(57)【要約】      （修正有）【課題】三相の交流電力を出力するインバータ装置において、速やかに単独運転を検出する。【解決手段】直流電力を三相の交流電力に変換し、三相の商用電力系統３に交流電力を重畳するインバータ装置１において、商用電力系統の三相の電力の夫々の相の周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗを所定周期毎に検出する周波数検出部と、夫々の周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗと基準周波数との差に基づいて、周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗがそれ以前に検出した周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗよりも増加する場合には周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗがより増加するように、周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗがそれ以前に検出した周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗよりも減少する場合には周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗがより減少するように電力の無効電力を変動させるような制御を行う制御部と、を備えた。【選択図】図１
2015144551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を三相の交流電力に変換して電力系統に重畳するインバータ装置において、
前記三相の交流電力の夫々の相へ同一量の無効電力を注入した際に前記電力系統の夫々
の相の周波数を検知し、前記夫々の周波数がそれ以前に検出した周波数よりも増加する場
合には前記周波数がより増加するように、前記夫々の周波数がそれ以前に検出した周波数
よりも減少する場合には前記周波数がより減少するように前記夫々の相へ注入する同一量
の無効電力を調整すると共に、
前記検知した夫々の相の周波数と設定周波数とに基づいて前記電力系統の停電状態を検
出することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記夫々の相の周波数を所定周期毎に検出し、前記夫々の相毎の周波数の増加量もしく
は減少量の内、最も大きい値に基づいて前記夫々の相へ注入する同一量の無効電力の大き
さを調整することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記夫々の相の周波数を所定周期毎に検出し、前記夫々の相毎の周波数の内最も小さい
値と前記所定周期前に検出した前記夫々の相毎の周波数の内最も大きい値とに基づいて前
記夫々の相へ注入する同一量の無効電力の大きさを調整することを特徴とする請求項１に
記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記夫々の相の周波数を所定周期毎に検出し、前記夫々の相毎の周波数の内最も大きい
値と前記所定周期前に検出した前記夫々の相毎の周波数の内最も小さい値とに基づいて前
記夫々の相へ注入する同一量の無効電力の大きさを調整することを特徴とする請求項１に
記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記夫々の相の周波数を所定周期毎に検出し、前記夫々の相毎の周波数の内最も小さい
値と前記所定周期前に検出した前記夫々の相毎の周波数の内最も大きい値とに基づいて前
記夫々の相へ注入する同一量の無効電力の大きさを調整することを特徴とする請求項１に
記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記夫々の相の周波数は前記三相の交流電力がデルタ結線またはＶ結線の際は相間電圧
もしくは相間電流の周波数を検出し、前記三相の交流電力がスター結線の際は中性点と各
相との間の電圧もしくは電流の周波数を検出することを特徴とする請求項２乃至請求項４
のいずれか一項に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、直流電源（太陽電池、蓄電池など）の出力を交流電力に変換し、この交流電
力をリレーの接片を介して電力系統に重畳するインバータ装置が提供されている。このイ
ンバータ装置には、電力系統の停電時に電力系統へ交流電力を重畳する（所謂、単独運転
）ことを防止するために、停電時にリレーの接片を開放して電力系統との連系を遮断する
機能が備わっている。これにより、電力系統が停電になっても電力系統に電力が残らず安
全に復旧工事を行うことができる。
【０００３】
この単独運転の検出方法として、周波数変化率が正であるとき発電設備の進み無効電力
を増加させ、周波数変化率が負であるとき遅れ無効電力を増加させるよう発電設備を制御
し、これに伴って助長される周波数変動を検知することにより行うものが提案されている
（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の単独運転検出の方法では、周波数変化率から単独運転の可能性を検出する
と、周波数変化率に基づいて発電設備の出力する無効電力の大きさを決定する。（周波数
変化率が大きいほど無効電力の大きくする）さらに単独運転の可能性が強くなる（周波数
変化率が大きくなると）と単独運転と判断してリレーの接片を開放する。これにより、短
時間に単独運転を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２１５５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の単独運転の検出方法は単相の電力系統の場合のもの
であり、三相の電力系統に適用した際には、三相の各相の周波数が微妙に異なるため、各
相で判断も異なり最終的な単独運転の検出に時間を要してしまう（或いは、検出ができな
い）という課題があった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされた発明であり、三相の電力系統と連系するイ
ンバータ装置において、速やかに単独運転を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のインバータ装置は、直流電力を三相の交流電力に変換して電力系統に重畳する
インバータ装置において、三相の交流電力の夫々の相へ同一量の無効電力を注入した際に
電力系統の夫々の相の周波数を検知し、この夫々の周波数がそれ以前に検出した周波数よ
りも増加する場合には周波数がより増加するように、また夫々の周波数がそれ以前に検出
した周波数よりも減少する場合には周波数がより減少するように夫々の相へ注入する同一
量の無効電力を調整すると共に、検知した夫々の相の周波数と設定周波数とに基づいて電
力系統の停電状態を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、三相の交流電力を出力するインバータ装置において、速やかに単独運
転を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】インバータ装置の回路構成を示す図である。
【図２】制御回路７の機能ブロック図である。
【図３】無効電力制御部１１の制御フローを示す図である。
【図４】周波数の差と無効電力の大きさを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
三相のインバータ装置の出力する交流電力に注入する無効電力を、三相の電力系統の夫
々の相の周波数と基準周波数（設定周波数）とに基づいて調整するため、周波数変動の助
長を促して単独運転もしくは停電の検出が早くなる。
【実施例１】
【００１２】
図１に示すようにインバータ装置１（電力変換装置）は、太陽電池２から出力される直
流電力を電力系統の周波数に同期した三相の交流電力に変換し、リレーの接片６（開閉器
）を介してデルタ結線された三相の商用電力系統３（電力系統）に重畳する。尚、インバ
ータ装置１はＶ結線による三相電力を生成した後、この三相電力をリアクタ及びコンデン
サからなるローパスフィルターとリレーの接片６とを順に介して電力系統へ重畳している
。
【００１３】
インバータ装置１は、主に電力変換に寄与する昇圧回路４、インバータ回路５、リレー
の接片６、主に制御に寄与するセンサ類（電圧センサＶ１〜Ｖ３など）等、及び制御回路
７から構成される。
【００１４】
昇圧回路４は、非絶縁型のチョッパ回路からなり、スイッチング素子、昇圧用リアクト
ル、ダイオード、コンデンサから構成され、スイッチング素子を所定のデューティ比にて
オン／オフすることにより所望の昇圧比で入力側に接続される太陽電池２の電圧を昇圧す
る。尚、昇圧回路はチョッパ回路に限らず絶縁トランスを用いたフィードバック型やリン
ギングチョーク型など昇圧比を制御できるものであればよい。この昇圧比はＭＰＰＴ（Ｍ
ａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を用いて太陽電池２の
発電量が最適の範囲に収まるように制御される。
【００１５】
インバータ回路５は、入力側が昇圧回路４に接続され出力側がリレーの接片６を介して
商用電力系統３に接続される。インバータ回路５は、昇圧回路４で昇圧された直流電力を
商用電力系統３の交流電力と同期した交流電力に変換する。インバータ回路５は、直流−
交流変換を行うブリッジ回路と、このブリッジ回路の出力する交流電力の高周波成分を減
衰するリアクトル及びコンデンサからなるローパスフィルターとを有している。インバー
タ装置１は、変換した交流電力を三相の三本の出力線ｕ、ｖ、ｗに出力する。
【００１６】
ブリッジ回路は４個のスイッチング素子をハーフブリッジ接続して出力を出力線ｕ、ｗ
に接続し、昇圧回路４のコンデンサの中間電圧点（２個の同容量のコンデンサを直列接続
した接続点）を出力線ｖに接続したＶ結線による三相の交流電力を出力している。このブ
リッジ回路の出力は商用電力系統３のデルタ結線に対応した出力であり、商用電力系統３
がスター結線であれば６個のスイッチング素子を用いた三相ブリッジを用いる。また、ブ
リッジ回路には中性点クランプ方式（ＮＰＣ）や階調方式などによるマルチレベルインバ
ータの回路を用いても良いものである。これらのスイッチング素子は例えばＰＷＭ（Ｐｕ
ｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によりスイッチング素子オン／オフ動
作して直流電力を交流電力に変換する。
【００１７】
リレーの接片６は、商用電力系統３に接続されるインバータ装置１の出力線ｕ、ｖ、ｗ
に夫々介在する常開接片であり出力線ｕ、ｖ、ｗの開閉を行う。このリレーの接片６を閉
じることによりインバータ装置１と商用電力系統３とを連系させて交流電力を商用電力系
統３へ重畳し、リレーの接片６を開いた際はこの連系を解列するものである。
【００１８】
制御回路７は、マイコンなどの演算処理装置からなり、センサ類の入力に基づいて、昇
圧回路４、インバータ回路５、リレーの接片６などの動作を制御する。制御回路７は直流
−交流変換を行うための演算を行い、昇圧回路４やインバータ回路５のスイッチング素子
に動作信号を与える。また、制御回路７は、単独運転の検出を行って、インバータ装置１
と商用電力系統３との連系を解列する制御を行う。
【００１９】
次に、単独運転の検出方法について述べる。図２に示すように、少なくとも制御回路７
は、周波数検出部１０、無効電力制御部１１、単独運転検出部１２を有している。
【００２０】
周波数検出部１０は、リレーの接片６の商用電力系統３側に設けられた電圧センサＶ１
〜Ｖ３から、出力線ｕ、ｖ、ｗ間の夫々の線間の電圧Ｖｕｖ、Ｖｗｖ、Ｖｕｗを検出する
。尚、３つの電圧センサＶ１〜Ｖ３を用いて検出しているが三相電力の場合電圧Ｖｕｖ、
Ｖｗｖ、Ｖｕｗの和は零になることから、二相分の電圧を検出して残りの一相については
演算にて求めるようにしても良い。
【００２１】
周波数検出部１０は、検出した夫々の電圧Ｖｕｖ、Ｖｗｖ、Ｖｕｗから三相夫々の周波
数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗを周期的に演算する。周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗは、電圧
のゼロクロスからゼロクロスまでの時間（周期）から演算しても良いし、電圧の角速度か
ら位相推定の演算を行っても良い。尚、三相の電力の夫々の相の周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、
ｆｕｗは、出力線ｕ、ｖ、ｗに流れる電流に基づいて同様に演算しても良い。これらの周
波数の値は、電圧のゼロクロスを用いる場合はゼロクロス毎（電気角で１８０度毎、もし
くは３６０度毎）の所定周期毎に求めた後、ノイズ対策として所定の回数の移動平均処理
を行った後の値を以後の制御に周波数の値として用いる。また位相推定の演算で周波数を
求める場合も所定周期毎に演算を行い同様に移動平均処理を行った後の値を制御に用いる
。
【００２２】
無効電力制御部１１は、周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗ（現在の周波数）がそれ以前（
または前回の値でもよい）に検出した周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗよりも増加す
る場合には周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗがより増加するように、また周波数ｆｕｖ、ｆ
ｗｖ、ｆｕｗがそれ以前に検出した周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗよりも減少する
場合には周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗがより減少するようにインバータ装置１（インバ
ータ回路５）の出力する交流電力に含まれる無効電力の量を変える制御を行う。無効電力
制御部１１は、例えば三相の電力の各相のゼロクロス毎（電気角で６０度毎）に無効電力
の制御を行う。すなわちインバータ装置１から出力される三相の交流電力に注入される無
効電力の量が変えられる。尚、注入する無効電力の量を変えるタイミングを交流電力の周
期毎にすれば、各相にほぼ同一量の無効電力を注入することができる。また、無効電力を
変えるタイミングは適宜設定することができ、例えば、任意に設定した周期毎、周波数の
演算毎、電圧の検出毎などに行うようにしても良い。
【００２３】
ここで、無効電力制御部１１は、三相／二相変換を行って、三相の交流電力（電圧）に
同期して回転するｄ−ｑ座標系を利用すると、三相全体の有効電力（電流）と無効電力（
電流）をｄ−ｑ座標系にて独立して制御することができるため、これを利用して無効電力
制御部１１は出力する交流電力の無効電力を直接制御する。この座標系にて演算された三
相全体の有効電力と無効電力の指令値（合わせて指令ベクトルとしても良い）は、二相／
三相変換により出力する交流電力（有効電力及び無効電力を含む）の各相の指令値となり
、当該指令値によりインバータ回路５が制御されて複数の相全てに無効電力が注入される
。すなわち、インバータ回路５の夫々のスイッチング素子をオン／オフさせる信号の基と
なる電圧波形（変調波）を得るために、三相の電圧波形を直交するｄ−ｑ座標系の二相の
波形へ変換した後、無効電力量に相当する回転角でこの二相の波形の位相を補正した後、
二相／三相変換を行って補正後の電圧波形を得る。この電圧波形（変調波）と搬送波とか
ら補正後のオン／オフ信号を求めると三相の各相に同一量の無効電力を同時に注入するこ
とが可能になる。
【００２４】
また、無効電力を直接制御する代わりに、無効電力が変動するような制御を行っても良
い。例えば、ＰＷＭ変調前のｓｉｎ波（電流指令）を商用電力系統３の周波数に同期させ
る際に、同期のタイミングをずらす（進めるまたは遅らせる）ことによって無効電力を変
えることができる。この場合も三相の各相に同一量の無効電力を同時に注入することが可
能になる。
【００２５】
図３に示すように、無効電力制御部１１は、周波数検出部１０の検出した周波数ｆｕｖ
、ｆｗｖ、ｆｕｗと基準周波数ｆ１〜ｆ３との差ｄｆ１〜ｄｆ３を夫々算出する（ｄｆ１
＝ｆｕｖ−ｆ１、ｄｆ２＝ｆｗｖ−ｆ２、ｄｆ３＝ｆｕｗ−ｆ３）（ステップＳ１）。
【００２６】
ここで基準周波数ｆ１〜ｆ３は、商用電力系統３の基本周波数（例えば、５０Ｈｚ、６
０Ｈｚ）を利用しても良いが、ここでは、周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗとして過去（所
定周期前）に検出された周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗを用いることとする（即ち
、ｄｆ１＝ｆｕｖ−ｋｆｕｖ、ｄｆ２＝ｆｗｖ−ｋｆｗｖ、ｄｆ３＝ｆｕｗ−ｋｆｕｗ）
。尚、周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗ、及び過去に検出された周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ
、ｋｆｕｗとは、１つの値ではなく複数の値の平均値や中央値などを用いることもできる
。
【００２７】
無効電力制御部１１は、この様にして周波数の差ｄｆ１〜ｄｆ３を演算すると、周波数
ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗと基準周波数ｆ１〜ｆ３との差ｄｆ１〜ｄｆ３の内、最も大きい
差を選択する（ステップＳ２）。そして、無効電力制御部１１は選択した差に基づいて注
入する無効電力の大きさを決定し（ステップＳ３）、決定した無効電力の大きさ（無効電
力の量）になるようにインバータ回路の制御を行う（ステップＳ４）。例えば、演算した
周波数の差ｄｆ１〜ｄｆ３の内差ｄｆ１が最も大きい差である場合、差ｄｆ１に基づいて
注入する無効電力の大きさを決定する。
【００２８】
無効電力制御部１１により制御される無効電力の大きさは、差の大きさ（例えば、差の
絶対値の大きさ）が大きいほど大きい値が設定され、この無効電力の大きさには上限と下
限が設けられている。具体的には図４に示すように、横軸を差、縦軸をインバータ装置１
の出力する無効電力の大きさとした場合、複数の傾き（ゲイン）を有する比例関係となり
、差の絶対値が大きいところは上限と下限を設けている。この傾きは差が小さい所では小
さく、差の大きい所では大きく設定されている。即ち、差（単独運転の確からしさ）が大
きい場合にはより多くの無効電力を注入できるように設定されている。
【００２９】
このように、無効電力制御部１１では、差がマイナスの場合にはマイナスの無効電力（
即ち、遅れ無効電力）、差がプラスの場合にはプラスの無効電力（即ち、進み無効電力）
を含んだ交流電力がインバータ装置１から出力されるように制御する。
【００３０】
単独運転検出部１２は、周波数検出部１０により演算された周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆ
ｕｗに基づいて単独運転（停電状態）の検出を行う。具体的には、単独運転検出部１２は
、周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗが基準周波数ｆ１〜ｆ３との差ｄｆ１〜ｄｆ３を算出し
、これらの差ｄｆ１〜ｄｆ３が所定の閾値よりも大きい場合に単独運転と検出してリレー
の接片６を開放する。また、これらの差ｄｆ１〜ｄｆ３が所定の閾値よりも小さい場合に
は単独運転ではないためリレーの接片６を接続状態のままにする。
【００３１】
尚、夫々の差ｄｆ１〜ｄｆ３を閾値と比較して、何れかの差が閾値よりも大きい場合に
単独運転と検出しても良いし、すべての差ｄｆ１〜ｄｆ３が閾値を超えた場合に単独運転
と検出しても良い。また、差ｄｆ１〜ｄｆ３の平均値や最高値を閾値と比較しても良い。
また、閾値を超えるたびに閾値を段階的に上げて所定回数閾値を超えたことをもって単独
運転と検出しても良い。
【００３２】
以上のように、本実施例では、無効電力を含んだ交流電力をインバータ装置１から出力
するようにして、これに伴って助長する周波数の差を検出して単独運転を検出する。本実
施例では、周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗと基準周波数ｆ１〜ｆ３との差の内、最も大き
い差に基づいて無効電力の大きさを変えているため、単独運転の判断を行う際により多く
の無効電力を出力して単独運転による周波数の差の助長を促し速やかに単独運転を検出で
きるようになる。
【００３３】
本実施例では、基準周波数として過去の周波数を用いているため、商用電力系統３の周
波数が規定の周波数からずれているような場合でも、正確に単独運転を検出することがで
きる。
【００３４】
本実施例では、三相の夫々の相毎の周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗと過去の周波数ｋｆ
ｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗとの差ｄｆ１〜ｄｆ３を算出し、三相の夫々の相毎に算出され
た差ｄｆ１〜ｄｆ３の中から最も大きいものに基づいて無効電力を制御している。これに
より、三相の夫々の相の周波数を求める際のセンサの性能の誤差などによるずれがあった
としても、正確に単独運転を検出することができる。
【００３５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００３６】
例えば、三相の電圧として、出力線ｕ、ｖ、ｗの線間電圧を検出したが、商用電力系統
３をスター結線する際には、中性線と出力線との電圧（相電圧）を検出しても良い。
【００３７】
また、例えば、差ｄｆ１〜ｄｆ３は、無効電力制御部１１や単独運転検出部１２により
演算されていたが、周波数検出部１０で演算しても良いし、演算した値をメモリ等に保存
しておき、無効電力制御部１１や単独運転検出部１２により参照するようにしても良い。
【００３８】
また、例えば、本実施例において、三相の電圧毎に周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗと過
去の周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗとの差ｄｆ１〜ｄｆ３を算出し、三相の電圧毎
に算出された差ｄｆ１〜ｄｆ３の中から最も大きいものに基づいて無効電力を制御したが
、三相の電圧毎の周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗと三相の電圧毎の過去の周波数ｋｆｕｖ
、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗとの差の組み合わせの中から最も差が大きくなるものに基づいて無
効電力の大きさを制御しても良い。
【００３９】
即ち、周波数ｆｕｖと過去の周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗとの夫々の差、周波
数ｆｗｖと過去の周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗとの夫々の差、及び周波数ｆｕｗ
と過去の周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗとの夫々の差、合計９個の差から最大のも
のを選択し、この選択した差に基づいて無効電力の大きさを制御しても良い。
【００４０】
この様にすることで、無効電力の調整幅が大きくなりより速やかに単独運転を検出する
ことができる。
【００４１】
インバータ装置１の交流電力の形成の際に、無効電力を含むように交流電力を形成する
場合について述べたが、無効電力を注入するための装置を別途用いて制御しても良い。
【００４２】
また、例えば、本実施例では、三相の電力の各相毎の周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗと
過去の周波数ｋｆｕｖ、ｋｆｗｖ、ｋｆｕｗとの差（周波数の変動）の内、最も大きいも
のに基づいて無効電力の変動を制御したが、周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗのうち周波数
ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗの変動の大きい方の値に基づいて複数の相の全てに注入する無効
電力の量を周波数ｆｕｖ、ｆｗｖ、ｆｕｗの変動が助長する方向に補正しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本実施形態のインバータ装置１は、太陽電池２を含む太陽電池システム等としても利用
することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  インバータ装置
２  太陽電池
３  商用電力系統
４  昇圧回路
５  インバータ回路
６  リレーの接片
７  制御回路
ｕ、ｖ、ｗ  出力線
１０  周波数検出部
１１  無効電力制御部
１２  単独運転検出部
Ｖ１〜Ｖ３  電圧センサ
【図１】
2015144551.tif 000003
【図２】
2015144551.tif 000004
【図３】
2015144551.tif 000005
【図４】
2015144551.tif 000006