(57)【要約】  商用系統が停電して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーの異常を検知可能な異常検出装置を提供する。  自立運転への切替時に系統連系用リレーの異常を検出する系統連系用リレーの異常検出装置であって、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナから異なる値のモニタ電圧を時系列で切替出力し、各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分が前記モニタ電圧に追従するか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電圧判定処理と、を実行する異常検出処理部を備えている。
2017090139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転との何れかに切替可能に構成されるとともに直流電力を交流電力に変換するインバータと前記インバータの出力電圧から高周波成分を除去するＬＣフィルタを備えたパワーコンディショナに組み込まれ、自立運転への切替時に系統連系用リレーの異常を検出する系統連系用リレーの異常検出装置であって、
商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、
前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナから異なる値のモニタ電圧を時系列で切替出力し、各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分が前記モニタ電圧に追従するか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電圧判定処理と、
を実行する異常検出処理部を備えている系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項２】
前記第１電圧判定処理は、各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分の積が所定の基準値より小であるか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なうように構成されている請求項１記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項３】
前記第１電圧判定処理は、前記パワーコンディショナの出力可変電圧の指令値をΔＥ＊、当該出力可変電圧の指令値ΔＥ＊及び基準値Ｅｃｈｋを調整する信頼係数をａ、商用系統電圧ＥＧｒｉｄに対する信頼係数をｂとして、少なくとも数式〔数１〕に示す出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘ（但し、Ｅｍｉｎ＜Ｅｍａｘ）のモニタ電圧を時系列で切替出力したときに、サンプリング時刻ｋとして以下の数式〔数２〕に基づいて前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴを算出し、前記差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴが前記所定の基準値Ｅｃｈｋより小であるか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なうように構成されている請求項２記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【数１】
2017090139.tif 000017
【数２】
2017090139.tif 000018
【請求項４】
前記出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘは、商用系統の定格電圧ＥＧｒｉｄに対して、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定されている請求項３記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項５】
前記異常検出処理部は、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記パワーコンディショナの出力電圧を零に設定し、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分と、前記基準値に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２電圧判定処理を実行するように構成されている請求項１から４の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項６】
前記異常検出処理部は、
前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナへの入力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電流判定処理と、
前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナからの出力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２電流判定処理と、
を実行するように構成されている請求項１から５の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項７】
前記第１電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となる自立系統電圧ｅｓｄとして、以下の数式〔数３〕に基づいて算出される前記コンデンサ電流ｉｃを前記入力電流として算出するように構成されている請求項６記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【数３】
2017090139.tif 000019
【請求項８】
前記第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期で計測した前記入力電流の絶対値が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記出力電流の絶対値が大きくなる場合に、前記系統連系用リレーが異常であると判定する請求項７記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項９】
前記第２電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、自立運転時の出力電圧ｅｓｄ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となるインバータ電流ｉｉｎｖとして、以下の数式〔数４〕に基づいて算出されるパワーコンディショナの出力電流ｉｓｐを前記出力電流として算出するように構成されている請求項６から８の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【数４】
2017090139.tif 000020
【請求項１０】
前記第２電流判定処理は、前記パワーコンディショナの前記出力電流の波高値の絶対値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記波高値の絶対値が小さくなる場合に、前記系統連系用リレーが異常であると判定する請求項９記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項１１】
前記異常検出処理部は、前記系統連系用リレーの全接点を開成制御した後に各異常検出処理を実行するとともに、一接点毎に単独で閉成制御する度に各異常検出処理を実行するように構成されている請求項１から１０の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項１２】
前記商用系統電圧判定処理は、予め設定されたパワーコンディショナの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定するように構成されている請求項１から１１の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項１３】
系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転とを切替可能な制御装置を備えている単相または三相のパワーコンディショナであって、
請求項１から１１の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置が前記制御装置に組み込まれているパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系用リレーの異常検出装置及びパワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や燃料電池等を備えた分散型直流電源は、商用系統に連系させて使用するために、周波数や電圧を商用系統に適合させた交流電力に変換するパワーコンディショナを備えて構成されている。【０００３】
パワーコンディショナは、太陽電池や燃料電池等で発電された直流電力を所定の電圧値の直流電力に調整するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、ＤＣ／ＡＣインバータの出力波形から高周波成分を除去するＬＣフィルタ等を備えている。【０００４】
太陽電池や燃料電池等に接続されたパワーコンディショナが系統連系運転を行なっている配電線に地絡または短絡事故が発生し、或いは計画停電等によって変電所から配電線への電力の送電が停止した状態、即ち単独運転状態に至った場合には、区分開閉器の動作への影響防止及び配電線等の保全作業時の安全性を確保するために、パワーコンディショナの制御装置によって系統連系用リレーが開成され、当該分散型電源は当該配電線から解列される。【０００５】
そして、その後パワーコンディショナの制御装置によって自立系統用リレーが閉成されると、商用系統から切り離された自立系統或いは商用系統とは連系することなく独立した自立系統に当該分散型電源から交流電力が供給される。【０００６】
パワーコンディショナの制御装置には、系統連系時に商用系統の位相に同期した交流電流がＤＣ／ＡＣインバータから出力されるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御する電流制御ブロックと、解列時に自立系統に所定レベルの交流電圧が出力されるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御する電圧制御ブロックを備えている。【０００７】
所定レベルの電圧とは、電気事業法第２６条及び同法施行規則第４４条に規定された低圧需要家用の電圧であり、標準電圧１００Ｖに対して１０１±６Ｖ、標準電圧２００Ｖに対して２０２±２０Ｖ以内の電圧をいう。【０００８】
商用系統から解列して自立系統に給電する自立運転を行なう場合には、商用系統への逆充電の防止及び非同期投入の防止のために、事前に系統連系用リレーの接点が正常な状態であるか否かを検出する必要があり、当該系統連系用リレーの接点が溶着する等の異常な状態である場合には、系統連系運転から自立運転への移行を阻止する必要がある。【０００９】
特許文献１には、インバータ回路からの交流電力を平滑するフィルタ回路と、インバータ回路の運転状態を制御するインバータ回路制御手段と、系統連系用リレーの連系又は解列の状態の制御手段と、フィルタ回路と系統連系用リレーの間に接続され、フィルタ回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、インバータ回路制御手段によりインバータ回路が停止状態に制御されているときに、系統連系用リレーの制御状態及び電流検出手段の検出結果に基づいて系統連系装置の異常を検出する手段とを有する系統連系装置が開示されている。【００１０】
当該異常検出手段は、インバータ回路を停止した状態で、商用系統からフィルタ回路のコンデンサに無効電流が流れているか否かに基づいて、系統連系用リレーの接点が溶着しているか否かを判定するように構成されている。【００１１】
特許文献２には、商用系統が正常に運転されている場合に、ＤＣ／ＡＣインバータ回路を停止状態に制御し、系統連系用リレーを開放状態に制御している時、系統連系用リレーを構成する第一の系統連系用リレー、第二の系統連系用リレーについて、第一の系統連系用リレーの入力側と第二の系統連系用リレーの出力側の電位差と、第一の系統連系用リレーの出力側と第二の系統連系用リレーの入力側の電位差をそれぞれフォトカプラ等によって検出することで、インバータ回路と商用系統が連系する前に、第一の系統連系用リレーまたは第二の系統連系用リレーが溶着しているか否かを検出する系統連系装置が提案されている。【００１２】
さらに、当該系統連系装置は、商用系統が停電した場合に、インバータ回路を作動させて、同様の検出動作を行なうように構成されている。【００１３】
特許文献３には、連系用開閉器及びインバータ回路部が共に正常であることを確認した後に、商用系統との連系運転を安全に開始することができる系統連系インバータ装置が開示されている。【００１４】
当該系統連系インバータ装置は、直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、インバータ回路部の出力電圧を検出する出力電圧検出器と、インバータ回路部と商用系統との連系を確立する連系用開閉器と、商用系統の電圧を検出する系統電圧検出器と、インバータ回路部及び連系用開閉器を制御する制御回路部とを備えている。【００１５】
そして、当該制御回路部が、出力電圧検出器の検出値に基づいて連系用開閉器の開路状態を確認した後にインバータ回路部を始動させ、出力電圧検出器の検出値と系統電圧検出器の検出値とが略同等になったときに連系用開閉器を閉じる制御を行うように構成されている。【００１６】
また、当該系統連系インバータ装置は、インバータ回路部と連系用開閉器との間に、インバータ回路部と商用系統との電圧差によって生じる電流を消費する電流制限抵抗と、電流制限抵抗を短絡させる抵抗短絡用開閉器とが設けられ、制御回路部が連系用開閉器を閉じた後に所定のタイミングで抵抗短絡用開閉器を閉じる制御を行うように構成されている。【００１７】
特許文献４には、電力変換部と自立運転用端子との間に配置された開閉器の異常を検出できる電力変換装置が開示されている。【００１８】
当該電力変換装置は、外部装置から供給される電力を所定の電力へ変換する電力変換部と、電力系統に接続される連系運転用端子と前記電力変換部との間に接続される第１開閉器と、負荷に接続される自立運転用端子と前記電力変換部との間に接続される第２開閉器と、前記自立運転用端子の電圧を検出する電圧検出部と、前記電力変換部、前記第１開閉器および前記第２開閉器を制御する制御部と、を備えている。【００１９】
そして、前記制御部は、前記第１開閉器と前記第２開閉器とに対し開状態にする制御信号をそれぞれ出力し、かつ、前記電力変換部から所定の電圧を出力させた制御状態において、前記電圧検出部により検出される前記自立運転用端子の電圧に基づいて、前記第２開閉器の異常を判定する異常判定処理を実行するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００８−３５６５５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３５７６７号公報
【特許文献３】特開２００７−１７４７９２号公報
【特許文献４】特開２０１４−６４４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、特許文献１に開示された系統連系装置の異常検出手段では、系統連系時または解列時にインバータ回路を停止して商用系統からフィルタ回路に流れる無効電流の有無を検知する構成であるため、商用系統が停電して自立運転を起動するような場合には、系統連系用リレーの異常を検知することができないという問題があった。【００２２】
また、特許文献２に開示された系統連系装置では、第一の系統連系用リレーの入力側と第二の系統連系用リレーの出力側の電位差と、第一の系統連系用リレーの出力側と第二の系統連系用リレーの入力側の電位差をそれぞれ検出するための別途の回路素子が必要になり部品コストが嵩むという問題があった。【００２３】
しかも、商用系統の電圧が運用規定の適正範囲内であるか否かのみに基づいて停電検知していたため、ノイズの影響により誤検知する虞があった。そして、商用系統の停電時にＤＣ／ＡＣインバータ回路を作動させたときのリレー接点の前後の電圧に基づいて系統連系用リレーの異常を検知する場合、商用系統への負荷の接続状態によっては誤検知する虞があり、またハムノイズ等の影響によっても誤検知する虞があった。【００２４】
また、特許文献３に開示された系統連系インバータ装置によれば、部品コストが嵩むばかりでなく、抵抗短絡用開閉器が故障すると、商用系統と連系することができなくなるという問題があった。【００２５】
さらに、特許文献４に開示された電力変換装置によれば、電力変換部から所定の電圧が出力されたときに、第２開閉器に自立負荷が接続されていると、誤判定を招く可能性が相当高いという問題があった。【００２６】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、商用系統が停電して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーの異常を検知可能な系統連系用リレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上述の目的を達成するため、本発明による系統連系用リレーの異常検出装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転との何れかに切替可能に構成されるとともに直流電力を交流電力に変換するインバータと前記インバータの出力電圧から高周波成分を除去するＬＣフィルタを備えたパワーコンディショナに組み込まれ、自立運転への切替時に系統連系用リレーの異常を検出する系統連系用リレーの異常検出装置であって、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナから異なる値のモニタ電圧を時系列で切替出力し、各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分が前記モニタ電圧に追従するか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電圧判定処理と、を実行する異常検出処理部を備えている点にある。【００２８】
先ず、自立運転への切替時に商用系統電圧判定処理が実行されて商用系統電圧の有無が判定される。このとき商用系統電圧が無いと判定されると第１電圧判定処理が実行される。【００２９】
第１電圧判定処理では、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナから異なる値のモニタ電圧が時系列に切替出力され、各モニタ電圧に対するパワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分が算出される。その差分がモニタ電圧に追従して変動すると系統連系用リレーが正常であると判定される。【００３０】
例えば、単一の値のモニタ電圧に対するパワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分で判断すると、インバータが駆動される際に商用系統側に発生するハムノイズ等の影響を受けて差分値が小さくなり、系統連系用リレーが異常であるとの誤判定を招く虞がある。【００３１】
しかし、モニタ電圧の値が時系列に切替出力されてもハムノイズはモニタ電圧の変動程には大きく変動しないので、各モニタ電圧に対するパワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分がモニタ電圧に追従して切り替わる場合には系統連系用リレーが正常であると判定できるようになる。反対に各モニタ電圧に対するパワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分がモニタ電圧に追従することなくあまり変化しない場合には、系統連系用リレーが異常であると判定できるようになる。【００３２】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記第１電圧判定処理は、各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分の積が所定の基準値より小であるか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なうように構成されている点にある。【００３３】
各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分の積を算出することにより、パワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分がモニタ電圧に追従して切り替わるか否かの傾向を増幅して表すことができ、その結果精度よく判定できるようになる。【００３４】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記第１電圧判定処理は、前記パワーコンディショナの出力可変電圧の指令値をΔＥ＊、当該出力可変電圧の指令値ΔＥ＊及び基準値Ｅｃｈｋを調整する信頼係数をａ、商用系統電圧ＥＧｒｉｄに対する信頼係数をｂとして、少なくとも数式〔数１〕に示す出力電圧実効値の指令値の実効値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘ（但し、Ｅｍｉｎ＜Ｅｍａｘ）のモニタ電圧を時系列で切替出力したときに、サンプリング時刻ｋとして以下の数式〔数２〕に基づいて前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴを算出し、前記差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴが前記所定の基準値Ｅｃｈｋより小であるか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なうように構成されている点にある。尚、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘの設定範囲は、数式〔数１〕に示すように設定されている。信頼係数ｂは商用系統電圧ＥＧｒｉｄに対する割合である。
【数１】
2017090139.tif 000003
【数２】
2017090139.tif 000004
【００３５】
パワーコンディショナから出力電圧実効値の指令値に対応する少なくとも数式〔数１〕に示す出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘ（但し、Ｅｍｉｎ＜Ｅｍａｘ）のモニタ電圧を時系列で切替出力し、夫々の出力時にパワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分ΔＥを算出し、各差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴを算出する。積ΔＥＣＳＴと基準値Ｅｃｈｋとの大小関係をに基づいて系統連系用リレーが異常であるか正常であるかが判定される。具体的に、積ΔＥＣＳＴが基準値Ｅｃｈｋより大きければ系統連系用リレーが正常と判定され、積ΔＥＣＳＴが基準値Ｅｃｈｋより小さければ系統連系用リレーが異常と判定される。【００３６】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘは、商用系統の定格電圧ＥＧｒｉｄに対して、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定されている点にある。【００３７】
系統連系用リレーの接点が溶着した異常状態で、パワーコンディショナ側の出力電圧実効値の指令値がＥｍｉｎ，Ｅｍａｘとの間で切り替わると、商用系統側でもその変化に追従するように略同じ値の電圧が計測される。つまり、数式〔数１〕の積ΔＥＣＳＴは比較的小さな値になる。系統連系用リレーの接点が溶着していない正常状態で、パワーコンディショナ側の出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘとの間で切り替わると、商用系統側ではその変化に僅かに追従するハムノイズの電圧のみが計測される。つまり、数式〔数１〕の積ΔＥＣＳＴは比較的大きな値になる。【００３８】
しかし、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘの差が小さい場合には、系統連系用リレーの接点が溶着している場合と溶着していない場合とで積ΔＥＣＳＴにそれほど大きな相違が認められない虞がある。そこで、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘを、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定しておけば、系統連系用リレーの接点が溶着している場合と溶着していない場合とで積ΔＥＣＳＴに顕著な相違が現れるようになる。【００３９】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記パワーコンディショナの出力電圧を零に設定し、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分と、前記所定の基準値に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２電圧判定処理を実行するように構成されている点にある。【００４０】
商用系統電圧が有る場合には、系統連系用リレーの接点が溶着していると、パワーコンディショナ側の電圧値と商用系統側の電圧値との差分が略零になるため、当該差分の値に基づいて系統連系用のリレーの異常の有無を判定することができるようになる。その際に、商用系統電圧判定処理の結果に基づいて、異常検出時のパワーコンディショナの出力電圧が異なる値に設定されるので、商用系統への逆充電や非同期投入という不都合が生じることが未然に回避できるようになる。【００４１】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナへの入力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電流判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナからの出力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２電流判定処理と、を実行するように構成されている点にある。【００４２】
自立運転への切替時に商用系統電圧判定処理が実行されて商用系統電圧の有無が判定される。このとき商用系統電圧が有ると判定されると第１電流判定処理が実行され、商用系統電圧が無いと判定されると第２電流判定処理が実行される。【００４３】
第１電流判定処理では、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、商用系統からパワーコンディショナへ電流が流入するか否かに基づいて系統連系用リレーの異常の有無の判定が行われる。【００４４】
第２電流判定処理では、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナから商用系統に接続された負荷へ電流が流出するか否かに基づいて系統連系用リレーの異常の有無の判定が行われる。従って、商用系統への逆充電や非同期投入を回避しながら、適性に系統連系用リレーの異常判定を行なうことができるようになる。【００４５】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第六の特徴構成に加えて、前記第１電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となる自立系統電圧ｅｓｄとして、以下の数式〔数３〕に基づいて算出される前記コンデンサ電流ｉｃを前記入力電流として算出するように構成されている点にある。
【数３】
2017090139.tif 000005
【００４６】
自立系統の出力電圧を検出する既存の電圧検出回路を用いて自立系統電圧ｅｓｄを計測し、その値を数式〔数３〕に代入することにより、ＬＣフィルタのコンデンサに流入する電流値が算出されるので、別途の電流検出回路を設けなくても、商用系統から系統連系用リレーを介して電流が流入するか否かが判定できるようになる。【００４７】
つまり、系統連系用リレーの接点が溶着していると、商用系統電圧の瞬時値と自立系統電圧の瞬時値とが等しくなり、コンデンサに流れる電流の変化を捉えることができる。そして、コンデンサに流れる電流の変化状態から系統連系用リレーの溶着状態を判定することができる。尚、系統連系用リレーが短絡していない場合は、コンデンサに流れる電流がほぼゼロになる。尚、ｓはラプラス演算子（ラプラス変数）である。【００４８】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第七の特徴構成に加えて、前記第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期で計測した前記入力電流の絶対値が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記入力電流の絶対値が大きくなる場合に、前記系統連系用リレーが異常であると判定する点にある。【００４９】
所定のサンプリング周期で計測された値に基づく電流値が複数回所定の閾値以上で且つ絶対値が大きくなると、ＬＣフィルタを構成するコンデンサに商用系統からの電流が流入していると判定される。【００５０】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の六から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記第２電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、自立運転時の出力電圧ｅｓｄ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となるインバータ電流ｉｉｎｖとして、以下の数式〔数４〕に基づいて算出されるパワーコンディショナの出力電流ｉｓｐを前記出力電流として算出するように構成されている点にある。
【数４】
2017090139.tif 000006
【００５１】
商用系統電圧が無い場合には、インバータが駆動されてパワーコンディショナから所定の自立系統電圧ｅｓｄが出力され、計測されたインバータの出力電流ｉｉｎｖと自立系統電圧ｅｓｄが数式〔数３〕に代入され、数式〔数４〕によって、パワーコンディショナからの出力電流ｉｓｐが算出される。つまり、系統連系用リレーの接点が溶着していると、パワーコンディショナから商用系統に接続された負荷に流出する電流が検出されるようになるのである。【００５２】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第九の特徴構成に加えて、前記第２電流判定処理は、前記パワーコンディショナの前記出力電流の波高値の絶対値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記波高値の絶対値が小さくなる場合に、前記系統連系用リレーが異常であると判定する点にある。【００５３】
パワーコンディショナから商用系統に接続された負荷に電流が流出すると、電圧降下が生じて次第に電流値が低下する。そこで、第２電流判定処理では、算出されたパワーコンディショナの出力電流の波高値の絶対値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記波高値の絶対値が小さくなる場合にパワーコンディショナから商用系統に接続された負荷に電流が流出していると判定される。尚、商用系統に負荷が接続されていない場合には、パワーコンディショナの出力電流の波高値は常に一定値となる。【００５４】
同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の一から第十の何れかの特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記系統連系用リレーの全接点を開成制御した後に各異常検出処理を実行するとともに、一接点毎に単独で閉成制御する度に各異常検出処理を実行するように構成されている点にある。【００５５】
パワーコンディショナの出力が単相であるか三相であるかによって系統連系用リレーの接点数が変動し、また何れの接点が溶着しているかによって上述の各判定処理の結果が異なる。つまり、系統連系用リレーの全接点を開成制御した後に第１電流判定処理及び第２電流判定処理を実行し、溶着していると判定されると全接点が溶着していることが明らかになる。さらに、一接点毎に単独で閉成制御する度に第１電圧判定処理及び第２電圧判定処理を実行し、溶着していると判定されると開成制御されている接点が溶着していることが明らかになる。【００５６】
同第十二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の一から第十一の何れかの特徴構成に加えて、前記商用系統電圧判定処理は、予め設定されたパワーコンディショナの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定するように構成されている点にある。【００５７】
商用系統電圧のみならず商用系統周波数をもチェックすることにより、ノイズ等による誤判定を招くことなく精度よく商用系統電圧の有無を判定できるようになる。【００５８】
本発明によるパワーコンディショナの特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転とを切替可能な制御装置を備えている単相または三相のパワーコンディショナであって、上述した第一から第十一の何れかの特徴構成を備えた系統連系用リレーの異常検出装置が前記制御装置に組み込まれている点にある。【００５９】
異常検出処理部により系統連系用リレーの接点が溶着していると判定されるような場合に、自立運転を回避して商用系統への逆充電及び非同期投入という不都合な事態の発生を未然に防止できるようになる。
【発明の効果】
【００６０】
以上説明した通り、本発明によれば、商用系統が停電して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーの異常を検知可能な系統連系用リレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１はパワーコンディショナを含む分散型電源の回路ブロック構成図である。
【図２】図２は異常検出時の系統連系用リレーのオン／オフ動作の説明図である。
【図３】図３は商用系統電圧判定処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は系統連系用リレーの異常検出方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は第１電圧判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は第１電流判定処理の説明図である。
【図７】図７は判定の閾値以上の場合の第２電流判定処理の説明図である。
【図８】図８は判定の閾値以下の場合の第２電流判定処理の説明図である。
【図９】図９（ａ）は第１電圧判定処理実行時のパワーコンディショナの出力電圧切替シーケンスの説明図、図９（ｂ）は第１電圧判定処理実行時の商用系統側の電圧検出シーケンスの説明図である。
【図１０】図１０（ａ）は第１電圧判定処理実行時の接点Ｓｗの溶着検出のための接点制御処理シーケンスの説明図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の接点制御処理シーケンス実行時のパワーコンディショナの出力電圧波形の説明図、図１０（ｃ）は接点Ｓｗの溶着検出時の図１０（ｂ）に対応する商用系統側電圧波形の説明図である。
【図１１】図１１（ａ）は第１電圧判定処理実行時の接点Ｓｗの溶着検出のための接点制御処理シーケンスの説明図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の接点制御処理シーケンス実行時のパワーコンディショナの出力電圧波形の説明図、図１１（ｃ）は接点Ｓｗの溶着不検出時の図１１（ｂ）に対応する商用系統側電圧波形の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下、本発明による系統連系用リレーの異常検出装置及びパワーコンディショナを図面に基づいて説明する。
【００６３】
図１には、分散型電源の一例である太陽光発電装置１が示されている。太陽光発電装置１は、太陽電池パネルＳＰと、太陽電池パネルＳＰに接続されたパワーコンディショナＰＣＳを備えて構成されている。
【００６４】
太陽電池パネルＳＰで発電された直流電力は直流遮断器及びサージアブソーバ（図示せず）を介してパワーコンディショナＰＣＳに供給される。
【００６５】
パワーコンディショナＰＣＳは、太陽電池パネルＳＰで発電された直流電圧を所定の直流リンク電圧Ｖｄｃに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２で昇圧された直流リンク電圧Ｖｄｃを所定の交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ３と、ＤＣ／ＡＣインバータ３から出力される交流電圧から高調波を除去するＬＣフィルタ４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及びＤＣ／ＡＣインバータ３を制御する制御装置５等を備えている。
【００６６】
パワーコンディショナＰＣＳで変換された交流電力は、系統連系用リレーＲｙ１を介して商用系統１００と連系して交流負荷Ｒｕｗに給電され、商用系統１００の停電等によって商用系統１００から解列すると、その後、自立系統用リレーＲｙ２を介して自立負荷Ｒｓｄに給電される。
【００６７】
図１には、系統連系用リレーＲｙ１の接点がＳｕ，Ｓｗ、自立系統用リレーＲｙ２の２つの接点がＳｓｄで示されている。
【００６８】
パワーコンディショナＰＣＳの制御装置５は、マイクロコンピュータ、メモリ、ＡＤ変換部を含む入出力回路等を含む周辺回路等で構成され、マイクロコンピュータに組み込まれたＣＰＵによって、メモリに格納された制御プログラムが実行されることにより所期の機能が実現される。
【００６９】
具体的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の昇圧スイッチを制御するコンバータ制御部５ａと、ＤＣ／ＡＣインバータ３のブリッジを構成するスイッチを制御するインバータ制御部５ｂと、系統連系用リレーＲｙ１の異常を検知する異常検出処理部５ｃとして機能する各制御ブロックが制御装置５として具現化される。
【００７０】
コンバータ制御部５ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２への入力電圧、入力電流、出力電圧をモニタして、太陽電池パネルＳＰを最大電力点で動作させるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御等を実行しつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を昇圧制御して所定の直流リンク電圧ＶｄｃをＤＣ／ＡＣインバータ３に出力するように構成されている。
【００７１】
インバータ制御部５ｂは、系統連系用リレーＲｙ１を介して系統連系運転するようにインバータ３を制御し、または自立系統用リレーＲｙ２を介して自立運転するようにインバータ３を制御するように構成されている。
【００７２】
インバータ制御部５ｂは、系統連系運転時に商用系統電圧の位相に同期するようにインバータ３の出力電流を制御する電流制御ブロックと、解列時に自立系統に所定電圧の交流電力を給電する電圧制御ブロックと、系統連系運転時に単独運転状態か否かを検出する単独運転検出ブロック等の機能ブロックを備えている。
【００７３】
異常検出処理部５ｃは、系統連系運転から自立運転への移行時に系統連系用リレーＲｙ１の異常の有無を検知し、系統連系用リレーＲｙ１に接点溶着異常が発生していることが検知されると、故障を表す警報表示を点灯するとともに、インバータ制御部５ｂによる自立運転制御を停止するように構成されている。即ち、異常検出処理部５ｃは本発明の異常検出装置として機能する。
【００７４】
ＬＣフィルタ４を構成するインダクタＬの下流側に設けられた電流トランスによって検知された出力電流ｉｉｎｖのモニタ信号が制御装置５のＡＤ変換部に入力されている。
【００７５】
さらに、自立系統用リレーＲｙ２の上流側に設けられた抵抗分圧回路によって検知されるパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧ｅｓｄのモニタ信号が制御装置５のＡＤ変換部に入力され、系統連系用リレーＲｙ１の下流側に設けられた抵抗分圧回路によって検知される商用系統電圧ｅｕｗのモニタ信号が制御装置５のＡＤ変換部に入力されている。
【００７６】
各ＡＤ変換部に入力された各モニタ信号に基づいて、パワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧ｅｓｄ及び自立系統周波数ｆｓｄが得られ、商用系統電圧ｅｕｗ及び商用系統周波数ｆＧｒｉｄが得られる。
【００７７】
インバータ制御部５ｂは、太陽電池パネルＳＰの発電電力が商用系統との連系が可能な値になると系統連系用リレーＲｙ１を閉成して系統連系運転し、太陽電池パネルＳＰの発電電力が低下し或いは単独運転検出ブロックにより単独運転状態であると検出すると系統連系用リレーＲｙ１を開成して商用系統から解列する。
【００７８】
インバータ制御部５ｂは、単独運転状態が原因で商用系統から解列した場合で、太陽電池パネルＳＰの発電電力が自立運転に十分な値である場合は、異常検出処理部５ｃを起動して系統連系用リレーＲｙ１の異常検知を行なう。
【００７９】
そして、インバータ制御部５ｂは、異常検出処理部５ｃにより系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定されるとインバータ３を起動するとともに自立系統用リレーＲｙ２を閉成して自立運転し、異常検出処理部５ｃにより系統連系用リレーＲｙ１が異常であると判定されると自立系統用リレーＲｙ２を閉成することなくＤＣ／ＡＣインバータ３を停止するように構成されている。
【００８０】
以下、異常検出処理部５ｃにより実行される系統連系用リレーＲｙ１の異常検出方法について説明する。
【００８１】
異常検出処理部５ｃで実行される異常検出処理には、系統連系用リレーＲｙ１の接点を開成または閉成制御する接点制御処理と、商用系統電圧判定処理と、インバータ３の出力電圧設定処理と、電圧判定処理と、電流判定処理が含まれる。
【００８２】
異常検出処理部５ｃは、系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓｕ，Ｓｗを開成制御した後に接点が溶着しているか否かを判定する後述の電流判定処理及び電圧判定処理を実行するとともに、各接点ＳｕまたはＳｗ毎に閉成制御する度に電流判定処理及び電圧判定処理を実行するように構成されている。
【００８３】
系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓｕ，Ｓｗを開成制御した後に電流判定処理及び電圧判定処理を実行し、その結果、溶着していると判定できると全接点Ｓｕ，Ｓｗが溶着していることが明らかになる。
【００８４】
この時点で正常と判定できる場合には、一接点ＳｕまたはＳｗ毎に単独で閉成制御する度に電流判定処理及び電圧判定処理を実行する。それぞれで溶着していると判定できると、その時に開成制御されている接点が溶着していることが明らかになる。
【００８５】
系統連系用リレーＲｙ１の接点Ｓｕ，Ｓｗに関するオン／オフ制御のタイミングを図２に示す。異常検出処理部５ｃが起動すると、全接点Ｓｕ，Ｓｗを開成制御した状態で、接点Ｓｕ，Ｓｗに対するチェックである電流判定処理及び電圧判定処理を行ない、所定の遅延時間Ｔｄｌｙの後に接点Ｓｕを閉成制御して接点Ｓｗに対するチェックである電流判定処理及び電圧判定処理を行ない、さらに接点Ｓｕを開成制御し所定の遅延時間Ｔｄｌｙの後に接点Ｓｗを閉成制御して接点Ｓｕに対するチェックである電流判定処理及び電圧判定処理を行なう。
【００８６】
本実施形態では、各チェック時間が１ｓｅｃ．、遅延時間Ｔｄｌｙが３００ｍｓｅｃ．に設定されている。少なくともチェック時間Ｔｏｎ≧３Ｔｄｌｙに設定されていればよい。このような系統連系用リレーＲｙ１に対する開閉制御シーケンスが上述した接点制御処理ステップとなる。尚、遅延時間Ｔｄｌｙは、系統連系用リレーの種類によって適宜適切な時間に変更することができる。
【００８７】
図３には、上述した商用系統電圧判定処理ステップ及び電圧設定処理ステップを実行する系統連系用リレーＲｙ１の溶着判定準備フローが示されている。
【００８８】
商用系統電圧判定処理ステップでは、自立運転する必要がある場合に（Ｓ１）、系統連系用リレーＲｙ１の全ての接点が開成制御され（Ｓ２）、系統連系用リレーＲｙ１の下流側に設けられた抵抗分圧回路によって商用系統電圧ｅｕｗがチェックされ（Ｓ３）、以下に示す数式〔数５〕に基づいて商用系統電圧の有無がチェックされる（Ｓ４）。
【数５】
2017090139.tif 000007
【００８９】
尚、Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓは自立運転時の出力電圧実効値の指令値、ｘは判定の精度を確保するために０＜ｘ＜１の範囲の値に設定される信頼係数で、本実施形態ではｘ＝０．５に設定されている。また、自立系統周波数ｆｓｄは、商用系統周波数ｆＧｒｉｄと同じ値に設定されている。尚、本実施形態では、指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓは自立運転時の定格出力電圧実効値１００Ｖよりも低い値４０Ｖに設定されている。
【００９０】
商用系統電圧が少なくとも１周期（商用系統周波数が５０Ｈｚであれば、２０ｍｓｅｃ．）計測されて最大瞬時値の絶対値｜ｅｕｗ｜が求められ、絶対値｜ｅｕｗ｜と、自立運転時の出力電圧実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓと信頼係数ｘとの積とが比較される。商用系統電圧を複数周期計測して各周期の最大瞬時値の絶対値｜ｅｕｗ｜の平均を求めてもよい。
【００９１】
さらに、商用系統周波数ｆＧｒｉｄと、自立系統周波数ｆｓｄと信頼係数ｘとの積とが比較される。信頼係数ｘの値は判断の信頼度を担保するための係数で、その値が１に近いほどノイズの影響を受け易くなるが厳しく判定でき、０に近いほどノイズの影響を受け難くなるが緩やかな判定となる。通常は中間の値０．５が好ましく用いられる。
【００９２】
例えば、商用系統電圧｜ｅｕｗ｜が０Ｖで、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓが４０Ｖ、ｘ＝０．５の場合、〔数５〕は以下のようになる。
｜ｅｕｗ｜＝０  ＜  ０．５×４０＝２０
ｆＧｒｉｄ  ＝０  ＜  ０．５×５０＝２５
【００９３】
例えば、商用系統電圧｜ｅｕｗ｜が２８３Ｖで、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓが４０Ｖ、ｘ＝０．５の場合、数式〔数５〕は以下のようになる。
｜ｅｕｗ｜＝２８３  ＞  ０．５×４０＝２０
ｆＧｒｉｄ  ＝５０  ＞  ０．５×５０＝２５
【００９４】
つまり、ステップＳ４では、数式〔数５〕の２式が共に成立するときに商用系統電圧が有ると判断され、何れも成立しないときに商用系統電圧が無いと判断される。
【００９５】
上述のステップＳ３，Ｓ４が、予め設定されたパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理ステップとなる。
【００９６】
予め設定されたパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧設定値とは、自立運転時に必要な電圧値であってもよく、当該電圧値よりも低い異常検出のための専用の電圧値であってもよい。商用系統電圧と自立運転電圧とが異なる値である場合でも、出力電圧設定値と信頼係数を適切に設定することにより精度よく商用系統電圧の有無を判定することができる。
【００９７】
また、数式〔数５〕に示すように、商用系統電圧のみならず商用系統周波数をもチェックすることにより、ノイズ等による誤判定を招くことなく精度よく商用系統電圧の有無の判定が可能になる。
【００９８】
商用系統電圧判定処理ステップにより商用系統電圧が有ると判断されると、電圧判定処理で接点の溶着判断を行なう基準値Ｅｃｈｋが商用系統電圧の実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓに設定され、自立系統電圧と商用系統電圧との差分の判断を行う遅延時間Ｔｃｈｋが商用系統周波数の逆数に設定される（Ｓ５）。
【００９９】
また、商用系統電圧が無いと判断されると、異常検出時のパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧の指令値が設定されるとともに（Ｓ６）、接点の溶着判断を行なう基準値Ｅｃｈｋが後述の数式〔数１４〕に示す（ａ・ΔＥ＊）３より小さな値に設定され、この時の遅延時間Ｔｃｈｋが自立系統周波数の逆数に設定される（Ｓ７）。
【０１００】
つまり、商用系統電圧が有ると判断されるとパワーコンディショナＰＣＳは停止されて出力電圧は０Ｖとなる。上述のステップＳ５からステップＳ７が電圧設定処理ステップとなる。
【０１０１】
上述した出力電圧の指令値ｅ＊ｓｄは、以下の数式〔数６〕の通りである。
【数６】
2017090139.tif 000008
【０１０２】
ここで、Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓは自立系統電圧実効値の指令値、θｓｄは自立系統電圧の位相角度である。本実施形態では、Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓ＝４０Ｖとの値は、系統連系用リレーＲｙ１に対する異常検出処理時の指令値であり、正常判定後の指令値は、Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓ＝１００Ｖとなる。尚、上記に示す異常検出処理の指令値及び正常判定後の指令値は一例であり、適宜設定可能である。
【０１０３】
つまり、電圧設定処理ステップの前に商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理ステップが実行され、商用系統電圧判定処理ステップの結果に基づいて、電圧設定処理ステップではパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧及び系統連系用リレーＲｙ１の異常判定のための基準値Ｅｃｈｋが異なる値に設定される。
【０１０４】
パワーコンディショナＰＣＳは、商用系統が停電すると自立運転に移行するように制御装置５によって制御されるのであるが、一時的に商用系統電圧が低下して程なく復帰する場合もある。そのような場合に系統連系用リレーＲｙ１が溶着していると、非同期投入状態に到る等の不都合な事態が生じ、パワーコンディショナＰＣＳが破損する虞もある。
【０１０５】
そこで、電圧設定処理の前に商用系統電圧判定処理を実行して、その結果に応じてパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧及び系統連系用リレーＲｙ１の異常判定のための基準値を異なる値に設定することで、安全を確保しながらも系統連系用リレーの異常判定を精度よく行なうことができ、非同期投入や逆充電が回避できるようになる。
【０１０６】
例えば、商用系統電圧が検知される場合には、パワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧を０Ｖに、商用系統電圧の値を基準値に設定すれば、パワーコンディショナＰＣＳの破損を招くことなく、精度の高い接点の溶着判定が行なえるようになる。
【０１０７】
図４には、本発明の系統連系用リレーＲｙ１の接点溶着判定フローが示されている。
自立運転が起動されると（Ｓ２１）、上述の接点制御処理ステップが実行される（Ｓ２２）。商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されていると（Ｓ２３，Ｙ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナＰＣＳへの入力電流の有無に基づいて系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を行なう第１電流判定処理（Ｓ２７）が実行される。
【０１０８】
商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されていると（Ｓ２３，Ｎ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナＰＣＳからの出力電流の有無に基づいて系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を行なう第２電流判定処理（Ｓ２４）が実行される。
【０１０９】
第１電流判定処理で系統連系用リレーＲｙ１が異常と判定されない場合には（Ｓ２７，Ｎ）、所定の遅延時間ｎ・Ｔｃｈｋ（ｎは正整数）の間にパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧ｅｓｄと商用系統電圧ｅｕｗの実効値が計測されて（Ｓ２８）、第２電圧判定処理が実行される（Ｓ２９）。
【０１１０】
また、第２電流判定処理で系統連系用リレーＲｙ１が異常と判定されない場合には（Ｓ２４，Ｎ）、所定の遅延時間ｎ・Ｔｃｈｋ（ｎは正整数）の間にパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧ｅｓｄと商用系統電圧ｅｕｗの実効値が計測されて（Ｓ２５）、第１電圧判定処理が実行される（Ｓ２６）。
【０１１１】
ステップＳ３２ではエラーフラグの状態が判定され、エラーフラグがセットされていると（Ｓ３２，Ｙ）、対応するリレー接点が溶着していると判定されて、それに伴いパワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示を点灯させる等の異常対応処理が実行される（Ｓ３３）。
【０１１２】
ステップＳ３２でエラーフラグのセットが確認されない限り（Ｓ３２，Ｎ）、系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓｕ，Ｓｗが開成制御された状態、各接点ＳｕまたはＳｗ毎に閉成制御された状態の三状態のそれぞれで各異常判定処理が終了するまで、ステップＳ２２からステップＳ３４までの処理が繰り返される。以下に各電流判定処理及び各電圧判定処理を詳述する。
【０１１３】
第１電流判定処理（Ｓ２７）では、ＬＣフィルタ４のコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となる自立系統電圧ｅｓｄとして、以下の数式〔数７〕に基づいて算出されるコンデンサ電流ｉｃを入力電流として算出する。尚、ｓはラプラス演算子（ラプラス変数）である。
【数７】
2017090139.tif 000009
【０１１４】
インバータの出力電圧ｅｓｄを検出する抵抗分圧回路を用いて自立系統電圧ｅｓｄを計測し、その値を数式〔数７〕に代入することにより、ＬＣフィルタ４のコンデンサに流入する電流値が算出される。
【０１１５】
つまり、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると、商用系統電圧ｅｕｗの検出値と自立系統電圧ｅｓｄの検出値が等しくなるような状態になると考えるのである。
【０１１６】
図６に示すように、第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期Ｔｓで計測及び算出した瞬時コンデンサ電流ｉｃの絶対値｜ｉｃ｜の変化状態を判断するために、少なくとも３回連続して閾値Ｉｃ.ｃｈｋ以上であり、且つ、その値が大きくなる傾向があるというという条件が成立する場合に（Ｓ２７，Ｙ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判断して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ３１）。尚、ノイズによる誤検出を考慮し、変化状態を確実に検出するために複数回判定処理を繰り返してもよい。
【０１１７】
閾値Ｉｃ.ｃｈｋは、以下の数式〔数８〕で定めることができる。但し、Ｐｓｄ．ｒａｔｅｄは自立運転時の定格出力電力、Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓは自立系統電圧実効値の指令値、ｙは信頼係数で、ｙ＜１の正数である。
【数８】
2017090139.tif 000010
【０１１８】
エラーフラグがセットされると、パワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示が点灯されるように構成されている。本実施形態では、自立運転時の定格電力Ｐｓｄ．ｒａｔｅｄ１．５ｋＷを基準に、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓ１００Ｖ、定格電流の１０％(ｙ＝０．１)として設計すると、閾値Ｉｃ.ｃｈｋ＝１Ａ、サンプリング周期Ｔｓ＝５０μｓｅｃ．（ＤＣ／ＡＣインバータのスイッチング周期に相当）に設定されている。閾値は、定格電流の１０％の値に設定している（（０．１×１５００）／（１００×１．４１４）＝１）。尚、所定のサンプリング周期Ｔｓとは、インバータを構成するスイッチング素子の最高スイッチング周波数の逆数という条件を満たすサンプリング周期であればよい。
【０１１９】
ステップＳ２７で、瞬時コンデンサ電流ｉｃの絶対値｜ｉｃ｜の変化状態を判断するために、少なくとも３回連続して閾値Ｉｃ.ｃｈｋ以上であり、且つ、その値が大きくなる傾向があるというという条件が成立しない状態が所定時間（例えば数サイクル）継続すると、商用系統からパワーコンディショナＰＣＳのコンデンサに流れる電流が無いと判断して（Ｓ２７，Ｎ）、ステップＳ２８の電圧判定処理に移行する。但し、ノイズによる誤検出を考慮し、変化状態を確実に検出するために、複数回判定処理を繰り返してもよい。尚、商用系統電圧が有る場合、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着することなく正常であれば、瞬時コンデンサ電流ｉｃの絶対値｜ｉｃ｜は常時零となる。
【０１２０】
第２電流判定処理（Ｓ２４）では、ＬＣフィルタ４のコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、自立系統電圧ｅｓｄ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となるインバータの出力電流ｉｉｎｖとして、以下の数式〔数９〕に基づいて算出されるパワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉｓｐを商用系統に接続された負荷への出力電流として算出するように構成されている。
【数９】
2017090139.tif 000011
【０１２１】
商用系統電圧が無い場合には、インバータ３が駆動されてパワーコンディショナＰＣＳから所定の自立系統電圧ｅｓｄが出力され、計測されたインバータ電流ｉｉｎｖと自立系統電圧ｅｓｄから数式〔数７〕により求められたｉｃが数式〔数９〕に代入されて、パワーコンディショナＰＣＳからの出力電流ｉｓｐが算出される。ここで、自立系統電圧ｅｓｄは、インバータの出力電圧ｅｓｄを検出する抵抗分圧回路により検出される値である。
【０１２２】
つまり、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると、パワーコンディショナＰＣＳから商用系統に接続された負荷Ｒｕｗに流出する電流が検出されるようになるのである。
【０１２３】
図７に示すように、第２電流判定処理は、パワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉｓｐの最大値Ｉｓｐ．ｍａｘの差分の変化状態を判断するために、３回連続して所定の閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋ以上である場合、且つ、瞬時出力電流ｉｓｐの絶対値｜ｉｓｐ｜が小さくなる傾向がある場合に（Ｓ２４，Ｙ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判断して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ３１）。但し、ノイズによる誤検出を考慮し、且つ、変化状態を確実に検出するために、複数回判定処理を繰り返してもよい。
【０１２４】
出力電流ｉｓｐの最大値Ｉｓｐ．ｍａｘは、数式〔数１０〕で示され、閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋは、数式〔数１１〕で示される。尚、数式〔数１１〕でＥ＊ｓｄ．ｒｍｓは自立運転時の出力電圧の実効値の指令値である。
【数１０】
2017090139.tif 000012
【数１１】
2017090139.tif 000013
【０１２５】
パワーコンディショナＰＣＳから商用系統に接続された負荷Ｒｕｗに電流が流出すると、電圧降下が生じて次第に電流値が低下する。そこで、第２電流判定処理では、算出されたパワーコンディショナＰＣＳの出力電流の最大値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、瞬時出力電流ｉｓｐの絶対値｜ｉｓｐ｜が小さくなる傾向がある場合にパワーコンディショナＰＣＳから商用系統に接続された負荷Ｒｕｗに電流が流出していると判定されるのである。
【０１２６】
尚、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着することなく正常である場合、商用系統に負荷が接続されていない場合、また、商用系統に軽い負荷が接続されている場合は、図８に示すように、パワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉｓｐの最大値Ｉｓｐ．ｍａｘが常に所定の閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋ以下となると考えられる。
【０１２７】
ステップＳ３１でエラーフラグがセットされると、パワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示が点灯される。本実施形態では、自立運転時の定格電力Ｐｓｄ．ｒａｔｅｄは１．５ｋＷを基準に、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓ１００Ｖ、定格電流の１０％(ｙ＝０．１)として設計すると、閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋ＝１Ａ、サンプリング周期は０．５Ｔｓｄに設定されている（図６参照）。尚、自立系統周波数が５０Ｈｚである場合はサンプリング周期は１０ｍｓｅｃ．となる。
【０１２８】
ステップＳ２７で、図８に示すように、出力電流ｉｓｐの最大値Ｉｓｐ．ｍａｘの変化状態は、少なくとも３回連続して閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋ未満であり、その値が大きくなる傾向があるという条件が成立しない状態が所定時間（例えば数サイクル）継続すると、商用系統に負荷が接続されていない状態、或いは、軽い負荷と接続されている状態と判断して（Ｓ２７，Ｎ）、ステップＳ２８以降の第２電圧判定処理に移行する。尚、ノイズによる誤検出を考慮し、且つ、変化状態を確実に検出するために、複数回判定処理を繰り返してもよい。
【０１２９】
第２電圧判定処理では、所定の遅延時間ｎ・Ｔｃｈｋ（ｎは正整数）の間にパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧ｅｓｄと商用系統電圧ｅｕｗの実効値が計測されて、それらの差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜と、電圧設定処理ステップで設定された基準値Ｅｃｈｋに所定の信頼係数ｚを掛けた値との大小関係が判定される（Ｓ２９）。
【０１３０】
例えば、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していなければ、商用系統電圧が２００Ｖ、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が０Ｖと検知されるので、信頼係数ｚ＝０．５（ｚは、ｚ＜１の正数）とすれば、差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜＝２００Ｖに対して比較値１００Ｖ（＝２００×０．５）が小さくなる。
【０１３１】
しかし、接点が溶着していれば、商用系統電圧が２００Ｖ、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が２００Ｖと検知され、差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜＝０Ｖに対して比較値１００Ｖ（＝２００×０．５）が大きくなる。
【０１３２】
ステップＳ２９で、差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜よりも基準値Ｅｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が大きいと判定されると、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ３１）。
【０１３３】
差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜よりも基準値Ｅｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が小さいと判定されると、系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域のエラーフラグをリセットする（Ｓ３０）。
【０１３４】
遅延時間Ｔｃｈｋが商用系統周波数、或いは、自立系統周波数の３周期（ｎ＝３）に設定され、少なくとも３周期の間のサンプリング値に基づいて実効値が算出されるように構成されているが、遅延時間Ｔｃｈｋは複数周期に設定されていればよく、３周期に限るものではない。
【０１３５】
ステップＳ２４の第２電流判定処理で系統連系用リレーＲｙ１の溶着が検出されない場合には（Ｓ２４，ＯＫ）、ステップＳ２５以降の第１電圧判定処理が実行される。
【０１３６】
図５には、第１電圧判定処理の具体的な処理手順が示されている。
第１電圧判定処理では、数式〔数１２〕に示すように、系統連系用リレーＲｙ１の異常の有無を判定するための処理時間Ｔ１が設定される（Ｓ４１）。
【数１２】
2017090139.tif 000014
ここで、数式〔数１１〕のＴONは、図２に示すように、系統連系用リレーＲｙ１の接点制御処理で系統連系用リレーＲｙ１の各接点を開成または閉成制御して主にパワーコンディショナＰＣＳ側の電圧及び商用系統側の電圧を計測する時間であり、Ｔｄｌｙは計測値に対する演算処理に要する時間である。本実施形態では、ＴONは１．０ｓｅｃ．に設定され、遅延時間Ｔｄｌｙは３００ｍｓｅｃ．に設定されている。
【０１３７】
設定が完了すると、測定時刻ｋの初期値が「−２」に設定され、系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓｕ，Ｓｗが開成制御された状態でパワーコンディショナＰＣＳから数式〔数１３〕に示す出力電圧実効値の指令値Ｅｓｄ．ｒｍｓとしてＥｍｉｎのモニタ電圧が出力される（Ｓ４２）。
【０１３８】
次に、商用系統側の電圧ｅｕｗが計測されて実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓが算出され、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎと商用系統側の電圧実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓの差分の絶対値ΔＥ（ｋ）が算出されて、その値がメモリに記憶される（Ｓ４３）。
【０１３９】
処理時間Ｔ１が経過するまでの間はステップ４３の処理が継続され、処理時間Ｔ１が経過すると（Ｓ４４，Ｙ）、測定時刻ｋに値「１」が加算されるとともに、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が数式〔数１３〕に示す出力電圧実効値の指令値Ｅｍａｘに更新されて出力される（Ｓ４５）。
【０１４０】
初期値ｋ＝「−２」に設定された測定時刻ｋが「１」になるまでステップＳ４３からステップＳ４５の測定処理が３回繰り返され（Ｓ４６）、この間にパワーコンディショナＰＣＳから出力されるモニタ電圧が、ＥｍｉｎからＥｍａｘに、さらにＥｍｉｎに時系列で切り替えられる。尚、ΔＥ＊はパワーコンディショナの出力可変電圧の指令値、ａ，ｂは信頼係数で０＜ａ＜１，０＜ｂ＜１の範囲に設定される値である。
【数１３】
2017090139.tif 000015
【０１４１】
ステップＳ４６で測定時刻ｋが「１」になると判定されると、時刻ｋ（ｋ＝−２，−１，０）に対応して時系列で算出された３つの差分ΔＥ（ｋ）がメモリから読み出されて、各差分の積ΔＥＣＳＴが算出され、その値がメモリに記憶される（Ｓ４７）。
【０１４２】
ステップＳ４７で算出された積ΔＥＣＳＴが所定の基準値Ｅｃｈｋと比較される。積ΔＥＣＳＴが所定の基準値Ｅｃｈｋより小さい場合には、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判定されて（Ｓ４８，Ｎ）、エラーフラグがセットされる（図４のステップＳ３１）。
【０１４３】
積ΔＥＣＳＴが所定の基準値Ｅｃｈｋ以上である場合には、系統連系用リレーＲｙ１の接点は溶着していないと判定されて（Ｓ４８，Ｙ）、エラーフラグがリセットされる（図４のステップＳ３０）。
【０１４４】
図９（ａ），（ｂ）には、図４及び図５のフローチャートで説明した第１電圧判定処理の処理タイミングが示されている。
図９（ａ）に示すように、先ず、最初の処理時間Ｔ１の間にパワーコンディショナＰＣＳからの出力電圧実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ−２)としてＥｍｉｎのモニタ電圧が出力される。
【０１４５】
図９（ｂ）に示すように、当該最初の処理時間Ｔ１の間に商用系統側の電圧実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓ(ｋ−２)が計測され、Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ−２)とＥｕｗ．ｒｍｓ(ｋ−２)の差分がΔＥ(ｋ−２)として算出されてメモリに記憶される。
【０１４６】
図９（ａ）に示すように、次の処理時間Ｔ１の間にパワーコンディショナＰＣＳからの出力電圧実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ−１)としてＥｍａｘのモニタ電圧が出力される。
【０１４７】
図９（ｂ）に示すように、当該次の処理時間Ｔ１の間に商用系統側の電圧実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓ(ｋ−１)が計測され、Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ−１)とＥｕｗ．ｒｍｓ(ｋ−１)の差分がΔＥ(ｋ−１)として算出されてメモリに記憶される。
【０１４８】
図９（ａ）に示すように、最後の処理時間Ｔ１の間にパワーコンディショナＰＣＳからの出力電圧実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ)としてＥｍｉｎのモニタ電圧が出力される。
【０１４９】
図９（ｂ）に示すように、当該最後の処理時間Ｔ１の間に商用系統側の電圧実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓ(ｋ)が計測され、Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ)とＥｕｗ．ｒｍｓ(ｋ)の差分がΔＥ(ｋ)として算出されてメモリに記憶される。
【０１５０】
その後、時間ＴCHKの間にメモリに記憶されたデータΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(Ｔｋ−１)及びΔＥ(ｋ)の積ΔＥＣＳＴが数式〔数１４〕に基づいて算出され、所定の基準値Ｅｃｈｋとの比較が行なわれる。パワーコンディショナの出力電圧の指令値の可変電圧をΔＥ＊、可変電圧ΔＥ＊及び基準値Ｅｃｈｋを調整する信頼係数をａとする。本実施形態では、信頼係数ａ＝０．５、出力可変電圧の指令値ΔＥ＊＝２０Ｖ、指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ＝４０Ｖ，信頼係数ｂ＝０．１に設定されているが、これらの値は実際の設計条件等に基づいて適宜設定可能である。
【数１４】
2017090139.tif 000016
【０１５１】
出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘは、商用系統の定格電圧ＥＧｒｉｄに対して、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定されていることが好ましい。出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘの差が小さい場合には、ハムノイズの影響で系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着している場合と溶着していない場合とで積ΔＥＣＳＴにそれほど大きな相違が認められない虞がある。そのような場合に備えて、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘを、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定しておけば、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着している場合と溶着していない場合とで積ΔＥＣＳＴに顕著な相違が現れるようになる。
【０１５２】
以上説明したように、本発明による系統連系用リレーＲｙ１の異常検出装置を採用すれば、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧や出力電流、商用系統電圧を検知するための回路素子は本来パワーコンディショナＰＣＳの制御に必要な回路素子であるので、系統連系用リレーＲｙ１の溶着を判定するために別途のセンサや回路素子を準備する必要はない。
【０１５３】
また、交流負荷Ｒｕｗが接続されているか否かに関わらず、また商用系統電圧の有無に関わらず、確実に系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着異常であるか否かが検出できるようになる。
【０１５４】
図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明による第１電圧判定処理の実験結果の一例が示されている。詳述すると、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、図４のステップＳ２２の接点制御処理で、系統連系用リレーＲｙ１の接点Ｓｕ，ＳＷのうち接点Ｓｕが閉成され、接点ＳＷが開成された状態で、第１電圧判定処理が実行された結果、つまり接点Ｓｗに対する溶着判定結果が図１０（ｂ），（ｃ）及び図１１（ｂ），（ｃ）に示されている。
【０１５５】
実験は、図２に示すチェック時間ＴＯＮ＝１ｓｅｃ．、遅延時間Ｔｄｌｙ＝０．３ｓｅｃ．、モニタ電圧Ｅｍｉｎ＝３０Ｖ、Ｅｍａｘ＝５０Ｖ、チェック時間Ｔ１＝０．２ｓｅｃ．、基準値Ｅｃｈｋ＝１２５Ｖの各条件で行なわれた。
【０１５６】
図１０（ｂ）に示すように、接点ＳＷが溶着した系統連系用リレーＲｙ１を用いて、接点制御処理ステップで接点Ｓｕを閉成制御し、接点Ｓｗを開成制御した状態で、パワーコンディショナＰＣＳから周期Ｔ１（＝０．２ｓｅｃ．≒（ＴＯＮ−Ｔｄｌｙ）／３）で、Ｅｍｉｎ（＝３０Ｖ）、Ｅｍａｘ（＝５０Ｖ）、Ｅｍｉｎ（＝３０Ｖ）の順に時系列で電圧ｅｓｄを切替出力した。
【０１５７】
図１０（ｃ）に示すように、系統連系用リレーＲｙ１の接点ＳＷが溶着しているため、この電圧ｅｓｄとほぼ同じ値の電圧ｅｕｗが商用系統側でも検出されるようになる。そのため、各周期Ｔ１で算出したΔＥの値は略零になる。その後、ＴｃｈｋでΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)の積ΔＥＣＳＴが算出され、その値がＥｃｈｋ(＝１２５Ｖ）よりも小さな値と判断され、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判断された。図１０（ｃ）には、パワーコンディショナＰＣＳから電圧が出力されていない時期に、商用系統側の電圧ｅｕｗ波形に僅かのハムノイズが認められる。
【０１５８】
図１１（ｃ）に示すように、接点ＳＷが溶着していない正常な系統連系用リレーＲｙ１を用いて、接点制御処理ステップで接点Ｓｕを閉成制御し、接点Ｓｗを開成制御した状態で、パワーコンディショナＰＣＳから周期Ｔ１（＝０．２ｓｅｃ．≒（ＴＯＮ−Ｔｄｌｙ）／３）で、Ｅｍｉｎ（＝３０Ｖ）、Ｅｍａｘ（＝５０Ｖ）、Ｅｍｉｎ（＝３０Ｖ）の順に時系列で電圧を切替出力した。
【０１５９】
図１１（ｃ）に示すように、系統連系用リレーＲｙ１の接点ＳＷは溶着されていないので、この電圧ｅｓｄは商用系統側で検出されることがない。しかし、パワーコンディショナＰＣＳから出力される電圧ｅｓｄによりハムノイズの値が大きくなり、単純にΔＥ(ｋ)の値のみで判定すると系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると誤判定することになる。図１０（ｃ）の差分ΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)が図１１（ｃ）の差分ΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)と顕著に異なる値とならないためである。
【０１６０】
しかし、図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、パワーコンディショナＰＣＳから出力される電圧ｅｓｄを３０Ｖから５０Ｖにステップ的に変化させた場合にはハムノイズのレベルはそれほど大きく変化しない。そのため、ΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)の積ΔＥＣＳＴがＥｃｈｋ(＝１２５Ｖ）よりも大きな値と判断され、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していないと正確に判断することができるようになった。
【０１６１】
また、図１０（ｂ），（ｃ）に示す系統連系用リレーＲｙ１が溶着している場合、各差分ΔＥは総合可変電圧の指令値の半分として設計する（０．５×ａ×ΔＥ＊）。つまり５Ｖ程度になり、Ｅｃｈｋを５３（＝１２５Ｖ）〜６３（＝２１６Ｖ）の範囲に設定することが適正であると評価できる。尚、Ｅｃｈｋの値は、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ、Ｅｍａｘの各値を考慮して決定すればよい。べき数３はサンプリングされた差分の数に対応する値である。
【０１６２】
以下、別実施形態を説明する。
上述の実施形態では、第１電圧判定処理でパワーコンディショナＰＣＳからの出力電圧実効値の指令値が、ＥｍｉｎとＥｍａｘの２値を用いて、３周期に亘って交互に切替出力される例を説明したが、２値である必要はなく、少なくとも異なる値の電圧であればよく、また３周期ある必要はなく２周期以上であればよい。
【０１６３】
つまり、パワーコンディショナＰＣＳから異なる値のモニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘを時系列で切替出力し、各モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘに対するパワーコンディショナＰＣＳ側の電圧と商用系統側の電圧との差分がモニタ電圧に追従するか否かに基づいて系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を行なうように構成されていればよい。
【０１６４】
また、モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘを時系列で切替出力する際に、Ｅｍｉｎ→Ｅｍａｘ→Ｅｍｉｎの順に切り替える以外に、Ｅｍａｘ→Ｅｍｉｎ→Ｅｍａｘの順に切り替えてもよいことはいうまでもない。つまり、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘのモニタ電圧を時系列で切替出力するように構成されていればよい。
【０１６５】
上述した実施形態では、差分ΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)の積ΔＥＣＳＴと基準値Ｅｃｈｋとを比較して異常または正常判定する態様を説明したが、差分毎に予め設定した基準値と比較して異常または正常判定し、全ての差分で正常と判定された場合に最終的な異常または正常判定を行なうように構成してもよい。
【０１６６】
さらに、各モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘの変化に伴って差分が同様に変化するか否かに基づいて異常または正常判定を行なうように構成してもよい。つまり、各モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘを変化させたときに差分が同様に変化する場合は、系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定される。一方、各モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘを変化させたときに差分が変化しない場合は、系統連系用リレーＲｙ１が異常であると判定される。
【０１６７】
即ち、本発明による系統連系用リレーの異常検出装置は、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナから異なる値のモニタ電圧を時系列で切替出力し、各モニタ電圧に対するパワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分がモニタ電圧に追従するか否かに基づいて系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電圧判定処理と、を実行する異常検出処理部を備えていればよい。
【０１６８】
以上説明した実施形態では、パワーコンディショナＰＣＳの出力が単相である場合を例に本発明を説明したが、本発明はパワーコンディショナＰＣＳの出力が三相であり、系統連系用リレーＲｙ１の接点がＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗの３接点で構成される場合も適用可能である。
【０１６９】
上述した実施形態では、太陽電池パネルＳＰと、太陽電池パネルＳＰに接続されたパワーコンディショナＰＣＳを備えた分散型電源を例に系統連系用リレーの異常検出装置を説明したが、分散型電源に組み込まれる発電装置は太陽電池パネルＳＰに限るものではなく、風力発電装置や燃料電池等の任意の発電装置であってもよい。
【０１７０】
以上説明した複数の実施形態は、本発明による系統連系用リレーの異常検出方法及びパワーコンディショナの一例に過ぎず、該記載により本発明の技術的範囲が限定されるものではなく、本発明の作用効果が奏される限り、具体的な回路構成や異常検出アルゴリズムは適宜変更設計可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１７１】
１：分散型電源
２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
３：ＤＣ／ＡＣインバータ
４：ＬＣフィルタ
５：制御装置
５ａ：コンバータ制御部
５ｂ：インバータ制御部
５ｃ：異常検出処理部
ＰＣＳ：パワーコンディショナ
Ｒｙ１：系統連系用リレー
Ｒｙ２：自立系統用リレー
Ｓｕ，Ｓｗ：接点
【図１】
2017090139.tif 000021
【図２】
2017090139.tif 000022
【図３】
2017090139.tif 000023
【図４】
2017090139.tif 000024
【図５】
2017090139.tif 000025
【図６】
2017090139.tif 000026
【図７】
2017090139.tif 000027
【図８】
2017090139.tif 000028
【図９】
2017090139.tif 000029
【図１０】
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【図１１】
2017090139.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月1日(2017.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転との何れかに切替可能に構成されるとともに直流電力を交流電力に変換するインバータと前記インバータの出力電圧から高周波成分を除去するＬＣフィルタを備えたパワーコンディショナに組み込まれ、自立運転への切替時に系統連系用リレーの異常を検出する系統連系用リレーの異常検出装置であって、
商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、
前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナから異なる値のモニタ電圧を時系列で切替出力し、各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分が前記モニタ電圧に追従するか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電圧判定処理と、
を実行する異常検出処理部を備えており、
前記第１電圧判定処理は、各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分の積が所定の基準値より小であるか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なうように構成されている系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項２】
前記第１電圧判定処理は、前記パワーコンディショナの出力可変電圧の指令値をΔＥ＊、当該出力可変電圧の指令値ΔＥ＊及び基準値Ｅｃｈｋを調整する信頼係数をａ、商用系統電圧ＥＧｒｉｄに対する信頼係数をｂとして、少なくとも数式〔数１〕に示す出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘ（但し、Ｅｍｉｎ＜Ｅｍａｘ）のモニタ電圧を時系列で切替出力したときに、サンプリング時刻ｋとして以下の数式〔数２〕に基づいて前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴを算出し、前記差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴが前記所定の基準値Ｅｃｈｋより小であるか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なうように構成されている請求項１記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【数１】
2017090139.tif 000032
【数２】
2017090139.tif 000033
【請求項３】
前記出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘは、商用系統の定格電圧ＥＧｒｉｄに対して、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定されている請求項２記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項４】
前記異常検出処理部は、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記パワーコンディショナの出力電圧を零に設定し、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分と、前記基準値に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２電圧判定処理を実行するように構成されている請求項１から３の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項５】
前記異常検出処理部は、
前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナへの入力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電流判定処理と、
前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナからの出力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２電流判定処理と、
を実行するように構成されている請求項１から４の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項６】
前記第１電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となる自立系統電圧ｅｓｄとして、以下の数式〔数３〕に基づいて算出される前記コンデンサ電流ｉｃを前記入力電流として算出するように構成されている請求項７記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【数３】
2017090139.tif 000034
【請求項７】
前記第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期で計測した前記入力電流の絶対値が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記出力電流の絶対値が大きくなる場合に、前記系統連系用リレーが異常であると判定する請求項６記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項８】
前記第２電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、自立運転時の出力電圧ｅｓｄ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となるインバータ電流ｉｉｎｖとして、以下の数式〔数４〕に基づいて算出されるパワーコンディショナの出力電流ｉｓｐを前記出力電流として算出するように構成されている請求項５から７の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【数４】
2017090139.tif 000035
【請求項９】
前記第２電流判定処理は、前記パワーコンディショナの前記出力電流の波高値の絶対値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記波高値の絶対値が小さくなる場合に、前記系統連系用リレーが異常であると判定する請求項８記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項１０】
前記異常検出処理部は、前記系統連系用リレーの全接点を開成制御した後に各異常検出処理を実行するとともに、一接点毎に単独で閉成制御する度に各異常検出処理を実行するように構成されている請求項１から９の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項１１】
前記商用系統電圧判定処理は、予め設定されたパワーコンディショナの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定するように構成されている請求項１から１２の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【請求項１２】
系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転とを切替可能な制御装置を備えている単相または三相のパワーコンディショナであって、
請求項１から１０の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置が前記制御装置に組み込まれているパワーコンディショナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系用リレーの異常検出装置及びパワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や燃料電池等を備えた分散型直流電源は、商用系統に連系させて使用するために、周波数や電圧を商用系統に適合させた交流電力に変換するパワーコンディショナを備えて構成されている。
【０００３】
パワーコンディショナは、太陽電池や燃料電池等で発電された直流電力を所定の電圧値の直流電力に調整するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、ＤＣ／ＡＣインバータの出力波形から高周波成分を除去するＬＣフィルタ等を備えている。
【０００４】
太陽電池や燃料電池等に接続されたパワーコンディショナが系統連系運転を行なっている配電線に地絡または短絡事故が発生し、或いは計画停電等によって変電所から配電線への電力の送電が停止した状態、即ち単独運転状態に至った場合には、区分開閉器の動作への影響防止及び配電線等の保全作業時の安全性を確保するために、パワーコンディショナの制御装置によって系統連系用リレーが開成され、当該分散型電源は当該配電線から解列される。
【０００５】
そして、その後パワーコンディショナの制御装置によって自立系統用リレーが閉成されると、商用系統から切り離された自立系統或いは商用系統とは連系することなく独立した自立系統に当該分散型電源から交流電力が供給される。
【０００６】
パワーコンディショナの制御装置には、系統連系時に商用系統の位相に同期した交流電流がＤＣ／ＡＣインバータから出力されるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御する電流制御ブロックと、解列時に自立系統に所定レベルの交流電圧が出力されるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御する電圧制御ブロックを備えている。
【０００７】
所定レベルの電圧とは、電気事業法第２６条及び同法施行規則第４４条に規定された低圧需要家用の電圧であり、標準電圧１００Ｖに対して１０１±６Ｖ、標準電圧２００Ｖに対して２０２±２０Ｖ以内の電圧をいう。
【０００８】
商用系統から解列して自立系統に給電する自立運転を行なう場合には、商用系統への逆充電の防止及び非同期投入の防止のために、事前に系統連系用リレーの接点が正常な状態であるか否かを検出する必要があり、当該系統連系用リレーの接点が溶着する等の異常な状態である場合には、系統連系運転から自立運転への移行を阻止する必要がある。
【０００９】
特許文献１には、インバータ回路からの交流電力を平滑するフィルタ回路と、インバータ回路の運転状態を制御するインバータ回路制御手段と、系統連系用リレーの連系又は解列の状態の制御手段と、フィルタ回路と系統連系用リレーの間に接続され、フィルタ回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、インバータ回路制御手段によりインバータ回路が停止状態に制御されているときに、系統連系用リレーの制御状態及び電流検出手段の検出結果に基づいて系統連系装置の異常を検出する手段とを有する系統連系装置が開示されている。
【００１０】
当該異常検出手段は、インバータ回路を停止した状態で、商用系統からフィルタ回路のコンデンサに無効電流が流れているか否かに基づいて、系統連系用リレーの接点が溶着しているか否かを判定するように構成されている。
【００１１】
特許文献２には、商用系統が正常に運転されている場合に、ＤＣ／ＡＣインバータ回路を停止状態に制御し、系統連系用リレーを開放状態に制御している時、系統連系用リレーを構成する第一の系統連系用リレー、第二の系統連系用リレーについて、第一の系統連系用リレーの入力側と第二の系統連系用リレーの出力側の電位差と、第一の系統連系用リレーの出力側と第二の系統連系用リレーの入力側の電位差をそれぞれフォトカプラ等によって検出することで、インバータ回路と商用系統が連系する前に、第一の系統連系用リレーまたは第二の系統連系用リレーが溶着しているか否かを検出する系統連系装置が提案されている。
【００１２】
さらに、当該系統連系装置は、商用系統が停電した場合に、インバータ回路を作動させて、同様の検出動作を行なうように構成されている。
【００１３】
特許文献３には、連系用開閉器及びインバータ回路部が共に正常であることを確認した後に、商用系統との連系運転を安全に開始することができる系統連系インバータ装置が開示されている。
【００１４】
当該系統連系インバータ装置は、直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、インバータ回路部の出力電圧を検出する出力電圧検出器と、インバータ回路部と商用系統との連系を確立する連系用開閉器と、商用系統の電圧を検出する系統電圧検出器と、インバータ回路部及び連系用開閉器を制御する制御回路部とを備えている。
【００１５】
そして、当該制御回路部が、出力電圧検出器の検出値に基づいて連系用開閉器の開路状態を確認した後にインバータ回路部を始動させ、出力電圧検出器の検出値と系統電圧検出器の検出値とが略同等になったときに連系用開閉器を閉じる制御を行うように構成されている。
【００１６】
また、当該系統連系インバータ装置は、インバータ回路部と連系用開閉器との間に、インバータ回路部と商用系統との電圧差によって生じる電流を消費する電流制限抵抗と、電流制限抵抗を短絡させる抵抗短絡用開閉器とが設けられ、制御回路部が連系用開閉器を閉じた後に所定のタイミングで抵抗短絡用開閉器を閉じる制御を行うように構成されている。
【００１７】
特許文献４には、電力変換部と自立運転用端子との間に配置された開閉器の異常を検出できる電力変換装置が開示されている。
【００１８】
当該電力変換装置は、外部装置から供給される電力を所定の電力へ変換する電力変換部と、電力系統に接続される連系運転用端子と前記電力変換部との間に接続される第１開閉器と、負荷に接続される自立運転用端子と前記電力変換部との間に接続される第２開閉器と、前記自立運転用端子の電圧を検出する電圧検出部と、前記電力変換部、前記第１開閉器および前記第２開閉器を制御する制御部と、を備えている。
【００１９】
そして、前記制御部は、前記第１開閉器と前記第２開閉器とに対し開状態にする制御信号をそれぞれ出力し、かつ、前記電力変換部から所定の電圧を出力させた制御状態において、前記電圧検出部により検出される前記自立運転用端子の電圧に基づいて、前記第２開閉器の異常を判定する異常判定処理を実行するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００８−３５６５５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３５７６７号公報
【特許文献３】特開２００７−１７４７９２号公報
【特許文献４】特開２０１４−６４４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、特許文献１に開示された系統連系装置の異常検出手段では、系統連系時または解列時にインバータ回路を停止して商用系統からフィルタ回路に流れる無効電流の有無を検知する構成であるため、商用系統が停電して自立運転を起動するような場合には、系統連系用リレーの異常を検知することができないという問題があった。
【００２２】
また、特許文献２に開示された系統連系装置では、第一の系統連系用リレーの入力側と第二の系統連系用リレーの出力側の電位差と、第一の系統連系用リレーの出力側と第二の系統連系用リレーの入力側の電位差をそれぞれ検出するための別途の回路素子が必要になり部品コストが嵩むという問題があった。
【００２３】
しかも、商用系統の電圧が運用規定の適正範囲内であるか否かのみに基づいて停電検知していたため、ノイズの影響により誤検知する虞があった。そして、商用系統の停電時にＤＣ／ＡＣインバータ回路を作動させたときのリレー接点の前後の電圧に基づいて系統連系用リレーの異常を検知する場合、商用系統への負荷の接続状態によっては誤検知する虞があり、またハムノイズ等の影響によっても誤検知する虞があった。
【００２４】
また、特許文献３に開示された系統連系インバータ装置によれば、部品コストが嵩むばかりでなく、抵抗短絡用開閉器が故障すると、商用系統と連系することができなくなるという問題があった。
【００２５】
さらに、特許文献４に開示された電力変換装置によれば、電力変換部から所定の電圧が出力されたときに、第２開閉器に自立負荷が接続されていると、誤判定を招く可能性が相当高いという問題があった。
【００２６】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、商用系統が停電して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーの異常を検知可能な系統連系用リレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上述の目的を達成するため、本発明による系統連系用リレーの異常検出装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転との何れかに切替可能に構成されるとともに直流電力を交流電力に変換するインバータと前記インバータの出力電圧から高周波成分を除去するＬＣフィルタを備えたパワーコンディショナに組み込まれ、自立運転への切替時に系統連系用リレーの異常を検出する系統連系用リレーの異常検出装置であって、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナから異なる値のモニタ電圧を時系列で切替出力し、各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分が前記モニタ電圧に追従するか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電圧判定処理と、を実行する異常検出処理部を備えており、前記第１電圧判定処理は、各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分の積が所定の基準値より小であるか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なうように構成されている点にある。
【００２８】
先ず、自立運転への切替時に商用系統電圧判定処理が実行されて商用系統電圧の有無が判定される。このとき商用系統電圧が無いと判定されると第１電圧判定処理が実行される。
【００２９】
第１電圧判定処理では、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナから異なる値のモニタ電圧が時系列に切替出力され、各モニタ電圧に対するパワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分が算出される。その差分がモニタ電圧に追従して変動すると系統連系用リレーが正常であると判定される。
【００３０】
例えば、単一の値のモニタ電圧に対するパワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分で判断すると、インバータが駆動される際に商用系統側に発生するハムノイズ等の影響を受けて差分値が小さくなり、系統連系用リレーが異常であるとの誤判定を招く虞がある。
【００３１】
しかし、モニタ電圧の値が時系列に切替出力されてもハムノイズはモニタ電圧の変動程には大きく変動しないので、各モニタ電圧に対するパワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分がモニタ電圧に追従して切り替わる場合には系統連系用リレーが正常であると判定できるようになる。反対に各モニタ電圧に対するパワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分がモニタ電圧に追従することなくあまり変化しない場合には、系統連系用リレーが異常であると判定できるようになる。
【００３２】
各モニタ電圧に対する前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分の積を算出することにより、パワーコンディショナ側での電圧と商用系統側での電圧の差分がモニタ電圧に追従して切り替わるか否かの傾向を増幅して表すことができ、その結果精度よく判定できるようになる。
【００３３】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記第１電圧判定処理は、前記パワーコンディショナの出力可変電圧の指令値をΔＥ＊、当該出力可変電圧の指令値ΔＥ＊及び基準値Ｅｃｈｋを調整する信頼係数をａ、商用系統電圧ＥＧｒｉｄに対する信頼係数をｂとして、少なくとも数式〔数１〕に示す出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘ（但し、Ｅｍｉｎ＜Ｅｍａｘ）のモニタ電圧を時系列で切替出力したときに、サンプリング時刻ｋとして以下の数式〔数２〕に基づいて前記パワーコンディショナ側電圧と前記商用系統側電圧との差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴを算出し、前記差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴが前記所定の基準値Ｅｃｈｋより小であるか否かに基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なうように構成されている点にある。尚、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘの設定範囲は、数式〔数１〕に示すように設定されている。信頼係数ｂは商用系統電圧ＥＧｒｉｄに対する割合である。
【数１】
2017090139.tif 000036
【数２】
2017090139.tif 000037
【００３４】
パワーコンディショナから出力電圧実効値の指令値に対応する少なくとも数式〔数１〕に示す出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘ（但し、Ｅｍｉｎ＜Ｅｍａｘ）のモニタ電圧を時系列で切替出力し、夫々の出力時にパワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分ΔＥを算出し、各差分ΔＥの積ΔＥＣＳＴを算出する。積ΔＥＣＳＴと基準値Ｅｃｈｋとの大小関係をに基づいて系統連系用リレーが異常であるか正常であるかが判定される。具体的に、積ΔＥＣＳＴが基準値Ｅｃｈｋより大きければ系統連系用リレーが正常と判定され、積ΔＥＣＳＴが基準値Ｅｃｈｋより小さければ系統連系用リレーが異常と判定される。
【００３５】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘは、商用系統の定格電圧ＥＧｒｉｄに対して、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定されている点にある。
【００３６】
系統連系用リレーの接点が溶着した異常状態で、パワーコンディショナ側の出力電圧実効値の指令値がＥｍｉｎ，Ｅｍａｘとの間で切り替わると、商用系統側でもその変化に追従するように略同じ値の電圧が計測される。つまり、数式〔数１〕の積ΔＥＣＳＴは比較的小さな値になる。系統連系用リレーの接点が溶着していない正常状態で、パワーコンディショナ側の出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘとの間で切り替わると、商用系統側ではその変化に僅かに追従するハムノイズの電圧のみが計測される。つまり、数式〔数１〕の積ΔＥＣＳＴは比較的大きな値になる。
【００３７】
しかし、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘの差が小さい場合には、系統連系用リレーの接点が溶着している場合と溶着していない場合とで積ΔＥＣＳＴにそれほど大きな相違が認められない虞がある。そこで、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘを、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定しておけば、系統連系用リレーの接点が溶着している場合と溶着していない場合とで積ΔＥＣＳＴに顕著な相違が現れるようになる。
【００３８】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記パワーコンディショナの出力電圧を零に設定し、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分と、前記所定の基準値に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２電圧判定処理を実行するように構成されている点にある。
【００３９】
商用系統電圧が有る場合には、系統連系用リレーの接点が溶着していると、パワーコンディショナ側の電圧値と商用系統側の電圧値との差分が略零になるため、当該差分の値に基づいて系統連系用のリレーの異常の有無を判定することができるようになる。その際に、商用系統電圧判定処理の結果に基づいて、異常検出時のパワーコンディショナの出力電圧が異なる値に設定されるので、商用系統への逆充電や非同期投入という不都合が生じることが未然に回避できるようになる。
【００４０】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナへの入力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電流判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナからの出力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２電流判定処理と、を実行するように構成されている点にある。
【００４１】
自立運転への切替時に商用系統電圧判定処理が実行されて商用系統電圧の有無が判定される。このとき商用系統電圧が有ると判定されると第１電流判定処理が実行され、商用系統電圧が無いと判定されると第２電流判定処理が実行される。
【００４２】
第１電流判定処理では、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、商用系統からパワーコンディショナへ電流が流入するか否かに基づいて系統連系用リレーの異常の有無の判定が行われる。
【００４３】
第２電流判定処理では、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナから商用系統に接続された負荷へ電流が流出するか否かに基づいて系統連系用リレーの異常の有無の判定が行われる。従って、商用系統への逆充電や非同期投入を回避しながら、適性に系統連系用リレーの異常判定を行なうことができるようになる。
【００４４】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第五の特徴構成に加えて、前記第１電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となる自立系統電圧ｅｓｄとして、以下の数式〔数３〕に基づいて算出される前記コンデンサ電流ｉｃを前記入力電流として算出するように構成されている点にある。
【数３】
2017090139.tif 000038
【００４５】
自立系統の出力電圧を検出する既存の電圧検出回路を用いて自立系統電圧ｅｓｄを計測し、その値を数式〔数３〕に代入することにより、ＬＣフィルタのコンデンサに流入する電流値が算出されるので、別途の電流検出回路を設けなくても、商用系統から系統連系用リレーを介して電流が流入するか否かが判定できるようになる。
【００４６】
つまり、系統連系用リレーの接点が溶着していると、商用系統電圧の瞬時値と自立系統電圧の瞬時値とが等しくなり、コンデンサに流れる電流の変化を捉えることができる。そして、コンデンサに流れる電流の変化状態から系統連系用リレーの溶着状態を判定することができる。尚、系統連系用リレーが短絡していない場合は、コンデンサに流れる電流がほぼゼロになる。尚、ｓはラプラス演算子（ラプラス変数）である。
【００４７】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第六の特徴構成に加えて、前記第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期で計測した前記入力電流の絶対値が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記入力電流の絶対値が大きくなる場合に、前記系統連系用リレーが異常であると判定する点にある。
【００４８】
所定のサンプリング周期で計測された値に基づく電流値が複数回所定の閾値以上で且つ絶対値が大きくなると、ＬＣフィルタを構成するコンデンサに商用系統からの電流が流入していると判定される。
【００４９】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の五から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記第２電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、自立運転時の出力電圧ｅｓｄ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となるインバータ電流ｉｉｎｖとして、以下の数式〔数４〕に基づいて算出されるパワーコンディショナの出力電流ｉｓｐを前記出力電流として算出するように構成されている点にある。
【数４】
2017090139.tif 000039
【００５０】
商用系統電圧が無い場合には、インバータが駆動されてパワーコンディショナから所定の自立系統電圧ｅｓｄが出力され、計測されたインバータの出力電流ｉｉｎｖと自立系統電圧ｅｓｄが数式〔数３〕に代入され、数式〔数４〕によって、パワーコンディショナからの出力電流ｉｓｐが算出される。つまり、系統連系用リレーの接点が溶着していると、パワーコンディショナから商用系統に接続された負荷に流出する電流が検出されるようになるのである。
【００５１】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第八の特徴構成に加えて、前記第２電流判定処理は、前記パワーコンディショナの前記出力電流の波高値の絶対値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記波高値の絶対値が小さくなる場合に、前記系統連系用リレーが異常であると判定する点にある。
【００５２】
パワーコンディショナから商用系統に接続された負荷に電流が流出すると、電圧降下が生じて次第に電流値が低下する。そこで、第２電流判定処理では、算出されたパワーコンディショナの出力電流の波高値の絶対値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記波高値の絶対値が小さくなる場合にパワーコンディショナから商用系統に接続された負荷に電流が流出していると判定される。尚、商用系統に負荷が接続されていない場合には、パワーコンディショナの出力電流の波高値は常に一定値となる。
【００５３】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の一から第九の何れかの特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記系統連系用リレーの全接点を開成制御した後に各異常検出処理を実行するとともに、一接点毎に単独で閉成制御する度に各異常検出処理を実行するように構成されている点にある。
【００５４】
パワーコンディショナの出力が単相であるか三相であるかによって系統連系用リレーの接点数が変動し、また何れの接点が溶着しているかによって上述の各判定処理の結果が異なる。つまり、系統連系用リレーの全接点を開成制御した後に第１電流判定処理及び第２電流判定処理を実行し、溶着していると判定されると全接点が溶着していることが明らかになる。さらに、一接点毎に単独で閉成制御する度に第１電圧判定処理及び第２電圧判定処理を実行し、溶着していると判定されると開成制御されている接点が溶着していることが明らかになる。
【００５５】
同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の一から第十の何れかの特徴構成に加えて、前記商用系統電圧判定処理は、予め設定されたパワーコンディショナの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定するように構成されている点にある。
【００５６】
商用系統電圧のみならず商用系統周波数をもチェックすることにより、ノイズ等による誤判定を招くことなく精度よく商用系統電圧の有無を判定できるようになる。
【００５７】
本発明によるパワーコンディショナの特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転とを切替可能な制御装置を備えている単相または三相のパワーコンディショナであって、上述した第一から第十の何れかの特徴構成を備えた系統連系用リレーの異常検出装置が前記制御装置に組み込まれている点にある。
【００５８】
異常検出処理部により系統連系用リレーの接点が溶着していると判定されるような場合に、自立運転を回避して商用系統への逆充電及び非同期投入という不都合な事態の発生を未然に防止できるようになる。
【発明の効果】
【００５９】
以上説明した通り、本発明によれば、商用系統が停電して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーの異常を検知可能な系統連系用リレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１はパワーコンディショナを含む分散型電源の回路ブロック構成図である。
【図２】図２は異常検出時の系統連系用リレーのオン／オフ動作の説明図である。
【図３】図３は商用系統電圧判定処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は系統連系用リレーの異常検出方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は第１電圧判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は第１電流判定処理の説明図である。
【図７】図７は判定の閾値以上の場合の第２電流判定処理の説明図である。
【図８】図８は判定の閾値以下の場合の第２電流判定処理の説明図である。
【図９】図９（ａ）は第１電圧判定処理実行時のパワーコンディショナの出力電圧切替シーケンスの説明図、図９（ｂ）は第１電圧判定処理実行時の商用系統側の電圧検出シーケンスの説明図である。
【図１０】図１０（ａ）は第１電圧判定処理実行時の接点Ｓｗの溶着検出のための接点制御処理シーケンスの説明図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の接点制御処理シーケンス実行時のパワーコンディショナの出力電圧波形の説明図、図１０（ｃ）は接点Ｓｗの溶着検出時の図１０（ｂ）に対応する商用系統側電圧波形の説明図である。
【図１１】図１１（ａ）は第１電圧判定処理実行時の接点Ｓｗの溶着検出のための接点制御処理シーケンスの説明図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の接点制御処理シーケンス実行時のパワーコンディショナの出力電圧波形の説明図、図１１（ｃ）は接点Ｓｗの溶着不検出時の図１１（ｂ）に対応する商用系統側電圧波形の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
以下、本発明による系統連系用リレーの異常検出装置及びパワーコンディショナを図面に基づいて説明する。
【００６２】
図１には、分散型電源の一例である太陽光発電装置１が示されている。太陽光発電装置１は、太陽電池パネルＳＰと、太陽電池パネルＳＰに接続されたパワーコンディショナＰＣＳを備えて構成されている。
【００６３】
太陽電池パネルＳＰで発電された直流電力は直流遮断器及びサージアブソーバ（図示せず）を介してパワーコンディショナＰＣＳに供給される。
【００６４】
パワーコンディショナＰＣＳは、太陽電池パネルＳＰで発電された直流電圧を所定の直流リンク電圧Ｖｄｃに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２で昇圧された直流リンク電圧Ｖｄｃを所定の交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ３と、ＤＣ／ＡＣインバータ３から出力される交流電圧から高調波を除去するＬＣフィルタ４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及びＤＣ／ＡＣインバータ３を制御する制御装置５等を備えている。
【００６５】
パワーコンディショナＰＣＳで変換された交流電力は、系統連系用リレーＲｙ１を介して商用系統１００と連系して交流負荷Ｒｕｗに給電され、商用系統１００の停電等によって商用系統１００から解列すると、その後、自立系統用リレーＲｙ２を介して自立負荷Ｒｓｄに給電される。
【００６６】
図１には、系統連系用リレーＲｙ１の接点がＳｕ，Ｓｗ、自立系統用リレーＲｙ２の２つの接点がＳｓｄで示されている。
【００６７】
パワーコンディショナＰＣＳの制御装置５は、マイクロコンピュータ、メモリ、ＡＤ変換部を含む入出力回路等を含む周辺回路等で構成され、マイクロコンピュータに組み込まれたＣＰＵによって、メモリに格納された制御プログラムが実行されることにより所期の機能が実現される。
【００６８】
具体的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の昇圧スイッチを制御するコンバータ制御部５ａと、ＤＣ／ＡＣインバータ３のブリッジを構成するスイッチを制御するインバータ制御部５ｂと、系統連系用リレーＲｙ１の異常を検知する異常検出処理部５ｃとして機能する各制御ブロックが制御装置５として具現化される。
【００６９】
コンバータ制御部５ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２への入力電圧、入力電流、出力電圧をモニタして、太陽電池パネルＳＰを最大電力点で動作させるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御等を実行しつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を昇圧制御して所定の直流リンク電圧ＶｄｃをＤＣ／ＡＣインバータ３に出力するように構成されている。
【００７０】
インバータ制御部５ｂは、系統連系用リレーＲｙ１を介して系統連系運転するようにインバータ３を制御し、または自立系統用リレーＲｙ２を介して自立運転するようにインバータ３を制御するように構成されている。
【００７１】
インバータ制御部５ｂは、系統連系運転時に商用系統電圧の位相に同期するようにインバータ３の出力電流を制御する電流制御ブロックと、解列時に自立系統に所定電圧の交流電力を給電する電圧制御ブロックと、系統連系運転時に単独運転状態か否かを検出する単独運転検出ブロック等の機能ブロックを備えている。
【００７２】
異常検出処理部５ｃは、系統連系運転から自立運転への移行時に系統連系用リレーＲｙ１の異常の有無を検知し、系統連系用リレーＲｙ１に接点溶着異常が発生していることが検知されると、故障を表す警報表示を点灯するとともに、インバータ制御部５ｂによる自立運転制御を停止するように構成されている。即ち、異常検出処理部５ｃは本発明の異常検出装置として機能する。
【００７３】
ＬＣフィルタ４を構成するインダクタＬの下流側に設けられた電流トランスによって検知された出力電流ｉｉｎｖのモニタ信号が制御装置５のＡＤ変換部に入力されている。
【００７４】
さらに、自立系統用リレーＲｙ２の上流側に設けられた抵抗分圧回路によって検知されるパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧ｅｓｄのモニタ信号が制御装置５のＡＤ変換部に入力され、系統連系用リレーＲｙ１の下流側に設けられた抵抗分圧回路によって検知される商用系統電圧ｅｕｗのモニタ信号が制御装置５のＡＤ変換部に入力されている。
【００７５】
各ＡＤ変換部に入力された各モニタ信号に基づいて、パワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧ｅｓｄ及び自立系統周波数ｆｓｄが得られ、商用系統電圧ｅｕｗ及び商用系統周波数ｆＧｒｉｄが得られる。
【００７６】
インバータ制御部５ｂは、太陽電池パネルＳＰの発電電力が商用系統との連系が可能な値になると系統連系用リレーＲｙ１を閉成して系統連系運転し、太陽電池パネルＳＰの発電電力が低下し或いは単独運転検出ブロックにより単独運転状態であると検出すると系統連系用リレーＲｙ１を開成して商用系統から解列する。
【００７７】
インバータ制御部５ｂは、単独運転状態が原因で商用系統から解列した場合で、太陽電池パネルＳＰの発電電力が自立運転に十分な値である場合は、異常検出処理部５ｃを起動して系統連系用リレーＲｙ１の異常検知を行なう。
【００７８】
そして、インバータ制御部５ｂは、異常検出処理部５ｃにより系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定されるとインバータ３を起動するとともに自立系統用リレーＲｙ２を閉成して自立運転し、異常検出処理部５ｃにより系統連系用リレーＲｙ１が異常であると判定されると自立系統用リレーＲｙ２を閉成することなくＤＣ／ＡＣインバータ３を停止するように構成されている。
【００７９】
以下、異常検出処理部５ｃにより実行される系統連系用リレーＲｙ１の異常検出方法について説明する。
【００８０】
異常検出処理部５ｃで実行される異常検出処理には、系統連系用リレーＲｙ１の接点を開成または閉成制御する接点制御処理と、商用系統電圧判定処理と、インバータ３の出力電圧設定処理と、電圧判定処理と、電流判定処理が含まれる。
【００８１】
異常検出処理部５ｃは、系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓｕ，Ｓｗを開成制御した後に接点が溶着しているか否かを判定する後述の電流判定処理及び電圧判定処理を実行するとともに、各接点ＳｕまたはＳｗ毎に閉成制御する度に電流判定処理及び電圧判定処理を実行するように構成されている。
【００８２】
系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓｕ，Ｓｗを開成制御した後に電流判定処理及び電圧判定処理を実行し、その結果、溶着していると判定できると全接点Ｓｕ，Ｓｗが溶着していることが明らかになる。
【００８３】
この時点で正常と判定できる場合には、一接点ＳｕまたはＳｗ毎に単独で閉成制御する度に電流判定処理及び電圧判定処理を実行する。それぞれで溶着していると判定できると、その時に開成制御されている接点が溶着していることが明らかになる。
【００８４】
系統連系用リレーＲｙ１の接点Ｓｕ，Ｓｗに関するオン／オフ制御のタイミングを図２に示す。異常検出処理部５ｃが起動すると、全接点Ｓｕ，Ｓｗを開成制御した状態で、接点Ｓｕ，Ｓｗに対するチェックである電流判定処理及び電圧判定処理を行ない、所定の遅延時間Ｔｄｌｙの後に接点Ｓｕを閉成制御して接点Ｓｗに対するチェックである電流判定処理及び電圧判定処理を行ない、さらに接点Ｓｕを開成制御し所定の遅延時間Ｔｄｌｙの後に接点Ｓｗを閉成制御して接点Ｓｕに対するチェックである電流判定処理及び電圧判定処理を行なう。
【００８５】
本実施形態では、各チェック時間が１ｓｅｃ．、遅延時間Ｔｄｌｙが３００ｍｓｅｃ．に設定されている。少なくともチェック時間Ｔｏｎ≧３Ｔｄｌｙに設定されていればよい。このような系統連系用リレーＲｙ１に対する開閉制御シーケンスが上述した接点制御処理ステップとなる。尚、遅延時間Ｔｄｌｙは、系統連系用リレーの種類によって適宜適切な時間に変更することができる。
【００８６】
図３には、上述した商用系統電圧判定処理ステップ及び電圧設定処理ステップを実行する系統連系用リレーＲｙ１の溶着判定準備フローが示されている。
【００８７】
商用系統電圧判定処理ステップでは、自立運転する必要がある場合に（Ｓ１）、系統連系用リレーＲｙ１の全ての接点が開成制御され（Ｓ２）、系統連系用リレーＲｙ１の下流側に設けられた抵抗分圧回路によって商用系統電圧ｅｕｗがチェックされ（Ｓ３）、以下に示す数式〔数５〕に基づいて商用系統電圧の有無がチェックされる（Ｓ４）。
【数５】
2017090139.tif 000040
【００８８】
尚、Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓは自立運転時の出力電圧実効値の指令値、ｘは判定の精度を確保するために０＜ｘ＜１の範囲の値に設定される信頼係数で、本実施形態ではｘ＝０．５に設定されている。また、自立系統周波数ｆｓｄは、商用系統周波数ｆＧｒｉｄと同じ値に設定されている。尚、本実施形態では、指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓは自立運転時の定格出力電圧実効値１００Ｖよりも低い値４０Ｖに設定されている。
【００８９】
商用系統電圧が少なくとも１周期（商用系統周波数が５０Ｈｚであれば、２０ｍｓｅｃ．）計測されて最大瞬時値の絶対値｜ｅｕｗ｜が求められ、絶対値｜ｅｕｗ｜と、自立運転時の出力電圧実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓと信頼係数ｘとの積とが比較される。商用系統電圧を複数周期計測して各周期の最大瞬時値の絶対値｜ｅｕｗ｜の平均を求めてもよい。
【００９０】
さらに、商用系統周波数ｆＧｒｉｄと、自立系統周波数ｆｓｄと信頼係数ｘとの積とが比較される。信頼係数ｘの値は判断の信頼度を担保するための係数で、その値が１に近いほどノイズの影響を受け易くなるが厳しく判定でき、０に近いほどノイズの影響を受け難くなるが緩やかな判定となる。通常は中間の値０．５が好ましく用いられる。
【００９１】
例えば、商用系統電圧｜ｅｕｗ｜が０Ｖで、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓが４０Ｖ、ｘ＝０．５の場合、〔数５〕は以下のようになる。
｜ｅｕｗ｜＝０  ＜  ０．５×４０＝２０
ｆＧｒｉｄ  ＝０  ＜  ０．５×５０＝２５
【００９２】
例えば、商用系統電圧｜ｅｕｗ｜が２８３Ｖで、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓが４０Ｖ、ｘ＝０．５の場合、数式〔数５〕は以下のようになる。
｜ｅｕｗ｜＝２８３  ＞  ０．５×４０＝２０
ｆＧｒｉｄ  ＝５０  ＞  ０．５×５０＝２５
【００９３】
つまり、ステップＳ４では、数式〔数５〕の２式が共に成立するときに商用系統電圧が有ると判断され、何れも成立しないときに商用系統電圧が無いと判断される。
【００９４】
上述のステップＳ３，Ｓ４が、予め設定されたパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理ステップとなる。
【００９５】
予め設定されたパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧設定値とは、自立運転時に必要な電圧値であってもよく、当該電圧値よりも低い異常検出のための専用の電圧値であってもよい。商用系統電圧と自立運転電圧とが異なる値である場合でも、出力電圧設定値と信頼係数を適切に設定することにより精度よく商用系統電圧の有無を判定することができる。
【００９６】
また、数式〔数５〕に示すように、商用系統電圧のみならず商用系統周波数をもチェックすることにより、ノイズ等による誤判定を招くことなく精度よく商用系統電圧の有無の判定が可能になる。
【００９７】
商用系統電圧判定処理ステップにより商用系統電圧が有ると判断されると、電圧判定処理で接点の溶着判断を行なう基準値Ｅｃｈｋが商用系統電圧の実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓに設定され、自立系統電圧と商用系統電圧との差分の判断を行う遅延時間Ｔｃｈｋが商用系統周波数の逆数に設定される（Ｓ５）。
【００９８】
また、商用系統電圧が無いと判断されると、異常検出時のパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧の指令値が設定されるとともに（Ｓ６）、接点の溶着判断を行なう基準値Ｅｃｈｋが後述の数式〔数１４〕に示す（ａ・ΔＥ＊）３より小さな値に設定され、この時の遅延時間Ｔｃｈｋが自立系統周波数の逆数に設定される（Ｓ７）。
【００９９】
つまり、商用系統電圧が有ると判断されるとパワーコンディショナＰＣＳは停止されて出力電圧は０Ｖとなる。上述のステップＳ５からステップＳ７が電圧設定処理ステップとなる。
【０１００】
上述した出力電圧の指令値ｅ＊ｓｄは、以下の数式〔数６〕の通りである。
【数６】
2017090139.tif 000041
【０１０１】
ここで、Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓは自立系統電圧実効値の指令値、θｓｄは自立系統電圧の位相角度である。本実施形態では、Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓ＝４０Ｖとの値は、系統連系用リレーＲｙ１に対する異常検出処理時の指令値であり、正常判定後の指令値は、Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓ＝１００Ｖとなる。尚、上記に示す異常検出処理の指令値及び正常判定後の指令値は一例であり、適宜設定可能である。
【０１０２】
つまり、電圧設定処理ステップの前に商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理ステップが実行され、商用系統電圧判定処理ステップの結果に基づいて、電圧設定処理ステップではパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧及び系統連系用リレーＲｙ１の異常判定のための基準値Ｅｃｈｋが異なる値に設定される。
【０１０３】
パワーコンディショナＰＣＳは、商用系統が停電すると自立運転に移行するように制御装置５によって制御されるのであるが、一時的に商用系統電圧が低下して程なく復帰する場合もある。そのような場合に系統連系用リレーＲｙ１が溶着していると、非同期投入状態に到る等の不都合な事態が生じ、パワーコンディショナＰＣＳが破損する虞もある。
【０１０４】
そこで、電圧設定処理の前に商用系統電圧判定処理を実行して、その結果に応じてパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧及び系統連系用リレーＲｙ１の異常判定のための基準値を異なる値に設定することで、安全を確保しながらも系統連系用リレーの異常判定を精度よく行なうことができ、非同期投入や逆充電が回避できるようになる。
【０１０５】
例えば、商用系統電圧が検知される場合には、パワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧を０Ｖに、商用系統電圧の値を基準値に設定すれば、パワーコンディショナＰＣＳの破損を招くことなく、精度の高い接点の溶着判定が行なえるようになる。
【０１０６】
図４には、本発明の系統連系用リレーＲｙ１の接点溶着判定フローが示されている。
自立運転が起動されると（Ｓ２１）、上述の接点制御処理ステップが実行される（Ｓ２２）。商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されていると（Ｓ２３，Ｙ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナＰＣＳへの入力電流の有無に基づいて系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を行なう第１電流判定処理（Ｓ２７）が実行される。
【０１０７】
商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されていると（Ｓ２３，Ｎ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナＰＣＳからの出力電流の有無に基づいて系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を行なう第２電流判定処理（Ｓ２４）が実行される。
【０１０８】
第１電流判定処理で系統連系用リレーＲｙ１が異常と判定されない場合には（Ｓ２７，Ｎ）、所定の遅延時間ｎ・Ｔｃｈｋ（ｎは正整数）の間にパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧ｅｓｄと商用系統電圧ｅｕｗの実効値が計測されて（Ｓ２８）、第２電圧判定処理が実行される（Ｓ２９）。
【０１０９】
また、第２電流判定処理で系統連系用リレーＲｙ１が異常と判定されない場合には（Ｓ２４，Ｎ）、所定の遅延時間ｎ・Ｔｃｈｋ（ｎは正整数）の間にパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧ｅｓｄと商用系統電圧ｅｕｗの実効値が計測されて（Ｓ２５）、第１電圧判定処理が実行される（Ｓ２６）。
【０１１０】
ステップＳ３２ではエラーフラグの状態が判定され、エラーフラグがセットされていると（Ｓ３２，Ｙ）、対応するリレー接点が溶着していると判定されて、それに伴いパワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示を点灯させる等の異常対応処理が実行される（Ｓ３３）。
【０１１１】
ステップＳ３２でエラーフラグのセットが確認されない限り（Ｓ３２，Ｎ）、系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓｕ，Ｓｗが開成制御された状態、各接点ＳｕまたはＳｗ毎に閉成制御された状態の三状態のそれぞれで各異常判定処理が終了するまで、ステップＳ２２からステップＳ３４までの処理が繰り返される。以下に各電流判定処理及び各電圧判定処理を詳述する。
【０１１２】
第１電流判定処理（Ｓ２７）では、ＬＣフィルタ４のコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となる自立系統電圧ｅｓｄとして、以下の数式〔数７〕に基づいて算出されるコンデンサ電流ｉｃを入力電流として算出する。尚、ｓはラプラス演算子（ラプラス変数）である。
【数７】
2017090139.tif 000042
【０１１３】
インバータの出力電圧ｅｓｄを検出する抵抗分圧回路を用いて自立系統電圧ｅｓｄを計測し、その値を数式〔数７〕に代入することにより、ＬＣフィルタ４のコンデンサに流入する電流値が算出される。
【０１１４】
つまり、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると、商用系統電圧ｅｕｗの検出値と自立系統電圧ｅｓｄの検出値が等しくなるような状態になると考えるのである。
【０１１５】
図６に示すように、第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期Ｔｓで計測及び算出した瞬時コンデンサ電流ｉｃの絶対値｜ｉｃ｜の変化状態を判断するために、少なくとも３回連続して閾値Ｉｃ.ｃｈｋ以上であり、且つ、その値が大きくなる傾向があるというという条件が成立する場合に（Ｓ２７，Ｙ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判断して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ３１）。尚、ノイズによる誤検出を考慮し、変化状態を確実に検出するために複数回判定処理を繰り返してもよい。
【０１１６】
閾値Ｉｃ.ｃｈｋは、以下の数式〔数８〕で定めることができる。但し、Ｐｓｄ．ｒａｔｅｄは自立運転時の定格出力電力、Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓは自立系統電圧実効値の指令値、ｙは信頼係数で、ｙ＜１の正数である。
【数８】
2017090139.tif 000043
【０１１７】
エラーフラグがセットされると、パワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示が点灯されるように構成されている。本実施形態では、自立運転時の定格電力Ｐｓｄ．ｒａｔｅｄ１．５ｋＷを基準に、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓ１００Ｖ、定格電流の１０％(ｙ＝０．１)として設計すると、閾値Ｉｃ.ｃｈｋ＝１Ａ、サンプリング周期Ｔｓ＝５０μｓｅｃ．（ＤＣ／ＡＣインバータのスイッチング周期に相当）に設定されている。閾値は、定格電流の１０％の値に設定している（（０．１×１５００）／（１００×１．４１４）＝１）。尚、所定のサンプリング周期Ｔｓとは、インバータを構成するスイッチング素子の最高スイッチング周波数の逆数という条件を満たすサンプリング周期であればよい。
【０１１８】
ステップＳ２７で、瞬時コンデンサ電流ｉｃの絶対値｜ｉｃ｜の変化状態を判断するために、少なくとも３回連続して閾値Ｉｃ.ｃｈｋ以上であり、且つ、その値が大きくなる傾向があるというという条件が成立しない状態が所定時間（例えば数サイクル）継続すると、商用系統からパワーコンディショナＰＣＳのコンデンサに流れる電流が無いと判断して（Ｓ２７，Ｎ）、ステップＳ２８の電圧判定処理に移行する。但し、ノイズによる誤検出を考慮し、変化状態を確実に検出するために、複数回判定処理を繰り返してもよい。尚、商用系統電圧が有る場合、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着することなく正常であれば、瞬時コンデンサ電流ｉｃの絶対値｜ｉｃ｜は常時零となる。
【０１１９】
第２電流判定処理（Ｓ２４）では、ＬＣフィルタ４のコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、自立系統電圧ｅｓｄ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となるインバータの出力電流ｉｉｎｖとして、以下の数式〔数９〕に基づいて算出されるパワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉｓｐを商用系統に接続された負荷への出力電流として算出するように構成されている。
【数９】
2017090139.tif 000044
【０１２０】
商用系統電圧が無い場合には、インバータ３が駆動されてパワーコンディショナＰＣＳから所定の自立系統電圧ｅｓｄが出力され、計測されたインバータ電流ｉｉｎｖと自立系統電圧ｅｓｄから数式〔数７〕により求められたｉｃが数式〔数９〕に代入されて、パワーコンディショナＰＣＳからの出力電流ｉｓｐが算出される。ここで、自立系統電圧ｅｓｄは、インバータの出力電圧ｅｓｄを検出する抵抗分圧回路により検出される値である。
【０１２１】
つまり、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると、パワーコンディショナＰＣＳから商用系統に接続された負荷Ｒｕｗに流出する電流が検出されるようになるのである。
【０１２２】
図７に示すように、第２電流判定処理は、パワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉｓｐの最大値Ｉｓｐ．ｍａｘの差分の変化状態を判断するために、３回連続して所定の閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋ以上である場合、且つ、瞬時出力電流ｉｓｐの絶対値｜ｉｓｐ｜が小さくなる傾向がある場合に（Ｓ２４，Ｙ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判断して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ３１）。但し、ノイズによる誤検出を考慮し、且つ、変化状態を確実に検出するために、複数回判定処理を繰り返してもよい。
【０１２３】
出力電流ｉｓｐの最大値Ｉｓｐ．ｍａｘは、数式〔数１０〕で示され、閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋは、数式〔数１１〕で示される。尚、数式〔数１１〕でＥ＊ｓｄ．ｒｍｓは自立運転時の出力電圧の実効値の指令値である。
【数１０】
2017090139.tif 000045
【数１１】
2017090139.tif 000046
【０１２４】
パワーコンディショナＰＣＳから商用系統に接続された負荷Ｒｕｗに電流が流出すると、電圧降下が生じて次第に電流値が低下する。そこで、第２電流判定処理では、算出されたパワーコンディショナＰＣＳの出力電流の最大値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、瞬時出力電流ｉｓｐの絶対値｜ｉｓｐ｜が小さくなる傾向がある場合にパワーコンディショナＰＣＳから商用系統に接続された負荷Ｒｕｗに電流が流出していると判定されるのである。
【０１２５】
尚、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着することなく正常である場合、商用系統に負荷が接続されていない場合、また、商用系統に軽い負荷が接続されている場合は、図８に示すように、パワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉｓｐの最大値Ｉｓｐ．ｍａｘが常に所定の閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋ以下となると考えられる。
【０１２６】
ステップＳ３１でエラーフラグがセットされると、パワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示が点灯される。本実施形態では、自立運転時の定格電力Ｐｓｄ．ｒａｔｅｄは１．５ｋＷを基準に、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ.ｒｍｓ１００Ｖ、定格電流の１０％(ｙ＝０．１)として設計すると、閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋ＝１Ａ、サンプリング周期は０．５Ｔｓｄに設定されている（図６参照）。尚、自立系統周波数が５０Ｈｚである場合はサンプリング周期は１０ｍｓｅｃ．となる。
【０１２７】
ステップＳ２７で、図８に示すように、出力電流ｉｓｐの最大値Ｉｓｐ．ｍａｘの変化状態は、少なくとも３回連続して閾値Ｉｓｐ．ｃｈｋ未満であり、その値が大きくなる傾向があるという条件が成立しない状態が所定時間（例えば数サイクル）継続すると、商用系統に負荷が接続されていない状態、或いは、軽い負荷と接続されている状態と判断して（Ｓ２７，Ｎ）、ステップＳ２８以降の第２電圧判定処理に移行する。尚、ノイズによる誤検出を考慮し、且つ、変化状態を確実に検出するために、複数回判定処理を繰り返してもよい。
【０１２８】
第２電圧判定処理では、所定の遅延時間ｎ・Ｔｃｈｋ（ｎは正整数）の間にパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧ｅｓｄと商用系統電圧ｅｕｗの実効値が計測されて、それらの差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜と、電圧設定処理ステップで設定された基準値Ｅｃｈｋに所定の信頼係数ｚを掛けた値との大小関係が判定される（Ｓ２９）。
【０１２９】
例えば、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していなければ、商用系統電圧が２００Ｖ、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が０Ｖと検知されるので、信頼係数ｚ＝０．５（ｚは、ｚ＜１の正数）とすれば、差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜＝２００Ｖに対して比較値１００Ｖ（＝２００×０．５）が小さくなる。
【０１３０】
しかし、接点が溶着していれば、商用系統電圧が２００Ｖ、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が２００Ｖと検知され、差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜＝０Ｖに対して比較値１００Ｖ（＝２００×０．５）が大きくなる。
【０１３１】
ステップＳ２９で、差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜よりも基準値Ｅｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が大きいと判定されると、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ３１）。
【０１３２】
差分の絶対値｜Ｅｓｄ．ｒｍｓ−Ｅｕｗ．ｒｍｓ｜よりも基準値Ｅｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が小さいと判定されると、系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域のエラーフラグをリセットする（Ｓ３０）。
【０１３３】
遅延時間Ｔｃｈｋが商用系統周波数、或いは、自立系統周波数の３周期（ｎ＝３）に設定され、少なくとも３周期の間のサンプリング値に基づいて実効値が算出されるように構成されているが、遅延時間Ｔｃｈｋは複数周期に設定されていればよく、３周期に限るものではない。
【０１３４】
ステップＳ２４の第２電流判定処理で系統連系用リレーＲｙ１の溶着が検出されない場合には（Ｓ２４，ＯＫ）、ステップＳ２５以降の第１電圧判定処理が実行される。
【０１３５】
図５には、第１電圧判定処理の具体的な処理手順が示されている。
第１電圧判定処理では、数式〔数１２〕に示すように、系統連系用リレーＲｙ１の異常の有無を判定するための処理時間Ｔ１が設定される（Ｓ４１）。
【数１２】
2017090139.tif 000047
ここで、数式〔数１１〕のＴONは、図２に示すように、系統連系用リレーＲｙ１の接点制御処理で系統連系用リレーＲｙ１の各接点を開成または閉成制御して主にパワーコンディショナＰＣＳ側の電圧及び商用系統側の電圧を計測する時間であり、Ｔｄｌｙは計測値に対する演算処理に要する時間である。本実施形態では、ＴONは１．０ｓｅｃ．に設定され、遅延時間Ｔｄｌｙは３００ｍｓｅｃ．に設定されている。
【０１３６】
設定が完了すると、測定時刻ｋの初期値が「−２」に設定され、系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓｕ，Ｓｗが開成制御された状態でパワーコンディショナＰＣＳから数式〔数１３〕に示す出力電圧実効値の指令値Ｅｓｄ．ｒｍｓとしてＥｍｉｎのモニタ電圧が出力される（Ｓ４２）。
【０１３７】
次に、商用系統側の電圧ｅｕｗが計測されて実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓが算出され、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎと商用系統側の電圧実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓの差分の絶対値ΔＥ（ｋ）が算出されて、その値がメモリに記憶される（Ｓ４３）。
【０１３８】
処理時間Ｔ１が経過するまでの間はステップＳ４３の処理が継続され、処理時間Ｔ１が経過すると（Ｓ４４，Ｙ）、測定時刻ｋに値「１」が加算されるとともに、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が数式〔数１３〕に示す出力電圧実効値の指令値Ｅｍａｘに更新されて出力される（Ｓ４５）。
【０１３９】
初期値ｋ＝「−２」に設定された測定時刻ｋが「１」になるまでステップＳ４３からステップＳ４５の測定処理が３回繰り返され（Ｓ４６）、この間にパワーコンディショナＰＣＳから出力されるモニタ電圧が、ＥｍｉｎからＥｍａｘに、さらにＥｍｉｎに時系列で切り替えられる。尚、ΔＥ＊はパワーコンディショナの出力可変電圧の指令値、ａ，ｂは信頼係数で０＜ａ＜１，０＜ｂ＜１の範囲に設定される値である。
【数１３】
2017090139.tif 000048
【０１４０】
ステップＳ４６で測定時刻ｋが「１」になると判定されると、時刻ｋ（ｋ＝−２，−１，０）に対応して時系列で算出された３つの差分ΔＥ（ｋ）がメモリから読み出されて、各差分の積ΔＥＣＳＴが算出され、その値がメモリに記憶される（Ｓ４７）。
【０１４１】
ステップＳ４７で算出された積ΔＥＣＳＴが所定の基準値Ｅｃｈｋと比較される。積ΔＥＣＳＴが所定の基準値Ｅｃｈｋより小さい場合には、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判定されて（Ｓ４８，Ｎ）、エラーフラグがセットされる（図４のステップＳ３１）。
【０１４２】
積ΔＥＣＳＴが所定の基準値Ｅｃｈｋ以上である場合には、系統連系用リレーＲｙ１の接点は溶着していないと判定されて（Ｓ４８，Ｙ）、エラーフラグがリセットされる（図４のステップＳ３０）。
【０１４３】
図９（ａ），（ｂ）には、図４及び図５のフローチャートで説明した第１電圧判定処理の処理タイミングが示されている。
図９（ａ）に示すように、先ず、最初の処理時間Ｔ１の間にパワーコンディショナＰＣＳからの出力電圧実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ−２)としてＥｍｉｎのモニタ電圧が出力される。
【０１４４】
図９（ｂ）に示すように、当該最初の処理時間Ｔ１の間に商用系統側の電圧実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓ(ｋ−２)が計測され、Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ−２)とＥｕｗ．ｒｍｓ(ｋ−２)の差分がΔＥ(ｋ−２)として算出されてメモリに記憶される。
【０１４５】
図９（ａ）に示すように、次の処理時間Ｔ１の間にパワーコンディショナＰＣＳからの出力電圧実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ−１)としてＥｍａｘのモニタ電圧が出力される。
【０１４６】
図９（ｂ）に示すように、当該次の処理時間Ｔ１の間に商用系統側の電圧実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓ(ｋ−１)が計測され、Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ−１)とＥｕｗ．ｒｍｓ(ｋ−１)の差分がΔＥ(ｋ−１)として算出されてメモリに記憶される。
【０１４７】
図９（ａ）に示すように、最後の処理時間Ｔ１の間にパワーコンディショナＰＣＳからの出力電圧実効値の指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ)としてＥｍｉｎのモニタ電圧が出力される。
【０１４８】
図９（ｂ）に示すように、当該最後の処理時間Ｔ１の間に商用系統側の電圧実効値Ｅｕｗ．ｒｍｓ(ｋ)が計測され、Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ(ｋ)とＥｕｗ．ｒｍｓ(ｋ)の差分がΔＥ(ｋ)として算出されてメモリに記憶される。
【０１４９】
その後、時間ＴCHKの間にメモリに記憶されたデータΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(Ｔｋ−１)及びΔＥ(ｋ)の積ΔＥＣＳＴが数式〔数１４〕に基づいて算出され、所定の基準値Ｅｃｈｋとの比較が行なわれる。パワーコンディショナの出力電圧の指令値の可変電圧をΔＥ＊、可変電圧ΔＥ＊及び基準値Ｅｃｈｋを調整する信頼係数をａとする。本実施形態では、信頼係数ａ＝０．５、出力可変電圧の指令値ΔＥ＊＝２０Ｖ、指令値Ｅ＊ｓｄ．ｒｍｓ＝４０Ｖ，信頼係数ｂ＝０．１に設定されているが、これらの値は実際の設計条件等に基づいて適宜設定可能である。
【数１４】
2017090139.tif 000049
【０１５０】
出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘは、商用系統の定格電圧ＥＧｒｉｄに対して、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定されていることが好ましい。出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘの差が小さい場合には、ハムノイズの影響で系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着している場合と溶着していない場合とで積ΔＥＣＳＴにそれほど大きな相違が認められない虞がある。そのような場合に備えて、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘを、ｂ×ＥＧｒｉｄから２×ａ×ΔＥ＊の範囲に入るように設定しておけば、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着している場合と溶着していない場合とで積ΔＥＣＳＴに顕著な相違が現れるようになる。
【０１５１】
以上説明したように、本発明による系統連系用リレーＲｙ１の異常検出装置を採用すれば、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧や出力電流、商用系統電圧を検知するための回路素子は本来パワーコンディショナＰＣＳの制御に必要な回路素子であるので、系統連系用リレーＲｙ１の溶着を判定するために別途のセンサや回路素子を準備する必要はない。
【０１５２】
また、交流負荷Ｒｕｗが接続されているか否かに関わらず、また商用系統電圧の有無に関わらず、確実に系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着異常であるか否かが検出できるようになる。
【０１５３】
図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明による第１電圧判定処理の実験結果の一例が示されている。詳述すると、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、図４のステップＳ２２の接点制御処理で、系統連系用リレーＲｙ１の接点Ｓｕ，ＳＷのうち接点Ｓｕが閉成され、接点ＳＷが開成された状態で、第１電圧判定処理が実行された結果、つまり接点Ｓｗに対する溶着判定結果が図１０（ｂ），（ｃ）及び図１１（ｂ），（ｃ）に示されている。
【０１５４】
実験は、図２に示すチェック時間ＴＯＮ＝１ｓｅｃ．、遅延時間Ｔｄｌｙ＝０．３ｓｅｃ．、モニタ電圧Ｅｍｉｎ＝３０Ｖ、Ｅｍａｘ＝５０Ｖ、チェック時間Ｔ１＝０．２ｓｅｃ．、基準値Ｅｃｈｋ＝１２５Ｖの各条件で行なわれた。
【０１５５】
図１０（ｂ）に示すように、接点ＳＷが溶着した系統連系用リレーＲｙ１を用いて、接点制御処理ステップで接点Ｓｕを閉成制御し、接点Ｓｗを開成制御した状態で、パワーコンディショナＰＣＳから周期Ｔ１（＝０．２ｓｅｃ．≒（ＴＯＮ−Ｔｄｌｙ）／３）で、Ｅｍｉｎ（＝３０Ｖ）、Ｅｍａｘ（＝５０Ｖ）、Ｅｍｉｎ（＝３０Ｖ）の順に時系列で電圧ｅｓｄを切替出力した。
【０１５６】
図１０（ｃ）に示すように、系統連系用リレーＲｙ１の接点ＳＷが溶着しているため、この電圧ｅｓｄとほぼ同じ値の電圧ｅｕｗが商用系統側でも検出されるようになる。そのため、各周期Ｔ１で算出したΔＥの値は略零になる。その後、ＴｃｈｋでΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)の積ΔＥＣＳＴが算出され、その値がＥｃｈｋ(＝１２５Ｖ）よりも小さな値と判断され、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判断された。図１０（ｃ）には、パワーコンディショナＰＣＳから電圧が出力されていない時期に、商用系統側の電圧ｅｕｗ波形に僅かのハムノイズが認められる。
【０１５７】
図１１（ｃ）に示すように、接点ＳＷが溶着していない正常な系統連系用リレーＲｙ１を用いて、接点制御処理ステップで接点Ｓｕを閉成制御し、接点Ｓｗを開成制御した状態で、パワーコンディショナＰＣＳから周期Ｔ１（＝０．２ｓｅｃ．≒（ＴＯＮ−Ｔｄｌｙ）／３）で、Ｅｍｉｎ（＝３０Ｖ）、Ｅｍａｘ（＝５０Ｖ）、Ｅｍｉｎ（＝３０Ｖ）の順に時系列で電圧を切替出力した。
【０１５８】
図１１（ｃ）に示すように、系統連系用リレーＲｙ１の接点ＳＷは溶着されていないので、この電圧ｅｓｄは商用系統側で検出されることがない。しかし、パワーコンディショナＰＣＳから出力される電圧ｅｓｄによりハムノイズの値が大きくなり、単純にΔＥ(ｋ)の値のみで判定すると系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると誤判定することになる。図１０（ｃ）の差分ΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)が図１１（ｃ）の差分ΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)と顕著に異なる値とならないためである。
【０１５９】
しかし、図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、パワーコンディショナＰＣＳから出力される電圧ｅｓｄを３０Ｖから５０Ｖにステップ的に変化させた場合にはハムノイズのレベルはそれほど大きく変化しない。そのため、ΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)の積ΔＥＣＳＴがＥｃｈｋ(＝１２５Ｖ）よりも大きな値と判断され、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していないと正確に判断することができるようになった。
【０１６０】
また、図１０（ｂ），（ｃ）に示す系統連系用リレーＲｙ１が溶着している場合、各差分ΔＥは総合可変電圧の指令値の半分として設計する（０．５×ａ×ΔＥ＊）。つまり５Ｖ程度になり、Ｅｃｈｋを５３（＝１２５Ｖ）〜６３（＝２１６Ｖ）の範囲に設定することが適正であると評価できる。尚、Ｅｃｈｋの値は、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ、Ｅｍａｘの各値を考慮して決定すればよい。べき数３はサンプリングされた差分の数に対応する値である。
【０１６１】
以下、別実施形態を説明する。
上述の実施形態では、第１電圧判定処理でパワーコンディショナＰＣＳからの出力電圧実効値の指令値が、ＥｍｉｎとＥｍａｘの２値を用いて、３周期に亘って交互に切替出力される例を説明したが、２値である必要はなく、少なくとも異なる値の電圧であればよく、また３周期ある必要はなく２周期以上であればよい。
【０１６２】
つまり、パワーコンディショナＰＣＳから異なる値のモニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘを時系列で切替出力し、各モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘに対するパワーコンディショナＰＣＳ側の電圧と商用系統側の電圧との差分がモニタ電圧に追従するか否かに基づいて系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を行なうように構成されていればよい。
【０１６３】
また、モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘを時系列で切替出力する際に、Ｅｍｉｎ→Ｅｍａｘ→Ｅｍｉｎの順に切り替える以外に、Ｅｍａｘ→Ｅｍｉｎ→Ｅｍａｘの順に切り替えてもよいことはいうまでもない。つまり、出力電圧実効値の指令値Ｅｍｉｎ，Ｅｍａｘのモニタ電圧を時系列で切替出力するように構成されていればよい。
【０１６４】
上述した実施形態では、差分ΔＥ(ｋ−２)、ΔＥ(ｋ−１)及びΔＥ(ｋ)の積ΔＥＣＳＴと基準値Ｅｃｈｋとを比較して異常または正常判定する態様を説明したが、差分毎に予め設定した基準値と比較して異常または正常判定し、全ての差分で正常と判定された場合に最終的な異常または正常判定を行なうように構成してもよい。
【０１６５】
さらに、各モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘの変化に伴って差分が同様に変化するか否かに基づいて異常または正常判定を行なうように構成してもよい。つまり、各モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘを変化させたときに差分が同様に変化する場合は、系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定される。一方、各モニタ電圧ＥｍｉｎとＥｍａｘを変化させたときに差分が変化しない場合は、系統連系用リレーＲｙ１が異常であると判定される。
【０１６６】
即ち、本発明による系統連系用リレーの異常検出装置は、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナから異なる値のモニタ電圧を時系列で切替出力し、各モニタ電圧に対するパワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分がモニタ電圧に追従するか否かに基づいて系統連系用リレーの異常判定を行なう第１電圧判定処理と、を実行する異常検出処理部を備えていればよい。
【０１６７】
以上説明した実施形態では、パワーコンディショナＰＣＳの出力が単相である場合を例に本発明を説明したが、本発明はパワーコンディショナＰＣＳの出力が三相であり、系統連系用リレーＲｙ１の接点がＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗの３接点で構成される場合も適用可能である。
【０１６８】
上述した実施形態では、太陽電池パネルＳＰと、太陽電池パネルＳＰに接続されたパワーコンディショナＰＣＳを備えた分散型電源を例に系統連系用リレーの異常検出装置を説明したが、分散型電源に組み込まれる発電装置は太陽電池パネルＳＰに限るものではなく、風力発電装置や燃料電池等の任意の発電装置であってもよい。
【０１６９】
以上説明した複数の実施形態は、本発明による系統連系用リレーの異常検出方法及びパワーコンディショナの一例に過ぎず、該記載により本発明の技術的範囲が限定されるものではなく、本発明の作用効果が奏される限り、具体的な回路構成や異常検出アルゴリズムは適宜変更設計可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１７０】
１：分散型電源
２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
３：ＤＣ／ＡＣインバータ
４：ＬＣフィルタ
５：制御装置
５ａ：コンバータ制御部
５ｂ：インバータ制御部
５ｃ：異常検出処理部
ＰＣＳ：パワーコンディショナ
Ｒｙ１：系統連系用リレー
Ｒｙ２：自立系統用リレー
Ｓｕ，Ｓｗ：接点
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月6日(2017.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記第１電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃｉｎｖ、内部抵抗Ｒｃ、コンデンサ電流ｉｃ、計測値となる自立系統電圧ｅｓｄとして、以下の数式〔数３〕に基づいて算出される前記コンデンサ電流ｉｃを前記入力電流として算出するように構成されている請求項５記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【数３】
2017090139.tif 000050
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
前記第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期で計測した前記入力電流の絶対値が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記入力電流の絶対値が大きくなる場合に、前記系統連系用リレーが異常であると判定する請求項６記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
前記商用系統電圧判定処理は、予め設定されたパワーコンディショナの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定するように構成されている請求項１から１０の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
本発明によるパワーコンディショナの特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転とを切替可能な制御装置を備えている単相または三相のパワーコンディショナであって、上述した第一から第十の何れかの特徴構成を備えた系統連系用リレーの異常検出装置が前記制御装置に組み込まれている点にある。
【国際調査報告】
2017090139.tif 000051
2017090139.tif 000052