(57)【要約】【課題】スイッチ素子が正常に動作することを確認してから連系運転を開始することのできる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置２は、太陽電池１の出力を昇圧する昇圧回路５、昇圧回路５の出力を交流電圧に変換するインバータ回路６、及びインバータ回路６の出力を平滑して出力波形を正弦波状とするフィルタ回路７からなる電力変換部と、制御部８と、解列開閉器９とを備え、フィルタ回路７の出力端子間には出力電圧を検出するための電圧検出部１１を設けてある。制御部８は、起動時に連系運転を開始する前の無負荷状態（解列開閉器９をオフにした状態）において、インバータ回路６の出力電圧制御を行うとともに、電圧検出部１１が検出した出力電圧に基づいてスイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判断し、動作が正常であれば解列開閉器９をオンにして連系運転に移行させている。【選択図】      図１
2004180356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電力をブリッジ接続されたスイッチ素子でスイッチングすることによって交流電力に変換して商用系統側に供給する電力変換部と、電力変換部と商用系統との間に設けられ、これら電力変換部と商用系統との間を連系乃至解列する解列開閉器と、電力変換部の出力電流に含まれる直流電流成分を検出する出力電流検出部と、スイッチ素子のオン／オフを制御して電力変換部の出力を制御するとともに解列開閉器のオン／オフを制御し、且つ、連系運転中に出力電流検出部の検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると電力変換部の出力を抑制するようにスイッチ素子のオン／オフを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、
電力変換部の出力電圧を検出する電圧検出部を設け、制御部は、起動時に解列開閉器をオフさせた無負荷状態において、電力変換部の出力電圧制御を行うとともに、電圧検出部が検出した出力電圧に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断し、スイッチ素子の動作が正常な場合は解列開閉器をオンして連系運転に移行させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
電圧値が電力変換部の出力電圧に比例した電圧検出部の出力を全波整流する全波整流部と、全波整流部の出力を平滑する平滑部とを備え、制御部は、平滑部の出力が予め設定された閾値電圧を超えると、スイッチ素子の動作が正常であると判断することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
制御部は、電圧検出部の検出結果をＡ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換部を内蔵したマイクロコンピュータからなり、Ａ／Ｄ変換部を介して取り込んだ電圧検出部の検出結果をもとに、電圧制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
直流電源からの直流電力をブリッジ接続されたスイッチ素子でスイッチングすることによって交流電力に変換して商用系統側に供給する電力変換部と、電力変換部と商用系統との間に設けられ、これら電力変換部と商用系統との間を連系乃至解列する解列開閉器と、電力変換部の出力電流に含まれる直流電流成分を検出する出力電流検出部と、スイッチ素子のオン／オフを制御して電力変換部の出力を制御するとともに解列開閉器のオン／オフを制御し、且つ、連系運転中に出力電流検出部の検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると電力変換部の出力を抑制するようにスイッチ素子のオン／オフを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、
電力変換部の出力電流を検出する電流検出部を設け、制御部は、起動時に解列開閉器をオフさせた無負荷状態において、電力変換部の出力電流を略ゼロとするゼロ電流出力制御を行うとともに、電流検出部が検出した出力電流に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断し、スイッチ素子の動作が正常な場合は解列開閉器をオンして連系運転に移行させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
電流検出部の検出した出力電流と予め設定された閾値電流との大小を比較する比較部を設け、制御部は、比較部の比較結果をもとにスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
制御部は、電流検出部の検出結果をＡ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換部を内蔵したマイクロコンピュータからなり、Ａ／Ｄ変換部を介して取り込んだ電流検出部の検出結果をもとに、電流制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置、特に太陽電池などの直流電源を交流電源に変換し、商用系統と連系して負荷に対する電力供給を可能にした電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、太陽電池の起電力を交流電力に変換し、商用系統（商用交流電源）と連系して負荷に対する電力供給を可能にした電源系統連系システムが提供されている。
【０００３】
図９はこのような電源系統連系システムの一例を示す図で、この電源系統連系システムは、日射量に応じた直流電力を得る太陽電池１、この太陽電池１からの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置２、及び商用系統３により構成され、これら電力変換装置２と商用系統３との間に接続された負荷４に対して、電力変換装置２及び商用系統３の連系運転と商用系統３のみの単独運転とのいずれか一方に切り替えて交流電力を供給するものである（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
電力変換装置２は、太陽電池１の出力電圧を昇圧する昇圧回路５、昇圧回路５の出力を交流電圧に変換するインバータ回路６、インバータ回路６の出力を平滑して出力波形を正弦波状の波形とするフィルタ回路７、マイクロコンピュータからなり昇圧回路５及びインバータ回路６の各スイッチ素子にオン／オフ信号を与える制御部８、及び解列開閉器９などで構成される。昇圧回路５では、日射量に応じて０Ｖ〜３００Ｖ程度の範囲内で絶えず変動する太陽電池１の出力電圧を商用系統３の交流電圧値の大略１．４倍の直流電圧に昇圧しており、この昇圧された直流電圧を入力としてインバータ回路６でＰＷＭ制御などを行うことにより正弦波状の交流電圧に変換して出力している。
【０００５】
昇圧回路５は、太陽電池１の正極側に一端が接続されるリアクトル５１と、このリアクトル５１の他端にコレクタが接続されエミッタが太陽電池１の負極側に接続されるＩＧＢＴのようなスイッチ素子５２と、このスイッチ素子５２のコレクタにアノードが接続されるダイオード５３と、このダイオード５３のカソードとスイッチ素子５２のエミッタとの間に接続される電解コンデンサよりなるコンデンサ５４とで、１石式昇圧チョッパとして構成される。昇圧回路５の出力電圧は電圧検出器５５で検出され、電圧検出器５５の検出信号が制御部８に入力されており、制御部８で演算処理を行って決定したデューティ比のパルス信号（制御信号Ｓ５２）がスイッチ素子５２のゲートに与えられ、昇圧回路５の出力電圧が所定の一定電圧に制御される。
【０００６】
インバータ回路６は、ＩＧＢＴのようなスイッチ素子６１〜６４をフルブリッジ接続して構成され、制御部８のＰＷＭ制御にしたがって各スイッチ素子６１〜６４をスイッチングして、昇圧回路５からの直流電力を交流電力に変換するものである。制御部８は、図１０（ａ）に示すような正弦波状の指令電圧Ｖｅと三角波状の基準発振電圧Ｖｓとの高低を比較することで図１０（ｂ）に示すようなパルス列を生成しており、このパルス列を制御信号Ｓ６１，Ｓ６４として対角の位置にあるスイッチ素子６１，６４のゲートに与えるとともに、このパルス列の反転信号（図１０（ｃ）参照）を制御信号Ｓ６２，Ｓ６３としてスイッチ素子６２，６３のゲートに与えることで、パルス幅が正弦波状に変調された電圧波形を得ている。
【０００７】
フィルタ回路７は、直列接続されたスイッチ素子６２，６４の接続点に一端が接続されたリアクトル７１と、直列接続されたスイッチ素子６１，６３の接続点に一端が接続されたリアクトル７２と、これらリアクトル７１，７２の他端間に接続されたコンデンサ７３とで構成されるローパスフィルタからなり、基準発振によるリップル成分を平滑して、インバータ回路６の出力を正弦波状の電流波形に平滑し、負荷４や商用電源系統３に供給するものである。
【０００８】
ここで、電力変換装置２の運転中に各スイッチ素子６１〜６４への制御信号Ｓ６１〜Ｓ６４の伝達が不良になったり、スイッチ素子６１〜６４が破損するなどして、スイッチ素子６１〜６４の一部が不動作状態になった場合、電力変換装置２の出力が正弦波状の出力とならず、半波のみ出力される場合（直流流出）がある。電力変換装置２からの出力電流が半波電流になると、インバータ回路６からの出力電流に直流成分が発生するので、半波出力状態を検出するために出力電流に含まれる直流電流成分を検出するシャント抵抗器１０をフィルタ回路７と解列開閉器９との間に直列に接続してある。
【０００９】
シャント抵抗器１０の両端電圧に含まれる交流成分はローパスフィルタ１３によって除去され、直流成分のみが電圧比較部１４に入力される。電圧比較部１４は、ローパスフィルタ１３からの入力（出力電流の直流成分に比例した電圧）と、予め設定された所定のしきい値との高低を比較して、閾値を超えた場合はエラー信号を出力しており、このエラー信号はフォトカプラ１５で絶縁されて制御部８に入力されるようになっている。そして、制御部８では、フォトカプラ１５を介してエラー信号が入力されると、スイッチ素子６１〜６４に与える制御信号Ｓ６１〜Ｓ６４を調整して、出力電流に含まれる直流成分が減少するようにインバータ回路６の出力を抑制したり、出力を停止させていた。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−１６５３５７号公報（第３頁−第４頁、及び、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電力変換装置では、インバータ回路６を構成するスイッチ素子６１〜６４の一部が不動作状態になると、インバータ回路６の出力が半波のみの波形となって、出力電流に含まれる直流成分が増加するので、制御部８では、シャント抵抗器１０を用いて検出した直流成分が所定のしきい値を超えると、制御信号Ｓ６１〜Ｓ６４を調整してインバータ回路６の出力を一旦停止させていた。しかしながら、直流流出自体は重大な異常でないため、インバータ回路６を停止させてから例えば一定時間が経過すると、電力変換装置２の再起動処理が行われる。再起動処理が行われてもスイッチ素子６１〜６４の一部は依然として不動作状態であるから出力が半波出力状態となり、制御部８が直流流出を検出してインバータ回路６を再度停止させてしまう。そして、この動作を繰り返すことで無限ループに陥ってしまう。すなわち、発電能力が無い状態にも関わらず、再起動を繰り返し、制御部８がその都度インバータ回路６の動作を停止させることになるので、異常と判断して再起動を停止させることができなかった。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、スイッチ素子が正常に動作することを確認してから連系運転を開始することのできる電力変換装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、直流電源からの直流電力をブリッジ接続されたスイッチ素子でスイッチングすることによって交流電力に変換して商用系統側に供給する電力変換部と、電力変換部と商用系統との間に設けられ、これら電力変換部と商用系統との間を連系乃至解列する解列開閉器と、電力変換部の出力電流に含まれる直流電流成分を検出する出力電流検出部と、スイッチ素子のオン／オフを制御して電力変換部の出力を制御するとともに解列開閉器のオン／オフを制御し、且つ、連系運転中に出力電流検出部の検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると電力変換部の出力を抑制するようにスイッチ素子のオン／オフを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、電力変換部の出力電圧を検出する電圧検出部を設け、制御部は、起動時に解列開閉器をオフさせた無負荷状態において、電力変換部の出力電圧制御を行うとともに、電圧検出部が検出した出力電圧に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断し、スイッチ素子の動作が正常な場合は解列開閉器をオンして連系運転に移行させることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、電圧値が電力変換部の出力電圧に比例した電圧検出部の出力を全波整流する全波整流部と、全波整流部の出力を平滑する平滑部とを備え、制御部は、平滑部の出力が予め設定された閾値電圧を超えると、スイッチ素子の動作が正常であると判断することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、制御部は、電圧検出部の検出結果をＡ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換部を内蔵したマイクロコンピュータからなり、Ａ／Ｄ変換部を介して取り込んだ電圧検出部の検出結果をもとに、電圧制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明では、直流電源からの直流電力をブリッジ接続されたスイッチ素子でスイッチングすることによって交流電力に変換して商用系統側に供給する電力変換部と、電力変換部と商用系統との間に設けられ、これら電力変換部と商用系統との間を連系乃至解列する解列開閉器と、電力変換部の出力電流に含まれる直流電流成分を検出する出力電流検出部と、スイッチ素子のオン／オフを制御して電力変換部の出力を制御するとともに解列開閉器のオン／オフを制御し、且つ、連系運転中に出力電流検出部の検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると電力変換部の出力を抑制するようにスイッチ素子のオン／オフを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、電力変換部の出力電流を検出する電流検出部を設け、制御部は、起動時に解列開閉器をオフさせた無負荷状態において、電力変換部の出力電流を略ゼロとするゼロ電流出力制御を行うとともに、電流検出部が検出した出力電流に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断し、スイッチ素子の動作が正常な場合は解列開閉器をオンして連系運転に移行させることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項４の発明において、電流検出部の検出した出力電流と予め設定された閾値電流との大小を比較する比較部を設け、制御部は、比較部の比較結果をもとにスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明では、請求項４の発明において、制御部は、電流検出部の検出結果をＡ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換部を内蔵したマイクロコンピュータからなり、Ａ／Ｄ変換部を介して取り込んだ電流検出部の検出結果をもとに、電流制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図１〜図４に基づいて説明する。図１は電源系統連系システムのシステム構成図であり、日射量に応じた直流電力を得る太陽電池１と、この太陽電池１からの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置２と、商用系統３とで構成され、これら電力変換装置２と商用系統３との間に接続された負荷４に対して、電力変換装置２及び商用系統３の連系運転と商用系統３のみの単独運転とのいずれか一方に切り替えて交流電力を供給するものである。尚、電源系統連系システムの基本的な構成は上述した図９のシステムと同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００２１】
電力変換装置２は、太陽電池１の出力電圧を昇圧する昇圧回路５、昇圧回路５の出力を交流電圧に変換するインバータ回路６、及びインバータ回路６の出力を平滑して出力波形を正弦波状の波形とするフィルタ回路７からなる電力変換部と、マイクロコンピュータからなり昇圧回路５及びインバータ回路６の各スイッチ素子にオン／オフ信号を与える制御部８と、解列開閉器９とを主要な構成としている。
【００２２】
昇圧回路５は、太陽電池１の正極側に一端が接続されるリアクトル５１と、このリアクトル５１の他端にコレクタが接続されエミッタが太陽電池１の負極側に接続されるＩＧＢＴのようなスイッチ素子５２と、このスイッチ素子５２のコレクタにアノードが接続されるダイオード５３と、このダイオード５３のカソードとスイッチ素子５２のエミッタとの間に接続される電解コンデンサよりなるコンデンサ５４とで、１石式昇圧チョッパとして構成される。昇圧回路５の出力電圧は電圧検出器５５で検出され、電圧検出器５５の検出信号が制御部８に入力されており、制御部８で演算処理を行って決定したデューティ比のパルス信号がスイッチ素子５２のゲートに与えられ、昇圧回路５の出力電圧が所定の一定電圧に制御される。
【００２３】
インバータ回路６は、ＩＧＢＴのようなスイッチ素子６１〜６４をフルブリッジ接続して構成され、スイッチ素子６１，６３の直列回路と、スイッチ素子６２，６４の直列回路とがそれぞれ昇圧回路５の出力端子間に接続されている。そして、制御部８のＰＷＭ制御にしたがって各スイッチ素子６１〜６４をオン／オフさせることで、昇圧回路５からの直流電力を交流電力に変換している。
【００２４】
フィルタ回路７は、直列接続されたスイッチ素子６２，６４の接続点に一端が接続されたリアクトル７１と、直列接続されたスイッチ素子６１，６３の接続点に一端が接続されたリアクトル７２と、これらリアクトル７１，７２の他端間に接続されたコンデンサ７３とで構成されるローパスフィルタからなり、インバータ回路５の出力に含まれるリップル成分を平滑して、インバータ回路６の出力を正弦波状の電流波形に平滑し、負荷４や商用電源系統３に供給するものである。
【００２５】
制御部８は、昇圧回路５のスイッチ素子５２や、インバータ回路６のスイッチ素子６１〜６４のオン／オフを制御することで、電力変換装置２の出力を制御しており、太陽電池１からの直流電力を交流電力に変換する基本動作は従来技術で説明した図９の回路と略同様であるのでその説明は省略する。
【００２６】
また、フィルタ回路７と解列開閉器９との間には、電力変換部の出力電流（主として出力電流に含まれる直流電流成分）を検出するためのシャント抵抗器１０（出力電流検出部）が直列に接続されており、制御部８では、連系運転中にシャント抵抗器１０を用いて検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると、制御信号Ｓ６１〜Ｓ６４を調整して直流電流成分を低減させるように、インバータ回路６の出力を抑制している。
【００２７】
本実施形態の電力変換装置２が、従来技術で説明した電力変換装置２と異なる点は、連系運転を開始する前の無負荷状態において制御部８が電力変換部の出力電圧制御を行い、この時の出力電圧をもとにスイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判断し、正常であることを確認してから連系運転に移行する点にある。
【００２８】
すなわち、起動時において連系運転を開始する前に、制御部８は、解列開閉器９をオフさせて無負荷状態（解列状態）とし、この状態で例えば電力変換部の出力電圧の波形が正弦波となるような出力電圧制御を行う。フィルタ回路７の出力端子間（すなわち電力変換部の出力端子間）には例えば高インピーダンスの抵抗器からなる電圧検出部１１が接続されており、電圧検出部１１の両端電圧Ｖ１を全波整流器１６で全波整流し、さらに平滑部１７で平滑して直流信号に変換した後、平滑部１７の出力電圧Ｖ２と、閾値設定部１９により予め設定された閾値電圧Ｖｔｈとの高低を比較部１８で比較する。比較部１８は、平滑部１７の出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈを超えていればＨレベルの信号を、出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈよりも低ければＬレベルの信号を制御部８に出力しており、制御部８は比較部１８からの信号のハイ／ローに応じてスイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判定する。
【００２９】
上述のように制御部８が、電力変換部の出力電圧の波形が正弦波となるように出力電圧制御を行う場合、電圧指令値は図３（ａ）に示すような信号波形となる。ここで、スイッチ素子６１〜６４が正常に動作していれば、電力変換部の出力電圧（つまり電圧検出部１１の両端電圧Ｖ１）の波形も図３（ｂ）に示すような正弦波形となるが、スイッチ素子６１〜６４の一部が不動作になると、不動作となったスイッチ素子を含む出力経路が無くなるので、正弦波の正又は負何れか一方のみの出力（半波出力）となる（図３（ｃ）参照）。したがって、図４（ａ）（ｂ）に示すように、正弦波形の出力電圧Ｖ１を整流、平滑して得た正常動作時の電圧Ｖ２に比べて、半波の出力電圧Ｖ１を整流、平滑して得た不動作時の電圧Ｖ２は小さくなる。ここで、閾値電圧Ｖｔｈを正常動作時の電圧Ｖ２よりも低く、且つ、不動作時の電圧Ｖ２よりも高い電圧に設定すれば、比較部１８の出力は正常動作時にはＨレベル、不動作時にはＬレベルになる。而して、制御部８は、比較部１８の出力信号のハイ／ローからスイッチ素子６１〜６４が正常に動作しているか否かを判定することができ、スイッチ素子６１〜６４が正常に動作している時には解列開閉器９をオンにして、連系運転に移行させている。
【００３０】
このように、制御部８は、スイッチ素子６１〜６４が正常に動作していることを確認した後に、連系運転を開始させているので、スイッチ素子６１〜６４の一部が不動作となって、出力電圧の波形が半波となっている状態で、連系運転に移行することはなく、従来の電力変換装置のように、直流電流成分を検出してインバータ回路６を停止させ、その後の再起動時に直流電流成分を再び検出してインバータ回路６を停止させるというような無限ループに陥るのを防止できる。
【００３１】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図５に基づいて説明する。尚、基本的な構成は実施形態１と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００３２】
上述の実施形態１では電圧検出部１１の出力を全波整流器１６で全波整流し、平滑部１７で平滑して得た電圧Ｖ２と、閾値設定部１９で設定された閾値電圧Ｖｔｈとの高低を比較部１８で比較しており、制御部８が、比較部１８の比較結果をもとにスイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判断しているのに対して、本実施形態では、マイクロコンピュータよりなる制御部８に、電圧検出部１１の検出結果（両端電圧）をＡ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換部８ａを内蔵させており、制御部８がＡ／Ｄ変換部８ａを介して取り込んだ電圧検出部１１の検出結果をもとに出力電圧制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判断している。
【００３３】
すなわち、起動時において連系運転を開始する前に、制御部８は、解列開閉器９をオフさせて無負荷状態（解列状態）とし、この状態で例えば電力変換部の出力電圧の波形が正弦波となるような出力電圧制御を行うとともに、Ａ／Ｄ変換部８ａにより電圧検出部１１の両端電圧をＡ／Ｄ変換して取り込み、出力電圧制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子６１〜６４の動作が正常か否かを判断する。そして、スイッチ素子６１〜６４の動作が正常であれば、制御部８は解列開閉器９をオンして連系運転に移行させている。
【００３４】
ここで、制御部８が、電力変換部の出力電圧の波形が正弦波となるように出力電圧制御を行った場合、スイッチ素子６１〜６４の一部が不動作になると、不動作となったスイッチ素子を含む出力経路が無くなるので、正弦波の正又は負何れか一方のみの出力（半波出力）となる（図３（ｃ）参照）。この時、電圧信号の指令信号の波形は正弦波、Ａ／Ｄ変換部８ａを介して取り込んだ電圧検出部１１の検出結果は半波となるから、制御部８では指令信号と検出結果とのずれを比較的容易に判断できる。また、スイッチ素子６１〜６４が正常に動作している場合は、指令信号の波形とＡ／Ｄ変換部８ａを介して取り込んだ電圧検出部１１の検出結果が共に正弦波となるから、両者の間にずれは発生せず、スイッチ素子６１〜６４の動作が正常であると容易に判断できる。尚、出力電圧制御の指令信号が正負対称の波形であれば、スイッチ素子６１〜６４の一部が不動作になって、不動作となったスイッチ素子を含む出力経路が無くなった時に、出力が半波のみの波形となるので、制御部８による判断がやりやすいが、正弦波以外の指令信号を用いても良いことは言うまでもない。
【００３５】
以上のようにして制御部８はスイッチ素子６１〜６４の動作が正常か否かを判断し、スイッチ素子６１〜６４の動作が正常であれば連系運転に移行させているので、出力電圧の波形が半波となっている状態で、連系運転に移行することはなく、従来の電力変換装置のように、直流電流成分を検出してインバータ回路６を停止させ、その後の再起動時に直流電流成分を再び検出してインバータ回路６を停止させるというような無限ループに陥るのを防止できる。
【００３６】
尚、実施形態１、２では起動時の連系運転を開始する前の無負荷状態において、制御部８が電力変換部の出力電圧制御を行うとともに、電圧検出部１１が検出した出力電圧に基づいてブリッジ接続されたスイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判断しているのであるが、電圧検出部１１の検出した出力電圧からスイッチ素子６１〜６４の動作が正常か否かを判断する回路を上記の回路に限定する趣旨のものではなく、出力電圧に基づいてスイッチ素子６１〜６４の動作を判定するのであれば回路構成は問わない。
【００３７】
（実施形態３）
本発明の実施形態３を図６及び図７に基づいて説明する。尚、基本的な構成は実施形態１又は２と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００３８】
本実施形態では、電圧変換部の出力電圧を検出する電圧検出部１１の代わりに、フィルタ回路７と解列開閉器９との間にホール素子のような電流センサー１２（電流検出部）を設け、電流センサー１２で電力変換部の出力電流を検出している。そして、電流センサー１２の検出した電流値と、閾値設定部２０で予め設定された閾値電流Ｉｔｈとの大小を比較部２１で比較しており、この比較結果をもとに制御部８はスイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判断している。
【００３９】
すなわち、起動時において連系運転を開始する前に、制御部８は、解列開閉器９をオフさせて無負荷状態（解列状態）とし、この状態で例えば電力変換部の出力電流が略ゼロとなるようなゼロ電流出力制御を行う。
【００４０】
ゼロ電流出力制御では、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ブリッジ接続されたスイッチ素子６１〜６４の内、対角の位置にあるスイッチ素子６１，６４にオン期間とオフ期間とが同一のパルス信号を制御信号Ｓ６１，Ｓ６４として与えるとともに、残りの２つのスイッチ素子６２，６３に上記パルス信号を反転させたパルス信号を制御信号Ｓ６２，Ｓ６３として与えている。
【００４１】
スイッチ素子６１，６４がオン、スイッチ素子６２，６３がオフの期間Ｔ１では、スイッチ素子６１→リアクトル７２→コンデンサ７３→リアクトル７１→スイッチ素子６４の経路で電流Ｉ１が流れ、スイッチ素子６１，６４がオフ、スイッチ素子６２，６３がオンの期間Ｔ２では、スイッチ素子６２→リアクトル７１→コンデンサ７３→リアクトル７２→スイッチ素子６３の経路で電流Ｉ１が逆向きに流れるのであるが、期間Ｔ１と期間Ｔ２とを同じ時間幅に設定しているので、スイッチ素子６１〜６４の動作が正常であれば期間Ｔ１に流れる電流と期間Ｔ２に逆向きに流れる電流とが略同じになり、出力電流Ｉ１がゼロ付近で制御される（図７（ｃ）参照）。一方、スイッチ素子６１〜６４の一部が不動作になった場合、例えばスイッチ素子６２又は６３が不動作になって、スイッチ素子６２，６３を含む経路に電流が流れなくなった場合は、スイッチ素子６１，６４のオン期間（期間Ｔ１）には電流が流れるが、スイッチ素子６２，６３のオン期間（Ｔ２）には逆向きの電流が流れないため、出力電流をゼロ付近に戻すことができず、この状態を繰り返すことで出力電流が徐々に増加することになる（図７（ｄ）参照）。ここで、閾値設定部２０の閾値電流Ｉｔｈを、スイッチ素子６１〜６４の動作が正常な場合の出力電流よりも大きく、且つ、不動作時の出力電流よりも小さくなるような電流値に設定しておけば、比較部２１の出力が例えば正常動作時にはＨレベル（ハイ）になり、不動作時にはＬレベル（ロー）になる。
【００４２】
而して、制御部８は、比較部２１の出力信号のハイ／ローからスイッチ素子６１〜６４が正常に動作しているか否かを判定することができ、スイッチ素子６１〜６４が正常に動作している時には解列開閉器９をオンにして、連系運転に移行させることができる。
【００４３】
このように、制御部８は、スイッチ素子６１〜６４が正常に動作していることを確認した後に、連系運転を開始させているので、スイッチ素子６１〜６４の一部が不動作となって、出力電圧の波形が半波となっている状態で、連系運転に移行することはなく、従来の電力変換装置のように、直流電流成分を検出してインバータ回路６を停止させ、その後の再起動時に直流電流成分を再び検出してインバータ回路６を停止させるというような無限ループに陥るのを防止できる。
【００４４】
（実施形態４）
本発明の実施形態４を図８に基づいて説明する。尚、基本的な構成は実施形態３と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４５】
上述の実施形態３では電流センサー１２の検出した電流値と、閾値設定部２０で設定された閾値電流Ｉｔｈとの大小を比較部２１で比較し、この比較結果をもとに制御部８はスイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判断しているのに対して、本実施形態では、マイクロコンピュータよりなる制御部８に、電流センサー１２の検出結果をＡ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換部８ｂを内蔵させており、Ａ／Ｄ変換部８ｂを介して取り込んだ電流センサー１２の検出結果をもとに、ゼロ電流出力制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判断している。
【００４６】
すなわち、起動時において連系運転を開始する前に、制御部８は、解列開閉器９をオフさせて無負荷状態（解列状態）とし、この状態で例えば電力変換部の出力電流が略ゼロとなるようなゼロ電流出力制御を行う。
【００４７】
ゼロ電流出力制御では、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ブリッジ接続されたスイッチ素子６１〜６４の内、対角の位置にあるスイッチ素子６１，６４にオン期間とオフ期間とが同一のパルス信号を制御信号Ｓ６１，Ｓ６４として与えるとともに、残りの２つのスイッチ素子６２，６３に上記パルス信号を反転させたパルス信号を制御信号Ｓ６２，Ｓ６３として与えている。
【００４８】
ここで、実施形態３で説明したようにスイッチ素子６１〜６４の動作が正常であれば、インバータ回路６の出力端には図７（ｃ）に示すような出力電流Ｉ１が流れて、出力電流が略ゼロに制御されるが、スイッチ素子６１〜６４の一部が不動作になった場合、例えばスイッチ素子６２又は６３が不動作になって、スイッチ素子６２，６３を含む経路に電流が流れなくなった場合は、スイッチ素子６１，６４のオン期間（期間Ｔ１）には電流が流れるが、スイッチ素子６２，６３のオン期間（Ｔ２）には逆向きの電流が流れないため、出力電流をゼロ付近に戻すことができず、この状態を繰り返すことで出力電流が徐々に増加することになる（図７（ｄ）参照）。
【００４９】
而して、制御部８では、ゼロ電流出力制御を行うとともに、電流センサー１２の検出結果をＡ／Ｄ変換部８ｂを介して取り込み、ゼロ電流制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子６１〜６４が正常に動作しているか否かを判断することができる。例えば、Ａ／Ｄ変換部８ａを介して取り込んだ電流値が所定の閾値電流を超えた場合には、スイッチ素子６１〜６４の動作が異常であると判断すれば良い。そして、制御部８は、スイッチ素子６１〜６４が正常に動作している時には解列開閉器９をオンにして、連系運転に移行させており、スイッチ素子６１〜６４の一部が不動作となって、出力電圧の波形が半波となっている状態で、連系運転に移行することはなく、従来の電力変換装置のように、直流電流成分を検出してインバータ回路６を停止させ、その後の再起動時に直流電流成分を再び検出してインバータ回路６を停止させるというような無限ループに陥るのを防止できる。
【００５０】
尚、実施形態３、４では起動時の連系運転を開始する前の無負荷状態において、制御部８が、電力変換部の出力電流を略ゼロに制御するようなゼロ電流出力制御を行うとともに、電流センサー１２の検出した出力電流に基づいてブリッジ接続されたスイッチ素子６１〜６４の動作が正常であるか否かを判断しているのであるが、電流センサー１２の検出した出力電流からスイッチ素子６１〜６４の動作が正常か否かを判断する回路を上記の回路に限定する趣旨のものではなく、出力電流に基づいてスイッチ素子６１〜６４の動作を判定するのであれば回路構成は問わない。
【００５１】
【発明の効果】
上述のように、請求項１の発明は、直流電源からの直流電力をブリッジ接続されたスイッチ素子でスイッチングすることによって交流電力に変換して商用系統側に供給する電力変換部と、電力変換部と商用系統との間に設けられ、これら電力変換部と商用系統との間を連系乃至解列する解列開閉器と、電力変換部の出力電流に含まれる直流電流成分を検出する出力電流検出部と、スイッチ素子のオン／オフを制御して電力変換部の出力を制御するとともに解列開閉器のオン／オフを制御し、且つ、連系運転中に出力電流検出部の検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると電力変換部の出力を抑制するようにスイッチ素子のオン／オフを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、電力変換部の出力電圧を検出する電圧検出部を設け、制御部は、起動時に解列開閉器をオフさせた無負荷状態において、電力変換部の出力電圧制御を行うとともに、電圧検出部が検出した出力電圧に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断し、スイッチ素子の動作が正常な場合は解列開閉器をオンして連系運転に移行させることを特徴とし、連系運転を開始する前の無負荷状態において、制御部は出力電圧制御を行い、この間に電圧検出部が検出した出力電圧に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断しており、スイッチ素子の動作が正常であるのを確認してから連系運転に移行させているので、ブリッジ接続されたスイッチ素子の一部が不動作となって、出力が半波出力状態となっているにも関わらず連系運転が開始されるのを防止できる。したがって、従来の電力変換装置のように、連系運転を開始すると出力電流に含まれる直流成分を検出して出力を抑制し、その後再起動時に再び出力電流に含まれる直流成分を検出して出力を抑制するというような無限ループに陥るのを回避することができる。
【００５２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、電圧値が電力変換部の出力電圧に比例した電圧検出部の出力を全波整流する全波整流部と、全波整流部の出力を平滑する平滑部とを備え、制御部は、平滑部の出力が予め設定された閾値電圧を超えると、スイッチ素子の動作が正常であると判断することを特徴とし、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００５３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、制御部は、電圧検出部の検出結果をＡ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換部を内蔵したマイクロコンピュータからなり、Ａ／Ｄ変換部を介して取り込んだ電圧検出部の検出結果をもとに、電圧制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とし、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００５４】
請求項４の発明は、直流電源からの直流電力をブリッジ接続されたスイッチ素子でスイッチングすることによって交流電力に変換して商用系統側に供給する電力変換部と、電力変換部と商用系統との間に設けられ、これら電力変換部と商用系統との間を連系乃至解列する解列開閉器と、電力変換部の出力電流に含まれる直流電流成分を検出する出力電流検出部と、スイッチ素子のオン／オフを制御して電力変換部の出力を制御するとともに解列開閉器のオン／オフを制御し、且つ、連系運転中に出力電流検出部の検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると電力変換部の出力を抑制するようにスイッチ素子のオン／オフを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、電力変換部の出力電流を検出する電流検出部を設け、制御部は、起動時に解列開閉器をオフさせた無負荷状態において、電力変換部の出力電流を略ゼロとするゼロ電流出力制御を行うとともに、電流検出部が検出した出力電流に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断し、スイッチ素子の動作が正常な場合は解列開閉器をオンして連系運転に移行させることを特徴とし、連系運転を開始する前の無負荷状態において、制御部はゼロ電流出力制御を行い、この間に電流検出部が検出した出力電流に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断しており、スイッチ素子の動作が正常であるのを確認してから連系運転に移行させているので、ブリッジ接続されたスイッチ素子の一部が不動作となって、出力が半波出力状態となっているにも関わらず連系運転が開始されるのを防止できる。したがって、従来の電力変換装置のように、連系運転を開始すると出力電流に含まれる直流成分を検出して出力を抑制し、その後再起動時に再び出力電流に含まれる直流成分を検出して出力を抑制するというような無限ループに陥るのを回避することができる。
【００５５】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、電流検出部の検出した出力電流と予め設定された閾値電流との大小を比較する比較部を設け、制御部は、比較部の比較結果をもとにスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とし、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００５６】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、制御部は、電流検出部の検出結果をＡ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換部を内蔵したマイクロコンピュータからなり、Ａ／Ｄ変換部を介して取り込んだ電流検出部の検出結果をもとに、電流制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とし、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図２】同上の要部を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は電圧指令値の波形図、（ｂ）は正常動作時の検出電圧の波形図、（ｃ）はスイッチ素子の一部が不動作の場合の検出電圧の波形図である。
【図４】（ａ）は正常動作時の検出電圧と、この検出電圧を整流、平滑した電圧の波形図、（ｂ）はスイッチ素子の一部が不動作の場合の検出電圧と、この検出電圧を整流、平滑した電圧の波形図である。
【図５】実施形態２の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図６】実施形態３の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図７】（ａ）は同上の制御信号Ｓ６１，Ｓ６４の波形図、（ｂ）は制御信号Ｓ６２，Ｓ６３の波形図、（ｃ）は正常動作時の出力電流の波形図、（ｄ）はスイッチ素子の一部が不動作の場合の出力電流の波形図である。
【図８】実施形態４の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図９】従来の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図１０】（ａ）は同上の指令電圧Ｖｅ、基準発振電圧Ｖｓの波形図、（ｂ）は制御信号Ｓ６１，Ｓ６４の波形図、（ｃ）は制御信号Ｓ６２，Ｓ６３の波形図である。
【符号の説明】
１  太陽電池
２  電力変換装置
５  昇圧回路
６  インバータ回路
７  フィルタ回路
８  制御部
９  解列開閉器
１１  電圧検出部
６１〜６４  スイッチ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004180356.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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