(57)【要約】【課題】系統連系スイッチとして自己消弧能力を持たない半導体素子を用い、且つ、電力変換器と電力系統との間にフィルタコンデンサが存在する場合でも、迅速な遮断性能を持たせて電力系統を高速に切り離して連系運転モードから自立運転モードヘ移行させることが可能な分散型電源システムを提供する。【解決手段】電力系統（１）に系統連系スイッチ（３）を介して接続された負荷（２）に対して、充放電可能な直流電源（５）が直流側に接続された電力変換器（４）の交流側が接続され、かつ、電力変換器（４）の交流側にフィルタコンデンサ（６）が接続され、電力変換器（４）は電力系統（１）との連系運転を行うに当たり、電力系統（１）の電圧異常を検出する手段（１１）と、電力系統（１）の電圧異常が検出されたとき、フィルタコンデンサ（６）のキャパシタンス成分と電力系統（１）のリアクタンス成分との間で共振電流が流れるように電力変換器（４）の出力電流あるいは出力電圧を変化させる手段（７，１３）とを備える。【選択図】  図１
2004248345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に系統連系スイッチを介して接続された負荷に対して、充放電可能な直流電源が直流側に接続された電力変換器の交流側が接続され、かつ、前記電力変換器の交流側にフィルタコンデンサが接続され、前記電力変換器は前記電力系統との連系運転が行われる分散型電源システムにおいて、
前記電力系統の電圧異常を検出する手段と、
前記電力系統の電圧異常が検出されたとき、前記フィルタコンデンサのキャパシタンスと前記電力系統のリアクタンス成分との間で共振電流が流れるように前記電力変換器の出力電流あるいは出力電圧を変化させる手段と、
を備えたことを特徴とする分散型電源システム。
【請求項２】
前記電力変換器の出力電流あるいは出力電圧を変化させる手段は、
前記系統連系スイッチに流れる電流を検出する手段と、
前記系統連系スイッチに流れる電流の検出値に基づいて、前記電力変換器の出力電圧をある値に制御する手段と、
前記電力変換器をゲートブロックする手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の分散型電源システム。
【請求項３】
前記電力変換器の出力電流あるいは出力電圧を変化させる手段は、
前記系統連系スイッチに流れる電流を検出する手段と、
前記系統連系スイッチに流れる電流の検出値に基づいて、前記系統連系スイッチに流れる電流値を減少させるように前記電力変換器の電流を変化させる手段と、
前記電力変換器をゲートブロックする手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の分散型電源システム。
【請求項４】
さらに、前記電力変換器の出力電流を検出する手段を備え、
前記電力変換器をゲートブロックする手段は、前記電力変換器の出力電流の検出値に基づいて、過電流にならないように前記電力変換器をゲートブロックすることを特徴とする請求項２又は３に記載の分散型電源システム。
【請求項５】
さらに、前記電力変換器の出力電流を検出する手段を備え、
前記電力変換器をゲートブロックする手段は、前記電力変換器の出力電流の検出値に基づいて、過電流にならないように前記電力変換器の各相を個別にゲートブロックすることを特徴とする請求項２又は３に記載の分散型電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統に対して、系統連系スイッチを介して、負荷が接続され、かつ、充放電可能な直流電源が、電力変換器を介して、負荷に接続された分散型電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８はこの種の従来の分散型電源システムの構成を示すブロック図である。同図において、電力系統１に対して、半導体素子で構成された系統連系スイッチ３を介して、負荷２が接続されている。また、系統連系スイッチ３に対する負荷２の接続端に電力変換器４の交流側が接続され、この電力変換器４の直流側に充放電可能な直流電源５が接続されている。さらに、電力変換器４の交流側には、その出力に含まれる高調波成分を吸収するためのフィルタコンデンサ６が接続されている。
【０００３】
これにより、電力系統１が正常である場合、系統連系スイッチ３は導通しており、電力系統１から負荷２に電力が供給される。また、これと同時に、電力変換器４は、直流電源５の充電、放電動作を行なう。このとき、電力変換器４の出力電流を検出する変換器電流検出器７の電流検出信号に基づいて、電力変換器４の出力電流が所望の値に保たれるように、変換器制御回路８が電力変換器４の出力すべき電圧を決定する。この変換器制御回路８の出力信号は、ゲート制御回路９に加えられ、このゲート制御回路９のＰＷＭ信号により電力変換器４を動作させて、直流電源５を充電または放電する。この状態を、連系運転モードと称する。
【０００４】
一方、電力系統１に電圧低下や停電等の異常が発生したことを検出する系統電圧異常検出器１１が設けられ、系統電圧の異常が発生した場合、系統電圧異常検出器１１の電圧異常信号に従って連系スイッチ制御回路１２が系統連系スイッチ３をオフ状態にする。また、系統電圧異常検出器１１の電圧異常信号に従って変換器制御回路８は、負荷電圧検出器１０の電圧検出信号が所望の値に保たれるような電圧指令値を、電力変換器４に与える。これによつて、直流電源５から、電力変換器４を介して、負荷２に電力が供給される。この状態を、自立運転モードと称する。
【０００５】
この分散型電源システムが連系運転モードにあるとき、電力系統１に異常が発生してから、系統電圧異常検出器１１が電力系統１の異常を検出し、その検出信号により連系スイッチ制御回路１２が系統連系スイッチ３をオフ状態にして、自立運転モードに移行するまでの切換えに要する時間は、負荷２に影響を与えない範囲内に短く抑える必要がある。
【０００６】
この場合、高速に切換えを行なう必要のない用途では、系統連系スイッチ３として、サイリスタ等の自己消弧能力を持たないが、安価で過負荷耐量の大きい半導体素子が用いられる。反対に、高速に切換えを行なう必要がある用途では、系統連系スイッチ３として、ＧＴＯ等に代表される自己消弧能力を持つ半導体素子が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した分散型電源システムが連系運転モードにある場合に、電力系統１の異常を検知し、電力系統１を切り離して自立運転モードに移行させる時、系統連系スイッチ３として、サイリスタ等の自己消弧能力を持たない半導体素子を用いた場合、半導体素子の過負荷耐量が大きいことから、自己消弧能力を持つ半導体素子を使用する場合と比較して、小容量の半導体素子で済むことになる。また、この半導体素子そのものも安価であり、半導体素子の導通時の損失も少ないという利点を有している。
【０００８】
しかしながら、系統電圧異常検出器１１が電力系統１の異常を検知した後、系統連系スイッチ３を構成する半導体素子を流れる電流が零にならないと、電力系統１の切り離しができないことから、電力系統１の異常を検知してから自立運転モードに移行するまで、最大で電源周波数の半周期分の時間がかかるという問題がある。
【０００９】
この問題を解決するために系統連系スイッチ３の電流を減少させるように電力変換器４の出力電流や出力電圧を変化させる方法が提案されている。しかしながら、これらの方法においても、電力変換器４と電力系統間にフィルタコンデンサ６が存在する場合には、系統連系スイッチ３の電流を減少させようとしてもフィルタコンデンサ６に電流が流入するために、系統連系スイッチ３の電流が予定どおりには減少しないという問題が発生する。系統連系スイッチ３の電流が減少しないと、自己消弧能力を持たない半導体素子で構成された系統連系スイッチ３はオフ状態にはならず、自立運転モードに移行できない。このため、負荷２への正常な電力の供給が絶たれ、負荷２に重大な損害を与えることになる。
【００１０】
これを回避するには、フィルタコンデンサ６に電流が流入しても、なお系統連系スイッチ３の電流を十分に減少させ得るだけの容量を持った電力変換器４が必要になるため、大型でコストの高い電力変換器が必要となる。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、系統連系スイッチとして過負荷耐量が大きく安価で導通時の損失の少ない自己消弧能力を持たない半導体素子を用い、且つ、電力変換器と電力系統間にフィルタコンデンサが存在する場合でも、系統連系スイッチとして自己消弧能力を持つ半導体素子を用いた場合に準じた遮断性能を持たせて電力系統を高速に切り離して速やかに連系運転モードから自立運転モードヘ移行させることが可能な分散型電源システムを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、電力系統の切り離し動作時にも、電力変換器の過電流状態を回避しつつ、高速な切り離し動作を実現することが可能分散型電源システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、電力系統に系統連系スイッチを介して接続された負荷に対して、充放電可能な直流電源が直流側に接続された電力変換器の交流側が接続され、かつ、電力変換器の交流側にフィルタコンデンサが接続され、電力変換器は電力系統との連系運転が行われる分散型電源システムにおいて、電力系統の電圧異常を検出する手段と、電力系統の電圧異常が検出されたとき、フィルタコンデンサのキャパシタンスと電力系統のリアクタンス成分との間で共振電流が流れるように電力変換器の出力電流あるいは出力電圧を変化させる手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の分散型電源システムにおいて、電力変換器の出力電流あるいは出力電圧を変化させる手段は、系統連系スイッチに流れる電流を検出する手段と、系統連系スイッチに流れる電流の検出値に基づいて、電力変換器の出力電圧をある値に制御する手段と、電力変換器をゲートブロックする手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の分散型電源システムにおいて、電力変換器の出力電流あるいは出力電圧を変化させる手段は、系統連系スイッチに流れる電流を検出する手段と、系統連系スイッチに流れる電流の検出値に基づいて、系統連系スイッチに流れる電流値を減少させるように電力変換器の電流を変化させる手段と、電力変換器をゲートブロックする手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の分散型電源システムにおいて、さらに、電力変換器の出力電流を検出する手段を備え、電力変換器をゲートブロックする手段は、電力変換器の出力電流の検出値に基づいて、過電流にならないように電力変換器をゲートブロックすることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項２又は３に記載の分散型電源システムにおいて、さらに、電力変換器の出力電流を検出する手段を備え、電力変換器をゲートブロックする手段は、電力変換器の出力電流の検出値に基づいて、過電流にならないように電力変換器の各相を個別にゲートブロックすることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る分散型電源システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、従来装置を示す図８と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この第１の実施形態では、系統連系スイッチ３を、例えばサイリスタ等の自己消弧能力を持たない半導体素子で構成している。そして、系統電圧異常検出器１１と変換器制御回路８との間に、解列補助電圧指令発生回路１３を新たに設けた点が図８に示す従来の分散型電源システムと構成を異にし、これ以外は全て図８と同一に構成されている。
【００１９】
ここで、解列補助電圧指令発生回路１３は、系統電圧異常検出器１１が電力系統１の異常を検出して連系スイッチ制御回路１２に伝える電圧異常信号を受けて、フィルタコンデンサ６に印加される電圧波形が乱れるような電力変換器４の出力電圧指令を発生する機能を備えている。変換器制御回路８は、電力系統１に異常が発生すると解列補助電圧指令発生回路１３の出力電圧指令を優先的にゲート制御回路９に供給するように構成されている。
【００２０】
上記のように構成された第１の実施形態の動作について、特に、従来装置と構成を異にする部分を中心にしてその動作を説明する。電力系統１に電圧異常が発生すると、系統電圧異常検出器１１がこの電圧異常を検出して、電圧異常信号を連系スイッチ制御回路１２に加えると共に、変換器制御回路８及び解列補助電圧指令発生回路１３に加える。連系スイッチ制御回路１２は電圧異常信号に従って系統連系スイッチ３をオフ状態にするが、異常が検出されてから系統連系スイッチ３がオフ状態になるまで、最大で電源周波数の半周期分の時間がかかる。このとき、解列補助電圧指令発生回路１３は、電圧異常信号に従って即時にフィルタコンデンサの電圧波形が乱れるような電力変換器４の出力電圧指令を出力する。これによって、フィルタコンデンサ６に電力変換器４の出力電流が流入し、電力系統１とフィルタコンデンサ６との間の電圧バランスが崩れ、電力系統１のリアクタンス成分とフィルタコンデンサ６のキャパシタンスとにＬＣ共振による共振電流が流れる。この場合、電力変換器４からフィルタコンデンサ６に流入する電流が大きく、フィルタコンデンサ電圧が大きく変化するほど、共振電流も大きくなる。つまり、解列補助電圧指令発生回路１３は、フィルタコンデンサ６の電圧が大きく変化するように電力変換器４に対する出力電圧指令を出力する。このため、電力系統１の電圧異常の発生時に系統連系スイッチ３に流れている電流よりも大きな共振電流が流れ、系統連系スイッチ３に流れる電流が零になった段階で電力系統１が切り離され、自立運転モードに移行する。
【００２１】
これにより、系統連系スイッチ３をサイリスタ等の自己消弧能力を持たない半導体素子で構成した場合でも、自己消弧能力を持つ半導体素子を用いた場合に準じた遮断性能を得ることが可能となり、高速に電力系統１を切り離すことができる。
【００２２】
この結果、電力系統１の異常時に高速に電力系統１を切り離さなければならない用途においても、分散型電源システムの系統連系スイッチ３として、安価で過負荷耐量の大きいサイリスタ等の自己消弧能力を持たない半導体素子を用いることができ、システム全体のコストを低減することができる。
【００２３】
なお、上述した第１の実施形態では、電力変換器４の交流側に直接フィルタコンデンサ６が接続されているものを対象としたが、フィルタコンデンサ６の代わりに、負荷２と並列に進相コンデンサなどのキャパシタンス成分を含んだ要素が接続されている場合でも、上述したと同様な効果が得られる。
【００２４】
図２は本発明に係る分散型電源システムの第２の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
ここに示した第２の実施形態は、系統連系スイッチ３に流れる電流を検出する連系スイッチ電流検出器１４が新たに設けられ、その電流検出信号を系統電圧異常検出器１１の電圧異常信号と共に、解列補助電圧指令発生回路１３に加えるようにし、さらに、系統電圧異常検出器１１の電圧異常信号を入力し、ゲート制御回路９にゲートブロック指令を加えるゲートブロック制御回路１５が新たに設けられた点が図１に示す第１の実施形態と構成を異にしている。
【００２６】
ここで、解列補助電圧指令発生回路１３は、系統電圧異常検出器１２により電力系統１の電圧異常が検出されると、連系スイッチ電流検出器１４が出力する電流検出信号の極性に基づいて、特定振幅の電圧指令を出力する機能を備えている。また、ゲートブロック制御回路１５は、系統電圧の異常が検出されてから一定時間を経過した時点から系統連系スイッチ３がオフ状態になるまでの期間、ゲートブロック指令を出力する機能を備えている。系統連系スイッチ３がオフ状態になったことの判定は、系統連系スイッチ３の極間電圧の増加や連系スイッチ電流検出器１４の出力が零になることなどから判断でき、図示を省略した遮断判定器の出力信号が、変換器制御回路８やゲートブロック制御回路１５に加えられる。ゲート制御回路９は、ゲートブロック制御回路１５からゲートブロック指令が出力されると、電力変換器４のゲートを全てゲートブロックする機能も備えている。
【００２７】
上記のように構成された第２の実施形態の動作について、特に、図１と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。系統電圧異常検出器１１が電力系統１の電圧異常を検出し、電圧異常信号が変換器制御回路８に加えられると同時に、解列補助電圧指令発生回路１３及びゲートブロック制御回路１５に加えられると、解列補助電圧指令発生回路１３は、連系スイッチ電流検出器１４の出力に応じて、正または負の一定の電圧指令値を出力する。この電圧指令値の極性は、系統連系スイッチ３の電流が減少する極性とする。また、ゲートブロック制御回路１５は、電力変換器４の出力によって電力系統１のリアクタンス成分とフィルタコンデンサ６のキャパシタンスとにＬＣ共振が発生し、系統連系スイッチ３がオフ状態になると予測される一定期間の後にゲートブロック指令を出力する。この電圧指令値の発生とゲートブロックによって電力系統１のとフィルタコンデンサ６との間で共振が発生し、系統連系スイッチ３に流れる電流が零となるので、電力系統１の切り離しは完了する。電力系統１を切り離した後は、速やかに電力変換器４のゲートブロックを解除し、自立運転モードに移行する。
【００２８】
図３は、系統電圧異常検出器１１の電圧異常信号、系統連系スイッチ３を流れる電流、変換器制御回路８の出力、ゲートブロック制御回路１５の出力、電力変換器４の出力電流の波形の一例を示す図である。
【００２９】
上述したように、第２の実施形態によれば、系統連系スイッチ３の電流が零となる方向に電力変換器４の出力電圧を発生させるため、共振電流による系統連系スイッチ３のオフ状態になるまでの時間が短くなる。フィルタコンデンサ６がない場合又は容量が小さい場合には、系統連系スイッチ３の電流が零となる方向に電力変換器４の出力電圧を変化させると、系統連系スイッチ３の電流を電力変換器３が引き取るような形で系統連系スイッチ３の電流が低下する。しかし、比較的大きなフィルタコンデンサ６が電力系統１と電力変換器４との間に存在した場合に、電力変換器４の出力電圧を急峻且つ大きく変化させるとフィルタコンデンサ６に電力変換器４の出力電流の大部分が流入し、系統連系スイッチ３の電流を電力変換器４が引き取ることができないばかりか、フィルタコンデンサ６に流入する電流により電力変換器４が過電流となる場合がある。本実施形態では、電力変換器４をゲートブロックすることで電力変換器の出力電流を制限でき、電力変換器を過電流から保護することが可能になる。また、系統連系スイッチ３に流れる電流に応じて、解列補助電圧指令発生回路１３が出力する電力変換器４の出力電圧指令の振幅を変えるようにすれば、フィルタコンデンサ６に流入する電流を調整でき、電力変換器が過電流になり難くすることも可能である。さらに、連系スイッチ電流検出器１４の出力を解列補助電圧指令発生回路１３に入力すると共に、ゲートブロック制御回路１５にも入力する構成とし、電力系統１の異常発生の後にゲートブロック制御回路１５がゲートブロック指令を出すまでの時間を、系統連系スイッチ３に流れる電流に応じて変えるようにすれば、フィルタコンデンサ６に流入する電流を調整でき、電力変換器が過電流になり難くすることや共振の度合いが変ることによる系統切り離しの能力の変更が可能となる。
【００３０】
この結果、電力系統１の異常時に高速に電力系統１を切り離さなければならない用途においても、分散型電源システムの系統連系スイッチ３として、安価で過負荷耐量の大きいサイリスタ等の自己消弧能力を持たない半導体素子を用いることができる。また、系統連系スイッチ３の電流を零にするだけの電流を電力変換器４が出力する訳ではないので比較的小容量の電力変換器で実現可能であり、システム全体のコストを低減することができる。
【００３１】
図４は本発明に係る分散型電源システムの第３の実施形態の構成を示すブロック図であり、第２の実施形態を示す図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
【００３２】
この第４の実施形態は、図２における解列補助電圧指令発生回路１３の代りに、解列補助電流指令発生回路１６を設け、この解列補助電流指令発生回路１６に連系スイッチ電流検出器１４の出力信号と系統電圧異常検出器１２の出力信号とを加える構成としている。
【００３３】
また、変換器制御回路８は、系統電圧異常検出器１２により電力系統１の異常が検出されると、解列補助電流指令発生回路１６が出力する電流指令値に基づいて、系統連系スイッチ遮断動作時の電流指令値を、系統連系スイッチ３に流れる電流に応じて正または負の固定値とする機能を備えている。
【００３４】
上記のように構成された第３の実施形態の動作について、特に、図２と構成を異にする部分について以下に説明する。系統電圧異常検出器１２が電力系統１の異常を検出すると、電圧異常信号が変換器制御回路８、解列補助電流指令発生回路１６及びゲートブロック制御回路１５に加えられる。これに応じて、解列補助電流指令発生回路１６は、連系スイッチ電流検出器１４の出力極性に応じて、正又は負の一定の電流指令値を出力する。この電流指令値の極性は、系統連系スイッチ３の電流が減少する極性とし、その絶対値は電力変換器が出力し得る最大値にできるだけ近い値とする。この電流指令値による電力変換器４の出力電流の一部がフィルタコンデンサ６に流入し、電力系統１とフィルタコンデンサ６の間で共振を起こさせる。ゲートブロック制御回路１５は、系統電圧の異常が検出されてから一定時間を経過した時点から系統連系スイッチ３がオフ状態になるまでの期間、ゲートブロック信号を出力し、電力変換器４がゲートブロックすることで、共振を助長する。そのときの共振電流により系統連系スイッチ３に流れる電流が零となるので、電力系統１の切り離しは完了する。電力系統１の切り離し後は、速やかに電力変換器４のゲートブロックを解除し、自立運転モードに移行する。
【００３５】
図５は、系統電圧異常検出器１１の電圧異常信号、系統連系スイッチ３を流れる電流、解列補助電流指令発生回路１６の出力、ゲートブロック制御回路１５の出力、電力変換器４の出力電流の波形の一例を示す図である。
【００３６】
上述したように、第３の実施形態では、系統連系スイッチ３の電流が零となる方向に電力変換器４の出力電流指令を発生させるため、共振電流により系統連系スイッチ３がより速くオフ状態となる。フィルタコンデンサ６がない場合又は容量が小さい場合には、系統連系スイッチ３の電流が零となる方向に電力変換器４の出力電流を変化させると、系統連系スイッチ３の電流を電力変換器３が引き取るような形で系統連系スイッチ３の電流が低下する。しかし、比較的大きなフィルタコンデンサが電力系統１と電力変換器４との間に存在すると、電力変換器４の出力電圧を急峻且つ大きく変化させるとフィルタコンデンサ６に電力変換器の出力電流の大部分が流入し、系統連系スイッチ３の電流を電力変換器４が引き取ることができない。本実施形態では、電力系統１とフィルタコンデンサ６との間の共振現象を利用して系統連系スイッチ３に流れる電流を零にしており、これによって迅速に電力系統１の切り離しが可能となる。
【００３７】
かくして、第３の実施形態によれば、電力系統１の異常時に高速に電力系統１を切り離さなければならない用途においても、分散型電源システムの系統連系スイッチ３として、安価で過負荷耐量の大きいサイリスタ等の自己消弧能力を持たない半導体素子を用いることができる。また、系統連系スイッチ３の電流を零にするだけの電流を電力変換器４が出力する訳ではないので比較的小容量の電力変換器で実現可能であり、システム全体のコストを低減することができる。
【００３８】
図６は本発明に係る分散型電源システムの第４の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、第２の実施形態を示す図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は、変換器電流検出器７の電流検出信号を変換器制御回路８だけでなくゲートブロック制御回路１５にも加えるようにした点、ゲートブロック制御回路１５は、系統電圧異常検出器１１が検出する電力系統１の電圧異常信号と変換器電流検出器７の電流検出信号とを受けて、ゲート制御回路９にゲートブロック指令を加えるようにした点、ゲートブロック制御回路１５は、系統電圧異常検出器１１により電力系統１の異常が検出された後に、解列補助電圧指令発生回路１３と変換器制御回路８が系統連系スイッチ３の遮断動作に入り、電力変換器４の出力電流がある一定値に達すると、系統連系スイッチ３がオフするまでの期間、ゲートブロック指令を出力する機能を備えた点が図２と構成を異にし、これ以外は図２と同一に構成されている。なお、系統連系スイッチ３がオフ状態になったことの判定は、系統連系スイッチ３の極間電圧の増加や連系スイッチ電流検出器１４の出力が零になることなどから判断でき、図示を省略した遮断判定器の出力信号が、変換器制御回路８やゲートブロック制御回路１５に加えられる。
【００３９】
上記のように構成された第４の実施形態の動作について、特に、図２と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。系統電圧異常検出器１１が電力系統１の異常を検出して、その電圧異常信号が変換器制御回路８に加えられると同時に解列補助電圧指令発生回路１３及びゲートブロック制御回路１５に加えられる。これにより解列補助電圧指令発生回路１３は、連系スイッチ電流検出器１４の出力に応じて、正または負の一定の電圧指令値を出力し、フィルタコンデンサ６の電圧に外乱を与えて共振現象を発生させる。また、ゲートブロック制御回路１５は、電力変換器４の出力電流がフィルタコンデンサ６や系統連系スイッチ３及び負荷２に流れ込むことにより、増加してある一定値に達するとゲート制御回路９にゲートブロック指令を出力する。このゲートブロックのショックにより、電力系統１とフィルタコンデンサ６との間の共振現象は助長され、系統連系スイッチ３に流れる電流が零となり電力系統１の切り離しは完了する。電力系統１の切り離し後は、速やかに電力変換器４のゲートブロックを解除し、自立運転モードに移行する。
【００４０】
電力系統１とフィルタコンデンサ６との間の共振電流が大きくなると、それだけ系統連系スイッチ３の電流を遮断する能力が高まる。この共振電流を大きくするには、電力変換器４の遮断動作によりフィルタコンデンサ６に流入する電流が急峻かつ大きいほど効果的であり、過電流とならない程度の大きな電流値まで電力変換器４の出力電流を流し、そこでゲートブロック制御回路１５のゲートブロック指令により電力変換器４を過電流から保護すると共に、フィルタコンデンサ６の電圧に大きな外乱を与える。
【００４１】
この結果、電力系統１の異常時に高速に電力系統１を切り離さなければならない用途においても、分散型電源システムの系統連系スイッチ３として、安価で過負荷耐量の大きいサイリスタ等の自己消弧能力を持たない半導体素子を用いることができる。また、系統連系スイッチ３の電流を零にするだけの電流を電力変換器４が出力する訳ではないので比較的小容量の電力変換器で実現可能であり、遮断動作時の過電流からも電力変換器を保護することができ、システム全体のコストを低減することができる。
【００４２】
図７は本発明に係る分散型電源システムの第５の本実施形態の構成を示すブロック図であり、図２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図７に示した第５の実施形態は、図２に示したゲートブロック制御回路１５に代えて各相ゲートブロック制御回路１７を設け、変換器電流検出器７の電流検出信号を変換器制御回路８だけでなく各相ゲートブロック制御回路１７にも入力する構成とした点が図２と構成を異にし、これ以外は図２と同一に構成されている。
【００４３】
各相ゲートブロック制御回路１７は、系統電圧異常検出器１１により電力系統１の異常が検出された後に解列補助電圧指令発生回路１３と変換器制御回路８とが系統連系スイッチ３の遮断動作に入り、電力変換器４のある相の出力電流がある一定値に達すると、系統連系スイッチ３がオフするまでの期間、対応する相のゲートブロック指令を出力する機能を備えている。系統連系スイッチ３のオフの判定は、系統連系スイッチ３の極間電圧の増加や連系スイッチ電流検出器１４の出力が零になることなどから判断でき、図示されない遮断判定器の出力信号が、変換器制御回路８や各相ゲートブロック制御回路１７に加えられる。ゲート制御回路９は、各相ゲートブロック制御回路１５からある相のゲートブロック指令を出力されると、電力変換器４の対応する相のゲートをゲートブロックする機能も備えている。
【００４４】
上記のように構成された第５の実施形態の動作について、特に、図２と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。系統電圧異常検出器１１が電力系統１の異常を検出して、電圧異常信号が変換器制御回路８に加えられると同時に解列補助電圧指令発生回路１３及び各相ゲートブロック制御回路１７に加えられると、解列補助電圧指令発生回路１３は、連系スイッチ電流検出器１４の出力に応じて、正または負の一定の電圧指令値を出力し、フィルタコンデンサ６の電圧に外乱を与えて共振現象を起こさせる。また、各相ゲートブロック制御回路１７は、電力変換器４のある相の出力電流がフィルタコンデンサ６や系統連系スイッチ３及び負荷２に流れ込むことによって増加してある一定値に達すると対応するゲート制御回路９にゲートブロック指令を出力する。このゲートブロックのショックにより、電力系統１とフィルタコンデンサ６との間の共振現象は助長され、系統連系スイッチ３に流れる電流が零となり電力系統１の切り離しは完了する。電力系統１の切り離し後は、速やかに電力変換器４のゲートブロックを解除し、自立運転モードに移行する。
【００４５】
電力系統１とフィルタコンデンサ６との間の共振電流が大きくなると、それだけ系統連系スイッチ３の電流を遮断する能力が高まる。この共振電流を大きくするには、上記電力変換器４の遮断動作によりフィルタコンデンサ６に流入する電流が急峻かつ大きいほど効果的であり、相毎に過電流とならない程度の大きな電流値まで電力変換器４の出力電流を流し、そこで各相ゲートブロック制御回路１７の各相毎のゲートブロック指令により電力変換器４を過電流から保護すると共に、フィルタコンデンサ６の電圧に大きな外乱を与える。
【００４６】
この結果、電力系統１の異常時に高速に電力系統１を切り離さなければならない用途においても、分散型電源システムの系統連系スイッチ３として、安価で過負荷耐量の大きいサイリスタ等の自己消弧能力を持たない半導体素子を用いることができる。また、系統連系スイッチ３の電流を零にするだけの電流を電力変換器４が出力するわけではないので比較的小容量の電力変換器で実現可能でもあり、遮断動作時の過電流からも電力変換器を保護することができ、システム全体のコストを低減することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明によって明らかなように、本発明によれば、系統連系スイッチとして過負荷耐量が大きく安価で導通時の損失の少ない自己消弧能力を持たない半導体素子を用い、且つ、電力変換器と電力系統間にフィルタコンデンサが存在する場合でも、系統連系スイッチとして自己消弧能力を持つ半導体素子を用いた場合に準じた遮断性能を持たせて電力系統を高速に切り離して速やかに連系運転モードから自立運転モードヘ移行させることが可能な分散型電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分散型電源システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る分散型電源システムの第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図３】図２に示す第２の実施形態の動作を説明するための波形図。
【図４】本発明に係る分散型電源システムの第３の実施形態の構成を示すブロック図。
【図５】図４に示す第３の実施形態の動作を説明するための波形図。
【図６】本発明に係る分散型電源システムの第４の実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】本発明に係る分散型電源システムの第５の実施形態の構成を示すブロック図。
【図８】従来の分散型電源システムの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１  電力系統
２  負荷
３  系統連系スイッチ
４  電力変換器
５  直流電源
６  フィルタコンデンサ
７  変換器電流検出器
８  変換器制御回路
９  ゲート制御回路
１０  負荷電圧検出器
１１  系統電圧異常検出器
１２  連系スイッチ制御回路
１３  解列補助電圧指令発生回路
１４  連系スイッチ電流検出器
１５  ゲートブロック制御回路
１６  解列補助電流指令発生回路
１７  各相ゲートブロック制御回路
【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】
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