(57)【要約】【課題】インバータからの出力周波数が大きく乱れることがないので負荷機器に悪影響を及ぼさない系統連系インバータを提供する。【解決手段】位相制御部は商用電源電圧ｖの位相に対する位相指令値θと同期した加算回数ｎの誤差ｋを絶対値変換部１６により絶対値に変換して、その値が既定値以上であれば異常停止要求を行う。また、位相の誤差ｋを補正する比例積分演算部１８の補正値ｘを減算部１９により制御初期値ｙから減算し、この減算により得られた制御値Δωが所定範囲を超えないようにリミッタ部２０によりリミッタをかける。その後、制御値Δωはカウント部９によって基本クロックで数えてΔωｔを出力し、位相更新部１０がこのΔωｔを積算して位相指令値θを算出し、インバータ部に出力する。また、位相指令値θが所定範囲内であるときにゼロクロス信号発生回路１１からゼロクロス信号があるかどうかを検出することによって商用電源の異常を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源系統に連系され、太陽電池や燃料電池等の直流電源から供給される直流電力をインバータ部によって交流電力に変換して出力する際に、前記インバータ部の出力電流ｉが商用電源電圧ｖに対して力率１となるように前記インバータ部の出力電圧ｖ’の位相と周波数を位相制御部によって制御してなる系統連系インバータにおいて、前記位相制御部は前記商用電源電圧ｖの位相に対する位相指令値θと同期した加算回数ｎの誤差を補正する比例積分演算の補正値ｘを予め設定した制御初期値ｙから減算して制御値Δωを算出し、この制御値Δωを用いて位相指令値θを算出することを特徴とする系統連系インバータ。
【請求項２】
前記制御値Δωが所定範囲を超えないようにリミッタにかけることを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ。
【請求項３】
前記商用電源電圧ｖの位相に対する位相指令値θと同期した加算回数ｎの誤差の絶対値が所定の値を超えた場合に異常と判断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の系統連系インバータ。
【請求項４】
位相指令値θが所定範囲内であるときに商用電源周波数のある点で信号を発生させる信号発生回路から信号が出力されない場合に異常と判断することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の系統連系インバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば太陽電池や燃料電池等の直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、商用電源系統と連系する系統連系インバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池や燃料電池等によって発電された直流電力を単相交流の商用電源系統と連系する系統連系インバータは、一般に商用電源との位相同期をとる手段としてゼロクロスポイント検出法によるＰＬＬ制御が用いられている。これは、図５及び図６に示すように連系点の交流電圧を監視し、連系点ゼロクロス信号発生回路５１により交流電圧のゼロクロス点で信号を発生させ、その信号発生時に位相指令値θｄ＊をサンプル／ホールド回路５５にホールドする。そして位相指令値θｄ＊が０度となるように比例積分演算５８により補正値Δωを算出し、これに１回毎の位相加算データω０＊を加算して位相指令値θｄ＊を作成する。ここで、もし商用電源系統が停電すると、ゼロクロス点で信号が発生しないので位相指令値θｄ＊は更新されず、位相指令値θｄ＊の０度に対する誤差は一定値のままになるため、比例積分補償系の積分ゲインによりこの誤差が蓄積され、補正値Δωが増加又は減少方向に発散する。これにより系統連系インバータ４１は補正値Δωがある範囲を超えたとき、補正値Δωのサンプリング毎の偏差がある範囲を超えたとき、又は偏差を絶対値変換してその値がある範囲を超えたときに商用電源の異常と判断し、トリップ信号を出力してインバータを停止し、系統開閉器をオフして連系を遮断する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−３０４５７２号公報（ｐ３、第７図ｂ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように従来の系統連系インバータは始動時に基準となる周波数がないので目標の周波数から大きくずれることがあり、そのため、補正に時間がかかるという問題があった。また、補正値Δωを基に異常の判定を行っており、この補正値Δωは異常時に発散するため、範囲の設定によっては異常検出直前の出力周波数が大きく乱れてしまい、接続されている負荷機器が誤動作したり、故障する虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、請求項１に記載の発明によれば、商用電源系統に連系され、太陽電池や燃料電池等の直流電源から供給される直流電力をインバータ部によって交流電力に変換して出力する際に、インバータ部の出力電流ｉが商用電源電圧ｖに対して力率１となるようにインバータ部の出力電圧ｖ’の位相と周波数を位相制御部によって制御してなる系統連系インバータにおいて、位相制御部は商用電源電圧ｖの位相に対する位相指令値θと同期した加算回数ｎの誤差を補正する比例積分演算の補正値ｘを予め設定した制御初期値ｙから減算して制御値Δωを算出し、この制御値Δωを用いて位相指令値θを算出することを特徴とする。
【０００５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の系統連系インバータにおいて、制御値Δωが所定範囲を超えないようにリミッタにかけることを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の系統連系インバータにおいて、商用電源電圧ｖの位相に対する位相指令値θと同期した加算回数ｎの誤差の絶対値が所定の値を超えた場合に異常と判断することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の系統連系インバータにおいて、位相指令値θが所定範囲内であるときに商用電源周波数のある点で信号を発生させる信号発生回路から信号が出力されない場合に異常と判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、商用電源系統に連系され、太陽電池や燃料電池等の直流電源から供給される直流電力をインバータ部によって交流電力に変換して出力する際に、インバータ部の出力電流ｉが商用電源電圧ｖに対して力率１となるようにインバータ部の出力電圧ｖ’の位相と周波数を位相制御部によって制御してなる系統連系インバータにおいて、位相制御部は商用電源電圧ｖの位相に対する位相指令値θと同期した加算回数ｎの誤差を補正する比例積分演算の補正値ｘを予め設定した制御初期値ｙから減算して制御値Δωを算出し、この制御値Δωを用いて位相指令値θを算出することにより、インバータの始動時に出力周波数が目標の周波数から大きくずれないという効果がある。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の系統連系インバータにおいて、制御値Δωが所定範囲を超えないようにリミッタにかけることにより、インバータからの出力周波数が所定範囲から外れないので負荷機器に悪影響を及ぼさないという効果がある。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の系統連系インバータにおいて、商用電源電圧ｖの位相に対する位相指令値θと同期した加算回数ｎの誤差の絶対値が所定の値を超えた場合に異常と判断することにより、商用電源の異常を検出することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の系統連系インバータにおいて、位相指令値θが所定範囲内であるときに商用電源周波数のある点で信号を発生させる信号発生回路から信号が出力されない場合に異常と判断することにより、インバータ部の出力電圧の異常を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
位相制御部は商用電源電圧ｖの位相に対する位相指令値θと同期した加算回数ｎの誤差を絶対値に変換して、その値が既定値以上であれば異常停止要求を行いインバータ部を停止させ、系統開閉器をオフして系統との解列を行う。また、位相の誤差を補正する比例積分演算の補正値ｘを制御初期値から減算し、この減算により得られた制御値Δωが所定範囲を超えないようにリミッタにかける。その後、制御値Δωはカウント部によって基本クロックで数えてΔωｔを出力し、位相更新部がこのΔωｔを積算して位相指令値θを算出し、インバータ部に出力する。また、位相指令値θが所定範囲内であるときにゼロクロス信号発生回路からゼロクロス信号があるかどうかを検出し、信号があれば正常と判断し、信号がなければ異常と判断して異常停止要求を行いインバータ部を停止させ、系統開閉器をオフして系統との解列を行う。
【実施例１】
【００１３】
本発明に係る系統連系インバータの実施例を図１〜図４の添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
系統連系インバータ１は、太陽電池や燃料電池等の直流電源２から直流電力が入力され、商用電源系統３と連系して負荷機器４に交流電力を供給するようになっている。内部は直流電力を昇圧するための昇圧チョッパ５と、直流電力を交流電力に変換するインバータ部６と、インバータ部６の出力電流ｉが商用電源電圧ｖに対して力率１となるようにインバータ部６の出力電圧ｖ’の位相と周波数を制御する位相制御部７と、商用電源系統３との連系を解列するための系統開閉器８とで構成している。
【００１５】
位相制御部７は、インバータ部６に交流電力を形成するために必要な位相指令値θを出力するようになっている。この位相指令値θを作成する方法を説明すると、例えば、商用電源３の周波数を５０Ｈｚ、制御のための基本クロック周波数を２０ＭＨｚ、制御初期値ｙを１２８２とし、基本クロックを制御値分数えたときの期間をΔωｔとすると、このときのΔωｔはカウント部９によって数えられ、Δωｔ＝１２８２×（１／２０ＭＨｚ）＝６４．１μＳとなる。これからインバータ部出力位相を１回毎に進める値Δωｔが求められ、Δωｔ＝６４．１μＳ×５０Ｈｚ×３６０≒１．１５度である。従って、１周期でΔωｔが発生する回数は３６０／１．１５＝３１２回となり、位相制御部７はこれらの数値を基準値として動作する。
【００１６】
図３はΔωｔが発生したときの動作手順を示し、カウント部９からΔωｔが発生したとき（ステップＳ１）、加算回数ｎをチェックし（ステップＳ２）、この加算回数ｎが３１３回以上であるかどうかを判断する（ステップＳ３）。ここで加算回数ｎが３１３回未満であれば位相更新部１０はωｔにΔωｔを加算して新たにωｔを算出し（ステップＳ４）、加算回数ｎを１つ増やし（ステップＳ５）、それから算出されたωｔを位相指令値θとして（ステップＳ６）インバータ部６に出力している（ステップＳ１１）。また、加算回数ｎが３１３回以上であれば１周期を超えることになるのでωｔを０にして（ステップＳ７）、加算回数ｎをクリアする（ステップＳ８）。ステップＳ７でωｔを０にしているので位相指令値θは０になる（ステップＳ６）。
【００１７】
また、位相制御部７は位相指令値θが予め設定した範囲内、例えば３５５°から５°までのように０°を基準に前後数度、であるかどうかを確認し（ステップＳ９）、位相指令値θが所定範囲内であるときに連系点の交流電圧を監視してゼロクロス点で信号を出力するゼロクロス信号発生回路１１からゼロクロス信号があるかどうかを検出することによって（ステップＳ１０）商用電源３の異常を検出している。ここでゼロクロス信号があれば正常であるとして位相指令値θをインバータ部６に出力し（ステップＳ１１）、ゼロクロス信号がなければ異常であるとして異常停止要求を行い（ステップＳ１２）インバータ部６を停止させ系統開閉器８をオフして系統との解列を行う。尚、この動作を図２で説明すると位相指令値θが所定範囲内であるかどうかを判断するのは第１の比較器１２と第２の比較器１３により行われ、第１の比較器１２は位相指令値θが所定値以上であるときに出力を行い、第２の比較器１３は位相指令値θが所定値以下であるときに出力を行う。それから、ゼロクロス信号があるかどうかを判断するのはリセット部１４により行われ、第１の比較器１２及び第２の比較器１３から出力があるときにゼロクロス信号発生回路１１から信号が入力されるとリセット部１４が動作してリセット部１４から先には信号が出力されないので異常停止要求は行われず、信号が入力されない場合はリセット部１４が動作しないので第２の比較器１３からの信号がそのまま出力されて異常停止要求を行うようになっている。また、ステップＳ９で位相指令値θが所定範囲内でないときはそのまま位相指令値θをインバータ部６に出力している（ステップＳ１１）。
【００１８】
図４はゼロクロス信号が発生したときの動作手順を示し、ゼロクロス信号発生回路１１からゼロクロス信号が発生したとき（ステップＳ１３）はこの信号をサンプル／ホールド回路１５に入力し、加算回数ｎをチェックして（ステップＳ１４）サンプル／ホールド回路１５に加算回数ｎをホールドする。ゼロクロス信号発生時、加算回数が０であれば商用電源の周波数と同じになり、これに対する誤差がどれだけあるかを検出するために加算回数ｎが１５６以上であるかどうかを判断され（ステップＳ１５）、加算回数ｎが１５６未満であればｎの値をそのまま誤差ｋとし（ステップＳ１６）、加算回数ｎが１５６以上であればｎから３１２引いた値を誤差ｋとする（ステップＳ１７）。誤差ｋが算出されたら、この誤差ｋを別に記憶して待避しておき（ステップＳ１８）、絶対値変換部１６により誤差ｋを絶対値に変換する（ステップＳ１９）。ここで値が規定値以上であるかどうかを第３の比較器１７によって判断し（ステップＳ２０）、規定値以上である場合は商用電源３の異常と判断して異常停止要求を行い（ステップＳ２１）、インバータ部６を停止し系統開閉器８をオフして系統と解列させる。また、値が規定値未満である場合はステップＳ１８で待避した誤差ｋを比例積分演算部１８により比例積分演算し（ステップＳ２２）、減算部１９により制御初期値１２８２から補正値ｘを引いて制御値Δωを算出し（ステップＳ２３）、その制御値Δωをリミッタ部２０によってリミッタをかける。これによって制御値Δωが１２０９未満であれば（ステップＳ２４）、制御値Δωを１２０９とし（ステップＳ２５）、制御値Δωが１３６４以上であれば（ステップＳ２６）、制御値Δωを１３６４とし（ステップＳ２７）、制御値Δωが１２０９以上１３６４未満であれば制御値Δωはそのままとする（ステップＳ２８）。従って制御値Δωは１２０９から１３６４に収まり、制御値Δωが１２０９の場合は２０ＭＨｚ／（１２０９×３１２）≒５３Ｈｚ、制御値Δωが１３６４の場合は２０ＭＨｚ／（１２０９×３１２）≒４７Ｈｚとなり、インバータ部６から４７Ｈｚから５３Ｈｚを逸脱する周波数が出力されることがない。
【００１９】
尚、本実施例において、商用電源電圧のゼロクロス点における情報を基に異常の判断を行うようにしているが、商用電源電圧の一定のある点を基準にして制御をすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の位相制御部のブロック図である。
【図３】本発明の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の動作を示すフローチャートである。
【図５】従来の系統連系インバータの位相制御部を示すブロック図である。
【図６】従来の系統連系インバータの異常の判断を行う部分のブロック図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    系統連系インバータ
２    直流電源
３    商用電源
６    インバータ部
７    位相制御部
９    カウント部
１０    位相更新部
１１    ゼロクロス信号発生回路
１２    第１の比較器
１３    第２の比較器
１４    リセット部
１５    サンプル／ホールド回路
１６    絶対値変換部
１７    第３の比較器
１８    比例積分演算部
１９    減算部
２０    リミッタ部
【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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