(57)【要約】【課題】複数のインバータを含む系統連系システムにおいて、電力系統への出力電流に含まれる直流成分を低減する機能を簡単な構成で提供する。【解決手段】系統連系システム１は、互いに並列に動作する複数の系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎを備える。系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎは、それぞれ、直流電源２１−１〜２１−ｎから出力される直流電力を交流電力に変換する。各系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎの出力電流Ｉ1 〜Ｉn は、電力線１２を介して電力系統へ供給される。電流センサ１３は、系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎの総出力電流を検出する。系統連系インバータ１１−１は、総出力電流に含まれる直流成分を検出し、その直流成分を低減するように系統連系インバータ１１−１の出力電流を補正する。【選択図】図１
2007166772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（ｎは、２以上の自然数）台の系統連系インバータを並列接続し、電力系統に応じた電力を出力する系統連系システムであって、
各系統連系インバータは、
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流を指示する電流指令値に従って前記インバータを制御する制御手段、を備え、
前記ｎ台の系統連系インバータの中のｍ（ｍは、ｎよりも小さい自然数）台の系統連系インバータは、さらに、
電力系統への出力電流に含まれる直流成分を検出する直流成分検出手段と、
検出された直流成分に基づいて前記電流指令値を補正する補正手段、を備える
ことを特徴とする系統連系システム。
【請求項２】
前記ｍは、１である
ことを特徴とする請求項１に記載の系統連系システム。
【請求項３】
前記直流成分検出手段および補正手段を備える系統連系インバータは、前記複数の系統連系インバータの中の最下流に設けられた系統連系インバータである
ことを特徴とする請求項２に記載の系統連系システム。
【請求項４】
互いに並列に動作する複数の系統連系インバータと、
前記複数の系統連系インバータの総出力電流を検出する総電流検出手段、を備え、
各系統連系インバータは、
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流を指示する電流指令値に従って前記インバータを制御する制御手段、を備え、
前記複数の系統連系インバータの中の所定の系統連系インバータは、さらに、
前記総電流検出手段によって検出した前記総出力電流に含まれる直流成分を検出する直流成分検出手段と、
検出された直流成分に基づいて前記電流指令値を補正する補正手段、を備える
ことを特徴とする系統連系システム。
【請求項５】
前記所定の系統連系インバータは、前記複数の系統連系インバータの中の最下流に設けられた系統連系インバータである
ことを特徴とする請求項４に記載の系統連系システム。
【請求項６】
互いに並列に動作する複数の系統連系インバータと、
前記複数の系統連系インバータの中の一部の系統連系インバータの合計出力電流を検出する第１の電流検出手段と、
前記複数の系統連系インバータの総出力電流を検出する第２の電流検出手段、を備え、
各系統連系インバータは、
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流を指示する電流指令値に従って前記インバータを制御する制御手段、を備え、
前記複数の系統連系インバータの中の第１の系統連系インバータは、さらに、
前記第１の電流検出手段により検出される合計出力電流に含まれる直流成分を検出する第１の直流成分検出手段と、
前記第１の直流成分検出手段により検出された直流成分に基づいて前記電流指令値を補正する第１の補正手段、を備え、
前記複数の系統連系インバータの中の第２の系統連系インバータは、さらに、
前記第２の電流検出手段により検出される総出力電流に含まれる直流成分を検出する第２の直流成分検出手段と、
前記第２の直流成分検出手段により検出された直流成分に基づいて前記電流指令値を補正する第２の補正手段、を備える
ことを特徴とする系統連系システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のインバータを含む系統連系システムに係わり、特に、電力系統への出力電流に含まれる直流成分を低減する機能を備えた系統連系システムに係わる。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識が高まるにつれて、太陽光発電システム、燃料電池を利用した発電システム等のいわゆる分散型発電システムが注目されてきている。ここで、分散型発電システムは、５０／６０Ｈｚの交流の電力系統（以下、単に、電力系統）と系統連系される場合には、一般に、直流電力を交流電力に変換するインバータを備える。そして、このような系統連系が行われる場合は、電力系統の品質を保証するために、分散型電源システム（すなわち、インバータ）の出力電流の中の直流成分を監視し、この値が所定値を超えたときにその分散型発電システムを電力系統から解列（すなわち、切断）することが求められている。
【０００３】
なお、発電システムから電力系統へ直流成分が流出すると、柱状変圧器または電力系統に接続される他の装置の変圧器などにその直流成分が流れ込むことがある。この場合、それらの変圧器は、直流励磁により損傷が生じるおそれがある。
【０００４】
系統連系システムから電力系統への出力電流に含まれる直流成分がある閾値を超えたときに、電力系統から分散型発電システムを解列する代わりに、その直流成分を補正する技術が知られている。この技術によれば、電力系統へ流出する直流成分が動的に補正されるので、電力系統への影響を回避しながら運転を継続することができる。（例えば、特許文献１）
また、複数の発電機により生成される直流電力をそれぞれ対応するインバータで交流電力に変換し、それらを一括して電力系統に連系するシステムが知られている。このようなシステムでは、通信回線を利用して複数のインバータ間で情報を交換しながら全体として電力系統への出力電流が制御される。（例えば、特許文献２）
【特許文献１】特開２００４−３２９１４号公報
【特許文献２】特開２００２−２４７７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のインバータの出力を一括して電力系統に連系するシステムにおいては、各インバ
ータの出力電流が加算されて電力系統へ供給される。このため、各インバータの出力電流に含まれる直流成分が小さくても、それらの極性が同じであれば、それらは相殺されるこ
となく互いに加算されるので、電力系統へ供給される総出力電流の直流成分は大きくなっ
てしまう。例えば、１０台のインバータを備えるシステムにおいて、各インバータの出力電流の直流成分がそれぞれ５ｍＡであったとしても、それらの極性が同じであれば、電力系統への出力電流の直流成分は５０ｍＡに達してしまう。換言すれば、このシステムにお
いて電力系統への出力電流の直流成分を確実に５０ｍＡ以下に抑えるためには、各インバ
ータの出力電流の直流成分の上限を５ｍＡ以下に設定する必要がある。
【０００６】
しかしながら、各インバータの出力電流の直流成分の上限を厳しく制限すると、各インバータが頻繁に電力系統から解列されるおそれがあり、安定した電力供給を行うことができない。また、各インバータが特許文献１に記載の機能を備えることとすると、系統連系システム全体として構成が冗長になり、コストが増加してしまう。また、特許文献２の構成では、制御系が複雑になるという課題が発生する。
【０００７】
本発明の目的は、複数のインバータを含む系統連系システムにおいて、電力系統への出力電流に含まれる直流成分を低減する機能を簡単な構成で提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の系統連系システムは、ｎ（ｎは、２以上の自然数）台の系統連系インバータを並列接続し、電力系統に応じた電力を出力する。各系統連系インバータは、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流を指示する電流指令値に従って前記インバータを制御する制御手段、を備える。そして、前記ｎ台の系統連系インバータの中のｍ（ｍは、ｎよりも小さい自然数）台の系統連系インバータは、電力系統への出力電流に含まれる直流成分を検出する直流成分検出手段と、検出された直流成分に基づいて前記電流指令値を補正する補正手段、をさらに備える。ここで、前記ｍは、例えば、１である。また、ｍ＝１である場合、直流成分検出手段および補正手段を備える系統連系インバータは、例えば、複数の系統連系インバータの中の最下流に設けられた系統連系インバータである。
【０００９】
上記構成のシステムにおいて、直流成分検出手段は、電力系統への出力電流に含まれる直流成分を検出する。補正手段は、検出された直流成分に基づいて、その補正手段を備える系統連系インバータ内の電流指令値を補正する。このとき、この補正手段を備える系統連系インバータの出力電流は、補正後の電流指令値に従う。したがって、電力系統への出力電流に含まれる直流成分は、補正手段を備える系統連系インバータの出力電流をその電力系統への出力電流に含まれる直流成分に基づいて補正することにより制御される。すなわち、一部の系統連系インバータに対して直流成分検出手段および補正手段を設けることにより、電力系統への出力電流に含まれる直流成分を低減することができる。特に、ｍ＝１であれば、１台の系統連系インバータに対して直流成分検出手段および補正手段を設けることにより、電力系統への出力電流に含まれる直流成分を一括して低減することができる。
【００１０】
本発明の他の態様の系統連系システムは、互いに並列に動作する複数の系統連系インバ
ータと、前記複数の系統連系インバータの総出力電流を検出する総電流検出手段、を備える。各系統連系インバータは、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
ータの出力電流を指示する電流指令値に従って前記インバータを制御する制御手段、を備える。前記複数の系統連系インバータの中の所定の系統連系インバータは、前記総電流検出手段によって検出した前記総出力電流に含まれる直流成分を検出する直流成分検出手段と、検出された直流成分に基づいて前記電流指令値を補正する補正手段、をさらに備える
。ここで、前記所定の系統連系インバータは、前記複数の系統連系インバータの中の最下流に設けられた系統連系インバータである。
【００１１】
上記構成の系統連系システムの動作およびその作用は、基本的に、上述した系統連系システムと同じである。
本発明のさらに他の態様の系統連系システムは、互いに並列に動作する複数の系統連系インバータと、前記複数の系統連系インバータの中の一部の系統連系インバータの合計出力電流を検出する第１の電流検出手段と、前記複数の系統連系インバータの総出力電流を検出する第２の電流検出手段、を備える。各系統連系インバータは、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流を指示する電流指令値に従って前記インバータを制御する制御手段、を備える。前記複数の系統連系インバータの中の第１の系統連系インバータは、前記第１の電流検出手段により検出される合計出力電流に含まれる直流成分を検出する第１の直流成分検出手段と、前記第１の直流成分検出手段により検
出された直流成分に基づいて前記電流指令値を補正する第１の補正手段、をさらに備える
。前記複数の系統連系インバータの中の第２の系統連系インバータは、前記第２の電流検出手段により検出される総出力電流に含まれる直流成分を検出する第２の直流成分検出手段と、前記第２の直流成分検出手段により検出された直流成分に基づいて前記電流指令値を補正する第２の補正手段、をさらに備える。
【００１２】
この構成のシステムにおいては、第１および第２の系統連系インバータが分担して電力系統への出力電流に含まれる直流成分を低減させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数のインバータを含む系統連系システムにおいて、電力系統への出力電流に含まれる直流成分を低減する機能を簡単な構成で提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態の系統連系システムの全体構成を示す図である。図１に示す系統連系システム１は、互いに並列に動作する複数の系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎを備え、各系統連系インバータの出力電流を加算した総出力電流を電力系統へ供給する。なお、電力系統は、例えば、電力会社により提供される５０／６０Ｈｚの電力システムである。また、直流電源２１−１〜２１−ｎは、例えば、太陽電池、燃料電池、ガスコ
ージェネ、風力発電等の分散型電源（または、発電機）であり、それぞれ直流電力を生成する。
【００１５】
系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎは、それぞれ、直流電源２１−１〜２１−ｎから出力される直流電力を交流電力に変換する。そして、各系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎの出力電流Ｉ1 〜Ｉn は、それぞれ電力線１２を介して電力系統へ供給される。すなわち、各系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎの出力電流Ｉ1 〜Ｉn は、電力線１
２において加算される。したがって、系統連系システム１から電力系統へ出力される総出力電流Ｉは、Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ＋・・・＋Ｉn となる。
【００１６】
電流センサ（総電流検出手段）１３は、系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎの総出力電流Ｉ（＝Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ＋・・・＋Ｉn ）を検出する。電流センサ１３は、特に限定されるものではないが、例えば、シャント抵抗により実現される。あるいは、電流センサ１３は、電力線１２の周囲に発生する磁束に基づいて電力線１２を介して流れる電流を検出する構成であってもよい。
【００１７】
上記構成の系統連系システム１において、系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎの中
の最も下流に設けられている（最も電力系統側に設けられている）系統連系インバータ１
１−１は、他の系統連系インバータ１１−２〜１１−ｎとは異なり、直流成分を補正する機能を備えている。直流成分補正機能は、後で詳しく説明するが、電流センサ１３により検出される総出力電流に含まれる直流成分を低減させる機能である。
【００１８】
なお、図１に示す実施形態では、１つの直流電源に対して１台の系統連系インバータが設けられているが、１つの直流電源に対して複数台の系統連系インバータが設けられる構成であってもよい。あるいは、複数の直流電源に対して１台の系統連系インバータが設けられる構成であってもよい。
【００１９】
図２は、直流成分補正機能を備えていない系統連系インバータの構成を示す図である。図２において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、直流電源２１（図１に示す直流電源２１−２〜２１−ｎの中の対応する直流電源）により生成される直流電圧を所定の直流電圧に昇圧または降圧する。インバータ３２は、駆動回路３９から与えられる駆動信号に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１から出力される直流電力を電力系統と同じ周波数の交流電力に変換する。ノイズフィルタ３３は、インバータ３２の出力からノイズを除去する。
【００２０】
電流センサ３４および出力電流検出回路３５は、インバータ３２から電力線１２へ出力される電流（個別出力電流Ｉid）を検出する。これにより、インバータ３２の出力電流の波形が得られる。電流指令装置３６は、インバータ３２が生成すべき出力電流を指示する電流指令値Ｉref を生成する。誤差演算回路３７は、たとえば減算器であり、電流指令値Iref と個別出力電流Ｉidとの間の誤差を求める。瞬時波形制御装置３８は、誤差演算回路３７により得られる誤差をゼロにするためのフィードバック信号を生成する。そして、駆動回路３９は、そのフィードバック信号に対応する駆動信号を生成してインバータ３２に与える。駆動信号は、例えば、ＰＷＭ信号である。これにより、インバータ３２の出力電流は、電流指令値Iref に一致するように制御される。
【００２１】
なお、インバータ３２の出力電流を制御する制御系（制御手段）を構成する出力電流検出回路３５、電流指令装置３６、誤差演算回路３７、瞬時波形制御装置３８は、アナログ回路であってもよいし、デジタル回路であってもよいし、アナログ回路およびデジタル回路が混在した回路であってもよい。この場合、デジタル回路は、マイコンを含んで構成される。
【００２２】
図３は、直流成分補正機能を備える系統連系インバータの構成を示す図である。直流成分補正機能を備える系統連系インバータは、図２に示す系統連系インバータに対して直流成分検出回路（直流成分検出手段）４１、直流成分補正値演算回路（補正手段）４３および補正回路（補正手段）４２を設けることにより実現される。なお、インバータ３２の出力電流を制御する制御系がアナログ回路で構成される場合には、基本的に、直流成分検出回路４１、直流成分補正値演算回路４３および補正回路４２もアナログ回路で構成され、上記制御系がデジタル回路で構成される場合には、基本的に、直流成分検出回路４１、直流成分補正値演算回路４３および補正回路４２もデジタル回路で構成される。
【００２３】
直流成分検出回路４１は、電流センサ１３により検出された総出力電流Ｉに含まれる直流成分Ｉdcを検出する。直流成分検出回路４１は、特に限定されるものではないが、たとえば、電力系統の交流周波数に対して十分に低いカットオフ周波数を持ったローパスフィルタ、及びそのローパスフィルタの出力を増幅する増幅器から構成される。
【００２４】
直流成分補正値演算回路４３は、検出される直流成分Ｉdcがゼロになるように電流指令Ｉref への補正値Ｉr を決めるもので、ＰＩ補償器などで構成される。
補正回路４２は、直流成分検出回路４１により検出される直流成分Ｉdcがゼロになるように直流成分補正値演算回路４３によって計算された補正値Ｉr を電流指令値Iref に加
算する補正を行う。この場合、補正回路４２は、例えば、加算器により実現することがで
きる。そして、補正回路４２は、補正後の電流指令値である指令値Ｉcoを誤差演算回路３
７に供給する。
【００２５】
上記構成の系統連系インバータにおいて、制御系（出力電流検出回路３５、電流指令装置３６、誤差演算回路３７、瞬時波形制御装置３８）は、補正回路４２により得られる指令値Ｉcoに基づいてインバータ３２の出力電流を制御する。すなわち、インバータ３２の
出力電流は、指令値Ｉcoに一致するように制御される。これにより、この系統連系インバ
ータの出力電流は、「Ｉref ＋Ｉr 」に制御され、電力系統への総出力電流Ｉからその総
出力電流Ｉに含まれている直流成分Ｉdcが除去されることになる。
【００２６】
ここで、出力電流に含まれる直流成分が低減される作用を具体的に説明する。なお、以下の説明では、系統連系システム１に直流成分補正機能が設けられていないと仮定したときに、系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎはそれぞれ出力電流Ｉ1 〜Ｉn を生成するものとする。このとき、それぞれの出力電流に直流成分Ｉ1dc 〜Ｉndc が含まれているものとすると、Ｉdc＝Ｉ1dc ＋Ｉ2dc ＋・・・＋Ｉndc となる。また、上述の直流成分補正機能が系統連系インバータ１１−１に設けられているものとする。
【００２７】
系統連系インバータ１１−１に設けられている直流成分検出回路４１が直流成分Ｉdcを検出し、直流成分補正値演算回路４３において直流成分Ｉdcをゼロにするための補正値Ｉr が計算される。補正回路４２は、電流指令値を「Ｉref 」から「Ｉref ＋Ｉr 」へ補正する。そうすると、系統連系インバータ１１−１の出力電流は、「Ｉ1 ＋Ｉr 」となる。このとき、系統連系インバータ１１−２〜１１−ｎの出力電流は、系統連系インバータ1
１−１の直流成分補正機能の影響を受けることはなく、Ｉ2 〜Ｉn のままである。従って
、電力系統へ出力される総出力電流は、「（Ｉ1 ＋Ｉr ）＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ＋・・・＋Ｉn 」になる。即ち、系統連系インバータ１１−１の出力電流のみを「Ｉ1 ＋Ｉr 」に補正することで、電力系統への総出力電流Ｉからその総出力電流Ｉに含まれている直流成分Ｉdcを低減することができる。
【００２８】
このように、実施形態の系統連系システム１によれば、電力系統へ出力される総出力電流からその総出力電流に含まれている直流成分が除去される。よって、分散型電源を電力系統に連系する際の仕様または要求を保証することができる。
【００２９】
また、実施形態の直流成分補正機能は、ｎ台の系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎの中の１台の系統連系インバータ（例えば、最下流に設けられている系統連系インバータ１１−１）に設けられる。換言すれば、複数の系統連系インバータのそれぞれに直流成分補正機能を設ける必要がない。よって、系統連系システム全体として冗長的な構成を回避できる。これにより、例えば、直流成分補正機能を備えていない既存の複数の系統連系インバータから構成される系統連系システムに、実施形態の直流成分補正機能を備えた系統連系インバータを追加するだけで、システム全体として直流成分を低減させることが可能になる。このとき、最下流に設けられている系統連系インバータ１１−１に実施形態の直流成分補正機能を設ける構成とすれば、その補正機能を他の系統連系インバータに設けた構成と比較して、電流センサ１３とその補正機能を備える系統連系インバータとの間の配線が短くなるので、システム全体として構成が簡単になる。
【００３０】
なお、上述の実施例では、ｎ台の系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎの中の最下流に設けられている系統連系インバータ１１−１に直流成分補正機能が設けられているが、他の系統連系インバータに直流成分補正機能を設けるようにしてもよい。
【００３１】
また、上述の実施例では、ｎ台の系統連系インバータ１１−１〜１１−ｎの中の１台の系統連系インバータのみに直流成分補正機能が設けられているが、２台以上の系統連系インバータに直流成分補正機能を設けるようにしてもよい。
【００３２】
図４は、２台以上の系統連系インバータに直流成分補正機能を設けた系統連系システムの全体構成を示す図である。図４に示す系統連系システム５０は、５台の系統連系インバ
ータ１１−１〜１１−５の中の２台の系統連系インバータ（第２の系統連系インバータ）１１−１、および系統連系インバータ（第１の系統連系インバータ）１１−３が直流成分補正機能を備える。電流センサ（第２の電流検出手段）５１は、系統連系インバータ１１−１〜１１−５の合計出力電流Ｉ15（Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ＋Ｉ4 ＋Ｉ5 ）を検出する。また
、電流センサ（第１の電流検出手段）５２は、系統連系インバータ１１−３〜１１−５の合計出力電流Ｉ35（Ｉ3 ＋Ｉ4 ＋Ｉ5 ）を検出する。そして、系統連系インバータ１１−３は、合計出力電流Ｉ35に含まれる直流成分を低減するように電流Ｉ3 を補正する。同様に、系統連系インバータ１１−１は、合計出力電流Ｉ15に含まれる直流成分を低減するように電流Ｉ1 を補正する。ただし、系統連系インバータ１１−３〜１１−５の合計出力電流Ｉ35に含まれる直流成分は、系統連系インバータ１１−３によって低減されているので
、統連系インバータ１１−１は、実質的には、系統連系インバータ１１−１、１１−２の合計出力電流に含まれる直流成分を低減するように動作する。すなわち、この構成においては、２台の系統連系インバータ１１−１、１１−３が分担して直流成分を除去する機能を提供することとなる。
【００３３】
この構成を導入すれば、電力系統に出力される直流成分が大きい場合であっても、その直流成分を十分に低減できる。また、この構成において、例えば、系統連系インバータ1
１−３が解列されたときには、直流成分補正機能を備える残りの系統連系インバータ（上述の例では、系統連系インバータ１１−１）が直流成分を低減する動作を継続する。このとき、系統連系インバータが解列されたことを示す情報を系統連系インバータ間で送受信する必要なない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態の系統連系システムの全体構成を示す図である。
【図２】直流成分補正機能を備えていない系統連系インバータの構成を示す図である。
【図３】直流成分補正機能を備える系統連系インバータの構成を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態の系統連系システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      系統連系システム
１１−１〜１１−ｎ  系統連系インバータ
１２    電力線
１３    電流センサ
２１−１〜２１−ｎ  直流電源
３１    ＤＣ−ＤＣコンバータ
３２    インバータ
３３    ノイズフィルタ
３４    電流センサ
３５    出力電流検出回路
３６    電流指令装置
３７    誤差演算回路
３８    瞬時波形制御装置
３９    駆動回路
４１    直流成分検出回路
４２    補正回路
４３    直流成分補正値演算回路
５０    系統連系システム
５１、５２  電流センサ
【図１】
2007166772.tif 000003
【図２】
2007166772.tif 000004
【図３】
2007166772.tif 000005
【図４】
2007166772.tif 000006