(57)【要約】  【課題】  外来の影響によって生じる波形歪によって、不要に電力変換装置の運転を停止させてしまうことを防止し、太陽電池で発電されるエネルギーを有効に活用できる太陽光発電システムを提供すること。  【解決手段】  商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う太陽光発電装置から前記商用電力系統の交流電圧のゼロクロスポイント間を測定することによって前記商用電力系統の交流電圧の周期を求め、前記交流電圧の周期が所定の範囲から外れた場合に、前記太陽光発電装置の運転を止めるようにした太陽光発電装置の制御方法であって、隣接する前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合を連続して検出したとき、前記連続して検出されたゼロクロスポイント期間内に存在する複数個のゼロクロスポイントのどれか１つを有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにしたことを特徴とする。  【選択図】  図３
2007014063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う太陽光発電装置から前記商用電力系統の交流電圧のゼロクロスポイント間を測定することによって前記商用電力系統の交流電圧の周期を求め、前記交流電圧の周期が所定の範囲から外れた場合に、前記太陽光発電装置の運転を止めるようにした太陽光発電装置の制御方法であって、隣接する前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合を連続して検出したとき、前記連続して検出されたゼロクロスポイント期間内に存在する複数個のゼロクロスポイントのどれか１つを有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにしたことを特徴とする太陽光発電装置の制御方法。
【請求項２】
商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う太陽光発電装置から前記商用電力系統の交流電圧のゼロクロスポイント間を測定することによって前記商用電力系統の交流電圧の周期を求め、前記交流電圧の周期が所定の範囲から外れた場合に、前記太陽光発電装置の運転を止めるようにした太陽光発電装置の制御方法であって、隣接する前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合を連続して検出したとき、前記連続して検出されたゼロクロスポイント期間の略中間点を有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにしたことを特徴とする太陽光発電装置の制御方法。
【請求項３】
商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う太陽光発電装置から前記商用電力系統の交流電圧のゼロクロスポイント間を測定することによって前記商用電力系統の交流電圧の周期を求め、前記交流電圧の周期が所定の範囲から外れた場合に、前記太陽光発電装置の運転を止めるようにした太陽光発電装置の制御方法であって、隣接する前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合を２ｎ個（ｎは自然数、ｎ＝１、２、３・・・）連続して検出したとき、前記連続して検出された期間内の（ｎ＋１）個目のゼロクロスポイントを有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにしたことを特徴とする太陽光発電装置の制御方法。
【請求項４】
前記商用電力系統の交流電圧の複数の周期においてそれぞれ求められた交流電圧の周期の平均を前記商用電力系統の交流電圧の周期とするようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽光発電装置の制御方法。
【請求項５】
前記太陽光発電装置は警告を発する警告手段を備えるとともに、隣接する前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合は、複数周期に渡り継続して検出され、または同じ周期内での検出頻度が高いときに、前記太陽光発電装置は警告を発するようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽光発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の直流電源から得られる直流電力を交流電力に変換し、前記太陽電池と商用電力系統及び負荷系統に電気的に接続して連系運転を行う太陽光発電装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽光発電装置について、図面を基に説明する。
【０００３】
図６は従来の太陽光発電システムにおける太陽光発電装置の概略構成図である。
【０００４】
図６に示すように、近年、太陽電池１０１により光電変換された直流発電電力を電力変換装置１０２により交流電力に変換するとともに、変換された交流電力を接続されている家庭用負荷１０５へ電力供給、あるいは同様に接続された商用電力系統１０４に変圧器１０３を介して逆潮流して売電を行う太陽光発電装置１００が実用化されている。
【０００５】
ここで電力変換装置１０２では、入力された直流電力を交流電力に直交変換し、商用電力系統１４に逆潮流あるいは家庭用負荷１５へ電力供給を行なっているが、そのために商用電力系統の周波数や電圧位相を検出し、系統の周波数に同期したタイミングにてＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation =パルス幅変調）技術等を用いて交流変換制御を行っている。
【０００６】
また太陽光発電装置１００においては、上述の通り商用電力系統１０４に連系接続され、系統に同期した運転を行うことになるが、商用電力系統１０４に停電等の異常が発生した場合には速やかに系統から解列することが求められており、そのため検出部１０６により商用電力系統１０４の電圧や周波数を検出し、各々所定範囲を越えた場合には運転を停止し、系統と解列するように動作する。
【０００７】
ここで検出部１０６における周波数検出の概要を例として説明すると、検出部１０６は図７（ａ）に示す波形の商用系統電圧を検出し、電圧が０（ゼロ）となるポイント（ゼロクロスポイント）を基準に正電圧および負電圧の領域に区分し、図７（ｂ）に示す矩形波に変換を行い、この矩形波の１周期（Ｔ）を測定することにより系統の周波数を検出しているものである。また、この測定された時間が商用周波数１周期分（例えば、１／５０秒または１／６０秒）に対し、所定（ｔ１）の範囲を越えていれば異常との判定を行うものである。また、同様の原理によって位相の変化を検出することができることは良く知られている。
【０００８】
一般に停電時における単独運転が継続されると停電区間の線路が充電状態となるため保守員が感電してしまう危険性があり、そのため負荷バランス状態においても単独運転状態を検出する機能が必要となる。従来においては、電力変換装置にて変換される交流出力の位相や周波数の変化率を検出したり、無効電力や周波数を周期的に変動させ単独運転状態を検出する方式等が提案されている。
【０００９】
また、その中でも系統電圧の周期が定常的に変動した場合においても単独運転を検出する方式等も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００１−２８６０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来の太陽光発電装置においては、図６に示すような同一変圧器１０３に接続される例えば工場等の大型設備負荷１０７の稼動状態および変圧器１０３の内部インピーダンス、または変圧器１０３からの配線によるインピーダンスが高い場合において、図８に示すような系統電圧波形の乱れが生じる場合があり、このような環境下においては周波数検出が正常に行えず、誤判定を招いてしまうという問題がある。すなわち、停電等の異常が無いにもかかわらず、外来の影響によって生じる波形歪によって、周波数や位相が変化したものと判断し、電力変換装置の運転を停止させてしまうという問題があるものである。
【００１１】
またそのために、太陽光のエネルギーがあるにもかかわらず、その光エネルギーを十分に活用できないという問題がある。
【００１２】
また、前述のように系統電圧波形の乱れがあると正弦波波形の基準となるゼロクロス点が正確に検出できないため、電力変換装置の制御において電圧との位相ズレを発生させたり、電流波形を乱して高調波を発生させたり、運転を停止させてしまうという問題がある。
【００１３】
尚、本来であれば系統電圧波形は乱れが無く安定的であるべきものであり、前述の問題が発生するような波形乱れの発生・継続状態にあること自身が問題であるが、一般には電圧波形の乱れの確認には専用の測定機器が必要であり、容易に認識できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の太陽光発電装置の制御手段は、商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う太陽光発電装置から前記商用電力系統の交流電圧のゼロクロスポイント間を測定することによって前記商用電力系統の交流電圧の周期を求め、前記交流電圧の周期が所定の範囲から外れた場合に、前記太陽光発電装置の運転を止めるようにした太陽光発電装置の制御方法であって、前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合を連続して検出したとき、前記連続して検出されたゼロクロスポイント期間内に存在する複数個のゼロクロスポイントのどれか１つを有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の太陽光発電装置の制御手段は、商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う太陽光発電装置から前記商用電力系統の交流電圧のゼロクロスポイント間を測定することによって前記商用電力系統の交流電圧の周期を求め、前記交流電圧の周期が所定の範囲から外れた場合に、前記太陽光発電装置の運転を止めるようにした太陽光発電装置の制御方法であって、前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合を連続して検出したとき、前記連続して検出されたゼロクロスポイント期間の略中間点を有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の他の太陽光発電装置の制御手段は、商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う太陽光発電装置から前記商用電力系統の交流電圧のゼロクロスポイント間を測定することによって前記商用電力系統の交流電圧の周期を求め、前記交流電圧の周期が所定の範囲から外れた場合に、前記太陽光発電装置の運転を止めるようにした太陽光発電装置の制御方法であって、前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合を２ｎ個（ｎは自然数、ｎ＝１、２、３・・・）連続して検出したとき、前記連続して検出された期間内の（ｎ＋１）個目のゼロクロスポイントを有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の他の太陽光発電装置の制御手段は、前記商用電力系統の交流電圧の複数の周期においてそれぞれ求められた交流電圧の周期の平均を前記商用電力系統の交流電圧の周期とするようにしたことを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の他の太陽光発電装置の制御手段は、前記太陽光発電装置は警告を発する警告手段を備えるとともに、隣接する前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合は、複数周期に渡り継続して検出され、または同じ周期内での検出頻度が高いときに、前記太陽光発電装置は警告を発するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の太陽光発電装置の制御方法によれば、商用電力系統の電圧波形に歪み等の乱れが生じた場合においても、系統の異常との誤判定を招くことなく、不要に機器を停止させることを防止することが可能となるものである。また、ひいては太陽エネルギーの有効利用につながるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の請求項１に係る太陽光発電装置の実施形態について、模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る太陽光発電装置の実施形態を模式的に説明するための単一の太陽光発電装置の概略装置構成図、図２は本発明に係る太陽光発電装置の実施形態を模式的に説明するための概略波形図である。
【００２２】
図１に示すように、系統連系運転を行う太陽光発電装置１０は、太陽電池１１と、前記太陽電池１１の発電した直流電力を交流電力に変換し太陽電池１１を商用電力系統及び負荷系統に電気的に接続して連系運転を行うための電力変換装置１２が、商用電力系統１４や家庭用負荷１５に接続され、さらに上記太陽電池１１と電力変換装置１２のほかに商用電力系統１４に接続され、商用電力系統の電圧を検出する検出部１６とから構成される。
【００２３】
商用電力系統１４に接続される電圧を検出する検出部１６は、電力変換装置１２内に設置されてもよいが、電力変換装置１２とは違うところに設置してもかまわない。
【００２４】
ここで、太陽電池１１は太陽電池モジュールもしくは太陽電池モジュールが複数集まった太陽電池アレイであり、太陽電池１１で発電された直流電力は電力変換装置１２に入力される。太陽電池１１としては、多結晶シリコン太陽電池、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン等の薄膜太陽電池などが好適に使用され、複数枚の太陽電池セルを集めた太陽電池モジュールをさらに直並列に並べて太陽電池アレイとしたものが一般的である。
【００２５】
太陽電池１１の出力は電力変換装置１２に入力されており、この電力変換装置１２では入力された直流電力をＰＷＭ制御技術等を用いて交流電力に直交変換し、商用電力系統１４に逆潮流あるいは家庭用負荷１５へ電力供給を行なっている。
【００２６】
一方、検出部１６においては商用電力系統１４の電圧（すなわち電力変換装置１２の出力電圧）を検出し、電圧のゼロクロスポイントを基準に正電圧および負電圧の領域に区分し、矩形波に変換を行い、この矩形波の１周期（連続する２つのゼロクロスポイント間の期間）を測定することにより系統の周波数を検出しているものである。また、この測定された時間が商用周波数１周期分（１／５０秒または１／６０秒）に対し、所定の範囲（ｔ１）を越えていれば異常との判定を行うものである。すなわち周波数の測定については、前述の図７で示した従来の方法と同じである。
【００２７】
しかしながら本発明の太陽光発電装置の制御方法においては、隣接する２つのゼロクロスポイントの期間が前記測定時に商用周波数の周期の１／８以下のゼロクロスポイント間の期間を連続して検出したとき、前記連続して検出されたゼロクロスポイント期間内に存在する複数個のゼロクロスポイントのどれか１つを有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにし、その周期が前記所定範囲以内であれば正常であると判断し、電力変換装置１２は運転を継続し、所定範囲以外であれば異常であると判断し、電力変換装置１２の運転を停止させるものである。
【００２８】
また、本発明の他の太陽光発電装置の制御方法においては、隣接する２つの前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合を連続して検出したとき、前記連続して検出されたゼロクロスポイント期間の略中間点（例えば、それら期間の合計を２つで割った値のポイント）を有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにし、その周期が前記所定範囲以内であれば正常であると判断し、電力変換装置１２は運転を継続し、所定範囲以外であれば異常であると判断し、電力変換装置１２の運転を停止させるものである。
【００２９】
さらに、本発明の他の太陽光発電装置の制御方法においては、前記ゼロクロスポイント間の期間が商用周波数の周期の１／８以下である場合を２ｎ個（ｎは自然数、ｎ＝１、２、３・・・）連続して検出したとき、前記連続して検出された期間内の（ｎ＋１）個目のゼロクロスポイントを有効なゼロクロスポイントと見なして前記交流電圧の周期を求めるようにし、その周期が前記所定範囲以内であれば正常であると判断し、電力変換装置１２は運転を継続し、所定範囲以外であれば異常であると判断し、電力変換装置１２の運転を停止させるものである。
【００３０】
図２に示す電圧波形を１例として詳細に説明すると、検出部１６では、図２（ａ）に示す商用電力系統１４の電圧波形を検出して、波形のゼロクロスポイントから図２（ｂ）の矩形波に変換を行う。検出部１６においては矩形波の１周期を測定し、矩形波の周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を各々検出していく。
【００３１】
ここで検出部１６においては測定（１）からスタートし、測定（２）、測定（３）と、順次測定を行うが、測定（２）、測定（３）の様に商用周波数の周期の１／８以下の期間が連続してある場合はその中間のゼロクロスポイントのみを有効とする。同様に測定（４）、測定（５）、測定（６）とゼロクロスポイント間の測定を行い、上記同様、１／８以下の期間がある場合にはゼロクロスポイントの無効化処理を行う。
【００３２】
これにより、図２（ｂ）の波形は、図３に示すような波形に変換される。
【００３３】
すなわち図２においてはＴ１、Ｔ２、Ｔ３期間各々に商用周波数の周期の１／８以下の期間（図２（ｂ）内の（２）、（３）、（５）、（６））が含まれているため、（２）−（３）間及び（５）−（６）間各々の中間のゼロクロスポイントを有効とし、（１）〜（５）の期間をＴａと見なし測定値の判定を行うものである。
【００３４】
図３の場合においては、加算された交流電圧の周期Ｔaがｔ１の範囲内であるため正常範囲にあると判定し、電力変換装置１２は運転を継続するものであり、上述の通り本発明により商用電力系統の電圧波形に歪み等の乱れが生じた場合においても、系統の異常との誤判定を招くことなく、不要に機器を停止させることを防止することが可能となるものである。
【００３５】
ここでゼロクロスポイント期間は商用周波数の周期の１／８以下の場合に無効化処理を行うとしているが、これは系統のインピーダンス（通常２００Ｖ系では０．３８Ω＋０．４５ｍＨ）に対して配電線や柱上トランスの条件から想定できる範囲のものであり、この範囲を超えたものについては電力変換装置自身に起因した異常である等、系統連系を継続するには好ましくない。
【００３６】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、検出期間の測定方法等、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００３７】
また、本発明においては商用周波数の周期の１／８以下の期間のゼロクロスポイント期間を対象としているため、前述の従来技術である単独運転の検出に何ら影響を与えるものではなく、系統の位相が急変した場合等においては従来の単独運転検出機能により商用電力系統と確実に解列されるものである。
【００３８】
次に、本発明の請求項２に係る太陽光発電装置の実施形態について、図４に基づき説明する。
【００３９】
本発明における装置構成及び動作の実施形態は上記と同様であるが、検出した周波数の周期の測定値において商用周波数の周期の１／８以下の期間が含まれている場合においては、判定を行う周波数の周期の複数期間についての平均をとり、ＰＷＭ制御にて交流変換を行う基準ポイントとするものである。図４における例ではＴａ、Ｔｂ、Ｔｃの３期間の平均をとりＴ’を得ることで次のＰＷＭ変換の基準ポイントとする。これにより通常の状態である周波数変動が小さい場合の周波数および電圧位相を推定することが可能となり、生成電流波形との位相差を極力なくし、不要な運転の停止を防止することが可能となるものである。
【００４０】
尚、本発明においては波形の３周期の平均化を例に説明をしているが、期間が長すぎると処理時間がかかり、その間に誤動作に陥ってしまい効果を損なう恐れがあるため、２〜５周期分程度の期間にて実施することが望ましい。
【００４１】
次に、本発明の請求項３に係る太陽光発電装置の実施形態について、図５に基づき説明する。
【００４２】
本発明における装置構成は図５のとおり警告発生部１７を有するものであり、動作の実施形態は上記と同様であるが、検出した周波数の周期の測定値において商用周波数の周期の１／８以下の期間が含まれている場合、複数周期に渡り継続して検出され、または同じ周期内での検出頻度が高いと判断されたときには前記警告発生部１７にて警報または警告表示等を発するものである。
【００４３】
前述の通り系統電圧波形の乱れは望ましくなく、本来は乱れが無く安定的であるべきものである。したがって、これにより系統電圧波形に乱れが生じていることを認識でき、系統インピーダンスの改善や外乱要因の撤去等の処置が図れるものである。
【００４４】
尚、本発明における商用周波数の周期の１／８以下の期間が含まれている継続期間においては数分〜数十分程度、頻度については全体の１／２以上程度であることが望ましいが、上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る太陽光発電装置の実施形態を模式的に説明するための概略装置構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る太陽光発電装置の実施形態を模式的に説明するための概略波形図であり、（ａ）は商用電力系統の波形、（ｂ）は検出後の波形である。
【図３】本発明に係る太陽光発電装置の実施形態を模式的に説明するための概略波形図である。
【図４】本発明に係る他の太陽光発電装置の実施形態を模式的に説明するための概略波形図である。
【図５】本発明に係る他の太陽光発電装置の実施形態を模式的に説明するための概略装置構成図である。
【図６】従来の太陽光発電装置における概略構成図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、従来の太陽光発電装置の実施形態を模式的に説明するための概略波形図であり、（ａ）は商用電力系統の波形、（ｂ）は検出後の波形である。
【図８】従来の太陽光発電装置の実施形態を模式的に説明するための概略波形図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：太陽光発電装置
１１：太陽電池
１２：電力変換装置
１３：変圧器
１４：商用電力系統
１５：家庭用負荷
１６：検出部
１７：警告発生部
１００：太陽光発電装置
１０１：太陽電池
１０２：電力変換装置
１０３：変圧器
１０４：商用電力系統
１０５：家庭用負荷
１０６：検出部
１０７：設備負荷
【図１】
2007014063.tif 000003
【図２】
2007014063.tif 000004
【図３】
2007014063.tif 000005
【図４】
2007014063.tif 000006
【図５】
2007014063.tif 000007
【図６】
2007014063.tif 000008
【図７】
2007014063.tif 000009
【図８】
2007014063.tif 000010