(57)【要約】【課題】  電力系統の停電時に素早く且つ信頼性高く電力変換器側に運転切換えを行うことが可能な分散電源システムを提供する。【解決手段】  電源系統１と負荷３の間に接続された半導体スイッチ２と、負荷３と並列に接続され蓄電装置４からの直流を交流に変換する電力変換器５と、系統電圧検出器７と、半導体スイッチの１次側電圧と２次側電圧の差電圧を検出する差電圧検出手段８Ａ及び８Ｂと、半導体スイッチの電流を検出する電流検出手段９と、半導体スイッチ及び電力変換器を運転制御するための制御手段６とで構成し、制御手段６は、系統電圧検出器７の出力電圧が停電レベルと判断されたとき半導体スイッチにオフ指令を与える手段と、差電圧検出手段８Ａ及び８Ｂと電流検出手段９の出力によって半導体スイッチ２が開になったことを判定する開判定手段６４を有し、開判定手段６４の出力によって電力変換器５の運転を開始する。【選択図】  図１
2007060832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が電源系統に接続され、他端が負荷に接続された半導体スイッチと、
前記負荷と並列に接続され前記電力系統と連系運転を行う電力変換器と、
前記電力変換器の直流側に接続された充放電可能な蓄電装置と、
前記電源系統の電圧を検出する系統電圧検出器と、
前記半導体スイッチの１次側電圧と２次側電圧の差電圧を検出する差電圧検出手段と、
前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記半導体スイッチ及び前記電力変換器を運転制御するための制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記系統電圧検出器の出力電圧が停電レベルと判断されたとき前記半導体スイッチにオフ指令を与える手段と、
前記差電圧検出手段と前記電流検出手段の出力によって前記半導体スイッチが開になったことを判定する開判定手段
を有し、
前記開判定手段の出力によって前記電力変換器の運転を開始するようにしたことを特徴とする分散電源システム。
【請求項２】
前記開判定手段は、
前記電流検出手段で検出された電流が所定値以下で、
且つ前記差電圧検出手段で検出された差電圧が所定値以上のとき、
前記半導体スイッチが開になったと判定することを特徴とする請求項１に記載の分散電源システム。
【請求項３】
前記開判定手段は、
前記電流検出手段で検出された電流が所定値以下で、
且つ前記差電圧検出手段で検出された差電圧が所定値未満のとき、
前記電力変換器が所定の電圧で運転されるようにパイロット電圧印加指令を前記電力変換器に与えるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の分散電源システム。
【請求項４】
前記電流検出手段は少なくとも２つの相の電流を検出し、
前記差電圧検出手段は３相全ての差電圧を検出し、
前記開判定手段は、
前記少なくとも２つの相の電流が共に所定値以下で、
前記３相各々の差電圧が全て所定値以上のとき、
前記半導体スイッチが開になったと判定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の分散電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統と連系運転を行うように構成された分散電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分散電源システムは、電力系統から、半導体素子を用いた系統連系スイッチを介して負荷に給電し、この負荷と並列に電力変換器が接続される構成となっているのが通常である。
【０００３】
電力系統が正常であれば、系統連系スイッチは閉となっており、電力系統から負荷に電力が供給され、同時に電力系統は電力変換器の直流部に接続された２次電池等の蓄電装置を充電する。
【０００４】
電力系統に電圧変動等が発生して電圧が低下した場合、或いは停電となった場合には、系統連系スイッチには開の指示が出される。このとき、負荷への給電を継続するため、電力変換器をインバータ動作させ、２次電池等の蓄電装置から電力を負荷に供給する。
【０００５】
系統連系スイッチにはサイリスタ等自己消弧能力を持たない半導体素子が用いられる場合が多い。これは、自己消弧能力を持つ半導体素子に比べ、過負荷耐量を大きくできる等の理由による。このような自己消弧能力を持たない半導体素子が開となるためには、系統連系スイッチに開の指令が出され、ゲートパルスが無くなってから最大、電力系統の周波数換算で半サイクル待つ必要がある。このため、より速く系統連系スイッチを開とするため、系統連係スイッチに開指令を与えると同時に、系統連系スイッチに流れる電流が減少するように電力変換器を制御する提案が為されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−３４１６８６号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された方法によれば、系統連系スイッチに流れる電流が減少するように電力変換器を制御しているので、系統連系スイッチが開となる遅れ時間を短縮することが可能となる。しかしながら、この特許文献１に示された分散電源システムにおいては、電力変換器から負荷への給電を開始するにあたって、系統連系スイッチが確実に開になったことを検出していない。
【０００７】
負荷を安定に運用するためには、電力系統に停電や電圧変動が発生した場合、速やかに電力変換器からの給電を開始する必要がある。しかし、系統連系スイッチが確実に開になったことを検出しないで電力変換器からの給電を開始すると、電力変換器から電力系統に異常電流が流れる等の不具合が生じる恐れがある。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力系統の停電時に素早く且つ信頼性高く電力変換器側に運転切換えを行うことが可能な分散電源システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明に係る分散電源システムは、一端が電源系統に接続され、他端が負荷に接続された半導体スイッチと、前記負荷と並列に接続され前記電力系統と連系運転を行う電力変換器と、前記電力変換器の直流側に接続された充放電可能な蓄電装置と、前記電源系統の電圧を検出する系統電圧検出器と、前記半導体スイッチの１次側電圧と２次側電圧の差電圧を検出する差電圧検出手段と、前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記半導体スイッチ及び前記電力変換器を運転制御するための制御手段とを備え、前記制御手段は、前記系統電圧検出器の出力電圧が停電レベルと判断されたとき前記半導体スイッチにオフ指令を与える手段と、前記差電圧検出手段と前記電流検出手段の出力によって前記半導体スイッチが開になったことを判定する開判定手段を有し、前記開判定手段の出力によって前記電力変換器の運転を開始するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、系統連系スイッチに流れる電流と、系統連系スイッチの１次側と２次側の電位差を検出し、この検出信号によって系統連系スイッチが開となったことを判定するようにしたので、電力系統の停電時に素早く且つ信頼性高く電力変換器側に運転切換えを行うことが可能な分散電源システムを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】
【００１１】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る分散電源システムを示すブロック構成図である。電力系統１は系統連系スイッチ２を介して負荷３に電力を供給している。負荷３と並列に直流電源である蓄電装置４の直流を交流に変換する電力変換器５の交流出力が接続されている。系統連系スイッチ２は自己消弧能力を持たない半導体スイッチであり、制御部６からのオンオフ指令で動作している。また、電力変換器５の運転指令も制御部６から与えられている。
【００１３】
電力系統１の電圧は電圧検出器７で検出され、この出力は制御部６に与えられている。系統連系スイッチ２の入力電圧は電圧検出器８Ａにより、また系統連系スイッチ２の出力電圧は電圧検出器８Ｂにより検出され、その出力は制御部６に与えられている。更に系統連系スイッチ２の出力電流は、電流検出器９によって検出され、その出力も制御部６に与えられている。尚この電流検出器９は系統連系スイッチ２の入力側に設けるようにしても良い。
【００１４】
以下制御部６の内部構成について説明する。尚、制御部６は系統連系スイッチ２及び電力変換器５の運転制御に係る多くの機能を有しているが、図１においては、本発明の運転制御に関する部分のみを図示し、他の機能についての図示は省略している。
【００１５】
電圧検出器７で検出された電圧信号は停電検出回路６１に与えられ、電源系統１が停電になったか否かを検出する。停電検出回路６１によって電源系統１が停電になったと判断されたときは、停電検出回路６１は系統連系スイッチ２に対し、オフ指令を出力する。
【００１６】
電圧検出器８Ａ、電圧検出器８Ｂ及び電流検出器９の出力信号は状態検出回路６２に与えられる。状態検出回路６２において、電圧検出器８Ａと電圧検出器８Ｂの出力信号の差が所定値以上あるか、また電流検出器９の出力信号が所定値以下であるかどうかを検出する。この状態検出回路６２の出力信号はＯＦＦ判定回路６３に与えられる。そしてＯＦＦ判定回路６３においては、後述する手法によって系統連系スイッチ２が開（オフ）となったかどうか判定する。詳細は後述するが、この判定のため、ＯＦＦ判定回路６３が電力変換器５にパイロット電圧印加指令を出力する場合もある。
【００１７】
そして、ＯＦＦ判定回路６３が系統連系スイッチ２の開（オフ）を判定したとき、この判定出力と前述した停電検出回路６１からのオフ指令の論理積をＡＮＤ回路６４でとり、このＡＮＤ回路６４の出力によって電力変換器５にオン指令を与える。これによって電力変換器５はゲートブロックが解除され、負荷３への給電を開始する。
【００１８】
次に動作の詳細について図１及び図２を参照して説明する。図２は制御部６の動作フローチャートである。
【００１９】
図２のステップＳＴ１において、停電検出回路６１が停電を検出すると、停電検出回路６１は系統連系スイッチ２をオフさせるオフ指令を出力する（ＳＴ２）。この状態で、状態検出回路６２は電流検出器９で検出された電流Ｉｓが所定の電流値Ｉｔｈ以下であるかを検出する。若し、電流Ｉｓが所定の電流値Ｉｔｈ以下でなければ、電流Ｉｓが所定の電流値Ｉｔｈ以下になるまでこの検出動作を繰り返す（ＳＴ３）。この結果、電流Ｉｓが所定の電流値Ｉｔｈ以下となったとき、電圧検出器８Ａと電圧検出器８Ｂの出力信号の差電圧ΔＶが所定の電圧値Ｖｔｈ以上であるかの検出動作を行う（ＳＴ４）。ステップＳＴ４において差電圧ΔＶが所定の電圧値Ｖｔｈ以上であれば、ＯＦＦ判定回路６３は系統連系スイッチ２が開（オフ）になったと判断し、電力変換器５にオン指令を与える（ＳＴ５）。
【００２０】
ステップＳＴ４において、差電圧ΔＶが所定の電圧値Ｖｔｈ以上でないときは、電源系統１がオープンとなるような停電が生じたか、或いは印加されている交流電圧がゼロクロス付近の場合が考えられる。このときは、ＯＦＦ判定回路６３は電力変換器５にパイロット電圧印加指令を出力する（ＳＴ６）。このパイロット電圧は上述の電圧値Ｖｔｈより十分大きい電圧とする。このステップＳＴ６の動作によって通常の場合は瞬時に差電圧ΔＶが所定の電圧値Ｖｔｈ以上となるので、ＯＦＦ判定回路６３のステップＳＴ４における判断結果はＹＥＳとなり、従ってステップＳＴ５で電力変換器５にオン指令を与えて電力変換器５から負荷３への給電を開始することができる。
【００２１】
上記において、所定の電流値Ｉｔｈは系統連系スイッチ２を構成する自己消弧能力を持たない半導体素子の漏洩電流よりはるかに大きい微小電流とし、また所定の電圧値Ｖｔｈは系統連系スイッチ２を構成する自己消弧能力を持たない半導体素子のオン電圧よりはるかに大きい微小電圧としておくのが良い。
【００２２】
図３に示すのは、系統連系スイッチ２の各相の電圧、電流検出回路の一例である。図３に示すように、系統連系スイッチ２の各相は、系統連系スイッチ２Ｕ、２Ｖ及び２Ｗで構成される。そして電圧検出器８Ａと８Ｂは、電圧差ΔＶを求めることが主眼であるので、図３に示したように各相の線間電圧の差を求めることが可能な電圧検出器８ＵＶ、８ＶＷ及び８ＷＶの各々の出力を制御部６に与えるようにすれば良い。
【００２３】
また電流検出器９は、３相であれば各相に設けるようにするが、図３に示したように、電流検出器９Ｖ及び９Ｗの２相分だけを使用することも可能である。
【００２４】
このような図３に示した電圧、電流検出回路の構成において、図２に示したステップＳＴ３における電流Ｉｓが所定の電流値Ｉｔｈ以下であるかの判定は、Ｖ相及びＷ相の２つの相について行い、この２つの相の電流が共に所定の電流値Ｉｔｈ以下となったとき、ステップＳＴ−３の判定はＹＥＳとなる。同様にステップＳＴ−４における差電圧ΔＶが所定の電圧値Ｖｔｈ以上かどうかの判定は３相全ての差電圧が所定の電圧値Ｖｔｈ以上となったときステップＳＴ−４の判定がＹＥＳとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る分散電源システムを示すブロック構成図。
【図２】本発明に係る分散電源システム制御部の動作フローチャート。
【図３】系統連系スイッチの各相の電圧、電流検出回路の一例を示す回路構成図。
【符号の説明】
【００２６】
１  電力系統
２、２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ  系統連系スイッチ
３  負荷
４  蓄電装置
５  電力変換器
６  制御部
６１  停電検出回路
６２  状態検出回路
６３  ＯＦＦ判定回路
６４  ＡＮＤ回路
７  電圧検出器
８Ａ、８Ｂ、８ＵＶ、８ＶＷ、８ＷＵ  電圧検出器
９、９Ｖ、９Ｗ  電流検出器
【図１】
2007060832.tif 000003
【図２】
2007060832.tif 000004
【図３】
2007060832.tif 000005