(57)【要約】【課題】電力変換部４，５の出力部と電力系統３との間に設けられた解列用保護リレー７に駆動電圧を出力することにより閉成させる制御部８を備え、制御部８は、駆動電圧を出力しているにも拘わらず保護リレー７が閉成しないことを検出して保護リレー７が異常であると判定するパワーコンディショナにおいて、解列直後の高温状況下で保護リレー７の感動電圧が上昇していることによって保護リレー７が異常であると誤判定することを防止する。【解決手段】駆動電圧を出力しても保護リレー７が閉成しないことを検出したとき、駆動電圧の出力を断続的若しくは継続的に中断しつつ所定条件を満たすまでは保護リレー７が異常であるとの判定を行わず、所定条件を満たした後に駆動電圧を出力しても保護リレー７が閉成しない場合に保護リレーが異常であると判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電部から入力する発電電力を電力系統に連系する交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部の出力部と電力系統との間に設けられた解列用保護リレーと、前記電力変換部を電力系統に並列させるべく前記保護リレーを閉成させる駆動電圧を出力する制御部とを備え、該制御部は、前記駆動電圧を出力しているにも拘わらず前記保護リレーが閉成しないことを検出して保護リレーが異常であると判定する異常判定手段を備えるパワーコンディショナにおいて、
前記異常判定手段は、前記駆動電圧を出力しても前記保護リレーが閉成しないことを検出したとき、前記駆動電圧の出力を断続的若しくは継続的に中断しつつ所定条件を満たすまでは保護リレーが異常であるとの判定を行わず、所定条件を満たした後に前記駆動電圧を出力しても前記保護リレーが閉成しない場合に保護リレーが異常であると判定するよう構成されていることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、前記所定条件は、前記駆動電圧を出力しても前記保護リレーが閉成しないことを所定回数検出したことであり、前記異常判定手段は、前記駆動電圧を出力しても前記保護リレーが閉成しないことを検出する毎に所定の待機時間が経過するまで前記駆動電圧の出力を中断するよう構成されていることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項３】
請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、前記所定条件は、所定時間経過したことであることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項４】
請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、パワーコンディショナの筐体内部の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段をさらに備え、前記所定条件は、雰囲気温度検出手段が検出する雰囲気温度が所定温度未満に低下したことであることを特徴とするパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムや燃料電池発電システムなどの発電システムに用いられるパワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の発電システムにおいて、太陽光パネルや燃料電池などの発電設備（発電部）が発電する直流電力を、商用系統電力に連系する交流電力に変換するためのパワーコンディショナが用いられている。商用系統電力の安定化や単独運転の防止等のために、パワーコンディショナには系統から解列するための解列用遮断装置の設置が系統連系規程により義務付けられており、該解列用遮断装置としては通常、電力用リレー（例えば、富士通コンポーネント社製のＦＴＲ−Ｋ３など）が用いられている。
【０００３】
リレーは電磁コイルにより駆動される機械的なスイッチを内蔵するものであり、経年劣化によって閉じた状態（導通状態）で固着したり、開いた状態（開放状態）で固着するという故障が生じることがあることは良く知られている。したがって、パワーコンディショナにおいても通常、解列用遮断装置が正常に動作するか否かを検出して正常動作しない場合にエラー報知を行うリレー異常検出手段が制御部に具備されている（例えば、下記の特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４７２０４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１５５３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、パワーコンディショナの電力変換回路は、昇圧チョッパ並びにブリッジインバータを構成するインテリジェントパワーモジュール（以下、「ＩＰＭ」という。）などのパワー半導体デバイスや、大電流型の比較的大型のコイルなどを備えており、これらパワー半導体デバイスや大型コイルは発熱量が大きいため、発電運転を継続するとパワーコンディショナの筐体内部の雰囲気温度が８０℃前後まで上昇することがある。特に、商用太陽光発電システムにおける屋外設置型の大電力用パワーコンディショナなどは発電量が大きいが故に発熱量も大きく、また、雨水等の浸入防止のために筐体にはある程度の密封構造が必要となるため熱が筐体内部にこもりやすく、これらの要因によって筐体内部の雰囲気温度が高くなる傾向にある。
【０００６】
一方、リレーは、雰囲気温度によって感動電圧（リレーを閉成するために必要なコイルへの印加電圧）が上昇する特性を有している。図４は、一例として富士通コンポーネント社製の型番ＦＴＲ−Ｋ３のパワーリレーの感動電圧の特性グラフを示しており、図示されるように、ホットコイル（コイルに電圧を印加した後、コイル電圧を断った直後の加熱されたコイル）では、温度上昇によってコイル抵抗値が上昇しているために、クールコイル（コイル抵抗が上昇していないコイル）に比して感動電圧が高くなっている。さらに加えて、雰囲気温度（周囲温度）の上昇により徐々に感動電圧が上昇し、雰囲気温度が８０℃の場合、ホットコイルの感動電圧は定格電圧よりも高くなる。
【０００７】
また、パワーコンディショナに内蔵される制御回路用のレギュレータ（安定化電源回路）からリレーのコイルに定格電圧を印加するよう設計されているが、パワーコンディショナの入出力電力の変動や各種ノイズ等によってレギュレータの出力電圧にも若干の変動が存在しており、リレーの感動電圧が定格電圧未満であっても、レギュレータからリレーのコイルに印加される電圧自体が低下してリレーを閉成することができない場合もある。
【０００８】
特に、発電運転中はパワーコンディショナの雰囲気温度もリレーのコイル温度も上昇しており、保持電圧は感動電圧の３０〜４０％程度であるため高温下であっても閉成状態を保持しておくことは可能であるが、一旦リレーを解列動作した直後にすぐに並列動作させようとした場合にリレーが正常に閉成動作しない可能性が大きく、この場合、リレーが正常であるにもかかわらず制御部に具備された上記リレー異常検出手段によってリレーの異常と誤判定されてしまう可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明は、解列用遮断装置を構成するリレーの雰囲気温度が高い場合にリレー異常検出手段が誤判定してしまうことを制御構成の改良によって防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。
【００１１】
すなわち、本発明は、発電部から入力する発電電力を電力系統に連系する交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部の出力部と電力系統との間に設けられた解列用保護リレーと、前記電力変換部を電力系統に並列させるべく前記保護リレーを閉成させる駆動電圧を出力する制御部とを備え、該制御部は、前記駆動電圧を出力しているにも拘わらず前記保護リレーが閉成しないことを検出して保護リレーが異常であると判定する異常判定手段を備えるパワーコンディショナにおいて、前記異常判定手段は、前記駆動電圧を出力しても前記保護リレーが閉成しないことを検出したとき、前記駆動電圧の出力を断続的若しくは継続的に中断しつつ所定条件を満たすまでは保護リレーが異常であるとの判定を行わず、所定条件を満たした後に前記駆動電圧を出力しても前記保護リレーが閉成しない場合に保護リレーが異常であると判定するよう構成されていることを特徴とするものである（請求項１）。
【００１２】
かかる本発明のパワーコンディショナによれば、保護リレーの内蔵コイルが加熱状態にあり、かつ、保護リレーの雰囲気温度が高いことによって保護リレーの感動電圧が駆動電圧よりも高くなっている場合に、発電を再開させるために制御部が保護リレーに駆動電圧を出力しても保護リレーが閉成せず、異常判定手段によって保護リレーが閉成しないことを検出するが、該検出後すぐに保護リレーが異常であると判定せずに、所定条件を満たすまで駆動電圧の出力を断続的若しくは継続的に中断することによって保護リレーの内蔵コイル温度並びに雰囲気温度を低下させることができ、これにより保護リレーの感動電圧を低下させて保護リレーを駆動電圧により閉成させることが可能となり、保護リレーが正常であるにもかかわらず異常であると誤判定することを防止できる。
【００１３】
なお、異常判定手段による判定途中において保護リレーが閉成したことを検出した場合は、異常判定手段による上記判定制御を即座に終了することができ、その後所定の解列条件が成立するまで前記駆動電圧を保護リレーに印加することにより保護リレーを閉成させておくことができる。
【００１４】
上記本発明のパワーコンディショナにおいて、前記所定条件は、前記駆動電圧を出力しても前記保護リレーが閉成しないことを所定回数検出したことであり、前記異常判定手段は、前記駆動電圧を出力しても前記保護リレーが閉成しないことを検出する毎に所定の待機時間（例えば数秒程度）が経過するまで前記駆動電圧の出力を中断するよう構成することができる（請求項２）。これによれば、予め実験によって、保護リレーが正常である場合に確実に保護リレーが閉成動作するまでの保護リレーの閉成動作トライ回数と好適な待機時間とを求めておくことにより、必要以上に長時間にわたって保護リレーの閉成動作のトライを繰り返すことなく保護リレーの異常を判定することができる。さらに、所定の待機時間経過毎に駆動電圧を保護リレーに印加することにより保護リレーの閉成動作をトライすることにより、保護リレーをできるだけ早い時間で閉成動作させることが可能であり、系統連系運転が開始するまでのタイムラグを可及的に短くすることができる。なお、保護リレーが閉成しないことを検出した回数は、所定のタイミングでリセットすることができ、例えば、前記駆動電圧の出力制御を開始して保護リレーが閉成したことを検出した時点、すなわち電力系統への接続制御開始時にリセットすることができる。
【００１５】
また、上記本発明のパワーコンディショナにおいて、前記所定条件は、所定時間経過したことであってよく（請求項３）、その起算点は適宜の時点、例えば、前記駆動電圧を出力しても前記保護リレーが閉成しないことを最初に検出した時点や、前記駆動電圧の出力制御開始時点や、パワーコンディショナを電力系統から前回解列させた時点などであってもよい。この場合も、保護リレーの雰囲気温度やコイル温度が十分に低下するまでの所定時間を予め試験により定めておくことにより、保護リレー異常の誤判定を防止することができる。
【００１６】
また、上記本発明のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、パワーコンディショナの筐体内部の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段をさらに備え、前記所定条件は、雰囲気温度検出手段が検出する雰囲気温度が所定温度未満に低下したこととすることもできる（請求項４）。この場合も、雰囲気温度検出手段が検出する雰囲気温度と保護リレーの閉成動作との相関関係を予め実験により求めておくことにより、保護リレーが正常であれば閉成動作する所定温度未満に雰囲気温度が低下するまで保護リレーの異常であるとの判定を行わないようにすることで、保護リレー異常の誤判定を防止できる。なお、雰囲気温度検出手段は、制御部が実装される制御基板上に設けた雰囲気温度センサにより構成してもよく、また、例えばＩＰＭの温度と筐体内の雰囲気温度とは一定の相関関係があるので、ＩＰＭ温度センサを保護リレーの異常判定用の上記雰囲気温度センサとして利用することも可能である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の請求項１に係るパワーコンディショナによれば、保護リレーの内蔵コイルが加熱状態にあり、かつ、保護リレーの雰囲気温度が高いことによって保護リレーの感動電圧が駆動電圧よりも高くなっている場合に、発電を再開させるために制御部が保護リレーに駆動電圧を出力しても保護リレーが閉成せず、異常判定手段によって保護リレーが閉成しないことを検出するが、該検出後すぐに保護リレーが異常であると判定せずに、所定条件を満たすまで駆動電圧の出力を断続的若しくは継続的に中断することによって保護リレーの内蔵コイル温度並びに雰囲気温度を低下させることができ、これにより保護リレーの感動電圧を低下させて保護リレーを駆動電圧により閉成させることが可能となり、保護リレーが正常であるにもかかわらず異常であると誤判定することを防止できる。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係るパワーコンディショナによれば、予め実験によって、保護リレーが正常である場合に確実に保護リレーが閉成動作するまでの保護リレーの閉成動作トライ回数と好適な待機時間とを求めておくことにより、必要以上に長時間にわたって保護リレーの閉成動作のトライを繰り返すことなく保護リレーの異常を判定することができる。さらに、所定の待機時間経過毎に駆動電圧を保護リレーに印加することにより保護リレーの閉成動作をトライすることにより、保護リレーをできるだけ早い時間で閉成動作させることが可能であり、系統連系運転が開始されるまでのタイムラグを可及的に短くすることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項３に係るパワーコンディショナによれば、保護リレーの雰囲気温度やコイル温度が十分に低下するまでの所定時間を予め試験により定めておくことにより、保護リレー異常の誤判定を防止することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項４に係るパワーコンディショナによれば、雰囲気温度検出手段が検出する雰囲気温度と保護リレーの閉成動作との相関関係を予め実験により求めておくことにより、保護リレーが正常であれば閉成動作する所定温度未満に雰囲気温度が低下するまで保護リレーの異常であるとの判定を行わないようにすることで、保護リレー異常の誤判定を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のパワーコンディショナの概略回路ブロック図である。
【図２】同パワーコンディショナの制御部におけるリレー異常判定フローの一実施例を示すフローチャートである。
【図３】リレー異常判定フローの他の実施例を示すフローチャートである。
【図４】従来のリレーの雰囲気温度と感動電圧との関係を示す特性グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ１の概略構成を示しており、該パワーコンディショナ１は、太陽電池アレイなどの発電部２が出力する直流発電電力を商用電力系統３に連系する交流電力に変換して商用電力系統３に出力するものであって、コンバータ４、ＤＣリンク部６及びインバータ５により主構成される電力変換部と、該電力変換部の出力部（図示例ではインバータ５の出力部）と商用電力系統３との間に設けられた解列用保護リレー７と、電力変換部及び保護リレー７の動作を制御する制御部８と、これら電力変換部、保護リレー７及び制御部８を内蔵する筐体１２とを備えている。
【００２４】
発電部２は、従来公知の適宜の構成であってよく、一般的には、複数の太陽電池モジュールを直列乃至並列に接続してなり、敷地や建物の屋根などに設置される。また、発電部２としては、燃料電池その他の発電装置を用いることができる。
【００２５】
電力変換部も従来公知の適宜の構成であってよく、図示実施例では、ＤＣリンクコンデンサにより構成されるＤＣリンク部６と、発電部２から供給される直流電力を交流の系統電圧の最大値（例えば２００Ｖ交流電力の場合は２８０Ｖ）に対応する所定電圧（例えば３５０Ｖ）に昇圧するよう電力変換してＤＣリンク部６に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ４と、ＤＣリンク部６を介して供給される直流電力を系統電力に連系する交流電力に電力変換して系統３に出力するＤＣ／ＡＣインバータ５とから構成できる。また、インバータ５としては、２レベルインバータを用いることもできるし、３レベルインバータを用いることもできる。
【００２６】
制御部８は、コンバータ４及びインバータ５における各電力変換動作並びに保護リレー７の開閉動作を制御するとともに、パワーコンディショナ１の筐体１２に取り付けられた液晶表示器などからなる表示部（図示せず）の表示制御や、パワーコンディショナ１における各種異常検出制御を行う。制御部８は、制御中枢としてのマイクロプロセッサ９を制御基板上に備えている。また、制御基板上には、筐体１２内部の雰囲気温度を検出するための雰囲気温度センサー１１としてのサーミスタが実装されている。
【００２７】
また、制御部８は、ＤＣリンク部６若しくは系統３から供給される電力を低電圧（例えば５Ｖや１２Ｖなど）の直流電力に変換するレギュレータからなる電源部１０を備えており、該電源部１０が出力する電力によって制御部８が動作するとともに、制御部８は、保護リレー７の駆動電圧の出力制御をも行っている。
【００２８】
保護リレー７は常開接点タイプの電力用リレーにより構成されており、制御部８が駆動電圧を出力しないときは開成され、制御部８からの駆動電圧（例えば１２Ｖ）が印加されると閉成される。制御部８は、発電運転中は保護リレー７を閉成させるとともにコンバータ４及びインバータ５を制御することによって発電電力を交流電力に変換して電力系統３に出力する。一方、系統電圧が所定電圧範囲外となったり、日没等により発電電力が所定量未満となった場合などの所定の解列条件を満たすと、制御部８は、保護リレー７への駆動電圧出力を停止するとともにコンバータ４及びインバータ５の動作制御を停止する。発電停止中に、発電部２からの入力電圧が所定値以上で且つ系統電圧が所定電圧範囲内であるなど、所定の発電運転開始条件を満たせば、制御部８は、所定のスタートアップ処理を行った後、発電運転制御を再開する。
【００２９】
このスタートアップ処理において、制御部８は種々の動作判定処理を行うが、本実施形態では特に、制御部８は、駆動電圧を出力しているにも拘わらず保護リレー７が閉成しないことを検出して保護リレー７が異常であると判定する異常判定手段を備えている。この異常判定手段は、所定の異常判定処理プログラムを実行するマイクロプロセッサ９により構成でき、マイクロプロセッサ９とは異なる専用回路によって構成することもできる。
【００３０】
図２は、保護リレー７の異常判定処理プログラムの制御フローの一例を示している。本実施例では、保護リレー７の異常判定処理が開始すると、保護リレー７へ駆動電圧を出力することにより保護リレー７の閉成動作をトライする（ステップＳ１）。駆動電圧の出力により保護リレー７が正常に閉成動作したことを検出すれば（ステップＳ２）、駆動電圧を出力したまま異常判定処理を終了して、コンバータ４及びインバータ５の発電運転制御を開始する。なお、保護リレー７が正常に閉成したことの検出は適宜の方法で行うことができ、例えば保護リレー７の下流側に設けた出力電圧センサ及び出力電流センサの検出値に基づいて検出してもよいし、また、ＤＣリンク部６の電圧変動を検出することにより保護リレー７が閉成したことを検出することもできるし、その他適宜の方法乃至手段によって検出することができる。また、上記ステップＳ１及びステップＳ２の処理時間は、駆動電圧の印加によって保護リレー７が閉成するための非常に短い時間であってよく、例えばミリ秒オーダーの時間であってよい。
【００３１】
上記ステップＳ２において保護リレー７が閉成しないことを検出すると、異常判定処理を開始してからのステップＳ１における保護リレー７の閉成動作のトライ回数が所定回数Ｎとなったか否かを判定し、保護リレー７が閉成しないことを所定回数Ｎ検出すると、ステップＳ５に移行してリレー異常報知を行って異常終了する。この場合は発電運転制御には移行せず、異常報知以外のすべての動作を停止させた状態で待機させることができる。
【００３２】
ステップＳ３においてトライ回数がＮ未満であれば、所定の待機時間（例えば５〜１０秒程度）が経過するまで駆動電圧の出力を中断させ、待機時間経過後にステップＳ１に戻って保護リレー７の閉成制御をリトライする。
【００３３】
上記所定回数Ｎや待機時間の長さは、予め実験によって好適な値を求めておくが、好ましくは、異常判定処理が開始してから保護リレー７の異常判定がなされるまでのトータル時間が１〜２分程度となるように設定することが好ましい。
【００３４】
なお、上記ステップＳ３においてはトライ回数によって判定したが、トライ回数に代えて、所定の起算点からの経過時間が所定時間以上となったことを判定して、所定時間経過した場合にリレー異常報知させることもできる。この場合の起算点は、異常判定処理の開始時点とすることが好ましいが、発電運転の停止中は筐体１２内の雰囲気温度は徐々に低下していくので、前回のパワーコンディショナ１の解列制御時点からの経過時間によって判定してもよい。その他、雰囲気温度が低下していることを保証乃至推定できる適宜の時点を起算点とすることができる。
【００３５】
本実施例の異常判定処理によれば、筐体１２内の雰囲気温度や保護リレー７の内蔵コイル温度が十分に低下するまで、駆動電圧の出力を断続的に中断しつつ保護リレー７の閉成動作をトライするので、保護リレー７が高温雰囲気下にあることにより保護リレー７の感動電圧が駆動電圧以上となっているときに保護リレー７の異常であると判定することがなく、保護リレー７が正常であれば駆動電圧の印加によって保護リレー７が閉成動作する温度条件になっても保護リレー７が閉成しない場合に保護リレー７の異常であると判定して異常報知するので、保護リレー７の異常の誤判定を大幅に低減できる。さらに、数秒程度の待機時間毎に保護リレー７の閉成動作のリトライを行うので、条件が良い場合には異常判定処理開始後短い時間で保護リレー７を閉成させて発電運転制御を開始することができる。
【００３６】
図３は、保護リレー７の異常判定処理プログラムの制御フローの別の実施例を示している。本実施例では、保護リレー７の異常判定処理が開始すると、保護リレー７へ駆動電圧を出力することにより保護リレー７の閉成動作をトライする（ステップＳ６）。駆動電圧の出力により保護リレー７が正常に閉成動作したことを検出すれば（ステップＳ７）、駆動電圧を出力したまま異常判定処理を終了して、コンバータ４及びインバータ５の発電運転制御を開始する。
【００３７】
上記ステップＳ７において保護リレー７が閉成しないことを検出すると、雰囲気温度センサー１１の検出温度が所定の基準温度未満となるまで駆動電圧の出力を継続的に停止したまま待機し（ステップＳ８）、検出温度が基準温度未満に低下した後に、保護リレー７へ駆動電圧を再度出力することにより保護リレー７の閉成動作をリトライする（ステップＳ９）。駆動電圧の出力により保護リレー７が正常に閉成動作したことを検出すれば（ステップＳ１０）、駆動電圧を出力したまま異常判定処理を終了して発電運転制御を開始するが、保護リレー７が閉成動作しない場合には、保護リレー７の異常であると判定してリレー異常報知を行い（ステップＳ１１）、異常判定処理を異常終了する。なお、上記ステップＳ８において検出温度が基準温度未満に低下するまで待機している間、保護リレー７の閉成動作のリトライを所定時間間隔で実行することもできる。また、ステップＳ８において待機する最長時間を設定しておくこともでき、最長時間を経過した場合には雰囲気温度が基準温度未満となっていなくともステップＳ９に移行させることもできる。
【００３８】
本実施例によれば、保護リレー７が正常であれば閉成動作する基準温度を予め試験によって求めておき、筐体内部の雰囲気温度を直接検出して基準温度未満となるまで保護リレー７の異常判定を行わないので、パワーコンディショナ１が設置されている環境等による影響を回避しつつより確実な異常判定を行うことができる。
【００３９】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更することができる。例えば、雰囲気温度センサ１１は、保護リレー７の近辺に設置してもよい。また、「保護リレーが異常であるとの判定や報知は、保護リレーの異常判定時に異常判定手段によって行われるものであればよく、その表現方法や表示方法は「系統連系不能異常」など適宜のものであってよく、この「系統連系不能異常」は、保護リレーそのものの閉成不能の他、保護リレーが搭載されたプリント基板上のパターン配線の断線等をも含むことができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  パワーコンディショナ
７  保護リレー
８  制御部
１１  雰囲気温度検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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