(57)【要約】【課題】パワーコンディショナーにおいて、交流電流に含まれる直流分の増大を精度良く検出可能にする。【解決手段】ＤＣ／ＡＣインバータ１は、直流電力を、商用電源系統２に向けて交流電力に変換する。電流センサ３は、ＤＣ／ＡＣインバータ１から出力される交流電流を検出する。電流検出回路４は電流センサ３の出力を受け、交流電流の電流値を示す電流検出値Ｄ１，Ｄ２を出力する。制御部５は電流検出値Ｄ１，Ｄ２に基づいて、ＤＣ／ＡＣインバータ１の動作を制御する。直流分調整回路２０は、調整動作指令を受けたとき、所定の直流電流である基準電流をＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線、または、これと絶縁された、電流センサ３を通過する電力線に流す。【選択図】図１
2017099056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を、商用電源系統に向けて、交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、
前記ＤＣ／ＡＣインバータから出力される交流電流を検出する電流センサと、
前記電流センサの出力を受け、前記交流電流の電流値を示す電流検出値を出力する電流検出回路と、
前記電流検出回路から出力された前記電流検出値を受け、前記電流検出値に基づいて、前記ＤＣ／ＡＣインバータの動作を制御する制御部と、
所定の直流電流である基準電流を出力可能であり、調整動作指令を受けたとき、前記基準電流を前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力線、または、前記出力電力線とは絶縁された、前記電流センサを通過する電力線に流すように構成された、直流分調整回路とを備えた
ことを特徴とするパワーコンディショナー。
【請求項２】
請求項１記載のパワーコンディショナーにおいて、
前記制御部は、
前記交流電流に含まれる直流分の規定値を保存するための記憶部と、
前記調整動作指令を出力し、前記調整動作指令を受けた前記直流分調整回路が前記基準電流を出力している状態において、前記電流検出値から得られた、前記交流電流に含まれる直流分を示す値を基にして、前記規定値を求め、求めた前記規定値を前記記憶部に保存する、調整動作制御部を備えている
ことを特徴とするパワーコンディショナー。
【請求項３】
請求項２記載のパワーコンディショナーにおいて、
前記調整動作制御部は、前記パワーコンディショナーが停止している状態において、連系運転開始信号が投入されたとき、前記調整動作指令を出力する
ことを特徴とするパワーコンディショナー。
【請求項４】
請求項２記載のパワーコンディショナーにおいて、
前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力線に設けられており、保護指令を受けたとき、前記ＤＣ／ＡＣインバータと前記商用電源系統との接続を遮断する保護装置を備え、
前記制御部は、前記電流検出値から得られた、前記交流電流に含まれる直流分を示す値が、前記記憶部に保存されている規定値に基づく条件を満たしていないとき、前記保護装置に前記保護指令を出力する保護制御部を備えている
ことを特徴とするパワーコンディショナー。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項記載のパワーコンディショナーにおいて、
前記直流分調整回路は、
前記基準電流を出力可能である電流源と、
前記電流源と直列に設けられており、開閉状態が切替可能であり、前記調整動作指令を受けたとき閉状態に切り替わる開閉器とを備えている
ことを特徴とするパワーコンディショナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電等から得られた直流電力を、商用電源系統に連系するために、交流電力に変換するパワーコンディショナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池パネルを用いた太陽光発電装置や、天然ガスや水素を燃料とする燃料電池発電装置が普及しつつある。これらの発電装置では、出力できる電力が直流であるため、パワーコンディショナーが、この直流電力を商用周波数の交流電力に変換して商用電源系統に連系させる。
【０００３】
ここで、パワーコンディショナーが出力する交流電流に含まれる直流分が問題となる。直流分を多く含む交流電流が商用電源系統に流れ込むと、商用電源系統のトランスに偏磁作用をもたらし、系統や需要家の負荷に悪影響を及ぼす。このため、例えば、省令を基にした系統連携規定では、商用電源系統に流出する交流電流が含む直流分は、定格交流出力電流の１％以下であることが定められている。
【０００４】
特許文献１では、系統連系インバータ装置において、交流電流に含まれる直流分を検出する直流分検出回路を簡素化かつ省電力化する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−４２４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パワーコンディショナーには、出力する交流電流を検出するための電流センサが設けられており、この電流センサの出力から、交流電流に含まれる直流分が求められる。しかしながら、この電流センサには、個体差がある。このため、交流電流に含まれる直流分の規定値、例えば直流分の上限値は、個々のパワーコンディショナーにおいて、それぞれ調整することが必要である。すなわち、パワーコンディショナーを生産する際に、直流分の規定値を調整する工程を行う必要がある。このことは、パワーコンディショナーの生産効率の低下につながり、好ましくない。
【０００７】
また、パワーコンディショナーに対するコストダウンの要求から、搭載する電流センサについても、性能が多少低くても安価なものが求められる傾向にある。ところが一般に、安価な電流センサは、温度等の外部環境の影響を受けやすい。このため、パワーコンディショナーの生産時と実使用時とにおいて、電流センサの特性が大きく異なってしまう可能性がある。この場合、生産時に調整した直流分の規定値が、実使用時では適正な値からずれてしまうことになり、これにより、交流電流に含まれる直流分の増大を精度良く的確に検出することが困難になる。
【０００８】
前記の問題に鑑み、本発明は、パワーコンディショナーにおいて、交流電流に含まれる直流分の増大を精度良く検出可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るパワーコンディショナーは、所定の直流電流である基準電流を出力可能であり、調整動作指令を受けたとき、基準電流をＤＣ／ＡＣインバータの出力電力線、またはこれとは絶縁された、電流センサを通過する電力線に流す直流分調整回路を備えている。実際の使用環境において、この直流分調整回路を用いて、所定の直流電流をＤＣ／ＡＣインバータの出力電力線、またはこれとは絶縁された、電流センサを通過する電力線に流すことによって、この状態における電流センサの出力を用いて、直流分の規定値を適切に設定することが可能になる。
【００１０】
すなわち、本発明の態様では、パワーコンディショナーは、直流電力を、商用電源系統に向けて、交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、前記ＤＣ／ＡＣインバータから出力される交流電流を検出する電流センサと、前記電流センサの出力を受け、前記交流電流の電流値を示す電流検出値を出力する電流検出回路と、前記電流検出回路から出力された前記電流検出値を受け、前記電流検出値に基づいて、前記ＤＣ／ＡＣインバータの動作を制御する制御部と、所定の直流電流である基準電流を出力可能であり、調整動作指令を受けたとき、前記基準電流を前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力線、、または、前記出力電力線とは絶縁された、前記電流センサを通過する電力線に流すように構成された、直流分調整回路とを備える。
【００１１】
この態様によると、パワーコンディショナーは、所定の直流電流である基準電流を出力可能である直流分調整回路を備えている。この直流分調整回路は、調整動作指令を受けたとき、基準電流をＤＣ／ＡＣインバータの出力電力線、または、これとは絶縁された、電流センサを通過する電力線に流す。ここで、調整動作指令を直流分調整回路に与え、基準電流をＤＣ／ＡＣインバータの出力電力線、または、これとは絶縁された、電流センサを通過する電力線に流した状態で、電流センサの出力から、直流分を示す値を得る。そして、この値から、交流電流に含まれる直流分の規定値を設定する。これにより、実際の使用環境において、直流分の規定値を適切に設定することができる。したがって、パワーコンディショナーの使用環境や電流センサの個体差に左右されることなく、交流電流に含まれる直流分の増大を精度良く検出することができる。また、パワーコンディショナーを生産する際に、直流分の規定値を調整する工程を行う必要がなくなるため、生産効率が向上する。さらには、性能が多少低くても安価な電流センサを、パワーコンディショナーに用いることが可能になる。
【００１２】
そして、前記態様において、前記制御部は、前記交流電流に含まれる直流分の規定値を保存するための記憶部と、前記調整動作指令を出力し、前記調整動作指令を受けた前記直流分調整回路が前記基準電流を出力している状態において、前記電流検出値から得られた、前記交流電流に含まれる直流分を示す値を基にして、前記規定値を求め、求めた前記規定値を前記記憶部に保存する、調整動作制御部を備えている、としてもよい。
【００１３】
この構成により、調整動作制御部から直流分調整回路に調整動作指令が出力され、直流分調整回路が基準電流を出力している状態において、調整動作制御部が、電流検出値から得られた、交流電流に含まれる直流分を示す値を基にして、交流電流に含まれる直流分の規定値を求め、記憶部に保存する。これにより、交流電流に含まれる直流分の規定値が、精度良く、制御部内に設定される。
【００１４】
さらに、前記調整動作制御部は、前記パワーコンディショナーが停止している状態において、連系運転開始信号が投入されたとき、前記調整動作指令を出力する、としてもよい。
【００１５】
この構成により、交流電流に含まれる直流分の規定値が、パワーコンディショナーの運転開始時において、精度良く、制御部内に設定される。
【００１６】
あるいは、前記態様において、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力線に設けられており、保護指令を受けたとき、前記ＤＣ／ＡＣインバータと前記商用電源系統との接続を遮断する保護装置を備え、前記制御部は、前記電流検出値から得られた、前記交流電流に含まれる直流分を示す値が、前記記憶部に保存されている規定値に基づく条件を満たしていないとき、前記保護装置に前記保護指令を出力する保護制御部を備えている、としてもよい。
【００１７】
この構成により、交流電流に含まれる直流分の増大に基づいた、パワーコンディショナーからの出力の遮断を、精度良く、実行することができる。
【００１８】
また、前記直流分調整回路は、前記基準電流を出力可能である電流源と、前記電流源と直列に設けられており、開閉状態が切替可能であり、前記調整動作指令を受けたとき閉状態に切り替わる開閉器とを備えている、としてもよい。
【００１９】
この構成により、調整動作指令を受けたとき、所定の直流電流である基準電流を出力する直流分調整回路を、簡易な構成によって実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、パワーコンディショナーにおいて、使用環境や電流センサの個体差に左右されることなく、交流電流に含まれる直流分の増大を精度良く検出することができる。また、パワーコンディショナーの生産効率が向上し、さらには、安価な電流センサを用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係るパワーコンディショナーの全体構成を示すブロック図
【図２】図１の構成における直流分調整回路の具体的構成例
【図３】直流分規定値調整工程が実行されるタイミングの一例を示すフローチャート
【図４】直流分規定値調整工程における動作の流れを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は実施形態に係るパワーコンディショナーの全体構成を示すブロック図である。図１において、ＤＣ／ＡＣインバータ１は、与えられた直流電力を、商用電源系統２に向けて、交流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣインバータ１には例えば、太陽光発電によって生成された電力を昇圧して得られた直流電力が与えられる。ＤＣ／ＡＣインバータ１は、与えられた直流電力を、商用電源の周波数と同一周波数の交流電力に変換する。
【００２４】
電流センサ３はここでは、ＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線に設けられており、ＤＣ／ＡＣインバータ１から出力される交流電流を検出する。電流センサ３は、検出した電流値に応じた電圧値を有するアナログ信号を出力する。すなわち、電流センサ３によって、商用電源系統２に流れ込む交流電流の波形は、流れる電流の大きさに比例した交流電圧の波形に置き換えられる。電流検出回路４は、電流センサ３の出力を受けて、電流値を示すアナログ信号をＡ／Ｄ変換部４１によってデジタル値Ｄ１に変換し、制御部５に出力する。また電流検出回路４は、電流センサ３の出力を受け、ＤＣ／ＡＣインバータ１から出力された交流電流中に含まれる直流分の大きさを検出する直流分検出回路１０を有している。直流分検出回路１０から出力された、直流分の大きさを示すアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換部４２によってデジタル値Ｄ２に変換され、制御部５に与えられる。ここでは電流検出回路４は、ＤＣ／ＡＣインバータ１から出力される交流電流の電流値を示す電流検出値として、デジタル値Ｄ１，Ｄ２を出力する。
【００２５】
商用電源系統２に出力される交流電流に直流分が含まれると、商用電源系統２が持つトランスに偏磁作用を生じさせ、トランスに過大な電流が流れるなどの悪影響を与える。このため、省令を基にした系統連携規定では、商用電源系統２に流出する交流電流が含む直流分は、定格交流出力電流の１％以下であることが定められている。図１の構成では、商用電源系統２に出力される交流電流に含まれる直流分を検出できるように、直流分検出回路１０を設けている。このような直流分検出回路１０は、オペアンプ等を用いたアナログ回路によって、実現可能である。
【００２６】
制御部５は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部５１と、保護制御部５２と、調整動作制御部５３と、直流分規定値を記憶する記憶部５４とを備えている。直流分規定値とは、ＤＣ／ＡＣインバータ１から出力される交流電流に含まれる直流分の規定値であって、ここでは例えば、交流電流に含まれる直流分の上限値とする。制御部５は具体的には例えば、マイクロコンピュータとプログラムの組合せ、あるいは、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)等によって実現される。ＰＷＭ制御部５１は、電流検出回路４から出力された、交流電流の大きさを示すデジタル値Ｄ１、およびその直流分を示すデジタル値Ｄ２を用いて、ＤＣ／ＡＣインバータ１のスイッチングを制御する。例えば、ＰＷＭ制御部５１は、デジタル値Ｄ１が示す交流電流の実効値を、目標とする実効値と比較し、これらの差がより小さくなるように、ＤＣ／ＡＣインバータ１のスイッチングを制御するゲート信号を生成する。
【００２７】
保護制御部５２は、ＤＣ／ＡＣインバータ１と商用電源系統２との接続を強制的に遮断する必要があるか否かを判断する。保護制御部５２は、直流分を示すデジタル値Ｄ２を受け、デジタル値Ｄ２が、記憶部５４に記憶された直流分規定値に基づく条件を満たしていないとき、保護装置６に保護指令を出力する。ここでは保護制御部５２は、デジタル値Ｄ２が、記憶部５４に記憶された直流分規定値を超えているとき、保護装置６に保護指令を出力するものとする。保護装置６は、ＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線に設けられており、保護指令を受けたとき、ＤＣ／ＡＣインバータ１と商用電源系統２との接続を遮断する。保護装置６は、例えばリレーによって実現される。すなわち、交流電流に含まれる直流分を示すデジタル値Ｄ２が直流分規定値を超えているとき、保護制御部５２から出力される保護指令に従って、保護装置６により、ＤＣ／ＡＣインバータ１と商用電源系統２との接続が遮断される。
【００２８】
調整動作制御部５３は、後述する直流分規定値調整工程において、調整動作指令を直流分調整回路２０に出力する。直流分調整回路２０は、調整動作指令に従って動作し、調整動作指令を受けたとき、ＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線に、所定の直流電流である基準電流を出力するように構成される。調整動作指令を受けた直流分調整回路２０が基準電流を出力している状態において、調整動作制御部５３は、直流分を示すデジタル値Ｄ２を受け、このデジタル値Ｄ２を基にして、直流分規定値を求め、求めた直流規定値を記憶部５４に保存する。記憶部５４にすでに直流分規定値が保存されているときは、これを新たに求めた直流分規定値によって更新する。ここで、調整動作制御部５３は、直流分調整回路２０から出力される基準電流の大きさと直流分規定値との関係を、予め記憶しており、この関係を用いて、デジタル値Ｄ２から直流分規定値を算出する。
【００２９】
図２は図１の構成における直流分調整回路２０の具体的構成例である。図２では、直流分調整回路２０は、所定の直流電流である基準電流を出力する電流源２１と、電流源２１と接続されており、開閉状態が切替可能であり、調整動作指令に従って開閉動作を行う開閉器２２とを備えている。開閉器２２は、調整動作指令を受けたとき閉状態になる。開閉器２２が閉状態になると、電流源２１から所定の基準電流が流れ、これが電流センサ３によって検出される。
【００３０】
実際の使用環境において、直流分調整回路２０を用いて、所定の直流電流をＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線に流すことによって、この状態における電流センサ３の出力を用いて、直流分の規定値を設定することが可能になる。なお、直流分調整回路２０の構成は、図２に示したものに限られるものではなく、調整動作指令に従って、所定の直流電流である基準電流を出力可能な構成であれば、どのような構成であってもよい。
【００３１】
実施形態に係るパワーコンディショナーの、直流分規定値を調整する動作について説明する。図３は直流分規定値調整工程が実行されるタイミングの一例を示すフローチャートであり、図４は直流分規定値調整工程における動作の流れを示すフローチャートである。
【００３２】
図３に示すように、直流分規定値調整工程Ｓ１０は、例えば、パワーコンディショナーの運転開始時に実行される。すなわち、パワーコンディショナーが停止している状態において（Ｓ１）、連系運転開始信号が投入されると（Ｓ２）、連系運転準備工程Ｓ３に移行する。この連系運転準備工程Ｓ３において、他の工程ととともに、直流分規定値調整工程Ｓ１０が実行される。その後、連系運転が開始される（Ｓ４）。パワーコンディショナーが運転されている状態において、連系運転停止信号が投入されると（Ｓ５）、パワーコンディショナーは停止する。
【００３３】
直流分規定値調整工程Ｓ１０は、例えば図４に示すように実行される。まず、調整動作制御部５３は、調整動作指令を出力する（Ｓ１１）。例えば、調整動作制御部５３は、パワーコンディショナーが停止している状態において、連系運転開始信号が投入されたとき、調整動作指令を出力するように構成されている。直流分調整回路２０は、調整動作制御部５３から出力された調整動作指令を受けると、開閉器２２が閉状態になる。すると、直流分調整回路２０から、電流源２１により、所定の直流電流である基準電流が出力される（Ｓ１２）。この基準電流は電流センサ３によって検出され、直流分検出回路１０は、この基準電流の電流値を直流分として検出する。そしてＡ／Ｄ変換回路４２から、直流分を示すデジタル値Ｄ２が出力される。調整動作制御部５３は、デジタル値Ｄ２、すなわち、直流分調整回路２０から出力された基準電流の電流検出値を取得する（Ｓ１３）。調整動作制御部５３は、直流分調整回路２０から出力される基準電流の大きさと直流分規定値との関係を予め記憶しており、この関係に従って、デジタル値Ｄ２に基づいて直流分規定値を算出し、記憶部５４に保存する（Ｓ１４）。その後、調整動作制御部５３は、調整動作指令を停止する（Ｓ１５）。これにより、直流分調整回路２０は、開閉器２２が開状態になり、基準電流の出力を停止する（Ｓ１６）。以上のような動作により、直流分規定値調整工程Ｓ１０が実行される。
【００３４】
以上のように本実施形態によると、パワーコンディショナーは、所定の直流電流である基準電流を出力可能である直流分調整回路２０を備えている。この直流分調整回路２０は、調整動作指令を受けたとき、基準電流をＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線に流す。調整動作指令を直流分調整回路２０に与え、基準電流をＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線に流した状態で、ＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線に設けられた電流センサ３の出力から、直流分を示す値を得る。そして、この値から、交流電流に含まれる直流分の規定値を設定する。これにより、実際の使用環境において、直流分の規定値を適切に設定することができる。したがって、パワーコンディショナーの使用環境や電流センサ３の個体差に左右されることなく、交流電流に含まれる直流分の増大を精度良く検出することができる。また、パワーコンディショナーを生産する際に、直流分の規定値を調整する工程を行う必要がなくなるため、生産効率が向上する。さらには、性能が低いが安価な電流センサ３を用いることが可能になる。
【００３５】
なお、ここでの説明では、電流センサ３は、ＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線に設けられているものとしたが、これに限られるものではない。例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線とは絶縁された電力線が、電流センサ３を通過する構成もあり得る。このような構成では、直流分調整回路２０は、調整動作指令を受けたとき、基準電流をＤＣ／ＡＣインバータ１の出力電力線とは絶縁された、電流センサ３を通過する電力線に流すようにしてもよい。
【００３６】
そして、調整動作制御部５３によって、直流分調整回路２０に調整動作指令が出力され、直流分調整回路２０が基準電流を出力している状態において、調整動作制御部５３が、電流検出値から得られた、交流電流に含まれる直流分を示す値を基にして、交流電流に含まれる直流分の規定値を求め、記憶部５４に保存する。これにより、交流電流に含まれる直流分の規定値が、精度良く、制御部５内に設定される。
【００３７】
また、図３のタイミングで直流分規定値調整工程Ｓ１０を実行することによって、交流電流に含まれる直流分の規定値が、パワーコンディショナーの運転開始時において、精度良く、制御部５内に設定される。
【００３８】
また、保護制御部５２が、記憶部５４に保存された直流分規定値に基づいて、保護指令を出力することによって、交流電流に含まれる直流分の増大に基づいた、パワーコンディショナーからの出力の遮断を、精度良く、実行することができる。
【００３９】
なお、上の実施形態では、直流分規定値調整工程Ｓ１０は、連系運転開始信号が投入された後の連系運転準備工程Ｓ３において実行されるものとした。ただし、直流分規定値を調整するタイミングは、これに限られるものではない。
【００４０】
また、上の実施形態では、制御部５内の調整動作制御部５３が、直流分調整回路２０に調整動作指令を与えるものとした。ただし、直流分調整回路２０に調整動作指令を与える主体はこれに限られるものではなく、制御部５以外から調整動作指令を与えるようにしてもかまわない。例えば、パワーコンディショナーの外部から、直流分調整回路２０に直接、調整動作指令を与えるようにしてもかまわない。
【００４１】
また、上の実施形態では、記憶部５４に保存する直流分規定値は、交流電流に含まれる直流分の上限値とし、直流分を示す値が直流分規定値を超えているとき、保護装置６に保護指令を出力するものとした。ただし、直流分規定値の決め方、および、直流分の増大を判断するための条件は、ここで示したものに限られるものではない。
【００４２】
また、上の実施形態では、交流電流の直流分を示す値は、電流センサ３の出力から、アナログ回路によって実現される直流分検出回路１０を用いて、取得されるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、制御部５において、交流電流の電流値を示すデジタル値Ｄ１を用いて、所定の演算により、交流信号の直流分を示す値を求めるようにしてもよい。この場合は、直流分検出回路１０およびＡ／Ｄ変換部４２は不要になり、電流検出回路１０は、ＤＣ／ＡＣインバータ１から出力される交流電流の電流値を示す電流検出値として、デジタル値Ｄ１のみを出力する。一方、制御部５は、デジタル値Ｄ１から、交流信号の直流分を示す値を演算する機能を、有する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明では、パワーコンディショナーにおいて、交流電流に含まれる直流分の増大を精度良く検出可能となり、また、パワーコンディショナーのコストダウンにも有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ＤＣ／ＡＣインバータ
２  商用電源系統
３  電流センサ
４  電流検出回路
５  制御部
６  保護装置
２０  直流分調整回路
２１  電流源
２２  開閉器
５２  保護制御部
５３  調整動作制御部
５４  記憶部
【図１】
2017099056.tif 000003
【図２】
2017099056.tif 000004
【図３】
2017099056.tif 000005
【図４】
2017099056.tif 000006