(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統に連系し、
太陽電池から出力される出力電圧が入力され、その入力電圧をインバータの入力に必要な電圧に変換して出力するコンバータと、
コンバータからの出力電圧およびインバータへの入力電圧を平滑する平滑回路と、
平滑回路の平滑された出力電圧を検出し、その出力電圧からリプル電圧を検出するリプル電圧検出手段と、
平滑回路から出力される平滑された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、
インバータから出力される出力電流を検出する出力電流検出手段と、
検出されたインバータの出力電流および前記商用電力系統の周波数に基づいて許容リプル電圧を演算する許容リプル電圧演算手段と、
検出されたリプル電圧と許容リプル電圧の関係から装置の寿命を判断する装置寿命判断手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光発電用電力変換装置において、商用電力系統の周波数を検出する検出回路を備え、許容リプル電圧演算手段は前記検出回路が検出した前記商用電力系統の周波数に基づき許容リプル電圧を演算することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項３】
請求項１乃至２に記載の太陽光発電用電力変換装置において、装置寿命であると判断された場合、その旨を報知する装置寿命報知手段を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の太陽光発電用電力変換装置において、装置寿命であると判断された場合、装置を停止させる装置停止手段を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電用電力変換装置に係り、詳しくは、例えば、太陽電池を用いた分散型電源に使用する太陽光発電用電力変換装置に適用することができ、特に、装置の寿命を検知する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、系統電源と連系して運転される分散型電源システムについては、例えば、特開平７−１７０６６１号公報で報告されたものが挙げられる。以下に、具体的に図面を用いて説明する。
図６は従来の分散型電源システムの構成を示す概略図である。図６において、１０１は商用電源の電力系統であり、発電所の主電源１０２と、この発電所１０２からの電力を降圧して配電する変電所１０３と、配電線１０４に設けられた遮断器１０５と、供給された電力を降圧して各家庭に供給する柱上変圧器１０６とを備えている。
【０００３】
１０７は各家庭に設置された分散型電源であり、この分散型電源１０７は、太陽電池１０８と、この太陽電池１０８から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ１０９とを備えている。１１０は系統連系保護装置であって、商用電源の電力系統１０１から分散型電源１０７を切り離す遮断器１１１と、分散型電源１０７の系統内の周波数変動や電圧変動、あるいは商用電源の電力系統１０１における遮断器１０５の開成を検知して、遮断器１１１を開成させる開成検知回路１１２とを備えている、なお、１１３は家庭内負荷である。
【０００４】
この分散電源システムにおいては、太陽電池１０８から直流電力が出力されると、インバータ１０９によって所定周波数の交流電力に変換されてその交流電力が家庭内負荷１１３に供給される一方、この分散型電源からの交流電力で賄えない電力が、商用電源の電力系統１０１から供給される。
【０００５】
系統連系保護装置１１０には、点検時期報知装置１１４が取付けられており、この点検時期報知装置１１４は、分散型電源１０７の保守点検時期を演算する点検時期演算手段１１９と、この点検時期演算手段１１９の出力に基づいて、次回の保守点検時期を報知する報知手段としての表示部１１５とが設けられている。
【０００６】
そして、点検時期演算手段１１９は、マイクロコンピュータで構成されており、前回の保守点検の日時および保守点検が必要となる期間などのデータが記憶されるＲＡＭ等のメモリからなる記憶部１１６と、時間を計測するタイマ部１１７と、記憶部１１６のデータおよびタイマ部１１７の出力に基づいて、次の保守点検日を演算するＣＰＵからなる演算部１１８とを有している。
【０００７】
図７は図６に示す分散型電源システムにおける保守点検時期の表示処理を示すフローチャートである。
記憶部１１６には、保守点検が行われるたびに、点検者が図示しない入力部を操作して、保守点検を行った日時の入力データが記憶されている。まず、演算部１１８は、記憶部１１６から前回の保守点検が行われた日時を読込み(ステップｎ１)、次に、タイマ部１１７の出力から現在の日付を読取る(ステップｎ２)。そして、演算部１１８は、前回の保守点検の日時と現在の日時とから、次の点検時期の日時を演算する(ステップｎ３)。
【０００８】
次に、現在の日付が、記憶部１１６のデータに基づいて得られた次の保守点検の日付になっていないか否かを判断し(ステップｎ４)、次の保守点検の日付になっていないときには、次回の点検時期の日時と現在の日時との差を求めて(ステップｎ５)、点検時期までの日数を演算する(ステップｎ５)。そして、この次の保守点検日までの日数を表示部１１５に表示する(ステップｎ６)。
【０００９】
また、次の保守点検の日付になっていると判断したときには、保守点検日がきたことを表示部１１５に表示する(ステップn７)。これにより、ユーザは、保護装置１１０の表示部１１５の表示を見ることによって、次の保守点検日までの日数あるいは保守点検日がきたことを知ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来技術では、保守点検の実施時期を一定期間経過後としたり、インバータ１０９の動作条件を基に演算するため、実際にシステムの寿命時期であることを検出することが困難であった。特に、太陽電池を発電源とし、これに電力変換装置等を組み合わせて構成したシステムでは、装置の稼動状況がシステムの設置条件や天候などに左右されるため、システム毎に正確に寿命時期を検出することができなかった。従って、適切な時期に保守点検を実施することが困難であった。
【００１１】
そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたもので、システムの設置条件や天候等の影響を受けることなく、装置の寿命時期を正確に、かつ容易に検出することができ、適切な時期に保守点検を容易に実施することができる太陽光発電用電力変換装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、商用電力系統に連系する太陽光発電用電力変換装置であって、太陽電池から出力される出力電圧が入力され、その入力電圧をインバータの入力に必要な電圧に変換して出力するコンバータと、コンバータからの出力電圧およびインバータへの入力電圧を平滑する平滑回路と、平滑回路の平滑された出力電圧を検出し、その出力電圧からリプル電圧を検出するリプル電圧検出手段と、平滑回路から出力される平滑された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、インバータから出力される出力電流を検出する出力電流検出手段と、検出されたインバータの出力電流および商用電力系統の周波数に基づいて許容リプル電圧を演算する許容リプル電圧演算手段と、検出されたリプル電圧と許容リプル電圧の関係から装置の寿命を判断する装置寿命判断手段とを有するものである。
【００１３】
第２の発明は、上記第１に記載の発明において、商用電力系統の周波数を検出する検出回路を備え、許容リプル電圧演算手段が前記検出回路が検出した前記商用電力系統の周波数に基づき許容リプル電圧を演算するものである。
【００１４】
第３の発明は、上記第１乃至第２に記載の発明において、装置寿命であると判断された場合、その旨を報知する装置寿命報知手段を有するものである。
【００１５】
第４の発明は、上記第１乃至第３に記載の発明において、装置寿命であると判断された場合、装置を停止させる装置停止手段を有するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明に係る実施の形態１における太陽光発電用電力変換装置の要部構成図である。図示例は、複数の太陽電池の電力を入力して、系統と連系運転を行う系統連系インバータの構成を例示したものである。図１において、太陽電池アレイ８は、系統連系インバータ３６に接続され、太陽電池アレイ８の出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０に入力される。
【００１７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、太陽電池アレイ８から出力される入力電圧が入力され、その入力電圧をインバータ９の入力に必要な電圧に変換して出力する。平滑回路２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０からの出力電圧およびインバータ９への入力電圧を平滑する。インバータ９は、平滑回路２１から出力される平滑された直流電力を交流電力に変換して出力し、連系リレー２３を経由して商用電力系統１に連系する。
【００１８】
電圧検出手段３０は、平滑回路２１の平滑された出力電圧を検出する。具体的には、電圧検出手段３０は、例えば、平滑回路２１を構成するコンデンサ等の両端電圧から電圧を検出する。リプル電圧検出手段３１は、検出された平滑回路２１の出力電圧からリプル電圧を検出する。
【００１９】
具体的には、リプル電圧検出手段３１は、例えば、平滑回路２１の検出信号から商用電力系統１の周波数に起因する高調波リプル成分を検出したり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の動作に起因する電圧の変動を検出したりすることにより、リプル電圧を検出する。許容リプル電圧記憶手段３３は、メモリ等で構成され、太陽光発電用電力変換装置（以下、装置と記す）の寿命を検出するための基準値となる許容リプル電圧の所定値が予め記憶されている。
【００２０】
ここでは、例えば、インバータ９の定格出力電流を２０(Vrms)とし、商用電力系統１の周波数を６０(Ｈｚ)とし、単相とし、平滑回路２１に定格静電容量３３００(μF)の電解コンデンサを使用した。この条件の時、許容リプル電圧の所定値は、５.５(Vrms)となる。なお、許容リプル電圧Ｖは、(０.４３５×ｉ)／（２×π×ｆ×ｃ×ａ）より求めることができる。但し、ａは定数(商用電力系統１が単相の場合は２)であり、ｉはインバータ９の出力電流[Arms]であり、πは定数（３.１４）であり、ｆは商用電力系統１の周波数[Ｈｚ]であり、ｃはコンデンサの静電容量の許容下限値[Ｆ]である。
【００２１】
比較判断手段３２は、リプル電圧検出手段３１により検出されたリプル電圧と許容リプル電圧記憶手段３３から読み出した許容リプル電圧とを比較し、検出されたリプル電圧が許容リプル電圧を超えると、装置が寿命であると判断し、検出されたリプル電圧が許容リプル電圧以下であると、装置は寿命でないと判断して、その結果を制御回路２４へ出力する。
【００２２】
寿命検出手段２６は、電圧検出手段３０と、リプル電圧検出手段３１と、許容リプル電圧記憶手段３３と、比較判断手段３２とから構成される。ここで、リプル電圧検出手段３１と比較判断手段３２と許容リプル電圧記憶手段３３は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ここでは、許容リプル電圧は、許容リプル電圧記憶手段３３により予め記憶するように構成したが、ハードウェア(回路定数)で予め設定することも可能であるので、許容リプル電圧設定手段(図示しない)により予め設定するように構成してもよい。
【００２３】
そして、制御回路２４は、比較判断手段３２から出力される寿命の出力結果が入力されると、インバータ９に運転停止信号を送るとともに、連系リレー２３に開信号送り、更に、装置が寿命である旨を表示部１５に表示させる。これにより、装置は停止されるとともに、ユーザに対して装置が寿命である旨が表示される。
【００２４】
一方、制御回路２４は、比較判断手段３２から出力される寿命でない旨の出力結果が入力されると、インバータ９に運転信号を送るとともに、連系リレー２３に閉信号送り、装置が通常状態である旨を表示部１５に表示させる。これにより、装置は運転状態が維持されるとともに、ユーザに対して装置が通常状態である旨が表示される。
【００２５】
機器の寿命を決める部品となるコンデンサの寿命は通常、温度の影響を受け易い。しかしながら、従来技術では、周囲温度を基にコンデンサの寿命を演算していた。このため、太陽光発電用電力変換装置では、コンデンサの周囲温度がシステムの設置条件や天候等による変動が大きいため、正確に演算することは困難であった。
【００２６】
これに対し、本実施の形態では、コンデンサが劣化してきた際に起こる静電容量低下によりリプル電圧が増加する現象を利用し、コンデンサから構成される平滑回路２１の出力電圧に現れるリプル電圧を検出することにより、コンデンサの劣化を直接的に検出することができる。
【００２７】
このように、本実施の形態では、コンデンサ劣化を示すリプル電圧を検出し、これと装置寿命の基準となる許容リプル電圧を比較して、装置寿命を判断するようにしたため、システムの設置条件や天候等の影響を受けることなく、装置の寿命時期を正確に、かつ容易に検出することができる。このため、適切な時期に保守点検を容易に実施することができる。また、その装置が寿命により異常状態となる前に装置の寿命を検出して、装置を安全に停止することができる。また、ユーザは、表示部１５を見て装置の寿命時期を知ることができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態１では、装置が寿命であると判断すると、制御回路２４により、装置を停止させる動作と、表示部１５に寿命である旨を表示させる動作との両方の動作を行うように構成したが、装置を停止させる動作と、表示部１５に寿命である旨を表示させる動作のうち、両方ではなく、何れか一方の動作を行うように構成してもよい。
【００２９】
上記実施の形態１においては、ユーザに装置が寿命である旨を知らせるために、装置が寿命である旨を報知する手段として、表示部１５に表示するように構成したが、図２に示すように、ユーザに装置が寿命である旨を知らせるために、別の報知手段として、ブザー等で音を発生させたり、音声で発したりする音出力部１５ａで構成してもよい。
【００３０】
実施の形態２．
図３は本発明に係る実施の形態２における太陽光発電用電力変換装置の要部構成図である。図示例も、実施の形態１と同様、複数の太陽電池の電力を入力して、系統と連系運転を行う系統連系インバータの構成を例示したものである。実施の形態１と異なる点は、寿命検出手段の構成にインバータの出力電流を検出する電流検出手段および該回路出力を基に許容リプル電圧値を演算する演算手段を設けた点と、表示部をリモートコントローラ等に取り付けた点である。以下、具体的に説明する。
【００３１】
図３において、太陽電池アレイ８は、系統連系インバータ３６に接続され、太陽電池アレイ８の出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、太陽電池アレイ８から出力される入力電圧が入力され、その入力電圧をインバータ９の入力に必要な電圧に変換して出力する。平滑回路２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０からの出力電圧およびインバータ９への入力電圧を平滑する。
【００３２】
インバータ９は、平滑回路２１から出力される平滑された直流電力を交流電力に変換して出力し、連系リレー２３を経由して商用電力系統１に連系する。電圧検出手段３０は、平滑回路２１の平滑された出力電圧を検出する。具体的には、電圧検出手段３０は、例えば、平滑回路２１を構成するコンデンサ等の両端電圧から電圧を検出する。リプル電圧検出手段３１は、検出された平滑回路２１の出力電圧からリプル電圧を検出する。
【００３３】
具体的には、リプル電圧検出手段３１は、例えば、平滑回路２１の検出信号から商用電力系統１の周波数に起因する高調波リプル成分を検出したり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の動作に起因する電圧の変動を検出したりすることにより、リプル電圧を検出する。また、電流検出手段３４は、インバータ９から出力される出力電流を検出し、演算手段３５は、この検出されたインバータ９の出力電流を基に許容リプル電圧を演算する。
【００３４】
演算手段３５における演算例としては、例えば、Ｖ＝Ｉ／（２×π×ｆ×Ｃ×ａ）を用いる。ここで、Ｖは許容リプル電圧[Ｖ]、Ｉはインバータ９の出力電流[Ａ]、ｆは商用電力系統１の周波数[Ｈｚ]、Ｃはコンデンサ静電容量の許容下限値[Ｆ]、ａは定数（商用電力系統が単相の場合は２）である。
【００３５】
なお、平滑回路２１に定格静電容量３３００[μＦ]の電解コンデンサを使用し、インバータ９の出力電流Ｉは１０[Arms]、商用電力系統１の周波数ｆは６０[Ｈｚ]、コンデンサ静電容量の許容下限値Ｃは１７００[μＦ]、ａは２（商用電力系統が単相の場合）とした場合の許容リプル電圧Ｖは３.４[Vrms]となる。商用電力系統１の周波数ｆは、検出回路(図示せず)による検出値を用いてもよいし、予め設定された所定値を用いてもよい。前者の検出周波数によれば、後者より精度を高めることができ好ましい。
【００３６】
比較判断手段３２は、リプル電圧検出手段３１により検出されたリプル電圧と
演算手段３５により演算された許容リプル電圧とを比較し、検出されたリプル電圧が許容リプル電圧を超えると、装置が寿命であると判断し、検出されたリプル電圧が許容リプル電圧以下であると、装置は寿命でないと判断して、その結果を制御回路２４へ出力する。
【００３７】
寿命検出手段２６は、電圧検出手段３０と、リプル電圧検出手段３１と、電流検出手段３４と、演算手段３５と、比較判断手段３２とから構成される。ここで、リプル電圧検出手段３１、比較判断手段３２、演算手段３５は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。
【００３８】
そして、制御回路２４は、比較判断手段３２から出力される寿命の出力結果が入力されると、インバータ９に運転停止信号を送るとともに、連系リレー２３に開信号送り、更に、装置が寿命である旨を遠隔にあるリモートコントローラ４６の表示部１５に表示させる。これにより、装置は停止されるとともに、遠隔のユーザに対して装置が寿命である旨が表示される。
【００３９】
一方、制御回路２４は、比較判断手段３２から出力される寿命でない旨の出力結果が入力されると、インバータ９に運転信号を送るとともに、連系リレー２３に閉信号送り、装置が通常状態である旨を遠隔にあるリモートコントローラ４６の表示部１５に表示させる。これにより、装置は運転状態が維持されるとともに、遠隔のユーザに対して装置が通常状態である旨が表示される。
【００４０】
実施の形態１の場合では、太陽電池の発電量が小さい場合、インバータ９の出力電流が小さくなり、検出リプル電圧Ｖも小さくなる。このように、インバータ９の出力電流が常に小さかった場合、実施の形態１では、いつまでたっても検出リプル電圧が大きくならず、平滑回路２１を構成するコンデンサが、容量が低下して寿命になっても、リプル電圧が許容リプル電圧に達しなくなり好ましくない。
【００４１】
これに対し、本実施の形態では、インバータ９の出力電流を検出し、この検出されたインバータ９の出力電流を基に許容リプル電圧を演算により求めるようにしたため、インバータ９の出力電流が小さくても、これに応じた許容リプル電圧を設定することができる。このため、実施の形態１の場合よりも、寿命の検出精度を向上させるできる。即ち、平滑回路２１の出力における商用電力系統１の周波数に起因する高調波リプル成分は、インバータ９の出力電流の大きさによって変化するが、本実施の形態においては、その影響を受け難くすることができる。また、表示部１５を系統連系インバータ３６から離して設置できるので、よりユーザの見易い位置に適宜設置することで、ユーザへの認知度を高めることができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態２では、許容リプル電圧を演算する際に、インバータ出力電流検出値を用いたが、インバータ９の制御方式が出力電流制御方式の場合、制御回路２４にて演算されるインバータ出力電流指令値を用いても、同様の効果が得られる。
【００４３】
上記実施の形態２においては、許容リプル電圧Ｖとインバータ９の出力電流Ｉは、図４に示すように、実効値を用いてもよいし、Ｐ−Ｐ(Peak  to  Peak)値などを用いても同様の効果が得られる。図４に示す波形例は、インバータ９の出力電流Ｉは１０[Arms]、商用電力系統１の周波数ｆは６０[Ｈｚ]、コンデンサ静電容量の許容下限値Ｃは１７００[μＦ]、πは３.１４（定数）、ａは２(定数)の場合である。Ｐ−Ｐ値は、９.６[Vp-p](実効値では３.４[Vrms]相当)である。
【００４４】
上記実施の形態２においては、ユーザに装置が寿命である旨を知らせるために、装置が寿命である旨を報知する報知手段として、表示部１５に表示するように構成したが、図５に示すように、ユーザに装置が寿命である旨を知らせるために、別の報知手段として、ブザー等で音を発生させたり、音声で発したりする音出力部１５ａで構成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、太陽電池から出力される出力電圧が入力された入力電圧を、コンバータにより、インバータの入力に必要な電圧に変換し、平滑回路により、コンバータからの出力電圧およびインバータへの入力電圧を平滑し、その平滑回路の平滑された出力電圧を検出して、リプル電圧検出手段により、その出力電圧からリプル電圧を検出し、平滑回路から出力される平滑された直流電力を、インバータにより、交流電力に変換し、出力電流検出手段により、インバータから出力される出力電流を検出し、検出されたインバータの出力電流に基づいて、許容リプル電圧演算手段により、許容リプル電圧を演算し、検出されたリプル電圧と許容リプル電圧の関係から、装置寿命判断手段により、装置の寿命を判断するように太陽光発電用電力変換装置を構成することにより、インバータの出力電流を検出し、この検出されたインバータの出力電流を基に許容リプル電圧を演算により求めるようにしたため、インバータの出力電流が小さくても、これに応じた許容リプル電圧を設定することができる。このため、装置寿命の検出精度を向上させることができる。
【００４６】
このように、劣化を示すリプル電圧を検出し、これと装置寿命の基準となる許容リプル電圧を比較して、装置寿命を判断するようにしたため、システムの設置条件や天候等の影響を受けることなく、装置の寿命時期を正確に、かつ容易に検出することができる。このため、適切な時期に保守点検を容易に実施することができる。また、その装置が寿命により異常状態となる前に装置の寿命を検出して、装置を安全に停止することができる。
【００４７】
第２の発明によれば、検出回路を用いて検出した商用電力系統の周波数に基づき許容リプル電圧を演算するため、太陽光発電用電力変換装置に予め設定された商用電力系統の周波数に基づき演算するよりも、許容リプル電圧の精度を高めることができる。
【００４８】
第３の発明によれば、上記第１乃至第２に記載の発明において、装置寿命であると判断された場合、装置寿命報知手段により、その旨を報知するように構成することにより、装置が寿命により異常停止する前に、ユーザに装置の寿命であることを知らせることができる。
【００４９】
第４の発明によれば、上記第１乃至第３に記載の発明において、装置寿命であると判断された場合、装置停止手段により、装置を停止させるように構成することにより、装置が寿命により異常停止する前に、装置を停止してメンテナンスすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る実施の形態１における太陽光発電用電力変換装置の要部構成図である。
【図２】  本発明に適用できる太陽光発電用電力変換装置の要部構成図である。
【図３】  本発明に係る実施の形態２における太陽光発電用電力変換装置の要部構成図である。
【図４】  本発明に適用できる平滑回路の出力電圧のリプル成分波形例を示す図である。
【図５】  本発明に適用できる太陽光発電用電力変換装置の要部構成図である。
【図６】  従来の分散型電源システムの構成を示す概略図である。
【図７】  図６に示す分散型電源システムにおける保守点検時期の表示処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  商用電力系統、８  太陽電池アレイ、９  インバータ、１５  表示部、１５ａ  音出力部、２０  ＤＣ−ＤＣコンバータ、２１  平滑回路、２３  連系リレー、２４  制御回路、２６  寿命演算手段、３０  電圧検出手段、３１  リプル電圧検出手段、３２  比較判断手段、３３  許容リプル電圧記憶手段、３４  電流検出手段、３５  演算手段、３６  系統連系インバータ、４６  リモートコントローラ。
【図１】
0004239426.tif 000002
【図２】
0004239426.tif 000003
【図３】
0004239426.tif 000004
【図４】
0004239426.tif 000005
【図５】
0004239426.tif 000006
【図６】
0004239426.tif 000007
【図７】
0004239426.tif 000008