(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々別個の直流電源に接続される複数台のインバータ装置を備え、前記複数台のインバータ装置が交流系統に連系されている電源システムであって、
前記交流系統の高調波及び周辺環境の電波ノイズを監視する監視装置を備え、
前記監視装置の監視結果に基づいて前記複数台のインバータ装置各々のＰＷＭ周波数を可変制御することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
ＰＬＣを用いて前記複数台のインバータ装置各々のＰＷＭ周波数を可変制御する請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記監視装置が前記交流系統の周波数を監視する請求項１又は請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記交流系統に設けられる変電所遮断器から伝送される遮断信号を前記複数台のインバータ装置各々に転送する転送遮断装置を備え、
前記転送遮断装置からの転送信号によって前記複数台のインバータ装置全てを同時に運転停止させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項５】
ＰＬＣを用いて前記転送遮断装置の転送信号を伝送することによって、前記複数台のインバータ装置全てを同時に運転停止させる請求項４に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々別個の直流電源に接続される複数台のインバータ装置を備え、前記複数台のインバータ装置が交流系統に連系されている電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
各々別個の直流電源に接続される複数台のインバータ装置を備え、前記複数台のインバータ装置が交流系統に連系されている電源システムの従来の一般的な構成を図１１に示す。
【０００３】
図１１に示す従来の電源システムは、直流電源である太陽電池モジュール１＿１〜１＿ｎに接続されるｎ台（ｎは２以上の自然数）のインバータ装置２＿１〜２＿ｎを備え、ｎ台のインバータ装置２＿１〜２＿ｎが交流系統３に連系されており、負荷４に交流電力を供給している。なお、インバータ装置はパワーコンディショナとも称される。また、インバータ装置２＿１〜２＿ｎは全て同一のＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）周波数でスイッチングを行っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１８７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１１に示す従来の電源システムは、インバータ装置２＿１〜２＿ｎが太陽電池モジュール１＿１〜１＿ｎからの直流電力をＰＷＭ周波数でスイッチングして交流電力を生成する際にノイズが発生し、そのノイズが太陽電池モジュール１＿１〜１＿ｎをアンテナとして空間に放出される。その空間に放出されるノイズ（電波ノイズ）が近隣に与える影響が把握されておらず、定量化もされていないことが問題視されている。
【０００６】
人体保護に対する電波規制として、総務省が策定した「電波防護指針」があり、その規制値は図１２に示すようになっているが、図１１に示す従来の電源システムでは上述した通り太陽電池モジュール１＿１〜１＿ｎから放出される電波ノイズが近隣に与える影響が把握されておらず、定量化もされていないため、この「電波防護指針」が尊守されているか否かが不明であった。
【０００７】
また、図１１に示す従来の電源システムは、インバータ装置２＿１〜２＿ｎが太陽電池モジュール１＿１〜１＿ｎからの直流電力をＰＷＭ周波数でスイッチングして交流電力を生成するので、ハイレベル出力とローレベル出力とが繰り返される。この「ハイレベル出力とローレベル出力との繰り返し」と「インバータ装置内部のＬＣ成分」とによって、インバータ装置２＿１〜２＿ｎから高調波電流が出力される。そして、インバータ装置２＿１〜２＿ｎから出力される高調波電流が交流系統３へ流入し、交流系統３各部のインピーダンスによって系統電圧に高調波電圧歪みが生じるために、交流系統３から交流電力を受け取っている機器全てに影響を与えてしまうという問題がある。
【０００８】
太陽光発電システム導入における電力品質に関する法令や公的基準が各種定められており、その中に高調波に関するものが存在するが（以下に示す表１参照）、図１１に示す従来の電源システムではその規定を尊守できないおそれがあった。
【表１】
0005047829.tif 000002
【０００９】
また、図１１に示す従来の電源システムは、交流系統３に故障が発生すると、インバータ装置２＿１〜２＿ｎの単独運転検出機能を利用して、全数単独運転禁止を試みることができるが、単独運転検出するタイミングがインバータ装置２＿１〜２＿ｎ各々でまちまちであるため、全数の結果が不一致になる場合や或るインバータ装置からリターンされる電圧波形が他のインバータ装置のものと混ざり合って誤検出になる場合等があるため、全数単独運転禁止にならない可能性があるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の状況に鑑み、外部に与える悪影響を抑制することができる電源システムを提供することを第１の目的とする。また、本発明は、上記の状況に鑑み、連系している交流系統が故障した際に全てのインバータ装置を確実に停止することができる電源システムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の目的を達成するために本発明に係る電源システムは、各々別個の直流電源に接続される複数台のインバータ装置を備え、前記複数台のインバータ装置が交流系統に連系されている電源システムであって、前記交流系統の高調波及び／又は周辺環境の電波ノイズを監視する監視装置を備え、前記監視装置の監視結果に基づいて前記複数台のインバータ装置各々のＰＷＭ周波数を可変制御するようにしている。
【００１２】
このような構成によると、交流系統の高調波及び／又は周辺環境の電波ノイズの周波数を監視する監視装置の監視結果に基づいて複数台のインバータ装置各々のＰＷＭ周波数を可変制御するので、外部に与える悪影響を抑制することができる。
【００１３】
また、上記構成の電源システムにおいて、ＰＬＣを用いて前記複数台のインバータ装置各々のＰＷＭ周波数を可変制御するようにしてもよい。これにより、別途通信線を設ける必要がなくなる。
【００１４】
また、上記各構成の電源システムにおいて、前記監視装置が前記交流系統の周波数を監視するようにしてもよい。これにより、交流系統の周波数を変動管理目標値にすることが可能となる。
【００１５】
また、上記各構成の電源システムにおいて、さらに上記第２の目的を達成するために、前記交流系統に設けられる変電所遮断器から伝送される遮断信号を前記複数台のインバータ装置各々に転送する転送遮断装置を備え、前記転送遮断装置からの転送信号によって前記複数台のインバータ装置全てを同時に運転停止させるようにしてもよい。
【００１６】
このような構成によると、転送遮断装置からの転送信号によって複数台のインバータ装置全てを同時に運転停止させるので、連系している交流系統が故障した際に全てのインバータ装置を確実に停止することができる。
【００１７】
また、上記構成の電源システムにおいて、ＰＬＣを用いて前記転送遮断装置の転送信号を伝送することによって、前記複数台のインバータ装置全てを同時に運転停止させるようにしてもよい。これにより、別途通信線を設ける必要がなくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る電源システムによると、交流系統の高調波及び／又は周辺環境の電波ノイズの周波数を監視する監視装置の監視結果に基づいて複数台のインバータ装置各々のＰＷＭ周波数を可変制御するので、外部に与える悪影響を抑制することができる。また、本発明に係る電源システムによると、転送遮断装置からの転送信号によって複数台のインバータ装置全てを同時に運転停止させるので、連系している交流系統が故障した際に全てのインバータ装置を確実に停止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。まず、本発明の第一実施形態について説明する。本発明の第一実施形態に係る電源システムの構成を図１に示す。
【００２０】
図１に示す本発明の第一実施形態に係る電源システムは、直流電源である太陽電池モジュール１＿１〜１＿ｎに接続されるｎ台（ｎは２以上の自然数）のインバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎを備え、ｎ台のインバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎが交流系統３に連系されており、負荷４に交流電力を供給している。なお、インバータ装置はパワーコンディショナとも称される。また、インバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎはそれぞれ、ＰＬＣ（Power Line Communication：電力線通信）対応であり、ＰＷＭ周波数の変更が可能である。
【００２１】
また、図１に示す本発明の第一実施形態に係る電源システムは、ＰＬＣモデム５と、交流系統の周波数を監視する周波数監視装置６と、周辺環境の電波ノイズを測定する電波測定器７とを備えている。
【００２２】
このような構成の図１に示す本発明の第一実施形態に係る電源システムのＰＷＭ周波数設定動作について図２に示す動作フローチャートを参照して説明する。
【００２３】
図２に示す動作フローチャートのスタート時には、インバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎが、初期値のＰＷＭ周波数でスイッチングを行っている。まず、ステップＳ１０において、周波数監視装置６が交流系統３の周波数を監視する。続くステップＳ２０において、周波数監視装置６によって監視されている交流系統３の周波数が下限設定値より大きく上限設定値より小さいか否かをＰＬＣモデム５が判断する。下限設定値及び上限設定値は、各電力会社が定めている系統周波数の管理目標値に従って設定する。例えば、東日本地域での変動管理目標値は５０±０．２Ｈｚ以内であるので、図１に示す本発明の第一実施形態に係る電源システムが東日本地域向けである場合、下限設定値を４９．８Ｈｚにし、上限設定値を５０．２Ｈｚにするとよい。
【００２４】
交流系統３の周波数が下限設定値以下又は上限設定値以上であれば（ステップＳ２０のＮＯ）、インバータ装置２Ａ＿ｋのＰＷＭ周波数を変更するように、ＰＬＣモデム５がＰＬＣを用いてインバータ装置２Ａ＿ｋを制御し（ステップＳ３０）、その後ステップＳ１０に戻る。ここで、ｋの初期値は１であるが、同一ループ内でステップＳ３０に来る度に、ｋを２、３、・・・と一つずつ増加させて、ＰＷＭ周波数を変更するインバータ装置を変えていく。
【００２５】
一方、交流系統３の周波数が下限設定値より大きく上限設定値より小さければ（ステップＳ２０のＹＥＳ）、ステップＳ４０に移行する。
【００２６】
ステップＳ４０では、図１２に示す「電波防護指針」に挙がっている周波数帯１０ｋＨｚ〜３００ＧＨｚにおいて、電波測定器７が周辺環境の電波ノイズを測定し、ＰＬＣモデム５が、電波測定器７によって測定された電波ノイズのうち、インバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎのＰＷＭ周波数可変可能値の整数倍の周波数での電波ノイズを読み込む。
【００２７】
続くステップＳ５０では、ＰＬＣモデム５が、読み込んだ各周波数の電波ノイズのレベルが「電波防護指針」の規制値より小さいか否かを判定する。各周波数の電波ノイズのレベルが「電波防護指針」の規制値より小さければ（ステップＳ５０のＹＥＳ）、ＰＷＭ周波数設定動作を終了する。一方、各周波数の電波ノイズのレベルが「電波防護指針」の規制値より小さくなければ（ステップＳ５０のＮＯ）、ステップＳ６０に移行する。
【００２８】
ステップＳ６０では、ＰＬＣモデム５が、規制値以上になる原因となっているＰＷＭ周波数（規制値以上のレベルの電波ノイズの周波数を整数倍分の１にした値と一致するＰＷＭ周波数）を使用しているインバータ装置が有るか否かを確認する。
【００２９】
規制値以上になる原因となっているＰＷＭ周波数を使用しているインバータ装置が有れば（ステップＳ６０のＹＥＳ）、規制値以上になる原因となっているＰＷＭ周波数を使用しているインバータ装置のＰＷＭ周波数を変更するように、ＰＬＣモデム５がＰＬＣを用いて規制値以上になる原因となっているＰＷＭ周波数を使用しているインバータ装置を制御し（ステップＳ７０）、その後ステップＳ１０に戻る。
【００３０】
一方、規制値以上になる原因となっているＰＷＭ周波数を使用しているインバータ装置が無ければ（ステップＳ６０のＮＯ）、全てのインバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎのＰＷＭ周波数を変更するように、ＰＬＣモデム５がＰＬＣを用いて全てのインバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎを制御し（ステップＳ８０）、その後ステップＳ１０に戻る。
【００３１】
以上のようなＰＷＭ周波数設定動作を行うことにより、太陽電池モジュール１＿１〜１＿ｎから放出される電波ノイズを抑制することができる。例えば、５台のインバータ装置を備えた電源システムにおいて、或るＰＷＭ周波数で１台のインバータ装置のみを稼働させたときの電波ノイズが図３（ａ）であった場合を考える。ここで、電源システムが図１１に示す従来の構成であれば、５台のインバータ装置を全て稼働させると、５台のインバータ装置が同一のＰＷＭ周波数を用いるので、電波ノイズは図３（ｂ）のように図３（ａ）に比べて５倍になる。これに対して、電源システムが図１に示す本発明に係る第一実施形態の構成であれば、５台のインバータ装置を全て稼働させても、電波ノイズを低減するようにＰＷＭ周波数が可変するので、電波ノイズは図３（ｃ）のようになり、図３（ｂ）よりも低レベルになる。
【００３２】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。本発明の第二実施形態に係る電源システムの構成を図４に示す。
【００３３】
図４に示す本発明の第二実施形態に係る電源システムは、直流電源である太陽電池モジュール１＿１〜１＿ｎに接続されるｎ台（ｎは２以上の自然数）のインバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎを備え、ｎ台のインバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎが交流系統３に連系されており、負荷４に交流電力を供給している。なお、インバータ装置はパワーコンディショナとも称される。また、インバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎはそれぞれ、ＰＬＣ対応であり、ＰＷＭ周波数の変更が可能である。
【００３４】
また、図４に示す本発明の第二実施形態に係る電源システムは、ＰＬＣモデム５と、交流系統の高調波を監視する周波数監視装置８と、マスター機９とを備えている。
【００３５】
このような構成の図４に示す本発明の第二実施形態に係る電源システムのＰＷＭ周波数設定動作について図５に示す動作フローチャートを参照して説明する。
【００３６】
図５に示す動作フローチャートのスタート時には、インバータ装置２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎが、初期値のＰＷＭ周波数でスイッチングを行っている。まず、ステップＳ１１０において、高調波監視装置８が交流系統３の高調波を監視し、マスター機９が、高調波監視装置８によって監視されている高調波のうち、第４０次高調波までを読み込む。続くステップＳ１２０において、マスター機９によって読み込まれた高調波が上限設定値より小さいか否かをＰＬＣモデム５が判断する。なお、上限設定値は、上記表１の「系統連系規定」を満たすように設定するとよい。
【００３７】
マスター機９によって読み込まれた高調波が上限設定値以上であれば（ステップＳ１２０のＮＯ）、インバータ装置２Ａ＿ｋのＰＷＭ周波数を変更するように、ＰＬＣモデム５がＰＬＣを用いてインバータ装置２Ａ＿ｋを制御し（ステップＳ１３０）、その後ステップＳ１１０に戻る。ここで、ｋの初期値は１であるが、同一ループ内でステップＳ１３０に来る度に、ｋを２、３、・・・と一つずつ増加させて、ＰＷＭ周波数を変更するインバータ装置を変えていく。
【００３８】
マスター機９によって読み込まれた高調波が上限設定値より小さければ（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、ＰＷＭ周波数設定動作を終了する。
【００３９】
以上のようなＰＷＭ周波数設定動作を行うことにより、交流系統３に発生する高調波を抑制することができる。例えば、５台のインバータ装置を備えた電源システムにおいて、或るＰＷＭ周波数で１台のインバータ装置のみを稼働させたときの高調波が図６（ａ）であった場合を考える。ここで、電源システムが図１１に示す従来の構成であれば、５台のインバータ装置を全て稼働させると、５台のインバータ装置が同一のＰＷＭ周波数を用いるので、高調波は図６（ｂ）のように大きくなる。これに対して、電源システムが図４に示す本発明に係る第二実施形態の構成であれば、５台のインバータ装置を全て稼働させても、高調波を低減するようにＰＷＭ周波数が可変するので、高調波は図６（ｃ）のようになり、図６（ｂ）よりも低レベルになる。
【００４０】
最後に、本発明の第三実施形態について説明する。本発明の第三実施形態に係る電源システムの構成を図７に示す。
【００４１】
図７に示す本発明の第三実施形態に係る電源システムは、直流電源である太陽電池モジュール１＿１〜１＿ｎに接続されるｎ台（ｎは２以上の自然数）のインバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎを備え、ｎ台のインバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎが交流系統３に連系されており、負荷４に交流電力を供給している。なお、インバータ装置はパワーコンディショナとも称される。また、インバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎはそれぞれ、ＰＬＣ対応であり、単独運転検出機能を有しており、全て同一のＰＷＭ周波数でスイッチングを行っている。
【００４２】
また、図７に示す本発明の第三実施形態に係る電源システムは、ＰＬＣモデム５と、交流系統３に設けられる変電所遮断器（不図示）から伝送される遮断信号をインバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎ各々に転送する転送遮断装置（ＴＴＲ）１０とを備えている。
【００４３】
このような構成の図７に示す本発明の第三実施形態に係る電源システムの動作について図８に示す動作フローチャートを参照して説明する。
【００４４】
ＰＬＣモデム５が、転送遮断装置から転送されてくる信号を確認し（ステップＳ２１０）、遮断信号が有るか否かを判断する（ステップＳ２２０）。遮断信号が無ければ（ステップＳ２２０のＮＯ）、ステップＳ２１０に戻る。一方、遮断信号が有れば（ステップＳ２２０のＹＥＳ）、ＰＬＣモデム５より全てのインバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎへ停止信号が送信され（ステップＳ２３０）、その後所定時間待機し（ステップＳ２３０）、ステップＳ２４０に移行する。ステップＳ２３０における待機時間は、停止信号が送信されてからインバータ装置の停止までに要する時間以上に設定する。
【００４５】
ステップＳ２４０において、ＰＬＣモデム５は、インバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎからのリターン信号に基づいて、全てのインバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎが停止したか否かを確認する。全てのインバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎの停止が確認されなければ（ステップＳ２５０のＮＯ）、ステップＳ２３０に戻る。一方、全てのインバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎの停止が確認されれば（ステップＳ２５０のＹＥＳ）、図８に示すフロー動作を終了する。
【００４６】
以上のようなＰＷＭ周波数設定動作を行うことにより、交流系統３が故障した際に全てのインバータ装置２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎを確実に停止することができる。
【００４７】
ここで、本発明の第一、二実施形態に係る電源システムが備えるインバータ装置の構成例を図９に示し、本発明の第三実施形態に係る電源システムが備えるインバータ装置の構成例を図１０に示す。
【００４８】
図９に示すインバータ装置は、直流電源である太陽電池モジュールの出力電圧を整流してインバータ部２２に供給する整流回路部２１と、交流電圧を交流系統に出力するインバータ部２２と、制御用電源（図１及び図４において不図示）の出力電圧を変圧したものを駆動電圧として駆動部２４、制御部２５、及びインタフェース部２６に供給する電源部２３と、ＰＬＣモデムからＰＬＣによって送られてくるＰＬＣ入力信号に応じたＰＷＭ信号を生成する制御部２５と、制御部２５から出力されるＰＷＭ信号に応じた駆動信号を生成し、その駆動信号によってインバータ部２２内のスイッチング素子を駆動する駆動部２４と、外部入力信号を外部から受け取り外部出力信号を外部に送出するインタフェース部２６とを備えている。
【００４９】
図１０に示すインバータ装置は、直流電源である太陽電池モジュールの出力電圧を整流してインバータ部２２に供給する整流回路部２１と、交流電圧を交流系統に出力するインバータ部２２と、制御用電源（図７において不図示）の出力電圧を変圧したものを駆動電圧として駆動部２４、制御部２７、及びインタフェース部２６に供給する電源部２３と、ＰＬＣモデムからＰＬＣによって送られてくる停止信号などのＰＬＣ入力信号に応じたＰＷＭ信号を生成しリターン信号などのＰＬＣ出力信号をＰＬＣモデムに送出する制御部２７と、制御部２７から出力されるＰＷＭ信号に応じた駆動信号を生成し、その駆動信号によってインバータ部２２内のスイッチング素子を駆動する駆動部２４と、外部入力信号を外部から受け取り外部出力信号を外部に送出するインタフェース部２６とを備えている。
【００５０】
なお、上述した本発明の第一〜第三実施形態に係る電源システムは適宜組み合わせて実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】は、本発明の第一実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２】は、本発明の第一実施形態に係る電源システムのＰＷＭ周波数設定動作を示すフローチャートである。
【図３】は、電波ノイズ特性を示す図である。
【図４】は、本発明の第二実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図５】は、本発明の第二実施形態に係る電源システムのＰＷＭ周波数設定動作を示すフローチャートである。
【図６】は、高調波特性を示す図である。
【図７】は、本発明の第三実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図８】は、本発明の第三実施形態に係る電源システムの動作を示すフローチャートである。
【図９】は、本発明の第一、二実施形態に係る電源システムが備えるインバータ装置の構成例を示す図である。
【図１０】は、本発明の第三実施形態に係る電源システムが備えるインバータ装置の構成例を示す図である。
【図１１】は、従来の電源システムの一般的な構成を示す図である。
【図１２】は、「電波防護指針」の規制値を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    太陽電池モジュール
２Ａ＿１〜２Ａ＿ｎ、２Ｂ＿１〜２Ｂ＿ｎ    インバータ装置
３    交流系統
４    負荷
５    ＰＬＣモデム
６    周波数監視装置
７    電波測定器
８    高調波監視装置
９    マスター機
１０    転送遮断装置
２１    整流回路部
２２    インバータ部
２３    電源部
２４    駆動部
２５、２７    制御部
２６    インタフェース部
【図１】
0005047829.tif 000003
【図２】
0005047829.tif 000004
【図３】
0005047829.tif 000005
【図４】
0005047829.tif 000006
【図５】
0005047829.tif 000007
【図６】
0005047829.tif 000008
【図７】
0005047829.tif 000009
【図８】
0005047829.tif 000010
【図９】
0005047829.tif 000011
【図１０】
0005047829.tif 000012
【図１１】
0005047829.tif 000013
【図１２】
0005047829.tif 000014