(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の直流電圧を所定の交流電圧に変換する電力変換手段を具備し解列開閉器を介して商用電力系統と連系し負荷に電力を供給する分散電源を備えた太陽光発電システムにおいて、分散電源に、磁性材料からなる検出コアの貫通孔内に直流電路が挿通された電流センサと、検出コアに巻回された巻線の出力から直流電路に流れる地絡電流を検出する地絡検出回路と、地絡検出回路が地絡電流を検出すると解列開閉器を開極させる制御回路と、少なくとも地絡電流検出後に制御回路が解列開閉器を再投入する際に検出コアを消磁する消磁回路とを設け、前記消磁回路が、太陽電池の出力電圧により充電される第１のコンデンサと、検出コアの貫通孔に挿通される直流電路に第１のコンデンサを介して接続される第１のインダクタとを備え、第１のコンデンサに蓄積された電荷を第１のインダクタを介して直流電路に放出することにより、直流電路に減衰振動電流を流して検出コアを消磁することを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
電力変換手段は太陽電池の直流電圧を所定の電圧値に昇圧する昇圧回路を備え、昇圧回路は、太陽電池の直流出力端間に接続された第２のインダクタおよび第２のスイッチング素子の直列回路と、第２のインダクタ及び第２のスイッチング素子の接続点にアノードが接続されたダイオードと、ダイオードを介して第２のスイッチング素子の両端間に接続された平滑用の第２のコンデンサとから構成され、第２のインダクタが減衰振動電流を流すための第１のインダクタを兼用することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池を電源とし、太陽電池の直流電圧を交流電圧に変換して供給する太陽光発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、太陽電池からなる直流電源を用いた数ｋＷ程度の小容量の分散電源を備え、分散電源と商用電力系統とを連系して、負荷に電力を供給する太陽光発電システムが提供されている（例えば特開平９−２８５０１５号公報参照）。
【０００３】
従来の太陽光発電システムは、図５に示すように、多数の太陽電池セルを配列してパネル状とし、太陽エネルギーを直流電圧に直接変換する太陽電池１と、太陽電池１の直流電力を交流電力に変換し、解列開閉器１４を介して商用電力系統３と連系し配電線に接続された各種家電製品などの負荷４に電力供給する分散電源２とを備えている。
【０００４】
分散電源２では、太陽電池１の出力電圧を昇圧回路５が所定の直流電圧に昇圧し、昇圧回路５の直流電圧をインバータ回路６が交流電圧に変換した後、フィルタ回路７がインバータ回路６の出力電圧を略正弦波状の交流電圧に変換し、解列開閉器１４を介して負荷４に供給する。分散電源２には、昇圧回路５およびインバータ回路６の出力電圧や、解列開閉器１４のオン・オフを制御する制御回路８と、直流電路２１の地絡を検出する地絡検出回路９とが設けられており、地絡検出回路９が直流電路２１の地絡を検出すると、制御回路８は地絡検出回路９の検出信号に基づいて昇圧回路５およびインバータ回路６の出力を停止させるとともに、解列開閉器１４をオフする。
【０００５】
ここで、地絡検出回路９は、磁性材料より形成された検出コア１１の貫通孔１２内に太陽電池１と昇圧回路５との間を接続する直流電路２１が挿通された電流センサとしての零相変流器１０の出力から直流電路２１の地絡を検出する。例えば、負極側の直流電路２１が地絡すると、太陽電池１→昇圧回路５→インバータ回路６のスイッチング素子６１（又は６２）→フィルタ回路７のインダクタＬ１（又はＬ２）→解列開閉器１４→商用電力系統３→地絡抵抗Ｒｇ→太陽電池１の経路（図５中に実線および破線の矢印で示す）で地絡電流Ｉｒが流れ、正極側の直流電路２１に流れる電流と負極側の直流電路２１に流れる電流との間に地絡電流Ｉｒの分だけ差が発生するから、この電流の差に応じた出力が検出コア１１に巻回された二次巻線（図示せず）に発生する。而して、地絡検出回路９は零相変流器１０の出力と所定の判定値との大小関係を比較し、零相変流器１０の出力が判定値よりも大きくなると、直流電路２１の地絡が発生したと判断して、制御回路８に検出信号を出力する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の太陽光発電システムでは、地絡検出回路９が、直流電路２１の絶縁性能の劣化などによって流れる比較的電流値の小さい地絡電流Ｉｒを検出して、検出信号を発生できるように、地絡検出回路９の判定値は小さい値に設定されている。しかしながら、事故などによって直流電路２１が地絡し、直流電路２１に比較的大きな電流値の地絡電流Ｉｒが流れると、零相変流器１０の検出コア１１が着磁されて、検出コア１１に残留磁気が残るため、零相変流器１０の出力がオフセットして、地絡検出回路９が地絡を検出するときの検出レベルが変動するという問題があり、地絡検出回路９が誤動作する虞があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、直流電路の地絡を検出する地絡検出回路の誤動作を無くした太陽光発電システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、太陽電池の直流電圧を所定の交流電圧に変換する電力変換手段を具備し解列開閉器を介して商用電力系統と連系し負荷に電力を供給する分散電源を備えた太陽光発電システムにおいて、分散電源に、磁性材料からなる検出コアの貫通孔内に直流電路が挿通された電流センサと、検出コアに巻回された巻線の出力から直流電路に流れる地絡電流を検出する地絡検出回路と、地絡検出回路が地絡電流を検出すると解列開閉器を開極させる制御回路と、少なくとも地絡電流検出後に制御回路が解列開閉器を再投入する際に検出コアを消磁する消磁回路とを設け、前記消磁回路が、太陽電池の出力電圧により充電される第１のコンデンサと、検出コアの貫通孔に挿通される直流電路に第１のコンデンサを介して接続される第１のインダクタとを備え、第１のコンデンサに蓄積された電荷を第１のインダクタを介して直流電路に放出することにより、直流電路に減衰振動電流を流して検出コアを消磁することを特徴とし、例えば直流電路が地絡し直流電路に比較的大きな地絡電流が流れて、検出コアが着磁したとしても、地絡電流検出後の解列開閉器の再投入時に消磁回路が検出コアの貫通孔に挿通された直流電路に減衰振動電流を流すことによって、検出コアの残留磁気を消磁することができ、地絡検出回路の検出レベルを一定に保つことができる。
【００１１】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、電力変換手段は太陽電池の直流電圧を所定の電圧値に昇圧する昇圧回路を備え、昇圧回路は、太陽電池の直流出力端間に接続された第２のインダクタおよび第２のスイッチング素子の直列回路と、第２のインダクタ及び第２のスイッチング素子の接続点にアノードが接続されたダイオードと、ダイオードを介して第２のスイッチング素子の両端間に接続された平滑用の第２のコンデンサとから構成され、第２のインダクタが減衰振動電流を流すための第１のインダクタを兼用することを特徴とし、昇圧回路を構成する第２のインダクタが減衰振動電流を流すための第１のインダクタを兼用しているので、部品点数を減らして、分散電源の小型化を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施形態１）
本実施形態の太陽光発電システムは、図１に示すように、多数の太陽電池パネルを配列してパネル状とし、太陽エネルギーを直流電圧に直接変換する太陽電池１と、太陽電池１の直流電力を交流電力に変換し、解列開閉器１４を介して商用電力系統３と連系し配電線に接続された各種家電製品などの負荷４に電力供給する分散電源２とから構成される。
【００１３】
分散電源２は、太陽電池１の出力電圧を所定の直流電圧に昇圧する昇圧回路５と、第１のスイッチング素子たる４個のＩＧＢＴ６１〜６４をブリッジ接続して構成され、昇圧回路５の出力電圧をＩＧＢＴ６１〜６４でスイッチングすることにより交流電圧に変換するインバータ回路６と、インダクタＬ１，Ｌ２およびコンデンサＣ１，Ｃ２からなりインバータ回路６の出力電圧を平滑して略正弦波状の交流電圧を出力するフィルタ回路７と、昇圧回路５およびインバータ回路６の出力を制御する例えば１チップのマイクロコンピュータから構成される制御回路８と、磁性材料からなる検出コア１１の貫通孔１２内に太陽電池１と昇圧回路５との間を接続する直流電路２１が挿通された電流センサたる零相変流器１０と、検出コア１１に巻回された二次巻線（図示せず）の出力から直流電路２１の地絡を検出する地絡検出回路９と、制御回路８の出力信号に応じてオン・オフし、分散電源２から負荷４への電力供給をオン・オフする解列開閉器１４とで構成される。ここに、昇圧回路５およびインバータ回路６から電力変換手段が構成される。なお図示は省略するが、インバータ回路６と商用電力系統３との間には系統保護のため解列開閉器１４とは別に手動復帰型のブレーカを設けられ、単相３線式の商用電力系統３と負荷４との間には負荷４を保護するために主幹開閉器や分岐開閉器が設けられている。
【００１４】
昇圧回路５は、太陽電池１の出力端子間に接続された第２のインダクタ５１および第２のスイッチング素子たるＩＧＢＴ５２の直列回路と、第２のインダクタ５１およびＩＧＢＴ５２の接続点にアノードが接続されたダイオード５３と、ＩＧＢＴ５２の両端間にダイオード５３を介して接続される第２のコンデンサ５４と、ＩＧＢＴ５２に逆並列接続されたダイオード５５とで構成される一石式の昇圧チョッパ回路からなる。
【００１５】
インバータ回路６は、ＩＧＢＴ６１，６３の直列回路と、ＩＧＢＴ６２，６４の直列回路とを第２のコンデンサ５４と並列に接続し、各ＩＧＢＴ６１〜６４とそれぞれ逆並列にダイオード６５〜６８を接続して構成され、これら４個のＩＧＢＴ６１〜６４を用いて昇圧回路５の直流電圧をスイッチングすることにより、昇圧回路５の直流電圧を交流電圧に変換して出力する。ＩＧＢＴ６２，６４の接続点と、ＩＧＢＴ６１，６３の接続点とは、それぞれ、フィルタ回路７のインダクタＬ１，Ｌ２を介して、解列開閉器１４の電圧線側の接点に接続され、解列開閉器１４の電圧線側の接点と接地線側の接点との間はフィルタ回路７のコンデンサＣ１，Ｃ２を介して接続されており、インバータ回路６の出力波形はフィルタ回路７によって平滑されて略正弦波状の波形となり、解列開閉器１４を介して負荷４に供給される。
【００１６】
ところで、太陽電池１の出力電圧は日射量に応じて絶えず変化し、例えば０Ｖから３００Ｖまで変化する。制御回路８は太陽電池１の出力電圧をモニタしており、夜間や光量不足などで太陽電池１の出力電圧が例えば１５０Ｖ未満の場合は解列開閉器１４をオフして、分散電源２を商用電力系統３と切り離す。一方、太陽電池１の出力電圧が例えば１５０Ｖ以上の場合は、昇圧回路５が太陽電池１の出力電圧をＩＧＢＴ５２によりスイッチングして、太陽電池１の出力電圧を商用電源の実効値電圧の略１．４倍に相当する直流電圧（例えば１００Ｖ単相三線式の場合は１４０×２＝２８０Ｖ）まで昇圧して、インバータ回路６に出力する。ここで、ＩＧＢＴ５２は制御回路８から制御電極（ゲート）に入力される制御信号によってオン・オフされる。制御回路８は昇圧回路５の出力電圧を図示しない検出手段により検出しており、昇圧回路５の出力電圧に応じて例えばＩＧＢＴ５２のオンデューティを変化させ、昇圧回路５の出力を略一定に制御する。
【００１７】
また、制御回路８はＩＧＢＴ６１〜６４の制御電極（ゲート）に制御信号を夫々出力し、昇圧回路５の直流電圧を略正弦波状の交流電圧に変換して商用電力系統３に出力させる。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、制御回路８では、基準となる三角波状の基準発振信号Ｖｓと、基準発振信号Ｖｓに比べて周波数の低い正弦波状の指令信号Ｖｅとの大小関係を比較し、指令信号Ｖｅの電圧値に比べて基準発振信号Ｖｓの電圧値が高い期間のみ信号レベルがハイになるパルス信号Ｓ１と、指令信号Ｖｅの電圧値に比べて基準発振信号Ｖｓの電圧値が低い期間のみ信号レベルがハイになるパルス信号Ｓ２とを発生する。
【００１８】
而して、制御回路８は、ブリッジ接続されたＩＧＢＴ６１〜６４の内で対角に配置されたＩＧＢＴ６１，６４にパルス信号Ｓ１を出力するとともに、残りのＩＧＢＴ６２，６３にパルス信号Ｓ２を出力して、一対のＩＧＢＴ６１，６４と他の一対のＩＧＢＴ６２，６３とを交互にオン・オフし、昇圧回路５の直流電圧を交流電圧に変換する。ここに、制御回路８はパルス信号Ｓ１，Ｓ２のパルス幅を変調してＰＷＭ制御を行うことにより、一対のＩＧＢＴ６１，６４のオン期間と、他の一対のＩＧＢＴ６２，６３のオン期間とを変化させ、インバータ回路６の出力を制御する。なお、制御回路８はフィルタ回路７の出力電圧の位相が商用電力系統３の電圧位相に略一致するようにインバータ回路６の出力を制御している。
【００１９】
また、分散電源２では、地絡検出回路９が直流電路２１の地絡を検出すると、制御回路８が地絡検出回路９の検出信号に基づいて昇圧回路５およびインバータ回路６の出力を停止するとともに、解列開閉器１４をオフして、分散電源２の連系を停止する。例えば直流電路２１の負極側が地絡すると、太陽電池１→昇圧回路５→ＩＧＢＴ６１（又は６２）→インダクタＬ１（又はＬ２）→解列開閉器１４→商用電力系統３→地絡抵抗Ｒｇ→太陽電池１の経路（図１中に実線および破線の矢印で示す）で地絡電流Ｉｒが流れ、正極側の直流電路２１に流れる電流と負極側の直流電路２１に流れる電流との間に地絡電流Ｉｒの分だけ差が発生するから、この電流の差に応じた出力が検出コア１１に巻回された二次巻線に発生する。而して、地絡検出回路９は零相変流器１０の出力と所定の判定値との大小関係を比較し、零相変流器１０の出力が判定値よりも大きくなると、直流電路２１の地絡が発生したと判断して、制御回路８に地絡の検出信号を出力する。そして、地絡検出回路９が地絡を検出すると、制御回路８は地絡検出回路９の検出信号に基づいて昇圧回路５およびインバータ回路６の出力を停止させるとともに、解列開閉器１４をオフして、商用電力系統３と系統を分離する。
【００２０】
ところで、直流電路２１が地絡すると、比較的大きな地絡電流Ｉｒが直流電路２１に流れるため、この地絡電流Ｉｒによって零相変流器１０の検出コア１１が着磁し、検出コア１１の残留磁気によって地絡検出回路９の検出レベルが変化してしまう。そこで、本実施形態の太陽光発電システムでは、検出コア１１の残留磁気を消磁するための消磁回路１５を設けている。
【００２１】
消磁回路１５は、負極側の直流電路２１における検出コア１１に対して太陽電池１側の部位に一端が接続された第１のインダクタ１９と、第１のインダクタ１９の他端に一端が接続された第１のコンデンサ１８と、第１のコンデンサ１８の他端に一端が接続された抵抗１７と、正極側又は負極側の直流電路２１における検出コア１１に対して昇圧回路５側の部位と抵抗１７の他端との間をそれぞれ接続するスイッチ１６ａ，１６ｂとから構成される。スイッチ１６ａ，１６ｂは制御回路８によってそれぞれオン・オフされ、制御回路８がスイッチ１６ａをオンすると、第１のコンデンサ１８が太陽電池１の出力電圧によって充電される。そして、地絡検出後に制御回路８が昇圧回路５およびインバータ回路６を再起動するとともに解列開閉器１４を再投入する際に、制御回路８がスイッチ１６ｂをオンし、第１のコンデンサ１８に蓄積された電荷を第１のインダクタ１９を介して放出し、検出コア１１の貫通孔１２に挿通された直流電路２１に減衰振動電流を流しており、この減衰振動電流によって検出コア１１の残留磁気を消磁した後、地絡検出回路９は地絡の検出を行う。
【００２２】
このように、零相変流器１０を用いて直流電路２１の地絡を検出する際に、地絡電流によって検出コア１１が着磁し、検出コア１１に残留磁気が発生して、地絡検出回路９の検出レベルが変化したとしても、地絡電流検出後に制御回路８が分散電源２を再起動する際に、消磁回路１５が検出コア１１の残留磁気を消磁しているので、地絡検出回路９の検出レベルを一定に保つことができ、地絡検出回路９の誤動作を無くすことができる。また、制御回路８が分散電源２を初めて起動する際に、制御回路８が消磁回路１５を用いて検出コア１１を消磁するようにしても良く、分散電源２を初めて起動する際、および、再起動する際に消磁回路１５が検出コア１１を消磁して、検出コア１１の残留磁気を取り除くことにより、地絡検出回路９の検出レベルを一定に保ち、地絡検出回路９の誤検出を防止することができる。
（参考例）
参考例の太陽光発電システムの回路図を図３に示す。なお、基本的な構成は実施形態１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２３】
実施形態１では消磁回路１５が直流電路２１に減衰振動電流を流すことによって検出コア１１の残留磁気を消磁しているが、本参考例では消磁回路１５が制御回路８の制御信号に基づいて検出コア１１に巻回された検出用の二次巻線（図示せず）に減衰振動電流を流すことにより、検出コア１１の残留磁気を消磁している。尚、消磁回路１５は、検出用の二次巻線とは別に検出コア１１に巻回された二次巻線（図示せず）に減衰振動電流を流すようにしても良い。
【００２４】
このように、消磁回路１５は検出コア１１に巻回された二次巻線に減衰振動電流を流しており、この二次巻線に減衰振動電流を流すことによって、実施形態１と同様、検出コア１１の残留磁気を消磁することができる。而して、地絡電流検出時に検出コア１１が地絡電流によって着磁し、地絡検出回路９の検出レベルが変化したとしても、地絡電流検出後に制御回路８が昇圧回路５およびインバータ回路６を再起動するとともに解列開閉器１４を再投入する際に、制御回路８が消磁回路１５を用いて検出コア１１の残留磁気を消磁しているので、地絡検出回路９の検出レベルを一定に保つことができ、地絡検出回路９の誤動作を無くすことができる。
（実施形態２）
本実施形態の太陽光発電システムの回路図を図４に示す。なお、基本的な構成は実施形態１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２５】
本実施形態では、第２のインダクタ５１およびＩＧＢＴ５２の接続点に一端が接続された抵抗１７と、抵抗１７の他端に一端が接続された第１のコンデンサ１８と、負極側の直流電路２１における検出コア１１に対して太陽電池１側の部位と第１のコンデンサ１８の他端とを接続するスイッチ１６ｃと、正極側の直流電路２１における検出コア１１に対して太陽電池１側の部位と第１のコンデンサ１８の他端とを接続するスイッチ１６ｄとで消磁回路１５が構成され、スイッチ１６ｃ，１６ｄは制御回路８によってオン・オフされる。ここで、制御回路８の出力信号によってスイッチ１６ｃがオンすると、太陽電池１の出力電圧によって第１のコンデンサ１８が充電される。そして、地絡電流検出後に制御回路８が昇圧回路５およびインバータ回路６を再起動するとともに、解列開閉器１４を再投入する際に、制御回路８がスイッチ１６ｄをオンすると、第１のコンデンサ１８に蓄積された電荷が抵抗１７および第２のインダクタ５１を介して放出され、検出コア１１の貫通孔１２内に挿通された直流電路２１に減衰振動電流が流れて、検出コア１１の残留磁気が消磁される。
【００２６】
このように、本実施形態では昇圧回路５を構成する第２のインダクタ５１が、第１のコンデンサ１８に蓄積された電荷を放出して減衰振動電流を流す第１のインダクタに兼用されているので、構成部品の数を減らすことができ、分散電源２の小型化を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
上述のように、請求項１の発明は、太陽電池の直流電圧を所定の交流電圧に変換する電力変換手段を具備し解列開閉器を介して商用電力系統と連系し負荷に電力を供給する分散電源を備えた太陽光発電システムにおいて、分散電源に、磁性材料からなる検出コアの貫通孔内に直流電路が挿通された電流センサと、検出コアに巻回された巻線の出力から直流電路に流れる地絡電流を検出する地絡検出回路と、地絡検出回路が地絡電流を検出すると解列開閉器を開極させる制御回路と、少なくとも地絡電流検出後に制御回路が解列開閉器を再投入する際に検出コアを消磁する消磁回路とを設け、前記消磁回路が、太陽電池の出力電圧により充電される第１のコンデンサと、検出コアの貫通孔に挿通される直流電路に第１のコンデンサを介して接続される第１のインダクタとを備え、第１のコンデンサに蓄積された電荷を第１のインダクタを介して直流電路に放出することにより、直流電路に減衰振動電流を流して検出コアを消磁することを特徴とし、例えば直流電路が地絡し直流電路に比較的大きな地絡電流が流れて、検出コアが着磁したとしても、地絡電流検出後の解列開閉器の再投入時に消磁回路が検出コアの貫通孔に挿通された直流電路に減衰振動電流を流すことによって、検出コアの残留磁気を消磁することができ、地絡検出回路の検出レベルを一定に保ち、地絡検出回路の誤動作を防止できるという効果がある。
【００３０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、電力変換手段は太陽電池の直流電圧を所定の電圧値に昇圧する昇圧回路を備え、昇圧回路は、太陽電池の直流出力端間に接続された第２のインダクタおよび第２のスイッチング素子の直列回路と、第２のインダクタ及び第２のスイッチング素子の接続点にアノードが接続されたダイオードと、ダイオードを介して第２のスイッチング素子の両端間に接続された平滑用の第２のコンデンサとから構成され、第２のインダクタが減衰振動電流を流すための第１のインダクタを兼用することを特徴とし、昇圧回路を構成する第２のインダクタが減衰振動電流を流すための第１のインダクタを兼用しているので、部品点数を減らして、分散電源の小型化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態１の太陽光発電システムを示す回路図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は同上の動作を説明する説明図である。
【図３】  参考例の太陽光発電システムを示す回路図である。
【図４】  実施形態２の太陽光発電システムを示す回路図である。
【図５】  従来の太陽光発電システムを示す回路図である。
【符号の説明】
１  太陽電池
２  分散電源
３  商用電力系統
４  負荷
８  制御回路
９  地絡検出回路
１０  零相変流器
１１  検出コア
１２  貫通孔
１５  消磁回路
２１  直流電路
【図１】
0003804276.tif 000002
【図２】
0003804276.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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