JP2008005638A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】系統連系インバータにおける単独運転検出において、確実かつ高速な検出性能と、能動方式の外乱信号による負荷や系統設備に対しての影響を歪み成分を補償することにより極小化し、電源供給の安定化を両立することができる単独運転検出方式を搭載した電源装置を提供することを目的としている。
【解決手段】電源装置は発電手段としての太陽電池１からの発電電力を系統電源２に出力する系統連系インバータ部３と、負荷４への供給電力を低減する節電部５を有しており、系統連系インバータ部３に備えた単独運転検出手段３ａが停電の可能性があると判定した場合に、節電部５に備えた電力制御手段５ａの電力指令を電力の需給バランスを崩すように変更する指令変更手段６を備えることにより、単独運転をより確実に検出して停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ技術を利用した太陽光発電などに利用する系統連系インバータに関する。

近年、一般家庭の負荷の増加による化石燃料の枯渇、地球温暖化問題などが生じており、太陽光発電システムや節電装置、あるいは系統電圧の安定化装置などによる、クリーンエネルギーの利用や省エネルギー装置が求められている。

従来、この種の太陽光発電システムにおける系統連系インバータは、能動方式にて外乱信号を系統に出力し、外乱信号の発散により検出する方法が知られている（例えば、特許文献１あるいは特許文献２参照）。

以下、その特許文献１における単独運転の検出について図１０を参照しながら説明する。

図に示すように、太陽電池等の直流電力を出力する電源装置７と、電源装置７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回路８と、インバータ回路８と連系して負荷９へ電力を供給する商用電力系統１０と、インバータ回路８と商用電力系統１０との連系点の電圧を検出する電圧検出手段１１と、電圧検出手段１１が検出した連系点の電圧に基づいて、商用電力系統１０が停止し、単独運転状態になっていると判断する単独運転判断部１２と、インバータ回路８の出力電流を変動させる能動変動作成部１３と、商用電力系統１０が停止し、単独運転状態になっていると単独運転判断部１２において判断した場合には、インバータ回路８と商用電力系統１０とを切り離す系統連系保護装置１４とを有し、系統連系保護装置１４はインバータ回路８の出力電流を変動するに際し、ランダム変動出力部１５を備えることで、ある一定範囲の数値からランダム値を選択し、所定時間間隔毎にランダム値の変動量の大きさで能動変動信号を出力することとなる。ランダム値の変動を与えることにより、同一配線上に能動方式を採用する発電設備が連系運転されている場合であっても単独運転を検出することができる。

次に特許文献２における単独運転の検出について図１１を参照しながら説明する。

図１１にインバータ装置１６の構成を示す。インバータ装置１６は直流電源１７から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷１８に供給するインバータ主回路１９と、負荷１８に供給される負荷供給電圧Ｖｏを検出する電圧検出器２０と、負荷供給電圧Ｖｏを基にして出力同期信号Ｖｓを作製するゼロクロス検出回路２１と、インバータ主回路１９の出力電流Ｉｏを検出する電流検出器２２と、出力電流ＩｏをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２３と、出力電流Ｉｏと出力同期信号Ｖｓとを基にしてインバータ主回路１９をＰＷＭ制御するデジタルシグナルプロセッサ２４と、負荷１８に供給される負荷供給電圧Ｖｏの電圧異常を検出する電圧異常検出回路２５と、デジタルシグナルプロセッサ２４が出力するＰＷＭデータを基にしてゲートパルス信号Ｇｐを作製するタイマ・カウンタ回路２６と、ゲートパルス信号Ｇｐを基にしてインバータ主回路１９のスイッチング素子をスイッチング制御するゲート駆動回路２７とを備えている。

このインバータ装置１６では、交流電圧系統２８の停電等により、単独運転状態となった際、インバータ装置１６からの有効電力、無効電力と負荷１８の有効電力、無効電力とがアンバランスな場合は、負荷供給電圧Ｖｏあるいは負荷供給電圧の周波数の異常を検出し、単独運転状態になったとして、インバータ主回路１９のスイッチング制御を停止し、これによってインバータ主回路１９はインバータ出力を停止する。次に、インバータ装置１６が供給している有効電力、無効電力と負荷１８が要求している有効電力、無効電力とがほぼ一致する状態でインバータ装置１６が単独運転状態になると、負荷供給電圧Ｖｏ及び周波数はほとんど変動しなくなるため、インバータ出力に歪みを付与することで、負荷インピーダンスの力率に関係なく単独運転状態の負荷供給電圧Ｖｏの周波数に変動を発生させて単独運転状態を確実に検知している。
特許第３４０２１５９号公報（第１図） 特開平８−１３４６５６号公報（第１図）

このような従来の系統連系インバータにおける単独運転検出は、能動方式にて外乱信号を系統に出力しているが、その外乱は負荷や系統設備に対して影響を与えるものであり、特に実際に停電事故が発生した瞬間、周波数が急激に上昇あるいは低下したり、電圧が急激に上昇あるいは低下するといった電源環境となることで場合によっては負荷が故障する程度の悪影響を与えるという課題があり、電源供給に対する安定性が求められている。

また系統電源が健全な状況にある場合においても、系統連系インバータから出力している歪みにより系統の歪みが増加する可能性がある。特に特定地域に集中して系統連系インバータが設置され、連系運転した際には電源高調波など歪み分による系統への悪影響を与えるという課題がある。さらに、特定地区に集中したことによる単独運転検出機能の感度低下により、単独運転状態となる可能性があるため、系統電源の保守メンテナンス時に感電事故を発生させる危険性があり、電源高調波などの歪みを抑制しつつ、より確実にかつ高速に単独運転を検出することが求められている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、系統連系インバータの出力に重畳した歪み成分を補償することで、実際の停電事故発生時であっても周波数の急激な変動（上昇あるいは低下）を防止し、系統連系インバータを接続したことによって系統電源環境の悪化を停電事故時あるいは系統電源が健全な状況にあっても、電源高調波を抑制しつつ、より確実かつ高速に単独運転を検出することができる電源装置を提供することを目的としている。

本発明の電源装置は上記目的を達成するために、発電手段からの発電電力を系統電源に出力する系統連系インバータ部と、負荷への供給電力を低減する節電部とを有する電源装置であって、前記系統連系インバータ部に備えた単独運転検出手段が停電の可能性があると判定した場合に、前記節電部に備えた電力制御手段の電力指令を電力の需給バランスを崩すように変更する指令変更手段を備える構成としたものである。

この手段により、停電の可能性があると判定した際に、電力需給を強制的にアンバランス状態とし、電力需給のバランスを崩すことで系統連系インバータ部の出力電圧は変動が発生し、その変動分で検出している系統連系インバータ部の単独運転検出機能はより確実かつ高速に検出することができ、電力配電設備のメンテナンス作業者の安全性を確保することができる。

また、指令変更手段は、節電を中止する方向に制御する構成としたものである。

この手段により、停電の可能性があると判定して、かつ系統側が健全な状態であった場合、すなわち不要な動作が発生した際に、指令変更による負荷供給電圧の瞬時の擾乱を抑制することができる。

さらに、指令変更手段は、節電を加速する方向に制御する構成としたものである。

この手段により、停電の可能性があると判定した際に、負荷供給電圧の上昇を抑制することができる。

また、単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する電流の周波数に外乱を重畳させる構成としたものである。

この手段により、単独運転を検出するための特別な回路を必要とせず、より簡単でかつより安価な構成にて単独運転検出機能を実現することができる。

さらに、単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する電流の所定の位相に外乱を重畳させる構成としたものである。

この手段により、単独運転を検出するための特別な回路を必要とせず、より簡単でかつより安価な構成にて単独運転検出機能を実現することができる。

また、単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する無効電力に外乱を重畳させる構成としたものである。

この手段により、単独運転を検出するための特別な回路を必要とせず、より簡単でかつより安価な構成にて単独運転検出機能を実現することができる。

さらに、節電部は、単独運転検出手段により重畳した外乱を打ち消す電力を重畳させる構成としたものである。

この手段により、単独運転を検出するための外乱を節電部で打ち消すため、負荷あるいは系統に対しての悪影響を抑制することができる。

また、節電部は、系統電流を監視して打ち消す電力を決定する構成としたものである。

この手段により、単独運転を検出するための外乱の系統側への影響をより効果的に検出することができ、その悪影響分を節電部で打ち消すため、負荷あるいは系統に対しての悪影響をさらに効果的に抑制することができる。

さらに、節電部は、直列変圧器とフルブリッジインバータによる構成としたものである。

この手段により、節電部を系統あるいは負荷に対して並列接続するため、装置の異常故障時において、装置を系統側から切り離し、電力を直送することができるため、負荷への電源供給の安定性を向上することができる。

また、節電部のフルブリッジインバータと、系統連系インバータ部に備えたフルブリッジインバータは、一つのアームを共用する構成としたものである。

この手段により、構成の簡略化が図れるため、小型で低コストな装置で実現することができる。

さらに、指令変更手段の指令値は、所定の変化量を上下限値として備える構成としたものである。

この手段により、指令変更により通常の系統電圧の変動範囲を超えることなく、健全な電圧範囲で単独運転の検出を行なうことができる。

また、単独運転検出手段により重畳させる外乱から、節電部により補償する補償量を演算し、フィードフォワード制御を行なう構成としたものである。

この手段により、装置から発生させる外乱に対しての補償応答性を向上させることで、配電設備への悪影響を未然に防止することができる。

本発明によれば、発電手段からの発電電力を系統電源に出力する系統連系インバータ部と、負荷への供給電力を低減する節電部とを有する電源装置であって、前記系統連系インバータ部に備えた単独運転検出手段が停電の可能性があると判定した場合に、前記節電部に備えた電力制御手段の電力指令を電力の需給バランスを崩すように変更する指令変更手段を備える構成とすることで、停電の可能性があると判定した際に、電力需給を強制的にアンバランス状態とし、系統連系インバータ部の単独運転をより確実に検出することができ、電力配電設備のメンテナンス作業者の安全性を確保することができるという効果のある電源装置を提供できる。

また、指令変更手段は、節電を中止する方向に制御する構成とすることで、停電の可能性があると判定して、かつ系統側が健全な状態であった場合、すなわち不要な動作が発生した際に、指令変更による負荷供給電圧の瞬時の擾乱を抑制することができるという効果のある電源装置を提供できる。

さらに、指令変更手段は、節電を加速する方向に制御する構成とすることで、停電の可能性があると判定した際に、負荷供給電圧の上昇を抑制することができるという効果のある電源装置を提供できる。

また、単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する電流の周波数に外乱を重畳させる構成とすることで、単独運転を検出するための特別な回路を必要とせず、より簡単でかつより安価な構成にて単独運転検出機能を実現することができるという効果のある電源装置を提供できる。

さらに、単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する電流の所定の位相に外乱を重畳させる構成とすることで、単独運転を検出するための特別な回路を必要とせず、より簡単でかつより安価な構成にて単独運転検出機能を実現することができるという効果のある電源装置を提供できる。

また、単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する無効電力に外乱を重畳させる構成とすることで、単独運転を検出するための特別な回路を必要とせず、より簡単でかつより安価な構成にて単独運転検出機能を実現することができるという効果のある電源装置を提供できる。

さらに、節電部は、単独運転検出手段により重畳した外乱を打ち消す電力を重畳させる構成とすることで、単独運転を検出するための外乱を節電部で打ち消すため、負荷あるいは系統に対しての悪影響を抑制することができるという効果のある電源装置を提供できる。

また、節電部は、系統電流を監視して打ち消す電力を決定する構成とすることで、単独運転を検出するための外乱の系統側への影響をより効果的に検出することができ、その悪影響分を節電部で打ち消すため、負荷あるいは系統に対しての悪影響をさらに効果的に抑制することができるという効果のある電源装置を提供できる。

さらに、節電部は、直列変圧器とフルブリッジインバータによる構成とすることで、節電部を系統あるいは負荷に対して並列接続するため、装置の異常故障時において、装置を系統側から切り離し、電力を直送することができるため、負荷への電源供給の安定性を向上することができるという効果のある電源装置を提供できる。

また、節電部のフルブリッジインバータと、系統連系インバータ部に備えたフルブリッジインバータは、一つのアームを共用する構成とすることで、構成の簡略化が図れるため、小型で低コストな装置で実現することができるという効果のある電源装置を提供できる。

さらに、指令変更手段の指令値は、所定の変化量を上下限値として備える構成とすることで、指令変更により通常の系統電圧の変動範囲を超えることなく、健全な電圧範囲で単独運転の検出を行なうことができるという効果のある電源装置を提供できる。

また、単独運転検出手段により重畳させる外乱から、節電部により補償する補償量を演算し、フィードフォワード制御を行なう構成とすることで、装置から発生させる外乱に対しての補償応答性を向上させることで、配電設備への悪影響を未然に防止することができるという効果のある電源装置を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、発電手段からの発電電力を系統電源に出力する系統連系インバータ部と、負荷への供給電力を低減する節電部とを有する電源装置であって、前記系統連系インバータ部に備えた単独運転検出手段が停電の可能性があると判定した場合に、前記節電部に備えた電力制御手段の電力指令を電力の需給バランスを崩すように変更する指令変更手段を備える構成としたものであり、停電の可能性があると判定した際に、電力需給を強制的にアンバランス状態とし、電力需給バランスが崩れることで停電事故発生時には電圧上昇あるいは低下、周波数上昇あるいは低下といった現象が発生するため、系統連系インバータ部の単独運転をより確実に検出することができ、感電事故などの危険性を低減することで、電力配電設備のメンテナンス作業者の安全性を確保することができるという作用を有する。

また、指令変更手段は、節電を中止する方向に制御する構成としたものであり、停電の可能性があると判定して、かつ系統側が健全な状態であった場合、すなわち不要な動作が発生した際に、系統電源の直送状態に近づけることから、指令変更による負荷供給電圧の瞬時の擾乱を抑制することができるという作用を有する。

さらに、指令変更手段は、節電を加速する方向に制御する構成としたものであり、停電の可能性があると判定した際に、負荷が小さい場合であっても電力需給バランスの調整を図ることで負荷供給電圧の上昇を抑制することができるという作用を有する。

また、単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する電流の周波数に外乱を重畳させる構成としたものであり、単独運転を検出するための特別な回路を必要とせず、より簡単でかつより安価な構成にて単独運転検出機能を実現することができるという作用を有する。

さらに、単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する電流の所定の位相に外乱を重畳させる構成としたものであり、単独運転を検出するための特別な回路を必要とせず、より簡単でかつより安価な構成にて単独運転検出機能を実現することができるという作用を有する。

また、単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する無効電力に外乱を重畳させる構成としたものであり、単独運転を検出するための特別な回路を必要とせず、より簡単でかつより安価な構成にて単独運転検出機能を実現することができるという作用を有する。

さらに、節電部は、単独運転検出手段により重畳した外乱を打ち消す電力を重畳させる構成としたものであり、単独運転を検出するための外乱を節電部で打ち消すため、負荷あるいは系統に対しての悪影響を抑制することができるという作用を有する。

また、節電部は、系統電流を監視して打ち消す電力を決定する構成としたものであり、単独運転を検出するための外乱の系統側への影響をより効果的に検出することができ、その悪影響分を節電部で打ち消すため、負荷あるいは系統に対しての悪影響をさらに効果的に抑制することができるという作用を有する。

さらに、節電部は、直列変圧器とフルブリッジインバータによる構成としたものであり、節電部を系統あるいは負荷に対して並列接続するため、装置の異常故障時において、装置を系統側から切り離し、電力を直送することができるため、負荷への電源供給の安定性を向上することができるという作用を有する。

また、節電部のフルブリッジインバータと、系統連系インバータ部に備えたフルブリッジインバータは、一つのアームを共用する構成としたものであり、構成の簡略化が図れるため、小型で低コストな装置で実現することができるという作用を有する。

さらに、指令変更手段の指令値は、所定の変化量を上下限値として備える構成としたものであり、指令変更により通常の系統電圧の変動範囲を超えることなく、健全な電圧範囲で単独運転の検出を行なうことができるという作用を有する。

また、単独運転検出手段により重畳させる外乱から、節電部により補償する補償量を演算し、フィードフォワード制御を行なう構成としたものであり、装置から発生させる外乱に対しての補償応答性を向上させることで、配電設備への悪影響を未然に防止することができるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における電源装置の構成図を示す。

図に示すように、電源装置は発電手段としての太陽電池１からの発電電力を系統電源２に出力する系統連系インバータ部３と、負荷４への供給電力を低減する節電部５を有しており、系統連系インバータ部３に備えた単独運転検出手段３ａが停電の可能性があると判定した場合に、節電部５に備えた電力制御手段５ａの電力指令を電力の需給バランスを崩すように変更する指令変更手段６を備えている。

次に、電力制御手段５ａの基本的な動作について図１を参照しながら説明する。図に示すように、電力制御手段５ａは系統電源２と直列に接続した直列変圧器５ｂと、直列変圧器５ｂに接続した節電インバータ５ｃと、節電インバータ５ｃの制御する節電制御部５ｄにより構成している。節電制御部５ｄは負荷４に供給される電圧を検出し、指令電圧と比較して直列変圧器５ｂに印加する電圧を制御する。その結果、直列変圧器５ｂの両端に誘起する電圧ベクトルと系統電源２の電圧ベクトルを合成した電圧とすることができるため、負荷４に供給される電圧は指令電圧に制御することができる。例えば系統電圧が１０５Ｖ、指令電圧を１００Ｖ、直列変圧器５ｂの一次側、二次側の巻数比を１：１０とすると節電インバータ５ｃの両端電圧は５０Ｖとするように制御する。

次に、単独運転検出手段３ａについて説明する。単独運転検出手段３ａは系統連系インバータ部３から出力する電流の周波数を低下させるように電流指令値に外乱を重畳する。例えば電源周波数に対して０．０１Ｈｚ〜０．０５Ｈｚといった電源に悪影響を及ぼさない周波数の外乱を重畳する。その周波数の外乱を系統連系インバータ部３から出力する電流に歪みを与えることになる。単独運転状態すなわち停電した状態であれば、この歪みを与えたことにより、周波数は外乱を重畳した方向（例えば、０．０１Ｈｚ低下することを示す）に変化することとなり、その微小な変化を単独運転すなわち停電が発生した可能性ありと判定する。

次に、単独運転検出手段３ａが停電の可能性ありと判定した際の指令変更手段６の制御フローチャートについて図２に示す。図に示すように、単独運転検出手段３ａから停電の可能性の有無の信号を入力する。停電の可能性ありと信号入力があると、指令変更手段６は電力制御手段５ａの制御指令値、すなわち電圧設定値を例えば１Ｖ低下させる、すなわち節電を加速する方向に制御する。ここで、節電を加速する方向とは、節電電力を増加させることを意味し、例えば節電電力を５０Ｗから１００Ｗとすることを示す。但し、負荷４の電圧が９５Ｖを下回らないように下限値をセットする。この時、負荷４に入力電圧に応じて消費電力量が変化する機器、すなわち内部回路で入力電圧に応じた制御を行なわない、抵抗成分を主とする負荷４ａが存在すれば、電圧低下に応じて消費する有効電力は低下することとなる。この指令値変更により電力の需給はバランス状態であってもアンバランス状態へと遷移することとなる。指令変更手段６は電圧設定値を低下させた後、単独運転検出手段３ａが停電であると判定したか否かを入力し、規定時間（例えば１００ｍｓ）の間、停電ではないと判定した場合は電圧設定値を変更前の値へ復帰させる。規定時間内に停電であると判定した場合は電力制御手段５ａに対して停止指令を送信する。

上記の構成により、停電の可能性があると判定した際に、電力需給を強制的にアンバランス状態とし、系統連系インバータ部３の単独運転をより確実に検出することとなる。

以上のように、本実施の形態１によれば、電力の需給がバランスした単独運転を検出しにくい、あるいは検出速度が低下するような状態であっても、より高速かつ確実に検出することができる。

なお、本実施の形態１において、節電を加速する方向に制御する際に電圧設定値を１Ｖ低下させるとしたが、システム容量に応じた低下幅であれば０．５Ｖといった変化幅を減少、あるいは２Ｖといった変化幅を増加させても作用効果に差異はない。

また、電力制御手段５ａは節電インバータ５ｃを備える構成としたが、直列変圧器５ｂのタップを複数有するものとし、そのタップを切り換えることで電圧設定値を下げる構成としても作用効果に差異はない。

（実施の形態２）
図３は、本実施の形態２における電源装置の構成図を示す。

なお、実施の形態１と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、電源装置は発電手段としての太陽電池１からの発電電力を系統電源２に出力する系統連系インバータ部３Ｂと、負荷４への供給電力を低減する節電部５を有しており、系統連系インバータ部３Ｂに備えた単独運転検出手段３Ｂａが停電の可能性があると判定した場合に、節電部５に備えた電力制御手段５ａの電力指令を変更する指令変更手段６Ｂを備えている。

次に、単独運転検出手段３Ｂａについて説明する。単独運転検出手段３Ｂａは系統連系インバータ部３Ｂから出力する電流の所定の位相に外乱を重畳する。例えばゼロクロス点に電源に悪影響を及ぼさない周波数の外乱を重畳する。そのゼロクロス点に重畳する周波数の外乱を系統連系インバータ部３Ｂから出力する電流に歪みを与えることになる。

次に、単独運転検出手段３Ｂａが停電の可能性ありと判定した際の指令変更手段６Ｂの制御フローチャートについて図４に示す。図に示すように、単独運転検出手段３Ｂａから停電の可能性の有無の信号を入力する。停電の可能性ありと信号入力があると、指令変更手段６Ｂは電力制御手段５ａの制御指令値、すなわち電圧設定値を例えば１Ｖ上昇させる、すなわち節電を中止する方向に制御する。ここで、節電を中止する方向とは、節電電力を減少させることを意味し、例えば節電電力を１００Ｗから５０Ｗとすることを示す。但し、負荷４の電圧が１０７Ｖを上回らないように上限値をセットする。この時、負荷４に入力電圧に応じて消費電力量が変化する機器、すなわち内部回路で入力電圧に応じた制御を行なわない、抵抗成分を主とする負荷４ａが存在すれば、電圧上昇に応じて消費する有効電力は上昇することとなる。この指令値変更により電力の需給はバランス状態であってもアンバランス状態へと遷移することとなる。指令変更手段６Ｂは電圧設定値を上昇させた後、単独運転検出手段３Ｂａが停電であると判定したか否かを入力し、規定時間（例えば１００ｍｓ）の間、停電ではないと判定した場合は電圧設定値を変更前の値へ復帰させる。規定時間内に停電であると判定した場合は電力制御手段５ａに対して停止指令を送信する。

上記の構成により、停電の可能性があると判定した際に、電力需給を強制的にアンバランス状態とし、系統連系インバータ部３Ｂの単独運転をより確実に検出することとなる。

以上のように、本実施の形態２によれば、電力の需給がバランスした単独運転を検出しにくい、あるいは検出速度が低下するような状態であっても、より高速かつ確実に検出することができる。

なお、本実施の形態２において、節電を中止する方向に制御する際に電圧設定値を１Ｖ上昇させるとしたが、システム容量に応じた上昇幅であれば０．５Ｖといった変化幅を減少、あるいは２Ｖといった変化幅を増加させても作用効果に差異はない。

また、電力制御手段５ａは節電インバータ５ｃを備える構成としたが、直列変圧器５ｂのタップを複数有するものとし、そのタップを切り換えることで電圧設定値を上げる構成としても作用効果に差異はない。

（実施の形態３）
図５は、本実施の形態３における電源装置の構成図を示す。

なお、実施の形態１あるいは実施の形態２と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、電源装置は発電手段としての太陽電池１からの発電電力を系統電源２に出力する系統連系インバータ部３Ｃと、負荷４への供給電力を低減する節電部５を有しており、系統連系インバータ部３Ｃに備えた単独運転検出手段３Ｃａが停電の可能性があると判定した場合に、節電部５に備えた電力制御手段５ａの電力指令を変更する指令変更手段６Ｂを備えている。

次に、単独運転検出手段３Ｃａについて説明する。単独運転検出手段３Ｃａは系統連系インバータ部３Ｃから出力する電流に所定の無効電力を重畳する。所定の無効電力とは例えば力率が０．８５を下回らない範囲の無効電力とする。

上記の構成により、停電の可能性があると判定した際に、電力需給を強制的にアンバランス状態とし、系統連系インバータ部３Ｃの単独運転をより確実に検出することとなる。

以上のように、本実施の形態３によれば、電力の需給がバランスした単独運転を検出しにくい、あるいは検出速度が低下するような状態であっても、より高速かつ確実に検出することができる。

（実施の形態４）
図６は、本実施の形態４における電源装置の構成図を示す。

なお、実施の形態１〜３と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、電源装置は発電手段としての太陽電池１からの発電電力を系統電源２に出力する系統連系インバータ部３と、負荷４への供給電力を低減すると同時に単独運転検出手段３ａにより重畳した外乱を打ち消す電力を重畳させる節電部５Ｂを有しており、系統連系インバータ部３に備えた単独運転検出手段３ａが停電の可能性があると判定した場合に、節電部５Ｂに備えた電力制御手段５Ｂａの電力指令を変更する指令変更手段６を備えている。

次に、節電部５Ｂの制御フローチャートについて図７を参照しながら説明する。図に示すように、節電部５Ｂは系統連系インバータ部３から重畳した外乱量を受信する。受信した外乱量が節電部５Ｂで補償でき得る外乱量か否かを判定し、上限を超えていれば補償量は上限値をセットする。この節電部５Ｂにより補償する補償量を演算、上限値でリミットしてフィードフォワード制御により補償量を決定する。さらに、その補償量は電力制御手段５Ｂａに出力する。さらに節電部５Ｂは補償量を単独運転検出手段３ａに出力し、単独運転検出手段３ａは出力した外乱量と補償量から単独運転を検出する。

上記の構成により、節電部５Ｂは単独運転検出手段３ａにより重畳した外乱を打ち消すこととなる。

以上のように、本実施の形態４によれば、単独運転を高速かつ確実に検出できると共に、より迅速な応答速度で負荷あるいは系統に対しての悪影響を抑制が可能となる。

（実施の形態５）
図８は、本実施の形態５における電源装置の構成図を示す。

なお、実施の形態１〜４と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、電源装置は発電手段としての太陽電池１からの発電電力を系統電源２に出力する系統連系インバータ部３と、負荷４への供給電力を低減すると同時に系統電流を監視して単独運転検出手段３ａにより重畳した外乱を打ち消す電力を重畳させる節電部５Ｃを有しており、系統連系インバータ部３に備えた単独運転検出手段３ａが停電の可能性があると判定した場合に、節電部５Ｃに備えた電力制御手段５Ｃａの電力指令を変更する指令変更手段６を備えている。

次に、節電部５Ｃの制御フローチャートについて図９を参照しながら説明する。図に示すように、節電部５Ｃは系統電流の瞬時検出値から系統電流実効値を演算する。演算した系統電流実効値から単独運転検出手段３ａの重畳することが可能な外乱量を演算する。演算した外乱量が節電部５Ｃで補償でき得る外乱量か否かを判定し、上限を超えていれば補償量は上限値にセットする。補償範囲であれば、その補償量を電力制御手段５Ｃａに出力する。さらに節電部５Ｃは補償量を単独運転検出手段３ａに出力し、単独運転検出手段３ａは出力した外乱量と補償量から単独運転を検出する。

上記の構成により、節電部５Ｃは単独運転検出手段３ａにより重畳した外乱を打ち消すこととなる。

以上のように、本実施の形態５によれば、単独運転を高速かつ確実に検出できると共に、負荷あるいは系統に対しての悪影響を抑制することとなる。

系統電源の電圧変動を抑制すると同時に、系統電源が遮断されたことをより高速に検知して系統電源から解列できることより、系統側との調和を図りつつ発電システムを集中設置する必要のある用途にも適用できる。

本発明の実施例１の電源装置の構成図 同指令変更手段６の制御フローチャート 本発明の実施例２の電源装置の構成図 同指令変更手段６Ｂの制御フローチャート 本発明の実施例３の電源装置の構成図 本発明の実施例４の電源装置の構成図 同節電部５Ｂの制御フローチャート 本発明の実施例５の電源装置の構成図 同節電部５Ｃの制御フローチャート 従来の特許文献１の単独運転検出方法に関する説明図 従来の特許文献２の単独運転検出方法に関する説明図

符号の説明

１ 太陽電池
２ 系統電源
３、３Ｂ、３Ｃ 系統連系インバータ部
３ａ、３Ｂａ、３Ｃａ 単独運転検出手段
４、４ａ 負荷
５、５Ｂ、５Ｃ 節電部
５ａ、５Ｂａ、５Ｃａ 電力制御手段
５ｂ 直列変圧器
５ｃ 節電インバータ
５ｄ 節電制御部
６、６Ｂ 指令変更手段

Claims (12)

1. 発電手段からの発電電力を系統電源に出力する系統連系インバータ部と、負荷への供給電力を低減する節電部とを有する電源装置であって、前記系統連系インバータ部に備えた単独運転検出手段が停電の可能性があると判定した場合に前記節電部に備えた電力制御手段の電力指令を変更する指令変更手段を有したことを特徴とする電源装置。
2. 指令変更手段は、節電を中止する方向に制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 指令変更手段は、節電を加速する方向に制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
4. 単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する電流の周波数に外乱を重畳させることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
5. 単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する電流の所定の位相に外乱を重畳させることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
6. 単独運転検出手段は、系統連系インバータ部から出力する無効電力に外乱を重畳させることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
7. 節電部は、単独運転検出手段により重畳した外乱を打ち消す電力を重畳させたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
8. 節電部は、系統電流を監視して打ち消す電力を決定することを特徴とする請求項７記載の電源装置。
9. 節電部は、直列変圧器とフルブリッジインバータで構成したことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
10. 節電部のフルブリッジインバータと、系統連系インバータ部に備えたフルブリッジインバータは、一つのアームを共用したことを特徴とする請求項９記載の電源装置。
11. 指令変更手段にて決定される指令値は、所定の変化量を上下限値とすることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
12. 単独運転検出手段により重畳させる外乱から、節電部により補償する補償量を演算し、フィードフォワード制御を行なうことを特徴とする請求項１記載の電源装置。

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