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技術 電力変換装置および電力変換システム

出願人 三菱電機株式会社
発明者 伊藤寛内藤和彦
出願日 2015年2月26日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2015-036334
公開日 2016年9月1日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2016-158447
状態 特許登録済
技術分野 交流の給配電 インバータ装置
主要キーワード 起動開始直後 並列台数 通常運転処理 起動準備 入れ直し 分岐ブレーカー 自動連 生産機種
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

商用系統連系する電力変換システムにおいて、定格出力容量10kWの電力変換装置を3台並列に使用すれば30kWの発電設備構築できるし、10台並列に使用すれば100kWの発電設備が構築できる。しかし、出力容量が50kW未満のシステム低圧連系であるため停電復旧時の自動再連系が認められているが、出力容量が50kW以上のシステムで高圧連系となるため停電復旧時には連系待機手動再連系)を求められている。そのため低圧連系用の電力変換装置を並列に使用して出力50kW以上の発電設備を構築しても高圧連系の要件を満たさないという課題があった。

解決手段

商用系統から生成する電源消失後に再復帰した際の再連系動作として、あらかじめ記憶手段に記憶させた自動連可否の設定に基づき、自動再連系もしくは手動再連系のいずれかを選択して実行できるように構成したことを特徴とする。

概要

背景

電力系統連系技術要件ガイドラインによれば、太陽電池などによる直流電力交流電力に変換してその電力商用系統に連系して供給する電力変換システムにおいては、系統停電時における作業者感電事故防止のため、系統停電を検出し電力変換システムの単独運転を防止する機能を有することが求められている。

例えば、特許文献1には、単独運転防止機能の一方式である電圧位相跳躍検出方式マイクロコンピュータソフトウェアにより簡単に実現可能な構成とした系統連系用電力変換システムが開示されている。
このような電力変換システムは、搭載している単独運転防止機能の働きにより、系統停電した時には単独運転することなく商用系統との接続を安全に切り離す解列)ことができるため、作業者の感電事故を防止することができる。また、停電が復旧した場合には、再び商用系統と接続して連系運転を行う。

概要

商用系統に連系する電力変換システムにおいて、定格出力容量10kWの電力変換装置を3台並列に使用すれば30kWの発電設備構築できるし、10台並列に使用すれば100kWの発電設備が構築できる。しかし、出力容量が50kW未満のシステム低圧連系であるため停電復旧時の自動再連系が認められているが、出力容量が50kW以上のシステムで高圧連系となるため停電復旧時には連系待機手動再連系)を求められている。そのため低圧連系用の電力変換装置を並列に使用して出力50kW以上の発電設備を構築しても高圧連系の要件を満たさないという課題があった。 商用系統から生成する電源消失後に再復帰した際の再連系動作として、あらかじめ記憶手段に記憶させた自動連可否の設定に基づき、自動再連系もしくは手動再連系のいずれかを選択して実行できるように構成したことを特徴とする。

目的

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低圧連系で認められている自動再連系および高圧連系で求められている手動再連系のいずれに対しても対応できる電力変換装置およびそれを用いた電力変換システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

外部の直流電源から直流電力を入力し、交流電力に変換して出力する直交変換手段と、前記直交変換手段の出力と商用系統との接続を開閉する連系リレーと、商用系統への自動連可否の設定を記憶する記憶手段を有するとともに、前記直交変換手段および前記連系リレーを制御する制御手段と、前記商用系統から入力した交流電力により第一の電源を生成し、前記制御手段に前記第一の電源を供給する第一の電源手段とを備え、前記制御手段は、前記第一の電源が消失した後に再復帰した際の連系動作として、前記記憶手段が記憶している自動連系可否の設定に基づき、自動的に連系する自動再連系、もしくは手動操作によって連系許可が指示されるまで連系待機状態を保持する手動再連系のいずれかを実行することを特徴とする電力変換装置

請求項2

前記外部の直流電源から入力した直流電力により第二の電源を生成し、前記制御手段に前記第二の電源を供給する第二の電源手段をさらに備え、前記制御手段は、前記第一の電源かつ前記第二の電源が消失した後にともに再復帰した際の連系動作として、前記記憶手段が記憶している自動連系可否の設定に基づき、自動的に連系する自動再連系、もしくは手動操作によって連系許可が指示されるまで連系待機状態を保持する手動再連系のいずれかを実行することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。

請求項3

外部の直流電源から直流電力を入力し、交流電力に変換して出力する直交変換手段と、前記直交変換手段の出力と商用系統との接続を開閉する連系リレーと、商用系統への自動連系可否の設定を記憶する記憶手段を有するとともに、前記直交変換手段および前記連系リレーを制御する制御手段と、前記直流電源から入力した直流電力により第二の電源を生成し、前記制御手段に前記第二の電源を供給する第二の電源手段と、前記商用系統の状態を監視し、停電を検知して記憶する停電検知手段とを備え、前記制御手段は、前記第二の電源が消失した後に再復帰した際の連系動作として、前記停電検知手段が前記第二の電源の消失している期間に前記商用系統の停電を検知したことを記憶している場合は前記記憶手段が記憶している自動連系可否の設定に基づき、自動的に連系する自動再連系、もしくは手動操作によって連系許可が指示されるまで連系待機状態を保持する手動再連系のいずれかを実行することを特徴とする電力変換装置。

請求項4

商用系統への自動連系可否の設定として前記自動再連系もしくは前記手動再連系のいずれかを設定する初期設定手段をさらに備え、前記制御手段の前記記憶手段は、前記初期設定手段によって設定された自動連系可否の設定を記憶することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力変換装置。

請求項5

外部の直流電源から直流電力を入力し、交流電力に変換して出力する直交変換手段と、前記直交変換手段の出力と商用系統との接続を開閉する連系リレーと、前記直交変換手段および前記連系リレーを制御する制御手段と、前記商用系統から入力した交流電力により第一の電源を生成し、前記制御装置に前記第一の電源を供給する第一の電源手段とを備え、前記制御手段は、前記第一の電源が消失した後に再復帰した際の連系動作として、手動操作によって連系許可が指示されるまで連系待機状態を保持する手動再連系を実行することを特徴とする電力変換装置。

請求項6

前記外部の直流電源から入力した直流電力により第二の電源を生成し、前記制御手段に前記第二の電源を供給する第二の電源手段をさらに備え、前記制御手段は、前記第一の電源かつ前記第二の電源が消失した後でともに再復帰した際の再連系動作として、手動操作によって連系許可が指示されるまで連系待機状態を保持する手動再連系を実行する手動再連系を実行することを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。

請求項7

外部の直流電源から直流電力を入力し、交流電力に変換して出力する直交変換手段と、前記直交変換手段の出力と商用系統との接続を開閉する連系リレーと、前記直交変換手段および前記連系リレーを制御する制御手段と、前記直流電源から入力した直流電力により第二の電源を生成し、前記制御手段に前記第二の電源を供給する第二の電源手段と、前記商用系統の状態を監視し、停電を検知して記憶する停電検知手段とを備え、前記制御手段は、前記第二の電源が消失した後に再復帰した際の連系動作として、前記停電検知手段が前記第二の電源の消失している期間に前記商用系統の停電を検知したことを記憶している場合は手動によって連系許可が指示されるまで連系待機状態を保持する手動再連系を実行することを特徴とする電力変換装置。

請求項8

直流電源と、前記直流電源からの直流電力を入力し、商用系統に連系して交流電力を出力する請求項1〜7のいずれか一項に記載の電力変換装置とを備えることを特徴とする電力変換システム

技術分野

0001

本発明は、直流電力交流電力に変換してその電力需要家側の負荷系統に供給する系統連系用電力変換装置およびそれを用いた電力変換システム、特に、系統停電時に電力変換システムが単独運転するのを防止する保護機能に関するものである。

背景技術

0002

電力系統連系技術要件ガイドラインによれば、太陽電池などによる直流電力を交流電力に変換してその電力を商用系統に連系して供給する電力変換システムにおいては、系統停電時における作業者感電事故防止のため、系統停電を検出し電力変換システムの単独運転を防止する機能を有することが求められている。

0003

例えば、特許文献1には、単独運転防止機能の一方式である電圧位相跳躍検出方式マイクロコンピュータソフトウェアにより簡単に実現可能な構成とした系統連系用電力変換システムが開示されている。
このような電力変換システムは、搭載している単独運転防止機能の働きにより、系統が停電した時には単独運転することなく商用系統との接続を安全に切り離す解列)ことができるため、作業者の感電事故を防止することができる。また、停電が復旧した場合には、再び商用系統と接続して連系運転を行う。

先行技術

0004

特許第3592595号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ここで、商用系統が何らかの原因によって停電し、その後復旧した場合に、電力変換システムを商用系統に再連系する手順として、停電復旧後一定時間(150〜300秒)待機した上で自動的に運転を開始し再連系する自動復帰(自動再連系)と、電力会社に連絡を取り再連系の許可を得た上で運転を開始させ再連系させる手動復帰手動再連系)の二通りの方法がある。なお、電力系統連系技術要件のガイドラインにより、低圧連系(発電設備出力容量が50kW未満)の場合には自動再連系が認められており、高圧連系(発電設備の出力容量が50kW以上)の場合には手動再連系によることが定められている。

0006

ところで、100kWの発電設備を設置する場合、定格出力容量100kWの電力変換装置を1台使用すればもちろん構築できるが、例えば定格出力容量10kWの電力変換装置を10台並列に使用しても構築することができる。
しかしながら、前述したように50kW以上のシステムでは高圧連系となるため手動再連系であることが必要となるが、10kWの電力変換装置は出力容量からわかるように基本的には低圧連系用に製造されているため自動再連系で動作するように構成されており、それを高圧連系の物件に使用しても手動再連系にならない、すなわち高圧連系の要件を満たさないという課題があった。

0007

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低圧連系で認められている自動再連系および高圧連系で求められている手動再連系のいずれに対しても対応できる電力変換装置およびそれを用いた電力変換システムを提供するものである。

課題を解決するための手段

0008

この発明にかかる電力変換装置および電力変換システムは、商用系統から生成する電源消失後に再復帰した際の再連系動作として、あらかじめ記憶手段に記憶させた自動連可否の設定に基づき、自動再連系もしくは手動再連系のいずれかを選択して実行できるように構成したことを特徴とする。

発明の効果

0009

この発明は上記のように構成したので、構築すべき電力変換システムが低圧連系の場合であっても高圧連系の場合であっても一種類の電力変換装置を用いて対応することが可能であるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0010

この発明の実施の形態1にかかる電力変換システムのブロック構成図である。
この発明の実施の形態1にかかる電力変換装置の初期設定および通常運転動作に関するフローチャート図である。
この発明の実施の形態1にかかる電力変換システムの手動再連系で動作する場合のタイミングチャート図である。
この発明の実施の形態1にかかる電力変換システムの自動再連系で動作する場合のタイミングチャート図である。
この発明の実施の形態2にかかる電力変換システムのブロック構成図である。
この発明の実施の形態2にかかる電力変換システムの手動再連系で動作する場合のタイミングチャート図である。
この発明の実施の形態3にかかる電力変換システムのブロック構成図である。
この発明の実施の形態3にかかる電力変換システムの手動再連系で動作する場合のタイミングチャート図である。
この発明の実施の形態4にかかる電力変換システムのブロック構成図である。
この発明の実施の形態4にかかる電力変換装置の通常運転動作に関するフローチャート図である。
この発明の実施の形態4にかかる電力変換システムの手動再連系で動作する場合のタイミングチャート図である。

実施例

0011

以下に、本発明にかかる電力変換装置および電力変換システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態においては、電力変換システムの一形態として太陽光発電システム1、直流電源の一形態として太陽電池アレイ2、電力変換装置としてパワーコンディショナ3を例示している。また、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

0012

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムのブロック構成図である。
太陽光発電システム1は、太陽電池アレイ2およびパワーコンディショナ3を備える。太陽電池アレイ2は、例えば住宅の屋根建物の屋上あるいは地面の上などに設置されている。太陽電池アレイ2は、複数枚太陽電池モジュール直列あるいは並列に接続して構成されている。太陽電池アレイ2には、パワーコンディショナ3が接続されている。

0013

太陽電池アレイ2は、太陽光を受けて発電し、直流電力を発生する。パワーコンディショナ3は、太陽電池アレイ2で発生した直流電力を、交流電力に変換する。パワーコンディショナ3の出力は、分電盤(図示せず)を介して商用系統4に接続されている。また、分電盤内分岐ブレーカーを経由して、住宅内の各電気機器(図示せず)にも接続されている。太陽光発電システム1からの交流電力は、これらの各電気機器に供給されて消費される。
曇天時や雨天時などの発電電力が少ない場合や、夜間などの発電ができない場合には、商用系統4から分電盤を経由して電力が各電気機器に供給される(買電)。これとは逆に、発電電力がそのときに住宅内の各電気機器で消費されている全消費電力より多い場合には、その余剰電力は分電盤を経由して商用系統4に逆潮流される(売電)。

0014

パワーコンディショナ3は、太陽電池アレイ2から入力した直流電力を交流電力に変換して出力する直交変換手段5、直交変換手段5の出力と商用系統4との接続(連系)または開放(解列)を実行する連系リレー6、直交変換手段5および連系リレー6の動作を制御する制御手段8、商用系統4側の交流電力から制御手段8を駆動するための制御電源(第一の電源)を生成する第一の電源手段7、制御手段8に対し直交変換手段5および連系リレー6の制御動作の開始あるいは停止を指示する運転スイッチ9を備えている。
また、制御手段8には、連系保護に関する各整定値の設定や自動連系可否の設定すなわち商用系統4への自動連系を許可するかしないかの基本設定を行うための初期設定手段10が接続可能となっている。なお、制御手段8には、初期設定手段10により入力された各整定値および自動連系可否の設定を記憶するための記憶手段11が内蔵されている。さらに、制御手段8には、パワーコンディショナ3の外部から運転スイッチ9の代わりに制御手段8に対し直交変換手段5および連系リレー6の制御動作の開始あるいは停止を指示する信号を出力するリモコン機能を有する外部スイッチ12が接続可能となっている。

0015

制御手段8は、初期設定手段10により設定されて記憶手段11に記憶された自動連系可否の設定に基づいた連系動作を実行する。自動連系可否の設定は、停電復旧時の連系方法に関する設定であり、商用系統4が停電した後に復旧した際、太陽光発電システムを商用系統に自動的に再連系するかあるいは手動操作によって再連系するかがこの自動連系可否の設定に基づいて決定される。
ここで、自動再連系は連系運転するための各条件(例えば発電電力が十分であり、商用系統4が正常であるなど)が整っていれば自動的に連系運転を行うものであり、手動再連系は連系運転するための各条件が整っていても待機状態待ち、電力会社の許可を得た後に使用者の手動操作によって連系運転を開始するものである。
なお、図1では、商用系統4と連系する太陽光発電システム1を1組(パワーコンディショナ1台および太陽電池アレイ一式組合せ)としているが、複数の太陽光発電システムが並列に商用系統4と連系する構成の場合も本実施の形態に含まれるものとする。

0016

図2は、この発明の実施の形態1にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムの初期設定および通常運転動作に関するフローチャート図である。
まず、初期設定処理について簡単に説明する。制御手段8は制御電源を供給されて起動し、図1には示されていない切替手段の設定によって、「初期設定動作」を実行するか「通常動作」を実行するかを判定する(ステップS1)。切替手段の設定については、例えば、太陽光発電システム1の設置後初めて制御手段8を起動する場合には「初期設定動作」を実行し、2回目以降には「通常動作」を実行するように設定しておくものとする。
ここでは「初期設定動作」が選択されているものとして、ステップS2に進む。ステップS2では初期設定手段10により、自動連系可否の設定すなわち停電復旧時に手動再連系動作あるいは自動再連系動作のいずれを実行するかの設定入力受け付ける。また、それ以外の初期設定情報(例えば連系保護に関する各整定値など)の入力も受け付ける。次にステップS3で、入力された自動連系可否の設定などの初期設定情報を記憶手段11に記憶して、初期設定処理を終了する。なお、実施の形態においては、初期設定情報の一つである自動連系可否の設定を具体的には連系許可フラ初期値として示している。

0017

次に、通常運転動作について説明する。
前述したように、すでに初期設定が終了している太陽光発電システム1において、制御手段8が起動する際は「通常動作」を実行するように設定されているものとする。このとき、起動直後の制御手段8は、ステップS1において「N」(通常動作)と判定され、ステップS4に進む。ステップS4では、記憶手段11に記憶されている初期設定情報の中の一情報である連系許可フラグ初期値を読み出し、その内容をステップS5において制御手段8内の連系許可フラグにセットする。すなわち、起動直後は連系許可フラグの状態が連系許可フラグ初期値(自動再連系(許可)もしくは手動再連系(待機))と同一となる。

0018

ステップS6において、太陽光発電システム1が運転できる条件になったかどうかを判定する。すなわち、太陽電池アレイ2の直流電力が直交変換手段5にて交流電力に変換可能なレベルまで十分に発電している状態かどうか、また運転スイッチの状態が運転の実行を指示しているかどうかなどを判定する。運転条件が満たされていればステップS7に進み、運転条件が満たされていなければステップS11に進む。

0019

ステップS7において、太陽光発電システム1と商用系統4とが連系できる条件になったかどうかを判定する。すなわち、商用系統4の状態が正常(OVR、UVR、OFR、UFR、単独運転検出機能が全て異常を検出していない)かどうか、また、商用系統4の状態が異常から正常に復帰した後定められた待機時間(150〜300秒)を経過したかどうかなどを判定する。連系条件が満たされていればステップS8に進み、連系条件が満たされていなければステップS11に進む。

0020

ステップS8において、太陽光発電システム1と商用系統4との連系が許可されているか、許可されていないかを判定する。これは連系許可フラグの状態を確認することによって行われる。連系許可状態であればステップS9に進み、連系待機状態であればステップS11に進む。なお、連系許可フラグの連系待機状態は運転スイッチ9の入れ直し(いったんOFFした後に再ONさせる)により、連系許可状態に変更されるが、フローチャートには図示していない。

0021

ステップS9では、運転条件、連系条件、連系許可すべてがOKとなっていることを確認できたので、直交変換手段5の運転を実行し、次いで、ステップS10にて連系リレー6をONさせる。これによって、連系運転が実行される。
また、ステップS11では、運転条件、連系条件、連系許可のいずれかがOKではないため、直交変換手段5の運転を停止し、次いで、ステップS12にて連系リレー6をOFFさせる。これによって、連系運転は停止となる。
ステップS10、ステップS12の後は、ステップS6に戻り、以降の処理を繰り返す。
以上のようにして、太陽光発電システム1は通常運転動作を実行する。

0022

初期設定において、手動再連系(連系待機)に設定されている場合についての流れを説明する。制御手段8が起動した後、ステップS6の運転条件およびステップS7の連系条件のいずれもOKになったとして、ステップS8の連系許可フラグは最初「待機」なので、ステップS11に進み、直交変換手段5、連系リレー6ともにOFFとなり、連系運転は行わない(連系待機)。ここで電力会社からの了承が得られた場合、使用者の運転スイッチ9をOFF続いて再ONさせる操作により、連系許可フラグが「許可」に変更されるので、ステップS8からステップS9に進み、直交変換手段5、連系リレー6ともにONして連系運転が開始する。

0023

その後、夜間となり太陽電池アレイ2の直流電力が消失するとステップS6において運転条件がOKではなくなるため、ステップS11に進んで一旦連系運転は停止するが、停電の発生がないまま翌になって再び太陽電池アレイ2が直流電力を発電して運転条件がOKになると、ステップS8において連系許可フラグは「許可」を維持しているのでそのままステップS9に進み、自動的に連系運転を再開する。すなわち、停電のない状態では朝の日照開始とともに自動的に連系運転を行う。
また、昼に運転スイッチ9をOFFし、その後再ONした場合も同様である。運転スイッチ9のOFFにより、運転条件がOKではなくなって一旦連系運転を停止するが、運転スイッチ9再ONにより運転条件OKとなると、ステップS8において連系許可フラグは「許可」を維持しているのでそのままステップS9に進み、自動的に連系運転を再開する。

0024

しかし、停電が発生した場合には第一の電源手段7による制御電源が消失するため制御手段8が停止する。停電復旧後に第一の電源手段7による制御電源の供給が再開されると制御手段8が再び起動を開始する。すなわち、図2の「スタート」から動作を開始する。ここで初期設定は完了しているのでステップS4に進み、連系許可フラグを初期値の「待機」にセットする。したがって、運転条件および連系条件がOKとなってもステップS8で連系許可フラグ=「待機」であるため、連系運転は停止(連系待機)となる。すなわち、停電が生じて復旧した場合は連系待機状態となり、電力会社の了承後に使用者の手動によって再連系することになる。なお、昼の停電でも夜の停電でも復旧後は手動再連系(待機)となる。

0025

次に、初期設定において、自動再連系に設定されている場合についての流れを説明する。制御手段8が起動した後、ステップS6の運転条件およびステップS7の連系条件のいずれもOKになったとして、ステップS8の連系許可フラグは最初から「許可」なので、ステップS9に進み、直交変換手段5、連系リレー6ともにONして連系運転を開始する。

0026

その後、夜間となり太陽電池アレイ2の直流電力が消失するとステップS6において運転条件がOKではなくなるため、ステップS11に進んで一旦連系運転は停止するが、翌朝になって再び太陽電池アレイ2が直流電力を発電して運転条件がOKになると、ステップS8において連系許可フラグは「許可」のままなのでステップS9に進み、自動的に連系運転を再開する。すなわち、朝の日照開始とともに自動的に連系運転を行う。
また、昼に運転スイッチ9をOFFし、その後再ONした場合も同様である。運転スイッチ9のOFFにより、運転条件がOKではなくなって一旦連系運転を停止するが、運転スイッチ9再ONにより運転条件OKとなると、ステップS8において連系許可フラグは「許可」を維持しているのでそのままステップS9に進み、自動的に連系運転を再開する。

0027

停電が発生した場合には第一の電源手段7による制御電源が消失するので制御手段8が停止する。停電復旧後に第一の電源手段7による制御電源の供給が再開されると制御手段8が再び起動を開始する。すなわち、図2の「スタート」から動作を再開する。ここで初期設定は完了しているのでステップS4に進み、連系許可フラグを初期値の「許可」にセットする。したがって、運転条件および連系条件がOKとなっていればステップS8で連系許可フラグ=「許可」であるため、連系運転は自動的に再開される。すなわち、停電が生じて復旧した場合、自動再連系の動作を行う。なお、昼の停電でも夜の停電でも復旧後は自動再連系となる。

0028

図3は、この発明の実施の形態1にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムの手動再連系で動作する場合のタイミングチャート図であり、特に夜間に停電が発生した場合についての動作を示している。
以下、図3を用いて詳細に説明する。
最初は時間帯が日中であって、太陽光発電システム1は太陽光によって直流電力を発電し商用系統4に連系している状態であるものとする。

0029

日没時刻T1)の訪れにより太陽電池アレイ2が発電できなくなって直流電力2aが消失すると、交流電力に変換できなくなるため、連系運転6aが停止する。この直流電力2aが消失した状態(夜間)における時刻T2で、商用系統4に停電が発生したとすると、商用系統4側の交流電源4aが消失し、その交流電源4aから生成される第一の電源7aも消失して、第一の電源7aにより駆動される制御手段8が停止する。そのため、制御手段8に備えられ、自動連系動作の可否を決定する連系許可フラグ8aは、それまでの状態を維持できずに不定状態となる。なお、制御手段8に備えられた記憶手段11が記憶している連系許可フラグ初期値11aは機械的あるいは不揮発性メモリに保存されているため、第一の電源7aが消失する前の状態を保つことができる。

0030

時刻T3において、商用系統4の停電が復旧し交流電源4aが回復すると、第一の電源7aが生成され、制御手段8が起動を開始する。制御手段8は起動開始直後初期処理として、不定状態となっている連系許可フラグ8aに対し連系許可フラグ初期値11aをセットする。手動再連系を行うシステムにおいては、連系許可フラグ初期値11aが「待機」に設定されているため、制御手段8の起動開始後の連系許可フラグ8aも「待機」にセットされる。

0031

やがて夜が明けて(時刻T4)、太陽電池アレイ2が発電を開始し、直交変換手段5による交流電力の出力が可能となる直流電力2aを発生したとする。しかし、連系許可フラグ8aが「待機」のため、制御手段8は直交変換手段5を停止状態、連系リレー6を解列状態で維持するように制御する。したがって、太陽光発電システム1は商用系統4に連系していない状態で待機する。すなわち、T4以降も連系運転6aの停止状態を保つ。

0032

ここで、例えば電力会社と連絡を取るなどして再連系の許可が得られた場合、使用者は手動操作により運転スイッチ9を時刻T5においてOFF(切)とし、次に時刻T6においてON(入)とする。その運転スイッチ9をいったんOFFしてから再度ONする操作を受けて、制御手段8は連系許可フラグ8aを「待機」から「許可」へと変更する。この状態において、他の条件例えばOVRなどの連系保護機能が全てOKとなっていて連系を回避すべき理由がない状態となっているならば、制御手段8は直交変換手段5の運転を開始させ、起動準備時間を経た後に時刻T7において連系リレー6を接続させる。すなわち、連系運転6aが動作状態となる。なお、連系許可フラグ8aを「待機」から「許可」へと変更する方法は運転スイッチ9の操作に限らず、外部スイッチ12の操作によってもよいし、他の方法を採用してもよい。

0033

なお、上記では夜間の停電の場合で説明したが、昼間の停電であっても第一の電源7aが消失するため、同様の動作すなわち停電復旧後は手動再連系(連系待機)となる。
ところで、夜間に停電がなかった場合は、第一の電源7aが維持されて制御手段8が動作を継続するので、連系許可フラグ8aは「許可」状態を維持し、日の出により直流電力が発生するとともにパワーコンディショナ3が直交変換手段5の運転を開始させ、商用系統4に再連系する。
また、昼間に運転スイッチ9をOFFさせて連系運転を停止した場合でも、第一の電源7aの供給が維持され制御手段8の動作が継続するので、連系許可フラグ8aは「許可」状態を維持し、運転スイッチ9が再ONされるとパワーコンディショナ3が直交変換手段5の運転を開始させ、商用系統4に再連系する。
以上のようにして、初期設定が手動再連系である太陽光発電システム1は、商用系統4の停電後の復旧時には手動による再連系動作となり、停電がない場合の再起動時(日の出、運転スイッチ9のONなど)には自動的に再連系する。

0034

図4は、この発明の実施の形態1にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムの自動再連系で動作する場合のタイミングチャート図であり、特に夜間に停電が発生した場合についての動作を示している。
以下、図4を用いて詳細に説明する。
最初は時間帯が日中であって、太陽光発電システム1は太陽光によって直流電力を発電し商用系統4に連系している状態であるものとする。

0035

日没(時刻T1)の訪れにより太陽電池アレイ2が発電できなくなって直流電力2aが消失すると、交流電力に変換できなくなるため、連系運転6aが停止する。この直流電力が消失した状態(夜間)における時刻T2で、商用系統4に停電が発生したとすると、商用系統4側の交流電源4aが消失し、その交流電源4aから生成される第一の電源7aも消失して、第一の電源7aにより駆動される制御手段8が停止する。そのため、制御手段8に備えられ、自動連系動作の可否を決定する連系許可フラグ8aは、それまでの状態を維持できずに不定状態となる。なお、制御手段8に備えられた記憶手段11が記憶している連系許可フラグ初期値11aは機械的あるいは不揮発性メモリに保存されているため、第一の電源7aが消失する前の状態を保つことができる。

0036

時刻T3において、商用系統4の停電が復旧し交流電源4aが回復すると、第一の電源7aが生成され、制御手段8が起動を開始する。制御手段8は起動開始直後に初期処理として、不定状態となっている連系許可フラグ8aに対し、連系許可フラグ初期値11aをセットする。自動再連系を行うシステムにおいては、連系許可フラグ初期値11aは「許可」に設定されているため、制御手段8の起動開始後の連系許可フラグ8aも「許可」にセットされる。

0037

やがて夜が明けて(時刻T4)、太陽電池アレイ2が発電を開始し、直交変換手段5による交流電力の出力が可能となる直流電力2aを発生したとする。連系許可フラグ8aが「許可」となっているため、この状態において、他の条件例えばOVRなどの連系保護機能が全てOKとなっていて連系を回避すべき理由がない状態となっているならば、制御手段8は直交変換手段5の運転を開始させ、起動準備時間を経た後に連系リレー6を接続させる。すなわち、連系運転6aが動作状態となる。

0038

なお、上記では夜間の停電の場合で説明したが、昼間の停電であっても第一の電源7aが消失し、同様の動作となる。すなわち停電復旧後には自動再連系を行う。
また、夜間に停電がなかった場合は、第一の電源7aが維持されて制御手段8が動作を継続するので、連系許可フラグ8aは「許可」状態を維持し、日の出により直流電力が発生するとともにパワーコンディショナ3が直交変換手段5の運転を開始させ、商用系統4に再連系する。
また、昼間に運転スイッチ9をOFFさせて連系運転を停止した場合でも、第一の電源7aの供給が維持され制御手段8の動作が継続するので、連系許可フラグ8aは「許可」状態を維持し、運転スイッチ9が再ONされるとパワーコンディショナ3が直交変換手段5の運転を開始させ、商用系統4に再連系する。
以上のようにして、初期設定が自動再連系である太陽光発電システム1は、商用系統4の停電後の復旧時には自動再連系の動作を行う。なお、停電がない場合の再起動時(日の出、運転スイッチのONなど)にも自動的に再連系する。

0039

以上、図3および図4で説明したように、自動再連系、手動再連系のいずれの動作を行うかは、連系許可フラグ初期値の設定によって選択できるように構成されている。
これによって、例えば定格出力10kWのパワーコンディショナに上記機能を搭載することにより、発電設備の出力容量が様々な物件に対して、この10kWパワーコンディショナを必要な台数だけ並列に設置し、パワーコンディショナの自動連系可否の初期設定を出力容量が50kW未満(低圧連系)のシステムでは「自動再連系」に、出力容量が50kW以上(高圧連系)のシステムでは「手動再連系」に設定すれば、電力系統連系技術要件のガイドラインに従った太陽光発電システムが10kWのパワーコンディショナ一機種のみで構築可能となる。
また、例えばシステム設置時には出力容量が50kW未満の低圧連系であって、その後増設して出力容量が50kW以上の高圧連系となるような場合にも、既設および増設分のパワーコンディショナを再度初期設定し直すことによって、電力系統連系技術要件のガイドラインへの対応が可能である。

0040

なお、実施の形態1では電源の消失により停電を認識すると説明したが、制御電源として蓄電池UPS電源などを用い、電圧検出手段で商用系統4の停電を認識する構成であってもよい。その場合は停電の認識によって連系許可フラグ8aに連系許可フラグ初期値11aをセットするようにしておけばよい。
また、実施の形態1では太陽光発電システムの例で説明したが、燃料電池などの直流電源を有する他の分散電源システムの場合でも本発明を適用することができる。なお、実施の形態2以降も同様である。

0041

実施の形態1では上記のように構成されているため、太陽光発電システムすなわち電力変換システムの初期設定により、商用系統が停電後に再復旧した場合に自動再連系あるいは手動再連系(待機)のいずれでも実行することができる。すなわち、本電力変換システムは、停電復旧後の自動再連系が認められている低圧連系の場合でも、停電復旧後は待機状態となって電力会社の許可が得られたら手動により再連系を行う高圧連系の場合でも、同種のパワーコンディショナすなわち電力変換装置で構築することが可能であるという効果をもたらす。
また、発電設備が低圧連系であっても高圧連系であっても、出力容量に応じて単位となる電力変換装置の並列台数を調整することで対応できるので、物件毎に異なる出力容量の発電設備を一種類の電力変換装置で構築可能となり、生産機種低減による管理上のメリットおよび生産台数増加によるコスト上のメリットも得られる。
また、自動再連系あるいは手動再連系の再設定が簡単であることから、増設による容量アップなどのシステム拡張に対する柔軟性があるという効果も得られる。

0042

実施の形態2.
実施の形態1における電力変換システムの制御手段は、商用系統側の交流電力から第一の電源手段が生成する第一の電源により駆動されていた。実施の形態2における電力変換システムの制御手段では、上記第一の電源に加えて、直流電源側の直流電力から第二の電源手段が生成する第二の電源からも駆動される構成となっている。

0043

太陽光発電システムにおいては、商用系統が停電の場合でも太陽電池アレイが発電可能であれば、商用系統に連系しないで特定の負荷に交流電力を供給する自立運転が可能であり、その機能を有する場合が多い。その場合、制御手段は商用系統側からの電源ではなく太陽電池側からの電源により駆動される必要がある。したがって、このようなシステムは太陽電池アレイ側の直流電力から制御手段駆動用の電源を生成する構成になっている場合が多い。
また、夜間は太陽電池アレイが発電できないので、太陽電池アレイ側の直流電力からの制御電源のみだと制御手段が夜間に停止することになる。そのため、夜間には、例えばパワーコンディショナに備えられている表示手段によりシステムの発電履歴を確認するということができない。そのような夜間の表示確認などを可能とするために、商用系統側からの交流電力による制御手段駆動用の電源を併せて有する場合がある。すなわち、制御手段が商用系統側の交流電力から第一の電源手段が生成する第一の電源および太陽電池アレイ側の直流電力から第二の電源手段が生成する第二の電源の両方によって駆動される場合がある。
なお、第一の電源手段を夜間の表示確認用に特化すれば、直交変換手段の駆動等に必要な電力は不要となるため、第二の電源手段に比べて第一の電源手段を小容量にできるメリットがある。

0044

図5はこの発明の実施の形態2にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムのブロック構成図である。
図5において、パワーコンディショナ3は、商用系統4側の交流電力から制御手段8を駆動するための制御電源(第一の電源)を生成する第一の電源手段7に加えて、太陽電池アレイ2側の直流電力から制御手段8を駆動するための制御電源(第二の電源)を生成する第二の電源手段13を備えている。その他の構成は実施の形態1(図1)と同じなので説明を省略する。

0045

図6は、この発明の実施の形態2にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムの手動再連系で動作する場合のタイミングチャート図であり、特に夜間に停電が発生した場合についての動作を示している。図6は、実施の形態1の図3に対して、第二の電源13aが加わっているところが異なる。
以下、図6を用いて異なる部分を中心に説明する。
最初は時間帯が日中であって、太陽光発電システム1は太陽光によって直流電力を発電し商用系統4に連系している状態であるものとする。

0046

日没(時刻T1)の訪れにより太陽電池アレイ2が発電できなくなって直流電力2aが消失すると、交流電力に変換できなくなるため、連系運転6aが停止するとともに第二の電源13aが消失する。ただし、商用系統4からの交流電源4aによる第一の電源7aが生成されているため、第一の電源7aおよび第二の電源13aの両方から電源供給を受ける構成になっている制御手段8は動作を継続する。
次に、直流電力2aが消失した状態(夜間)における時刻T2で、商用系統4に停電が発生し交流電源4aが消失したとすると、商用系統4の交流電源4aから生成される第一の電源7aも消失するため、第一の電源7aによって駆動状態を継続していた制御手段8が停止する。そのため、制御手段8に備えられ、自動連系動作の可否を決定する連系許可フラグ8aは、それまでの状態を維持できずに不定状態となる。なお、制御手段8に備えられ、連系許可フラグ8aへの初期値を記憶している連系許可フラグ初期値11aは機械的あるいは不揮発性メモリに保存されているため、第一の電源7aが消失する前の状態を保つことができる。

0047

時刻T3において、商用系統4の停電が復旧すると、第一の電源7aが生成され、制御手段8が起動を開始する。制御手段8は起動開始直後に初期処理として、不定状態となっている連系許可フラグ8aに対し連系許可フラグ初期値11aをセットする。手動再連系を行うシステムにおいては、連系許可フラグ初期値11aが「待機」に設定されているため、制御手段8の起動開始後の連系許可フラグ8aも「待機」にセットされる。

0048

やがて夜が明けて(時刻T4)、太陽電池アレイ2が発電を開始し、直交変換手段5による交流電力の出力が可能となる直流電力2aを発生したとする。しかし、連系許可フラグ8aが「待機」のため、制御手段8は直交変換手段5を停止状態、連系リレー6を解列状態で維持するように制御する。したがって、太陽光発電システム1は商用系統4に連系していない状態で待機する。すなわち、T4以降も連系運転6aの停止状態を保つ。

0049

ここで待機状態を解除して連系運転を開始させるには、実施の形態1同様、使用者は手動で運転スイッチ9をいったんOFFし(時刻T5)、再度ONする(時刻T6)操作を行って、連系許可フラグ8aを「待機」から「許可」へと変更する。

0050

なお、上記では夜間の停電の場合で説明したが、昼に停電が生じた場合は、第一の電源7aが消失するものの日照があれば第二の電源13aが生きたままである。したがって、制御手段8は動作を継続し、実施の形態1で示した図2の「スタート」へは戻らない。ただし、制御手段8が第一の電源7aの電圧監視することによって商用系統4の停電を認識することができるので、その時点で連系許可フラグ8aを初期化(連系許可フラグ初期値「待機」に戻す)することで、図2のステップS8での判定を連系許可フラグ=「待機」とし、連系運転を待機(手動再連系)とすることができる。

0051

ところで、夜間に停電がなかった場合は、第一の電源7aが維持されて制御手段8が動作を継続するので、連系許可フラグ8aは「許可」状態を維持し、日の出により直流電力が発生するとともにパワーコンディショナ3が直交変換手段5の運転を開始させ、商用系統4に再連系する。
以上のようにして、初期設定が手動再連系である太陽光発電システム1は、商用系統4の停電後の復旧時には手動による再連系動作となり、停電がない場合の再起動時(日の出など)には自動的に再連系する。

0052

実施の形態2において、太陽光発電システム1が「自動再連系」に初期設定されている場合については、夜間停電により制御手段が図2の「スタート」から再起動すれば連系許可フラグが初期値「許可」にセットされるし、昼間停電があった場合は制御手段8が第一の電源7aの電圧を監視することによって商用系統4の停電を認識し、その時点で連系許可フラグ8aを初期化(連系許可フラグ初期値「許可」に戻す)することで、図2のステップS8での判定を連系許可フラグ=「許可」とするので、いずれの場合も自動的に再連系運転とすることができる。
また、夜間に停電のなかった場合は、第一の電源7aが維持されて制御手段8が動作を継続するので、連系許可フラグ8aは「許可」状態を維持し、日の出により直流電力が発生するとともにパワーコンディショナ3が直交変換手段5の運転を開始させ、商用系統4に再連系する。
以上のようにして、初期設定が自動再連系である太陽光発電システム1は、商用系統4の停電後の復旧時には自動再連系の動作を行う。なお、停電がない場合の再起動時(日の出など)にも自動的に再連系する。
以上説明したように、自動再連系、手動再連系のいずれの動作を行うかは、連系許可フラグ初期値の設定によって選択できるように構成されている。

0053

実施の形態2では上記のように構成されているため、太陽光発電システムすなわち電力変換システムの初期設定により、商用系統が停電後に再復旧した場合に自動再連系あるいは手動再連系(待機)のいずれでも実行することができる。すなわち、本電力変換システムは、停電復旧後の自動再連系が認められている低圧連系の場合でも、停電復旧後は待機状態となって電力会社の許可が得られたら手動により再連系を行う高圧連系の場合でも、同種のパワーコンディショナすなわち電力変換装置で構築することが可能であるという実施の形態1と同じ効果をもたらす。
また、太陽電池アレイすなわち直流電源側から生成した第二の電源により制御手段を駆動できるため、本電力変換システムは商用系統停電時に自立運転を行う場合に好適である。
また、商用系統側から第一の電源を生成する第一の電源手段は、最低限表示を行うなどの制御手段の動作を維持できれば十分なので小容量の電源装置でよく、電力変換装置のコスト低減サイズ縮小が可能であるため、一般住宅への設置に好適であり、低圧連系、高圧連系での機種の標準化に対しても有効である。

0054

実施の形態3.
実施の形態2における電力変換システムの制御手段は、商用系統側の交流電力から第一の電源手段が生成する第一の電源および直流電源側の直流電力から第二の電源手段が生成する第二の電源により駆動されており、夜間の表示等を行うためには上記第一の電源が必要となっていた。実施の形態3における電力変換システムの制御手段では、夜間の表示の機能をなくすことで第一の電源手段を不要とし、太陽電池アレイ側の直流電力から第二の電源手段が生成する第二の電源のみにより駆動される構成となっている。

0055

図7はこの発明の実施の形態3にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムのブロック構成図である。
図7において、パワーコンディショナ3は、制御手段8を駆動するための電源装置として、太陽電池アレイ2側の直流電力から第二の電源を生成する第二の電源手段13のみを備えている。
また、パワーコンディショナ3は、停電検知手段14を備える。停電検知手段14は、商用系統4に接続され、商用系統4の交流電力の状態すなわち正常な状態であるかあるいは停電状態であるかを監視するものとする。なお、停電検知手段14は、停電を検知した場合には、停電があったことを記憶して解除信号を与えられるまでその記憶を保持するものとする。また、停電検知手段14は、乾電池あるいは電荷を蓄えたキャパシタ等の簡易的な電源で動作する。停電検知手段14の検知した停電情報は制御手段8に送られ、制御手段8から返信された解除信号によって停電検知の記憶をリセットする。
その他の構成は実施の形態2(図5)と同じなので説明を省略する。

0056

図8は、この発明の実施の形態3にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムの手動再連系で動作する場合のタイミングチャート図であり、特に夜間に停電が発生した場合についての動作を示している。図8は、実施の形態2の図6に対して、第1の電源7aがなくなり、代わりに停電検知手段14による停電検知状態14aが加わっているところが異なる。
以下、図8を用いて異なる部分を中心に説明する。
最初は時間帯が日中であって、太陽光発電システム1は太陽光によって直流電力2aを発電し商用系統4に連系している状態であるものとする。

0057

日没(時刻T1)の訪れにより太陽電池アレイ2が発電できなくなって直流電力2aが消失すると、交流電力に変換できなくなるため、連系運転6aが停止するとともに第二の電源13aが消失する。これにより、第二の電源13aから電源供給を受ける構成になっている制御手段8が動作を停止する。そのため、制御手段8に備えられ、自動連系動作の可否を決定する連系許可フラグ8aは、それまでの状態を維持できずに不定状態となる。なお、制御手段8に備えられ、連系許可フラグ8aへの初期値を記憶している連系許可フラグ初期値11aは機械的あるいは不揮発性メモリに保存されているため、第二の電源13aが消失する前の状態を保つことができる。

0058

次に、直流電力2aが消失した状態(夜間)における時刻T2で商用系統4に停電が発生し交流電源4aが消失したとすると、停電検知手段14がそれを検知して、商用系統4が停電状態になったことを記憶する。
時刻T3において、商用系統4の停電が復旧しても、停電検知手段14が記憶している停電状態になったという情報は保持される。また、制御手段8は制御電源が供給されていないので停止したままである。

0059

やがて夜が明けて(時刻T4)、太陽電池アレイ2が発電を開始して直流電力2aを発生すると、第二の電源13aが生成され、それを供給された制御手段8が起動を開始する。制御手段8は起動開始直後に初期処理として、不定状態となっている連系許可フラグ8aに対し連系許可フラグ初期値11aをセットする。手動再連系を行うシステムにおいては、連系許可フラグ初期値11aが「待機」に設定されているため、制御手段8の起動開始後の連系許可フラグ8aも「待機」にセットされる。また、制御手段8は起動開始後に停電検知手段14から商用系統4が停電状態になったという情報を入手した場合には、連系許可フラグ8aを「待機」のままに保ち、停電検知手段14に対しては解除信号を送って停電検知手段14の商用系統4が停電状態になったという記憶をリセットする。

0060

太陽電池アレイ2の発電する直流電力2aが直交変換手段5による交流電力の出力が可能であるレベルになったとしても、連系許可フラグ8aが「待機」のため、制御手段8は直交変換手段5を停止状態、連系リレー6を解列状態で保つように制御する。したがって、太陽光発電システム1は商用系統4に連系していない状態で待機する。すなわち、T4以降も連系運転6aの停止状態を保つ。

0061

ここで待機状態を解除して連系運転を開始させるには、実施の形態1同様、使用者は手動で運転スイッチ9をいったんOFFし(時刻T5)、再度ONする(時刻T6)操作を行って、連系許可フラグ8aを「待機」から「許可」へと変更する。

0062

なお、上記では夜間の停電の場合で説明したが、昼に停電が生じた場合は、日照があれば第二の電源13aが生きたままである。したがって、制御手段8は動作を継続し、実施の形態1で示した図2の「スタート」へは戻らない。ただし、制御手段8が停電検知手段14から商用系統4が停電状態になったという情報を入手することによって商用系統4の停電を認識することができるので、その時点で連系許可フラグ8aを初期化(連系許可フラグ初期値「待機」に戻す)することで、図2のステップS8での判定を連系許可フラグ=「待機」とし、連系運転を待機(手動再連系)とすることができる。

0063

ところで、夜間に停電がなかった場合は、停電検知手段14は商用系統4が正常状態(停電なし)であることを記憶し、制御手段8は起動開始後にその情報(停電なし)を入手する。制御手段8は、停電検知手段14からの情報が停電なしの場合、連系許可フラグ8aを「待機」から「許可」に変更するものとする。したがって、日の出により直流電力が発生するとともにパワーコンディショナ3が直交変換手段5の運転を開始させ、商用系統4に再連系する。
以上のようにして、初期設定が手動再連系である太陽光発電システム1は、商用系統4の停電後の復旧時には手動による再連系動作となり、停電がない場合の再起動時(日の出など)には自動的に再連系する。

0064

実施の形態3において、太陽光発電システム1が「自動再連系」に初期設定されている場合については、夜間停電のあるなしに関わらず、制御手段8は第二の電源13aが消失する夜間になると停止して、朝になると太陽電池アレイ2の直流電力から生成される第二の電源13aの供給によって図2の「スタート」から起動を開始するので、連系許可フラグ8aが初期値「許可」にセットされる。
また、昼間停電があった場合は制御手段8が停電検知手段14からの情報を入手することによって商用系統4の停電を認識し、その時点で連系許可フラグ8aを初期化(連系許可フラグ初期値「許可」に戻す)することで、図2のステップS8での判定を連系許可フラグ=「許可」とし、自動再連系を行うことができる。
以上のようにして、初期設定が自動再連系である太陽光発電システム1は、商用系統4の停電後の復旧時には自動再連系の動作を行う。なお、停電がない場合の再起動時(日の出など)にも自動的に再連系する。
以上説明したように、自動再連系、手動再連系のいずれの動作を行うかは、連系許可フラグ初期値の設定によって選択できるように構成されている。

0065

実施の形態3では上記のように構成されているため、太陽光発電システムすなわち電力変換システムの初期設定により、商用系統が停電後に再復旧した場合に自動再連系あるいは手動再連系(待機)のいずれでも実行することができる。すなわち、本電力変換システムは、停電復旧後の自動再連系が認められている低圧連系の場合でも、停電復旧後は待機状態となって電力会社の許可が得られたら手動により再連系を行う高圧連系の場合でも、同種のパワーコンディショナすなわち電力変換装置で構築することが可能であるという実施の形態1と同じ効果をもたらす。
また、太陽電池アレイすなわち直流電源側から生成した第二の電源により制御手段を駆動できるため、本電力変換システムは商用系統停電時に自立運転を行う場合に好適である。
また、商用系統側の第一の電源手段をなくすことによって、電力変換装置の更なるコスト低減、サイズ縮小が可能となり、さらに夜間の消費電力削減という効果も得られるので、一般住宅への設置に対してメリットが大きくなることから、低圧連系、高圧連系間での装置の標準化に対しても有効である。

0066

実施の形態4.
実施の形態1〜3における電力変換システムは、商用系統の停電復旧時の連系方法として自動再連系とするか手動再連系とするかを設定する初期設定手段と、初期設定手段により設定された停電復旧時の連系方法を記憶する記憶手段とを有していた。実施の形態4における電力変換システムの制御手段では、上記初期設定手段および記憶手段をなくした構成としている。

0067

図9はこの発明の実施の形態4にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムのブロック構成図である。
図9において、実施の形態1〜3にあった初期設定手段および記憶手段が削除されている。なお、太陽光発電システム1の制御手段8は、実施の形態1同様商用系統4側の交流電力から第一の電源手段7が生成する第一の電源により駆動されているものとする。

0068

実施の形態4の電力変換システムすなわち太陽光発電システムでは、設置されるシステムが低圧連系であるか高圧連系であるかすなわち自動再連系とするか手動再連系とするかを外部からの設定により選択できる構成とはしていない。電力変換装置すなわちパワーコンディショナ3のハードウェアとしては同一のものを製造した上で、パワーコンディショナ3の制御手段8にソフトウェアを書き込む際に、対象物件設置条件(低圧連系か、高圧連系か)に応じたソフトウェアを書き込むものとする。すなわち、パーツとしての初期設定手段を有さず、またパワーコンディショナ3として同一のハードウェアを使用しながら、低圧連系にも高圧連系にも対応可能とするものである。
また、パワーコンディショナ3のハードウェアを一部にごく簡単な相違部を設けるもののほぼ同一のものとし、制御手段8に書き込むソフトウェアを同一のものとして、起動後にソフトウェアがハードウェアの相違部を認識し、それによって自動再連系あるいは手動再連系のいずれかの連系方法を選択して運転するようにしてもよい。ハードウェアの相違部としては、搭載する制御基板の一部を短絡もしくは開放のいずれかにする程度とし、制御手段8がそれを認識できるものとする。この場合も製造時にハードウェアの一部の加工を変更することで、ほぼ同一のパワーコンディショナ3を低圧連系専用あるいは高圧連系専用として提供するものであり、初期設定手段および初期設定情報を記憶するための記憶手段を必要としない。
その他の構成は実施の形態1(図1)と同じなので説明を省略する。

0069

図10は、この発明の実施の形態4にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムの通常運転動作に関するフローチャート図である。図10は実施の形態1で示したフローチャート(図2)の初期設定部を削除したものである。なお、両フローチャートにおいて、同一あるいは同等の部分については同一の符号を付している。

0070

図10を用いて、実施の形態4について説明する。
起動直後の制御手段8は、まずステップS5において、ソフトウェアあるいはハードウェアの一部の違いによって決まる連系許可フラグの初期状態(連系許可もしくは連系待機)を制御手段8内の連系許可フラグにセットする。

0071

制御手段8は、ステップS6において、太陽光発電システム1が運転できる条件になったかどうかを判定する。すなわち、太陽電池アレイ2の直流電力が直交変換手段5にて交流電力に変換可能なレベルまで十分に発電している状態かどうか、また運転スイッチ9の状態が運転の実行を指示しているかどうかなどを判定する。運転条件が満たされていればステップS7に進み、運転条件が満たされていなければステップS11に進む。

0072

ステップS7において、太陽光発電システム1と商用系統4とが連系できる条件になったかどうかを判定する。すなわち、商用系統4の状態が正常(OVR、UVR、OFR、UFR、単独運転検出機能が全て異常を検出していない)かどうか、また、商用系統4の状態が異常から正常に復帰した後定められた待機時間(150〜300秒)を経過したかどうかなどを判定する。連系条件が満たされていればステップS8に進み、連系条件が満たされていなければステップS11に進む。

0073

ステップS8において、太陽光発電システム1と商用系統4との連系が許可されているか、許可されていないかを判定する。これは連系許可フラグの状態を確認することによって行われる。連系許可であればステップS9に進み、連系待機であればステップS11に進む。なお、連系待機の状態は運転スイッチ9の入れ直し(いったんOFFした後に再ONさせる)により、連系許可に変更されるが、フローチャートには図示していない。

0074

ステップS9では、運転条件、連系条件、連系許可すべてがOKとなっていることを確認できたので、直交変換手段5の運転を実行し、次いで、ステップS10にて連系リレー6をONさせる。これによって、連系運転が実行される。
また、ステップS11では、運転条件、連系条件、連系許可のいずれかがOKではないため、直交変換手段5の運転を停止し、次いで、ステップS12にて連系リレー6をOFFさせる。これによって、連系運転は停止となる。
ステップS10、ステップS12の後は、ステップS6に戻り、以降の処理を繰り返す。このようにして、太陽光発電システム1は通常運転処理を実行する。
以上、実施の形態4では、ハードウェアがほぼ同一のパワーコンディショナ3において、ソフトウェアあるいはハードウェアの一部に設けた相違部に基づき、停電復旧後に自動再連系あるいは手動再連系のいずれかの動作を選択して実行するように構成している。

0075

図11は、この発明の実施の形態4にかかる電力変換システムすなわち太陽光発電システムの手動再連系で動作する場合のタイミングチャート図であり、特に夜間に停電が発生した場合についての動作を示している。図11は、実施の形態1の図3に対して、連系許可フラグ初期値を削除しているところが異なる。
以下、図11を用いて異なる部分を中心に説明する。
最初は時間帯が日中であって、太陽光発電システム1は太陽光によって直流電力を発電し商用系統4に連系している状態であるものとする。

0076

日没(時刻T1)の訪れにより太陽電池アレイ2が発電できなくなって直流電力2aが消失すると、交流電力に変換できなくなるため、連系運転6aが停止する。この直流電力2aが消失した状態(夜間)における時刻T2で、商用系統4に停電が発生したとすると、商用系統4の交流電源4aから生成される第一の電源7aが消失し、第一の電源7aにより駆動される制御手段8が停止する。そのため、制御手段8に備えられ、自動連系動作の可否を決定する連系許可フラグ8aは、それまでの状態を維持できずに不定状態となる。

0077

時刻T3において、商用系統4の停電が復旧すると、第一の電源7aが生成され、制御手段8が起動する。制御手段8は起動開始直後に初期処理として、不定状態となっている連系許可フラグ8aに対し、制御手段8に書き込まれたソフトウェアの内容に基づき初期値としての「許可」もしくは「待機」をセットする。または、制御手段8のハードウェアの一部の違いを認識し、それに基づき「許可」もしくは「待機」をセットする。図11では手動再連系を行うシステムの例を示しており、制御手段8の起動開始後の連系許可フラグ8aが「待機」にセットされる。

0078

やがて夜が明けて(時刻T4)、太陽電池アレイ2が発電を開始し、直交変換手段5による交流電力の出力が可能となる直流電力2aを発生したとする。しかし、連系許可フラグ8aが「待機」のため、制御手段8は直交変換手段5を停止状態、連系リレー6を解列状態で維持するように制御する。したがって、太陽光発電システム1は商用系統4に連系していない状態で待機する。すなわち、T4以降も連系運転6aの停止状態を保つ。

0079

ここで待機状態を解除して連系運転を開始させるには、実施の形態1同様、使用者は手動で運転スイッチ9をいったんOFFし(時刻T5)、再度ONする(時刻T6)操作を行って、連系許可フラグ8aを「待機」から「許可」へと変更する。

0080

なお、上記では夜間の停電の場合で説明したが、昼間の停電であっても第一の電源7aが消失するため、同様の動作すなわち停電復旧後は手動再連系(連系待機)となる。
ところで、夜間に停電がなかった場合は、第一の電源7aが維持されて制御手段8が動作を継続するので、連系許可フラグ8aは「許可」状態を維持し、日の出により直流電力2aが発生するとともにパワーコンディショナ3が直交変換手段5の運転を開始させ、商用系統4に再連系する。
以上のようにして、手動再連系に対応する太陽光発電システム1は、商用系統4の停電後の復旧時には手動による再連系動作となり、停電がない場合の再起動時(日の出など)には自動的に再連系する。

0081

実施の形態4において、自動再連系に対応する太陽光発電システム1については、夜間あるいは昼間に関わらず停電の発生によって制御手段8が停止し、停電復旧後に図10の「スタート」から再起動するので、連系許可フラグ8aを初期値「許可」にセットし、自動再連系を行う。
また、夜間に停電のなかった場合は、第一の電源7aが維持されて制御手段8が動作を継続するので、連系許可フラグ8aは「許可」状態を維持し、日の出により直流電力2aが発生するとともにパワーコンディショナ3が直交変換手段5の運転を開始させ、商用系統4に再連系する。
以上のようにして、自動再連系に対応する太陽光発電システム1は、商用系統4の停電後の復旧時には自動再連系の動作を行う。なお、停電がない場合の再起動時(日の出など)にも自動的に再連系する。
以上説明したように、自動再連系、手動再連系のいずれの動作を行うかは、パワーコンディショナ3のソフトウェアあるいはハードウェアの一部の違いによって選択できるように構成されている。

0082

実施の形態4では上記のように構成されているため、パワーコンディショナすなわち電力変換装置のソフトウェアあるいはハードウェアの一部の違いにより、商用系統が停電後に再復旧した場合に自動再連系あるいは手動再連系(待機)のいずれかを実行することができる。すなわち、本電力変換システムは、停電復旧後の自動再連系が認められている低圧連系の場合でも、停電復旧後は待機状態となって電力会社の許可が得られたら手動により再連系を行う高圧連系の場合でも、全く同一あるいはほぼ同一のハードウェアによる電力変換装置で構築することが可能であるという効果をもたらす。

0083

1太陽光発電システム
2太陽電池アレイ
3パワーコンディショナ
5直交変換手段
6連系リレー
7 第一の電源手段
8 制御手段
10初期設定手段
11 記憶手段
13 第二の電源手段
14停電検知手段

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