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発明の名称 分散電源用インバータ装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−66048
公開日 平成8年(1996)3月8日
出願番号 特願平6−199560
出願日 平成6年(1994)8月24日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】江原 省吾 (外2名)
発明者 高田 啓一郎 / 夏田 育千 / 蓑輪 義文
要約 目的
系統停電発生時、自所内負荷が無停電でインバータの制御モード切り替えを行なう。

構成
系統連系時、電流制御モードによりインバータ12を通常運転する電流制御回路部19と、系統停電発生時、電圧制御モードによりインバータ12を自立運転する電圧制御回路部20と、前記電流制御回路部19又は電圧制御回路部20からの指令値に基づいてインバータ12をスイッチング動作させるゲート制御回路部21と、系統停電発生後のインバータ12の単独運転を検出する異常検出回路部22と、系統電圧に基づく出力電流指令値を前記電流制御回路部19に出力する出力電流指令値演算回路部18とからなり、前記出力電流指令値演算回路部18に、系統停電発生時、安定した出力電流指令値を生成する第1のPLL回路28を設けると共に、前記電圧制御回路部20に、単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形を生成する第2のPLL回路29を設ける。
特許請求の範囲
【請求項1】 系統連系時、系統電圧を基準とした出力電流振幅及び位相に基づく電流制御モードによりインバータを通常運転する電流制御回路部と、系統停電発生時、自走信号に基づく電圧制御モードによりインバータを自立運転する電圧制御回路部と、前記電流制御回路部又は電圧制御回路部から選択的に入力される指令値に基づいてインバータをスイッチング動作させるゲート制御回路部と、系統停電発生後のインバータの単独運転を電圧変動により検出する異常検出回路部と、系統電圧に基づく演算により生成した出力電流指令値を前記電流制御回路部に出力する出力電流指令値演算回路部とからなり、前記出力電流指令値演算回路部に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧の周波数変動を補正した出力電流指令値を自走発振波により生成する第1のPLL回路を設けたことを特徴とする分散電源用インバータ装置。
【請求項2】 系統連系時、系統電圧を基準とした出力電流振幅及び位相に基づく電流制御モードによりインバータを通常運転する電流制御回路部と、系統停電発生時、自走信号に基づく電圧制御モードによりインバータを自立運転する電圧制御回路部と、前記電流制御回路部又は電圧制御回路部から選択的に入力される指令値に基づいてインバータをスイッチング動作させるゲート制御回路部と、系統停電発生後のインバータの単独運転を電圧変動により検出する異常検出回路部と、系統電圧に基づく演算により生成した出力電流指令値を前記電流制御回路部に出力する出力電流指令値演算回路部とからなり、前記電圧制御回路部に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形を生成する第2のPLL回路を設けたことを特徴とする分散電源用インバータ装置。
【請求項3】 系統連系時、系統電圧を基準とした出力電流振幅及び位相に基づく電流制御モードによりインバータを通常運転する電流制御回路部と、系統停電発生時、自走信号に基づく電圧制御モードによりインバータを自立運転する電圧制御回路部と、前記電流制御回路部又は電圧制御回路部から選択的に入力される指令値に基づいてインバータをスイッチング動作させるゲート制御回路部と、系統停電発生後のインバータの単独運転を電圧変動により検出する異常検出回路部と、系統電圧に基づく演算により生成した出力電流指令値を前記電流制御回路部に出力する出力電流指令値演算回路部とからなり、前記出力電流指令値演算回路部に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧の周波数変動を補正した出力電流指令値を自走発振波により生成する第1のPLL回路を設けると共に、前記電圧制御回路部に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形を生成する第2のPLL回路を設けたことを特徴とする分散電源用インバータ装置。
【請求項4】 前記第1のPLL回路は、系統連系時、出力電流指令値演算回路部から電流制御回路部へ出力される出力電流指令値を外部指令に基づいて任意に制御可能としたことを特徴とする請求項1又は3記載の分散電源用インバータ装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は分散電源用インバータ装置に関し、詳しくは、分散電源を系統電源と連系させた太陽光発電システム等で使用され、系統電源の停電発生時、通常運転中にあるインバータを系統電源から切り離して自立運転するように切り替え制御する分散電源用インバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、クリーンな新エネルギー源として太陽光発電システムが利用されつつあり、その利用法としても様々な形態がある。
【0003】例えば、太陽光発電システムは、図2に示すように直流電源1である太陽電池ユニットとその直流電源1から発生した直流電力を交流変換するインバータ2とからなる分散電源3を、系統連系スイッチ4を介して系統電源5に連系させ、その分散電源3又は系統電源5から選択的に負荷6に電力を供給するようにしたものである。
【0004】前記分散電源3のインバータ2には、一般にその出力電流が目標電流値となるように出力電流をフィードバック制御する電流制御モードによるものと、出力電圧が目標電圧値となるようにその出力電圧をフィードバック制御する電圧制御モードによるものとがある。従来、電流制御モードか電圧制御モードのいずれか一方のモードによるインバータ2が使用され、特に、系統電源5による系統電圧が安定化しているため、安定した電流波形を得るために電流制御モードによるインバータ2が賞用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、何等かの原因により系統電源5が停電すると、直流電源1を設置した自所内の負荷6までも電力供給不能となる。そのため、系統電源5に停電が発生した場合、その時点で系統連系スイッチ4を遮断した上で、インバータ2を太陽電池ユニットの直流電源1により自立運転して自所内の負荷6に電力を供給する必要がある。
【0006】しかしながら、従来では、系統電源5の正常時での通常運転と異常時での自立運転の両方で、インバータ2を電流制御モードか電圧制御モードのいずれか一方により制御していたため、以下のような問題があった。
【0007】即ち、電流制御モードによるインバータ2では、系統電源5の正常時に通常運転している場合には、安定した電流波形を得ることができるので問題はないが、前記系統電源5に停電が発生して単独運転状態となった場合、系統電源5による系統電圧がなくなることにより、インバータ2における出力電流指令値が不安定となり制御不能に陥って最終的にインバータ2が停止してしまうという問題があった。
【0008】逆に、電圧制御モードによるインバータ2では、系統電源5に停電が発生して自立運転している場合には、安定した出力電圧を得ることができるので問題はないが、系統電源5の正常時に通常運転した場合、高調波による歪みで安定した電流波形を得ることが困難となりインバータ2の最適な制御を実現することがむずかしいという問題があった。
【0009】尚、この問題を解消するための手段として、系統電源との連系時には、インバータ2を電流制御モードで通常運転させ、前記系統電源5に停電が発生した場合、その停電発生時点で制御モードを切り替えて前記インバータ2を電圧制御モードで自立運転させることが考えられる。
【0010】しかしながら、系統電源5の停電発生時、インバータ2が単独運転状態になると、系統電圧がなくなってインバータ2への出力電流指令値が不安定となり、また、前記単独運転時での電圧と次の自立運転時での電圧との同期がとれないため、インバータ2を一旦停止させ、電圧制御モードに切り替えた上で、前記インバータ2を再起動させて自立運転を開始しなければならない。その結果、インバータ2を一旦停止させた時に自所内の負荷6が停電するという問題が生じる。
【0011】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、系統連系時での通常運転と系統停電時での自立運転の両方で、インバータの最適な制御を実現すると共に、系統電源の停電発生時、自所内の負荷が無停電状態でインバータを電流制御モードから電圧制御モードへ切り替え得る分散電源用インバータ装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、系統連系時、系統電圧を基準とした出力電流振幅及び位相に基づく電流制御モードによりインバータを通常運転する電流制御回路部と、系統停電発生時、自走信号に基づく電圧制御モードによりインバータを自立運転する電圧制御回路部と、前記電流制御回路部又は電圧制御回路部から選択的に入力される指令値に基づいてインバータをスイッチング動作させるゲート制御回路部と、系統停電発生後のインバータの単独運転を電圧変動により検出する異常検出回路部と、系統電圧に基づく演算により生成した出力電流指令値を前記電流制御回路部に出力する出力電流指令値演算回路部とからなる回路構成において、以下の点を特徴とする。
【0013】■ 前記出力電流指令値演算回路部に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧の周波数変動を補正した出力電流指令値を自走発振波により生成する第1のPLL回路を設けたこと。
【0014】■ 前記電圧制御回路部に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形を生成する第2のPLL回路を設けたこと。
【0015】■ 前記出力電流指令値演算回路部に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧の周波数変動を補正した出力電流指令値を自走発振波により生成する第1のPLL回路を設けると共に、前記電圧制御回路部に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形を生成する第2のPLL回路を設けたこと。
【0016】■ 前記第1のPLL回路は、系統連系時、出力電流指令値演算回路部から電流制御回路部へ出力される出力電流指令値を外部指令に基づいて任意に制御可能としたこと。
【0017】
【作用】本発明装置は、系統電源との連系時にはインバータを電流制御モードで通常運転し、系統電源の停電発生時には前記インバータを電流制御モードから電圧制御モードへ切り替えた上で自立運転を開始するようにしたものであり、系統連系時と系統停電時の両方で、インバータを最適状態で制御できると共に、本発明では以下の作用を呈する。
【0018】■ 系統停電発生時、第1のPLL回路により、単独運転でのインバータ出力電圧の周波数変動を補正することにより、インバータが単独運転状態となっても、前記第1のPLL回路の自走発振波により安定した出力電流指令値をインバータに付与できる。
【0019】■ 第2のPLL回路により、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形を生成することができ、過電流が発生することなく、インバータを自立運転に切り替えることができる。
【0020】■ 前記第1のPLL回路と第2のPLL回路を併設することにより、インバータを電流制御モードから電圧制御モードへ切り替える際に一旦停止させることなく、自所内の負荷を無停電の状態で制御切り替えが行なえる。
【0021】■ 第1のPLL回路により系統連系時に出力電流指令値を外部指令に基づいて制御可能とすれば、インバータの出力電圧に対して所望の位相差を有する出力電流を生成することができる。
【0022】
【実施例】以下、分散電源用インバータ装置を太陽光発電システムに適用した実施例について図1に示して説明する。
【0023】図1に示す太陽光発電システムは、まず概略的に説明すると、従来と同様、直流電源11である太陽電池ユニットとその直流電源11から発生した直流電力を交流変換するインバータ12とからなる分散電源13を、系統連系スイッチ14及びサーキットブレーカ15を介して系統電源16に連系させ、その分散電源13又は系統電源16から選択的に自所内負荷17に電力を供給するようにしたものである。尚、前記系統連系スイッチ14はマグネットスイッチであり、前記インバータ12及び自所内負荷17を系統から切り離すためのものである。
【0024】本発明のインバータ装置は、後述する出力電流指令値演算回路部18、電流制御回路部19、電圧制御回路部20、ゲート制御回路部21及び異常検出回路部22で主要部が構成される。尚、図中、23は電流制御モード又は電圧制御モードを選択して切り替える制御切り替えスイッチ、24は系統母線25に設けられて電流制御回路部19及び異常検出回路部22に接続された変流器、26,27は系統連系スイッチ14のインバータ側と系統電源側にそれぞれ接続された変圧器で、一方の変圧器26は異常検出回路部22及び出力電流指令値演算回路部18に接続され、他方の変圧器27は異常検出回路部22及び電圧制御回路部20に接続される。
【0025】前記出力電流指令値演算回路部18は、系統電源16との連系時、変圧器26から検出された系統電圧に基づいてインバータ12の出力電流を設定するための出力電流指令値を演算により生成して電流制御回路19に出力し、前記インバータ12を電流制御モードで通常運転させる。本発明では、この出力電流指令値演算回路部18に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧の周波数変動を補正した出力電流指令値を生成するディジタル処理の第1のPLL回路28を設ける。一方、系統停電発生時には、異常検出回路部22から出力される検出信号に基づいて、インバータ12の単独運転によるインバータ出力電圧の降下又は歪みに伴う周波数変動を前記第1のPLL回路28の自走発振波により安定した出力電流指令値を前記電流制御回路部19に出力する。
【0026】電流制御回路部19は、上述した出力電流指令値演算回路部18から出力される出力電流指令値により、系統連系時、系統電圧を基準とした出力電流振幅及び位相に基づく電流制御モードでインバータ12を通常運転させる。
【0027】電圧制御回路部20は、系統電源16の停電発生時、変圧器27から検出されたインバータ出力電圧に基づいて自走信号による出力電圧指令値を設定し、この出力電圧指令値に基づく電圧制御モードによりインバータ12を自立運転させる。本発明では、この電圧制御回路部20に、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形を生成するディジタル処理の第2のPLL回路29を設ける。系統停電発生時には、異常検出回路部22から出力される検出信号に基づいて、前記第2のPLL回路29により単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形を生成し、これを自立運転での出力電圧指令値として制御切り替えスイッチ23を介してゲート制御回路部21に送出する。
【0028】尚、ゲート制御回路部21は、制御切り替えスイッチ23を介して電流制御回路部19又は電圧制御回路部20から選択的に入力される指令値に基づいてインバータ12をスイッチング動作させる。また、異常検出回路部22は、系統停電発生時、インバータ12の単独運転による系統電圧の上昇・降下又は歪みに基づく電圧変動を変圧器26,27により検出する。
【0029】本発明装置の動作を以下に詳述する。
【0030】まず、系統電源16との連系時、その系統電源16が正常状態であれば、インバータ12を電流制御モードで通常運転させる。即ち、図示しない外部制御装置による外部指令を出力電流指令値演算回路部18に入力し、これに基づいてインバータ出力電流の振幅が負荷電流と一致するように出力電流指令値を常時生成し、この出力電流指令値に基づいて電流制御回路部19から制御切り替えスイッチ23を介して出力される電流制御モードの制御信号によりゲート制御回路部21を介してインバータ12を通常運転させる。
【0031】ここで、前記系統電源16に停電が発生すると、系統電圧がなくなることになりインバータ12が電流制御モードで単独運転状態となる。この系統電源16の停電発生後の単独運転状態でのインバータ出力電圧の上昇・降下又は歪みを変圧器26,27を介して異常検出回路部22により検出する。
【0032】一方、系統電源16での停電発生によりインバータ12が単独運転状態となってインバータ出力電圧の上昇・降下又は歪みに伴う周波数の変動が発生しても、その周波数変動を出力電流指令値演算回路部18に設けた第1のPLL回路28により補正し、この第1のPLL回路28の自走発振波により安定した出力電流指令値を出力電流指令値演算回路部18から出力する。これにより、インバータ12の単独運転時に安定した出力電流指令値を確保することができ、前記インバータ12が制御不能に陥って最終的に停止することを回避することができる。
【0033】他方、前記変圧器26により検出されて出力電流指令値演算回路部18に入力されるインバータ出力電圧と同じ電圧波形を変圧器27により検出して電圧制御回路部20に入力する。これにより、電圧制御回路部20では、第2のPLL回路29により前記インバータ出力電圧と同期した電圧波形を生成し、単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形を前記電圧制御回路部20から出力する。
【0034】その結果、系統電源16の停電発生時、インバータ12の単独運転状態を検出した後、制御切り替えスイッチ23により電流制御モードから電圧制御モードへ切り替えた場合でも、前述したように電圧制御回路部20から単独運転状態でのインバータ出力電圧と完全に同期した電圧波形が出力されているため、前記インバータ12を停止させることなく、かつ、過電流が発生することなく電流制御モードから電圧制御モードへの切り替えがスムーズに行なえてインバータ12の電圧制御モードによる自立運転が開始される。同時に、系統連系スイッチ14をOFFすることにより、インバータ12及び自所内の負荷17を系統電源16から切り離すことになる。
【0035】尚、系統電源16との連系時、インバータ12の出力電圧に対して所望の位相差を持つ出力電流を得たい場合がある。この場合、図示しない外部制御装置から出力電流指令値演算回路部18へ入力される外部指令に基づいて、第1のPLL回路28の自走発振波により、出力電流指令値演算回路部18から電流制御回路部19へ出力される出力電流指令値を、インバータ出力電流が出力電圧に対して任意の位相差を持つように制御することが可能である。
【0036】上記実施例では、太陽光発電システムについて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、太陽電池ユニット以外の他の直流電源を有するシステムにも適用可能である。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、第1のPLL回路を出力電流指令値演算回路部に設けたことにより、系統停電発生後にインバータが単独運転状態となっても、安定した出力電流指令値をインバータに付与できる。また、第2のPLL回路を電圧制御回路部に設けたことにより、系統停電発生後の単独運転でのインバータ出力電圧と同期した電圧波形でもって自立運転に切り替えることができるので過電流が発生することはない。更に、前記第1のPLL回路と第2のPLL回路を併設することにより、インバータを制御モード切り替え時に一旦停止させることなく、自所内の負荷を無停電の状態で制御切り替えが行なえる。尚、系統連系時、第1のPLL回路により出力電流指令値を任意に制御することができる。




 

 


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