JP3633123B2 - 分散電源システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源と系統連系する分散電源システムであり特に太陽電池を用いた分散電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の分散電源システムとしての太陽光発電システムは、種々のものが採用されているが、社団法人日本電気協会より発行されている、分散型電源系統連系技術指針（以下、指針と称する）等にその技術的な指針が示されている。なお、この指針は、連系する太陽光発電システム等の分散電源システムが原因で、商用電源による供給電力が、品質、保護協調、保安、信頼性の面で低下することなく、円滑な連系を行なうための技術指針である。そして、良く知られた、分散電源装置としての太陽電池から出力される直流電力を交流に変換し、インバータ回路出力と商用電源との系統連系を制御する解列開閉器を介して、分電盤に設けられた分岐回路に交流電源を出力する、系統連系インバータを用いたものがある。
【０００３】
しかし、上記の系統連系インバータによるものは、商用電源との系統連系を実現するための構成が簡単である反面、商用電源の停電時の分散電源の自立運転において、系統連系インバータに設けられた自立運転用コンセントから電源を得るための接続配線が煩雑になるといった問題があった。そこで、図３に示す、太陽電池２と、太陽電池２から入力される直流電力を交流に変換し出力するインバータ３と、解列開閉器８０を介して入力されるインバータ３の出力と商用電力系統９からの商用電源入力とを系統連系して分岐出力するとともに、この系統連系を制御するための系統連系保護部８によって制御される第２解列開閉器８１が、主幹ブレーカである主幹漏電ブレーカ６の負荷側に所定の分岐回路である非常用分岐回路１１を系統から解列するように分岐ブレーカ７０と並列に配設された分電盤４と、を備える太陽光発電システム１が考案されている。この太陽光発電システム１は、商用電源の停電時には第２解列開閉器８１のみが開路状態となり、インバータ３の自立運転によって非常用分岐回路１１に向けて配電されるもので、本出願人によって案出され、特願平８−０１６１４５として出願されたものである。
【０００４】
上記の太陽光発電システム１は、太陽電池２から直流電力が出力されると、まず、インバータ３にて交流電力に変換され、商用電源系統に接続された状態すなわち連系された状態おいて、分岐ブレーカ７０及び非常用負荷分岐ブレーカ７１を介して分岐回路１０及び非常用分岐回路１１に接続された負荷及び非常用負荷に、商用電力系統からの電力とともに太陽電池２の出力した電力が配電される。そして、系統連系保護部８により、分電盤４の内部の分散電源と商用電力系統との接続点近傍に設置された電圧センサＰＴ及び電流センサＣＴにより検出された検出値によって、異常（電圧上昇、電圧低下、周波数上昇及び周波数低下）か否かが所定の電圧範囲及び所定の電圧周波数範囲を基準に判定される。そして、異常と判定された場合、解列開閉器８０および第２解列開閉器８１が、解列（解列開閉器を開路すること）される。また、商用電力系統９の停電の場合、まず、解列開閉器８０および第２解列開閉器８１が解列される。そして、その後、解列開閉器８０のみが閉路され第２解列開閉器８１のみが解列状態となって、太陽電池２によって発電された電力が、非常用分岐ブレーカ７１を介して非常用分岐回路１１に接続された非常用負荷としての照明器具あるいは電気配線用コンセントに配電される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の太陽光発電システム１は、分岐回路に接続された負荷への電力供給制御を、離れた位置に設置されたインバータ３まで行くことなく、分電盤４の設置場所にて行うことが出来るものであり、さらに商用電力系統９の商用電源の停電時に、インバータ３の自立運転による非常用電源の供給に最適なものである。しかし、前記指針においては、商用電力系統９が停電した場合は、インバータ３の出力を一旦停止させ、分電盤４の第２解列開閉器８１が解列していることを確認した後に、自立運転によって所定の分岐回路に電力を供給することが規定されている。従って、商用電力系統９から電源供給されている系統連系保護部８は、この第２解列開閉器８１の解列確認のためのバックアップ電源を別途必要とするものであった。その結果、系統連系保護部８は、例えばバックアップ電源としての２次電池を収納するためのスペースによって大きなものとなった。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、商用電力系統の停電時に、分電盤内に設けられた第２解列開閉器の解列状態の確認をバックアップ電源を設けることなく実施出来て分電盤を小型化できる分散電源システムを提供することにある。
【０００７】
【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記載の分散電源システムは、直流電源と、該直流電源から入力される直流電力を交流に変換し出力するインバータと、解列開閉器を介して入力される前記インバータの出力と商用電力系統からの商用電源入力とを系統連系して分岐出力するとともにこの系統連系を制御するための系統連系保護部によって制御される第２解列開閉器が主幹ブレーカの負荷側に所定の分岐回路を系統から解列するように分岐ブレーカに並列に配設された分電盤と、を備える分散電源システムにおいて、前記系統連系保護部は、前記商用電力系統の停電を検出したときに前記解列開閉器及び第２解列開閉器を開路するとともに前記インバータから電源供給されて前記商用電力系統と該インバータ出力との接続が前記第２解列開閉器によって開路されていることを確認した後に前記所定の分岐回路に該インバータからの交流を出力する出力制御手段を有することとしている。これにより、系統連系保護部が、商用電力系統の停電を検出したときに解列開閉器及び第２解列開閉器を開路するとともにインバータから電源供給されて商用電力系統とインバータ出力との接続が前記第２解列開閉器によって開路されていることを確認した後に所定の分岐回路にインバータからの交流を出力する出力制御手段を有するものとなる。
【０００８】
また、請求項１記載の分散電源システムは、前記系統連系保護部が、前記系統連系する電路から電源供給されることとしている。これにより、系統連系保護部が系統連系する電路から電源供給されるものとなる。
【０００９】
また、請求項２記載の分散電源システムは、請求項１記載の出力制御手段が、前記開路確認のときには前記インバータが商用電源より低い所定の電圧を出力するとともに前記の開路確認後には所定の商用電源電圧を出力するよう制御することとしている。これにより、出力制御手段が、開路確認のときにはインバータが商用電源より低い所定の電圧を出力するとともに開路確認後には所定の商用電源電圧を出力するよう制御する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の分散電源システムの一実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、太陽光発電システムの構成図である。図２は、図１に示す太陽光発電システムの系統連系保護部の自立運転起動処理のフローチャートである。
【００１２】
この分散電源システムに相当する太陽光発電システム１は、太陽電池２による直流電力を交流に変換し商用電力系統９の商用電源と系統連系して使用されるもので、太陽電池２と、インバータ３と、分電盤４とを備えている。
【００１３】
インバータ３は、直流電源である太陽電池２から出力される直流電力を交流に変換し出力するもので、後述する分電盤４に内蔵されている系統連系保護部８によってその変換した電力の負荷への供給が制御される。
【００１４】
分電盤４は、インバータ３の出力と商用電力系統９からの商用電源とが入力されて系統連系し、分岐回路１０、非常用分岐回路１１に配電するもので、電流制限用ブレーカ５と、主幹漏電ブレーカ６と、分岐ブレーカ７０、７０…及び非常用分岐ブレーカ７１と、系統連系保護部８と、解列開閉器８０と、第２解列開閉器８１と、電流センサ８２と、電圧センサ８３と、を備えている。
【００１５】
電流制限用ブレーカ５は、分岐回路１０、非常用分岐回路１１に接続された負荷及び非常用負荷によって使用される電力を、電力会社との契約電流以下に制限するためのものである。主幹漏電ブレーカ６は、分岐回路に接続された負荷を含む回路全体の漏電を検出してを電路を遮断する。負荷分岐ブレーカ７０及び非常用負荷分岐ブレーカ７１は、負荷に所定の値を越えて電流が流れたのを検知し分岐回路を遮断する。そして、分岐回路１０及び非常用分岐回路１１に接続された各負荷あるいは非常用負荷には、解列開閉器を介して入力される前記インバータの出力と商用電力系統９からの商用電源入力とが系統連系して、負荷分岐ブレーカ７０及び非常用負荷分岐ブレーカ７１を介し、分岐出力されて供給される。
【００１６】
系統連系保護部８は、太陽電池２により発電し出力された直流電力がインバータ３によって交流に変換され、商用電力系統９に接続された状態すなわち連系された状態おいて、異常時及び商用系統の停電時に、解列開閉器８０、第２解列開閉器８１を解列するための操作出力をするものである。そして、商用電力系統９からの商用電源が入力される第１電源回路８４と、インバータ３からの出力が入力される第２電源回路８５と、前記操作出力及びインバータ３の出力を制御するための演算処理を行うマイクロコンピュータ等によって構成される制御回路８６と、を有している。
【００１７】
第１電源回路８４は、前記の連系時に商用電力系統９からの商用電源を整流平滑し、前記の制御回路に電源を供給する。第２電源回路８５は、停電時に前記の制御回路に電源を供給するもので、停電直後にはインバータ３からの商用電源より低い所定の電圧を、自立運転時には所定の商用電源電圧を、それぞれ整流平滑して前記の制御回路に電源を供給する。
【００１８】
制御回路８６は、解列開閉器８０及び第２解列開閉器８１を制御する出力制御手段で、インバータ３による交流出力と商用電力系統９からの交流電源との接続点近傍に配設された、後述する電流センサ８２及び電圧センサ８３からの出力信号が入力される。そして、例えば商用電力系統９の停電を検出したときに、解列開閉器８０及び第２解列開閉器８１を解列するとともに、商用電力系統９とインバータ３の出力との接続が第２解列開閉器８１によって解列されていることを確認した後に所定の分岐回路である非常用分岐回路１１にインバータ３からの交流出力を供給する。
【００１９】
解列開閉装置８０は、系統連系保護装置８により制御されて開閉するスイッチで、主幹漏電ブレーカ６の負荷側に分岐ブレーカ７０、７０…及び非常用分岐ブレーカ７１と並列に配設されて、インバータ３からの出力と商用電源系統９との接続の開閉を行う。
【００２０】
第２解列開閉装置８１は、解列開閉装置８０と同様に系統連系保護装置８により制御されて開閉するスイッチで、前記解列開閉装置８０の電源側に、この第２解列開閉装置８１にて開閉される非常用分岐ブレーカ７１を具備する非常用分岐回路１１を有し、この分岐出力と商用電源系統９との接続の開閉を行う。
【００２１】
電流センサ８２は、連系時に、系統連系保護部８に向けてインバータ３から分岐回路１０に向けて流れる交流電流の信号を送出するもので、変流器等によって形成される。
【００２２】
電圧センサ８３は、連系時に、系統連系保護部８に向けてインバータ３の出力と商用電源との接続点の電圧信号を送出するもので、変圧器等によって形成される。
【００２３】
なお、上記の異常とは、連系時においての、電圧上昇、電圧低下、周波数上昇、周波数低下である。前述の指針においては、異常時若しくは商用電力系統に停電がある場合にこれらを検出し、分散電源システムを商用電力系統から直ちに切り離す旨を規定している。上記の系統連系保護部８は、太陽光発電システム１の設置時に、図示しない入力手段によって正常であると判定する条件値が入力される。そして、電流センサ８２及び電圧センサ８３からの出力信号から、例えば電流及び電圧の大きさの変化を検出し、商用電力系統９の停電の発生を検知する。そして、インバータ３の異常が検知されたときは解列開閉器８０を解列する。また、商用電源の停電が検知されたときは、解列開閉器８０と第２解列開閉器８１とをそれぞれ解列し、その後、自立運転によって太陽電池２により発電された電力のみを、非常用分岐ブレーカ７１を介し非常用分岐回路１１に接続された非常用負荷に向けて配電する。
【００２４】
次に、上記の構成による太陽光発電システム１の動作について説明する。まず、太陽電池２から直流電力が出力されると、インバータ装置３にて交流電力に変換されて出力される。そして、商用電力系統９に接続された状態すなわち連系された状態おいて、系統連系保護部８には、商用電源９からの電源が第１電源回路８４によって供給され、解列開閉器８０、第２解列開閉器８１を駆動してそれらの接点回路を継続して閉路する。そして、分岐回路１０及び非常用分岐回路１１に、負荷分岐ブレーカ７０及び非常用分岐ブレーカ７１を介して商用電力系統９からの電力とともに太陽電池２の出力した電力が系統連係して配電される。
【００２５】
系統連系時には、電流センサ８２及び電圧センサ８３からの出力信号により系統連系保護装置８の制御回路８６によって、所定の電圧範囲及び所定の電圧周波数範囲を基準に異常（電圧上昇、電圧低下、周波数上昇及び周波数低下）か否かが判定される。そして、異常と判定された場合、解列開閉器８０が解列される。また、商用電源の停電の発生が検出された場合、系統連系保護装置８の制御回路８６によって図３に示すフロチャートの手順に基づいてインバータ３の出力が制御され、解列開閉器８０及び第２解列開閉器８１が駆動されて自立運転に移行する。
【００２６】
この自立運転移行時には、系統連系保護部８にはインバータ３からの電源が第２電源回路８５によって供給される。この時のインバータ３の出力電圧は、系統連系保護部８の制御回路８６によって、第２解列開閉器８１の開路確認のために、商用電源より低い所定の電圧として例えば交流２４Ｖを出力するとともに、開路確認後には所定の商用電源電圧として交流１００Ｖを出力するよう制御される。そして、自立運転によって、太陽電池２によって発電された電力のみが非常用分岐ブレーカ７１を介し非常用分岐回路１１に接続された非常用負荷に向けて配電される。
【００２７】
以下、図３に示すフロチャートの手順に基づく前記出力制御手段による制御の内容について説明する。この制御は、商用電力系統９とインバータ３の出力との接続が第２解列開閉器８１によって解列されていることを確認した後に所定の分岐回路である非常用分岐回路１１にインバータ３からの交流を出力する制御で、開路確認のときにはインバータ３が商用電源より低い所定の電圧を出力するとともに、開路確認後には所定の商用電源電圧を出力する。
【００２８】
まず、商用電源の停電が検知される（ステップ１）。すると、直ちに解列開閉器８０を解列するための制御出力が出力される（ステップ２）。次いで、第２解列開閉器８１を解列するための制御出力が出力される（ステップ３）。なお、このステップ３までの操作のための電源エネルギは、前記第１電源回路８４の高容量の電解コンデンサ等に蓄積された停電補償等のための充電エネルギによって供給される。次いで、インバータ３に対して、所定の期間だけ商用電源より低い所定の電圧を出力する、低電圧出力モードによって交流出力するよう運転制御する制御出力が出力される（ステップ４）。そして、解列開閉器８０を閉路するための制御出力が出力される（ステップ５）。次いで、前記所定の期間中にて第２解列開閉器８１が解列すなわち開路しているか否かの確認のため、電圧センサ８３からの出力信号によって第２解列開閉器８１の商用電源側の電圧が確認される（ステップ６）。そして、電圧センサ８３からの電圧信号が零か否かが判定される（ステップ７）。
【００２９】
電圧センサ８３の出力が零でない場合、第２解列開閉器８１を解列するための制御出力が再度出力される（ステップ８）。そして、電圧センサ８３の出力が零の場合、商用電力系統９とインバータ３の出力との接続が第２解列開閉器８１によって解列されていることが確認されて、インバータ３所定の商用電源電圧を出力するよう運転制御する制御出力が出力される（ステップ９）。
【００３０】
以上説明した太陽光発電システム１によると、系統連系保護部８が、商用電力系統の停電を検出したときに解列開閉器８０及び第２解列開閉器８１を開路するとともにインバータ３から電源供給されて商用電力系統９とインバータ３の出力との接続が第２解列開閉器８１によって開路されていることを確認した後に所定の分岐回路である非常用分岐回路１１にインバータ３からの交流を出力する制御回路８６を有するものとなるので、分電盤４の内部に設けられた第２解列開閉器８１の解列状態の確認をバックアップ電源を設けることなく実施出来て、分電盤を小型化できる。また、系統連系保護部８が系統連系する電路から電源供給されるものとなるので、インバータ３から分電盤４に向けての系統連系保護部８のための電源配線が不要となる。また、制御回路８６が、開路確認のときにはインバータ３が商用電源より低い所定の電圧を出力するとともに開路確認後には所定の商用電源電圧を出力するよう制御するものとなるので、開路確認のときに仮に第２解列開閉器８１が解列状態でない場合でも分岐回路１０に接続された負荷機器が一時的な電源供給によって不用意に作動することなく、安全に開路確認ができる。
【００３１】
なお、上記の実施の形態の説明において、解列開閉器が分電盤に設けられたものとして説明したが、本発明はそのものに限定するものでなく、解列開閉器はインバータに内蔵されるものであっても良い。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１記載の分散電源システムは、系統連系保護部が、商用電力系統の停電を検出したときに解列開閉器及び第２解列開閉器を開路するとともにインバータから電源供給されて商用電力系統とインバータ出力との接続が前記第２解列開閉器によって開路されていることを確認した後に所定の分岐回路にインバータからの交流を出力する出力制御手段を有するものとなるので、分電盤内に設けられた第２解列開閉器の解列状態の確認をバックアップ電源を設けることなく実施出来て、分電盤を小型化できる。
【００３３】
また、請求項１記載の分散電源システムは、前記の効果に加え、系統連系保護部が系統連系する電路から電源供給されるものとなるので、インバータから分電盤に向けての系統連系保護部のための電源配線が不要となる。
【００３４】
また、請求項２記載の分散電源システムは、請求項１記載のものの効果に加え、出力制御手段が、開路確認のときにはインバータが商用電源より低い所定の電圧を出力するとともに開路確認後には所定の商用電源電圧を出力するよう制御するものとなるので、開路確認のときに仮に第２解列開閉器が解列状態でない場合でも分岐回路に接続された負荷機器が一時的な電源供給によって不用意に作動することなく、安全に開路確認ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図である。
【図２】図１に示す分散電源システムの系統連系保護部の自立運転起動処理のフローチャートである。
【図３】従来例の太陽光発電システムの構成図である。
【符号の説明】
１ 太陽光発電システム（分散電源システム）
２ 太陽電池（直流電源）
３ インバータ
４ 分電盤
６ 主幹漏電ブレーカ（主幹ブレーカ）
７０ 分岐ブレーカ
８ 系統連系保護部
８０ 解列開閉器
８１ 第２解列開閉器
８６ 制御回路（出力制御手段）
９ 商用電力系統

Claims (2)

1. 直流電源と、該直流電源から入力される直流電力を交流に変換し出力するインバータと、解列開閉器を介して入力される前記インバータの出力と商用電力系統からの商用電源入力とを系統連系して分岐出力するとともにこの系統連系を制御するための系統連系保護部によって制御される第２解列開閉器が主幹ブレーカの負荷側に所定の分岐回路を系統から解列するように分岐ブレーカに並列に配設された分電盤と、を備える分散電源システムにおいて、前記系統連系保護部は、前記商用電力系統の停電を検出したときに前記解列開閉器及び第２解列開閉器を開路するとともに前記インバータから電源供給されて前記商用電力系統と該インバータ出力との接続が前記第２解列開閉器によって開路されていることを確認した後に前記所定の分岐回路に該インバータからの交流を出力する出力制御手段を有し、前記系統連系保護部は、前記系統連系する電路から電源供給されることを特徴とする分散電源システム。
2. 前記出力制御手段は、前記開路確認のときには前記インバータが商用電源より低い所定の電圧を出力するとともに前記の開路確認後には所定の商用電源電圧を出力するよう制御することを特徴とする請求項１記載の分散電源システム。

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