JP4836447B2

JP4836447B2 - 系統連系発電装置

Info

Publication number: JP4836447B2
Application number: JP2004366964A
Authority: JP
Inventors: 圭吾鬼塚; 康弘牧野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: EP1672776B1; JP2006174661A; EP1672776A1; DE602005020568D1; US20060131962A1

Description

本発明は、発電した直流電力を交流に変換して、連系（接続）された交流の商用電源系統へ回生可能とする系統連系発電装置に関する。

従来の系統連系発電装置（たとえば、特許文献１などで示される系統連系発電装置）を、図４で説明する。図４は従来の系統連系発電装置の回路図である。太陽電池０１で発電された直流電力を、昇圧回路０２で昇圧し、この昇圧された直流電力をインバータ回路０３でパルス幅変調して交流電力に変換している。この交流電力を電流平滑回路０４で平滑化し、系統開閉用リレー０６を介して商用電源系統０７に接続している。電流平滑回路０４は、リアクトル０１１およびコンデンサ０１２を具備している。
特開２００３−９３９８号公報

ところで、太陽電池０１は昼間に発電し、夜間は発電しないため、系統開閉用リレー０６の作動は、昼間に閉、夜間に開となっている。そして、系統開閉用リレー０６が開から閉になる際に、電流平滑回路０４のコンデンサ０１２が放電しており、系統開閉用リレー０６が閉じた瞬間に、コンデンサ０１２に突入電流が流れることがある。この突入電流が、系統開閉用リレー０６やＡＣ出力電流フィードバック用電流センサ０１６にも流れ、系統開閉用リレー０６の接点が溶着したり、また、電流センサ０１６が偏励磁したりすることがある。

解決しようとする問題点は、系統開閉用リレーが閉じた際に、電流平滑回路のコンデンサに突入電流が流れることがあり、この突入電流により系統開閉用リレーの接点が溶着したり、また、電流センサが偏励磁したりする点である。

本発明の系統連系発電装置は、直流電力を発電する直流電力発電手段（１）と、この直流電力発電手段の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路（３）と、コンデンサ（３２）を具備し前記インバータ回路により変換された交流電力を平滑化する電流平滑回路（４）と、この電流平滑回路を交流電源系統（７）に開閉可能に接続する第１リレー部（３６）および第２リレー部（３７）を並列に具備する系統開閉用リレー（６）と、前記電流平滑回路と系統開閉用リレーとの間に設けられるＡＣ出力電流フィードバック用電流センサ（３８）とを備えている。

そして、系統開閉用リレーの第１リレー部および第２リレー部をバイパスして、電流平滑回路と交流電源系統とを接続するバイパス回路（５１）が設けられ、前記電流センサは前記電流平滑回路と前記バイパス回路との間に設けられており、このバイパス回路は、系統開閉用リレーの第１リレー部および第２リレー部に対応して各々バイパス部を有し、この各バイパス部が正特性サーミスタ（５６）およびバイパス開閉用リレー（５７）を具備しており、バイパス開閉用リレーが開の際にはバイパス回路の流れを遮断し、バイパス開閉用リレーが閉の際には、電流平滑回路と交流電源系統とを正特性サーミスタを介して接続しており、前記交流電源系統は、中性線、及び２本の外線とを具備し、前記中性線と前記２本の外線とは、夫々ヒューズおよびバリスタで接続されており、前記バイパス回路の前記交流電源系統側の接続位置は、前記中性線と前記外線とが接続される位置よりも前記交流電源系統側であり、前記系統開閉用リレーおよびバイパス開閉用リレーの開閉を制御する制御手段（６１）が設けられ、この制御手段は、系統開閉用リレーに閉信号を出力する際には、その前に、バイパス開閉用リレーに閉信号を出力し、このバイパス開閉用リレーへの閉信号の出力後、系統開閉用リレーに閉信号を出力するとともに、バイパス開閉用リレーに開信号を出力する。

本発明によれば、バイパス回路は、正特性サーミスタおよびバイパス開閉用リレーを具備し、バイパス開閉用リレーが閉じると、電流平滑回路と交流電源系統とを正特性サーミスタを介して接続し、交流電源系統からの電流を正特性サーミスタで抑制しながら、電流平滑回路のコンデンサに充電することができる。したがって、電流平滑回路のコンデンサに充電後、系統開閉用リレーを閉じると、コンデンサに突入電流が流れることを防止することができる。その結果、系統開閉用リレーの接点の溶着や、電流センサの偏励磁を防止することができる。

系統開閉用リレーの接点の溶着や、電流センサの偏励磁を防止するという目的を、系統開閉用リレーをバイパスして電流平滑回路と交流電源系統とを接続するバイパス回路を設け、このバイパス回路のバイパス開閉用リレーを閉じて、電流平滑回路と交流電源系統とを正特性サーミスタを介して接続し、交流電源系統からの電流を正特性サーミスタで抑制しながら、電流平滑回路のコンデンサに充電することで実現した。

次に、本発明における系統連系発電装置の第１実施例について、図１および図２を用いて説明する。図１は本発明における系統連系発電装置の第１実施例の回路図である。図２は系統開閉用リレーを閉じる際のフローチャートである。

図１において、系統連系発電装置は、従来の系統連系発電装置と同様にして、直流電力発電手段としての太陽電池１で発電された直流電力を、昇圧回路２で昇圧し、この昇圧された直流電力をインバータ回路３でパルス幅変調して交流電力に変換している。この交流電力を電流平滑回路４で平滑化し、系統開閉用リレー６を介して交流電源系統である商用電源系統７の単相三線に接続している。

昇圧回路２は、商用電源系統７の系統電圧よりも大きな電圧に昇圧するものであり、平滑コンデンサ１１、チョークコイル１２、スイッチ素子１３、ダイオード１４，１５およびコンデンサ１６，１７を有している。

インバータ回路３は、複数のスイッチング素子２１がブリッジ接続され、各スイッチング素子２１に対応してダイオード２２（フライホイールダイオード）が設けられている。そして、昇圧回路２にて昇圧された直流電力を、商用電源系統７の交流電力と略一致した位相及び周波数の正弦波形を有する交流電力に変換する。このインバータ回路３から商用電源系統７側に２本の配線２６，２７が延在する。

電流平滑回路４は、インバータ回路３からの各配線２６，２７に直列に設けられるリアクトル３１、および、リアクトル３１の商用電源系統７側の端部同士を接続するコンデンサ３２を具備しており、インバータ回路３にて変換された交流電力を平滑化する。

系統開閉用リレー６は、各配線２６，２７に対応して第１リレー部３６および第２リレー部３７を並列に具備する。また、電流平滑回路４と系統開閉用リレー６との間には、ＡＣ出力電流フィードバック用電流センサ３８が設けられている。

商用電源系統７は、３本の配線４１，４２，４３を具備し、中性線である配線４１はバリスタ４６を介してアースされている。外線である他の２本の配線４２，４３は各々系統開閉用リレー６のリレー部３６，３７に接続されている。また、中性線である配線４１と、外線である他の配線４２，４３とは、ヒューズ４７およびバリスタ４８で接続されている。

そしてさらに、この実施例では、系統開閉用リレー６をバイパスするバイパス回路５１が設けられている。このバイパス回路５１は、系統開閉用リレー６のリレー部３６，３７に対応して、各々バイパス部５２，５３を有し、各バイパス部５２，５３には、直列に、正特性サーミスタ（いわゆる、ポジスタ）５６および、バイパス開閉用リレー５７のリレー部５８，５９が設けられている。

また、マイコンなどで構成される制御手段である制御装置６１が設けられており、系統連系発電装置の種々の部品が入力や出力可能に接続されている。特に、本発明に関連する部品としては、制御装置６１の出力部に、系統開閉用リレー６およびバイパス開閉用リレー５７が接続されている。この制御装置６１には、タイマーや、種々の設定値を記憶する記憶部が設けられている。

次に、系統開閉用リレーを閉じる際のフローを、図２のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ０において、日の出時刻などのタイマーに予約された時刻、太陽電池１の出力が所定値になった時また、手動などにより、制御装置６１から系統開閉用リレー６に、閉信号（ＯＮ）が出力される。その出力の前に、ステップ１に行く。

ステップ１において、制御装置６１からバイパス開閉用リレー５７に閉信号（ＯＮ）が出力され、バイパス開閉用リレー５７が閉じる。すると、商用電源系統７からの交流電流が、正特性サーミスタ５６で抑制されながら、コンデンサ３２に流れ、充電される。そして、制御装置６１の記憶部などに設定されている遅延時間（たとえば、約１秒）の経過後、ステップ２に行く。

ステップ２において、制御装置６１は、系統開閉用リレー６に閉信号を出力し、系統開閉用リレー６が閉じられ、ステップ３に行く。

ステップ３において、制御装置６１は、バイパス開閉用リレー５７に開信号（ＯＦＦ）を出力し、バイパス開閉用リレー５７が開く。以上の工程で、系統開閉用リレー６の閉作動は終了する。その後、日没などになり、系統開閉用リレー６を開ける際には、バイパス開閉用リレー５７は作動させずに、制御装置６１は系統開閉用リレー６に開信号を出力する。

この様にして、制御装置６１は、系統開閉用リレー６に閉信号を出力される前に、バイパス開閉用リレー５７に閉信号を出力して、正特性サーミスタ５６で電流を抑制しながら電流平滑回路４のコンデンサ３２を充電する。そして、一定時間（たとえば、約１秒）後、制御装置６１は系統開閉用リレー６に閉信号を出力するとともに、バイパス開閉用リレー５７に開信号を出力する。したがって、コンデンサ３２に突入電流が流れることがなく、電流センサ３８の偏励磁や、系統開閉用リレー６の接点の溶着を防止することができる。

そして、制御手段として制御装置は、１）系統開閉用リレーに閉信号を出力する際には、その前に、バイパス開閉用リレーに閉信号を出力する手段、２）バイパス開閉用リレーに閉信号を出力した後に、系統開閉用リレーに閉信号を出力する手段、３）系統開閉用リレーに閉信号を出力した時付近または出力した後に、バイパス開閉用リレーに開信号を出力する手段などを具備している。

そして、制御手段は、上記手段以外にも、実行される各工程に対応して各工程を実行する手段を具備している。また、上記手段を全て具備する必要は必ずしもない。

次に、本発明における系統連系発電装置の第２実施例について説明する。図３は第２実施例の系統連系発電装置の回路図である。なお、この第２実施例の説明において、前記第１実施例の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

バイパス回路５１の商用電源系統７側の接続位置が、第１実施例と第２実施例とで異なるだけで、他の構成は同じである。この様に、バイパス回路５１は開閉可能で、かつ、系統開閉用リレー６をバイパスして、商用電源系統７からの電流を正特性サーミスタ５６で抑制しながら、電流平滑回路４のコンデンサ３２へ流すことができるならば、その構成は適宜変更可能である。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）実施例では、バイパス開閉用リレー５７は、２個のリレー部５８，５９を具備し、各リレー部５８，５９に対応して正特性サーミスタ５６が設けられている。ところで、正特性サーミスタ５６を何れか一方のみとすることも考えられるが、正特性サーミスタ５６を一方のみにすると、太陽電池１側の直流電力の部分などでアースされているので、正特性サーミスタ５６を設けていない側のリレー部５８，５９などに地絡電流が流れる恐れがある。したがって、バイパス回路５１の２個のバイパス部５２，５３に各々正特性サーミスタ５６を設けることが好ましい。

（２）制御手段はマイコンで構成されているが、それ以外の構成でも可能である。
（４）各フローチャートのステップの順序は適宜変更可能である。たとえば、ステップ３はステップ２の直前や略同時でも可能である。
（５）直流電力発電手段は、太陽電池である必要はなく、たとえば、燃料電池などの他の直流電力発電手段でも可能である。

（６）昇圧回路２は必ずしも設ける必要はない。
（７）昇圧回路やインバータ回路などの構造や形式などは、適宜選択可能である。

系統開閉用リレーをバイパスして電流平滑回路と交流電源系統とを接続するバイパス回路を設け、このバイパス回路が、正特性サーミスタおよびバイパス開閉用リレーを具備し、バイパス開閉用リレーを閉じて、交流電源系統からの電流を正特性サーミスタで抑制しながら、電流平滑回路のコンデンサに充電することができる。したがって、コンデンサに充電後、系統開閉用リレーを閉じると、突入電流がコンデンサに流れることを防止することができる。そのため、直流電力発電手段からの直流電力を、インバータ回路で交流電力に変換し、この交流電力を電流平滑回路で平滑化し、系統開閉用リレーを介して商用電源系統に接続する系統連系発電装置に適用することが最適である。

図１は本発明における系統連系発電装置の第１実施例の回路図である。図２は系統開閉用リレーを閉じる際のフローチャートである。図３は第２実施例の系統連系発電装置の回路図である。図４は従来の系統連系発電装置の回路図である。

符号の説明

１太陽電池（直流電力発電手段）
３インバータ回路
４電流平滑回路
６系統開閉用リレー
７商用電源系統（交流電源系統）
３２電流平滑回路のコンデンサ
５１バイパス回路
５６正特性サーミスタ
５７バイパス開閉用リレー
６１制御装置（制御手段）

Claims

直流電力を発電する直流電力発電手段と、
この直流電力発電手段の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
コンデンサを具備し、前記インバータ回路により変換された交流電力を平滑化する電流平滑回路と、
この電流平滑回路を、交流電源系統に開閉可能に接続する第１リレー部および第２リレー部を並列に具備する系統開閉用リレーと、
前記電流平滑回路と系統開閉用リレーとの間に設けられるＡＣ出力電流フィードバック用電流センサとを備えた系統連系発電装置であって、
前記系統開閉用リレーの第１リレー部および第２リレー部をバイパスして、電流平滑回路と交流電源系統とを接続するバイパス回路が設けられ、
前記電流センサは前記電流平滑回路と前記バイパス回路との間に設けられており、
このバイパス回路は、系統開閉用リレーの第１リレー部および第２リレー部に対応して各々バイパス部を有し、この各バイパス部が正特性サーミスタおよびバイパス開閉用リレーを具備しており、バイパス開閉用リレーが開の際にはバイパス回路の流れを遮断し、バイパス開閉用リレーが閉の際には、電流平滑回路と交流電源系統とを正特性サーミスタを介して接続しており、
前記交流電源系統は、中性線、及び２本の外線とを具備し、前記中性線と前記２本の外線とは、夫々ヒューズおよびバリスタで接続されており、
前記バイパス回路の前記交流電源系統側の接続位置は、前記中性線と前記外線とが接続される位置よりも前記交流電源系統側であり、
前記系統開閉用リレーおよびバイパス開閉用リレーの開閉を制御する制御手段が設けられ、
この制御手段は、系統開閉用リレーに閉信号を出力する際には、その前に、バイパス開閉用リレーに閉信号を出力し、このバイパス開閉用リレーへの閉信号の出力後、系統開閉用リレーに閉信号を出力するとともに、バイパス開閉用リレーに開信号を出力することを特徴とする系統連系発電装置。