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JP5906403B2 - 電力変換システム - Google Patents

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Description

本発明は、発電機の発電電力を交流電力に変換して、この交流電力を複数の需要家の屋内配線に分配して供給する電力変換システムに関する。
従来より、共通の発電機(例えば、太陽電池、燃料電池、風力発電機など)の発電電力を所定の分配比により、商用電力系統より電力の供給を個別に受けている複数の需要家へ分配する電力変換システムが提案されている(特許文献1)。
特開2003−134673号公報
このような電力変換システムは、例えば、集合住宅において共同の発電機を設けたい場合や、近隣の複数の需要家が共同の発電機を設けたい場合に、出資比率などに応じて予め定めた分配比率を用いて発電機を利用するものであった。
この電力変換システムは、発電機として太陽電池を備え、太陽電池の発電電力を各需要家の電力変換装置に直接供給している。この発電電力は予め定められた分配比率の電力を夫々の需要家が取り込めるように夫々の電力変換装置が動作して行われていた。
しかしながら、例えば、ある需要家に、漏電等により、屋内配線に商用電力系統から電力が供給されなくなるような異常が起きた場合、安全のため、この需要家の屋内配線とこの需要家に発電電力を供給する電力変換装置を切り離すことになる。こうした場合、異常が起きた需要家は、発電機の発電電力を利用することができず不公平が生じる。
本発明は上述の問題に鑑みて成された発明であり、屋内配線に商用電力系統から電力が供給されなくなるような異常が起きた場合でも、異常の起きた需要家の屋内配線と電力変換装置とを切り離しつつも、異常の起きた需要家が、発電機の発電電力を利用することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、商用電力系統からの電力と当該系統と異なる発電機の発電電力とを供給可能に構成された複数の需要家の屋内配線へ共通に設けられる前記発電機からの電力供給を制御するように成した電力変換システムおいて、前記発電機の発電電力を制御された交流電力に変換して前記複数の需要家の夫々の屋内配線へ個別の第1の電力測定器を介して供給する複数のインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側と前記第1の電力測定器との間に設けられ、前記インバータ回路と前記需要家の屋内配線との間を短絡/開放する第1開閉器と、前記インバータ回路及び前記第1開閉器の間と前記商用電力系統との間に第2の電力測定器を介して設けられ前記インバータ回路と前記電力系統との間を短絡/開放する第2開閉器とを備え、前記屋内配線に異常があった際に、前記第1開閉器を開放して前記第2開閉器を短絡し、前記第1の電力測定器をバイパスして前記インバータ回路から前記商用電力系統へ前記発電電力を供給することを特徴とする。
本発明によれば、屋内配線に商用電力系統から電力が供給されていない場合に、屋内配線とインバータ回路との間を第1開閉器により開放し、屋内配線をパイパスして商用電力系統とインバータ回路とを接続する第2開閉器を短絡する。このため、異常の起きた需要家と電力変換装置とを切り離しつつも、異常の起きた需要家の屋内配線をバイパスして商用電力系統へ売電することができる。即ち、異常の起きた需要家が、発電機の発電電力を売電という形で利用することができる。
また、上述の発明において、前記需要家は、前記商用電力系統が供給する交流電力を第3の電力測定器を介して入力し、前記インバータ回路の供給する交流電力を第1の電力測定器を介して入力し、これらの入力した電力を前記屋内配線に接続される負荷へ分電する分電盤を設けると共に、第2の電力測定器を前記分電盤の前記商用電力系統の入力側に前記屋内配線から前記商用電力系統へ逆潮流する電力を検出するように設け、前記第2開閉器は、前記インバータ回路と前記第1開閉器との間、及び前記分電盤と前記売電計との間を短絡/開放することを特徴とする。
また、上述の発明において、前記商用電力系統の停電を検出する停電検出回路を備え、前記停電検出回路が停電を検出した場合は、前記第2開閉器の短絡を禁止することを特徴とする。
また、上述の発明において、前記第2開閉器の商用電力系統側に設けられ、前記商用電力系統の電圧を検出する電圧センサを有し、前記停電検出回路は、前記電圧センサの検出する電圧に異常がある場合に停電と検出することを特徴とする。
また、上述の発明において、前記停電検出回路は、前記複数の需要家の屋内配線に前記商用電力系統から電力の供給がない場合に前記インバータ回路から電力が供給されている状態か否かを検出し、複数の需要家の屋内配線に前記商用電力系統から電力の供給がない場合に前記インバータ回路から電力が供給されている状態である場合に前記商用電力系統が停電していると判定することを特徴とする。
また、上述の発明において、前記停電検出回路により、前記複数の需要家の屋内配線の内、少なくとも一つの需要家に前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検出した場合、全てのインバータ回路を一時停止し、一時停止後、前記複数の需要家の屋内配線の内、前記商用電力系統から電力が供給されている需要家の屋内配線に電力を供給しているインバータ回路の動作を再開可能に構成することを特徴とする。
本発明によれば、屋内配線に商用電力系統から電力が供給されなくなるような異常が起きた場合でも、異常の起きた需要家の屋内配線と電力変換装置とを切り離しつつも、異常の起きた需要家が、発電機の発電電力を利用することができる電力変換装置を提供する。
電力変換システムの設置状態を示す概要図である。 分電盤と商用電力系統と電力変換装置との接続を示す配線図である。 電力変換装置の回路図である。 制御回路の制御フローチャートである。
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図1は電力変換システム1の設置状態を示す概要図である。この図に示すように、商用電力系統3から各需要家2a〜2cが夫々交流電力の供給を受けており、この需要家2a〜2cに共通の電力変換システム1が配備される。
電力変換システム1は、需要家2a〜2cに対して共通の太陽電池10(発電機)と、電力変換装置11とを備えている。本実施例では、需要家2a〜2cは、戸建て家屋で構成されており、需要家2a〜2cは、夫々近隣の家屋である。太陽電池10は、これらの需要家2a〜2cの近隣に設置され、電力変換装置11は、複数の需要家2a〜2cの内、一つの需要家2aの脇に配置される。電力変換装置11は、夫々の需要家2a〜2c用に、2つずつ配線La1〜La3、Lb1〜Lb3を有しており、この2つの配線La、Lbを利用して、発電電力を夫々の需要家2a〜2cに分配して供給する。尚、需要家2a〜2cは近隣の戸建て家屋に限らず、例えば、マンションやアパートの様な集合住宅で構成されていてもよい。また、太陽電池10は、需要家2a〜2cの近隣に設置されるが、少なくとも1つの需要家2a〜2cの屋根に設置するようにしても良い。
ぞれぞれの需要家2a〜2cは、分電盤21a〜21cを有している。図2に分電盤と商用電力系統と電力変換装置11との接続を示す配線図を示す。分電盤21a〜21cは、夫々商用電力系統3が供給する交流電力を後述する買電計22a〜22cと第1ブレーカ(第3開閉器)61とを介して入力する。また、分電盤21a〜21cは、電力変換装置11の供給する電力を後述する電力計24a〜24cと第2ブレーカ(第4開閉器)62とを介して入力する。入力されたこれらの交流電力は、分電盤21a〜21c内において重畳され需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cに分電される。
第1ブレーカ61は、負荷などに漏電が発生し、夫々屋内配線31a〜31cにおいて過電流が流れたことを検出することにより、商用電力系統3と屋内配線31a〜31cとの接続を遮断する。また、第2ブレーカも同様に、負荷などに漏電が発生し、夫々屋内配線31a〜31cにおいて過電流が流れたことを検出することにより、電力変換装置11と屋内配線31a〜31cとの接続を遮断する。
電力変換装置11の有する2つの配線La、Lbの内の一方の配線Laは、この分電盤の電力変換装置11の交流電力を入力する側に接続される。また、2つの配線La、Lbの内、他方の配線Lb(バイパス回路)は、後述する売電計23a〜23c及び分電盤21a〜21cの間と、電力変換装置11とを接続する。これにより、電力変換装置11は、分電盤21a〜21c(屋内配線31a〜31c)をパイバスして商用電力系統3へ太陽電池10の発電電力を供給する。
また、各需要家2a〜2cの分電盤21a〜21cの商用電力系統3側には、買電計(第3の電力測定器)22a〜22cと売電計(第2の電力測定器)23a〜23cが夫々設けられている。また、各需要家2a〜2cの分電盤21a〜21cの電力変換装置11側には、電力計(第1の電力測定器)24a〜24cが設けられている。買電計22a〜22cは、商用電力系統3から前記需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cに供給される電力を検出する。検出された電力は、買電電力料金を演算するために用いられる。売電計23a〜23cは、前記需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cから商用電力系統3に供給される電力を検出する。また、売電計23a〜23bは、他方の配線Lb(バイパス回路)から商用電力系統3に供給される電力を検出する。検出された電力は、売電電力料金を演算するために用いられる。また、電力計24a〜24cは、電力変換装置11から需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cへ供給される電力を検出する。
このように、各需要家2a〜2cには、個別に買電計22a〜22cと売電計23a〜23cが設けられており、個別に電力会社と電力の売買を行うことができるように構成されている。
次に、電力変換装置11について図面を参照しながら詳細に述べる。図3は、電力変換装置の回路図である。この図に示すように、電力変換装置11は、昇圧回路41、複数のインバータ回路42a〜42c、第1系統連系用リレー43a〜43c(第1開閉器)、第2系統連系用リレー45a〜45c(第2開閉器)、制御回路44、入力電流センサ51、入力電圧センサ52、出力電流センサ53a〜53c、出力電圧センサ54a〜54c、系統電圧センサ55a〜55c、及び屋内配線電圧センサ56a〜56cを備えている。また、昇圧回路41、複数のインバータ回路42a〜42c、系統連系用リレー43a〜43c、第2系統連系用リレー45a〜45c(第2開閉器)、制御回路44、入力電流センサ51、入力電圧センサ52、出力電流センサ53a〜53c、出力電圧センサ54a〜54c、系統電圧センサ55a〜55c、及び屋内配線電圧センサ56a〜56cは、共通の筺体に収容され、この筺体を配置することにより共通の場所(ここでは需要家2cの脇)にまとめられる。尚、需要家の数が多い時は隣接して設けられた複数の筐体に昇圧回路を分散して収納し、複数のインバータ回路及び複数の電流センサもまた、これらの複数の筺体に分割して収納して構成して良いものである。
昇圧回路41は、太陽電池10と複数のインバータ回路42a〜42cとの間に接続され、太陽電池10の電圧を昇圧する。昇圧回路41は、リアクトル、IGBTやFETのようなスイッチ素子、ダイオード回路、及びコンデンサからなる。具体的には、リアクトルとダイオードとを直列に接続して直列回路を形成し、この直列回路のリアクトル側を太陽電池10の正極側に接続する。また、リアクトルとダイオードとの接続点と太陽電池の負極側とをスイッチ素子を介して接続している。また、直列回路のダイオード側と太陽電池の負極側とをコンデンサを介して接続している。昇圧回路41は、スイッチ素子を周期的に導通/遮断し、例えば、この周期毎にスイッチ素子を導通する比率(以後、ON比率)を設定することにより、太陽電池の電圧を所望の昇圧比で昇圧してコンデンサの両端に出力する。
複数のインバータ回路42a〜42cは、昇圧回路41を介して入力される共通の太陽電池10の発電電力をそれぞれ交流電力に変換する。また、複数のインバータ回路42a〜42cの出力側には、配線La1〜La3が接続され、この配線La1〜La3を利用してインバータ回路42a〜42cから需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cへ個別の電力計24a〜24cを介して太陽電池10の発電電力が供給される。配線La1〜La3のインバータ回路42a〜42cの出力側と電力計24a〜24cとの間には、夫々第1系統連系用リレー43a〜43cが設けられており、これらの第1系統連系用リレー43a〜43cは、夫々インバータ回路42a〜42cと需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cとの間を短絡/開放する。
また、配線(バイパス回路)Lb1〜Lb3が、夫々、インバータ回路42a〜42c及び第1系統連系用リレー43a〜43cの間に接続され、第1系統連系用リレー43a〜43c及び屋内配線31a〜31cをバイパスして、インバータ回路42aから42cから商用電力系統3へ太陽電池10の発電電力を供給することができる。この配線Lb1〜Lb3にはインバータ回路42a〜42c及び第1系統連系用リレー43a〜43cの間と商用電力系統3との間に第2の電力測定器を介して第2系統連系用リレー45a〜45cが設けられ(売電計23a〜23cと第2系統連系用リレー45a〜45cとでは、第2系統連系用リレー45a〜45cの方がインバータ回路42a〜42c側に設けられ)、これらの第2系統連系用リレー45a〜45cは、インバータ回路42a〜42cと商用電力系統3との間を短絡/開放する。
これにより、第1系統連系用リレー43を短絡して、第2系統連系用リレー45を開放しているインバータ回路42からは、需要家2の屋内配線31へ、第1系統連系用リレー43を開放して、第2系統連系用リレー45を短絡しているインバータ回路42からは、第1系統連系用リレー43及び屋内配線31をバイパスして、需要家2へ接続される商用電力系統3へ、太陽電池10の発電電力が夫々分配される。
インバータ回路42a〜42cは、夫々、IGBTやFETのような4つのスイッチ素子によるブリッジ回路と、2つのリアクトルとコンデンサによるフィルタ回路とを有している。インバータ回路42a〜42cのブリッジ回路は、夫々、直流側が昇圧回路のコンデンサの両端に接続され、交流側がフィルタ回路に接続されている。フィルタ回路は、2つのリアクトルの夫々の一端をコンデンサにより接続し、夫々のリアクトルの他端をブリッジ回路の交流側に接続する。インバータ回路42a〜42cは、所定のPWM(Pulse Width Modulation)信号を用いて、4つのスイッチ素子を導通/遮断することにより、フィルタ回路のコンデンサの両端に商用電力系統と同期した波形の交流電力を生成し、需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cに供給する。
入力電流センサ51は、昇圧回路41の入力側に設けられ、太陽電池10から昇圧回路41に入力される直流の入力電流Iiを検出する。入力電圧センサ51は、昇圧回路41の入力側に設けられ、太陽電池10から昇圧回路41に入力される直流の入力電圧を検出する。また、複数のインバータ回路42a〜42cの出力側には、夫々出力電流センサ53a〜53cが設けられ、夫々のインバータ回路42a〜42cの瞬時の出力電流Ioa〜Iocを検出する。また、複数のインバータ回路42a〜42cの出力側には、夫々出力電圧センサ54a〜54cが設けられ、夫々のインバータ回路42a〜42cの瞬時の出力電圧Voa〜Vocを検出する。第2系統連系用リレー45a〜45cの商用電力系統3側には、夫々系統電圧センサ55a〜55cが設けられ、夫々の需要家2a〜2cへ電力を供給する商用電力系統3の系統電圧Vc1〜Vc3(交流)を検出する。第1系統連系用リレー43a〜43cの屋内配線31a〜31c側には、屋内配線電圧センサ56a〜56cが設けられ、夫々の需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cの屋内配線電圧Vw1〜Vw3を検出する。
検出された入力電流Ii、及び入力電圧Viは制御回路に入力される。また、出力電流Ioa〜Ioc出力電圧Voa〜Voc、系統電圧Vc1〜Vc3、及び屋内配線電圧Vw1〜Vw3は、制御回路に入力され、過去に入力された出力電流Ioa〜Ioc、出力電圧Voa〜Voc、系統電圧Vc1〜Vc3、及び屋内配線電圧Vw1〜Vw3を用いて制御回路44内にて、実行値が演算される。以後、出力電流Ioa〜Iocの実効値を出力電流Ia〜Icとし、出力電圧Voa〜Vocの実効値をVa〜Vcとし、系統電圧Vc1〜Vc3の実効値をVca〜Vcc、屋内配線電圧Vw1〜Vw3の実効値をVwa〜Vwcとする。入力電流Ii、入力電圧Vi、出力電流Ia〜Ic、出力電圧Va〜Vc、系統電圧Vca〜Vcc、及び屋内配線電圧Vwa〜Vwcは、電力変換装置11の動作の制御に利用される。
制御回路44は、例えば、マイコンから成り、昇圧回路41の動作、インバータ回路42a〜42cの動作、及び系統連系用リレー43a〜43cの動作の制御を行う。
制御回路44は、昇圧回路41のON比率を、太陽電池10の発電電力(昇圧回路41への入力電力)が最大になるように設定する。具体的には、入力電流センサ51と入力電圧センサ52から得られる入力電流と入力電圧とから、昇圧回路41に入力される太陽電池10の発電電力を演算する。演算した発電電力が、前回演算した発電電力よりも大きい場合は、前回ON比率を変更した方と同じ方にON比率を変更する(前回ON比率を低くした場合再度低くし、前回ON比率を高くした場合は高くする)。また、逆に、前回演算した発電電力よりも小さい場合は、前回ON比率を変更した方と逆の方にON比率を変更する(前回ON比率を低くした場合高くし、前回ON比率を高くした場合は低くする)。
制御回路44は、インバータ回路42a〜42cのスイッチ素子に導通/遮断するためのPWM信号を、出力電流センサ53a〜53cにより検出される複数の出力電力が発電電力と同じになるように生成する。
具体的には、制御回路44は、夫々の需要家に供給されている商用系統の電圧を同じとして説明を容易にすると、各インバータ回路42a〜42cの出力電流指令値Ita〜Itcを演算し、検出した出力電流が出力電流指令値に一致するようにインバータ回路42a〜42cの出力電圧を出力するようなPWM信号を生成する。尚、需要家側の交流電圧を考慮する際はインバータ回路が出力する電力を分配比率に応じて制御すればよい。
太陽電池10の発電電力Piを各需要家2a〜2cへ分配する電力Pa〜Pcの比率(分配比率)をra〜rcであらわすと、インバータ回路42a〜インバータ回路42cの出力電流指令値Ita〜Itcは、以下のように演算することができる。尚、分配比率ra〜rcは、各需要家2a〜2c間で取り決められた分配比率ra〜rcを自由に設定できるように構成されている。
まず、各需要家2a〜2cに分配される電力Pa〜Pc、分配費ra〜rc、及び入力電力との関係は、Pn=rn×Pi(n=a、b、c)となる。そして、各需要家2a〜2cへ分配する電力は、Pn=In×Vn(n=a、b、c)なので、各インバータ回路2a〜2cに出力させるべき電流値(出力電流指令値)Ita〜Itcはこの時のIa〜Icとなる。まとめると、出力電流指令値は、Itn=rn×Pi/Vn(n=a、b、c)となる。尚、Vnには、出力電圧センサ54により検出した値Va〜Vcを利用することができるが、予め商用電力系統3の電圧は定められているので、電圧を利用しても良い。
例えば、太陽電池10の発電電力Piが4000[W]、商用電力系統3の電圧Vn(Va=Vb=Vc)が200[V]であり、各需要家2a〜2cへの分配比率の割合(ra:rb:rc)が1/4:1/4:1/2の場合、出力電流指令値Ita〜Itcは、以下のようになる。
Ita=ra×Pi/Va=5[A]
Itb=rb×Pi/Vb=5[A]
Itc=rc×Pi/Vc=10[A]
制御回路44は、出力電流指令値Ita〜Itcが求まると、出力電流指令値Ita〜Itcと出力電流センサ53a〜53cとの差が夫々ゼロになるような電圧をインバータ回路42a〜42cが出力するようなPWM信号を作成し、インバータ回路42a〜42cのスイッチ素子に供給する。これにより各インバータ回路42a〜42cから各需要家2a〜2c(各需要家の屋内配線、或いは各需要家に接続される商用電力系統)に所定の分配比率により分配された交流電力が供給される。
制御回路44は、屋内配線31a〜31cに商用電力系統3から電力が供給されていない異常状態である場合(例えば、商用電力系統3の停電や需要家2a〜2cに漏電等に起因してブレーカ61が遮断した場合等)に、第1系統連系用リレー43a〜43cを開放して第2系統連系用リレー45a〜45cを短絡し、屋内配線31a〜31c、及び電力計24a〜24cをバイパスしてインバータ回路42a〜42cから商用電力系統3へ太陽電池1の発電電力を供給する。
制御回路44は、3つの状態に応じて、夫々の需要家2a〜2cに対応する、第1系統連系用リレー43a〜43c、第2系統連系用リレー45a〜45c、及びインバータ回路42a〜42c毎にそれらの動作を制御する。3つの状態とは、(A)商用電力系統3が停電しており、商用電力系統3から各需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cへ給電が停止している状態(以下、停電状態)、(B)商用電力系統3が需要家2a〜2cの屋内配線に正常に給電している状態(以下、正常状態)、(C)商用電力系統3は給電状態にあるが、商用電力系統3から需要家2a〜2cの屋内配線に給電されていない状態(以下、異常状態)である。
従って、制御回路44は、これら3つの状態を検出する検出回路(停電検出回路、正常状態検出回路、異常状態検出回路)としての機能を有する。制御回路44は、商用電力系統3の停電(停電状態)を検出すると、停電を検出した商用電力系統3に電力を供給するための第2系統連系用リレーの短絡を禁止する。制御回路44は、屋内配線31a〜31cに商用電力系統3から電力が供給されていない異常状態を検出する(例えば、商用電力系統3の停電や需要家2a〜2cに漏電等に起因してブレーカ61が遮断した場合等)と、第1系統連系用リレー43a〜43cを開放して第2系統連系用リレー45a〜45cを短絡し、屋内配線31a〜31cをバイパスしてインバータ回路42a〜42cから商用電力系統3へ太陽電池1の発電電力を供給する。また、制御回路44は、屋内配線31a〜31cに商用電力系統3から電力が供給されている正常状態を検出すると、第1系統連系用リレー43a〜43cを短絡して第2系統連系用リレー45a〜45cを開放し、需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cへ太陽電池1の発電電力を供給する。制御回路44のこられの動作の詳細、及び3つの状態の検出方法については以下に詳細に説明する。
図4に制御回路の制御フローチャートを示す。一点鎖線にて囲まれているブロックA、B、Cごとに夫々(A)停電状態のフローチャート、(B)正常状態のフローチャート、(C)異常状態のフローチャートを示す。このフローチャートは、夫々の需要家2a〜2cに対応する、第1系統連系用リレー43a〜43c、第2系統連系用リレー45a〜45c、及びインバータ回路42a〜42c毎の動作を示すものであり、代表として需要家2aに対応する、第1系統連系用リレー43a、第2系統連系用リレー45a、及びインバータ回路42aについて述べる。
太陽電池10が発電可能になり電力の供給が可能になると、まずは、停電状態の動作に移行する。即ち、ブロックAは、太陽電池10が発電可能になり電力の供給が可能になった場合に動作を開始する起点にもなる。
停電状態時の動作ブロックAに移行すると、第2系統連系用リレー45aの短絡を禁止し、インバータ回路42aのゲートブロックを行う(ステップS11)。次に、需要家2aに電力を供給する商用電力系統3が停電状態にあるか否かを判定する(ステップS12)。この判定は、系統電圧センサ55aにより検出される系統電圧Vcaを参照することにより行う。即ち、系統電圧Vcaが既定の電圧(例えば、商用電力系統で規定される50Hz、100Vなど)でない場合(異常がある場合)は停電と判断することができる。ステップS12にて、需要家2aに電力を供給する商用電力系統3が停電状態にあると判断した場合は、商用電力系統3にも屋内配線31aにもインバータ回路42aから電力を供給しないで、ステップS12の判断を繰り返す。
ステップS12において停電でないと判断した場合は、第2系統連系用リレー45aの短絡禁止を解除し、インバータ回路42aのゲートブロックを解除して(ステップS13)、需要家2aの屋内配線31aが異常状態であるか否かを判定する(ステップS14)。この判定は、屋内配線電圧センサ56aにより検出される屋内配線電圧Vwaを参照することにより行う。即ち、屋内配線電圧Vwaが既定の電圧(例えば、商用電力系統で規定される50Hz、100Vなど)でない場合は異常状態と判断することができる。ステップS12にて、需要家2aに電力を供給する商用電力系統3が異常状態にあると判断した場合は、異常状態時のブロックCへ移行する。また、ステップS12にて、需要家2aに電力を供給する商用電力系統3が正常状態にあると判断した場合は、正常状態時のブロックBへ移行する。
正常状態時のブロックBへ移行すると、インバータ回路42aの動作を開始し(ステップS21)、第1系統連系用リレー43aを短絡する(ステップS22)。これにより、インバータ回路42aから需要家2aの屋内配線31aへ太陽電池10の発電電力の供給が始まる。次に、需要家2aに電力を供給する商用電力系統3が停電状態にあるか否かを判定する(ステップS23)。この判定は、ブロックAと同じ判定を行っても良いが、従来の系統連系装置に利用される商用電力系統3から電力の供給が無い配線にインバータ回路から交流電力を供給している状態であるか否かを検出する単独運転検出機能を用いることにより判断することができる。具体的には、複数の需要家2a〜2cにおいて単独運転状態を検出した場合、複数の需要家で一斉に漏電等が発生したとは考えにくいので、商用電力系統3が停電していると判定することができる。
ステップS23にて停電状態を検出すると、第1系統連系用リレー43aを開放してインバータ回路を停止し、停電状態のブロックA(ステップS11)へ移行する。ステップS23にて停電状態を検出しなかった場合、需要家2aの屋内配線31aが異常状態であるか否かを判定する(ステップS24)。ブロックBにてこの判定を行う際は、インバータ回路42aから屋内配線31aに電力を供給している状態のため、単独運転検出機能を用いることにより判断すると良い。ステップS24にて、異常状態でないと判定した場合は、ステップS23へ戻り、異常状態であると判定した場合は、第1系統連系用リレー43aを開放して、インバータ回路42aを停止し、異常状態時のブロックCへ移行する。
異常状態時のブロックCへ移行すると、インバータ回路42aの動作を開始し(ステップS31)、第2系統連系用リレー45aを短絡する(ステップS32)。これにより、インバータ回路42aから直接商用電力系統3へ太陽電池10の発電電力の供給(売電)が始まる。次に、需要家2aに電力を供給する商用電力系統3が停電状態にあるか否かを判定する(ステップS33)。ブロックCにてこの判定を行う際は、インバータ回路42aから屋内配線31aに電力を供給している状態のため、単独運転検出機能を用いることにより判断すると良い。
ステップS33にて停電状態を検出すると、第2系統連系用リレー45aを開放してインバータ回路を停止し、停電状態のブロックA(ステップS11)へ移行する。ステップS33にて停電状態を検出しなかった場合、需要家2aの屋内配線31aが異常状態であるか否かを判定する(ステップS34)。ブロックBにてこの判定を行う際は、ブロックCと同様に、屋内配線電圧センサ56aにより検出される屋内配線電圧Vwaを参照することにより行う。即ち、屋内配線電圧Vwaが既定の電圧(例えば、商用電力系統で規定される50Hz、100Vなど)でない場合は異常状態と判断することができる。ステップS24にて、異常状態であると判定した場合は、ステップS33へ戻り、異常状態であると判定した場合は、第2系統連系用リレー45aを開放して、インバータ回路42aを停止し、正常状態時のブロックBへ移行する。
このようにして、夫々の電流センサ53a〜53cにより検出される出力電流に基づく電力が所定の分配比率ra〜rcに基づいて夫々の屋内配線31a〜31c、或いは商用電力系統3へ供給されるように複数のインバータ回路42a〜42cを個別に動作させている。
以上のように、本発明の実施形態によれば、各需要家2a〜2cに電力を供給するインバータ回路42a〜42cの出力電流が、太陽電池10の発電電力を分配するように定められる所定値になるように動作を行う。これにより、各需要家2a〜2bには、太陽電池10の発電電力を分配した電力が供給されることになり、供給/遮断を行う回数も少なくなる。このため、需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cにかかる負担を軽減することができる。
また、本実施形態によれば、屋内配線31に商用電力系統3から電力が供給されていない場合に、屋内配線31とインバータ回路42との間を第1系統連系用リレー43により開放し、屋内配線31をパイパスして商用電力系統3とインバータ回路42とを接続する第2系統連系用リレー45を短絡する。このため、異常の起きた需要家2と電力変換装置11とを切り離しつつも、異常の起きた需要家2の屋内配線11をバイパスして商用電力系統3へ売電することができる。即ち、異常の起きた需要家2が、太陽電池10の発電電力を売電という形で利用することができる。
また、本実施形態によれば、第2系統連系用リレー45は、インバータ回路42と第1系統連系用リレー43との間、及び分電盤21と売電計23との間を短絡/開放するため、異常状態と、正常状態とで共通の売電計を利用することができる。
また、本実施形態によれば、停電検出回路を設け、停電を検出した場合に第2系統連系用リレー42の短絡を禁止する。これにより、停電時に誤って商用電力系統3へ電力を供給することを防止することができる。
また、本実施形態によれば、系統電圧センサ55により停電を検出することについて述べた。即ち、電力変換装置11に設けられた系統電圧センサ55により停電の検出ができるため、商用電力系統3に電圧センサを別途設けて通信等を行う必要がない。
また、本実施形態によれば、複数の需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cに商用電力系統3から電力の供給がない場合にインバータ回路42から電力が供給されている状態か否かを検出する。即ち、複数の需要家において、単独運転が検出された場合に停電と検出している。これにより、電力変換装置11内のセンサを利用して停電の検出ができるので、商用電力系統3に電圧センサを別途設けて通信等を行う必要がない。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
例えば、本実施形態において、共通の発電機として1か所に設置された太陽電池10を利用したが、例えば、複数の一軒家に共通の電力変換装置11を設けて、これらの太陽電池10の発電電力をまとめ、まとめた太陽電池10の発電電力を各インバータ回路42a〜42cで分配する場合も、共通の発電機を利用していると見ることができる。
また、例えば、本実施形態において、発電機として太陽電池10を利用したが、燃料電池、蓄電池、風力発電機、エンジン発電機など様々な発電機を利用することが可能である。
また、例えば、本実施形態において、各需要家に対して、異常状態が見られた場合、その異常が見られた需要家に対応する、インバータ回路、第1系統連系用リレー、第2系統連系用リレーを動作したが、以下のように動作するように構成しても良い。
複数の需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cの内、少なくとも一つの需要家に商用電力系統3から電力が供給されていない異常状態を検出した場合(単独運転を検出した場合)、全てのインバータ回路42a〜42cを一時停止し、一時停止後、複数の需要家2a〜2cの屋内配線31a〜31cの内、商用電力系統3から電力が供給されている(正常状態の)需要家の屋内配線に電力を供給しているインバータ回路の動作を再開可能に構成するようにする。
ある需要家において単独運転状態が検出された場合は、他の需要家においても検知が遅れているだけで単独運転している可能性がある。このようにすることで、他の需要家において、素早く単独運転の対処をすることができる。また、他の需要家において単独運転を検出していなかったところは、インバータ回路の動作を再開可能に構成しているため、速やかにインバータ回路の動作を再開することができる。

1 電力変換システム
2 需要家
3 商用電力系統
10 太陽電池
11 電力変換装置
21 分電盤
22 買電計(第3の電力測定器)
23 売電計(第2の電力測定器)
24 電力計(第1の電力測定器)
30 負荷
31 屋内配線
41 昇圧回路
42 インバータ回路
43 第1系統連系用リレー(第1開閉器)
44 制御回路
45 第2系統連系用リレー(第2開閉器)
51 入力電流センサ
52 入力電圧センサ
53 出力電流センサ
54 出力電圧センサ
55 系統電圧センサ
56 屋内配線電圧センサ
Ii 入力電流
Vi 入力電圧
rn 分配比率

Claims (6)

  1. 商用電力系統からの電力と当該系統と異なる発電機の発電電力とを供給可能に構成され
    た複数の需要家の屋内配線へ共通に設けられる前記発電機からの電力供給を制御するよう
    に成した電力変換システムおいて、
    前記発電機の発電電力を制御された交流電力に変換して前記複数の需要家の夫々の屋内
    配線へ個別の第1の電力測定器を介して供給する複数のインバータ回路と、
    前記インバータ回路の出力側と前記第1の電力測定器との間に設けられ、前記インバー
    タ回路と前記需要家の屋内配線との間を短絡/開放する第1開閉器と、
    前記インバータ回路及び前記第1開閉器の間と前記商用電力系統との間に第2の電力測
    定器を介して設けられ前記インバータ回路と前記商用電力系統との間を短絡/開放する第
    2開閉器とを備え、
    前記屋内配線に異常があった際に、前記第1開閉器を開放して前記第2開閉器を短絡し
    、前記第1の電力測定器をバイパスして前記インバータ回路から前記商用電力系統へ前記
    発電電力を供給することを特徴とする電力変換システム。
  2. 前記需要家は、前記商用電力系統が供給する交流電力を第3の電力測定器を介して入力
    し、前記インバータ回路の供給する交流電力を第1の電力測定器を介して入力し、これら
    の入力した電力を前記屋内配線に接続される負荷へ分電する分電盤を設けると共に、第2
    の電力測定器を前記分電盤の前記商用電力系統の入力側に前記屋内配線から前記商用電力
    系統へ逆潮流する電力を検出するように設け、
    前記第2開閉器は、前記インバータ回路と前記第1開閉器との間、及び前記分電盤と前
    第2の電力測定器との間を短絡/開放することを特徴とする請求項1に記載の電力変換
    システム。
  3. 前記商用電力系統の停電を検出する停電検出回路を備え、
    前記停電検出回路が停電を検出した場合は、前記第2開閉器の短絡を禁止することを特
    徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換システム。
  4. 前記第2開閉器の商用電力系統側に設けられ、前記商用電力系統の電圧を検出する電圧
    センサを有し、
    前記停電検出回路は、前記電圧センサの検出する電圧に異常がある場合に停電と検出す
    ることを特徴とする請求項3に記載の電力変換システム。
  5. 前記停電検出回路は、前記複数の需要家の屋内配線に前記商用電力系統から電力の供給
    がない場合に前記インバータ回路から電力が供給されている状態か否かを検出し、
    複数の需要家の屋内配線に前記商用電力系統から電力の供給がない場合に前記インバー
    タ回路から電力が供給されている状態である場合に前記商用電力系統が停電していると判
    定することを特徴とする請求項3に記載の電力変換システム。
  6. 前記停電検出回路により、前記複数の需要家の屋内配線の内、少なくとも一つの需要家
    に前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検出した場合、全てのインバータ
    回路を一時停止し、一時停止後、前記複数の需要家の屋内配線の内、前記商用電力系統か
    ら電力が供給されている需要家の屋内配線に電力を供給しているインバータ回路の動作を
    再開可能に構成することを特徴とする請求項5に記載の電力変換システム。
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