JP2013031309A - パワーコンディショナ - Google Patents

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悟 市村
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直樹 峠田
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Abstract

【課題】電力系統からDCリンク部に電力を供給する給電経路の開閉器の劣化が少ないパワーコンディショナを提供する。
【解決手段】コンバータ4とインバータ5とがDCリンク部6を介して接続されるとともに、インバータ5を介することなく系統電源2からDCリンク部6に電力供給を可能にする給電経路10に系統給電リレー13を備えたパワーコンディショナ3において、太陽光パネル1の出力電圧の低下によって系統連系動作が停止しても、DCリンク部6の電圧が所定の閾値電圧Vxまで低下しなければ系統給電リレー13が閉成しないように構成することで、系統給電リレー13の開閉回数を抑制する。
【選択図】図1

Description

この発明はパワーコンディショナに関し、より詳細には、インバータのDCリンク部に対して発電部側および電力系統側の双方から電力供給ができるように構成されているパワーコンディショナに関する。
従来、太陽光パネルなどの発電部で発電された直流電力を商用電源などの電力系統に連系させるためのインバータ装置としてパワーコンディショナが提案されている。
図4は、このようなパワーコンディショナの一例を示している。この図に示すパワーコンディショナは、太陽光パネルを発電部として用いた発電システムのパワーコンディショナを示しており、太陽光パネルaが接続されるコンバータbと、このコンバータbで昇圧した直流電力を系統電源(電力系統)fに連系可能な周波数の交流電力に変換するインバータcと、インバータcで変換された交流電力を系統電源fに連系させる系統連系スイッチdとを主要部として備えており、上記コンバータbとインバータcはDCリンクコンデンサ(DCリンク部)eを介して接続されている。
そして、この図4に示すパワーコンディショナでは、パワーコンディショナ各部の制御を行う制御用のマイコンgの電源部hが上記DCリンク部eから電力供給を受けるように構成されており、それに伴って、DCリンク部eは系統電源fからも電力供給が受けられるように構成されている。
すなわち、この図4に示すパワーコンディショナでは、インバータcを介さずに系統電源fからDCリンク部eに電力供給を行えるようにした給電経路iが備えられており、この給電経路iに備えられた系統給電リレーjを閉成させることによって系統電源fからDCリンク部eに電力の供給ができるようになっている。
そして、このように構成されたパワーコンディショナでは、太陽光パネルaが発電しているときには、太陽光パネルaで発電された電力をコンバータbで昇圧してDCリンク部eに供給する一方、夜間など太陽光パネルaが発電していないときなど(換言すれば、太陽光パネルaの出力電圧が所定電圧以下となったとき)には、コンバータbおよびインバータcの動作を停止し、かつ、系統連系リレーdを開成させてインバータcと系統電源fとの連系を解除するとともに、上記系統給電リレーjを閉成させて系統電源fから供給される電力(AC200V)を整流器kで整流してDCリンク部eに供給するように構成している。
つまり、この図4に示すパワーコンディショナでは、太陽光パネルaが発電しているときだけでなく、太陽光パネルaが発電していないときでもDCリンク部eに電力を供給することで、DCリンク部eから電力供給を受ける電源部hに常時電力が供給されるようにし、それによってマイコンgが常にパワーコンディショナ各部を監視できるようにしている(なお、DCリンク部eから電源に電力を供給する構成は、たとえば、特許文献1参照)。
特開2011−49053号公報
しかしながら、このような構成のパワーコンディショナにおいては以下のような問題があり、その改善が望まれていた。
すなわち、上述した図4に示すパワーコンディショナでは、太陽光パネルaの出力電圧が所定電圧以下となったときに系統給電リレーjを閉成させるように構成されているが、太陽光パネルaの出力電圧は天候(日射量)によって増減するため、天候によっては太陽光パネルaの出力電圧が上記所定電圧を挟んで上下に頻繁に変動するおそれがあり、そのような場合、太陽光パネルaの出力電圧の変動に伴って系統給電リレーjが閉成と開成を頻繁に繰り返すことになって系統給電リレーjが短期間で劣化するという問題がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電力系統からDCリンク部に電力を供給する給電経路の開閉器の劣化が少ないパワーコンディショナを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載のパワーコンディショナは、発電部で発電された直流電力を昇圧するコンバータと、上記コンバータで昇圧された直流電力を系統電源に連系可能な交流電力に変換するインバータとを有し、これらがDCリンク部を介して接続されてなり、上記発電部の出力電圧が所定電圧を超えることを条件に上記コンバータおよびインバータを動作させて系統連系動作を行うように構成されているパワーコンディショナにおいて、上記DCリンク部から電力供給を受ける電源部と、上記インバータを介することなく上記系統電源から上記DCリンク部への電力供給を可能にする給電経路と、この給電経路の電路の開閉を行う開閉器とを備えてなり、上記開閉器は、上記コンバータおよびインバータの系統連系動作が停止され、かつ、上記DCリンク部の電圧が所定の閾値電圧まで低下したことを条件に閉成するように構成されていることを特徴とする。
すなわち、この請求項1に係るパワーコンディショナでは、インバータを介することなく系統電源からDCリンク部への電力供給を可能にする給電経路に備えられた開閉器を閉成させる条件として、コンバータおよびインバータの停止を伴う系統連系動作の停止と、DCリンク部の電圧が所定の閾値電圧まで低下することの2点を条件としていることから、たとえば、発電部の出力電圧が上記所定電圧以下に低下して系統連系動作が停止(コンバータおよびインバータの動作が停止)した場合でも、上記DCリンク部の電圧が上記閾値電圧よりも高い状態を維持していれば、系統電源からDCリンク部に電力を供給する給電経路の開閉器は閉成されずに開かれたままの状態を維持することとなる。そのため、この状態にあるときに、発電部の出力電圧が上記所定電圧を超える電圧に復帰すると、上記開閉器は閉成されることなく系統連系動作を再開することとなる。
したがって、発電部として太陽光パネルが用いられている場合、日照の変動によって系統連系動作が断続的に繰り返し行われたとしても、この間にDCリンク部の電圧が上記閾値電圧を下回る回数が少なければ、その分だけ上記開閉器の開閉動作の回数を系統連系動作の回数に比して少なく抑制することができ、その結果、全体として開閉器の開閉回数を少なくできるので、開閉器の早期の劣化を防止できる。
本発明の請求項2に記載のパワーコンディショナは、請求項1に記載のパワーコンディショナにおいて、上記閾値電圧は、上記給電経路を介して上記DCリンク部に供給される電力の電圧値に応じて設定されていることを特徴とする。
すなわち、この請求項2に係るパワーコンディショナでは、上記開閉器を閉成させる条件の一つとなる閾値電圧が給電経路を介して上記DCリンク部に供給される電力の電圧値に応じて設定されるので、たとえば、この閾値電圧を給電経路を介してDCリンク部に供給される電力の電圧値と同等の値(同じ値かあるいはその近傍値)に設定することにより、開閉器が閉成されてDCリンク部に系統電源からの電力が供給される際のDCリンク部の電圧は、系統電源側から供給される電力の電圧と同等になるので、開閉器の閉成に伴って系統電源側から突入電流が流れるのを防止することができる。そのため、この請求項2に係るパワーコンディショナによれば、給電経路に備えられる電子部品に電流容量が大きい高価な部品を使用しなくて済むので、パワーコンディショナの製造コストを抑制でき、安価なパワーコンディショナを提供することができる。
本発明の請求項3に記載のパワーコンディショナは、請求項1または2に記載のパワーコンディショナにおいて、上記給電経路は、上記系統電源からの単相3線式の配線に対してその中性線と1の電圧線とに接続されていることを特徴とする。
すなわち、この請求項3に係るパワーコンディショナは、系統電源からの単相3線式の配線に対して給電経路がその中性線と1の電圧線とに接続されていることから、たとえば、系統電源が単相3線式AC200Vである場合、上記給電経路は、接地された中性線(N相)と、電圧のかかった1の電圧線(U相またはV相)とに接続され、給電経路にはAC100Vが供給されることになる。つまり、この請求項3に係るパワーコンディショナでは、上記開閉器を閉成させたときにDCリンク部に供給される電圧が系統電源の電圧(AC200V)に対して半分の電圧(AC100V)になり、この電圧が下がった分だけ開閉器を閉じたときに突入電流が流れるおそれが低減され、給電経路の電子部品についての突入電流対策が少なくてすむようになる。また、この請求項3に係るパワーコンディショナでは、DCリンク部にはAC100Vが供給されるので、それに応じて上記開閉器を閉成させる条件の一つである閾値電圧を低く設定でき、より開閉器の動作回数を低減させることができ、劣化の抑制効果を高めることができる。
本発明によれば、コンバータとインバータがDCリンク部を介して接続され、発電部の出力電圧が所定電圧を超えることを条件に系統連系動作を行うパワーコンディショナにおいて、インバータを介することなく系統電源からDCリンク部への電力供給を可能にする給電経路に設けられた開閉器を閉成させる条件として、系統連系動作の停止と、DCリンク部の電圧が所定の閾値電圧まで低下することを条件としているので、発電部の出力電圧の低下によって系統連系動作が停止しても、上記DCリンク部の電圧が上記閾値電圧よりも高い状態を維持していれば開閉器は閉成されず、この状態で発電部の出力電圧が上記所定電圧を超える電圧に復帰すると、上記開閉器は閉成されることなく系統連系動作が再開される。そのため、日照の変動によって系統連系動作が断続的に繰り返し行われたとしても、この間にDCリンク部の電圧が上記閾値電圧を下回る回数が少なければ、その分だけ上記開閉器の開閉動作の回数が少なくなり、開閉器の劣化が防止される。
そして、請求項2に係る発明によれば、開閉器を閉成させる条件とされる閾値電圧が給電経路を介して上記DCリンク部に供給される電力の電圧値に応じて設定されるので、この閾値電圧をDCリンク部に系統電源から供給される電力の電圧値と同等の値に設定することにより、開閉器の閉成に伴って生ずるおそれのある系統電源側からの突入電流を防止することができ、給電経路に備えられる電子部品の部品コストを安価に抑えることがき、安価なパワーコンディショナを提供することができる。
さらに、請求項3に係る発明によれば、系統電源からの単相3線式の配線に対して給電経路はその中性線と1の電圧線とに接続されるので、DCリンク部に供給される電圧を低く抑制でき、その分突入電流が抑制され、給電経路の電子部品に安価な部品を使用することができるようになる。また、閾値電圧を低く設定できるので、より開閉器の動作回数を低減させることができ、開閉器の劣化の抑制効果を高めることができる。
本発明に係るパワーコンディショナを用いた発電システムの概略構成を示す回路構成図である。 同パワーコンディショナにおける系統給電リレーの動作を模式的に示した説明図である。 同パワーコンディショナのDCリンク部への電力供給の手順の一例を示すフローチャートである。 従来のパワーコンディショナを用いた発電システムの概略構成を示す回路構成図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明に係るパワーコンディショナを用いた発電システムの一例を図1に示す。この図1に示す発電システムは、発電部として太陽光パネル1を備えた発電システムであって、太陽光パネル1で発電される直流電力を系統電源2に連系させるためのインバータ装置としてパワーコンディショナ3を備えている。
太陽光パネル1は、光電現象によって発電を行う複数の発電素子(太陽電池)をパネル状にユニット化してなる周知の形態の発電装置であって、この太陽光パネル1には発電した直流電力の出力手段として正極用および負極用の2本の電装ケーブル20a,20bが配設されており、これら2本の電装ケーブル20a,20bがパワーコンディショナ3において発電電力を入力する入力端子(図示せず)に接続されている。
なお、図示例では、太陽光パネル1が1枚で構成される場合を示したが、発電部として用いる太陽光パネル1は1枚に限られず複数の太陽光パネル1を用いてもよい。ただし、その場合、太陽光パネル1とパワーコンディショナ3との間には複数の太陽光パネル1から出力される直流電力を2本の電装ケーブルに集約するための接続箱が設けられ、この接続箱に配設される正極用および負極用の2本の電装ケーブルがパワーコンディショナ3の上記入力端子(図示せず)に接続される。
系統電源2は、商用電源などの交流電源で構成される。本実施形態では、この系統電源2として単相3線式のAC200Vの交流電源が用いられている。なお、この系統電源2は、図示しない配電盤などを介してパワーコンディショナ3および家庭内の電力負荷(図示せず)に接続される。
パワーコンディショナ3は、上述したように、太陽光パネル1で発電された直流電力を系統電源2に連系させるためのインバータ装置であって、このパワーコンディショナ3には、太陽光パネル1で発電された直流電力を昇圧するためのコンバータ4と、このコンバータ4で昇圧された直流電力を系統電源2に連系可能な交流電力に変換するためのインバータ5と、これらコンバータ4とインバータ5を接続するDCリンク部6と、上記インバータ5で変換された交流電力を系統電源2に連系させるための系統連系リレー7と、パワーコンディショナ3の各部を制御する制御用のマイコン8と、このマイコン8の電源部9とを主要部として備えるとともに、本実施形態のパワーコンディショナ3では、これらに加えて、インバータ5を介さずに系統電源2側から上記DCリンク部6への電力供給を可能にする給電経路10が備えられている。
上記コンバータ4はDC−DCコンバータで構成されており、本実施形態では、このコンバータ4として非絶縁型の昇圧チョッパ方式のDC−DCコンバータが用いられている。このコンバータ4の入力側は上記太陽光パネル1の発電電力の入力端子(図示せず)と接続されており、太陽光パネル1で発電された直流電力が入力されるようになっている。また、コンバータ4の出力側はDCリンク部6を介して上記インバータ5と接続されている。DCリンク部6は、コンバータ4とインバータ5を接続する電装ライン間にDCリンクコンデンサとなる電解コンデンサ21を接続することによって構成されている。
上記インバータ5はDC−ACインバータで構成されており、その出力側には上記系統連系リレー7が接続されており、この系統連系リレー7を介してインバータ5の出力側がパワーコンディショナ3の端子台11と接続されている。なお、系統連系リレー7は、後述するマイコン8によってその接点の開閉が制御可能とされている。
上記端子台11は、図示しない配電盤を介して系統電源2と接続される端子台であって、本実施形態では上記系統電源2に単相3線式の電源が用いられていることから、この端子台11には、系統電源2のU相、V相の各電圧線と接地されたN相の中性線を接続するための3つの端子(図示せず)が設けられており、上記インバータ5の出力(つまり、系統連系リレー7の出力)は、この端子台11のU相およびV相の各端子と接続されている。つまり、インバータ5から出力されるAC200Vはこの端子台11を介して系統電源2と連系されている。
上記マイコン8は、パワーコンディショナ3の各部を制御する制御手段を構成するものであって、このマイコン8には、後述する各種制御を行うための制御プログラムや制御用のデータなどが記憶されている。また、このマイコン8には、特に図示しないが各種センサ類が接続されており、これらのセンサ類からの情報に基づいて、マイコン8は太陽光発電パネル1の発電状況(出力電圧)や系統電源2から供給される電力(購入電力)、さらには、屋内の電力負荷で消費される電力(消費電力)などの発電システムに関する各種情報を取得できるように構成されている。
電源部9は、上記マイコン8に供給する電力を生成するための電源装置である。この電源部9は、上記DCリンク部6を構成する電解コンデンサ21の両端に接続され、DCリンク部6から電力供給を受けてマイコン8に供給する電力を生成するように構成されている。つまり、この電源部9は、DCリンク部6の電圧をマイコン8に供給可能な電圧に変換するDC−DCコンバータで構成されている。なお、電源部9は、DCリンク部6とマイコン8とを絶縁状態で接続する絶縁型の電源装置で構成されている。
上記給電経路10は、インバータ5を介さずに系統電源2からDCリンク部6に電力を供給するための電路であって、具体的には、上記端子台11とDCリンク部6とを接続する電装線12と、この電装線12に設けられる系統給電リレー(開閉器)13および整流器14を主要部とする電子部品などで構成されている。
より詳細には、上記電装線12は2本の電装線12a,12bで構成されており、これら2本の電装線12a,12bを用いて上記端子台11からAC100Vの電力を取り出すように配線されている。すなわち、系統電源2からの単相3線式で端子台11に配線される系統電源2に対して、上記電装線12a,12bは、その一方が系統電源2の中性線(N相)と、その他方が系統電源2の1の電圧線(U相またはV相)とに接続される。本実施例では、上記電装線12のうちの電装線12aの一端が上記端子台11のV相に接続されるとともに、電装線12bの一端が上記端子台11のN相に接続され、系統電源2から端子台11に供給されるAC200VからAC100Vを取り出して、DCリンク部6に供給する電力として利用できるようにされている。
そして、上記電装線12aの他端はDCリンク部6を構成する電解コンデンサ21の正極に、上記電装線12bの他端は上記電解コンデンサ21の負極にそれぞれ接続されている。
上記系統給電リレー13は、太陽光パネル1が発電を行わない夜間などに系統電源2の電力をDCリンク部6に供給させるための開閉器であって、この系統給電リレー13は上記電装線12の電路を開閉できるように配置されており、その接点は上記系統連系リレー7の接点と同様に上記マイコン8によって開閉制御ができるようになっている。
上記整流器14は、系統給電リレー13を介して系統電源2から供給されるAC100Vの交流電力を直流電力に変換してDCリンク部6に供給するための整流器であって、本実施形態では、この整流器14としてダイオードブリッジ回路(全波整流回路)が用いられている。なお、このほかにも上記電装線12には、過電流を防止するためのヒューズ15やPTCサーミスタ(または抵抗器)16などの電子部品が配設されている。
次に、このように構成されたパワーコンディショナ3の動作について説明する。
本実施形態に示すパワーコンディショナ3は、太陽光パネル1で発電された直流電力をコンバータ4で昇圧してインバータ5に供給し、インバータ5で系統電源2に連系可能な交流電力に変換して系統連系リレー7を介して系統電源2に連系させるように構成されているが、このようなパワーコンディショナ3による系統連系動作(コンバータ4およびインバータ5を動作させて系統連系リレー7を閉成させる動作)は、太陽光パネル1からパワーコンディショナ3に入力される電圧(つまり、太陽光パネル1の出力電圧)Vinがパワーコンディショナ3において上記系統連系動作を開始する条件としてあらかじめ設定された所定の連系動作許容電圧(所定電圧)Vonを超えることを条件(Von<Vinとなることを条件)に行われるようになっている。
ここで、この連系動作許容電圧Vonは、パワーコンディショナ3において、コンバータ4およびインバータ5を動作させることによって系統電源2に連系可能な交流電力(本実施形態ではAC200Vの交流電力)を生成することができるパワーコンディショナ3への入力電圧の下限電圧(または、下限電圧近傍の電圧)に設定される。
この連系動作許容電圧Vonとして上記下限電圧を採用するのは、この連系動作許容電圧Vonは太陽光パネル1の発電量に対するパワーコンディショナ3の動作開始のタイミングを決定するものとして機能するからである。つまり、この連系動作許容電圧Vonが上記下限電圧よりも高く設定されるとその分だけ系統連系動作の開始が遅れて太陽光パネル1で発電された電力が無駄になってしまう。そのため、この連系動作許容電圧Vonは、コンバータ4における入力電圧を昇圧する能力(昇圧能力)との関係で可及的に低い値に設定される。換言すれば、この連系動作許容電圧Vonは、コンバータ4の昇圧能力に基づいて、インバータ5が系統電源2に連系可能な交流電力を生成するのに必要とする直流電圧をコンバータ4が供給できる範囲で可及的に低く設定される。なお、本実施形態では、この連系動作許容電圧Vonは70Vに設定されている。
これに対し、太陽光パネル1の出力電圧Vinが上記連系動作許容電圧Von以下の場合(Vin≦Vonの場合)、パワーコンディショナ3は上述した系統連系動作は行わないが、本実施形態のパワーコンディショナ3では、このように系統連系動作を行わない場合(つまり、コンバータ4およびインバータ5が停止し系統連系リレー7が開成している場合)であっても、後述する2つの所定条件を満たすことを前提として、系統給電リレー13を閉成させて系統電源2からDCリンク部6に対して電力の供給を行うように構成している。
ここで、パワーコンディショナ3が系統連系動作を行っていない状態であってもDCリンク部6に系統電源2側から電力の供給を行うようにしているのは、本実施形態のパワーコンディショナ3は、マイコン8の電源部9がDCリンク部6から電力供給を受けるようになっているからである。つまり、系統連系動作を行っていない場合でもDCリンク部6に電力を供給することによって、マイコン8には常に(系統連系動作を行っていないときでも)電源部9から電力が供給されるようにして、マイコン8による発電システムの監視を常時行えるようにするためである。
そして、本実施形態のパワーコンディショナ3における上記所定条件の1つは、コンバータ4が動作停止状態にあるときのDCリンク部6の電圧Vdcが、あらかじめ設定される給電経路の切替閾値電圧Vth以上であること(Vth≦Vdcであること)とされている。
すなわち、このパワーコンディショナ3においては、太陽光パネル1の出力電圧Vinが連系動作許容電圧Von以下となって系統連系動作を行わないときであっても、DCリンク部6の電圧Vdcが上記切替閾値電圧Vth以上であれば、マイコン8は、系統給電リレー13を閉成させて、系統電源2からDCリンク部6に対して電力供給を行えるようにしている。
ところで、このように系統給電リレー13を閉成させる条件として、DCリンク部6の電圧Vdcが上記切替閾値電圧Vth以上であることだけ条件とすると、天候(日射量)の変化により太陽光パネル1の出力電圧Vinが変動する場合に、系統給電リレー13が閉成と開成を頻繁に繰り返すおそれがある。
そのため、本実施形態のパワーコンディショナ3は、系統給電リレー13を閉成させる2つ目の条件として、上記系統連系動作の停止に加えて、DCリンク部6の電圧Vdcが所定の閾値電圧Vxまで低下することを条件とし、これら2つの条件が満たされたときに系統給電リレー13を閉成させるようにしている。
ここで、この系統給電リレー13を閉成させる条件となる閾値電圧Vxは、上記給電経路10を介して上記DCリンク部6に供給される電力の電圧値(本実施形態ではAC100V)に応じて設定される。具体的には、この閾値電圧Vxとしては、上記給電経路10を介してDCリンク部6に供給される電力の電圧値と同等の値(たとえば、供給される電力の電圧値と同じ値やその近傍値)が好適に採用される。つまり、本実施形態では、系統電源2から給電経路10を介してAC100Vが供給されるので、この閾値電圧Vxとしてはそのピーク値である141V程度の電圧が設定される。
そのため、本実施形態のパワーコンディショナ3では、太陽光パネル1の出力電圧Vinが上記連系動作許容電圧Von以下となって系統連系動作が停止した場合でも、DCリンク部6の電圧Vdcが上記閾値電圧Vxよりも高い状態を維持していれば、系統給電リレー13は閉成されずに開かれたままの状態を維持することとなる。そのため、この状態にあるときに、日照が再開するなどして太陽光パネル1の出力電圧Vinが上記連系動作許容電圧Vonを超える電圧に復帰すると、系統給電リレー13は閉成されることなく系統連系動作が再開される。つまり、日照の変動によって系統連系動作が断続的に繰り返し行われたとしても、この間にDCリンク部6の電圧Vdcが上記閾値電圧Vxを下回る回数が少なければ、その分だけ上記系統給電リレー13の開閉動作の回数が少なくて済み、系統給電リレー13が劣化することが防止される。
図2は、この系統給電リレー13の動作を模式的に示した説明図である。そこで、この図2を参照しながら、系統給電リレー13の動作を整理すると、この系統給電リレー13は、太陽光パネル1が発電中、すなわち、Von<Vinの状態にあるときは、図2ステップS1に示すように、系統給電リレー13は開成(OFF)状態とされる。そして、太陽光パネル1の出力電圧Vinが低下してVin≦Vonとなると、図2ステップS2に示すように、系統連系動作は停止するが系統給電リレー13はOFFのまま維持される。そして、この状態で、DCリンク部6の電圧Vdcが上記閾値電圧Vxと同等にまで低下すると、図2ステップS3に示すように、系統連系動作を停止させたままで系統給電リレー13が閉成(ON)状態となり、DCリンク部6に系統電源2側からの電力(AC100V)が供給されるようになっている。
図3は、これらパワーコンディショナ3における一連の動作(マイコン8の処理)を示したフローチャートである。以下、この図3を参照しながら、パワーコンディショナ3の動作手順を整理して説明する。
パワーコンディショナ3のマイコン8は電源部9から電力の供給を受けてその動作を開始すると、まず、マイコン8はDCリンク部6に対する電力供給を太陽光パネル1側から行うか、それとも系統電源2側から行うかを判断する(図3ステップS1参照)。
具体的には、まず、マイコン8は、DCリンク部6の電圧Vdcと上記切替閾値電圧Vthとを比較して、DCリンク部6の電圧Vdcが切替閾値電圧Vth未満(Vdc<Vth)であるか否かを判断する(図3ステップS2参照)。
そして、この判断が肯定的な場合、マイコン8は、上記コンバータ4は動作させずに、太陽光パネル1の出力電圧VinをそのままDCリンク部6に供給する(図3ステップS3参照)。すなわち、本実施形態では、上記コンバータ4として非絶縁型の昇圧チョッパ方式のDC−DCコンバータが用いられているので、コンバータ4を動作させなくても太陽光パネル1の出力電圧VinがDCリンク部6に供給されるようになっている。ただし、本実施形態では上記切替閾値電圧Vthは40Vに設定されており、図3ステップS2の判断が肯定的である場合、太陽光パネル1はほとんど発電を行えていない状態にある。
ここで、この図3ステップS2の判断が肯定的である場合、太陽光パネル1の出力電圧Vinは上記連系動作許容電圧Von以下となるので、パワーコンディショナ3の系統連系動作は行わない。また、この状態のとき、マイコン8は上記系統給電リレー13を開成状態に維持する。つまり、DCリンク部6の電圧Vdcが上記切替閾値電圧Vth未満の場合には、マイコン8は系統給電リレー13を閉成しないように構成されている。
なお、本実施形態のパワーコンディショナ3では、後述するように、太陽光パネル1の発電出力が低下したときは系統電源2からDCリンク部6に電力供給を行うようになっているので、この図3ステップS2の判断が肯定的になる場合は限られており、たとえば、パワーコンディショナ3への電力供給開始当時(施工時)や、夜間など太陽光パネル1が発電していないときに系統電源2が停電した場合などにこの図3ステップS3の処理が行われる。
これに対して、図3ステップS2の判断が否定的である場合、マイコン8は、次に、太陽光パネル1の出力電圧Vinが上記連系動作許容電圧Von以下(Vin≦Von)であるかを判断する(図3ステップS4参照)。換言すれば、この図3ステップS4において、マイコン8は、DCリンク部6の電圧Vdcが上記切替閾値電圧Vth以上(Vth≦Vdc)であり、かつ、太陽光パネル1の出力電圧Vinが上記連系動作許容電圧Von以下(Vin≦Von)となっているかを判断する。
そして、この判断が肯定的であれば、マイコン8は、上述した図2に示す手順に従って系統給電リレー13を閉成させる。すなわち、DCリンク部6の電圧Vdcが上記閾値電圧Vxまで低下することを条件として系統給電リレー13を閉成させて系統電源2側からDCリンク部6への給電を行うが(図3ステップS5参照)、DCリンク部6の電圧Vdcが上記閾値電圧Vxまで低下しなければ、上述した図2ステップS2に示したように、系統給電リレー13は開成させたままの状態を維持する。なお、この場合、処理としては、図3ステップS3に移行したうえで、図3ステップS1から処理を再開することとなる。
なお、このときも太陽光パネル1の出力電圧Vinは上記連系動作許容電圧Von以下であるので、パワーコンディショナ3の系統連系動作は行わない。したがって、パワーコンディショナ3のコンバータ4およびインバータ5は停止状態とされ、また、系統連系リレー7は開成状態に維持される。
そして、上記図3ステップS4の判断が否定的である場合、図3ステップS6に示すように、DCリンク部6の電圧Vdcは上記切替閾値電圧Vth以上(Vth≦Vdc)、かつ、太陽光パネル1の出力電圧Vinは上記連系動作許容電圧Vonより高い(Von<Vin)ことになる。
ここで、図3ステップS6に示すように、太陽光パネル1の出力電圧Vinが上記連系動作許容電圧Vonより高くなるということは、上述したように、パワーコンディショナ3が系統連系動作を行える状態にあるので、この場合、マイコン8は、パワーコンディショナ3に系統連系動作を行わせる。つまり、マイコン8は、系統給電リレー13を開成させるとともに(系統電源2側からDCリンク部6への電力供給は行わずに)、上記コンバータ4およびインバータ5を動作状態にして、系統連系リレー7を閉成状態にする。したがって、この場合、DCリンク部6には、太陽光パネル1で発電され、コンバータ4で昇圧された電力が供給される(図3ステップS7参照)。
そして、パワーコンディショナ3が系統連系動作中である場合(図3ステップS8参照)、マイコン8は、太陽光パネル1の出力電圧Vinを監視しつつ(図3ステップS9参照)、太陽光パネル1の出力電圧Vinが上記連系動作許容電圧Von以下(Vin≦Von)になっていないか、換言すれば、日照の低下などによって太陽光パネル1の発電量が低下していないかを常時または一定周期で定期的に判断し(図3ステップS9参照)、この判断が肯定的であれば、系統連系動作を停止(つまり、コンバータ4およびインバータ5の動作を停止して系統連系リレー7を開成)させるとともに、系統給電リレー13を再び閉成させて、DCリンク部6に対して系統電源2側からの電力供給を開始する。
なお、このときも上記図3ステップS5の場合と同様に、上述した図2に示す手順に従って系統給電リレー13を閉成させる。すなわち、DCリンク部6の電圧Vdcが上記閾値電圧Vxまで低下することを条件として系統給電リレー13を閉成させて系統電源2側からDCリンク部6への給電を行う(図3ステップS5参照)。
このように、本発明に係るパワーコンディショナ3では、系統給電リレー13を閉成させて系統電源2からDCリンク部6に電力供給を開始する条件として、系統連系動作の停止と、DCリンク部6の電圧が閾値電圧Vxまで低下することを条件としているので、太陽光パネル1の出力電圧Vinの低下によって系統連系動作が停止しても、上記DCリンク部6の電圧が閾値電圧Vxよりも高い状態を維持していれば系統給電リレー13は閉成されず、この状態で太陽光パネル1の出力電圧Vinが連系動作許容電圧Vonを超えるまでに復帰すると、系統給電リレー13は閉成されることなく系統連系動作が再開される。そのため、日照の変動によって系統連系動作が断続的に繰り返し行われたとしても、この間にDCリンク部6の電圧Vdcが上記閾値電圧Vxを下回る回数が少なければ、その分だけ上記系統給電リレー13の開閉動作の回数が少なくなり、系統給電リレー13の劣化が防止される。
しかも、系統電源2から給電経路10に供給される電力はAC100Vとされているので、AC200Vを供給する場合に比して、DCリンク部6に供給される電圧が低く抑制される。したがって、その分DCリンク部6に対する突入電流が抑制され、給電経路の電子部品に安価な部品を使用することができる。つまり、本発明に係るパワーコンディショナ3によれば、パワーコンディショナ3の部品として大きな突入電流に耐えられる高価な電子部品を採用しなくてもよく、部品コストの上昇を回避して、安価なパワーコンディショナを提供することができる。具体的には、給電経路10のヒューズ15やPTCサーミスタ16、系統給電リレー13として電流容量の小さい安価な部品を採用でき、これらのコストを抑制することができる。
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
たとえば、上述した実施形態では、系統電力供給手段10の電装線12a,12bは、端子台11からAC100Vの電力を取り出すように配線した場合を示したが、これは系統給電リレー13を閉成させたときのDCリンク部6への突入電流を軽減するために、端子台11から取り出す電圧を低くしたものであるから、上記切替閾値電圧Vthの設定などによってDCリンク部電力への突入電流を十分に抑制できるのであれば、電装線12a,12bを端子台11のU相およびV相に接続し、系統電源2からAC200Vの電力を取り出すように構成することもできる。
また、上述した実施形態では、上記切替閾値電圧Vthが40V、上記連系動作許容電圧Vonが70Vである場合を示したが、これらの値は系統電源2の電圧やコンバータ4の昇圧能力などによって決定されるものであることから、具体的な数値は適宜設定変更可能であることはもちろんである。
また、上述した実施形態では、電源部9からはマイコン8が電力供給を受ける場合を示したが、たとえば、パワーコンディショナ3とは別体に構成されるパワーコンディショナ3のリモコン(図示せず)や、パワーコンディショナ3に装置される表示装置(図示せず)など、マイコン8以外の部位にも電源部9が電力を供給するように構成することができる。これにより、これらリモコンや表示装置についても系統連系動作が停止中に操作や表示が行えるようになる。
また、上述した実施形態では、パワーコンディショナ3の制御において、DCリンク部6の電圧Vdcを上記切替閾値電圧Vthと比較する場合を示したが、本実施形態では、コンバータ4に非絶縁型の昇圧チョッパ方式を採用しているので、DCリンク部6の電圧Vdcに代えてパワーコンディショナ3への入力電圧、すなわち、太陽光パネル1の出力電圧Vinを用いることもできる。
なお、上述した実施形態において、切替閾値電圧Vth、閾値電圧Vx、連系動作許容電圧Vonなどのあらかじめ設定された電圧と、太陽光パネル1の出力電圧Vinなどの測定された電圧との電圧比較を行う場合、ヒステリシス電圧や確定時間を設けるなど、制御ハンチングを防止するための措置をとることが望ましい。
1 太陽光パネル(発電部)
2 系統電源
3 パワーコンディショナ
4 コンバータ
5 インバータ
6 DCリンク部
7 系統連系リレー
8 マイコン
9 電源部
10 給電経路
11 端子台
12 電装線
13 系統給電リレー(開閉器)
14 整流器

Claims (3)

  1. 発電部で発電された直流電力を昇圧するコンバータと、前記コンバータで昇圧された直流電力を系統電源に連系可能な交流電力に変換するインバータとを有し、これらがDCリンク部を介して接続されてなり、前記発電部の出力電圧が所定電圧を超えることを条件に前記コンバータおよびインバータを動作させて系統連系動作を行うように構成されているパワーコンディショナにおいて、
    前記DCリンク部から電力供給を受ける電源部と、前記インバータを介することなく前記系統電源から前記DCリンク部への電力供給を可能にする給電経路と、この給電経路の電路の開閉を行う開閉器とを備えてなり、
    前記開閉器は、前記コンバータおよびインバータの系統連系動作が停止され、かつ、前記DCリンク部の電圧が所定の閾値電圧まで低下したことを条件に閉成するように構成されている
    ことを特徴とするパワーコンディショナ。
  2. 前記閾値電圧は、前記給電経路を介して前記DCリンク部に供給される電力の電圧値に応じて設定されていることを特徴とする請求項1に記載のパワーコンディショナ。
  3. 前記給電経路は、前記系統電源からの単相3線式の配線に対してその中性線と1の電圧線とに接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載のパワーコンディショナ。
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