JP6838433B2 - インバータ出力残電圧の安全な放電方法及びインバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ出力残電圧の安全な放電方法とインバータ装置とに関する。

系統と連系するインバータの出力端子間には、ＡＣコンデンサ、出力コンデンサ等と称されるコンデンサが設けられている。そして、系統と連系するインバータは、通常、制御部によって以下のように制御されている。

制御部は、インバータ・系統間に配置されたブレーカの状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を把握するために、系統電圧を監視している。制御部は、ブレーカがＯＦＦしたと判定した場合には、インバータの出力を停止させ、コンデンサに充電されている電圧で家庭内負荷等が破損するのを防ぐために、コンデンサの放電処理を実行する。制御部は、この放電処理の実行中にも系統電圧を監視し、系統電圧がない状態が所定時間（通常、数サイクル分の時間）継続した場合には、連系リレーを制御することによりインバータを解列する。また、制御部は、所定時間の経過前に系統電圧が戻った場合には、インバータの通常運転を開始する。

なお、本発明に関連する先行技術文献としては、以下の特許文献１が挙げられる。

特開２００１−１８６６６４号公報

コンデンサの放電処理としては、通常、インバータが低電圧を出力してコンデンサを放電させる処理が行われているが、当該処理でコンデンサを放電させると、所定時間の経過前に系統電圧が戻った場合に、インバータ内に過大な電流が流れてしまう虞がある。

そこで、本発明の課題は、系統と連系するインバータの出力端子間に配置されたコンデンサを安全に放電させることが出来る技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のインバータ出力残電圧の安全な放電方法では、系統と連系するインバータと系統との間に設けられているブレーカの状態を示す情報に基づき、前記ブレーカがＯＦＦであるか否かを判定し、前記ブレーカがＯＦＦになったと判定したときに、所定抵抗値を有する仮想抵抗として機能するように前記インバータを制御することで前記インバータの出力端子間に設けられたコンデンサの残電圧を放電させる。

また、上記課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、系統と連系するインバータと、前記インバータの出力端子間に配置されたコンデンサと、前記インバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インバータと前記系統の間に設けられているブレーカの状態を示す情報に基づき、前記ブレーカがＯＦＦであるか否かを判定し、前記ブレーカがＯＦＦになったと判定したときに、所定抵抗値を有する仮想抵抗として機能するように前記インバータを制御することで前記コンデンサの残電圧を放電させる。
ことを特徴とするインバータ装置。

すなわち、ブレーカが実際にＯＦＦしている場合には、従来の放電処理（インバータが低電圧を出力してコンデンサを放電させる処理）で、特に問題なく、コンデンサを放電させることが出来る。ただし、ブレーカＯＦＦと判定されたがブレーカが実際にはＯＦＦしていない場合には、従来の放電処理では、系統電圧が正常な電圧に戻ったときに、インバータ内に過大な電流が流れてしまう可能性がある。一方、所定抵抗値を有する仮想抵抗として機能するようにインバータが制御されていれば、上記のような現象が生じても、インバータ内には、過大な電流は流れない。

従って、本発明のインバータ出力残電圧の安全な放電方法、インバータ装置によれば、コンデンサを、安全に（インバータ内に過大な電流が流れない形で）、放電させることが出来る。なお、本発明のインバータ出力残電圧の安全な放電方法、インバータ装置におけるブレーカの状態を示す情報は、ブレーカの状態（ＯＮ／ＯＦＦ状態）を直接的又は間接的に示す情報であれば良い。従って、例えば、系統電圧や系統電流を、ブレーカの状態を示す情報として採用することが出来る。また、ブレーカからのトリップ信号にノイズが載ることにより、ブレーカＯＦＦが誤検出される場合もある。従って、ブレーカからのトリップ信号を、ブレーカの状態を示す情報として採用することも出来る。

本発明によれば、インバータの出力端子間に配置されたコンデンサを安全に放電させることが出来る。

図１は、本発明の一実施形態に係るインバータ装置の概略構成及び使用形態の説明図である。 図２は、実施形態に係るインバータ装置の制御部が実行するブレーカＯＦＦ時用処理の流れ図である。 図３は、ブレーカＯＦＦの誤検出時に生ずる問題を説明するための図である。 図４は、実施形態に係るインバータ装置の、ブレーカＯＦＦの誤検出時における動作の説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

図１に、本発明の一実施形態に係るインバータ装置１０の概略構成及び使用形態を示す。

本実施形態に係るインバータ装置１０は、太陽電池（太陽電池アレイ）３０に発電されえた直流電力を交流電力に変換して系統４０及び負荷４５に供給するパワーコンディショナである。なお、負荷４５とは、幾つかの交流電力消費機器のことである。

インバータ装置１０は、系統４０及び負荷４５が接続される一対の出力端子１５を備える。図示してあるように、系統４０は、主幹ブレーカ３５を介して一対の出力端子１５と接続されている。また、インバータ装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とＤＣ／ＡＣインバータ１２と連系リレー１４と制御部２０とを備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、太陽電池３０の出力電圧を、所望電圧（ＤＣ／ＡＣインバータ１２に供給すべき電圧）に変換するための回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１としては、太陽電池３０の出力電圧範囲に応じた種類のコンバータ（昇圧コンバータ、高
圧コンバータ又は昇降圧コンバータ）が使用される。

ＤＣ／ＡＣインバータ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１からの直流を、交流に変換するための回路である。連系リレー１４は、インバータ装置１０（インバータ装置１０と太陽電池３０とで構成された発電装置）を、系統４０から切り離すためのリレーである。図示してあるように、ＤＣ／ＡＣインバータ１２の一対の出力端子は、平滑化用の２つのＡＣリアクトル１３及び連系リレー１４を介して、インバータ装置１０の一対の出力端子１５と接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の一対の入力端子間には、コンデンサ２１が配置されており、ＤＣ／ＡＣインバータ１２の一対の入力端子間（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の一対の出力端子間）には、コンデンサ２２が配置されている。また、連系リレー１４の一対の入力端子（ＡＣリアクトル１３側の一対の端子間）には、ＤＣ／ＡＣインバータ１２から出力される交流を平滑化するためのコンデンサ２３が配置されている。

インバータ装置１０内には、一対の出力端子１５間の電圧を系統電圧として測定するための電圧センサ２４が設けられている。なお、図示は省略してあるが、インバータ装置１０の各所には、ＡＣリアクトル１３を流れる電流値を測定するための電流センサ等の、電圧センサ２４以外のセンサ（電流センサ、電圧センサ）も設けられている。

制御部２０は、プロセッサ（ＣＰＵ、マイクロコントローラ等）、ゲートドライバ等から構成されたユニットである。この制御部２０には、電圧センサ２４を含む各種センサの出力が入力されている。

以下、本実施形態に係るインバータ装置１０の動作を説明する。なお、本実施形態に係るインバータ装置１０は、主幹ブレーカ３５のＯＦＦを検出したときの制御部２０の制御内容に特徴があるものである。そのため、以下では、当該制御内容を中心に、インバータ装置１０の動作を説明することにする。

制御部２０は、通常は、太陽電池３０から最大電力を取り出せるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御しながら、系統４０と連系するように、ＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御している。また、制御部２０は、電圧センサ２４による系統電圧の測定結果に基づき、主幹ブレーカ３５のＯＦＦと停電の発生とを監視している。なお、主幹ブレーカ３５のＯＦＦの検出アルゴリズムと停電の発生の検出アルゴリズムとは異なっており、前者の検出アルゴリズムでは、後者の検出アルゴリズムよりも短時間で主幹ブレーカ３５がＯＦＦしたか否かが判定される。

主幹ブレーカ３５がＯＦＦしたことを検出した場合、制御部２０は、図２に示した手順のブレーカＯＦＦ時用処理を開始して、まず、仮想抵抗Ｒとして機能するようにＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御する放電制御処理を開始する（ステップＳ１０２）。ここで、『仮想抵抗Ｒとして機能するようにＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御する』とは、仮想抵抗Ｒの抵抗値をｒ（例えば、１００Ω）と表記すると、『ＤＣ／ＡＣインバータ１２の出力電流値（ＡＣリアクトル１３を流れる電流値）が、“系統電圧／ｒ”となるようにＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御する』ということである。なお、放電制御処理の具体的な内容は特に限定されない。放電制御処理は、例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ１２に交流を出力させるための処理中の電流指令値を、“系統電圧／ｒ”に変更した処理であっても良い。

ステップＳ１０１の処理を終えた制御部２０は、放電制御処理を行いながら、電圧センサ２４の出力に基づき系統電圧が復帰したか否かを判断する処理（ステップＳ１０２）と、放電制御処理の開始後、所定時間が経過したか否かを判断する処理（ステップＳ１０３
）とを繰り返す。なお、ステップＳ１０３における所定時間としては、通常、数サイクル分程度の時間が使用される。

制御部２０は、系統電圧が復帰することなく、所定時間が経過した場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）には、放電制御処理を終了する（ステップＳ１０４）。なお、このステップＳ１０４の処理は、ＤＣ／ＡＣインバータ１２の動作を停止させる処理である。そして、ステップＳ１０４の処理を終えた制御部２０は、連系リレー１４をＯＦＦする処理（ステップＳ１０５）を行ってから、ブレーカＯＦＦ時用処理（図２の処理）を終了する。

一方、所定時間が経過する前に、系統電圧が復帰した場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、制御部２０は、放電制御処理を終了（ステップＳ１０６）して、ＤＣ／ＡＣインバータ１２等に対する通常の制御を開始する。

以下、本実施形態に係るインバータ装置１０に、上記構成を採用した理由を説明する。

主幹ブレーカ３５のＯＦＦ時に従来の放電処理（インバータが低電圧を出力してコンデンサを放電させる処理）が行われるインバータ装置（以下、比較対照装置と表記する）において、主幹ブレーカ３５のＯＦＦが検出されたが主幹ブレーカ３５が実際にはＯＦＦしていない場合を考える。

この場合、主幹ブレーカ３５のＯＦＦの検出後、短時間のうちに、系統４０から比較対照装置に印加される電圧が正常な電圧に戻ることになる。

従って、図３（ａ）に示してあるように、系統４０からの正常な電圧が比較対照装置に印加されることになる。そして、インバータが低電圧を出力しているため、比較対照装置では、図３（ｂ）に示したように、系統電圧の復帰時に、過大な電流が流れてしまうことがある。

一方、本実施形態に係るインバータ装置１０には、主幹ブレーカ３５のＯＦＦの検出時に、ＤＣ／ＡＣインバータ１２を仮想抵抗Ｒとして機能させる構成が採用されている。従って、図４（ａ）に示したように短時間のうちに系統電圧が復帰しても、インバータ装置１０内には、図４（ｂ）に示したように、少量の電流しか流れないことになる。

《変形例》
上記した実施形態に係るインバータ装置１０は、各種の変形が可能なものである。例えば、制御部２０を、系統電流の測定結果に基づき、主幹ブレーカ３５のＯＦＦを監視するものに変形することが出来る。また、主幹ブレーカ３５からのトリップ信号に基づき、ブレーカＯＦＦを検出する場合にも、ノイズにより、ブレーカＯＦＦが誤検出される可能性がある。従って、制御部２０を、主幹ブレーカ３５からのトリップ信号に基づき、主幹ブレーカ３５のＯＦＦを監視するものに変形しても良い。さらに、インバータ装置１０を、具体的なハードウェア構成が上記したものとは異なるパワーコンディショナや、パワーコンディショナではない装置（直流電源装置等）に変形しても良いことは、当然のことである。

１０ パワーコンディショナ
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ ＤＣ／ＡＣインバータ
１３ ＡＣリアクトル
１４ 連系リレー
１５ 出力端子
２０ 制御部
２１、２２、２３ コンデンサ
３０ 太陽電池
４０ 系統
４５ 負荷

Claims (2)

1. 系統と連系するインバータと系統との間に設けられているブレーカの状態を示す情報に基づき、前記ブレーカがＯＦＦであるか否かを判定し、
   前記ブレーカがＯＦＦになったと判定したときに、所定抵抗値を有する仮想抵抗として機能するように前記インバータを制御することで前記インバータの出力端子間に設けられたコンデンサの残電圧を放電させ、
   前記インバータを制御する処理は、前記インバータの出力電流値が前記系統の系統電圧を前記所定抵抗値で割った値となるように制御することを含む、
   ことを特徴とするインバータ出力残電圧の安全な放電方法。
2. 系統と連系するインバータと、
   前記インバータの出力端子間に配置されたコンデンサと、
   前記インバータを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記インバータと前記系統の間に設けられているブレーカの状態を示す情報に基づき、前記ブレーカがＯＦＦであるか否かを判定し、
   前記ブレーカがＯＦＦになったと判定したときに、所定抵抗値を有する仮想抵抗として機能するように前記インバータを制御することで前記コンデンサの残電圧を放電させ、
   前記インバータを制御する処理は、前記インバータの出力電流値が前記系統の系統電圧を前記所定抵抗値で割った値となるように制御することを含む、
   ことを特徴とするインバータ装置。