特許 6852788 電力変換装置の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6852788

(24)【登録日】2021年3月15日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】電力変換装置の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/16 20060101AFI20210322BHJP

   H02H 7/122 20060101ALI20210322BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20210322BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   H02H3/16 A

   H02H7/122

   H02J1/00 309Q

   H02M7/48 M

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2019-524837(P2019-524837)

(86)(22)【出願日】2017年6月23日

(86)【国際出願番号】JP2017023251

(87)【国際公開番号】WO2018235278

(87)【国際公開日】20181227

【審査請求日】2019年12月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(72)【発明者】

【氏名】多和田 義大

(72)【発明者】

【氏名】インスンサ フィゲロア ルベン アレクシス

(72)【発明者】

【氏名】安保 達明

(72)【発明者】

【氏名】木下 雅博

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０３２６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０９８５２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平８−０１５３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２３８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２８３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０３８０５８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｈ ３／１６

Ｈ０２Ｈ ７／１２２

Ｈ０２Ｊ １／００

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池モジュールと電力変換装置との間の直流電路が開閉器を介して接地されているシステムにおいて前記開閉器を制御する接地制御部と、
前記太陽電池モジュールから出力された直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記開閉器が前記接地制御部の制御により開いている際に、前記直流電路において地絡が発生しているか否かを判定する地絡判定部と、
を備え、
前記接地制御部は、前記直流電圧検出部により検出された直流電圧の値が徐々に小さくなって０になるまでの間において前記直流電圧検出部が予め設定された閾値よりも小さい値の直流電圧を検出し、前回の地絡の判定が行われてからの経過時間に基づいて現時刻が昼から夜に向かっている時刻であると判定した際に、前記開閉器を開き、その後、前記直流電圧検出部により検出された直流電圧の値が０となるまでに前記開閉器を閉じる電力変換装置の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電力変換装置の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、電力変換装置の制御装置を開示する。当該制御装置によれば、太陽電池モジュールと電力変換装置との間の直流電路において地絡が発生していることを検出し得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】日本特開２０１６−１００９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の制御装置は、直流電路が接地されていないシステムに対して設定される。このため、当該制御装置は、直流電路が接地されているシステムに対して地絡を検出できないこともある。

【0005】

この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、太陽電池モジュールと電力変換装置との間の直流電路が接地されているシステムの直流電路において地絡が発生していることを検出することができる電力変換装置の制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に係る電力変換装置の制御装置は、太陽電池モジュールと電力変換装置との間の直流電路が開閉器を介して接地されているシステムにおいて前記開閉器を制御する接地制御部と、前記太陽電池モジュールから出力された直流電圧を検出する直流電圧検出部と、前記開閉器が前記接地制御部の制御により開いている際に、前記直流電路において地絡が発生しているか否かを判定する地絡判定部と、を備え、前記接地制御部は、前記直流電圧検出部により検出された直流電圧の値が徐々に小さくなって０になるまでの間において前記直流電圧検出部が予め設定された閾値よりも小さい値の直流電圧を検出し、前回の地絡の判定が行われてからの経過時間に基づいて現時刻が昼から夜に向かっている時刻であると判定した際に、前記開閉器を開き、その後、前記直流電圧検出部により検出された直流電圧の値が０となるまでに前記開閉器を閉じる。

【発明の効果】

【0007】

この発明によれば、制御装置は、開閉器が開いている際に直流電路において地絡が発生しているか否かを判定する。このため、太陽電池モジュールと電力変換装置との間の直流電路が接地されているシステムの直流電路において地絡が発生していることを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】この発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置が適用される電源システムの構成図である。

【図2】この発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置の要部のブロック図である。

【図3】この発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置による地絡の判定のタイミングの例を説明するための図である。

【図4】この発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。

【図5】この発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置のハードウェア構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

【0010】

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置が適用される電源システムの構成図である。

【0011】

図１において、電源システムは、電力系統１と太陽電池モジュール２と電力変換装置３と直流電路４と交流電路５と開閉器６と電圧検出装置７と地絡検出装置８と制御装置９とを備える。

【0012】

電力系統１は、屋外に設けられる。太陽電池モジュール２は、屋外に設けられる。電力変換装置３は、屋外に設けられる。電力変換装置３は、電力系統１と太陽電池モジュール２との間に設けられる。

【0013】

直流電路４の入力部は、太陽光モジュール２の出力部に接続される。直流電路４の出力部は、電力変換装置３の入力部に接続される。交流電路５の入力部は、電力変換装置３の出力部に接続される。交流電路５の出力部は、電力系統１の入力部に接続される。

【0014】

電圧検出装置７は、直流電路４に設けられる。地絡検出装置８は、直流電路４に設けられる。開閉器６の一側は、直流電路４の正側および負側の一方に電気的に接続される。例えば、開閉器６の一側は、直流電路４の負側に接続される。開閉器６の他側は、接地される。

【0015】

制御装置９の入力部は、電圧検出装置７の出力部と地絡検出装置８の出力部とに接続される。制御装置９の出力部は、電力変換装置３の入力部と開閉器６の入力部とに接続される。

【0016】

例えば、電力系統１は、電力会社により運用される。太陽電池モジュール２は、太陽の光エネルギーを直流電力に変換する。電力変換装置３は、直流電路４を介して太陽電池モジュール２から直流電力の供給を受ける。電力変換装置３は、当該直流電力を交流電力に変換する。例えば、電力変換装置３は、当該直流電力を三相交流電力に変換する。電力変換装置３は、交流電路５を介して当該交流電力を電力系統１に供給する。

【0017】

電圧検出装置７は、太陽電池モジュール２からの直流電圧を検出する。制御装置９は、電圧検出装置７の検出結果に基づいて電力変換装置３の動作と開閉器６の開閉とを制御する。

【0018】

開閉器６が開いている際、地絡検出装置８は、直流電路４において地絡が発生しているか否かを検出する。制御装置９は、地絡検出装置８の検出結果に基づいて直流電路４において地絡が発生しているか否かを判定する。

【0019】

次に、図２を用いて、制御装置９の要部を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置の要部のブロック図である。

【0020】

図２に示されるように、制御装置９は、直流電圧検出部９ａと接地制御部９ｂと地絡判定部９ｃとを備える。

【0021】

直流電圧検出部９ａは、電圧検出装置７の検出値に基づいて太陽電池モジュール２から出力された直流電圧を検出する。例えば、接地制御部９ｂは、直流電圧検出部９ａの検出結果に基づいて開閉器６を開くか否かを決定する。地絡判定部９ｃは、開閉器６が接地制御部９ｂの制御により開いている際に地絡検出装置８の検出結果に基づいて直流電路４において地絡が発生しているか否かを判定する。

【0022】

次に、図３を用いて、地絡の判定のタイミングの例を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置による地絡の判定のタイミングの例を説明するための図である。図３の横軸は時刻である。図３の縦軸は直流電圧検出装置７に検出された直流電圧である。

【0023】

第１設定がなされている場合、接地制御部９ｂは、直流電圧の値が徐々に小さくなって０になるまでの間において直流電圧検出部９ａが予め設定された閾値よりも小さい値の直流電圧を検出している際に開閉器６を開くか否かを決定する。例えば、接地制御部９ｂは、前回の地絡の判定が行われてからの経過時間に基づいて開閉器６を開くか否かを決定する。

【0024】

具体的には、接地制御部９ｂは、前回の地絡の判定が行われてからの経過時間に基づいて現時刻が昼から夜に向かっている時刻であるか否かを判定する。現時刻が昼から夜に向かっている時刻である場合、接地制御部９ｂは、当該直流電圧を用いて開閉器６を開く。現時刻が昼から夜に向かっている時刻でない場合、接地制御部９ｂは、開閉器６を開かない。

【0025】

開閉器６が接地制御部９ｂの制御により開いている際、地絡判定部９ｃは、当該直流電圧を用いて地絡検出装置８の検出結果に基づいて直流電路４において地絡が発生しているか否かを判定する。

【0026】

第１設定において、接地制御部９ｂは、予め設定されたタイミングで開閉器６を閉じる。例えば、接地制御部９ｂは、直流電圧検出部９ａにより検出された直流電圧の値が０となるまでに当該直流電圧を用いて開閉器６を閉じる。例えば、接地制御部９ｂは、直流電圧検出部９ａにより検出された直流電圧の値が０となって直流電圧の値が徐々に大きくなる際に当該直流電圧を用いて開閉器６を閉じる。

【0027】

第２設定がなされている場合、接地制御部９ｂは、直流電圧の値が０から徐々に大きくなって予め設定された閾値になるまでの間に直流電圧検出部９ａが当該閾値よりも小さい値の直流電圧を検出している際に当該直流電圧を用いて開閉器６を開く。この状態において、地絡判定部９ｃは、当該直流電圧を用いて地絡検出装置８の検出結果に基づいて直流電路４において地絡が発生しているか否かを用いて判定する。

【0028】

第２設定において、接地制御部９ｂは、予め設定されたタイミングで当該直流電圧を用いて開閉器６を閉じる。例えば、接地制御部９ｂは、直流電圧検出部９ａが閾値よりも小さい値の直流電圧を検出している際に当該直流電圧を用いて開閉器６を閉じる。

【0029】

次に、図４を用いて、第１設定がなされている際の制御装置９の動作の概要を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。

【0030】

ステップＳ１では、制御装置９は、太陽電池モジュール２から出力された直流電圧を検出する。その後、制御装置９は、ステップＳ２の動作を行う。ステップＳ２では、制御装置９は、直流電圧の値が徐々に小さくなっているか否かを判定する。

【0031】

ステップＳ２で直流電圧の値が徐々に小さくなっていない場合、制御装置９は、ステップＳ１の動作を行う。ステップＳ２で直流電圧の値が徐々に小さくなっている場合、制御装置９は、ステップＳ３の動作を行う。

【0032】

ステップＳ３では、制御装置９は、直流電圧の値が閾値よりも小さいか否かを判定する。

【0033】

ステップＳ３で直流電圧の値が閾値よりも小さくない場合、制御装置９は、ステップＳ１の動作を行う。ステップＳ３で直流電圧の値が閾値よりも小さい場合、制御装置９は、ステップＳ４の動作を行う。

【0034】

ステップＳ４では、制御装置９は、前回の地絡の判定が行われてからの経過時間に基づいて現時刻が昼から夜に向かっている時刻であるか否かを判定する。

【0035】

ステップＳ４で現時刻が昼から夜に向かっている時刻でない場合、制御装置９は、ステップＳ１の動作を行う。ステップＳ４で現時刻が昼から夜に向かっている時刻である場合、制御装置９は、ステップＳ５の動作を行う。

【0036】

ステップＳ５では、制御装置９は、開閉器６を開く。その後、制御装置９は、ステップＳ６の動作を行う。ステップＳ６では、制御装置９は、直流電路４における地絡の判定処理を実施する。その後、制御装置９は、ステップＳ７の動作を行う。

【0037】

ステップＳ７では、制御装置９は、予め設定されたタイミングで開閉器６を閉じる。その後、制御装置９は、ステップＳ１の動作を行う。

【0038】

以上で説明した実施の形態１によれば、制御装置９は、開閉器６が開いている際に直流電路４において地絡が発生しているか否かを判定する。このため、太陽電池モジュール２と電力変換装置３との間の直流電路４が開閉器６を介して接地されているシステムの直流電路４において地絡が発生していることを検出することができる。

【0039】

また、制御装置９は、直流電圧の値が予め設定された閾値よりも小さい場合に地絡の判定を行う。このため、電力変換装置３の動作時間を極力長くすることができる。

【0040】

また、制御装置９は、前記直流電圧検出部９ａにより検出された直流電圧の値が徐々に小さくなって０になるまでの間において地絡の判定を行う。このため、太陽電池モジュール２からの直流電圧を用いて地絡の判定を適切に行うことができる。

【0041】

また、制御装置９は、前回の地絡の判定が行われてからの経過時間に基づいて地絡の判定を行うか否かを決定する。このため、電力変換装置３が本格的に動作している昼の間に地絡の判定が行われることを防止できる。また、時刻設定の間違いによる地絡の誤判定を防止できる。また、太陽電池モジュール２の発電開始時間が地域により違うことによる地絡の誤判定を防止できる。また、太陽電池モジュール２の発電開始時間が季節により違うことによる地絡の誤判定を防止できる。

【0042】

また、制御装置９は、直流電圧の値が０となるまでに開閉器６を閉じることもある。この場合、電力変換装置３の故障を抑制することができる。

【0043】

また、制御装置９は、直流電圧の値が０となって直流電圧の値が徐々に大きくなる際に開閉器６を閉じることもある。この場合、電源システムの故障を全体的に抑制することができる。

【0044】

次に、図５を用いて、制御装置９の例を説明する。
図５はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置のハードウェア構成図である。

【0045】

制御装置９の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１０ａと少なくとも１つのメモリ１０ｂとを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア１１を備える。

【0046】

処理回路が少なくとも１つのプロセッサ１０ａと少なくとも１つのメモリ１０ｂとを備える場合、制御装置９の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ１０ｂに格納される。少なくとも１つのプロセッサ１０ａは、少なくとも１つのメモリ１０ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置９の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１０ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ１０ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。

【0047】

処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア１１を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらの組み合わせで実現される。例えば、制御装置９の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、制御装置９の各機能は、まとめて処理回路で実現される。

【0048】

制御装置９の各機能について、一部を専用のハードウェア１１で実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、接地制御部９ｂの機能については専用のハードウェア１１としての処理回路で実現し、接地制御部９ｂ以外の機能については少なくとも１つのプロセッサ１０ａが少なくとも１つのメモリ１０ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現してもよい。

【0049】

このように、処理回路は、ハードウェア１１、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせで制御装置９の各機能を実現する。

【産業上の利用可能性】

【0050】

以上のように、この発明に係る電力変換装置の制御装置は、太陽電池モジュールと電力変換装置との間の直流電路が接地されているシステムの直流電路において地絡が発生していることを検出するシステムに利用できる。

【符号の説明】

【0051】

１ 電力系統、 ２ 太陽電池モジュール、 ３ 電力変換装置、 ４ 直流電路、 ５ 交流電路、 ６ 開閉器、 ７ 電圧検出装置、 ８ 地絡検出装置、 ９ 制御装置、 ９ａ 直流電圧検出部、 ９ｂ 接地制御部、 ９ｃ 地絡判定部、 １０ａ プロセッサ、 １０ｂ メモリ、 １１ ハードウェア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】