CN102714469A - 系统联合逆变器 - Google Patents
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Abstract
实施方式的系统联合逆变器具备：单相或三相的逆变器（1），对从直流电源（5）供给的直流电压进行脉冲宽度调制；第一电容器电路（41），以形成中性点（c）的方式与逆变器（1）的输入侧连接；第二电容器电路（42），以形成中性点（c）的方式与逆变器（1）的输出侧连接；共模电流的旁通路（g），将第一电容器电路（41）的中性点（c）和第二电容器电路（42）的中性点（f）连接而形成；接地电容器（11），设置在旁通路（g）与地线之间；第一共模扼流线圈部（31、32），在第一电容器电路（41）与逆变器（1）之间或逆变器（1）与第二电容器电路（42）之间的至少一方具备共模扼流线圈（31、32），抑制在逆变器（1）中产生的共模电流；输出滤波器（2），将从逆变器（1）输出的脉冲宽度调制后的电压波形变换为正弦波状的单相或三相的交流电压。
Description
技术领域
实施方式涉及系统联合逆变器（grid-tie inverter，也称为并网逆变器），将从直流电源供给的直流电压变换为交流电压，与电气运营商的电力系统联合。
背景技术
近年来，在将从太阳能发电系统或燃料电池等这样的直流电源供给的直流电压变换为交流电压并与电力系统联合的系统联合逆变器中，高频开关化得以发展，伴随与此，高次谐波漏电流及电磁噪声（EMI：Electro-Magnetic Interference）成为问题。漏电流或EMI有可能对逆变器的控制或其他设备产生影响或者使漏电断路器误动作。在日本国内，漏电流的允许量是由电气用品安全法规定的，EMI是由VCCI（Voluntary ControlCouncil for Information Technology Equipment：信息处理装置等电磁干扰自主控制委员会）等规定的，特别是对于EMI，近年来规定强化的动向不断加速。
在太阳能发电系统中，太阳能电池面板与连接于地线的太阳能电池面板的框体之间存在有杂散电容，可能成为高频的共模噪声（common modenoise）的路径。一般来说，在太阳能电池面板的表面形成有由玻璃板构成的绝缘层，该玻璃板由于具有较大的平面，因此如果被雨浸湿，则太阳能电池面与框体之间的杂散电容增大，高频共模电流也增大。高频电压的变动是在逆变器通过半导体元件的开关动作将直流电压变换为交流电压时产生的。因此，具有在逆变器中无法完全避免漏电流及高频噪声的问题。
作为抑制漏电流及高频噪声的一般方法，已知有如下的方法：使用绝缘变压器将系统联合逆变器和电力系统之间绝缘的方法；使用对共模电流进行抑制的共模扼流线圈的方法；通过滤波器使共模电流旁通分流至输入侧或地线的方法；将2级脉冲宽度调制（PWM）作为逆变器的控制方式而对上下支路（arm）输出相反极性的电压的方法；在逆变器内构成对于高频共模电流来说成为低阻抗的旁通路而不使漏电流及高频噪声向外部流出的方法；或者将上述方法组合的方法等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-218656号公报
专利文献2：日本专利第3805953号公报
专利文献3：日本特开2010-119188号公报
非专利文献
非专利文献1：日本电气学会/半导体电力变换系统调查专门委员会编，《功率电子电路》，Ohmsha,Ltd出版，2000年11月30日，206页
发明内容
在以往的太阳能发电系统联合逆变器中，存在以下问题。即，需要考虑给旁通分流有漏电流的地线周边带来的影响。以2级PWM控制方式被驱动的逆变器的输出的振幅较大，所以构成输出滤波器的电抗器变大。以2级PWM控制方式进行的共模电压的抑制在三相逆变器中无法使用。在使用绝缘变压器将太阳能发电系统联合逆变器和电力系统之间绝缘的方法中，虽然能够从根本上消除漏电流，但是因绝缘变压器而使系统的效率降低，成本也增加与绝缘变压器相当的量。在以3级PWM控制方式来驱动逆变器的方法中，PWM控制的1周期中的频率成为2级PWM控制方式的情况下的2倍，电压的振幅成为一半。因此，电流的脉动（ripple）成为4分之1，能够使输出滤波器的电抗器小型化。但是，若以3级PWM控制方式来驱动逆变器，则在逆变器输出零电压时产生共模电压，成为漏电流或噪声的原因。此外，在三相逆变器的情况下，由于无法使用2级PWM控制，所以无法避免共模电压的产生。
本发明的课题在于，提供一种能够抑制漏电流和高频噪声的廉价且小型的系统联合逆变器。
为解决上述课题，实施方式的系统联合逆变器具备：单相或三相的逆变器，对从直流电源供给的直流电压进行脉冲宽度调制；第一电容器电路，以形成有中性点的方式，连接在所述逆变器的输入侧；第二电容器电路，以形成有中性点的方式，连接在所述逆变器的输出侧；共模电流的旁通路，通过对所述第一电容器电路的中性点和所述第二电容器电路的中性点进行连接而形成该共模电流的旁通路；接地电容器，设置在所述旁通路与地线之间；第一共模扼流线圈部，在所述第一电容器电路与所述逆变器之间或所述逆变器与所述第二电容器电路之间的至少一方具备共模扼流线圈，抑制在所述逆变器中产生的共模电流；以及输出滤波器，将从所述逆变器输出的进行了脉冲宽度调制后的电压波形，变换为正弦波状的单相或三相的交流电压。
附图说明
图1是表示实施例1的系统联合逆变器的结构的框图。
图2是表示在以3级PWM控制方式来驱动作为各实施例的系统联合逆变器的结构要素的逆变器的情况下输出的PWM波的图。
图3是表示将实施例1的系统联合逆变器变形后的三相的系统联合逆变器的结构的框图。
图4是表示实施例2的系统联合逆变器的结构的框图。
图5是表示实施例2的系统联合逆变器的变形例的结构的框图。
图6是表示实施例3的系统联合逆变器的结构的框图。
图7是表示实施例4的系统联合逆变器的结构的框图。
图8是局部地表示实施例5的系统联合逆变器的结构的框图。
图9是表示实施例5的系统联合逆变器的动作的时序图，图9（a）是升压电路，图9（b）是逆变器的时序图。
图10是表示实施例5的系统联合逆变器的控制电路的结构的框图。
图11是表示对在实施例5的系统联合逆变器的升压电路及逆变器中产生的中性点电位的变动进行抑制的动作的时序图，图10（a）是载波延迟为0度时的时序图，图10（b）是载波延迟为180度时的时序图。
图12是表示实施例6的系统联合逆变器的结构的框图。
图13是对共模扼流线圈、逆变器、输出滤波器、电容器对从共模的角度进行观察时的等价电路。
图14是表示输出滤波器的其他结构的框图。
图15是作为三相的系统联合逆变器而表示太阳能发电系统联合逆变器的结构的框图。
图16是表示实施例7的系统联合逆变器的结构的框图。
图17是表示实施例8的系统联合逆变器的结构的框图。
图18是表示实施例9的系统联合逆变器的结构的框图。
图19是表示实施例10的系统联合逆变器的结构的框图。
图20是表示实施例11的系统联合逆变器的结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明实施方式的系统联合逆变器。
实施例1
如图1所示，实施例1的系统联合逆变器是单相的系统联合逆变器，作为太阳能发电系统联合逆变器而构成。另外，在以下的各实施例中，对于与参照图1说明的实施例1的系统联合逆变器的结构要素相同或相当的结构要素，赋予与图1中使用的符号相同的符号进行说明。
实施例1的系统联合逆变器具备：逆变器1、输出滤波器2、第一共模扼流线圈31、第二共模扼流线圈32、第三共模扼流线圈33、第四共模扼流线圈34、第一电容器对41、第二电容器对42、太阳能电池5、系统变压器7、升压电路8、直流线性电容器（line condenser）9、常模（normal mode）电抗器10、接地电容器11、第一电阻12、第二电阻13。第一共模扼流线圈31和第二共模扼流线圈32构成第一共模扼流线圈部。第三共模扼流线圈33和第四共模扼流线圈34构成第二共模扼流线圈部。在图1中，在太阳能电池5和地线之间存在的杂散电容6作为电容器6a及电容器6b来示出。
作为直流电源的太阳能电池5产生直流电压，经由第三共模扼流线圈33、第一电容器对41、第二共模扼流线圈32、升压电路8及直流线性电容器9，向逆变器1供给电力。另外，作为在各实施例的系统联合逆变器中使用的直流电源，不限于太阳能电池，可以使用燃料电池和其他产生直流电压的装置。
第三共模扼流线圈33设置在太阳能电池5的输出侧且第一电容器对41的前级，抑制在太阳能电池5的杂散电容6中流动的共模电流。
第二共模扼流线圈32设置在第一电容器对41的输出侧且升压电路8的前级。第二共模扼流线圈32抑制以由于逆变器1所包含的开关元件的开关动作而产生的共模电压为原因、在系统变压器7的中性点接地线i、太阳能电池5的杂散电容6中流动的共模电流。
升压电路8具备电抗器81、开关元件82和二极管83。电抗器81的一端与第二共模扼流线圈32的正极侧的输出端子连接。此外，电抗器81的另一端与二极管83的阳极连接。二极管83的阴极与逆变器1的正极侧的输入端子连接。开关元件82例如由场效应晶体管（FET）等构成。开关元件82的漏极与电抗器81和二极管83的连接点连接。开关元件82的源极与第二共模扼流线圈32的负极侧的输出端子和逆变器1的负极侧的输入端子连接。升压电路8对太阳能电池5的输出电压进行升压后经由直流线性电容器9送出至逆变器l。另外，在不需要对太阳能电池5的输出电压进行升压的情况下，可以将该升压电路8除去。
逆变器1由桥电路构成，该桥电路由FET或IGBT等这样的半导体元件构成。逆变器1以3级PWM控制方式被驱动，将从太阳能电池5经由升压电路8被供给的直流电压变换为PWM电压波形进行输出。PWM电压波形具有例如图2所示那样的脉冲波形，该脉冲波形具有从+1至0或从0至-1进行变化的振幅，并且脉冲宽度以正弦波状变化。从逆变器1输出的PWM电压波形经由第一共模扼流线圈31被送出至输出滤波器2。
第一共模扼流线圈31设置在逆变器1的输出侧且第二电容器对42的前级。第一共模扼流线圈31抑制以由于逆变器1的开关动作而产生的共模电压为原因、在系统变压器7的中性点接地线i及太阳能电池5的杂散电容6中流动的共模电流。
输出滤波器2由第一电抗器21（21a、21b）和相间电容器22构成，该第一电抗器21（21a、21b）的输入端与第一共模扼流线圈31的各输出端子连接，该相间电容器22连接在第一电抗器21（21a、21b）的各输出端之间。输出滤波器2将从逆变器1经由第一共模扼流线圈31送来的PWM波变换为图2中以虚线表示的正弦波电压波形来进行输出。
常模电抗器10配置在输出滤波器2的正极侧的输出端子与第二电容器对42之间，更详细地说，配置在构成输出滤波器2的相间电容器22和第一电抗器21a的连接点与第二电容器对42之间。常模电抗器10和相间电容器22及第二电容器对42一起构成LC滤波器。
第四共模扼流线圈34设置在系统变压器7的输入侧且第二电容器对42的后级，抑制向系统变压器7流动的共模电流。
第一电容器对41通过将电容器41a和电容器41b串联连接而构成。第一电容器对41配置在第三共模扼流线圈33与第二共模扼流线圈32之间、且第三共模扼流线圈33的正极侧的输出端子（a点）与负极侧的输出端子（b点）之间。a点呈现直流线性正电压。b点呈现直流线负电压。在电容器41a和电容器41b的连接点处形成直流线性中性点c。直流线性中性点c通过中性点连接线g，经由第二电阻13与第二电容器对42的交流输出中性点f连接。
第二电容器对42通过将电容器42a和电容器42b串联连接而构成。第二电容器对42配置在第四共模扼流线圈34的正极侧的输入端子（d点）与负极侧的输入端子（e点）之间。在d点与e点之间呈现正弦波交流电压（交流输出电压）。在电容器42a和电容器42b的连接点处形成交流输出中性点f。交流输出中性点f如上所述那样，通过中性点连接线g，经由第二电阻13与直流线性中性点c连接。
中性点连接线g的中途的j点经由由接地电容器11和第一电阻12构成的串联电路接地。此外，在中性点连接线g的j点与交流输出中性点f之间插入有第二电阻13。中性点连接线g成为共模电流（漏电流）的旁通路。
电容器14设置在第四共模扼流线圈34的输出端子之间，和第四共模扼流线圈34的常模电抗成分一起构成常模的LC滤波器。
系统变压器7对经由第四共模扼流线圈34从系统联合逆变器输出的正弦波交流电压进行变压，并从用于与电力系统连接的电力系统端h输出。系统变压器7的中性点通过中性点接地线i与地线连接。
在上述那样构成的实施例1的系统联合逆变器中，形成了以“系统变压器7的中性点接地线i→地线→太阳能电池5的杂散电容6”这样的路径流动有漏电流的“漏电流路”。此外，还形成了以“逆变器1的输出→第二电容器对42→中性点连接线g→第一电容器对41→逆变器1的输入”这样的路径流动有漏电流的“旁通路”。在漏电流的主要频率（等于逆变器1的开关频率）下，旁通路的阻抗与漏电流路的阻抗相比充分小。将第一共模扼流线圈31和第二共模扼流线圈32组合后的阻抗比漏电流路及旁通路的阻抗大。
因此，几乎全部漏电流在阻抗较低的旁通路中流动，其大小被第一共模扼流线圈31和第二共模扼流线圈32抑制。结果，向系统联合逆变器之外流出的漏电流被抑制。漏电流被抑制是指，漏电流的频带的共模噪声被抑制。
此外，在上述那样构成的实施例1的系统联合逆变器中，第三共模扼流线圈33抑制电源侧的高频的共模噪声，第四共模扼流线圈34抑制系统侧的高频的共模噪声。此外，逆变器1的输入输出线路的中性点，经由第一电容器对41及第二电容器对42、中性点连接线g、接地电容器11及第一电阻12，与作为稳定电位的地线连接。通过这样的结构，抑制了向系统联合逆变器外流出高频噪声。第一电阻12抑制从中性点连接线g的接地路经过的共振。第二电阻13的电阻值被设定为比从地线经过的漏电流路的阻抗小，抑制从中性点连接线g经过的共振。由于对第三共模扼流线圈33及第四共模扼流线圈34施加的电压较小，所以这些部件尺寸较小即可。另外，在电源侧或系统侧的噪声不成为问题点的情况下，可以省略不成为问题点侧的第三共模扼流线圈33或第四共模扼流线圈34。
由相间电容器22、常模电抗器10及第二电容器对42构成的LC滤波器，由于相间电容器22及第二电容器对42的电容较大，因此即使追加较小的常模电抗器10，也能够有效抑制常模的高次谐波噪声。另外，在常模的高次谐波不成为问题点的情况下，也可以省略常模电抗器10。
电容器14与第四共模扼流线圈34的常模电抗成分一起构成LC滤波器。这样，仅通过追加电容器14就能够构成LC滤波器，该LC滤波器抑制常模的高频噪声。另外，在常模的高次谐波不成为问题点的情况下，也可以省略电容器14。
如以上说明那样，根据实施例1的系统联合逆变器，构成为，配置第一～四共模扼流线圈31、32、33、34，将逆变器1的输出侧的交流输出中性点f和输入侧的直流线性中性点c连接，通过接地电容器11将高频成分导向接地。通过这样的结构，能够抑制漏电流及噪声向系统联合逆变器外流出。
另外，在上述的实施例1的系统联合逆变器中，示出了应用于单相的系统联合逆变器的例子，但是也可以应用于三相的系统联合逆变器。三相的系统联合逆变器如图3所示，将上述的实施例1的系统联合逆变器如下那样变更而构成。单相用的逆变器1被置换为三相用的逆变器1。第一共模扼流线圈31及第四共模扼流线圈34被置换为三相用的共模扼流线圈。输出滤波器2的第一电抗器21（21a、21b）被置换为插入在各相中的第一电抗器21（21u、21v、21w）。相间电容器22被置换为将三相的各相之间连结的3个相间电容器22（22a、22b、22c）。常模电抗器10被置换为插入在各相中的常模电抗器10（10u、10v、10w）。电容器14被置换为将各相之间连结的3个电容器14（14a、14b、14c）。第二电容器对42（42a、42b）被置换为3个第二电容器42（42u、42v、42w），构成为形成有各相的中性点。
此外，实施例1的系统联合逆变器也可以如下那样变形。即，也可以将图1中记载的第一电阻12及第二电阻13除去，仅由接地电容器11构成旁通路。
接地电容器11具有将高频噪声导向接地的作用，在不产生从中性点连接线g和接地电容器11经过的共振或者即使产生该共振也不成为问题点的情况下，可以将共振抑制用的第一电阻12除去。在这样的结构中，也能够抑制向系统联合逆变器之外流出的高频噪声和漏电流。
同样地，插入在中性点连接线g中的第二电阻13是用于抑制从旁通路经过的共振的，但是在不产生共振或者即使产生共振也不成为问题点的情况下可以将第二电阻13除去。此外，第二电阻13设置在中性点连接线g的j点与交流输出中性点f之间，但是也可以设置在中性点连接线g的j点与直流线性中性点c之间。
此外，在高频噪声不成为问题点的情况下，也可以将旁通路的接地电容器11和第一电阻12这双方除去，构成为不将旁通路接地。在该结构的情况下，也能够得到与上述的实施例1的系统联合逆变器同样的效果。
实施例2
在实施例2的系统联合逆变器中，如图4所示，实施例1的系统联合逆变器的第一电容器对41被置换为1个第一电容器41c，第二电容器对42被置换为1个第二电容器42c。在从电容器41c和第三共模扼流线圈33的负极侧的输出端子（第二共模扼流线圈32的负极侧的输入端子）的连接点（b点）起到中性点连接线g上的j点为止的路径中，插入有电容器43a。在从输出滤波器2的负极侧的输出端子和第四共模扼流线圈34的负极侧的输入端子的连接点（e点）起到第二电阻13为止的路径中，插入有电容器43b。
在上述的实施例1的系统联合逆变器中，将形成于逆变器1输入侧的直流线性中性点c和形成于输出侧的交流输出中性点f经由第二电阻13连接，从而形成漏电流的旁通路。与此相对，在实施例2的系统联合逆变器中，在将b点和e点经由第二电阻13连接的中性点连接线g的中途插入电容器43a及电容器43b而形成旁通路。并且，中性点连接线g上的j点依次经由接地电容器11和第一电阻12而接地。
根据实施例2的系统联合逆变器，与实施例1的系统联合逆变器同样，几乎全部漏电流在阻抗较低的旁通路中流动。在旁通路中流动的漏电流的大小被第二共模扼流线圈32及第一共模扼流线圈31抑制。结果，向系统联合逆变器之外流出的漏电流被抑制。此外，通过第三共模扼流线圈33和第四共模扼流线圈34、以及旁通路的接地电容器11的作用，高频噪声向外部的流出被抑制。
另外，在上述的实施例2的系统联合逆变器中，在将e点和b点经由第二电阻13进行连接的中性点连接线g的中途介有电容器43a和电容器43b，从而形成了旁通路。与此相对，也可以构成为，在输出滤波器2的输出侧的d点（常模电抗器10和第四共模扼流线圈34的正极侧的输入端子的连接点）或e点和与逆变器1的正极侧的输入端子连接的a点之间介有电容器43a和电容器43b来形成旁通路。
此外，与实施例1的系统联合逆变器同样，也可以构成为，在逆变器1的输入侧形成由第一电容器对41形成的直流线性中性点c，将直流线性中性点c和旁通路的连接有接地电容器11的j点连接，将j点和输出滤波器2的输出侧的d点或e点经由电容器43b进行连接，从而形成旁通路。这种情况下，也可以构成为，使用1个第二电容器42c来代替第二电容器对42。
同样地，也可以构成为，在逆变器1的输出侧形成交流输出中性点f，在逆变器1的输入侧，代替第一电容器对41而使用1个电容器41c，将交流输出中性点f和旁通路的连接有接地电容器11的j点连接，将j点和逆变器1的输入侧的a点或b点经由电容器43a进行连接，从而形成旁通路。另外，在不产生从接地电容器11经过的共振或者即使产生该共振也不成为问题点的情况下，可以将第一电阻12除去，此外，在不产生从旁通路经过的共振或者即使产生该共振也不成为问题点的情况下，可以将第二电阻13除去。
此外，将第一电容器对41及第二电容器对42分别设为1个第一电容器41c及第二电容器42c并且不将旁通路接地的情况下，如图5所示，能够变形为将b点和e点仅通过1个电容器43进行连接。在该结构的情况下，也能够得到与使用第一电容器对41和第二电容器对42的情况同样的效果。另外，在不产生从接地电容器11经过的共振或者即使产生该共振也不成为问题点的情况下，可以将第二电阻13除去。
此外，实施例2的系统联合逆变器也可以变形为三相的系统联合逆变器。这种情况下，单相用的逆变器1被置换为三相用的逆变器。第一共模扼流线圈31及第四共模扼流线圈34被置换为三相用的共模扼流线圈。输出滤波器2的第一电抗器21（21a、21b）被置换为插入在各相中的第一电抗器（21u、21v、21w）。相间电容器22被置换为将各相之间连结的3个相间电容器22（22a、22b、22c）。常模电抗器10被置换为插入在三相的各相的常模电抗器10（10u、10v、10w）。电容器14被置换为将各相之间连结的3个电容器14（14a、14b、14c）。电容器42c通过3个电容器42（42u、42v、42w）将各相之间连接，其中的一相连接有旁通路的一端。
实施例3
如图6所示，实施例3的系统联合逆变器构成为，从实施例1的系统联合逆变器的输出滤波器2除去第一电抗器21（21a、21b），仅保留相间电容器22。
在实施例1的系统联合逆变器中，输出滤波器2由第一电抗器21（21a、21b）和相间电容器22构成，而第一共模扼流线圈31所包含的常模电感成分起到与输出滤波器2的第一电抗器21（21a、21b）同样的作用。因此，在实施例3的系统联合逆变器中，用第一共模扼流线圈31的常模电感成分来代替输出滤波器2的第一电抗器21（21a、21b）。
根据实施例3的系统联合逆变器，与上述的实施例1的系统联合逆变器同样，向系统联合逆变器之外流出的漏电流及高频噪声被抑制。此外，不需要用于构成输出滤波器2的第一电抗器21（21a、21b），所以能够提供廉价且小型紧凑的系统联合逆变器。
另外，还可以构成为，将输出滤波器2的相间电容器22和常模电抗器10除去，用构成第二电容器对42的电容器42a及电容器42b来代替相间电容器22的作用。此外，实施例3的系统联合逆变器与实施例1或实施例2的系统联合逆变器同样，能够变形为三相的系统联合逆变器。
实施例4
如图7所示，实施例4的系统联合逆变器构成为，从实施例1的系统联合逆变器的输出滤波器2将第一电抗器21（21a、21b）除去，并且从升压电路8将电抗器81除去。
在实施例1的系统联合逆变器中，升压电路8由电抗器81、开关元件82及二极管83构成。但是，第二共模扼流线圈32所包含的常模电感成分起到与升压电路8的电抗器81同样的作用。因此，在实施例4的系统联合逆变器中，用第二共模扼流线圈32的常模电感成分来代替升压电路8的电抗器81。此外，与实施例3同样，用第一共模扼流线圈31的常模电感成分来代替输出滤波器2的第一电抗器21（21a、21b）。
根据实施例4的系统联合逆变器，与上述的实施例1的系统联合逆变器同样，向系统联合逆变器之外流出的漏电流及高频噪声被抑制。此外，不需要用于构成升压电路8的电抗器81，所以能够提供比实施例1的系统联合逆变器更廉价且小型紧凑的系统联合逆变器。此外，实施例4的系统联合逆变器也与实施例1～实施例3的系统联合逆变器同样，能够变形为三相的系统联合逆变器。
实施例5
图8是局部地表示实施例5的系统联合逆变器的结构的框图，仅选择示出了上述的实施例1～4的系统联合逆变器的太阳能电池5、杂散电容6、第二共模扼流线圈32、升压电路8、直流线性电容器9及逆变器1。
升压电路8及逆变器1具备FET等开关元件，通过这些开关元件的接通/断开（ON/OFF）来进行电力的变换，而此时会产生共模电压的变动。在升压电路8中，如图9（a）的时序图所示，若将太阳能电池5的电压设为E，则伴随着基于开关元件82的栅极控制信号Gc进行的接通/断开动作，在开关元件82的输出端（kl端）呈现的中性点电位以0和-E/2的电平进行变化。
单相的逆变器1具有由开关元件构成的H桥结构，以3级PWM被控制。在此，栅极控制信号Gx是将栅极控制信号Gu反转后的信号。此外，栅极控制信号Gy是将栅极控制信号Gv反转后的信号。如图9（b）的时序图所示，在升压电路8不动作时，伴随着由栅极控制信号Gu、Gv、Gx及Gy控制的开关元件的开关动作，逆变器1的输出端mn的中性点电位以-E/2、0及E/2的电平进行变化。
升压电路8和逆变器1的由开关动作导致的中性点电位的变动成为流向地线的漏电流及高频噪声的原因。
实施例5的系统联合逆变器抑制上述那样的升压电路8和逆变器1的中性点电压的变动。在上述的实施例1～实施例4的系统联合逆变器中，省略了生成升压电路8和逆变器1的栅极控制信号Gc、Gu、Gv、Gx及Gy的控制电路的说明，但图10示出了实施例5的系统联合逆变器的控制电路的结构。控制电路基于具有规定频率的载波，生成升压电路8和逆变器1的栅极控制信号Gc、Gu、Gv、Gx及Gy。
升压电路8的栅极控制信号Gc是通过比较将向升压电路8输入的输入电压进行A/D变换后得到的电压值和载波而生成的，电压值小于载波的电平时，使开关元件82接通。由此，电压值越小，升压电路8的升压率越高。
逆变器1的栅极控制信号Gu、Gv、Gx及Gy是通过比较载波和正弦波而生成的，在与载波的电平相比正弦波的电平较大时，输出正逻辑。通过由栅极控制信号Gu、Gv、Gx及Gy来控制逆变器1内的4个开关元件（参照图8），由此逆变器1以3级PWM被控制。
在这种情况下，在升压电路8和逆变器1中产生的中性点电位的变动如图11所示，虽然变动的振幅不同但是频率相同。栅极控制信号Gc、Gu、Gv、Gx及Gy以图9所示的类型生成时，如果由使载波延迟的延迟模块产生的相位延迟为0度，则如图11（a）所示，中性点电位的变动的峰值和谷值的相位一致，其差一部分相互抵消。逆变器1的中性点电位的脉冲宽度以正弦波周期变化，所以虽然不总是相互抵消，但是只要如该实施例5的系统联合逆变器那样，在升压电路8和逆变器1中使用相同频率的载波，使变动的中性点电位的峰值和谷值的相位一致，则作为整体能够抑制中性点电位的差的变动，能够抑制漏电流及高频噪声。
在中性点电位的峰值和谷值的相位不一致的情况下，例如由延迟模块产生的相位延迟为180度的情况下，如图11（b）所示，中性点电位的差的变动幅度变大。此外，即使在生成升压电路8和逆变器1的栅极控制信号的控制电路与图10的框图所示的结构不同，所生成的栅极控制信号的相位与由图10的框图所示的控制电路生成的栅极控制信号不同的情况下，只要调节逆变器1或升压电路8的载波的相位而使中性点电位的峰值和谷值的相位一致，则作为整体能够抑制中性点电位的差的变动。
在实施例5中，说明了升压电路8和逆变器1的部分的控制，但其他部分在实施例1～4的系统联合逆变器中的具备升压电路8的任意结构中都能够应用。
实施例6
如图12所示，实施例6的系统联合逆变器是单相的太阳能发电系统联合逆变器。
实施例6的太阳能发电系统联合逆变器具备逆变器1、输出滤波器2、阻尼电阻23、电容器24、变压器25、共模扼流线圈3、第一电容器对41、第二电容器对42、太阳能电池5、系统变压器7、直流线性电容器9。在图12中，将存在于太阳能电池5和地线之间的杂散电容6示出为电容器6a及电容器6b、将共模扼流线圈3的共模电感示出为36、将共模扼流线圈3的绕组间电容示出为37（37a、37b）。
作为直流电源的太阳能电池5产生直流电压，经由第一电容器对41、共模扼流线圈3及直流线性电容器9，将电力供给至逆变器1。另外，作为在各实施例的系统联合逆变器中使用的直流电源，不限于太阳能电池，可以使用燃料电池和其他产生直流电压的装置。
共模扼流线圈3设置在第一电容器对41的输出侧且逆变器1的前级。共模扼流线圈3抑制以由于逆变器1所包含的开关元件的开关动作引起的共模电压为原因而流动的共模电流。
逆变器1由桥电路构成，该桥电路由FET或IGBT等这样的半导体元件构成。逆变器1以3级PWM控制方式被驱动，将从太阳能电池5供给的直流电压变换为例如图2所示那样的脉冲波形的PWM电压波形进行输出，该脉冲波形具有从+1至0或从0至-1进行变化的振幅，脉冲宽度以正弦波状变化。
输出滤波器2由第一电抗器21（21a、21b）和相间电容器22（相当于第三电容器）构成，该第一电抗器21（21a、21b）的输入端与逆变器1的各输出端子连接，该相间电容器22连接在第一电抗器21（21a、21b）的各输出端之间。输出滤波器2将逆变器1输出的PWM波变换为以图2的虚线表示的正弦波电压波形进行输出。
第一电容器对41通过将电容器41a和电容器41b串联连接而构成。第一电容器对41配置在太阳能电池5与共模扼流线圈3之间、且共模扼流线圈3的正极侧的输出端子（a点）与负极侧的输出端子（b点）之间。a点呈现直流线性正电压，b点呈现直流线负电压。在电容器41a和电容器41b的连接点处形成有直流线性中性点c。直流线性中性点c通过中性点连接线g，与第二电容器对42的交流输出中性点f连接。
第二电容器对42通过将电容器42a和电容器42b串联连接而构成。第二电容器对42配置在输出滤波器2的输出端子（d点、e点）之间。在d点与e点之间呈现正弦波交流电压（交流输出电压）。在电容器42a和电容器42b的连接点处形成有交流输出中性点f。交流输出中性点f如上所述那样，通过中性点连接线g与直流线性中性点c连接。中性点连接线g成为共模电流（漏电流）的旁通路。
系统变压器7对从系统联合逆变器输出的正弦波交流电压进行变压，并从用于与电力系统连接的电力系统端h输出。系统变压器7的中性点通过中性点接地线i与地线连接。
抑制共振的阻尼电阻23（23a、23b，相当于第一电阻）和电容器24（24a、24b，相当于第四电容器）串联连接，相对于输出滤波器2的第一电抗器21（21a、21b）并联连接。阻尼电阻23和电容器24的串联连接路径通过绕数比1：1的变压器25耦合。变压器25是对于常模而言表现出电感而阻抗较高，对于共模而言磁通量抵消而不表现出电感的卷绕方式。即，变压器25的1次绕组的绕向和2次绕组的绕向相反，即，1次绕组和2次绕组反相地卷绕。
在如上述那样构成的实施例6的系统联合逆变器中，形成了以“系统变压器7的中性点接地线i→地线→太阳能电池5的杂散电容6”这样的路径流动有高频共模电流的“漏电流（噪声）路”。此外，还形成了以“逆变器1的输出→第二电容器对42→中性点连接线g→第一电容器对41→逆变器1的输入”这样的路径流动有高频共模电流的“旁通路”。高频共模电流的旁通路的阻抗在高频漏电流的主要频率（等于逆变器1的开关频率）下，与漏电流路相比充分小。共模扼流线圈3的阻抗比漏电流路及旁通路的阻抗大。
因此，几乎全部高频共模电流在阻抗较低的旁通路中流动，其大小被共模扼流线圈3抑制。结果，向系统联合逆变器之外流出的高频共模电流被抑制。
在实施例6中，如图13所示，在共模扼流线圈的绕组间电容37（37a、37b）与输出滤波器2的第一电抗器21（21a、21b）之间产生共模的共振，共振从中性点连接线g通过。但是，共振被阻尼电阻23衰减，所以共振被抑制。此外，阻尼电阻23串联连接有电容器24。因此，较低频率成分的电流被电容器24截断，不流入阻尼电阻23。通过以将共振频率以下的电流成分截断的方式设定电容器24的值，能够抑制在阻尼电阻23中产生的多余的损失。截断频率通过第一电抗器21和电容器24的共振频率来计算。
此外，变压器25对于常模而言阻抗较高，对于共模而言阻抗较低。因此，流入阻尼电阻23的电流的几乎全部仅为共模成分，能够使阻尼电阻23仅针对共模起作用。由于常模电流几乎不流入阻尼电阻23，所以能够抑制在阻尼电阻23中产生多余的损失。
这样，通过共振抑制用的阻尼电阻23、电容器24、变压器25的作用，能够将损失抑制到最低，并且能够抑制在共模扼流线圈3的绕组间电容37与输出滤波器2的第一电抗器21之间产生的共振。
另外，在图12中，共模扼流线圈3配置在逆变器1的输入侧，但是也可以配置在逆变器1的输出侧，共模扼流线圈3也可以在逆变器1的输入侧和输出侧的双方配置有多个。此外，在变压器25的绕组电阻作为抑制共振的衰减成分而充分起作用的情况下，可以将阻尼电阻23除去。
此外，在图12的实施例6中，输出滤波器2如图14（a）所示那样构成，但是也可以如图14（b）所示，使用使1次绕组和2次绕组磁耦合的电抗器26。电抗器26在共模下，磁通量抵消而不表现出电感，在常模下，磁通量相合而表现出电感。在这种情况下，虽然不存在电抗器26的共模电感，但是如图14（c）所示，电抗器26中存在漏电感27a、27b。因此，漏电感27a、27b与共模扼流线圈3的绕组间电容37产生共振。实施例6的阻尼电阻23、电容器24、变压器25也对该共振施加作用，能够在将损失抑制为最低的同时抑制共振。
此外，实施例6的系统联合逆变器示出了应用于单相的系统联合逆变器的例子，但是也可以应用于三相的系统联合逆变器。
如图15所示，三相的系统联合逆变器通过将上述的实施例6的系统联合逆变器如下那样进行变更而构成。单相用的逆变器1被置换为三相用的逆变器。输出滤波器2的第一电抗器21（21a、21b）被置换为插入在各相中的第一电抗器21（21u、21v、21w）。相间电容器22被置换为将各相之间连结的3个相间电容器22（22a、22b、22c）。第二电容器对42（42a、42b）被置换为3个第二电容器42（42u、42v、42w），构成为形成各相的中性点。阻尼电阻23a、23b及电容器24a、24b被置换为与各相的第一电抗器21u、21v、21w并联连接的阻尼电阻23u、23v、23w及电容器24u、24v、24w。变压器25被置换为以对于共模的情况磁通量相抵消而阻抗变低的方式进行连接的变压器25u、25v、25w。
变压器25u的一次侧的一端与电抗器21u连接。变压器25u的一次侧的另一端经由变压器25w的二次侧与阻尼电阻23u连接。变压器25v的一次侧的一端与电抗器21v连接。变压器25v的一次侧的另一端经由变压器25u的二次侧与阻尼电阻23v连接。变压器25w的一次侧的一端与电抗器21w连接。变压器25w的一次侧的另一端经由变压器25v的二次侧与阻尼电阻23w连接。
此外，在实施例6的系统联合逆变器中，在电路中未示出升压电路，但是多数情况下在实际的太阳能发电系统联合逆变器中具备升压电路。升压电路配置在实施例6或实施例7中的直流线性电容器9的输入侧。在升压电路配置在共模扼流线圈3与直流线性电容器9之间的情况下，能够将共模扼流线圈3的漏电感作为升压电路的电抗来利用。升压电路对太阳能电池5的输出电压进行升压，并经由直流线性电容器9送出至逆变器1。实施例6的系统联合逆变器在具备升压电路的系统联合逆变器中也能够将损失抑制为最低的同时抑制共振。
实施例7
如图16所示，实施例7的系统联合逆变器构成为，将实施例6的系统联合逆变器的电容器24和变压器25除去，仅将阻尼电阻23并联连接于第一电抗器21。
在阻尼电阻23的损失不成为问题点（不成为问题点即不会产生不良影响）的情况下，可以仅将实施例7所示的阻尼电阻23与第一电抗器21并联连接。这样，能够在抑制部件数量的同时，抑制在共模扼流线圈3的绕组间电容37与输出滤波器2的第一电抗器21之间产生的共振。
此外，实施例7的系统联合逆变器也与实施例6的系统联合逆变器同样，共模扼流线圈3可以配置在逆变器1的输出侧，也可以在逆变器1的输入侧和输出侧的双方配置有多个。此外，也可以代替输出滤波器2的第一电抗器21，而使用图14（b）所示的电抗器26。此外，实施例7的系统联合逆变器也可以变形为三相的系统联合逆变器，进而，还可以变形为具备升压电路的系统联合逆变器。
实施例8
如图17所示，实施例8所示的系统联合逆变器构成为，将实施例6的系统联合逆变器的变压器25除去，将阻尼电阻23和电容器24的串联电路与第一电抗器21并联连接。
在由常模电流引起的阻尼电阻23中的损失不成为问题点的情况下，可以仅将实施例8所示的阻尼电阻23和电容器24与第一电抗器21并联连接。这样，能够在减少部件数量的同时，抑制在共模扼流线圈3的绕组间电容37与输出滤波器2的第一电抗器21之间产生的共振。
此外，实施例8的系统联合逆变器也与实施例6或实施例7的系统联合逆变器同样，共模扼流线圈3可以配置在逆变器1的输出侧，也可以在逆变器1的输入侧和输出侧的双方配置有多个。此外，也可以代替输出滤波器2的第一电抗器21，而使用图14（b）所示的电抗器26。此外，实施例8的系统联合逆变器也可以变形为三相的系统联合逆变器，进而，还可以变形为具备升压电路的系统联合逆变器。
实施例9
如图18所示，实施例9的系统联合逆变器构成为，将实施例8的系统联合逆变器的阻尼电阻23和电容器24的串联电路相对于共模扼流线圈3的各相并联连接，而不是相对于第一电抗器21并联连接。
共振在共模扼流线圈3的绕组间电容37与输出滤波器2的第一电抗器21之间产生。因此，相对于共模扼流线圈3的各相并联连接有阻尼电阻23，也能够抑制在共模扼流线圈3的绕组间电容37与输出滤波器2的第一电抗器21之间产生的共振。
在图18中示出了将阻尼电阻23和电容器24的串联电路与共模扼流线圈3的各相并联连接的例子。但是，与图12所示的实施例6的系统联合逆变器同样，也可以在阻尼电阻23和电容器24的串联电路中追加变压器25而构成为仅使共模电流流入阻尼电阻23。在变压器25的绕组电阻作为抑制共振的衰减成分充分起作用的情况下，可以将阻尼电阻23除去。
此外，与实施例7的系统联合逆变器同样，也可以仅将阻尼电阻23与共模扼流线圈3的各相并联连接。
进而，实施例9的系统联合逆变器也与实施例1～3的系统联合逆变器同样，共模扼流线圈3可以配置在逆变器1的输出侧，也可以在逆变器1的输入侧和输出侧的双方配置有多个。此外，可以代替输出滤波器2的第一电抗器21，而使用图14（b）所示的电抗器26。此外，实施例9的系统联合逆变器也可以变形为三相的系统联合逆变器，进而，还可以变形为具备升压电路的系统联合逆变器。
实施例10
如图19所示，实施例10的系统联合逆变器构成为，将实施例7的系统联合逆变器的阻尼电阻23除去，在中性点连接线g之中串联连接阻尼电阻13（相当于第二电阻）。
共振在共模扼流线圈3的绕组间电容37与输出滤波器2的第一电抗器21之间产生，该共振从中性点连接线g通过。因此，在中性点连接线g中串联连接阻尼电阻13，也能够抑制在共模扼流线圈3的绕组间电容37与输出滤波器2的第一电抗器21之间产生的共振。
将阻尼电阻13与第一电容器对41或第二电容器对42或双方的电容器对的每一个电容器串联连接，都是与将阻尼电阻13设置在中性点连接线g之中是等价的。
此外，实施例10的系统联合逆变器也与实施例6～9系统联合逆变器同样，共模扼流线圈3可以配置在逆变器1的输出侧，也可以在逆变器1的输入侧和输出侧的双方配置有多个。此外，可以代替输出滤波器2的第一电抗器21，而使用图14（b）所示的电抗器26。此外，实施例10的系统联合逆变器也可以变形为三相的系统联合逆变器，进而，还可以变形为具备升压电路的系统联合逆变器。
实施例11
如图20所示，实施例11的系统联合逆变器构成为，将第二电抗器15与实施例10的系统联合逆变器的阻尼电阻13并联连接。
若在中性点连接线g之中设置阻尼电阻13，则阻尼电阻13作为共振的衰减成分起作用，但是中性点连接线g的阻抗变大。因此，使高频共模电流旁通分流的作用减弱。
但是，若相对于设置在中性点连接线g中的阻尼电阻13并联连接第二电抗器15，则第二电抗器15对于较低的频率表现出较低的阻抗，对于较高的频率具有较高的阻抗。因此，能够通过频率来改变中性点连接线g的阻抗的大小。
从中性点连接线g经过的高频共模电流的主要频率是逆变器1的开关频率。该开关频率比在共模扼流线圈3的绕组间电容37与输出滤波器2的第一电抗器21之间产生的共振的频率低的情况下，在开关频率下，从中性点连接线g经过的共模电流的几乎全部在阻抗较低的第二电抗器15中流动。在共振频率下，第二电抗器15的阻抗较高，能够使阻尼电阻13的阻尼效应相对于共振起作用。
这样，通过相对于在中性点连接线g中连接的阻尼电阻13并联连接第二电抗器15，能够以不会较大地损害高频共模电流的旁通作用的方式抑制在共模扼流线圈3的绕组间电容37与输出滤波器2的第一电抗器21之间产生的共振。
此外，实施例10的基于中性点连接线g的阻尼电阻13的结构、或者实施例11的基于阻尼电阻13和第二电抗器15的结构，可以与实施例6～9的结构进行组合来实施。
此外，实施例11的系统联合逆变器也与实施例6～10的系统联合逆变器同样，共模扼流线圈3可以配置在逆变器1的输出侧，也可以在逆变器1的输入侧和输出侧的双方配置有多个。此外，可以代替输出滤波器2的第一电抗器21，而使用图14（b）所示的电抗器26。此外，实施例11的系统联合逆变器可以变形为三相的系统联合逆变器，进而，还可以变形为具备升压电路的系统联合逆变器。
说明了本发明的若干实施例，但是这些实施例只是作为例子而提示，不意图限定发明的范围。这些新的实施例可以通过其他各种方式来实施，在不脱离发明的宗旨的范围内可以进行各种省略、置换、变更。这些实施例及其变形包含在发明的范围和宗旨内，也包含在权利要求书记载的发明及其等同范围内。
Claims (16)
1.一种系统联合逆变器，其特征在于，具备：
单相或三相的逆变器，对从直流电源供给的直流电压进行脉冲宽度调制；
第一电容器电路，以形成有中性点的方式与所述逆变器的输入侧连接；
第二电容器电路，以形成有中性点的方式与所述逆变器的输出侧连接；
共模电流的旁通路，通过对所述第一电容器电路的中性点和所述第二电容器电路的中性点进行连接而形成；
接地电容器，设置在所述旁通路与地线之间；
第一共模扼流线圈部，在所述第一电容器电路与所述逆变器之间或者所述逆变器与所述第二电容器电路之间的至少一方具备共模扼流线圈，抑制在所述逆变器中产生的共模电流；以及
输出滤波器，将从所述逆变器输出的进行了脉冲宽度调制后的电压波形变换为正弦波状的单相或三相的交流电压。
2.如权利要求1所述的系统联合逆变器，其特征在于，还具备：
第二共模扼流线圈部，在所述第一电容器电路的直流电源侧或者所述第二电容器电路的系统侧的至少一方具备共模扼流线圈，抑制共模噪声的传播。
3.如权利要求1所述的系统联合逆变器，其特征在于，还具备：
第一电阻，设置在所述接地电容器与地线之间，抑制共振。
4.如权利要求1所述的系统联合逆变器，其特征在于，还具备：
第二电阻，设置在所述旁通路的中途，控制共振。
5.如权利要求1所述的系统联合逆变器，其特征在于，还具备：
电容器或电抗器，配置在所述输出滤波器与所述第二电容器电路之间，该电容器构成所述输出滤波器，该电抗器与所述第二电容器电路一起构成抑制常模的高次谐波噪声的LC滤波器。
6.如权利要求2所述的系统联合逆变器，其特征在于，
所述第二共模扼流线圈部至少在所述第二电容器电路的系统侧具备共模扼流线圈，
在设于所述第二电容器电路的系统侧的所述共模扼流线圈的系统侧配置的第三电容器，与设于所述第二电容器电路的系统侧的所述共模扼流线圈的电感成分一起构成抑制常模的高次谐波噪声的LC滤波器。
7.一种系统联合逆变器，其特征在于，具备：
单相或三相的逆变器，对从直流电源供给的直流电压进行脉冲宽度调制；
第一电容器电路，与所述逆变器的输入侧连接；
第二电容器电路，与所述逆变器的输出侧连接；
共模电流的旁通路，通过对所述第一电容器电路的一端和所述第二电容器电路的一端之间、或者所述第一电容器电路的一端和所述第二电容器电路的中性点之间、或者所述第一电容器电路的中性点和所述第二电容器电路的一端之间进行连接而形成；
第四电容器，设置在所述旁通路；
接地电容器，设置在所述旁通路与地线之间；
第一共模扼流线圈部，在所述第一电容器电路与所述逆变器之间或者所述逆变器与所述第二电容器电路之间的至少一方具备共模扼流线圈，抑制在所述逆变器中产生的共模电流；以及
输出滤波器，将从逆变器输出的进行了脉冲宽度调制后的电压波形变换为正弦波状的单相或三相的交流电压。
8.一种系统联合逆变器，其特征在于，具备：
升压电路，对从直流电源供给的直流电压进行升压，具备第一开关元件；
逆变器，对所述升压电路的输出进行3级脉冲宽度调制，具备第二开关元件；以及
控制电路，生成栅极控制信号，该栅极控制信号对所述升压电路具备的所述第一开关元件及所述逆变器具备的所述第二开关元件的接通/断开的开关动作进行控制；
所述控制电路基于规定频率的载波和将该载波的相位进行了调节后的波形生成所述栅极控制信号，所述栅极控制信号用于进行控制，使得在伴随着所述升压电路具备的所述第一开关元件的开关动作而产生的中性点电位的变动与伴随着所述逆变器具备的所述第二开关元件的开关动作而产生的中性点电位的变动之间，频率一致且相位一致。
9.一种系统联合逆变器，其特征在于，具备：
单相或三相的逆变器，对从直流电源供给的直流电压进行脉冲宽度调制；
第一电容器电路，以形成有中性点的方式与所述逆变器的输入侧连接；
第二电容器电路，以形成有中性点的方式与所述逆变器的输出侧连接；
共模电流的旁通路，通过对所述第一电容器电路的中性点和所述第二电容器电路的中性点进行连接而形成；
第一共模扼流线圈部，在所述第一电容器电路与所述逆变器之间或者所述逆变器与所述第二电容器电路之间的至少一方具备共模扼流线圈，抑制在所述逆变器中产生的共模电流；
输出滤波器，将从所述逆变器输出的进行了脉冲宽度调制后的电压波形变换为正弦波状的单相或三相的交流电压，由第一电抗器和第三电容器构成；以及
共振抑制电路，抑制在所述共模扼流线圈的绕组间电容与所述输出滤波器的第一电抗器之间产生的共振。
10.如权利要求9所述的系统联合逆变器，其特征在于，
所述共振抑制电路具备与所述输出滤波器各个相的第一电抗器并联连接的第一电阻。
11.如权利要求9所述的系统联合逆变器，其特征在于，
所述共振抑制电路具备与所述输出滤波器各个相的第一电抗器并联连接且由第一电阻和第四电容器构成的串联电路。
12.如权利要求9所述的系统联合逆变器，其特征在于，具备：
第一电阻，与所述共模扼流线圈的两端的绕组并联连接。
13.如权利要求9所述的系统联合逆变器，其特征在于，
所述共振抑制电路具备与所述共模扼流线圈的两端的绕组并联连接且由第一电阻和第四电容器构成的串联电路。
14.如权利要求9所述的系统联合逆变器，其特征在于，
所述共振抑制电路在与所述输出滤波器各个相的第一电抗器并联连接的部件的路径中具备串联连接的绕组，
一相的所述绕组和另一相的所述绕组以相对于共模具有较低阻抗且相对于常模具有较高阻抗的方式进行磁耦合。
15.如权利要求9所述的系统联合逆变器，其特征在于，
所述共振抑制电路在所述共模电流的旁通路中具备第二电阻。
16.如权利要求15所述的系统联合逆变器，其特征在于，
所述共振抑制电路具备与设置在所述共模电流的旁通路中的所述第二电阻并联连接的第二电抗器。
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