JP2000023371A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源系統連系システムに適用可能にし、直流
側の地絡の検出能力を向上させるとともに交流側の地絡
の誤検出を防止する。 【解決手段】 太陽電池１の出力昇圧用の昇圧回路５
と、ブリッジ接続のスイッチ素子６１〜６４を有し昇圧
回路５の出力電圧を交流電圧に変換するインバータ回路
６と、インバータ回路６の出力を平滑するフィルタ回路
７と、制御回路１０の制御に従って商用系統３への電力
変換装置２Ａの連系乃至解列を行う解列器８と、インバ
ータ回路６とフィルタ回路７との間のラインが内部に挿
通された直流電流検出用コア９１及びこの検出結果に応
じて異常有無の判断を行う判断回路９２によりなる地絡
検出回路９Ａと、判断回路９２の判断結果が異常有りで
あれば、昇圧回路５及びインバータ回路６に対する制御
を停止するとともに解列器８に対して解列制御を行う制
御回路１０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源からの直
流電力を交流電力に変換し、商用系統と連系して負荷に
対する電力供給を可能にした電力変換装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽電池の起電力を交流電力に変
換し、商用系統（商用交流電源）と連系して負荷に対す
る電力供給を可能にした電源系統連系システムが実用化
されている。

【０００３】図３はこのような電源系統連系システムの
一例を示す図で、この電源系統連系システムは、日射量
に応じた直流電力を得る太陽電池１、この太陽電池１か
らの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置２Ｂ、
及び商用系統３により構成され、これら電力変換装置２
Ｂと商用系統３との間に接続された負荷４に対して、電
力変換装置２Ｂ及び商用系統３の連系運転と商用系統３
のみの単独運転とのいずれか一方に切り替えて交流電力
を供給するものである。

【０００４】上記電力変換装置２Ｂは、昇圧回路５、イ
ンバータ回路６、フィルタ回路７、解列器８、地絡検出
回路９Ｂ及び制御回路１０により構成され、太陽電池１
からの直流電力を交流電力に変換する他、地絡検出回路
９Ｂの異常検出結果に応じて当該電源系統連系システム
を保護する。すなわち、何らかの原因で直流電路が地絡
抵抗Ｒｇを介して接地（地絡）して、例えば図３に示す
実線乃至破線の矢印線の如く、太陽電池１の正極側から
昇圧回路５、インバータ回路６、フィルタ回路７、解列
器８、商用系統３及び地絡抵抗Ｒｇを介して太陽電池１
の負極側に流れる地絡電流を、太陽電池１と昇圧回路５
との間の両電線が挿通された直流電流検出用コア（ＺＣ
Ｔ）９１によって検出させ、この直流電流検出用コア９
１の検出結果に応じた異常有無の判断を判断回路９２に
よって行わせ、この判断回路９２の判断結果が異常有り
であれば、インバータ回路６に対する電力変換制御の停
止及び解列器８に対する解列（電力変換装置２Ｂと商用
系統３との接続遮断）制御を制御回路１０によって行わ
せる構成になっている。

【０００５】図４は従来の電源系統連系システムの別例
を示す図で、この電源系統連系システムは図３とほぼ同
様に構成され、異なる構成として、地絡検出回路９Ｂに
代わる地絡検出回路９Ｃが設けられている。すなわち、
直流電流検出用コア９１が太陽電池１と昇圧回路５との
間ではなく解列器８と商用系統３との間に設けられてお
り、直流電流検出用コア９１の内部には解列器８と商用
系統３との間の各電線が挿通されている。このような構
成でも、図４に示す図３と同様の実線乃至破線の矢印線
で示される地絡電流が直流電流検出用コア９１の内部を
通過することから図３と同様の地絡電流の検出が可能と
なる。

【０００６】なお、特開平９−２８５０１５号公報に
は、インバータの入力側で太陽電池の正極側及び負極側
の直流電流値の差を検出する地絡検出手段を備えた太陽
光発電システムの直流地絡検出装置が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記図３に示す従来の
電源系統連系システムでは、例えば図５に示すように、
インバータ回路６の直流部分で地絡が発生したとする
と、地絡電流が、太陽電池１の正極側から直流電流検出
用コア９１の内部を通過した後、昇圧回路５、インバー
タ回路６、フィルタ回路７、解列器８、商用系統３、地
絡抵抗Ｒｇ、インバータ回路６及び昇圧回路５を順番に
流れて、直流電流検出用コア９１の内部を再度通過した
後、太陽電池１の負極側に戻ることになる。このよう
に、直流電流検出用コア９１の内部を同一の地絡電流が
逆向きに平衡電流として通過してしまうと、直流電流検
出用コア９１はその地絡電流を検出することができなく
なってしまう。

【０００８】また、上記図４に示す従来の電源系統連系
システムでは、例えば図６に示すように、解列器８の商
用系統３側で地絡が発生したとすると、商用系統３から
地絡抵抗Ｒｇを経由して直流電流検出用コア９１の内部
に通過した後、商用系統３に戻る交流の地絡電流が流れ
るので、この交流の地絡電流が直流電流検出用コア９１
によって誤って検出されてしまうことになる。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、電源系統連系システムに適用可能であって、直
流側の地絡の検出能力を高めるとともに交流側の地絡の
誤検出を防止しうる電力変換装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の電力変換装置は、直流電源からの直流電力を
交流電力に変換して商用系統側に供給するインバータ回
路と、前記インバータ回路と前記商用系統との間に設け
られ、これらインバータ回路と商用系統との間を連系乃
至解列する解列器と、前記インバータ回路と前記解列器
との間に設けられた地絡電流検出用のコアを有し、この
コアを利用して地絡の検出を行う地絡検出回路と、前記
地絡検出回路が地絡を検出すると前記解列器に対して解
列制御を行う制御回路とを備えたものである。

【００１１】この構成では、地絡電流検出用のコアがイ
ンバータ回路と解列器との間に設けられるので、コアを
境にした電力変換装置の入力側に地絡が発生すると、地
絡電流が電力変換装置の入力側から流れ込んでインバー
タ回路を流れてコアを通過した後に電力変換装置の出力
側から流れ出し、この流れ出した地絡電流が地絡による
地絡抵抗を介してコアを境にした電力変換装置の入力側
に再度流れ込み、この流れ込んだ地絡電流が電力変換装
置の入力側から流れ出すようになる。このように、コア
を一の方向に向う地絡電流が通過する（平衡電流として
通過しない）ので、コアを境にした電力変換装置の入力
側に発生する地絡の全ての検出が可能になり、直流側の
地絡の検出能力が向上するようになる。また、コアを境
にした電力変換装置の出力側に地絡が発生しても、この
地絡による地絡電流がコアによって検出されないので、
交流側の地絡の誤検出が防止されるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態に係る
電力変換装置を適用した電源系統連系システムを示す
図、図２は図１におけるインバータ回路に対する制御回
路の制御例の説明図で、以下これら図を用いて本実施形
態について説明する。

【００１３】本電源系統連系システムは、日射量に応じ
た直流電力を得る太陽電池１、この太陽電池１からの直
流電力を交流電力に変換する電力変換装置２Ａ、及び配
電方式が単相三線式の商用系統３により構成され、これ
ら電力変換装置２Ａと商用系統３との間に接続された負
荷４に対して、電力変換装置２Ａ及び商用系統３の連系
運転と商用系統３のみの単独運転とのいずれか一方に切
り替えて交流電力を供給するものとなっている。

【００１４】上記電力変換装置２Ａは、昇圧回路５、イ
ンバータ回路６、フィルタ回路７、解列器８、地絡検出
回路９Ａ及び制御回路１０により構成され、太陽電池１
からの直流電力を交流電力に変換する他、地絡検出回路
９Ａの異常検出結果に応じて当該電源系統連系システム
を保護するものである。

【００１５】昇圧回路５は、太陽電池１の正極側に一端
が接続されるリアクトル５１、このリアクトル５１の他
端側にコレクタが接続されエミッタが太陽電池１の負極
側に接続されるスイッチ素子（ＩＧＢＴ）５２、このス
イッチ素子５２のコレクタ側にアノードが接続されるダ
イオード５３及びこのダイオード５３のカソード側とス
イッチ素子５２のエミッタ側との間に接続されるコンデ
ンサ５４により１石式昇圧チョッパとして構成され、日
射量に応じて０Ｖ〜３００Ｖ程度の範囲内で絶えず変動
する太陽電池１からの電圧を商用系統３の交流電圧値の
１．４倍程度に昇圧するものである。

【００１６】インバータ回路６は、スイッチ素子（ＩＧ
ＢＴ）６１〜６４によりフルブリッジ回路として構成さ
れ、制御回路１０のＰＷＭ制御に従ってスイッチ素子６
１〜６４の各々をスイッチして昇圧回路５からの直流電
力を交流電力に変換するものである。

【００１７】フィルタ回路７は、直列接続されたスイッ
チ素子６２，６４及び６１，６３の接続点にそれぞれ一
端が接続されたリアクトルＬ１，Ｌ２と、これらリアク
トルＬ１，Ｌ２の各他端の間に直列接続されたコンデン
サＣ１，Ｃ２とにより構成され、インバータ回路６の出
力を正弦波状の電流波形に平滑するものである。

【００１８】解列器８は、リアクトルＬ１と商用系統３
の両外線（電圧線）の一方（図では上側）との間に介在
する接点、コンデンサＣ１，Ｃ２の中点と商用系統３の
中性点との間に介在する接点、及びリアクトルＬ１と商
用系統３の両外線の他方（図では下側）との間に介在す
る接点を有し、制御回路１０の制御に従って連系（電力
変換装置２Ａと商用系統３との接続）乃至解列（電力変
換装置２Ａと商用系統３との接続遮断）を行うものであ
る。

【００１９】地絡検出回路９Ａは、インバータ回路６と
解列器８との間、例えばインバータ回路６とフィルタ回
路７との間に設けられこれらインバータ回路６とフィル
タ回路７との間の両ラインが内部に挿通された直流電流
検出用コア９１と、この直流電流検出用コア９１の検出
結果に応じて異常有無の判断を行う判断回路９２とによ
り構成され、直流電流検出用コア９１によって地絡電流
が検出されると判断回路９２によって異常有りの判断を
行うものである。

【００２０】制御回路１０は、本電源系統連系システム
の全般の制御を行うもので、例えば昇圧回路５の出力電
圧を取り込んで、この取り込んだ出力電圧に応じて、昇
圧回路５の出力電圧を一定電圧に制御すべくスイッチ素
子５２のゲートに供給されるパルスのデューティ比を調
整する。

【００２１】また、制御回路１０は、太陽電池１が例え
ば１５０Ｖ以上の電圧で動作可能であれば、解列器８に
対して連系制御を行う一方、１５０Ｖ以上の電圧で動作
可能でなければ解列器８に対して解列制御を行う。これ
により、連系運転と単独運転とのいずれか一方への切替
えが行われる。

【００２２】また、制御回路１０は、図２に示すよう
に、指令電圧Ｖｅと基準発信電圧Ｖｓとを比較してパル
ス列を生成し、このパルス列をＳ６１，Ｓ６４としてそ
れぞれスイッチ素子６１，６４に供給する一方、Ｓ６
１，Ｓ６４の同一のパルス列を反転して反転信号を生成
し、この反転信号をＳ６２，Ｓ６３としてそれぞれスイ
ッチ素子６２，６３に供給するＰＷＭ制御を行う。

【００２３】さらに、制御回路１０は、判断回路９２の
判断結果が異常有りであれば、昇圧回路５及びインバー
タ回路６に対する上記制御を停止するとともに、解列器
８に対して解列制御を行う。これにより、当該電源系統
連系システムが保護されることとなる。

【００２４】次に、電力変換装置２Ａにおける地絡検出
回路９Ａの作用について説明する。まず、連系運転中に
図１に示すように図３及び図４と同様の地絡が発生した
とする。すなわち、太陽電池１の例えば負極側の一点で
地絡抵抗Ｒｇによる地絡が発生したとすれば、地絡電流
が、太陽電池１の正極側からリアクトル５１、ダイオー
ド５３及びスイッチ素子６１を順番に流れて直流電流検
出用コア９１の内部を通過する。或は、地絡電流は、太
陽電池１の正極側からリアクトル５１、ダイオード５３
及びスイッチ素子６２を順番に流れて直流電流検出用コ
ア９１の内部を通過する。

【００２５】そして、直流電流検出用コア９１の内部を
通過した地絡電流は、リアクトルＬ２、解列器８のリア
クトルＬ２側の接点、商用系統３及び地絡抵抗Ｒｇを順
番に流れて太陽電池１の負極側に戻る。

【００２６】このように、上記地絡電流は、直流電流検
出用コア９１の内部を一の方向に向って通過する（平衡
電流として通過しない）ので、直流電流検出用コア９１
によって検出されることになる。これにより、太陽電池
１側の一点で地絡抵抗Ｒｇによる地絡が発生すれば、そ
の地絡が直流電流検出用コア９１によって検出されて判
断回路９２により異常有りと判断され、当該電源系統連
系システムが保護されることになる。

【００２７】次に、連系運転中に図５に示すような地絡
が発生したとする。すなわち、インバータ回路６の例え
ば負極側の一点で地絡抵抗Ｒｇによる地絡が発生したと
すれば、地絡電流が、太陽電池１の正極側からリアクト
ル５１、ダイオード５３及びスイッチ素子６１を順番に
流れて直流電流検出用コア９１の内部を通過した後、リ
アクトルＬ２、解列器８のリアクトルＬ２側の接点、商
用系統３、地絡抵抗Ｒｇ、インバータ回路６の負極側の
ライン、及び昇圧回路５の負極側のラインを順番に流れ
て太陽電池１の負極側に戻る。或は地絡電流は、太陽電
池１の正極側からリアクトル５１、ダイオード５３及び
スイッチ素子６２を順番に流れて直流電流検出用コア９
１の内部を通過した後、リアクトルＬ１、解列器８のリ
アクトルＬ１側の接点、商用系統３、地絡抵抗Ｒｇ、イ
ンバータ回路６の負極側のライン、及び昇圧回路５の負
極側のラインを順番に流れて太陽電池１の負極側に戻
る。

【００２８】このように、地絡電流は、途中で直流電流
検出用コア９１の内部を一の方向に向って通過する（平
衡電流として通過しない）ことから、直流電流検出用コ
ア９１によって検出されることになる。これにより、直
流電流検出用コア９１を境にした電源系統連系システム
の太陽電池１側における一点で地絡抵抗Ｒｇによる地絡
が発生すれば、その地絡が直流電流検出用コア９１によ
って検出されて判断回路９２によって異常有りと判断さ
れ、電源系統連系システムが保護されることになる。

【００２９】次に、連系運転中に図６に示すような地絡
が発生したとする。すなわち、インバータ回路６の出力
側、さらに詳述すると本実施形態の直流電流検出用コア
９１を境にした電源系統連系システムの商用系統３側に
おける例えばリアクトルＬ２側の一点で地絡抵抗Ｒｇに
よる地絡が発生（図６ではさらに解列器８の商用系統３
側で発生）したとすれば、地絡電流が商用系統３から地
絡抵抗Ｒｇを経由して商用系統３に流れる。

【００３０】しかしながら、このような交流の地絡電流
は、図１に示すように、直流電流検出用コア９１の内部
を通過しないので、直流電流検出用コア９１によって検
出されることはない。従って、判断回路９２による誤検
出が防止されることになる。以上、本実施形態によれ
ば、直流電流検出用コア９１をインバータ回路６と解列
器８との間に設けることによって、直流側の地絡の検出
能力を高めることが可能になるとともに交流側の地絡の
誤検出を防止することが可能になる。

【００３１】特に、直流電流検出用コア９１をインバー
タ回路６と解列器８との間のインバータ回路６の出力直
後に設ければ、直流側の地絡の検出能力を高めることが
可能になるとともに、一層広い範囲に対して交流側の地
絡の誤検出を防止することが可能になる。

【００３２】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によれば、電源系統連系システムに適用可能であり、直
流側の地絡の検出能力を高めることが可能になるととも
に交流側の地絡の誤検出を防止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置を適用
した電源系統連系システムを示す図である。

【図２】図１におけるインバータ回路に対する制御回路
の制御例の説明図である。

【図３】従来の電源系統連系システムの一例を示す図で
ある。

【図４】従来の電源系統連系システムの別例を示す図で
ある。

【図５】図３に示す地絡検出回路９Ｂでは検出されない
地絡電流を示す図である。

【図６】図４に示す地絡検出回路９Ｃによって誤検出さ
れる交流側の地絡電流を示す図である。

【符号の説明】

２Ａ 電力変換装置 ５ 昇圧回路 ６ インバータ回路 ７ フィルタ回路 ８ 解列器 ９Ａ 地絡検出回路 １０ 制御回路 ９１ 直流電流検出用コア ９２ 判断回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小新 博昭 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 向井 忠吉 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 東浜 弘忠 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 湯浅 裕明 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5G058 BB02 5G066 HA06 HA13 HB06 5H007 AA06 AA17 BB07 CA01 CB05 CC12 DB01 DC02 EA02 FA03 FA14 FA19 GA09

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源からの直流電力を交流電力に変
   換して商用系統側に供給するインバータ回路と、 前記インバータ回路と前記商用系統との間に設けられ、
   これらインバータ回路と商用系統との間を連系乃至解列
   する解列器と、 前記インバータ回路と前記解列器との間に設けられた地
   絡電流検出用のコアを有し、このコアを利用して地絡の
   検出を行う地絡検出回路と、 前記地絡検出回路が地絡を検出すると前記解列器に対し
   て解列制御を行う制御回路とを備えたことを特徴とする
   電力変換装置。