JP2000102265A - 太陽光発電用電力変換装置 - Google Patents

太陽光発電用電力変換装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】三相3線式、単相3線式、単相2線式など、い
ずれの方式の系統電源にも漏電電流の発生防止が可能で
あり、また、その接地方式も中性点接地に限定されず、
国内に多いV相接地方式にも容易に対応可能でその汎用
性を高め、かつ、回路方式もハーフブリッジ構成のみな
らずフルブリッジ回路方式にも容易に対応可能とする。 【解決手段】直流入力部(+)(−)間に2つのコンデ
ンサC1,C2を直列接続し、両コンデンサC1,C2
の接続部とインバータ回路INVの出力線OL1との間
に開閉器SWを設け、この開閉器SWを連系される系統
電源3に応じて開閉して前記インバータ回路INVの制
御を切り替え可能としたとした構成。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池の直流電
力を交流電力に変換して出力する太陽光発電用電力変換
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽光発電用電力変換装置には、インバ
ータ回路で太陽電池の直流出力を商用周波の交流に変換
し、その変換交流を絶縁用変圧器を介して系統電源に供
給する商用周波変圧器絶縁方式と、太陽電池の直流出力
をインバータ回路で高周波の交流に変換し、この変換交
流を絶縁用高周波変圧器を介してDC/DCコンバータ
で一旦、直流に変換し、この変換直流をインバータ回路
で再び商用周波の交流に変換して系統電源に供給する高
周波変圧器絶縁方式と、太陽電池の直流出力をDC/D
Cコンバータで昇圧し、この昇圧直流をインバータ回路
で商用周波の交流に変換して系統電源に供給するトラン
スレス方式とが知られている。
【0003】上記トランスレス方式の太陽光発電用電力
変換装置のうち、例えばIGBTをフルブリッジ回路構
成に接続してなるインバータ回路を備える太陽光発電用
電力変換装置でV相接地の系統と連系する場合、絶縁用
変圧器で絶縁を取らないために、インバータ回路を駆動
した場合に該インバータ回路の直流入力部における接地
電位が商用周波で変動し、太陽電池と対地との間に存在
する浮遊容量(対地容量)を介して漏電電流が流れる。
この漏洩電流は太陽電池と対地との間に存在する浮遊容
量(対地容量)が増加する雨天時などでは特に大きくな
る。
【0004】ところで、こうした漏電電流の発生を防止
する先行技術の一つとしてインバータ回路をハーフブリ
ッジ回路構成にするとともに、系統電源を中性点接地の
単相3線式とすることにより、それの直流入力部の対地
に対する電位の変動を抑制可能とし、これによって、前
記漏電電流の発生を防止できるようにした太陽光発電用
電力変換装置の構成が知られている(特開平9−656
57号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記公報提案にもある
ように従来の太陽光発電用電力変換装置においては、系
統電源の方式が例えば単相3線式に限定されているため
に他の方式の系統電源に適用することができず、したが
って、その範囲が狭い。また、漏洩電流発生防止のため
の系統電源の接地方式が中性点接地に限定されているた
めに、V相接地方式が多いという国内の系統電源の使用
実情に照らしその汎用性は極めて乏しい。さらに、イン
バータ回路の回路方式もハーフブリッジ回路構成に限定
されており、フルブリッジ回路構成には適用できない。
【0006】したがって、本発明では、三相3線式、単
相3線式、単相2線式など、いずれの方式の系統電源に
も漏電電流の発生防止が可能であり、また、その接地方
式も中性点接地に限定されず、国内に多いV相接地方式
にも容易に対応可能でその汎用性を高め、かつ、回路方
式もハーフブリッジ回路構成のみならずフルブリッジ回
路構成にも容易に対応可能な太陽光発電用電力変換装置
を提供することを解決課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明においては、直流
入力部間に複数のコンデンサを直列接続し、これらコン
デンサの接続部とインバータ回路の出力線との間に開閉
器を設け、この開閉器を系統電源に応じて開閉して前記
インバータ回路の制御を切り替え可能としたことによっ
て上述の課題を解決している。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に従う
太陽光発電用電力変換装置について図面を参照して詳細
に説明する。本実施の形態の太陽光発電用電力変換装置
の要点は、インバータ回路を変更することなく、三相3
線式、単相3線式、単相2線式のいずれであっても、ま
た接地方式が中性点接地、V相接地のいずれであって
も、開閉器の開閉操作のみで、漏洩電流の発生を防止で
きるようにしていることである。以下、図1を参照して
本実施の形態に係る太陽光発電用電力変換装置について
説明する。図1において、1は、太陽電池2と系統電源
3との間に配置された本実施の形態に従う太陽光発電用
電力変換装置である。この太陽光発電用電力変換装置1
において、(+)(−)は直流入力部、〜は交流出
力部、C1,C2はコンデンサ、SWは開閉器、INV
はインバータ回路、L1〜L3はリアクトル、C3〜C
5はコンデンサ、CCは制御回路である。C6,C7は
前述した対地容量である。
【0009】両コンデンサC1,C2は直列に接続され
て直流入力部(+)(−)間に並列に接続されている。
これらコンデンサC1,C2それぞれの容量は等しいこ
とが理論上は最も好ましいが、容量が正確に全く同一の
コンデンサは無く、容量的に近似したコンデンサを使用
していれば制御回路CCの制御によって漏洩電流の発生
防止の制御が可能となる。また、両直流入力部(+)
(−)間に並列に接続されるコンデンサの数は本実施の
形態では2つであったが、個数は2つに限定されるもの
ではなく、複数のコンデンサの接続部と一方の直流入力
部(+)との間の容量と、複数のコンデンサの接続部と
他方の直流入力部(−)との間の容量とが等しければよ
い。また両コンデンサC1,C2の接続中央部とインバ
ータ回路INVの出力線OL1は開閉器SWを介して接
続されている。この出力線OL1は、スイッチング素子
Q1,Q2の共通接続部に接続されている。制御回路C
Cは、開閉器SWの開閉動作、インバータ回路INV内
の各スイッチング素子Q1〜Q6のオンオフ動作を制御
して、それら出力線OL1〜OL3に接続される系統電
源3が三相3線式、単相3線式、単相2線式のいずれの
方式の系統電源であっても、またその接地方式が中性点
接地、V相接地のいずれであっても、漏洩電流の発生を
防止可能なように制御動作するようになっている。
【0010】以下、動作を図2のフローチャートおよび
図3ないし図8を参照して説明する。なお、図3ないし
図8は、図1に対応するが、動作説明の都合で開閉器S
W、平滑リアクトルL1〜L3、平滑コンデンサC3〜
C5ならびに制御回路CCの図示は省略されている。図
2のフローチャートで、n2〜n4,n9〜n11,n
16〜n18,n23〜n25,n30,n31はいず
れも作業者による作業フローであり、それ以外は制御回
路CCによる制御フローを示している。
【0011】スタートして、作業者は系統電源3の接地
相が中性点接地かV相接地かを判定し(n1)。この接
地相判定の結果、(1)系統電源3が三相3線式の一相
中性点接地または中性点接地方式であると認識すると、
ステップn2以降、n8までの作業フローと制御フロー
に、(2)系統電源3が三相3線式のV相接地であると
認識するとステップn9以降、n15までの作業フロー
と制御フローに、(3)系統電源3が単相3線式の中性
点接地であると認識すると、ステップn16以降、n2
2までの作業フローと制御フローに、(4)系統電源3
が単相2線式のV相接地方式であると認識すると、ステ
ップn23以降、n35までの作業フローと制御フロー
に移行する。
【0012】前記(1)の場合、作業者は手作業で三相
3線式系統電源3の接地点を調べ、中性点接地または一
相中性点を確認し(n2)、かつ、インバータ回路IN
Vの交流出力部、、それぞれに系統電源3のU,
V,W各相それぞれを接続する(n3)。そして、制御
回路CCに三相3線式でかつ接地相が中性点接地または
一相中性点接地とする運転モード切り替えを入力する
(n4)。以上が作業者の手作業による作業フローであ
る。これ以降は制御回路CCによる制御フローに入る。
なお、この運転モードは後述の(2)以降においても同
様であるが、それぞれ(1)ないし(4)に対応した切
り替えデータを入力するようになっており、制御回路C
Cはそのデータを判別できるようになっている。
【0013】制御回路CCは、前記(1)対応の運転モ
ード切り替えの入力に応答して、開閉器SWを開く(n
5)とともに、その運転モードに対応してインバータ回
路INV内のスイッチング素子Q1〜Q6のON,OF
Fを選択する(n6)。これによって、インバータ回路
INVは三相3線式出力のフルブリッジ回路構成とする
(n7)。この状態は図3に示されている。そうすると
図3から明らかであるようにこのフルブリッジ回路構成
においては、直流入力部(+)と直流入力部(−)との
間の中心電位が三相3線式系統電源3の各相間電圧の中
性点電位となる。これによって、接地電位はコンデンサ
C1,C2の接続中央部電位となり、直流入力部(+)
と直流入力部(−)との間の直流電圧は、対地との間で
変動しないから、漏洩電流の発生は防止される。こうし
て、太陽光発電用電力変換装置1は運転を開始する(n
8)。上述したことは、図4のように系統電源3が三相
3線式の中性点接地方式においても同様である。なお、
図3と図4はいずれも三相3線式の中性点接地に含めて
言う。
【0014】前記(2)の場合、作業者は手作業で三相
3線式系統電源3の接地点を調べV相接地を確認し(n
9)、インバータ回路INVの交流出力部にV相を、
交流出力部、それぞれにU、W各相をそれぞれ接続
する(n10)。そして、制御回路CCに三相3線式で
かつ接地相がV相接地とする運転モード切り替え入力を
入力する(n11)。以上が作業者の手作業による作業
フローである。これ以降は制御回路CCによる制御フロ
ーに入る。
【0015】制御回路CCは、前記(2)対応の運転モ
ード切り替えの入力に応答して、開閉器SWを閉じる
(n12)とともに、インバータ回路INV内のスイッ
チング素子Q1,Q2を停止状態とし、他のスイッチン
グ素子Q3〜Q6のON,OFFを選択する(n1
3)。これによって、インバータ回路INVは三相3線
式出力のハーフブリッジ回路構成とする(n14)。こ
の状態は図5に示されている。そうすると図5から明ら
かであるようにこのハーフブリッジ回路構成においては
V相は、コンデンサC1,C2の接続中央部電位とな
り、直流入力部(+)と直流入力部(−)の直流電圧
は、対地との間で変動しないから、漏洩電流の発生は防
止される。こうして、n15で運転を開始する。
【0016】前記(3)の場合、作業者は手作業で単相
3線式系統電源3の接地点を調べ、中性点接地を確認し
(n16)、インバータ回路INVの交流出力部にU
相を、交流出力部にV相を接続する(n17)。そし
て、制御回路CCに単相3線式でかつ接地相が中性点接
地とする運転モード切り替え入力を入力する(n1
8)。以上が作業者の手作業による作業フローである。
これ以降は制御回路CCによる制御フローに入る。
【0017】制御回路CCは、前記(3)対応の運転モ
ード切り替えの入力に応答して、開閉器SWを開く(n
19)とともに、インバータ回路INV内のスイッチン
グ素子Q1,Q2を停止状態とし、他のスイッチング素
子Q3〜Q6のON,OFFを選択する(n20)。こ
れによって、インバータ回路INVは単相3線式出力の
フルブリッジ回路構成とする(n21)。この状態は図
6に示されている。そうすると図6から明らかであるよ
うにこのフルブリッジ回路構成においては単相電圧の中
性点電圧は、直流入力部の直流電圧の中心電圧となる。
すなわち、接地電位は、コンデンサC1,C2の接続中
央部電位となり、直流入力部の電圧は、対地との間で変
動しないから、漏洩電流の発生は防止される。こうし
て、n22で運転を開始する。
【0018】前記(4)の場合、作業者は手作業で単相
2線式系統電源3の接地点を調べ、V相接地を確認し
(n23)、インバータ回路INVの交流出力部にV
相を、交流出力部にU相を接続するか(n24)、ま
たは、交流出力部にU相、交流出力部1にU相を接
続する(n30)。n24の場合、作業者は、制御回路
CCに単相2線式でかつ接地相がV相接地とする運転モ
ード切り替え入力を入力する(n25)。以上が作業者
の手作業による作業フローである。これ以降は制御回路
CCによる制御フローに入る。
【0019】制御回路CCは、前記(4)対応の運転モ
ード切り替えの入力に応答して、開閉器SWを閉じる
(n26)とともに、インバータ回路INV内のスイッ
チング素子Q1〜Q4を停止状態とし、スイッチング素
子Q5,Q6のON,OFFを選択する(n27)。こ
れによって、インバータ回路INVは単相2線式出力の
ハーフブリッジ回路構成とする(n28)。この状態は
図7に示されている。そうすると図7から明らかである
ようにこのハーフブリッジ回路構成においては接地相で
あるV相は、コンデンサC1,C2の接続中央部電位と
なり、直流入力部の電圧は、対地との間で変動しないか
ら、漏洩電流の発生は防止される。こうして、n29で
運転を開始する。
【0020】またn30の場合、作業者は、制御回路C
Cに単相2線式でかつ接地相がV相接地とする運転モー
ド切り替え入力を入力する(n31)。以上が作業者の
手作業による作業フローである。これ以降は制御回路C
Cによる制御フローに入る。制御回路CCは、前記運転
モード切り替えの入力に応答して、開閉器SWを閉じる
(n32)とともに、インバータ回路INV内のスイッ
チング素子Q1,Q2を停止状態とし、スイッチング素
子Q3〜Q6のON,OFFを選択する(n33)。こ
の場合、スイッチング素子Q3とQ5、Q4とQ6は並
列運転となる。これによって、インバータ回路INVは
単相2線式出力のハーフブリッジ回路構成とする(n3
4)。この状態は図8に示されている。そうすると図8
から明らかであるようにこのハーフブリッジ回路構成に
おいては接地相であるV相は、コンデンサC1,C2の
接続中央部電位となり、直流入力部の電圧は、対地との
間で変動しないから、漏洩電流の発生は防止される。こ
うしてn35で運転を開始する。
【0021】なお、上述の実施の形態においては6個の
スイッチング素子Q1〜Q6で構成されているが、三相
3線式のV相接地、単相3線式中性点接地、単相2線式
V相接地の運転モードでは、停止状態にあるスイッチン
グ素子が存在する。このようにインバータ回路内に停止
状態となるスイッチング素子が存在すると、装置として
はスイッチング素子の個数の割りに電流容量が所望通り
に得にくくなり好ましくない。そこでこのようにスイッ
チング素子に停止状態がない実施の形態として、図9な
いし図12が示されている。これらの図に示されるイン
バータ回路においては、スイッチング素子として小容量
のIGBTを12個用いている。そして、図9では三相
3線式出力のフルブリッジインバータ回路となり、図1
0では三相3線式出力のハーフブリッジインバータ回路
となり、図11では単相2線式出力のフルブリッジイン
バータ回路となり、図12では単相2線式出力ののハー
フブリッジインバータ回路となる。これら図9ない図1
2のインバータ回路ではいずれも内部のスイッチング素
子には停止状態が存在しなくなり所望の電流容量の装置
を得ることができる。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、直流入力
部間に複数のコンデンサを直列接続し、これらコンデン
サの接続部とインバータ回路の出力線との間に開閉器を
設け、この開閉器を系統電源に応じて開閉して前記イン
バータ回路の制御を切り替え可能としたことから、三相
3線式、単相3線式、単相2線式など、いずれの方式の
系統電源にも漏電電流の発生防止が可能であり、また、
その接地方式も中性点接地に限定されず、国内に多いV
相接地方式にも対応可能となり、汎用性の高い装置とな
る。また、回路方式もハーフブリッジ方式のみならずフ
ルブリッジ方式にも対応可能である。
【0023】また、本発明は、上述によって、系統電源
に合わせて開閉器を開閉するのみで制御を切り替えられ
るので、系統電源に合わせてインバータ回路を設計変更
することが不要となり、コスト低減に寄与すること大で
ある。さらに、太陽光発電用電力変換装置の設置後に系
統電源が変更されても、開閉器の開閉のみでその変更に
対応が可能であるうえ、インバータ回路の回路構成も簡
単でかつ信頼性にも優れたものとなる。また、自立運転
を行うに際し開閉器を開閉し、制御を切り替えるだけで
インバータ回路出力を簡単に三相3線式出力、単相3線
式出力、単相2線式出力にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る太陽光発電用電力変換
装置の回路図
【図2】図1のインバータ回路の動作説明に供するフロ
ーチャート
【図3】中性点接地の三相3線式系統電源の場合の図1
の等価回路図
【図4】一相接地の三相3線式系統電源の場合の図1の
等価回路図
【図5】V相接地の三相3線式系統電源の場合の図1の
等価回路図
【図6】中性点接地の単相3線式の三相3線式系統電源
の場合の図1の等価回路図
【図7】V相接地の単相2線式の三相3線式系統電源の
場合の図1の等価回路図
【図8】図7に対応し、V相接地の単相2線式の三相3
線式系統電源の場合の他の接続態様とした図1の等価回
路図
【図9】本発明の他の実施の形態に係る太陽光発電用電
力変換装置の回路図
【図10】本発明のさらに他の実施の形態に係る太陽光
発電用電力変換装置の回路図
【図11】本発明のさらに他の実施の形態に係る太陽光
発電用電力変換装置の回路図
【図12】本発明のさらに他の実施の形態に係る太陽光
発電用電力変換装置の回路図
【符号の説明】
1 太陽光発電用電力変換装置 2 太陽電池 3 系統電源 C1,C2 コンデンサ INV インバータ回路 SW 開閉器 OL1〜OL3 出力線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流入力部間に複数のコンデンサを直列接
    続し、これらコンデンサの接続部とインバータ回路の出
    力線との間に開閉器を設け、この開閉器を系統電源に応
    じて開閉して前記インバータ回路の制御を切り替え可能
    としたことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記開閉器を制御して前記インバータ回路をフルブリッ
    ジ回路構成またはハーフブリッジ回路構成に切り替える
    ことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
  3. 【請求項3】請求項2において、 前記インバータ回路は、フルブリッジ回路構成とすると
    きは、中性点接地の、三相3線式または単相3線式の出
    力構成とすることを特徴とする太陽光発電用電力変換装
    置。
  4. 【請求項4】請求項2において、 前記インバータ回路は、ハーフブリッジ回路構成とする
    ときは、V相接地の、三相3線式または単相2線式の出
    力構成とすることを特徴とする太陽光発電用電力変換装
    置。
  5. 【請求項5】請求項2において、 前記インバータ回路は、フルブリッジ回路構成とすると
    きは中性点接地の、三相3線式または単相3線式の出力
    構成とする一方、ハーフブリッジ回路構成とするときは
    V相接地の、三相3線式または単相2線式の出力構成と
    することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
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