JP2001238464A - 系統連系インバータ - Google Patents

系統連系インバータ

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隆昭 奥出
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眞一郎 住吉
Kiyoshi Izaki
潔 井崎
Tadashi Sadahira
匡史 貞平
Kenji Ito
謙次 伊藤
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武年 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の系統連系インバータは、停電時あるい
は電圧低下時には手動で系統側ブレーカを落とさないと
自立運転が出来ないという課題を有している。 【解決手段】 停電検出手段３６によって系統１１の電
圧低下あるいは停電を検出したときには、制御手段１３
によって系統切換リレー３５を開き、系統リレー９と自
立リレー３０を閉じて自立運転用コンセント３１にフル
ブリッジインバータ６の出力を供給するようにして、自
動的に自立運転ができる系統連系インバータとしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池または燃
料電池等を入力電源として使用し、これらの出力電力を
配電系統に適合するように変換して、負荷あるいは配電
系統に供給する系統連系インバータに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来使用されている系統連系インバータ
の一例を、図４を使用して説明する。系統連系インバー
タは、太陽電池あるいは燃料電池からなる直流電源１０
の出力を入力として受けて、この電力を系統１１の電源
仕様に適合する形に変換して、つまり５０Ｈｚまたは６
０Ｈｚの正弦波の交流電力に変換して、系統１１に供給
している。系統連系インバータは、直流電源１０の両端
に接続した平滑コンデンサ１と、コイル２とＩＧＢＴ等
のスイッチング素子３とダイオード４で構成した昇圧コ
ンバータ５と、ＰＷＭ制御を行うフルブリッジインバー
タ６と、昇圧コンバータ５とフルブリッジインバータ６
とを結合する３０００μＦ以上の大容量の電解コンデン
サ７とによって構成している。
【０００３】以上の構成で、直流電源１０から供給され
た直流電力を平滑コンデンサ１とコイル２によって波形
整形したものをフルブリッジインバータ６の電源として
使用している。フルブリッジインバータ６は供給された
直流電力をＰＷＭ制御によって５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ
の正弦波の商用交流波形に変換しているものである。
【０００４】この時、系統１１の電圧より電解コンデン
サ７の両端の電圧の方を高くしておかないと、系統１１
からの電流が逆流してスイッチング素子３とダイオード
４を破壊するおそれがある。従って、電解コンデンサ７
の両端の電圧は系統１１のピーク電圧より、常に高くな
るように昇圧コンバータ５で制御している。こうして、
系統１１が停電したときには、系統側プレーカ１２と系
統リレー９を開き、自立リレー３０を閉じてフルブリッ
ジインバータ６の出力をフィルタ８を介して自立運転用
コンセント３１に供給する。このため、自立運転用コン
セント３１に接続している負荷３２は、系統１１が停電
している間は、系統連系インバータからの出力によって
動作できるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の系統連系イ
ンバータは、停電時あるいは電圧低下時には手動で系統
側ブレーカを落とさないと自立運転が出来ないという課
題を有している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、系統と自立運
転用コンセントとの接続にリレーを用いることによっ
て、電圧低下時や停電時には自動的に系統と自立とを切
り換える構成として、自動的に自立運転ができる系統連
系インバータとしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、停電
検出手段によって系統の電圧低下あるいは停電を検出し
たときには、制御手段によって系統切り換えリレー開
き、系統リレーと自立リレーを閉じて自立運転用コンセ
ントにフルブリッジインバータの出力を供給するように
して、自動的に自立運転ができる系統連系インバータと
している。
【０００８】請求項２に記載した発明は、停電時あるい
は電圧低下時には配電系統と自立運転用コンセント３１
とを直接接続する配電リレーを開き、自立運転用コンセ
ントにフルブリッジインバータの出力を供給するように
して、特に重要な回路を停電あるいは電圧低下から保護
できる系統連系インバータとしている。
【０００９】請求項３に記載した発明は、直流電源を太
陽電池または燃料電池とバッテリーパックによって構成
し、直流電圧検出手段によって太陽電池または燃料電池
の出力が基準値よりも低下したときにバッテリーパック
の出力を直流電源として使用するようにして、安定した
動作ができる系統連系インバータとしている。
【００１０】
【実施例】（実施例１）以下、本発明の第一の実施例に
ついて説明する。図１は本実施例の構成を示すブロック
図である。本実施例の系統連系インバータは、太陽電池
または燃料電池からなる直流電源１０の出力を受けて、
負荷３２または系統１１に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正
弦波の交流電力を供給している。すなわち、直流電源１
０の両端に接続した平滑コンデンサ１と、コイル２とＩ
ＧＢＴ等のスイッチング素子３とダイオード４で構成し
た昇圧コンバータ５と、ＰＷＭ制御を行うフルブリッジ
インバータ６と、昇圧コンバータ５とフルブリッジイン
バータ６とを結合する１００μＦ以下の例えばフイルム
コンデンサである中間段コンデンサ７と、コイルとコン
デンサからなる波形平滑用のフィルタ８と、前記フィル
タ８の出力を系統１１に接続する系統リレー９と、系統
１１の出力を開閉する系統切換リレー３５と、停電時あ
るいは電圧低下時にフルブリッジインバータ６の出力を
フィルタ８を介して自立運転用コンセント３１に供給す
る自立リレー３０と、系統１１の電圧低下あるいは停電
を検知する停電検出手段３６と、直流電源１０の出力を
検知する直流電力検出手段３７と、停電検出手段３６と
直流電力検出手段３７の検知情報に基づいて前記フルブ
リッジインバータ６と、系統リレー９と、系統切換リレ
ー３５と、自立リレー３０を制御する制御手段１３とを
有している。３２は負荷である。
【００１１】停電検出手段３６は、制御手段１３がフル
ブリッジインバータ６を停止させている状態のときに、
系統１１の電圧をチェックするものであり、このチェッ
クの結果を制御手段１３が規定の電圧より低いと判断し
たときには低電圧状態であると認識するものであり、ま
た電圧がないときは停電と認識するものである。制御手
段１３は、このような低電圧状態あるいは停電状態を認
識したときには、系統切換リレー３５を開き、系統リレ
ー９と自立リレー３０を閉じてフルブリッジインバータ
６の出力をフィルタ８を介して自立運転用コンセント３
１に接続するものである。
【００１２】また、スイッチング素子３のコレクタ・エ
ミッタ間には逆導通ダイオード３ａを接続している。フ
ルブリッジインバータ６は、４個のＩＧＢＴ等のスイッ
チング素子６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄから成っており、制
御手段１３の指示によって動作している。つまり、出力
電流のゼロクロス前後はＰＷＭ制御で、それ以外の区間
はスイッチング素子６ａ・スイッチング素子６ｄと、ス
イッチング素子６ｂ・スイッチング素子６ｃとが対にな
って順次導通するものである。このため、フルブリッジ
インバータ６の出力は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波
の交流となり、系統１１にあるいは自立運転用コンセン
ト３１に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波の交流電力を
供給するものである。
【００１３】以下本実施例の動作について説明する。自
立運転用コンセント３１に接続している負荷３２には、
常態では系統１１の電力が供給されている。すなわち、
常態では、停電検出手段３６の検知電圧が規定値内に入
っているため、制御手段１３は、系統切換リレー３５と
自立リレー３０とを閉じているものである。このため、
自立運転用コンセント３１には、系統１１からの電力が
供給されているものである。従って、負荷３２は常態で
は系統１１の電力によって駆動されているものである。
【００１４】停電検出手段３６が検知する電圧が、例え
ば夜間等になって既定値よりも低くなったとき、あるい
は０となったときは、制御手段１３は低電圧状態あるい
は停電であると認識して、系統切換リレー３５を開き、
系統リレー９と自立リレー３０を閉じるものである。こ
のため、自立運転用コンセント３１には、フルブリッジ
インバータ６の出力がフィルタ８を介して接続される。
このため、負荷３２は、系統連系インバータの出力によ
って駆動を継続するものである。
【００１５】以上のように本実施例によれば、供給され
た直流電源１０を昇圧する昇圧コンバータ５と、昇圧コ
ンバータ５から供給された高周波電圧をＰＷＭ制御によ
って系統の周波数に適合する波形に整形するフルブリッ
ジインバータ６と、前記昇圧コンバータ５とフルブリッ
ジインバータ６とを接続する中間段コンデンサ７と、前
記フルブリッジインバータ６の出力を開閉する系統リレ
ー９と、系統１１の出力を開閉する系統切換リレー３５
と、系統１１の停電あるいは電圧低下を検出する停電検
出手段３６と負荷３２を接続する自立運転用コンセント
３１を備えた構成として、自動的に自立運転ができる系
統連系インバータを実現するものである。
【００１６】（実施例２）続いて、本発明の第二の実施
例について説明する。図２は本実施例の構成を示すブロ
ック図である。本実施例では、配電系統と自立運転用コ
ンセント３１とを直接接続する配電リレー４０を使用し
ているものである。また、制御手段１３は、停電検出手
段３６からの情報によって停電あるいは低電圧であるこ
とを認識したときには、前記配電リレー４０を開くよう
に作用する。
【００１７】このため、停電時あるいは電圧低下時に
は、フルブリッジインバータ６の出力がフィルタ８と自
立リレー３０を介して確実に自立運転用コンセント３１
に伝達されるものである。すなわち、本実施例では、自
立運転用コンセント３１は系統リレー９を介する前に、
系統１１に配電リレー４０を介して接続しているもので
ある。このため、系統リレー９が動作不良で開閉しなか
ったようなときにも、確実に開閉させることができるも
のであり、負荷３２を確実に保護できるものである。
【００１８】以上のように本実施例によれば、停電時あ
るいは電圧低下時には配電リレー４０を開いて、自立運
転用コンセント３１にフルブリッジインバータの出力を
接続する構成として、特に重要な回路あるいは機器を確
実に保護できる系統連系インバータを実現するものであ
る。
【００１９】（実施例３）続いて本発明の第三の実施例
について説明する。図３は本実施例の構成を示すブロッ
ク図である。本実施例では、昇圧コンバータ５が昇圧す
る直流電源を、太陽電池あるいは燃料電池を使用した直
流電源１０，あるいはバッテリーパック５０としてい
る。バッテリーパック５０は、数個の蓄電池を直列に接
続し、リアクトルとコンデンサを両端に接続して、前記
コンデンサの両端からコンデンサに充電された直流電圧
を放電させて、直流電源として使用するものである。本
実施例では、バッテリーパック５０にはバッテリー切換
リレー５１を備えており、バッテリー切換リレーがオン
されると、前記直流電源１０の出力とバッテリーパック
５０の出力とが直列に接続されて、昇圧コンバータ５に
供給されるものである。また３７は直流電力検出手段
で、直流電源１０の出力を検知して、この情報を制御手
段１３に伝達している。制御手段１３は、直流電源１０
の出力が基準値よりも低下すると、前記バッテリー切換
リレー５１をオンにしてバッテリーパック５０の出力を
直流電源１０の出力に直列に接続するものである。
【００２０】このため、例えば直流電源１０として太陽
電池を使用しているときには、曇りや夜間時に直流電源
１０の出力が低下すると、バッテリーパック５０の出力
を自動的に利用できるものである。従って本実施例によ
れば、動作が非常に安定した系統連系インバータを実現
でき、また停電時あるいは電圧低下時には系統１１の電
源から自動的に系統連系インバータの出力を利用できる
ものである。
【００２１】
【発明の効果】請求項１に記載した発明は、供給された
直流電源を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータ
から供給された高周波電圧をＰＷＭ制御によって系統の
周波数に適合する波形に整形するフルブリッジインバー
タと、前記昇圧コンバータとフルブリッジインバータと
を接続する中間段コンデンサと、前記フルブリッジイン
バータの出力を開閉する系統リレーと、系統の出力を開
閉する系統切換リレーと、系統の停電あるいは電圧低下
を検出する停電検出手段と負荷を接続する自立運転用コ
ンセントを備えた構成として、自動的に自立運転ができ
る系統連系インバータを実現するものである。
【００２２】請求項２に記載した発明は、系統と自立運
転用コンセントとを直接接続する配電リレーを備え、停
電時あるいは電圧低下時には配電リレーを開いて、自立
運転用コンセントにフルブリッジインバータの出力を接
続するようにした構成として、特に重要な回路を停電あ
るいは電圧低下から保護できる系統連系インバータを実
現するものである。
【００２３】請求項３に記載した発明は、直流電源を太
陽電池または燃料電池とバッテリーパックによって構成
し、直流電圧検出手段によって太陽電池または燃料電池
の電圧が基準値よりも低下したことを検出したときに
は、バッテリーパックの出力を直流電源として使用する
構成として、安定した動作ができる系統連系インバータ
を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である系統連系インバー
タの構成を示すブロック図
【図２】本発明の第２の実施例である系統連系インバー
タの構成を示すブロック図
【図３】本発明の第３の実施例である系統連系インバー
タの構成を示すブロック図
【図４】従来例である系統連系インバータの構成を示す
ブロック図
【符号の説明】
１ 平滑コンデンサ ２ コイル ３ スイッチング素子 ４ ダイオード ５ 昇圧コンバータ ６ フルブリッジインバータ ７ 中間段コンデンサ ８ フィルタ ９ 系統リレー １０ 直流電源 １１ 系統 １３ 制御手段 ３０ 自立リレー ３１ 自立運転用コンセント ３２ 負荷 ３５ 系統切換リレー ３６ 停電検出手段 ３７ 直流電力検出手段 ４０ 配電リレー ５０ バッテリーパック ５１ バッテリー切換リレー ５２ 直流電圧検出手段
フロントページの続き (72)発明者 住吉 眞一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井崎 潔 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 貞平 匡史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伊藤 謙次 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 武年 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 大森 英樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 北泉 武 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G066 HA11 HA13 HB06 HB07 5H007 BB05 BB07 CA01 CB05 CC12 DA03 DC03 DC05 EA02 FA02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 供給された直流電源を昇圧する昇圧コン
    バータと、昇圧コンバータから供給された高周波電圧を
    ＰＷＭ制御によって系統の周波数に適合する波形に整形
    するフルブリッジインバータと、前記昇圧コンバータと
    フルブリッジインバータとを接続する中間段コンデンサ
    と、前記フルブリッジインバータの出力に接続した系統
    リレーと、停電時あるいは電圧低下時に前記系統リレー
    を介してフルブリッジインバータの出力を自立運転用コ
    ンセントに接続する自立リレーと、配電系統と前記系統
    リレーとの接続をオンオフする系統切り換えリレーと、
    配電系統の停電あるいは電圧低下を検出する停電検出手
    段と、前記直流電源の直流電力を検出する直流電力検出
    手段とを備えた系統連系インバータ。
  2. 【請求項２】 配電系統と自立運転用コンセントとを直
    接接続する配電リレーを備え、停電時あるいは電圧低下
    時には配電リレーを開いて、自立運転用コンセントにフ
    ルブリッジインバータの出力を接続するようにした請求
    項１に記載した系統連系インバータ。
  3. 【請求項３】 直流電源を太陽電池または燃料電池とバ
    ッテリーパックによって構成し、直流電圧検出手段によ
    って太陽電池または燃料電池の電圧が基準値よりも低下
    したことを検出したときには、バッテリーパックの出力
    を直流電源として使用する請求項１または２に記載した
    系統連系インバータ。
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