JP2001320884A - 系統連系インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な構成で、すべてのスイッチ素子
のスイッチング動作をソフトスイッチング化したトラン
スレス方式の系統連系インバータ装置を提供する。 【解決手段】 太陽電池１から供給された直流電源は昇
圧回路４で昇圧された後インバータ回路で交流電力に変
換され、連系する商用交流電力系統３に与えられる。昇
圧回路４とインバータ回路５との間には、ゼロ電圧スイ
ッチング回路６が挿入される。制御部９は、昇圧回路４
およびインバータ回路６のスイッチング動作時に、系統
連系インバータ装置内でスイッチングを行なうすべての
スイッチ素子をゼロ電圧でスイッチングさせるように、
ゼロ電圧スイッチング回路によって共振回路を形成し
て、昇圧回路４とインバータ回路５とを連結する直流正
負母線間の電圧を０にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、系統連系インバ
ータ装置に関し、特に、直流電源、発電機等の電力供給
源をトランスを介さずに、連系する商用交流電力系統に
接続するトランスレス方式の系統連系インバータ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、商用交流電力系統と連係した太陽
光発電システムが実用化されている。このようなシステ
ムにおいては、太陽電池によって発生する直流電力を系
統連系インバータ装置によって商用周波数の交流電力に
変換し、連系する商用交流電力系統に接続されている家
庭内負荷に供給するように構成されている。また、この
システムにおいては、余剰電力を自動的に連系する電力
系統側に逆潮流することも可能である。

【０００３】このように、直流電力を商用交流電力に変
換する系統連系インバータ装置としては、従来から、直
流電源側と商用交流電源側とを高周波トランスによって
絶縁して結合する高周波絶縁方式の系統連系インバータ
装置が用いられている。図１２は、このような従来の高
周波絶縁方式の系統連系インバータ装置の一例を示す回
路図である。

【０００４】図１２を参照して、直流電源１０１の直流
出力は、高周波インバータ回路１０７に与えられる。高
周波インバータ回路１０７は、直流の正負母線の間に接
続された、各々が直列接続された２つのスイッチ素子か
らなる２つのアームで構成されている。そして、それぞ
れのアームのスイッチ素子の連結点が高周波トランス１
０８の１次側に接続されている。

【０００５】すなわち、高周波インバータ回路１０７に
与えられた直流出力は、それぞれのスイッチ素子のオン
オフ時間制御によってパルス幅変調（ＰＷＭ）されて高
周波ＡＣパルスに変換され、高周波トランス１０８の１
次側に与えられる。そして、高周波トランス１０８によ
って絶縁および昇圧された高周波ＡＣパルスはダイオー
ドブリッジ１０９に与えられ、整流される。

【０００６】ダイオードブリッジ１０９の出力は、フィ
ルタ回路１１０によって波形の平滑化が施された後、低
周波インバータ回路１１１に与えられる。低周波インバ
ータ回路１１１は、正負の母線間に接続された各々が直
列接続された２つのスイッチ素子からなる２つのアーム
で構成されている。そして、それぞれのアームのスイッ
チ素子の連結点がＡＣフィルタ１１２の入力に接続され
ている。

【０００７】低周波インバータ回路１１１に与えられた
直流波形は、それぞれのスイッチ素子のオンオフ時間制
御によって、商用交流周波数の半周期ごとに波形が折返
されて交流波形に変換される。この交流出力はさらに、
ＡＣフィルタ１１２および連系リレー１０５を介して、
商用交流電源系統１０６に接続される。

【０００８】以上のように、高周波絶縁方式の系統連系
インバータ装置においては、高周波トランス１０８の前
段および後段における電圧波形は高周波ＡＣ電圧波形で
あるため、高周波トランス１０８の後段に、整流を行な
う回路（ダイオードブリッジ１０９）、平滑化を行なう
回路（フィルタ回路１１０）、さらには波形の折返しを
行なう回路（低周波インバータ回路１１１）などを設け
る必要があり、回路構成が複雑化し、製造コストの上昇
を避けることができなかった。

【０００９】このような高周波絶縁方式の系統連系イン
バータ装置の問題点に鑑み、トランスレス方式の系統連
系インバータ装置が提案されている。

【００１０】このようなトランスレス方式の系統連系イ
ンバータ装置は、たとえば岡土千尋他による１９９６年
の太陽／風力エネルギ講演論文集の第２９頁〜第３２頁
の「トランスレス・パワーコンディショナの商品開発」
に開示されている。図１３は、上記文献に開示された従
来のトランスレス方式の系統連系インバータ装置の一例
を示す回路図である。

【００１１】図１３を参照して、直流電源１０１の直流
出力は、ノイズフィルタ１１４を介して昇圧回路１０２
に与えられる。昇圧回路１０２は、直流の正負母線の正
母線上に直列に挿入されたリアクトルＬａおよびダイオ
ードＤａと、入力側の正負母線間に接続されたコンデン
サＣａと、出力側の正負母線間に接続されたコンデンサ
Ｃｂと、リアクトルＬａおよびダイオードＤａの連結点
と、直流の正負母線の負母線との間に接続されたスイッ
チ素子Ｓａとを備えた昇圧チョッパである。この昇圧チ
ョッパは、直流電源１０１の直流電圧を一定電圧に昇圧
する。

【００１２】昇圧回路１０２によって昇圧された直流電
圧は、インバータ回路１０３に与えられる。インバータ
回路１０３は、正負母線の間に接続された、２つのスイ
ッチ素子Ｓｂ，Ｓｃからなる第１のアームと、２つのス
イッチ素子Ｓｄ，Ｓｅからなる第２のアームとから構成
される。そして、それぞれのアームのスイッチ素子の連
結点がフィルタ回路１０４の入力に接続される。

【００１３】すなわち、インバータ回路１０３に与えら
れた直流電圧は、それぞれのスイッチ素子のオン時間幅
の制御によってパルス幅変調されて、交流出力に変換さ
れる。インバータ回路１０３の交流出力は、フィルタ回
路１０４、ノイズフィルタ１１５、および連系リレー１
０５を介して、商用交流電源系統１０６に接続される。

【００１４】以上のように、トランスレス方式の系統連
系インバータ装置は、主として、昇圧回路部分（１０
２）と、インバータ回路部分（１０３）とから成り立っ
ており、構成が簡単である。したがって、前述の高周波
絶縁方式の系統連系インバータ装置と比較して、トラン
スレス化により、部品点数の大幅な削減を図ることがで
き、装置の小型化、低コスト化が可能となる。また同時
に、入出力間の電流経路上の素子数も減少するため、系
統連系インバータ装置の動作の高効率化を図ることがで
きる。

【００１５】しかしながら、図１２に示した高周波絶縁
方式の系列連系インバータ装置では、高周波インバータ
回路１０７が１５０〜２００Ｖの直流電圧のスイッチン
グを行なうのに対し、図１３に示したトランスレス方式
の系統連系インバータ装置では、直流電源の直流電圧を
昇圧回路１０２で昇圧して得られる３００〜４００Ｖの
直流電圧をインバータ回路１０３でスイッチングするた
め、高周波絶縁方式に比べて高周波ノイズレベルが上昇
する恐れがある。

【００１６】また近年、電力変換器に対しては、ＥＭＣ
規格および省エネルギーの要請により、ノイズの抑制お
よび変換効率の向上が求められている。しかしながら、
上述のように高電圧状態でスイッチングを行なういわゆ
るハードスイッチング方式のトランスレス系統連系イン
バータ装置では、大きなスイッチングノイズおよびスイ
ッチング損失が発生し、根本的なＥＭＣ対策は困難であ
る。

【００１７】トランスレス方式のこのような問題点に対
する対策としては、Ｌ，Ｃおよびスイッチ素子等で構成
される共振回路をトランスレス系統連系インバータ装置
に付加し、共振を利用して主要回路のスイッチ素子に印
加される電圧がゼロとなる期間を作り出し、その間にス
イッチングを行なうことにより、スイッチングノイズや
スイッチング損失を抑制するソフトスイッチング方式の
系統連系インバータ装置が提案されており、たとえば特
開平１０−１５５２８０号に開示されている。

【００１８】図１４は、上記文献に開示されたソフトス
イッチング方式のトランスレス系統連系インバータ装置
の一例を示す回路図である。図１４に示したトランスレ
ス系統連系インバータ装置は、図１３に示したトランス
レス系統連系インバータ装置と次の点で異なっている。

【００１９】すなわち、昇圧回路１０２と、インバータ
回路１０３との間に、ゼロ電圧回路１１３が挿入されて
いる。このゼロ電圧回路１１３は、昇圧回路１０２と、
インバータ回路１０３とを連結する直流正負母線の正母
線に挿入されたスイッチ素子ＳＷ１と、直流の正負母線
間に直列に接続されたスイッチ素子ＳＷ２、リアクト
ル、およびコンデンサが並列に接続されたスイッチング
素子ＳＷ３と、直流正負母線間に接続された、互いに並
列接続されたダイオードおよびコンデンサとを備えてい
る。

【００２０】ゼロ電圧回路１１３は、インバータ回路１
０３内のスイッチ素子のオン・オフのスイッチング時に
一時的にインバータ回路１０３の入力電圧がゼロになる
ように、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３のオン・オフを制
御して、インバータ回路１０３のスイッチング動作ごと
に共振回路を構成する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１４
に示したようなソフトスイッチング方式の系統連系イン
バータ装置では、スイッチ素子が多数追加されるため、
回路構成が複雑化し、コストの増大を招来している。

【００２２】また、図１４に示したスイッチ素子ＳＷ１
のように直流正負母線のうち正母線に直列に挿入された
スイッチ素子は、オン抵抗損失による顕著な変換効率の
劣化をもたらす。

【００２３】さらに、図１４に示したゼロ電圧回路１１
３は、インバータ回路１０３のスイッチングの都度、す
なわちインバータ回路１０３内の各スイッチ素子のター
ンオン時、ターンオフ時の双方で共振動作を実行するの
で、各スイッチ素子を駆動するＰＷＭパルスの１つごと
に、２回共振動作を実行する必要がある。共振回路の動
作回数の増大は共振損失の増大に繋がるので望ましくな
い。

【００２４】さらに、ソフトスイッチングの実現のため
に追加したゼロ電圧回路１１３内のスイッチ素子もゼロ
電圧でスイッチングを行なわなければ、同様にノイズお
よび効率の低下の問題を引き起こしてしまう。

【００２５】それゆえに、この発明の目的は、比較的簡
単な構成で、すべてのスイッチ素子のスイッチング動作
をソフトスイッチング化した、トランスレス方式の系統
連系インバータ装置を提供することである。

【００２６】この発明の他の目的は、スイッチングノイ
ズおよびスイッチング損失を抑制した、トランスレス方
式の系統連系インバータ装置を提供することである。

【００２７】この発明のさらに他の目的は、ソフトスイ
ッチングのために最小限の共振動作を行なう、トランス
レス方式の系統連系インバータ装置を提供することであ
る。

【００２８】

【課題を解決するための手段】この発明による系統連系
インバータ装置は、直流電源と、昇圧手段と、インバー
タ手段と、連系手段と、ゼロ電圧スイッチング手段と、
制御手段とを備える。直流電源は、直流電圧を供給す
る。昇圧手段は、直流電源によって供給される直流電圧
をスイッチング動作によって昇圧する。インバータ手段
は、昇圧手段によって昇圧された直流電圧をスイッチン
グ動作によって交流電圧に変換する。連系手段は、イン
バータ手段から出力される交流電圧を、連系する電力系
統に接続する。ゼロ電圧スイッチング手段は、昇圧手段
とインバータ手段とを連結する直流正負母線間に接続さ
れる。制御手段は、昇圧手段およびインバータ手段のス
イッチング動作時に、昇圧手段およびインバータ手段に
おいてスイッチングを行なうすべての素子をゼロ電圧で
スイッチングさせるように、ゼロ電圧スイッチング手段
内に共振回路を形成して直流正負母線間の電圧をゼロに
する。

【００２９】この発明によれば、制御手段は、昇圧手段
およびインバータ手段のスイッチング時の一瞬だけゼロ
電圧スイッチング手段内の共振回路を動作させて、直流
正負母線間をゼロ電圧にしてソフトスイッチングを実現
しているので、スイッチングノイズおよびスイッチング
損失の軽減を図ることができる。

【００３０】好ましくは、この発明による系統連系イン
バータ装置において、ゼロ電圧スイッチング手段は、互
いに直列接続された第１および第２のコンデンサを含
み、第２のコンデンサは直流正負母線の負母線に接続さ
れ、昇圧手段によって昇圧された直流電圧を第１および
第２のコンデンサによって平滑化するように、第１のコ
ンデンサを直流正負母線の正母線に接続する第１のスイ
ッチ素子と、第１および第２のコンデンサの連結点と、
直流正負母線の正母線との間に直列接続された第２のス
イッチ素子および第１のリアクトルと、直流正負母線間
に接続された第３のコンデンサとをさらに含み、制御手
段は、第２のコンデンサから、第３のコンデンサ、第１
のリアクトル、および第２のスイッチ素子を通って第２
のコンデンサに帰還するループによって共振回路を形成
する。

【００３１】この発明によれば、ゼロ電圧スイッチング
手段の第１および第２のコンデンサは、系統連系インバ
ータ装置の運転中においては、ほとんどの期間中は昇圧
電圧を平滑化する平滑化コンデンサとして機能し、昇圧
手段およびインバータ手段のスイッチング時の一瞬だ
け、共振回路の構成要素を兼ねるため、部品点数の増加
を招来することなく、ソフトスイッチングを実現するこ
とができる。

【００３２】より好ましくは、この発明による系統連系
インバータ装置において、昇圧手段は昇圧チョッパ回路
であり、昇圧チョッパ回路は、直流正負母線の正母線に
直に挿入された第２のリアクトルおよびダイオードと、
第２のリアクトルおよびダイオードの連結点と、直流正
負母線の負母線との間に接続された第３のスイッチ素子
と、ダイオードに並列に接続された第４のコンデンサ
と、第３のスイッチ素子に並列に接続された第５のコン
デンサとを含む。

【００３３】この発明によれば、系統連系インバータ装
置を構成する昇圧手段内のダイオードおよびスイッチ素
子にはそれぞれコンデンサが並列に接続されているた
め、これらの素子のターンオフ時には、ゼロ電圧スイッ
チング回路の助けを必要とせず昇圧手段単独で常にゼロ
電圧でターンオフ動作を行なう。したがって、昇圧手段
のスイッチング動作周期ごとにターンオン時の１回だけ
共振回路を動作させればよく、共振回路の動作回数の低
減を図ることができる。

【００３４】より好ましくは、この発明による系統連系
インバータ装置において、制御手段は、共通のパルス幅
変調（ＰＷＭ）キャリア信号に基づいて、昇圧手段およ
びインバータ手段を駆動するＰＷＭパルスを発生する手
段を含み、昇圧手段およびインバータ手段においてスイ
ッチングを行なうすべての素子は、ＰＷＭパルスによっ
てオン・オフ制御される。

【００３５】この発明によれば、昇圧手段およびインバ
ータ手段のすべてのスイッチ素子を制御するＰＷＭパル
スは、共通のＰＷＭキャリア信号に基づいて生成される
ため、昇圧手段およびインバータ手段のすべてのスイッ
チ素子のゼロ電圧スイッチングを同じタイミングで、す
なわち１回のゼロ電圧スイッチング手段の動作によって
行なうことができ、共振回路の動作回数を軽減すること
ができる。

【００３６】より好ましくは、この発明による系統連系
インバータ装置において、インバータ手段はフルブリッ
ジインバータ回路であり、フルブリッジインバータ回路
は、ゼロ電圧スイッチング手段側で、直流正負母線間に
直列に接続された第４および第５のスイッチ素子を含む
第１のアームと、連系手段側で、直流正負母線間に直列
に接続された第６および第７のスイッチ素子を含む第２
のアームとを含み、制御手段は、第２のアームの第６お
よび第７のスイッチ素子を、連系する電力系統と同じ周
波数で互いに逆位相でスイッチングし、かつ第１のアー
ムの第４および第５のスイッチ素子を、連系する電力系
統の周波数よりも高いＰＷＭキャリア信号周波数で互い
に逆位相でスイッチングする。

【００３７】この発明によれば、インバータ手段の第２
のアームのスイッチ素子は、連系する商用周波数で動作
し、インバータ手段の出力電流のゼロクロス点でのみス
イッチングする。したがって、第２のアームのスイッチ
素子は独立してソフトスイッチングを行なうことができ
る。

【００３８】この発明の他の局面による系統連系インバ
ータ装置は、直流電源と、昇圧手段と、インバータ手段
と、連系手段と、ゼロ電圧スイッチング手段と、制御手
段とを備える。直流電源は、直流電圧を供給する。昇圧
手段は、直流電源によって供給される直流電圧をスイッ
チング動作によって昇圧する。インバータ手段は、昇圧
手段によって昇圧された直流電圧をスイッチング動作に
よって交流電圧に変換する。連系手段は、インバータ手
段から出力される交流電圧を、連系する電力系統に接続
する。ゼロ電圧スイッチング手段は、昇圧手段とインバ
ータ手段とを連結する直流正負母線間に接続される。制
御手段は、昇圧手段およびインバータ手段のスイッチン
グ動作時に、昇圧手段およびインバータ手段においてス
イッチングを行なうすべての素子をゼロ電圧でスイッチ
ングさせるように、ゼロ電圧スイッチング手段およびイ
ンバータ手段内に共振回路を形成して直流正負母線間の
電圧をゼロにする。

【００３９】この発明によれば、制御手段は、昇圧手段
およびインバータ手段のスイッチング時の一瞬だけ、ゼ
ロ電圧スイッチング手段およびインバータ手段内に共振
回路を形成し、直流正負母線間をゼロ電圧にしているの
で、昇圧手段およびインバータ手段に加えて、ゼロ電圧
スイッチング手段内のスイッチ素子もゼロ電圧でソフト
スイッチング可能となる。したがって、スイッチングノ
イズおよびスイッチング損失の軽減を図ることができ
る。

【００４０】好ましくは、この発明による系統連系イン
バータ装置において、ゼロ電圧スイッチング手段は、互
いに直列接続された第１および第２のコンデンサを含
み、第２のコンデンサは直流正負母線の負母線に接続さ
れ、昇圧手段によって昇圧された直流電圧を第１および
第２のコンデンサによって平滑化するように、第１のコ
ンデンサを直流正負母線の正母線に接続する第１のスイ
ッチ素子と、第１および第２のコンデンサの連結点と、
直流正負母線の正母線との間に直列接続された第２のス
イッチ素子および第１のリアクトルとをさらに含み、イ
ンバータ手段はフルブリッジインバータ回路であり、フ
ルブリッジインバータ回路は、ゼロ電圧スイッチング手
段側で、直流正負母線間に直列に接続された第３および
第４のスイッチ素子を含む第１のアームと、連系手段側
で、直流正負母線間に直列に接続された第５および第６
のスイッチ素子を含む第２のアームと、第３および第４
のスイッチ素子にそれぞれ並列に接続された第３および
第４のコンデンサとを含み、制御手段は、第３および第
４のスイッチ素子を互いに逆位相でスイッチングし、第
２のコンデンサから、第４のスイッチ素子、第３のコン
デンサ、第１のリアクトル、および第２のスイッチ素子
を通って第２のコンデンサに帰還するループ、または第
２のコンデンサから、第４のコンデンサ、第３のスイッ
チ素子、第１のリアクトル、および第２のスイッチ素子
を通って第２のコンデンサに帰還するループによって共
振回路を形成する。

【００４１】この発明によれば、ゼロ電圧スイッチング
手段の第１および第２のコンデンサは、系統連系インバ
ータ装置の運転中においては、ほとんどの期間中は昇圧
電圧を平滑化する平滑化コンデンサとして機能し、昇圧
手段およびインバータ手段のスイッチング時の一瞬だ
け、共振回路の構成要素を兼ねるため、部品点数の増加
を招来することなくソフトスイッチングを実現すること
ができる。また、インバータ手段の第１のアームのスイ
ッチ素子にはそれぞれコンデンサが並列に接続されてい
るため、これらの素子のターンオフ時には、ゼロ電圧ス
イッチング手段の助けを必要とせずインバータ手段単独
で常にゼロ電圧でターンオフ動作を実行する。したがっ
て、インバータ手段のスイッチング動作周期ごとにター
ンオン時の１回だけ共振回路を動作させればよく、共振
回路の動作回数の低減を図ることができる。

【００４２】より好ましくは、この発明による系統連系
インバータ装置において、昇圧手段は昇圧チョッパ回路
であり、昇圧チョッパ回路は、直流正負母線の正母線に
直列に挿入された第２のリアクトルおよびダイオード
と、第２のリアクトルおよびダイオードの連結点と、直
流正負母線の負母線との間に接続された第７のスイッチ
素子と、ダイオードに並列に接続された第５のコンデン
サと、第７のスイッチ素子に並列に接続された第６のコ
ンデンサとを含む。

【００４３】この発明によれば、系統連系インバータ装
置を構成する昇圧手段内のダイオードおよびスイッチ素
子にはそれぞれコンデンサが並列に接続されているた
め、これらの素子のターンオフ時には、ゼロ電圧スイッ
チング手段の助けを必要とせず昇圧手段単独で常にゼロ
電圧でターンオフ動作を行なう。したがって、昇圧手段
のスイッチング動作周期ごとにターンオン時の１回だけ
共振回路を動作させればよく、共振回路の動作回数の低
減を図ることができる。

【００４４】より好ましくは、この発明による系統連系
インバータ装置において、制御手段は、共通のＰＷＭキ
ャリア信号に基づいて、昇圧手段およびインバータ手段
を駆動するＰＷＭパルスを発生する手段を含み、昇圧手
段およびインバータ手段においてスイッチングを行なう
すべての素子は、ＰＷＭパルスによってオン・オフ制御
される。

【００４５】この発明によれば、昇圧手段およびインバ
ータ手段のすべてのスイッチ素子を制御するＰＷＭパル
スは、共通のＰＷＭキャリア信号に基づいて生成される
ため、昇圧手段およびインバータ手段のすべてのスイッ
チ素子のゼロ電圧スイッチングを同じタイミングで、す
なわち１回のゼロ電圧スイッチング手段の動作によって
行なうことができ、共振回路の動作回数を軽減すること
ができる。

【００４６】より好ましくは、この発明による系統連系
インバータ装置において、制御手段は、第２のアームの
第５および第６のスイッチ素子を、連系する電力系統と
同じ周波数で互いに逆位相でスイッチングし、かつ第１
のアームの第３および第４のスイッチ素子を、連系する
電力系統の周波数よりも高いＰＷＭキャリア信号周波数
で互いに逆位相でスイッチングする。

【００４７】この発明によれば、インバータ手段の第２
のアームのスイッチ素子は、連系する商用周波数で動作
し、インバータ手段の出力電流のゼロクロス点でのみス
イッチングする。したがって、ＰＷＭキャリア信号周波
数を商用周波数の整数倍にすれば、第２のアームのスイ
ッチ素子には、第１のアームのスイッチ素子のようにス
イッチ素子に並列接続したコンデンサは必要なく、独立
してソフトスイッチングを行なうことができる。

【００４８】この発明の他の局面に従う系統連系インバ
ータ装置は、直流電源と、昇圧手段と、インバータ手段
と、連系手段と、ゼロ電圧スイッチング手段と、制御手
段とを備える。直流電源は直流電圧を供給する。昇圧手
段は、直流電源によって供給される直流電圧をスイッチ
ング動作によって昇圧する。インバータ手段は、昇圧手
段によって昇圧された直流電圧をスイッチング動作によ
って交流電圧に変換する。連系手段は、インバータ手段
から出力される交流電圧を、連系する単相３線式電力系
統に接続する。ゼロ電圧スイッチング手段は、昇圧手段
とインバータ手段とを連結する直流正負母線間に接続さ
れかつ単相３線式電力系統の中性線に接続される。ゼロ
電圧スイッチング手段は、互いに直列接続された第１お
よび第２のコンデンサを含み、第２のコンデンサは直流
正負母線の負母線に接続され、昇圧手段によって昇圧さ
れた直流電圧を第１および第２のコンデンサによって平
滑化するように、第１のコンデンサを直流正負母線の正
母線に接続する第１のスイッチ素子をさらに含み、中性
線は、直流電源の正極側と、第１および第２のコンデン
サの連結点とに接続される。制御手段は、昇圧手段およ
びインバータ手段のスイッチング動作時に、昇圧手段お
よびインバータ手段においてスイッチングを行なうすべ
ての素子をゼロ電圧でスイッチングさせるように、ゼロ
電圧スイッチング手段およびインバータ手段内に共振回
路を形成して直流正負母線間の電圧をゼロにする。

【００４９】この発明によれば、単相３線式電力系統と
連系する系統連系インバータ装置においても同様にすべ
てのスイッチ素子のソフトスイッチングを実現すること
ができる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相
当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

【００５１】図１は、この発明の第１の実施形態による
系統連系インバータ装置を示す回路図である。図１を参
照して、直流電源である太陽電池１からの直流電力は、
系統連系インバータ装置２により、商用周波数の交流電
力に変換されて、連系する商用交流電力系統３に接続さ
れる。

【００５２】系統連系インバータ装置２は、太陽電池１
からの１５０〜２５０Ｖの直流出力電圧を３５０Ｖ程度
にまで昇圧する昇圧回路４と、昇圧回路４で昇圧された
直流電圧を交流電圧に変換するフルブリッジインバータ
回路５と、昇圧回路４とフルブリッジインバータ回路５
との間に挿入されたゼロ電圧スイッチング回路６と、フ
ルブリッジインバータ回路５からの交流出力を平滑化す
るフィルタ回路７と、フィルタ回路７の交流出力端と商
用交流電力系統３との接続を開閉する連系リレー８と、
制御部９とを備えている。制御部９は、昇圧回路４、フ
ルブリッジインバータ回路５およびゼロ電圧スイッチン
グ回路６内のスイッチ素子のゲート制御を行なうために
複数のＰＷＭ制御信号を発生する。

【００５３】昇圧回路４は、直流の正負母線の正母線に
直列に挿入されたリアクトルＬ２およびダイオードＤ１
と、リアクトルＬ２およびダイオードＤ１の連結点と直
流の正負母線の負母線との間に接続され、制御部９から
のＰＷＭ信号によりオン・オフ制御されるスイッチ素子
Ｓ７とにより構成される昇圧チョッパである。この昇圧
チョッパは、太陽電池１の直流出力電圧を１以上の昇圧
比で昇圧して、後段のフルブリッジインバータ回路５に
与える。

【００５４】フルブリッジインバータ回路５は、スイッ
チ素子Ｓ３，Ｓ４からなるアームＡ１と、スイッチ素子
Ｓ５，Ｓ６からなるアームＡ２とから構成され、これら
のスイッチ素子は、昇圧回路４の場合と同様に、制御部
９からの対応するＰＷＭ制御信号によりオン・オフ制御
される。この結果、フルブリッジインバータ回路５は、
ＡＣパルスを生成して、後段のフィルタ回路７に出力す
る。なお、１つのアーム内で２つのスイッチ素子が同時
にオンすると、太陽電池１の両端が当該アーム内で短絡
されることになり、過電流でスイッチ素子が破壊される
恐れがあるため、各アーム内の２つのスイッチ素子は必
ず逆位相でスイッチング動作するように制御部９により
制御されている。

【００５５】ゼロ電圧スイッチング回路６は、互いに直
列に接続された出力電圧平滑用のコンデンサＣ１，Ｃ２
と、コンデンサＣ１，Ｃ２を直流正負母線間に接続する
スイッチ素子Ｓ１と、直列接続されたコンデンサＣ１，
Ｃ２の連結点と直流正負母線の正母線との間に直列に接
続されたスイッチ素子Ｓ２およびリアクトルＬ１と、直
流正負母線間に接続されたコンデンサＣ３とを備えてい
る。スイッチ素子Ｓ１の主たる機能は、ゼロ電圧動作
（以下、転流動作と称する）時に、平滑コンデンサＣ１
を、昇圧回路４とフルブリッジインバータ回路５とを連
結する直流正負母線の正母線から切離し、転流動作終了
後に再度接続することである。一方、スイッチ素子Ｓ２
の主たる機能は、上記転流動作の開始時および初期の期
間にリアクトルＬ１に共振動作に必要な電流を供給する
ことである。

【００５６】なお、昇圧回路４は、図２に示すように構
成することもできる。図２に示した昇圧回路４において
は、スイッチ素子Ｓ７およびダイオードＤ１に、それぞ
れ、並列にコンデンサＣ６，Ｃ７が接続されている。こ
のような構成を採用することにより、スイッチ素子Ｓ７
およびダイオードＤ１のオン状態からオフ状態への転移
時における単独のゼロ電圧スイッチングが可能となる。

【００５７】次に、図３は、昇圧回路４およびフルブリ
ッジインバータ回路５内のそれぞれのスイッチ素子のス
イッチング動作を示すタイミング図である。また、図４
は、図１に示した制御部９の詳細な構成を示すブロック
図である。

【００５８】以下に、図１〜図４を参照して、この発明
の第１の実施形態による系統連系インバータ装置２の動
作について説明する。

【００５９】図４を参照して、インバータ出力電流検出
回路１０は、フルブリッジインバータ回路５の出力電流
を検出し、制御部９の電流指令信号生成部１１に与え
る。電流指令信号生成部１１は、与えられた電流値を基
にＰＷＭの電流指令信号Ｉｒｅｆを生成し（図３
（ａ））、このＩｒｅｆと、キャリア信号生成部１２か
ら出力されるキャリア信号Ｉｃｒとが比較器１３におい
て比較される。このキャリア信号Ｉｃｒは、図３（ａ）
に示すような鋸波である。

【００６０】一方、系統電圧検出回路１４は、商用電力
系統３の電圧を検出し、制御部９の比較器１５の一方入
力に与える。比較器１５の他方入力には０Ｖが印加さ
れ、比較器１５は入力された電圧値を０Ｖと比較し、こ
れにより商用交流電力系統のゼロクロスが検出される。

【００６１】インバータドライブ信号生成部１６は、比
較器１５のゼロクロス検出出力を基に、商用交流電力系
統ＡＣの半周期ごとに、アームＡ２のスイッチ素子Ｓ
５，Ｓ６のオン・オフを交互に切換えるドライブ信号
（図３（ｄ），（ｅ））を生成し、アームＡ２のスイッ
チ素子Ｓ５，Ｓ６に与える。インバータドライブ信号生
成部１６は、比較器１３および１５の出力を基に、キャ
リア信号周波数で互いに逆位相でスイッチングするＰＷ
Ｍ信号（図３（ｂ），（ｃ））を生成し、アームＡ１の
スイッチ素子Ｓ３，Ｓ４に与える。

【００６２】このとき、図３（ａ）に示すように、キャ
リア信号Ｉｃｒの周波数を、電流指令信号Ｉｒｅｆの周
波数の整数倍に設定しておけば、アームＡ２のスイッチ
ング動作をアームＡ１のスイッチング動作に同期させる
ことが可能である。たとえば、ＰＷＭキャリア信号Ｉｃ
ｒを２０ｋＨｚ、電流指令信号Ｉｒｅｆを５０Ｈｚに設
定してもよい。

【００６３】昇圧回路出力電圧・電流検出回路１７は、
昇圧回路４の出力電圧・電流を検出し、制御部９の昇圧
比指令信号生成部１８に与える。昇圧比指令信号生成部
１８は、与えられた電圧・電流値を基に昇圧比指令信号
Ｉｃｈを生成し、図３（ｇ）に示すように、このＩｃｈ
と、キャリア信号Ｉｃｒとが比較器１９において比較さ
れる。インバータドライブ信号生成部１６は、比較器１
９の出力を基に、アームＡ１のスイッチ素子のオン時刻
と同期してキャリア信号周波数でスイッチングするＰＷ
Ｍ信号（図３（ｆ））を生成し、昇圧回路４内のスイッ
チ素子Ｓ７に与える。

【００６４】また、ゼロ電圧スイッチング回路６は、図
５に示すように構成することもできる。すなわち、図１
および図２のゼロ電圧スイッチング回路６に設けられて
いたコンデンサＣ３を省略し、代わりにフルブリッジイ
ンバータ回路５を構成するアームＡ１のスイッチ素子Ｓ
３，Ｓ４に、それぞれ、並列にコンデンサＣ４，Ｃ５を
接続する。この図５の構成において、スイッチ素子Ｓ３
がオンでスイッチ素子Ｓ４がオフのときにはコンデンサ
Ｃ５がリアクトルＬ１との共振に利用され、スイッチ素
子Ｓ３がオフでスイッチ素子Ｓ４がオンのときにはコン
デンサＣ４がリアクトルＬ１との共振に利用されること
となり、結果としてもたらされる共振動作は、図１およ
び図２の系統連系インバータ装置の場合と同じである。

【００６５】次に、図６は、図５に示した系統連系イン
バータ装置２のフルブリッジインバータ回路５を等価イ
ンバータ回路２１で置き換えた、系統連系インバータ装
置のシステム図である。

【００６６】この図６のシステム図を参照して、この発
明の第１の実施の形態による系統連系インバータ装置の
ソフトスイッチング動作について説明する。

【００６７】図６において、図５のフルブリッジインバ
ータ回路５のすべてのスイッチ素子をＳ３′で代表し、
フルブリッジインバータ回路５の共振コンデンサＣ４，
Ｃ５をＣ３′で代表し、フルブリッジインバータ回路５
を負荷電流ＩＬが流れていることを電流源２２で表わし
ている。また、等価インバータ回路２１におけるスイッ
チ素子Ｓ３′、ゼロ電圧スイッチング回路６におけるス
イッチ素子Ｓ１，Ｓ２に、それぞれ逆並列接続されるダ
イオードは、Ｄｓ，Ｄｓ１，Ｄｓ２で表わしている。ゼ
ロ電圧スイッチング回路６において、リアクトルＬ１の
電流は、図６に示した矢印の方向を正方向とする。

【００６８】まず、図６の等価インバータ回路２１と、
図５に示した実際のフルブリッジインバータ回路５と
の、スイッチング状態の対応関係について説明する。た
とえば、等価インバータ回路２１においてスイッチ素子
Ｓ３′がオフのときは、実際のフルブリッジインバータ
回路５ではスイッチ素子Ｓ３およびＳ６がオンでＳ４お
よびＳ５がオフの場合、またはスイッチ素子Ｓ３および
Ｓ６がオフでＳ４およびＳ５がオンの場合の２種類に対
応する。また、等価インバータ回路２１においてスイッ
チ素子Ｓ３′がオンのときは、実際のフルブリッジイン
バータ回路５ではスイッチ素子Ｓ４およびＳ６がオンで
Ｓ３およびＳ５がオフの場合、またはスイッチ素子Ｓ４
およびＳ６がオフでＳ３およびＳ５がオンの場合の２種
類に対応する。

【００６９】図７は、転流動作時における図６の系統連
系インバータ装置を構成するそれぞれのスイッチ素子Ｓ
１，Ｓ３，Ｓ３′，Ｓ７における信号波形と、リアクト
ルＬ１における電流波形と、直流正負母線間電圧Ｖｌｉ
ｎｋ（以下、直流リンク電圧と称する）波形とを示して
いる。

【００７０】転流動作は各素子の導通状態によって移り
変わり、後述するように１１のモードから成り立ってい
る。図８は、これら１１のモードのそれぞれにおける転
流動作を、等価インバータ回路２１を用いて説明する図
である。

【００７１】各モードを示す図の表記方法について以下
に説明する。たとえばモード５における動作を示す図を
参照すると、Ｄｓ２＝ｏｎ〜Ｄｓ＝ｏｆｆ，Ｓ３′＝ｏ
ｎという表記は、ダイオードＤｓ２のオンで当該モード
期間が始まり、ダイオードＤｓのオフおよびスイッチ素
子Ｓ３′のオンで当該モード期間が終わることを示して
いる。

【００７２】ここで、スイッチ素子Ｓ３′＝ｏｎとは、
スイッチ素子Ｓ３′を通じて実際に電流が流れているこ
とを示しているため、図７に示したスイッチ素子のター
ンオンおよびターンオフのタイミングと一致していると
は限らない。このことは、必ずしもスイッチ素子がター
ンオンした時点ですぐにそのスイッチ素子に電流が流れ
始めるとは限らないことに起因している。これらの要因
に鑑み、図７のタイミング図においては、実際のスイッ
チのオン・オフのタイミングを示し、図８においては、
それぞれの素子に実際の電流が流れる経路（実線）と流
れない経路（破線）とを区別して示すこととする。

【００７３】以下に、１１のモードのそれぞれにおける
系統連系インバータ装置の動作状態について、図７のタ
イミング図および図８の回路状態図を参照して説明す
る。

【００７４】（１） モード１の動作状態 図８を参照して、モード１では、昇圧回路４のスイッチ
素子Ｓ７がオフでゼロ電圧スイッチング回路６のスイッ
チ素子Ｓ１がオンしており、直流リンク電圧Ｖｌｉｎｋ
は平均的にはある一定値Ｅｄに保たれる。この結果、直
列接続された平滑コンデンサＣ１およびＣ２はＥｄ／２
ずつに分割されて充電されているものとする。また、負
荷電流は、一定電流ＩＬであり、太陽電池１から昇圧回
路４と等価インバータ回路２１とを通り循環しているも
のとする。

【００７５】（２） モード２の動作状態 ゼロ電圧スイッチング回路６のスイッチ素子Ｓ２がオン
してモード２の段階に入ると、平滑コンデンサ電圧Ｅｄ
／２がリアクトルＬ１にかかり、リアクトルＬ１電流を
直線的に増加させる。図７を参照して、リアクトルＬ１
電流が、負荷電流ＩＬよりも大きなある一定値Ｉｒ１
（Ｉｒ１＜ＩＬ）に達すると、図示しない制御部９はゼ
ロ電圧スイッチング回路６のスイッチ素子Ｓ１をオフす
る（モード２終了）。

【００７６】（３） モード３の動作状態 スイッチ素子Ｓ１がオフしてモード３の段階に入ると、
共振コンデンサＣ３′と共振リアクトルＬ１との作用に
より、図７に示すように、直流リンク電圧Ｖｌｉｎｋが
減少し、ゼロ電圧まで低下する。ゼロ電圧に達するとス
イッチ素子Ｓ３′の逆並列ダイオードＤｓが導通する
（モード３終了）。

【００７７】（４） モード４の動作状態 逆並列ダイオードＤｓが導通してモード４の段階に入る
と、直流リンク電圧Ｖｌｉｎｋがゼロのため太陽電池１
で発生する直流電圧は昇圧回路４のリアクトルＬ２に印
加され、電流を増加させる。一方、リアクトルＬ１の電
流は、等価インバータ２１の逆並列ダイオードＤｓの導
通により短絡状態となるため、さらに減少してゼロに到
達する（モード４終了）。この逆並列ダイオードＤｓが
導通している期間中に、昇圧回路４のスイッチ素子Ｓ７
と等価インバータ回路２１のスイッチ素子Ｓ３′をオン
しておく（ゼロ電圧スイッチング）。昇圧回路４のリア
クトルＬ２電流は、この後スイッチ素子Ｓ７をオフする
まで直線的に増加し続ける。

【００７８】（５） モード５の動作状態 リアクトルＬ１の電流はゼロになった後反転し、これに
よってゼロスイッチング回路６のスイッチ素子Ｓ２の逆
並列ダイオードＤｓ２が導通してモード５の段階に入
る。リアクトルＬ１の電流はモード４における減少を引
き継いで、これまでとは逆方向に増加して負荷電流ＩＬ
と等しくなる（モード５終了）。逆並列ダイオードＤｓ
２が導通している間に、スイッチ素子Ｓ２をオフしてお
く（ゼロ電流スイッチング）。

【００７９】（６） モード６の動作状態 リアクトルＬ１電流が負荷電流ＩＬより大きくなると等
価インバータ回路２１のスイッチ素子Ｓ３′を通じて流
れるため、ダイオードＤｓはオフし、モード６の段階に
入る。リアクトルＬ１の電流はさらに増加し、ある一定
値Ｉｒ２（Ｉｒ２＞ＩＬ）に達すると、スイッチ素子Ｓ
３′をオフする（モード６終了）。このとき、直流リン
ク電圧Ｖｌｉｎｋはゼロなので、スイッチ素子Ｓ３′の
オフはゼロ電圧スイッチングとして行なわれる。

【００８０】（７） モード７の動作状態 等価インバータ回路２１のスイッチ素子Ｓ３′をオフし
てモード７の段階に入ると、リアクトルＬ１の電流が共
振コンデンサＣ３′を充電することにより、直流リンク
電圧Ｖｌｉｎｋの上昇が始まる。直流リンク電圧Ｖｌｉ
ｎｋが平滑コンデンサＣ１およびＣ２の充電電圧の和の
電圧にまで達すると、ゼロ電圧スイッチング回路６のス
イッチ素子Ｓ１の逆並列ダイオードＤｓ１が導通する
（モード７終了）。ダイオードＤｓ１の導通により、直
流リンク電圧Ｖｌｉｎｋは平滑コンデンサＣ１およびＣ
２の充電電圧の和に保たれる。

【００８１】（８） モード８の動作状態 スイッチ素子Ｓ１の逆並列ダイオードＤｓ１が導通して
モード８の段階に入ると、リアクトルＬ１の電流はさら
に減少し、負荷電流ＩＬに等しくなると、逆並列ダイオ
ードＤｓ１には電流は流れなくなる（モード８終了）。
モード８において逆並列ダイオードＤｓ１が導通してい
る期間中に、ゼロ電圧スイッチング回路６におけるスイ
ッチ素子Ｓ１をゼロ電流スイッチングでオンしておく。

【００８２】（９） モード９の動作状態 リアクトルＬ１の電流が負荷電流ＩＬよりも小さくなる
とモード９の段階に入る。モード８において既にスイッ
チ素子Ｓ１がオンされているので、平滑コンデンサＣ１
およびＣ２からなる直列回路は引続いて直流正負母線間
に接続される。したがって、平滑コンデンサＣ１の放電
により、リアクトルＬ１の電流はゼロまで減少する。Ｌ
１電流がゼロになると、ゼロ電圧スイッチング回路６の
スイッチ素子Ｓ２の逆並列ダイオードＤｓ２には電流が
流れなくなる（モード９終了）。

【００８３】（１０） モード１０の動作状態 リアクトルＬ１の電流が０になるとモード１０の段階に
入る。ゼロ電圧スイッチング回路６のスイッチ素子Ｓ１
は既に導通しているので、平滑コンデンサＣ１およびＣ
２が負荷電流ＩＬを流し続けることになる。昇圧回路４
のスイッチ素子Ｓ７のオフによりモード１０は終了す
る。スイッチ素子Ｓ７の導通期間は、平滑コンデンサ電
圧の平均値が一定になるように制御されるので、それに
よってオフのタイミングが決定される。また、スイッチ
素子Ｓ７のオフ動作は並列コンデンサＣ６の作用により
ゼロ電圧スイッチングとして行なわれる。

【００８４】（１１） モード１１の動作状態 モード１１の段階では昇圧回路４のスイッチ素子Ｓ７は
オフしており、リアクトルＬ２を介して並列コンデンサ
Ｃ６が充電される。コンデンサＣ６の両端の電圧と直流
リンク電圧Ｖｌｉｎｋとが等しくなると、昇圧回路４の
ダイオードＤ１が導通し（モード１１終了）、モード１
へ戻る。

【００８５】上述のモード１からモード１１が転流回路
の一連の動作であり、昇圧回路４のスイッチ素子Ｓ７、
ゼロ電圧スイッチング回路６のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ
２、および等価ダイオード回路２１のスイッチ素子Ｓ
３′のオン・オフは制御部９からの制御信号によって制
御され、これによりゼロ電圧またはゼロ電流のソフトス
イッチングが達成されている。上述の一連の動作の途中
で、モード４，５および６においては直流リンク電圧Ｖ
ｌｉｎｋがゼロとなっているため、これらのモードの期
間中に等価インバータ回路２１において必要なスイッチ
素子のオン・オフと、昇圧回路４のスイッチのオンとを
行なえば、システムのゼロ電圧スイッチングを達成する
ことができる。

【００８６】図３のタイミング図に戻って、図３（ｈ）
は、図２に示した実際の系統連系インバータ２における
ＰＷＭ動作と直流リンク電圧Ｖｌｉｎｋ波形との対応を
示している。ここで、電圧Ｅｄは、平滑コンデンサＣ１
およびＣ２の充電電圧の和である。図２に関連して先に
説明したように、昇圧回路４に含まれるスイッチ素子の
ターンオフは、ゼロ電圧スイッチング回路６に助けられ
ることなく、単独でゼロ電圧スイッチングで行なうこと
ができるので、そのターンオンだけをフルブリッジイン
バータ回路５のスイッチング動作と同時に行なう。

【００８７】フルブリッジインバータ回路５のアームＡ
２のスイッチ素子Ｓ６がオンの期間中はアームＡ１のス
イッチ素子Ｓ３をオンする前に、またアームＡ２のスイ
ッチ素子Ｓ５がオンの期間中はアームＡ１のスイッチ素
子Ｓ３をオフ（すなわちＳ４をオン）する前に、ゼロ電
圧スイッチング回路６を動作させるようにすれば、ＰＷ
Ｍキャリア信号Ｉｃｒの周期ごとに１回だけ共振回路を
動作させることにより、系統連系インバータ装置２全体
のソフトスイッチング動作を実現することができる。

【００８８】ところで、図３のタイミング図は、フルブ
リッジインバータ回路５の出力電圧ＶＬと負荷電流ＩＬ
との位相差がゼロ、すなわち力率が１の場合のＰＷＭス
イッチングタイミングを示しているが、負荷電流ＩＬの
位相が遅れている場合、すなわち力率が１以下の場合に
は、ＰＷＭパルスの生成方法は若干変化する。図９は、
そのような場合におけるそれぞれのスイッチ素子のスイ
ッチングタイミングを示すタイミング図である。図３の
タイミング図と比較して、図９のタイミング図が異なる
点は、図９に示したＸおよびＸ′の期間、すなわち出力
電圧ＶＬおよび負荷電流ＩＬの正負が異なっている区間
のＰＷＭキャリア信号Ｉｃｒ′波形のみである。このＸ
およびＸ′の期間中にのみ、ＰＷＭキャリア信号Ｉｃ
ｒ′の符号を反転させて、逆の鋸波とする。

【００８９】図１０は、図９の期間Ｘにおけるフルブリ
ッジインバータ回路５の動作状態を示す図である。図１
０の（ａ）においては、負荷電流ＩＬは負の電流で図中
矢印の方向に流れているため、スイッチ素子Ｓ４のター
ンオン直前に直流リンク電圧Ｖｌｉｎｋを０にしなけれ
ば、スイッチ素子Ｓ４のゼロ電圧スイッチングを実行す
ることができない（図９の期間Ｘ）。

【００９０】一方、図１０の（ｂ）では、負荷電流ＩＬ
は正の電流で、図中矢印の向きに並んでいるため、スイ
ッチ素子Ｓ３のターンオン直前に直流リンク電圧Ｖｌｉ
ｎｋを０にしなければ、スイッチ素子Ｓ３のゼロ電圧ス
イッチングを実行することができない（図９の期間
Ｘ′）。

【００９１】図１０（ａ）に示したようにＰＷＭパルス
の生成を行なうことにより、出力電圧ＶＬと負荷電流Ｉ
Ｌとの間で正負の符号が異なる場合にも、フルブリッジ
インバータ回路５の全スイッチ素子のゼロ電圧スイッチ
ングを実現している。図９に示したＰＷＭ方式において
出力電圧ＶＬと負荷電流ＩＬとの位相差をゼロにした場
合が、図３に示したＰＷＭ方式に相当し、図３のＰＷＭ
と図９のＰＷＭとは、図４の制御部９においてＰＷＭキ
ャリア信号Ｉｃｒの波形を変化させるだけでともに実現
することが可能である。

【００９２】上述の第１の実施の形態による系統連系イ
ンバータ２は、単相２線式の商用交流電力系統と連系す
るシステムであるが、この発明は単相３線式の電力系統
と連系する場合についても適用することができる。図１
１は、このような単相３線式の商用電力系統と連系する
第２の実施形態の系統連系インバータ装置の構成を示す
回路図である。

【００９３】図２に示す実施の形態の単相２線式の系統
連系インバータ装置２と比較して異なる点は、図１１の
系統連系インバータ装置において、商用電力系統３の中
性線２０が平滑コンデンサＣ１およびＣ２の接続点、な
らびに太陽電池１の正極に接続されていることと、フィ
ルタ回路７が中性線２０に対して正負対称の形に配置さ
れていることと、インバータ回路５のアームＡ２のスイ
ッチ素子Ｓ５，Ｓ６のそれぞれに並列にコンデンサＣ
８，Ｃ９が追加されていることである。

【００９４】このような図１１に示す構成により、太陽
電池の正極電位と、平滑コンデンサの中点電位とは、電
力系統の中性線電位すなわちアース電位に固定されるこ
とになる。この図１１の実施の形態による単相３線式系
統連系インバータ装置のソフトスイッチング動作は、図
８に示した第１の実施形態の単相２線式系統連系インバ
ータ装置の動作モードと同じであり、昇圧回路４のスイ
ッチ素子Ｓ７がオンするときのみ、すなわちＰＷＭキャ
リア信号Ｉｃｒの周期ごとに１回だけゼロ電圧スイッチ
ング回路６を動作させれば、系統連系インバータ装置内
のすべてのスイッチ素子のソフトスイッチング動作を実
現することができる。

【００９５】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００９６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、昇圧
手段およびインバータ手段のスイッチング時の一瞬だ
け、ゼロ電圧スイッチング手段によって共振回路を形成
して直流正負母線間電圧をゼロにすることにより、系統
連系インバータ装置内のすべてのスイッチ素子をゼロ電
圧でソフトスイッチングすることが可能となり、スイッ
チングノイズおよびスイッチング損失の軽減を図ること
ができる。

【００９７】さらにこの発明によれば、昇圧電圧を平滑
化するための平滑化コンデンサを共振回路の構成要素と
して兼用することにより、部品点数の増加を抑制するこ
とができる。

【００９８】さらにこの発明によれば、昇圧手段内のス
イッチ素子にそれぞれコンデンサが並列に接続されてい
るため、これらの素子のターンオフ時は常に単独でゼロ
電圧スイッチングとなり、したがって昇圧手段のスイッ
チング動作周期ごとにターンオン時の１回だけ共振回路
を動作させればよく、共振回路の動作回数を低減するこ
とができる。

【００９９】さらにこの発明によれば、昇圧手段および
インバータ手段のスイッチ素子を制御するＰＷＭパルス
は共通のＰＷＭキャリア信号に基づいて生成されるた
め、すべてのスイッチ素子のゼロ電圧スイッチングのタ
イミングを揃えることができ、共振回路の動作回数を軽
減することができる。

【０１００】さらにこの発明によれば、インバータ手段
の第２のアームのスイッチ素子は連系する商用周波数で
動作し、インバータ手段の出力電圧のゼロクロス点での
みスイッチングするため、第２のアームのスイッチ素子
に関しては独立してソフトスイッチングを行なうことが
できる。

【０１０１】さらにこの発明によれば、単相３線式電力
系統と連系する系統連系インバータ装置においても同様
にすべてのスイッチ素子のソフトスイッチングが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１の実施の形態による系統連系
インバータ装置を示す回路図である。

【図２】 図１に示した実施の形態による系統連系イン
バータ装置の変形例を示す回路図である。

【図３】 この発明の第１の実施の形態による系統連系
インバータ装置のスイッチング動作を示すタイミング図
である。

【図４】 図１および図２に示した制御部の構成を示す
ブロック図である。

【図５】 図１に示した第１の実施の形態による系統連
系インバータ装置のさらなる変形例を示す回路図であ
る。

【図６】 図５に示した系統連系インバータ装置のイン
バータ回路を等価インバータ回路で置き換えた回路図で
ある。

【図７】 図６に示した系統連系インバータ装置のソフ
トスイッチング動作を示すタイミング図である。

【図８】 図６に示した系統連系インバータ装置のモー
ド１〜１１の動作状態を示す回路図である。

【図９】 力率が１以下の場合のこの発明の実施の形態
による系統連系インバータ装置のソフトスイッチング動
作を説明するタイミング図である。

【図１０】 力率が１以下の場合のこの発明の実施の形
態による系統連系インバータ装置の動作状態を説明する
回路図である。

【図１１】 この発明の第２の実施の形態による系統連
系インバータ装置を示す回路図である。

【図１２】 従来の高周波絶縁方式による系統連系イン
バータ装置の回路図である。

【図１３】 従来のトランスレス方式の系統連系インバ
ータ装置の回路図である。

【図１４】 従来のソフトスイッチング技術を採用した
トランスレス方式の系統連系インバータ装置の回路図で
ある。

【符号の説明】

１ 太陽電池、２ 系統連系インバータ装置、３ 商用
交流電力系統、４ 昇圧回路、５ フルブリッジインバ
ータ回路、６ ゼロ電圧スイッチング回路、７フィルタ
回路、８ 連系リレー、９ 制御部、１０ インバータ
出力電流検出回路、１１ 電流指令信号生成部、１２
キャリア信号生成部、１３，１５，１９ 比較器、１４
系統電圧検出回路、１６ インバータドライブ信号生
成部、１７ 昇圧回路出力電圧・電流検出回路、１８
昇圧比指令信号生成部、２０中性線、２１ 等価インバ
ータ回路。

フロントページの続き (72)発明者 谷口 勝則 奈良県北葛城郡上牧町桜ヶ丘３丁目28番地 の６ Ｆターム(参考） 5H007 AA01 AA03 BB07 CA01 CB04 CB05 CB22 CC07 CC12 DA03 DA05 DA06 DB01 DB05 DC02 DC04 DC05 EA03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統連系インバータ装置であって、 直流電圧を供給する直流電源と、 前記直流電源によって供給される前記直流電圧をスイッ
   チング動作によって昇圧する昇圧手段と、 前記昇圧手段によって昇圧された直流電圧をスイッチン
   グ動作によって交流電圧に変換するインバータ手段と、 前記インバータ手段から出力される交流電圧を、連系す
   る電力系統に接続する連系手段と、 前記昇圧手段と前記インバータ手段とを連結する直流正
   負母線間に接続されたゼロ電圧スイッチング手段と、 前記昇圧手段および前記インバータ手段のスイッチング
   動作時に、前記昇圧手段および前記インバータ手段にお
   いてスイッチングを行なうすべての素子をゼロ電圧でス
   イッチングさせるように、前記ゼロ電圧スイッチング手
   段内に共振回路を形成して前記直流正負母線間の電圧を
   ゼロにする制御手段とを備えた、系統連系インバータ装
   置。
2. 【請求項２】 前記ゼロ電圧スイッチング手段は、 互いに直列接続された第１および第２のコンデンサを含
   み、前記第２のコンデンサは前記直流正負母線の負母線
   に接続され、 前記昇圧手段によって昇圧された直流電圧を前記第１お
   よび第２のコンデンサによって平滑化するように、前記
   第１のコンデンサを前記直流正負母線の正母線に接続す
   る第１のスイッチ素子と、 前記第１および第２のコンデンサの連結点と、前記直流
   正負母線の正母線との間に直列接続された第２のスイッ
   チ素子および第１のリアクトルと、 前記直流正負母線間に接続された第３のコンデンサとを
   さらに含み、 前記制御手段は、前記第２のコンデンサから、前記第３
   のコンデンサ、前記第１のリアクトル、および前記第２
   のスイッチ素子を通って前記第２のコンデンサに帰還す
   るループによって前記共振回路を形成する、請求項１に
   記載の系統連系インバータ装置。
3. 【請求項３】 前記昇圧手段は昇圧チョッパ回路であ
   り、 前記昇圧チョッパ回路は、 前記直流正負母線の正母線に直列に挿入された第２のリ
   アクトルおよびダイオードと、 前記第２のリアクトルおよび前記ダイオードの連結点
   と、前記直流正負母線の負母線との間に接続された第３
   のスイッチ素子と、 前記ダイオードに並列に接続された第４のコンデンサ
   と、 前記第３のスイッチ素子に並列に接続された第５のコン
   デンサとを含む、請求項１または２に記載の系統連系イ
   ンバータ装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、 共通のパルス幅変調（ＰＷＭ）キャリア信号に基づい
   て、前記昇圧手段および前記インバータ手段を駆動する
   ＰＷＭパルスを発生する手段を含み、 前記昇圧手段および前記インバータ手段においてスイッ
   チングを行なうすべての素子は、前記ＰＷＭパルスによ
   ってオン・オフ制御される、請求項１から３のいずれか
   に記載の系統連系インバータ装置。
5. 【請求項５】 前記インバータ手段はフルブリッジイン
   バータ回路であり、 前記フルブリッジインバータ回路は、 前記ゼロ電圧スイッチング手段側で、前記直流正負母線
   間に直列に接続された第４および第５のスイッチ素子を
   含む第１のアームと、 前記連系手段側で、前記直流正負母線間に直列に接続さ
   れた第６および第７のスイッチ素子を含む第２のアーム
   とを含み、 前記制御手段は、前記第２のアームの前記第６および第
   ７のスイッチ素子を、前記連系する電力系統と同じ周波
   数で互いに逆位相でスイッチングし、かつ前記第１のア
   ームの前記第４および第５のスイッチ素子を、前記連系
   する電力系統の周波数よりも高い前記ＰＷＭキャリア信
   号周波数で互いに逆位相でスイッチングする、請求項４
   に記載の系統連系インバータ装置。
6. 【請求項６】 系統連系インバータ装置であって、 直流電圧を供給する直流電源と、 前記直流電源によって供給される前記直流電圧をスイッ
   チング動作によって昇圧する昇圧手段と、 前記昇圧手段によって昇圧された直流電圧をスイッチン
   グ動作によって交流電圧に変換するインバータ手段と、 前記インバータ手段から出力される交流電圧を、連系す
   る電力系統に接続する連系手段と、 前記昇圧手段と前記インバータ手段とを連結する直流正
   負母線間に接続されたゼロ電圧スイッチング手段と、 前記昇圧手段および前記インバータ手段のスイッチング
   動作時に、前記昇圧手段および前記インバータ手段にお
   いてスイッチングを行なうすべての素子をゼロ電圧でス
   イッチングさせるように、前記ゼロ電圧スイッチング手
   段および前記インバータ手段内に共振回路を形成して前
   記直流正負母線間の電圧をゼロにする制御手段とを備え
   た、系統連系インバータ装置。
7. 【請求項７】 前記ゼロ電圧スイッチング手段は、 互いに直列接続された第１および第２のコンデンサを含
   み、前記第２のコンデンサは前記直流正負母線の負母線
   に接続され、 前記昇圧手段によって昇圧された直流電圧を前記第１お
   よび第２のコンデンサによって平滑化するように、前記
   第１のコンデンサを前記直流正負母線の正母線に接続す
   る第１のスイッチ素子と、 前記第１および第２のコンデンサの連結点と、前記直流
   正負母線の正母線との間に直列接続された第２のスイッ
   チ素子および第１のリアクトルとをさらに含み、 前記インバータ手段はフルブリッジインバータ回路であ
   り、 前記フルブリッジインバータ回路は、 前記ゼロ電圧スイッチング手段側で、前記直流正負母線
   間に直列に接続された第３および第４のスイッチ素子を
   含む第１のアームと、 前記連系手段側で、前記直流正負母線間に直列に接続さ
   れた第５および第６のスイッチ素子を含む第２のアーム
   と、 前記第３および第４のスイッチ素子にそれぞれ並列に接
   続された第３および第４のコンデンサとを含み、 前記制御手段は、前記第３および第４のスイッチ素子を
   互いに逆位相でスイッチングし、前記第２のコンデンサ
   から、前記第４のスイッチ素子、前記第３のコンデン
   サ、前記第１のリアクトル、および前記第２のスイッチ
   素子を通って前記第２のコンデンサに帰還するループ、
   または前記第２のコンデンサから、前記第４のコンデン
   サ、前記第３のスイッチ素子、前記第１のリアクトル、
   および前記第２のスイッチ素子を通って前記第２のコン
   デンサに帰還するループによって前記共振回路を形成す
   る、請求項６に記載の系統連結インバータ装置。
8. 【請求項８】 前記昇圧手段は昇圧チョッパ回路であ
   り、 前記昇圧チョッパ回路は、 前記直流正負母線の正母線に直列に挿入された第２のリ
   アクトルおよびダイオードと、 前記第２のリアクトルおよび前記ダイオードの連結点
   と、前記直流正負母線の負母線との間に接続された第７
   のスイッチ素子と、 前記ダイオードに並列に接続された第５のコンデンサ
   と、 前記第７のスイッチ素子に並列に接続された第６のコン
   デンサとを含む、請求項６または７に記載に系統連結イ
   ンバータ装置。
9. 【請求項９】 前記制御手段は、 共通のＰＷＭキャリア信号に基づいて、前記昇圧手段お
   よび前記インバータ手段を駆動するＰＷＭパルスを発生
   する手段を含み、 前記昇圧手段および前記インバータ手段においてスイッ
   チングを行なうすべての素子は、前記ＰＷＭパルスによ
   ってオン・オフ制御される、請求項６から８のいずれか
   に記載の系統連系インバータ装置。
10. 【請求項１０】 前記制御手段は、前記第２のアームの
    前記第５および第６のスイッチ素子を、前記連系する電
    力系統と同じ周波数で互いに逆位相でスイッチングし、
    かつ前記第１のアームの前記第３および第４のスイッチ
    素子を、前記連系する電力系統の周波数よりも高い前記
    ＰＷＭキャリア信号周波数で互いに逆位相でスイッチン
    グする、請求項９に記載の系統連系インバータ装置。
11. 【請求項１１】 系統連系インバータ装置であって、 直流電圧を供給する直流電源と、 前記直流電源によって供給される前記直流電圧をスイッ
    チング動作によって昇圧する昇圧手段と、 前記昇圧手段によって昇圧された直流電圧をスイッチン
    グ動作によって交流電圧に変換するインバータ手段と、 前記インバータ手段から出力される交流電圧を、連系す
    る単相３線式電力系統に接続する連系手段と、 前記昇圧手段と前記インバータ手段とを連結する直流正
    負母線間に接続されかつ前記単相３線式電力系統の中性
    線に接続されたゼロ電圧スイッチング手段とを備え、 前記ゼロ電圧スイッチング手段は、 互いに直列接続された第１および第２のコンデンサを含
    み、前記第２のコンデンサは前記直流正負母線の負母線
    に接続され、 前記昇圧手段によって昇圧された直流電圧を前記第１お
    よび第２のコンデンサによって平滑化するように、前記
    第１のコンデンサを前記直流正負母線の正母線に接続す
    る第１のスイッチ素子をさらに含み、 前記中性線は、前記直流電源の正極側と、前記第１およ
    び第２のコンデンサの連結点とに接続され、 前記昇圧手段および前記インバータ手段のスイッチング
    動作時に、前記昇圧手段および前記インバータ手段にお
    いてスイッチングを行なうすべての素子をゼロ電圧でス
    イッチングさせるように、前記ゼロ電圧スイッチング手
    段および前記インバータ手段内に共振回路を形成して前
    記直流正負母線間の電圧をゼロにする制御手段をさらに
    備えた、系統連系インバータ装置。