JP2002017091A - 交流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の構成では、リアクトル２２とコンデン
サ２１の共振現象により、コンデンサ２２の電圧は当初
の電圧を上回る電圧となり、その電圧が大きければ結果
的に過電圧検出が働き、すぐには自立運転を開始でき
ず、さらに最悪の場合はこの現象を繰返して自立運転を
開始できないことがある。 【解決手段】 交流発生手段の出力を第１の端子から第
２の端子に切替える際に、前記交流発生手段を停止し、
第１の開閉手段を開き前記交流発生手段を一定時間運転
した後再び停止し、その後前記交流発生手段の出力電圧
を第２の端子の定格電圧にする順序で操作を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つ以上の出力端
子を切替えて使用する交流電源装置に係り、特に系統連
系運転出力と自立運転出力を切替える住宅用太陽光発電
システム等の分散型交流電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽光発電システムや燃料電池発電シス
テムのような分散型電源では、システムの運用方法は主
に２種類ある。１つは、発電した電力を電力系統に連系
して電力系統に接続された負荷に電力を供給したり、電
力を電力会社へ売電する系統連系運転で、もう１つは、
電力系統には連系せず直接負荷に接続して電力を供給す
る独立運転である。

【０００３】多くのシステムが、連系運転用の出力端子
と自立運転用の出力端子の両方を持ち、通常時は系統連
系運転を行ない停電時は自立運転と呼ばれる独立運転に
切替えられるようになっている。

【０００４】連系運転と自立運転を切替えるシステムに
おいて、連系運転の電圧と自立運転の電圧が異なること
がある。例えば、住宅用の太陽光発電システムでは連系
運転ではＡＣ２ＯＯＶ、自立運転は１００Ｖという具合
である。

【０００５】以下、図９に従来の出力端子を切替えて使
用する交流電源装置の構成を示し、住宅用太陽光発電シ
ステムを例に説明する。

【０００６】装置は、太陽電池の電源９が発電した電力
をインバータ１で一定周波数、一定電圧の交流に変換す
る。インバータ１の出力は、高調波フィルタ２に接続す
る。これはインバータが発生する高周波ノイズを電力系
統や負荷に流出させないためである。高調波フィルタ２
は、交流のライン間に接続するコンデンサ２１やリアク
トル２２等で構成される。

【０００７】高調波フィルタ２の出力は、連系運転のた
めの出力端子と、自立運転のための出力端子４１の両方
に接続する。両端子のいずれに出力するかは、開閉リレ
ー３２、４２によって切替える。

【０００８】出力端子３１はＡＣ２００Ｖの電力系統３
３が接続され、出力端子４１はＡＣ１００Ｖ用の出力コ
ンセント４３が接続されている。

【０００９】ＡＣ２００Ｖの連系運転（出力端子３１）
からＡＣ１００Ｖの自立運転（出力端子４１）に切替え
る場合は次の手順で行なう。初期状態として連系運転を
行なっているときは、インバータ１はＡＣ２００Ｖ出力
で運転中、開閉リレー３２は閉状態、開閉リレー４２は
開状態である。

【００１０】まずインバータ１を停止し、次に開閉リレ
ー３２を開いて出力端子３１を切り離す。続いて開閉リ
レー４２を閉じ、切り離していた出力端子４１をインバ
ータ１、高調波フィルタ２に接続する。最後にインバー
タ１をＡＣ１００Ｖで運転する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記の手順のうち、開
閉リレー３２が閉じている間は、コンデンサ２１には出
力端子３１に接続した電力系統３３の電圧ＡＣ２００Ｖ
が印加される。連系運転から開閉リレー３２を開いたと
き、コンデンサ２１には電荷が残り、最大でＡＣ２００
Ｖの振幅である約２８３Ｖ（ピーク値）の電圧が維持さ
れる。

【００１２】このとき、前述した手順で開閉リレー４２
を閉じると、出力端子４１に最大約２８３Ｖ（ピーク
値）の電圧が現れる．ＡＣ１００Ｖに対し２８３Ｖは過
大な電圧であるため、過電圧に対する保護回路を設けて
いる場合はこれが働き、すぐには自立運転を開始でき
ず、コンデンサ２１の自然放電を待つ必要があった。あ
るいはコンデンサ２１に残留した電圧が過電圧保護を下
回る電圧であってもやはり過電圧検出が働く場合があ
る。この場合の現象を第１０図に示す。

【００１３】いま、開閉リレー３２を開いてインバータ
１を停止した状態でコンデンサ２１には−２００Ｖが残
留しているものとする。インバータ１を運転開始し、ス
イッチング素子１Ｕとスイッチング素子１Ｙをオンにす
ると、コンデンサ１１、スイッチング素子１Ｕ、リアク
トル２２、コンデンサ２１、スイッチング素子１Ｙとい
う閉ループが構成され、リアクトル２２とコンデンサ２
１の共振現象により、コンデンサ２２の電圧は当初の電
圧を上回る電圧（極性は逆）となり、その電圧が大きけ
れば結果的に過電圧検出が働く。この場合もすぐには自
立運転を開始できず、さらに最悪の場合はこの現象を繰
返して自立運転を開始できないことがある。

【００１４】そこで、本発明は、コンデンサ２１を持つ
高調波フィルタ２を含む交流電源装置において、異なる
定格電圧を持つ連系運転から自立運転への切替えを行な
うときに、コンデンサの自然放電を待ったり過電圧を検
出して待機してしまうことなくスムーズに切替える装置
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、請求項１については、インバータで構成
される交流発生手段と、この交流発生手段の出力端子間
に接続されるコンデンサを有する高調波抑制手段と、こ
の高調波抑制手段に第１の開閉手段を介して接続する第
１の端子と、前記高調波抑制手段に第２の開閉手段を介
して接続する前記第１の端子とは異なる定格電圧の第２
の端子を持つ交流電源装置において、前記交流発生手段
の出力を第１の端子から第２の端子に切替える際に、前
記交流発生手段を停止し、第１の開閉手段を開き前記交
流発生手段を一定時間運転した後再び停止し、その後前
記交流発生手段の出力電圧を第２の端子の定格電圧にす
る順序で操作を行なうことを特徴とするものである。

【００１６】請求項２については、インバータで構成さ
れる交流発生手段と、この交流発生手段の出力端子間に
接続されるコンデンサを有する高調波抑制手段と、この
高調波抑制手段に第１の開閉手段を介して接続する第１
の端子と、前記高調波抑制手段に第２の開閉手段を介し
て接続する前記第１の端子とは異なる定格電圧の第２の
端子を持つ交流電源装置において、高調波抑制手段内の
コンデンサと並列に第３の開閉手段を持ち、前記交流発
生手段の出力を第１の端子から第２の端子に切替える際
に、前記交流発生手段を停止し、第１の開閉手段を開
き、第３の開閉手段を一定時間閉じた後再び開き、前記
交流発生手段の出力電圧を第２の端子の定格電圧にする
順序で操作を行なうことを特徴とするものである。

【００１７】請求項３については、高調波抑制手段内の
コンデンサの電圧を検出する手段を持ち、交流発生手段
を一定時間運転する時間を前記電圧検出手段による電圧
検出値に応じて変化させることを特徴とするものであ
る。

【００１８】請求項４については、 高調波抑制手段内
のコンデンサの電圧を検出する手段を持ち、第３の開閉
手段を閉じる時間を前記電圧検出手段による電圧検出値
に応じて変化させることを特徴とするものである。

【００１９】請求項５については、第１の開閉手段を開
き、前記交流発生手段の出力を第２の端子の定格電圧以
下にし、その後第２の開閉手段を閉じることを特徴とす
るものである。

【００２０】請求項６については、第１の開閉手段を開
くタイミングを変化させる手段と、そのタイミングを記
憶する記憶手段を持ち、前記高調波抑制手段内のコンデ
ンサの電圧が最小となるタイミングを前記記憶手段に記
憶して第１の開閉手段を開くタイミングを変化すること
を特徴とするものである。

【００２１】請求項７については、高調波抑制手段内の
コンデンサの電圧を検出する手段を持ち、前記コンデン
サの電圧が第２の端子の定格電圧以下の値で第１の開閉
手段を開くことを特徴とするものである。

【００２２】請求項８については、インバータで構成さ
れる交流発生手段と、この交流発生手段の出力端子間に
接続されるコンデンサを有する高調波抑制手段と、この
高調波抑制手段に第１の開閉手段を介して接続する第１
の端子と、前記高調波抑制手段に第２の開閉手段を介し
て接続する前記第１の端子とは異なる定格電圧の第２の
端子を持つ交流電源装置において、高調波抑制手段内の
コンデンサを解列する第４の開閉手段と、第２の端子と
並列に接続される第２のコンデンサを持ち、前記交流発
生手段の出力を第１の端子から第２の端子に切替える際
に、前記交流発生手段を停止し、第１の開閉手段を開
き、第４の開閉手段を開き、前記交流発生手段の出力電
圧を第２の端子の定格電圧にする順序で操作を行なうこ
とを特徴とするものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例を図
１及び図２を参照して説明する。

【００２４】図１において、交流電源装置は、太陽電池
９、交流発生手段たるインバータ１、コンデンサ２１と
リアクトル２２を持つ高調波抑制手段たる高調波フィル
タ２、第１の開閉手段たる開閉リレー３２を介して高調
波フィルタ２に接続する第１の端子たる連系運転用の出
力端子３１、第２の開閉手段たる開閉リレー４２を介し
て高調波フィルタ２に接続する第２の端子たる自立運転
用の出力端子４１、そしてインバータ１、開閉リレー３
２、開閉リレー４２を制御する制御回路５からなる。

【００２５】インバータ１は、コンデンサ１１と、４つ
のスイッチング素子１Ｕ、１Ｖ、１Ｙ、１Ｘと、各スイ
ッチング素子に並列逆向きに接続されたダイオード１Ｄ
Ｕ、１ＤＶ、１ＤＹ、１ＤＸとで構成される電圧型単相
フルブリッジインバータ回路である。

【００２６】出力端子３１と出力端子４１は高調波フィ
ルタ２に並列に接続する。連系運転用の出力端子３１は
ＡＣ２００Ｖの電力系統３３が接続され、自立運転用の
出力端子４１はＡＣ１００Ｖの出力コンセント４３が接
続されている。

【００２７】図２は動作のタイミングチャートである。
制御回路５は出力端子切替指令５１に従って、インバー
タ駆動回路５３によりインバータ１を、リレー駆動回路
５２３により開閉リレー３２を、リレー駆動回路５２４
により開閉リレー４２を制御する。

【００２８】出力端子切替指令５１は、装置に取り付け
られたスイッチを手動で切替えたり、電力系統３３の停
電を検出する等の方法で、出力端子を出力端子３１から
出力端子４１に切替える信号を発生する。ここでは論理
Ｌのとき連系運転、論理Ｈのとき自立運転とする。

【００２９】出力端子切替指令５１がＬからＨになる
と、反転素子５４にてＨからＬになり論理和素子５５の
出力がＬになり、インバータ駆動回路５５によってイン
バータ１は停止する。遅延素子５６１によりインバータ
１停止後にリレー駆動回路５２３は連系運転用開閉リレ
ー３２を開く。この時点で装置と電力系統３３は切り離
され、そのときの電力系統３３の電圧（ピーク値）がコ
ンデンサ２１に残留する。

【００３０】遅延素子５６２で決まる時間の後、ワンシ
ョット素子５７が動作し、そのパルス幅の間だけ論理和
素子５５の出力がＨになりインバータ駆動回路５３がイ
ンバータ１を運転する。

【００３１】インバータ１は運転を開始すると、まずス
イッチング素子１Ｕ、１Ｙをオンにする。するとコンデ
ンサ１１、スイッチング素子１Ｕ、リアクトル２１、コ
ンデンサ２２、スイッチング素子１Ｙという閉ループが
でき、電流が流れ始めコンデンサ２１に電圧として残っ
たエネルギーは磁気エネルギーとしてリアクトル２２へ
移り始める。このエネルギー移動の途中でスイッチング
素子１Ｕと１Ｙをオフにしてインバータ１を停止する
と、電流はスイッチング素子１Ｕ、１Ｙという経路から
ダイオード１ＤＶ、１ＤＸを経由して還流するようにな
り、コンデンサ２１のエネルギー、リアクトル２２のエ
ネルギーともどもコンデンサ１１へ回生される。その結
果、当初コンデンサ２１に蓄積されていたエネルギーの
ほとんどがコンデンサ１１へ回生され、コンデンサ２１
に残留する電圧は極めて小さいものになる。このとき、
インバータ１の運転時間が長いとコンデンサ２１が逆方
向充電されてしまうため、このインバータ１の運転時間
はごく短いものにする必要がある。

【００３２】遅延素子５６３により、上記の処理によっ
てコンデンサ２１の電荷が取り除かれた後にリレー駆動
回路５２４は自立運転用の開閉リレー４２を閉じる。そ
の後遅延素子５６４によりインバータ駆動回路が働いて
インバータ１が運転し自立運転の連続運転を開始する。

【００３３】このように自立運転の連続運転を開始する
前に、インバータ１をごく短い時間運転することにで、
コンデンサ２１に蓄積した電荷をごく短い時間に放電し
てスムーズに連系運転から自立運転への切替えを行なう
ことができる。

【００３４】図３は第２の実施例である。図３におい
て、開閉リレー２３と抵抗２４を直列接続した回路をコ
ンデンサ２１と並列に設けている。図１においてはワン
ショット素子５７の出力は論理和素子５５を介してイン
バータ駆動回路５３によってインバータ１を制御してい
たが、図３においてはワンショット素子５７の出力は開
閉リレー２３のリレー駆動回路５２２に接続されてい
る。

【００３５】図１の回路においてはインバータ１を運転
してコンデンサ２１の放電をしているのに対し、図３の
回路では、開閉リレー２３を閉じてコンデンサ２１、開
閉リレー２３、抵抗２４の閉ループを作って抵抗２４で
コンデンサ２１を放電している。

【００３６】図４は第３の実施例である。図４において
は、コンデンサ２１の電圧を検出する電圧検出回路６を
設けている。電圧検出回路６はワンショット素子５７に
接続されており、ワンショット素子５７のパルス幅は、
電圧検出回路６で検出されたコンデンサ２１の電圧値に
応じて変化する。コンデンサ２１の電圧が大きい場合は
パルス幅を長く、小さい場合はパルス幅を短くすること
で、より確実にコンデンサ２１を放電することができ
る。

【００３７】図５は第４の実施例である。図５において
は、図３の回路にコンデンサ２１の電圧を検出する電圧
検出回路６を設けている、電圧検出回路６はワンショッ
ト素子５７に接続されている。図４の回路と同様にワン
ショット素子５７のパルス幅を電圧検出回路６で検出さ
れたコンデンサ２１の電圧値に応じて変化させることで
図４の場合と同様の効果が得られる。

【００３８】図６は第５の実施例である。図６において
は、コンデンサ２１の電圧を検出する電圧検出回路６を
設けている。制御回路５内には、連系運転定格電圧値と
自立運転定格電圧値を切替える切替スイッチ７１と、切
替スイッチ７１の出力と電圧検出回路６の出力の差分を
とる減算器７２と、減算器７２の出力から電圧制御を行
なう電圧制御回路７３を持つ。

【００３９】減算器７２、電圧制御回路７３、インバー
タ駆動回路５５、インバータ１、電圧検出回路６のルー
プ回路はフィードバック制御系になっており、インバー
タ１の出力電圧は切替スイッチ７１の出力値になるよう
に制御される。

【００４０】出力端子切替指令５１が連系運転から自立
運転に切り替わると、まずリレー駆動回路５２３によ
り、連系運転用の開閉リレー３２が開かれる。遅延素子
５６２で開閉リレー３２が動作する時間が確保された
後、切替スイッチ７１が動作し、その出力は連系運転定
格電圧から自立運転定格電圧に切り替わる。そして、前
述のフィードバック制御系によりインバータ１の出力電
圧は、自立運転定格電圧に制御される。遅延素子５６３
によって電圧制御の制御応答の時間を確保した後、リレ
ー駆動回路５２４により自立運転開閉リレー４２を閉
じ、出力端子４１に自立運転定格電圧を発生させる。

【００４１】このとき、インバータ１の出力電圧及びコ
ンデンサ２１の電圧は自立運転定格電圧に制御されてい
るため、過電圧を発生することなくスムーズに連系運転
から自立運転への切替えを行なうことができる。

【００４２】他の実施例として、図６の構成で、遅延素
子５６１を遅延時間を変更・記憶することができる回路
とする。そして、予め開閉リレー３２を開くタイミング
を調整してコンデンサ２１の残留電圧が最小となるタイ
ミングを測定して遅延素子５６１に記憶させておき、そ
の後はこのタイミングで開閉リレー３２を開くことで残
留電圧を小さく抑えることができる。

【００４３】図７は第６の実施例である。図７において
は、コンデンサ２１の電圧を検出する電圧検出回路６を
設けている、制御回路５内には、自立運転定格電圧値と
電圧検出回路６の検出したコンデンサ２１の電圧の大小
を比較する比較器８１と、比較器８１の出力と遅延素子
５６１の出力との論理和をとる論理和素子８２を持つ。

【００４４】比較器８１の出力は、コンデンサ２１の電
圧（瞬時値）が自立運転の定格電圧値を上回ったときの
み論理Ｈとなるように動作する。論理和素子８２によ
り、遅延素子５６１が論理Ｈから論理Ｌになるだけでは
開閉リレー３２は開かず、コンデンサ２１の電圧が自立
運転の定格電圧値を下回る位相になってはじめて開閉リ
レー３２を開く。このようにすることで、開閉リレー３
２の開時にコンデンサ２１の残留電圧が自立運転の定格
電圧値を下回るようにすることができ、スムーズに連系
運転から自立運転への切替えを行なうことができる。

【００４５】図８は第７の実施例である。図８において
は、コンデンサ２１と直列に開閉リレー２５を設けてい
る。インバータ１の出力先を端子３１から端子４１に切
替えるときに、開閉リレー３２を開いた後に開閉リレー
４２を閉じる前に開閉リレー２５を開くことでコンデン
サ２１の残留電圧が端子４１に現れることを防ぐ。端子
４１に切替えた後の高調波フィルタはリアクトル２２と
コンデンサ４４によって実現される。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明によれば、異なる定格電圧を持つ複数の出力先の切
り替えをスムーズに行なう交流電源装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例を示す回路構成図

【図２】 動作のタイミングチャート

【図３】 本発明の第２の実施例を示す回路構成図

【図４】 本発明の第３の実施例を示す回路構成図

【図５】 本発明の第４の実施例を示す回路構成図

【図６】 本発明の第５の実施例を示す回路構成図

【図７】 本発明の第６の実施例を示す回路構成図

【図８】 本発明の第７の実施例を示す回路構成図

【図９】 従来例を示す図１相当図

【図１０】 従来例の動作説明図

【符号の説明】

１…インバータ（交流発生手段）、１１、２１…コンデ
ンサ、１Ｕ、１Ｖ、１Ｙ、１Ｘ…スイッチング素子、１
ＤＵ、１ＤＶ、１ＤＹ、１ＤＸ…ダイオード、２…高調
波フィルタ（高調波抑制手段）、２２…リアクトル、３
１、４１…出力端子 （第１、第２の端子）、３２、４２…開閉リレー（第
１、第２の開閉手段）、３３…電力系統、４３…自立運
転出力用コンセント、５…制御回路、５１…出力端子切
替指令、５２３、５２４…リレー駆動回路、５３…イン
バータ駆動回路、５４…反転素子、５５…論理和素子、
５６１、５６２、５６３、５６４…遅延素子、５７…ワ
ンショット素子、９…太陽電池

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータで構成される交流発生手段
   と、この交流発生手段の出力端子間に接続されるコンデ
   ンサを有する高調波抑制手段と、この高調波抑制手段に
   第１の開閉手段を介して接続する第１の端子と、前記高
   調波抑制手段に第２の開閉手段を介して接続する前記第
   １の端子とは異なる定格電圧の第２の端子を持つ交流電
   源装置において、前記交流発生手段の出力を第１の端子
   から第２の端子に切替える際に、前記交流発生手段を停
   止し、第１の開閉手段を開き前記交流発生手段を一定時
   間運転した後再び停止し、その後前記交流発生手段の出
   力電圧を第２の端子の定格電圧にする順序で操作を行な
   うことを特徴とする交流電源装置。
2. 【請求項２】 インバータで構成される交流発生手段
   と、この交流発生手段の出力端子間に接続されるコンデ
   ンサを有する高調波抑制手段と、この高調波抑制手段に
   第１の開閉手段を介して接続する第１の端子と、前記高
   調波抑制手段に第２の開閉手段を介して接続する前記第
   １の端子とは異なる定格電圧の第２の端子を持つ交流電
   源装置において、高調波抑制手段内のコンデンサと並列
   に第３の開閉手段を持ち、前記交流発生手段の出力を第
   １の端子から第２の端子に切替える際に、前記交流発生
   手段を停止し、第１の開閉手段を開き、第３の開閉手段
   を一定時間閉じた後再び開き、前記交流発生手段の出力
   電圧を第２の端子の定格電圧にする順序で操作を行なう
   ことを特徴とする交流電源装置。
3. 【請求項３】 高調波抑制手段内のコンデンサの電圧を
   検出する手段を持ち、前記交流発生手段を一定時間運転
   する時間を前記電圧検出手段による電圧検出値に応じて
   変化させることを特徴とする請求項１記載の交流電源装
   置。
4. 【請求項４】 高調波抑制手段内のコンデンサの電圧を
   検出する手段を持ち、第３の開閉手段を閉じる時間を前
   記電圧検出手段による電圧検出値に応じて変化させるこ
   とを特徴とする請求項２記載の交流電源装置。
5. 【請求項５】 第１の開閉手段を開き、前記交流発生手
   段の出力を第２の端子の定格電圧以下にし、その後第２
   の開閉手段を閉じることを特徴とする請求項１記載の交
   流電源装置。
6. 【請求項６】 第１の開閉手段を開くタイミングを変化
   させる手段と、そのタイミングを記憶する記憶手段を持
   ち、前記高調波抑制手段内のコンデンサの電圧が最小と
   なるタイミングを前記記憶手段に記憶して第１の開閉手
   段を開くタイミングを変化することを特徴とする請求項
   ５記載の交流電源装置。
7. 【請求項７】 高調波抑制手段内のコンデンサの電圧を
   検出する手段を持ち、前記コンデンサの電圧が第２の端
   子の定格電圧以下の値で第１の開閉手段を開くことを特
   徴とする請求項１記載の交流電源装置。
8. 【請求項８】 インバータで構成される交流発生手段
   と、この交流発生手段の出力端子間に接続されるコンデ
   ンサを有する高調波抑制手段と、この高調波抑制手段に
   第１の開閉手段を介して接続する第１の端子と、前記高
   調波抑制手段に第２の開閉手段を介して接続する前記第
   １の端子とは異なる定格電圧の第２の端子を持つ交流電
   源装置において、高調波抑制手段内のコンデンサを解列
   する第４の開閉手段と、第２の端子と並列に接続される
   第２のコンデンサを持ち、前記交流発生手段の出力を第
   １の端子から第２の端子に切替える際に、前記交流発生
   手段を停止し、第１の開閉手段を開き、第４の開閉手段
   を開き、前記交流発生手段の出力電圧を第２の端子の定
   格電圧にする順序で操作を行なうことを特徴とする交流
   電源装置。