JP2005137070A - 系統連系インバータ及び電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】単相３線の系統電源に接続された負荷が不平衡の場合でも、不平衡度を軽減可能な系統連系インバータを提供する。
【解決手段】単相３線の系統連系インバータにおいて、ａ相側とｂ相側とに、それぞれ、連系するハーフブリッジインバータを設け、それぞれのハーフブリッジインバータに対する出力電流指令の大きさは、ａ相とｂ相との負荷の大きさに比例して制御する。すなわち、ａ相またはｂ相の負荷の大きさが大きい場合は、それに比例して、各相の出力の大きさを大きくし、ａ相またはｂ相の負荷が小さいときは、各相の出力を小さくする。一方、このように決定された電流出力を制限する機能を設け、両者の電力を制御する手段により系統電力を制限する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電力源の電力を交流電力に変換し、単相３線電源に系統連系するインバータ及び電源システムに関する。

従来、単相３線の電源系統に連系して運転する系統連系インバータとして、特許文献１に記載のように、直流電力源の電力を交流電力に変換し、単相３線の各相に対し交流電力を出力するものが知られている。ここで、系統連系インバータは、単相３線の各相に対し、同じ電力を供給する。

一方、系統連系インバータを用いて単相３線負荷の不平衡を改善する方法として、特許文献２に記載の方法が知られている。単相２線に系統連系する系統連系インバータの連系点を、各相毎に切替える機能を設け、単相３線不平衡負荷のうち負荷の大きい相に、系統連系インバータの出力を接続する。これにより、負荷の大きい側に対して、系統連系インバータより給電するので、電源系統から見たときの単相３線負荷の不平衡度を軽減できる。

また、単相3線の場合、ａ相とｂ相の各電力のうち、小さい電力に合わせ、単相３線系統連系インバータを制御する方式が知られている。

特開2002-199588号公報

特開平6-253457号公報

上記の特許文献１に記載の系統連系インバータは、単相３線の各相に対し、同じ電力を供給する。このため、単相３線の中性線（Ｎ相）を系統連系インバータの平滑コンデンサの中点に接続し、単相３線の各相（ａ相、ｂ相）に対し、ａ相とｂ相にそれぞれ設けたハーフブリッジインバータの出力を接続する。ハーフブリッジインバータはａ相とｂ相とで、それぞれ、独立に電流制御される。ａ相とｂ相、各相に対する電流指令値は、大きさが等しく、位相が反転した値となる。このため、直流電力源の電力を交流電力に変換して、系統連系された単相３線に出力される電力は、ａ相とｂ相とで、同じ値となる。

一般に、単相３線100V/200Vの電源系統に接続される負荷としては、ａ相とＮ相間に接続されるAC100V負荷、ｂ相とＮ相間に接続されるAC100V負荷、および、ａ相とｂ相間に接続されるAC200V負荷がある。ここで、ａ相とｂ相間に接続されるAC200V負荷は、各相に対し等しい電力負荷として配分されるが、ａ相に接続されるAC100V負荷の消費電力の合計値とｂ相側に接続される負荷の消費電力の合計値とが異なる場合、単相３線不平衡負荷となる。

一般的な家庭の負荷電力の実測値を図３に示す。横軸は時刻で、０時から２４時まで、１日分について表している。図３（１）は負荷電力のうちａ相側の電力（W）、図３（２）はｂ相側の電力（W）、図３（３）はａ相側電力とｂ相側電力を加算した負荷電力（W）を示す。0時から6時までの深夜時間帯では、負荷電力のうちａ相側はほとんどゼロで、ｂ相側は200W程度の負荷が入り切りされている。また、6時から12時くらいまでの時間帯では、ａ相側電力とｂ相側電力は、ほぼ平衡した状態で類似の変化パターンを示している。一方、15時から0時の時間帯では、ｂ相側電力のほうがａ相電力より大きく、特に、21時から0時までは、ａ相側電力が500W程度なのに対して、ｂ相側電力は2,000W程度と不平衡負荷状態となっている。このように、一般的に家庭の負荷電力の大きさは一日の間で変化し、また、併せて、ａ相側とｂ相側電力の不平衡状態も変動する。

従来、系統連系インバータは、単相３線不平衡負荷の場合でも、単相３線の各相に対し同じ電力を供給するため、各相負荷が不平衡な場合でも各相間の不平衡度を改善することができない。負荷が不平衡の場合、単相３線の中性線に流れる電流が大きくなるため、負荷の不平衡度をなるべく小さくしておく必要がある。

しかし、特許文献２に記載の方法では、各相に対する出力を切替える方式のため、単相３線負荷の大きさが変化し、併せて、負荷の不平衡度も変動するような単相３線負荷の不平衡度を軽減することはできない。

また、単相3線の場合、ａ相とｂ相の各電力のうち、小さい電力に合わせ、単相３線系統連系インバータを制御する方式が知られているが、この場合には、各相の負荷に対し、負荷の小さい側にしか放電しないので、逆潮流なしの条件で放電できる電力の上限がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、単相３線の系統電源に接続された負荷が不平衡負荷となる場合であっても不平衡度を軽減可能な系統連系インバータ及び電源システムを提供することを目的とする。
または、一日の間に不平衡状態が大きく変動する一般家庭における使用にも対応した系統連系インバータ及び電源システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、直流電力源の電力を交流電力に変換して単相３線式の電源系統に系統連系する系統連系インバータにおいて、本発明は、第一に、前記単相３線式の電源系統の電力を検出する手段を備え、この電力を検出する手段によって検出される電力に基づいて、前記単相３線式の電源系統の各相の負荷電力に対応した電力を出力することを特徴とする。

第二に、前記単相３線式の電源系統に接続された負荷電力を検出する手段を備え、この負荷電力を検出する手段によって検出される負荷電力に基づいて、前記単相３線式の電源系統の各相の負荷電力に対応した電力を出力することを特徴とする。

第三に、上記の第一又は第二の特徴を有する系統連系インバータにおいて、前記系統連系インバータは、前記系統連系インバータに接続される直流電力源の電圧を昇圧する昇圧チョッパと、前記直流電力源からの直流電力を交流電力に変換するインバータとを備え、
前記昇圧チョッパを電流制御で運転する機能と、インバータを系統連系する機能とを備えたことを特徴とする。

第四に、上記の第三の特徴を有する系統連系インバータにおいて、前記直流電力源は、燃料電池、内燃機関による発電機、太陽電池、二次電池のいずれか、または、それらの組合せによることを特徴とする。

第五に、単相３線式の電源系統の系統電力を検出する系統電力検出手段と、
前記単相３線式の電源系統と接続し、直流電力源からの出力を交流に変換して電力負荷へ供給するインバータとを備え、
前記系統電力検出手段によって検出されたａ相電力及びｂ相電力に基づいて前記インバータの前記電力負荷への出力を制御する電源システムとした。

第六に、単相３線式の電源系統の系統電力を検出する系統電力検出手段と、
前記単相３線式の電源系統と接続し、直流電力源からの出力を交流に変換して電力負荷へ供給するインバータとを備え、
前記直流電力源と前記インバータとの間に接続され、前記直流電源からの出力量を制御する昇圧チョッパと、
前記昇圧チョッパと前記インバータとの間に配置される平滑コンデンサとを備え、
前記系統電力検出手段は、前記単相３線式の電源系統のａ相の電力と、ｂ相の電力と、前記単相３線式の電源系統の電力とを検出し、
前記インバータは、ａ相に接続される負荷に対して出力するａ相インバータ回路と、ｂ相に接続される負荷に対して出力するｂ相インバータ回路とを備えてなり、前記ａ相の電力及び前記ｂ相の電力に基づいて、前記負荷へ供給する出力が制御され、
前記昇圧チョッパは、前記インバータにより負荷へと供給される出力が、ａ相又はｂ相のいずれかの出力が、前記ａ相インバータ回路又はｂ相インバータ回路の上限として定められる出力よりも大きくなる場合に前記直流電源からの出力量を制限する電源システムとした。

第七に、単相３線式の電源系統に接続された負荷電力を検出する負荷電力検出手段と、
前記単相３線式の電源系統と接続し、直流電力源からの出力を交流に変換して電力負荷へ供給するインバータとを備え、
前記直流電力源と前記インバータとの間に接続され、前記直流電源からの出力量を制御する昇圧チョッパと、
前記昇圧チョッパと前記インバータとの間に配置される平滑コンデンサとを備え、
前記負荷電力検出手段は、前記単相３線式の電源系統に接続された負荷のａ相の電力と、ｂ相の電力と、前記単相３線式の電源系統の電力とを検出し、
前記インバータは、ａ相に接続される負荷に対して出力するａ相インバータ回路と、ｂ相に接続される負荷に対して出力するｂ相インバータ回路とを備えてなり、前記ａ相の電力及び前記ｂ相の電力に基づいて、前記負荷へ供給する出力が制御され、
前記昇圧チョッパは、前記インバータにより負荷へと供給される出力が、ａ相又はｂ相のいずれかの出力が、前記ａ相インバータ回路又はｂ相インバータ回路の上限として定められる出力よりも大きくなる場合に前記直流電源からの出力量を制限する電源システムとした。

第八に、上記の第六又は第七の特徴を有する電源システムにおいて、前記インバータは、前記インバータに入力される直流電圧が予め定められる電圧設定値となるように制御する電圧制御手段と、前記ａ相インバータ回路及び前記ｂ相インバータ回路と前記負荷との間の電流を検出するインバータ電流検出手段とを備え、
前記ａ相とｂ相との間の線間電圧から生成される交流電流波形と、前記電圧制御手段の出力とを乗算し、前記インバータ電流検出手段により検出される電流値との偏差に基づいて前記ａ相インバータ回路及び前記ｂ相インバータ回路に対する電流指令値を演算することを特徴とする。

第九に、上記の第八の特徴を有する電源システムにおいて、各相の定格容量電流から定められる電流上限値と各相の電流指令値として演算される値との偏差を演算する制限手段を備え、
前記偏差が正の値であるときに、前記偏差の値だけ前記昇圧チョッパの出力を制限することを特徴とする。

上記の構成によれば、単相３線負荷の大きさが、相間で不平衡な状態で変化するような場合でも、系統連系インバータからの出力を各相個別に制御し、これにより、電源系統から見た場合の不平衡度を軽減できる。

本発明によれば、単相３線の系統電源に接続された負荷が不平衡負荷となる場合であっても不平衡度を軽減可能な系統連系インバータ及び電源システムを提供することができる。
また、一日の間に不平衡状態が大きく変動する一般家庭における使用にも対応した系統連系インバータ及び電源システムを提供することができる。

以下、本発明の実施例を図１により説明する。単相３線式100/200V電源１に対し、単相３線式負荷２が接続されている。単相３線式電源１は、ａ相−Ｎ相間のａ相電圧１０１、ｂ相−Ｎ相間のｂ相電圧１０２により構成される。ここで、Ｎ相は単相３線式電源の中性線を示す。系統連系インバータは、電源１と負荷２との間に接続され、直流電力源３の電力を交流電力に変換し負荷２に供給する。ここで、負荷２は、電源１に接続される単相３線式負荷を纏めて表したもので、照明、冷蔵庫、エアコン、電子レンジ、電磁調理器、等から構成されている。また、直流電力源３は、燃料電池や太陽電池、内燃機関による発電機などの発電手段、あるいは二次電池などを示す。

系統連系インバータは、電圧形インバータ４、平滑コンデンサ５、昇圧チョッパ６、系統電力検出手段７によって構成される。電圧形インバータ４は、各相の負荷電力指令に従い、放電電力を制御する。このため、ａ相とｂ相にそれぞれ系統連系されるハーフブリッジインバータ回路４０１、４０２を設ける。ここで、直流電力源３からの電力は、直流として出力され、一方、系統連系インバータから出力される電力は、ａ相、ｂ相電力に対して放電される。これより、負荷２が不平衡な場合でも、各負荷に対して放電できるものである。

電圧形インバータ４は、ａ相のインバータ回路としてａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１、ｂ相のインバータ回路としてｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２、フィルタコンデンサ４０３、交流リアクトル４０４、インバータ電流検出手段４０５、４０６を備えて構成される。

平滑コンデンサ５は、電圧形インバータのＰ側とＮ側の間に接続され、また、その中点Ｃは、単相３線式電源１の中性線Ｎ相に接続される。

昇圧チョッパ６は、昇圧チョッパ回路６０１、直流リアクトル６０２、平滑コンデンサ６０３、チョッパ電流検出手段６０４により構成される。

また、系統電力検出手段７は、単相３線電源１のａ相−Ｎ相間電圧を検出する手段７０１、ｂ相−Ｎ相間電圧を検出する手段７０２、単相３線式電源１のａ相およびｂ相電流を検出する手段７０３、７０４、演算手段によって構成される。

本実施例では、系統電力検出手段７を備えて、単相３線式の電源１の電力を検出することとしているが、負荷電力検出手段を備えて負荷２の電力を検出する構成としてもよい。系統電力を検出して制御する場合は、負荷２の電力を直接検出しないので、負荷電力の不平衡度や負荷電力の変動を管理するため、系統電力と系統連系インバータ電力から負荷電力を演算する必要がある。これに対し、負荷電力を検出して制御する場合は、負荷２の電力を検出するので、負荷電力の不平衡度や負荷電力の変動の管理を負荷電力を演算することなく達成できる。また、検出した負荷電力値と系統連系インバータの出力電力値から系統電力値を演算（すなわち、負荷電力と系統連系インバータの電力との差を系統電力として演算する）し、系統電力の各相（ａ相、ｂ相）が逆潮にならないように、系統連系インバータの各相（ａ相、ｂ相）出力を制御する。

本実施例のように、系統電力検出手段７を用いて単相３線式の電源１の電力を検出して制御する場合は、直接、系統電源の各相（ａ相、ｂ相）電力を検出し、系統連系インバータの各相（ａ相、ｂ相）出力を制御できるので、系統電力の演算が不要になるという利点がある。系統電力検出手段７を用いて、系統連系保護に必要な逆電力検知保護継電器の機能を達成できる。したがって、系統連系保護を含めた機能を簡単な構成で達成できる。なお、負荷２の電力を検出して制御する場合は、系統連系保護に必要な逆電力検知保護継電器を個別に設けることにより達成できる。

電圧検出手段７０１、７０２の出力の加算により、ａ相−ｂ相線間電圧の検出値（Ａ）を得る。電圧検出手段７０１の出力と電流検出手段７０３の出力を乗算し、フィルタで平滑化することにより、単相３線電源１のａ相電力検出値（Ｂ）を得る。同様に、電圧検出手段７０２の出力と電流検出手段７０４の出力を乗算し、フィルタで平滑化することにより、単相３線電源１のｂ相電力検出値（Ｃ）を得る。ａ相電力検出値（Ｂ）とｂ相電力検出値（Ｃ）の加算により、単相３線電源１の電力検出値（Ｄ）を得る。

昇圧チョッパ６は、直流電力源３から出力される電流を制御し、その電力を平滑コンデンサ５を介して電圧形インバータ４側に出力する。一方、電圧形インバータ４は平滑コンデンサ５のＰ側とＮ側との間の電圧が一定になるように、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１とｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２を制御する。昇圧チョッパ６により直流電力源３の電力が平滑コンデンサ５に出力されると、平滑コンデンサ５の電圧が上昇する。電圧形インバータ４は、平滑コンデンサ５の電圧が一定となるように、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２により、平滑コンデンサ５から電力を取り出し、ａ相およびｂ相交流電力として、単相３線電源１に出力する。

ここで、昇圧チョッパ回路６０１、ａ相およびｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０１、４０２はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）をスイッチング素子とし、ＩＧＢＴをパルス幅変調制御することにより、昇圧チョッパ並びにハーフブリッジインバータの電流を制御する。

直流電力源３の電力を単相３線電源１に接続された負荷２に出力するため、以下のように、昇圧チョッパ６および電圧形インバータ４を制御する。

まず、系統電力検出手段７により単相３線電源１の電力（Ｄ）を検出する。この検出値は、単相３線負荷２の電力から、系統連系インバータの出力電力を引いた値となる。この値を用いて、直流電力源３から取り出す電流指令値を決定し、電流制御手段６０７によって電流値を指令する。

次に、単相３線電力（D）と電力下限値との偏差を演算する。この値が正のときには、系統連系インバータの出力が負荷の電力より小さく、系統連系インバータからの出力を大きくしても電源系統に対し逆潮流する条件にはならない。ここで、電力下限値はゼロより大きな正の値であり、逆潮流をより確実に防止するために設定されるものである。すなわち、電力下限値をゼロとすると、系統連系インバータの出力が負荷の電力よりも瞬間的に大きくなった場合に逆潮流が発生することとなるが、電力下限値をゼロより大きい値として定めておくことによって電力下限値と系統連系インバータの出力の和が負荷の電力よりも大きくなっても、系統連系インバータの出力が負荷の電力よりも大きくなることを防ぎ、逆潮流の発生を防止できる。

電力制御手段６０５は単相３線電源の電力（Ｄ）が電力下限値に一致するまで直流電力源３からの出力を増やす。すなわち、電流制御手段６０５の出力に従い、昇圧チョッパ６の電流を増加させ、その結果として、電圧形インバータ４から出力される交流出力電力を増加させる。これにより、負荷電力から電力下限値を引いた電力を系統連系インバータから出力し、単相３線電源からは負荷電力のうち電力下限値分を供給する。

一方、電力制御手段６０５の出力側にはリミッタ６０６が設けられており、直流電力源３から出力する電力の上限を制限する。すなわち、出力電流設定値を定め、この出力電流設定値よりも電流が大きくならないようにリミッタ６０６によって上限を定めている。この値を定めることによって、例えば、単相３線電源の電力（Ｄ）が電力下限値よりも大きい場合であっても電力の過剰な供給を防ぐことができる。これにより、系統連系インバータから負荷に供給される電力は、負荷電力から電力下限値を引いた値と等しいか、あるいは、必ず小さい値となる。このため、系統連系インバータからは、負荷電力から電力下限値を引いた値以上には、電力が出力されない。これにより、電源に接続された負荷に見合った電力を系統連系インバータから出力できる。

昇圧チョッパ６の電流制御手段６０７は、昇圧チョッパ回路６０１を制御し、直流電力源３から出力される電流がリミッタ６０６から指令される電流指令値に一致するよう制御する。

一方、電圧形インバータ４は、平滑コンデンサ５のＰ側とＮ側間の電圧を検出し、その値と電圧設定値との偏差を演算する。ここで電圧設定値とは、平滑コンデンサ５の電圧を定めるもので、系統電源１の電圧実効値200V（波高値280V）に対し、平滑コンデンサ５の電圧設定値は380V程度に設定される。

電圧形インバータ４の電圧制御手段４０７は、その偏差がゼロになるように、電圧形インバータ４を構成するａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２から出力される交流電流を制御する。

まず、系統電力検出手段７により検出された単相３線電源の線間電圧の瞬時値（Ａ）を、波形生成手段４０８により、交流電流波形に変換する。

その交流電流波形と電力制御手段４０７の出力とを乗算器で乗算することにより、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２に対する交流電流指令値を演算する。ａ相ハーフブリッジインバータに対する交流電流指令値の大きさと、ｂ相ハーフブリッジインバータに対する交流電流指令値の大きさとは、等しいので、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２からは、等しい交流電力が、ａ相負荷、ｂ相負荷に対し、それぞれ供給される。

電流制御手段４０９及び４１０は、インバータ電流検出手段４０５及び４０６によって検出された電流値との偏差がゼロになるように、演算された交流電流指令値に一致するようにａ相ハーフブリッジインバータ回路及びｂ相ハーフブリッジインバータ回路を制御する。

これに加え、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２に対する交流電流指令値の演算手段には、ａ相とｂ相とに個別に電力制限手段４１１、４１２が設けられている。すなわち、系統電力検出手段７により検出される単相３線電源のａ相電力（Ｂ）とａ相下限値との偏差を演算し、その結果に従い、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１に対する交流電流指令値の大きさを制限する。これにより、単相３線電源のａ相電力（Ｂ）がａ相下限値より小さくなろうとすると、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１から単相３線電源のａ相に出力される電力が制限され、その結果、単相３線電源のａ相電力（Ｂ）はａ相下限値より小さい値とはならない。一方、このとき、ｂ相側は、ａ相側が制限された分だけ自動的に大きい値となり、ａ相側電力とｂ相側電力の和は、昇圧チョッパ６から出力される電力に等しくなる。

同様に、ｂ相ハーフブリッジインバータに対する交流電流指令値についても、系統電力検出手段７により検出される単相３線電源のｂ相電力（Ｃ）とｂ相下限値との偏差を演算し、その結果に従い、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２に対する交流電流指令値の大きさを制限する。これにより、単相３線電源のｂ相電力（Ｃ）がｂ相下限値より小さくなろうとすると、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２から単相３線電源のｂ相に出力される電力が制限され、その結果、単相３線電源のｂ相電力（Ｃ）はｂ相下限値より小さい値とはならない。この結果、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１から出力される交流電力と、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２から出力される交流電力とは等しい値とはならず、単相３線負荷のａ相負荷およびｂ相負荷に見合った交流電力が出力される。ここで、ａ相およびｂ相から出力される交流電力の和は、昇圧チョッパ６によって直流電力源３から取り出された電力に等しい。すなわち、直流電力源３から出力された電力を、それぞれ、ａ相負荷およびｂ相負荷に見合って調整し、単相３線負荷に供給されている。

なお、ａ相下限値及びｂ相下限値は、先述の電力下限値と同様に逆潮流をより確実に防止するために定められる。

一方、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１と、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２から出力された場合、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１あるいはｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２の上限値を超えて片相のハーフブリッジインバータ回路から交流電力を出力する場合がある。例えば、単相３線負荷がａ相側にしかなく、ｂ相負荷がゼロの場合、ａ相ハーフブリッジインバータ回路のみで交流電力を出力する。系統連系インバータの定格容量は、ａ相ハーフブリッジインバータ回路とｂ相ハーフブリッジインバータ回路の和であるため、片相のハーフブリッジインバータでは、系統連系インバータの定格容量の半分しか出力できない。このような場合、系統連系インバータからの出力電力の制限値に見合って、昇圧チョッパ６から出力する電力を制限する必要がある。

このため、電力制限手段４１１、４１２により制限された電流指令値と各ハーフブリッジインバータの上限値を比較し、片相の電流指令値の大きさが上限値を超える場合は、制限手段の出力（Ｅ）により、昇圧チョッパ６のリミッタ６０６の出力を（Ｅ）の値に応じて制限する。

制限手段は、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１あるいはｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２の定格容量から規定される電流の上限値と、各相の電流指令値との偏差を演算し、いずれかの偏差が正の値であるとき、あるいはともに正の値であるときに、この値を和を制限手段の出力（Ｅ）として、昇圧チョッパ６の電流制御手段に入力し、この偏差の分だけ昇圧チョッパの出力を制限する。

これにより、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１あるいはｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２の片相の出力が制限された場合でも、昇圧チョッパからの出力を制限するので、各ａ相ハーフブリッジインバータ回路が、その定格容量を越えて運転することはない。

本発明による実施例の動作波形を図２に示す。図２において、時刻ｔ１までは、ａ相負荷電力、ｂ相負荷電力とも、等しくは無いが、所定の大きさの負荷となっている。このとき、ａ相ハーフブリッジインバータ回路とｂ相ハーフブリッジインバータ回路からは、図２（６）（７）に示すように、それぞれ、等しい交流電力が出力される。これに対し、時刻ｔ１以降において、ａ相負荷電力が小さい値に変化した場合を示す。ａ相負荷電力がｂ相負荷電力より小さいため、ａ相とｂ相に等しい電力を出力すると、ａ相電力がａ相下限値より小さい値となってしまう。そこで、ａ相電力を制限し、その分だけ、ｂ相電力を増やして、それぞれ、ａ相ハーフブリッジインバータ回路とｂ相ハーフブリッジインバータ回路から交流電力を出力している。ここで、図２の（６）（７）の破線は、ａ相とｂ相とで、等しい電力を出力した場合の値を示す。これに対し、実線に示すように、ａ相出力電力を破線で示す値より小さい値に制限し、一方、ｂ相出力電力を破線で示す値より大きい値とする。これにより、負荷の大きさの小さいａ相側の出力電力を制限した制御を実行している。

以上、詳述したように、本実施例は、系統連系インバータにおいて、ａ相側とｂ相側とに、それぞれ、連系するインバータ回路を設け、それぞれのインバータ回路に対する出力電流指令の大きさは、ａ相とｂ相の負荷の大きさに比例して制御されるものである。すなわち、ａ相とｂ相の負荷の大きさが大きい場合は、それに比例して、各相の出力の大きさを大きくし、また、ａ相とｂ相の負荷の和が小さいときは、各相の出力を小さくする。一方、このように決定された電流出力する電力を制限する機能を設け、両者の電力を制御する手段により、系統電力を制限する。

したがって、本実施例によれば、ａ相ハーフブリッジインバータ回路４０１と、ｂ相ハーフブリッジインバータ回路４０２から出力される電力を、それぞれ、各相の下限値以下にならないように、各ハーフブリッジインバータの出力を制限できるので、各相の負荷が不平衡になった場合でも、各相に負荷に見合った交流電力を各相の負荷に対して出力することができる。また、各相間での不平衡率が大きくなり、片側のハーフブリッジインバータ回路からの出力が、その定格容量を越える場合には、昇圧チョッパ６により直流電力源３から出力する電力自体を制限するため、各相間での不平衡率が大きい負荷の場合でも、各相負荷に見合って各ハーフブリッジインバータから交流電力を出力できるという利点がある。

本実施例の構成図。 実施例の動作波形。 一般的な家庭の負荷電力の実測値を示す負荷電力パターン例。

符号の説明

１…単相３線電源、２…単相３線負荷、３…直流電力源、４…電圧形インバータ、５…平滑コンデンサ、６…昇圧チョッパ、７…系統電力検出手段。

Claims (9)

1. 直流電力源の電力を交流電力に変換して単相３線式の電源系統に系統連系する系統連系インバータにおいて、
   前記単相３線式の電源系統の電力を検出する手段を備え、この電力を検出する手段によって検出される電力に基づいて、前記単相３線式の電源系統の各相の負荷電力に対応した電力を出力する系統連系インバータ。
2. 直流電力源の電力を交流電力に変換し、単相３線式の電源系統に系統連系する系統連系インバータにおいて、
   前記単相３線式の電源系統に接続された負荷電力を検出する手段を備え、この負荷電力を検出する手段によって検出される負荷電力に基づいて、前記単相３線式の電源系統の各相の負荷電力に対応した電力を出力する系統連系インバータ。
3. 前記系統連系インバータは、前記系統連系インバータに接続される直流電力源の電圧を昇圧する昇圧チョッパと、前記直流電力源からの直流電力を交流電力に変換するインバータとを備え、
   前記昇圧チョッパを電流制御で運転する機能と、インバータを系統連系する機能とを備えた請求項１又は２に記載の系統連系インバータ。
4. 前記直流電力源は、燃料電池、内燃機関による発電機、太陽電池、二次電池のいずれか、または、それらの組合せによることを特徴とする請求項３に記載の系統連系インバータ。
5. 単相３線式の電源系統の系統電力を検出する系統電力検出手段と、
   前記単相３線式の電源系統と接続し、直流電力源からの出力を交流に変換して電力負荷へ供給するインバータとを備え、
   前記系統電力検出手段によって検出されたａ相電力及びｂ相電力に基づいて前記インバータの前記電力負荷への出力を制御する電源システム。
6. 単相３線式の電源系統の系統電力を検出する系統電力検出手段と、
   前記単相３線式の電源系統と接続し、直流電力源からの出力を交流に変換して電力負荷へ供給するインバータとを備え、
   前記直流電力源と前記インバータとの間に接続され、前記直流電源からの出力量を制御する昇圧チョッパと、
   前記昇圧チョッパと前記インバータとの間に配置される平滑コンデンサとを備え、
   前記系統電力検出手段は、前記単相３線式の電源系統のａ相の電力と、ｂ相の電力と、前記単相３線式の電源系統の電力とを検出し、
   前記インバータは、ａ相に接続される負荷に対して出力するａ相インバータ回路と、ｂ相に接続される負荷に対して出力するｂ相インバータ回路とを備えてなり、前記ａ相の電力及び前記ｂ相の電力に基づいて、前記負荷へ供給する出力が制御され、
   前記昇圧チョッパは、前記インバータにより負荷へと供給される出力が、ａ相又はｂ相のいずれかの出力が、前記ａ相インバータ回路又はｂ相インバータ回路の上限として定められる出力よりも大きくなる場合に前記直流電源からの出力量を制限する電源システム。
7. 単相３線式の電源系統に接続された負荷電力を検出する負荷電力検出手段と、
   前記単相３線式の電源系統と接続し、直流電力源からの出力を交流に変換して電力負荷へ供給するインバータとを備え、
   前記直流電力源と前記インバータとの間に接続され、前記直流電源からの出力量を制御する昇圧チョッパと、
   前記昇圧チョッパと前記インバータとの間に配置される平滑コンデンサとを備え、
   前記負荷電力検出手段は、前記単相３線式の電源系統に接続された負荷のａ相の電力と、ｂ相の電力と、前記単相３線式の電源系統の電力とを検出し、
   前記インバータは、ａ相に接続される負荷に対して出力するａ相インバータ回路と、ｂ相に接続される負荷に対して出力するｂ相インバータ回路とを備えてなり、前記ａ相の電力及び前記ｂ相の電力に基づいて、前記負荷へ供給する出力が制御され、
   前記昇圧チョッパは、前記インバータにより負荷へと供給される出力が、ａ相又はｂ相のいずれかの出力が、前記ａ相インバータ回路又はｂ相インバータ回路の上限として定められる出力よりも大きくなる場合に前記直流電源からの出力量を制限する電源システム。
8. 前記インバータは、前記インバータに入力される直流電圧が予め定められる電圧設定値となるように制御する電圧制御手段と、前記ａ相インバータ回路及び前記ｂ相インバータ回路と前記負荷との間の電流を検出するインバータ電流検出手段とを備え、
   前記ａ相とｂ相との間の線間電圧から生成される交流電流波形と、前記電圧制御手段の出力とを乗算し、前記インバータ電流検出手段により検出される電流値との偏差に基づいて前記ａ相インバータ回路及び前記ｂ相インバータ回路に対する電流指令値を演算する請求項６又は７に記載の電源システム。
9. 各相の定格容量電流から定められる電流上限値と各相の電流指令値として演算される値との偏差を演算する制限手段を備え、
   前記偏差が正の値であるときに、前記偏差の値だけ前記昇圧チョッパの出力を制限する請求項８に記載の電源システム。
   

Images