JP2005204355A - 系統連系用インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 系統連系インバータ装置から発せられる電磁波、特にラジオ放送帯に係る電磁波抑制を図る。
【解決手段】 解列リレー３０の補助接点３０Ｄには、配線９８を介して、スイッチング電源９０から所定の電圧が印加され、補助接点が閉じられることにより、配線９８Ｂに接続しているフォトカプラ１００がオンして、マイコン５８に、解列リレーの開閉が検知される。この配線には、トロイダルコイルとコンデンサによって形成されたフィルタ回路１０２が設けられており、このフィルタによってスイッチング信号の生成に用いるキャリア周波数を含む所定以上の周波数の抑制を図る。これにより、配線がアンテナとなって、キャリア周波数の整数倍の高調波による電磁波が発生するのを抑えて、ラジオノイズの抑制を図っている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、太陽電池等の発電手段によって発電した電力を商用電源などの系統電源に応じた電力に変換して回生する系統連系用インバータ装置に関する。

近年、太陽光をエネルギーとして発電した電力を商用電力系統へ回生することが普及しつつある。発電電力を商用電力系統へ回生するときにはインバータ装置（系統連系用インバータ装置）が用いられ、発電した直流電力をスイッチング素子のオン／オフによって商用電力系統の周波数及び電圧に応じた交流電力に変換するようにしている。

このような系統連系用インバータ装置では、例えばスイッチング素子をブリッジ接続するなどして形成したインバータ回路が設けられており、このインバータ回路に入力される直流電力に基づいてスイッチング素子のオン時間（オンデューティ）を設定し、設定したオン時間でスイッチング素子を駆動するＰＷＭ制御を行う。これによりより、発電電力に応じた電流の交流電力を発生し、この交流電力を、解列リレー、保護継電器等を介して系統電源へ出力（回生）するようにしている。

このようなPWM制御は、キャリア周波数が数ｋＨｚ以上の高い周波数で行われる。

一方、系統連系用インバータ装置には、発電電力又は商用電源の電力から、スイッチング素子の駆動や各種のセンサ用電源を生成する電源（スイッチング電源）が設けられている（例えば、特許文献２参照。）。

また、系統連系用インバータ装置では、装置の作動を制御するコントローラにマイクロコンピュータ（マイコン）が設けられており、このマイコンが解列リレーの開閉を制御する。また、マイコンは、解列リレーの開閉を監視するようにしている。

この解列リレーの開閉の監視は、解列リレーの補助接点に、スイッチング電源から引き出した配線を接続し、所定の電圧が印加されるようにし、この配線の一方に設けたフォトカプラから出力される信号から、解列リレーの開閉を検出して行うようにしている。

ところで、スイッチング素子をオン／オフするインバータ回路では、スイッチング素子の駆動に応じた電磁波が発生しやすい。また、スイッチング素子の駆動用の電力を生成するスイッチング電源も電磁波を発生しやすい。

このために、系統連系用インバータ装置では、インバータ回路やスイッチング電源自体から発生する電磁波を、種々の方法を用いて抑制するようにしている。

電磁波抑制の基準としては、情報処理装置電波障害自主規制協議会（ＶＣＣＩ：Volunatary Control Council for Interference by Information Technology Equipment）で定めている技術基準が多用されている。この技術基準では、商工業地域に適用される規格区分である第１種において、準尖頭値の許容値が、１５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚで７９ｄＢμｖ、５００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚで７３ｄＢμｖとなっている。

一方、図６には、インバータ回路やスイッチング電源等から直接的に発せられる電磁波を抑制した系統連系インバータ装置における電磁波レベルの測定結果の一例を示している。

この測定結果においては、ＶＣＣＩの技術基準の第１種を十分に満たしており、商工業地域においては使用に問題のないレベルとなっている。

しかしながら、近年では、住宅においての太陽光発電装置の普及が望まれているが、ＶＣＣＩの技術基準では、住宅地域に適用される規格区分である第２種における電磁波レベルの準尖頭値の許容値が、１５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚで６６〜５６ｄＢμｖ、５００ｋＨｚ〜５ＭＨｚで５６ｄＢμｖ、５ＭＨｚ〜３０ＭＨｚで６０ｄＢμｖとなっている。

このために、図７に示すように、ラジオ放送帯域での電磁波レベルが第１種で許容値であっても、第２種では許容値を越えてしまうことがある。このために、系統連系用インバータ装置から発生した電磁波が起因するノイズがラジオノイズとして現れてしまうという問題がある。
特開２００３−１８７５０号公報 特開２００３−１８７４９号公報

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、ラジオノイズのより一層の低減を図った系統連系インバータ装置を提案することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、スイッチング素子がスイッチング駆動されることにより直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング素子の駆動タイミングを設定するスイッチング信号を生成する生成手段と、所定周波数のキャリアで前記スイッチング信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するスイッチング制御部と、前記スイッチング素子及び前記スイッチング制御部を含む駆動電力を生成する電源部と、を含み、直流電力を商用電源に応じた電圧及び周波数に変換して商用電源へ回生する系統連系用インバータ装置であって、前記電源部から引き出されて所定の接点を経て電源部に戻るループが形成される配線に、ストップバンド内に前記キャリア周波数及びキャリアの高調波が含まれるフィルタ回路を設け、前記配線を該フィルタ回路から引き出して前記接点に接続していることを特徴とする。

この発明によれば、電源部から引き出されて、装置内のリレー接点に接続されている配線に、フィルタ回路を設け、このフィルタ回路に接続した配線を装置内の接点に接続する。

一般に高調波は次数が高くなるとレベルが低下するが、キャリアは周波数が高いので、中波放送帯域まで高いレベルの電磁波が発生されてしまう。このときに、キャリア周波数がストップバンドに含まれるフィルタ回路を設ける。

これにより、接点が閉じられたときに配線によって形成されるループがアンテナとなって、配線中に流れ込むキャリア周波数の高調波が電磁波として発せられてしまうのを抑えることができる。

請求項２に係る発明は、前記インバータ回路と前記商用電源の間に、接点の開閉によってインバータ回路と商用電源を接続する解列リレーが設けられている時に、前記解列リレーの接点の一つと前記電源部とを接続する前記配線に、前記フィルタ回路を設けていることを特徴とする。

この発明によれば、解列リレーに設けている補助接点を用いて、解列リレーの開閉を検出するときに、電源部と解列リレーの補助接点とを接続している配線にフィルタ回路を設け、この配線から電磁波が発せられるのを抑えている。

また、解列リレーとの間の配線にキャリア周波数又はキャリア周波数の高調波が流れ込むと、キャリア周波数が起因する電磁波レベルが、インバータ回路の出力電力に応じて高くなるが、このような電磁波の抑制も行うことができる。

このような本発明では、前記キャリア周波数が数ｋＨｚ以上であることが好ましい。また、本発明は、少なくとも、前記フィルタ回路を用いて、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは２ＭＨｚ以下の電磁波レベルの抑制を図るものでことが好ましい。

このような本発明においては、前記フィルタ回路に、トロイダルコアを用いて形成され、インダクタンスLが数百ｍＨ以下のトロイダルコイルを用いていることができ、これにより、低コスト化を図ることが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、電源部から引き出されて接点に接続されていることよりループが形成可能な配線に、フィルタ回路を設けることにより、配線からキャリア周波数に応じた電磁波が発せられて、ラジオノイズ等となってしまうのを確実に防止することができるという優れた効果が得られる。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１には、本実施の形態に係る系統連系インバータ装置を設けた太陽光発電装置１０の概略構成を示している。

太陽光発電装置１０は、発電ユニット１２と系統連系インバータ装置（以下、インバータ装置１４とする）を備えている。発電ユニット１２には、多数の太陽電池セルを備えた太陽電池アレイによって形成された太陽電池１６が設けられており、太陽光を受光することにより、受光量に応じた直流電力を発生する。

この太陽電池１６によって発生された発電電力（直流電力）が、インバータ装置１４に入力される。なお、本実施の形態では、太陽電池１６を用いた発電ユニット１２を例に説明するが、これに限らず、インバータ装置１４へ直流電力を供給するものであれば、任意の構成の発電装置又は直流電源を用いることができる。

インバータ装置１４には、インバータ回路２０が設けられ、発電ユニット１２で発電された電力が、ノイズフィルタ２２及び昇圧回路２４等を介してインバータ回路２０へ入力される。また、インバータ装置１４には、インバータ回路２０の出力側に、電流平滑回路２６、ノイズフィルタ２８、解列リレー３０及び保護継電器３２が順に設けられており、インバータ回路２０から出力された電力は、フィルタ回路２６、ノイズフィルタ２８、解列リレー３０及び保護継電器３２を介して商用電力系統１８へ出力（回生）される。

本実施の形態では、一例として単相３線式の商用電力系統１８へ交流電力を回生するようにしており、インバータ装置１４は、発電ユニット１２が発電した直流電力を、この商用電力系統１８に応じた位相、周波数及び電圧の交流電力に変換して商用電力系統１８へ回生する。また、インバータ装置１４には、インバータ装置１４の作動を制御するコントローラ３４が設けられている。

発電ユニット１２（図１参照）によって発電された直流電力は、ノイズフィルタ２２を介して昇圧回路２４に入力される。昇圧回路２４は、平滑コンデンサ３６、チョークコイル３８、コンデンサ４０、スイッチング回路４２及びダイオード４４を備えており、平滑コンデンサ３６によって平滑化された直流電力がチョークコイル３８及びスイッチング回路４２に入力される。

スイッチング回路４２は、スイッチング素子４６とダイオード４８によって形成されており、スイッチング素子４６がコントローラ３４によって駆動（オン／オフ）が制御される。このスイッチング素子４６としては、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴなどを用いることができる。

スイッチング回路４２は、スイッチング素子４６のスイッチング動作（オン／オフ）により、入力電圧を昇圧した電圧をチョークコイル３８に発生させる。このとき、コンデンサ４０には、チョークコイル３８に発生した昇圧電力が蓄積され、ダイオード４４がこの昇圧電力の逆流を防止している。

また、ノイズフィルタ２２と昇圧回路２４の間には、発電電圧検出センサ５０及び発電電流検出センサ５２が設けられており、昇圧回路２４には、昇圧電圧検出センサ５４が設けられ、発電電圧検出センサ５０、発電電流検出センサ５２及び昇圧電圧検出センサ５４のそれぞれがコントローラ３４に接続している。

発電電圧検出センサ５０及び昇圧電圧検出センサ５４は、例えばアイソレーションアンプを備えており、発電電圧検出センサ５０は、発電ユニット１２（太陽電池１６）によって発電されて昇圧回路２４へ入力される電圧（直流電圧）を検出し、昇圧電圧検出センサ５４は、昇圧回路２４によって昇圧された電圧を検出する。なお、昇圧電圧検出センサ５４によって検出される電圧が昇圧回路２４から出力される昇圧電圧となる。

発電電流検出センサ５２は、例えば変流器（ＣＴ）を備えており、発電ユニット１２によって発電されて昇圧回路２４へ入力される電流（直流電流）を検出する。

コントローラ３４は、マイクロコンピュータ（マイコン５８、図３参照）を備えており、発電電圧検出センサ５０及び発電電流検出センサ５２の検出値に基づいて、スイッチング素子４６を駆動する。このときに、コントローラ３４では、スイッチング素子４６のオン時間（オンデューティ）を調整することにより、所定の昇圧電圧が得られるように制御している。

すなわち、商用電力系統１８の系統電圧が２００Ｖであるときに、その波高値（ピーク値）が約±２８０Ｖとなるので、昇圧回路２４での昇圧電圧は、商用電力系統１８の波高値の絶対値（約２８０Ｖ）以上の電圧が必要となり、コントローラ３４は、その電圧が得られるようにスイッチング素子４６のオン／オフを制御する。

なお、実際の昇圧回路２４における昇圧電圧は、インバータ回路２０や電流平滑回路２６等での損失を考慮して２８０Ｖよりも例えば２０〜３０Ｖ程度高い電圧を発生するようにしている。

また、本実施の形態に適用している太陽光発電装置１０には、発電ユニット１２とノイズフィルタ２２の間に、例えば変流器（ＣＴ）を備えた電流センサ５６が設けられており、コントローラ３４は、この電流センサ５６を用いて、発電ユニット１２によって発電した電力の地絡を検出するようにしている。

一方、インバータ回路２０は、複数のスイッチング素子６０が設けられ、スイッチング素子６０がブリッジ接続されている。また、インバータ回路２０には、スイッチング素子６０のそれぞれに対してダイオード（フライホイールダイオード）６２が設けられている。

なお、本実施の形態に適用した太陽光発電装置１０では、単相３線式の商用電力系統１８へ発電電力を出力するようにしており、ここから、４個のスイッチング素子６０Ｘａ、６０Ｘｂ、６０Ｙａ、６０Ｙｂ（以下、総称して「スイッチング素子６０」とする）をブリッジ接続している。

このスイッチング素子６０としては、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴの任意の半導体素子を用いることができるが、ＩＧＢＴを用いることがより好ましい。

コントローラ３４は、スイッチング素子６０のオン／オフを制御することにより、昇圧回路２４から入力される直流電力を、商用電力系統１８に対応した交流電力に変換する。このときに、コントローラ３４は、商用電力系統１８の交流電力と一致する位相及び周波数の正弦波で、商用電力系統１８の系統電圧に応じた電圧の交流電力に変換するように制御する。

すなわち、インバータ回路２０では、スイッチング素子６０がオン／オフされることにより、昇圧回路２４から入力される直流電力をパルス幅変調（ＰＷＭ）して交流電力に変換する。このときに、コントローラ３４は、スイッチング素子６０のオン時間を制御して、インバータ回路２０から出力される交流電力（交流電圧）の波形が、商用電力系統１８における系統電圧の交流電圧波形と一致させるようにしている。

電流平滑回路２６は、リアクトル６４及びコンデンサ６２によって形成されており、インバータ回路２０から出力される交流電力の電流を平滑化する。この電流平滑回路２６によって電流が平滑化された交流電力が、ノイズフィルタ２８、解列リレー３０及び保護継電器３２を介して商用電力系統１８へ出力される。

一方、解列リレー３０と保護継電器３２の間には、系統電圧を検出する系統電圧センサ６８が設けられている。この系統電圧センサ６２は、コントローラ３４に接続している。なお、インバータ装置１４では、二本の電源線のそれぞれと接地線との間に系統電圧センサ６８Ａ、６８Ｂ（以下、総称するときには「系統電圧センサ６８」とする）を設けて、系統電圧センサ６８Ａ、６８Ｂによって単相３線式の片相ずつの系統電圧を検出するようにしている。

系統電圧センサ６８（６８Ａ、６８Ｂ）は、例えばアイソレーションアンプを備えており、商用電力系統１８の系統電圧に応じた電圧をコントローラ３４へ出力する。

また、インバータ装置１４には、電流平滑回路２６とノイズフィルタ２８の間に、出力電流検出センサ７０が設けられている。この出力電流検出センサ７０は、例えば変流器を備え、コントローラ３４に接続しており、コントローラ３４は、インバータ回路２０から電流平滑回路２６を経て出力される出力電流を検出する。

コントローラ３４は、発電電圧検出センサ５０及び発電電流検出センサ５２によって検出される発電電力と、系統電圧検出センサ７２によって検出する系統電圧に基づいて、インバータ回路２０に設けているスイッチング素子６０の駆動に用いるスイッチング信号のデューティ比（オンデューティ）を制御する。

このときに、コントローラ３４は、系統電圧検出センサ６８によって検出する系統電圧の変化から、系統電圧の位相（ゼロクロス）に合わせてスイッチング信号を生成するようにしている。また、コントローラ３４は、発電電力に基づいて出力電流の目標値を設定し、出力電流検出センサ７０の検出する出力電流が目標値となるようにフィードバック制御を行う。

すなわち、図２に示すように、コントローラ３４には、ＰＷＭ理論に基づく正弦波信号を得るためのスイッチング信号を発生するスイッチング制御部７２が形成されている。

このスイッチング制御部７２には、正弦波電流波形を生成するためのデータ（オン／オフ信号のパターン）が予め記憶されているＲＯＭ７４（以下、記憶されているデータを「ＲＯＭデータ」という）が設けられている。また、スイッチング制御部７２には、目標電流設定部７６、信号生成部７８が設けられている。

目標電流設定部７６は、発電電圧検出センサ５０及び発電電流検出センサ５２の検出値（発電電力）に基づいて、インバータ装置１４から出力する目標電流値を設定する。

信号生成部７８は、ＲＯＭ７４からＲＯＭデータを読み出し、このＲＯＭデータと目標電流設定部７６によって設定された目標電流に基づいてスイッチング信号を生成する。このとき、信号生成部７８では、系統電圧検出センサ６８によって検出する系統電圧及び位相に基づいたスイッチング信号を生成する。

また、コントローラ３４には、スイッチング素子６０を駆動する駆動回路８０が設けられており、信号生成部７８で生成されたスイッチング信号が駆動回路８０に入力される。

このとき、信号生成部７８では、スイッチング信号のキャリア周波数ｆcが１０ｋＨｚ以上、１５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚであり、本実施の形態では一例としてスイッチング信号のキャリア周波数ｆｃを１７.５ｋＨｚ（ｆｃ＝１７.５ｋＨｚ）としており、スイッチング素子６０が、このキャリア周波数に基づいて生成されたスイッチング信号によって駆動される。

ＲＯＭデータは、正弦波などのように直流成分を含まない予め規定された電流波形に基づいて設定されており、信号生成部７８は、ＲＯＭデータと商用電力系統１８（図１参照）の周波数ｆｓ（例えばｆｓ＝５０Ｈｚ）に対する位相及び系統電圧に合わせたスイッチング信号を出力する。

また、ＲＯＭ７４には、スイッチング信号の１周期分のＲＯＭデータとして、例えば、７２０個のデータを記憶しており、商用電力系統１８の電源周波数ｆｓが５０Ｈｚの商用電力系統１８に対しては、１周期について例えば２２０個のデータが読み出されて順にスイッチング信号が生成される。

信号生成部７８は、スイッチング素子６０の一つ（例えばスイッチング素子６０Ｘａ）の駆動に用いるスイッチング信号Ｘａ、このスイッチング信号Ｘａに対して位相を１８０°ずらしたスイッチング信号Ｙａを出力する。

駆動回路８０には、このスイッチング信号Ｘａ、Ｙａと共に、インバータ８２によってスイッチング信号Ｘａ、Ｙａのそれぞれを反転させたスイッチング信号Ｘｂ、Ｙｂが入力される。駆動回路８０は、このスイッチング信号Ｘａ、Ｘｂ、Ｙａ、Ｙｂに基づいて、ブリッジ接続されたスイッチング素子６０（６０Ｘａ、６０Ｘｂ、６０Ｙａ、６０Ｙｂ）のそれぞれを駆動する。

これにより、インバータ回路２０から商用電力系統１８の周波数、位相及び電圧に合わせた交流電力が出力されるようにしている。

一方、スイッチング制御部７２には、補正部８４と共に出力電流積算部８６が設けられており、目標電流設定部７６で設定された目標電流は、補正部８４を介して信号生成部７８へ入力されるようになっている。

出力電流積算部８６には、出力電流検出センサ７０によって検出される出力電流が入力されるようになっており、出力電流積算部８６では、所定のサンプリングタイムで、この出力電流を読み込んで、１周期分（例えば、系統電圧の１周期分）の出力電流を積算する。

補正部８４では、出力電流積算部８６によって積算した１周期分の出力電流の積算値を読み込んで、出力電流検出センサ７０によって検出される出力電流に直流成分が含まれているか否かを判断し、出力電流に直流成分が含まれているときには、出力電流の積算値に基づいてスイッチング信号を補正する。

例えば、出力電流に正の直流成分が含まれているときには、積算値が正の値となるので、正の電流成分が減少するように目標電流を補正するか又はＲＯＭデータが補正されるようにし、出力電流に負の直流成分が含まれているときには、積算値が負の値となるので、負の電流成分が減少するように目標電流を補正するか又はＲＯＭデータが補正されるようにして、直流成分を含んだ電力がインバータ装置１４から出力されるのを防止するようにしている。

また、スイッチング制御部７２には、電流差演算部８８が設けられている。この電流差演算部８８には、出力電流検出センサ７４によって検出された出力電流（出力電流の瞬時値）が入力されるようになっており、電流差演算部８８では、目標電流の瞬時値と出力電流の瞬時値の差（以下、「目標電流と出力電流の差」とする）を演算し、演算結果を補正部８４へ出力する。このとき、電流差演算部８８では、周波数ｆｓが５０Ｈｚの商用電力系統１８に対して、例えば２００回／secのサンプリングを行いながら電流差を演算する。

補正部８４では、目標電流と出力電流の差に基づいて、目標電流を補正する。これにより、インバータ装置１４の出力電流が目標電流となるように出力電流のフィードバック制御が行われ、出力電力から高調波成分の除去が図られる。すなわち、出力電流に高調波成分が含まれると、目標電流と出力電流の差が大きくなる。このときの目標電流と出力電流の差を減少させることにより、出力電流からの高調波成分の除去が図られる。

なお、目標電流設定部７６では、発電電力の変化に追従して目標電流（目標電流値）を更新するようになっており、これにより、発電ユニット１２の発電電力が定格電力に満たないときにも、出力効率が最も高くなるようにしている（最大電力追従制御：ＭＰＰＴ制御）。また、このようなＰＷＭ制御は、従来公知の方法を適用しており、ここでは詳細な説明を省略する。

一方、図１に示すように、コントローラ３４には、解列リレー３０が接続しており、コントローラ３４は、太陽電池１６（発電ユニット１２）による発電電力が少ないか発電されていないときには、インバータ装置１４を停止させると共に、解列リレー３０によってインバータ装置１４を商用電力系統１８から切り離す。

また、コントローラ３４は、発電ユニット１２での発電電力が所定値を越えて、インバータ装置１４を作動させるときには、解列リレー３０を閉じてインバータ装置１４を商用電力系統１８へ接続するようにしている。

さらに、コントローラ３４は、系統電圧検出センサ６８を用いて商用電力系統１８の電圧上昇、電圧低下、周波数上昇、周波数低下を検出すると、解列リレー３０を開いて、インバータ装置１４を商用電力系統１８から切り離す系統連系保護を行うようになっている。

なお、コントローラ３４には、系統連系保護を行うために予め設定されている整定値が記憶されており、この整定値に基づいて系統連系保護を行うようにしている。また、コントローラ３４（スイッチング制御部７２）では、系統電圧検出センサ７２によって系統電圧を監視して、系統電圧に上昇が生じると、出力電流の目標値である目標電流値を下げる絞り込みを行う。このときに、目標電流が所定値になるまで絞り込んでも系統電圧の電圧上昇が解消しなければ、スイッチング素子６０の駆動を停止するなどの方法を用いることができる。

ところで、インバータ装置１４には、スイッチング電源９０が設けられており、このスイッチング電源９０からコントローラ３４のマイコン５８、各種のセンサ、スイッチング素子４２、６０等へ駆動用の電力が供給される。

インバータ装置１４では、このスイッチング電源９０の一次側（電源側）が、昇圧回路２４に設けているコンデンサ４０の両端に接続している。

これにより、発電ユニット１２が発電状態では、発電ユニット１２から入力されて昇圧回路２４で昇圧された所定電圧の電力が、インバータ電源９０に供給されるようになっている。

また、発電ユニット１２の発電電力が所定値に満たないときには、スイッチング素子４６、６０の駆動が停止されることにより、商用電力系統１８から入力される交流電力が、インバータ回路２０のダイオード６２によって全波整流されてコンデンサ４０に蓄積されることにより平滑化される。これにより、スイッチング電源９０には、商用電力系統１８から供給される電力が入力される。

なお、本実施の形態では、一例として、スイッチング電源９０に昇圧回路２４から発電ユニット１２の発電電力又は商用電力系統１８から電力が供給されるようにしているが、これに限らず、商用電力系統１８に接続されて、商用電力系統１８からのみ電力の供給を受けるものであっても良い。

インバータ電源９０は、入力された電力を安定化して、各種のリレーの駆動用に用いる電源（例えば±１２Ｖの電源）、各種のセンサの作動用の電源（例えば±５Ｖの電源）、コントローラ３４に設けているマイコン５８の電源（例えば＋５Ｖの電源）、スイッチング素子４６、６０の駆動用の電源（例えば±１２Ｖの電源）等を出力するようになっている（図３参照）。

一方、図３に示すように、解列リレー３０には、コイル９２が設けられており、このコイル９２が励磁されることにより、接点３０Ａ、３０Ｂ、３０Cが閉じられ、インバータ装置１４が商用電力系統１８が接続される。

インバータ装置１４では、解列リレー３０のコイル９２を作動する電力を商用電力系統１８から受けるようになっており、コイル９２がソリッドステートリレー（ＳＳＲ９４）等のリレーを介して商用電力系統１８に接続している。なお、本実施の形態では、一例として解列リレー３０のコイル９２がＡＣ２００Ｖで作動するようにしている。

また、コントローラ３４には、リレー駆動回路９６が設けられており、このリレー駆動回路９６がマイコン５８の出力端子５８Ａに接続している。マイコン５８は、出力端子５８Ａからリレー駆動回路９６へ解列リレー３０の開閉信号を出力する。リレー駆動回路９６は、この開閉信号に基づいてＳＳＲ９４をオン／オフ駆動して解列リレー３０の接点３０Ａ〜３０Ｃを一体で開閉する。

一方、解列リレー３０には、接点３０Ａ〜３０Ｃと一体で開閉される補助接点３０Ｄが設けられており、マイコン５８は、この補助接点３０Ｄを用いて、解列リレー３０の動作状態を確認するようにしている。

解列リレー３０の補助接点３０Ｄには、配線９８が接続している。この配線９８の一方（配線９８Ａ）は、スイッチング電源９０に接続し、他方（配線Ｂ）は、抵抗Ｒ₁及びフォトカプラ１００を介して、スイッチング電源９０に接続している。

これにより、解列リレー３０の補助接点３０Ｄが閉じられることにより、抵抗Ｒ₁とフォトカプラ１００のＡ（アノード）端子−Ｋ（カソード）端子間に所定の電圧が印加され、フォトカプラ１００がオンする。

このフォトカプラ１００は、Ｃ（コレクタ）端子がマイコン５８の入力端子５８Ｂに接続しており、フォトカプラ１００がオンすることにより、入力端子５８Ｂへの入力電圧が変化する（例えば約５Ｖから約０Ｖ）。

これにより、マイコン５８は、入力端子５８Ｂの電圧又は電圧変化から解列リレー３０が接点３０Ａ〜３０Ｄを閉じているか否かの判定、すなわち、解列リレー３０が、出力端子５８Ａから出力する開閉信号に応じて適正に作動しているか否かの判定が可能となっている。

一方、インバータ装置１４では、解列リレー３０の補助接点３０Ｄに接続している配線９８にフィルタ回路１０２を設けている。すなわち、配線９８は、フィルタ回路１０２から引き出されて解列リレー３０の補助接点３０Ｄに接続している。

このとき、配線９８Ａ、９８Ｂがフィルタ回路１０２の端子１０２Ａ、１０２Ｂに接続している。また、フィルタ回路１０２の端子１０２Ｃは、インバータ電源９０の端子９０Ａに接続し、端子１０２Ｂが抵抗Ｒ１に接続して、抵抗Ｒ₁及びフォトカプラ１００を介して、端子９０Ｂに接続している。

図４には、フィルタ回路１０２の一例を示している。このフィルタ回路１０２は、トロイダルコイル１０４とコンデンサ１０６を用いた簡単な構成となっている。

トロイダルコイル１０４は、アモルファス、フェライト等の磁性材料によって形成したトロイダルコア１０８を用いて、所定のインダクタンスＬとなるように形成されている。また、コンデンサ１０６としては、所定のキャパシタンスＣで、耐圧が２０００Ｖのものを用いている。

また、フィルタ回路１０２は、コーナー周波数ｆが、スイッチング信号のキャリア周波数ｆｃ（本実施の形態では一例としてｆｃ＝１７.５ｋＨｚ）より低くなるように（ｆ＜ｆｃ）、インダクタンスＬ及びキャパシタンスＣが設定されている。

すなわち、パスバンドがスイッチング信号のキャリア周波数ｆｃより低い周波数であり、ストップバンド内にキャリア周波数ｆｃが含まれるようにしている。

これにより、インバータ装置１４では、スイッチング電源９０と解列リレー３０の補助接点３０Ｄを接続する配線９８に、キャリア信号及びキャリア信号の高調波が流れ込むのを抑えるようにしている。

このとき、本実施の形態に適用したインバータ装置１４では、１７.５ｋＨｚのキャリア周波数ｆｃに対して、コーナー周波数ｆを数十〜数百Ｈｚ程度とするようにしている。

また、フィルタ回路１０２では、このコーナー周波数ｆを得るために、インダクタンスＬが１０ｍＨ〜数百ｍＨ、キャパシタンスＣが１００ｐＦ〜１００００ｐＦの範囲で設定するようにし、インダクタンスＬを数百ｍＨ以下とすることにより、トロイダルコイル１０４のコストが上昇するのを抑えるようにしている。また、流れる電流が数十ｍＡ程であるため、トロイダルコイル１０４を作るコモンモードリアクトルは、小型で安価となる。すなわち、フィルタ回路１０２の簡略化と共に低コスト化を図るようにしている。

このように構成されたインバータ装置１４を備えた太陽光発電装置１０では、太陽電池１６による発電が開始され、発電ユニット１２の発電電力が所定値を越えると、インバータ装置１４の作動が開始される。

インバータ装置１４は、発電ユニット１２の発電電力が所定値を越えると、解列リレー３０の接点を閉じて、インバータ装置１４を商用電源系統１８に接続すると共に、昇圧回路２４に設けているスイッチング素子４６のスイッチング及びインバータ回路２０に設けているスイッチング素子６０（６０Ｘａ、６０Ｘｂ、６０Ｙａ、６０Ｙｂ）のスイッチングを開始する。

これにより、発電ユニット１２からインバータ装置１４に入力される直流電圧が、所定の昇圧電圧に昇圧された後に、インバータ回路２０へ入力され、スイッチング素子６０がスイッチングされることにより交流電力に変換され、解列リレー３０を介して商用電力系統１８へ回生される。

一方、インバータ装置１４では、マイコン５８にによって解列リレー３０の開閉を制御している。また、マイコン５８では、解列リレー３０が適正に開閉されているかの確認を行うようになっている。

このとき、インバータ装置１４では、スイッチング電源９０によって生成した所定の直流電圧を、配線９８を介して解列リレー３０の補助接点３０Ｄへ印加し、補助接点３０Ｄの開閉に応じて作動するフォトカプラ１００を介して、マイコン５８が解列リレー３０の開閉状態を検出するようになっている。

ところで、スイッチング電源９０と解列リレー３０の補助接点３０Ｄを接続する配線９８は、補助接点が閉じられることにより、スイッチング電源９０の端子９０Ａと、端子９０Ｂの間でループを形成する。このために、配線９８がアンテナとして機能して電磁波を発生する。

一方、インバータ装置１４では、スイッチング素子６０の駆動に用いるスイッチング信号のキャリア周波数ｆｃが１７.５ｋＨｚとなっており、このキャリア周波数ｆｃ又はキャリア周波数ｆｃの高調波が配線９８に流れ込むと、ラジオ放送の周波数帯域で強度の高いノイズを発生させてしまう。このノイズはラジオノイズとなって現れてしまう。

ここから、インバータ装置１４では、トロイダルコイル１０４とコンデンサ１０６を用いて形成したフィルタ回路１０２を用い、このフィルタ回路１０２を介して、配線９８がインバータ電源９０に接続されるようにしている。

このフィルタ回路１０２は、コーナー周波数ｆがキャリア周波数ｆｃより低くなっており、これにより、配線９８に流れ込むキャリア周波数ｆｃの信号及びキャリア周波数ｆｃの高調波を抑えるようにしている。

したがって、解列リレー３０の補助接点３０Ｄが閉じられたときに、スイッチング電源９０と解列リレー３０の間を接続する配線９８によってループが形成されても、このループによってキャリア周波数ｆｃ及びキャリア周波数ｆｃの高調波が電磁波となって発せられるのを確実に抑えることができる。

図５には、フィルタ回路１０２を設けているインバータ装置１４での、ラジオ放送（中波放送）帯域を含む、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数域での電磁波レベルの測定結果を示している。なお、図６には、比較対象（従来例）として、フィルタ回路１０２を設けていない状態での電磁波レベルを示している。

図５及び図６では、情報処理装置電波障害自主規制協議会（ＶＣＣＩ）で設定している自主規制の技術基準を合わせて示している。この技術基準では、商工業地域に適用される規格区分である第１種の準尖頭値の許容値が、破線で示すように、１５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚで７９ｄＢμｖ、５００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚで７３ｄＢμｖとなっている。

図５及び図６に示すように、インバータ装置１４は、フィルタ回路１０２の有無にかかわらず、第１種の許容値範囲ないとなっており、太陽光発電装置１０の商工業地域での設置が可能となっている。

しかし、上記技術基準において住宅地域に適用される規格区分である第２種の準尖頭値の許容値は、図５及び図６で一点鎖線で示すように、１５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚで６６〜５６ｄＢμｖ、５００ｋＨｚ〜５ＭＨｚで５６ｄＢμｖ、５ＭＨｚ〜３０ＭＨｚで６０ｄＢμｖとなっている。なお、同技術基準では、１５０ｋＨｚから５００ｋＨｚの周波数域で許容値が６６ｄＢμｖから５６ｄＢμｖまで直線的に変化するように定めている。

このため、図６に示すように、フィルタ回路１０２を設けていないインバータ装置では、１５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ近傍の周波数域で、第２種の許容値を上回るレベルの電磁波が発生している。すなわち、スイッチング信号のキャリア周波数ｆｃが高いので、５００ｋＨｚを越える周波数域まで、このキャリア周波数ｆｃの高調波の電磁波レベルが高くなっている。

一方、フィルタ回路１０２は、ストップバンドにキャリア周波数ｆｃを含んでいるために、キャリア周波数ｆｃの信号や、高調波信号が配線９８に乗ってしまうのを抑えることができる。

これにより、図５に示すように、２ＭＨｚ以下の周波数域、特に１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数域の電磁波レベルを大きく下げることができ、電磁波レベルが第２種の許容値を越えてしまうのを抑えることができる。

したがって、フィルタ回路１０２を設けることにより、このインバータ装置１４を備えた太陽光発電装置１０を住宅地域に設置することも可能となる。

なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の構成を限定するものではない。例えば、本実施の形態では、フィルタ回路１０２を例に説明したが、本発明では、ストップバンドにスイッチング信号のキャリア周波数ｆｃを含むものであれば任意の構成のフィルタ回路を用いることができる。

また、本実施の形態では、インバータ電源９０と解列リレー３０の補助接点３０Ｄとを接続する配線９８にフィルタ回路１０２を設けて説明したが、本発明は、これに限らず、スイッチング電源９０等から引き出される配線で、ループを形成する配線に設けることができ、また、設けることが好ましい。

さらに、本実施の形態では、太陽光発電装置１０に設けたインバータ装置１４を例に説明したが、太陽光発電装置に限らず、直流電力を交流電力に変換する任意の構成の電源装置に設けるインバータ装置に適用することができる。

本実施の形態に適用した太陽光発電装置の概略構成図である。 インバータ装置に設けているスイッチング制御部の概略構成を示す機能ブロック図である。 本実施の形態に適用した解列リレーとスイッチング電源の接続を示す概略回路図である フィルタ回路の一例を示す回路図である。 インバータ電源と解列リレーの補助接点の間にフィルタ回路を設けた本実施の形態のインバータ装置の電磁波レベルの計測結果を示す線図である。 インバータ電源と解列リレーの補助接点の間にフィルタ回路を設けていない従来例の電磁波レベルの計測結果を示す線図である。

符号の説明

１０ 太陽光発電装置
１２ 発電ユニット
１４ インバータ装置（系統連系用インバータ装置）
１８ 商用電力系統（系統電源）
２０ インバータ回路
３０ 解列リレー
３０Ｄ 補助接点（接点）
３４ コントローラ（生成手段、スイッチング制御部）
５８ マイコン（生成手段、スイッチング制御部）
６０ スイッチング素子
９０ スイッチング電源（電源部）
９８（９８Ａ、９８Ｂ） 配線
１００ フォトカプラ
１０２ フィルタ回路
１０４ トロイダルコイル
１０６ コンデンサ
１０８ トロイダルコア

Claims (5)

1. スイッチング素子がスイッチング駆動されることにより直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
   前記スイッチング素子の駆動タイミングを設定するスイッチング信号を生成する生成手段と、
   所定周波数のキャリアで前記スイッチング信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するスイッチング制御部と、
   前記スイッチング素子及び前記スイッチング制御部を含む駆動電力を生成する電源部と、
   を含み、直流電力を商用電源に応じた電圧及び周波数に変換して商用電源へ回生する系統連系用インバータ装置であって、
   前記電源部から引き出されて所定の接点を経て電源部に戻るループが形成される配線に、ストップバンド内に前記キャリア周波数及びキャリアの高調波が含まれるフィルタ回路を設け、前記配線を該フィルタ回路から引き出して前記接点に接続していることを特徴とする系統連系用インバータ装置。
2. 前記インバータ回路と前記商用電源の間に、接点の開閉によってインバータ回路と商用電源を接続する解列リレーが設けられている時に、前記解列リレーの接点の一つと前記電源部とを接続する前記配線に、前記フィルタ回路を設けていることを特徴とする請求項１に記載の系統連系用インバータ装置。
3. 前記キャリア周波数が数ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の系統連系用インバータ装置。
4. 前記フィルタ回路を用いて、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは２ＭＨｚ以下の電磁波レベルの抑制を図ることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の系統連系用インバータ装置。
5. 前記フィルタ回路に、トロイダルコアを用いて形成され、インダクタンスLが数百ｍＨ以下のトロイダルコイルを用いていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の系統連系用インバータ装置。

Images