JP2010057337A - 系統連系インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インバータ5は、下アームのスイッチング素子(Q2,Q4)の駆動用電源として動作するゲート電源回路11−2と、上アームのスイッチング素子(Q1,Q4)の駆動用電源として動作するゲート電源用コンデンサ(C1,C3)を具備するブートストラップ回路と、を有し、同期動作可能な2組のスイッチング素子対を駆動するゲート信号が共通化(S1,S2)され、ゲートパルス発生回路8は、1回のON/OFF制御によってゲート電源用コンデンサ(C1,C3)の充電電圧が所定値以上となるように、当該ゲート電源用コンデンサの充電に寄与するスイッチング素子(Q2,Q4)を制御する。
【選択図】 図8
Description
(太陽光発電システムの構成)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる系統連系インバータ装置を太陽光発電システムに適用した場合の一例を示す図である。
つぎに、実施の形態1にかかる系統連系インバータ装置の構成について説明する。図1において、系統連系インバータ装置2は、コンバータ4、インバータ5、制御部6、出力フィルタ回路7、および開閉器8を備えている。
Vg:ゲート電源電圧
R:充電回路の抵抗
C:ゲート電源用コンデンサの容量
V(t):ゲート電源用コンデンサの両端電圧
t:コンデンサの充電時間
V(t)=Vg(1−e-(1/CR)t) …(1)
V(t)=Vg(1−e-(1/CR)t)>Vgmin …(2)
という関係式が導かれ、スイッチング素子の確実な駆動に必要な充電を行うための、スイッチング素子のON時間は、
t>−CR*Ln(1−Vgmin/Vg) …(3)
で与えられる。
t>1.54msec …(4)
という関係が得られる。
(2)つぎに、スイッチング周波数が切り替わり、スイッチング素子9−4がONになると、ゲート電源用コンデンサC3が充電される。このとき、スイッチング素子9−1は、上記(1)の充電時にゲート電源用コンデンサC1の電圧がスイッチング素子9−1の駆動電圧に達した時点でONとなる。
(3)さらに、スイッチング周波数が切り替わり、スイッチング素子9−2がONになると、ゲート電源用コンデンサC1が充電される。このとき、スイッチング素子9−3は、上記(2)の充電時にゲート電源用コンデンサC3の電圧がスイッチング素子9−3の駆動電圧に達した時点でONとなる。
(4)以降、上記(2)、(3)の動作が繰り返される。
(a)例えば(2)の状態でゲート電源用コンデンサC1の電圧が充分に充電されていない場合、スイッチング素子9−1が損傷してしまう虞がある。
(b)また、例えば(3)の状態でゲート電源用コンデンサC3の電圧が充分に充電されていない場合、スイッチング素子9−3が損傷してしまう虞がある。
したがって、インバータ5の起動時に、通常のスイッチング周波数でゲート電源用コンデンサC1,C3の充電を行う場合には、ゲートパルスを共通化することはできず、単独で動作する必要がある。
図9は、本発明の実施の形態2にかかる系統連系インバータ装置の構成を示す図である。図8に示す実施の形態1との装置構成に関する相違点は、同期して動作することが可能な2組のスイッチング素子対のうち、1組のスイッチング素子対を駆動するゲート信号が共通化されるように構成した点にある。例えば、図9に示す構成では、スイッチング素子9−1,9−4のゲート信号の共通化は行っているが、スイッチング素子9−2,9−3のゲート信号の共通化は行っていない。なお、その他については、実施の形態1の構成と同一または同等であり、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(太陽光発電システムの構成)
図10は、本発明の実施の形態3にかかる系統連系インバータ装置を太陽光発電システムに適用した場合の一例を示す図である。
つぎに、実施の形態3にかかる系統連系インバータ装置2Aの構成について説明する。図10において、系統連系インバータ装置2Aは、コンバータ4、インバータユニット20、制御部6、出力フィルタ回路7、開閉器8、および電圧検出器30を備えている。
Vk>V1−(V2+V3) …(5)
なお、V1,V2,V3は,予め設定されている電圧であり既知である。
「Q11D→Cc(−V3)→Q10D→Q4Tr→Ca(+V1)→Q1Tr→Q7D→Cb(−V2)→Q6D」(図17中の記号Aの電流経路)
となる。
Vo=V1−(V2+V3)<Vk …(6)
となり、系統電圧の方が大きくなるので、系統3には出力されない。
「Q5D→Cb(−V2)→Q8D→Q1D→Ca(−V1)→Q4D→Q9D→Cc(−V3)→Q12D」(図17中の記号Bの電流経路)
となる。
Vo=V1+V2+V3>Vk …(7)
となり、インバータユニット20の出力電圧の方が大きくなるので、インバータユニット20には出力されない。
Vo=−(V1+V2+V3)<Vk …(8)
Vo=(V2+V3)−V1>Vk …(9)
図19は、実施の形態4にかかる系統連系インバータ装置の構成を示す図である。図15に示す実施の形態3との相違点は、母線コンデンサCa〜Ccの各電圧をモニタするための電圧検出器32a〜32cを備えるように構成した点にある。なお、その他の構成部については、実施の形態3と同一または同等であり、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
Vo=V1−(V2+V3) …(10)(図表中の電流経路A)
Vo=V1+V2+V3 …(11)(図表中の電流経路B)
実施の形態5は、複数台の単相インバータを直列に接続したインバータユニットにおいて、上アームを構成するスイッチング素子の故障を確実に防止するための実施の形態を示すものである。なお、実施の形態5の基本的な構成は、図15に示したものと同等である。また、本実施の形態においては、系統3の電圧をモニタする機能は不要である。ただし、ゲート電源用コンデンサの充電(初期充電)時には、開閉器8を開放させておく必要がある。
t>−CR*Ln(1−Vgmin/Vg) …(3)(再掲)
t>1.54msec …(4)(再掲)
実施の形態6は、複数台の単相インバータを直列に接続したインバータユニットにおいて、上アームを構成するスイッチング素子の故障を確実に防止するための実施の形態を示すものであるが、実施の形態5との相違点は、系統3と連系した状態で充電制御を行うことができる点にある。なお、実施の形態6の基本的な構成は、図15に示したものと同等である。また、本実施の形態においては、系統3の電圧をモニタする機能は必要である。
図20は、実施の形態7にかかる系統連系インバータ装置の構成を示す図である。図19に示す実施の形態6との装置構成に関する相違点は、単相インバータ20aにおいて、スイッチング素子9−1と、スイッチング素子9−4との共通化を行っていない点にある。なお、その他の構成部については、実施の形態6と同一または同等であり、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
2,2A 系統連系インバータ装置
3 系統
4 コンバータ
5 インバータ
6 制御部
7 開閉器
7 出力フィルタ回路
8 開閉器
9−1〜9−12 スイッチング素子
10−1〜10−12 ゲート駆動回路
11−1〜11−3,11−5〜11−7,11−9〜11−11 ゲート電源回路
12 ゲートパルス発生回路
20 インバータユニット
20a,20b,20c 単相インバータ
22 スイッチ回路
28,29 インバータ母線
30 電圧検出器
32a,32b,32c 電圧検出器
C1〜C12 ゲート電源用コンデンサ
Ca,Cb,Cc,Cx 母線コンデンサ
Claims (9)
- 電力系統と連系する系統連系インバータ装置において、
複数のスイッチング素子を有し、入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、
前記インバータの出力を電力系統に出力するか否かを切り替える開閉器と、
前記インバータおよび前記開閉器の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記インバータは、
前記複数のスイッチング素子のうちの下アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作する第1のゲート電源と、
前記複数のスイッチング素子のうちの上アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作し、前記第1のゲート電源による直流電力が供給されるゲート電源用コンデンサを具備するブートストラップ回路によって構成された第2のゲート電源と、
を有するとともに、
同期して動作することが可能な2組のスイッチング素子対を駆動するゲート信号が共通化されるように構成されるとき、
前記制御部は、前記インバータと前記電力系統とが連系していないときに、1回のON/OFF制御によって前記ゲート電源用コンデンサの充電電圧が所定値以上となるように、当該ゲート電源用コンデンサの充電に寄与するスイッチング素子を制御することを特徴とする系統連系インバータ装置。 - 電力系統と連系する系統連系インバータ装置において、
複数のスイッチング素子を有し、入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、
前記インバータの出力を電力系統に出力するか否かを切り替える開閉器と、
前記インバータおよび前記開閉器の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記インバータは、
前記複数のスイッチング素子のうちの下アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作する第1のゲート電源と、
前記複数のスイッチング素子のうちの上アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作し、前記第1のゲート電源による直流電力が供給されるゲート電源用コンデンサを具備するブートストラップ回路によって構成された第2のゲート電源と、
を有するとともに、
同期して動作することが可能な2組のスイッチング素子対のうち、1組のスイッチング素子対を駆動するゲート信号が共通化されるように構成されるとき、
前記制御部は、前記インバータと前記電力系統とが連系していないときに、ゲート信号が共通化されていない下アームのスイッチング素子をONすることによって充電されるゲート電源用コンデンサの充電電圧が所定値以上となるように、当該下アームのスイッチング素子を複数回ON/OFF制御することを特徴とする系統連系インバータ装置。 - 電力系統と連系する系統連系インバータ装置において、
入力された直流電圧を電圧変換して出力するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する複数の単相インバータを有し、交流側端子が直列に接続された当該複数の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットと、
前記インバータユニットの出力を電力系統に出力するか否かを切り替える開閉器と、
前記インバータユニットおよび前記開閉器の動作を制御する制御部と、
前記電力系統の電圧を検出する第1の電圧検出器と、
を備え、
前記インバータユニットは、
前記各単相インバータを構成する複数のスイッチング素子のうちの下アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作する第1のゲート電源と、
前記複数のスイッチング素子のうちの上アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作し、前記第1のゲート電源による直流電力が供給されるゲート電源用コンデンサを具備するブートストラップ回路によって構成された第2のゲート電源と、
を有するとともに、
同期して動作することが可能な2組のスイッチング素子対のうち、1組のスイッチング素子対を駆動するゲート信号が共通化されるように構成されるとき、
前記制御部は、前記インバータユニットと前記電力系統とが連系状態にあり、かつ、前記インバータユニットが停止状態のときに、前記第1の電圧検出器の検出電圧に基づいて、前記インバータユニットと前記電力系統との間で相互に逆流電流が流れないように前記スイッチング素子のON/OFF制御を行って前記ゲート電源用コンデンサを充電することを特徴とする系統連系インバータ装置。 - 前記各単相インバータの母線電圧を検出する第2の電圧検出器をさらに備え、
前記制御部は、前記ゲート電源用コンデンサに対する充電を前記第1の電圧検出器および前記第2の電圧検出器の各検出電圧に基づいて実行す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装置。 - 前記制御部は、1回のON/OFF制御によって前記ゲート電源用コンデンサの充電電圧が所定値以上となるように、当該ゲート電源用コンデンサの充電に寄与するスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項3または4に記載の系統連系インバータ装置。
- 電力系統と連系する系統連系インバータ装置において、
入力された直流電圧を電圧変換して出力するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する複数の単相インバータを有し、交流側端子が直列に接続された当該複数の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットと、
前記インバータユニットの出力を電力系統に出力するか否かを切り替える開閉器と、
前記インバータユニットおよび前記開閉器の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記インバータユニットは、
前記各単相インバータを構成する複数のスイッチング素子のうちの下アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作する第1のゲート電源と、
前記複数のスイッチング素子のうちの上アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作し、前記第1のゲート電源による直流電力が供給されるゲート電源用コンデンサを具備するブートストラップ回路によって構成された第2のゲート電源と、
を有するとともに、
同期して動作することが可能な2組のスイッチング素子対のうち、1組のスイッチング素子対を駆動するゲート信号が共通化されるように構成されるとき、
前記制御部は、前記インバータユニットと前記電力系統とが連系していないときに、1回のON/OFF制御によって前記ゲート電源用コンデンサの充電電圧が所定値以上となるように、当該ゲート電源用コンデンサの充電に寄与するスイッチング素子を制御することを特徴とする系統連系インバータ装置。 - 電力系統と連系する系統連系インバータ装置において、
入力された直流電圧を電圧変換して出力するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する複数の単相インバータを有し、交流側端子が直列に接続された当該複数の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットと、
前記インバータユニットの出力を電力系統に出力するか否かを切り替える開閉器と、
前記インバータユニットおよび前記開閉器の動作を制御する制御部と、
前記電力系統の電圧を検出する第1の電圧検出器と、
前記各単相インバータの母線電圧を検出する第2の電圧検出器と、
を備え、
前記インバータユニットは、
前記各単相インバータを構成する複数のスイッチング素子のうちの下アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作する第1のゲート電源と、
前記複数のスイッチング素子のうちの上アームのスイッチング素子の駆動用電源として動作し、前記第1のゲート電源による直流電力が供給されるゲート電源用コンデンサを具備するブートストラップ回路によって構成された第2のゲート電源と、
を有するとともに、
前記インバータユニットを構成する単相インバータのうち、前記コンバータの出力端にインバータ母線が接続される第1の単相インバータにおいては、同期して動作することが可能な2組のスイッチング素子対のうち、1組のスイッチング素子対を駆動するゲート信号が共通化されるように構成される一方で、
前記インバータユニットを構成する単相インバータのうち、前記第1の単相インバータ以外の単相インバータにおいては、同期して動作することが可能な2組のスイッチング素子対を駆動するゲート信号が共通化されるように構成されており、
前記制御部は、前記第1の単相インバータ以外の単相インバータに未充電のインバータ母線用コンデンサが1以上存在し、かつ、前記第1の単相インバータのゲート電源用コンデンサを充電する場合に、当該充電対象であるゲート電源用コンデンサの充電時に、スイッチング素子を複数回ON/OFF制御することを特徴とする系統連系インバータ装置。 - 前記制御部は、前記インバータと前記電力系統とが連系状態にあり、かつ、前記インバータが停止状態のときに、前記第1の電圧検出器の検出電圧に基づいて、前記インバータと前記電力系統との間で相互に逆流電流が流れないように前記スイッチング素子のON/OFF制御を行って前記ゲート電源用コンデンサを充電することを特徴とする請求項7に記載の系統連系インバータ装置。
- 前記制御部は、前記ゲート電源用コンデンサに対する充電を前記第1の電圧検出器および前記第2の電圧検出器の各検出電圧に基づいて実行することを特徴とする請求項7に記載の系統連系インバータ装置。
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