JP2010252596A - System linkage inverter device - Google Patents

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Hiroshi Nagasato
洋 永里
Keiichi Sato
圭一 佐藤
Shinobu Kake
忍 懸
Akihito Otani
昭仁 大谷
Hiroaki Kako
裕章 加来
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the power conversion efficiency of a system linkage inverter device. <P>SOLUTION: The system linkage inverter device 101 includes a booster converter 104 which converts a DC input voltage into a given DC voltage, an inverter 106 which converts an output voltage from the booster converter 104 into an AC voltage that enables linkage to a commercial power system 102, a system voltage detecting means 109 which detects an AC voltage from the commercial power system 102, and a control means 110 which adjusts an output voltage from the booster converter 104 so that the output voltage from the booster converter 104 is higher than the peak voltage value of a system voltage detected by the system voltage detecting means 109 and that a difference between the output voltage from the booster converter 104 and the system voltage detected by the system voltage detecting means 109 is within a given range. The output voltage from the booster converter 104 is adjusted to be higher than the peak voltage of the commercial power system 102 by 30 V, which is the voltage necessary and sufficient for preventing current backflow from the commercial power system 102 to the system linkage inverter device 101. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池、太陽電池などの直流電力を交流電力に変換し、系統に連系して出力する系統連系インバータ装置に関する。   The present invention relates to a grid-connected inverter device that converts DC power, such as a fuel cell or a solar cell, into AC power and outputs the power connected to the grid.

従来、この種の系統連系インバータ装置は、燃料電池などの直流入力電圧を、一旦所定の電圧に昇圧し、その高電圧を交流に変換して、商用電力系統に連系出力している（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, this type of grid-connected inverter device once boosts a DC input voltage of a fuel cell or the like to a predetermined voltage, converts the high voltage into AC, and outputs it to a commercial power system ( For example, see Patent Document 1).

以下に、特許文献１に記載された系統連系インバータ装置について、図を用いて説明する。   Below, the grid connection inverter apparatus described in patent document 1 is demonstrated using figures.

図６は、従来の系統連系インバータ装置の回路ブロック図である。図６に示すように、系統連系インバータ装置１は、商用電力系統２と連系して、エアコンや冷蔵庫などの家庭内負荷３に接続されている。   FIG. 6 is a circuit block diagram of a conventional grid-connected inverter device. As shown in FIG. 6, the grid-connected inverter device 1 is connected to a commercial power grid 2 and connected to a domestic load 3 such as an air conditioner or a refrigerator.

このとき、商用電力系統２と系統連系インバータ装置１は、単相３線（ＵＯＷ相）のＡＣ２００Ｖで接続されている。そして、家庭内負荷３は、一般的に単相２線で接続され、接続方法としては、Ｕ−Ｏ間のＡＣ１００Ｖ、Ｗ−Ｏ間のＡＣ１００Ｖ、Ｕ−Ｗ間のＡＣ２００Ｖがある。   At this time, the commercial power system 2 and the grid-connected inverter device 1 are connected by a single-phase three-wire (UOW phase) AC 200V. The home load 3 is generally connected by a single-phase two-wire, and connection methods include AC 100V between U and O, AC 100V between W and O, and AC 200V between U and W.

そして、系統連系インバータ装置１は、昇圧コンバータ４、インバータ６と解列リレー８で少なくとも構成される。   The grid interconnection inverter device 1 includes at least a boost converter 4, an inverter 6 and a disconnect relay 8.

ここで、昇圧コンバータ４は、燃料電池１１などの入力電圧を平滑する入力コンデンサ１２、エネルギー蓄積用のリアクトル１３、昇圧コンバータ用スイッチング素子１４、昇圧用ダイオード１５、平滑コンデンサ５で構成され、入力電圧を系統電圧より高い所定の電圧に昇圧する。   Here, the boost converter 4 includes an input capacitor 12 for smoothing an input voltage of the fuel cell 11 and the like, an energy storage reactor 13, a boost converter switching element 14, a boost diode 15, and a smoothing capacitor 5. Is boosted to a predetermined voltage higher than the system voltage.

また、インバータ６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を４石使用したフルブリッジ回路と、高周波ノイズ除去用リアクトル１６と出力コンデンサ１７で構成され、平滑コンデンサ５に蓄えられた電力を商用電力系統２と同期した交流正弦波として出力する。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には転流ダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ内蔵されている。   The inverter 6 includes a full bridge circuit using four switching elements Q1 to Q4, a high frequency noise removing reactor 16 and an output capacitor 17, and synchronizes the power stored in the smoothing capacitor 5 with the commercial power system 2. Output as an alternating sine wave. Further, commutation diodes D1 to D4 are incorporated in the switching elements Q1 to Q4, respectively.

このとき、昇圧コンバータ用スイッチング素子１４およびスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、制御手段１０のドライブ信号に基づいて動作する。また、解列リレー８は、制御手段１０の制御信号に従い系統連系インバータ装置１を商用電力系統２と連系／解列する。なお、一般的に、商用電力系統２と接続された状態を連系、切り離された状態を解列と記し、以下でも同様に記載して説明する。   At this time, step-up converter switching element 14 and switching elements Q <b> 1 to Q <b> 4 operate based on the drive signal of control means 10. The disconnect relay 8 interconnects / disconnects the grid-connected inverter device 1 with the commercial power system 2 according to the control signal of the control means 10. In general, the state connected to the commercial power system 2 is referred to as interconnection, and the disconnected state is referred to as disconnection.

以下に、燃料電池１１と商用電力系統２がともに家庭内負荷３に電力供給を行っている場合の系統連系インバータ装置１の動作について具体的に説明する。   Below, the operation | movement of the grid connection inverter apparatus 1 in case both the fuel cell 11 and the commercial power grid 2 are supplying electric power to the household load 3 is demonstrated concretely.

昇圧コンバータ４の出力電圧が商用電力系統２よりも低くなると、転流ダイオードＤ１，Ｄ４を介して、もしくは転流ダイオードＤ２，Ｄ３を介して商用電力系統２より平滑コンデンサ５へ電流が流入してくるため、安定した出力が行えない。そこで、昇圧コンバータ４の出力電圧は、商用電力系統２よりも高い電圧で維持される必要がある。具体的には商用電力系統２の電圧がＡＣ２００Ｖの場合、電圧のピークは２８３Ｖに達するため、それ以上の出力電圧が必要である。   When the output voltage of the boost converter 4 becomes lower than that of the commercial power system 2, current flows into the smoothing capacitor 5 from the commercial power system 2 via the commutation diodes D1 and D4 or via the commutation diodes D2 and D3. Therefore, stable output cannot be performed. Therefore, the output voltage of boost converter 4 needs to be maintained at a voltage higher than that of commercial power system 2. Specifically, when the voltage of the commercial power system 2 is AC 200V, the peak of the voltage reaches 283V, and thus an output voltage higher than that is necessary.

ここで、商用電力系統２の変動やインバータ６の制御応答性を考慮し、たとえば２８２Ｖに対して４０％のマージンを確保しようとすると、昇圧コンバータ４の出力電圧としては約４００Ｖもの高電圧が必要ということになる。   Here, considering the fluctuation of the commercial power system 2 and the control responsiveness of the inverter 6, for example, to secure a 40% margin with respect to 282 V, the output voltage of the boost converter 4 requires a high voltage of about 400 V. It turns out that.

このとき、例えば定格出力が４０Ｖ程度の燃料電池１１を入力電源として用いる場合、約１０倍程度の昇圧が必要となる。そこで、制御手段１０により昇圧コンバータ用スイッチング素子１４をＯＮしてリアクトル１３にエネルギーを蓄積し、昇圧コンバータ用スイッチング素子１４をＯＦＦした際にリアクトル１３に蓄えられたエネルギーが昇圧用ダイオード１５を介して平滑コンデンサ５に電力として蓄える。   At this time, for example, when the fuel cell 11 having a rated output of about 40 V is used as an input power source, a boost of about 10 times is required. Therefore, the control means 10 turns on the boost converter switching element 14 to accumulate energy in the reactor 13, and the energy stored in the reactor 13 when the boost converter switching element 14 is turned off passes through the boost diode 15. Stored in the smoothing capacitor 5 as electric power.

以上の動作を高周波で繰り返すことにより、昇圧コンバータ４の出力電圧はＤＣ４００Ｖ程度に昇圧されて一定に維持される。   By repeating the above operation at a high frequency, the output voltage of the boost converter 4 is boosted to about DC 400 V and maintained constant.

つぎに、インバータ６は、制御手段１０により、４石のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を高周波でスイッチング動作させることで、平滑コンデンサ５に一時的に蓄えられた電力を略正弦波として出力する。この略正弦波の出力電流には高周波成分が含まれているが、高周波ノイズ除去用リアクトル１６と出力コンデンサ１７で平滑されて滑らかな正弦波となり、制御手段１０により閉状態に保たれた解列リレー８を介して家庭内負荷３に供給される。   Next, the inverter 6 outputs the electric power temporarily stored in the smoothing capacitor 5 as a substantially sine wave by causing the control means 10 to switch the four stone switching elements Q1 to Q4 at a high frequency. The substantially sine wave output current contains a high frequency component, but is smoothed by the high frequency noise removing reactor 16 and the output capacitor 17 to form a smooth sine wave, and the control means 10 keeps the circuit closed. It is supplied to the home load 3 via the relay 8.

特開２００２−２５２９８６号公報JP 2002-252986 A

しかしながら、従来の系統連係インバータ装置１は、商用電力系統２の実際の電圧にはかかわらず、昇圧コンバータ４の出力電圧を高い値に一定に維持していたので、常に大きな損失を発生し続けていた。   However, since the conventional grid-connected inverter device 1 maintains the output voltage of the boost converter 4 constant at a high value regardless of the actual voltage of the commercial power system 2, it always generates a large loss. It was.

すなわち、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がスイッチング動作を１回行う毎に、スイッチング損失Ｐｊが生じる。また、スイッチング周波数を高くすると、高周波ノイズ除去用リアクトル１６を小型化できるため、スイッチングの高周波化が求められるが、スイッチング損失Ｐｊの発生頻度は多くなる。昇圧コンバータ４の出力電圧をＶｄｃとすると、スイッチング損失Ｐｊは式（１）のような関係がある。   That is, every time switching elements Q1-Q4 perform a switching operation once, switching loss Pj occurs. Further, if the switching frequency is increased, the high-frequency noise removing reactor 16 can be reduced in size, so that higher switching frequency is required, but the frequency of occurrence of the switching loss Pj increases. When the output voltage of the boost converter 4 is Vdc, the switching loss Pj has a relationship as shown in Expression (1).

Ｐｊ∝Ｖｄｃ２ … （１）
従って、インバータ６はスイッチング動作を行うたびに大きな損失を発生するという課題を有していた。 Pj∝Vdc2 (1)
Therefore, the inverter 6 has a problem that a large loss occurs every time the switching operation is performed.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、インバータのスイッチング動作時の損失を低減し、電力変換効率を向上させた系統連係インバータ装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a grid-linked inverter device that reduces loss during switching operation of the inverter and improves power conversion efficiency.

上記目的を達成するために、本発明の系統連系インバータ装置は、直流入力電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータと、コンバータの出力電圧を系統に連系可能な交流に変換するインバータと、系統の交流電圧を検出する系統電圧検出手段と、コンバータの出力電圧が系統電圧検出手段により検出した系統電圧のピーク電圧値より高く且つコンバータの出力電圧と系統電圧検出手段により検出した系統電圧との差が所定範囲内になるようにコンバータの出力電圧を調整する制御手段とを備えたのである。   In order to achieve the above object, a grid-connected inverter device of the present invention includes a converter that converts a DC input voltage into a predetermined DC voltage, an inverter that converts an output voltage of the converter into an AC that can be linked to the grid, and A system voltage detecting means for detecting an AC voltage of the system, and an output voltage of the converter that is higher than a peak voltage value of the system voltage detected by the system voltage detecting means and an output voltage of the converter and a system voltage detected by the system voltage detecting means. And a control means for adjusting the output voltage of the converter so that the difference falls within a predetermined range.

これによって、コンバータの出力電圧を系統電圧に応じて適切な値に調整し、インバータで発生するスイッチング損失を低減するので、電力変換効率を高めた系統連係インバータ装置を実現できる。   Thereby, the output voltage of the converter is adjusted to an appropriate value in accordance with the system voltage, and the switching loss generated in the inverter is reduced. Therefore, the system-linked inverter device with improved power conversion efficiency can be realized.

本発明の系統連系インバータ装置は、コンバータの出力電圧を系統電圧よりも高く且つ系統電圧との差が所定の範囲内になるように調整する構成としたので、インバータのスイッチング素子に印加される電圧を必要最低限にすることができる。その結果、スイッチング損失を低減して、電力変換効率を高めることができる。   Since the grid-connected inverter device of the present invention is configured to adjust the output voltage of the converter to be higher than the grid voltage and the difference from the grid voltage to be within a predetermined range, it is applied to the switching element of the inverter. The voltage can be minimized. As a result, switching loss can be reduced and power conversion efficiency can be increased.

本発明の実施の形態１における系統連系インバータ装置の回路ブロック図The circuit block diagram of the grid connection inverter apparatus in Embodiment 1 of this invention 同実施の形態の系統連系インバータ装置における昇圧コンバータの出力電圧と商用電力系統の関係を示す特性図Characteristic diagram showing the relationship between the output voltage of the boost converter and the commercial power system in the grid-connected inverter device of the embodiment 同実施の形態の系統連系インバータ装置における昇圧コンバータの出力電圧と商用電力系統の関係を示す特性図Characteristic diagram showing the relationship between the output voltage of the boost converter and the commercial power system in the grid-connected inverter device of the embodiment 同実施の形態の系統連系インバータ装置における昇圧コンバータの出力電圧と商用電力系統の関係を示す特性図Characteristic diagram showing the relationship between the output voltage of the boost converter and the commercial power system in the grid-connected inverter device of the embodiment 本発明の実施の形態２における系統連系インバータ装置の回路ブロック図The circuit block diagram of the grid connection inverter apparatus in Embodiment 2 of this invention 従来の系統連系インバータ装置の回路ブロック図Circuit block diagram of conventional grid-connected inverter device

第１の発明は、直流入力電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータと、コンバータの出力電圧を系統に連系可能な交流に変換するインバータと、系統の交流電圧を検出する系統電圧検出手段と、コンバータの出力電圧が系統電圧検出手段により検出した系統電圧のピーク電圧値より高く且つコンバータの出力電圧と系統電圧検出手段により検出した系統電圧との差が所定範囲内になるようにコンバータの出力電圧を調整する制御手段とを備えた系統連系インバータ装置である。   A first invention includes a converter that converts a DC input voltage into a predetermined DC voltage, an inverter that converts an output voltage of the converter into an AC that can be linked to the system, and a system voltage detection unit that detects the AC voltage of the system. The output of the converter is such that the converter output voltage is higher than the peak voltage value of the system voltage detected by the system voltage detecting means and that the difference between the converter output voltage and the system voltage detected by the system voltage detecting means is within a predetermined range. It is a grid connection inverter apparatus provided with the control means which adjusts a voltage.

この構成によって、コンバータの出力電圧を系統電圧に応じて適切な値に調整し、インバータのスイッチング素子に印加される電圧を必要最小限にすることができる。その結果、インバータ部分のスイッチング損失を低減し、系統連系インバータ装置の電力変換効率を向上することができる。また、インバータの損失が低減されると、その分だけコンバータの出力電力が低減される。すなわちコンバータの入力電流が低減されることによって、コンバータの損失が低減される。その結果、系統連系インバータ装置の電力変換効率を向上することができる。   With this configuration, the output voltage of the converter can be adjusted to an appropriate value according to the system voltage, and the voltage applied to the switching element of the inverter can be minimized. As a result, the switching loss of the inverter part can be reduced, and the power conversion efficiency of the grid-connected inverter device can be improved. Further, when the inverter loss is reduced, the output power of the converter is reduced accordingly. That is, the converter loss is reduced by reducing the converter input current. As a result, the power conversion efficiency of the grid-connected inverter device can be improved.

第２の発明は、特に、第１の発明におけるコンバータが、直流入力電圧を昇圧するものであり、コンバータが直流入力電圧を昇圧することにより、コンバータの昇圧比を必要最低限にすることができる。その結果、コンバータの昇圧動作時の損失が低減され、系統連系インバータ装置の電力変換効率を向上することができる。   In the second invention, in particular, the converter in the first invention boosts the DC input voltage, and the converter boosts the DC input voltage, so that the boost ratio of the converter can be minimized. . As a result, the loss during the boost operation of the converter is reduced, and the power conversion efficiency of the grid-connected inverter device can be improved.

第３の発明は、特に、第２の発明におけるコンバータが、燃料電池の発電電力を入力とするものであり、コンバータは燃料電池の発電電力を入力とするので、燃料電池の出力電圧は数十Ｖ程度と低いためにコンバータの昇圧比が数〜数十倍と大きくなる。そのため、コンバータの昇圧比を必要最低限にすることによるコンバータの昇圧動作時の損失低減の効果がより大きく現れる。   In the third aspect of the invention, in particular, the converter according to the second aspect of the invention receives the power generated by the fuel cell, and the converter receives the power generated by the fuel cell. Since the voltage is as low as about V, the step-up ratio of the converter increases to several to several tens of times. Therefore, the effect of reducing the loss during the boost operation of the converter by minimizing the boost ratio of the converter becomes more significant.

第４の発明は、特に、第１から第３のいずれかの発明において、コンバータの出力電圧の調整範囲に上下限を設けたものであり、コンバータの出力電圧の調整範囲に上下限を設けたので、系統の異常で系統電圧が異常に高く、もしくは低くなった場合でも、コンバータを安定して動作させることができる。   In particular, the fourth aspect of the present invention is that in any of the first to third aspects of the invention, the upper and lower limits are provided in the converter output voltage adjustment range, and the upper and lower limits are provided in the converter output voltage adjustment range. Therefore, even when the system voltage is abnormally high or low due to a system abnormality, the converter can be stably operated.

第５の発明は、特に、第１から４のいずれかの発明に加えて、系統電圧検出手段が検出した電圧をフィルタリングするフィルタ手段を備えたものであり、系統電圧検出手段が検出した電圧をフィルタリングするフィルタ手段を備えたので、系統にノイズが重畳された場合にも、系統電圧を正しく制御手段に伝えることができる。その結果、コンバータの出力電圧の調整を安定して行うことができる。   In particular, the fifth invention is provided with filter means for filtering the voltage detected by the system voltage detecting means in addition to any one of the first to fourth inventions, and the voltage detected by the system voltage detecting means is obtained. Since the filtering means for filtering is provided, the system voltage can be correctly transmitted to the control means even when noise is superimposed on the system. As a result, the output voltage of the converter can be adjusted stably.

以下、本発明の系統連系インバータ装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the grid-connected inverter device of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same configurations as those of the above-described embodiments, and detailed description thereof will be omitted. To do. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における系統連系インバータ装置について、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における系統連系インバータ装置の回路ブロック図である。 (Embodiment 1)
Below, the grid connection inverter apparatus in Embodiment 1 of this invention is demonstrated using figures. FIG. 1 is a circuit block diagram of a grid-connected inverter device according to Embodiment 1 of the present invention.

図１に示すように、系統連系インバータ装置１０１は、昇圧コンバータ１０４、インバータ１０６、系統電圧検出手段１０９、とで少なくとも構成される。   As shown in FIG. 1, the grid interconnection inverter device 101 includes at least a boost converter 104, an inverter 106, and a grid voltage detection unit 109.

ここで、昇圧コンバータ１０４は、燃料電池１１１などの直流入力電圧を平滑する入力コンデンサ１１２、エネルギー蓄積用のリアクトル１１３、昇圧コンバータ用スイッチング素子１１４、昇圧用ダイオード１１５、平滑コンデンサ１０５で構成され、入力電圧を系統電圧より高い所定の電圧に昇圧する。   Here, the boost converter 104 includes an input capacitor 112 for smoothing a DC input voltage such as the fuel cell 111, an energy storage reactor 113, a boost converter switching element 114, a boost diode 115, and a smoothing capacitor 105. The voltage is boosted to a predetermined voltage higher than the system voltage.

また、インバータ１０６は、スイッチング素子Ｑ１０１〜Ｑ１０４を４石使用したフルブリッジ回路と、高周波ノイズ除去用リアクトル１１６と出力コンデンサ１１７とで構成され、平滑コンデンサ１０５に蓄えられた電力を商用電力系統１０２と同期した交流正弦波として出力する。   The inverter 106 includes a full bridge circuit using four switching elements Q101 to Q104, a high frequency noise removing reactor 116, and an output capacitor 117, and the electric power stored in the smoothing capacitor 105 is supplied to the commercial power system 102. Output as synchronized AC sine wave.

また、スイッチング素子１０１〜Ｑ１０４には、転流ダイオードＤ１０１〜Ｄ１０４がそれぞれ内蔵されている。このとき、昇圧コンバータ用スイッチング素子１１４およびスイッチング素子Ｑ１０１〜Ｑ１０４は、制御手段１１０のドライブ信号に基づいて動作する。また、解列リレー１０８は、系統連系インバータ装置１０１を商用電力系統１０２と連系／解列する。系統電圧検出手段１０９は、商用電力系統１０２の電圧を検出して制御手段１１０に入力する。   Further, commutation diodes D101 to D104 are incorporated in the switching elements 101 to Q104, respectively. At this time, step-up converter switching element 114 and switching elements Q101 to Q104 operate based on the drive signal of control means 110. The disconnect relay 108 interconnects / disconnects the grid-connected inverter device 101 with the commercial power system 102. The system voltage detection means 109 detects the voltage of the commercial power system 102 and inputs it to the control means 110.

そして、本実施の形態の系統連系インバータ装置１０１は、商用電力系統１０２と連系して、例えばエアコンや冷蔵庫などの家庭内負荷１０３に接続されている。このとき、商用電力系統１０２と系統連系インバータ装置１０１は、単相３線（ＵＯＷ相）のＡＣ２００Ｖで接続されている。また、一般に家庭内負荷１０３は単相２線で接続され、接続方法としては、Ｕ−Ｏ間のＡＣ１００Ｖ、Ｗ−Ｏ間のＡＣ１００Ｖ、Ｕ−Ｗ間のＡＣ２００Ｖがある。   And the grid connection inverter apparatus 101 of this Embodiment is connected with the commercial power grid 102, and is connected to household loads 103, such as an air conditioner and a refrigerator, for example. At this time, the commercial power system 102 and the grid-connected inverter device 101 are connected by a single-phase three-wire (UOW phase) AC 200V. In general, the household load 103 is connected by a single-phase two-wire, and connection methods include AC 100V between U and O, AC 100V between W and O, and AC 200V between U and W.

以下に、上記構成の本実施の形態の系統連系インバータ装置１０１の動作および作用について、詳細に説明する。   The operation and action of the grid-connected inverter device 101 of the present embodiment having the above-described configuration will be described in detail below.

はじめに、燃料電池１１１が、商用電力系統１０２とともに、家庭内負荷１０３に対して電力供給を行っている場合の動作について説明する。   First, the operation when the fuel cell 111 supplies power to the domestic load 103 together with the commercial power system 102 will be described.

燃料電池１１１の出力電圧は、昇圧コンバータ１０４に入力され、入力コンデンサ１１２で平滑される。そして、制御手段１１０により昇圧コンバータ用スイッチング素子１１４がＯＮされることにより、リアクトル１１３にエネルギーが蓄積される。   The output voltage of the fuel cell 111 is input to the boost converter 104 and smoothed by the input capacitor 112. Then, the boost converter switching element 114 is turned on by the control means 110, whereby energy is accumulated in the reactor 113.

そして、昇圧コンバータ用スイッチング素子１１４をＯＦＦした時に、リアクトル１１３に蓄えられたエネルギーが、昇圧用ダイオード１１５を介して平滑コンデンサ１０５に電力として蓄えられる。   When the boost converter switching element 114 is turned off, the energy stored in the reactor 113 is stored as electric power in the smoothing capacitor 105 via the boost diode 115.

さらに、昇圧コンバータ用スイッチング素子１１４のＯＮ／ＯＦＦの動作を高周波で繰り返して平滑コンデンサ１０５に電力を蓄えることにより、昇圧コンバータ１０４の出力電圧が高電圧に昇圧されて、制御手段１１０により所定の電圧を維持するように制御される。   Further, the ON / OFF operation of the boost converter switching element 114 is repeated at a high frequency to store electric power in the smoothing capacitor 105, whereby the output voltage of the boost converter 104 is boosted to a high voltage, and the control means 110 performs a predetermined voltage. Is controlled to maintain.

そして、インバータ１０６は、４石のスイッチング素子Ｑ１０１〜Ｑ１０４を制御手段１１０により高周波でスイッチング動作させて平滑コンデンサ１０５に一時的に蓄えられた電力を略正弦波として出力する。   Then, the inverter 106 causes the four switching elements Q101 to Q104 to perform a switching operation at a high frequency by the control means 110, and outputs the electric power temporarily stored in the smoothing capacitor 105 as a substantially sine wave.

このとき、略正弦波の出力電流に含まれる高周波成分は、高周波ノイズ除去用リアクトル１１６と出力コンデンサ１１７で除去されて滑らかな正弦波となる。そして、平滑化された正弦波は、制御手段１１０により閉状態に保たれた解列リレー１０８を介して家庭内負荷１０３に供給される。そして連系しているときには、商用電力系統１０２の電圧は系統電圧検出手段１０９によって検出されて制御手段１１０に入力される。   At this time, the high-frequency component included in the substantially sine wave output current is removed by the high-frequency noise removing reactor 116 and the output capacitor 117 to form a smooth sine wave. Then, the smoothed sine wave is supplied to the home load 103 via the disconnecting relay 108 kept in the closed state by the control means 110. When connected, the voltage of the commercial power system 102 is detected by the system voltage detection means 109 and input to the control means 110.

つぎに、昇圧コンバータ１０４の出力電圧の調整について説明する。昇圧コンバータ１０４の出力電圧は、系統電圧検出手段１０９によって検出された商用電力系統１０２の電圧に基づき調整される。   Next, adjustment of the output voltage of boost converter 104 will be described. The output voltage of boost converter 104 is adjusted based on the voltage of commercial power system 102 detected by system voltage detection means 109.

図２は、昇圧コンバータ１０４の出力電圧と商用電力系統１０２の電圧との関係を示した特性図である。横軸は商用電力系統１０２の実効値電圧Ｖｒｍｓである。実線のグラフが昇圧コンバータ１０４の出力電圧を示している。また、点線のグラフは商用電力系統１０２のピーク電圧を示している。   FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the output voltage of boost converter 104 and the voltage of commercial power system 102. The horizontal axis represents the effective value voltage Vrms of the commercial power system 102. A solid line graph indicates the output voltage of the boost converter 104. A dotted line graph indicates the peak voltage of the commercial power system 102.

まず、商用電力系統１０２の実効値電圧が１８０Ｖ〜２００Ｖの範囲では、昇圧コンバータ１０４の出力電圧Ｖｄｃは式（２）に基づいて設定される。   First, when the effective value voltage of the commercial power system 102 is in the range of 180V to 200V, the output voltage Vdc of the boost converter 104 is set based on the equation (2).

Ｖｄｃ＝Ｖｐｋ＋Ｖ１＋Ｖ２
＝Ｖｒｍｓ×√２＋Ｖ１＋Ｖ２ … （２）
ここで、Ｖｐｋは商用電力系統のピーク電圧である。Ｖ１は昇圧コンバータ１０４の制御性に対するマージンである。 Vdc = Vpk + V1 + V2
= Vrms × √2 + V1 + V2 (2)
Here, Vpk is the peak voltage of the commercial power system. V1 is a margin for the controllability of the boost converter 104.

例えば、昇圧コンバータ１０４の出力電圧を図示しない昇圧コンバータ出力電圧検出手段で検出して、その検出電圧に応じて制御手段１１０がフィードバック制御を行っている場合には、昇圧コンバータ出力電圧検出手段の誤差や制御の応答遅れなどによって制御性が決まる。   For example, when the output voltage of the boost converter 104 is detected by a boost converter output voltage detection means (not shown) and the control means 110 performs feedback control according to the detected voltage, the error of the boost converter output voltage detection means Controllability is determined by the response delay of the control.

よって、Ｖ１の値は実験的に設定されるのが望ましく、本実施の形態では１０Ｖとしている。また、Ｖ２は商用電力系統１０２の電圧急変、具体的には先に述べた昇圧コンバータ１０４のフィードバック制御が追従できないようなごく短時間の間に発生する電圧変動に対するマージンである。   Therefore, the value of V1 is desirably set experimentally, and is set to 10 V in the present embodiment. V2 is a margin for a voltage change that occurs in a very short time such that the voltage change of the commercial power system 102, specifically, the feedback control of the boost converter 104 described above cannot follow.

よってＶ２の値は実際に系統連系インバータ装置１０１が設置される商用電力系統１０２および家庭内負荷１０３を考慮して設定するのが望ましく、本実施の形態では２０Ｖとしている。これより、昇圧コンバータ１０４の出力電圧は商用電力系統１０２のピーク電圧Ｖｐｋに対して３０Ｖだけ高くなるように調整される。   Therefore, it is desirable to set the value of V2 in consideration of the commercial power system 102 where the grid-connected inverter device 101 is actually installed and the household load 103, and is set to 20V in the present embodiment. Thus, the output voltage of boost converter 104 is adjusted to be higher by 30 V than the peak voltage Vpk of commercial power system 102.

続いて、商用電力系統１０２の実効値電圧が１８０Ｖ以下および２２０Ｖ以上の場合には、昇圧コンバータ１０４の出力電圧は、それぞれ２８５Ｖおよび３４１Ｖ一定に調整される。   Subsequently, when the effective value voltage of the commercial power system 102 is 180 V or less and 220 V or more, the output voltage of the boost converter 104 is adjusted to be constant at 285 V and 341 V, respectively.

以上で説明したように、本実施の形態の系統連系インバータ装置１０１は、直流入力電圧を所定の直流電圧に変換する昇圧コンバータ１０４と、昇圧コンバータ１０４の出力電圧を商用電力系統１０２に連系可能な交流に変換するインバータ１０６と、商用電力系統１０２の交流電圧を検出する系統電圧検出手段１０９と、昇圧コンバータ１０４の出力電圧が系統電圧検出手段１０９により検出した系統電圧のピーク電圧値より高く且つ昇圧コンバータ１０４の出力電圧と系統電圧検出手段１０９により検出した系統電圧との差が所定範囲内になるように昇圧コンバータ１０４の出力電圧を調整する制御手段１１０とを備えたので、昇圧コンバータ１０４の出力電圧が、商用電力系統１０２のピーク電圧よりも、商用電力系統１０２から系統連系インバータ装置１０１への逆流を防止するのに必要十分な電圧である３０Ｖだけ高くなるように調整される。   As described above, the grid-connected inverter device 101 according to the present embodiment is connected to the boost converter 104 that converts a DC input voltage into a predetermined DC voltage, and the output voltage of the boost converter 104 is linked to the commercial power system 102. Inverter 106 that converts to possible AC, system voltage detection means 109 that detects the AC voltage of commercial power system 102, and the output voltage of boost converter 104 is higher than the peak voltage value of the system voltage detected by system voltage detection means 109. In addition, the boost converter 104 is provided with a control unit 110 that adjusts the output voltage of the boost converter 104 so that the difference between the output voltage of the boost converter 104 and the system voltage detected by the system voltage detection unit 109 is within a predetermined range. Output voltage from the commercial power system 102 is higher than the peak voltage of the commercial power system 102. Is adjusted to be higher by 30V is required sufficient voltage to prevent backflow into the system the inverter device 101.

そのため、インバータ１０６のスイッチング素子Ｑ１０１〜Ｑ１０４への印加電圧が不要に高く保たれることがないので、スイッチング損失を必要最小限に抑えることができる。その結果、系統連系インバータ装置１０１の安定動作性確保と電力変換効率向上を両立することができる。   Therefore, the voltage applied to switching elements Q101 to Q104 of inverter 106 is not kept unnecessarily high, so that the switching loss can be minimized. As a result, it is possible to ensure both stable operability of the grid-connected inverter device 101 and improvement of power conversion efficiency.

また、本実施の形態によれば、昇圧コンバータ１０４の出力電圧は必要最小限の電圧に保たれるので、昇圧コンバータ１０４の昇圧比を必要最小限にすることができる。その結果、昇圧コンバータ１０４の昇圧動作時の損失が低減され、系統連系インバータ装置１０１の電力変換効率を向上することができる。   Further, according to the present embodiment, since the output voltage of boost converter 104 is kept at the minimum necessary voltage, the boost ratio of boost converter 104 can be minimized. As a result, the loss during the boosting operation of boost converter 104 is reduced, and the power conversion efficiency of grid-connected inverter device 101 can be improved.

また、本実施の形態によれば、インバータ１０６のスイッチング損失が低減されるので、昇圧コンバータ１０４の出力電力が低減される。すなわち燃料電池１１１から昇圧コンバータ１０４への入力電流が低減されるので、昇圧コンバータ１０４の動作時の損失が低減される。その結果、系統連系インバータ装置１０１の電力変換効率を向上することができる。   Further, according to the present embodiment, the switching loss of inverter 106 is reduced, so that the output power of boost converter 104 is reduced. That is, since the input current from fuel cell 111 to boost converter 104 is reduced, loss during operation of boost converter 104 is reduced. As a result, the power conversion efficiency of the grid-connected inverter device 101 can be improved.

また、本実施の形態によれば、商用電力系統１０２の実効値電圧が、例えば１８０Ｖ以下のように極端に低下した場合には、出力電圧を２８５Ｖ一定で制御するので、昇圧コンバータ１０４の出力電圧範囲を不必要に広げる必要がなく、昇圧コンバータ１０４の設計への制約を緩和し、低コストおよび高効率な系統連系インバータ装置を実現することができる。   Further, according to the present embodiment, when the effective value voltage of the commercial power system 102 is extremely lowered, for example, 180 V or less, the output voltage is controlled at a constant 285 V, so that the output voltage of the boost converter 104 is There is no need to unnecessarily widen the range, the restriction on the design of the boost converter 104 can be relaxed, and a low-cost and high-efficiency grid-connected inverter device can be realized.

また、本実施の形態によれば、商用電力系統１０２の実効値電圧が、例えば２２０Ｖ以上のように極端に上昇した場合には、出力電圧を３４１Ｖ一定で制御するので、昇圧コンバータ１０４の出力電圧が無制限に上昇することを防止できる。その結果、昇圧コンバータ１０４の出力端にある平滑コンデンサ１０５の耐圧破壊の危険性を回避し、系統連系インバータ装置１０１の安全性を向上することができる。   Further, according to the present embodiment, when the effective value voltage of the commercial power system 102 is extremely increased, for example, 220 V or higher, the output voltage is controlled at a constant 341 V, so that the output voltage of the boost converter 104 is Can be prevented from rising without limit. As a result, the risk of breakdown voltage breakdown of the smoothing capacitor 105 at the output terminal of the boost converter 104 can be avoided, and the safety of the grid-connected inverter device 101 can be improved.

なお、本実施の形態では、昇圧コンバータ１０４の出力電圧を、商用電力系統１０２のピーク値に対して所定の電圧を加えるようにして設定したが、商用電力系統１０２のピーク電圧よりも相対的に高い電圧となるように、そして電圧の絶対値としては、できるだけ低くなるように設定できれば問題ない。   In the present embodiment, the output voltage of boost converter 104 is set so as to apply a predetermined voltage to the peak value of commercial power system 102. However, the output voltage of boost converter 104 is relatively higher than the peak voltage of commercial power system 102. There is no problem as long as the voltage can be set as high as possible and the absolute value of the voltage as low as possible.

例えば、図３に示すように、商用電力系統１０２の電圧に対して所定の割合だけ増加させるようにして設定してもよい。この場合、商用電力系統１０２の実効値電圧Ｖｒｍｓからピーク電圧Ｖｐｋへの変換係数である√２を含めて増加割合を設定できるので、演算式を簡易にすることができる（式（３））。   For example, as shown in FIG. 3, it may be set so as to be increased by a predetermined ratio with respect to the voltage of the commercial power system 102. In this case, since the increase rate can be set including √2 that is the conversion coefficient from the effective value voltage Vrms to the peak voltage Vpk of the commercial power system 102, the calculation formula can be simplified (Formula (3)).

Ｖｄｃ＝Ｖｐｋ×１．２
＝Ｖｒｍｓ×√２×１．２
＝Ｖｒｍｓ×１．７ … （３）
また、例えば、出力電圧を商用電力系統１０２の電圧に応じて段階的に調整するようにしてもよい。 Vdc = Vpk × 1.2
= Vrms × √2 × 1.2
= Vrms × 1.7 (3)
Further, for example, the output voltage may be adjusted stepwise according to the voltage of the commercial power system 102.

図４は、３段階に調整した場合の昇圧コンバータ１０４の出力電圧と商用電力系統１０２の電圧との関係を示した特性図である。商用電力系統１０２の実効値電圧Ｖｒｍｓを１９０Ｖ以下と、１９０Ｖ〜２１０Ｖの間、２１０Ｖ以上の３つの範囲に分けて、それぞれに対応した出力電圧値３００Ｖ，３２０Ｖ，３４０Ｖに調整する。この場合、商用電力系統１０２が微動しても出力電圧値が変更されないので、昇圧コンバータ１０４の出力電圧制御安定性を向上することができる。   FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the output voltage of boost converter 104 and the voltage of commercial power system 102 when adjusted in three stages. The effective value voltage Vrms of the commercial power system 102 is divided into three ranges of 190V or less, 190V to 210V, 210V or more, and adjusted to the corresponding output voltage values 300V, 320V, and 340V. In this case, since the output voltage value is not changed even if the commercial power system 102 is finely moved, the output voltage control stability of the boost converter 104 can be improved.

なお、本実施の形態では、系統連系インバータ装置への入力を燃料電池１１１としたが、例えば太陽電池のようなその他の直流電圧であってもよい。さらに、太陽電池のように直流電圧が高電圧である場合には、昇圧コンバータ１０４を降圧コンバータとして構成してもよい。   In the present embodiment, the fuel cell 111 is used as the input to the grid-connected inverter device, but other DC voltages such as solar cells may be used. Further, when the DC voltage is a high voltage like a solar battery, the boost converter 104 may be configured as a step-down converter.

（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における系統連系インバータ装置について、図を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態２における系統連系インバータ装置の回路ブロック図である。 (Embodiment 2)
Below, the grid connection inverter apparatus in Embodiment 2 of this invention is demonstrated using figures. FIG. 5 is a circuit block diagram of the grid-connected inverter device according to the second embodiment of the present invention.

つまり、図５に示すように、本実施の形態は、系統電圧検出手段１０９の検出信号がフィルタリング手段１１８にてノイズ除去されてから制御手段１１０に入力される点で、実施の形態１と異なる。他の構成は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。   That is, as shown in FIG. 5, the present embodiment is different from the first embodiment in that the detection signal of the system voltage detection means 109 is input to the control means 110 after noise is removed by the filtering means 118. . Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

フィルタリング手段１１８は、本実施の形態では、制限抵抗Ｒ１０１とノイズ除去用コンデンサＣ１０１で構成されるパッシブのローパスフィルタである。ここで、系統電圧検出手段１０９の検出対象である商用電力系統１０２には雷サージ、瞬時電圧低下などの外部ノイズが発生する。   In the present embodiment, the filtering means 118 is a passive low-pass filter including a limiting resistor R101 and a noise removing capacitor C101. Here, external noise such as lightning surge and instantaneous voltage drop occurs in the commercial power system 102 which is a detection target of the system voltage detection means 109.

また、系統連系インバータ装置１０１内部の昇圧コンバータ１０４とインバータ１０６のスイッチング動作によって発生する自己ノイズも存在する。ここで外部ノイズ、自己ノイズともに高周波のノイズであるので、フィルタリング手段１１８のローパスフィルタによって除去される。   There is also self-noise generated by the switching operation of the boost converter 104 and the inverter 106 inside the grid-connected inverter device 101. Here, since both external noise and self-noise are high-frequency noise, they are removed by the low-pass filter of the filtering means 118.

以上で説明したように、本実施の形態によれば、系統電圧検出手段１０９の検出した信号に重畳している系統連系インバータ装置１０１の外部ノイズと内部で発生する自己ノイズを、フィルタリング手段１０８で除去してから制御手段１１０に入力するので、昇圧コンバータ１０４の出力電圧をノイズによって誤って設定される恐れが低減する。その結果、ノイズ環境下での系統連系インバータ装置１０１の動作安定性を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the filtering unit 108 can reduce the external noise of the grid interconnection inverter 101 superimposed on the signal detected by the grid voltage detection unit 109 and the self noise generated internally. Since the signal is input to the control unit 110 after being removed at step S3, the possibility that the output voltage of the boost converter 104 is erroneously set by noise is reduced. As a result, it is possible to improve the operational stability of the grid-connected inverter device 101 under a noise environment.

なお、本実施の形態では、フィルタリング手段１１８は、抵抗とコンデンサのパッシブフィルタで構成したが、例えば、オペアンプ等を使用したアクティブフィルタで構成しても良い。この場合、フィルタリング性能の向上および部品の小型化ができる。また、例えばソフトウェアでフィルタ処理を実現してもよい。この場合、フィルタリング手段として部品が不要となるので製品のコストを低減することができる。   In the present embodiment, the filtering means 118 is composed of a passive filter of resistance and capacitor, but may be composed of an active filter using an operational amplifier, for example. In this case, the filtering performance can be improved and the parts can be downsized. Further, for example, the filtering process may be realized by software. In this case, parts are not necessary as filtering means, so that the cost of the product can be reduced.

本発明の系統連系インバータ装置は、昇圧コンバータの出力電圧を必要十分な電圧に適切に調整することにより、電力変換効率を向上することができる。そのため、ガスエンジン発電装置や太陽光発電装置のような系統連系インバータを搭載する家庭用設置型発電装置などの技術分野において有用である。   The grid-connected inverter device of the present invention can improve power conversion efficiency by appropriately adjusting the output voltage of the boost converter to a necessary and sufficient voltage. Therefore, it is useful in a technical field such as a home-installed power generator equipped with a grid-connected inverter such as a gas engine power generator or a solar power generator.

１０１ 系統連系インバータ装置
１０２ 商用電力系統
１０４ 昇圧コンバータ
１０６ インバータ
１０９ 系統電圧検出手段
１１０ 制御手段
１１１ 燃料電池
１１８ フィルタリング手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Grid connection inverter apparatus 102 Commercial power system 104 Boost converter 106 Inverter 109 System voltage detection means 110 Control means 111 Fuel cell 118 Filtering means

Claims (5)

直流入力電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータの出力電圧を系統に連系可能な交流に変換するインバータと、前記系統の交流電圧を検出する系統電圧検出手段と、前記コンバータの出力電圧が前記系統電圧検出手段により検出した系統電圧のピーク電圧値より高く且つ前記コンバータの出力電圧と前記系統電圧検出手段により検出した前記系統電圧との差が所定範囲内になるように前記コンバータの出力電圧を調整する制御手段とを備えた系統連系インバータ装置。 A converter that converts a DC input voltage into a predetermined DC voltage, an inverter that converts an output voltage of the converter into an AC that can be connected to the system, a system voltage detection unit that detects an AC voltage of the system, The converter so that the output voltage is higher than the peak voltage value of the system voltage detected by the system voltage detecting means and the difference between the output voltage of the converter and the system voltage detected by the system voltage detecting means is within a predetermined range. A grid-connected inverter device comprising control means for adjusting the output voltage of the power supply. コンバータは、直流入力電圧を昇圧する請求項１記載の系統連系インバータ装置。 The grid-connected inverter device according to claim 1, wherein the converter boosts a DC input voltage. コンバータは、燃料電池の発電電力を入力とする請求項２記載の系統連系インバータ装置。 The grid-connected inverter device according to claim 2, wherein the converter receives the power generated by the fuel cell. コンバータの出力電圧の調整範囲に上下限を設けた請求項１〜３のいずれか１項記載の系統連系インバータ装置。 The grid connection inverter apparatus of any one of Claims 1-3 which provided the upper and lower limit in the adjustment range of the output voltage of a converter. 系統電圧検出手段が検出した電圧をフィルタリングするフィルタ手段を備えた請求項１〜４のいずれか１項記載の系統連系インバータ装置。 The grid connection inverter apparatus of any one of Claims 1-4 provided with the filter means which filters the voltage which the system voltage detection means detected.
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