JP2011182510A - 電力変換装置、系統連系装置及び系統連系システム - Google Patents

Abstract

【課題】出力短絡回路を具備する構成において、信頼性の向上及びコストの低減を実現できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、少なくとも１つのスイッチング素子を有し、直流電圧を交流電圧に変換するように構成され、交流電圧を一対の電源ラインに出力するインバータ回路３と、少なくとも１つのスイッチング素子を有し、一対の電源ライン間を短絡するように構成された出力短絡回路４とを具備する。インバータ回路３及び出力短絡回路４のそれぞれに設けられたスイッチング素子は、該スイッチング素子を駆動するための駆動用電源の電位基準点として使用されるソースを有しており、出力短絡回路４に設けられたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のソースは、インバータ回路３に設けられたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のソースに接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池や燃料電池などの直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置、系統連系装置及び系統連系システムに関する。

従来、この種の電力変換装置は、直流電源からの直流電圧を昇圧する直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）変換回路と、直流−直流変換回路の出力電圧を交流電圧に変換し、交流電圧を一対の電源ラインに出力するインバータ回路とを有する。

近年では、インバータ回路の変換効率や、ノイズ、漏洩電流を改善するための回路方式として、一対の電源ライン間を短絡するように構成された出力短絡回路を具備する電力変換装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の出力短絡回路は、一対の電源ライン間に接続された２つのスイッチング素子、具体的には、２つのパワーＭＯＳＦＥＴを有し、これら２つのパワーＭＯＳＦＥＴのそれぞれのソースは共通に接続されている。

特開２００９−８９５４１号公報

ところで、電力変換装置において、ＭＯＳＦＥＴを駆動するための駆動用電源は、ＭＯＳＦＥＴのソースを電位基準点としている。また、他のスイッチング素子であるＩＧＢＴを駆動するための駆動用電源は、ＩＧＢＴのエミッタを電位基準点としている。

このため、特許文献１に記載の電力変換装置は、出力短絡回路に設けられた２つのＭＯＳＦＥＴを駆動するために、各ＭＯＳＦＥＴのソースの接続点を電位基準点とした駆動用電源、すなわち、出力短絡回路専用の駆動用電源を必要とする。

このような出力短絡回路専用の駆動用電源を設けると、当該駆動用電源の実装面積を確保する必要があり、且つ部品点数が増加するため、電力変換装置の信頼性の低下及びコストの増加につながるという問題がある。

そこで、本発明は、出力短絡回路を具備する構成において、信頼性の向上及びコストの低減を実現できる電力変換装置、系統連系装置及び系統連系システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。まず、本発明に係る電力変換装置の特徴は、少なくとも１つのスイッチング素子を有し、直流電圧を交流電圧に変換するように構成され、前記交流電圧を一対の電源ライン（電源ラインＬｐ，Ｌｎ）に出力するインバータ回路（インバータ回路３）と、少なくとも１つのスイッチング素子を有し、前記一対の電源ライン間を短絡するように構成された出力短絡回路（出力短絡回路４）とを具備する電力変換装置であって、前記インバータ回路及び前記出力短絡回路のそれぞれに設けられたスイッチング素子は、該スイッチング素子を駆動するための駆動用電源の電位基準点として使用される基準端子を有しており、前記出力短絡回路に設けられたスイッチング素子の基準端子は、前記インバータ回路に設けられたスイッチング素子の基準端子に接続されていることを要旨とする。ここで、「基準端子」とは、ＭＯＳＦＥＴであればソースに相当し、ＩＧＢＴであればエミッタに相当する。

このような特徴によれば、出力短絡回路に設けられたスイッチング素子の基準端子は、インバータ回路に設けられたスイッチング素子の基準端子に接続されることによって、各基準端子が同電位に保たれる構成となる。これにより、出力短絡回路に設けられたスイッチング素子とインバータ回路に設けられたスイッチング素子とを共通の駆動用電源を用いて駆動可能になる。すなわち、出力短絡回路専用の駆動用電源を省略できるため、当該駆動用電源の実装面積を確保する必要が無く、且つ部品点数が増加しない。従って、出力短絡回路を具備する構成において、電力変換装置の信頼性の向上及びコストの低減を実現できる。

本発明に係る電力変換装置の他の特徴は、上記の特徴に係る電力変換装置おいて、前記出力短絡回路は、直列に接続された第１のスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ５）及び第２のスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ６）を有し、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子は、前記一対の電源ライン間に接続され、前記インバータ回路は、前記第１のスイッチング素子の基準端子に接続された基準端子を有する第３のスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ１）と、前記第２のスイッチング素子の基準端子に接続された基準端子を有する第４のスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ３）とを有することを要旨とする。

このような特徴によれば、直列に接続された第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有する１アームの構成の出力短絡回路について、出力短絡回路に設けられた各スイッチング素子とインバータ回路に設けられた各スイッチング素子とを共通の駆動用電源を用いて駆動可能になる。従って、１アームの構成の出力短絡回路を具備する構成において、電力変換装置の信頼性の向上及びコストの低減を実現できる。

本発明に係る電力変換装置の他の特徴は、上記の特徴に係る電力変換装置おいて、前記出力短絡回路は、前記インバータ回路から延びる一対の電源ライン（電源ラインＬｐ，Ｌｎ）間に並列に接続された第１のアーム回路及び第２のアーム回路を有し、前記第１のアーム回路は、前記一対の電源ライン間に直列に接続された第１のスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ５）及び第１のダイオード（ダイオードＤ８）を有し、前記第２のアーム回路は、前記一対の電源ライン間に直列に接続された第２のスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ６）及び第２のダイオード（ダイオードＤ９）を有し、前記インバータ回路は、前記第１のスイッチング素子の基準端子に接続された基準端子を有する第３のスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ１）と、前記第２のスイッチング素子の基準端子に接続された基準端子を有する第４のスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ３）とを有することを要旨とする。

このような特徴によれば、２アームの構成の出力短絡回路について、出力短絡回路に設けられた各スイッチング素子とインバータ回路に設けられた各スイッチング素子とを共通の駆動用電源を用いて駆動可能になる。従って、２アームの構成の出力短絡回路を具備する構成において、電力変換装置の信頼性の向上及びコストの低減を実現できる。２アームの構成の出力短絡回路においては、第１のダイオード及び第２のダイオードは、スイッチング素子に逆並列接続されるダイオード（ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード又はＩＧＢＴに内蔵されているダイオード）とは異なり、所望の特性を有するダイオードを選択可能である。すなわち、１アームの構成の出力短絡回路よりも、ダイオードの選択の自由度が高くなり、より適切な回路設計を行うことができるようになる。

本発明に係る電力変換装置の他の特徴は、上記の特徴に係る電力変換装置おいて、前記インバータ回路及び前記出力短絡回路のそれぞれに設けられたスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ６）には、ダイオード（ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ６）が逆並列接続されており、前記出力短絡回路に設けられたダイオード（ダイオードＤ５，Ｄ６）のアノードは、前記インバータ回路に設けられたダイオード（ダイオードＤ１，Ｄ３）のアノードに接続されていることを要旨とする。

このような特徴によれば、スイッチング素子に逆並列接続されるダイオードのアノード側は、スイッチング素子の基準端子側であるため、出力短絡回路に設けられたスイッチング素子の基準端子は、インバータ回路に設けられたスイッチング素子の基準端子に接続されることになる。これにより、出力短絡回路に設けられたスイッチング素子とインバータ回路に設けられたスイッチング素子とを共通の駆動用電源を用いて駆動可能になる。従って、出力短絡回路を具備する構成において、電力変換装置の信頼性の向上及びコストの低減を実現できる。

本発明に係る系統連系装置の特徴は、上記の特徴に係る電力変換装置を備え、前記電力変換装置は、直流電源を配電系統に連系可能に構成されていることを要旨とする系統連系装置であることを要旨とする。

このような特徴によれば、上記の特徴に係る電力変換装置を備えることによって、系統連系装置の信頼性の向上及びコストの低減を実現できる。

本発明に係る系統連系システムの特徴は、直流電源と、上記の特徴に係る電力変換装置とを備え、前記電力変換装置は、前記直流電源を配電系統に連系可能に構成されていることを要旨とする系統連系システムであることを要旨とする。

このような特徴によれば、上記の特徴に係る電力変換装置を備えることによって、系統連系システムの信頼性の向上及びコストの低減を実現できる。

本発明によれば、出力短絡回路を具備する構成において、信頼性の向上及びコストの低減を実現できる電力変換装置、系統連系装置及び系統連系システムを提供できる。

第１実施形態に係る系統連系装置を具備する系統連系システムの構成を示す図である。 第１実施形態に係る系統連系装置の動作を説明するための図である。図２（ａ）は、スイッチング素子の動作を示すタイムチャートであり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、電流の流れる方向を示す図であり、図２（ｄ）は、インバータ回路の出力電圧波形を示す図である。 第１実施形態の比較例を説明するための図である。 第２実施形態に係る系統連系装置を具備する系統連系システムの構成を示す図である。 第３実施形態に係る系統連系装置を具備する系統連系システムの構成を示す図である。

以下、本発明の電力変換装置を系統連系装置に適用する場合の実施形態を説明する。以下の各実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。

（１）第１実施形態
第１実施形態では、（１．１）回路構成、（１．２）系統連系装置の動作、（１．３）比較例、（１．４）作用・効果の順に説明する。

（１．１）回路構成
図１は、第１実施形態に係る系統連系装置を具備する系統連系システムの構成を示す図である。本実施形態では、トランスレス方式の系統連系装置を例に説明する。なお、図１において、グラウンド（ＧＮＤ）記号は同じものを図示しているが、これらのグラウンドは相互に接続されておらず、電位が異なることに留意されたい。

図１に示すように、系統連系システムは、直流電源１と配電系統１０との間に接続された系統連系装置を有する。直流電源１としては、例えば、分散型の直流電源の一つである太陽電池を使用できる。太陽電池は、照射される太陽光に応じた発電により直流電力を出力する。

系統連系装置は、昇圧回路２と、昇圧回路２の後段に接続されたインバータ回路３と、インバータ回路３の後段に接続された出力短絡回路４と、出力短絡回路４の後段に接続されたフィルタ回路５と、制御回路２０と、駆動回路３１〜３３とを有する。なお、前段とは直流電源１側を意味し、後段とは配電系統１０側を意味する。

系統連系装置は、直流電源１からの直流電力を商用周波数（例えば５０又は６０Ｈｚ）の交流電力に変換する。系統連系装置と配電系統１０との間には、需要家に設置された負荷（不図示）が接続されている。系統連系装置は、系統連系装置及び配電系統１０の両方から負荷に交流電力を供給する連系運転を行う。

昇圧回路２は、直流電源１からの入力電圧を高周波スイッチングにより昇圧する。昇圧回路２は、リアクタＬ１、スイッチング素子Ｑ７、ダイオードＤ７、及びコンデンサＣ１を有する。第１実施形態ではスイッチング素子Ｑ７としてパワーＭＯＳＦＥＴを例示しているが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等でもよい。

リアクタＬ１は、直流電源１の正極とダイオードＤ７のアノードとの間に接続される。ダイオードＤ７のカソードは、インバータ回路３に接続される。

スイッチング素子Ｑ７は、パワーＭＯＳＦＥＴにより構成されており、ドレインがダイオードＤ７のアノードに接続され、ゲートが駆動回路３２に接続され、ソースが直流電源１の負極に接続される。スイッチング素子Ｑ７は、ダイオードＤが逆並列接続されている。

コンデンサＣ１は、ダイオードＤ７のカソードと直流電源１の負極との間に接続される。スイッチング素子Ｑ７は、制御回路２０から駆動回路３２を介してゲートに印加される駆動パルス信号に応じてスイッチング動作を行う。当該駆動パルス信号は、駆動回路３２に設けられた駆動用電源３２ａにより生成される。コンデンサＣ１は、安定した出力電圧を維持するためのエネルギーバッファである。コンデンサＣ１の両端間の電圧は、昇圧回路２の出力電圧としてインバータ回路３に出力される。

インバータ回路３は、昇圧回路２が出力する直流電圧を交流に変換する。第１実施形態では、インバータ回路３は、フルブリッジ接続されたスイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３、及びスイッチング素子Ｑ４を有する。第１実施形態ではスイッチング素子Ｑ１〜スイッチング素子Ｑ４としてパワーＭＯＳＦＥＴを使用している。

スイッチング素子Ｑ１は、ドレインがダイオードＤ７のカソードに接続され、ゲートが駆動回路３１に接続され、ソースが駆動回路３１及びスイッチング素子Ｑ２のドレインに接続される。スイッチング素子Ｑ１は、ダイオードＤ１が逆並列接続されている。すなわち、ダイオードＤ１は、アノードがスイッチング素子Ｑ１のソースに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ１のドレインに接続される。スイッチング素子Ｑ２は、ドレインがスイッチング素子Ｑ１のソースに接続され、ゲートが駆動回路３２に接続され、ソースが直流電源１の負極に接続される。スイッチング素子Ｑ２は、ダイオードＤ２が逆並列接続されている。スイッチング素子Ｑ３は、ドレインがダイオードＤ７のカソードに接続され、ゲートが駆動回路３３に接続され、ソースが駆動回路３３及びスイッチング素子Ｑ４のドレインに接続される。スイッチング素子Ｑ３は、ダイオードＤ３が逆並列接続されている。スイッチング素子Ｑ４は、ドレインがスイッチング素子Ｑ３のソースに接続され、ゲートが駆動回路３２に接続され、ソースが直流電源１の負極に接続される。スイッチング素子Ｑ４は、ダイオードＤ４が逆並列接続されている。

スイッチング素子Ｑ１は、制御回路２０から駆動回路３１を介してゲートに印加される駆動パルス信号に応じてスイッチング動作を行う。当該駆動パルス信号は、駆動回路３１に設けられた駆動用電源３１ａにより生成される。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４は、制御回路２０から駆動回路３２を介して各ゲートに印加される駆動パルス信号に応じてスイッチング動作を行う。当該駆動パルス信号は、駆動回路３２に設けられた駆動用電源３２ａにより生成される。スイッチング素子Ｑ３は、制御回路２０から駆動回路３３を介してゲートに印加される駆動パルス信号に応じてスイッチング動作を行う。当該駆動パルス信号は、駆動回路３３に設けられた駆動用電源３３ａにより生成される。

出力短絡回路４は、インバータ回路３から延びる一対の電源ラインＬｐ，Ｌｎ間を短絡するように構成される。出力短絡回路４は、スイッチング素子Ｑ５、スイッチング素子Ｑ６、ダイオードＤ５、ダイオードＤ６を有する。出力短絡回路４は、インバータ回路３から延びる一対の電源ラインＬｐ，Ｌｎ間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を有する。スイッチング素子Ｑ５は、ドレインがスイッチング素子Ｑ６のドレインに接続され、ゲートが駆動回路３１に接続され、ソースがスイッチング素子Ｑ１のソースに接続される。スイッチング素子Ｑ５は、ダイオードＤ５が逆並列接続されている。すなわち、ダイオードＤ５は、アノードがスイッチング素子Ｑ５のソースに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ５のドレインに接続される。スイッチング素子Ｑ６は、ドレインがスイッチング素子Ｑ５のドレインに接続され、ゲートが駆動回路３３に接続され、ソースがスイッチング素子Ｑ３のソースに接続される。スイッチング素子Ｑ６は、ダイオードＤ６が逆並列接続されている。すなわち、ダイオードＤ６は、アノードがスイッチング素子Ｑ６のソースに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ６のドレインに接続される。

フィルタ回路５は、インバータ回路３が出力する交流電力の高周波成分を除去して配電系統１０（及び負荷）に出力する。配電系統１０は、例えば単相２００Ｖの配電系統である。フィルタ回路５は、リアクタＬ２，Ｌ３及びコンデンサＣ２を有する。リアクタＬ２は電源ラインＬｐ上に設けられ、リアクタＬ３は電源ラインＬｎ上に設けられる。コンデンサＣ２は、電源ラインＬｐ，Ｌｎ間に接続される。

制御回路２０は、例えばマイコンにより構成されており、本系統連系装置の全体を制御する。駆動回路３１は、駆動用電源３１ａを有しており、制御回路２０の制御下で、駆動用電源３１ａの電源電位を用いてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ５を駆動する。駆動用電源３１ａの電位基準点は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ５のソースである。駆動回路３２は、駆動用電源３２ａを有しており、制御回路２０の制御下で、駆動用電源３２ａの電源電位を用いてスイッチング素子Ｑ７，Ｑ２，Ｑ４を駆動する。駆動用電源３２ａの電位基準点は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ２，Ｑ４のソースである。駆動回路３３は、駆動用電源３３ａを有しており、制御回路２０の制御下で、駆動用電源３３ａの電源電位を用いてスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を駆動する。駆動用電源３３ａの電位基準点は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５のソースである。

（１．２）系統連系装置の動作
次に、図２を参照して、第１実施形態に係る系統連系装置の動作を説明する。ここでは、系統連系装置が正の電圧を出力する期間の動作を主として説明する。

図２（ａ）は、昇圧回路２、インバータ回路３及び出力短絡回路４のそれぞれのスイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。

図２（ａ）に示すように、制御回路２０は、昇圧回路２の出力電圧、すなわちコンデンサＣ１の両端電圧が目標値になるように、昇圧回路２のスイッチング素子Ｑ７のスイッチング動作をＰＷＭパルスにより駆動する。系統連系装置が正の電圧を出力する期間では、制御回路２０は、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のスイッチング動作をＰＷＭパルスにより駆動し、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフ状態に保つ。制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のスイッチング動作を同期して行わせる。系統連系装置が正の電圧を出力する期間では、制御回路２０は、出力短絡回路４のスイッチング素子Ｑ５をオン状態に保ち、出力短絡回路４のスイッチング素子Ｑ６をオフ状態に保つ。このような状態では、出力短絡回路４を介し、電源ラインＬｎから電源ラインＬｐに向けて電流が流れるが、電源ラインＬｐから電源ラインＬｎに向けて電流は流れない。

図２（ｂ）は、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４が共にオン状態であるときに電流の流れる方向を示す図である。図２（ｃ）は、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４が共にオフ状態であるときに電流の流れる方向を示す図である。図２（ｄ）は、インバータ回路３の出力電圧波形、具体的には、出力短絡回路４のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の各ソース間の電圧波形を示す図である。

図２（ｂ）に示すように、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４が共にオン状態であるとき、直流電源１側から、リアクタＬ１、ダイオードＤ７、スイッチング素子Ｑ１及びリアクタＬ２を介し、配電系統１０側へ電流が流れる。また、配電系統１０側から、リアクタＬ３及びスイッチング素子Ｑ４を介し、直流電源１へ電流が流れる。コンデンサＣ１の両端電圧をＶｃ１とすると、図２（ｄ）に示すように、インバータ回路３の出力電圧は略＋Ｖｃ１となる。なお、電位の基準はスイッチング素子Ｑ６のソースとしている。

図２（ｃ）に示すように、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４が共にオフ状態であるとき、配電系統１０側からリアクタＬ３、ダイオードＤ６、スイッチング素子Ｑ５、及びリアクタＬ２を介し、配電系統１０側へ電流が流れる。このとき、電源ラインＬｐ，Ｌｎは電気的に短絡されるため、図２（ｄ）に示すように、インバータ回路３の出力電圧は０Ｖとなる。

このように、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオン状態とオフ状態とを繰り返すことによって、図２（ｄ）に示すように、インバータ回路３の出力電圧波形は、正側半サイクルの矩形波波形となる。インバータ回路３の出力電圧波形は、リアクタＬ２，Ｌ３及びコンデンサＣ２からなるフィルタ回路５によって平滑化され、正側半サイクルの正弦波となる。

なお、系統連系装置が負の電圧を出力する期間では、制御回路２０は、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のスイッチング動作をオフ状態に保ち、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をＰＷＭパルスにより駆動する。制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のスイッチング動作を同期して行わせる。

また、系統連系装置が負の電圧を出力する期間では、制御回路２０は、出力短絡回路４のスイッチング素子Ｑ５をオフ状態に保ち、出力短絡回路４のスイッチング素子Ｑ６をオン状態に保つ。このような状態では、出力短絡回路４を介し、電源ラインＬｐから電源ラインＬｎに向けて電流が流れるが、電源ラインＬｎから電源ラインＬｐに向けて電流は流れない。

系統連系装置が負の電圧を出力する期間では、このような制御により、インバータ回路３の出力電圧波形は、０〜−Ｖｃ１の振幅を有する負側半サイクルの矩形波波形となる。インバータ回路３の出力電圧波形は、リアクタＬ２，Ｌ３及びコンデンサＣ２からなるフィルタ回路５によって平滑化され、負側半サイクルの正弦波となる。

（１．３）比較例
図３は、第１実施形態の比較例を説明するための図である。

図３に示すように、比較例の系統連系装置では、出力短絡回路４’のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は、ソースが共通に接続されている。ダイオードＤ５，Ｄ６は、アノードが共通に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ５のドレインは、スイッチング素子Ｑ１のソースに接続される。スイッチング素子Ｑ６のドレインは、スイッチング素子Ｑ３のソースに接続される。

比較例に係る出力短絡回路４’においては、出力短絡回路４’のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を駆動するために、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の各ソースの接続点を電位基準点とした駆動用電源３４ａ、すなわち、出力短絡回路４’専用の駆動用電源３４ａを必要とする。

（１．４）作用・効果
以上説明したように、出力短絡回路４に設けられたスイッチング素子Ｑ５のソースは、インバータ回路３に設けられたスイッチング素子Ｑ１のソースに接続されることによって、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ５のそれぞれのソースが同電位に保たれる。これにより、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ５のそれぞれを共通の駆動用電源３１ａを用いて駆動可能になる。

また、出力短絡回路４に設けられたスイッチング素子Ｑ６のソースは、インバータ回路３に設けられたスイッチング素子Ｑ４のソースに接続されることによって、スイッチング素子Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ６のそれぞれのソースが同電位に保たれる。これにより、スイッチング素子Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ６のそれぞれを共通の駆動用電源３２ａを用いて駆動可能になる。

このように、第１実施形態によれば、出力短絡回路４専用の駆動用電源を省略できるため、当該駆動用電源の実装面積を確保する必要が無く、且つ部品点数が増加しない。従って、出力短絡回路４を具備する構成において、電力変換装置の信頼性の向上及びコストの低減を実現できる。

（２）第２実施形態
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る系統連系装置は、昇圧回路２、インバータ回路３及び出力短絡回路４のそれぞれに使用されるスイッチング素子の種類がＩＧＢＴである点が第１実施形態とは異なる。図４は、第２実施形態に係る系統連系装置を具備する系統連系システムの構成を示す図である。

図４に示すように、スイッチング素子Ｑ１は、コレクタがダイオードＤ７のカソードに接続され、ゲートが駆動回路３１に接続され、エミッタが駆動回路３１及びスイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続される。スイッチング素子Ｑ１は、ダイオードＤ１が逆並列接続されている。すなわち、ダイオードＤ１は、アノードがスイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ１のコレクタに接続される。スイッチング素子Ｑ２は、コレクタがスイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続され、ゲートが駆動回路３２に接続され、エミッタが直流電源１の負極に接続される。スイッチング素子Ｑ２は、ダイオードＤ２が逆並列接続されている。スイッチング素子Ｑ３は、コレクタがダイオードＤ７のカソードに接続され、ゲートが駆動回路３３に接続され、エミッタが駆動回路３３及びスイッチング素子Ｑ４のコレクタに接続される。スイッチング素子Ｑ３は、ダイオードＤ３が逆並列接続されている。スイッチング素子Ｑ４は、コレクタがスイッチング素子Ｑ３のエミッタに接続され、ゲートが駆動回路３２に接続され、エミッタが直流電源１の負極に接続される。スイッチング素子Ｑ４は、ダイオードＤ４が逆並列接続されている。

また、スイッチング素子Ｑ５は、コレクタがスイッチング素子Ｑ６のコレクタに接続され、ゲートが駆動回路３１に接続され、エミッタがスイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続される。スイッチング素子Ｑ５は、ダイオードＤ５が逆並列接続されている。すなわち、ダイオードＤ５は、アノードがスイッチング素子Ｑ５のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ５のコレクタに接続される。スイッチング素子Ｑ６は、コレクタがスイッチング素子Ｑ５のコレクタに接続され、ゲートが駆動回路３３に接続され、エミッタがスイッチング素子Ｑ３のエミッタに接続される。スイッチング素子Ｑ６は、ダイオードＤ６が逆並列接続されている。すなわち、ダイオードＤ６は、アノードがスイッチング素子Ｑ６のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ６のコレクタに接続される。

第２実施形態では、出力短絡回路４に設けられたスイッチング素子Ｑ５のエミッタは、インバータ回路３に設けられたスイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続されることによって、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ５のそれぞれのエミッタが同電位に保たれる。これにより、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ５のそれぞれを共通の駆動用電源３１ａを用いて駆動可能になる。

また、出力短絡回路４に設けられたスイッチング素子Ｑ６のエミッタは、インバータ回路３に設けられたスイッチング素子Ｑ４のエミッタに接続されることによって、スイッチング素子Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ６のそれぞれのエミッタが同電位に保たれる。これにより、スイッチング素子Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ６のそれぞれを共通の駆動用電源３２ａを用いて駆動可能になる。

従って、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、出力短絡回路４専用の駆動用電源を省略できるため、電力変換装置の信頼性の向上及びコストの低減を実現できる。

（３）第３実施形態
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る系統連系装置は、出力短絡回路４の構成が第１実施形態とは異なる。図５は、第３実施形態に係る系統連系装置を具備する系統連系システムの構成を示す図である。

図５に示すように、出力短絡回路４は、インバータ回路３から延びる一対の電源ラインＬｐ，Ｌｎ間に並列に接続された２つのアーム回路を有する２アームの構成である。

第１のアーム回路は、電源ラインＬｐ，Ｌｎ間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ５及びダイオードＤ８を有する。第２のアーム回路は、電源ラインＬｐ，Ｌｎ間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ６及びダイオードＤ９を有する。

スイッチング素子Ｑ５は、ドレインがダイオードＤ８のカソードに接続され、ゲートが駆動回路３１に接続され、ソースがスイッチング素子Ｑ１のソースに接続される。スイッチング素子Ｑ５は、ダイオードＤ５が逆並列接続されている。ダイオードＤ８のアノードは電源ラインＬｎに接続される。スイッチング素子Ｑ６は、ドレインがダイオードＤ９のカソードに接続され、ゲートが駆動回路３３に接続され、ソースがスイッチング素子Ｑ３のソースに接続される。スイッチング素子Ｑ６は、ダイオードＤ６が逆並列接続されている。ダイオードＤ９のアノードは電源ラインＬｐに接続される。

第３実施形態では、ダイオードＤ８，Ｄ９は、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード、又はＩＧＢＴに内蔵されるダイオードを利用するのではなく、独立したダイオードを使用することができる。すなわち、第１実施形態に係る出力短絡回路４よりも、ダイオードの選択の自由度が高くなり、より適切な回路設計を行うことができるようになる。なお、第３実施形態においては、第２実施形態と同様に、ＭＯＳＦＥＴに代えて適宜ＩＧＢＴを使用可能である。

（４）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

上述した各実施形態では、インバータ回路３が４つのスイッチング素子を有し、且つ出力短絡回路４が２つのスイッチング素子を有していたが、このような回路構成に限らず、インバータ回路３がスイッチング素子を２つのみ有する構成や、出力短絡回路４がスイッチング素子を１つのみ有する構成であってもよい。

第１実施形態では、インバータ回路３及び出力短絡回路４の何れも、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを使用していた。第２実施形態では、インバータ回路３及び出力短絡回路４の何れも、スイッチング素子としてＩＧＢＴを使用していた。しかしながら、インバータ回路３及び出力短絡回路４のそれぞれに対し、異なる種類のスイッチング素子を使用してもよい。例えば、インバータ回路３にＭＯＳＦＥＴを使用して且つインバータ回路３にＩＧＢＴを使用する構成としてもよく、インバータ回路３にＩＧＢＴを使用して且つインバータ回路３にＭＯＳＦＥＴを使用する構成としてもよい。

上述した各実施形態では、昇圧回路２が使用されていたが、直流電源の電圧が配電系統の電圧よりも高いようなケースでは、昇圧回路２に代えて降圧回路を使用してもよい。

さらに、直流電源１とインバータ回路３との間に昇圧回路又は降圧回路を介する構成に限らず、昇圧回路又は降圧回路を介さずに、直流電源１の出力電圧を直接インバータ回路３の入力とする構成であってもよい。

上述した各実施形態では、直流電源１として太陽電池を例に挙げたが、太陽電池に限らず、燃料電池等の他の直流電源を使用可能である。

以上、本発明の電力変換装置を系統連系装置に適用する実施形態を説明したが、本発明の電力変換装置を系統連系装置に適用する場合に限らず、直流を交流に変換する回路構成を有する装置であれば、系統連系装置以外の装置にも適用可能である。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するものである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

Ｄ１〜Ｄ９…ダイオード、Ｌ１〜３…リアクタ、Ｌｐ，Ｌｎ…電源ライン、Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子、１…直流電源、２…昇圧回路、３…インバータ回路、４…出力短絡回路、５…フィルタ回路、１０…配電系統、２０…制御回路、３１〜３３…駆動回路、３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ…駆動用電源

Claims (6)

1. 少なくとも１つのスイッチング素子を有し、直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧を一対の電源ラインに出力するように構成されたインバータ回路と、
   少なくとも１つのスイッチング素子を有し、前記一対の電源ライン間を短絡するように構成された出力短絡回路と
   を具備する電力変換装置であって、
   前記インバータ回路及び前記出力短絡回路のそれぞれに設けられたスイッチング素子は、該スイッチング素子を駆動するための駆動用電源の電位基準点として使用される基準端子を有しており、
   前記出力短絡回路に設けられたスイッチング素子の基準端子は、前記インバータ回路に設けられたスイッチング素子の基準端子に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記出力短絡回路は、直列に接続された第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有し、
   前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子は、前記一対の電源ライン間に接続され、
   前記インバータ回路は、
   前記第１のスイッチング素子の基準端子に接続された基準端子を有する第３のスイッチング素子と、
   前記第２のスイッチング素子の基準端子に接続された基準端子を有する第４のスイッチング素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記出力短絡回路は、前記インバータ回路から延びる一対の電源ライン間に並列に接続された第１のアーム回路及び第２のアーム回路を有し、
   前記第１のアーム回路は、前記一対の電源ライン間に直列に接続された第１のスイッチング素子及び第１のダイオードを有し、
   前記第２のアーム回路は、前記一対の電源ライン間に直列に接続された第２のスイッチング素子及び第２のダイオードを有し、
   前記インバータ回路は、
   前記第１のスイッチング素子の基準端子に接続された基準端子を有する第３のスイッチング素子と、
   前記第２のスイッチング素子の基準端子に接続された基準端子を有する第４のスイッチング素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記インバータ回路及び前記出力短絡回路のそれぞれに設けられたスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されており、
   前記出力短絡回路に設けられたダイオードのアノードは、前記インバータ回路に設けられたダイオードのアノードに接続されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電力変換装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の電力変換装置を備え、
   前記電力変換装置は、直流電源を配電系統に連系可能に構成されていることを特徴とする系統連系装置。
6. 直流電源と、請求項１〜４の何れか一項に記載の電力変換装置とを備え、
   前記電力変換装置は、前記直流電源を配電系統に連系可能に構成されていることを特徴とする系統連系システム。

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