JP2012023875A - 系統連系インバータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続されたインバータ装置間に循環電流が流れるための電流経路が形成される場合に、過渡時の循環電流を抑制することができる系統連系インバータシステムを提供する。
【解決手段】直流電源１０ａ〜１０ｃと、これらにそれぞれ接続され、変換した交流電力を変圧器を介さずに出力するインバータ装置２０ａ〜２０ｃと、インバータ装置２０ａ〜２０ｃが互いに並列に接続された出力側の接続点と電力系統４０との間に設けられている変圧器３０と、各直流電源１０ａ〜１０ｃの一対の出力端の一方をそれぞれ接地する接地線Ｌ_G1a〜Ｌ_G1cとを備えている系統連系インバータシステムＡにおいて、各接地線Ｌ_G1a〜Ｌ_G1cにインピーダンスを増加させるための抵抗Ｒａ〜Ｒｃを設けた。インバータ装置１０ａ〜１０ｃ間に循環電流の電流経路が形成されるが、抵抗Ｒａ〜Ｒｃのために過渡時の循環電流が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、並列接続された複数のインバータ装置を備えている系統連系インバータシステムに関する。

従来、太陽電池などによって生成される直流電力を交流電力に変換して、電力系統に供給する系統連系インバータシステムが開発されている。

近年の世界情勢の変化（洞爺湖サミットでの福田ビジョンやオバマ政権のグリーンニューディール政策等）により、太陽電池等に代表される分散型電源の大容量化が必要となっている。したがって、系統連系インバータシステムをメガワットレベルにまで大容量化するために、図９に示すように、複数台（図９では３台）のインバータ装置２００ａ〜２００ｃを並列接続した系統連系インバータシステムＡ１００が製作されている。

なお、図９のインバータ装置２００ａ内のインバータ回路２０２は、直流電源１０ａから入力される直流電圧をスイッチング素子（図示しない）のスイッチングにより交流電圧に変換する回路である。インバータ回路２０２は、各センサ（図示しない）から電流信号および電圧信号を入力され、内蔵する制御回路（図示しない）が生成するＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子のスイッチングを行う。また、フィルタ回路２０３はインバータ回路２０２から出力される交流電圧に含まれるスイッチング周波数成分を除去する回路であり、変圧器２０８は、フィルタ回路２０３から出力される交流電圧を電力系統４０の系統電圧に昇圧（または降圧）すると同時にインバータ装置２００ａと電力系統４０とを電気的に絶縁するためのものである。

直流電源１０ａの出力ラインの負極は、接地線Ｌ_G1aによって接地されている。近年普及傾向にある薄膜系太陽電池は、負極を接地しないと劣化する。また、例えばアメリカなどの国では、太陽電池の一方の極を接地することが義務付けられている。また、地絡電流を検出するためにも、直流電源１０ａの一方の出力ライン（一般的には負極側）を接地する必要がある。なお、電力系統４０も接地線Ｌ_G2によって接地されているが、インバータ装置２００ａ内に設けられた変圧器２０８によってインバータ装置２００ａと電力系統４０とが絶縁されているので電流経路が形成されず、直流電流が電力系統４００に流出しないようになっている。

インバータ装置２００ｂおよび２００ｃの構成も、インバータ装置２００ａと同様である。インバータ装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃは並列接続されて、電力系統４０に接続されている。

図９に示す系統連系インバータシステムＡ１００では、インバータ装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃにそれぞれ変圧器２０８が内蔵されているので、各インバータ装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃから電力系統４０への直流電流の流出や、インバータ装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃ間の循環電流を防止することができる利点がある。しかし、各インバータ装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃにそれぞれ変圧器２０８が設けられるので、３台の変圧器２０８が必要になる。変圧器２０８は、商用周波数（５０Ｈzまたは６０Ｈz）で使用されるものであるため、一般的に、サイズが大きく、重量が重く、単価が高い。したがって、この変圧器２０８を３台必要とする系統連系インバータシステムＡ１００は、全体のサイズが大きくなる、重量が重くなる、製造コストが高くなるなどの不都合がある。この不都合は、並列接続されるインバータ装置の数が増加するほど、さらに顕著となる。

また、変圧器２０８では、巻線抵抗や鉄芯の渦電流による電力ロスが発生する。各インバータ装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃの変圧器２０８でそれぞれ電力ロスが発生するので、系統連系インバータシステムＡ１００全体での電力変換効率が低下するという不都合もある。

これらの問題点を解決するための発明について、本願の出願人は、平成２１年８月３日に特許出願（特願２００９−１８０４５７）を行った。当該特許出願に係る発明（以下、「先願発明」という。）は、複数のインバータ装置を並列接続した場合でも、必要な変圧器の数を抑制することができる系統連系インバータシステムに関するものである。

図１０は、先願発明に係る系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。

系統連系インバータシステムＡ２００はインバータ装置２０ａ〜２０ｃを並列接続したものであるが、各インバータ装置２０ａ〜２０ｃに変圧器２０８が設けられておらず、インバータ装置２０ａ〜２０ｃの出力側の接続点と電力系統４０との間に変圧器３０が設けられている点が、図９に示す系統連系インバータシステムＡ１００と異なる。

系統連系インバータシステムＡ２００は、各インバータ装置２０ａ〜２０ｃに変圧器２０８が設けられていないので、従来の系統連系インバータシステムＡ１００（図９参照）と比較して、全体のサイズを小さくし、重量を軽減し、製造コストを抑制することができる。また、電力ロスを削減して電力変換効率を向上することができる。また、変圧器３０がインバータ装置２０ａ〜２０ｃの出力側の接続点と電力系統４０との間に設けられ、インバータ装置２０ａ〜２０ｃが電力系統４０から電気的に絶縁されているので、各インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃから電力系統４０への直流電流の流出を防止することができる。

なお、系統連系インバータシステムＡ２００には、例えば、インバータ装置２０ａとインバータ装置２０ｂとの間で電流が循環する電流経路が形成される。図１１はインバータ装置２０ａとインバータ装置２０ｂとの間に形成される電流経路を説明するための図である。同図に示すように、直流電源１０ａの負極ａと直流電源１０ｂの負極ｂとがそれぞれグランドＧに接地されて電気的に接続されているので、インバータ装置２０ａとインバータ装置２０ｂとは入力側で電気的に接続されている。また、例えば、インバータ装置２０ａのＵ相の出力ラインとインバータ装置２０ｂのＵ相の出力ラインとは接続点ｃで接続されているので、インバータ装置２０ａとインバータ装置２０ｂとは出力側でも電気的に接続されている。これにより、負極ａ、インバータ装置２０ａ、接続点ｃ、インバータ装置２０ｂ、負極ｂという電流経路Ｉ（同図に示す太線の経路）が形成されている。

当該電流経路Ｉを流れる循環電流を抑制するために、本願の出願人は先願発明に示す循環電流の抑制制御（高周波成分抑制制御、直流成分抑制制御、および３次成分抑制制御であるが、詳細の説明は省略する。）を開発した。この循環電流の抑制制御によって、電流経路Ｉを流れる循環電流は抑制される。したがって、循環電流によって各インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃの出力電力が低下することを抑制することができる。

特開２００８−１８２８３６号公報

しかしながら、太陽電池の急激な出力電力変動、瞬低などの電力系統４０の急激な電圧変動、インバータ装置の起動および停止時の出力電圧変動などが生じた場合、循環電流の抑制制御が追従できずに、循環電流が急激に増加する場合がある。また、実際に系統連系インバータシステムＡ２００を電力系統４０に連系させるためには、各インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃに地絡事故や過電流を検出して運転を停止するための構成を設ける必要がある。したがって、過渡時に循環電流の抑制制御が追従できず循環電流が急激に増加した場合、循環電流による電流の増加が地絡事故によるものと判断されたり、過電流として検出されたりすることがある。この場合、安全のために、地絡事故や過電流を検出したインバータ装置は停止し、系統連系インバータシステムＡ２００から切り離される。

図１２は、系統連系インバータシステムＡ２００に設けられる、地絡事故検出のための構成を説明するための図である。なお、同図においては、インバータ装置２０ａ、直流電源１０ａ、および接地線Ｌ_G1aのみを記載しており、それ以外の構成（インバータ装置２０ｂ，２０ｃ、直流電源１０ｂ，１０ｃ、接地線Ｌ_G1b，Ｌ_G1c、変圧器３０、および電力系統４０）の記載を省略している。なお、インバータ装置２０ｂ，２０ｃおよび接地線Ｌ_G1b，Ｌ_G1cの構成も、それぞれインバータ装置２０ａおよび接地線Ｌ_G1aと同様である。

インバータ装置２０ａには遮断器２４および地絡判定回路２５が設けられており、接地線Ｌ_G1aには遮断器Ｓａが設けられ、地絡判定回路２５の電流センサ２５ａが配置されている。

地絡判定回路２５は、地絡事故を検出するものである。地絡判定回路２５は、電流センサ２５ａによって接地線Ｌ_G1aを流れる電流を検出し、検出した電流値と所定の閾値とを比較して、検出した電流値が閾値を超えた場合に地絡事故が発生したと判定する。地絡判定回路２５は、地絡事故が発生したと判定した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２１、インバータ回路２２、遮断器２４、および遮断器Ｓａに検出信号を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２１およびインバータ回路２２は、地絡判定回路２５から検出信号（停止信号）を入力されると停止する。また、遮断器２４および遮断器Ｓａは、地絡判定回路２５から検出信号（遮断信号）を入力されると接続を遮断する。これにより、地絡事故の影響が波及することを防止することができる。

系統連系インバータシステムＡ２００において循環電流が流れた場合（図１１参照）、先願発明に示す循環電流の抑制制御（高周波成分抑制制御、直流成分抑制制御、および３次成分抑制制御）が働いて、循環電流は抑制される。しかし、過渡時に当該抑制制御が追従できずに接地線Ｌ_G1aを流れる循環電流が急激に増加すると、接地線Ｌ_G1aに配置された電流センサ２５ａ（図１２参照）によって検出される電流値が地絡判定回路２５に設定されている閾値を越えてしまい、地絡判定回路２５が地絡事故を誤検出してしまう場合がある。この場合、インバータ装置２０ａは停止して、電力系統４０から切り離されてしまう。

図１３は、定常運転中に太陽電池の出力が急激に変動した場合のシミュレーションにおける、系統連系インバータシステムＡ２００の各出力波形を説明するための図である。なお、当該シミュレーションは、インバータ装置が２台並列接続されている場合（すなわち、インバータ装置２０ａとインバータ装置２０ｂのみが並列接続されている場合）のものであり、時刻ｔ１で直流電源１０ａの出力電力を１／３に急変させたものである。

同図（ａ）は、直流電源１０ａの出力電圧の波形Ｅ₁および直流電源１０ｂの出力電圧の波形Ｅ₂を示している。直流電源１０ａの出力電圧、直流電源１０ｂの出力電圧ともに、時刻ｔ１から低下している。同図（ｂ）はインバータ装置２０ａの各相の出力電流の波形を示しており、同図（ｃ）はインバータ装置２０ｂの各相の出力電流の波形を示している。また、同図（ｄ）はインバータ装置２０ａの地絡判定回路２５の電流センサ２５ａ（図１２参照）の検出電流（以下、「地絡判定電流」とする。）の波形を示しており、同図（ｅ）はインバータ装置２０ｂの地絡判定電流の波形を示している。なお、同図（ｄ）および（ｅ）では、接地側に電流が流れる場合をプラスとして示している。

時刻ｔ１以降、インバータ装置２０ａの各相の出力電流の波形はマイナス側（同図において下側）に推移し、インバータ装置２０ｂの各相の出力電流の波形はプラス側（同図において上側）に推移している（同図(ｂ)、(ｃ)参照）。また、インバータ装置２０ａの地絡判定電流の大きさおよびインバータ装置２０ｂの地絡判定電流の大きさは、時刻ｔ１以降増加している（同図(ｄ)、(ｅ)参照）。これは、直流電源１０ａの出力電力が急減したことでインバータ装置２０ａのフィルタ回路２３の両端電圧がインバータ装置２０ｂのフィルタ回路２３の両端電圧より低くなり、その電位差によって図１１に示す電流経路Ｉの矢印の逆方向に循環電流が流れたことによるものである。すなわち、インバータ装置２０ａの各相の出力電流には図１１において右から左に流れる循環電流が重畳されることで出力電流がマイナス側に推移し、インバータ装置２０ｂの各相の出力電流には左から右に流れる循環電流が重畳されることで出力電流がプラス側に推移している。また、接地線Ｌ_G1aには接地側に向かって循環電流が流れることで、インバータ装置２０ａの地絡判定回路２５の電流センサ２５ａがプラスの電流を検出し、接地線Ｌ_G1bには接地側から循環電流が流れることで、インバータ装置２０ｂの地絡判定回路２５の電流センサ２５ａがマイナスの電流を検出する。

過渡時には循環電流の抑制制御が追従できないので循環電流が急激に増加し、時刻ｔ２で地絡判定電流が閾値を超えたことにより地絡事故が誤検出されている。その結果、時刻ｔ３でインバータ装置２０ａおよびインバータ装置２０ｂは停止し、各相の出力電流および地絡判定電流は「０」になっている。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、並列接続されたインバータ装置間に循環電流が流れるための電流経路が形成される場合に、過渡時の循環電流を抑制することができる系統連系インバータシステムを提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明によって提供される系統連系インバータシステムは、複数の直流電源と、前記各直流電源にそれぞれ接続され、接続された直流電源からの直流電力を交流電力に変換してこの交流電力を変圧器を介さずに出力する複数のインバータ装置と、前記複数のインバータ装置が互いに並列に接続された出力側の接続点と電力系統との間に設けられている変圧器と、前記直流電源のうちの少なくとも２つの直流電源の一対の出力端の一方をそれぞれ接地する複数の接地線とを備えており、前記各接地線には、当該接地線のインピーダンスを増加させるためのインピーダンス部が設けられていることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記インピーダンス部は抵抗素子である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記インピーダンス部はリアクトルである。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記インピーダンス部に並列に接続されたコンデンサをさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、地絡事故を検出する地絡検出装置をさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記地絡検出装置は前記接地線を流れる電流を所定の閾値と比較して地絡事故を検出する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記インバータ装置から出力される電流が過電流であることを検出する過電流検出装置をさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記直流電源は２つであり、これら２つの直流電源の接地線のいずれか一方にのみ、前記インピーダンス部が設けられている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記直流電源は太陽電池を備えている。

本発明によれば、複数のインバータ装置、接地線、および接続点によって循環電流の電流経路が形成される。しかし、接地線にインピーダンス部が設けられているので、過渡変動時の循環電流のピーク値を抑制することができる。したがって、地絡検出装置や過電流検出装置が設けられている場合でも、循環電流によって地絡事故や過電流が誤検出されることを抑制することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る系統連系インバータシステムの第１実施形態を説明するためのブロック図である。 形成される電流経路を説明するための図である。 シミュレーションにおける、系統連系インバータシステムの各出力波形を説明するための図である。 本発明に係る系統連系インバータシステムの第２実施形態を説明するためのブロック図である。 本発明に係る系統連系インバータシステムの第３実施形態を説明するためのブロック図である。 形成される電流経路を説明するための図である。 別の地絡判定回路を設けた例を説明するためのブロック図である。 過電流を検出する構成を説明するためのブロック図である。 従来の系統連系インバータシステムを説明するための図である。 先願発明に係る系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。 形成される電流経路を説明するための図である。 インバータ装置に設けられる、地絡事故検出のための構成を説明するための図である。 シミュレーションにおける、系統連系インバータシステムの各出力波形を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明に係る系統連系インバータシステムの第１実施形態を説明するためのブロック図である。

同図に示すように、系統連系インバータシステムＡは、３台の直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、３台のインバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、および１台の変圧器３０を備えている。直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれインバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃに接続されている。インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃの出力端は、それぞれ互いに並列に接続されている。変圧器３０は、インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃの接続点と電力系統４０との間に接続されている。したがって、系統連系インバータシステムＡは、直流電源及びインバータ装置からなる３台の分散型電源が１台の変圧器３０を介して電力系統４０に並列に接続される構成を備え、直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃが出力する直流電力を交流電力に変換して電力系統４０に供給する。なお、電力系統４０は三相３線式（又は三相４線式）の電力系統で、いずれか一相（例えば、Ｖ相）が接地線Ｌ_G2によって接地されている。

なお、第１実施形態では、分散型電源の台数を３台としているが、これは一例であって、並列接続する台数は２台でも、４台以上でもよく、任意に設定することができる。

直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、系統連系インバータシステムＡに直流電力を供給するものであり、太陽電池を備えている。太陽電池は薄膜系太陽電池であり、直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各出力ラインの一方（図１では、負極の出力ライン）が接地線Ｌ_G1a,Ｌ_G1b,Ｌ_G1cによって接地されている。なお、太陽電池は、薄膜系太陽電池に限定されるものではなく、他の種類の太陽電池であってもよい。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃが出力する直流電圧は、それぞれインバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃに入力される。

接地線Ｌ_G1aには、遮断器Ｓａおよび抵抗Ｒａが設けられており、地絡判定回路２５（後述する）の電流センサ２５ａが配置されている。遮断器Ｓａは、地絡事故が発生したときに、直流電源１０ａの出力ラインと接地線Ｌ_G1aとの接続を遮断するものである。遮断器Ｓａは、通常は直流電源１０ａの出力ラインと接地線Ｌ_G1aとを接続しているが、地絡判定回路２５から検出信号（遮断信号）を入力されたときには当該接続を遮断する。これにより、地絡事故の影響が波及することを防いでいる。なお、接地線Ｌ_G1bに設けられている遮断器Ｓｂおよび接地線Ｌ_G1cに設けられている遮断器Ｓｃも、接地線Ｌ_G1aに設けられている遮断器Ｓａと同様の構成である。

抵抗Ｒａは、循環電流の上昇を抑制するためのものであり、本実施形態では数１０Ωの抵抗素子を使用している。なお、抵抗Ｒａは抵抗素子に限られず、接地線Ｌ_G1aを電気抵抗率の高い物質にしたり、接地線Ｌ_G1aの断面積を小さくしたりすることにより、抵抗値を大きくすることも含まれる。なお、接地線Ｌ_G1bに設けられている抵抗Ｒｂおよび接地線Ｌ_G1cに設けられている抵抗Ｒｃも、接地線Ｌ_G1aに設けられている抵抗Ｒａと同様、循環電流の上昇を抑制するためのものである。

図２は、インバータ装置２０ａとインバータ装置２０ｂとの間に形成される電流経路を説明するための図であり、先述した図１１に相当するものである。同図に示すように、インバータ装置２０ａとインバータ装置２０ｂとは入力側および出力側で電気的に接続されており、負極ａ、インバータ装置２０ａ、接続点ｃ、インバータ装置２０ｂ、負極ｂという電流経路Ｉ（同図に示す太線の経路）が形成されている。しかし、電流経路Ｉ上の負極ａと負極ｂとの間には抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂが設けられているので、電流経路Ｉ上に発生した電位差によって流れる循環電流が抑制される。これにより、系統連系インバータシステムＡの過渡時の運転特性が向上する。

なお、循環電流の抑制制御によって循環電流は抑制されるので薄膜系太陽電池で問題となっている電食による劣化は抑制されるが、抵抗Ｒａの抵抗値が大きすぎると負極ａとグランドＧとの間の電位の振れ幅が大きくなり、電食による劣化が無視できなくなる。したがって、抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの抵抗値は小さくする必要がある。一方、抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの抵抗値が小さすぎる場合は、循環電流を適切に抑制することができない。電食による劣化が発生せず、かつ、循環電流を適切に抑制できるように、システム毎に抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの抵抗値を決定する必要がある。

図１に戻って、電流センサ２５ａは、接地線Ｌ_G1aに流れる電流を検出するものである。なお、接地線Ｌ_G1bおよび接地線Ｌ_G1cにも、それぞれ、インバータ装置２０ｂおよびインバータ装置２０ｃの地絡判定回路２５の電流センサ２５ａが配置されている。

インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、それぞれ直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃから入力される直流電圧を交流電圧に変換して、変圧器３０に出力するものである。

同図に示すように、インバータ装置２０ａは、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１、インバータ回路２２、フィルタ回路２３、遮断器２４、および、地絡判定回路２５を備えている。

ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１は、昇圧形コンバータであり、直流電源１０ａから入力される直流電圧を昇圧してインバータ回路２２に出力する。ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１は、内蔵する制御回路（図示しない）が生成するＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子（図示しない）のオンとオフとを切り替えることで、直流電源１０ａから入力される直流電圧を所定の電圧レベルに昇圧して出力する。なお、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１の構成はこれに限定されず、周知の昇圧形コンバータであればよい。また、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１は、地絡判定回路２５（後述）から検出信号（停止信号）を入力された場合、制御回路によるＰＷＭ信号の生成を停止することで、昇圧動作を停止する。これにより、地絡事故の影響が波及することを防止することができる。

インバータ回路２２は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１から入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するものである。第１実施形態では、電力系統４０が三相３線式の電力系統であるので、インバータ回路２２は、三相フルブリッジインバータを備えている。したがって、インバータ回路２２からフィルタ回路２３、遮断器２４および変圧器３０を介して電力系統４０までは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力電圧の３本の出力ラインによって接続されている。なお、インバータ回路２２の構成は、三相フルブリッジインバータに限られず、接続される電力系統４０やその他の条件に合わせて、適宜決定すればよい。すなわち、インバータ回路２２は、三相インバータではなく、単相インバータを備えていてもよいし、フルブリッジインバータではなく、ハーフブリッジインバータを備えていてもよい。

インバータ回路２２は、２個のスイッチング素子が直列に接続されたアームを３個含む三相ブリッジ回路（図示しない）を有しており、図示しない制御回路が生成するＰＷＭ信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１から入力される直流電圧を交流電圧に変換する。インバータ回路２２から出力される交流電圧はフィルタ回路２３に入力される。

インバータ回路２２の制御回路は、指令値信号を三角波のキャリア信号と比較する三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成する。指令値信号は、電力系統４０の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に近い周波数を有する正弦波信号である。指令値信号は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１に入力される直流電流および直流電圧、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１から出力される（インバータ回路２２に入力される）直流電圧（以下、「バス電圧」とする。）、インバータ回路２２から出力される交流電流、フィルタ回路２３から出力される交流電流および交流電圧、およびこれらの目標値を用いて生成される。なお、同図においては、上記のＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１への入力電流及び入力電圧、バス電圧、インバータ回路２２の出力電流、フィルタ回路２３に出力電流及び出力電圧を検出するための検出回路の記載を省略している。キャリア信号は、指令値信号に対して数倍若しくは数十倍の周波数（例えば、４ｋＨｚ）を有する三角波である。インバータ回路２２は、ＰＷＭ信号で各スイッチング素子のオンとオフの切り替えを制御することにより、インバータ回路２２の出力電圧を調整する。

また、インバータ回路２２は、地絡判定回路２５（後述）から検出信号（停止信号）を入力された場合、制御回路によるＰＷＭ信号の生成を停止することで、電力変換動作を停止する。これにより、地絡事故の影響が波及することを防止することができる。

フィルタ回路２３は、インバータ回路２２より入力される交流電圧から、スイッチング周波数成分を除去するものである。フィルタ回路２３は、図示しないリアクトルとキャパシタからなるローパスフィルタを備えている。フィルタ回路２３でスイッチング周波数成分を除去された交流電圧は、変圧器３０に出力される。なお、フィルタ回路２３の構成はこれに限定されず、スイッチング周波数成分を除去するための周知のフィルタ回路であればよい。

遮断器２４は、地絡事故が発生したときに、インバータ装置２０ａの出力ラインと変圧器３０との接続を遮断するものである。遮断器２４は、通常はインバータ装置２０ａの出力ラインと変圧器３０とを接続しているが、地絡判定回路２５（後述）から検出信号（遮断信号）を入力されたときには当該接続を遮断する。これにより、インバータ装置２０ａが系統連系インバータシステムＡから切り離され、地絡事故の影響が波及することを防いでいる。

地絡判定回路２５は、地絡事故を検出するものである。地絡判定回路２５は、電流センサ２５ａによって接地線Ｌ_G1aを流れる電流を検出し、検出した電流値と所定の閾値とを比較して、検出した電流値が閾値を超えた場合に地絡事故が発生したと判定する。地絡判定回路２５は、地絡事故が発生したと判定した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２１、インバータ回路２２、遮断器２４、および遮断器Ｓａに検出信号を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２１およびインバータ回路２２は、地絡判定回路２５から検出信号（停止信号）を入力されると停止する。また、遮断器２４および遮断器Ｓａは、地絡判定回路２５から検出信号（遮断信号）を入力されると接続を遮断する。これにより、地絡事故の影響が波及することを防止することができる。

同図においては省略して記載されているが、インバータ装置２０ｂ，２０ｃの内部構成は、インバータ装置２０ａと同様である。

変圧器３０は、インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃから出力される交流電圧を電力系統４０に供給するための電圧に昇圧するものである。また、変圧器３０は、相互に接続された３台のインバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃの出力側の接続点と電力系統４０との間に接続されており、インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃを電力系統４０から電気的に絶縁している。したがって、インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃから電力系統４０への直流電流の流出を防止することができる。

３台のインバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、出力側の接続点で相互に電気的に接続されており、各接地線Ｌ_G1a，Ｌ_G1b，Ｌ_G1cおよび大地（グランド）によって入力側も電気的に接続されている。したがって、各インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃの間に電流が循環する電流経路が形成される。しかし、循環電流の抑制制御によって循環電流は抑制されるし、抑制制御が追従できない過渡変動時には各接地線Ｌ_G1a，Ｌ_G1b，Ｌ_G1cにそれぞれ設けられている抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃによって循環電流のピーク値が抑制される。したがって、各接地線Ｌ_G1a，Ｌ_G1b，Ｌ_G1cに流れる循環電流が地絡判定回路２５に設定されている閾値を越えてしまうことを抑制することができるので、地絡判定回路２５が地絡事故を誤検出することを抑制することができる。

図３は、系統連系インバータシステムＡにおいて図１３におけるシミュレーションと同様のシミュレーションを行った場合の、系統連系インバータシステムＡの各出力波形を説明するための図である。なお、当該シミュレーションは図１３におけるシミュレーションと同じ条件で行ったものであり、インバータ装置２０ａとインバータ装置２０ｂのみが並列接続されている状態で、時刻ｔ１に直流電源１０ａの出力電力を１／３に急変させたものである。

同図（ａ）は、直流電源１０ａの出力電圧の波形Ｅ₁および直流電源１０ｂの出力電圧の波形Ｅ₂を示している。直流電源１０ａの出力電圧は、時刻ｔ１から低下している。同図（ｂ）はインバータ装置２０ａの各相の出力電流の波形を示しており、同図（ｃ）はインバータ装置２０ｂの各相の出力電流の波形を示している。また、同図（ｄ）はインバータ装置２０ａの地絡判定回路２５の地絡判定電流（電流センサ２５ａの検出電流）の波形を示しており、同図（ｅ）はインバータ装置２０ｂの地絡判定電流の波形を示している。なお、同図（ｄ）および（ｅ）では、接地側に電流が流れる場合をプラスとして示している。時刻ｔ１以降でも、インバータ装置２０ａの各相の出力電流の波形およびインバータ装置２０ｂの各相の出力電流の波形はほとんど変化せず、インバータ装置２０ａの地絡判定電流およびインバータ装置２０ｂの地絡判定電流も大きく変化していない。すなわち、直流電源１０ａの出力電力を１／３に急変させた場合でも、循環電流が抑制されて地絡判定電流が大きく変化せず、地絡判定回路２５が地絡事故を誤検出することはなかった。

図４は、本発明に係る系統連系インバータシステムの第２実施形態を説明するためのブロック図である。

なお、同図においては、インバータ装置２０ａ、直流電源１０ａ、および接地線Ｌ_G1aのみを記載しており、それ以外の構成（インバータ装置２０ｂ，２０ｃ、直流電源１０ｂ，１０ｃ、接地線Ｌ_G1b，Ｌ_G1c、変圧器３０、および電力系統４０）の記載を省略している。なお、インバータ装置２０ｂ，２０ｃおよび接地線Ｌ_G1b，Ｌ_G1cの構成も、それぞれインバータ装置２０ａおよび接地線Ｌ_G1aと同様である。なお、同図において、図１に示す系統連系インバータシステムＡと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。第２実施形態に係る系統連系インバータシステムＡ’は、接地線に設けられている抵抗および遮断器と並列にコンデンサが設けられている点が、第１実施形態に係る系統連系インバータシステムＡとは異なる。

図４に示すように、系統連系インバータシステムＡ’の接地線Ｌ_G1aには、コンデンサＣａが抵抗Ｒａおよび遮断器Ｓａと並列に接続されている。したがって、循環電流の高周波成分（主に、インバータ回路２２のスイッチング周波数成分）はコンデンサＣａに流れて、地絡判定回路２５の電流センサ２５ａに検出されないので、地絡事故の誤検出をさらに抑制することができる。また、循環電流の直流成分および低周波成分については循環電流抑制制御で抑制し、循環電流の高周波成分についてはコンデンサＣａを通過させることにより、直流電源１０ａの負極と大地（グランド）との間の電位差を小さくすることができるので、電食による劣化をさらに抑制することができる。

上記第１および第２実施形態においては、直流電源およびインバータ装置をそれぞれ３台ずつ備えている場合について説明したが、これに限られない。直流電源およびインバータ装置をそれぞれ２台ずつ備えている場合や、４台ずつ以上備えている場合でも、本発明を適用することができる。特に、２台ずつの場合は、いずれか一方の接地線にのみ抵抗を設けるようにしてもよい。以下に、直流電源およびインバータ装置をそれぞれ２台ずつ備えており、一方の接地線にのみ抵抗を設けている場合を、第３実施形態として説明する。

図５は、本発明に係る系統連系インバータシステムの第３実施形態を説明するためのブロック図である。

なお、同図において、図１に示す系統連系インバータシステムＡと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。第３実施形態に係る系統連系インバータシステムＡ”は、直流電源１０ｃ、インバータ装置２０ｃ、および接地線Ｌ_G1cが設けられていない点と、接地線Ｌ_G1bに抵抗Ｒｂが設けられていない点とで、第１実施形態に係る系統連系インバータシステムＡとは異なる。

図６は、系統連系インバータシステムＡ”（インバータ装置２０ａとインバータ装置２０ｂとの間）に形成される電流経路を説明するための図であり、先述した図２に相当するものである。図６に示すように、電流経路Ｉ上の負極ａと負極ｂとの間には抵抗Ｒａ’が設けられているので、電流経路Ｉ上に発生した電位差によって流れる循環電流が抑制される。この場合、抵抗Ｒａ’の抵抗値は、第１実施形態における抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂ（図１および図２参照）の抵抗値を加算した抵抗値にする必要がある。

なお、直流電源およびインバータ装置をそれぞれ４台ずつ以上備えている場合や、３台ずつ備えている場合（第１実施形態）でも、すべての接地線に必ずしも抵抗を設ける必要はない。各インバータ装置間に形成される電流経路における合計抵抗値が、それぞれ、電食による太陽電池の劣化が発生せず、かつ、循環電流を適切に抑制できるような抵抗値の範囲（以下、「適正抵抗値範囲」とする。）内となればよい。例えば、図１に示す第１実施形態の場合（直流電源およびインバータ装置をそれぞれ３台ずつ備えている場合）、抵抗Ｒａの抵抗値、抵抗Ｒｂの抵抗値、および、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂの合計抵抗値がすべて適正抵抗値範囲内となるように抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂの抵抗値を設定することで、接地線Ｌ_G1cの抵抗Ｒｃを省略することができる。

上記第１ないし第３実施形態においては、接地線に抵抗を設けた場合について説明したが、これに限られない。抵抗の代わりにリアクトルを設けた場合でも、各インバータ装置間に形成される電流経路を流れる循環電流を適切に抑制することができる。

上記第１ないし第３実施形態は、地絡判定回路２５が接地線を流れる電流を検出して地絡事故を検出する場合について説明したが、これに限られない。例えば、地絡判定回路が零相電流を検出して地絡事故を検出するものであってもよい。

図７は、地絡判定回路が零相電流を検出して地絡事故を検出する場合の例を説明するためのブロック図である。

なお、同図においては、インバータ装置２０ａ、直流電源１０ａ、および接地線Ｌ_G1aのみを記載しており、それ以外の構成（インバータ装置２０ｂ，２０ｃ、直流電源１０ｂ，１０ｃ、接地線Ｌ_G1b，Ｌ_G1c、変圧器３０、および電力系統４０）の記載を省略している。なお、インバータ装置２０ｂ，２０ｃおよび接地線Ｌ_G1b，Ｌ_G1cの構成も、それぞれインバータ装置２０ａおよび接地線Ｌ_G1aと同様である。なお、同図において、図１に示す系統連系インバータシステムＡと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

図７に示す例では、地絡判定回路２５’が零相電流を検出して地絡事故を検出する点が、第１実施形態に係る系統連系インバータシステムＡの地絡判定回路２５とは異なる。地絡判定回路２５’の零相電流センサ２５ｂは、直流電源１０ａの２本の出力ラインに配置されている。この場合でも循環電流が抑制されるので、零相電流の発生が抑制され、地絡事故の誤検出を抑制することができる。

上記第１ないし第３実施形態は、地絡判定回路２５による地絡事故の誤検出が抑制できることを説明しているが、本発明は過電流の誤検出も抑制することができる。

図８は、第１ないし第３実施形態において説明を省略していた過電流を検出する構成を説明するためのブロック図である。

なお、同図においては、インバータ装置２０ａ、直流電源１０ａ、および接地線Ｌ_G1aのみを記載しており、それ以外の構成（インバータ装置２０ｂ，２０ｃ、直流電源１０ｂ，１０ｃ、接地線Ｌ_G1b，Ｌ_G1c、変圧器３０、および電力系統４０）の記載を省略している。なお、インバータ装置２０ｂ，２０ｃおよび接地線Ｌ_G1b，Ｌ_G1cの構成も、それぞれインバータ装置２０ａおよび接地線Ｌ_G1aと同様である。なお、同図において、図１に示す系統連系インバータシステムＡと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

図８に示すように、インバータ装置２０ａには過電流判定回路２６および論理和回路２７が設けられている。なお、上述した第１ないし第３実施形態においては記載および説明を省略していたが、系統連系インバータシステムＡ、Ａ’，Ａ”におけるインバータ装置２０ａ（図１，図４，図５，図７参照）にも、過電流を検出するための構成は設けられている。

過電流判定回路２６は、インバータ装置２０ａから出力される電流が過電流となっていることを検出するものである。過電流判定回路２６は、電流センサ２６ａによって各相の出力ラインを流れる電流を検出し、検出した電流値と所定の閾値とを比較して、検出した電流値が閾値を超えた場合に過電流であると判定する。過電流判定回路２６は、過電流を検出した場合に、論理和回路２７（後述）に検出信号（例えば、ハイレベル信号）を出力する。なお、地絡判定回路２５も、地絡事故を検出した場合に論理和回路２７に検出信号（例えば、ハイレベル信号）を出力する。

論理和回路２７は、地絡判定回路２５からの入力信号と過電流判定回路２６からの入力信号とに基づいて検出信号を出力する。すなわち、地絡判定回路２５から検出信号を入力された場合、または、過電流判定回路２６から検出信号を入力された場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２１、インバータ回路２２、遮断器２４、および遮断器Ｓａに検出信号（例えば、ハイレベル信号）を出力する。つまり、地絡判定回路２５による検出信号および過電流判定回路２６による検出信号をハイレベル信号としている場合、論理和回路２７は地絡判定回路２５および過電流判定回路２６からの入力信号の論理和を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２１およびインバータ回路２２は、論理和回路２７から検出信号（停止信号）を入力されると停止する。また、遮断器２４および遮断器Ｓａは、論理和回路２７から検出信号（遮断信号）を入力されると接続を遮断する。これにより、地絡事故が発生した場合、または、過電流が検出された場合に、これらの影響が波及することを防止することができる。

過電流判定回路２６は電流センサ２６ａによって検出された電流値を所定の閾値と比較することで過電流を検出するので、例えば図２に示す電流経路Ｉの矢印の向きに循環電流が流れた場合、出力電流に循環電流が重畳されて電流センサ２６ａによる検出値が大きくなる場合がある。しかし、上述したように、各インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃの間に形成される電流経路を流れる循環電流は抑制されるので、各インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃの出力ラインを流れる電流が過電流判定回路２６に設定されている閾値を越えてしまうことを抑制することができる。したがって、過電流判定回路２６が過電流を誤検出することを抑制することができる。

上記第１ないし第３実施形態においては、直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃが太陽電池により直流電力を生成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、燃料電池、蓄電池、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池であってもよいし、ディーゼルエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機や風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。

本発明に係る系統連系インバータシステムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る系統連系インバータシステムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ，Ａ’，Ａ” 系統連系インバータシステム
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 直流電源
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ インバータ装置
２１ ＤＣ/ＤＣコンバータ回路
２２ インバータ回路
２３ フィルタ回路
２４ 遮断器
２５，２５’ 地絡判定回路
２５ａ 電流センサ
２５ｂ 零相電流センサ
２６ 過電流判定回路
２６ａ 電流センサ
３０ 変圧器
４０ 電力系統
Ｌ_G1a,Ｌ_G1b,Ｌ_G1c,Ｌ_G2 接地線
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ 遮断器
Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ 抵抗
Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ コンデンサ

Claims (9)

1. 複数の直流電源と、
   前記各直流電源にそれぞれ接続され、接続された直流電源からの直流電力を交流電力に変換してこの交流電力を変圧器を介さずに出力する複数のインバータ装置と、
   前記複数のインバータ装置が互いに並列に接続された出力側の接続点と電力系統との間に設けられている変圧器と、
   前記直流電源のうちの少なくとも２つの直流電源の一対の出力端の一方をそれぞれ接地する複数の接地線と、
   を備えており、
   前記各接地線には、当該接地線のインピーダンスを増加させるためのインピーダンス部が設けられている、
   ことを特徴とする系統連系インバータシステム。
2. 前記インピーダンス部は抵抗素子である、請求項１に記載の系統連系インバータシステム。
3. 前記インピーダンス部はリアクトルである、請求項１に記載の系統連系インバータシステム。
4. 前記インピーダンス部に並列に接続されたコンデンサをさらに備えている、請求項１ないし３のいずれかに記載の系統連系インバータシステム。
5. 地絡事故を検出する地絡検出装置をさらに備えている、請求項１ないし４のいずれかに記載の系統連系インバータシステム。
6. 前記地絡検出装置は前記接地線を流れる電流を所定の閾値と比較して地絡事故を検出する、請求項５に記載の系統連系インバータシステム。
7. 前記インバータ装置から出力される電流が過電流であることを検出する過電流検出装置をさらに備えている、請求項１ないし６のいずれかに記載の系統連系インバータシステム。
8. 前記直流電源は２つであり、
   これら２つの直流電源の接地線のいずれか一方にのみ、前記インピーダンス部が設けられている、
   請求項１ないし７のいずれかに記載の系統連系インバータシステム。
9. 前記直流電源は太陽電池を備えている、請求項１ないし８のいずれかに記載の系統連系インバータシステム。