JP2665304B2 - 太陽電池の系統連系インバータ回路 - Google Patents

太陽電池の系統連系インバータ回路

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JP2665304B2
JP2665304B2 JP4321540A JP32154092A JP2665304B2 JP 2665304 B2 JP2665304 B2 JP 2665304B2 JP 4321540 A JP4321540 A JP 4321540A JP 32154092 A JP32154092 A JP 32154092A JP 2665304 B2 JP2665304 B2 JP 2665304B2
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健 坂東
達夫 平澤
龍蔵 萩原
政樹 湯郷
健仁 井家
康弘 牧野
悦男 硲口
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Tokyo Electric Power Co Inc
Sanyo Electric Co Ltd
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池を商用電力系
統へ連系するためのインバータ回路に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、太陽電池に代表される新エネルギ
ー源の開発が鋭意進められており、斯種新エネルギー源
を各家庭や工場或いは地域に設置すると共に、電力会社
の商用電力系統へ連系し、新エネルギー源の余剰電力
は、商用電力系統へ逆潮流することが提案されている。
【0003】図2は、新エネルギー源として特に注目さ
れている太陽電池を用いた従来の発電システムを示して
おり、太陽電池(1)の出力端はインバータ(21)を介して
商用電力系統(3)へ連系し、太陽電池(1)からの電力と
商用電力系統(3)からの電力とを交流負荷(4)へ供給し
ている。インバータ(21)の主回路を構成するスイッチン
グ回路(22)には、PWM方式の制御回路(23)からスイッ
チング信号が供給される。
【0004】インバータ(21)のスイッチング回路(22)の
入力側には、夫々可能な範囲で大きなインダクタンスL
及び容量Cを有するコイル(24)及びコンデンサ(25)から
なる平滑回路を介挿している。インバータ(21)のスイッ
チング回路(22)を構成する各スイッチング素子への入力
電流i2は、図4(b)の如く一定周期T(/1/60秒)
で変動しているが、太陽電池の出力電流i1は、上記平
滑回路によって図4(a)の如く殆ど一定値に平滑化され
ることになる。
【0005】又、インバータ(21)には、商用電力系統
(3)との連系点にブレーカ(18)(19)及び電圧検出器(20)
を介挿し、電圧検出器(20)の検出信号を保護回路(8)に
取り込んで、インバータ(21)の出力電圧に異常な変動が
生じた場合には、ブレーカ(18)(19)を開いて、インバー
タ(21)の連系を遮断することとしている。
【0006】従って、例えば落雷によって商用電力系統
(3)に停電が発生した場合、インバータ(21)側では、停
電発生に伴う電圧変動によって保護回路(8)が動作し、
インバータ(21)の連系が遮断される。この結果、停電復
旧作業員の感電が防止される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インバ
ータ(21)の出力電力と家庭内の負荷による消費電力とが
等しくなったとき、即ち図5(b)に矢印で示す如く商用
電力系統(3)からの電力が負荷(4)へ流入していない状
態では、インバータが商用電力系統から切り離されたと
しても、インバータ出力は全く影響を受けないので、イ
ンバータの保護回路は停電発生を検知出来ず、運転が継
続されることになる。これによって、感電事故が発生す
る危険がある。
【0008】そこで、インバータに内蔵された発振器を
利用して、インバータの出力電流に周期的な変動を与え
ることにより、図5(a)の如くインバータの出力電力
(以下、インバータ電力という)が負荷の消費電力(以
下、負荷電力という)よりも大きい状態と、同図(c)の
如くインバータ電力が負荷電力よりも小さい状態とを交
互に生起させて、同図(b)の負荷平衡状態を回避する方
式が提案されている(特開平1-227633号)。
【0009】ところが、上記方式においては、停電発生
時のインバータ出力(系統電圧)の変動を確実に検出する
ために、インバータ出力の変動成分を出力レベルに応じ
て増幅する等の煩雑な処理が必要となり、これによって
回路構成が複雑化する問題があった。
【0010】本発明の目的は、負荷平衡状態を回避出来
る簡易な構成の系統連系インバータ回路を提供すること
である。
【0011】
【課題を解決する為の手段】本発明に係る太陽電池の系
統連系インバータ回路において、インバータ(2)の入力
部に設けた平滑回路には、保護回路(8)が動作しない範
囲で太陽電池(1)の出力電流の変動を許容するインダク
タンスLを有するコイル(9)が装備される。又、インバ
ータ(2)へスイッチング信号を供給すべき制御回路(7)
は、太陽電池(1)の出力電圧或いは出力電流を検出する
第1検出手段と、インバータ(2)の出力電流を検出する
第2検出手段と、第1検出手段の検出信号に応じた直流
信号と第2検出手段の検出信号の周波数に応じた交流信
号とを加算する第1演算手段と、第1演算手段の加算結
果と系統周波数の正弦波とを乗算して電流指令信号を作
成する第2演算手段と、電流指令信号に基づいてスイッ
チング信号を作成する信号処理手段とを具えている。
【0012】
【作用】太陽電池(1)の出力電流は平滑回路によってあ
る程度は平滑化されるが、周期的な変動が依然として残
ることになる。これによって、太陽電池(1)の出力電圧
も太陽電池の電圧−電流特性に従って周期的に変動す
る。
【0013】一方、インバータ(2)の出力電圧は商用電
力系統(3)の電圧によって規定されるため、太陽電池
(1)の出力電圧の変動に伴ってインバータ(2)の出力電
流が変動する。
【0014】第2検出手段によって検出されたインバー
タ(2)の出力電流は、必要に応じて周波数逓倍処理を経
て、該出力信号の周波数に応じた交流信号に変換され
る。又、第1検出手段によって検出される太陽電池(1)
の出力電圧或いは出力電流は、適当なフィルター処理を
経て、該出力信号のレベルに応じた直流信号に変換され
る。
【0015】上記の交流信号と直流信号の加算結果に対
して系統周波数(50Hz或いは60Hz)の正弦波が乗
算されることにより、基本周波数が系統周波数に一致す
ると共に、太陽電池(1)の出力変動に応じたうねりを有
する電流指令信号が作成される。
【0016】電流指令信号は、インバータ(2)のスイッ
チング回路(6)を例えばPWM方式にてスイッチング制
御するためのスイッチング信号に変換され、スイッチン
グ回路(6)を構成する各スイッチング素子へ供給され
る。
【0017】この結果、インバータ(2)の出力電流は、
電流指令信号の変動に略比例して変動することになり、
その変動幅は、高出力時には大きく、低出力時には小さ
くなる。
【0018】従って、インバータ(2)から負荷(4)へ供
給される電力の流れと商用電力系統(3)から負荷(4)へ
供給される電力の流れは、図5(a)の状態と同図(c)の
状態が交互に生起することになり、同図(b)に示す負荷
平衡状態が回避されるのである。
【0019】商用電力系統(3)に停電等が発生してイン
バータ(2)が系統から解列されたとき、図5(a)に示す
状態ではインバータの出力電圧が上昇し、図5(c)に示
す状態ではインバータの出力電圧が低下するから、該出
力電圧の変動を保護回路(8)が検出して、インバータの
連系運転が停止される。
【0020】
【発明の効果】本発明に係る太陽電池の系統連系インバ
ータ回路によれば、特別な発振回路を必要としない簡易
な構成により、インバータ出力に周期的な変動を与え
て、負荷平衡状態を回避することが出来る。
【0021】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図1に示す如く、太陽電池(1)の出力端は
インバータ(2)を介して商用電力系統(3)に連系され、
インバータ(2)は、主回路(5)、制御回路(7)及び保護
回路(8)から構成されている。
【0022】主回路(5)には、スイッチング回路(6)の
入力側に、平滑回路を構成するコイル(9)及びコンデン
サ(10)が介挿されると共に、太陽電池(1)の出力電圧を
検出するための電圧検出器(11)が接続されている。ここ
で、コイル(9)のインダクタンスL1及びコンデンサ(1
0)の容量C1は、従来の値よりも小さく設定されてい
る。
【0023】この結果、図3(b)に示す電圧−電流特性
を有する太陽電池の場合、太陽電池の出力電流i2′は
同図(a)に実線で示す様に周期的に変動することにな
る。尚、図3(a)において、破線は前記コイル(9)及び
コンデンサ(10)を回路から省略した場合の太陽電池出力
電流波形を示している。
【0024】図1に示す如く、インバータ(2)の主回路
(5)には、スイッチング回路(6)の出力側に、系統遮断
用のブレーカ(18)(19)が介挿されると共に、出力電流を
検出するための電流検出器(26)と、出力電圧(系統電圧)
を検出するための電圧検出器(20)が接続される。
【0025】電流検出器(26)の検出信号は制御回路(7)
へ送出され、後述の如く該検出信号に応じて変動する電
流指令の作成に供される。又、電圧検出器(20)の検出信
号は保護回路(8)へ送出され、停電発生等による系統電
圧の異常変動を検出したときには、保護回路(8)によっ
てブレーカ(18)(19)を開いて、インバータ(2)を商用電
力系統(3)から解列する。
【0026】制御回路(7)は、電圧検出器(11)の検出信
号から直流成分のみを抽出するフィルター(12)を具え、
該フィルター(12)の出力は加算器(13)の一方の入力端へ
接続している。又、電流検出器(26)の検出信号は周波数
逓倍回路(14)へ供給されて、周波数が2倍或いは4倍に
変換された上、加算器(13)の他方の入力端へ接続され
る。
【0027】加算器(13)は上記2つの入力信号を加算し
て、該加算結果を乗算器(15)の一方の入力端へ接続す
る。更に、電圧検出器(20)の検出信号はBPF(16)を経
て系統周波数の正弦波に変換され、乗算器(15)の他方の
入力端へ接続される。
【0028】乗算器(15)は上記2つの入力信号を乗算し
て、電流指令信号を作成する。該電流指令信号はスイッ
チング信号作成回路(17)へ供給されて、PWMスイッチ
ング信号に変換され、該スイッチング信号は、主回路
(5)のスイッチング回路(6)へ供給される。この結果、
スイッチング回路(6)を構成する各スイッチング素子が
スイッチング制御され、インバータ(2)の出力電流は、
前記電流指令信号に概ね比例して変動することになる。
【0029】上記インバータ回路においては、太陽電池
(1)の出力電圧の変動に伴って、インバータ(2)の出力
電流が、系統周波数の変動成分以外に、これよりも低い
周波数の変動成分(うねり)を有して強制的に振動するこ
ととなり、インバータ電力は一定幅で変動する。図5
(a)の如くインバータ電力が負荷電力よりも大きくなっ
たときは、余剰電力が商用電力系統(3)へ回生される。
又、図5(b)の如くインバータ電力が負荷電力よりも小
さくなったときは、不足分の電力が商用電力系統(3)か
ら供給される。そして、インバータ(2)の出力電力の変
動に伴って、図5(a)の状態と図5(b)の状態が交互に
生起することになる。
【0030】この過程で、商用電力系統(3)に停電が発
生した場合は、図1の電圧検出器(20)に現われる異常な
出力電圧の変動に基づき、保護回路(8)がブレーカ(18)
(19)を開いて、インバータ(2)を商用電力系統(3)から
解列するのである。
【0031】この際、電流検出器(26)によって検出され
る出力電流の変動が、加算器(13)にて太陽電池(1)の出
力電圧レベルに加算された上、該加算結果に応じて電流
指令信号が作成されるから、高出力時、即ち太陽電池
(1)の出力が大きい場合にも、該出力に比例した大きさ
の変動が電流指令信号に与えられることとなり、この結
果、充分な感度で停電の発生を検出することが出来る。
【0032】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。例えば本発明は、図1に示すコイル(9)及
びコンデンサ(10)からなる平滑回路を省略したインバー
タ回路に対しても実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る太陽電池のインバータ回路の構成
を示すブロック図である。
【図2】従来のインバータ回路を示すブロック図であ
る。
【図3】太陽電池出力の出力特性とその出力電流の変動
の波形を表わすグラフである。
【図4】従来回路における太陽電池出力電流とスイッチ
ング素子入力電流の波形を示すグラフである。
【図5】インバータ電力と負荷電力の大小関係に応じた
電力の流れを説明する図である。
【符号の説明】 (1) 太陽電池 (2) インバータ (3) 商用電力系統 (6) スイッチング回路 (7) 制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平澤 達夫 東京都港区芝浦4丁目8番33号 株式会 社関電工内 (72)発明者 萩原 龍蔵 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 湯郷 政樹 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 井家 健仁 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 牧野 康弘 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 硲口 悦男 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−113467(JP,A) 特開 平3−239124(JP,A) 特開 平3−256534(JP,A) 特開 平1−227633(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽電池(1)の出力端をインバータ(2)
    を介して交流の商用電力系統(3)へ連系したインバータ
    回路において、インバータ(2)へスイッチング信号を供
    給すべき制御回路(7)は、太陽電池(1)の出力電圧或い
    は出力電流を検出する第1検出手段と、インバータ(2)
    の出力電流を検出する第2検出手段と、第1検出手段の
    検出信号に応じた直流信号と第2検出手段の検出信号の
    周波数に応じた交流信号とを加算する第1演算手段と、
    第1演算手段の加算結果と系統周波数の正弦波とを乗算
    して電流指令信号を作成する第2演算手段と、電流指令
    信号に基づいて前記スイッチング信号を作成する信号処
    理手段とを具えたことを特徴とする太陽電池の系統連系
    インバータ回路。
JP4321540A 1992-12-01 1992-12-01 太陽電池の系統連系インバータ回路 Expired - Lifetime JP2665304B2 (ja)

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