JP3113768B2 - 系統連系型逆変換装置 - Google Patents

系統連系型逆変換装置

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JP3113768B2
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  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、太陽電池などの直流
電源からの直流電力をインバータ回路で交流に変換し
て、商用系統電源と連系して負荷に交流電力を供給する
系統連系型逆変換装置に関し、特に、単相3線式電路の
商用電源系統と連系する単相2線式の系統連系型逆変換
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の系統連系型逆変換装置
は、単相2線式のインバータ回路を、単相3線式の商用
系統電源と連系運転させるために、商用絶縁トランスを
用いるか、もしくは、商用系統電源の相間200Vで連
系していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の系統連系型逆変換装置は、インバータ回路の交流出
力電力が商用電源系統へ流入したときに生じた負荷不平
衡を改善する手段が設けられていないから、負荷不平衝
が発生したときに負荷不平衡が増大し易く、負荷への電
力供給が不安定になるという問題がある。
【0004】そこで、この発明の目的は、起動時および
運転時の負荷不平衡を抑えることができ、負荷不平衡の
増大を防止でき、交流電力を負荷に安定供給することが
できる系統連系型逆変換装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明の系統連系型逆変換装置は、直流電
力を交流電力に変換して、単相3線式電路の商用電力系
統と連系運転する単相2線式出力のインバータ回路を備
えた系統連系型逆変換装置において、上記単相2線式の
2本の出力線のうちの一方の出力線が、上記単相3線式
電路の中性線に接続されていると共に、上記単相2線式
の2本の出力線のうちの他方の出力線が、上記単相3線
式電路の非中性の2本の電線に接続されており、上記非
中性の2本の電線の内の一方の電線に設けられており、
上記一方の電線と上記他方の出力線との接続を断接する
第1スイッチと、上記非中性の2本の電線の内の他方の
電線に設けられており、上記他方の電線と上記他方の出
力線との接続を断接する第2スイッチと、上記中性線と
上記一方の電線との間に接続されており、上記中性線と
上記一方の電線との間の第1線間電圧を検出する第1電
圧検出手段と、上記中性線と上記他方の電線との間に接
続されており、上記中性線と上記他方の電線との間の第
2線間電圧を検出する第2電圧検出手段と、上記第1電
圧検出手段から上記第1線間電圧を表す信号を受けると
ともに、上記第2電圧検出手段から上記第2線間電圧を
表す信号を受けて、上記第1線間電圧と上記第2線間電
圧とを比較し、上記商用電力系統との連系を開始する起
動時において、上記第1線間電圧よりも第2線間電圧の
方が低いときには、上記第2スイッチだけをオンする一
方、上記第2線間電圧よりも第1線間電圧の方が低いと
きには、上記第1スイッチだけをオンにする電力供給制
御手段とを備え、上記第1,第2電圧検出手段から上記
第1,第2線間電圧を表す信号を受けて、出力電圧の位
相に出力電流の位相を合わせるように制御する制御部を
備えたことを特徴としている。また、請求項2の発明の
系統連系型逆変換装置は、請求項1に記載の系統連系型
逆変換装置において、上記電力供給制御手段は、上記商
用電力系統との連系運転中において、上記第1または第
2線間電圧が所定の上限値を超えたときに、上記インバ
ータ回路をオフにして、上記第1線間電圧と上記第2線
間電圧とを比較して、上記第1線間電圧が第2線間電圧
よりも低いときには上記第1スイッチだけをオンにする
一方、上記第1線間電圧が第2線間電圧よりも高いとき
には上記第2スイッチだけをオンにしてから、上記イン
バータ回路をオンにすることを特徴としている。また、
請求項3の発明は、請求項1に記載の系統連系型逆変換
装置において、上記第1,第2電圧検出手段を、この逆
変換装置内に備えていることを特徴としている。
【0006】
【作用】上記系統連系型逆変換装置は、インバータ回路
が停止しているときには、第1スイッチと第2スイッチ
は、両方ともオフであり、商用系統電源とは切り離され
ている。
【0007】そして、上記電力供給制御手段は、第1電
圧検出手段から上記第1線間電圧を表す信号を受けると
共に、上記第2電圧検出手段から上記第2線間電圧を表
す信号を受けて、上記第1線間電圧と上記第2線間電圧
とを比較して、起動時には、第1線間電圧よりも第2線
間電圧の方が低いときには、第1スイッチよりも第2ス
イッチを先にオンする一方、第2線間電圧よりも第1線
間電圧の方が低いときには、第2スイッチよりも上記第
1スイッチを先にオンする。
【0008】つまり、上記電力供給制御手段は、起動時
に、商用系統電源の各線間電圧を比較して、電圧が低い
電路に設けたスイッチをオンさせて、その後、インバー
タ回路を稼働させて、商用系統電源に交流電力を出力す
る。したがって、起動時に、電圧が高い方の電路に交流
電力が供給されることが防がれるから、負荷不平衡が増
大することが抑えられて、負荷に交流電力が安定に供給
される。
【0009】また、上記電力供給制御手段は、商用電力
系統との連系運転中においては、第1または第2線間電
圧が所定の上限値を超えたときに、インバータ回路をオ
フにして、第1線間電圧と第2線間電圧とを比較して、
第1線間電圧が第2線間電圧よりも低いときには第1ス
イッチをオンにする一方、第1線間電圧が第2線間電圧
よりも高いときには第2スイッチをオンにしてから、イ
ンバータ回路をオンにする。
【0010】つまり、系統運転中に、負荷変動により、
交流電力を供給している電路の電圧が所定の上限値を超
えると、インバータ回路の運転を一時停止し、電圧が低
い方の電路に接続したスイッチをオンにしてから、再
び、インバータ回路の運転を開始する。したがって、連
系運転中に、負荷不平衡が増大することが抑えられて、
負荷に交流電力が安定に供給される。
【0011】なお、上記インバータ回路の運転を再開し
た後、スイッチをオンした電路の電圧が上限値を超える
場合には、インバータ回路の出力を制御して上記電圧が
上限値を下回るようにすることが望ましい。
【0012】
【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。
【0013】図1に、この発明の系統連系型逆変換装置
の実施例を示す。この実施例の逆変換装置2は、入力端
子2A,2Bに太陽電池1が接続されており、出力端子
2C,2D,2Eに複数の負荷からなる負荷群3が接続さ
れている。また、上記負荷群3は、柱上トランスを介し
て商用系統電源4に接続されている。
【0014】上記逆変換装置2は、インバータ回路7と
交流フィルタ8とを備えている。この交流フィルタ8
は、インバータ回路7で発生した高周波スイッチングノ
イズを取り除き、出力波形を正弦波に近づける役目をす
る。上記インバータ回路7と太陽電池1との間には、逆
流防止ダイオード5が直列に接続され、直流コンデンサ
6が並列に接続されている。上記逆流防止ダイオード5
は、太陽電池1へ電流が逆流することを防止し、上記直
流コンデンサ6は、インバータ回路7への入力電流の変
動を抑える役目をする。さらに、インバータ回路7と太
陽電池1との間には、直流電流検出器10が接続されて
いる。
【0015】上記インバータ回路7の出力線7Aには、
スイッチ9aと9bが接続されている。そして、このス
イッチ9aは出力端子2Cに接続され、スイッチ9bは
出力端子2Eに接続されている。上記スイッチ9aおよ
び9bは、シーケンス保護回路22からのオンオフ信号
を受けてオンオフするようになっている。インバータ回
路7のもう一本の出力線7Bは、交流電流検出器11を
介して出力端子2Dに接続されている。
【0016】上記出力端子2Dは、単相3線式電路の中
性線32に接続されており、上記出力端子2Cおよび2
Eは、それぞれ、単相3線式電路の非中性線31および
33に接続されている。
【0017】また、上記出力端子2Cとスイッチ9aと
を接続する線と、上記出力端子2Dと上記電流検出器1
1とを接続する線との間に交流電圧検出器13が接続さ
れている。また、上記出力端子2Eとスイッチ9bとを
接続する線と、上記出力線7Bとの間に交流電圧検出器
12が接続されている。上記交流電圧検出器13及び1
2は、上記シーケンス保護回路22に接続されており、
交流電圧検出器13及び12の検出信号がシーケンス保
護回路22に入力されるようになっている。
【0018】また、上記シーケンス保護回路22は、上
記入力端子2Aと2Bから延びる入力線に接続されてお
り、入力電圧を検出できるようになっている。また、上
記シーケンス保護回路22は、上記直流電流検出器10
からの電流検出信号が入力されるようになっている。
【0019】上記逆変換装置2の出力は、インバータ回
路7のスイッチング素子のスイッチングパターンによっ
て決まる。このスイッチングパターンは、PWM制御回
路15が作成するPWM信号によって決まる。上記PW
M制御回路15は、三角波信号発生回路16からの搬送
波と、誤差増幅回路17からの誤差信号波とに基づいて
上記PWM信号を作成する。上記誤差信号波は、インバ
ータ出力電流Iacを正弦波にするための信号である。
上記誤差増幅回路17は、交流出力電流検出器11から
検出した実際に逆変換装置2が出力している電流波形
と、正弦波パターン生成回路18から受けた正弦波パタ
ーン信号とに基づいて、上記誤差信号波を作成する。
【0020】上記正弦波パターン信号の振幅は、逆変換
装置2の出力電流を決定する。上記正弦波パターン生成
回路18は、最大電力制御回路19からの制御信号に基
づいて、太陽電池1の出力電流Idと出力電圧Vdとの
積が最大になるように、上記正弦波パターン信号の振幅
を作成する。
【0021】また、力率1制御回路20は、交流電圧検
出器12と13からの信号を受けて、上記正弦波パター
ン生成回路18が生成する正弦波パターン信号を制御
し、逆変換装置2の出力電圧Vacの位相に出力電流I
acの位相を合わせるようにする役目をする。
【0022】なお、図2は、図1を簡略化した図であ
り、図2の主回路は、インバータ回路7と交流フィルタ
8を含み、図2の制御回路は、シーケンス保護回路22
を含んでいる。
【0023】上記逆変換装置2は、起動前には、スイッ
チ9aと9bは共にオフになっている。そして、逆変換
装置2を、商用系統電源4に連系させる場合、まず、交
流出力電圧検出器12と13で、商用系統の単相3線式
電路の2つの線間電圧V1とV2を検出する。そして、
シーケンス保護回路22は、上記2つの線間電圧V1と
V2を比較し、上記2つの線間電圧の内の低い方の線間
電圧が発生している非中性線に接続されているスイッチ
9aもしくは9bだけをオンにする。即ち、シーケンス
保護回路22は、負荷消費電力が大きい方の非中性線に
接続されているスイッチだけをオンにする。したがっ
て、上記逆変換装置2は、負荷消費電力が大きい方の非
中性線31もしくは33に交流電力を供給する一方、負
荷消費電力が小さい方の非中性線33もしくは31に交
流電力を供給しないから、負荷不平衡を緩和することが
できる。
【0024】また、上記逆変換装置2の運転中に、連系
している単相3線式電路の非中性線31または33の電
圧が管理電圧の上限値(107V)まで上昇したときに
は、上記シーケンス保護回路22は、一時的に所定の期
間だけインバータ回路7を停止させると共に、スイッチ
9aおよび9bをオフにする。そして、この一時停止し
ている所定の期間に、上記シーケンス保護回路22は、
単相3線式電路の2つの線間電圧V1とV2を比較し、
低い方の線間電圧が発生している非中性線に接続されて
いるスイッチ9aもしくは9bをオンにする一方、高い
方の線間電圧が発生している非中性線に接続されている
スイッチ9bもしくは9aをオンにしない。この後、上
記シーケンス保護回路22は、インバータ回路7を再起
動して、低い方の線間電圧が発生している消費電力が大
きな非中性線だけに、交流電力を供給する。したがっ
て、この逆変換装置2は、連系運転中においても、負荷
不平衡を緩和することができる。
【0025】なお、上記インバータ回路7を再起動した
後に、依然として、単相3線式電路の非中性線31また
は33の電圧が管理電圧の上限値(107V)を越える場
合には、出力電流制御回路21は、交流電流検出器11
で検出した交流電流検出値をモニターしながら、正弦波
パターン生成回路18に正弦波パターン信号の振幅を減
少させる信号を送る。これにより、逆変換装置2の出力
電圧が上記管理電圧を越えないように、逆変換装置の出
力電流を抑制することができる。
【0026】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1の発
明の系統連系型逆変換装置は、起動時に、電力供給制御
手段が、第1,第2電圧検知手段で検出した第1,第2線
間電圧にもとづき、第1,第2スイッチを断接し、電圧
が高い方の電路に交流電力が供給されることを防いで、
負荷不平衡が増大することを抑制する。したがって、請
求項1の発明によれば、負荷に交流電力を安定に供給で
きる。
【0027】また、請求項1の発明は、力率制御部が、
第1,第2線間電圧を表す信号にもとづき、出力電圧の
位相に出力電流の位相を合わせる制御を行うので、上記
第1,第2電圧検出手段を位相整合制御を行う電圧検知
手段と共用できる。
【0028】また、請求項2の発明によれば、系統運転
中に、負荷変動により、交流電力を供給している電路の
電圧が所定の上限値を超えると、インバータ回路の運転
を一時停止し、電圧が低い方の電路に接続したスイッチ
のみをオンにしてから、再び、インバータ回路の運転を
開始する。したがって、連系運転中に、負荷不平衡が増
大することを抑えることができ、負荷に交流電力を安定
に供給できる。したがって、この請求項2の発明によれ
ば、負荷への信頼性の高い電力供給を実現できる。
【0029】また、請求項3の発明によれば、第1,第
2電圧検出手段を、この逆変換装置内に備えているか
ら、コンパクトな構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の系統連系型逆変換装置の実施例の
回路図である。
【図2】 この発明の系統連系型逆変換装置の概念図で
ある。
【符号の説明】
1…太陽電池、2…逆変換装置、3…負荷群、4…商用
系統電源、5…逆流防止ダイオード、6…コンデンサ、
7…インバータ回路、8…交流フィルタ、9a,9b…
スイッチ、10…直流電流検出器、11…交流電流検出
器、12,13…交流電圧検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02M 7/48 H02M 7/48 L H01L 31/04 R (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 3/26 H02J 3/38

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電力を交流電力に変換して、単相3
    線式電路の商用電力系統と連系運転する単相2線式出力
    のインバータ回路を備えた系統連系型逆変換装置におい
    て、 上記単相2線式の2本の出力線のうちの一方の出力線
    が、上記単相3線式電路の中性線に接続されていると共
    に、上記単相2線式の2本の出力線のうちの他方の出力
    線が、上記単相3線式電路の非中性の2本の電線に接続
    されており、 上記非中性の2本の電線の内の一方の電線に設けられて
    おり、上記一方の電線と上記他方の出力線との接続を断
    接する第1スイッチと、 上記非中性の2本の電線の内の他方の電線に設けられて
    おり、上記他方の電線と上記他方の出力線との接続を断
    接する第2スイッチと、 上記中性線と上記一方の電線との間に接続されており、
    上記中性線と上記一方の電線との間の第1線間電圧を検
    出する第1電圧検出手段と、 上記中性線と上記他方の電線との間に接続されており、
    上記中性線と上記他方の電線との間の第2線間電圧を検
    出する第2電圧検出手段と、 上記第1電圧検出手段から上記第1線間電圧を表す信号
    を受けるとともに、上記第2電圧検出手段から上記第2
    線間電圧を表す信号を受けて、上記第1線間電圧と上記
    第2線間電圧とを比較し、上記商用電力系統との連系を
    開始する起動時において、上記第1線間電圧よりも第2
    線間電圧の方が低いときには、上記第2スイッチだけを
    オンする一方、上記第2線間電圧よりも第1線間電圧の
    方が低いときには、上記第1スイッチだけをオンにする
    電力供給制御手段とを備え、 上記第1,第2電圧検出手段から上記第1,第2線間電圧
    を表す信号を受けて、出力電圧の位相に出力電流の位相
    を合わせるように制御する制御部を備えたことを特徴と
    する系統連系型逆変換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の系統連系型逆変換装置
    において、 上記電力供給制御手段は、上記商用電力系統との連系運
    転中において、上記第1または第2線間電圧が所定の上
    限値を超えたときに、上記インバータ回路をオフにし
    て、上記第1線間電圧と上記第2線間電圧とを比較し
    て、上記第1線間電圧が第2線間電圧よりも低いときに
    は上記第1スイッチだけをオンにする一方、上記第1線
    間電圧が第2線間電圧よりも高いときには上記第2スイ
    ッチだけをオンにしてから、上記インバータ回路をオン
    にすることを特徴とする系統連系型逆変換装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の系統連系型逆変換装置
    において、 上記第1,第2電圧検出手段を、この逆変換装置内に備
    えていることを特徴とする系統連系型逆変換装置。
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