JP3284266B2

JP3284266B2 - インバータ装置およびその起動方法

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Publication number: JP3284266B2
Application number: JP15667497A
Authority: JP
Inventors: 博一小玉; 政樹江口; 浩史中田; 司竹林
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2002-05-20
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: JPH118976A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池等の独立し
た直流電源が発生する直流電力を交流電力に変換して、
家庭用とか事務用の―般交流負荷、あるいは既存の商用
電力系統に電力を供給するインバータ装置およびその起
動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池が発生する直流電力を交流電力
に変換して、―般交流負荷、あるいは既存の商用系統電
源に電力を供給するインバータ装置の起動制御に関して
は、従来、太陽電池出力がインバータ装置を起動するの
に十分な出力を有しているかを確認することが必要であ
るとともに、インバータ装置の出力電圧を商用系統電源
の電圧値よりも十分高い電圧に制御しておく必要、もし
くはインバータ装置の入力電圧が商用系統電源電圧のピ
ーク電圧よりも高い電圧（系統電源とインバータ装置と
の間にトランスを有する場合はそのトランスの巻数比分
を換算した電圧）を確保しておく必要があった（特開平
１―１０７６６１号公報参照）。これは太陽電池出力が
十分でない状態でインバータ装置の起動すなわち系統電
源との連系運転を行うと系統電源からインバータ装置内
の入力側直流コンデンサに充電電流としての突入電流が
流れ込む、あるいは、これを防止しようとするとインバ
ータ装置が起動と停止とを繰り返してしまう結果、イン
バータ装置を商用系統電源と並列運転を開始する際に開
閉制御する連系用開閉器のチャタリング現象を引き起こ
すためである。

【０００３】図７を参照して従来のインバータ装置につ
いて説明すると、１はインバータ装置、２は太陽電池、
３は系統電源である。インバータ装置１と系統電源３と
の間に負荷４が接続されている。インバータ装置１は、
直流コンデンサ５、逆流防止ダイオード６、インバータ
回路７、連系用開閉器８、リアクトル１０、コンデンサ
１１、出力電流検出器１２および制御回路１３を備えて
いる。制御回路１３は、入力電圧検出部１３ａ、系統電
圧検出部１３ｂ、起動制御部１３ｃ、インバータ出力電
流制御部１３ｄおよびゲートドライブ信号生成部１３ｅ
を有している。そして、このインバータ装置１において
は起動の際は制御回路１３内の入力電圧検出部１３ａに
よって太陽電池２の出力電圧つまりインバータ装置１へ
の入力電圧を検出する。この検出出力は制御回路１３内
の起動制御部１３ｃに与えられる。起動制御部１３ｃは
その検出出力から入力電圧が設定値を上回ったと判定し
たときは、インバータ出力電流制御部１３ｄおよびゲー
トドライブ信号生成部１３ｅを制御することでインバー
タ回路７を起動させるとともに、連系用開閉器８を駆動
して閉じる。また、制御回路１３内のインバータ出力電
流制御部１３ｄは入力電圧検出部１３ａと、系統電圧検
出部１３ｂと出力電流検出部１２それぞれの検出出力か
らゲートドライブ信号生成部１３ｅを制御することでイ
ンバータ回路７内の各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４それぞれ
の動作を制御するようになっている。

【０００４】このような従来のインバータ装置１におい
て上述のように起動するのは、起動によって連系用開閉
器８を閉じた場合には前記入力電圧が系統電源３電圧の
ピーク値より低い場合は、インバータ回路７内のスイッ
チ素子Ｑ１〜Ｑ４に並列の寄生ダイオードによって系統
電源３の電力が全波整流された直流電力に変換されるの
で、図８で示すようにその全波整流された直流の系統電
圧よりも前記入力電圧が低い部分について系統電源３側
からインバータ回路７側へすなわち直流コンデンサ５に
対してそれの充電電流として突入電流が流れてくること
になる。このような突入電流は好ましくないので、制御
回路１３内の入力電圧検出部１３ａで検出した前記入力
電圧を起動電流制御部１３ｃに入力し、起動電流制御部
１３ｃにおいてはこの入力電圧が前記設定値としてイン
バータ回路７への入力電圧が系統電圧のピーク値を上回
るだけの最低電圧を上回っているかを判定し、この判定
に基づいて前記起動制御を行うことで連系用開閉器８を
閉じて系統電源３と連系運転を開始する際に系統電源３
からインバータ装置ｌヘの充電電流による前記突入電流
を防止できるようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽電
池２はその出力特性としてその起電力が小さくてもイン
バータ回路７が動作していない、つまり太陽電池２に負
荷が接続されていない状態での電圧つまり開放電圧Ｖｏ
ｐは上昇するので、上記起動制御の判定のように前記入
力電圧と設定値との比較によるだけの判定では、開放電
圧Ｖｏｐが前記入力電圧として設定値を上回ったため
に、インバータ回路７が起動され、連系用開閉器８が閉
じられて系統電源３との連系運転を開始することになる
が、インバータ回路７が動作すると太陽電池２には負荷
が接続されたことになるので太陽電池２の出力電圧つま
り前記入力電圧が前記設定値以下に低下してしまうこと
になる。こうしたことは結局、特に朝夕とか低日射の続
く曇天時などの場合は太陽電池２の起電力が非常に小さ
いときに発生し、インバータ回路７は起動と停止とを繰
り返してしまう、つまりチャタリング現象を引き起こし
てしまいインバータ装置１としての動作の不安定をもた
らすという課題があった。

【０００６】そこで、このようなチャタリング現象とい
う課題を解決するために設定値にヒステリシス幅を持た
せた方法や、タイマを設けてインバータ起動を遅らせる
従来技術があるが、こうした従来技術ではチャタリング
現象の回数を減らすことはできても完全には防止でき
ず、また太陽電池２に十分な出力があるにもかかわら
ず、インバータ回路７が起動しないか、起動しても起動
が遅れて太陽電池２の有効利用を行うことができないと
いうことが朝方とか夕方に限らず曇天時等の日射強度の
低い時に頻繁に生じ、インバータ装置１が一日に何度も
停止と起動とを繰り返すが、―旦インバータが停止する
と再び起動するまでにある程度のチャタリング防止のた
めの時間を要するなど低日射時における太陽電池出力の
有効利用の妨げとなっていた。

【０００７】また、チャタリング現象を防止する他の従
来技術として太陽電池２の出力電圧がインバータ装置１
を起動するのに十分な出力があるかどうか、すなわち上
記起動によって系統との連系運転を開始しても前記入力
電圧が低下しないかどうかを判定しチエックする従来の
技術も特開昭６０―８３１１５号公報で提案されてい
る。この公報による従来技術の場合では、インバータ回
路７の出力側に交流スイッチと交流負荷とを設け、太陽
電池２出力電圧がインバータ回路７の動作しきい値電圧
以上になると交流スイッチを閉じてインバータ装置１を
運転し、交流負荷に電流を流す。そして太陽電池出力電
圧が低下せず、さらに高い連系しきい値電圧以上になる
と交流スイッチを開いて系統側と連系するという起動技
術である。しかしながら、このような同公報で提案の起
動技術ではインバータ回路７出力側に交流スイッチと交
流負荷とを設けているが、インバータ装置１を商用電力
系統に連系する前に起動用の交流スイッチを閉じた際
に、流れる電流がインバータ起動時の太陽電池の発電状
態によっては大きいものとなる可能性もあり、それに伴
って交流スイッチの容量も大きくなるため、損失が大き
く、部品コストを低く抑えられないという課題があっ
た。また何よりも起動時に以上のような繁雑な操作を行
わなくてはならないという課題もある。

【０００８】さらにまた、チャタリング現象を防止する
他の従来技術として、太陽電池出力を短絡させて短絡電
流を検出する、すなわちインバータ回路７の動作停止時
に内部の４つのスイッチ素子のうちの少なくとも一組の
スイッチング素子を短絡させ、太陽電池出力を短絡させ
る短絡回路を形成し、その短絡回路を流れる電流を検出
することにより太陽電池出力を監視して起動する技術も
ある。しかしながら、この従来技術ではスイッチ素子群
を短絡させ、インバータ回路内に短絡電流が流れるが、
この短絡電流を制限する手段を設けていないため、太陽
電池出力の変化に伴い、短絡電流が大きくなり、スイッ
チ素子群が壊れる可能性があり、安全性の面で問題があ
るうえ、インバータ回路内を流れる短絡電流を検出する
ために直流入力電流検出器を設けているため、インバー
タの部品コスト増につながるという課題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では太陽電池等の
直流電源に並列に接続される直流コンデンサと、前記直
流電源からの直流電力を交流電力に変換する電力変換手
段と、インバータ出力を所定の電力系統と連系させる連
系用開閉器と、インバータの入力電圧を検出するインバ
ータ入力電圧検出手段と、前記直流コンデンサと前記電
力変換手段との間に設けられて、系統電圧のピーク値よ
りも入力電圧が低い場合に前記電力系統から前記直流コ
ンデンサに対して充電電流を流れ込むのを阻止可能でか
つ導通制御可能なダイオード等の制御素子とで構成した
ことで、上述の課題を解決している。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
インバータ装置とその起動方法について詳しく説明す
る。

【００１１】実施の形態１図１は太陽電池２と所定の電力系統例えば商用電力系統
における系統電源３との間に接続された本発明の実施の
形態１のインバータ装置の回路構成を示している。本実
施の形態１のインバータ装置１は、太陽電池２から入力
される直流電力を交流電力に変換して、系統電源３と負
荷４とに電力供給を行うものであって、太陽電池２ある
いはこれに類した出力特性を有する直流電源に並列に接
続される直流コンデンサ５と、連系用開閉器８が閉じた
時に系統電源３から直流コンデンサ５への突入電流を防
止する制御素子の一例としての逆流防止ダイオード６
と、直流電力を交流電力に変換するため電力変換手段の
一例として４つのスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４からなるイン
バータ回路７と、機械的あるいは電子的に開閉可能に構
成されかつ系統電源３とインバータ装置１とを連系させ
る前記連系用開閉器８と、同様に機械的あるいは電子的
に開閉可能に構成されかつ逆流防止ダイオード６に並列
に設けられた制御開閉器としての第２の開閉器９と、イ
ンバータ回路７から出力された交流電力の高調波成分を
除去するための交流フィルタの役割を果たすリアクトル
１０と、コンデンサ１１と、インバータ装置１の出力電
流を検出する出力電流検出器１２と、第２の開閉器９、
インバータ回路７内のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッ
チング制御および連系用開閉器８の開閉制御を行う制御
回路１３とから構成されて、太陽電池２と直流コンデン
サ５に貯えられた直流電力を交流電力に変換して連系用
開閉器８を介して系統電源３に同期されて接続されるよ
うになっている。

【００１２】制御回路１３はインバータ装置１への入力
電圧を検出する入力電圧検出部１３ａと、インバータ装
置１の出力電圧を検出する系統電圧検出部１３ｂと、入
力電圧検出部１３ａからの検出出力の入力に応答してイ
ンバータ装置１の起動と停止の制御すなわちインバータ
回路７の駆動開始制御、駆動停止制御、あるいは連系用
開閉器８の開閉制御を行う起動停止制御部１３ｃ’と、
入力電圧倹出部１３ａ、系統電圧検出部１３ｂ、出力電
流検出器１２それぞれからの信号を受けて太陽電池出力
に合わせてインバータ装置１の出力制御を行う最大電力
追従制御、連系運転時のインバータ出力の同期制御、力
率制御、出力電流波形制御、連係時の保護協調を行うイ
ンバータ出力電流制御部１３ｄ、及びインバータ出力電
流制御部１３ｄで決定されたデューティでインバータ回
路７内のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４をオンオフ制御するゲ
ートドライブ信号生成部１３ｅからなる。

【００１３】インバータ装置１が停止している状態では
連系用開閉器８、第２の開閉器９は開放状態であり、イ
ンバータ回路７内のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４すべてはオ
フ状態である。このオフ状態から日射強度が増大し、太
陽電池２からの出力が得られた場合、すなわち制御回路
１３内の入力電圧検出部１３ａで検出された入力電圧が
インバータ装置１への最低入力電圧Ｖ０以上で最大入力
電圧以下の任意の設定電圧Ｖ１を上回った場台、インバ
ータ装置１の起動停止制御部１３ｃ’は連系用開閉器８
を閉じて、インバータ回路７内のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ
４それぞれのオンオフ制御を開始するようにインバータ
出力電流制御部１３ｄおよびゲートドライブ信号生成部
１３ｅに対して信号出力してインバータ装置１の起動を
行う。

【００１４】この時インバータ装置１の最低入力電圧Ｖ
０とは、例えば系統電圧１０１Ｖ／２０２Ｖに対して、
そのピーク電圧よりも高い入力電圧（この入力電圧は、
該入力電圧と系統電源３との間にトランス等の昇圧手段
がある場合はこの昇圧比を換算した値となる。）もしく
はインバータ装置１が系統電源３の系統電圧１０１／２
０２Ｖと連系運転を行う際に、インバータ装置１の出力
電流として５０／６０Ｈｚの正弦波波形を供給できる最
低の入力電圧と定義する。

【００１５】すなわち入力電圧が最低入力電圧Ｖ０を下
回ると、系統電圧のピーク値よりも入力電圧が低くなる
ため、インバータ出力電流制御部１３ｄにおいてインバ
ータ出力電流の正弦波波形ピーク部分を供給できなくな
る入力電圧を最低入力電圧Ｖ０としている。

【００１６】したがって、インバータ装置１は入力電圧
が最低入力電圧Ｖ０以下に低下すると、インバータ装置
１が出力する出力電流波形は５０／６０Ｈｚの正弦波に
制御することができなくなるため、一般的にはこの場合
は系統電源３との連係運転を中断してインバータ装置１
を運転停止する。また、太陽電池２の出力電圧すなわち
入力電圧のみを検出して、連系用開閉器８を閉じる制御
を行うと、従来の技術のところで述べたように、インバ
ータ装置１の起動に必要な最低限の電力を太陽電池出力
が発電できない場合、インバータ装置１の入力電圧は起
動時に検出した電圧値を確保できずに低下することにな
る。このことによって系統電圧のピーク値よりも入力電
圧が低くなると、直流コンデンサ５の容量が非常に大き
いために、系統電源３からインバータ装置１に向かって
連系用開閉器８、リアクトル１０、インバータ回路７内
のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４に寄生するダイオードおよび
直流コンデンサ５という経路で直流コンデンサ５に突入
電流が流れようとする。この突入電流は逆流防止ダイオ
ード６によって阻止されて直流コンデンサ５ヘの突入電
流は防止できてもインバータ回路７の駆動に伴う電力消
費を太陽電池２の出力電力で賄おうとするため、太陽電
池２の出力電力で前記電力消費を補うことができない場
合がある。この時は上述したように太陽電池２の出力特
性曲線に沿って、動作電圧、すなわちインバータ入力電
圧は短絡電流側に移動して入力電圧は低下することにな
る。この場合は入力電圧が最低入力電圧Ｖ０以下に低下
した時にインバータ装置１は入力電圧検出部１３ａで検
出し、起動停止制御部１３ｃ’において、インバータ回
路７内のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ制御を一旦
停止して該スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のすべてをオフとす
る。この時は突入電流の心配がないため連系用開閉器８
を開く必要はなく、連系用開閉器８は閉じたままであ
る。

【００１７】インバータ装置１がインバータ回路７内の
スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動を開始する前と停止した
後とで太陽電池２の出力に変化がなければ、つまり日射
強度に変化がなければ通常は各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４
の駆動を停止すると、入力電圧は再びスイッチ素子Ｑ１
〜Ｑ４を駆動する前の電圧値に戻ることになる。そこ
で、インバータ装置１は起動停止制御部１３ｃ’で起動
をかける入力電圧の設定電圧Ｖ１に対して、起動を行っ
たが一度上述のように入力電圧が低下してスイッチ素子
群Ｑ１〜Ｑ４それぞれの駆動を停止した場合は前記設定
電圧に予め定めた電圧値ＶＡを加えた電圧値Ｖ１＋ＶＡ
に入力電圧が達した時に再度スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を
駆動するようにする。同じく上記と同様、再度、停止し
た場合は、さらにＶＢを加えたＶ１＋ＶＡ＋ＶＢの電圧
に達した時にスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動を行うよう
に制御する。この間、連系用開閉器８は閉じたままであ
るため該連系用開閉器８のチャタリング現象を防止でき
るし、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４それぞれの駆動開始の設
定電圧をきめ細かく設定してやることで、起動時に電力
損失の少ない効率的な運転を行うことができる。これに
よって、本実施の形態１のインバータ装置１によれば、
太陽電池２の出力に見合った効率的な起動制御を行うこ
とができる。また、ここでスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の駆
動開始電圧を徐々に高くしていくことは、図２で示すよ
うに太陽電池２の開放電圧Ｖｏｐがその出力が大きくな
るほど高くなるという太陽電池２の出力特性を利用して
いる。

【００１８】以上のような起動制御によってインバータ
装置１が運転を開始すると、太陽電池２の出力に見合っ
たインバータ出力を得ることができる。この場合インバ
ータ装置１におけるインバータ出力電流制御部１３ｄ
は、系統電圧を検出して、この系統電圧と同相で５０／
６０Ｈｚの正弦波波形出力電流を出力するように、スイ
ッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ制御を行う。正確にはイ
ンバータ出力電流制御部１３ｄは、スイッチ素子Ｑ１〜
Ｑ４をオンオフ制御するためのデューティの決定を行
い、パルス列信号を生成する。また、インバータ出力電
流制御部１３ｄは、上記出力電流の正弦波波形の振幅
値、すなわち出力電流の大きさについては、イ入力電圧
検出部１３ａ、系統電圧検出部１３ｂそれぞれからの入
力電圧と出力電流との検出出力に基づいて太陽電池２の
最大出力が得られるようにその振幅値を制御する。

【００１９】ここで、インバータ出力電流制御部１３ｄ
は、出力電流検出器１２で検出した出力電流値が予め設
定しておいた設定値Ｉ１を上回った時に第２の開閉器９
を閉じる。こうしたインバータ出力電流制御部１３ｄの
制御によって、インバータ装置１の運転状態において、
太陽電池２の出力が増大してきたときにインバータ装置
１内でダイオード６をバイパスして、太陽電池２からの
電力がスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４に供給されるために、太
陽電池出力がダイオード６を通過するときに生じるダイ
オード６の有する順方向電圧降下による電力損失をなく
すことができる。しかしながらダイオード６は太陽電池
２の出力が小さい時、あるいは太陽電池２が発電してい
ないときに、連系用開閉器８が閉じていると、直流コン
デンサ５に突入電流が流れ込むのを防止しているので、
太陽電池２の出力を出力電流検出器１２で検出して、同
じく予め設定しておいた設定値Ｉ２（Ｉ１＞Ｉ２）で開
く制御をインバータ出力電流制御部１３ｄで行うこと
で、インバータ装置１の連系運転時におけるダイオード
６の電圧降下による電力損失を防止することができると
ともに、起動時および停止時における太陽電池２の出力
が小さいときにおいて系統電源３から直流コンデンサ５
に突入電流が流れ込むのを防止することかできる。ま
た、インバータ装置１が起動すると、太陽電池２の最大
電力点を追従しながら、その電力に見合ったインバータ
出力電流（これは５０／６０Ｈｚの正弦波波形で系統電
圧波形と同じ位相に制御される）がインバータ装置１か
ら系統電源３あるいは負荷４に対して出力されることに
なる。

【００２０】以上のようにしてインバータ装置１が運転
開始した後の運転制御において、インバータ装置１は上
述したように通常の制御として太陽電池２の最大電力点
追従制御を行って、常に太陽電池２の最大出力の得られ
る動作電圧で運転を行っているが、日射強度が小さくな
ってくると、太陽電池２の最大出力の得られる動作電圧
は図３に示すようにＶｏｐ１からＶｏｐ４へと低下する
ことになる。この時、インバータ装置１が太陽電池２の
最大出力の得られる動作電圧で運転していると、その動
作電圧がインバータ装置１の最低入力電圧値Ｖ０を下回
る場合も生じる。このような場合はインバータ装置１の
入力電圧が最低入力電圧Ｖ０より低下するためにインバ
ータ装置１を停止するのではなくて、低日射時における
太陽電池出力でも少しでも有効利用するために、入力電
圧検出部１３ａでインバータ装置１の入力電圧を検出
し、この電圧が最低入力電圧Ｖ０に達した場合には、イ
ンバータ出力電流制御部１３ｄにおいて、インバータ装
置１の出力電流を最大にするように、すなわち太陽電池
２の最大出力が得られる動作電圧でインバータ装置１を
運転するように、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ
制御を行っていたのを、図４に示すように太陽電池２の
最大電力点における動作電圧をその開放電圧側にずらし
て、インバータ装置１の最低入力電圧値Ｖ０よりその動
作電圧が低下しないように、上述のデューティ制御を行
う。図４では日射強度がＥ２より低くなった場合であ
る。上記以外の場合はインバータ装置１は太陽電池２の
最大出力の得られる動作電圧値に制御されて運転を継続
する。この場合は図４中日射強度Ｅ１の時である。

【００２１】さらに上述したようにインバータ装置１の
運転を最低入力電圧より低下しないように太陽電池２の
最大出力点電圧から、その動作電圧を太陽電池２の開放
電圧側にずらして運転を継続すると、日射強度が小さく
なり、太陽電池２の開放電圧が低下してきて、最終的に
太陽電池２の開放電圧がインバータ装置１の最低入力電
圧Ｖ０にほぼ等しくなると、インバータ装置１の動作電
圧は図４に示すようにほぼ太陽電池２の開放電圧でイン
バータ最低入力電圧Ｖ０で運転することになるこれは図
４で日射強度Ｅ４の時である。この時は、太陽電池２の
出力電力は非常に小さく、同じくインバータ出力電力も
零に近くなるか、あるいはインバータ装置１がスイッチ
素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するのに必要な電力消費を自身で
行っているためにマイナスになることになる。この時は
上述の起動制御で述べたように、太陽電池２の動作電圧
が開放電圧から低下する方向に引っ張られて、インバー
タ動作電圧は急激に低下しようとする。そしてインバー
タ最低入力電圧Ｖ０よりも低下した時点でスイッチ素子
Ｑ１〜Ｑ４の駆動を停止し、インバータ入力電圧を太陽
電池２の開放電圧まで戻す。

【００２２】以上の制御を行うことで、インバータ装置
１の入力電圧範囲内で可能な限り、インバータ装置１を
運転することができ、特に、朝、夕あるいは曇天時の低
日射強度の時に太陽電池出力を有効に利用することがで
きる。

【００２３】さらに連系用開閉器８を投入する手順は先
に述べたか、この連系用開閉器８を開放するのはインバ
ータ入力電圧がインバータ最低入力電圧Ｖ０よりも予め
設定した電圧値だけ低い電圧値Ｖ３に達した時、すなわ
ちスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動を停止した後、さらに
太陽電池２の出力が低下し、太陽電池２の開放電圧がさ
らに低下した時（ほとんど０Ｖ近辺）に起動停止制御部
１３ｃ’において連系用開閉器８を開放する。

【００２４】実施の形態２図５は本発明の実施の形態２に係るインバータ装置の構
成を示している。本実施の形態２のインバータ装置１は
太陽電池２と系統電源３との間に挿入され、太陽電池２
で発電される直流電力を６０／５０Ｈｚの交流電力に変
換して、系統電源３に連系して負荷４に供給するととも
に系統電源３側へも電力の逆潮流を行う。本実施の形態
３のインバータ装置１の構成について説明すると、直流
コンデンサ５は日射変動による太陽電池出力変動によっ
てインバータ装置１の入力電圧の急変を抑制するために
設けられている。またインバータ装置１に入力された直
流電力はＱ１〜Ｑ４のスイッチ素子群で構成される高周
波インバータブリッジ１４に導かれ直流から交流に電力
変換される。さらに該高周波インバータブリッジ１４の
出力は高周波トランス１５の１次側に供給されて、ここ
で電気的に絶縁される。高周波トランス１５の二次側２
線はダイオードブリッジ１６の交流入力端子に入力され
交流から直流に電力変換される。該ダイオードブリッジ
１６の直流出力端子からの２線は、それぞれＤＣリアク
トル１７、その後、Ｓｌ〜Ｓ４のスイッチ素子群で構成
される低周波インバータブリッジ１８に入力され、再び
直流から交流に変換される。該低周波インバータ１８の
出力２線は、連系用開閉器８およびフィルタ回路１９を
介して系統電源３の単相３線式配電線に接続される構成
となっている。制御回路１３は２つのゲートドライブ信
号生成部１３ｅ１、１３ｅ２を有しており、ゲートドラ
イブ信号生成部１３ｅ１は高周波インバータブリッジ１
４を、ゲートドライブ信号生成部１３ｅ２は低周波イン
バータブリッジ１８をそれぞれ駆動する。

【００２５】次に本実施の形態２のインバータ装置１の
動作について説明する。まず、高周波インバータブリッ
ジ１４において、これを構成するスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ
４のゲート端子をゲートドライブ信号生成部１３ｅ１か
らの高周波キャリア（２０ｋＨｚ）による正弦波ＰＷＭ
変調を施したパルス列信号でもってオンオフ制御するこ
とによって、太陽電池２で発電された直流電力は高周波
交流（２０ｋＨｚ）に変換される。この高周波交流（２
ＯｋＨｚ）は高周波トランス１５の１次側に供給され、
該高周波トランス１５の巻数比に応じた電圧に変圧され
た高周波交流が該高周波トランス１５の２次側に出力さ
れる。ここで該高周波トランス１５は系統電源３と太陽
電池２とを電気的に絶縁するという働きと、入力電圧に
対する出力電圧を巻数比に応じた変圧比で変圧する働き
を有している。高周波トランス１５出力は、次段のダイ
オードブリッジ１６で整流され、さらにダイオードブリ
ッジ１６の出力２線に直列に設けられたＤＣリアクトル
１７によって図５のＡに示すように、高周波リップル成
分が平滑化され、商用周波の正弦波を全波整流した直流
電圧波形となる。

【００２６】さらに、この直流電圧は次段の低周波イン
バータブリッジ１８に入力される。ここで該低周波イン
バータブリッジ１８を構成するスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４
それぞれのゲート端子をゲートドライブ信号生成部１３
ｅ２により商用周波数でもってＳ１，Ｓ４と、Ｓ２，Ｓ
３とを交互にオンオフ制御する。すなわち図５のＡ点の
波形に示した線間電圧の電圧値の谷である０Ｖの点に同
期させて、Ｓ１，Ｓ４がオンの時はＳ２，Ｓ３はオフと
いうようにそれぞれ交互にオンオフ制御を行う。その結
果、図５のＡに示した電圧、電流波形は、全波整流され
た形の各正弦波の山が１つ置き上下方向に対称に反転さ
れることになり、図５のＢに示した電圧波形は商用周波
の正弦波交流波形に変換される。さらに、連系用開閉器
８を介し、ＡＣフィルタ１９によって高調波成分が除去
される。

【００２７】以上の構成を有する本実施の形態２のイン
バータ装置１において、連系用開閉器８を閉じた場合
は、上述したダイオードブリッジ１６は上述したよう
に、本来は高周波トランス１５から出力された高周波交
流を全波整流するために設けられており、本実施の形態
２のインバータ装置１を構成するのに本来必要不可欠な
ものであるが、実施の形態１のダイオード６に相当する
働き、すなわち系統電源３から直流コンデンサ５に充電
電流を流すのを防止する役割を行うので、実施の形態１
におけるように、本実施の形態２ではダイオード６を付
加する必要はない。すなわち、連系用開閉器８が閉じた
時、同様にしてインバータ出力電圧が系統電圧よりも低
い場台は系統電源３からインバータ装置１に向かって、
連系用開閉器８を介して、スイッチ素子群に寄生するダ
イオードによって交流が直流に変換され、インバータ装
置１の入力側端の直流コンデンサ５に向かって突入電流
が流れようとするが、ここで回路内に挿入されているダ
イオードブリッジ１６によって阻止されるために、系統
電源３からの突入電流は実施の形態１と同様に流れるこ
とはない。したがって、本実施の形態２のインバータ装
置１においても実施の形態のインバータ装置１と同様の
起動停止制御を行うことができる。

【００２８】実施の形態３図６は本発明の実施の形態３に係るインバータ装置の構
成を示している。本実施の形態３のインバータ装置１は
太陽電池２と系統電源３との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣ
コンバータ３４と、逆流防止ダイオード６と、ＰＷＭイ
ンバータ３５と、連系用開閉器８と、インバータ出力電
流検出器１２と、制御回路１３と、ＡＣフィルタ１９と
を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ３４は、第１のス
イッチ素子群Ｑ１〜Ｑ４、高周波トランス１５、整流用
のダイオードブリッジ１６、ＤＣリアクトル１７および
直流コンデンサ３３で構成されている。ＰＷＭインバー
タ３５は、第２のスイッチ素子群Ｓ１〜Ｓ４で構成され
ている。

【００２９】このような本実施の形態３のインバータ装
置１においては、図７で示される従来のインバータ装置
１における直流コンデンサ５と同様の働きをするコンデ
ンサとして、ＤＣリアクトル１７の後ろに直流コンデン
サ３３が実装されている。図７の従来のインバータ装置
１とは直流コンデンサの実装位置が異なっている。これ
は第２のスイッチ素子群Ｓ１〜Ｓ４がＰＷＭインバータ
３５として動作するためであり、この第２のスイッチ素
子群Ｓ１〜Ｓ４が図７の従来のインバータ装置１ではス
イッチ素子群Ｑ１〜Ｑ４に相当するため、図６に示すＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ３５を含めて図７における太陽電池
出力に相当する。従って本実施の形態３の直流コンデン
サ３３はＤＣ／ＤＣコンバータ３４の後段に位置して実
装されている。このことから本実施の形態３では直流コ
ンデンサ３３と第２のスイッチ素子群Ｓ１〜Ｓ４とのあ
いだにダイオード６を挿入することで、系統電源３から
直流コンデンサ３３ヘの突入電流を防止できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に係る本発
明によれば、当該インバータ装置が連系用開閉器を介し
て電力系統と連系して該電力系統から電力変換手段を通
して直流電源に接続された直流コンデンサに充電電流と
して突入電流が流れ込もうとするのを制御素子によって
防止でき、これによって、インバータ装置の入力電圧が
低下した時も電力系統側から直流コンデンサに充電電流
が流れ込まないから、結局、連系用開閉器は一度閉じた
後は、開放する必要がなくなり、従来の課題とされてい
た連系用開閉器のチャタリング現象は生じなくなる。し
たがって、これに伴い、インバータ装置の起動前に太陽
電池の発電電力を何らかの方法で検出して、十分な出力
があることを確認した上で、インバータ装置の起動を行
うという繁雑な制御を行う必要もなく、インバータ装置
の入力電圧を検出するだけで円滑に、しかも太陽電池出
力の有効利用が可能な効率的な起動、停止制御を実現で
きる。

【００３１】請求項２に係る本発明のように構成した場
合においては、インバータ装置の入力電圧を検出して、
該入力電圧が例えばインバータ装置の最低入力電圧以上
で、最大入力電圧以下の任意の設定値電圧を上回ったと
ころで前記連系用開閉器を閉じ、スイッチ素子群を駆動
し、インバータ装置を起動させることで、スイッチ素子
群の駆動によってインバータ装置の入力電圧が低下して
も一旦閉じた前記連系用開閉器を再び開放する必要はな
く、このためにインバータ装置の起動前に太陽電池出力
が十分であるかをチェックする必要がなくなり、インバ
ータ装置の操作の手間が軽減される。

【００３２】請求項３あるい４に係る本発明のように構
成した場合においては、インバータの入力あるいは出力
が予め設定した設定値（１１）を上回った場合に、制御
開閉器を閉じて前記制御素子をバイパスする回路を形成
できるから、これによって、太陽電池出力が十分な電力
を供給できるようになると、電力系統側から直流コンデ
ンサヘの突入電流が流れ込むことはなくなるため、ダイ
オード等の制御素子は必要でなくなる一方、ダイオード
等の制御素子は、逆に太陽電池から系統電源に電力供給
する際にそれの電圧降下分だけ電力損失することにな
り、システムの利用効率を低下させる原因となるため、
太陽電池から一定以上の出力が得られることを検出でき
たら、制御開閉器を閉じてダイオードのような制御素子
をバイパスして太陽電池出力の有効利用を図れるものと
なる。また、ダイオードは太陽電池の出力が小さい時、
あるいは太陽電池が発電していないときに、連係用開閉
器が閉じていると、直流コンデンサに突入電流が流れ込
むのを防止しているので、太陽電池の出力を出力電流検
出器で検出して、予め設定しておいた設定値１２（１１
＞１２）で開くように制御することで、インバータ装置
の連係運転時におけるダイオードの電圧降下による電力
損失を防止できるとともに、起動時および停止時におけ
る太陽電池の出力が小さいときにおいて系統電源から直
流コンデンサに突入電流が流れ込むのを防止することが
できる。

【００３３】請求項５に係る本発明によれば、インバー
タ装置の起動時にその出力を電力系統側と連系させるた
めの連系用開閉器を閉じた時に、前記直流電源の起電圧
が電力系統側出力を整流した電圧のピーク値よりも低い
時にも、該直流電源に並列に接続された直流コンデンサ
に電力系統側からの充電電流が流れ込まないように、イ
ンバータ装置内のダイオードブリッジを利用して、イン
バータ装置の入力電圧を検出して上記連系用開閉器の開
閉制御、スイッチ素子群の駆動制御を行うことができ
る。

【００３４】請求項６に係る本発明のように構成した場
合においては、当該インバータ装置の起動後、朝、夕、
曇天日において日射強度が低下しても、すこしでも長く
インバータの運転を継続するために、インバータ装置の
入力電圧が第１の設定値としてインバータ装置の最低入
力電圧値に達した場合、インバータ装置は太陽電池の最
大出力が得られる動作電圧で運転を継続するように制御
されているが、日射強度が低下して、太陽電池の最大電
力が得られる動作電圧が同様にして低下することによっ
て、インバータ最低入力電圧に達した場合、太陽電池の
動作電圧を最大点における電圧値から太陽電池の開放電
圧側、すなわち高くなる方向ヘずらす制御を行うこと
で、インバータ入力電圧を最低入力電圧より下回らない
ように制御でき、結果として朝、夕、曇天日において日
射強度が低下しても、太陽電池の動作電圧を最大点にお
ける電圧値から太陽電池の開放電圧側、すなわち高くな
る方向へずらす制御を行うことで、インバータ入力電圧
を最低入力電圧より下回らないように制御して、少しで
も長くインバータの運転を継続することができるため、
繁雑な停止制御を行わなくとも、太陽電池出力を最後ま
で有効に利用することができる。

【００３５】請求項７に係る本発明のように構成した場
合においては、太陽電池出力が非常に小さい出力のとき
から効率よくインバータの起動を行うことができ、太陽
電池出力を効率よくインバータ装置の出力として利用す
ることができる。

【００３６】請求項８に係る本発明のように構成した場
合においては、太陽電池出力をぎりぎりまで有効に利用
できるとともに、開閉器のチャタリングを防止すること
ができる。

【００３７】請求項９および１０に係る本発明によれ
ば、太陽電池出力を最後まで有効に利用できる一方でイ
ンバータ装置を効率的に運転させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るインバータ装置の
回路図。

【図２】太陽電池開放電圧と太陽電池出力の関係を示す
図。

【図３】日射強度と太陽電池最大出力が得られる動作電
圧の関係を示す図。

【図４】低日射時におけるインバータ入力電圧制御の関
係を示す図。

【図５】本発明の実施の形態２に係るインバータ装置の
回路図。

【図６】本発明の実施の形態３に係るインバータ装置の
回路図。

【図７】従来のインバータ装置の回路図。

【図８】系統電源の全波整流電圧波形と入力電圧の関係
を示す図。

【符号の説明】

１インバータ装置２太陽電池３系統電源４負荷５直流コンデンサ６ダイオード７インバータ回路８連系用開閉器９第２の開閉器１０リアクトル１３制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹林司大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平８−45374（ＪＰ，Ａ) 特開平８−242589（ＪＰ，Ａ) 特開平９−65657（ＪＰ，Ａ) 特開平７−28537（ＪＰ，Ａ) 特開平６−319269（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−115789（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 G05F 1/67 H02J 3/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池等の直流電源に並列に接続される
直流コンデンサと、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換する電力
変換手段と、インバータ出力を所定の電力系統と連系させる連系用開
閉器と、インバータの入力電圧を検出するインバータ入力電圧検
出手段と、前記直流コンデンサと前記電力変換手段との間に設けら
れて、系統電圧のピーク値よりも入力電圧が低い場合に
前記電力系統から前記直流コンデンサに対して充電電流
を流れ込むのを阻止可能でかつ導通制御可能なダイオー
ド等の制御素子と、を具備したことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】前記請求項１記載のインバータ装置におい
て、前記インバータ入力電圧検出手段が当該インバータ
装置の入力電圧を検出して、前記連系用開閉器の開閉制
御、前記電力変換手段の駆動制御を行うことを特徴とす
るインバータ装置。
【請求項３】前記請求項１記載のインバータ装置におい
て、前記制御素子に並列に制御開閉器を設け、インバー
タの出力電流値が予め設定しておいた設定値（Ｉ１）を
上回った時に、制御開閉器を閉じることを特徴とするイ
ンバータ装置。
【請求項４】前記請求項３記載のインバータ装置におい
て、インバータの出力電流値が予め設定しておいた設定
値Ｉ２（Ｉ１＞１２）を上回った時に前記制御開閉器を
開くことを特徴とするインバータ装置。
【請求項５】太陽電池等の直流電源に接続される直流コ
ンデンサと、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換する第１のス
イッチ素子群と、前記直流電源と所定の電力系統とを電気的に絶縁すると
ともに、入力電圧に対する出力電圧を巻数比に応じた変
圧比で変圧する高周波トランスと、前記高周波トランスの出力で高周波交流を整流するダイ
オードブリッジと、前記ダイオードブリッジの出力から高調波成分を除去す
るＤＣリアクトルと、前記ＤＣリアクトルからの直流出力を再び交流に変換す
る第２のスイッチ素子群と、インバータ出力を前記電力系統と連系させる連系用開閉
器とを具備し、前記ダイオードブリッジによって、前記連系用開閉器を
閉じた時に、前記電力系統から前記直流コンデンサに対
して充電電流が流れ込むのを防止すると共に、当該イン
バータ装置の入力電圧を検出して、前記連系用開閉器の
開閉制御および前記スイッチ素子群の駆動制御を行うこ
とを特徴とするインバータ装置。
【請求項６】前記請求項１、２または５記載のインバー
タ装置において、太陽電池の最大電力点における動作電
圧が、当該インバータ装置の入力電圧に対する予め設定
した第１の設定値よりも高い場合は通常の制御として太
陽電池の最大電力追従制御で運転を行い、前記第１の設
定値まで低下した場合は当該インバータ装置を停止せず
に太陽電池の最大電力点における動作電圧からずらして
所定の設定値で運転することを特徴とするインバータ装
置。
【請求項７】前記請求項１、２または５記載のインバー
タ装置において、前記入力電圧が前記予め設定した第１
の設定値よりも低くなった時に、前記連系用開閉器は閉
じた状態で、前記スイッチ素子群の駆動を停止する一
方、インバータ入力電圧が前記第１の設定値よりも予め
決められた設定電圧だけ高くなった時に前記スイッチ素
子群を再度、駆動することを特徴とするインバータ装
置。
【請求項８】前記請求項１、２または５記載のインバー
タ装置において、インバータ装置の入力電圧が前記予め
設定した第１の設定値よりも低い第２の設定値に達した
時、前記連系用開閉器を開放することを特徴とするイン
バータ装置。
【請求項９】太陽電池等の直流電源に並列に接続される
直流コンデンサと、前記直流電源からの直流電力を交流
電力に変換する電力変換手段と、インバータ出力を所定
の電力系統と連系させる連系用開閉器と、インバータの
入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段と、前
記直流コンデンサと前記電力変換手段との間に設けられ
て、系統電圧のピーク値よりも入力電圧が低い場合に前
記電力系統から前記コンデンサに対して充電電流を流れ
込むのを阻止可能でかつ導通制御可能な制御素子とを具
備したインバータ装置の起動方法であって、
当該インバータ装置の入力電圧を検出し、この検出した
入力電圧によって前記連系用開閉器の開閉制御と前記電
力変換手段の駆動制御とを行うとともに、前記連系用開
閉器を閉じる側に制御しているときに前記制御素子によ
って前記電力系統から充電電流が流れ込まないよう制御
することを特徴とするインバータ装置の起動方法。
【請求項１０】太陽電池等の直流電源に接続される直流
コンデンサと、前記直流電源からの直流電力を交流電力
に変換する第１のスイッチ素子群と、前記直流電源と所
定の電力系統とを電気的に絶縁するとともに、入力電圧
に対する出力電圧を巻数比に応じた変圧比で変圧する高
周波トランスと、前記高周波トランスの出力で高周波交
流を整流するダイオードブリッジと、前記ダイオードブ
リッジの出力から高調波成分を除去するＤＣリアクトル
と、前記ＤＣリアクトルからの直流出力を再び交流に変
換する第２のスイッチ素子群と、インバータ出力を前記
電力系統と連系させる連系用開閉器とを具備したインバ
ータ装置の起動方法であって、当該インバータ装置の入
力電圧を検出し、この検出した入力電圧によって前記連
系用開閉器の開閉制御とスイッチ素子群の駆動制御とを
行うことを特徴とするインバータ装置の起動方法。