JP3625889B2 - Grid-connected inverter device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、既存の電力系統に連系される系統連系インバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
系統連系インバータ装置には、既存の電力系統として商用電力系統に連系されるものがある。この系統連系インバータ装置は、太陽光発電システムの発生電力を商用周波数に変換し、変換した電力を需要先である負荷に供給する。系統連系インバータ装置が負荷に供給する電力が不足する場合、商用電力系統が不足分の電力を負荷に供給する。
【0003】
この系統連系インバータ装置を図6に示す。この系統連系インバータ装置は、商用電力系統2に連系されて、太陽光発電システムの太陽電池1の発生電力を負荷3に供給する。
【0004】
この系統連系インバータ装置では、インバータ回路101が、太陽電池1からの直流電圧を、商用周波数の交流電圧に変換する。これにより、太陽電池1からの直流電力は、交流電力に変換される。一方、遮断器102が通常、閉状態にあり、インバータ回路101からの交流電力は、遮断器102を経由して、負荷3に供給される。このとき、制御回路105のフェーズロックループ(PLL)回路(図示を省略)は、インバータ回路101を制御して、変圧器103からの電圧の位相を、内蔵する発振器(図示を省略)が発振する基準周波数(商用周波数と同一周波数)の位相と一致させる。
【0005】
商用電力系統では、送電系の保守や点検などのために、電力の供給を停止することがある。この場合には、作業者の安全確保などのために、系統連系インバータ装置からの電力供給を止める必要がある。このとき、系統連系インバータ装置は、例えば、負荷に供給される交流電力の電圧や周波数の変化を調べて、商用電力系統の断を検出する。
【0006】
ところで、系統連系インバータ装置から供給される電力が、負荷で消費される電力に等しいとき、つまり、系統連系インバータ装置が単独運転をするとき、電圧や周波数の変化が発生しないので、商用電力系統の断の検出が困難である。そこで、単独運転のときでも、商用電力系統の断を検出するために、電圧位相跳躍検出方式が用いられる。
【0007】
電圧位相跳躍検出方式は、負荷に供給される交流電圧と交流電流とを検出する。商用電力系統が断になったときに、負荷の力率角に応じて、交流電圧の位相が、交流電流に対して急激に変化することを検出する。
【0008】
図6の系統連系インバータ装置は、この方法を採っている。つまり、系統連系インバータ装置では、変圧器103が負荷3に供給される交流電圧を検出し、変流器104が交流電流を検出する。制御回路105は、変圧器103および変流器104から交流電圧および交流電流をそれぞれ受け取ると、交流電流に対する交流電圧の位相差を検出する。位相差が大きくなると、制御回路105は、制御信号をインバータ回路101に送り、インバータ回路101を停止させる。これにより、制御回路105は、インバータ回路101からの交流電力の供給を遮断する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、先に述べた系統連系インバータ装置は、変圧器103と変流器104とが必要になる。変圧器103や変流器104などのトランスは、鉄心にコイルを巻いたものであり、重量が重くなり、また、形状が大きくなる。このために、変圧器103や変流器104を実装するときには、広いスペースや、強度が大きい取り付け部分が必要となる。
【0010】
この発明の目的は、このような欠点を除き、電圧位相跳躍検出方式を用いた場合に、トランスの数を少なくすることを可能にする系統連系インバータ装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明は、その目的を達成するため、太陽電池の直流出力を交流出力に変換して負荷に供給すると共に、この交流出力の周波数を既存の電力系統の周波数と等しくする変換部を備える系統連系インバータ装置において、前記電力系統と前記変換部との連系点の交流出力を取り出すトランスと、入力に応じた交流出力を発生する電圧制御発振回路と、前記トランスからの交流出力と前記電圧制御発振回路からの交流出力との位相差を検出し、検出結果を前記電圧制御発振回路の入力とすべく該電圧制御発振回路の入力端に出力端が接続された位相比較回路と、該位相比較回路からの位相差が所定値を越えると、制御信号を発生すべく、入力端が前記位相比較回路の出力端と前記電圧制御発振回路の入力端との間で前記位相比較回路の前記出力端に接続された検出回路とを備え、前記変換部は前記検出回路からの制御信号により、直流出力の変換を停止する。
【0012】
【作用】
この構成により、既存の電力系統が正常のとき、変換部は、太陽電池の直流出力を交流出力に変換すると共に、この交流出力の周波数を既存の電力系統の周波数と等しくする。
【0013】
既存の電力系統が断になると、トランスは、連系点の交流出力を取り出す。位相比較回路は、トランスからの交流出力と、既存の電力系統が断になる前の、電圧制御発振回路からの交流出力との位相差を検出し、検出結果を電圧制御回路の入力とする。
【0014】
このとき、負荷の力率角に応じて、交流出力の位相が、断になる前の位相に対して急激に変化する。断の直後では、電圧制御発振回路からの交流出力は、断の前の既存の電力系統の位相に等しいので、位相比較回路での比較結果は、所定値を越えることになる。検出回路は、制御信号を発生する。変換部は、検出回路からの制御信号により、直流出力の変換を停止する。
【0015】
これにより、用いるトランスが1つでも、電圧位相跳躍検出方式の制御が行われる。
【0016】
【実施例】
次に、この発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【0017】
図1は、この発明の一実施例を示すブロック図である。この系統連系インバータ装置では、入力点201に太陽電池1が接続され、連系点202で商用電力系統2と連系されている。そして、データ積算装置は、電圧位相跳躍検出方式により、商用電力系統2の断を検出する。
【0018】
この系統連系インバータ装置は、変換部11と、遮断器12と、変圧器13と、位相比較回路14と、電圧制御発振回路15と、検出回路16とを備える。
【0019】
変換部11は、図2に示すように、フェーズロックループ回路21と、発生回路22と、パルス幅変調回路23と、インバータ回路24とを備える。
【0020】
変換部11のフェーズロックループ回路21は、図5に示すように、変圧器13からの交流信号a1と同相のパルス信号bを発生する。発生回路22は、フェーズロックループ回路21からパルス信号bを受け取ると、このパルス信号bの周期に等しい正弦波信号cを発生する。パルス幅変調回路23は、正弦波信号cを受け取ると、この正弦波信号cの振幅によりパルスの持続時間を変えるパルス幅変調をする。
【0021】
パルス幅変調回路23は、パルス幅変調で変調信号dを発生する。この変調は、位相比較回路14からの制御信号hで制御される。つまり、制御信号hが「L」レベルであるとき、パルス幅変調回路23は、変調信号dを発生する。また、制御信号hが「H」レベルであるとき、パルス幅変調回路23は、変調信号dを出力しない。
【0022】
インバータ回路24は、変調信号dにより、太陽電池1からの直流電圧を商用周波数の交流電圧aに変換する。また、パルス幅変調回路23が変調信号dを出力しないとき、インバータ回路24は、直流電圧の変換を停止して、交流電力を出力しない。
【0023】
位相比較回路14は、変圧器13からの交流信号a1に対する、電圧制御発振回路15からの交流信号eの位相差を検出する。そして、位相比較回路14は、この位相差に応じて、位相検出信号fを発生する。電圧制御発振回路15は、位相差信号fに応じた周波数の交流信号eを発生する。
【0024】
検出回路16は、位相比較回路14の位相検出信号fから、位相のズレを検出するものである。この検出回路16の一例を図3に示す。この検出回路は、抵抗31と、コンデンサ32と、NADゲート33〜35とを備える。
【0025】
この検出回路では、リセット端子37には、通常「H」レベルの信号が加えられている。また、図4に示すように、抵抗31とコンデンサ32とで決まる時定数により、不感帯幅t1が設定されている。この状態のときに、位相検出信号fが端子36に加えられた場合、位相検出信号fのパルス幅t2が不感帯幅t1より小さいと、NADゲート33は、出力信号gとして信号g1を出力する。また、パルス幅t3が不感帯幅t1より長いと、信号g2を出力する。信号g2が出力されると、NADゲート34,35で構成されるフリップフロップ回路は、その状態を反転し、制御信号hを端子38から出力する。
【0026】
次に、この実施例の動作について説明する。
【0027】
商用電力系統2が正常である場合、商用電力系統2の周波数が安定しているため、連系点202の周波数は、一定な状態を保つ。変換部11のフェーズロックループ回路21は、変圧器13からの交流信号a1、つまり商用電力系統2と同じ周波数のパルス信号bを発生する。発生回路22は、このパルス信号bの周期に等しい正弦波信号cを発生し、パルス幅変調回路23は、パルス幅変調で変調信号dを発生する。インバータ回路24は、変調信号dにより、太陽電池1からの直流電圧を、商用周波数の交流電圧aに変換する。
【0028】
これにより、変換部11は、商用電力系統2と同じ周波数、かつ同じ位相の交流電力を、遮断器12を経由して負荷3に供給する。
【0029】
同時に、位相比較回路14は、変圧器13からの交流信号a1に対する、電圧制御発振回路15からの交流信号eの位相を比較する。この比較により、位相が同じであれば、つまり、電圧制御発振回路19のパルス信号bの周波数が商用電力系統2と同じであれば、所定の位相検出信号fを発生する。
【0030】
この位相検出信号fは、検出回路16に加えられる。検出回路16では、NADゲート33が位相検出信号fにより、信号g1を発生する。このために、NADゲート34,35は、その状態を反転しないので、「L」レベルの制御信号hを発生する。この制御信号hにより、パルス幅変調回路23は、変調信号dの出力を続けるので、変換部11のインバータ回路24は、太陽電池1からの直流電力の変換を継続する。
【0031】
ところで、商用電力系統2が断になった場合、負荷3の力率角に応じて、断の後の連系点202の交流電圧の位相は、断の前の位相に比べて急激に変化する。この変化は、変圧器13を経由して、交流信号a1として位相比較回路14に加えられる。
【0032】
一方、電圧制御発振回路15は、断の前の位相の交流信号eを位相比較回路14に加える。位相比較回路14は、位相差に対応した位相検出信号fを発生するので、位相検出信号fのパルス幅が大きくなる。このために、パルス幅が不感帯幅t1より大きい位相検出信号fが、検出回路16に出力される。検出回路16は、この位相検出信号fから、出力信号gとして信号g2を出力する。
【0033】
信号g2が出力されると、NADゲート34,35で構成されるフリップフロップ回路は、その状態を反転し、「H」レベルの制御信号hを出力する。この制御信号hにより、パルス幅変調回路23は、変調信号dを出力しないので、変換部11のインバータ回路24は、太陽電池1からの直流電力の変換を停止する。
【0034】
このようにして、この実施例により、商用電力系統2が断になると、変換部11からの交流電力の供給を停止することができる。
【0035】
また、この実施例は、交流電圧を検出するための変圧器13だけを用いる。この結果、この実施例により、従来に比べてトランスの数を減らすことができる。
【0036】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明は、使用するトランスが1つでも、既存の電力系統が断になると、急激な位相の変化を検出して、変換部からの交流出力の供給を停止する。この結果、従来の電圧位相跳躍検出方式に比べて、使用するトランスの数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】変換部の一例を示すブロック図である。
【図3】検出回路の一例を示すブロック図である。
【図4】図3の検出回路の波形を示す図である。
【図5】変換部での波形を示す波形図である。
【図6】従来の系統連系インバータ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
2 商用電力系統
11 変換部
13 変圧器
14 位相比較回路
15 電圧制御発振回路
16 検出回路
202 連系点[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a grid-connected inverter device linked to an existing power system.
[0002]
[Prior art]
Some grid-connected inverter devices are linked to a commercial power system as an existing power system. This grid-connected inverter device converts the generated power of the photovoltaic power generation system into a commercial frequency, and supplies the converted power to a load that is a demand destination. When the power supplied to the load by the grid-connected inverter device is insufficient, the commercial power system supplies the insufficient power to the load.
[0003]
This system interconnection inverter device is shown in FIG. This grid-connected inverter device is linked to the
[0004]
In this grid-connected inverter device, the
[0005]
In a commercial power system, power supply may be stopped for maintenance or inspection of the power transmission system. In this case, it is necessary to stop the power supply from the grid-connected inverter device in order to ensure the safety of the worker. At this time, the grid interconnection inverter device detects, for example, a disconnection of the commercial power system by examining changes in the voltage or frequency of the AC power supplied to the load.
[0006]
By the way, when the power supplied from the grid-connected inverter device is equal to the power consumed by the load, that is, when the grid-connected inverter device operates alone, no voltage or frequency change occurs. It is difficult to detect system disconnection. Therefore, a voltage phase jump detection method is used to detect the disconnection of the commercial power system even in the case of single operation.
[0007]
The voltage phase jump detection method detects an AC voltage and an AC current supplied to a load. When the commercial power system is cut off, it is detected that the phase of the AC voltage changes rapidly with respect to the AC current according to the power factor angle of the load.
[0008]
The grid interconnection inverter device of FIG. 6 employs this method. That is, in the grid-connected inverter device, the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the grid interconnection inverter apparatus described above requires the
[0010]
An object of the present invention is to provide a grid-connected inverter device that can reduce the number of transformers when the voltage phase jump detection method is used, excluding such drawbacks.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, the present invention converts a DC output of a solar cell into an AC output and supplies it to a load, and has a grid connection including a conversion unit that makes the frequency of the AC output equal to the frequency of an existing power system. in the system inverter device, a transformer for taking out the AC output of the interconnection point between the power system and the conversion unit, and a voltage controlled oscillator for generating an AC output corresponding to the input, the voltage control and the AC output from the transformer detecting a phase difference between the AC output from the oscillation circuit, a phase comparison circuit output a detection result to the input terminal of the voltage controlled oscillator circuit in order to the input of the voltage controlled oscillator circuit is connected, said phase comparator When the phase difference from the circuit exceeds a predetermined value, generating a control signal Subeku, the output of the phase comparator between the input terminal and the output terminal of the phase comparator circuit and the input terminal of the voltage controlled oscillator And a connected detection circuit, the converter unit by the control signal from the detecting circuit, stops the conversion of the DC output.
[0012]
[Action]
With this configuration, when the existing power system is normal, the conversion unit converts the direct current output of the solar cell into an alternating current output, and makes the frequency of the alternating current output equal to the frequency of the existing power system.
[0013]
When the existing power system is cut off, the transformer takes out the AC output at the connection point. The phase comparison circuit detects a phase difference between the AC output from the transformer and the AC output from the voltage controlled oscillation circuit before the existing power system is disconnected, and uses the detection result as an input to the voltage control circuit.
[0014]
At this time, according to the power factor angle of the load, the phase of the AC output changes abruptly with respect to the phase before the disconnection. Immediately after the disconnection, the AC output from the voltage controlled oscillation circuit is equal to the phase of the existing power system before the disconnection, so the comparison result in the phase comparison circuit exceeds a predetermined value. The detection circuit generates a control signal. The conversion unit stops the conversion of the DC output according to the control signal from the detection circuit.
[0015]
Thereby, even if one transformer is used, the voltage phase jump detection method is controlled.
[0016]
【Example】
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In this grid-connected inverter device, the
[0018]
This grid-connected inverter device includes a conversion unit 11, a
[0019]
As shown in FIG. 2, the conversion unit 11 includes a phase-locked loop circuit 21, a generation circuit 22, a pulse width modulation circuit 23, and an
[0020]
As shown in FIG. 5, the phase-locked loop circuit 21 of the conversion unit 11 generates a pulse signal b having the same phase as the AC signal a <b> 1 from the
[0021]
The pulse width modulation circuit 23 generates a modulation signal d by pulse width modulation. This modulation is controlled by a control signal h from the phase comparison circuit 14. That is, when the control signal h is at the “L” level, the pulse width modulation circuit 23 generates the modulation signal d. Further, when the control signal h is at “H” level, the pulse width modulation circuit 23 does not output the modulation signal d.
[0022]
The
[0023]
The phase comparison circuit 14 detects the phase difference of the AC signal e from the voltage controlled
[0024]
The
[0025]
In this detection circuit, a signal of “H” level is normally applied to the
[0026]
Next, the operation of this embodiment will be described.
[0027]
When the
[0028]
Thereby, the converter 11 supplies AC power having the same frequency and the same phase as the
[0029]
At the same time, the phase comparison circuit 14 compares the phase of the AC signal e from the voltage controlled
[0030]
This phase detection signal f is applied to the
[0031]
By the way, when the
[0032]
On the other hand, the voltage controlled
[0033]
When the signal g2 is output, the flip-flop circuit composed of the
[0034]
Thus, according to this embodiment, when the
[0035]
In addition, this embodiment uses only the
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if only one transformer is used, when the existing power system is cut off, a sudden phase change is detected and the supply of AC output from the conversion unit is stopped. As a result, the number of transformers to be used can be reduced as compared with the conventional voltage phase jump detection method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a conversion unit.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a detection circuit.
4 is a diagram showing waveforms of the detection circuit of FIG. 3;
FIG. 5 is a waveform diagram showing waveforms in a conversion unit.
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional grid-connected inverter device.
[Explanation of symbols]
2 Commercial Power System 11
Claims (1)
前記電力系統と前記変換部との連系点の交流出力を取り出すトランスと、
入力に応じた交流出力を発生する電圧制御発振回路と、
前記トランスからの交流出力と前記電圧制御発振回路からの交流出力との位相差を検出し、検出結果を前記電圧制御発振回路の入力とすべく該電圧制御発振回路の入力端に出力端が接続された位相比較回路と、
該位相比較回路からの位相差が所定値を越えると、制御信号を発生すべく入力端が前記位相比較回路の前記出力端と前記電圧制御発振回路の前記入力端との間で前記位相比較回路の前記出力端に接続された検出回路とを備え、
前記変換部は前記検出回路からの制御信号により、直流出力の変換を停止することを特徴とする系統連系インバータ装置。In the grid-connected inverter device comprising a conversion unit that converts the DC output of the solar cell into an AC output and supplies it to the load, and equalizes the frequency of this AC output with the frequency of the existing power system,
A transformer for taking out the AC output of the interconnection point between the power system and the conversion unit,
A voltage controlled oscillation circuit that generates an AC output according to the input;
Wherein detecting a phase difference between the AC output from the transformer and the AC output from the voltage controlled oscillator circuit, the detection result to connect the output terminal to the input terminal of the voltage controlled oscillator circuit in order to the input of the voltage controlled oscillator a phase comparator circuit which is,
When the phase difference from the phase comparator circuit exceeds a predetermined value, the phase comparison circuit between the input terminals in order to generate the control signal and the output terminal of the phase comparator circuit and the input of the voltage controlled oscillator And a detection circuit connected to the output terminal of
The conversion unit wherein a control signal from the detection circuit, system interconnection inverter apparatus characterized by stopping the conversion of the DC output.
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JP07747595A Expired - Lifetime JP3625889B2 (en) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | Grid-connected inverter device |
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- 1995-04-03 JP JP07747595A patent/JP3625889B2/en not_active Expired - Lifetime
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