JP3862320B2 - 系統連系型インバータ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統連系型インバータ装置であり、特に太陽電池等の直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統と連系して負荷に供給する系統連系型インバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
単相3線式線路は、住宅などの一般需要家に対し、商用電源の100Vと200Vとを効率よく供給する配電方式として、現在最も普及している。
【0003】
また近年、地球環境保護への対応の一つとして、環境汚染の無い太陽光エネルギ利用による太陽光発電システムによる分散電源システム開発が進みつつある。そして、太陽電池等の直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統と連系して負荷に供給する系統連系型インバータ装置としては、例えば図3に示す、特開平6−332554に開示された構成のものがある。このものは、太陽電池1から入力される大きさの変化する入力電圧を昇圧制御回路10によって所定の大きさに昇圧する昇圧回路部4と、その昇圧回路部4からの入力を交流に変換して単相2線式線路に出力するインバータ主回路部6と、を備えて構成されている。
【0004】
詳しくは、1は、直流電源としての太陽電池であり、2は、逆流防止ダイオードで、アノードが太陽電池1の正極側に接続されている。3は、電解コンデンサによって形成された平滑用コンデンサで、一端が逆流防止ダイオード2のカソード、他端が太陽電池1の負極側にそれぞれ接続されて太陽電池1からの出力電圧を平滑し安定化している。
【0005】
昇圧回路部4は、トランジスタ等のスイッチ素子Q1、リアクトルL1、ダイオードD6を有して構成されている。そして、平滑用コンデンサ3の両端に接続されて太陽電池1からの直流電力が平滑用コンデンサ3によって電圧が安定化されてこの昇圧回路部4に入力される。昇圧回路部4は、出力端の出力電圧が昇圧制御回路10によって検知されてスイッチング制御され、大きさの変化する入力電圧を所定の電圧値に昇圧する。
【0006】
5は、電解コンデンサによって形成された平滑用コンデンサで、両端がそれぞれ昇圧回路部4の出力に接続されて昇圧のスイッチングによる高周波成分を吸収し電圧を平滑化している。
【0007】
インバータ主回路部6は、スイッチ素子Q2、Q3、Q4、Q5及び各スイッチ素子のそれぞれに通電方向と逆方向に並列接続されたダイオードD2、D3、D4、D5と、ローパスフィルター用のリアクトルL2、L3及びコンデンサC1とにより構成されている。そして、昇圧回路部4からの出力である所定の電圧値の直流が入力されて商用交流に電力変換し出力する。
【0008】
7は、開閉器で、その一端がインバータ主回路部6の一方の出力端子に、他端が、8の負荷の一端に接続されている。また、この負荷8は、その他端がインバータ主回路部6の他方の出力端子に接続されている。9は商用電源で、負荷8の両端に接続されている。従って、インバータ主回路部6の出力である交流電力は、開閉器7を介して商用電力系統に連系し負荷8に供給される。なお、11は、インバータ制御回路で、太陽電池1の出力電力がほぼ最大となって変換されて出力されるよう、インバータ主回路部6のスイッチ素子Q2、Q3、Q4、Q5に対してパルス幅変調による変調信号を生成するための制御回路である。
【0009】
上記の構成において、昇圧回路部4の直流電圧V2の出力は、後段のインバータ主回路部6が安定動作を行うため、原理的な値の出力交流電圧の波高値すなわち実効電圧値の大略1.4倍の値に対し、スイッチ素子による電圧降下、ローパスフィルターによる電圧降下などを考慮し、さらに商用電力系統の商用電圧の最も高い値を想定して電圧値が設定される。そして、単相3線式の商用電力系統と連系し使用される系統連系型インバータ装置においては大略350Vに設定される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成の系統連系型インバータ装置は、高い効率の電力変換が望まれるもので、インバータ主回路部のスイッチ素子も高速応答性及びオン抵抗の小さいものが用いられる。しかし、このスイッチ素子からみた場合、インバータ主回路部の入力である直流電圧と出力である交流電圧の波高値との差が大きく、従って、スイッチ素子そのものが損失の高い条件によってスイッチングされるものであった。
【0011】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、スイッチ素子による損失を低く抑えてインバータ主回路部の安定動作を実現する電力変換効率の高い系統連系型インバータ装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の系統連系型インバータ装置は、直流電源から入力される大きさの変化する入力電圧を所定の大きさに昇圧する昇圧回路部と、この昇圧回路部の出力電圧を制御する昇圧制御回路と、前記昇圧回路部からの入力を交流に変換するインバータ主回路部と、を備える系統連系型インバータ装置において、前記昇圧制御回路を、前記昇圧回路部の出力電圧が、系統連系する商用電力系統の電源電圧を検出する電圧検出手段の出力によって、該出力電圧と商用電源電圧のピーク値との差が一定となるよう制御するようにしている。これにより、昇圧回路部の出力電圧が昇圧制御回路により、系統連系する商用電力系統の電源電圧を検出する電圧検出手段の出力によって出力電圧と商用電源電圧のピーク値との差が一定となるよう制御される。
【0013】
また、請求項2記載の系統連系インバータ装置は、請求項1記載の電圧検出手段を、商用電力系統の単相3線式線路のU相とV相とのそれぞれから電圧信号を入力し前記ピーク値を出力するようにしている。これにより、電圧検出手段によって、商用電力系統の単相3線式線路のU相とV相とのそれぞれから電圧信号が入力されピーク電圧が検出される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の系統連系型インバータ装置の一実施の形態を図1及び図2に基づいて説明する。図1は、系統連系型インバータ装置の構成を示す構成図である。図2は、図1に示す系統連系型インバータ装置の要部である昇圧制御回路の構成を示すブロック図である。これらの図において、従来例のものと同じものは同一の符号を符してあり、詳細な説明は省略する。
【0015】
この系統連系型インバータ装置は、太陽電池1の直流電力を交流電力に変換し単相3線式線路の商用電力系統9と連系して負荷8、8に電源供給する単相3線式線路に用いる系統連系型インバータ装置で、逆流防止ダイオード2と、平滑用コンデンサ3と、昇圧回路部4と、平滑用コンデンサ5と、インバータ主回路部6と、開閉器7と、昇圧制御回路10と、インバータ制御回路11とを主要構成部とする。
【0016】
このものの昇圧制御回路10は、昇圧回路部4の出力電圧信号V2と、商用電力系統9の交流電源のU相とV相からの交流電圧信号V31、V32とを入力し、昇圧回路部4の出力電圧V2を制御する。そして、図2に示すように、
昇圧回路出力電圧検出部101と、系統連系する商用電力系統9の電源電圧を検出する電圧検出手段である商用系統ピーク電圧検出部102と、差動増幅回路103と、基準電源104と、加算回路105と、PWM比較器106と、三角波発振器107と、ドライバ回路108とを有し、昇圧回路部4のスイッチ素子Q1をパルス幅変調制御によってスイッチング制御する。
【0017】
V2−(V31又はV32のうち大きい値)×2
が一定となるようスイッチ素子Q1のゲートに与えるパルス幅を変化させる出力をドライバ回路108を介してQ1のゲートに向けて出力する。上式による差は、インバータ主回路部のスイッチ素子Q2、Q3、Q4、Q5が安定して動作し且つスイッチ素子Q2、Q3、Q4、Q5の損失を低く抑え得るよう設定されている。すなわち、この差が小さい場合は商用電力系統9からインバータ主回路6に向けて電流が流れ込むこととなり、この差が必要以上に大きい場合はスイッチ素子Q2、Q3、Q4、Q5の損失が大きくなる。
【0018】
次に、以上説明した系統連系型インバータ装置によって太陽電池1の直流電源を交流電源に変換する動作について説明する。太陽電池1から直流電力が出力されると、まず、平滑用のコンデンサ3に蓄電される。太陽電池1から入力される直流電圧は、0〜大略350Vまで変化して絶えず変動するが、このコンデンサ3によって平滑化され、昇圧回路部4のスイッチ素子Q1に安定化され入力される。スイッチ素子Q1は、昇圧制御回路10の制御信号によって、昇圧回路部4の出力電圧V2を、
V2−(V31又はV32のうち大きい値)×2
を一定とすべくスイッチング幅が制御されてオン、オフ動作する。
【0019】
その結果、太陽電池1の直流電圧出力V1は、ダイオードD6を介して接続されたインバータ主回路部6に、上式による差を有する直流電圧V2に昇圧されて供給される。直流電圧V2は、インバータ主回路部6のスイッチブリッジを形成するスイッチ素子Q2、Q3、Q4、Q5によりスイッチングされ、高周波成分を含む、商用電源に同期した略正弦波交流電流に変換される。そしてこの略正弦波交流電流は、リアクトルL2、L3及びコンデンサC1、C2とによるローパスフィルタにより高周波成分が除去され平滑された商用電源に変換され、出力電流として出力される。そして、この出力は、商用電源9からの供給電流と合成され、単相3線式線路の負荷電流として負荷8、8に入力されるものとなる。
【0020】
以上説明した系統連系型インバータ装置によると、昇圧回路部4の出力電圧が昇圧制御回路10により、系統連系する商用電力系統9の電源電圧を検出する電圧検出手段である商用系統ピーク電圧検出部102の出力によって出力電圧V2と商用電源電圧V31、V32のピーク値との差が一定となるよう制御されるので、従来例の場合のように例えば商用電源電圧が低いときに出力電圧V2との差が大きくなってスイッチ素子Q2、Q3、Q3、Q4による損失が大きくなるといったことがなく、商用電源電圧の低いときにスイッチ素子による損失が低く抑えられるとともに商用電源電圧の高いときにはインバータ主回路部の安定動作をが達成され、電力変換効率の高いものとなる。また、電圧検出手段である商用系統ピーク電圧検出部102によって、商用電力系統9の単相3線式線路のU相とV相とのそれぞれから電圧信号が入力されピーク電圧が検出されるので、単相3線式線路において安定した直流交流電力変換動作が達成される。
【0021】
なお、上記の実施の形態の説明において、商用電力系統を単相3線式線路のものについて説明したが、本発明はそのもののみに限定するものでなく商用電力系統が単相2線式線路のものであっても良い。
【0022】
【発明の効果】
請求項1記載の系統連系型インバータ装置は、昇圧回路部の出力電圧が昇圧制御回路により、系統連系する商用電力系統の電源電圧を検出する電圧検出手段の出力によって出力電圧と商用電源電圧のピーク値との差が一定となるよう制御されるので、商用電源電圧の低いときにスイッチ素子による損失が低く抑えられるとともに商用電源電圧の高いときにインバータ主回路部の安定動作が達成され、電力変換効率の高いものとなる。
【0023】
また、請求項2記載の系統連系型インバータ装置は、請求項1記載のものの効果に加え、電圧検出手段によって、商用電力系統の単相3線式線路のU相とV相とのそれぞれから電圧信号が入力されピーク電圧が検出されるので、単相3線式線路において安定した直流交流電力変換動作が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の系統連系型インバータ装置の実施の形態の構成を示す構成図である。
【図2】図1に示す系統連系型インバータ装置の要部である昇圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図3】従来例の系統連系型インバータ装置の実施の形態の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
1 太陽電池(直流電源)
4 昇圧回路部
6 インバータ主回路部
9 商用電力系統
10 昇圧制御回路
102 商用系統ピーク電圧検出部(電圧検出手段)
Claims (2)
- 直流電源から入力される大きさの変化する入力電圧を所定の大きさに昇圧する昇圧回路部と、この昇圧回路部の出力電圧を制御する昇圧制御回路と、前記昇圧回路部からの入力を交流に変換するインバータ主回路部と、を備える系統連系型インバータ装置において、
前記昇圧制御回路を、前記昇圧回路部の出力電圧が、系統連系する商用電力系統の電源電圧を検出する電圧検出手段の出力によって、該出力電圧と商用電源電圧のピーク値との差が一定となるよう制御するようにしたことを特徴とする系統連系型インバータ装置。 - 前記電圧検出手段を、商用電力系統の単相3線式線路のU相とV相とのそれぞれから電圧信号を入力し前記ピーク値を出力するようにしたことを特徴とする請求項1記載の系統連系型インバータ装置。
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