JP3957557B2

JP3957557B2 - インバータ装置および系統連系発電装置

Info

Publication number: JP3957557B2
Application number: JP2002140302A
Authority: JP
Inventors: 圭吾鬼塚; 康弘牧野; 正樹萬里小路
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP2003333743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光等をエネルギー源として発電した直流電力を商用電力として出力するための変換を行うインバータ装置およびこのインバータ装置を用いた系統連系発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽エネルギーを利用した太陽光発電装置が普及しつつある。この太陽光発電装置は、太陽光による発電電力を自家使用するのみでなく、余剰電力を商用電力として供給することにより、効率的な電力利用を図るようにしている。
【０００３】
このような太陽光発電装置等の直流電力を発生する系統連系発電装置では、発電した直流電力をインバータ装置によって交流電力に変換し、商用電力として供給することとなる。
【０００４】
この場合において、系統連系発電装置では、常に商用電力を監視し、インバータ装置から供給する交流電力と商用電力の整合を図るようにしている。
【０００５】
一方、系統連系発電装置では、商用電力を監視するための各種の整定値が設定されており、この整定値に基づいて商用電力を監視し、停電や商用電力の電圧異常等が発生したときには、発電電力の出力を停止するようになっている。
【０００６】
一方、太陽光発電装置では、太陽光を受光して発電するため、天候や時間に応じて発電電力が変化する。このため、太陽光発電装置では、発電電力に応じた電力を商用電力に応じた電力として出力する。
【０００７】
このため、太陽光発電装置では、単相３線方式の１００［Ｖ］系の２相（Ｒ相およびＴ相）について電圧監視用トランスをそれぞれ設け、Ｒ相およびＴ相の電圧をそれぞれ別個に監視していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、系統連系発電装置の設置時において、Ｒ相配線（Ｒ端子−Ｏ端子間配線）あるいはＴ相配線（Ｔ端子−Ｏ端子間配線）をＲ−Ｔ間で誤接続してしまった場合には、Ｒ−Ｔ間で接続してしまった側の電圧監視用トランスに２００［Ｖ］印加されることとなり、当該電圧監視用トランスが破損してしまう可能性があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、誤接続された電圧監視装置（例えば、電圧監視用トランス）の破損を防止することが可能なインバータ装置および系統連系発電装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、系統連系発電装置に用いられるインバータ装置は、単相３線方式の商用電力ラインを構成する中性線および二つの電力線のうち、前記中性線といずれか一方の前記電力線とに一次巻線側が接続される第１の電圧検出用トランスと、前記中性線といずれか他方の前記電力線とに一次巻線側が接続される第２の電圧検出用トランスと、前記商用電力ラインに接続され、外部の発電装置から供給された直流電力を商用電力に整合させた電力に変換して前記商用電力ラインを介して出力するインバータ回路と、前記第１の電圧検出用トランスの一次巻線に接続され、前記第１の電圧検出用トランスの二次側出力を介して監視している電圧が所定の電圧を超えた場合に、当該第１の電圧検出用トランスの一次巻線を前記中性線と前記一方の電力線とへつなげる両回路を同時に遮断して前記商用電力の前記第１の電圧検出用トランスへの供給を遮断するとともに、前記第１の電圧検出用トランスを前記インバータ回路から切り離す常開接点を有する第１のリレーと、前記第２の電圧検出用トランスの一次巻線に接続され、前記第２の電圧検出用トランスの二次側出力を介して監視している電圧が所定の電圧を超えた場合に、当該第２の電圧検出用トランスの一次巻線を前記中性線と前記他方の電力線とへつなげる両回路を同時に遮断して前記商用電力の前記第２の電圧検出用トランスへの供給を遮断するとともに、前記第２の電圧検出用トランスを前記インバータ回路から切り離す常開接点を有する第２のリレーと、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、第１の電圧検出用トランスは、二次側出力を用いて中性線といずれか一方の電力線とに接続された一次側の電圧を監視する。
また、第２の電圧検出用トランスは、二次側出力を用いて中性線といずれか他方の電力線とに接続された一次側の電圧を監視する。
【００１２】
これに伴い、第１、第２のリレーは、第１、第２の電圧検出用トランスの二次側出力を介して監視している電圧が所定の電圧を超えた場合に、常開接点を開状態として、該当する電圧検出用トランスの一次巻線を中性線といずれか一方の電力線とへつなげる両回路を同時に遮断して商用電力の該当する電圧検出用トランスへの供給を遮断する。さらに第１、第２のリレーは、該当する電圧検出用トランスをインバータ回路から切り離す。
【００１８】
上記構成によれば、通常動作時には、直流電力発生装置は、直流電力を発生し、インバータ装置のインバータ回路は、発生された直流電力を商用電力に整合させた電力に変換して商用電力ラインを介して出力する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、実施形態のインバータ装置を備えた空気調和システムの概要構成図である。
【００２６】
空気調和システム１０は、大別すると、ソーラーパネル１１、室内ユニット１２、室外ユニット１３、リモコンユニット１４、商用電源供給ユニット１５、分電盤１６、電力積算計１７を備えている。
【００２７】
ソーラーパネル１１は、太陽光を吸収して電気エネルギーに変換し直流電力を発生する直流電力発生装置として機能している。
【００２８】
室内ユニット１２および室外ユニット１３は、空気調和装置２０を構成しており、リモコンユニット１４から送出される操作信号（例えば赤外線を用いた信号）を室内ユニット１２によって受信し、受信した操作信号に応じて各種運転モードによる空気調和運転及び停止を行うようになっている。
【００２９】
商用電源供給ユニット１５は、単相２００Ｖの電灯電力を出力するようになっている。
【００３０】
分電盤１６は、電力積算計１７を介して商用電源１８に接続されており、空気調和システム１０に商用電源の電力（以下、商用電力という。）を供給する。より詳細には、分電盤１６には、単相３線１００Ｖ／２００Ｖの商用電力（いわゆる電灯電力）が供給されるようになっている。
【００３１】
電力積算計１７は、商用電力の使用量を積算する買電メータと、商用電源側に供給した電力を積算する売電メータを備えている。
【００３２】
そして、空気調和装置２０は、分電盤１６から供給される商用電力によって運転され、空気調和装置２０を含む各種装置の電力使用量が買電メータに積算される。また、商用電源供給ユニット１５は、ソーラーパネル１１による発電電力を商用電力として分電盤１６を介して出力する所謂売電を行うようになっており、出力される電力量が売電メータに積算されるようになっている。このの場合において、分電盤１６に接続されている負荷量とソーラーパネル１１の発電量の差分により買電メータあるいは売電メータのいずれかのメータが積算される。より詳細には、分電盤１６に接続されている負荷量がソーラーパネルの発電量未満である場合には、売電メータが積算される。一方、分電盤１６に接続されている負荷量がソーラーパネルの発電量を超過している場合には、買電メータが積算される。
【００３３】
この場合において、空気調和装置２０と、商用電源供給ユニット１５は、分電盤１６に別々に接続されるとともに、分電盤１６は、電力積算計１７を介して商用電源１８に接続されているので、夜間等において、商用電源供給ユニット１５が動作を停止しているときでも、室内ユニット１２および室外ユニット１３は、空気調和運転が可能となっている。
【００３４】
図２は、商用電源供給ユニットの概要構成図である。
【００３５】
ソーラパネル１１は、例えば複数のモジュールを枠にセットし、建物の屋根等の太陽光に照らされる場所に設置され、太陽光を吸収して直流電力を発生する。
【００３６】
商用電源供給ユニット１５は、マイクロコンピュータを備えたコントローラ２０が設けられている。このコントローラ２０には、内蔵した図示しないＩＧＢＴ駆動回路を介してインバータ装置１５が接続されている。
【００３７】
インバータ装置１５は、電解コンデンサ２１を有し、ソーラパネル１１によって発電された電力（直流電力）が昇圧回路２２を介して昇圧された後、電解コンデンサ２１に蓄えられるようになっている。
【００３８】
昇圧回路２２は、昇圧用コンデンサ２２Ａ、昇圧用リアクトル２２Ｂ、スイッチングトランジスタ２２Ｃおよび逆流防止ダイオード２２Ｄを備えている。
【００３９】
また、インバータ装置１５は、インバータ回路２３を備えており、このインバータ回路２３は、コントローラ２０内のＩＧＢＴ駆動回路から供給されるスイッチング信号に応じて、ソーラパネル１１から供給される直流電力を、商用電源と同じ周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電力に変換する。本実施形態におけるインバータ回路２３の出力は、例えばノコギリ状波となっている。
【００４０】
インバータ回路２３で交流に変換された電力は、コンデンサ２４及び平滑用リアクトル２５、２６、スイッチ２７、２８（解列コンダクタ）を介して分電盤１６のＲ端子およびＴ端子へ供給され、分電盤１６から商用電力として出力されることとなる（売電状態）。
【００４１】
このとき、インバータ回路２３から出力された交流電力は、コンデンサ２４及び平滑用リアクトル２５、２６を通過することにより、ノコギリ状波から正弦波の交流電力として出力される。
【００４２】
一方、コントローラ２０には、Ｔ相系統電圧検出／遮断回路３１及びＲ相系統電圧検出／遮断回路３２が接続されている。
【００４３】
Ｔ相系統電圧検出／遮断回路３１は、リレー３１Ａおよび電圧検出用トランス３１Ｂを有し、Ｔ相配線（分電盤１６のＴ端子−Ｏ端子間配線）あるいはＴ相配線として接続されている配線の商用電力の電圧を電圧検出用トランス３１Ｂにより検出して、コントローラ２０側に通知するとともに、コントローラ２０の制御下で、リレー３１Ａが商用電力ラインを構成する分電盤１６からの商用電力の供給を遮断する（あるいは、分電盤１６から電気的に切り離す）。
【００４４】
Ｒ相系統電圧検出／遮断回路３２は、リレー３２Ａおよび電圧検出用トランス３２Ｂを有し、Ｒ相配線（分電盤１６のＲ端子−Ｏ端子間配線）あるいはＲ相配線として接続されている配線の商用電力の電圧を電圧検出用トランス３２Ｂにより検出して、コントローラ２０側に通知するとともに、コントローラ２０の制御下で、リレー３２Ａが商用電力ラインを構成する分電盤１６からの商用電力の供給を遮断する（あるいは、分電盤１６から電気的に切り離す）。
【００４５】
ここで、Ｔ相系統電圧検出／遮断回路３１およびＲ相系統電圧検出／遮断回路３２周辺の動作について説明する。
【００４６】
まず、空気調和システム１０の設置時において、Ｒ相配線（Ｒ端子−Ｏ端子間配線）あるいはＴ相配線（Ｔ端子−Ｏ端子間配線）をＲ−Ｔ間で誤接続してしまった場合の動作を説明する。以下の説明においては、Ｒ相配線（Ｒ端子−Ｏ端子間配線）側をＲ−Ｔ間で接続してしまった場合を例として説明する。
【００４７】
この場合には、Ｒ相配線側に接続されているＲ相系統電圧検出／遮断回路３２の電圧監視用トランス３２Ｂに２００［Ｖ］が印加されることとなる。
【００４８】
そこで、コントローラ２０は、Ｒ相配線側に許容電圧（例えば、１１５［Ｖ］）以上の電圧が印加されていることを瞬時に検出し、リレー３２Ａを制御して分電盤１６を電圧監視用トランス３２Ｂから電気的に切り離すことにより、分電盤１６からの商用電力の電圧監視用トランス３２Ｂへの供給を遮断する。
【００４９】
この結果、電圧監視用トランス３２Ｂの負荷が過大となることがないので、電圧監視用トランス３２Ｂが破損してしまうことがない。
【００５０】
同様に、Ｔ相配線（Ｔ端子−Ｏ端子間配線）側をＲ−Ｔ間で接続してしまった場合も、コントローラ２０がリレー３１Ａを制御して分電盤１６を電圧監視用トランス３２Ｂから電気的に切り離すことにより、分電盤１６からの商用電力の電圧監視用トランス３１Ｂへの供給を遮断するので、電圧監視用トランス３１Ｂが破損してしまうことがない。
【００５１】
その後、コントローラ２０は、Ｒ相配線（Ｒ端子−Ｏ端子間配線）あるいはＴ相配線（Ｔ端子−Ｏ端子間配線）をＲ−Ｔ間で誤接続されている旨を設置者に対して通知することとなる。
【００５２】
次に、空気調和システム１０の設置時あるいは設置後において、Ｒ相配線（Ｒ端子−Ｏ端子間配線）あるいはＴ相配線（Ｔ端子−Ｏ端子間配線）が正常に接続されている場合の動作を説明する。
【００５３】
この場合には、Ｒ相配線側に接続されているＲ相系統電圧検出／遮断回路３２の電圧監視用トランス３２Ｂに１００［Ｖ］が印加されることとなる。
【００５４】
従って、コントローラ２０は、図示しないゼロクロス検出回路、Ｔ相系統電圧検出／遮断回路３１及びＲ相系統電圧検出／遮断回路３２の出力に基づいて、分電盤１６から供給される商用電力の電圧、位相を検出し、この検出結果に基づいてＩＧＢＴ駆動回路を制御し、インバータ回路２３の出力が商用電源と略同じ電圧で、かつ周波数及び位相が一致するようにスイッチング信号を発生させる。なお、インバータ回路２３から出力される交流電力は、電圧が商用電源の電圧より僅かに高めで略一致するようにしており、これによって、インバータ回路２３から商用電力として出力されるようにしている。
【００５５】
また、コントローラ２０は、図示しない発電電流検出回路及び発電電圧検出回路の検出結果からソーラパネル１１が発電状態であるか否かの判定およびソーラパネル１１で発電されている電力（発電電力）および出力電力を計測する。
【００５６】
以上の説明のように、本実施形態によれば、Ｒ相配線（Ｒ端子−Ｏ端子間配線）あるいはＴ相配線（Ｔ端子−Ｏ端子間配線）をＲ−Ｔ間で誤接続してしまった場合でも、電圧監視用トランス３１Ｂあるいは電圧監視用トランス３２Ｂに２００［Ｖ］が電圧監視用トランス３１Ｂ、３２Ｂを破損するほど長時間印加されることがなく、当該電圧監視用トランス３１Ｂ、３２Ｂの破損を防止することが可能となる。
【００５７】
以上の説明においては、系統連系発電装置として太陽光を用いてソーラーパネルにより発電した電力を商用電力として出力する場合について太陽光発電装置を有する空気調和システムを例として説明したが、単独で設置される太陽光発電装置に適用しても良い。また、太陽光発電装置に限らず燃料電池発電装置、ガスエンジン発電装置、熱発電装置など任意の直流発電装置を有する系統連系発電装置に適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータ装置の第１、第２のリレーは、第１、第２の電圧検出用トランスの二次側出力を介して監視している電圧が所定の電圧を超えた場合に、常開接点を開状態として、該当する電圧検出用トランスだけを商用電力ラインおよびインバータ回路から切り離して、その破損を防止することができる。特に第１、第２の電圧検出用トランスが誤接続により両電力線に接続された場合でも、該当する電圧検出用トランスを商用電力ラインおよびインバータ回路から切り離して、その破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に適用した系統連系発電装置が接続されたエアコンの概略構成図である。
【図２】商用電源供給ユニット１５の概要構成図である。
【符号の説明】
１０空気調和システム
１１ソーラーパネル
１２室内ユニット
１３室外ユニット
１４リモコンユニット
１５商用電源供給ユニット
１６分電盤
１７電力積算計
２０コントローラ（電圧監視部）
２３インバータ回路
３１Ｔ相系統電圧検出／遮断回路（電圧遮断部、電圧監視部）
３１Ａリレー（電圧遮断部）
３１Ｂ電圧検出用トランス（電圧監視部）
３２Ｒ相系統電圧検出／遮断回路（電圧遮断部、電圧監視部）
３２Ａリレー（電圧遮断部）
３２Ｂ電圧検出用トランス（電圧監視部）

Claims

系統連系発電装置に用いられるインバータ装置において、
単相３線方式の商用電力ラインを構成する中性線および二つの電力線のうち、前記中性線といずれか一方の前記電力線とに一次巻線側が接続される第１の電圧検出用トランスと、
前記中性線といずれか他方の前記電力線とに一次巻線側が接続される第２の電圧検出用トランスと、
前記商用電力ラインに接続され、外部の発電装置から供給された直流電力を商用電力に整合させた電力に変換して前記商用電力ラインを介して出力するインバータ回路と、
前記第１の電圧検出用トランスの一次巻線に接続され、前記第１の電圧検出用トランスの二次側出力を介して監視している電圧が所定の電圧を超えた場合に、当該第１の電圧検出用トランスの一次巻線を前記中性線と前記一方の電力線とへつなげる両回路を同時に遮断して前記商用電力の前記第１の電圧検出用トランスへの供給を遮断するとともに、前記第１の電圧検出用トランスを前記インバータ回路から切り離す常開接点を有する第１のリレーと、
前記第２の電圧検出用トランスの一次巻線に接続され、前記第２の電圧検出用トランスの二次側出力を介して監視している電圧が所定の電圧を超えた場合に、当該第２の電圧検出用トランスの一次巻線を前記中性線と前記他方の電力線とへつなげる両回路を同時に遮断して前記商用電力の前記第２の電圧検出用トランスへの供給を遮断するとともに、前記第２の電圧検出用トランスを前記インバータ回路から切り離す常開接点を有する第２のリレーと、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。