JP4225923B2 - Inverter for grid connection - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池等の発電手段によって発電した電力を商用電源などの系統電源に応じた電力に変換して回生する系統連系用インバータ装置に関する。 The present invention relates to a grid interconnection inverter device that converts power generated by power generation means such as a solar battery into power corresponding to a grid power supply such as a commercial power supply and regenerates the power.
近年、太陽光をエネルギーとして発電した電力を商用電力系統へ回生することが普及しつつある。発電電力を商用電力系統へ回生するときにはインバータ装置（系統連系用インバータ装置）が用いられ、発電した直流電力をスイッチング素子のオン／オフによって商用電力系統の周波数及び電圧に応じた交流電力に変換するようにしている。 In recent years, it has become widespread to regenerate electric power generated using sunlight as energy to a commercial power system. When regenerating the generated power to the commercial power system, an inverter device (inverter device for grid connection) is used, and the generated DC power is converted into AC power according to the frequency and voltage of the commercial power system by turning on / off the switching element. Like to do.
このような系統連系用インバータ装置では、例えばスイッチング素子をブリッジ接続するなどして形成したインバータ回路が設けられており、このインバータ回路に入力される直流電力に基づいてスイッチング素子のオン時間（オンデューティ）を設定し、設定したオン時間でスイッチング素子を駆動することにより、発電電力に応じた電流を発生し、この電流を解列コンダクタ、保護継電器等を介して系統電源へ出力するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。 In such a grid interconnection inverter device, for example, an inverter circuit formed by, for example, connecting the switching elements in a bridge connection is provided. Based on the DC power input to the inverter circuit, the switching element ON time (ON (Duty) is set, and the switching element is driven with the set on-time to generate a current corresponding to the generated power, and this current is output to the system power supply via the parallel conductor, protective relay, etc. (For example, refer to Patent Document 1).
ところで、インバータ回路から出力される交流電力には、高調波成分が含まれており、この高調波成分を除去するためにインバータ回路の出力側にフィルタ回路（ノイズフィルタ）を設け、フィルタ回路を通過した電力を、系統電源へ回生するようにしている。 By the way, the AC power output from the inverter circuit contains a harmonic component, and a filter circuit (noise filter) is provided on the output side of the inverter circuit to remove the harmonic component, and passes through the filter circuit. The generated power is regenerated to the system power supply.
また、系統連系インバータ装置では、インバータ回路の出力側に例えば計器用変流器（ＣＴ：Current Transformer）などを用いた電流検出センサを設け、この電流検出センサによって検出する電流波形に基づいて、高調波成分を除去するようにスイッチング信号を生成するフィードバック制御が合わせて行われている（例えば、特許文献２参照。）。 Further, in the grid-connected inverter device, a current detection sensor using, for example, a current transformer (CT) is provided on the output side of the inverter circuit, and based on the current waveform detected by this current detection sensor, Feedback control for generating a switching signal so as to remove harmonic components is also performed (see, for example, Patent Document 2).
一方、系統連系インバータ装置では、スイッチング素子等による発熱による温度上昇を防止するための冷却用ファンなどの電力負荷が設けられている。一般に、これらの負荷は、解列コンダクタと保護継電器の間から電力が供給されるように接続されている。 On the other hand, the grid-connected inverter device is provided with a power load such as a cooling fan for preventing a temperature rise due to heat generated by a switching element or the like. Generally, these loads are connected such that power is supplied from between the disconnect conductor and the protective relay.
すなわち、系統連系インバータ装置では、出力電流センサの系統電源側にフィルタ回路が設けられていると共に電力負荷が接続されている。このために、フィルタ回路から出力された電流に含まれる高調波レベルが低くても、フィルタ回路や電力負荷で発生する高調波が加算されると、高調波レベルが高くなり、この高調波が系統電源へ出力されてしまうという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、高調波が系統電源へ回生されてしまうのをより確実に抑えることができる系統連系インバータ装置を提案することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described facts, and an object of the present invention is to propose a grid-connected inverter device that can more reliably suppress harmonics from being regenerated to the grid power supply.
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から出力される交流電力からノイズ成分を除去するノイズフィルタと、前記ノイズフィルタと系統電源の間に設けられた解列コンダクタと、を含み前記直流電力から変換した前記交流電力を前記系統電源へ回生する系統連系用インバータ装置であって、更に、前記直流電力から前記交流電力の目標電流を設定する目標電流設定手段と、少なくとも前記ノイズフィルタの前記系統電源側に設けられて前記系統電源へ出力される出力電流を検出する出力電流検出手段と、前記出力電流検出手段によって出力電流と前記目標電流に基づいて出力電流が目標電流となるように前記インバータ回路の作動を制御するインバータ制御手段と、を備え、前記ノイズフィルタの前記系統電源側に前記インバータ回路から出力される前記交流電力を消費する電力負荷が接続されているときに、前記出力電流検出手段が、前記電力負荷への給電位置よりも前記系統電源側で前記出力電流を検出することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項２に係る発明は、請求項１記載の系統連系用インバータ装置において、前記インバータ制御手段が、前記インバータ回路に設けられているスイッチング素子をスイッチング駆動するときに、前記目標電流と前記出力電流に基づいてオンデューティを変化するＰＷＭ制御を行うことを特徴とする。The invention according to
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の系統連系用インバータ装置において、前記インバータ回路が、前記スイッチング素子のブリッジ接続によって形成されて単相電力を出力することを特徴とする。The invention according to claim 3 is the grid interconnection inverter device according to
請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載の系統連系用インバータ装置において、前記インバータ制御手段が前記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング信号のサイクルが１０ｋＨｚ以上であることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the grid interconnection inverter device according to the second or third aspect, a cycle of a switching signal for switching driving the switching element by the inverter control means is 10 kHz or more. And
以上説明したように本発明によれば、少なくともノイズフィルタよりも系統電源側、好ましくは、電力負荷よりも系統電源側で検出する出力電流に基づいて、出力電流が目標電流となるようにフィードバック制御を行うことにより、確実な高調波抑制が可能となるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, feedback control is performed so that the output current becomes the target current based on the output current detected at least on the system power supply side from the noise filter, and preferably on the system power supply side from the power load. By performing the above, it is possible to obtain an excellent effect that reliable harmonic suppression becomes possible.
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１及び図２には、本実施の形態に係る系統連系インバータ装置を設けた太陽光発電装置１０の概略構成を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG.1 and FIG.2, schematic structure of the solar
図１に示すように、太陽光発電装置１０は、発電ユニット１２と系統連系インバータ装置（以下、インバータ装置１４とする）を備えている。発電ユニット１２には、多数の太陽電池セルを備えた太陽電池アレイによって形成された太陽電池１６が設けられており、太陽光を受光することにより、受光量に応じた直流電力を発生する。
As shown in FIG. 1, the solar
この太陽電池１６によって発生された発電電力（直流電力）が、インバータ装置１４に入力される。
The generated power (DC power) generated by the
インバータ装置１４には、インバータ回路２０が設けられ、発電ユニット１２で発電された電力が、ノイズフィルタ２２及び昇圧回路２４等を介してインバータ回路２０へ入力される。また、インバータ装置１４には、インバータ回路２０の出力側に、フィルタ回路２６、ノイズフィルタ２８、解列コンダクタ３０及び保護継電器３２が順に設けられており、インバータ回路２０から出力された電力は、フィルタ回路２６、ノイズフィルタ２８、解列コンダクタ３０及び保護継電器３２を介して商用電力系統１８へ出力（回生）される。
The
本実施の形態では、一例として単相３線式の商用電力系統１８へ交流電力を回生するようにしており、インバータ装置１４は、発電ユニット１２が発電した直流電力を、この商用電力系統１８に応じた位相、周波数及び電圧の交流電力に変換して商用電力系統１８へ回生する。
In the present embodiment, as an example, AC power is regenerated to the single-phase three-wire
図２に示すように、インバータ装置１４は、ノイズフィルタ２２、昇圧回路２４及びインバータ回路２０が順に設けられ、インバータ回路２０の出力側にフィルタ回路２６を形成する電流平滑回路（以下、電流平滑回路２６とする）及び、ノイズフィルタ２８が設けられている。また、インバータ装置１４は、マイクロコンピュータ（図示省略）が設けられたコントローラ３４を備えている。
As shown in FIG. 2, the
発電ユニット１２（図１参照）によって発電された直流電力は、ノイズフィルタ２２を介して昇圧回路２４に入力される。昇圧回路２４は、平滑コンデンサ３６、チョークコイル３８、コンデンサ４０、スイッチング回路４２及びダイオード４４を備えており、平滑コンデンサ３６によって平滑化された直流電力がチョークコイル３８及びスイッチング回路４２に入力される。
The DC power generated by the power generation unit 12 (see FIG. 1) is input to the
スイッチング回路４２は、スイッチング素子４６とダイオード４８によって形成されており、スイッチング素子４６がコントローラ３４によって駆動（オン／オフ）が制御される。このスイッチング素子４６としては、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴなどを用いることができる。
The
スイッチング回路４２は、スイッチング素子４６のスイッチング動作（オン／オフ）により、入力電圧を昇圧した電圧をチョークコイル３８に発生させる。このとき、コンデンサ４０には、チョークコイル３８に発生した昇圧電力が蓄積され、ダイオード４４がこの昇圧電力の逆流を防止している。
The
また、ノイズフィルタ２２と昇圧回路２４の間には、発電電圧検出センサ５０及び発電電流検出センサ５２が設けられており、昇圧回路２４には、昇圧電圧検出センサ５４が設けられ、発電電圧検出センサ５０、発電電流検出センサ５２及び昇圧電圧検出センサ５４のそれぞれがコントローラ３４に接続している。
In addition, a generated
発電電圧検出センサ５０及び昇圧電圧検出センサ５４は、例えばアイソレーションアンプを備えており、発電電圧検出センサ５０は、発電ユニット１２（太陽電池１６）によって発電されて昇圧回路２４へ入力される電圧（直流電圧）を検出し、昇圧電圧検出センサ５４は、昇圧回路２４によって昇圧された電圧を検出する。なお、昇圧電圧検出センサ５４によって検出される電圧が昇圧回路２４から出力される昇圧電圧となる。
The power generation
発電電流検出センサ５２は、例えば変流器（ＣＴ）を備えており、発電ユニット１２によって発電されて昇圧回路２４へ入力される電流（直流電流）を検出する。
The generated
コントローラ３４に設けているマイクロコンピュータ（以下、コントローラ３４という）は、発電電圧検出センサ５０及び発電電流検出センサ５２の検出値に基づいて、スイッチング素子４６を駆動する。このときに、コントローラ３４は、スイッチング素子４６のオン時間（オンデューティ）を調整することにより、所定の昇圧電圧が得られるように制御している。
A microcomputer (hereinafter referred to as controller 34) provided in the
すなわち、商用電力系統１８の系統電圧が２００Ｖであるときに、その波高値（ピーク値）が約±２８０Ｖとなるので、昇圧回路２０での昇圧電圧は、商用電力系統１８の波高値の絶対値（約２８０Ｖ）以上の電圧が必要となり、コントローラ３４は、その電圧が得られるようにスイッチング素子４６のオン／オフを制御する。
That is, when the system voltage of the
なお、実際の昇圧回路２４における昇圧電圧は、インバータ回路２０や電流平滑回路２６等での損失を考慮して２８０Ｖよりも２０〜３０Ｖ程度高い電圧を発生するようにしている。
Note that the boosted voltage in the
また、本実施の形態に適用している太陽光発電装置１０には、発電ユニット１２とノイズフィルタ２２の間に、例えば変流器（ＣＴ）を備えた電流センサ５６と、温度センサ５８が設けられており、コントローラ３４は、この電流センサ５６と温度センサ５８を用いて、発電ユニット１２によって発電した電力の地絡を検出するようにしている。
The solar
一方、図２に示すように、インバータ回路２０は、複数のスイッチング素子６０が設けられ、スイッチング素子６０がブリッジ接続されている。また、インバータ回路２０には、スイッチング素子６０のそれぞれに対してダイオード（フライホイールダイオード）６２が設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
なお、本実施の形態に適用した太陽光発電装置１０では、単相３線式の商用電力系統１８へ発電電力を出力するようにしており、ここから、４個のスイッチング素子６０Ｘａ、６０Ｘｂ、６０Ｙａ、６０Ｙｂ（以下、総称して「スイッチング素子６０」とする）をブリッジ接続している。
In the photovoltaic
このスイッチング素子６０としては、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴの任意の半導体素子を用いることができるが、ＩＧＢＴを用いることがより好ましい。
As the
コントローラ３４は、スイッチング素子６０のオン／オフを制御することにより、昇圧回路２４から入力される直流電力を、商用電力系統１８に対応した交流電力に変換する。このときに、コントローラ３４は、商用電力系統１８の交流電力と一致する位相及び周波数の正弦波で、商用電力系統１８の系統電圧に応じた電圧の交流電力に変換するように制御する。
The
すなわち、インバータ回路２０では、スイッチング素子６０がオン／オフされることにより、昇圧回路２４から入力される直流電力をパルス幅変調（ＰＷＭ）して交流電力に変換する。このときに、コントローラ３４は、スイッチング素子６０のオン時間を制御して、インバータ回路２０から出力される交流電力（交流電圧）の波形が、商用電力系統１８における系統電圧の交流電圧波形と一致させるようにしている。
That is, in the
電流平滑回路２６は、リアクトル６４及びコンデンサ６６によって形成されており、インバータ回路２０から出力される交流電力の電流を平滑化する。この電流平滑回路２６によって電流が平滑化された交流電力が、ノイズフィルタ２８、解列コンダクタ３０及び保護継電器３２を介して商用電力系統１８へ出力される。
The
ところで、太陽光発電装置１０に設けているインバータ装置１４は、図示しない筐体内に収容されている。また、図１に示すように、インバータ装置１４には、冷却ファン６８が設けられており、この冷却ファン６８が、筐体内の空気を排出しながら図示しない吸気グリルから外気を吸引することにより、筐体内の換気と共に、筐体内の冷却が図られるようにしている。
By the way, the
この冷却ファン６８には、モータ７０が設けられており、このモータ７０に電力が供給されることにより作動するようになっている。
The cooling
図１及び図２に示すように、このモータ７０は、電力負荷として、解列コンダクタ３０と保護継電器３２の間に接続されており、これにより、駆動用の電力が供給されるようになっている。なお、図１に示すように、インバータ装置１４には、コントローラ３４で電力を供給する電源回路３５が設けられており、この電源回路３５に、モータ７０と同様に電力が供給される（接続の図示を省略）。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図２に示すように、本実施の形態では、一例として単相１００Ｖのモータ７０を用いており、モータ７０は、一方が電源側に接続され、他方が接地側に接続されている。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a single-
これにより、インバータ装置１４が解列コンダクタ３０の接点を閉じて発電電力を出力しているときには、この発電電力によって冷却ファン６８が作動し、インバータ装置１４が停止して解列コンダクタ３０の接点が開いているときには、商用電力系統１８から供給される電力によって冷却ファン６８が作動可能となっている。なお、モータ７０の作動（冷却ファン６８の作動）は、コントローラ３４に制御されている。
As a result, when the
なお、モータ７０は、単相２００Ｖの電力を用いるものであっても良く、このときには、接地線を除いて２本の電源線から電力の供給を受けるようにすればよい。すなわち、本実施の形態では、電力負荷の一例として単相１００Ｖのモータ７０を例に説明するが、これに限らず単相２００Ｖの負荷が接続されたものであっても良い。
The
一方、解列コンダクタ３０と保護継電器３２の間には、系統電圧を検出する系統電圧センサ７２が設けられている。この系統電圧センサ７２は、コントローラ３４に接続している。なお、インバータ装置１４では、二本の電源線のそれぞれと接地線との間に系統電圧センサ７２Ａ、７２Ｂ（以下、総称するときには「系統電圧センサ７２」とする）を設けて、系統電圧センサ７２Ａ、７２Ｂによって単相３線式の片相ずつの系統電圧を検出するようにしている。
On the other hand, a
系統電圧センサ７２（７２Ａ、７２Ｂ）は、例えば変圧器（ＰＴ）を備えており、商用電力系統１８の系統電圧に応じた電圧をコントローラ３４へ出力する。
The system voltage sensor 72 (72A, 72B) includes, for example, a transformer (PT), and outputs a voltage corresponding to the system voltage of the
また、本実施の形態に適用したインバータ装置１４では、保護継電器３２の一次側（インバータ回路２０側）に、出力電流検出センサ７４を設けている。すなわち、モータ７０などの電流負荷の接続位置と保護継電器３２の間に出力電流検出センサ７４が設けられている。
In the
この出力電流検出センサ７４はコントローラ３４に接続しており、インバータ装置１４の出力電流を検出してコントローラ３４へ出力するようになっている。
This output
コントローラ３４は、発電電圧検出センサ５０及び発電電流検出センサ５２によって検出される発電電力と、系統電圧検出センサ７２によって検出する系統電圧に基づいて、インバータ回路２０に設けているスイッチング素子６０の駆動に用いるスイッチング信号のデューティ比（オンデューティ）を制御する。
The
このときに、コントローラ３４は、系統電圧検出センサ７２によって検出する系統電圧の変化から、系統電圧の位相（ゼロクロス）に合わせてスイッチング信号を生成するようにしている。
At this time, the
すなわち、図３に示すように、コントローラ３４には、ＰＷＭ理論に基づく正弦波信号を得るためのスイッチング信号を発生するスイッチング制御部７６が形成されている。
That is, as shown in FIG. 3, the
このスイッチング制御部７６には、正弦波電流波形を生成するためのデータ（オン／オフ信号のパターン）が予め記憶されているＲＯＭ７８（以下、記憶されているデータを「ＲＯＭデータ」という）が設けられている。また、スイッチング制御部７６には、目標電流設定部８０、信号生成部８２が設けられている。
The switching
目標電流設定部８０は、発電電圧検出センサ５０及び発電電流検出センサ５２の検出値（発電電力）に基づいて、インバータ装置１４から出力する目標電流値を設定する。
The target
信号生成部８２は、ＲＯＭ７８からＲＯＭデータを読み出し、このＲＯＭデータと目標電流設定部８０によって設定された目標電流に基づいてスイッチング信号を生成する。このとき、信号生成部８２では、系統電圧検出センサ７２によって検出する系統電圧及び位相に基づいたスイッチング信号を生成する。
The
また、コントローラ３４には、駆動回路８４が設けられており、信号生成部８２で生成されたスイッチング信号が駆動回路８４に入力される。駆動回路８４は、信号生成部８２から入力されるスイッチング信号に基づいて、スイッチング素子６０（６０Ｘａ、６０Ｘｂ、６０Ｙａ、６０Ｙｂ）を駆動する。
Further, the
このとき、信号生成部８２では、スイッチング信号のキャリアが１０ｋＨｚ以上、１５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚであり、本実施の形態では一例としてスイッチング信号のキャリアを１７.５ｋＨｚとしており、スイッチング素子６０が、このキャリアのスイッチング信号によって駆動される。
At this time, in the
ＲＯＭデータは、正弦波などのように直流成分を含まない予め規定された電流波形に基づいて設定されており、信号生成部８２は、ＲＯＭデータと商用電力系統１８（図１及び図２参照）の周波数ｆｓ（例えばｆｓ＝５０Ｈｚ）に対する位相及び系統電圧に合わせたスイッチング信号を出力する。
The ROM data is set based on a pre-defined current waveform that does not include a DC component, such as a sine wave, and the
また、ＲＯＭ７８には、スイッチング信号の１周期分のＲＯＭデータとして、例えば、７２０個のデータを記憶しており、スイッチング信号の周期に合わせたタイミングで読み出される。これにより、商用電力系統１８の電源周波数ｆｓが５０Ｈｚの商用電力系統１８に対しては、１周期について例えば２２０個のデータが読み出されて順にスイッチング信号が生成される。
The
信号生成部８２は、スイッチング素子６０の一つ（例えばスイッチング素子６０Ｘａ）の駆動に用いるスイッチング信号Ｘａ、このスイッチング信号Ｘａに対して位相を１８０°ずらしたスイッチング信号Ｙａを出力する。
The
駆動回路８４には、このスイッチング信号Ｘａ、Ｙａと共に、インバータ８６によってスイッチング信号Ｘａ、Ｙａのそれぞれを反転させたスイッチング信号Ｘｂ、Ｙｂが入力される。駆動回路８４は、このスイッチング信号Ｘａ、Ｘｂ、Ｙａ、Ｙｂに基づいて、ブリッジ接続されたスイッチング素子６０（６０Ｘａ、６０Ｘｂ、６０Ｙａ、６０Ｙｂ）のそれぞれを駆動する。
Switching signals Xb and Yb obtained by inverting switching signals Xa and Ya by an
これにより、インバータ回路２０から商用電力系統１８の周波数、位相及び電圧に合わせた交流電力が出力されるようにしている。
As a result, AC power matching the frequency, phase, and voltage of the
一方、スイッチング制御部７６には、補正部８８と共に出力電流積算部９０が設けられており、目標電流設定部８０で設定された目標電流は、補正部８８を介して信号生成部８２へ入力されるようになっている。
On the other hand, the switching
出力電流積算部９０には、出力電流検出センサ７４によって検出される出力電流が入力されるようになっており、出力電流積算部９０では、所定のサンプリングタイムで、この出力電流を読み込んで、１周期分（例えば、系統電圧の１周期分）の出力電流を積算する。
An output current detected by the output
補正部８８では、出力電流積算部９０によって積算した１周期分の出力電流の積算値を読み込んで、出力電流検出センサ７４によって検出される出力電流に直流成分が含まれているか否かを判断し、出力電流に直流成分が含まれているときには、出力電流の積算値に基づいてスイッチング信号を補正する。
The
例えば、出力電流に正の直流成分が含まれているときには、積算値が正の値となるので、補正部８８は、正の電流成分が減少するように目標電流を補正するか又はＲＯＭデータが補正されるようにする。また、出力電流に負の直流成分が含まれているときには、積算値が負の値となるので、補正部８８は、負の電流成分が減少するように目標電流を補正するか又はＲＯＭデータが補正されるようにする。
For example, when the output current includes a positive DC component, the integrated value becomes a positive value. Therefore, the
これにより、インバータ装置１４では、直流成分を含んだ電力が出力されるのを防止するようにしている。
Thereby, in the
また、スイッチング制御部７６には、電流差演算部９２が設けられている。この電流差演算部９２には、出力電流検出センサ７４によって検出された出力電流（出力電流の瞬時値）が入力されるようになっており、電流差演算部９２では、目標電流の瞬時値と出力電流の瞬時値の差（以下、「目標電流と出力電流の差」とする）を演算し、演算結果を補正部８８へ出力する。
The switching
このとき、電流差演算部９２では、周波数ｆｓが５０Ｈｚの商用電力系統１８に対して、例えば２００回／secのサンプリングを行いながら電流差を演算する。
At this time, the current difference calculation unit 92 calculates the current difference while sampling, for example, 200 times / sec with respect to the
補正部８８では、目標電流と出力電流の差に基づいて、目標電流を補正する。これにより、インバータ装置１４の出力電流が目標電流となるように出力電流のフィードバック制御が行われる。
The
スイッチング制御部７６では、出力電流が目標電流となるようにフィードバック制御を行うことにより、出力電力から高調波成分を除去するようにしている。すなわち、出力電流に高調波成分が含まれると、目標電流と出力電流の差が大きくなる。このときの目標電流と出力電流の差を減少させることにより、出力電流からの高調波成分の除去が図られる。
The switching
なお、目標電流設定部８０では、発電電力の変化に追従して目標電流（目標電流値）を更新するようになっており、これにより、発電ユニット１２の発電電力が定格電力に満たないときにも、出力効率が最も高くなるようにしている（最大電力追従制御：ＭＰＰＴ制御）。
The target
また、このようなＰＷＭ制御は、従来公知の方法を適用することができ、ここでは詳細な説明を省略する。 Moreover, a conventionally well-known method can be applied to such PWM control, and detailed description is abbreviate | omitted here.
一方、図１及び図２に示すように、コントローラ３４には、解列コンダクタ３０が接続しており、コントローラ３４は、太陽電池１６（発電ユニット１２）による発電電力が少ないか発電されていないときには、インバータ装置１４を停止させると共に、解列コンダクタ３０によってインバータ装置１４を商用電力系統１８から切り離す。
On the other hand, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the disconnecting
また、コントローラ３４は、発電ユニット１２での発電電力が所定値を越えて、インバータ装置１４を作動させるときには、解列コンダクタ３０を閉じてインバータ装置１４を商用電力系統１８へ接続するようにしている。
Further, the
また、コントローラ３４は、系統電圧検出センサ７２Ａ、７２Ｂを用いて商用電力系統１８の電圧上昇、電圧下降、周波数上昇、周波数低下を検出すると、解列コンダクタ３０を開いて、インバータ装置１４を商用電力系統１８から切り離す系統連系保護を行うようになっている。
In addition, when the
なお、コントローラ２６には、系統連系保護を行うために予め設定されている整定値が記憶されており、この整定値に基づいて系統連系保護を行うようにしている。また、コントローラ３４（スイッチング制御部７６）では、系統電圧検出センサ７２によって系統電圧を監視して、系統電圧に上昇が生じると、出力電流の目標値である目標電流値を下げる絞り込みを行う。このときに、目標電流が所定値になるまで絞り込んでも系統電圧の電圧上昇が解消しなければ、スイッチング素子６０の駆動を停止するなどの方法を用いることができる。
The
このように構成されたインバータ装置１４を備えた太陽光発電装置１０では、太陽電池１６による発電が開始され、発電ユニット１２の発電電力が所定値を越えると、インバータ装置１４の作動が開始される。
In the solar
インバータ装置１４は、発電ユニット１２の発電電力が所定値を越えると、解列コンダクタ３０の接点を閉じて、インバータ装置１４を商用電源系統１８に接続すると共に、昇圧回路２４に設けているスイッチング素子４６のスイッチング及びインバータ回路２０に設けているスイッチング素子６０（６０Ｘａ、６０Ｘｂ、６０Ｙａ、６０Ｙｂ）のスイッチングを開始する。
When the generated power of the
これにより、発電ユニット１２からインバータ装置１４に入力される直流電圧が、所定の昇圧電圧に昇圧された後に、インバータ回路２０へ入力され、スイッチング素子６０がスイッチングされることにより交流電力に変換される。
As a result, the DC voltage input from the
このときに、コントローラ３４に形成されているスイッチング制御部７６では、発電電力に基づいて出力電流の目標値（目標電流）を設定し、設定した目標電流が得られるようにスイッチング素子６０を駆動するスイッチング信号のオンデューティを設定してスイッチング素子６０を駆動（スイッチング）する。
At this time, the switching
また、スイッチング制御部７６では、出力電流検出センサ７４によって出力電流を検出し、この出力電流が目標電流となるように、スイッチング信号を生成するフィードバック制御を行う。
Further, the switching
すなわち、スイッチング制御部７６は、発電電力に基づいて出力電力の目標値を設定し、目標とする出力電力が得られるようにスイッチング素子６０をスイッチング駆動することにより、効率的な電力変換を行うと共に、出力電流のフィードバック制御を行うことにより、出力電流から直流成分と共に、高調波成分の除去を図るようにしている。
That is, the switching
また、インバータ装置１４では、図示しない筐体内の換気と筐体内の冷却を図るために、モータ７０を駆動して、冷却ファン６８を作動させるようにし、筐体内部の温度上昇によってスイッチング素子６０等の駆動効率の低下が生じてしまうのを防止するようにしている。
Further, in the
一方、インバータ装置１４には、インバータ回路２０に設けているスイッチング素子６０等をスイッチング駆動しており、また、スイッチング駆動するときの電力を、電源回路３５から供給しており、このために、インバータ回路２０から出力される出力電流Ｉｉ（図２参照）には、高調波成分が含まれる。
On the other hand, the
また、インバータ装置１４では、スイッチング素子６０等を駆動するスイッチング信号のキャリアが、１０ｋＨｚ以上（本実施の形態では、一例として１７.５ｋＨｚ）となっているのに対して、出力電流のフィードバック制御を行うときのサンプリングが約２００回／secとなっている。
Further, in the
ここから、インバータ装置１４では、ノイズフィルタ２８を設けて、スイッチング信号のキャリアが起因する高調波を含めた高調波の抑制を図るようにしている。
From here, in the
ところで、インバータ装置１４では、冷却ファン６８を駆動するモータ７０がインバータ装置１４から出力される出力電流Ｉｓ（図２参照）に高調波を生じさせてしまうことがある。また、ノイズフィルタ２８が比較的低い高調波を増幅させてしまうことがある。
By the way, in the
ここから、インバータ装置１４では、インバータ装置１４から商用電力系統１８へ出力される出力電流Ｉｓを、出力電流検出センサ７４によって検出し、この出力電流Ｉｓを用いてフィードバック制御を行うようにしている。
From here, in the
すなわち、従来は、ノイズフィルタ２８が能動素子を備えていないために、インバータ回路２０の出力電流Ｉｉを検出してフィードバック制御を行っていたので、ノイズフィルタ２８で増幅されたり、モータ７０などの電力負荷によって発生された比較的低い周波数の高調波が、商用電力系統１８へ出力されてしまうことがあった。
That is, conventionally, since the
これに対して、インバータ装置１４では、ノイズフィルタ２８を通過して、スイッチング信号のキャリアに起因する高調波が抑制された状態の出力電流Ｉｓを検出して、フィードバック制御を行うことにより、確実な高調波抑制を図るようにしている。
On the other hand, the
また、インバータ装置１４では、電流負荷であるモータ７０への給電位置よりも出力側（商用電力系統１８側）に、出力電流検出センサ７４を設けて、出力電流Ｉｓを検出するようにしているので、モータ７０などの電力負荷が起因して生じる高調波の抑制も図ることができる。
Further, in the
ここで、インバータ回路２０の出力電流Ｉｉを用いたフィードバック制御を行ったときの出力電流Ｉｉ、負荷電流Ｉｒ及び出力電流Ｉｓの測定結果を従来例として、本実施例のインバータ装置１４の出力電流Ｉｓを用いたフィードバック制御を行ったときの出力電流Ｉｉ、負荷電流Ｉｒ及び出力電流Ｉｓの測定結果を、図示して説明する。
Here, the measurement results of the output current Ii, the load current Ir, and the output current Is when the feedback control using the output current Ii of the
なお、負荷電流Ｉｒは、モータ７０等の負荷によって消費される電力に応じた電流となっている（図２参照）。また、ここでは、負荷として電源回路３５をも含んでいる。 The load current Ir is a current according to the power consumed by the load such as the motor 70 (see FIG. 2). Here, the power supply circuit 35 is also included as a load.
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、本実施例において出力０ｋｗのときを示し、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、本実施例において出力１ｋｗの時を示している。また、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、従来例において出力０ｋｗのときを示し、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、従来例において出力１ｋｗのときを示している。 4A, 4B, and 4C show the case where the output is 0 kw in the present embodiment, and FIGS. 5A, 5B, and 5C show the case where the output is 1 kw in the present embodiment. FIGS. 6A, 6B and 6C show the case where the output is 0 kw in the conventional example, and FIGS. 7A, 7B and 7C show the case where the output is 1 kw in the conventional example.
また、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ及び図７Ａは、出力電流Ｉｉの測定結果を示し、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂ及び図７Ｂは、負荷電流Ｉｒの測定結果を示し、図４Ｃ、図５Ｃ、図６Ｃ及び図７Ｃは、出力電流Ｉｓの測定結果をそれぞれ示している。また、各図において、縦軸が電流値であり、横軸が時間となっている。 4A, 5A, 6A and 7A show the measurement results of the output current Ii, and FIGS. 4B, 5B, 6B and 7B show the measurement results of the load current Ir, and FIG. 5C, FIG. 6C, and FIG. 7C show the measurement results of the output current Is, respectively. Moreover, in each figure, a vertical axis | shaft is an electric current value and the horizontal axis is time.
ここで、モータ７０などの負荷は、インバータ装置１４（太陽光発電装置１０）の出力にかかわらず略同じであるため、高調波成分を含んではいるが、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂ及び図７Ｂに示すように、略同じように変化しており、また、その値（電流値）も略同じになっている。
Here, since the load such as the
一方、図６Ａ及び図７Ａに示すように、出力電流Ｉｉに基づいてフィードバック制御を行ったときには、出力電流Ｉｉの高調波が抑制されている。しかし、このときには、図６Ｃ及び図７Ｃに示すように、出力電流Ｉｉに基づいてフィードバック制御を行っても、出力電流Ｉｓは、比較的低い周波数の高調波成分が含まれてしまっている。 On the other hand, as shown in FIGS. 6A and 7A, when feedback control is performed based on the output current Ii, harmonics of the output current Ii are suppressed. However, at this time, as shown in FIGS. 6C and 7C, even if feedback control is performed based on the output current Ii, the output current Is includes a harmonic component having a relatively low frequency.
すなわち、出力電流Ｉｉに基づいて、フィードバック制御を行った場合、出力電流Ｉｓに、ノイズフィルタ２８や、図６Ｂ及び図７Ｂに示す電力負荷であるモータ７０などの負荷電流Ｉｒに含まれる、高調波が重畳されてしまっている。
That is, when feedback control is performed based on the output current Ii, the output current Is includes harmonics included in the load current Ir of the
これに対して、図４Ａ及び図５Ａに示すように、出力電流Ｉｓに基づいてフィードバック制御を行うインバータ装置１４では、出力電流Ｉｉに高調波が含まれている。すなわち、インバータ回路２０に設けているスイッチング素子６０等の駆動などの内部負荷が起因する高調波を含んだ出力電流Ｉｉがインバータ回路２０から出力されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 4A and 5A, in the
しかしながら、図４Ｃ及び図５Ｃに示すように、出力電流Ｉｓに基づいてフィードバック制御を行ったときには、インバータ装置１４から商用電力系統１８へ出力される出力電流Ｉｓに対しては、高調波の十分な抑制がなされている。
However, as shown in FIGS. 4C and 5C, when feedback control is performed based on the output current Is, the output current Is output from the
すなわち、商用電力系統１８へ出力される出力電流Ｉｓを用いてフィードバック制御を行うことにより、モータ７０等の負荷が接続されていても、このモータ７０等を含むインバータ装置１４全体で発生する高調波の抑制を行うことができる。
That is, by performing feedback control using the output current Is output to the
このように、インバータ装置１４が設けられた太陽光発電装置１０では、高調波が確実に抑制された交流電力を、商用電力系統１８へ回生することが可能となっている。
Thus, in the solar
なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。 The present embodiment described above shows an example of the present invention and does not limit the configuration of the present invention.
例えば、本実施の形態では、電力負荷として冷却ファン６８（モータ７０）を例に説明したが、本発明が適用される系統連系用インバータ装置に設けられる電力負荷はこれに限るものではなく、本発明は、任意の電力負荷が設けられた系統連系用インバータ装置に適用することができる。 For example, in the present embodiment, the cooling fan 68 (motor 70) is described as an example of the power load, but the power load provided in the grid interconnection inverter device to which the present invention is applied is not limited to this. The present invention can be applied to a grid interconnection inverter device provided with an arbitrary power load.
また、本発明は電力負荷が設けられていない系統連系用インバータ装置に適用することができる。 Further, the present invention can be applied to a grid interconnection inverter device that is not provided with a power load.
さらに、本発明では、電力負荷を解列コンダクタ３０の出力側に設けて説明したが、解列コンダクタ３０への入力側に電力負荷を設けたものであっても良く、このときには、解列コンダクタ３０の出力側又は解列コンダクタ３０と電力負荷への給電位置の間に、出力電流検出センサ７４を設けて、フィードバック制御のための出力電流Ｉｓの検出を行うものであれば良い。
Furthermore, although the present invention has been described with the power load provided on the output side of the disconnecting
すなわち、本発明は、電力負荷が設けられていない時には、ノイズフィルタ２８よりも商用電力系統１８側の任意の位置で出力電流Ｉｓを検出するものであればよく、また、インバータ装置１４の出力端に一つ又は複数の電力負荷が設けられているときには、最下流（最も商用電力系統１８側）の電流負荷への給電位置より、商用電力系統１８側に出力電流検出センサ７４を設けて、フィードバック制御用の出力電流Ｉｓの検出を行うものであれば良い。
That is, the present invention only needs to detect the output current Is at an arbitrary position closer to the
また、本実施の形態では、太陽光発電装置１０を例に説明したが、本発明は任意の構成の太陽光発電装置に適用することができる。また、本発明は、太陽電池１６に限らず、任意の構成の発電装置に設けられて商用電力系統１８に接続される系統連系用のインバータ装置に適用することができる。
Moreover, although this embodiment demonstrated the solar
１０ 太陽光発電装置
１２ 発電ユニット
１４ インバータ装置（系統連系用インバータ装置）
１８ 商用電力系統（系統電源）
２０ インバータ回路
２６ フィルタ回路
２８ ノイズフィルタ
３０ 解列コンダクタ
３２ 保護継電器
３４ コントローラ（インバータ制御手段）
５０ 発電電圧検出センサ
５２ 発電電流検出センサ
６８ 冷却ファン（電力負荷）
７０ モータ（電力負荷）
７２ 出力電圧検出センサ
７４ 出力電流検出センサ（出力電流検出手段）
７６ スイッチング制御部（インバータ制御手段）
８０ 目標電流設定部（目標電流設定手段）
８２ 信号生成部（インバータ制御手段）
８８ 補正部（インバータ制御手段）
DESCRIPTION OF
18 Commercial power system (system power supply)
20
50 Generation
70 Motor (electric power load)
72 Output
76 Switching control unit (inverter control means)
80 Target current setting unit (target current setting means)
82 Signal generator (inverter control means)
88 Correction part (Inverter control means)
Claims (4)
前記直流電力から前記交流電力の目標電流を設定する目標電流設定手段と、
少なくとも前記ノイズフィルタの前記系統電源側に設けられて前記系統電源へ出力される出力電流を検出する出力電流検出手段と、
前記出力電流検出手段によって出力電流と前記目標電流に基づいて出力電流が目標電流となるように前記インバータ回路の作動を制御するインバータ制御手段と、を備え、
前記ノイズフィルタの前記系統電源側に前記インバータ回路から出力される前記交流電力を消費する電力負荷が接続されているときに、前記出力電流検出手段が、前記電力負荷への給電位置よりも前記系統電源側で前記出力電流を検出することを特徴とする系統連系用インバータ装置。 An inverter circuit that converts DC power to AC power, a noise filter that removes noise components from AC power output from the inverter circuit, and a disconnecting conductor provided between the noise filter and a system power supply. A system interconnection inverter device for regenerating the AC power converted from the DC power to the system power supply ,
Target current setting means for setting a target current of the AC power from the DC power;
An output current detecting means provided at least on the system power supply side of the noise filter to detect an output current output to the system power supply;
Inverter control means for controlling the operation of the inverter circuit so that the output current becomes a target current based on the output current and the target current by the output current detection means ,
When the power load that consumes the AC power output from the inverter circuit is connected to the system power supply side of the noise filter, the output current detection means is more than the power supply position to the power load. An inverter device for system interconnection , wherein the output current is detected on a power supply side .
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