JP4251776B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のインバータユニットが連携して動作し商用交流電力系統に電力を還流させることができるようしたインバータユニットの系統連携システムに係り、特に太陽光発電による電力を商用交流電力系統に還流するようにしたインバータユニットの系統連携システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光発電がクリーンエネルギーとして注目を集め、広く実用化されているが、この場合、とにかく太陽電池が設置できさえすれば、その面積に応じた電力で発電できるのが利点である。
そこで、従来から、太陽電池パネルを単位パネルに規格化し、設置場所に応じて任意の枚数の単位パネルを群とした上で設置する方法が採られており、これにより、容易に適用範囲の拡大が図れるようになっている。
【０００３】
ところで、このような太陽光発電システムでは、小規模なシステムなど、特別な場合を除き、太陽電池で発電された電力を一旦、系統電源(商用電力系統)に還流させ、系統の電力潮流に乗せて需要家に供給する方法が、電力の安定供給の見地から一般的な使用形態になっているが、この場合、太陽電池で発電された直流の電力を交流の電力に変換する装置が不可欠である。
【０００４】
そこで、従来から、システム内に１台のインバータ装置を設け、その交流出力端子を連携している系統電源に接続する方法が採用されているが、この場合、システム内に設置されている太陽電池パネルの出力に対応した容量のインバータ装置を使用するのが通例である。
【０００５】
しかし、この場合、太陽電池パネルの出力に応じて、容量の異なるインバータ装置が必要になる。つまり、この場合、例えば１ＫＷの太陽電池パネルを持ったシステムでは、１ＫＷ対応のインバータ装置が必要で、例えば１０ＫＷの太陽電池パネルを持ったシステムでは、１０ＫＷ対応のインバータ装置が必要になることになる。
【０００６】
そこで、さらに出力が大きな太陽光発電システムの場合、群構成された太陽電池パネルを更に幾つかの群に分けて複数の下位群とし、各下位群毎に１台のインバータ装置を設けることにより、各下位群で同一の容量のインバータ装置で対応できるようにし、容量の共通化によるコストの低廉化が図れるようにする方法が従来技術として知られていた。
【０００７】
この従来技術の場合、例えば１０ＫＷの太陽電池パネルを持った太陽光発電システムでは、太陽電池パネルを１０分割して１ＫＷの下位群にし、各下位群毎に１ＫＷ対応のインバータ装置を設けるようにするのであるが、このとき、１ＫＷ対応のインバータ装置が汎用化されているなどの理由により、１０台の１ＫＷ対応のインバータ装置の方が、１０ＫＷ対応のインバータ装置よりも廉価な場合があることから、コストの低廉化が得られるのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、各インバータ装置の並列接続について配慮がされておらず、各太陽電池パネル群の発電エネルギーの有効利用の点と、コストの抑制に限度が生じてしまう点に問題があった。
従来技術の場合、複数のインバータ装置の入力と出力を並列に接続すると、インバータ装置間に還流を生じ、出力電流にアンバランスが生じてしまう。
【０００９】
従って、従来技術では、インバータ装置の直流入力同士を並列に接続することができず、分離して独立にしてあるが、この結果、従来技術では、各インバータ装置間での運転協調ができず、インバータ装置に故障が発生した場合、そのインバータ装置に対応する太陽電池パネル群の発電エネルギーが有効利用できなくなってしまうのである。
【００１０】
また、この結果、従来技術では、太陽電池パネルからインバータ装置までの直流部配線もインバータ装置の台数分必要になり、且つ太陽電池パネルとインバータ装置には開閉器があるので、これもインバータ装置の台数分必要になり、従って、システムコストが増大してしまうのである。
【００１１】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、まず第一に、何れかのインバータユニットに故障が発生しても、太陽電池パネルのエネルギーを停滞させることなく、正常なインバータ装置により利用できるようにすることであり、且つ直流部の共通配線化によるシステムコストの低減が図れるようにすることである。
次に第二は、太陽の日射が弱く、太陽電池パネルから得られる電力が少ないときでの効率低下が抑えられるようにすることである。
【００１２】
更に第三は、複数台のインバータ装置が故障したとき、正常なインバータ装置に影響を与えることなく出力遮断させ、故障が解除されれば運転中のインバータと同期運転を再開し、システムダウンのない安定な運転を継続できるようにすることである。
従って、本発明の目的は、これらの課題が解決できるようにしたインバータ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、マスタ制御部を備える１台の親機インバータユニットとスレーブ制御部を備える少なくとも１台の子機インバータユニットからなる複数のインバータユニットに入力された電力が変圧器を介して系統電源に出力されるインバータユニットの系統連携システムにおいて、前記マスタ制御部が出力する定電流のＰＷＭゲート信号は、前記親機インバータユニットのドライバ回路に入力されると共に、前記マスタ制御部とＰＷＭゲート信号の伝達経路が直列に接続された前記スレーブ制御部のドライバ回路に入力され、前記親機インバータユニットと前記子機インバータユニットが同期してスイッチング制御されるようにして達成される。
【００１４】
このとき、前記子機インバータユニットは、前記ＰＷＭゲート信号が当該子機インバータユニットに入力されないように迂回する回路を備えるようにしてもよく、前記子機インバータユニットのうち故障したものがあった場合、前記迂回する回路を制御することにより、当該子機インバータユニットのドライバ回路に前記ＰＷＭゲート信号が入力されないようにしてもよい。
更に、このとき、前記親機インバータユニットから運転が開始され、当該親機インバータユニットの出力が所定の値を超えた場合、前記子機インバータユニットの運転が開始されるようにしてもよく、前記親機インバータユニットと前記子機インバータユニットには太陽電池パネルからの直流電力が入力され、これらインバータユニットの運転台数が制御されることにより前記直流電力が交流電力に変換されるようにしてもよく、前記インバータユニットの運転台数は、前記太陽電池パネルからの直流電力の大きさに応じて決定されるようにしてもよい。
【００１５】
本発明によれば、直流端子部が共通化された複数台のインバータユニットが提供され、このとき、インバータの運転状態を監視し、インバータの運転、停止をコントロールする表示操作パネル器を備えたインバータ装置を提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、インバータ装置内に複数台のインバータユニットが設けられ、何れか１台が親機インバータユニットになり、その他は子機インバータユニットになる。
そして、親機インバータユニットにはマスタ制御基板を設け、この基板の機能として、インバータの基本制御機能、力率１制御機能、最大電力機能、系統連携保護制御機能と各インバータユニットの主素子を同期駆動する為のゲート信号出力機能を持たせ、子機インバータユニットにはスレーブ制御基板を設けることができる。
【００１７】
ここで、マスタ制御基板から出力されたゲート信号は、親機インバータユニットの主スイッチング素子を駆動する信号になると共に、子機インバータユニットの主信号素子を駆動する信号にもなり、この信号は次の子機インバータユニットのスレーブ制御基板に受け継ぎ、次々と子機インバータユニットのスレーブ制御基板に伝送される。
【００１８】
また、スレーブ制御基板にはゲート信号のマスク回路を設けることができ、このマスク回路を動作させることにより、当該スレーブ制御基板のゲート信号だけをマスクしながら、他の子機インバータにはそのままゲート信号が伝送されるようにすることができる。
【００１９】
これにより、このゲート信号が供給され子機インバータユニトの出力を遮断するかしないかを容易に制御することができる。
また、マスタ制御基板から出力されるゲート信号を定電流源から供給するようにすることもでき、インバータユニットの運転台数が増減しても安定したゲート制御を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるインバータ装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明によるインバータ装置の第１の実施形態で、この実施形態に係るインバータ装置１は、出力端子３と入力端子４、それに基本ユニットとなる親インバータユニット５と増設用ユニットとして付加される子機インバータユニット５ａを備え、出力端子３は系統電源２に接続され、入力端子４はＰＶ電源２３(太陽電池パネルからなる直流電源)に接続されている。
【００２１】
更に、このインバータ装置１には、系統電源２の電圧を検出する系統電源電圧検出器６、高周波フィルタユニット９、９ａ、入力と出力の電圧を整合させるための変圧器１０、系統電源側とインバータユニット側の間の接続と遮断を行なう電磁開閉器１１、それに表示操作パネル器１２が備えられている。
【００２２】
そして、まず親機インバータユニット５には、直流の電力を交流の電力に変換する主スイッチング素子を含むＩＰＭ(インテリジェントパワーモジュール)１５と、マスタ制御基板１３が設けてある。
マスタ制御基板１３には、インバータ動作に際して力率を１に制御する機能と系統連携保護制御機能、最大電力機能、及び各インバータユニットの主スイッチング素子同期駆動用のゲート信号を出力する機能が備えられている。
【００２３】
次に子機インバータユニット５ａには、ＰＭ１５ａと、スレーブ制御基板１４が設けられている。
スレーブ制御基板１４には、マスタ制御基板１３とは異なり、インバータユニットの主スイッチング素子同期駆動用のゲート信号を出力する機能は省かれているが、マスター側からのゲート信号を受継ぐ機能を有している。
【００２４】
更に、これらインバータユニット５、５ａは、自身の出力電流状態を検出する電流検出器７、７ａとＩＰＭ１５、１５ａ、制御回路動作用のＤＣ／ＤＣチョッパ電源回路１６、１６ａ、逆流防止ダイオード１７、１７ａ、平滑コンデンサ１８、１８ａ、それにゲート駆動基板１９、１９ａにより構成されているが、このとき、インバータユニット５には、更に直流電圧の状態を検出する直流電圧検出回路８が設けられている。
【００２５】
このとき、ＩＰＭ１５、１５ａは、フライホィール用の高速ダイオードが並列に接続された６組のＩＧＢＴからなる主スイッチング素子に、高速のスイッチング動作機能とモジュール内部の過電流、過熱異常による自己出力遮断機能、それに警報信号出力機能の各機能を付与させたモジュールで構成されている。
【００２６】
そして、これらのＩＰＭ１５、１５ａの主スイッチング素子を駆動するためゲート信号は、マスタ制御基板１３から出力され、ゲート駆動基板１９、１９ａを介して、それぞれのスイッチング素子に供給されるようになっているが、このときのゲート信号の伝達経路は、往路側ケーブル２１を通ってマスタ制御基板１３からスレーブ制御基板１４に伝達され、復路側ケーブル２２によって再びマスタ制御基板１３に帰還させる経路になっている。
【００２７】
ここで、インバータ装置１の容量を大きくするためには、子機インバータユニットを更に付加するのであるが、このとき図２に示すように、マスタ制御基板１３と各スレーブ制御基板１４ａ、１４ｂの間を、それぞれ往路側ケーブル２１、２１ａと、復路側ケーブル２２、２２ａにより接続してやれば良い。
なお、この図２は、付加されたインバータユニットが１台の場合で、その分については、各構成要素を示す数字に添字ａを付して示してある。
【００２８】
更に、このとき、図３の実施形態に示すように、ＰＶ電源２３と入力端子４の間に昇圧チョッパー装置２４を設け、これにより、図１と図２の実施形態におけるにおける変圧器１０を取り除くようにしても良い。但し、特に絶縁隔離が必要なときは別である。
【００２９】
なお、ここで、太陽電池パネルからなるＰＶ電源２３の直流出力電圧が、系統電源２の交流電圧よりも高い場合(通常は反対であるが)には、昇圧チョッパ装置２４ではなく、降圧チョッパ装置になり、両方の電圧が対応しているときは、昇圧チョッパ装置２４も変圧器１０も不要である。
【００３０】
次に、マスタ制御基板１３とスレーブ制御基板１４ａ、それにゲート駆動基板１９、１９ａについて、図４により説明する。
なお、ここでは、主として、インバータユニット１５、１５ａに対するゲート信号の供給経路についてだけ説明し、ゲート駆動基板１９、１９ａを除き、詳細については後述する。
【００３１】
まず、マスタ制御基板１３には、ゲート信号出力回路部が搭載されているが、これは、マイクロプロセッサ２５、故障ホールド回路４４、ゲートブロック制御回路２６、定電流駆動回路２７、非反転出力型のバッファＩＣ２８、非反転出力型のオープンコレクタトランジスタアレイ２９、反転出力型のドライバーＩＣ３０、ゲート信号出力側用コネクタ３７、ゲート信号入力側用コネクタ４０、＋１２Ｖの内部安定化電源４１、切換スッチ６２、外部電源入力端子４２が設けてあり、これらによりゲート信号出力部６４(後述)が構成されている。
【００３２】
次に、スレーブ制御基板１４ａには、往路側ケーブル２１用のゲート信号入力側用コネクタ３８と、復路側ケーブル２２用のゲート信号出力側用コネクタ３９が設けてある。
そして、ゲート駆動基板１９、１９ａには、ゲート信号伝達用フォトカプラ３１〜３６、３１ａ〜３６ａが設けてある。なお、ここでは、各フォトカプラについて、それらの入力側となるＬＥＤ(発光ダイオード)だけが示してある。
【００３３】
ここで、各コネクタは、それぞれケーブルで接続されるが、このときの接続態様は、インバータユニットの設置台数に応じて異なる。
【００３４】
まずインバータユニットが１台だけのとき、例えば図１〜図３において、子機インバータユニット５ａが設けられていないで、親機インバータユニット５だけで使用された場合には、マスタ側のゲート信号出力側用コネクタ３７とゲート信号入力側用コネクタ４０同士がそのまま接続される。
【００３５】
次に、インバータユニットが２台の場合には、図示のように、マスタ制御基板側のゲート信号出力側用コネクタ３７はスレーブ制御基板側のゲート信号入力側用コネクタ３８が接続され、スレーブ制御基板側のゲート信号出力側用コネクタ３９がマスタ制御基板のゲート信号入力側用コネクタ４０に接続される。
そして、子機インバータユニットが２台以上の場合は、順次、直列に接続されるが、この場合については後述する
次に、この実施形態の動作について説明する。
インバータ装置１が始動されると、マイクロプロセッサ２５は、後述するようにして親機インバータユニット５に故障などによる異常がないことを確認し、運転条件が成立すると、故障ホールド回路４４がゲートブロック制御回路２６にゲート駆動電源解除信号を与え、ゲートブロックを解除する。
【００３６】
このとき、切換スィッチ６２は、内部安定化電源４１と外部安定化電源４３の一方をゲート信号駆動用の電源として選択する働きをする。
ここで、いま、切換スイッチ６２が内部安定化電源４１側に接続されていた場合、ゲート信号の駆動電源は内部安定化電源４１から供給され、これがゲートブロック制御回路２６を介して定電流駆動回路２７に供給される。
【００３７】
一方、主スイッチング素子を駆動するためのＵ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−の各ＰＷＭ信号はマイクロプロセッサ２５からゲート信号として出力され、これがバッファＩＣ２８を介してオープンコレクタトランジスタ２９に供給される。
このとき、ゲート信号がアクティブ期間では、オープンコレクタトランジスタ２９の出力がＨレベルでドライバーＩＣ３０の出力はＬレベルになるように設定してある。
【００３８】
この結果、まずインバータユニットが１台の場合は、定電流のゲート信号が定電流駆動回路２７から定電流のゲート信号が出力され、親機インバータユニット５のゲート駆動基板１９にあるフォトカプラ３１〜３６のＬＥＤを駆動した後、コネクタ３７、４０を経由して、そのままドライバーＩＣ３０に吸い込まれる。
【００３９】
一方、インバータユニットが２台、つまり図１〜図３に示すように親機インバータユニット５と１台の子機インバータユニット５ａによる運転の場合には、親機インバータユニット５側にあるフォトカプラ３１〜３６のＬＥＤを駆動した定電流のゲート信号は、マスタ制御基板１３のコネクタ３７からケーブル２１を介してスレーブ制御基板１４ａのコネクタ３８に供給される。
【００４０】
そして、スレーブ制御基板１４ａのゲート駆動基板１９ａにあるフォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤを駆動した後、ゲート信号出力側用コネクタ３９からケーブル２２によりマスタ制御基板１３のゲート信号入力側用コネクタ４０に供給され、この後、ドライバーＩＣ３０に吸い込まれるようになる。
【００４１】
この結果、図１などに示されているインバータユニットが２台の場合でも、親機インバータユニット５と子機インバータユニット５ａの双方には、全く同じタイミングのゲート信号が供給されることになり、従って、親機インバータユニット５と子機インバータユニット５ａに、完全に同期したスイッチング動作を行なわせることができる。
【００４２】
そして、この結果、親機インバータユニット５と子機インバータユニット５ａが、入力も出力も並列になっているにもかかわらず、循環電流が生じる虞れがなく、従って、この実施形態によれば、１系統のＰＶ電源２３に対して、２台のインバータユニットで対応することができる。
【００４３】
ところで、この図４の実施形態では、各フォトカプラのＬＥＤを駆動した定電流のゲート信号が、最終的にはドライバーＩＣ３０に吸い込まれるようになっているが、これに代えて、図５に示すように、マスタ制御基板１３のゲート信号入力側用コネクタ４０の出力をアース(共通電位点)に接続し、各フォトカプラのＬＥＤを駆動した定電流のゲート信号は、最終的には０Ｖラインであるアースに吸い込まれるようにしてもよく、この場合でも、基本的な動作は同じになる。
【００４４】
次に、子機インバータユニットの台数を更に増す場合は、図６に示すように、マスタ制御基板１３のゲート信号出力側用コネクタから順次、各スレーブ制御基板のコネクタ間を直列に接続してやれば良い。
ここで、この図６は子機インバータユニットが３台の場合で、この場合は、まずマスタ制御基板１３のゲート信号出力側用コネクタＯＵＴを、ケーブル２１により、１台目のスレーブ制御基板１４ａのゲート信号入力側用コネクタＩＮに接続する。なお、ここでも、子機インバータユニット５ａ以外の子機インバータユニットについては、夫々添字ｂ、ｃを付して示してある。
【００４５】
次に、この１台目のスレーブ制御基板１４ａのゲート信号出力側用コネクタＯＵＴは、ケーブル２１ａを介して、次の２台目のスレーブ制御基板１４ｂのゲート信号入力側用コネクタＩＮに接続する。そして、この２台目スレーブ制御基板１４ｂのゲート信号出力側用コネクタＯＵＴを、ケーブル２１ｂにより、３台目のスレーブ制御基板１４ｃのゲート信号入力側用コネクタＩＮに接続するというように、次々と拡張して直列に接続する。
【００４６】
そして、最後のスレーブ制御基板(この場合は３台目のスレーブ制御基板１４ｃ)のゲート信号出力側用コネクタＯＵＴを、マスタ制御基板１３のゲート信号入力側用コネクタＩＮに、ケーブル２２により接続してやれば、配線が完結することになる。
【００４７】
従って、この実施形態によれば、子機インバータユニットの台数を任意に増加させることができ、１系統のＰＶ電源２３に対して、必要な台数のインバータユニットを並列に接続することができることになり、この結果、いかなる発電能力の太陽電池パネルにも、同一容量のインバータユニットで容易に対応することができる。
【００４８】
また、この実施形態によれば、親機インバータユニット１５も含め、全てのインバータユニットの直流側が並列に接続できるので、太陽電池パネルからなるＰＶ電源２３からインバータ装置１までの直流部配線が一系統で済み、且つ開閉器４も１台で済むことになるので、コストダウンを容易に得ることができる。
【００４９】
ここで、この実施形態の場合、子機インバータユニットの台数に応じて、各インバータユニットにおけるフォトカプラのＬＥＤも同じ数だけ直列に接続された形になるので、直列に接続されたＬＥＤの夫々の順電圧に応じてゲート信号の電圧が分配された形になり、駆動にバラツキが発生する虞れがある。
【００５０】
しかし、この実施形態では、ゲート信号が定電流駆動回路２７から供給されているので、ゲート信号は定電流化されており、従って、直列になっているＬＥＤの個数が多くなっても、全て同一の電流値で駆動されるので、バラツキが生じる虞れがなく、全てのインバータユニットで常に的確なスイッチング制御を得ることができる。
【００５１】
但し、子機インバータユニットの増加台数が更に多くなると、ＬＥＤの順電圧の加算値がさらに大きくなり、定電流源を作るための電源電圧がマスタ制御基板１３内に設けてある＋１２Ｖの内部安定化電源４１から供給される電圧では不足し、的確な駆動ができなくなる虞れが生じる。
【００５２】
そこで、この実施形態では、切換スイッチ６２を設け、必要に応じて外部安定化電源４３が選択できるようになっており、従って、この外部安定化電源４３として、必要な電圧を発生するものを用意することにより、子機インバータユニットの増設台数が多くなっても、容易に対応できるようになっている。
【００５３】
次に、スレーブ制御基板の詳細について、図７により説明する。
なお、ここでは、代表例として、スレーブ制御基板１４ａについて説明するが、他の、スレーブ制御基板１４ｂ、１４ｃ、……でも同じである。
そして、この図７において、ゲート信号入力側用コネクタ３８ａと、ゲート信号出力側用コネクタ３９ａ、それにゲート駆動基板１９ａ及びフォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤは、図４と図５の場合と同じである。
【００５４】
入力端子６０には、電流検出器７ａで検出された子機インバータユニット１５ａのＵ相とＷ相の電流値ＩＵ、ＩＷが入力され、最大値選択回路４６により全波整流されて最大値が検出される。
最大値選択回路４６の出力は、比較器ＣＰにより過電流異常判定レベル値ＲＥＦと比較され、過電流異常レベルを越えたとき比較器ＣＰの出力がＨレベルとなり、故障ホールド用ＩＣ４７にラッチが掛かって、故障の発生が記億されるようになっている。
【００５５】
一方、入力端子６１には、ＩＰＭ１５ａに過電流及び／又は温度異常が発生したときＬレベルになる信号ＴＲＩＰが入力される。
そして、この入力端子６１に入力されている信号ＴＲＩＰがＬレベルになると故障ホールド用ＩＣ４８にラッチが掛かり、同じく故障の発生が記億されるようになっている。
【００５６】
従って、子機インバータユニット５ａまたは子機インバータユニットのＩＰＭ１５ａに異常が発生されると、故障ホールド用ＩＣ４７、４８の少なくとも一方において、その出力ＱのレベルがＨになり、出力ＱＮはレベルＬになる。
そうすると、この故障ホールド用ＩＣ４７、４８の少なくとも一方の出力ＱがレベルＨになったことにより、故障判定論理回路４９の出力がレベルＬになり、この結果、フォトカプラ５１〜５６がオンされる。
【００５７】
ここで、これらのフォトカプラ５１〜５６の出力側のフォトトランジスタは、夫々ゲート駆動基板１９ａにあるフォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤに並列に接続されており、従って、フォトカプラ５１〜５６がオンされると、フォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤは個々に全てが短絡される。
【００５８】
そうすると、いままでコネクタ３８ａからフォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤを経由してコネクタ３９ａに流れていたゲート信号はフォトカプラ５１〜５６により迂回されてしまうようになり、この結果、フォトカプラ３１ａ〜３６ａはゲート信号と無関係にオフされ、子機インバータユニット１５ａはゲートブロック状態になって出力遮断される。
【００５９】
一方、このとき、ゲート信号は、フォトカプラ５１〜５６を経由することにより、依然としてコネクタ３８ａからコネクタ３９ａに流れているので、親機インバータユニット１５のマスタ制御基板１３から他の子機インバータユニットを経由して戻るゲート信号の経路が途切られてしまうことはない。
【００６０】
従って、この実施形態によれば、故障などの異常が発生してないインバータユニットの運転はそのまま継続された状態で、異常が発生したインバータユニットについてだけ確実に停止されることになり、異常発生に対する充分な保護のもとで、異常発生による機能低下は常に最小限に抑えられ、そのまま運転を継続させることができる。
【００６１】
また、このとき故障ホールド用ＩＣ４７、４８の少なくとも一方の出力ＱＮがレベルＬになったことにより、フォトカプラ５７、５９の少なくとも一方がオンされ、この結果、このスレーブ制御基板１４ａと表示操作パネル器１２(図１〜図３)の間を接続するための入出力端子５０ａを介して、表示操作パネル器１２にインバータ故障信号ＡＬＭが供給される。
【００６２】
そうすると、表示操作パネル器１２は、このインバータ故障信号ＡＬＭが供給されたことにより、予め設定してある一定時間経過後、故障解除信号ＲＳを発生し、入出力端子５０ａを介してスレーブ制御基板１４ａに供給する。
そして、この故障解除信号ＲＳが入力されたことにより、フォトカプラ５９がオンさせる。
【００６３】
こうして、フォトカプラ５９がオンされると、故障ホールド用ＩＣ４７、４８にリセット信号が供給されるので、これら故障ホールド用ＩＣ４７、４８による故障ホールドは、ここで解除される。
そして、この結果、フォトカプラ５１〜５６がオフされるので、ゲート駆動基板側１９ａのフォトカプラ３１ａ〜３６ａには再びゲート信号が流れるようになる。
【００６４】
従って、このとき、発生していた異常が排除され、故障ホールド用ＩＣ４７、４８のセット入力ＳがレベルＨになっていないことを条件として、子機インバータユニット５ａの運転が再開される。
一方、この子機インバータユニット５ａに異常が発生して無いときでも、故障解除信号ＲＳを入力してフォトカプラ５９をオン、オフさせることにより、フォトカプラ５１〜５６のオンオフを制御することができ、従って、この実施形態によれば、インバータユニットの運転停止が任意に得られるようになる。
【００６５】
次に、子機インバータユニットが３台設けてある場合を例にして、マスタ制御基板１３とスレーブ制御基板１４ａ、表示操作パネル器１２の相互関係について図８により説明する。
ここで、マスタ制御基板１３は、既に説明した通り、ゲート信号出力部６４、故障ホールド回路４４、ゲートブロック制御回路２６などが備えられているが、これらによるスレーブ制御基板１４ａ及び表示操作パネル器１２との情報の授受は以下のようにして行なわれる。
【００６６】
まず、系統電源電圧状態を検出する変圧器６とインバータユニットの出力電流状態を検出する電流検出器７、それに直流部電圧状態を絶縁検出する直流電圧検出器８から得られたアナログ信号は、バッファアンプ７０、サンプルホールドＩＣ７１、マルチプレクサＩＣ７２、それにバッファアンプ６９を経由してＡ／Ｄ変換器７３に供給される。
【００６７】
そして、このＡ／Ｄ変換器７３によりデジタル信号に変換された後、バファＩＣ７４を介してデータバスライン６８に乗せられ、デコーダ７５のコントロールにより、マイクロプロセッサ２５に検出データが取り込まれる。
ここで、マルチプレクサ７２とデコーダ７５は、各種データを選択しデータバスラインに出る情報を切りかえる働きをする。
【００６８】
マイクロプロセッサ２５は、これら各種の情報に基づいてインバータの基本制御、力率１制御、系統連携保護制御、最大電力追従制御、状態監視などに必要な処理を実行する。
このとき、マスタ制御基板１３のマイクロプロセッサ２５と、表示操作パネル器１２のマイクロプロセッサ８０の間での状態監視の状態及びその他の設定情報の授受は、マスタ制御基板１３側の通信用ドライバーＩＣ６５ａと表示操作パネル器１２側の通信用ドライバーＩＣ７９により入出力端子７５を介して行なわれる。
【００６９】
こうして親機インバータユニット１３の情報を取り込んだマイクロプロセッサ８０は、取り込んだ情報に基づいて各種モニタ用データを作成し、データバス８１に出力する。
この信号はデコーダ機能付ＬＥＤドライバー８２により処理され、系統電圧、電流、直流電流、出力電力などの各種モニター値が３桁のＬＥＤ表示器８３に表示される。
【００７０】
表示操作パネル器１２には、各種設定ボタン８４が設けてあり、これらの操作により入力されたシステム全体の運転、停止、及び各種設定情報は、マイクロプロセッサ８０及び通信用ドライバーＩＣ７９を介してマスタ制御基板１３のマイクロプロセッサ２５に供給され、これにより、インバータ装置１の動作が表示操作パネル器１２により制御されるようになっている。
【００７１】
ここで、マイクロプロセッサ２５のウッチドッグタイマーにハードエラーが発生すると通信による制御ができなくなってしまう。
マスタ制御基板１３にフォトカプラ６６を設け、マイクロプロセッサ２５からＷＤＴ(ウッチドッグタイマーエラー)信号が出力されたとき、この信号を入出力端子７７を介して表示操作パネル器１２に供給するようになっている。
【００７２】
そして、表示操作パネル器１２側のマイクロプロセッサ８０は、このＷＤＴ信号の供給を受けたことにより、予め設定してある一定時間経過後、故障解除信号ＲＥＳをマスタ制御基板１３側に送る。
これにより、マスタ制御基板１３側では、フォトカプラ６７がオンされ、マイコン初期化用ＩＣ６３がリセットされることにより、マイクロプロセッサ２５と故障ホールド用ＩＣ４４の初期化が行なわれる。
【００７３】
上記したように、この図８は、子機インバータユニットが３台の場合の例なので、３個のスレーブ制御基板１４ａ、１４ｂ、１４ｃがある。
そして、故障などによる異常が発生したときは、図７でも説明した通り、これらスレーブ制御基板１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、インバータ故障信号ＡＬＭを発生し、表示操作パネル器１２に供給する。
【００７４】
また、表示操作パネル器１２は、故障解除信号ＲＳを発生し、各スレーブ機制御基板１４ａ、１４ｂ、１４ｃに供給するが、このときの表示操作パネル器１２と各スレーブ機制御基板１４ａ、１４ｂ、１４ｃの間での情報の授受は、入出力端子５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して行なわれる。
【００７５】
ここで、上記したように、ＲＳ信号は、各子機インバータユニットに故障が無いときでも、運転指令と停止指令としての機能を持っている。つまり、ＲＳ信号は、それがＬレベルのときはゲート信号をマスクし、当該インバータユニットの出力を遮断することができる。
【００７６】
この結果、運転中の他のインバータユニットに関係なく、ＲＳ信号が与えられたインバータユニットだけの運転を停止させることができる。
また、ＲＳ信号がＨレベルのときは、当該インバータユニットのゲート信号に対するのマスクは解除され、運転中の他のインバータユニットに同期投入して運転を再開させることができる。
【００７７】
従って、この実施形態によれば、親機インバータユニット５から発生される出力電流指令値や出力電力指令値などの制御情報をマスタ制御基板１３から表示操作パネル器１２に通信伝送し、親機インバータユニット５の出力状態が１００％に近い状態になったら、次の子機インバータユニットの動作を開始させるための指令が表示操作パネル器１２から発生させるという制御も可能にすることができる。
【００７８】
この結果、太陽電池パネルの出力状況を、親機インバータユニットの運転状態を見て予測し、システム全体からみた発電効率が最適になるようなインバータユニットの運転台数を知ることができ、これに基づいて表示操作パネル器１２から指示することが可能になる。
【００７９】
ここで、主スイッチング素子によるスイッチング損失は、その運転出力に関係無く、ほぼ一定になるから、インバータユニットを軽負荷で運転すると、一般に効率は低下する。よって、本発明の運転台数切換機能を使用すれば、太陽電池パネルの出力に応じインバータの運転台数を制限出来、効率を向上させることが可能となる。
【００８０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
ここで、この実施形態が、上記した実施形態と異なる点は、主としてゲート信号が各素レープ制御基板に並列に供給される点と、マスタ制御基板とスレーブ制御基板の各々にゲートブロック制御回路が設けられている点にある。
【００８１】
まず、図９は、この実施形態におけるマスタ制御基板１３とスレーブ制御基板１４ａを示したもので、この実施形態においては、まず、ゲート信号の駆動電源に定電流源回路を用いるのではなく、ゲートブロック制御回路２６のトランジスタを介して、定電圧のゲート解除信号として出力されるようになっている。
【００８２】
次に、マイクロプロセッサ２５からＵ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−のＰＷＭ信号として出力される主スイッチング素子駆動用のゲート信号は、バッファＩＣ２８、８５を介して伝えられるが、ここで、このゲート信号は、それがアクティブ状態のとき、バッファＩＣ８５の出力がＬレベルになるようにしてある。
【００８３】
従って、ゲート信号がアクティブ状態のとき、ゲートブロック制御回路２６からゲート駆動基板１９のフォトカプラ３１〜３６のＬＥＤに電流が流れ、ゲート電流調整用の抵抗９５を介してバッファＩＣ８５に吸い込まれることになる。 また、このゲート信号は、ドライバーＩＣ３０からゲート信号出力側コネクタ８６に供給され、ゲート信号ケーブル９４を介して子機インバータユニット５ａに伝送される。
【００８４】
各子機インバータユニット側では、ゲート信号ケーブル９４を介して入力された信号は、スレーブ制御基板１４ａのゲート信号入力側コネクタ８７に受け継がれるが、このとき、Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−のＰＷＭゲート信号の他、ゲートブロック信号とＯＶライン信号が一緒に伝送される。
【００８５】
そして、これらの信号のうち、ＰＷＭゲート信号は、バッファＩＣ９１に供給され、子機インバータユニットのゲート駆動基板１９ａにあるフォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤを駆動する信号になる。
また、ゲートブロック信号は、スレーブ制御基板にある故障判定論理回路９０により論理積がとられ、ゲートブロック制御回路８９を制御する信号になる。
【００８６】
一方、これらゲート信号入力側コネクタ８７の各端子は、更にゲート信号出力側コネクタ８８の各端子にそのまま接続されていて、次の子機インバータユニットのスレーブ制御基板にあるゲート信号入力側コネクタ８７に伝達されるようになっている。
【００８７】
そこで、この実施形態において、子機インバータユニットの台数を拡張し、例えば子機インバータユニット５ａに更に子機インバータユニット５ｂ、５ｃを増設する場合は、図１０に示す通り、ゲート信号ケーブル９４に加えて、更にゲート信号ケーブル９４ａ、９４ｂによりスレーブ制御基板のゲート信号入力側コネクタとゲート信号出力側コネクタを順次接続してやればよい。
【００８８】
このとき、この実施形態の場合、全ての信号は各インバータユニットで並列に使用されるので、元に戻す必要は無い。
そこで、最後のゲート信号ケーブル９４ｃの終端にあたる子機インバータユニット５ｃでは、そこにあるスイッチ９２をオンし、ここで、終端抵抗９３を介して、全ての信号が接地されるようしてある。
【００８９】
次に、この実施形態におけるスレーブ基板１４ａの一例を図１１に示す。
そして、この図１１に示したスレーブ制御基板１４ａについては、図７に示したスレーブ制御基板１４ａと同じ部分についての説明は省き、相違している点についてだけ説明する。
まず、図７のスレーブ制御基板１４ａでは、インバータユニット自体の故障判定論理回路４９の出力が、ゲート信号を迂回させマスクするためのフォトカプラ５１〜５６の駆動信号になっている。
【００９０】
しかし、この図１１の実施形態では、マスタ制御基板１３の故障ホールド回路４４から出力されたゲートブロック信号が、各信号ケーブルを介して故障判定回路４９ａに入力され、子機インバータユニット自身の故障判定結果と論理積がとられた信号が故障判定回路４９ａから出力され、ゲートブロック制御用回路８９のトランジスタをオン、オフ制御するようになっている。
【００９１】
ここで、故障判定回路４９ａの出力は、異常時にはレベルＨになるように設定してある。
そこで、異常時にゲートブロック制御用回路８９のトランジスタがオンに制御されると、その出力信号ＧＳがレベルＬになるので、ゲート駆動基板１９ａのフォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤは、ゲート信号の状態と無関係に常時オフ状態に保持され、ゲートブロック制御されることになる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、系統連携用インバータを複数台運転する場合において、各インバータユニット直流部インバータに故障の際の太陽電池パネルのエネルギー利用の停滞をなくすことができる。
また、太陽電池パネルの発電エネルギーの大きさに応じて、運転インバータ運転台数が選択されるので、インバータ主素子の無駄なスイッチング損失が抑えられ、インバータ効率の向上が得られ、また、インバータ故障時におけるシステムの停止期間をなくすことができる。
更に、複数台運転におけるマスタ、スレーブ制御基板の採用、インバータユニット本体の共用化によるインバータ装置のコスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインバータ装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態によるインバータユニットの増設を説明するための全体構成図である。
【図３】本発明によるインバータ装置の他の実施形態を示す全体構成図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるマスタ制御基板とスレーブ制御基板の一例における接続状態を示す回路図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるマスタ制御基板とスレーブ制御基板の他の一例における接続状態を示す回路図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるインバータユニットの増設方法の説明図である。
【図７】本発明におけるスレーブ制御基板の一実施形態を示す回路図である。
【図８】本発明の一実施形態におけるインータフェイスの一例を示す構成図である。
【図９】本発明の一実施形態におけるマスタ制御基板とスレーブ制御基板の他の一例における接続状態を示す回路図である。
【図１０】本発明の他の一実施形態におけるインバータユニットの増設方法の説明図である。
【図１１】本発明におけるスレーブ制御基板の他の一実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
１ インバータ装置
２ 系統電源
３ 出力端子部
４ 入力端子部
５ 親機インバータユニット
５ａ、５ｂ 子機インバータユニット
６ 系統電源電圧検出器
７、７ａ、７ｂ 電流検出器
８ 直流電圧検出器
９、９ａ、９ｂ 高周波フィルタユニット
１０ 変圧器
１１ 電磁開閉器
１２ 表示操作パネル器
１３ マスタ制御基板
１４、１４ａ、１４ｂ スレーブ制御基板
１５ ＩＰＭ(インテリゼントパワーモジュール)
１６ ＤＣ／ＤＣチョッパ電源回路(スッチングレギュレータ)
１７ 逆流防止ダイオード
１８ 平滑コンデンサ
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ ゲート駆動基板
２０、２１ 往路側ケーブル(ゲート信号線行き)
２２ 復路側ケーブル(ゲート信号線帰り)
２３ ＰＶ電源(太陽電池パネルからなる直流電源)
２４ 昇圧チョッパー装置
２５ マイクロプロッセッサ
２６ ゲートブロック制御回路
２７ 定電流源回路
２８ バッファＩＣ(非転反出力)
２９ オープンコレクタトランジスタアレイ(非反転出力)
３０、３０ａ ドライバーＩＣ(転反出力)
３１、３１ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｕ相＋用)
３２、３２ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｕ相−用)
３３、３３ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｖ相＋用)
３４、３４ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｖ相−用)
３５、３５ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｗ相＋用)
３６、３６ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｗ相−用)
３７ ゲート信号線出力側用コネクタ
３８、３８ａ ゲート信号線入力側用コネクタ
３９、３９ａ ゲート信号線出力側用コネクタ
４０ ゲート信号線入力側用コネクタ
４１ ゲート信号駆動用内部＋１２Ｖ内部安定化電源
４２ 外部電源入力端子
４３ 外部安定化電源
４４ 故障ホールド回路
４５ 制御状態監視用ＩＣ
４６ 最大値選択回路
４７、４８ 故障ホールド用ＩＣ
４９、４９ａ 故障判定論理回路
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 入出力端子
５１ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｕ相信号＋祖止用)
５２ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｕ相信号−祖止用)
５３ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｖ相信号＋祖止用)
５４ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｖ相信号−祖止用)
５５ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｗ相信号＋祖止用)
５６ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｗ相信号−祖止用)
５７ フォトカプラ(スレーブ機自身過電流保護アラーム出力用)
５８ フォトカプラ(スレーブ機自身ＩＰＭ保護アラーム出力用)
５９ スレーブ機故障解除信号
６０ ＩＮＶ出力電流検出信号入力端子
６１ ＩＰＭ保護トリップ信号入力端子
６２ 切換スイッチ
６３ マイコン初期化用ＩＣ
６４ ゲート信号出力部
６５ 通信用ドラーバーＩＣ
６６ ウッチドッグタイマーエラー出力用フォトカプラ
６７ マイコン初期化入力信号用フォトカプラ
６８ データバスライン
６９ バファアンプ
７０ バファアンプ
７１ サンプルホールドＩＣ
７２ 信号選択マルチプレクサＩＣ
７３ Ａ／Ｄ変換器
７４ スリーステイトバファアＩＣ
７５ デコーダ回路
７６ 表示操作パネル器用外部通信用端子
７７ 表示操作パネル器用外部入力端子
７９ 通信用ドラーバーＩＣ
８０ マイクロプロッセサ
８１ データバスライン
８２ デコーダ機能付きＬＥＤドライバー
８３ ３桁ＬＥＤ表示器(群)
８４ 各種設定ボタン(群)
８５ ドライバーＩＣ
８６ ゲート信号線出力側用コネクタ
８７ ゲート信号線入力側用コネクタ
８８ ゲート信号線出力側用コネクタ
８９ ゲートブロック制御回路
９０ 故障判定論理回路
９２ 終端抵抗投入用スイッチ
９３ 終端抵抗
９４、９４ａ、９４ｂ ゲート信号ケーブル
９５ ゲート電流調整用の抵抗
Ａ／Ｂ アドレスバスライン
Ｄ／Ｂ データバスライン
Ａ／Ｄ Ａ／Ｄ変換器
ＣＰ 比較器
ＧＳ ゲートブロック信号
ＡＬＭ インバータ故障信号
ＲＥＳ、ＲＳ 故障解除信号
ＷＤＴ ウォッチドックタイマーエラー信号
ＴＸ 送信
ＲＸ 受信
Ｕ＋ Ｕ相上側ゲート信号
Ｕ− Ｕ相下側ゲート信号
Ｖ＋ Ｖ相上側ゲート信号
Ｖ− Ｖ相下側ゲート信号
Ｗ＋ Ｗ相上側ゲート信号
ｗ− Ｗ相下側ゲート信号
ＭＲＳ マイコン初期化信号

Claims (6)

1. マスタ制御部を備える１台の親機インバータユニットとスレーブ制御部を備える少なくとも１台の子機インバータユニットからなる複数のインバータユニットに入力された電力が変圧器を介して系統電源に出力されるインバータユニットの系統連携システムにおいて、
   前記マスタ制御部が出力する定電流のＰＷＭゲート信号は、前記親機インバータユニットのドライバ回路に入力されると共に、前記マスタ制御部とＰＷＭゲート信号の伝達経路が直列に接続された前記スレーブ制御部のドライバ回路に入力され、
   前記親機インバータユニットと前記子機インバータユニットが同期してスイッチング制御されるように構成されていることを特徴とするインバータユニットの系統連携システム。
2. 請求項１に記載の発明において、
   前記子機インバータユニットは、前記ＰＷＭゲート信号が当該子機インバータユニットに入力されないように迂回する回路を備えていることを特徴とするインバータユニットの系統連携システム。
3. 請求項２に記載の発明において、
   前記子機インバータユニットのうち故障したものがあった場合、前記迂回する回路を制御することにより、当該子機インバータユニットのドライバ回路に前記ＰＷＭゲート信号が入力されないようにすることを特徴とするインバータユニットの系統連携システム。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、
   前記親機インバータユニットから運転が開始され、当該親機インバータユニットの出力が所定の値を超えた場合、前記子機インバータユニットの運転が開始されることを特徴とするインバータユニットの系統連携システム。
5. 請求項４に記載の発明において、
   前記親機インバータユニットと前記子機インバータユニットには太陽電池パネルからの直流電力が入力され、これらインバータユニットの運転台数が制御されることにより前記直流電力が交流電力に変換されることを特徴とするインバータユニットの系統連携システム。
6. 請求項５に記載の発明において、
   前記インバータユニットの運転台数は、前記太陽電池パネルからの直流電力の大きさに応じて決定されることを特徴とするインバータユニットの系統連携システム。

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