JP5634102B2 - Grid interconnection inverter - Google Patents
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Description
本発明は、直流電源の出力を交流に変換して電気事業者の電力系統と連系させる系統連系インバータに関する。 The present invention relates to a grid-connected inverter that converts an output of a DC power source into AC and links it to an electric power system of an electric power company.
近年、太陽光発電システムや燃料電池などといった直流電源の出力を交流に変換して電力系統に連系させる系統連系インバータでは、高周波スイッチング化が進んでおり、それに伴い、高調波漏れ電流や電磁ノイズ(EMI:Electro-Magnetic Interference)が問題になっている。漏れ電流やEMIはインバータの制御や他の機器に影響を与えたり、漏電遮断器を誤動作させたりする恐れがある。日本国内では、漏れ電流の許容量は電気用品安全法で規定されており、EMIはVCCI(Voluntary Control Council for Information Technology Equipment:情報処理装置等電波障害自主規制協議会)などによって規制されているが、特にEMIに関しては、近年、規制強化の動きが加速しつつある。 In recent years, high-frequency switching has been progressing in grid-connected inverters that convert the output of a DC power source such as a photovoltaic power generation system or a fuel cell to AC and link it to the power system. Noise (EMI: Electro-Magnetic Interference) is a problem. Leakage current and EMI may affect the control of the inverter and other devices, and may cause the leakage breaker to malfunction. In Japan, the allowable amount of leakage current is regulated by the Electrical Appliance and Material Safety Law, and EMI is regulated by VCCI (Voluntary Control Council for Information Technology Equipment). In particular, regarding EMI, in recent years, movements to tighten regulations have been accelerating.
太陽光発電システムにおいては、太陽電池パネルと大地に接続された太陽電池パネルのフレームとの間に浮遊容量が存在し、高周波のコモンモードノイズの経路となりうる。一般に、太陽電池パネルの表面にはガラス板から成る絶縁層が形成されており、このガラス板は大きな平面を有するため、雨で濡れると太陽電池パネルとフレーム間の浮遊容量が増大し、高周波コモンモード電流も増大する。高周波電圧の変動は、インバータが半導体素子のスイッチングにより直流を交流に変換する際に発生する。このため、インバータにおいては、漏れ電流や高周波ノイズは避けて通れない問題である。 In the photovoltaic power generation system, stray capacitance exists between the solar cell panel and the frame of the solar cell panel connected to the ground, which can be a path for high-frequency common mode noise. In general, an insulating layer made of a glass plate is formed on the surface of the solar cell panel. Since this glass plate has a large flat surface, when it gets wet with rain, the stray capacitance between the solar cell panel and the frame increases, and the high frequency common The mode current also increases. The fluctuation of the high-frequency voltage occurs when the inverter converts direct current into alternating current by switching the semiconductor element. For this reason, in the inverter, leakage current and high-frequency noise cannot be avoided.
漏れ電流や高周波ノイズを抑制する方法としては、特許文献1のように高周波コモンモード電流にとって低インピーダンスとなるバイパス路をインバータ内に構成して、漏れ電流や高周波ノイズを外部に流出させない方法がある。
As a method for suppressing leakage current and high-frequency noise, there is a method of preventing a leakage current and high-frequency noise from flowing out by configuring a bypass path in the inverter that has a low impedance for the high-frequency common mode current as in
図9は、高周波電流のバイパス路を構成した系統連系インバータの1つとしての太陽光発電系統連系インバータを示す構成図である。この太陽光発電系統連系インバータは、半導体スイッチング素子により構成されたインバータ1、出力フィルタ2、コモンモードチョークコイル3、第1コンデンサ対41、第2コンデンサ対42、太陽電池5および系統トランス7を備えている。直流側中性点cと交流側中性点fとはバイパス路gで接続されている。なお、図9においては、コモンモードチョークコイル3のコモンモードインダクタンスを31、巻線間容量を32、太陽電池5と大地との間に存在する浮遊容量6をコンデンサ6aおよびコンデンサ6bとして示している。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a photovoltaic power generation system interconnection inverter as one of the grid interconnection inverters that constitute a high-frequency current bypass path. This photovoltaic power generation system interconnection inverter includes an
太陽電池5は、直流電圧を発生する。この太陽電池5で発生された直流電圧は、コモンモードチョークコイル3を経由してインバータ1に供給される。コモンモードチョークコイル3は、太陽電池5からインバータ1に流れるコモンモード電流を抑制する。第1コンデンサ対41は、コンデンサ41aおよびコンデンサ41bから構成されており、太陽電池5の出力の正極端子(a点)と負極側の入力端子(b点)との間に配置されている。第2コンデンサ対42は、コンデンサ42aおよびコンデンサ42bから構成されており、系統トランス7の入力端子d点とe点の間に配置されている。第1コンデンサ対41の中性点cと第2コンデンサ対42の中性点fはバイパス路gにより接続されており、高周波コモンモード電流にとってインピーダンスの低いバイパス路が構成されている。インバータ1は太陽電池5の出力する直流電圧をパルス幅変調(PWM:Pulse Wide Modulation)する。出力フィルタ2はリアクトル21a、21b、コンデンサ22により構成され、インバータ1から出力されるPWM電圧波形を、系統の商用周波数と同じ周波数の正弦波交流に変換する。
The
高周波コモンモード電流のバイパス路gが構成されており、バイパス路gに流れる電流はコモンモードチョークコイル3により抑制されるので、インバータ1は線間3レベルPWM制御方式で駆動することができる。線間3レベルPWM制御は、図10に示すように、−1,0,1の3レベルの出力をとるため、図11に示す線間2レベルPWM制御と比べて電圧の振幅が小さく、同じスイッチング回数でスイッチング周波数が等価的に2倍となる。このため、出力フィルタ2のリアクトル21を小型化でき、さらに損失も低減することができる。線間3レベルPWM制御はゼロ電圧を出力する時にコモンモード電圧の変動が発生し、漏れ電流やノイズの原因になるという問題もあるが、前述したように、高周波コモンモード電流のバイパス路を形成することで上記問題も解決することができる。
Since the bypass path g for the high-frequency common mode current is configured, and the current flowing through the bypass path g is suppressed by the common
しかしながら、上述した高周波コモンモード電流のバイパス路を構成する太陽光発電系統連系インバータでは、コモンモードチョークコイル3に印加される電圧が大きく、コモンモードチョークコイル3の巻数が比較的多くなるため、巻線間に発生する浮遊容量が大きくなってしまう。図12は、コモンモードチョークコイル3の巻線間容量と出力フィルタ2のリアクトルで発生する共振ルートを示す図である。図13は、コモンモードチョークコイル3とインバータ1と出力フィルタ2とコンデンサ対4をコモンモードから見た等価回路である。
However, in the photovoltaic power generation system interconnection inverter that constitutes the bypass path for the high-frequency common mode current described above, the voltage applied to the common
コモンモードチョークコイル3は、図12(b)に示すように、閉磁気回路を構成するコア30aに巻線30bと巻線30cとが巻回され、巻線30bと巻線30cとが磁気結合している。各巻線30b,30cは、巻線間容量32を有している。このため、コモンモードチョークコイル3は、図12(a)及び図13に示すように、コモンモードインダクタンス31と巻線間容量32とが並列に接続されたように表される。
As shown in FIG. 12B, the common
出力フィルタ2のリアクトル21a,21bは、ノーマルモードのリアクトルであるが、コモンモードから見ると、リアクトル21a,21bが並列に接続された状態になる。図12(a)に示すように、第1コンデンサ対41a,41bと第2コンデンサ対42a,42bとその中性点の接続であるバイパス路gをコモンモードから見ると、図13に示すように、コンデンサ4によるインバータの入出力間の接続で表される。
The
コモンモードインダクタンス31と巻線間容量32との共振周波数以上の周波数では、コモンモードインダクタンス31のインピーダンスよりも巻線間容量32のインピーダンスが小さい。このため、巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間でコモンモードの共振が発生する。この共振は、コンデンサ対41a,41b,42a,42bにより構成されるバイパス路gを通る。この共振の電力は、比較的大きいため、ノイズが大きくなる。
At a frequency equal to or higher than the resonance frequency of the
本発明の課題は、コモンモードチョークコイルの巻線間容量と出力フィルタのリアクトルとの間で発生する共振に起因するノイズを抑制する系統連系インバータを提供することにある。 The subject of this invention is providing the grid connection inverter which suppresses the noise resulting from the resonance which generate | occur | produces between the capacity | capacitance between windings of a common mode choke coil, and the reactor of an output filter.
上記課題を解決するために、本発明は、直流電源の出力をパルス幅変調する単相又は三相のインバータと、インバータの入力側に配置され、中性点を形成するように直列に接続された第1コンデンサから成る第1コンデンサ組と、インバータの出力側に配置され、中性点を形成するように直列に接続された第2コンデンサから成る第2コンデンサ組と、第1コンデンサ組の中性点と第2コンデンサ組の中性点とを接続することにより形成されたコモンモード電流のバイパス路と、第1コンデンサ組と第2コンデンサ組との間で且つインバータの入力側又は出力側に設けられてインバータで発生されたコモンモード電流を抑制する1以上のコモンモードチョークコイルと、インバータから出力されるパルス幅変調された電圧波形を正弦波状の単相又は三相交流に変換するための第1リアクトルと第3コンデンサとで構成された出力フィルタと、コモンモードチョークコイルの巻線間容量と出力フィルタの第1リアクトルとの間で発生する共振を抑制する共振抑制回路とを備え、前記バイパス路は、前記インバータのスイッチング周波数において、前記第2コンデンサ対を介して接続された系統トランスから大地を介して前記直流電源の浮遊容量に漏れ電流が流れる漏れ電流路よりも小さいインピーダンスを有し、前記コモンモードチョークコイルは、前記漏れ電流路および前記バイパス路よりも大きなインピーダンスを有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a single-phase or three-phase inverter that performs pulse width modulation on the output of a DC power source, and is arranged on the input side of the inverter and connected in series so as to form a neutral point. A first capacitor set consisting of the first capacitors, a second capacitor set consisting of the second capacitors arranged in series on the output side of the inverter and connected in series so as to form a neutral point, Between the first capacitor set and the second capacitor set, and on the input side or output side of the inverter, and the common mode current bypass path formed by connecting the neutral point and the neutral point of the second capacitor set. One or more common mode choke coils that are provided to suppress the common mode current generated by the inverter, and a pulse width modulated voltage waveform output from the inverter is a sinusoidal single waveform. Or, the resonance generated between the output filter composed of the first reactor and the third capacitor for converting to three-phase alternating current, the inter-winding capacitance of the common mode choke coil and the first reactor of the output filter is suppressed. Bei example a resonance suppressing circuit that, the bypass passage is the switching frequency of the inverter, the leakage current flows through the stray capacitance of the DC power source through the earth from the connected line transformer via the second capacitor pair The common mode choke coil has a smaller impedance than a leakage current path, and the common mode choke coil has a larger impedance than the leakage current path and the bypass path .
本発明によれば、共振抑制回路は、コモンモードチョークコイルの巻線間容量と出力フィルタの第1リアクトルとの間で発生する共振を抑制するので、共振に起因するノイズを抑制することができる。 According to the present invention, the resonance suppression circuit suppresses resonance that occurs between the inter-winding capacitance of the common mode choke coil and the first reactor of the output filter, and therefore can suppress noise caused by resonance. .
以下、本発明の実施の形態の系統連系インバータを、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a grid interconnection inverter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る系統連系インバータの構成を示すブロック図である。実施例1に係る系統連系インバータは、単相の太陽光発電系統連系インバータである。なお、以下においては、背景技術の欄で説明した図9に示す系統連系インバータの構成要素と同一又は相当する構成要素には、図9で使用した符号と同一の符号を付して説明する。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a grid interconnection inverter according to the present invention. The grid interconnection inverter which concerns on Example 1 is a single phase photovoltaic power generation grid interconnection inverter. In the following, the same or equivalent components as those of the grid interconnection inverter shown in FIG. 9 described in the background art will be described with the same reference numerals used in FIG. .
この太陽光発電系統連系インバータは、インバータ1、出力フィルタ2、ダンピング抵抗23、コンデンサ24、トランス25、コモンモードチョークコイル3、第1コンデンサ対41、第2コンデンサ対42、太陽電池5、系統トランス7、直流ラインコンデンサ8を備えている。図1においては、太陽電池5と大地との間に存在する浮遊容量6をコンデンサ6aおよびコンデンサ6b、コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスを31、コモンモードチョークコイルの巻線間容量を32として示している。
This solar power generation system interconnection inverter includes an
太陽電池5は直流電圧を発生し、第1コンデンサ対41、コモンモードチョークコイル3、および直流ラインコンデンサ8を経由してインバータ1に電力を供給する。なお、本発明の直流電源としては、太陽電池に限らず、燃料電池、その他の直流電圧を発生する装置を使用することができる。
The
コモンモードチョークコイル3は、第1コンデンサ対41の出力側であって、かつ、インバータ1の前段に設けられており、インバータ1に含まれるスイッチング素子のスイッチングに起因して発生するコモンモード電圧が原因で流れるコモンモード電流を抑制する。
The common
インバータ1は、FETまたはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などといった半導体素子によるブリッジ回路から構成されている。インバータ1は、線間3レベルPWM制御方式で駆動され、太陽電池5から供給される直流電圧を、例えば図10に示すような、+1から0まで、または、0から−1まで変化する振幅を有し、パルス幅が正弦波状に変化するパルス波形を有するPWM電圧波形に変換し、出力する。
The
出力フィルタ2は、入力端がインバータ1の出力端子に接続された第1リアクトル21a、第2リアクトル21bおよび第1リアクトル21aの出力端と第2リアクトル21bの出力端との間に接続された相間コンデンサ22(第3コンデンサに相当)から構成されている。出力フィルタ2は、インバータ1の出力するPWM波を、図10の破線で示すような正弦波電圧波形に変換して出力する。
The
第1コンデンサ対41は、コンデンサ41aとコンデンサ41bとが直列に接続されて構成されており、太陽電池5とコモンモードチョークコイル3の間であって、コモンモードチョークコイル3の正極側の出力端子(a点)と負極側の出力端子(b点)との間に配置されている。a点には直流ライン正電圧が、b点には直流ライン負電圧がそれぞれ現れる。これらコンデンサ41aとコンデンサ41bとの接続点に直流ライン中性点cが形成されており、この直流ライン中性点cは、中性点接続線gによって、第2コンデンサ対42の交流出力中性点fに接続されている。
The first capacitor pair 41 is configured by connecting a
第2コンデンサ対42は、コンデンサ42aとコンデンサ42bとが直列に接続されて構成されており、出力フィルタ2の出力端子(d点,e点)間に配置されている。d点とe点との間には正弦波交流(交流出力電圧)が現れる。これらコンデンサ42aとコンデンサ42bとの接続点には交流出力中性点fが形成されており、交流出力中性点fは、上述したように、中性点接続線gによって、直流ライン中性点cに接続されている。この中性点接続線gは、コモンモード電流(漏れ電流)のバイパス路となる。
The second capacitor pair 42 is configured by connecting a
系統トランス7は、系統連系インバータから出力される正弦波交流を変圧し、電力系統に接続するための電力系統端hから出力する。系統トランス7の中性点は、中性点接地線iにより大地に接続されている。
The
共振を抑制するダンピング抵抗23(23a,23b、第1抵抗に相当)とコンデンサ24(24a,24b、第4コンデンサに相当)は直列に接続され、出力フィルタ2のリアクトル21(21a,21b)に対して並列に接続されている。ダンピング抵抗23とコンデンサ24の直列接続経路は、巻数比1:1のトランス25で結合されており、トランス25はノーマルモードに対してはインダクタンスを示してインピーダンスが高くなり、コモンモードに対しては磁束が打ち消しあってインダクタンスを示さない巻き方になっている。すなわち、トランス25の1次巻線の巻方向と2次巻線の巻方向とが逆向き、すなわち、1次巻線と2次巻線とが逆相に巻回されている。
A damping resistor 23 (23a, 23b, corresponding to the first resistor) for suppressing resonance and a capacitor 24 (24a, 24b, corresponding to the fourth capacitor) are connected in series, and are connected to the reactor 21 (21a, 21b) of the
上記のように構成された系統連系インバータにおいては、系統トランス7の中性点接地線i→大地→太陽電池5の浮遊容量6といった経路で高周波コモンモード電流が流れる「漏れ電流(ノイズ)路」が形成される。また、インバータ1の出力→第2コンデンサ対42→中性点接続線g→第1コンデンサ対41→インバータ1の入力といった線路で高周波コモンモード電流が流れる「バイパス路」も形成される。高周波コモンモード電流のバイパス路は、高周波漏れ電流の主たる周波数(インバータ1のスイッチング周波数に等しい)において、漏れ電流路よりも十分に小さいインピーダンスを有し、コモンモードチョークコイル3は、漏れ電流路およびバイパス路よりも大きなインピーダンスを有する。
In the grid-connected inverter configured as described above, a “leakage current (noise) path through which a high-frequency common mode current flows through a path such as the neutral point ground line i → the ground → the stray capacitance 6 of the
したがって、高周波コモンモード電流の殆どはインピーダンスの低いバイパス路を流れることになり、その大きさはコモンモードチョークコイル3によって抑制される。その結果、系統連系インバータの外へ流れ出る高周波コモンモード電流は抑制される。
Therefore, most of the high-frequency common mode current flows through a bypass having a low impedance, and the magnitude thereof is suppressed by the common
実施例1では、図13に示すようにコモンモードチョークコイルの巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21の間でコモンモードの共振が発生し、その共振はバイパス路gを通るが、ダンピング抵抗23により共振が減衰されるため、共振は抑制される。また、ダンピング抵抗23にはコンデンサ24が直列に接続されているので、低い周波数成分の電流はコンデンサ24により遮断されてダンピング抵抗23に流れなくなる。共振周波数以下の電流成分を遮断するようにコンデンサ24の値を設定することで、ダンピング抵抗23で発生する無駄な損失を抑制することができる。遮断周波数は、リアクトル21とコンデンサ24とによる共振周波数により計算される。
In the first embodiment, as shown in FIG. 13, a common mode resonance occurs between the interwinding
また、トランス25は、ノーマルモードに対してはインピーダンスが高く、コモンモードに対してはインピーダンスが低い。このため、ダンピング抵抗23に流れる電流の殆どはコモンモード成分のみとなり、ダンピング抵抗23をコモンモードに対してのみ作用させることができる。ノーマルモード電流は殆どダンピング抵抗23に流れなくなるので、ダンピング抵抗23で発生する無駄な損失を抑制することができる。
The
このように、共振抑制用のダンピング抵抗23、コンデンサ24、トランス25の作用により、損失を最低限に抑えつつ、コモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間で発生する共振を抑制することができる。
In this way, by the action of the damping resistor 23 for suppressing resonance, the capacitor 24, and the
なお、図1ではコモンモードチョークコイル3はインバータ1の入力側に配置されているが、インバータ1の出力側に配置しても良く、コモンモードチョークコイル3はインバータ1の入力側と出力側の両方に複数配置されても良い。また、トランス25の巻線抵抗が共振を抑制する減衰成分として十分に作用する場合には、ダンピング抵抗23を除去することができる。
In FIG. 1, the common
また、図1の実施例1では、出力フィルタ2は、図2(a)に示すように構成したが、図2(b)に示すように、1次巻線と2次巻線とを磁気結合させたリアクトル26を用いても良い。リアクトル26は、コモンモードでは磁束が打ち消し合いインダクタンスを示さず、ノーマルモードでは磁束が合わさるためインダクタンスを示す。この場合、リアクトル26のコモンモードインダクタンスは存在しないが、図2(c)に示すようにリアクトル26には漏れインダクタンス27a,27bが存在するため、この漏れインダクタンス27a,27bがコモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と共振を引き起こす。実施例1のダンピング抵抗23、コンデンサ24、トランス25はこの共振にも作用し、損失を最低限に抑えつつ共振を抑制できる。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the
また、実施例1に係る系統連系インバータは、本発明を単相の系統連系インバータに適用した例であるが、本発明は、三相の系統連系インバータに適用することもできる。 The grid interconnection inverter according to the first embodiment is an example in which the present invention is applied to a single-phase grid interconnection inverter. However, the present invention can also be applied to a three-phase grid interconnection inverter.
図3は、三相の系統連系インバータとして太陽光発電系統連系インバータの構成を示すブロック図である。この系統連系インバータは、上述した実施例1に係る系統連系インバータが以下のように変更されて構成されている。 FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system interconnection inverter as a three-phase system interconnection inverter. This grid interconnection inverter is configured by changing the grid interconnection inverter according to the first embodiment described above as follows.
すなわち、出力フィルタ2の第1リアクトル21aおよび21bは、各相に挿入されたリアクトル21u、21vおよび21wに置き換えられ、相間コンデンサ22は、各相間を結ぶ3つの相間コンデンサ22a、22bおよび22cに置き換えられ、第2コンデンサ対42は、3つのコンデンサ42u、42vおよび42wに置き換えられて各相の中性点を形成するように構成されている。ダンピング抵抗23a、23bおよびコンデンサ24a、24bは各相のリアクトル21u、21vおよび21wに対して並列に接続されるダンピング抵抗23u、23v、23w、コンデンサ24u、24v、24wに置き換えられ、トランス25はコモンモードに対して磁束が打ち消しあってインピーダンスが低くなるように接続されたトランス25u、25v、25wに置き換えられている。
That is, the
トランス25uの一次側の一端はリアクトル21uに接続され、トランス25uの一次側の他端はトランス25wの二次側を介して抵抗23uに接続される。トランス25vの一次側の一端はリアクトル21vに接続され、トランス25vの一次側の他端はトランス25uの二次側を介して抵抗23vに接続される。トランス25wの一次側の一端はリアクトル21wに接続され、トランス25wの一次側の他端はトランス25vの二次側を介して抵抗23wに接続される。
One end of the primary side of the
また、実施例では、昇圧回路を回路中に示さなかったが、実際の太陽光発電系統連系インバータでは昇圧回路を備えることが多い。昇圧回路は実施例1または実施例2における直流ラインコンデンサ8の入力側に配置される。昇圧回路がコモンモードチョークコイル3と直流ラインコンデンサ8の間に配置された場合には、コモンモードチョークコイル3の漏れインダクタンスを昇圧回路のリアクトルとして利用することができる。昇圧回路は、太陽電池5の出力電圧を昇圧し、直流ラインコンデンサ8を経由してインバータ1に送る。本発明は、昇圧回路を備えた系統連系インバータにおいても損失を最低限に抑えつつ共振を抑制できる。
In the embodiment, the booster circuit is not shown in the circuit, but an actual photovoltaic power generation system interconnection inverter often includes a booster circuit. The booster circuit is arranged on the input side of the
図4は、本発明の実施例2に係る系統連系インバータの構成を示すブロック図である。この系統連系インバータは、実施例1に係る系統連系インバータのコンデンサ24とトランス25を除去し、ダンピング抵抗23のみをリアクトル21に並列に接続して構成されている。
FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the grid interconnection inverter according to the second embodiment of the present invention. This grid-connected inverter is configured by removing the capacitor 24 and the
ダンピング抵抗23の損失が問題とならない場合には、実施例2に示すダンピング抵抗23のみをリアクトル21に並列に接続することで、部品点数を少なく抑えつつ、コモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間で発生する共振を抑制することができる。
When loss of the damping resistor 23 does not become a problem, only the damping resistor 23 shown in the second embodiment is connected in parallel to the
また、実施例2に係る系統連系インバータも、実施例1に係る系統連系インバータと同様に、コモンモードチョークコイル3は、インバータ1の出力側に配置されても良く、インバータ1の入力側と出力側の両方に複数配置されても良い。また、出力フィルタ2のリアクトルとしては、図2(b)に示すリアクトル26を用いても良い。また、本発明は、三相の系統連系インバータに適用することができ、さらに、昇圧回路を備える系統連系インバータに適用することもできる。
In the grid-connected inverter according to the second embodiment, the common
図5は、本発明の実施例3に係る系統連系インバータの構成を示すブロック図である。この系統連系インバータは、実施例1に係る系統連系インバータのトランス25を除去し、ダンピング抵抗23とコンデンサ24と直列回路をリアクトル21に並列に接続して構成されている。
FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of the grid interconnection inverter according to the third embodiment of the present invention. This grid-connected inverter is configured by removing the
ノーマルモード電流によるダンピング抵抗23での損失が問題とならない場合には、実施例3に示すダンピング抵抗23とコンデンサ24のみをリアクトル21に並列に接続することで、部品点数を少なく抑えつつ、コモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間で発生する共振を抑制することができる。
When the loss in the damping resistor 23 due to the normal mode current does not matter, only the damping resistor 23 and the capacitor 24 shown in the third embodiment are connected in parallel to the
また、実施例3に係る系統連系インバータも、実施例1または実施例2に係る系統連系インバータと同様に、コモンモードチョークコイル3はインバータ1の出力側に配置されても良く、インバータ1の入力側と出力側の両方に複数配置されも良い。また、出力フィルタ2のリアクトルとしては、図2(b)に示すリアクトル26を用いても良い。また、本発明は、三相の系統連系インバータに適用することができ、さらに、昇圧回路を備える系統連系インバータに適用することもできる。
Further, in the grid-connected inverter according to the third embodiment, the common
図6は、本発明の実施例4に係る系統連系インバータの構成を示すブロック図である。この系統連系インバータは、実施例3に係る系統連系インバータのダンピング抵抗23とコンデンサ24との直列回路を、リアクトル21ではなくコモンモードチョークコイル3の各相に対して並列に接続して構成されている。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a grid interconnection inverter according to the fourth embodiment of the present invention. This grid-connected inverter is configured by connecting a series circuit of a damping resistor 23 and a capacitor 24 of the grid-connected inverter according to the third embodiment in parallel to each phase of the common
共振はコモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間で発生しているため、コモンモードチョークコイル3の各相に対して並列にダンピング抵抗23を接続しても、コモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間で発生する共振を抑制することができる。
Since resonance occurs between the interwinding
図6では、コモンモードチョークコイル3の各相にダンピング抵抗23とコンデンサ24との直列回路を並列に接続した例を示したが、図1に示す実施例1に係る系統連系インバータと同様に、ダンピング抵抗23とコンデンサ24との直列回路にトランス25を追加してコモンモード電流のみがダンピング抵抗23に流れるように構成しても良い。トランス25の巻線抵抗が共振を抑制する減衰成分として十分に作用する場合には、ダンピング抵抗23を除去することができる。
FIG. 6 shows an example in which a series circuit of a damping resistor 23 and a capacitor 24 is connected in parallel to each phase of the common
また、実施例2に係る系統連系インバータと同様に、ダンピング抵抗23のみをコモンモードチョークコイル3の各相に並列に接続してもよい。
Further, just like the grid-connected inverter according to the second embodiment, only the damping resistor 23 may be connected in parallel to each phase of the common
さらに、実施例4に係る系統連系インバータも、実施例1〜3に係る系統連系インバータと同様に、コモンモードチョークコイル3はインバータ1の出力側に配置されも良く、インバータ1の入力側と出力側の両方に複数配置されても良い。また、出力フィルタ2のリアクトルとしては、図2(b)に示すリアクトル26を用いても良い。また、本発明は、三相の系統連系インバータに適用することができ、さらに、昇圧回路を備える系統連系インバータに適用することもできる。
Further, in the grid-connected inverter according to the fourth embodiment, the common
図7は、本発明の実施例5に係る系統連系インバータの構成を示すブロック図である。この系統連系インバータは、実施例2に係る系統連系インバータのダンピング抵抗23を除去し、バイパス路gの中に直列にダンピング抵抗9(第2抵抗に相当)を接続して構成されている。 FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the grid interconnection inverter according to the fifth embodiment of the present invention. This grid-connected inverter is configured by removing the damping resistor 23 of the grid-connected inverter according to the second embodiment and connecting a damping resistor 9 (corresponding to a second resistor) in series in the bypass path g. .
共振はコモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間で発生し、その共振はバイパス路gを通る。このため、バイパス路gにダンピング抵抗9を直列に接続しても、コモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間で発生する共振を抑制することができる。
Resonance occurs between the interwinding
第1コンデンサ対41または第2コンデンサ対42または両方のコンデンサ対のそれぞれのコンデンサと直列にダンピング抵抗9を接続しても、ダンピング抵抗9をバイパス路g中に設けることと等価である。
Even if the damping
また、実施例5に係る系統連系インバータも、実施例1〜4に係る系統連系インバータと同様に、コモンモードチョークコイル3はインバータ1の出力側に配置されも良く、インバータ1の入力側と出力側の両方に複数配置されても良い。また、出力フィルタ2のリアクトルとしては、図2(b)に示すリアクトル26を用いても良い。また、本発明は、三相の系統連系インバータに適用することができ、さらに、昇圧回路を備える系統連系インバータに適用することもできる。
Further, in the grid-connected inverter according to the fifth embodiment, the common
図8は、本発明の実施例6に係る系統連系インバータの構成を示すブロック図である。この系統連系インバータは、実施例5に係る系統連系インバータのダンピング抵抗9に対して、リアクトル10(第2リアクトルに相当)を並列に接続して構成されている。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the grid interconnection inverter according to the sixth embodiment of the present invention. This grid-connected inverter is configured by connecting a reactor 10 (corresponding to a second reactor) in parallel to a damping
バイパス路g中にダンピング抵抗9を設けるとダンピング抵抗9は共振の減衰成分として作用するが、バイパス路gのインピーダンスが大きくなるため、高周波コモンモード電流をバイパスさせる作用が弱くなる。
If the damping
しかし、バイパス路gに設けられたダンピング抵抗9に対してリアクトル10を並列に接続すると、リアクトル10は低い周波数に対して低いインピーダンスを示し、高い周波数に対しては高いインピーダンスを有するため、バイパス路gのインピーダンスの大きさを周波数によって変えることができる。
However, when the
バイパス路gを通る高周波コモンモード電流の主な周波数は、インバータ1のスイッチング周波数である。このスイッチング周波数が、コモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間で発生する共振の周波数よりも低い場合には、スイッチング周波数においてはバイパス路gを通るコモンモード電流の殆どはインピーダンスの低いリアクトル10を流れる。共振周波数においてはリアクトル10のインピーダンスは高く、ダンピング抵抗9のダンピング効果を共振に対して作用させることができる。
The main frequency of the high frequency common mode current passing through the bypass g is the switching frequency of the
このように、バイパス路gに接続したダンピング抵抗9に対してリアクトル10を並列に接続することで、高周波コモンモード電流のバイパス作用を大きく損なうことなく、コモンモードチョークコイル3の巻線間容量32と出力フィルタ2のリアクトル21との間で発生する共振を抑制することができる。
In this way, by connecting the
また、実施例5のバイパス路gのダンピング抵抗9による構成、または実施例6のダンピング抵抗9とリアクトル10とによる構成は、実施例1〜4の構成と組み合わせて実施することもできる。
Moreover, the structure by the damping
また、実施例6に係る系統連系インバータも、実施例1〜5に係る系統連系インバータと同様に、コモンモードチョークコイル3はインバータ1の出力側に配置されも良く、インバータ1の入力側と出力側の両方に複数配置されても良い。また、出力フィルタ2のリアクトルとしては、図2(b)に示すリアクトル26を用いても良い。また、本発明は、三相の系統連系インバータに適用することができ、さらに、昇圧回路を備える系統連系インバータに適用することもできる。
Further, in the grid-connected inverter according to the sixth embodiment, the common
本発明は、太陽電池システムや燃料電池システムを電力系統に接続する系統連系インバータとして利用可能である。 The present invention can be used as a grid interconnection inverter that connects a solar cell system or a fuel cell system to a power system.
1‥インバータ
2‥出力フィルタ
3‥コモンモードチョークコイル
5‥太陽電池
6‥浮遊容量
7‥系統トランス
8‥直流ラインコンデンサ
9‥ダンピング抵抗
10,21‥リアクトル
22,24,41,42‥コンデンサ
23‥ダンピング抵抗
25‥トランス
31‥コモンモードインダクタンス
32‥巻線間容量
a‥直流ライン正電圧
b‥直流ライン負電圧
c‥直流ライン中性点
d,e,j‥交流出力ライン
f‥交流側中性点
g‥バイパス路
h‥電力系統端
i‥系統トランス中性接地線
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記インバータの入力側に配置され、中性点を形成するように直列に接続された第1コンデンサから成る第1コンデンサ組と、
前記インバータの出力側に配置され、中性点を形成するように直列に接続された第2コンデンサから成る第2コンデンサ組と、
前記第1コンデンサ組の中性点と前記第2コンデンサ組の中性点とを接続することにより形成されたコモンモード電流のバイパス路と、
前記第1コンデンサ組と前記第2コンデンサ組との間で且つ前記インバータの入力側又は出力側に設けられて前記インバータで発生されたコモンモード電流を抑制する1以上のコモンモードチョークコイルと、
前記インバータから出力されるパルス幅変調された電圧波形を正弦波状の単相又は三相交流に変換するための第1リアクトルと第3コンデンサとで構成された出力フィルタと、
前記コモンモードチョークコイルの巻線間容量と前記出力フィルタの第1リアクトルとの間で発生する共振を抑制する共振抑制回路と、
を備え、
前記バイパス路は、前記インバータのスイッチング周波数において、前記第2コンデンサ組を介して接続された系統トランスから大地を介して前記直流電源の浮遊容量に漏れ電流が流れる漏れ電流路よりも小さいインピーダンスを有し、前記コモンモードチョークコイルは、前記漏れ電流路および前記バイパス路よりも大きなインピーダンスを有することを特徴とする系統連系インバータ。 A single-phase or three-phase inverter that performs pulse width modulation on the output of the DC power supply;
A first capacitor set comprising a first capacitor disposed on the input side of the inverter and connected in series to form a neutral point;
A second capacitor set comprising a second capacitor disposed on the output side of the inverter and connected in series to form a neutral point;
A bypass of a common mode current formed by connecting a neutral point of the first capacitor group and a neutral point of the second capacitor group;
One or more common mode choke coils provided between the first capacitor set and the second capacitor set and on the input side or output side of the inverter to suppress a common mode current generated in the inverter;
An output filter composed of a first reactor and a third capacitor for converting the pulse width modulated voltage waveform output from the inverter into a sinusoidal single-phase or three-phase alternating current;
A resonance suppression circuit for suppressing resonance generated between the interwinding capacitance of the common mode choke coil and the first reactor of the output filter;
Bei to give a,
The bypass path has an impedance smaller than that of a leakage current path in which leakage current flows from the system transformer connected via the second capacitor set to the stray capacitance of the DC power source via the ground at the switching frequency of the inverter. The common mode choke coil has a larger impedance than the leakage current path and the bypass path .
一方の相の前記巻線と他方の相の前記巻線とは、コモンモードに対して低いインピーダンスを有し且つノーマルモードに対して高いインピーダンスを有するように磁気結合してなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の系統連系インバータ。 The resonance suppression circuit includes a winding connected in series in a path of a component connected in parallel to the first reactor of each phase of the output filter,
The winding of one phase and the winding of the other phase are magnetically coupled so as to have a low impedance with respect to the common mode and a high impedance with respect to the normal mode. The grid interconnection inverter according to any one of claims 1 to 3.
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