JP5950614B2 - Inverter device, inverter system, and photovoltaic power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、インバータ装置、インバータシステムおよび太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to an inverter device, an inverter system, and a photovoltaic power generation system.
パワーコンディショナは、インバータ回路を構成する複数のスイッチをオンオフすることで、太陽電池からの直流電力を交流電力に変換する装置である。特許文献1および特許文献2には、インバータ回路のスイッチによるスイッチング損失を低減することで、直流電力から交流電力への変換の効率を向上させるパワーコンディショナが提案されている。
特許文献1 特開2010−220320号公報
特許文献2 特開2010−220321号公報
A power conditioner is a device that converts DC power from a solar cell into AC power by turning on and off a plurality of switches that constitute an inverter circuit.
このようなパワーコンディショナにおいて、インバータ回路を構成するスイッチのスイッチング動作により発生するリプル電流が大きくなり、インバータ回路を構成するコンデンサにおける電気エネルギー損失が大きくなることがある。 In such a power conditioner, the ripple current generated by the switching operation of the switches constituting the inverter circuit increases, and the electrical energy loss in the capacitor constituting the inverter circuit may increase.
本発明の一態様に係るインバータ装置は、直列に接続された第1コンデンサおよび第2コンデンサを有し、直流電源と並列に接続されるとともに、第1コンデンサと第2コンデンサとの第1接続点の電位が中性電位を示すコンデンサ群と、直列に接続された第1スイッチおよび第2スイッチを有し、コンデンサ群と並列に接続された第1スイッチ群と、第1スイッチと第2スイッチとの第2接続点に一端が接続された第3コンデンサと、第3コンデンサに接続され、第1コンデンサおよび第2コンデンサに充電された直流電圧を、第1スイッチ群とともにチョッピングすることにより、正弦波電圧を出力する正弦波電圧生成手段とを備える。 An inverter device according to an aspect of the present invention includes a first capacitor and a second capacitor connected in series, and is connected in parallel to a DC power supply, and a first connection point between the first capacitor and the second capacitor. A capacitor group having a neutral potential, a first switch and a second switch connected in series, a first switch group connected in parallel with the capacitor group, a first switch and a second switch, A sine wave is obtained by chopping together with the first switch group a third capacitor having one end connected to the second connection point, and a DC voltage connected to the third capacitor and charged to the first capacitor and the second capacitor. Sine wave voltage generating means for outputting a voltage.
正弦波電圧生成手段は、直列に接続された第3スイッチおよび第4スイッチを有し、第3コンデンサと並列に接続された第2スイッチ群と、直列に接続された第5スイッチおよび第6スイッチを有し、第3スイッチと第4スイッチとの第3接続点に第5スイッチと第6スイッチとの第4接続点が接続された第3スイッチ群と、第3スイッチ群と並列に接続された第4コンデンサと、直列に接続された第7スイッチおよび第8スイッチを有し、第4コンデンサと並列に接続された第4スイッチ群と、第1スイッチ、第2スイッチ、第3スイッチ、第4スイッチ、第5スイッチ、第6スイッチ、第7スイッチ、および第8スイッチをオンオフ制御することで、直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換して、第7スイッチと第8スイッチとの第5接続点から交流電圧を出力させるスイッチ制御部と、交流電圧のパルス波形を平滑化する平滑回路とを備える。 The sine wave voltage generating means includes a third switch and a fourth switch connected in series, a second switch group connected in parallel with the third capacitor, and a fifth switch and a sixth switch connected in series. A third switch group in which a fourth connection point of the fifth switch and the sixth switch is connected to a third connection point of the third switch and the fourth switch, and is connected in parallel with the third switch group. A fourth capacitor, a seventh switch and an eighth switch connected in series, a fourth switch group connected in parallel with the fourth capacitor, a first switch, a second switch, a third switch, By turning on / off the 4 switch, the 5th switch, the 6th switch, the 7th switch, and the 8th switch, the DC voltage from the DC power source is converted into the AC voltage, and the 7th switch and the 8th switch 5 Comprising a switch controller for outputting an AC voltage from the attachment point, and a smoothing circuit for smoothing the pulse waveform of the AC voltage.
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオフ、第4スイッチをオン、第5スイッチをオフ、および第6スイッチをオンした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせた後、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオン、および第6スイッチをオフした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせてもよい。 In the above inverter device, the switch control unit turns on the first switch, turns off the second switch, turns off the third switch, turns on the fourth switch, turns off the fifth switch, and turns on the sixth switch. After alternately turning on and off the seventh switch and the eighth switch, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned on, and the sixth switch is turned on In an off state, the seventh switch and the eighth switch may be turned on and off alternately.
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオン、および第6スイッチをオフした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせた後、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオフ、および第6スイッチをオンした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせてもよい。 In the above inverter device, the switch control unit turns on the first switch, turns off the second switch, turns on the third switch, turns off the fourth switch, turns on the fifth switch, and turns off the sixth switch. After alternately turning on and off the seventh switch and the eighth switch, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned off, and the sixth switch is turned on In the on state, the seventh switch and the eighth switch may be alternately turned on and off.
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオフ、および第6スイッチをオンした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせた後、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオン、および第6スイッチをオフした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせてもよい。 In the above inverter device, the switch control unit turns on the first switch, turns off the second switch, turns on the third switch, turns off the fourth switch, turns off the fifth switch, and turns on the sixth switch. After alternately turning on and off the seventh switch and the eighth switch, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned on, and the sixth switch is turned on In an off state, the seventh switch and the eighth switch may be turned on and off alternately.
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオン、および第6スイッチをオフした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせた後、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオフ、第4スイッチをオン、第5スイッチをオフ、および第6スイッチをオンした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせてもよい。 In the above inverter device, the switch control unit turns on the first switch, turns off the second switch, turns on the third switch, turns off the fourth switch, turns on the fifth switch, and turns off the sixth switch. After alternately turning on and off the seventh switch and the eighth switch, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned off, the fourth switch is turned on, the fifth switch is turned off, and the sixth switch is turned on In the on state, the seventh switch and the eighth switch may be alternately turned on and off.
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオフ、第4スイッチをオン、第5スイッチをオフ、および第6スイッチをオンした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせた後、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオフ、第4スイッチをオン、第5スイッチをオン、第6スイッチをオフした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせてもよい。 In the above inverter device, the switch control unit turns on the first switch, turns off the second switch, turns off the third switch, turns on the fourth switch, turns off the fifth switch, and turns on the sixth switch. After the seventh switch and the eighth switch are turned on and off alternately, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned off, the fourth switch is turned on, the fifth switch is turned on, and the sixth switch is turned off. In this state, the seventh switch and the eighth switch may be turned on and off alternately.
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオフ、第4スイッチをオン、第5スイッチをオン、第6スイッチをオフした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせた後、第1スイッチをオフ、第2スイッチをオン、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオフ、および第6スイッチをオンした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせてもよい。 In the inverter device, the switch control unit turns on the first switch, turns off the second switch, turns off the third switch, turns on the fourth switch, turns on the fifth switch, and turns off the sixth switch. After the 7th switch and the 8th switch are turned on and off alternately, the first switch is turned off, the second switch is turned on, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned off, and the sixth switch is turned on In this state, the seventh switch and the eighth switch may be turned on and off alternately.
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第1スイッチをオフ、第2スイッチをオン、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオフ、および第6スイッチをオンした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせた後、第1スイッチをオフ、第2スイッチをオン、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオン、および第6スイッチをオフした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせてもよい。 In the above inverter device, the switch control unit turns off the first switch, turns on the second switch, turns on the third switch, turns off the fourth switch, turns off the fifth switch, and turns on the sixth switch. After alternately turning on and off the seventh switch and the eighth switch, the first switch is turned off, the second switch is turned on, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned on, and the sixth switch is turned on In an off state, the seventh switch and the eighth switch may be turned on and off alternately.
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第1スイッチをオフ、第2スイッチをオン、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオン、および第6スイッチをオフした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせた後、第1スイッチをオフ、第2スイッチをオン、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオフ、および第6スイッチをオンした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせてもよい。 In the above inverter device, the switch control unit turns off the first switch, turns on the second switch, turns on the third switch, turns off the fourth switch, turns on the fifth switch, and turns off the sixth switch. After the seventh switch and the eighth switch are alternately turned on and off, the first switch is turned off, the second switch is turned on, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned off, and the sixth switch is turned on In the on state, the seventh switch and the eighth switch may be alternately turned on and off.
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第1スイッチをオフ、第2スイッチをオン、第3スイッチをオン、第4スイッチをオフ、第5スイッチをオフ、および第6スイッチをオンした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせた後、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフ、第3スイッチをオフ、第4スイッチをオン、第5スイッチをオン、および第6スイッチをオフした状態で、第7スイッチおよび第8スイッチを交互にオンオフさせてもよい。 In the above inverter device, the switch control unit turns off the first switch, turns on the second switch, turns on the third switch, turns off the fourth switch, turns off the fifth switch, and turns on the sixth switch. After the seventh switch and the eighth switch are alternately turned on and off, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned off, the fourth switch is turned on, the fifth switch is turned on, and the sixth switch is turned on In an off state, the seventh switch and the eighth switch may be turned on and off alternately.
上記インバータ装置は、直流電源の電圧を測定する電圧測定部と、系統電源の交流電圧を測定する第2電圧測定部とをさらに備え、スイッチ制御部は、直流電源の前記電圧および系統電源の交流電圧に基づいて、第2スイッチおよび第3スイッチがオンする期間を決定してもよい。 The inverter device further includes a voltage measuring unit that measures the voltage of the DC power source and a second voltage measuring unit that measures the AC voltage of the system power source, and the switch control unit includes the voltage of the DC power source and the AC power of the system power source. A period during which the second switch and the third switch are turned on may be determined based on the voltage.
上記インバータ装置において、第3コンデンサの電圧を測定する第3電圧測定部をさらに備え、スイッチ制御部は、第3スイッチをオフからオン、第4スイッチをオンからオフさせてから、第3スイッチをオンからオフ、第4スイッチをオフからオンさせるまでの期間を第3コンデンサの電圧に基づいて決定してもよい。 The inverter device further includes a third voltage measuring unit that measures a voltage of the third capacitor, and the switch control unit turns the third switch from off to on and the fourth switch from on to off, and then turns the third switch on. The period from turning on to off and turning on the fourth switch from off to on may be determined based on the voltage of the third capacitor.
上記インバータ装置において、第4コンデンサの電圧を測定する第4電圧測定部をさらに備え、スイッチ制御部は、第1スイッチおよび第4スイッチをオンからオフ、第2スイッチおよび第3スイッチをオフからオンさせてから、第1スイッチおよび第4スイッチをオフからオン、第2スイッチおよび第3スイッチをオンからオフさせるまでの期間を第4コンデンサの電圧に基づいて決定してもよい。 The inverter device further includes a fourth voltage measurement unit that measures the voltage of the fourth capacitor, and the switch control unit turns the first switch and the fourth switch from on to off, and the second switch and the third switch from off to on. Then, a period from when the first switch and the fourth switch are turned on to off and when the second switch and the third switch are turned on from off may be determined based on the voltage of the fourth capacitor.
上記インバータ装置において、前記第1接続点は、基準電位でもよい。 In the inverter device, the first connection point may be a reference potential.
本発明の一態様に係るインバータシステムは、上記インバータ装置である第1インバータ装置と、第1コンデンサの正側と第2コンデンサの負側に対して並列に接続され、第1コンデンサおよび第2コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する第2インバータ装置および第3インバータ装置とを備え、第1インバータ装置、第2インバータ装置および第3インバータ装置のそれぞれの出力をスター結線により接続して、三相交流を出力する。 The inverter system which concerns on 1 aspect of this invention is connected in parallel with respect to the 1st inverter apparatus which is the said inverter apparatus, and the positive side of a 1st capacitor | condenser, and the negative side of a 2nd capacitor | condenser, a 1st capacitor | condenser and a 2nd capacitor | condenser The second inverter device and the third inverter device that output a sine wave voltage by chopping the DC voltage charged to the first inverter device, and the respective outputs of the first inverter device, the second inverter device, and the third inverter device are starred. Connect by wire connection and output three-phase AC.
本発明の一態様に係るインバータシステムは、上記インバータ装置である第1インバータ装置と、第1コンデンサの正側と第2コンデンサの負側に対して並列に接続され、第1コンデンサおよび第2コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する第2インバータ装置とを備え、第1インバータ装置および第2インバータ装置のそれぞれの出力をV結線により接続し、V結線の接続点と第1インバータ装置の第1接続点とを接続し、かつV結線の接続点を基準電位とすることで、三相交流を出力する。 The inverter system which concerns on 1 aspect of this invention is connected in parallel with respect to the 1st inverter apparatus which is the said inverter apparatus, and the positive side of a 1st capacitor | condenser, and the negative side of a 2nd capacitor | condenser, a 1st capacitor | condenser and a 2nd capacitor | condenser And a second inverter device that outputs a sine wave voltage by chopping the DC voltage charged to each other, the outputs of the first inverter device and the second inverter device are connected by V connection, and the connection point of V connection Are connected to the first connection point of the first inverter device, and the connection point of the V connection is set as a reference potential, thereby outputting a three-phase alternating current.
本発明の一態様に係る太陽光発電システムは、太陽電池と、太陽電池からの直流電圧を交流電圧に変換する上記のインバータ装置とを備える。 The photovoltaic power generation system which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with a solar cell and said inverter apparatus which converts the DC voltage from a solar cell into an alternating voltage.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、本実施形態に係るパワーコンディショナ100の回路構成を示す図である。パワーコンディショナ100は、例えば、太陽光発電システムに用いられる。パワーコンディショナ100は、インバータ装置の一例である。パワーコンディショナ100は、直流電源110と系統電源120とに接続される。直流電源110は、例えば、太陽電池である。パワーコンディショナ100は、直流電源110からの直流電圧を交流電圧に変換し、系統電源120と連系運転する。なお、本実施形態では、パワーコンディショナ100を単相2線式の電源に適用して説明する。しかし、パワーコンディショナ100は、単相3線式、三相3線式、あるいは三相4線式の電源にも適用できる。
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a
パワーコンディショナ100は、コンデンサ群10、第1スイッチ群20、第3コンデンサ30、第2スイッチ群40、第3スイッチ群50、第4コンデンサ60、第4スイッチ群70、および平滑回路80を備える。コンデンサ群10は、直列に接続された第1コンデンサ12および第2コンデンサ14を有する。コンデンサ群10は、直流電源110と並列に接続され、直流電源110からの直流電圧を平滑化する。第1コンデンサ12の一端は、直流電源110の正極に接続され、第1コンデンサ12の他端は、第2コンデンサ14の一端に接続されている。第2コンデンサ14の他端は、直流電源110の負極に接続されている。さらに、第1コンデンサ12と第2コンデンサ14との第1接続点16の電位は、中性電位を示す。第1コンデンサ12と第2コンデンサ14との第1接続点16は、基準電位であるグランドに接続されている。なお、コンデンサ群10は、3つ以上のコンデンサを直列に接続することで構成してもよい。この場合、コンデンサ群10は、パワーコンディショナ100に入力される電圧の中間電位を示す接続点を有し、その接続点にグランドが接続されることが好ましい。なお、第2スイッチ群40、第3スイッチ群50、第4コンデンサ60、第4スイッチ群70、および平滑回路80を含む回路が第1コンデンサ12および第2コンデンサ14に充電された直流電圧を、第1スイッチ群20とともにチョッピングすることにより、正弦波電圧を出力する正弦波電圧生成手段の一例である。また、第1スイッチ群20、第3コンデンサ30、第2スイッチ群40、第3スイッチ群50、第4コンデンサ60、第4スイッチ群70、および平滑回路80を含むインバータ回路300は、第1コンデンサおよび第2コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力するインバータ装置の一例である。
The
本実施形態にかかるパワーコンディショナ100は、第1接続点16がグランドに接続されている点で、直流電源110の負極に接続されているコンデンサの一端がグランドに接続されている特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナと異なる。また、第1スイッチ群20および第2スイッチ群40のスイッチ条件が、特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナと異なる。これにより、本実施形態によれば、第3コンデンサ30に入力されるリプル電流を、特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナに比べて少なくできる。よって、例えば特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナに比べて、第3コンデンサ30の容量を小さくできる。これにより、パワーコンディショナ100の小型化または低コスト化を図ることができる。さらに、第3コンデンサ30における電気エネルギー損失を抑制できるので、第3コンデンサ30における発熱を抑えることができる。なお、本実施形態は、パワーコンディショナ100が単相2線式の電源に接続される例なので、第1接続点16が基準電位であるグランドに接続されている。しかし、パワーコンディショナ100が三相3線式、あるいは三相4線式の電源に接続される場合には、第1接続点16が基準電位であるグランドに接続されなくてもよい。
In the
第1スイッチ群20は、直列に接続された第1スイッチ22および第2スイッチ24を有する。第1スイッチ群20は、コンデンサ群10と並列に接続されている。第1スイッチ22および第2スイッチ24は、例えば、MOS型電界効果トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などのスイッチ素子を含む。また、第1スイッチ22および第2スイッチ24は、スイッチ素子に対して逆並列に接続されているダイオードを含む。第1スイッチ22の一端は、第1コンデンサ12の一端に接続され、第1スイッチ22の他端は、第2スイッチ24の一端に接続されている。第2スイッチ24の他端は、第2コンデンサ14の他端に接続されている。
The
第3コンデンサ30は、第1スイッチ22と第2スイッチ24との第2接続点26に一端が接続されている。第2スイッチ群40は、直列に接続された第3スイッチ42および第4スイッチ44を有する。第2スイッチ群40は、第3コンデンサ30と並列に接続されている。第3スイッチ42および第4スイッチ44は、例えば、MOS型電界効果トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などのスイッチ素子を含む。また、第3スイッチ42および第4スイッチ44は、スイッチ素子に対して逆並列に接続されているダイオードを含む。
One end of the third capacitor 30 is connected to a second connection point 26 between the first switch 22 and the
第3スイッチ群50は、第5スイッチ52および第6スイッチ54を有する。第5スイッチ52と第6スイッチ54との第4接続点56は、第3スイッチ42と第4スイッチ44との第3接続点46に接続されている。第5スイッチ52および第6スイッチ54は、例えば、MOS型電界効果トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などのスイッチ素子を含む。また、第5スイッチ52および第6スイッチ54は、スイッチ素子に対して逆並列に接続されているダイオードを含む。
The
第4コンデンサ60は、第3スイッチ群50と並列に接続されている。また、第4スイッチ群70は、第4コンデンサ60と並列に接続されている。第4スイッチ群70は、直列に接続された第7スイッチ72および第8スイッチ74を有する。第7スイッチ72および第8スイッチ74は、例えば、MOS型電界効果トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などのスイッチ素子を含む。また、第7スイッチ72および第8スイッチ74は、スイッチ素子に対して逆並列に接続されているダイオードを含む。
The fourth capacitor 60 is connected in parallel with the
スイッチ制御部90は、第1スイッチ22、第2スイッチ24、第3スイッチ42、第4スイッチ44、第5スイッチ52、第6スイッチ54、第7スイッチ72、および第8スイッチ74をオンオフ制御することで、直流電源110からの直流電圧を交流電圧に変換して、第7スイッチ72と第8スイッチ74との第5接続点76から交流電圧を出力させる。平滑回路80は、コイル82および第5コンデンサ84を備える。コイル82の一端は第5接続点76に接続され、コイル82の他端は、第5コンデンサ84の一端に接続されている。第5コンデンサ84の一端は、系統電源120の正極に接続されている。第5コンデンサ84の他端は、グランドに接続されている。
The switch control unit 90 controls on / off of the first switch 22, the
第1電圧センサ32は、パワーコンディショナ100に入力される入力電圧、つまり直流電源110の電圧Vd1を測定している。第2電圧センサ34は、パワーコンディショナ100から出力される交流電圧を測定している。第3電圧センサ36は、第3コンデンサ30の電圧Vd2を測定している。第4電圧センサ38は、第4コンデンサ60の電圧Vd3を測定している。スイッチ制御部90は、第1電圧センサ32および第2電圧センサ34から取得する電圧情報に基づいて、第1スイッチ22、第2スイッチ24、第3スイッチ42、第4スイッチ44、第5スイッチ52、第6スイッチ54、第7スイッチ72、および第8スイッチ74のオンオフを制御することで、直流電源110からの直流電圧を、系統電源120が出力する基準交流電圧の位相に同期した交流電圧に変換させる。
The
図2は、各スイッチのオンオフの状態を示すタイムチャートおよびパワーコンディショナを構成する回路上の複数の点における各電圧V1,V2,V3a,V3b,V4の変化の様子を示すである。図2において、符号200および符号202で示す曲線は、パワーコンディショナ100が出力すべき基準交流電圧の電圧波形を示す。図3は、各期間における各スイッチのオンオフの条件および各期間における第5接続点76の電圧V4を示す図である。
FIG. 2 is a time chart showing the on / off state of each switch and how the voltages V1, V2, V3a, V3b, and V4 change at a plurality of points on the circuit constituting the power conditioner. In FIG. 2, the curves indicated by
スイッチ制御部90は、図2に示すような期間T1〜期間T10のそれぞれにおいて、図3に示すようなオンオフ条件により、第1スイッチ22、第2スイッチ24、第3スイッチ42、第4スイッチ44、第5スイッチ52、第6スイッチ54、第7スイッチ72、および第8スイッチ74をオンオフ制御することで、直流電源110からの直流電圧を交流電圧に変換させる。
In each of the period T1 to the period T10 as illustrated in FIG. 2, the switch control unit 90 performs the first switch 22, the
スイッチ制御部90は、期間T1において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。ここで、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72がオン、第8スイッチ74がオフの場合、第5接続点76の電位は、第4コンデンサ60の電圧Vd3となる。一方、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72がオフ、第8スイッチ74がオンの場合、第5接続点76の電位は、グランドの電圧GNDとなる。よって、期間T1において、第4コンデンサ60の電圧Vd3と、グランドの電圧GNDとを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
In the period T1, the switch controller 90 turns on the first switch 22, turns off the
続いて、スイッチ制御部90は、期間T1において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせた後、期間T2において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72がオン、第8スイッチ74がオフの場合、第5接続点76の電位は、直流電源110の正極に接続された第1コンデンサ12の一端側の電位、つまり直流電源110の電圧Vd1の半分の電圧Vd1/2となる。一方、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72がオフ、第8スイッチ74がオンの場合、第5接続点76の電位は、電圧Vd1/2から第4コンデンサ60の電圧Vb3を減算した電圧Vb1/2−Vb3となる。よって、期間T2において、電圧Vd1/2と電圧Vb1/2−Vb3とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
Subsequently, in the period T1, the switch control unit 90 turns on the first switch 22, turns off the
また、スイッチ制御部は、期間T2において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせた後、期間T3において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72がオン、第8スイッチ74がオフの場合、第5接続点76の電位は、電圧Vd1/2に第4コンデンサ60の電圧Vb3を加算した電圧Vb1/2+Vd3となる。一方、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72がオフ、第8スイッチ74がオンの場合、第5接続点76の電位は、電圧Vd1/2となる。よって、期間T3において、電圧Vb1/2+Vd3と電圧Vd1/2とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
In the period T2, the switch control unit turns on the first switch 22, turns off the
さらに、スイッチ制御部90は、期間T3において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせた後、期間T4において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72をオン、第8スイッチ74をオフした場合、第5接続点76の電位は、電圧Vd1/2となる。一方、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72をオフ、第8スイッチ74をオンした場合、第5接続点76の電位は、電圧Vd1/2から第4コンデンサ60の電圧Vb3を減算した電圧Vb1/2−Vb3となる。よって、期間T4において、電圧Vd1/2と電圧Vb1/2−Vb3とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
Further, the switch control unit 90 turns on the first switch 22, turns off the
また、スイッチ制御部90は、期間T4において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせた後、期間T5において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72をオン、第8スイッチ74をオフした場合、第5接続点76の電位は、電圧Vb3となる。一方、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72をオフ、第8スイッチ74をオンした場合、第5接続点76の電位は、グランドの電圧GNDとなる。よって、期間T5において、電圧Vb3と電圧GNDとを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
In the period T4, the switch control unit 90 turns on the first switch 22, turns off the
スイッチ制御部90は、期間T5において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせた後、期間T6において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオン、第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオン、第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72をオン、第8スイッチ74をオフした場合、第5接続点76の電位は、グランドの電圧GNDとなる。一方、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオン、第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72をオフ、第8スイッチ74をオンした場合、第5接続点76の電位は、第4コンデンサ60の他端の電位を示す電圧−Vd3となる。よって、期間T6において、電圧GNDと電圧−Vd3とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
In the period T5, the switch control unit 90 turns on the first switch 22, turns off the
スイッチ制御部90は、期間T6において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオン、第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせた後、期間T7において、第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72をオン、第8スイッチ74をオフした場合、第5接続点76の電位は、第2コンデンサ14の他端側の電位を示す電圧−Vd1/2に第4コンデンサ60の電圧Vd3を加算した電圧−Vd1/2+Vd3となる。一方、第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72をオフ、第8スイッチ74をオンした場合、第5接続点76の電位は、第2コンデンサ14の他端側の電位を示す電圧−Vd1/2となる。よって、期間T7において、電圧−Vd1/2+Vd3と電圧−Vd1/2とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
In the period T6, the switch control unit 90 turns on the first switch 22, turns off the
スイッチ制御部90は、期間T7において、第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせた後、期間T8において、第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72をオン、第8スイッチ74をオフした場合、第5接続点76の電位は、電圧−Vd1/2となる。一方、第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72をオフ、第8スイッチ74をオンした場合、第5接続点76の電位は、電圧−Vd1/2から第4コンデンサ60の他端の電位を示す電圧−Vd3を減算した電圧−Vd1/2−Vd3となる。よって、期間T8において、電圧−Vd1/2と電圧−Vd1/2−Vd3とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
In the period T7, the switch control unit 90 turns off the first switch 22, turns on the
スイッチ制御部90は、期間T8において、第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせた後、期間T9において、第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72をオン、第8スイッチ74をオフした場合、第5接続点76の電位は、電圧−Vd1/2に電圧Vd3を加算した電圧−Vd1/2+Vd3となる。一方、第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72をオフ、第8スイッチ74をオンした場合、第5接続点76の電位は、電圧−Vd1/2となる。よって、期間T9において、電圧−Vd1/2+Vd3と電圧−Vd1/2とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
In the period T8, the switch controller 90 turns off the first switch 22, turns on the
スイッチ制御部90は、期間T9において、第1スイッチ22をオフ、第2スイッチ24をオン、第3スイッチ42をオン、第4スイッチ44をオフ、第5スイッチ52をオフ、および第6スイッチ54をオンした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせた後、期間T10において、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72および第8スイッチ74を交互にオンオフさせる。第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72をオン、第8スイッチ74をオフした場合、第5接続点76の電位は、グランドの電圧GNDとなる。一方、第1スイッチ22をオン、第2スイッチ24をオフ、第3スイッチ42をオフ、第4スイッチ44をオン、第5スイッチ52をオン、および第6スイッチ54をオフした状態で、第7スイッチ72をオフ、第8スイッチ74をオンした場合、第5接続点76の電位は、電圧−Vd3となる。よって、期間T10において、電圧GNDと電圧−Vd3とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第5接続点76から出力される。
In the period T9, the switch control unit 90 turns off the first switch 22, turns on the
以上の通り、スイッチ制御部90が、それぞれの期間において、それぞれのスイッチのオンオフの条件で各スイッチをオンオフさせることにより、図2の符号204で示すような、段階的に電位が変化する電圧V4を第5接続点76から出力させる。そして、平滑回路80は、段階的に電位が変化する電圧V4を平滑化する。
As described above, the switch control unit 90 turns on / off each switch under the on / off condition of each switch in each period, thereby causing a voltage V4 whose potential changes stepwise as indicated by
特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナは、期間T2、期間T3、期間T4、期間T7、期間T8、および期間T9の計6期間において、第3コンデンサ30にリプル電流を入力する。一方、本実施形態に係るパワーコンディショナ100は、期間T1、期間T5、期間T6、および期間T10の計4期間において、第3コンデンサ30にリプル電流を入力する。つまり、本実施形態によれば、第3コンデンサ30に入力されるリプル電流を、特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナに比べて少なくできる。よって、第3コンデンサ30に入力されるリプル電流を低減できるので、第3コンデンサ30の容量を小さくでき、かつパワーコンディショナ100全体として電気エネルギー損失を低減できる。また、本実施形態によれば、第3コンデンサ30を小型化できるので、パワーコンディショナ100を小型化できる。
The power conditioners described in
ここで、スイッチ制御部90は、それぞれの期間の切り替えのタイミングを、第1電圧センサ32で測定された直流電源110の電圧Vd1、第3電圧センサ36で測定された第3コンデンサ30の電圧Vd2、および第4電圧センサ38で測定された第4コンデンサ60の電圧Vd3に基づいて決定する。スイッチ制御部90は、第3スイッチ42をオフからオン、第4スイッチ44をオンからオフさせてから、第3スイッチ42をオンからオフ、第4スイッチ44をオフからオンさせるまでの期間σ1を直流電源110の電圧Vd1に基づいて決定する。期間σ1は、期間T2、期間T3、および期間T4の合計の期間、また、期間T7、期間T8、および期間T9の合計の期間を示す。同様に、スイッチ制御部90は、第1スイッチ22をオンからオフ、第2スイッチ24をオフからオンさせてから、第1スイッチ22をオフからオン、第2スイッチ24をオンからオフさせるまでの期間σ2を直流電源110の電圧Vd1に基づいて決定する。ここで、期間σ2は、期間T7、期間T8、および期間T9の合計期間を示し、期間σ1と同一の長さを有する。そして、期間σ1および期間σ2は、式(1)で算出される。
式(1)において、Vsは、パワーコンディショナ100が出力すべき基準交流電圧、つまり系統電源120の交流電圧の実効値を示す。
In Expression (1), Vs represents a reference AC voltage to be output by the
本実施形態において、第1スイッチ22の第1オフ期間(期間T7、期間T8、および期間T9の合計期間)は、基準交流電圧の一周期のうち、基準交流電圧の負側のピーク電圧の点を中心に、期間σ2の半分の期間を時間的に前後方向に割当てた期間に相当する。また、第3スイッチの第2オン期間(期間T2、期間T3、および期間T4の合計期間)は、基準交流電圧の一周期のうち、基準交流電圧の正側のピーク電圧の点を中心に、期間σ1の半分の期間を時間的に前後方向に割当てた期間に相当する。さらに、第3スイッチの第3オン期間(期間T7、期間T8、および期間T9の合計期間)は、基準交流電圧の一周期のうち、基準交流電圧の負側のピーク電圧の点を中心に、期間σ1の半分の期間を時間的に前後方向に割当てた期間に相当する。 In the present embodiment, the first off period of the first switch 22 (the total period of the period T7, the period T8, and the period T9) is a point of the negative peak voltage of the reference AC voltage in one cycle of the reference AC voltage. The period corresponding to half of the period σ2 is assigned to the time in the front-rear direction. Further, the second ON period of the third switch (the total period of the period T2, the period T3, and the period T4) is centered on the point of the peak voltage on the positive side of the reference AC voltage in one cycle of the reference AC voltage. This corresponds to a period in which half the period σ1 is allocated in the front-rear direction. Further, the third ON period of the third switch (the total period of the period T7, the period T8, and the period T9) is centered around the point of the negative peak voltage of the reference AC voltage in one cycle of the reference AC voltage. This corresponds to a period in which half the period σ1 is allocated in the front-rear direction.
スイッチ制御部90は、直流電源110の電圧Vd1と系統電源120の交流電圧実効値に基づいて期間σ1および期間σ2を算出する。そして、スイッチ制御部90は、第2電圧センサ34を介して測定された系統電源120の交流電圧に基づいてパワーコンディショナ100が出力すべき基準交流電圧の電圧波形を示す電圧指令値を作成する。さらに、スイッチ制御部90は、作成された電圧指令値を参照して、基準交流電圧の一周期のうち基準交流電圧の正側のピーク電圧に対応する時点に期間σ1の中間点が合致し、基準交流電圧の負側のピーク電圧に対応する時点に期間σ1および期間σ2の中間点が合致するように期間σ1および期間σ2を割当てる。これにより、スイッチ制御部90は、それぞれの期間の切り替えのタイミングを決定できる。例えば、スイッチ制御部90は、基準交流電圧の一周期中に期間σ1および期間σ2を割当てることで、期間T1から期間T2への切り替えタイミングを電圧Vd1および系統電源120の交流電圧実効値に基づいて決定できる。言い換えれば、スイッチ制御部90は、直流電源110の電圧Vd1および系統電源120の交流電圧実効値に基づいて、第3スイッチ42がオン、第4スイッチがオフした状態である期間T2、期間T3および期間T4の合計期間である期間σ1と、第1スイッチ22がオフ、第2スイッチ24がオンしている期間T7、期間T8、および期間T9の合計期間である期間σ2とを式(1)を用いて決定できる。なお、スイッチ制御部90は、スイッチ制御部90は、第3スイッチ42をオフからオン、第4スイッチ44をオンからオフさせてから、第3スイッチ42をオンからオフ、第4スイッチ44をオフからオンさせるまでの期間σ1および期間σ2を第3コンデンサ30の電圧Vd2に基づいて決定してもよい。スイッチ制御部90は、第1スイッチ42および第4スイッチ44をオンからオフ、第2スイッチ24および第3スイッチ42をオフからオンさせてから、第1スイッチ22および第4スイッチ44をオフからオン、第2スイッチ24および第3スイッチ42をオンからオフさせるまでの期間σ2を第4コンデンサの電圧Vd3に基づいて決定してもよい。なお、スイッチ制御部90は、基準交流電圧に基づいて、第3コンデンサ30および第4コンデンサ60に印加すべき目標電圧を決定する。よって、スイッチ制御部90は、第3コンデンサ30の電圧Vd2および第4コンデンサ60の電圧Vd3がそれぞれの目標電圧になるように、の期間σ1および期間σ2をフィードバック制御してもよい。
The switch control unit 90 calculates the period σ1 and the period σ2 based on the voltage Vd1 of the
図4は、直流電源110の電圧Vd1と第3コンデンサ30に入力される電流実効値との関係を示す図である。曲線210は、本実施形態に係るパワーコンディショナ100における電圧Vd1と実効電流値との関係を示す。一方、曲線212は、直流電源110の負極に接続されているコンデンサの一端がグランドに接続されている特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナにおける電圧Vd1と実効電流値との関係を示す。本実施形態によれば、直流電源110の電圧Vd1(パワーコンディショナ100への入力電圧)が、例えば800Vの場合、第3コンデンサ30に入力される電流実効値は、特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナの場合の電流実効値の1/2の値になる。また、640Vの場合には、第3コンデンサ30に入力される電流実効値は、特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナの場合の電流実効値の1/3の値になる。コンデンサの等価直列抵抗(ESR)損失は、電流の二乗に比例して大きくなる。したがって、直流電源110の電圧Vd1が、例えば640Vの場合には、第3コンデンサ30で生じるESR損失を、特許文献1および特許文献2に記載のパワーコンディショナの場合に比べて、1/9に低減できる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the voltage Vd1 of the
図5は、パワーコンディショナ100を、三相4線式の電源に適用した場合のインバータシステム500の一例を示す。インバータシステム500は、三相電源120R、120Sおよび120Tにスター結線により接続された第1インバータ装置101、第2インバータ装置102、第3インバータ装置103を備える。第1インバータ101は、直列に接続された第1コンデンサ12および第2コンデンサ14からなるコンデンサ群10と、コンデンサ群10の両端に接続されたインバータ回路300とを有する。インバータ回路300は、図1に示す第1スイッチ群20、第3コンデンサ30、第2スイッチ群40、第3スイッチ群50、第4コンデンサ60、第4スイッチ群70、および平滑回路80を含む回路と同一でよい。つまり、第1インバータ101は、パワーコンディショナ100と同一でよい。第2インバータ装置102および第3インバータ装置103は、インバータ回路300と同一の回路を有する。第2インバータ装置102および第3インバータ装置103は、第1コンデンサ12の正側と第2コンデンサ14の負側に対して並列に接続され、第1コンデンサ12および第2コンデンサ14に充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する。インバータシステム500は、第1インバータ装置101、第2インバータ装置102および第3インバータ装置103のそれぞれの出力をスター結線により接続して、三相交流を出力する。このような構成によれば、スター結線の接続点122と第1インバータ装置の第1接続点16とを接続しなくても、各スイッチを図3に示すようなオンオフ条件で制御して第1コンデンサ12および第2コンデンサ14に充電された直流電圧をチョッピングすることにより、スター結線の接続点122の電位と第1インバータ装置の第1接続点16の電位とは同電位(グランド電位)となる。したがって、第1接続点16をグランドに接続しなくてよい。
FIG. 5 shows an example of an
図6は、パワーコンディショナ100を、三相3線式の電源にも適用した場合のインバータシステム600の一例を示す。インバータシステム600は、三相電源120Rおよび120SにV結線により接続された第1インバータ装置101および第2インバータ装置102を備える。第1インバータ装置101および第2インバータ装置102は、第1コンデンサ12および第2コンデンサ14に充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する。インバータシステム600は、第1インバータ装置101および第2インバータ装置102のそれぞれの出力をV結線により接続し、V結線の接続点124と第1インバータ装置101の第1接続点16とを接続し、かつV結線の接続点124を基準電位にすることで、三相交流を出力する。
FIG. 6 shows an example of an
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
10 コンデンサ群
12 第1コンデンサ
14 第2コンデンサ
16 第1接続点
20 第1スイッチ群
22 第1スイッチ
24 第2スイッチ
26 第2接続点
30 第3コンデンサ
32 第1電圧センサ
34 第2電圧センサ
36 第3電圧センサ
38 第4電圧センサ
40 第2スイッチ群
42 第3スイッチ
44 第4スイッチ
46 第3接続点
50 第3スイッチ群
52 第5スイッチ
54 第6スイッチ
56 第4接続点
60 第4コンデンサ
70 第4スイッチ群
72 第7スイッチ
74 第8スイッチ
76 第5接続点
80 平滑回路
90 スイッチ制御部
100 パワーコンディショナ
110 直流電源
120 系統電源
10
Claims (16)
直列に接続された第1スイッチおよび第2スイッチを有し、前記コンデンサ群と並列に接続された第1スイッチ群と、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとの第2接続点に一端が接続された第3コンデンサと、
前記第3コンデンサに接続され、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサに充電された直流電圧を、前記第1スイッチ群とともにチョッピングすることにより、正弦波電圧を出力する正弦波電圧生成手段と
を備え、
正弦波電圧生成手段は、
直列に接続された第3スイッチおよび第4スイッチを有し、前記第3コンデンサと並列に接続された第2スイッチ群と、
直列に接続された第5スイッチおよび第6スイッチを有し、前記第3スイッチと前記第4スイッチとの第3接続点に前記第5スイッチと前記第6スイッチとの第4接続点が接続された第3スイッチ群と、
前記第3スイッチ群と並列に接続された第4コンデンサと、
直列に接続された第7スイッチおよび第8スイッチを有し、前記第4コンデンサと並列に接続された第4スイッチ群と、
前記第1スイッチ、前記第2スイッチ、前記第3スイッチ、前記第4スイッチ、前記第5スイッチ、前記第6スイッチ、前記第7スイッチ、および前記第8スイッチをオンオフ制御することで、前記直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換して、前記第7スイッチと前記第8スイッチとの第5接続点から前記交流電圧を出力させるスイッチ制御部と、
前記交流電圧のパルス波形を平滑化する平滑回路と
を有し、
前記スイッチ制御部は、
前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオフ、前記第4スイッチをオン、前記第5スイッチをオフ、および前記第6スイッチをオンした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオン、および前記第6スイッチをオフした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせる、インバータ装置。 A capacitor having a first capacitor and a second capacitor connected in series, connected in parallel with a DC power supply, and having a neutral potential at the first connection point between the first capacitor and the second capacitor Group,
A first switch group having a first switch and a second switch connected in series, and connected in parallel with the capacitor group;
A third capacitor having one end connected to a second connection point between the first switch and the second switch;
Sine wave voltage generating means connected to the third capacitor and outputting a sine wave voltage by chopping the DC voltage charged in the first capacitor and the second capacitor together with the first switch group. ,
The sine wave voltage generating means is
A second switch group having a third switch and a fourth switch connected in series, and connected in parallel with the third capacitor;
A fifth switch and a sixth switch are connected in series, and a fourth connection point of the fifth switch and the sixth switch is connected to a third connection point of the third switch and the fourth switch. A third switch group;
A fourth capacitor connected in parallel with the third switch group;
A fourth switch group having a seventh switch and an eighth switch connected in series, and connected in parallel with the fourth capacitor;
The DC power supply is controlled by turning on and off the first switch, the second switch, the third switch, the fourth switch, the fifth switch, the sixth switch, the seventh switch, and the eighth switch. A switch control unit that converts the DC voltage from the AC voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage from a fifth connection point of the seventh switch and the eighth switch;
A smoothing circuit for smoothing a pulse waveform of the AC voltage;
Have
The switch control unit
The seventh switch with the first switch on, the second switch off, the third switch off, the fourth switch on, the fifth switch off, and the sixth switch on And the eighth switch are alternately turned on and off, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned on, and An inverter device that turns on and off the seventh switch and the eighth switch alternately with the sixth switch turned off .
前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオン、および前記第6スイッチをオフした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオフ、および前記第6スイッチをオンした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせる請求項1に記載のインバータ装置。 The switch control unit
The seventh switch with the first switch on, the second switch off, the third switch on, the fourth switch off, the fifth switch on, and the sixth switch off And the eighth switch are alternately turned on and off, then the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned off, and while turning on the sixth switch, the inverter apparatus according to claim 1 for off the seventh switch and the eighth switch alternately.
前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオフ、および前記第6スイッチをオンした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオン、および前記第6スイッチをオフした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせる請求項2に記載のインバータ装置。 The switch control unit
The seventh switch with the first switch on, the second switch off, the third switch on, the fourth switch off, the fifth switch off, and the sixth switch on And the eighth switch are alternately turned on and off, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned on, and The inverter device according to claim 2 , wherein the seventh switch and the eighth switch are alternately turned on and off while the sixth switch is turned off.
前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオン、および前記第6スイッチをオフした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオフ、前記第4スイッチをオン、前記第5スイッチをオフ、および前記第6スイッチをオンした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせる請求項3に記載のインバータ装置。 The switch control unit
The seventh switch with the first switch on, the second switch off, the third switch on, the fourth switch off, the fifth switch on, and the sixth switch off And the eighth switch are alternately turned on and off, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned off, the fourth switch is turned on, the fifth switch is turned off, and The inverter device according to claim 3 , wherein the seventh switch and the eighth switch are alternately turned on and off while the sixth switch is turned on.
前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオフ、前記第4スイッチをオン、前記第5スイッチをオフ、および前記第6スイッチをオンした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオフ、前記第4スイッチをオン、前記第5スイッチをオン、前記第6スイッチをオフした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせる請求項4に記載のインバータ装置。 The switch control unit
The seventh switch with the first switch on, the second switch off, the third switch off, the fourth switch on, the fifth switch off, and the sixth switch on And the eighth switch are alternately turned on and off, the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned off, the fourth switch is turned on, the fifth switch is turned on, 5. The inverter device according to claim 4 , wherein the seventh switch and the eighth switch are alternately turned on / off in a state where the six switches are turned off.
前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオフ、前記第4スイッチをオン、前記第5スイッチをオン、前記第6スイッチをオフした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第1スイッチをオフ、前記第2スイッチをオン、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオフ、および前記第6スイッチをオンした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせる請求項5に記載のインバータ装置。 The switch control unit
With the first switch on, the second switch off, the third switch off, the fourth switch on, the fifth switch on, and the sixth switch off, the seventh switch and After the eighth switch is alternately turned on and off, the first switch is turned off, the second switch is turned on, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned off, and the second switch is turned on The inverter device according to claim 5 , wherein the seventh switch and the eighth switch are alternately turned on and off in a state where the six switches are turned on.
前記第1スイッチをオフ、前記第2スイッチをオン、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオフ、および前記第6スイッチをオンした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第1スイッチをオフ、前記第2スイッチをオン、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオン、および前記第6スイッチをオフした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせる請求項6に記載のインバータ装置。 The switch control unit
The seventh switch with the first switch off, the second switch on, the third switch on, the fourth switch off, the fifth switch off, and the sixth switch on And the eighth switch are alternately turned on and off, then the first switch is turned off, the second switch is turned on, the third switch is turned on, the fourth switch is turned off, the fifth switch is turned on, and The inverter device according to claim 6 , wherein the seventh switch and the eighth switch are alternately turned on and off while the sixth switch is turned off.
前記第1スイッチをオフ、前記第2スイッチをオン、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオン、および前記第6スイッチをオフした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第1スイッチをオフ、前記第2スイッチをオン、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオフ、および前記第6スイッチをオンした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせる請求項7に記載のインバータ装置。 The switch control unit
The seventh switch with the first switch off, the second switch on, the third switch on, the fourth switch off, the fifth switch on, and the sixth switch off And the eighth switch alternately on and off, then the first switch off, the second switch on, the third switch on, the fourth switch off, the fifth switch off, and the while turning on the sixth switch, the inverter apparatus according to claim 7, turning on and off the seventh switch and the eighth switch alternately.
前記第1スイッチをオフ、前記第2スイッチをオン、前記第3スイッチをオン、前記第4スイッチをオフ、前記第5スイッチをオフ、および前記第6スイッチをオンした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第1スイッチをオン、前記第2スイッチをオフ、前記第3スイッチをオフ、前記第4スイッチをオン、前記第5スイッチをオン、および前記第6スイッチをオフした状態で、前記第7スイッチおよび前記第8スイッチを交互にオンオフさせる請求項8に記載のインバータ装置。 The switch control unit
The seventh switch with the first switch off, the second switch on, the third switch on, the fourth switch off, the fifth switch off, and the sixth switch on And the eighth switch are alternately turned on and off, then the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned off, the fourth switch is turned on, the fifth switch is turned on, and The inverter device according to claim 8 , wherein the seventh switch and the eighth switch are alternately turned on and off while the sixth switch is turned off.
系統電源の交流電圧を測定する第2電圧測定部とをさらに備え、
前記スイッチ制御部は、
前記直流電源の前記電圧および前記系統電源の前記交流電圧に基づいて、前記第2スイッチおよび前記第3スイッチがオンする期間を決定する請求項1から請求項9のいずれか1つに記載のインバータ装置。 A first voltage measuring unit for measuring a voltage of the DC power supply;
A second voltage measuring unit that measures the AC voltage of the system power supply,
The switch control unit
Based on the voltage and the AC voltage of the system power supply of the DC power supply, an inverter according to claim 1, any one of claim 9, wherein the second switch and the third switch determines the period for turning on apparatus.
前記スイッチ制御部は、
前記第3スイッチをオフからオン、前記第4スイッチをオンからオフさせてから、前記第3スイッチをオンからオフ、前記第4スイッチをオフからオンさせるまでの期間を前記第3コンデンサの前記電圧に基づいて決定する請求項10に記載のインバータ装置。 A third voltage measuring unit for measuring the voltage of the third capacitor;
The switch control unit
A period from when the third switch is turned on to off, from when the fourth switch is turned on to off, until the third switch is turned on from off, and the fourth switch is turned off to on. The inverter device according to claim 10 , which is determined based on
前記スイッチ制御部は、
前記第1スイッチおよび前記第4スイッチをオンからオフ、前記第2スイッチおよび前記第3スイッチをオフからオンさせてから、前記第1スイッチおよび前記第4スイッチをオフからオン、前記第2スイッチおよび前記第3スイッチをオンからオフさせるまでの期間を前記第4コンデンサの前記電圧に基づいて決定する請求項11に記載のインバータ装置。 A fourth voltage measuring unit for measuring the voltage of the fourth capacitor;
The switch control unit
The first switch and the fourth switch are turned on from off, the second switch and the third switch are turned on from off, and then the first switch and the fourth switch are turned off from on, the second switch and The inverter device according to claim 11 , wherein a period until the third switch is turned off is determined based on the voltage of the fourth capacitor.
前記第1コンデンサの正側と前記第2コンデンサの負側に対して並列に接続され、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する第2インバータ装置および第3インバータ装置とを備え、
前記第1インバータ装置、前記第2インバータ装置および前記第3インバータ装置のそれぞれの出力をスター結線により接続して、三相交流を出力するインバータシステム。 A first inverter device that is the inverter device according to any one of claims 1 to 13 ,
The first capacitor is connected in parallel to the positive side of the first capacitor and the negative side of the second capacitor, and outputs a sine wave voltage by chopping the DC voltage charged in the first capacitor and the second capacitor. 2 inverter devices and a third inverter device,
An inverter system that outputs three-phase alternating current by connecting the outputs of the first inverter device, the second inverter device, and the third inverter device by a star connection.
前記第1コンデンサの正側と前記第2コンデンサの負側に対して並列に接続され、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する第2インバータ装置とを備え、
前記第1インバータ装置および前記第2インバータ装置のそれぞれの出力をV結線により接続し、前記V結線の接続点と前記第1インバータ装置の前記第1接続点とを接続し、かつ前記V結線の接続点を基準電位とすることで、三相交流を出力するインバータシステム。 A first inverter device that is the inverter device according to any one of claims 1 to 13 ,
The first capacitor is connected in parallel to the positive side of the first capacitor and the negative side of the second capacitor, and outputs a sine wave voltage by chopping the DC voltage charged in the first capacitor and the second capacitor. 2 inverter devices,
The respective outputs of the first inverter device and the second inverter device are connected by a V connection, the connection point of the V connection and the first connection point of the first inverter device are connected, and the V connection An inverter system that outputs three-phase alternating current by using the connection point as a reference potential.
前記太陽電池からの直流電圧を交流電圧に変換する請求項1から請求項13のいずれか1つに記載のインバータ装置と
を備える太陽光発電システム。 Solar cells,
Photovoltaic system comprising an inverter device according to claim 1 to any one of claims 13 to convert the DC voltage from the solar cell into an AC voltage.
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