JP5987192B2 - Power conversion apparatus and grid interconnection system - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池や燃料電池等から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、電力系統に連系する電力変換装置及びこれを備えた系統連系システムに関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that converts DC power output from a solar cell, a fuel cell, or the like into AC power, and relates to a power conversion device linked to a power system and a grid interconnection system including the power conversion device. is there.

従来の電力変換装置においては、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換することで電力系統に直流電源からの電力を供給する、いわゆるパワーコンディショナと呼ばれるものが広く知られている。この種の電力変換装置は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子を備える昇圧回路とインバータ回路とから構成されるとともに、太陽電池や燃料電池等の直流電源と電力系統との間に接続される。そして、スイッチング素子の高周波スイッチングによって、昇圧回路が直流電源からの直流電圧を交流電力が出力可能な電圧まで昇圧し、インバータ回路が昇圧された直流電圧に基づいて所定の交流波形を成形することで交流電力の供給を可能とし、直流電源と電力系統との系統連系を行っている。   2. Description of the Related Art Conventional power converters are widely known as so-called power conditioners that supply power from a DC power source to a power system by converting DC power output from the DC power source into AC power. This type of power conversion device is composed of a booster circuit having a switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and an inverter circuit, and is connected between a DC power source such as a solar cell or a fuel cell and an electric power system. Is done. Then, by the high frequency switching of the switching element, the booster circuit boosts the DC voltage from the DC power source to a voltage at which AC power can be output, and the inverter circuit forms a predetermined AC waveform based on the boosted DC voltage. AC power can be supplied, and the grid connection between the DC power supply and the power system is performed.

このような電力変換装置では昇圧回路とインバータ回路との間に昇圧回路で昇圧された電圧を平滑化するための平滑コンデンサが接続されているところ、平滑コンデンサの容量を小容量とすることで、昇圧回路が直流電圧を昇圧することによって交流波形の一部の波形(以下、「一部波形」と呼ぶ。)を成形し、交流波形の一部波形以外の残りの波形(以下、「残部波形」と呼ぶ。)をインバータ回路が直流電圧を降圧することによって成形し、電力変換装置全体として交流波形を出力し電力系統に連系するものが存在する。   In such a power conversion device, a smoothing capacitor for smoothing the voltage boosted by the booster circuit is connected between the booster circuit and the inverter circuit. By reducing the capacity of the smoothing capacitor, The booster circuit boosts the DC voltage to form a part of the alternating current waveform (hereinafter referred to as “partial waveform”), and the remaining waveform other than the partial waveform of the alternating current waveform (hereinafter referred to as “remaining waveform”). ") Is formed by the inverter circuit stepping down the DC voltage, and the power converter as a whole outputs an AC waveform and is linked to the power system.

例えば、特許文献1に記載の電力変換装置では、太陽電池等からの入力電圧が系統電圧の絶対値より低い期間では昇圧回路によって交流波形の一部波形の成形し、その他の期間ではインバータ回路によって交流波形の残部波形を成形している。そして、このような電力変換装置では、昇圧回路が交流波形の一部を成形している間はインバータ回路において高周波スイッチングを行う必要がなく、インバータ回路が交流波形の残部を成形している間は昇圧回路において高周波スイッチングを行う必要がないため、それぞれの回路の動作期間を一部省略することができ、直流電力を交流電力に変換する際の変換効率を向上させることができる。   For example, in the power conversion device described in Patent Document 1, a part of an AC waveform is formed by a booster circuit during a period when the input voltage from a solar cell or the like is lower than the absolute value of the system voltage, and by an inverter circuit during other periods. The remaining waveform of the AC waveform is shaped. And in such a power converter, it is not necessary to perform high-frequency switching in the inverter circuit while the booster circuit is shaping a part of the AC waveform, and while the inverter circuit is shaping the remainder of the AC waveform. Since it is not necessary to perform high-frequency switching in the booster circuit, part of the operation period of each circuit can be omitted, and conversion efficiency when converting DC power into AC power can be improved.

特開2000−153651号公報JP 2000-153651 A

ところで、電力変換装置は太陽電池等が出力する直流電圧等に応じて電力系統との系統連系の切り替えを行なうように構成されているが、上記で説明したような昇圧回路が交流波形の一部波形を成形しインバータ回路が交流波形の残部波形を成形する従来の電力変換装置においては、電力系統に連系する際にあらかじめ電力変換装置の出力を一旦停止し、電力変換装置が動作していない状態から系統連系用スイッチによって系統連系を行うことができる。その際、電力変換装置が動作していない状態では平滑コンデンサに直流電源の直流電圧がそのまま印加されている。従って、直流電源の電圧が電力系統の系統電圧の絶対値の最大値よりも小さい場合には、電力系統に連系するタイミングによっては平滑コンデンサの印加電圧が系統電圧よりも低い状態となっていることがあり、かかる場合には電力系統から平滑コンデンサへ過大な突入電流が発生してしまうことがある。   By the way, the power conversion device is configured to switch the grid connection with the power system in accordance with the DC voltage or the like output from the solar cell or the like, but the booster circuit as described above has one AC waveform. In the conventional power converter in which the partial waveform is formed and the inverter circuit forms the remaining waveform of the AC waveform, the output of the power converter is temporarily stopped in advance when connecting to the power system, and the power converter is operating. System interconnection can be performed from the state where there is no system interconnection switch. At that time, the DC voltage of the DC power source is directly applied to the smoothing capacitor when the power converter is not operating. Therefore, when the voltage of the DC power supply is smaller than the maximum absolute value of the system voltage of the power system, the applied voltage of the smoothing capacitor is lower than the system voltage depending on the timing linked to the power system. In such a case, an excessive inrush current may occur from the power system to the smoothing capacitor.

ここで、電力系統の電圧値(以下、「系統電圧」と呼ぶ。)やその位相等を検出し、例えば系統電圧のゼロクロスのタイミングで系統連系を行なうことで平滑コンデンサへの突入電流を抑制することができるが、系統連系用スイッチは制御信号が入力されてから接続されるまでの遅れが大きいため、系統連系を行うタイミングがずれてしまう。その結果、リレースイッチの遅れの程度によっては突入電流が発生してしまうことがあり、突入電流を抑制することが困難な場合があった。そして、この突入電流が発生すると、平滑コンデンサと電力系統との経路間にある素子の破壊や電力変換装置が有する保護機能が動作することによって電力変換装置の動作が強制的に停止してしまうといった問題が生じる恐れがある。   Here, the inrush current to the smoothing capacitor is suppressed by detecting the voltage value of the power system (hereinafter referred to as “system voltage”), its phase, etc., and performing system interconnection at the zero cross timing of the system voltage, for example. However, since the grid connection switch has a large delay from when the control signal is input to when it is connected, the timing for performing grid connection is shifted. As a result, an inrush current may occur depending on the degree of delay of the relay switch, and it may be difficult to suppress the inrush current. When this inrush current occurs, the operation of the power conversion device is forcibly stopped due to the destruction of the element between the path between the smoothing capacitor and the power system or the operation of the protection function of the power conversion device. Problems may arise.

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、電力変換効率を向上させることができる電力変換装置であって、電力系統に連系する際の平滑コンデンサへの突入電流を抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a power conversion device capable of improving power conversion efficiency, in which an inrush current to a smoothing capacitor when connected to a power system is reduced. It aims at providing the power converter device which can be suppressed.

本発明に係る電力変換装置は、直流電源に並列に接続され直流電源から出力される直流電圧を昇圧して出力することにより交流波形の一部波形を成形する昇圧回路と、昇圧回路に並列に接続され昇圧回路から出力される出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサに並列に接続され平滑コンデンサによって平滑された電圧を降圧することにより交流波形の一部波形以外の残部波形を成形するインバータ回路と、インバータ回路と電力系統との間に設けられたスイッチと、直流電源と電力系統との系統連系を行う際にあらかじめ平滑コンデンサに印加される電圧を電力系統の系統電圧以上の電圧に昇圧するように昇圧回路を制御する制御回路とを備え、制御回路は、系統連系を行った直後から直流電圧より高い系統電圧の絶対値が直流電圧より低くなるまでの期間は、昇圧回路が平滑コンデンサに印加される電圧を系統電圧の絶対値の最大値よりも高い電圧となるように昇圧するとともに、インバータ回路が昇圧された平滑コンデンサに印加される電圧に基づいて前記期間に交流波形を成形するように、昇圧回路及びインバータ回路を制御するものである。
A power converter according to the present invention includes a booster circuit that is connected in parallel to a DC power supply and boosts and outputs a DC voltage output from the DC power supply to form a partial waveform of the AC waveform, and in parallel with the booster circuit. A smoothing capacitor that smooths the output voltage that is connected and output from the booster circuit, and an inverter that shapes the remaining waveform other than the partial waveform of the AC waveform by stepping down the voltage connected in parallel to the smoothing capacitor and smoothed by the smoothing capacitor The voltage applied to the smoothing capacitor in advance when the system, the switch provided between the inverter circuit and the power system, and the DC power supply and the power system are connected to a voltage higher than the system voltage of the power system. and a control circuit for controlling the boosting circuit so as to boost the control circuit, the absolute value of the higher system voltage than the DC voltage from immediately after the system interconnection is straight During the period until the voltage becomes lower than the voltage, the booster circuit boosts the voltage applied to the smoothing capacitor so that it is higher than the maximum absolute value of the system voltage, and the inverter circuit applies it to the boosted smoothing capacitor. The booster circuit and the inverter circuit are controlled so as to form an AC waveform during the period based on the voltage applied .

本発明にかかる電力変換装置によれば、直流電源と電力系統との系統連系を行う際にあらかじめ昇圧回路が平滑コンデンサに印加される電圧を系統電圧の絶対値以上の電圧に昇圧するため、系統連系を行う際の平滑コンデンサへの突入電流を抑制することができる。また、本発明にかかる電力変換装置は、昇圧回路が交流波形の一部波形を成形しインバータ回路が交流波形の残部波形を成形するため、昇圧回路とインバータ回路のぞれぞれの動作期間を省略することができるので、それぞれの回路における損失が低減され電力変換効率を向上させることができる。   According to the power conversion device of the present invention, when the system connection between the DC power supply and the power system is performed, the voltage booster circuit boosts the voltage applied to the smoothing capacitor in advance to a voltage higher than the absolute value of the system voltage. Inrush current to the smoothing capacitor at the time of system interconnection can be suppressed. In the power converter according to the present invention, since the booster circuit forms a partial waveform of the AC waveform and the inverter circuit forms the remaining waveform of the AC waveform, the operation period of each of the booster circuit and the inverter circuit is reduced. Since it can be omitted, the loss in each circuit can be reduced and the power conversion efficiency can be improved.

本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置を備えた系統連系システムと電力系統とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the grid connection system provided with the power converter device concerning Embodiment 1 of this invention, and an electric power grid | system. 本発明の実施の形態1にかかる動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation | movement concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2及び3にかかる電力変換装置を備えた系統連系システムと電力系統とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the grid connection system and power system provided with the power converter device concerning Embodiment 2 and 3 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation | movement concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation | movement concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation | movement concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置を備えた系統連系システムと電力系統とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the grid connection system and power system provided with the power converter device concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4にかかる動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation | movement concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5にかかる動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation | movement concerning Embodiment 5 of this invention.

実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1における電力変換装置60及びこれを備えた系統連系システム70の構成を説明する。図1は、本発明の実施の形態1における電力変換装置60を備えた系統連系システム70と電力系統6を示す回路図である。なお、以下においては、直流電源である太陽電池1に実施の形態1にかかる電力変換装置60を用いる場合を説明するが、これに限定されるものではなく、燃料電池等の他の分散型直流電源に用いることとしてもよい。
Embodiment 1 FIG.
First, the structure of the power converter device 60 in Embodiment 1 of this invention and the grid connection system 70 provided with the same is demonstrated. FIG. 1 is a circuit diagram showing a grid interconnection system 70 including a power conversion device 60 and a power grid 6 according to Embodiment 1 of the present invention. In the following, the case where the power conversion device 60 according to the first embodiment is used for the solar cell 1 that is a DC power source will be described. However, the present invention is not limited to this, and other distributed DC such as a fuel cell is used. It is good also as using for a power supply.

図1において、系統連系システム70は、直流電力を発電する太陽電池1、及び直流電力を交流電力に変換する電力変換装置60から構成され、電力系統6と接続することで、太陽電池1が発電する電力を電力系統6に供給する。電力変換装置60は、昇圧回路20、平滑コンデンサ3、インバータ回路40、フィルタ回路50、系統連系用スイッチ7、制御回路8、及び各電圧センサ9、11、16並びに各電流センサ10、13から構成され、太陽電池1が発電する直流電力を交流電力に変換することで、電力系統6に交流電力を出力する。   In FIG. 1, the grid interconnection system 70 includes a solar cell 1 that generates DC power and a power conversion device 60 that converts DC power into AC power, and the solar cell 1 is connected to the power grid 6. The power to be generated is supplied to the power system 6. The power converter 60 includes a booster circuit 20, a smoothing capacitor 3, an inverter circuit 40, a filter circuit 50, a system interconnection switch 7, a control circuit 8, and voltage sensors 9, 11, and 16 and current sensors 10 and 13. The AC power is output to the power system 6 by converting the DC power generated by the solar cell 1 into AC power.

昇圧回路20は、昇圧用リアクトル2a、昇圧用ダイオード2b、及び昇圧用スイッチング素子2cから構成される。そして、昇圧回路20は、太陽電池1と並列に接続されており、昇圧用スイッチング素子2cが高周波スイッチングを行うことで太陽電池1が出力する直流電圧を昇圧することができる。そして、昇圧回路20は、太陽電池1から出力された直流電圧を昇圧することで交流波形の一部波形を成形する。なお、図1においては、昇圧用スイッチング素子2cにはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いているが、IGBT等の他のスイッチング素子を用いることとしてもよい。   The step-up circuit 20 includes a step-up reactor 2a, a step-up diode 2b, and a step-up switching element 2c. The booster circuit 20 is connected in parallel with the solar cell 1 and can boost the DC voltage output by the solar cell 1 by the boosting switching element 2c performing high-frequency switching. Then, the booster circuit 20 shapes a partial waveform of the AC waveform by boosting the DC voltage output from the solar cell 1. In FIG. 1, a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Effect Transistor) is used as the step-up switching element 2 c, but other switching elements such as an IGBT may be used.

平滑コンデンサ3は、昇圧回路20に並列接続されている。そして、平滑コンデンサ3は、昇圧回路20の出力電圧から昇圧用スイッチング素子2cの高周波スイッチングによって発生する高周波成分を低減し、平滑する。ここで、電力変換装置60は、昇圧回路20によって交流波形の一部波形を成形するため、平滑コンデンサ3の容量が必要以上に大きいと、昇圧回路20の出力から交流波形の周波数成分、すなわち電力系統の周波数(以下、「系統周波数」と呼ぶ。)である50Hz又は60Hzの周波数成分も低減されてしまい、昇圧回路20によって交流波形の一部波形を成形することが困難となってしまう。そこで、平滑コンデンサ3の容量は、系統周波数の周波数成分は低減せずに昇圧用スイッチング素子2cの高周波スイッチングによって発生する高周波成分のみを低減するように設定する。   The smoothing capacitor 3 is connected in parallel to the booster circuit 20. The smoothing capacitor 3 reduces and smoothes the high frequency component generated by the high frequency switching of the boosting switching element 2c from the output voltage of the boosting circuit 20. Here, since the power converter 60 forms a partial waveform of the AC waveform by the booster circuit 20, if the capacity of the smoothing capacitor 3 is larger than necessary, the frequency component of the AC waveform from the output of the booster circuit 20, that is, the power The frequency component of 50 Hz or 60 Hz, which is the frequency of the system (hereinafter referred to as “system frequency”) is also reduced, and it becomes difficult to form a partial waveform of the AC waveform by the booster circuit 20. Therefore, the capacity of the smoothing capacitor 3 is set so as to reduce only the high frequency component generated by the high frequency switching of the step-up switching element 2c without reducing the frequency component of the system frequency.

インバータ回路40は、インバータ用スイッチング素子4a〜4dで構成される、いわゆる単相のフルブリッジ型インバータである。そして、インバータ回路40は、平滑コンデンサ3に並列に接続され、インバータ用スイッチング素子4a〜4dが高周波のスイッチングを行うことで、平滑コンデンサ3で平滑された昇圧回路20の出力電圧を降圧して出力することができる。そして、インバータ回路40は、平滑コンデンサ3に印加された平滑コンデンサ電圧を降圧することで、交流波形の残部波形を成形する。なお、図1においては、インバータ用スイッチング素子4a〜4dにはMOSFETを用いているが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の他のスイッチング素子を用いることしてもよい。   The inverter circuit 40 is a so-called single-phase full-bridge inverter configured by inverter switching elements 4a to 4d. The inverter circuit 40 is connected in parallel to the smoothing capacitor 3, and the inverter switching elements 4 a to 4 d perform high-frequency switching, thereby stepping down and outputting the output voltage of the booster circuit 20 smoothed by the smoothing capacitor 3. can do. Then, the inverter circuit 40 steps down the smoothing capacitor voltage applied to the smoothing capacitor 3, thereby shaping the remaining waveform of the AC waveform. In FIG. 1, MOSFETs are used as the inverter switching elements 4 a to 4 d, but other switching elements such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be used.

フィルタ回路50は、フィルタリアクトル5aとフィルタコンデンサ5bから構成される、いわゆるLCフィルタである。フィルタ回路50は、インバータ回路40に並列に接続され、インバータ回路40の出力からインバータ用スイッチング素子4a〜4dのスイッチングによって発生する高周波成分を低減する。また、平滑コンデンサ3と同様に、フィルタリアクトル5aのインダクタンス値とフィルタコンデンサ5bの容量は、系統周波数の周波数成分が低減されないように設定すればよい。   The filter circuit 50 is a so-called LC filter composed of a filter reactor 5a and a filter capacitor 5b. The filter circuit 50 is connected in parallel to the inverter circuit 40, and reduces high-frequency components generated by switching of the inverter switching elements 4a to 4d from the output of the inverter circuit 40. Similarly to the smoothing capacitor 3, the inductance value of the filter reactor 5a and the capacitance of the filter capacitor 5b may be set so that the frequency component of the system frequency is not reduced.

系統連系用スイッチ7は、フィルタ回路50と電力系統6との間に接続され、太陽電池1と電力系統6との系統連系(以下、単に「系統連系」と呼ぶ。)の入り切りを行う。系統連系は、太陽電池1の発電量等に応じて行う。例えば、太陽電池1が発電することができない夜間などでは系統連系用スイッチ7をオフにすることで系統連系を行わず、昼間に太陽電池1が十分に発電している時には系統連系用スイッチ7をオンにすることで系統連系を行う。   The grid connection switch 7 is connected between the filter circuit 50 and the power system 6, and turns on / off the grid connection between the solar cell 1 and the power system 6 (hereinafter simply referred to as “system connection”). Do. The grid connection is performed according to the amount of power generated by the solar cell 1 and the like. For example, at night when the solar cell 1 cannot generate power, the grid connection switch 7 is turned off so that the grid connection is not performed. When the solar cell 1 is sufficiently generating power in the daytime, System interconnection is performed by turning on the switch 7.

制御回路8は、各電圧センサ及び各電流センサからの電圧及び電流情報に基づいて、昇圧回路20並びにインバータ回路40の各スイッチング素子2c、4a、4b、4c、4dにそれぞれ制御信号S2、S3を出力することで、昇圧回路20及びインバータ回路40の制御を行う。さらに、系統連系用スイッチ7に制御信号S4を出力することで、系統連系用スイッチ7の制御を行う。これにより、電力変換装置60による系統連系が可能となる。なお、制御回路8による制御方法の詳細については、電力変換装置60の動作の説明において後述する。   The control circuit 8 sends control signals S2 and S3 to the switching elements 2c, 4a, 4b, 4c, and 4d of the booster circuit 20 and the inverter circuit 40 based on the voltage and current information from each voltage sensor and each current sensor, respectively. By outputting, the booster circuit 20 and the inverter circuit 40 are controlled. Further, the system connection switch 7 is controlled by outputting a control signal S4 to the system connection switch 7. Thereby, the grid connection by the power converter device 60 becomes possible. The details of the control method by the control circuit 8 will be described later in the description of the operation of the power conversion device 60.

電圧センサとしては、太陽電池1の直流電圧を計測する直流電源用電圧センサ9、平滑コンデンサ3に印加される電圧を計測する平滑コンデンサ用電圧センサ10、及び電力系統6の系統電圧を計測する系統電圧用電圧センサ16が備えられている。ここで、それぞれの電圧は瞬時値を意味している。各電圧センサは、特に断りがない限り、それぞれの電圧の瞬時値を計測するものである。   The voltage sensor includes a DC power supply voltage sensor 9 that measures the DC voltage of the solar cell 1, a smoothing capacitor voltage sensor 10 that measures the voltage applied to the smoothing capacitor 3, and a system that measures the system voltage of the power system 6. A voltage sensor 16 for voltage is provided. Here, each voltage means an instantaneous value. Each voltage sensor measures an instantaneous value of each voltage unless otherwise specified.

電流センサとしては、昇圧用リアクトル2aに通流する電流を計測する昇圧リアクトル電流センサ10、フィルタリアクトル5aに通流する電流を計測するフィルタリアクトル電流センサ13、及び電力系統6に出力される出力電流Ioを計測する出力電流センサ15が備えられている。なお、各電流センサについても、特に断りがない限り、それぞれの電流の瞬時値を計測するものである。   As the current sensor, a step-up reactor current sensor 10 that measures a current flowing through the step-up reactor 2a, a filter reactor current sensor 13 that measures a current flowing through the filter reactor 5a, and an output current that is output to the power system 6 An output current sensor 15 for measuring Io is provided. For each current sensor, the instantaneous value of each current is measured unless otherwise specified.

次に、電力変換装置60の動作について説明する。図2は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置60の動作を示すタイミングチャートである。以下においては、太陽電池1と電力系統6とが系統連系がされていない状態(以下、「非連系状態」と呼ぶ。)から太陽電池1と電力系統6とが系統連系がされた状態(以下、「連系状態」と呼ぶ。)に移行する際の電力変換装置60の動作について説明する。なお、「交流波形の一部波形」とは昇圧回路20によって成形される交流波形の一部の波形であり、「交流波形の残部波形」とはインバータ回路40によって成形される交流波形の一部波形以外の波形であり、一部波形と残部波形とを合わせて交流波形の一周期の波形となるものとする。   Next, the operation of the power conversion device 60 will be described. FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the power conversion device 60 according to the first exemplary embodiment of the present invention. In the following, the solar cell 1 and the power system 6 are connected to each other from a state where the solar cell 1 and the power system 6 are not connected to each other (hereinafter referred to as “non-connected state”). An operation of the power conversion device 60 when shifting to a state (hereinafter referred to as “interconnection state”) will be described. The “partial waveform of the alternating current waveform” is a partial waveform of the alternating current waveform formed by the booster circuit 20, and the “remaining waveform of the alternating current waveform” is a part of the alternating current waveform formed by the inverter circuit 40. It is a waveform other than the waveform, and the partial waveform and the remaining waveform are combined to form a waveform of one cycle of the AC waveform.

図2(a)は太陽電池電圧100、図2(b)は系統電圧101、図2(c)は平滑コンデンサ3に印加される平滑コンデンサ電圧102a、図2(d)は電力系統6に出力される出力電圧103についての非連系状態から連系状態へと移行される期間の波形を示している。なお、図2(c)における点線は太陽電池電圧100を示している。また、図2において、時刻t1は非連系状態から連系状態へとなった瞬間の時刻を示している。また、時刻t2は昇圧回路20が交流波形の一部の成形を開始する時刻を示しており、時刻t3はインバータ回路40が交流波形の一部の波形の成形を開始する時刻を示している。ここで、太陽電池電圧100は出力が十分に安定しており一定の値であることとし、系統電圧101についても同様に十分に安定しており所定の系統周波数の交流波形となっているものとする。さらに、太陽電池電圧100は系統電圧101の絶対値の最大値よりも低い電圧であるとする。   2A is the solar cell voltage 100, FIG. 2B is the system voltage 101, FIG. 2C is the smoothing capacitor voltage 102a applied to the smoothing capacitor 3, and FIG. 2D is the output to the power system 6. The waveform of the period during which the output voltage 103 is shifted from the unconnected state to the connected state is shown. In addition, the dotted line in FIG.2 (c) has shown the solar cell voltage 100. FIG. Further, in FIG. 2, time t1 indicates the time at the moment when the non-connected state is changed to the connected state. Time t2 indicates the time when the booster circuit 20 starts shaping a part of the alternating current waveform, and time t3 indicates the time when the inverter circuit 40 starts shaping the partial waveform of the alternating current waveform. Here, it is assumed that the output of the solar cell voltage 100 is sufficiently stable and has a constant value, and the system voltage 101 is similarly sufficiently stable and has an AC waveform of a predetermined system frequency. To do. Furthermore, the solar cell voltage 100 is assumed to be a voltage lower than the maximum absolute value of the system voltage 101.

図示はしていないが、このような条件の中、昇圧回路20が動作していないときには平滑コンデンサ電圧102aは太陽電池電圧100と等しい電圧となる。従って、系統連系を行うタイミングによっては、連系状態となった瞬間の系統電圧101の絶対値が太陽電池電圧100よりも高い場合には、平滑コンデンサ3に電力系統6から突入電流が流れてしまう。そこで、本実施の形態では、昇圧回路20によって、平滑コンデンサ電圧102aが系統電圧101の絶対値の最大値以上の電圧となるように、昇圧してから系統連系を行う。   Although not shown, the smoothing capacitor voltage 102a is equal to the solar cell voltage 100 when the booster circuit 20 is not operating under such conditions. Therefore, depending on the timing of grid connection, if the absolute value of the grid voltage 101 at the moment of the grid connection is higher than the solar battery voltage 100, an inrush current flows from the power grid 6 to the smoothing capacitor 3. End up. Therefore, in the present embodiment, the system interconnection is performed after the boosting circuit 20 boosts the smoothing capacitor voltage 102a so that the voltage is equal to or higher than the maximum value of the absolute value of the system voltage 101.

図1及び図2において、まず、系統連系が行われる前の時刻t1までの間はインバータ用スイッチング素子4a乃至4d及び系統連系用スイッチ7をオフとなるように、制御回路8からそれぞれに制御信号S3、S4が出力されている。そのため、時刻t1までの間は系統連系されておらず、出力電流103が電力系統6へと供給されることはない。一方、制御回路8は、制御信号S2により昇圧回路20を制御することで、平滑コンデンサ電圧102aを系統電圧101の最大値以上の電圧となるように昇圧する。   In FIG. 1 and FIG. 2, first, from the control circuit 8, the inverter switching elements 4 a to 4 d and the grid connection switch 7 are turned off until time t 1 before grid connection is performed. Control signals S3 and S4 are output. Therefore, the grid connection is not made until time t1, and the output current 103 is not supplied to the power grid 6. On the other hand, the control circuit 8 controls the booster circuit 20 with the control signal S2 to boost the smoothing capacitor voltage 102a so as to be a voltage equal to or higher than the maximum value of the system voltage 101.

より具体的には、電源電圧センサ9が太陽電池電圧100を、系統電圧センサ16が系統電圧101を計測し、制御回路8が計測された系統電圧101からその最大値を算出し記憶する。そして、計測された太陽電池電圧100と記憶した系統電圧101の最大値とから必要な昇圧比を求め、この昇圧比に基づいて昇圧用スイッチング素子2cに制御信号S2を出力する。なお、昇圧する電圧は、例えば系統電圧101の最大値に各電圧センサの誤差等を考慮して数V加算した電圧を昇圧する電圧の指令値とすればよい。なお、電力系統6の電圧は最大値と最小値の絶対値とが同じ値となっているので、系統電圧101の最大値に代えて、系統電圧101の最小値の絶対値を採用するようにしても同様であるのは言うまでもない。つまり、系統電圧101の絶対値の最大値以上の電圧となるように昇圧すればよい。   More specifically, the power supply voltage sensor 9 measures the solar cell voltage 100, the system voltage sensor 16 measures the system voltage 101, and the control circuit 8 calculates and stores the maximum value from the system voltage 101 measured. Then, a required boost ratio is obtained from the measured solar cell voltage 100 and the stored maximum value of the system voltage 101, and the control signal S2 is output to the boost switching element 2c based on this boost ratio. The voltage to be boosted may be a command value for boosting a voltage obtained by adding several V to the maximum value of the system voltage 101 in consideration of an error of each voltage sensor, for example. Note that the absolute value of the maximum value and the minimum value of the voltage of the power system 6 are the same, so that the absolute value of the minimum value of the system voltage 101 is adopted instead of the maximum value of the system voltage 101. But it goes without saying that it is the same. That is, the voltage may be boosted so that the voltage is equal to or higher than the maximum absolute value of the system voltage 101.

これにより、昇圧用スイッチング素子2cがスイッチングを行うことで平滑コンデンサ電圧102aが系統電圧101の最大値に数V加算した電圧に昇圧される。その後、平滑コンデンサ用電圧センサ11によって平滑コンデンサ電圧102aを計測し、計測された平滑コンデンサ電圧102aと記憶した系統電圧102aの最大値とを比較し、平滑コンデンサ電圧102aが系統電圧101の最大値以上の電圧となっているかを確認する。そして、平滑コンデンサ電圧102aが系統電圧101の最大値以上の電圧となっていることが確認された後に、平滑コンデンサ電圧101に基づいてインバータ用スイッチング素子4a乃至4dが交流波形を成形するように制御信号S3を、系統連系用スイッチ7がオンとなるように制御信号S4をそれぞれ出力する。   Thus, the smoothing capacitor voltage 102a is boosted to a voltage obtained by adding several V to the maximum value of the system voltage 101 by switching the boosting switching element 2c. Thereafter, the smoothing capacitor voltage 102a is measured by the smoothing capacitor voltage sensor 11, the measured smoothing capacitor voltage 102a is compared with the stored maximum value of the system voltage 102a, and the smoothing capacitor voltage 102a is equal to or greater than the maximum value of the system voltage 101. Check that the voltage is Then, after it is confirmed that the smoothing capacitor voltage 102a is equal to or higher than the maximum value of the system voltage 101, the inverter switching elements 4a to 4d are controlled to form an AC waveform based on the smoothing capacitor voltage 101. The control signal S4 is output so that the signal S3 and the grid interconnection switch 7 are turned on.

なお、図2においては、時刻t1の系統電圧101がゼロクロスのタイミングでインバータ用スイッチング素子4a並びに4d及び系統連系用スイッチ7をオンとさせているが、平滑コンデンサ電圧102aが系統電圧101の最大値以上の電圧となっていることが確認された後であれば、ゼロクロス以外のタイミングであってもよい。また、図2においては、系統電圧101がゼロクロスの瞬間から出力電流103の供給が開始されているが、現実には系統連系用スイッチ7に制御信号S4が入力されてからオンとなるまでの動作遅れが数ms程度あるため、系統電圧101がゼロクロスの時刻よりも遅い時刻から出力電流103が供給されることとなる。   In FIG. 2, the inverter switching elements 4 a and 4 d and the grid interconnection switch 7 are turned on at the time when the system voltage 101 at time t1 is zero crossing, but the smoothing capacitor voltage 102 a is the maximum of the system voltage 101. As long as it is confirmed that the voltage is higher than the value, timing other than zero crossing may be used. In FIG. 2, the supply of the output current 103 is started from the moment when the system voltage 101 is zero-crossed. However, in reality, the control signal S4 is input to the system interconnection switch 7 until it is turned on. Since the operation delay is about several ms, the output current 103 is supplied from the time when the system voltage 101 is later than the time of zero crossing.

次に、系統連系が行われた後の時刻t1から時刻t2までの間は、平滑コンデンサ電圧102aが十分に高いため、昇圧回路20は動作せず、インバータ回路40によって交流波形の一部を成形する。インバータ回路40による交流波形の成形は、いわゆるPWM(Pulse Width Modulation)制御によって行う。例えば、フィルタリアクトル用電流センサ13によってフィルタリアクトル電流Ifを計測し、フィルタリアクトル電流Ifが交流波形となるようにPWM制御を行う。一方、時刻t1から時刻t2までの間、昇圧回路20は昇圧動作を行わず、すなわち昇圧用スイッチング素子2cはスイッチングを行わずにいる。そのため、平滑コンデンサ電圧102aは徐々に減少することとなるが、インバータ回路40によって交流波形を成形可能な間は、上述の動作を継続する。これにより、インバータ回路40によって成形された交流波形の出力電流103が電力系統6に出力されることなり、太陽電池1が発電した電力が電力系統6に供給される。   Next, since the smoothing capacitor voltage 102a is sufficiently high between time t1 and time t2 after the grid connection is performed, the booster circuit 20 does not operate, and a part of the AC waveform is generated by the inverter circuit 40. Mold. The AC waveform is shaped by the inverter circuit 40 by so-called PWM (Pulse Width Modulation) control. For example, the filter reactor current If is measured by the filter reactor current sensor 13, and PWM control is performed so that the filter reactor current If has an AC waveform. On the other hand, from time t1 to time t2, the booster circuit 20 does not perform a boost operation, that is, the boost switching element 2c does not perform switching. For this reason, the smoothing capacitor voltage 102a gradually decreases, but the above-described operation is continued while the inverter circuit 40 can form the AC waveform. As a result, the AC waveform output current 103 formed by the inverter circuit 40 is output to the power system 6, and the power generated by the solar cell 1 is supplied to the power system 6.

ここで、インバータ回路40によって交流波形が成形可能な期間とは、以下のようになる。インバータ回路40は入力電圧を降圧することは可能であるが昇圧することはできないため、交流波形が成形可能となるのはインバータ回路40の入力電圧である平滑コンデンサ電圧102aが出力すべき電圧である系統電圧101の絶対値以上の電圧となる期間に限られる。また、現実的には、平滑コンデンサ3から電力系統6までの間の素子の電圧降下やインバータ回路40のアーム短絡防止のためのデッドタイムによる電圧降下があるため、平滑コンデンサ電圧102aが系統電圧101の絶対値よりもデッドタイム等の電圧降下に相当する電圧分高い期間のみ交流波形の成形が可能となる。ただし、デッドタイム等の電圧降下が無視できる程小さい場合には、平滑コンデンサ電圧102aが系統電圧101の絶対値と等しくなるまでの期間、インバータ回路40によって交流波形を成形することができる。   Here, the period in which the AC waveform can be formed by the inverter circuit 40 is as follows. Since the inverter circuit 40 can step down the input voltage but cannot step up, the AC waveform can be shaped by the smoothing capacitor voltage 102a, which is the input voltage of the inverter circuit 40, to be output. It is limited to the period when the voltage is higher than the absolute value of the system voltage 101. In reality, there is a voltage drop due to a dead time for preventing an element short circuit between the smoothing capacitor 3 and the electric power system 6 and an arm short circuit of the inverter circuit 40. Therefore, the smoothing capacitor voltage 102a becomes the system voltage 101. The AC waveform can be shaped only during a period higher than the absolute value of the voltage by a voltage corresponding to a voltage drop such as dead time. However, when the voltage drop such as dead time is negligibly small, the AC waveform can be formed by the inverter circuit 40 until the smoothing capacitor voltage 102a becomes equal to the absolute value of the system voltage 101.

時刻t2から時刻t3までの間は、インバータ回路40はスイッチング動作を行わず、昇圧回路20によって交流波形の一部を成形する。昇圧回路20による交流波形の成形は、インバータ回路40の場合と同様にPWM制御によって行う。例えば、昇圧リアクトル用電流センサ10によって昇圧リアクトル電流Iiを計測し、昇圧リアクトル電流Iiが二乗の正弦波波形となるようにPWM制御を行う。一方、インバータ回路40は、スイッチング動作を行わずにいる。ただし、系統電圧101の極性に基づいて極性変換を行う。すなわち、系統電圧101が正の時は、インバータ用スイッチング素子4a及び4dをオンとし、インバータ用スイッチング素子4b及び4cをオフとする。また、系統電圧101が負の時は、インバータ用スイッチング素子4a及び4dをオフとし、インバータ用スイッチング素子4b及び4cをオンとする。そして、昇圧回路20が交流波形を成形可能なまでの間は、上述の動作を継続する。これにより、昇圧回路20によって成形された交流波形の出力電流103が電力系統6に出力されることなり、太陽電池1が発電した電力が電力系統6に供給される。   Between time t2 and time t3, the inverter circuit 40 does not perform a switching operation, and the booster circuit 20 shapes a part of the AC waveform. The AC waveform shaping by the booster circuit 20 is performed by PWM control as in the case of the inverter circuit 40. For example, the boost reactor current Ii is measured by the boost reactor current sensor 10, and PWM control is performed so that the boost reactor current Ii has a square sine wave waveform. On the other hand, the inverter circuit 40 does not perform a switching operation. However, polarity conversion is performed based on the polarity of the system voltage 101. That is, when the system voltage 101 is positive, the inverter switching elements 4a and 4d are turned on, and the inverter switching elements 4b and 4c are turned off. When the system voltage 101 is negative, the inverter switching elements 4a and 4d are turned off, and the inverter switching elements 4b and 4c are turned on. The above-described operation is continued until the booster circuit 20 can form an AC waveform. As a result, the AC waveform output current 103 formed by the booster circuit 20 is output to the power system 6, and the power generated by the solar cell 1 is supplied to the power system 6.

時刻t3以降においては、太陽電池電圧100と系統電圧101との関係から、インバータ回路40による交流波形の一部波形の成形と昇圧回路20による交流波形の残部波形の成形を、随時切り替えて繰り返し行えばよい。インバータ回路40による交流波形の成形と昇圧回路20による交流波形の成形との切り替えは、太陽電池電圧100と系統電圧101とに基づいて行えばよい。理論的には、太陽電池電圧100と系統電圧101の絶対値が等しくなるタイミングで切り替えを行なえばよいが、現実的には、太陽電池1から電力系統6までの間の素子の電圧降下やインバータ回路40のアーム短絡防止のためのデッドタイムによる電圧降下を考慮する必要がある。   After time t3, from the relationship between the solar cell voltage 100 and the system voltage 101, the shaping of the partial waveform of the alternating current waveform by the inverter circuit 40 and the shaping of the remaining waveform of the alternating current waveform by the booster circuit 20 are repeated at any time. Just do it. Switching between AC waveform shaping by the inverter circuit 40 and AC waveform shaping by the booster circuit 20 may be performed based on the solar cell voltage 100 and the system voltage 101. Theoretically, switching may be performed at the timing at which the absolute values of the solar cell voltage 100 and the system voltage 101 become equal. In reality, however, the voltage drop of the element or the inverter between the solar cell 1 and the power system 6 It is necessary to consider a voltage drop due to dead time for preventing an arm short circuit of the circuit 40.

そのため、例えば系統電圧101の絶対値にデッドタイム等の電圧降下に相当する電圧を加算した電圧指令値と太陽電池100とを比較し、電圧指令値が太陽電池電圧100よりも小さい間はインバータ回路40が交流波形の一部を成形し、電圧指令値が太陽電池電圧100よりも大きい間は昇圧回路20が交流波形の一部を成形する。ただし、デッドタイム等の電圧降下が無視できる程小さい場合には、単に太陽電池電圧100と系統電圧101とを比較し、系統電圧101が太陽電池電圧100よりも小さい間はインバータ回路40が交流波形の一部を成形し、系統電圧101が太陽電池電圧100よりも大きい間は昇圧回路20が交流波形の一部を成形することとしてもよい。   Therefore, for example, a voltage command value obtained by adding a voltage corresponding to a voltage drop such as dead time to the absolute value of the system voltage 101 is compared with the solar cell 100, and an inverter circuit is used while the voltage command value is smaller than the solar cell voltage 100. 40 forms a part of the AC waveform, and while the voltage command value is larger than the solar cell voltage 100, the booster circuit 20 forms a part of the AC waveform. However, when the voltage drop such as dead time is so small that it can be ignored, the solar cell voltage 100 is simply compared with the system voltage 101, and the inverter circuit 40 has an AC waveform while the system voltage 101 is smaller than the solar cell voltage 100. As long as the system voltage 101 is higher than the solar cell voltage 100, the booster circuit 20 may form a part of the AC waveform.

本実施の形態では、以上のような構成としたことにより、系統連系前にあらかじめ昇圧回路20が平滑コンデンサ電圧102aを系統電圧101の最大値以上の電圧となるように昇圧するため、系統連系前に平滑コンデンサ電圧102aが系統電圧101の絶対値以上の電圧となり、系統連系のタイミングに関わらず、平滑コンデンサ3への突入電流を抑制することができる。また、系統連系後においては、昇圧回路20が交流波形の一部波形を成形し、交流波形の残部波形をインバータ回路40が成形するため、昇圧回路20及びインバータ回路40の動作をそれぞれ一部省略することができ、それぞれのスイッチング損失を低減することができる。よって、電力変換装置60の変換効率を向上させることができるとともに、系統連系を行う際の平滑コンデンサ3への突入電流を抑制することができる。   In the present embodiment, since the configuration as described above is used, the booster circuit 20 boosts the smoothing capacitor voltage 102a in advance to a voltage equal to or higher than the maximum value of the system voltage 101 before system connection. Before the system, the smoothing capacitor voltage 102a becomes a voltage higher than the absolute value of the system voltage 101, and the inrush current to the smoothing capacitor 3 can be suppressed regardless of the system interconnection timing. Further, after the grid connection, the booster circuit 20 forms a partial waveform of the alternating current waveform, and the inverter circuit 40 forms the remaining waveform of the alternating current waveform, so that the operations of the booster circuit 20 and the inverter circuit 40 are partly performed. Each switching loss can be reduced. Therefore, the conversion efficiency of the power conversion device 60 can be improved, and the inrush current to the smoothing capacitor 3 when performing grid connection can be suppressed.

また、本実施の形態では、系統連系前に、各電圧センサの誤差を考慮して平滑コンデンサ電圧102aを系統電圧101の最大値よりも数V以上高い電圧としているため、平滑コンデンサ用電圧センサ11や系統電圧センサ16に誤差が含まれる場合においても平滑コンデンサ用電圧103が系統電圧101の絶対値以上の電圧となった状態で連系を行うこととなり、平滑コンデンサ3への突入電流を抑制することができる。   Further, in the present embodiment, the smoothing capacitor voltage 102a is set to a voltage higher than the maximum value of the system voltage 101 by several volts or more in consideration of the error of each voltage sensor before grid connection. 11 and the system voltage sensor 16 include an error even if the smoothing capacitor voltage 103 is equal to or higher than the absolute value of the system voltage 101, thereby suppressing inrush current to the smoothing capacitor 3. can do.

また、本実施の形態では、系統連系を行う際に、制御信号S3と制御信号S4とを同時に出力することとしているが、先に系統連系用スイッチ7に制御信号S4を出力し、系統連系用スイッチ7がオンとなってからインバータ回路40のインバータ用スイッチング素子4a乃至4dに制御信号S3を出力することとしてもよい。かかる場合、インバータ用スイッチング素子4a乃至4dがスイッチングを開始したタイミングで系統連系が行われることになるので、系統連系用スイッチ7の動作遅れによる影響がなくなる。さらに、インバータ用スイッチング素子に用いるMOSFETの動作遅れは一般的に系統連系用スイッチ7の動作遅れよりも数桁程度小さいため、系統連系のタイミングを精度よく制御することができる。   In the present embodiment, when system interconnection is performed, the control signal S3 and the control signal S4 are simultaneously output. However, first, the control signal S4 is output to the system interconnection switch 7, and the system The control signal S3 may be output to the inverter switching elements 4a to 4d of the inverter circuit 40 after the connection switch 7 is turned on. In such a case, the grid connection is performed at the timing when the inverter switching elements 4a to 4d start switching, so that the influence of the operation delay of the grid connection switch 7 is eliminated. Furthermore, since the operation delay of the MOSFET used for the inverter switching element is generally several orders of magnitude smaller than the operation delay of the system interconnection switch 7, the system interconnection timing can be controlled with high accuracy.

実施の形態2.
なお、実施の形態1においては系統連系を行う前にあらかじめ平滑コンデンサ電圧を系統電圧の最大値以上の電圧とすることとしたが、これに限定されるものではなく、系統連系を行う前に系統電圧に同期して一部区間のみで平滑コンデンサ電圧を昇圧することとしてもよい。以下、実施の形態2として、系統連系を行う前にあらかじめ平滑コンデンサ電圧102bを系統電圧101に同期して一部区間のみ昇圧する場合について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the smoothing capacitor voltage is set to a voltage equal to or higher than the maximum value of the system voltage in advance before grid connection. However, the present invention is not limited to this, and before grid connection is performed. Alternatively, the smoothing capacitor voltage may be boosted only in a part of the period in synchronization with the system voltage. Hereinafter, as a second embodiment, a case will be described in which the smoothing capacitor voltage 102b is boosted in advance only in a partial section in synchronization with the system voltage 101 before system interconnection.

図3は、実施の形態2にかかる電力変換装置61を備えた系統連系システム71の構成を示す回路図である。図3において、図1と同一の符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明は省略する。また、図4は、実施の形態2にかかる電力変換装置の動作を示すタイミングチャートである。図4において、図2と同じ符号を付けたものは、同一または対応する要素を示している。   FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a grid interconnection system 71 including the power conversion device 61 according to the second embodiment. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. FIG. 4 is a timing chart illustrating the operation of the power conversion apparatus according to the second embodiment. 4, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding elements.

まず、実施の形態2にかかる電力変換装置61の構成について説明する。図3において、昇圧回路21の構成の点で実施の形態1の電力変換装置と相違する。昇圧回路21は、昇圧回路20との構成から昇圧用ダイオード2bを昇圧用スイッチング素子2dに変更した構成となっている。昇圧用スイッチング素子2dとしては、図3に示すようにMOSFETを用いることとしている。また、太陽電池1と昇圧回路21との間には平滑コンデンサ3と比較して大容量のコンデンサを設けることがあるが、かかる場合、昇圧用スイッチング素子2dをオンとさせた状態においては、電力系統6側から太陽電池1側の大容量のコンデンサへの回生方向への動作が可能となる。   First, the configuration of the power conversion device 61 according to the second embodiment will be described. 3 is different from the power converter according to the first embodiment in the configuration of the booster circuit 21. The booster circuit 21 has a configuration in which the booster diode 2b is changed to a booster switching element 2d from the configuration of the booster circuit 20. As the step-up switching element 2d, a MOSFET is used as shown in FIG. In addition, a capacitor having a larger capacity than the smoothing capacitor 3 may be provided between the solar cell 1 and the booster circuit 21. In such a case, when the booster switching element 2d is turned on, the power Operation in the regeneration direction from the system 6 side to the large-capacity capacitor on the solar cell 1 side is possible.

また、実施の形態1において昇圧用ダイオード2bに電流が通入していたタイミングで昇圧用スイッチング素子をオンとして、実施の形態1において昇圧用ダイオード2bに電流が通入していないタイミングでは昇圧用スイッチング素子をオフとする、同期整流を行うことができる。すなわち、同期整流を行う場合には、昇圧用スイッチング素子2c及び2dが対となるように動作させ、昇圧用スイッチング素子2cがオンの時は昇圧用スイッチング素子2dをオフとし、昇圧用スイッチング素子2cがオフの時は昇圧用スイッチング素子2dをオンとする。これにより、一般的にMOSFETやIGBT等のスイッチング素子の方がダイオードよりも導通時のオン抵抗が低いことから、同期整流によって昇圧用ダイオード2bに通流していた電流が昇圧用スイッチング素子2dに通流することとなるため、昇圧回路20において発生していた導通損失を低減させることができる。   Further, in the first embodiment, the boosting switching element is turned on at the timing when the current is passed through the boosting diode 2b, and at the timing when the current is not passed through the boosting diode 2b in the first embodiment. Synchronous rectification can be performed with the switching element turned off. That is, when performing synchronous rectification, the boosting switching elements 2c and 2d are operated in pairs, and when the boosting switching element 2c is on, the boosting switching element 2d is turned off, and the boosting switching element 2c When is turned off, the boosting switching element 2d is turned on. As a result, switching elements such as MOSFETs and IGBTs generally have lower on-resistance when conducting than diodes, so that the current that has been passed through the boosting diode 2b by synchronous rectification is passed through the boosting switching element 2d. Therefore, the conduction loss generated in the booster circuit 20 can be reduced.

続いて、実施の形態2に係る電力変換装置の動作について説明する。図4において、系統連系を行う前の時刻t1までの間にあらかじめ平滑コンデンサ電圧102bを系統電圧101に同期して一部区間のみ昇圧させ、平滑コンデンサ電圧102bが系統電圧101の絶対値以上の電圧となるように昇圧回路21を制御する。より具体的には、太陽電池電圧100と系統電圧101とを電源電圧センサ9と系統電圧センサ16とによってそれぞれ計測し、太陽電池電圧100が系統電圧101の絶対値よりも高いときは昇圧回路21を動作させないように制御する。一方、太陽電池電圧100が系統電圧101の絶対値よりも低いときは昇圧回路21を動作させ、平滑コンデンサ電圧102bが系統電圧101の絶対値以上の電圧となるように昇圧するように制御する。そして、平滑コンデンサ電圧102bが系統電圧101以上の電圧となっていることを確認した後、系統連系を行う。   Then, operation | movement of the power converter device which concerns on Embodiment 2 is demonstrated. In FIG. 4, the smoothing capacitor voltage 102b is boosted in advance for a part of the period in synchronism with the system voltage 101 before the time t1 before the grid connection, and the smoothing capacitor voltage 102b is equal to or higher than the absolute value of the system voltage 101. The booster circuit 21 is controlled so as to be a voltage. More specifically, the solar cell voltage 100 and the system voltage 101 are respectively measured by the power supply voltage sensor 9 and the system voltage sensor 16, and when the solar cell voltage 100 is higher than the absolute value of the system voltage 101, the booster circuit 21. Control not to operate. On the other hand, when the solar cell voltage 100 is lower than the absolute value of the system voltage 101, the booster circuit 21 is operated to control the smoothing capacitor voltage 102b so that the voltage is higher than the absolute value of the system voltage 101. Then, after confirming that the smoothing capacitor voltage 102b is equal to or higher than the system voltage 101, system interconnection is performed.

ただし、昇圧回路21が平滑コンデンサ電圧102bを昇圧するのは、太陽電池電圧100が系統電圧102bの絶対値よりも低い期間以外でも構わない。例えば、昇圧回路21によって交流波形の成形を行う際と同様に、系統電圧101の絶対値にデッドタイム等の電圧降下に相当する電圧を加算し、加算した電圧と太陽電池電圧100とを比較することにより、太陽電池電圧100の方が低い期間のみ昇圧することとしてもよい。このような場合でも、平滑コンデンサ電圧102bは系統電圧101の絶対値以上の電圧となる。なお、図3において、系統連系は系統電圧101のゼロクロスのタイミングで行うこととしているが、これに限定されるものではなく、ゼロクロス以外のタイミングで行うこととしてもよい。   However, the booster circuit 21 may boost the smoothing capacitor voltage 102b during periods other than the period when the solar cell voltage 100 is lower than the absolute value of the system voltage 102b. For example, the voltage corresponding to the voltage drop such as dead time is added to the absolute value of the system voltage 101, and the added voltage is compared with the solar cell voltage 100 in the same manner as when the AC waveform is shaped by the booster circuit 21. Thus, the voltage may be boosted only during a period when the solar cell voltage 100 is lower. Even in such a case, the smoothing capacitor voltage 102b is equal to or higher than the absolute value of the system voltage 101. In FIG. 3, the grid interconnection is performed at the timing of the zero cross of the grid voltage 101, but is not limited to this, and may be performed at a timing other than the zero cross.

系統連系が行われた後の時刻t1から時刻t2までの間は、昇圧回路21は動作させず、インバータ回路40によって交流波形の成形を行い出力する。そして、インバータ回路40による交流波形の成形が可能な時刻t2まで、これを継続する。   During the period from time t1 to time t2 after the grid connection is performed, the booster circuit 21 is not operated, and the inverter circuit 40 shapes and outputs an AC waveform. Then, this is continued until time t2 when the AC waveform can be formed by the inverter circuit 40.

系統連系が行われた後の時刻t2から時刻t3までの間は、昇圧回路21によって交流波形の成形を行い、インバータ回路40はスイッチング動作を行わず極性変換のみを行い出力する。そして、昇圧回路20による交流波形の成形が可能な時刻t3まで、これを継続する。   During the period from time t2 to time t3 after the system interconnection is performed, the AC circuit is shaped by the booster circuit 21, and the inverter circuit 40 performs only the polarity conversion and outputs it without performing the switching operation. This is continued until time t3 when the AC waveform can be formed by the booster circuit 20.

時刻t3以降においては、太陽電池電圧100と系統電圧101との関係から、インバータ回路40による交流波形の一部波形の成形と昇圧回路21による交流波形の残部波形の成形を、随時切り替えて繰り返し行えばよい。   After time t3, from the relationship between the solar cell voltage 100 and the system voltage 101, the shaping of the partial waveform of the alternating current waveform by the inverter circuit 40 and the shaping of the remaining waveform of the alternating current waveform by the booster circuit 21 are repeated at any time. Just do it.

本実施の形態では、以上のような構成としたことにより、系統連系前にあらかじめ昇圧回路21が平滑コンデンサ電圧102bを系統電圧101と同期して一部区間で系統電圧101以上の電圧に昇圧するため、系統連系前に平滑コンデンサ電圧102bが系統電圧101の絶対値以上の電圧となり、系統連系のタイミングに関わらず、平滑コンデンサ3への突入電流を抑制することができる。また、系統連系後においては、昇圧回路21が交流波形の一部波形を成形し、残部波形をインバータ回路40が成形するため、昇圧回路21及びインバータ回路40の動作をそれぞれ一部省略することができ、それぞれのスイッチング損失を低減することができる。よって、電力変換装置61の変換効率を向上させることができるとともに、系統連系を行う際の平滑コンデンサ3への突入電流を抑制することができる。   In the present embodiment, with the above configuration, the booster circuit 21 boosts the smoothing capacitor voltage 102b in advance to a voltage higher than or equal to the system voltage 101 in a certain section before synchronizing with the system voltage 101. Therefore, before the grid connection, the smoothing capacitor voltage 102b becomes a voltage higher than the absolute value of the grid voltage 101, and the inrush current to the smoothing capacitor 3 can be suppressed regardless of the timing of the grid connection. In addition, after the grid connection, the booster circuit 21 forms a partial waveform of the alternating current waveform, and the inverter waveform 40 forms the remaining waveform, so that the operations of the booster circuit 21 and the inverter circuit 40 are partially omitted. Each switching loss can be reduced. Therefore, the conversion efficiency of the power converter 61 can be improved, and the inrush current to the smoothing capacitor 3 when performing grid connection can be suppressed.

また、本実施の形態では、系統連系前に昇圧回路21によって平滑コンデンサ電圧102bを昇圧する区間を一部のみとしているので、系統連系前の昇圧回路21におけるスイッチング損失を低減することもできる。   Further, in the present embodiment, only a part of the section in which the smoothing capacitor voltage 102b is boosted by the booster circuit 21 before grid connection is partly provided, so that switching loss in the boost circuit 21 before grid connection can be reduced. .

実施の形態3.
なお、実施の形態2にかかる電力変換装置61では系統連系前の動作を実施の形態1にかかる電力変換装置60と異なる構成としたが、これに限定されるものでなく、他の動作とすることとしてもよい。そこで、実施の形態3として、実施の形態1にかかる電力変換装置60とは系統連系後の動作方法が異なる場合について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In addition, in the power converter device 61 concerning Embodiment 2, although the operation | movement before grid connection was set as the different structure from the power converter device 60 concerning Embodiment 1, it is not limited to this, Other operations and It is good to do. Therefore, as the third embodiment, a case where the operation method after grid connection is different from that of the power conversion device 60 according to the first embodiment will be described.

実施の形態3に係る電力変換装置の回路構成は、実施の形態2に係る電力変換装置61の回路構成と同様であり、図3に示すとおりである。   The circuit configuration of the power conversion device according to the third embodiment is the same as the circuit configuration of the power conversion device 61 according to the second embodiment, as shown in FIG.

次に、実施の形態3にかかる電力変換装置の動作について説明する。図5及び図6は実施の形態3にかかる電力変換装置の動作を示すタイミングチャートである。図5及び図6において、図2又は図3と同一の符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。ここで、図5(e)及び図6(e)は、昇圧用スイッチング素子2dの制御信号104を示した図である。   Next, the operation of the power conversion apparatus according to the third embodiment will be described. 5 and 6 are timing charts illustrating the operation of the power conversion apparatus according to the third embodiment. 5 and 6, the same reference numerals as those in FIG. 2 or FIG. 3 indicate the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. Here, FIG. 5E and FIG. 6E are diagrams showing the control signal 104 of the step-up switching element 2d.

図5において、実施の形態3にかかる電力変換装置の動作の一例を示す。実施の形態1にかかる電力変換装置60の動作と異なる点は、昇圧用スイッチング素子2dのスイッチング動作が含まれる点である。系統連系を行う前の時刻t1までの間では、昇圧回路21によって平滑コンデンサ電圧102cが系統電圧101の最大値以上の電圧となるように昇圧する。そして、平滑コンデンサ電圧102cが系統電圧101の最大値以上の電圧となったことを確認した後、時刻t1において系統連系を行う。この間、昇圧用スイッチング素子2dはオフとする。   In FIG. 5, an example of operation | movement of the power converter device concerning Embodiment 3 is shown. The difference from the operation of the power conversion device 60 according to the first embodiment is that the switching operation of the step-up switching element 2d is included. Until the time t1 before the grid connection, the boosting circuit 21 boosts the smoothing capacitor voltage 102c so that the voltage is equal to or higher than the maximum value of the grid voltage 101. Then, after confirming that the smoothing capacitor voltage 102c is equal to or higher than the maximum value of the system voltage 101, system interconnection is performed at time t1. During this time, the boosting switching element 2d is turned off.

系統連系が行われた後の時刻t1から時刻t2までの間では、インバータ回路40によって交流波形の成形を行う。一方、昇圧回路21は動作せずにいるが、昇圧用スイッチング素子2dは時刻t1においてオンとなり、その状態を保っている。そのため、昇圧回路21を通流する電流は、昇圧用スイッチング素子2dであるMOSFETに並列接続された還流ダイオードではなく、MOSFET側を通流することになる。   Between the time t1 and the time t2 after the grid connection is performed, the AC waveform is formed by the inverter circuit 40. On the other hand, the booster circuit 21 does not operate, but the booster switching element 2d is turned on at time t1 and is kept in that state. Therefore, the current flowing through the booster circuit 21 flows through the MOSFET side, not the freewheeling diode connected in parallel to the MOSFET that is the boosting switching element 2d.

系統連系が行われた後の時刻t2から時刻t3までの間では、昇圧回路21によって交流波形の成形を行う。その際、昇圧用スイッチング素子2cがスイッチングを行っているが、昇圧用スイッチング素子2dは昇圧用スイッチング素子2cと対を為すようにスイッチングを行う。すなわち、昇圧用スイッチング素子2cがオンの時は昇圧用スイッチング素子2dをオフとし、昇圧用スイッチング素子2cがオフの時は昇圧用スイッチング素子2dをオンとなる。そのため、昇圧回路21を通流し平滑コンデンサ3側へと流れる電流は、昇圧用スイッチング素子2dであるMOSFETに並列接続された還流ダイオードではなく、MOSFET側を通流することになる。   In the period from time t2 to time t3 after the grid connection is performed, the AC waveform is shaped by the booster circuit 21. At this time, the boosting switching element 2c performs switching, but the boosting switching element 2d performs switching so as to form a pair with the boosting switching element 2c. That is, when the boosting switching element 2c is on, the boosting switching element 2d is turned off, and when the boosting switching element 2c is off, the boosting switching element 2d is turned on. Therefore, the current that flows through the booster circuit 21 and flows toward the smoothing capacitor 3 flows through the MOSFET side, not the freewheeling diode connected in parallel to the MOSFET that is the boosting switching element 2d.

時刻t3以降では、インバータ回路40による交流波形の成形と昇圧回路21による交流波形の成形を、随時切り替えて繰り返し行えばよい。その際、昇圧用スイッチング素子2dは昇圧用スイッチング素子2cと対を為すようにスイッチングを行う。   After time t3, the alternating current waveform shaping by the inverter circuit 40 and the alternating current waveform shaping by the booster circuit 21 may be repeatedly switched at any time. At that time, the boosting switching element 2d performs switching so as to form a pair with the boosting switching element 2c.

このように動作させることにより、系統連系前にあらかじめ昇圧回路20が平滑コンデンサ電圧102cを系統電圧101の最大値以上の電圧となるように昇圧するため、系統連系前に平滑コンデンサ電圧102cが系統電圧101の絶対値以上の電圧となり、系統連系のタイミングに関わらず、平滑コンデンサ3への突入電流を抑制することができる。さらに、昇圧回路21を通流し平滑コンデンサ3側へと流れる電流は、昇圧用スイッチング素子2dであるMOSFETに並列接続された還流ダイオードではなく、より低抵抗なMOSFET側を通流することになるので、昇圧回路21における導通損失を低減することができ、変換効率を向上させることができる。   By operating in this way, the booster circuit 20 boosts the smoothing capacitor voltage 102c in advance so as to be equal to or higher than the maximum value of the system voltage 101 before grid connection. The voltage is equal to or higher than the absolute value of the system voltage 101, and the inrush current to the smoothing capacitor 3 can be suppressed regardless of the system interconnection timing. Furthermore, since the current flowing through the booster circuit 21 and flowing toward the smoothing capacitor 3 flows through the lower resistance MOSFET side, not the freewheeling diode connected in parallel to the MOSFET which is the boosting switching element 2d. The conduction loss in the booster circuit 21 can be reduced, and the conversion efficiency can be improved.

しかしながら、系統連系直後の時刻t1から時刻t2までの間では、昇圧用スイッチング素子2dを昇圧用スイッチング素子2cと対になるように動作させると、平滑コンデンサ3から直流電源1側へ放電する経路が生成されてしまう。そして、平滑コンデンサ電圧102cは太陽電池電圧100を昇圧した電圧となっているため、平滑コンデンサ3側から太陽電池1側への回生方向の電流が発生することとなり、平滑コンデンサ電圧102cが急激に低下し変動してしまう。さらに、この間インバータ回路40は平滑コンデンサ電圧102cを電源電圧として交流波形を成形しているため、平滑コンデンサ電圧102cの急激な変動は出力電流103の変動となり、出力波形のノイズとなる場合があった。   However, between time t1 and time t2 immediately after grid connection, when the boosting switching element 2d is operated so as to be paired with the boosting switching element 2c, a path for discharging from the smoothing capacitor 3 to the DC power supply 1 side. Will be generated. Since the smoothing capacitor voltage 102c is a voltage obtained by boosting the solar cell voltage 100, a current in the regeneration direction from the smoothing capacitor 3 side to the solar cell 1 side is generated, and the smoothing capacitor voltage 102c rapidly decreases. And fluctuate. Further, during this time, the inverter circuit 40 forms an alternating current waveform using the smoothing capacitor voltage 102c as the power supply voltage, and therefore, a sudden change in the smoothing capacitor voltage 102c may result in a change in the output current 103, resulting in noise in the output waveform. .

そこで、このような平滑コンデンサ電圧102cの電圧変動を抑制する必要がある場合には、図6に示すよう動作例とすることができる。図6に示す動作例では、図5に示した動作例に対して、時刻t1から時刻t2までの間の動作のみ変更している。図6において、時刻t1から時刻t2までの間では、インバータ回路40によって交流波形の成形を行うが、その際昇圧用スイッチング素子2dをオフとする。この間、平滑コンデンサ3から直流電源1側へ放電する経路が生成されることが無いため、平滑コンデンサ電圧102dは出力電流103に応じて徐々に低下していく。   Therefore, when it is necessary to suppress such voltage fluctuation of the smoothing capacitor voltage 102c, an operation example can be made as shown in FIG. In the operation example shown in FIG. 6, only the operation from time t1 to time t2 is changed from the operation example shown in FIG. In FIG. 6, during the period from time t1 to time t2, the AC waveform is shaped by the inverter circuit 40. At this time, the step-up switching element 2d is turned off. During this time, since a path for discharging from the smoothing capacitor 3 to the DC power supply 1 side is not generated, the smoothing capacitor voltage 102 d gradually decreases in accordance with the output current 103.

このように動作させることにより、系統連系直後に平滑コンデンサ3から直流電源1側へ放電する経路が生成されることが無いので、平滑コンデンサ電圧102dの変動を抑制することができる。さらに、時刻t2以降では、昇圧回路21を通流し平滑コンデンサ3側へと流れる電流は、昇圧用スイッチング素子2dであるMOSFETに並列接続された還流ダイオードではなく、より低抵抗なMOSFET側を通流することになるので、昇圧回路21における導通損失を低減することができ、変換効率を向上させることができる。また、他の実施の形態と同様に、系統連系前に平滑コンデンサ電圧102dが系統電圧101の絶対値以上の電圧となるため、系統連系のタイミングに関わらず、平滑コンデンサ3への突入電流を抑制することができる。   By operating in this way, a path for discharging from the smoothing capacitor 3 to the DC power supply 1 side is not generated immediately after the grid connection, so that fluctuations in the smoothing capacitor voltage 102d can be suppressed. Further, after time t2, the current flowing through the booster circuit 21 and flowing toward the smoothing capacitor 3 is not through the freewheeling diode connected in parallel to the MOSFET that is the boosting switching element 2d, but through the lower resistance MOSFET side. Therefore, the conduction loss in the booster circuit 21 can be reduced, and the conversion efficiency can be improved. Similarly to the other embodiments, since the smoothing capacitor voltage 102d becomes a voltage equal to or higher than the absolute value of the system voltage 101 before grid connection, the inrush current to the smoothing capacitor 3 regardless of the grid connection timing. Can be suppressed.

なお、図6においては、系統連系後から昇圧回路21が初めて交流波形の一部波形の成形を開始する時刻t2までの間、昇圧用スイッチング素子2dをオフとしているが、平滑コンデンサ電圧102dは出力電流103に応じて徐々に低下していく結果、時刻t2以前に太陽電池電圧100と等しい電圧まで低下した場合には、その時点で昇圧用スイッチング素子2dをオンとすることとしてもよい。このような場合でも、平滑コンデンサ電圧102dは太陽電池電圧100と等しい電圧であるため、太陽電池1側に電流が流れることはなく、平滑コンデンサ電圧102dの変動を抑制することができる。   In FIG. 6, the boosting switching element 2d is turned off until the time t2 when the booster circuit 21 starts shaping the partial waveform of the AC waveform for the first time after grid connection, but the smoothing capacitor voltage 102d is As a result of gradually decreasing according to the output current 103, when the voltage drops to a voltage equal to the solar cell voltage 100 before time t2, the boosting switching element 2d may be turned on at that time. Even in such a case, since the smoothing capacitor voltage 102d is equal to the solar cell voltage 100, current does not flow to the solar cell 1 side, and fluctuations in the smoothing capacitor voltage 102d can be suppressed.

また、昇圧用スイッチング素子2dとしてMOSFETを用いることとしているが、IGBT等の他のスイッチング素子を用いることとしてよい。ただし、IGBTを用いることとすると、IGBTはオンの際に整流作用があるため、平滑コンデンサ3側から太陽電池1側へ電流が流れる向きにIGBTを接続すれば、時刻t1から時刻t2までの間において昇圧用スイッチング素子2dをオンとすることで、平滑コンデンサ3側から太陽電池1側へと電流を流すことができる。かかる場合、同期整流を行うことはできない。   Further, although a MOSFET is used as the boosting switching element 2d, other switching elements such as IGBTs may be used. However, if an IGBT is used, since the IGBT has a rectifying action when it is turned on, if the IGBT is connected in a direction in which a current flows from the smoothing capacitor 3 side to the solar cell 1 side, it is between time t1 and time t2. When the boosting switching element 2d is turned on, current can flow from the smoothing capacitor 3 side to the solar cell 1 side. In such a case, synchronous rectification cannot be performed.

実施の形態4.
なお、本発明は、実施の形態1ないし3にかかる電力変換装置の回路構成に限定されるものでなく、他の回路構成とすることとしてもよい。そこで、実施の形態4として、実施の形態1ないし3にかかる電力変換装置とは異なる回路構成の場合を説明する。
Embodiment 4 FIG.
In addition, this invention is not limited to the circuit structure of the power converter device concerning Embodiment 1 thru | or 3, It is good also as making it another circuit structure. Therefore, as a fourth embodiment, a case of a circuit configuration different from that of the power conversion device according to the first to third embodiments will be described.

まず、実施の形態4にかかる電力変換装置62の構成について説明する。図7は、実施の形態4にかかる電力変換装置62を備えた系統連系システム72の構成を示す回路図である。図7において、図1又は図4と同一の符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。   First, the configuration of the power conversion device 62 according to the fourth embodiment will be described. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of a grid interconnection system 72 including the power conversion device 62 according to the fourth embodiment. 7, the same reference numerals as those in FIG. 1 or FIG. 4 indicate the same or corresponding components, and the description thereof is omitted.

実施の形態4にかかる電力変換装置62は、実施の形態3にかかる電力変換装置61の回路構成に、直流電源である太陽電池1の正極側端子と平滑コンデンサ3の正極側端子との接続及び解離を行うバイパス用スイッチング素子17を加えたものである。バイパス用スイッチング素子17は太陽電池1の正側の端子と平滑コンデンサ3の正側の端子との間に接続される。これにより、バイパス用スイッチング素子17がオンの場合には、昇圧回路21を迂回する経路が生成される。   In the power converter 62 according to the fourth embodiment, the circuit configuration of the power converter 61 according to the third embodiment is connected to the positive terminal of the solar cell 1 that is a DC power source and the positive terminal of the smoothing capacitor 3. The switching element 17 for bypass which performs dissociation is added. The bypass switching element 17 is connected between the positive terminal of the solar cell 1 and the positive terminal of the smoothing capacitor 3. Thus, when the bypass switching element 17 is on, a path that bypasses the booster circuit 21 is generated.

次に、実施の形態4にかかる電力変換装置62の動作について説明する。図8は実施の形態4にかかる電力変換装置62の動作を示すタイミングチャートである。図8において、図5又は図6と同一の符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。ここで、図8(f)は、バイパス用スイッチング素子17の制御信号105を示した図である。また、図8において、時刻t3から時刻t4はインバータ回路40によって交流波形の一部の成形が行われる期間であり、時刻t4から時刻t5は昇圧回路21によって交流波形の一部の成形が行われる期間である。   Next, the operation of the power conversion device 62 according to the fourth embodiment will be described. FIG. 8 is a timing chart illustrating the operation of the power converter 62 according to the fourth embodiment. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 5 or 6 denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. Here, FIG. 8F is a diagram showing the control signal 105 of the bypass switching element 17. In FIG. 8, a period from time t3 to time t4 is a period during which a part of the AC waveform is shaped by the inverter circuit 40, and a part of the AC waveform is shaped by the booster circuit 21 from time t4 to time t5. It is a period.

図8において、実施の形態4にかかる電力変換装置62の動作は、バイパス用スイッチング素子17の動作が加わった点で、実施の形態3にかかる電力変換装置61の動作と相違する。バイパス用スイッチング素子17は、昇圧回路21が動作しない期間ではオンとなり、昇圧回路21による交流波形の成形が行われる期間ではオフとなる。すなわち、時刻t1から時刻t2までの期間、時刻t3から時刻t4までの期間ではオンとなり、時刻t2から時刻t3までの期間、時刻t4から時刻t5までの期間ではオフとなる。   In FIG. 8, the operation of the power converter 62 according to the fourth embodiment is different from the operation of the power converter 61 according to the third embodiment in that the operation of the bypass switching element 17 is added. The bypass switching element 17 is turned on during a period when the booster circuit 21 does not operate, and is turned off during a period when the AC waveform is shaped by the booster circuit 21. That is, it is on during the period from time t1 to time t2, the period from time t3 to time t4, and is off during the period from time t2 to time t3, and from time t4 to time t5.

このように動作させることにより、昇圧回路21が動作しない期間において昇圧用リアクトル2aと昇圧用スイッチング素子2dとに通流していた電流がバイパス用スイッチング素子17に通流することになるので、昇圧用リアクトル2aにおける導通損失を低減することができ、変換効率を向上させることができる。また、他の実施の形態と同様に、系統連系前に平滑コンデンサ電圧102eが系統電圧101の絶対値以上の電圧となるため、系統連系のタイミングに関わらず、平滑コンデンサ3への突入電流を抑制することができる。   By operating in this manner, the current that has been flowing through the boosting reactor 2a and the boosting switching element 2d during the period when the boosting circuit 21 does not operate flows through the bypass switching element 17. The conduction loss in the reactor 2a can be reduced, and the conversion efficiency can be improved. Similarly to the other embodiments, since the smoothing capacitor voltage 102e becomes a voltage equal to or higher than the absolute value of the system voltage 101 before the grid connection, the inrush current to the smoothing capacitor 3 regardless of the grid connection timing. Can be suppressed.

また、実施の形態3と同様に、系統連系直後の時刻t1から時刻t2までの間では、平滑コンデンサ電圧102eが昇圧されているため、バイパス用スイッチング素子17がオンとなると、平滑コンデンサ3から太陽電池1へ放電する経路が生成されることとなるので、平滑コンデンサ電圧102eが急激に変動する。そのため、平滑コンデンサ電圧102eの電圧変動を抑制する必要がある場合には、時刻t1から時刻t2までの間では、バイパス用スイッチング素子17をオフすることで電圧変動を抑制することができる。   Similarly to the third embodiment, since the smoothing capacitor voltage 102e is boosted from time t1 immediately after grid connection to time t2, when the switching element 17 for bypass is turned on, the smoothing capacitor 3 Since a path for discharging to the solar cell 1 is generated, the smoothing capacitor voltage 102e changes rapidly. Therefore, when it is necessary to suppress the voltage fluctuation of the smoothing capacitor voltage 102e, the voltage fluctuation can be suppressed by turning off the bypass switching element 17 from the time t1 to the time t2.

実施の形態5.
なお、本発明は、実施の形態1ないし4にかかる電力変換装置においては、系統連系直後から、昇圧回路20(又は21)が交流波形の一部波形を成形し、インバータ回路40が交流波形の残部波形を成形することとしているが、これに限定されるものではなく、他の動作方法とすることとしてもよい。そこで、実施の形態5として、実施の形態1ないし4にかかる電力変換装置とは異なる動作方法の場合を説明する。
Embodiment 5 FIG.
In the power converters according to the first to fourth embodiments of the present invention, immediately after the grid connection, the booster circuit 20 (or 21) forms a partial waveform of the AC waveform, and the inverter circuit 40 has the AC waveform. However, the present invention is not limited to this, and other operation methods may be used. Therefore, as the fifth embodiment, a case of an operation method different from that of the power conversion device according to the first to fourth embodiments will be described.

実施の形態5にかかる電力変換装置の回路構成は、実施の形態1にかかる電力変換装置と同様の回路構成であるとするが、他の実施の形態の回路構成とすることとしても構わない。   The circuit configuration of the power conversion device according to the fifth embodiment is the same as the circuit configuration of the power conversion device according to the first embodiment, but may be the circuit configuration of another embodiment.

続いて、実施の形態5にかかる電力変換装置の動作方法についてのみ説明する。図9は、実施の形態5にかかる電力変換装置の動作を示すタイミングチャートである。図9において、図2と同一の符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。図9において、時刻t6は時刻t1から系統電圧101の一周期経過後の時刻を示している。なお、実施の形態5にかかる電力変換装置の回路構成は、実施の形態1にかかる電力変換装置60と同様の回路構成とする。ただし、実施の形態3にかかる電力変換装置61や実施の形態4にかかる電力変換装置62の回路構成と同様の回路構成としても構わない。   Subsequently, only the operation method of the power conversion device according to the fifth embodiment will be described. FIG. 9 is a timing chart illustrating the operation of the power conversion apparatus according to the fifth embodiment. 9, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. In FIG. 9, a time t6 indicates a time after one cycle of the system voltage 101 has elapsed from the time t1. The circuit configuration of the power conversion device according to the fifth embodiment is the same as that of the power conversion device 60 according to the first embodiment. However, the circuit configuration may be the same as the circuit configuration of the power conversion device 61 according to the third embodiment or the power conversion device 62 according to the fourth embodiment.

図9において、実施の形態5にかかる電力変換装置では、系統連系直後の時刻t1からt6までの間では、時刻t1までの間と同様に、昇圧回路20によって平滑コンデンサ電圧102fを系統電圧101の最大値以上の電圧に昇圧し続ける。この間、インバータ回路40が平滑コンデンサ電圧102fに基づいて交流波形の成形を行う。そして、系統電圧101の一周期経過後である時刻t6以降では、他の実施の形態と同様に、昇圧回路20が交流波形の一部波形を成形し、インバータ回路40が交流波形の残部波形を成形する。   In the power conversion device according to the fifth embodiment shown in FIG. 9, the smoothing capacitor voltage 102f is supplied to the system voltage 101 by the booster circuit 20 between time t1 and t6 immediately after grid connection, as in the time t1. Continue boosting to a voltage above the maximum value. During this time, the inverter circuit 40 performs AC waveform shaping based on the smoothing capacitor voltage 102f. Then, after time t6 after one cycle of the system voltage 101, as in the other embodiments, the booster circuit 20 forms a partial waveform of the AC waveform, and the inverter circuit 40 generates the remaining waveform of the AC waveform. Mold.

このように動作させることにより、系統連系が行われる時刻t1において、系統連系用スイッチ7がオンとなる変化と昇圧回路20の制御動作の変化とを同時に行う必要がないことから、系統連系用スイッチ7の動作タイミングと昇圧回路20の制御を変更するタイミングのずれ等を考慮する必要もなくなる。その結果、非系統連系状態から系統連系状態に移行するにあったて安定した制御動作を確保することができる。   By operating in this way, at time t1 when grid connection is performed, it is not necessary to simultaneously perform a change in which the grid connection switch 7 is turned on and a change in the control operation of the booster circuit 20. There is no need to take into account the difference between the operation timing of the system switch 7 and the timing of changing the control of the booster circuit 20. As a result, a stable control operation can be ensured when shifting from the non-system interconnection state to the system interconnection state.

また、図9においては、昇圧回路20による平滑コンデンサ電圧102fの昇圧を系統連系後の時刻t1から系統電圧101の一周期経過後である時刻t6まで行うことしたが、時刻t1から数周期経過後の任意のタイミングまで行うこととしてもよく、また一周期経過前の、例えば半周期経過後まで行うこととしてもよい。すなわち、時刻t1から一定期間経過後まで昇圧回路20による平滑コンデンサ電圧102fの昇圧を継続すればよい。   In FIG. 9, the smoothing capacitor voltage 102f is boosted by the booster circuit 20 from time t1 after grid connection to time t6 after one cycle of the system voltage 101, but several cycles have elapsed since time t1. It may be performed until any later timing, or may be performed before one cycle elapses, for example, after a half cycle elapses. That is, the boosting of the smoothing capacitor voltage 102f by the booster circuit 20 may be continued from time t1 until a certain period has elapsed.

一定期間の他の例としては、例えば、交流波形の出力開始のタイミングに関わらず系統連系されてから系統電圧101が最初にゼロクロス又はゼロクロス付近となるまでの期間とすることができる。このような構成とすれば、昇圧回路20が平滑コンデンサ電圧102fを系統電圧101の絶対値の最大値以上の電圧に昇圧するように制御する動作から交流波形を生成する制御に切り替えるタイミングがゼロクロス付近であるため、インバータ回路40が電流波形を生成することとなり昇圧回路20はこのタイミングで動作する必要がない。その結果、昇圧回路20に急な制御の変更が起こらないため安定的に切り替えが可能である。また、ゼロクロス又はゼロクロス付近で切り替わるので、力率が1であれば出力電流103もほぼゼロクロス付近であり、この間の瞬時の出力電力は小さい値となる。よって、平滑コンデンサ電圧102fが急激に低下することもない。   As another example of the fixed period, for example, a period from when the grid connection is made to when the grid voltage 101 first reaches the zero cross or near the zero cross regardless of the output start timing of the AC waveform can be used. With such a configuration, the timing at which the booster circuit 20 switches from the operation for controlling the smoothing capacitor voltage 102f to a voltage equal to or higher than the maximum value of the absolute value of the system voltage 101 to the control for generating an AC waveform is near zero crossing. Therefore, the inverter circuit 40 generates a current waveform, and the booster circuit 20 does not need to operate at this timing. As a result, since a sudden control change does not occur in the booster circuit 20, switching can be stably performed. Further, since switching is performed at or near the zero cross, if the power factor is 1, the output current 103 is also approximately near the zero cross, and the instantaneous output power during this time becomes a small value. Therefore, the smoothing capacitor voltage 102f does not drop rapidly.

ただし、上記のように太陽電池電圧100と系統電圧101の瞬時値をみて、インバータ回路40が波形成形する動作期間で切り替われば、出力電力が大きなタイミングであって平滑コンデンサ電圧102fが急激に低下したとしても、そのタイミングではインバータ回路40の動作期間であるため、昇圧回路20がこれまでの常に高い電圧を出し続ける制御から波形成形の制御に急に移行することも無い。また、高速に制御切り替えが可能であれば、昇圧回路が波形成形するタイミングで母線昇圧を終了させることも可能である。   However, if the instantaneous value of the solar cell voltage 100 and the system voltage 101 is seen as described above and the inverter circuit 40 is switched during the waveform shaping operation period, the smoothing capacitor voltage 102f rapidly decreases at a timing when the output power is large. Even if it does, since it is the operation period of the inverter circuit 40 at that timing, there is no sudden transition from the control in which the booster circuit 20 always outputs a high voltage to the waveform shaping control. If the control can be switched at high speed, the bus boosting can be terminated at the timing when the booster circuit forms the waveform.

なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   Note that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be modified or omitted as appropriate.

1 太陽電池
2a 昇圧用リアクトル
2b 昇圧用ダイオード
2c、2d 昇圧用スイッチング素子
3 平滑コンデンサ
4a、4b、4c、4d インバータ用スイッチング素子
5a フィルタリアクトル
5b フィルタコンデンサ
6 電力系統
7 系統連系用スイッチ
8 制御回路
9 電源電圧センサ
10 昇圧リアクトル用電流センサ
11 平滑コンデンサ用電圧センサ
13 フィルタリアクトル用電流センサ
15 出力電流センサ
16 系統電圧センサ
17 バイパス用スイッチング素子
20、21 昇圧回路
40 インバータ回路
50 フィルタ回路
60、61、62 電力変換装置
70、71 系統連系システム
S1、S2、S3 制御信号
Ii 昇圧リアクトル電流
If フィルタリアクトル電流
100 太陽電池電圧
101 系統電圧
102a、102b、102c、102d、102e、102f 平滑コンデンサ電圧
103 出力電流
104、105 制御信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell 2a Boosting reactor 2b Boosting diode 2c, 2d Boosting switching element 3 Smoothing capacitor 4a, 4b, 4c, 4d Inverter switching element 5a Filter reactor 5b Filter capacitor 6 Power system 7 System interconnection switch 8 Control circuit DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Power supply voltage sensor 10 Current sensor for step-up reactor 11 Voltage sensor for smoothing capacitor 13 Current sensor for filter reactor 15 Output current sensor 16 System voltage sensor 17 Bypass switching element 20, 21 Booster circuit 40 Inverter circuit 50 Filter circuit 60, 61, 62 Power converter 70, 71 Grid interconnection system S1, S2, S3 Control signal Ii Boost reactor current If Filter reactor current 100 Solar cell voltage 101 Grid voltage 102a, 02b, 102c, 102d, 102e, 102f smoothing capacitor voltage 103 output current 104 and 105 control signals

Claims (7)

直流電源に並列に接続され、前記直流電源から出力される直流電圧を昇圧して出力することにより交流波形の一部波形を成形する昇圧回路と、
前記昇圧回路に並列に接続され、前記昇圧回路から出力される出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記平滑コンデンサによって平滑された電圧を降圧することにより前記交流波形の前記一部波形以外の残部波形を成形するインバータ回路と、
前記インバータ回路と電力系統との間に設けられたスイッチと、
前記直流電源と前記電力系統との系統連系を行う際に、あらかじめ前記平滑コンデンサに印加される電圧を前記電力系統の系統電圧の絶対値以上の電圧に昇圧するように、前記昇圧回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記系統連系を行った直後から前記直流電圧より高い前記系統電圧の絶対値が前記直流電圧より低くなるまでの期間は、前記昇圧回路が前記平滑コンデンサに印加される電圧を前記系統電圧の絶対値の最大値よりも高い電圧となるように昇圧するとともに、前記インバータ回路が昇圧された前記平滑コンデンサに印加される電圧に基づいて前記期間に前記交流波形を成形するように、前記昇圧回路及び前記インバータ回路を制御する
ことを特徴とする電力変換装置。
A step-up circuit that is connected in parallel to a direct-current power supply, boosts a direct-current voltage output from the direct-current power supply, and outputs a partial waveform of the alternating current waveform; and
A smoothing capacitor connected in parallel to the booster circuit and smoothing the output voltage output from the booster circuit;
An inverter circuit connected in parallel to the smoothing capacitor and shaping a remaining waveform other than the partial waveform of the AC waveform by stepping down a voltage smoothed by the smoothing capacitor;
A switch provided between the inverter circuit and the power system;
Controls the booster circuit so as to boost the voltage applied to the smoothing capacitor in advance to a voltage equal to or higher than the absolute value of the system voltage of the power system when performing grid connection between the DC power source and the power system. A control circuit to
With
The control circuit includes:
Period from immediately after the system interconnection to an absolute value of higher the system voltage from the DC voltage is lower than the DC voltage, an absolute voltage which the boosting circuit is applied to the smoothing capacitor of the system voltage Boosting the voltage so as to be higher than the maximum value, and shaping the AC waveform in the period based on the voltage applied to the smoothing capacitor boosted by the inverter circuit; The inverter circuit is controlled. A power converter characterized by things.
二つのスイッチング素子を備え、直流電源に並列に接続され、前記直流電源から出力される直流電圧を昇圧して出力することにより交流波形の一部波形を成形する昇圧回路と、
前記昇圧回路に並列に接続され、前記昇圧回路から出力される出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記平滑コンデンサによって平滑された電圧を降圧することにより前記交流波形の前記一部波形以外の残部波形を成形するインバータ回路と、
前記インバータ回路と電力系統との間に設けられたスイッチと、
前記直流電源と前記電力系統との系統連系を行う際に、あらかじめ前記平滑コンデンサに印加される電圧を前記電力系統の系統電圧の絶対値以上の電圧に昇圧するように、前記昇圧回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記系統連系を行った後に最初に前記昇圧回路が前記一部波形の成形を開始するまでの期間又は前記系統連系を行った後に最初に前記平滑コンデンサに印加される電圧と前記直流電圧が等しくなるまでの期間においては、前記二つのスイッチング素子をオフ状態となるように制御する
ことを特徴とする電力変換装置。
A booster circuit comprising two switching elements, connected in parallel to a DC power supply, and boosting and outputting a DC voltage output from the DC power supply;
A smoothing capacitor connected in parallel to the booster circuit and smoothing the output voltage output from the booster circuit;
An inverter circuit connected in parallel to the smoothing capacitor and shaping a remaining waveform other than the partial waveform of the AC waveform by stepping down a voltage smoothed by the smoothing capacitor;
A switch provided between the inverter circuit and the power system;
Controls the booster circuit so as to boost the voltage applied to the smoothing capacitor in advance to a voltage equal to or higher than the absolute value of the system voltage of the power system when performing grid connection between the DC power source and the power system. A control circuit to
With
The control circuit includes:
A period until the booster circuit first starts shaping the partial waveform after performing the grid connection, or a voltage applied to the smoothing capacitor and a DC voltage for the first time after performing the grid connection. In the period until it becomes equal, the two switching elements are controlled so as to be in an OFF state.
直流電源に並列に接続され、前記直流電源から出力される直流電圧を昇圧して出力することにより交流波形の一部波形を成形する昇圧回路と、
前記昇圧回路に並列に接続され、前記昇圧回路から出力される出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記平滑コンデンサによって平滑された電圧を降圧することにより前記交流波形の前記一部波形以外の残部波形を成形するインバータ回路と、
前記インバータ回路と電力系統との間に設けられたスイッチと、
前記直流電源と前記電力系統との系統連系を行う際に、あらかじめ前記平滑コンデンサに印加される電圧を前記電力系統の系統電圧の絶対値以上の電圧に昇圧するように、前記昇圧回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記直流電源の正極側端子と前記平滑コンデンサの正極側端子との接続及び解離を行うバイパス用スイッチング素子をさらに備え、
前記制御回路は、
前記系統連系を行った後に最初に前記昇圧回路が前記一部波形の成形を開始するまでの期間又は前記系統連系を行った後に最初に前記平滑コンデンサに印加される電圧と前記直流電圧が等しくなるまでの期間においては、前記バイパス用スイッチング素子をオフ状態となるように制御する
ことを特徴とする電力変換装置。
A step-up circuit that is connected in parallel to a direct-current power supply, boosts a direct-current voltage output from the direct-current power supply, and outputs a partial waveform of the alternating current waveform; and
A smoothing capacitor connected in parallel to the booster circuit and smoothing the output voltage output from the booster circuit;
An inverter circuit connected in parallel to the smoothing capacitor and shaping a remaining waveform other than the partial waveform of the AC waveform by stepping down a voltage smoothed by the smoothing capacitor;
A switch provided between the inverter circuit and the power system;
Controls the booster circuit so as to boost the voltage applied to the smoothing capacitor in advance to a voltage equal to or higher than the absolute value of the system voltage of the power system when performing grid connection between the DC power source and the power system. A control circuit to
With
A bypass switching element for connecting and dissociating the positive electrode side terminal of the DC power source and the positive electrode side terminal of the smoothing capacitor
The control circuit includes:
A period until the booster circuit first starts shaping the partial waveform after performing the grid connection, or a voltage applied to the smoothing capacitor and a DC voltage for the first time after performing the grid connection. In the period until it becomes equal, the switching device for bypassing is controlled so as to be in an OFF state.
前記制御回路は、
前記系統連系を行った直後から一定期間経過までの間は、前記昇圧回路が前記平滑コンデンサに印加される電圧を前記系統電圧の絶対値の最大値よりも高い電圧となるように昇圧するとともに、前記インバータ回路が昇圧された前記平滑コンデンサに印加される電圧に基づいて前記交流波形を成形するように、前記昇圧回路及び前記インバータ回路を制御する、
ことを特徴とする請求項2または3に記載の電力変換装置。
The control circuit includes:
Immediately after performing the grid connection and until a lapse of a certain period, the booster circuit boosts the voltage applied to the smoothing capacitor so that the voltage is higher than the maximum absolute value of the grid voltage. Controlling the booster circuit and the inverter circuit so as to shape the AC waveform based on a voltage applied to the smoothing capacitor that has been boosted by the inverter circuit;
The power converter according to claim 2 or 3, wherein
前記制御回路は、
前記系統連系を行う際に、あらかじめ前記平滑コンデンサに印加される電圧を前記系統電圧の絶対値の最大値以上の電圧に昇圧するように、前記昇圧回路を制御する、
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The control circuit includes:
Controlling the booster circuit so as to boost the voltage applied to the smoothing capacitor in advance to a voltage equal to or higher than the maximum value of the absolute value of the system voltage when performing the system interconnection;
The power converter according to any one of claims 1 to 4, wherein the power converter is provided.
前記制御回路は、
前記系統連系を行う際に、あらかじめ前記直流電圧と前記系統電圧の絶対値とを比較して前記直流電圧が前記系統電圧の絶対値よりも低い期間のみ前記平滑コンデンサに印加される電圧を昇圧するように、前記昇圧回路を制御する、
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The control circuit includes:
When performing the grid interconnection, the DC voltage is compared with the absolute value of the grid voltage in advance, and the voltage applied to the smoothing capacitor is boosted only during a period when the DC voltage is lower than the absolute value of the grid voltage. Controlling the booster circuit,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the power conversion device is a power conversion device.
直流電力を出力する直流電源である太陽電池と、
前記太陽電池から出力される直流電力を交流電力に変換し前記電力系統に出力する請求項1ないし6のいずれか1項に記載の電力変換装置と、
を備えたことを特徴とする系統連系システム。
A solar cell that is a DC power source that outputs DC power;
The power converter according to any one of claims 1 to 6, wherein the DC power output from the solar cell is converted into AC power and output to the power system.
A grid interconnection system characterized by comprising:
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