JP6130462B2 - 単相太陽光インバータ - Google Patents

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Description

本発明は、単相太陽光インバータ及びその制御装置に関し、特に、高価な漏れ電流測定専用変流器の代わりに小型絶縁変圧器と一般の変流器を用いて漏れ電流を測定する単相太陽光インバータ及びその制御装置に関する。
一般に、単相太陽光インバータ（又は系統連系インバータ、グリッドタイインバータ）は、太陽光モジュールから供給された直流エネルギーを交流エネルギーに変換し、その変換された交流エネルギーを単相系統（又は負荷）に供給する装置である。
太陽光モジュールは正（＋）極性及び負（−）極性を単相太陽光インバータに接続するが、太陽光モジュールの両極性（正極性及び負極性）ケーブルが損傷したり誤結線、不良品の使用などの問題が生じた場合、絶縁破壊及び漏れ電流が発生する。
過度な漏れ電流は単相太陽光インバータの焼損の原因となるだけでなく、作業者が両極性ケーブルを把持したときに人体に危害が加わる。
また、漏れ電流を精密に測定するために用いる漏れ電流測定専用変流器は、特殊変流器であって非常に高価であるので、発電システム全体の製造コストを増加させる。
さらに、漏れ電流測定方式が非絶縁方式であるので、太陽光モジュールに地絡や短絡などの事故が発生した場合、単相太陽光インバータの入力側漏れ電流測定部に事故電流や事故電圧が印加され、高価な変流器が焼損することがある。
韓国登録特許第１０−１２２３０２６号公報
本発明の目的は、単相太陽光インバータの入力端での漏れ電流を測定する際に、高価な漏れ電流測定専用変流器又は特殊変流器を用いるのではなく、一般の変流器を用いて漏れ電流を測定する単相太陽光インバータ及びその制御装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、太陽光モジュールに地絡や短絡などの事故が発生した場合に装置を安全に保護するために小型絶縁変圧器を適用する単相太陽光インバータ及びその制御装置を提供することにある。
本発明の上記目的は、単相太陽光モジュールから供給される直流電力を交流電力に変換する単相太陽光インバータにおいて、前記単相太陽光モジュールの正極性に接続される第１入力端子及び前記単相太陽光モジュールの負極性に接続される第２入力端子を含む入力端子と、前記入力端子を介して供給される直流電力を交流電力に変換して系統に供給するインバータ部と、前記インバータ部に並列に接続され、前記入力端子を介して流れる漏れ電流を測定する漏れ電流測定部とを含む本発明による単相太陽光インバータを提供することにより達成することができる。
本発明の好ましい一態様によれば、前記漏れ電流測定部は、一端が前記第１入力端子に接続され、他端が第１変流器に接続され、接地に流れる漏れ電流を増幅する第１絶縁変圧器と、一端が前記第１絶縁変圧器に接続され、他端が前記接地に接続され、前記第１絶縁変圧器で増幅された漏れ電流を測定する前記第１変流器と、一端が前記第２入力端子に接続され、他端が第２変流器に接続され、接地に流れる漏れ電流を増幅する第２絶縁変圧器と、一端が前記第２絶縁変圧器に接続され、他端が前記接地に接続され、前記第２絶縁変圧器で増幅された漏れ電流を測定する前記第２変流器と、前記第１変流器で測定された漏れ電流をコントローラに送る第１検知ラインと、前記第２変流器で測定された漏れ電流を前記コントローラに送る第２検知ラインとを含む。
本発明の好ましい他の態様によれば、前記第１絶縁変圧器又は前記第２絶縁変圧器は、数ＶＡの小容量絶縁変圧器であり、コイルを予め設定されたＮターン（Ｎは自然数）巻回して製造される。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記単相太陽光インバータは、一端が前記第１入力端子及び前記漏れ電流測定部の一端に接続され、他端がブースタースイッチ部及びダイオード部に接続されるリアクタと、一端が前記リアクタの他端及び前記ダイオード部の一端に接続され、他端が前記第２入力端子、前記漏れ電流測定部の他端、コンデンサ部の他端、及び前記インバータ部の他端に接続される前記ブースタースイッチ部と、一端が前記リアクタの他端及び前記ブースタースイッチ部の一端に接続され、他端が前記コンデンサ部の一端及び前記インバータ部の一端に接続される前記ダイオード部と、一端が前記ダイオード部の他端及び前記インバータ部の一端に接続され、他端が前記第２入力端子、前記漏れ電流測定部の他端、前記ブースタースイッチ部の他端、及び前記インバータ部の他端に接続される前記コンデンサ部とをさらに含む。
本発明による単相太陽光インバータにおいては、単相太陽光インバータの入力端での漏れ電流を測定する際に、高価な漏れ電流測定専用変流器又は特殊変流器を用いるのではなく、一般の変流器を用いることにより、製造コストを低減することができる。
また、本発明による単相太陽光インバータにおいては、太陽光モジュールに地絡や短絡などの事故が発生した場合に装置を安全に保護するために小型絶縁変圧器を適用することにより、前述した事故が発生した場合に漏れ電流測定部を保護することができる。
本発明の一実施形態による単相太陽光インバータの構成を示すブロック図である。 図１の漏れ電流測定部の構成を示すブロック図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明するが、図面番号に関係なく同一又は対応する構成要素には同一符号を付し、それについての説明は省略する。
図１は本発明の一実施形態による単相太陽光インバータの構成を示すブロック図であり、図２は図１の漏れ電流測定部の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の一実施形態による単相太陽光インバータ１０は、入力端子１００、インバータ部２００、漏れ電流測定部３００、リアクタ４００、ブースタースイッチ部５００、ダイオード部６００及びコンデンサ部７００を含む。図１に示す単相太陽光インバータ１０の全ての構成要素が必須構成要素であるわけではなく、本発明による単相太陽光インバータは、図示の構成要素よりも多い構成要素で実現してもよく、それより少ない構成要素で実現してもよい。
入力端子１００は、単相太陽光モジュール（図示せず）の正（＋）極性に接続される第１入力端子１１０と、前記単相太陽光モジュールの負（−）極性に接続される第２入力端子１２０とを含む。
なお、入力端子１００は、複数の入力端子で構成されてもよい。
また、入力端子１００に含まれる複数の入力端子のそれぞれは、複数の太陽光モジュールにそれぞれ直列に接続される。
インバータ部２００は、入力端子１００を介して前記単相太陽光モジュールから供給（又は伝達）される直流電力（又は直流電圧／直流電流）を交流電力（又は交流電圧／交流電流）に変換する。
また、インバータ部２００は、前記変換された交流電力を系統（又は負荷）（図示せず）に供給する。
図２に示すように、漏れ電流測定部３００は、第１絶縁変圧器３１１、第２絶縁変圧器３１２、第１変流器３２１、第２変流器３２２、第１検知ライン３３１及び第２検知ライン３３２を含む。図２に示す漏れ電流測定部３００の全ての構成要素が必須構成要素であるわけではなく、本発明による単相太陽光インバータの漏れ電流測定部は、図示の構成要素よりも多い構成要素で実現してもよく、それより少ない構成要素で実現してもよい。
漏れ電流測定部３００は、インバータ部２００に並列に接続される。
また、漏れ電流測定部３００は、一端が第１入力端子１１０に接続され、他端が第２入力端子１２０に接続される。
第１絶縁変圧器３１１は、一端が第１入力端子１１０に接続され、他端が第１変流器３２１に接続される。
また、第１絶縁変圧器３１１は、数ＶＡ（ボルトアンペア）の小容量絶縁変圧器であり、コイルを予め設定されたＮターン（Ｎは自然数）巻回して製造する。
さらに、第１絶縁変圧器３１１は、接地（又はグランド）３４０に流れる漏れ電流（例えば、数ｍＡ〜数十ｍＡ）を予め設定されたＮ倍に増幅する。
このように、第１絶縁変圧器３１１は、小さい値の漏れ電流を絶縁するので、数ＶＡの小容量にすることができる。
さらに、第１絶縁変圧器３１１は、Ｎ倍に増幅された漏れ電流を第１変流器３２１に送る。
第１変流器３２１は、第１絶縁変圧器３１１でＮ倍に増幅された漏れ電流を測定する。ここで、第１変流器３２１は、漏れ電流測定専用変流器又は特殊変流器ではなく、一般の汎用変流器であってもよい。
また、第１変流器３２１は、一端が第１絶縁変圧器３１１に接続され、他端が接地３４０に接続される。
さらに、第１変流器３２１は、前記測定された漏れ電流を第１検知ライン３３１を介してコントローラ（図示せず）に送る。
第２絶縁変圧器３１２は、一端が第２入力端子１２０に接続され、他端が第２変流器３２２に接続される。
また、第２絶縁変圧器３１２は、第１絶縁変圧器３１１と同様に、数ＶＡ（ボルトアンペア）の小容量絶縁変圧器であり、コイルを予め設定されたＮターン（Ｎは自然数）巻回して製造する。
さらに、第２絶縁変圧器３１２は、接地（又はグランド）３４０に流れる漏れ電流（例えば、数ｍＡ〜数十ｍＡ）を予め設定されたＮ倍に増幅する。
このように、第２絶縁変圧器３１２は、小さい値の漏れ電流を絶縁するので、数ＶＡの小容量にすることができる。
さらに、第２絶縁変圧器３１２は、Ｎ倍に増幅された漏れ電流を第２変流器３２２に送る。
第２変流器３２２は、第２絶縁変圧器３１２でＮ倍に増幅された漏れ電流を測定する。ここで、第２変流器３２２は、漏れ電流測定専用変流器又は特殊変流器ではなく、一般の汎用変流器であってもよい。
また、第２変流器３２２は、一端が第２絶縁変圧器３１２に接続され、他端が接地３４０に接続される。
さらに、第２変流器３２２は、前記測定された漏れ電流を第２検知ライン３３２を介して前記コントローラに送る。
このように、コイルを予め設定されたＮターン巻回して第１絶縁変圧器３１１と第２絶縁変圧器３１２を製造（又は形成、構成）し、小さい値（例えば、数ｍＡ〜数十ｍＡ）の漏れ電流をＮ倍に増幅すると、一般の汎用変流器である第１変流器３２１と第２変流器３２２によっても前記漏れ電流を測定することができる。
また、第１絶縁変圧器３１１と第２絶縁変圧器３１２により、漏れ電流の測定が絶縁方式で行われるので、太陽光モジュールに発生する地絡や短絡などの事故による電流又は電圧により単相太陽光インバータ１０の漏れ電流測定部３００が焼損することを防止することができる。
リアクタ４００は、一端が第１入力端子１１０と漏れ電流測定部３００の一端に接続され、他端がブースタースイッチ部５００とダイオード部６００に接続される。
また、リアクタ４００は、入力端子１００（又は第１入力端子１１０）に直列に接続される。
ブースタースイッチ部５００は、一端がリアクタ４００の他端とダイオード部６００の一端に接続され、他端が第２入力端子１２０と漏れ電流測定部３００の他端とコンデンサ部７００の他端とインバータ部２００の他端に接続される。
また、ブースタースイッチ部５００は、インバータ部２００と漏れ電流測定部３００に並列に接続される。
ダイオード部６００は、一端がリアクタ４００の他端とブースタースイッチ部５００の一端に接続され、他端がコンデンサ部７００の一端とインバータ部２００の一端に接続される。
また、ダイオード部６００は、リアクタ４００に直列に接続され、ブースタースイッチ部５００に並列に接続される。
コンデンサ部７００は、一端がダイオード部６００の他端とインバータ部２００の一端に接続され、他端が第２入力端子１２０と漏れ電流測定部３００の他端とブースタースイッチ部５００の他端とインバータ部２００の他端に接続される。
また、コンデンサ部７００は、ブースタースイッチ部５００に並列に接続される。
ブースタースイッチ部５００とダイオード部６００とコンデンサ部７００は、１つのブースター部を形成する。
前記ブースター部は、漏れ電流測定部３００で測定された電圧を昇圧する（又は上昇させる）。
前述した実施形態においては単相太陽光インバータを例に挙げて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、多相太陽光インバータにも適用することができる。
前述した実施形態は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々な修正及び変形が可能であろう。つまり、前述した実施形態は本発明の技術思想を説明するためのものにすぎず、前述した実施形態により本発明の権利範囲が限定されるものではない。よって、本発明の権利範囲は添付の特許請求の範囲により定められるべきであり、同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
１０ 単相太陽光インバータ
１００ 入力端子
１１０ 第１入力端子
１２０ 第２入力端子
２００ インバータ部
３００ 漏れ電流測定部
３１１ 第１絶縁変圧器
３１２ 第２絶縁変圧器
３２１ 第１変流器
３２２ 第２変流器
３３１ 第１検知ライン
３３２ 第２検知ライン
４００ リアクタ
５００ ブースタースイッチ部
６００ ダイオード部
７００ コンデンサ部

Claims (3)

  1. 単相太陽光モジュールから供給される直流電力を交流電力に変換する単相太陽光インバータにおいて、
    前記単相太陽光モジュールの正極性に接続される第１入力端子及び前記単相太陽光モジュールの負極性に接続される第２入力端子を含む入力端子と、
    前記入力端子を介して供給される直流電力を交流電力に変換して系統に供給するインバータ部と、
    一端が前記第１入力端子に接続され、他端が前記第２入力端子に接続され、前記入力端子を介して流れる漏れ電流を測定する漏れ電流測定部とを含み、
    前記漏れ電流測定部は、
    一次巻線の一端が前記第１入力端子に接続され、前記一次巻線の他端が接地に接続され、二次巻線の一端が第１変流器に接続され、前記二次巻線の他端が接地に接続され、前記第１入力端子から接地に流れる漏れ電流を増幅する第１絶縁変圧器と、
    一端が前記第１絶縁変圧器の他端に接続され、他端が前記接地に接続され、前記第１絶縁変圧器で増幅された漏れ電流を測定する前記第１変流器と、
    一次巻線の一端が前記第２入力端子に接続され、前記一次巻線の他端が接地に接続され、二次巻線の一端が第２変流器に接続され、前記二次巻線の他端が接地に接続され、前記第２入力端子から接地に流れる漏れ電流を増幅する第２絶縁変圧器と、
    一端が前記第２絶縁変圧器の他端に接続され、他端が前記接地に接続され、前記第２絶縁変圧器で増幅された漏れ電流を測定する前記第２変流器と、
    前記第１変流器で測定された漏れ電流をコントローラに送る第１検知ラインと、
    前記第２変流器で測定された漏れ電流を前記コントローラに送る第２検知ラインとを含む、単相太陽光インバータ。
  2. 前記第１絶縁変圧器又は前記第２絶縁変圧器は、数ＶＡの小容量絶縁変圧器であり、コイルを予め設定されたＮターン（Ｎは自然数）巻回して製造される、請求項１に記載の単相太陽光インバータ。
  3. 一端が前記第１入力端子及び前記漏れ電流測定部の一端に接続され、他端がブースタースイッチ部及びダイオード部に接続されるリアクタと、
    一端が前記リアクタの他端及び前記ダイオード部の一端に接続され、他端が前記第２入力端子、前記漏れ電流測定部の他端、コンデンサ部の他端、及び前記インバータ部の他端に接続される前記ブースタースイッチ部と、
    一端が前記リアクタの他端及び前記ブースタースイッチ部の一端に接続され、他端が前記コンデンサ部の一端及び前記インバータ部の一端に接続される前記ダイオード部と、
    一端が前記ダイオード部の他端及び前記インバータ部の一端に接続され、他端が前記第２入力端子、前記漏れ電流測定部の他端、前記ブースタースイッチ部の他端、及び前記インバータ部の他端に接続される前記コンデンサ部とをさらに含む、請求項１に記載の単相太陽光インバータ。
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