JP6148117B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池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に関する。

従来から、太陽電池のような直流電源から出力される直流電力を、インバータ回路を含む電力変換装置により、商用の交流電力に変換して出力するソーラーシステムが知られている。この一例として、複数の太陽電池パネルを含む太陽電池アレイと、太陽電池アレイの出力を直流から交流に変換し、系統連系用の電力ケーブルに供給する小容量のインバータ回路（電力変換装置）を含むインバータユニットとを有する太陽電池アレイユニットを複数備えた太陽光発電装置が挙げられる（例えば、特許文献１）。

ところで、スイッチング（制御）素子による切り替えにより、系統連系用の交流電力を出力するとともに、停電時などにこれと独立した自立用の交流電力を出力する電力変換装置も知られている（例えば、特許文献２）。

図３は、従来の電力変換装置を示すブロック図である。ソーラーパネルＳのような太陽電池の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路５２、系統連系用の交流電力への変換制御を行う系統連系モードと、これと異なる出力電圧の自立用の交流電力への変換制御を行う自立モードと、に切り替えるモード切替部５４、系統連系モード時に、リレーオンでインバータ回路の系統連系用の交流電力を出力させる系統連系リレー５５、および、系統連系リレーと並列に接続されて、自立モード時に、リレーオンでインバータ回路５２の自立用の交流電力を出力させる自立リレー５７を備えている。

特開２０１０−２７９２３４号公報 特開２０１０−２５９１７０号公報

しかし、系統連系用の出力電圧が例えばＡＣ２００Ｖで、自立用の出力電圧がＡＣ１００Ｖである場合、系統連系リレーがリレーオン、自立リレーがリレーオフで、自立用のコンセントにＡＣ１００Ｖ規格の電気機器を接続した状態のとき、自立リレーを駆動するトランジスタなど内部部品の故障により、自立リレーがリレーオンになると、ＡＣ１００Ｖ用の電気機器にＡＣ２００Ｖの電圧が供給されることとなり、この電気機器の劣化および焼損や、人身に対する不測の事故を招くおそれがある、という問題があった。

特に、地震などで停電が頻発した場合、自立用の交流電力の使用が多くなって、自立用のコンセントにＡＣ１００Ｖ用の電気機器を接続したままであることを失念してしまうケースが多くなると想定され、これに対する安全対策を講じる必要がある。

本発明は、太陽電池の直流電力を交流電力に電力変換するインバータ回路を有し、相異なる出力電圧の系統連系用と自立用の交流電力を切り替える場合に、安全性の確保を容易に実現できる電力変換装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、太陽電池の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、系統連系用の交流電力への変換制御を行う系統連系モードと、これと異なる出力電圧の自立用の交流電力への変換制御を行う自立モードと、に切り替えるモード切替部、系統連系モード時に、リレーオンでインバータ回路の系統連系用の交流電力を出力させる系統連系リレー、および、系統連系リレーと並列に接続されて、自立モード時に、リレーオンでインバータ回路の自立用の交流電力を出力させる自立リレーを備えている。系統連系リレーがリレーオンで自立リレーがリレーオフのときに、自立リレーがリレーオンに誤作動しても、自立リレーと系統連系リレーとの接続を遮断するように動作する保護スイッチ回路が設けられている。

この構成によれば、系統連系リレーがリレーオンで自立リレーがリレーオフのときに、自立リレーがリレーオンに誤作動しても、系統連系リレーと自立リレーとの接続を常に遮断する。したがって、例えば内部部品の故障などが生じて、自立リレーから系統連系リレーの交流電力が出力されようとしても、これをリレー遮断によって阻止することができる。これにより、相異なる出力電圧の系統連系用と自立用の交流電力を切り替える場合に、たとえ自立用のコンセントに自立用の電圧規格の電気機器を装着したままの状態でも、容易に安全性の確保が可能となる。

好ましくは、前記系統連系リレーは、第１の制御素子のオンに基づいて、インバータ回路の商用の交流電力に接続し、前記自立リレーは、第２の制御素子のオンに基づいて、インバータ回路の非常用の交流電力に接続するものであり、前記保護スイッチ回路は、自立リレーと第２の制御素子の間に直列に接続された第３の制御素子であり、第１の制御素子がオンのとき、自立リレーと第２の制御素子との間を常に遮断するものである。この場合、自立リレーを駆動する第２の制御素子が故障しても、簡単な構成で安全性を確保できる。

また、好ましくは、前記インバータ回路が、複数の太陽電池に並列接続される。したがって、複数の太陽電池から所望電力を得ることができる。

本発明では、系統連系リレーがリレーオンで自立リレーがリレーオフのときに、自立リレーがリレーオンに誤作動しても、自立リレーと系統連系リレーとの接続を常に遮断するので、相異なる出力電圧の系統連系用と自立用の交流電力を切り替える場合に、容易に安全性の確保が可能となる。

本発明の一実施形態に係る電力変換装置を示すブロック図である。 図１の電力変換装置の一部を示す回路図である。 従来の電力変換装置を示すブロック図である。

図１は本発明の一実施形態に係る電力変換装置１を示すブロック図である。ソーラーパネルからなる太陽電池Ｓの例えば２ｋＷの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路２を含むものである。この電力変換装置１と複数の太陽電池Ｓを複数並列に接続し、集電箱にそれぞれ配線した設備を複数集合することにより、所望電圧の電力を出力するソーラーシステムを構成することができる。

図１の電力変換装置１は、トランジスタのような制御素子（図示せず）のスイッチング動作により電力変換を行うインバータ回路２、インバータ回路２および装置全体を制御する制御部３を備えている。制御部３は、インバータ回路２の制御モードである、系統連系用の交流電力に変換される系統連系モードとこれと異なる出力電圧の自立用の交流電力に変換される自立モードとに切り替えるモード切替部４を有している。例えば、系統連系用の交流電力の出力電圧はＡＣ２００Ｖで、自立用の交流電力の出力電圧はＡＣ１００Ｖである。

電力変換装置１は、系統連系モード時に、リレーオンでインバータ回路２の系統連系用の交流電力を出力させる系統連系リレー５と、系統連系リレー５と並列に接続されて、自立モード時に、リレーオンでインバータ回路２の自立用の交流電力を出力させる自立リレー７とを備えている。

系統連系リレー５がリレーオンで自立リレー７がリレーオフのときに、自立リレー７がリレーオンに誤作動しても、系統連系リレー５と自立リレー７との接続を遮断するように動作する保護スイッチ回路８が設けられている。

図２は、図１の電力変換装置の一部を示す回路図である。系統連系リレー５は、第１の制御素子Ｔ１と第４の制御素子Ｔ４のオンに基づいて、インバータ回路２の系統連系用の交流電力に接続し、自立リレー７は、第２の制御素子Ｔ２のオンに基づいて、インバータ回路２の自立用の交流電力に接続するものである。保護スイッチ回路８は、自立リレー７と第２の制御素子Ｔ２の間に直列に接続された第３の制御素子Ｔ３であり、第１の制御素子Ｔ１がオンのとき、自立リレー７と第２の制御素子Ｔ２との間を常に遮断する。この場合、簡単な構成で安全を確保できる。

系統連系リレースイッチ１１と１２がオンのとき、フォトカプラＰＣを介して第１の制御素子Ｔ１と第４の制御素子Ｔ４がオンとなり、系統連系リレー５がリレーオンとなり、ＡＣ２００Ｖの系統連系の交流電力が出力される。

自立リレースイッチ１３がオンのとき、フォトカプラＰＣを介して第２の制御素子Ｔ２のオンとなり、自立リレー７がリレーオンとなる。保護スイッチ回路８における、自立リレー７と第２の制御素子Ｔ２の間に直列に接続された第３の制御素子Ｔ３により、第１の制御素子Ｔ１がオンのとき、このオン信号に基づき遮断状態となり、自立リレー７と第２の制御素子Ｔ２との間が常に遮断される。

上記構成では、系統連系リレー５がリレーオンで自立リレー７がリレーオフのときに、自立リレー７がリレーオンに誤作動しても、第３の制御素子Ｔ３は自立リレー７と第２の制御素子Ｔ２との間を遮断して、系統連系リレー５と自立リレー７との接続を遮断するように動作する。したがって、従来のように、系統連系リレー５がリレーオンのとき、系統連系用のＡＣ２００Ｖの出力電圧が自立リレー７から出力されることがないので、ＡＶ１００Ｖ規格の電気機器が自立リレー７のコンセントに接続されたままであっても、ＡＣ２００Ｖが印加されることがなく、電気機器の劣化および焼損や、人身に対する不測の事故を招くおそれがない。

こうして、本発明では、系統連系リレーがリレーオンで自立リレーがリレーオフのときに、自立リレーがリレーオンに誤作動しても、系統連系リレーと自立リレーとの接続を常に遮断する。したがって、例えば内部部品の故障などが生じて、自立リレーから系統連系リレーの交流電力が出力されようとしても、これをリレー遮断によって阻止することができる。これにより、相異なる出力電圧の系統連系用と自立用の交流電力を切り替える場合に、たとえ自立用のコンセントに自立用の電圧規格の電気機器を装着したままの状態でも、容易に安全性の確保が可能となる。

なお、保護スイッチ回路８は、第１の制御素子Ｔ１に代えて、第４の制御素子Ｔ４のオン信号に基づいて第３の制御素子Ｔ３を遮断状態とし、自立リレー７と第２の制御素子Ｔ２との間を遮断するようにしてもよい。

１：電力変換装置
２：インバータ回路
３：制御部
４：モード切替部
５：系統連系リレー
７：自立リレー
８：保護スイッチ回路
Ｔ１：第１の制御素子
Ｔ２：第２の制御素子
Ｔ３：第３の制御素子
Ｔ４：第４の制御素子
Ｓ：太陽電池

Claims (2)

1. 太陽電池の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、
   系統連系用の交流電力への変換制御を行う系統連系モードと、これと異なる出力電圧の自立用の交流電力への変換制御を行う自立モードと、に切り替えるモード切替部、
   系統連系モード時に、リレーオンでインバータ回路の系統連系用の交流電力を出力させる系統連系リレー、および
   系統連系リレーと並列に接続されて、自立モード時に、リレーオンでインバータ回路の自立用の交流電力を出力させる自立リレーを備え、
   系統連系リレーがリレーオンで自立リレーがリレーオフのときに、自立リレーがリレーオンに誤作動しても、系統連系リレーと自立リレーとの接続を遮断するように動作する保護スイッチ回路が設けられており、
   前記系統連系リレーは、第１の制御素子のオンに基づいて、インバータ回路の系統連系用の交流電力に接続し、前記自立リレーは、第２の制御素子のオンに基づいて、インバータ回路の自立用の交流電力に接続するものであり、
   前記保護スイッチ回路は、自立リレーと第２の制御素子の間に直列に接続された第３の制御素子であり、第１の制御素子がオンのとき、自立リレーと第２の制御素子との間を常に遮断するものである、電力変換装置。
2. 請求項１において、
   前記インバータ回路が、複数の太陽電池に並列接続される、電力変換装置。

Images