JP6161584B2 - パワーコンディショナ及びその接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、直流電源を、交流電力系統と連系して運転するパワーコンディショナ及びその接続方法に関する。

地球環境問題や、化石燃料価格の高騰を背景として、太陽光や風力などの再生可能エネルギーに関する関心が世界的に高まっている。太陽エネルギーを電力に変換するデバイスとして太陽電池が普及し始めている。太陽電池の発生電力は直流なので、商用交流電源と連系して運転するためには、パワーコンディショナ（以下、本明細書において「パワコン」又は「ＰＣＳ」とも参照する。）が必要となる。例えば、下記特許文献１にこのようなパワーコンディショナが開示されている。

また、下記特許文献２には、単相電圧型交直変換装置が開示されている。特に、複数台を並列に接続して並行運転を行う場合において、それぞれの装置が自律して出力偏差を制御する自立並行運転が可能な単相電圧型交直変換装置が開示されている。
また、下記特許文献３には、三相電圧型交直変換装置が開示されている。特に、複数台を並列に接続して並行運転を行う場合において、それぞれの装置が自律して出力偏差を制御する自立並行運転が可能な三相電圧型交直変換装置が開示されている。
また、下記非特許文献１には、太陽光発電用パワーコンディショナにおいて放射ノイズが発生する点が記載されており、その対策として、ＰＷＭの制御に関する改良等の技術が開示されている。

特許第３００５８０４号公報 特開２００９−２１９２６３号公報 特開２００７−２３６０８３号公報

大島正明著、「パワーエレクトロニクス機器のノイズ対策技法、パワーコンディショナのノイズ問題とＥＭＣ設計」、電磁環境工学情報EMC、第２６巻、２号、２０１３年、６月５日発行

太陽光発電パワコン４００は、直流コンバータ部４１１及びインバータ部４１２を備えている。図１４には、そのような太陽光発電パワコン４００の回路ブロック図が示されている。ここで、図１４中、ＰＣＣ（Point of Common Coupling)４１６は、連系点を意味する。
太陽光発電用パワコン４００（以下、単にパワコン４００と呼ぶ場合もある）においては、まず、直流コンバータ部４１１が太陽電池パネル２００からの直流電圧を昇圧する（図１４参照）。次に、インバータ部４１２が、その昇圧された直流出力を交流に変換して、変換後の電力を交流電力系統５００に出力する（図１４参照）。なお、直流コンバータ部４１１が昇圧した直流電圧を直流リンク電圧と呼ぶ。

パワコン４００の種類として、大別すれば、トランス方式とトランスレス方式が知られている。生産コスト・容量及び重量の面では、一般的にはトランスレス方式の方が有利であると考えられている。しかし、トランスレス方式のパワコン４００は、コモンモード電位変動を直接出力してしまうため、たとえ、インバータ部４１２の変換（変調）周波数が低くても高周波ノイズを発生してしまう可能性がある。

ここで、図１５を用いてトランスレス方式のパワコン４００の高周波ノイズの発生について説明する。図１５には、パワコン４００の主要な機能に着目して主要な回路構成のみを代表的に示した模式回路図が示されている。例えば、パワコン４００には、直流コンバータ部４１１やインバータ部４１２を制御する制御装置等が含まれているが、そのような付帯的な回路は図示されていない。
図１５においては、直流コンバータ部４１１及びインバータ部４１２におけるスイッチングを行うスイッチングトランジスタ（Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ）が示されている。これらのスイッチングトランジスタ（Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ）（図１５参照）には、図示されていない制御装置から、スイッチングのための制御信号が供給される。

また、インバータ部４１２のＬｓｐとＣｆとはノーマルモードのスイッチング成分が、交流電力系統５００に流出することを防止するためのフィルタを構成する。ここで、Ｌｓｐは、ブロッキングコイルであり、Ｃｆがスイッチング周波数成分を吸収するキャパシタである。
また、インバータ部４１２のＬｐは、インバータ部４１２のスイッチングトランジスタ（Ｕ、Ｖ、Ｘ、Ｙ）と協調して動作し、所望の周波数の交流電流を発生させる働きを有する。
また、直流コンバータ部４１１のＬｐとＣｉｎとは、直流コンバータ部４１１のスイッチングトランジスタ（Ｗ、Ｚ）と協調して動作し、直流電圧の昇圧を行う。

通常、商用低圧単相電源は単相三線式であり、その中相（中性線）は、電力会社側で、大地に接地されている。具体的には、例えば柱上トランス等から接地されている。このため、パワコン４００がトランスレス方式の場合には、太陽電池側の直流回路を直接接地することはできない。以下、この点を詳細に説明する。
直流回路側の対地電位
太陽電池と直流コンバータ部４１１とを含む直流回路側の対地電位は、インバータ部４１２のスイッチング状態によって決定される。なお、本文では、太陽電池から直流コンバータ部４１１に至る部分の回路を、総称して直流回路側と称している。
図１５から理解されるように、これら直流回路側のＮ点（図１５参照）の対地電位Ｖ_ＮＧとは、Ｇ点（中性線）から見た電位で表される電位である。したがって、このＶ_ＮＧはインバータ部４１２のスイッチング状態によって以下のように決定される。すなわち、
スイッチングトランジスタＹがＯＮ状態の場合は：Ｖ_ＮＧ＝−Ｖ_ＡＣ（ｔ）
スイッチングトランジスタＶがＯＮ状態の場合は：Ｖ_ＮＧ＝Ｖ_ＰＮ−Ｖ_ＡＣ（ｔ）
と決定される。ここで、Ｖ_ＡＣ（ｔ）は中性線（Ｇ点）から見たａ相電圧（図１５参照）であり、Ｖ_ＰＮは上述した直流リンク電圧である（図１４参照）。このＶ_ＰＮの値は、約３２０Ｖ〜４００Ｖ程度である。

このように、直流回路側の対地電位は、スイッチングトランジスタＶとスイッチングトランジスタＹのＯＮ状態／ＯＦＦ状態によって、直流リンク電圧Ｖ_ＰＮを振幅としてパルス状に変化することになる。
つまり、スイッチングトランジスタＶとスイッチングトランジスタＹが高周波でスイッチングすることによって、直流回路側の対地電位（例えばＮ点電位）も高周波で変動する。
なお、ここでは、スイッチングトランジスタＶとスイッチングトランジスタＹは、交流電力系統５００と同様の周波数でＯＮ状態／ＯＦＦ状態が切り替わるものとしている。
スイッチングトランジスタＶとＹとのスイッチング方法については複数の方法があり，ここでは出力電圧に同期したスイッチングを行う場合を例示することとするが，本願に述べる対処法は，このスイッチング方法に限定されるものではない。

一方、太陽電池パネル２００のフレームは、通常、金属製であり、感電防止等の安全のために大地に接地される。直流回路側とフレームとは電気的（直流的）には接続されておらず、直流回路側には、比較的大きな対地静電容量が存在する。太陽電池モジュールの対地静電容量は、セルの種類（単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜シリコン、皮脂離婚形化合物）によるだけでなく、その太陽電池モジュールの裏面保護材の種類（ポリエチレンテレフタレート、アルミシートなど）によって決定される。例えば、太陽電池モジュール１枚当たり、０．２ｎＦ〜１．９ｎＦ程度である。

なお、ここで、太陽電池パネル２００は、このような太陽電池モジュールを複数集合させることによって構成されている。各太陽電池モジュールは、所定の面積のモジュールである。すなわち、概ね、そのフレームと電極との間に、上記の通り０．２ｎＦ〜１．９ｎＦ程度の静電容量を有している。
上記のような直流回路側の対地電位変動と対地静電容量の存在とによって、図１６に示すような直流回路側から接地点に向かって大地を流れる高周波のコモンモード電流ＣＣが発生する可能性がある。また、交流電力系統５００側にある接地点が太陽電池パネル２００の設置箇所（接地点）から遠い場合、コモンモード電流ＣＣの電流ループ面積も大きい。この状態においては、太陽電池パネル２００がモノポールアンテナとして機能する。したがって、高周波のコモンモード電流ＣＣによって放射ノイズ（電波ノイズ）が発生し、周囲の電子機器に妨害を与えてしまうおそれがある。

以上述べたように、トランスレス方式のパワコン４００においては、何ら対策を施さない場合は、無線通信への障害を発生させる恐れがある。したがって、これを防止するための何らかの対策が必要であるという課題がある。
この課題を解決するために、上述した特許文献１や、非特許文献１では、インバータ部４１２の交流出力側の各端子にインダクタンスＬｐを設置し、さらに、交流出力側の端子と直流入力側のＮ点とをコンデンサで接続している。
例えば、図１７は、特許文献１に記載されている回路図である。この回路図では、高周波スイッチングで発生する高周波電圧による上記障害を防止するために、リアクトル（４２、４３）（インダクタンスＬｐに相当）が設けられている。

しかしながら、特許文献１や非特許文献１に示された手法では、インダクタンスＬｐを増設する必要があり、高い効果を得るためには大きな値のＬｐが必要であった。また、大電流を流すために、インダクタンスＬｐは巨大なものとなりがちであった。この結果、トランスレス方式を採用しても、パワーコンディショナ４００のコスト増大や重量増加を招くという問題がある。
そこで、本発明は、従来のトランスレス方式のような重量増大等を招かず、小型軽量の構成を維持したまま、無線通信への障害を防止することができるパワーコンディショナおよびその接続方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るパワーコンディショナは、太陽電池パネルのフレームを大地に接地する接地線と、インバータの交流出力側（スイッチング出力端子）とをコンデンサで接続することを主要な特徴の一つとする。
具体的には、本発明のある態様に係るパワーコンディショナは、
直流電力入力端子に接続された直流電力源から入力される直流電力の電圧を所定の電圧に変換して出力する直流コンバータと、
前記直流コンバータが出力する直流電力を、複数のスイッチのスイッチングで交流電力に変換してスイッチング出力端子から出力し、交流電力出力端子から前記交流電力を交流電力系統に供給するインバータと、
前記直流電力入力端子との間に静電容量が存在する前記直流電力源の接地線に接続するシステム共通グラウンド線と、
前記インバータの前記交流電力出力端子と、前記システム共通グラウンド線と、を接続するバイパスコンデンサと、
を備え、
前記インバータは、
前記直流コンバータが出力する直流電力をスイッチングで交流電力に変換し、スイッチング出力端子から出力する複数のスイッチと、
前記複数のスイッチが変換した前記交流電力をフィルタリングし、交流電力出力端子から前記交流電力を前記交流電力系統に供給するフィルタであって、少なくとも１個のインダクタンスを含むフィルタと、
を備える。

ここで、前記交流電力系統は、単相三線式電力系統、又は、単相二線式電力系統のいずれかであってよい。また、前記交流電力系統は、交流電力系統であればどのような種類のものでも適用することができ、例えば三相３線式電力系統でも好適である。
また、本発明のある態様に係る接続方法は、
直流電力入力端子から入力される直流電力の電圧を所定の電圧に変換して出力する直流コンバータと、
前記直流コンバータが出力する直流電力を、複数のスイッチのスイッチングで交流電力に変換してスイッチング出力端子から出力し、交流電力出力端子から前記交流電力を交流電力系統に供給するインバータと、
を備えるパワーコンディショナに、前記直流電力を供給する直流電力源を接続する接続方法であって、
前記直流電力源の直流電力出力端と、前記パワーコンディショナの前記直流電力入力端子とを接続し、
前記直流電力源の直流電力出力端との間に静電容量が存在する前記直流電力源の大地接地線と、システム共通グラウンド線とを接続し、
前記インバータの前記スイッチング出力端子と、前記システム共通グラウンド線とをバイパスコンデンサを介して接続する。

ここで、前記交流電力系統は、単相三線式電力系統、又は、単相二線式電力系統のいずれかであってよい。また、上述したように、前記交流電力系統は三層３線式電力系統やその他の交流電力系統を適用することも可能である。
本発明の上記態様に係るパワーコンディショナは、直流電源を、パワーコンディショナに接続するに際して、まず、太陽電池パネルのフレームと、システム共通グラウンド線とを接続している。このシステム共通グラウンド線は、本発明の上記態様において新たに設けた構成である。

次に、インバータのスイッチング出力端子も、このシステム共通グラウンド線とをバイパスコンデンサを通じて接続している。このバイパスコンデンサを通過する経路は、大地よりも抵抗（インピーダンス）が小さいので、直流回路側の対地電位変動と対地静電容量とによって生じた高周波のコモンモード電流は、当該経路を介してインバータの交流電力出力端子に還流する。
この結果、大地を流れる高周波のコモンモード電流が減少し、放射ノイズを軽減することができる。したがって、本発明の上記態様によれば、トランスレス方式を採用しつつ、無線通信への障害を防止することができるパワーコンディショナ及びその接続方法を提供することができる。

前記交流電力系統は単相三線式電力系統であり、本発明に係るパワーコンディショナの前記インバータは、前記交流電力を単相三線式電力系統に供給しており、
前記インバータの前記スイッチング出力端子は２個であり、前記交流電流出力端子も２個であり、この２個の交流電力出力端子は、それぞれ、前記単相三線式電力系統の中性線以外の２線に接続しており、
前記バイパスコンデンサは、直列接続した２個のコンデンサからなり、前記インバータの前記スイッチング出力端子間にこの２個のコンデンサが直列接続され、この２個のコンデンサの接続点が、前記システム共通グラウンド線に接続されていてよい。

前記交流電力系統は単相三線式電力系統であり、前記インバータは、前記交流電力を前記単相三線式電力系統に供給している場合、
前記インバータの前記交流出力端子は２個であり、それぞれ、前記単相三線式電力系統の中性線以外の２線に接続しており、
前記バイパスコンデンサを、直列接続した２個のコンデンサで形成し、前記インバータの前記スイッチング出力端子間に、この２個のコンデンサを直列接続し、この２個のコンデンサの中点（接続点）を、前記システム共通グラウンド線に接続してよい。

バイパスコンデンサが１個の場合、インバータの交流出力端子に電力系統側から漏洩電流がバイパスコンデンサ及びシステム共通グラウンド線を経由して大地に流れる場合もある。そこで、インバータの出力間、すなわち、２個の交流出力端子の間を、バイパスコンデンサで接続することによって、連系点からの電力系統の交流電流がバイパスコンデンサを経由して再び連系点に戻すことが可能である。従って、本発明の上記態様は、パワーコンディショナからの商用周波数の電流の漏洩を防止することができる。

本発明のある態様に係るパワーコンディショナは、前記直流コンバータ、前記インバータ、前記システム共通グラウンド線、及び、前記バイパスコンデンサを内蔵し、大地に接地されている筐体と、
前記筐体と前記システム共通グラウンド線とを接続する接地コイルと、
をさらに備えてよい。
また、本発明のある態様に係る接続方法は、前記パワーコンディショナが、大地に接地されている筐体に格納されており、前記筐体と前記システム共通グラウンド線とを接地コイルで接続してよい。
接地コイルは、交流を遮断し、直流を通過させる。このため、コモンモード電流の大地への流入を防止しつつ、システム共通グラウンド線の直流電位を安定させることができる。

本発明のある態様に係るパワーコンディショナは、前記直流電力入力端子と前記直流コンバータとを接続する直流電力線、及び、前記インバータの前記スイッチング出力端子と前記交流電力出力端子とを接続する交流電力線と、前記システム共通グラウンド線とを接続するＳＰＤ（Surge Protective Device）をさらに備えてよい。
ここで、直流電力線とは、電気的には直流電力入力端子と接続されており同電位の箇所である。

また、本発明のある態様に係る接続方法は、前記直流電力入力端子と前記直流コンバータとを接続する直流電力線、及び、前記インバータの前記スイッチング出力端子と前記交流電力出力端子とを接続する交流電力線と、前記システム共通グラウンド線とをＳＰＤで接続してよい。
これによって、雷サージが侵入したときに、パワコンの内部回路に異常な電位差が発生することを防止することができ、内部回路を雷サージから保護することができる。

本発明は、トランスレス方式でありながら、電磁波の不要輻射を減少させることができるので、無線障害等を防止できるパワーコンディショナ及び接続方法を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係るパワーコンディショナの内部回路を説明する図である。 図１のインバータ１２の内部回路を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るパワーコンディショナと直流電力源である太陽電池パネルとを接続する接続方法を説明する図である。 ダンピング抵抗２３を用いた例を説明する図である。 抵抗を直列に挿入していない場合のシステム共通グラウンド線１３の電流を示すグラフである。 抵抗１０Ωを直列に挿入した場合のシステム共通グラウンド線１３の電流を示すグラフである。 本発明の実施形態１に係る太陽電池発電システムと、従来の太陽電池発電システムとで、大地に流れるコモンモード電流を比較したグラフである。 本発明の実施形態２に係るパワーコンディショナの内部回路を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るパワーコンディショナと直流電力源である太陽電池パネルとを接続する接続方法を説明する図である。 接地コイルを備えた実施形態１に係るパワーコンディショナの回路図である。 接地コイルを備えた実施形態２に係るパワーコンディショナの回路図である。 ＳＰＤを備えた実施形態１に係るパワーコンディショナを説明する図である。 ＳＰＤを備えた実施形態２に係るパワーコンディショナを説明する図である。 従来の一般的な太陽光発電システムの回路構成の一例を説明する説明図である。 一般的なパワーコンディショナの内部回路を説明する図である。 従来のトランスレス方式のパワーコンディショナにおけるコモンモード電流を説明する図である。 従来の電力変換装置の回路を説明する図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。以下、説明する実施形態は、本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において、符号が同じ構成要素は、相互に同一の構成を示すものとする。
実施形態１
基本構成
図１は、本実施形態１のパワーコンディショナ１００の内部回路を示す説明図である。
この図１に示すように、このパワーコンディショナ１００は、直流電力入力端子１５に接続された直流電力源（ここでは、太陽電池パネル等）から入力される直流電力の電圧を変換して出力する直流コンバータ１１を備えている。
さらに、パワーコンディショナ１００は、複数のスイッチのスイッチングで直流コンバータ１１が出力する直流電力を交流電力に変換してスイッチング出力端子１７から出力し、交流電力出力端子１６から交流電力を交流電力系統に供給するインバータ１２と、を備えている。

なお、スイッチは、各種スイッチング素子を利用可能である。本実施形態１では、後述するようにスイッチングトランジスタを、スイッチとして用いている。
スイッチング出力端子１７と、交流電力出力端子１６とは所定のフィルタを介して接続されている。本実施形態１では、電力系統として交流電力系統を一例として説明するが、単相３線式電力系統、単相２線式電力系統、三相３線式電力系統、三相４線式電力系統など、他の種類の電力系統にも適用することができる。

また、本実施形態１のパワーコンディショナ１００は、直流電力源の大地接地線２２（図３参照）に接続するシステム共通グラウンド線１３を備えている。さらに、また、本実施形態のパワーコンディショナ１００は、インバータ１２のスイッチング出力端子１７と上記システム共通グラウンド線１３と接続するバイパスコンデンサ１４を備えている。
本実施形態１で想定している直流電力源（太陽電池パネル等）は、種々の保安上の要求・規格から、そのフレームを大地に接地することが求められている。例えば、太陽電池パネル等では、上で述べたように、感電防止等の観点からそのフレームは大地接地することが規定されており、そのフレームは無視できない面積を有する事から、直流電力源の出力の端子と、大地との間には所定の静電容量が存在する。
したがって、その直流電力源と接続している直流電力端子１５と、大地との間にも、同様に静電容量が存在する。

なお、本実施形態（及び後述する全ての実施形態）の大地接地線２２は、請求の範囲の接地線の好適な一例に相当する。また、法規上、太陽電池フレームは大地に接地しなければならないが、直流接地抵抗が低ければどのような接地方法でも良く、太陽電池設置場所で直接、大地接地する必要はない。例えば、パワコン１００内にあるシステム共通グラウンド線１３に設けられているＬを通じて接地されているような場合でも構わない。そのような観点から、請求の範囲では単に「接地線」と称している。

インバータ１２の回路構成
図２は、インバータ１２の内部回路を示す説明する図である。この図に示すように、インバータ１２は、４個のスイッチングトランジスタ（Ｕ、Ｖ、Ｘ、Ｙ）と、１個のインダクタンスＬｐ、及びコンデンサＣｆを備えている。
ここで、図２の端子２５は、直流コンバータ１１が接続される端子であり、所定の電圧に変圧された直流電力が印加される端子である。４個のスイッチングトランジスタ（Ｕ、Ｖ、Ｘ、Ｙ）は、図示しない制御回路からスイッチング用の制御信号が供給されており、所定のタイミングでスイッチングを行う。インダクタンスＬｐは、スイッチングトランジスタ（Ｕ、Ｖ、Ｘ、Ｙ）のスイッチング動作と協調して交流電力を発生させる。

このように、本実施形態１のインバータ１２は、インダクタンスＬｐがスイッチング出力端子１７−１、又はスイッチング出力端子１７−２側の一方のみに配置されている。これに対して、上述した特許文献１や非特許文献１では、コモンモード電流による無線通信への障害を防止するために、２個のスイッチング出力端子１７の双方にインダクタンスＬｐが配置されている。しかし、本実施形態１では、スイッチング出力端子１７の一方とシステム共通グラウンド線１３とをバイパスコンデンサ１４で接続していることから、インダクタンスＬｐの配置を一方のみとしている。その結果、本実施形態１では、インダクタンスＬｐを一方のみとすることによって、パワーコンディショナ１００のコスト増大の防止及び重量増加の防止を図っている。
なお、後述する実施形態２、実施形態４では、コンデンサ１４−１と１４−２との間と共通グラウンド線とを接続している。

図３は、本実施形態に係るパワーコンディショナ１００と、電力源である太陽電池パネル２００とを接続する方法を説明する図である。当該接続方法は、パワーコンディショナ１００の直流電力入力端子１５に供給される直流電力の電圧を変換して出力する直流コンバータ１１と、直流コンバータ１１が出力する直流電力を交流電力に変換してスイッチング出力端子１７から出力し、交流電力出力端子１６から交流電力を交流電力系統５００又は他の種類の交流電力系統に供給するインバータ１２と、を備えるパワーコンディショナ１００に、直流電力を供給する直流電力源（ここでは太陽電池パネル２００であるので、以下、太陽電池パネル２００と称する）を接続する接続方法であって、以下のような特徴を有する接続方法である。

まず、太陽電池パネル２００の出力端２１ａ（＋）及び２１ｂ（−）と、パワーコンディショナ１００の直流電力入力端子１５Ｐｉｎ及び１５Ｎｉｎとをそれぞれ接続する。
次に、太陽電池パネル２００の大地接地線２２と、システム共通グラウンド線１３とを接続する。
次に、インバータ１２のスイッチング出力端子１７と、システム共通グラウンド線１３とをバイパスコンデンサ１４を介して接続する。

本実施形態１に係る接続方法は、以上のような接続方法である。
また、インバータ１２のスイッチング出力端子１７とシステム共通グラウンド線１３とをバイパスコンデンサ１４で接続する際に、このバイパスコンデンサ１４に直列に任意の値の抵抗を挿入することも好適である。すなわち、図４に示すように、ダンピング抵抗２３を挿入することによって、高周波ノイズのさらなる低減を図ることができる。

このようなダンピング抵抗２３を挿入した場合と挿入していない場合の比較のグラフが図５と図６とに示されている。図５は、抵抗を挿入していない場合のコモンモード電流波形を示すグラフである。図６は、ダンピング抵抗２３として１０Ωの抵抗を直列に挿入している場合のコモンモード電流波形を示すグラフであり、高周波スパイク波形高が図５に比べて低くなっていることが観察される。ここから理解されるように、バイパスコンデンサ１４に流れる電流が緩和される。その結果、バイパスコンデンサ１４ひいてはパワコン１００全体の寿命を延長する効果が得られると共に、故障しにくいという効果も得られる。

本実施例では１０Ωを採用したが、抵抗の値は、その他様々な値を採用することができる。そのシステムの規模、電流値、太陽電池パネルの静電容量、大地の抵抗（インピーダンス）の大きさ、バイパスコンデンサの値等、種々のパラメータによって、様々な値を採用することができる。一般的には、０．１〜数１０Ω程度が好適であるが、それ以外の値でもかまわない。
なお、本実施形態１の図３では、交流電力系統を、交流電力系統５００を例として説明したが、この交流電力系統５００は、単相３線式電力系統、単相２線式電力系統、三相３線式電力系統、三相４線式電力系統など、他の種類の電力系統でも良い。また、電力系統には、電力会社が保有する系統だけでなく、自営線やビルや工場の屋内の電力配線なども含まれる。なお、後述する実施形態３、実施形態４でも同様である。

本実施形態１で特徴的な点は、太陽電池パネル２００の大地接地線とシステム共通グラウンド線１３とを接続していることである。「発明が解決しようとする課題」の欄で既に説明したように、太陽電池パネル２００の直流電力出力端２１と、太陽電池パネル２００のフレームとの間には、静電容量が存在する。このフレームは大地と大地接地線２２によって接続されているため、接地線２２と直流電力入力端子１５との間には静電容量が存在している。

「発明が解決しようとする課題」の欄で既に説明したように、直流回路側の対地電位（例えば、図３中では、Ｎ点の大地に対する電位である）の変動と、太陽電池パネル２００の直流電力出力端２１と大地接地線２２との間の静電容量によって、高周波のコモンモード電流が大地を流れることになる。
しかし、本実施形態１の場合、システム共通グラウンド線１３が大地より抵抗（インピーダンス）が小さいため、高周波のコモンモード電流の大半はシステム共通グラウンド線１３を経由して、バイパスコンデンサ１４を介してインバータ１２に還流することになる。
その結果、大地を流れる高周波ノイズ成分の減少を図ることができ、高周波の不要輻射の低減を図ることが可能である。

図７は、「発明が解決しようとする課題」の欄で既に説明した従来の太陽電池発電システムと、本実施形態１の太陽電池発電システムの大地を流れるコンモード電流を比較した図である。ここで、図７（ａ）は、従来の太陽電池発電システムの場合の大地を流れるコモンモード電流の電流波形を表すグラフであり、図７（ｂ）は、本実施形態１の太陽電池発電システムのコモンモード電流の電流波形を表すグラフである。
この図７（ａ）のグラフに示されているように、従来の太陽電池発電システムでは、１０ｍｓ毎に１７．５Ａ程度コモンモード電流（スパイク性の高周波電流）が大地を流れている。一方、本実施形態１の太陽電池発電システムでは１０ｍｓ毎に０．９Ａ程度のコモンモード電流が大地を流れている。このように、本実施形態のパワーコンディショナ１００は、大地に流れるコモンモード電流を大幅に低減することが可能である。図７の例では、従来に比べて、約５％まで低減されていることが示されている。
このように、本実施形態１によれば、大地に流れるコモンモード電流が大幅に減少するため、電力系統の接地点がパワーコンディショナ１００から遠い場所にあっても（この場合、コモンモード電流が大地を流れる距離が大となる）、放射ノイズを少なくすることができ、周囲の電子機器への影響を小さくすることが可能である。

実施形態２
図８は、本実施形態２に係るパワーコンディショナ１０１の内部回路図である。このパワーコンディショナ１０１は、図１や図３で示したパワーコンディショナ１００と同様に、前記交流電力を前記交流電力系統５００に供給するものである。
本実施形態２に係るパワーコンディショナ１０１は、図１のパワーコンディショナ１００と、バイパスコンデンサの構成が異なるが、その他の構成は同様である。本実施形態２のパワーコンディショナ１０１のバイパスコンデンサ１４は、直列接続した２個のコンデンサ（１４−１、１４−２）からなり、この２個のコンデンサ１４−１，１４−２の直列回路が、インバータ１２の２個のスイッチング出力端子１７−１、１７−２の間に接続されている。そして、２個のコンデンサ１４−１、１４−２の中点（接続点）と、共通グラウンド線１３とが接続されている（図８参照）。

本実施形態２においては、パワーコンディショナ１０１と、直流電力源である太陽電池パネル２００とを接続する接続方法について、図９を用いて説明する。
本実施形態２の接続方法においては、インバータ１２のスイッチング出力端子（１７−１、１７−２）が２個であり、この２個のスイッチング出力端子１７は、所定のフィルタ回路を介して、交流出力端子１６にそのまま接続している。この交流出力端子１６は、交流電力系統５００の中性線Ｇ以外の２線にそれぞれ接続している。結果的に、２個のスイッチング出力端子１７は、所定のフィルタ回路を介して交流電力系統５００の中性線Ｇ以外の２線にそれぞれ接続している。

そして、本実施形態２の接続方法においては、バイパスコンデンサ１４が、直列接続した２個のコンデンサ（１４−１、１４−２）からなり、この直列回路が、インバータ１２のスイッチング出力端子（１７−１、１７−２）の間に接続されている点が特徴的な事項である。さらに、直列接続された２個のコンデンサ１４−１、１４−２の間の中点（接続点）が、システム共通グラウンド線１３に接続していることが、本実施形態２において特徴的な事項である。

なお、図８において、２個のコンデンサ１４−１、１４−２の間の中点（接続点）と、システム共通グラウンド線１３との間に、実施形態１と同様にダンピング抵抗を挿入してもよく、このように構成すれば上述した実施形態１と同様の作用効果を奏する。
なお、後述する実施形態３、実施形態４におけるパワーコンディショナ１０１と、太陽電池パネル２００と、の接続方法も、上で述べた本実施形態２において特徴的な接続方法と同様である。

実施形態１との比較
上述した実施形態１で説明したパワーコンディショナ１００のように、バイパスコンデンサ１４が単一のコンデンサであり、いずれか一方のスイッチング出力端子（１７−１又は１７−２のいずれか一方）と、システム共通グラウンド線１３との間に接続する場合であっても、コモンモード電流をインバー１２に還流することができ、放射ノイズを小さくし、周囲の電子機器への影響も小さくできる。
しかし、本実施形態２のように、バイパスコンデンサ１４で、２個のスイッチング出力端子（１７−１、１７−２）の間を接続すれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、実施形態１の構造の場合は、交流電力系統５００の商用交流電流がバイパスコンデンサ１４及びシステム共通グラウンド線１３を介して大地に流れ出てしまう漏れ電流が発生する場合がある。

これに対して、本実施形態２においては、バイパスコンデンサ１４が２個のスイッチング出力端子（１７−１、１７−２）の間に接続されているため、交流電力系統５００の商用交流電流は、このバイパスコンデンサを経て、再び、交流電力系統５００側へ還流する。
すなわち、本実施形態２においては、２個の直列のコンデンサ１４−１と１４−２とが完全に同一の容量であれば、漏れ電流は原理的には生じない。実際は完全に同一とはならないが、実施形態１に比べれば、漏れ電流を大幅に減少させることが可能である。

実施形態３
実施形態１や実施形態２で説明したパワーコンディショナ（１００、１０１）は、直流コンバータ１１、インバータ１２、システム共通グラウンド線１３、及びバイパスコンデンサ１４を内蔵し、接地されている筐体１９と、筐体１９とシステム共通グラウンド線１３とを接続する接地コイル１８と、をさらに備えることも好適であり、このような構成が本実施形態３である。ここで、筐体１９とは、パワーコンディショナ（１００、１０１）の筐体である。
すなわち、本実施形態３において特徴的な構成は、この接地コイル１８であり、その他の構成は、これまで説明した実施形態１や実施形態２とほぼ同様である。
このような接地コイル１８を設けた例を示す回路図が図１０と図１１とに示されている。

図１０には、図１や図３に示された実施形態１に係るパワーコンディショナ１００に関して、接地コイル１８を設けた例が示されている。また、図１１には、図８や図９に示された実施形態２に係るパワーコンディショナ１０１に、接地コイル１８を設けた例が示されている。
なお、図１０において、バイパスコンデンサ１４とシステム共通グラウンド線１３との間に、実施形態１と同様にダンピング抵抗を挿入してもよく、このように構成すれば上述した実施形態１と同様の作用効果を奏する。同様に、図１１において、２個のコンデンサ１４−１、１４−２の間の中点（接続点）と、システム共通グラウンド線１３との間に、実施形態１と同様にダンピング抵抗を挿入してもよく、このように構成すれば上述の実施形態１と同様の作用効果を奏する。

本実施形態３の接続方法では、パワーコンディショナ（１００、１０１）が大地接地されている筐体１９内に格納されている（図１０、図１１参照）。そして、筐体１９とシステム共通グラウンド線１３とが接地コイル１８によって接続されていることが特徴的な事項である。
このように、本実施形態３においては、接地コイル１８で筐体１９とシステム共通グラウンド線１３とを接続することを特徴とする。そして、よく知られているように、接地コイル１８は直流を導通させるが、交流を遮断する。このため、インバータ１２が出力する交流電流やコモンモード電流が大地に流れてしまうことを防止できるとともに、システム共通グラウンド線１３の直流電位をゼロに固定することが可能である。

実施形態４
図１２及び図１３は、本実施形態４のパワーコンディショナ（１００、１０１）を説明する図である。
本実施形態４では、実施形態１や実施形態２で説明したパワーコンディショナ１００、１０１に対して、下記のように、ＳＰＤ２０を加えた。
すなわち、本実施形態４のパワーコンディショナ（１００、１０１）は、直流電力入力端子１５と直流コンバータとを接続する直流電力線、及び、インバータ１２のスイッチング出力端子１７と交流電力出力端子１６とを接続する交流電力線と、システム共通グラウンド線１３と、を接続するＳＰＤ２０をさらに備えている。

具体的には、図１２で示すパワーコンディショナ１００は、図１０の構成に加えて、下記の位置にＳＰＤ２０を接続している（図１２参照）。
・２個ある直流電力入力端子１５の間
・２個ある直流電力入力端子１５の一方と、システム共通グラウンド線１３との間
・２個ある直流電力入力端子１５の他方と、システム共通グラウンド線１３との間
・２個ある交流電流出力端子１６の間
・２個ある交流電力入力端子１６の一方と、システム共通グラウンド線１３との間
・２個ある交流電力入力端子１６の他方と、システム共通グラウンド線１３との間
このように、合計６カ所にそれぞれＳＰＤ２０を接続している。なお、ＳＰＤ２０は、Surge Protective Deviceであり、サージ吸収器とも呼ぶ。

なお、実際は、直流電力入力端子１５等の「端子」にＳＰＤを接続するよりも、直流電力入力端子１５と直流コンバータとを接続する「直流電力線」に対してＳＰＤを接続する方が、行いやすいため、実際には最初に述べたように「直流電力線」にＳＰＤ２０を接続している。これは、他の「端子」についても同様であり、「交流電力線」や、また次に説明する図１３でも同様である。

また、具体的には、図１３で示すパワーコンディショナ１０１は、図１１の構成に加えて、下記の位置にＳＰＤ２０を接続している（図１３参照）。
・２個ある直流電力入力端子１５の間
・２個ある直流電力入力端子１５の一方と、システム共通グラウンド線１３との間
・２個ある直流電力入力端子１５の他方と、システム共通グラウンド線１３との間
・２個ある交流電流出力端子１６の間
・２個ある交流電力入力端子１６の一方と、システム共通グラウンド線１３との間
・２個ある交流電力入力端子１６の他方と、システム共通グラウンド線１３との間
このように、合計６カ所にそれぞれＳＰＤ２０を接続している。

本実施形態４に関する接続方法は、直流電力入力端子１５と直流コンバータとを接続する直流電力線、及び、インバータ１２のスイッチング出力端子１７と交流電力出力端子１６とを接続する交流電力線と、システム共通グラウンド線１３と、をＳＰＤ２０でそれぞれ接続するものである。
太陽電池パネル２００や交流電力系統５００に落雷があると、パワーコンディショナ（１００、１０１）の内部回路には、大地に対して高電圧が発生する。落雷時にシステム共通グラウンド線１３へ高電圧を逃がし、内部回路を保護することができる。ＳＰＤ２０は、例えば放電管式のＳＡ（Surge Absorber）が好適である。なお、内部回路とは、直流コンバータ１１から連系点ＰＣＣまでを意味する。

１１ 直流コンバータ
１２ インバータ
１３ システム共通グラウンド線
１４、１４−１、１４−２ バイパスコンデンサ
１５ 直流電力入力端子
１６ 交流電力出力端子
１７、１７−１、１７−２ スイッチング出力端子
１８ 接地コイル
１９ 筐体
２０ ＳＰＤ
２１ａ 出力端（＋）
２１ｂ 出力端（−）
２２ 大地接地線
２３ ダンピング抵抗
２５ 端子
１００、１０１、４００ パワーコンディショナ
２００ 太陽電池パネル
４１１ 直流コンバータ部
４１２ インバータ部
４１６ 連系点
５００ 交流電力系統
Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ スイッチングトランジスタ
ＣＣ コモンモード電流

Claims (8)

1. 直流電力入力端子に接続された直流電源から入力される直流電力の電圧を所定の電圧に変換して出力する直流コンバータと、
   前記直流コンバータが出力する直流電力をスイッチングで交流電力に変換してスイッチング出力端子から出力し、交流電力出力端子から前記交流電力を交流電力系統に供給するインバータと、
   前記直流電力入力端子との間に静電容量が存在する直流電力源の大地接地線に接続するシステム共通グラウンド線と、
   前記インバータの前記スイッチング出力端子と、前記システム共通グラウンド線と、を接続するバイパスコンデンサと、
   を備え、
   前記インバータは、
   前記直流コンバータが出力する直流電力をスイッチングで交流電力に変換し、前記スイッチング出力端子から出力するスイッチ群と、
   前記スイッチ群が変換した前記交流電力をフィルタリングし、前記交流電力出力端子から前記交流電力を前記交流電力系統に供給するフィルタと、
   を備えたことを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記交流電力系統は単相三線式電力系統であり、前記インバータは前記交流電力をこの単相三線式電力系統に供給しており、
   前記インバータの前記スイッチング出力端子は２個であり、前記交流電力出力端子も２個であり、この２個の交流電力出力端子は、それぞれ、前記単相三線式電力系統の中性線以外の２線に接続しており、
   前記バイパスコンデンサは、直列接続した２個のコンデンサからなり、前記インバータの前記スイッチング出力端子間にこの２個のコンデンサが直列接続され、この２個のコンデンサの接続点が、前記システム共通グラウンド線に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
3. 前記直流コンバータ、前記インバータ、前記システム共通グラウンド線、及び、前記バイパスコンデンサを内蔵し、大地に接地されている筐体と、
   前記筐体と前記システム共通グラウンド線とを接続する接地コイルと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記直流電力入力端子と前記直流コンバータとを接続する直流電力線、及び、前記インバータの前記スイッチング出力端子と前記交流電力出力端子とを接続する交流電力線と、
   前記システム共通グラウンド線とを接続するＳＰＤ（Surge Protective Device）をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のパワーコンディショナ。
5. 直流電力入力端子から入力される直流電力の電圧を所定の電圧に変換して出力する直流コンバータと、
   前記直流コンバータが出力する直流電力をスイッチングで交流電力に変換してスイッチング出力端子から出力し、交流電力出力端子から前記交流電力を交流電力系統に供給するインバータと、
   を備えるパワーコンディショナに、前記直流電力を供給する直流電力源を接続する接続方法であって、
   前記直流電力源の直流電力出力端と、前記パワーコンディショナの前記直流電力入力端子とを接続し、
   前記直流電力源の前記直流電力出力端との間に静電容量が存在する前記直流電力源の大地接地線と、システム共通グラウンド線とを接続し、
   前記インバータの前記スイッチング出力端子と、前記システム共通グラウンド線とをバイパスコンデンサを介して接続することを特徴とする接続方法。
6. 前記交流電力系統は単相三線式電力系統であり、前記インバータは、前記交流電力を前記単相三線式電力系統に供給している場合、
   前記インバータの前記スイッチング出力端子は２個であり、それぞれ、前記単相三線式電力系統の中性線以外の２線に接続しており、
   前記バイパスコンデンサを、直列接続した２個のコンデンサで形成し、前記インバータの前記スイッチング出力端子間に、この２個のコンデンサを直列接続し、この２個のコンデンサの接続点を、前記システム共通グラウンド線に接続する、
   ことを特徴とする請求項５記載の接続方法。
7. 前記パワーコンディショナが、大地に接地されている筐体に格納されており、前記筐体と前記システム共通グラウンド線とを接地コイルで接続することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接続方法。
8. 前記直流電力入力端子と前記直流コンバータとを接続する直流電力線、及び、前記インバータの前記スイッチング出力端子と前記交流電力出力端子とを接続する交流電力線と、前記システム共通グラウンド線とをＳＰＤで接続することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の接続方法。

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