JP6195507B2

JP6195507B2 - Inverter

Info

Publication number: JP6195507B2
Application number: JP2013240263A
Authority: JP
Inventors: 西尾　直樹; 直樹西尾; 沼倉　良; 良沼倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: JP2015100250A

Description

本発明は、太陽電池や燃料電池などの外部直流電源を用いた直流発電システムで用いるパワーコンディショナに関するものである。 The present invention relates to a power conditioner used in a DC power generation system using an external DC power source such as a solar cell or a fuel cell.

太陽電池や燃料電池などの外部直流電源を用いた直流発電システムとして、例えば、太陽光発電システムは、例えば住宅の屋根など建物の屋上に太陽電池モジュールを数十枚直並列に並べて設置し、出力される発電電力（直流電力）をパワーコンディショナにて交流電力へ変換し、その交流電力を住宅内の電気機器に供給するとともに、余剰分が生じた場合には、系統電源に逆潮流（電力会社に売電）することが可能である。 As a direct current power generation system using an external direct current power source such as a solar cell or a fuel cell, for example, a solar power generation system is installed, for example, by arranging several dozen solar cell modules in series on the rooftop of a building such as a roof of a house and outputting it. The generated power (DC power) is converted into AC power by the power conditioner, and the AC power is supplied to the electrical equipment in the house. It is possible to sell electricity to the company.

したがって、太陽光発電システムを設置する際は、屋根上に敷設した太陽電池モジュールの出力線とパワーコンディショナの直流入力端子部との配線工事、また、系統電源とパワーコンディショナの交流出力端子部との配線工事が必要である。 Therefore, when installing a solar power generation system, wiring work between the output line of the solar cell module laid on the roof and the DC input terminal part of the power conditioner, and the AC output terminal part of the system power supply and power conditioner Wiring work is necessary.

ところで、この配線工事においてパワーコンディショナ側での配線を誤ると、パワーコンディショナに破損や故障などの不具合を生じさせることがある。すなわち、直流入力端子部に交流である系統電源側の配線を接続したり、あるいは直流入力端子と太陽電池モジュール側の配線とを極性を逆に接続したりすると、パワーコンディショナ内の素子に規格値を超えた逆電圧が印加され、破損等に至ってしまうことが起こる。 By the way, if the wiring on the power conditioner side is wrong in this wiring work, the power conditioner may be damaged or broken. In other words, when the AC power supply side wiring that is alternating current is connected to the DC input terminal section, or when the polarity is reversed between the DC input terminal and the solar cell module side wiring, the elements in the power conditioner are standardized. When reverse voltage exceeding the value is applied, damage or the like may occur.

この対策として、例えば特許文献１では、正極と負極の直流母線の負極側に、ダイオードと、半導体スイッチ駆動回路にて駆動される半導体スイッチとを直列に挿入し、逆電圧が印加される状態になった場合は半導体スイッチオフ回路によって半導体スイッチ駆動回路をオフ制御する技術が開示されている。 As a countermeasure, for example, in Patent Document 1, a diode and a semiconductor switch driven by a semiconductor switch driving circuit are inserted in series on the negative electrode side of the positive and negative DC buses, and a reverse voltage is applied. In this case, a technique is disclosed in which the semiconductor switch drive circuit is turned off by the semiconductor switch off circuit.

国際公開第２００７／１１０９１３号International Publication No. 2007/110913

しかし、特許文献１に示された従来の技術においては、逆電圧を阻止するダイオードの他に、半導体スイッチと、その半導体スイッチを駆動するための半導体スイッチ駆動回路と、異常時に半導体スイッチ駆動回路をオフ制御するための半導体スイッチオフ回路とを必要とする。つまり、太陽光発電システムの設置工事において誤接続が発生した場合に、パワーコンディショナ内の素子の破損や故障の発生を防止するために付加する保護回路が従来の技術では複雑化し、パワーコンディショナのコストアップを招来という問題があった。 However, in the prior art disclosed in Patent Document 1, in addition to a diode that blocks reverse voltage, a semiconductor switch, a semiconductor switch drive circuit for driving the semiconductor switch, and a semiconductor switch drive circuit in the event of an abnormality are provided. A semiconductor switch-off circuit for off-control is required. In other words, when an incorrect connection occurs in the installation work of the photovoltaic power generation system, the protection circuit added to prevent damage to or damage to the elements in the power conditioner is complicated by the conventional technology, and the power conditioner There was a problem of inviting a cost increase.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、外部直流電源を用いた直流発電システムの設置工事において誤接続が発生しても、簡単かつ安価な構成により、内部素子の破損や故障の発生を防止し、かつ誤接続状態を報知して確実に修復させ得る保護機能を備えたパワーコンディショナを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and even if an erroneous connection occurs in the installation work of a DC power generation system using an external DC power supply, internal elements are broken or broken due to a simple and inexpensive configuration. It is an object of the present invention to obtain a power conditioner having a protection function capable of preventing the occurrence of a malfunction and informing an erroneous connection state to be surely repaired.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部直流電源の正極側出力端子および負極側出力端子と繋がるケーブルがそれぞれ対応する端子に着脱可能に接続される入力端子部と、前記入力端子部から入力される前記外部直流電源の出力直流電力を別の値の直流電力へ変換するコンバータと、前記コンバータの出力直流電力を交流電力へ変換するインバータとを備えたパワーコンディショナにおいて、前記入力端子部の正極側端子と前記コンバータの対応する入力端との間を接離する開閉手段であって初期状態が開路状態である開閉手段と、前記入力端子部の正極側端子と前記コンバータの対応する入力端との間に前記開閉手段と並列に設けられた逆流防止素子および電流制限素子の直列回路と、前記入力端子部の正極側端子と負極側端子との間に印加される電圧を計測する第１の電圧センサと、前記コンバータから前記インバータに入力される直流電力の電圧を計測する第２の電圧センサと、前記入力端子部への外部結線接続が終了し当該パワーコンディショナの電源が投入されたとき、前記開閉手段を閉路させずに前記コンバータおよびインバータを動作停止状態に制御し、前記第１の電圧センサが計測した電圧が直流電圧でかつその極性が正しく前記入力端子部の正極および負極の極性と一致し、同時に、前記第１の電圧センサの測定値と前記第２の電圧センサの測定値との電圧差が、ゼロに向かって減少する過程途中に定めた或る値以下である場合に前記開閉手段を閉路させ、前記コンバータおよびインバータを動作停止状態からそれぞれの変換動作へ移行させる制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１の電圧センサが計測した電圧は直流電圧であるがその極性が前記入力端子部の正極および負極の極性と一致しない場合、または、前記第１の電圧センサが計測した電圧が交流電圧である場合は、前記開閉手段を閉路させず開路状態を維持させ、同時に、当該パワーコンディショナの運転状態を報知する報知手段に異常を知らせる情報を出力させることを特徴とする。 To solve the above problems and achieve the object, the present invention has an input terminal positive electrode side output terminal and the negative-side output terminal and the joint want cable of the external DC power source is detachably connected to the corresponding terminals And a converter that converts the output DC power of the external DC power source input from the input terminal unit into another value of DC power, and an inverter that converts the output DC power of the converter into AC power In the conditioner, opening / closing means for contacting / separating between the positive terminal of the input terminal portion and the corresponding input end of the converter, the initial state being an open circuit state, and the positive side of the input terminal portion A series circuit of a backflow prevention element and a current limiting element provided in parallel with the switching means between the terminal and a corresponding input end of the converter, and a positive side terminal of the input terminal section A first voltage sensor that measures a voltage applied between the negative electrode side terminal, a second voltage sensor that measures a voltage of DC power input from the converter to the inverter, and the input terminal unit. When the external connection is completed and the power conditioner is turned on, the converter and the inverter are controlled to stop operating without closing the switching means, and the voltage measured by the first voltage sensor is DC consistent with the voltage at and positive and the polarity of the negative electrode of the polarity is correct the input terminal portion, at the same time, the voltage difference between the measured value of the said and the measured value of the first voltage sensor second voltage sensor is zero When it is below a certain value determined during the process of decreasing, the switching means is closed, and the converter and the inverter are shifted from the operation stop state to the respective conversion operations. And control means for performing control to, wherein if said although first voltage is a voltage sensor measured is a DC voltage whose polarity does not match the polarity of the positive electrode and the negative electrode of the input terminal portion, or When the voltage measured by the first voltage sensor is an AC voltage, the open / close means is not closed and the open state is maintained, and at the same time, the notifying means for notifying the operating state of the power conditioner is informed of the abnormality. It is characterized by outputting information .

本発明によれば、外部直流電源を用いた直流発電システムの設置工事において誤接続があっても、開閉手段を閉路させずにコンバータおよびインバータを不動作とするので、簡単かつ安価な構成により破損や故障の発生を防止できる。そして、誤接続状態をどのような誤接続が発生したかを識別できるように報知するので、作業者は迅速かつ確実に修復することができるようになるという効果を奏する。 According to the present invention, even if there is an erroneous connection in the installation work of the DC power generation system using the external DC power supply, the converter and the inverter are not operated without closing the switching means, so that the breakage is caused by a simple and inexpensive configuration. And failure can be prevented. And since it notifies so that it can identify what kind of misconnection occurred, the operator has an effect that it becomes possible to repair quickly and reliably.

図１は、本発明にかかるパワーコンディショナが用いられる太陽光発電システムの要部構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a photovoltaic power generation system in which a power conditioner according to the present invention is used. 図２は、本発明の一実施の形態として、図１に示すパワーコンディショナの要部構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of the power conditioner shown in FIG. 1 as one embodiment of the present invention.

以下に、本発明にかかるパワーコンディショナの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a power conditioner according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態
図１は、本発明にかかるパワーコンディショナが用いられる太陽光発電システムの要部構成を示すブロック図である。図２は、本発明の一実施の形態として、図１に示すパワーコンディショナの要部構成を示すブロック図である。 Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a photovoltaic power generation system in which a power conditioner according to the present invention is used. FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of the power conditioner shown in FIG. 1 as one embodiment of the present invention.

まず、図１に沿って太陽光発電システムについて簡単に説明する。図１において、太陽光発電システムは、太陽電池モジュール１と接続箱２とパワーコンディショナ３と分電盤４とを備え、負荷５と交流電力系統６は、それぞれ分電盤４を介してパワーコンディショナ３に接続される構成である。 First, a solar power generation system will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 1, the photovoltaic power generation system includes a solar cell module 1, a connection box 2, a power conditioner 3, and a distribution board 4, and a load 5 and an AC power system 6 are powered via the distribution board 4. The configuration is connected to the conditioner 3.

太陽電池モジュール１は、多数の太陽電池を直並列に接続し所定の発電出力が得られるようにしたものである。住宅の例で言えば、太陽電池モジュール１は、所定数が住宅の屋根上に配置される。接続箱２とパワーコンディショナ３と分電盤４とは、それぞれ住宅の壁や宅内などの所定位置に配置される。 The solar cell module 1 is obtained by connecting a large number of solar cells in series and parallel to obtain a predetermined power generation output. In the case of a house, a predetermined number of solar cell modules 1 are arranged on the roof of the house. The junction box 2, the power conditioner 3, and the distribution board 4 are respectively arranged at predetermined positions such as a wall of a house and a house.

すなわち、多数の太陽電池モジュール１にて並列に発電された多数の直流電力は、接続箱２にて１つの所定値の発電電力に集電され、パワーコンディショナ３に入力される。パワーコンディショナ３は、入力された直流電力を交流電力へ変換する。パワーコンディショナ３の交流出力は、分電盤４を介して負荷５と交流電力系統６とに供給される。 That is, a large number of DC power generated in parallel by a large number of solar cell modules 1 is collected into one predetermined value of generated power in the junction box 2 and input to the power conditioner 3. The power conditioner 3 converts the input DC power into AC power. The AC output of the power conditioner 3 is supplied to the load 5 and the AC power system 6 via the distribution board 4.

負荷５は、照明器具や冷蔵庫、洗濯機、掃除機等の宅内電気機器やモータなどの宅外電気機器である。そして、負荷５で消費しきれず、余剰電力が発生した場合は、パワーコンディショナ３の交流出力端は、分電盤４を介して交流電力系統６にも接続（連系）され、その余剰電力が交流電力系統６に逆潮流される。 The load 5 is a home appliance such as a lighting fixture, a refrigerator, a washing machine, or a vacuum cleaner, or an external appliance such as a motor. When the surplus power is generated without being consumed by the load 5, the AC output terminal of the power conditioner 3 is also connected (linked) to the AC power system 6 via the distribution board 4. Is reversed to the AC power system 6.

ここで、この太陽光発電システムの住宅への設置工事は、次のような手順で行われる。まず、屋根の上に必要数の太陽電池モジュール１を設置し、それぞれの出力ケーブルの先端を住宅の軒下あるいは住宅内に設置した接続箱２の入力部に接続する。接続箱２は、複数の入力を１出力にまとめて出力する集電機能を有している。接続箱２の出力部は、正極出力端と負極出力端とで構成されるので、正極側と負極側との対ケーブルの一端を接続箱２の出力部に接続する。そして、その対ケーブルの他端を、パワーコンディショナ３が配置される住宅内に引き込み、パワーコンディショナ３の入力部に接続する。 Here, the installation work of the solar power generation system in the house is performed in the following procedure. First, the required number of solar cell modules 1 are installed on the roof, and the tip of each output cable is connected to the input section of the junction box 2 installed under the house eaves or in the house. The connection box 2 has a current collecting function for outputting a plurality of inputs as one output. Since the output part of the connection box 2 is composed of a positive electrode output terminal and a negative electrode output terminal, one end of the pair cable of the positive electrode side and the negative electrode side is connected to the output part of the connection box 2. Then, the other end of the paired cable is drawn into the house where the power conditioner 3 is arranged and connected to the input portion of the power conditioner 3.

この接続工事では、パワーコンディショナ３の入力部は、正極入力端と負極入力端とで構成されるので、引き込んだ対ケーブルの他端を、極性を間違えないように、パワーコンディショナ３の入力部に接続する必要がある。 In this connection work, the input part of the power conditioner 3 is composed of a positive input terminal and a negative input terminal, so that the other end of the cable that has been pulled in is input to the power conditioner 3 so that the polarity is not mistaken. It is necessary to connect to the department.

また、パワーコンディショナ３の出力端は、住宅内に設置されている分電盤４に接続される。分電盤４では、交流電力系統６がケーブル接続され、また、パワーコンディショナ３の出力端を交流電力系統６に連系させるためのブレーカをケーブルにて接続する。これらには交流が流れる。 Moreover, the output end of the power conditioner 3 is connected to the distribution board 4 installed in the house. In the distribution board 4, the AC power system 6 is connected by a cable, and a breaker for connecting the output end of the power conditioner 3 to the AC power system 6 is connected by a cable. AC flows through these.

したがってこの接続工事では、パワーコンディショナ３の入力部に、接続箱２側の対ケーブルを接続せず、間違って分電盤４から交流電力系統６に繋がるケーブルを接続しないようにしなければならない。 Therefore, in this connection work, it is necessary not to connect the paired cable on the connection box 2 side to the input part of the power conditioner 3 and to connect the cable connecting the distribution board 4 to the AC power system 6 by mistake.

本実施の形態では、図２に示すように、上記のように太陽光発電システムの設置工事において、パワーコンディショナの入力部に、逆極性の直流電力や交流電力が印加される誤接続が発生しても、内部素子の破壊や故障の発生を防止し、かつ誤接続状態を報知して確実に修復させ得る保護機能を、簡単かつ安価な構成により実現した。図２を参照して具体的に説明する。なお、パワーコンディショナの一般的な構成と動作については、よく知られているので、その説明を割愛し、ここでは本実施の形態に関わる部分である「設置工事において誤接続が発生した場合に内部素子の破壊や故障の発生を防止し誤接続状態を報知して確実に修復させ得る保護機能」を中心に説明する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, in the installation work of the photovoltaic power generation system as described above, an erroneous connection in which reverse polarity DC power or AC power is applied to the input portion of the power conditioner occurs. Even so, a protection function that prevents damage to internal elements and the occurrence of failure, and that can be reliably repaired by reporting an erroneous connection state has been realized with a simple and inexpensive configuration. This will be specifically described with reference to FIG. In addition, since the general configuration and operation of the inverter are well known, the description thereof will be omitted, and here is a part related to the present embodiment, “in the case of erroneous connection during installation work. The description will focus on “a protective function that prevents internal elements from being destroyed or failed, and that can be reliably repaired by notifying an erroneous connection state”.

図２において、パワーコンディショナ３は、一般に、入力端子部１０と、コンバータ１１と、インバータ１２と、出力フィルタ１３と、連系開閉器１４と、交流開閉器１５と、出力端子部１６と、制御手段としての制御回路１７と、報知手段１８とを備えている。 In FIG. 2, the power conditioner 3 generally includes an input terminal unit 10, a converter 11, an inverter 12, an output filter 13, an interconnection switch 14, an AC switch 15, an output terminal unit 16, A control circuit 17 as control means and a notification means 18 are provided.

入力端子部１０には、太陽電池モジュール１の直流出力電力が図示省略した接続箱を介して入力される。コンバータ１１は、入力端子部１０に印加される直流電力を別の値の直流電力へ変換するＤＣ／ＤＣ変換機能を有している。インバータ１２は、ＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子にて構成され、それらのスイッチング動作により、コンバータ１１から入力される直流電力を交流電力へ変換する。出力フィルタ１３は、リアクトルとコンデンサとの組み合わせで構成され、インバータ１２が出力する階段状の交流波形を正弦波状の交流波形に整形する。 The DC output power of the solar cell module 1 is input to the input terminal unit 10 through a connection box (not shown). The converter 11 has a DC / DC conversion function for converting DC power applied to the input terminal unit 10 into DC power of another value. The inverter 12 is composed of a semiconductor switching element such as an FET or IGBT, and converts the DC power input from the converter 11 into AC power by their switching operation. The output filter 13 is composed of a combination of a reactor and a capacitor, and shapes the stepped AC waveform output from the inverter 12 into a sinusoidal AC waveform.

パワーコンディショナ３の電力変換部は、コンバータ１１とインバータ１２と出力フィルタ１３との全体により形成され、出力フィルタ１３から出力されるその変換出力は、連系開閉器１４および交流開閉器１５を介して出力端子部１６に出力される。出力端子部１６には、図示例では交流電力系統６が接続される。 The power converter 3 of the power conditioner 3 is formed by the converter 11, the inverter 12, and the output filter 13 as a whole, and the converted output output from the output filter 13 passes through the interconnection switch 14 and the AC switch 15. And output to the output terminal section 16. The AC power system 6 is connected to the output terminal portion 16 in the illustrated example.

図２では、制御回路１７の制御系の図示を省略したが、制御回路１７は、プログラム制御により、コンバータ１１でのスイッチング素子１１ａのオン・オフ制御によるＤＣ／ＤＣ変換動作と、インバータ１２でのＰＷＭ制御によるスイッチング動作指令の生成によるＤＣ／ＡＣ変換動作と、連系開閉器１４および交流開閉器１５の開閉制御とを行う。なお交流開閉器１５は、例えば交流電力系統６が停電した場合に、その交流電力系統６との接続を開路してインバータ１２を交流電力系統６から開放し、自立運転へ移行できるようにするため設けられている。 In FIG. 2, the control system 17 of the control circuit 17 is not shown. However, the control circuit 17 performs the DC / DC conversion operation by the on / off control of the switching element 11 a in the converter 11 and the inverter 12 by program control. DC / AC conversion operation by generation of a switching operation command by PWM control, and opening / closing control of the interconnection switch 14 and the AC switch 15 are performed. For example, when the AC power system 6 fails, the AC switch 15 opens the connection with the AC power system 6 to open the inverter 12 from the AC power system 6 so that the operation can be shifted to the independent operation. Is provided.

また、パワーコンディショナ３の操作部（図示せず）には、パワーコンディショナ３を起動、停止させるための運転・停止スイッチや、連系運転モード・自立運転モードの切換スイッチが設けられ、制御回路１７は、それらの操作内容に従ってパワーコンディショナ３の運転を制御する。 In addition, the operation section (not shown) of the power conditioner 3 is provided with an operation / stop switch for starting and stopping the power conditioner 3 and a switch for switching between the connected operation mode and the independent operation mode. The circuit 17 controls the operation of the power conditioner 3 in accordance with the operation contents.

また、図示してないが、出力端子部１６からの出力電圧と出力電流を測定するセンサ回路が設けられ、制御回路１７は、そのセンサ回路からの測定値により、交流出力電力値を演算するとともに、それを積算して交流出力電力量を求め、メモリに記憶する。 Although not shown, a sensor circuit for measuring the output voltage and output current from the output terminal section 16 is provided, and the control circuit 17 calculates the AC output power value from the measured value from the sensor circuit. Then, it is integrated to obtain the AC output power amount and stored in the memory.

そして、報知手段１８は、表示器とブザーの両方で構成される。制御回路１７は、その表示器に、パワーコンディショナ３の運転状態や、演算した交流出力電力値、メモリに記憶させた交流出力電力量などの運転データを表示する。また、制御回路１７は、正常な運転ができない場合、非常停止してブザーを鳴動させ、報知できるようになっている。 And the alerting | reporting means 18 is comprised with both a display and a buzzer. The control circuit 17 displays the operation data such as the operating state of the power conditioner 3, the calculated AC output power value, and the AC output power amount stored in the memory on the display. Further, when the normal operation cannot be performed, the control circuit 17 can make an emergency stop and sound a buzzer to notify.

以上の一般的な構成において「太陽光発電システムの設置工事において誤接続が発生した場合に内部素子の破壊や故障の発生を防止し誤接続状態を報知して確実に修復させ得る保護機能」を実現する構成として、入力端子部１０の正極端（＋）とコンバータ１１の対応する入力端との間を、逆流防止素子（ダイオード）１９と電流制限素子（抵抗器）２０との直列回路を介して接続するとともに、開閉手段（リレー）２１を介して接続する。開閉手段２１の初期状態は、開路状態である。つまり、パワーコンディショナ３の電源オフ時では、開閉手段２１は、開路状態である。 In the above general configuration, the "protection function that prevents the destruction of internal elements and the occurrence of malfunctions when a misconnection occurs in the installation work of the photovoltaic power generation system, and notifies the misconnection status and restores it reliably" As a configuration to be realized, a positive current terminal (+) of the input terminal unit 10 and a corresponding input terminal of the converter 11 are connected via a series circuit of a backflow prevention element (diode) 19 and a current limiting element (resistor) 20. And connection via an opening / closing means (relay) 21. The initial state of the opening / closing means 21 is an open circuit state. That is, when the power conditioner 3 is powered off, the opening / closing means 21 is in an open state.

そして、入力端子部１０の正極側端子（＋）と負極側端子（−）との間に印加される電圧を計測する第１の電圧センサ２２と、コンバータ１１からインバータ１２に入力される直流電力の電圧（母線電圧）を計測する第２の電圧センサ２３とを設けてある。加えて、制御回路１７に、第１の電圧センサ２２および第２の電圧センサ２３の計測値に基づき、開閉手段２１を制御する機能と、コンバータ１１およびインバータ１２の起動・非起動を行う機能と、開閉手段２１を開路状態に維持させる場合に報知手段１８にその内容を報知させる機能とを追加してある。 The first voltage sensor 22 that measures the voltage applied between the positive terminal (+) and the negative terminal (−) of the input terminal unit 10 and the DC power input from the converter 11 to the inverter 12. And a second voltage sensor 23 for measuring the voltage (bus voltage). In addition, the control circuit 17 has a function of controlling the opening / closing means 21 based on the measured values of the first voltage sensor 22 and the second voltage sensor 23, and a function of starting and not starting the converter 11 and the inverter 12. In addition, when the opening / closing means 21 is maintained in the open circuit state, a function for causing the notification means 18 to notify the contents thereof is added.

以下、「太陽光発電システムの設置工事において誤接続が発生した場合に内部素子の破壊や故障の発生を防止し誤接続状態を報知して確実に修復させ得る保護機能」について説明する。 In the following, a description will be given of “a protective function that can prevent the destruction of internal elements and the occurrence of a failure when an erroneous connection occurs in the installation work of the photovoltaic power generation system, and notify the erroneous connection state and reliably restore it”.

まず、パワーコンディショナ３の入力端子部１０に、接続箱２側の対ケーブルを接続せず、間違って分電盤４から交流電力系統６に繋がるケーブルが接続されてしまった場合、この段階ではパワーコンディショナ３の動作電源はオフ状態である。また、開閉手段２１は開路状態にある。よって、コンバータ１１の入力端には、逆流防止素子１９と電流制限素子２０の直列回路を通して交流電圧が印加される。しかし、逆流防止素子１９は、交流の正極側半サイクルを通すが、負極側半サイクルは通さない。 First, if the cable connecting the distribution board 4 to the AC power system 6 is mistakenly connected to the input terminal 10 of the power conditioner 3 without connecting the paired cable on the connection box 2 side, at this stage The operating power supply of the power conditioner 3 is off. The opening / closing means 21 is in an open circuit state. Therefore, an AC voltage is applied to the input end of the converter 11 through a series circuit of the backflow prevention element 19 and the current limiting element 20. However, the backflow prevention element 19 passes an AC positive-side half cycle, but does not pass a negative-side half cycle.

パワーコンディショナ３の電源オフ時では、コンバータ１１のスイッチング素子１１ａはオフしているので、逆流防止素子１９を流れる交流の正極側半サイクル分の電流によって、電流制限素子２０、リアクトル１１ｂおよび出力ダイオード１１ｃを介して、オフ状態にあるインバータ１２の入力段に設けられた母線コンデンサ１２ａが充電される。 Since the switching element 11a of the converter 11 is off when the power supply of the power conditioner 3 is off, the current limiting element 20, the reactor 11b, and the output diode are generated by the current corresponding to the positive half cycle of the alternating current flowing through the backflow prevention element 19. The bus capacitor 12a provided at the input stage of the inverter 12 in the off state is charged via 11c.

したがって、誤接続に気付かずにパワーコンディショナ３の動作電源をオンしても、コンバータ１１には逆極性の電圧は印加されない。また、入力端子部１０に印加された交流電圧は、第１の電圧センサ２２にて検知計測されその情報が制御回路１７に入力される。同時に、母線コンデンサ１２ａの充電電圧が、第２の電圧センサ２３にて検知計測されその情報が制御回路１７に入力される。第２の電圧センサ２３にて検知計測される母線コンデンサ１２ａの充電電圧は、直流電圧である。 Therefore, even if the operating power supply of the power conditioner 3 is turned on without noticing the erroneous connection, the reverse polarity voltage is not applied to the converter 11. Further, the AC voltage applied to the input terminal unit 10 is detected and measured by the first voltage sensor 22, and the information is input to the control circuit 17. At the same time, the charging voltage of the bus capacitor 12 a is detected and measured by the second voltage sensor 23 and the information is input to the control circuit 17. The charging voltage of the bus capacitor 12a detected and measured by the second voltage sensor 23 is a DC voltage.

制御回路１７は、第１の電圧センサ２２の検知電圧が交流信号となるので、検知計測された電圧情報に基づき交流接続という誤接続を認識することができる。これによって、制御回路１７は、開閉手段２１を開路状態に維持制御し、コンバータ１１およびインバータ１２を起動しないようにすることができる。よって、内部素子の破壊や故障を防止することができる。 Since the detection voltage of the first voltage sensor 22 is an AC signal, the control circuit 17 can recognize an erroneous connection such as an AC connection based on the detected and measured voltage information. Thereby, the control circuit 17 can maintain and control the opening / closing means 21 in the open circuit state so that the converter 11 and the inverter 12 are not activated. Therefore, destruction or failure of the internal element can be prevented.

また、制御回路１７は、並行して交流接続という誤接続による異常を報知手段１８の表示器にエラーメッセージとして表示出力し、報知手段１８のブザーを鳴動させて警報を発し、作業者に報知する。この場合、表示器のエラーメッセージやブザーの鳴動内容によって、どのような誤接続が発生したか、今の例では、交流接続という誤接続が発生したことが判るようになっているので、作業者は、迅速かつ確実に誤接続の解消を図ることができる。 In addition, the control circuit 17 displays and outputs an abnormality due to erroneous connection such as AC connection in parallel as an error message on the display unit of the notification unit 18, sounds a buzzer of the notification unit 18, issues an alarm, and notifies the operator. . In this case, the error message on the display unit and the sound of the buzzer indicate what kind of misconnection occurred. In this example, it is possible to know that an incorrect connection called AC connection has occurred. Can quickly and reliably eliminate erroneous connections.

次に、パワーコンディショナ３の入力端子部１０に、接続箱２側の対ケーブルが接続されたが、極性が逆に接続されてしまった場合、この段階ではパワーコンディショナ３の動作電源はオフ状態である。また、開閉手段２１は開路状態にある。よって、コンバータ１１の入力端には、逆流防止素子１９と電流制限素子２０の直列回路を通して逆極性の直流電圧が印加される。しかし、逆流防止素子１９は、正極の直流電圧は通すが、負極の直流電圧は通さない。オフ状態にあるインバータ１２の入力段に設けられた母線コンデンサ１２ａは充電されない。 Next, when the paired cable on the connection box 2 side is connected to the input terminal portion 10 of the power conditioner 3, but the polarity is reversed, at this stage, the operating power of the power conditioner 3 is turned off. State. The opening / closing means 21 is in an open circuit state. Therefore, a reverse polarity DC voltage is applied to the input terminal of the converter 11 through a series circuit of the backflow prevention element 19 and the current limiting element 20. However, the backflow prevention element 19 passes the positive DC voltage but does not pass the negative DC voltage. The bus capacitor 12a provided in the input stage of the inverter 12 in the off state is not charged.

したがって、誤接続に気付かずにパワーコンディショナ３の動作電源をオンしても、コンバータ１１には逆極性の直流電圧は印加されない。また、入力端子部１０に印加された逆極性の直流電圧は、第１の電圧センサ２２にて検知計測され、その情報が制御回路１７に入力される。同時に、母線コンデンサ１２ａの充電電圧が、第２の電圧センサ２３にて検知計測されその情報が制御回路１７に入力される。第２の電圧センサ２３にて検知計測される母線コンデンサ１２ａの充電電圧は、ゼロの近い低い電圧である。 Therefore, even if the operating power supply of the power conditioner 3 is turned on without noticing the erroneous connection, a reverse polarity DC voltage is not applied to the converter 11. In addition, the reverse polarity DC voltage applied to the input terminal unit 10 is detected and measured by the first voltage sensor 22, and the information is input to the control circuit 17. At the same time, the charging voltage of the bus capacitor 12 a is detected and measured by the second voltage sensor 23 and the information is input to the control circuit 17. The charging voltage of the bus capacitor 12a detected and measured by the second voltage sensor 23 is a low voltage close to zero.

そうすると、制御回路１７は、逆極性接続という誤接続を認識できるので、開閉手段２１を開路状態に維持制御し、コンバータ１１およびインバータ１２を起動しない。これによって、内部素子の破壊や故障を防止することができる。 Then, since the control circuit 17 can recognize an erroneous connection called reverse polarity connection, the control circuit 17 maintains the open / close means 21 in the open circuit state and does not start the converter 11 and the inverter 12. Thereby, destruction or failure of the internal element can be prevented.

また、制御回路１７は、並行して逆極性接続という誤接続による異常を報知手段１８の表示器にエラーメッセージとして表示出力し、報知手段１８のブザーを鳴動させて警報を発し、作業者に報知する。この場合、表示器のエラーメッセージやブザーの鳴動内容によって、どのような誤接続が発生したか、今の例では逆極性接続という誤接続が発生したことが判るようになっているので、作業者は、迅速かつ確実に誤接続の解消を図ることができる。 In addition, the control circuit 17 displays and outputs an abnormality due to the erroneous connection such as reverse polarity connection in parallel as an error message on the display unit of the notification unit 18, sounds a buzzer of the notification unit 18, issues an alarm, and notifies the operator. To do. In this case, the error message on the display unit and the sound of the buzzer indicate what kind of misconnection has occurred, and in this example, it is possible to know that a misconnection of reverse polarity has occurred. Can quickly and reliably eliminate erroneous connections.

さて、設置工事が正しく行われ、パワーコンディショナ３の入力端子部１０に、接続箱２側の対ケーブルが極性正しく接続された場合、この段階ではパワーコンディショナ３の動作電源はオフ状態である。また、開閉手段２１は開路状態にある。よって、コンバータ１１の入力端には、逆流防止素子１９と電流制限素子２０の直列回路を通して正極性の直流電圧が印加される。 Now, when the installation work is correctly performed and the paired cable on the connection box 2 side is correctly connected to the input terminal portion 10 of the power conditioner 3, the operating power of the power conditioner 3 is in an off state at this stage. . The opening / closing means 21 is in an open circuit state. Therefore, a positive DC voltage is applied to the input end of the converter 11 through a series circuit of the backflow prevention element 19 and the current limiting element 20.

コンバータ１１では、スイッチング素子１１ａはオフ状態であるが、逆流防止素子１９と電流制限素子２０の直列回路を通して入力された直流電流は、リアクトル１１ｂ、出力ダイオード１１ｃを介して、オフ状態にあるインバータ１２の入力段に設けられた母線コンデンサ１２ａを充電する。電流制限素子２０はこの場合の充電電流を制限し無用な突入電流の発生を防止するためのものである。 In the converter 11, the switching element 11a is in the off state, but the DC current input through the series circuit of the backflow preventing element 19 and the current limiting element 20 is turned off via the reactor 11b and the output diode 11c. The bus capacitor 12a provided in the input stage is charged. The current limiting element 20 is for limiting the charging current in this case and preventing the occurrence of unnecessary inrush current.

パワーコンディショナ３の動作電源がオンになると、第１の電圧センサ２２が入力端子部１０に印加された直流電圧の大きさと極性とを検知計測し制御回路１７に与える。同時に、第２の電圧センサ２３がインバータ１２の入力電圧である母線コンデンサ１２ａの充電電圧を検知計測し制御回路１７に与える。 When the operating power supply of the power conditioner 3 is turned on, the first voltage sensor 22 detects and measures the magnitude and polarity of the DC voltage applied to the input terminal unit 10 and supplies it to the control circuit 17. At the same time, the second voltage sensor 23 detects and measures the charging voltage of the bus capacitor 12 a that is the input voltage of the inverter 12 and supplies it to the control circuit 17.

制御回路１７は、第１の電圧センサ２２が検知計測した電圧は直流でかつ正極性であるから、第１の電圧センサ２２が検知計測した電圧値と第２の電圧センサ２３が検知計測した電圧値とを比較する。 Since the voltage detected and measured by the first voltage sensor 22 is DC and positive, the control circuit 17 detects the voltage value detected and measured by the first voltage sensor 22 and the voltage detected and measured by the second voltage sensor 23. Compare the value.

ここで、第１の電圧センサ２２が検知計測したコンバータ入力電圧と第２の電圧センサ２３が検知計測したインバータ入力電圧との電位差は、逆流防止素子１９、電流制限素子２０、リアクトル１１ｂおよび出力ダイオード１１ｃの経路における電圧降下分に相当する。 Here, the potential difference between the converter input voltage detected and measured by the first voltage sensor 22 and the inverter input voltage detected and measured by the second voltage sensor 23 includes the backflow prevention element 19, the current limiting element 20, the reactor 11b, and the output diode. This corresponds to the voltage drop in the path 11c.

そして、母線コンデンサ１２ａへの充電がある程度進んでくると、第１の電圧センサ２２が検知計測した電圧値と第２の電圧センサ２３が検知計測した電圧値との差がゼロに向かって小さくなる。すなわち、逆流防止素子１９と電流制限素子２０との直列回路の両端間の電位差が小さくなったことがわかる。 When the charging of the bus capacitor 12a proceeds to some extent, the difference between the voltage value detected and measured by the first voltage sensor 22 and the voltage value detected and measured by the second voltage sensor 23 decreases toward zero. . That is, it can be seen that the potential difference between both ends of the series circuit of the backflow prevention element 19 and the current limiting element 20 is reduced.

そこで、制御回路１７は、第１の電圧センサ２２からの電圧値と第２の電圧センサ２３からの電圧値との差がゼロに向かって小さくなる途中に定めた或る値よりも小さくなったときに、開閉手段２１を閉路させる。これによって、太陽電池モジュール１側からの入力電流は逆流防止素子１９と電流制限素子２０の直列回路を流れずに開閉手段２１側にバイパスして流れることになる。その後、制御回路１７は、コンバータ１１やインバータ１２に対してスイッチング動作の指令を出す。これによって、パワーコンディショナとしての電力変換動作が実行される。 Therefore, the control circuit 17 is smaller than a certain value determined in the middle of the difference between the voltage value from the first voltage sensor 22 and the voltage value from the second voltage sensor 23 decreasing toward zero. Sometimes, the opening / closing means 21 is closed. Thus, the input current from the solar cell module 1 side bypasses the open / close means 21 side without flowing through the series circuit of the backflow prevention element 19 and the current limiting element 20. Thereafter, the control circuit 17 issues a switching operation command to the converter 11 and the inverter 12. Thereby, the power conversion operation as the power conditioner is executed.

すなわち、パワーコンディショナとしての電力変換動作時においては、開閉手段２１が閉路して太陽電池モジュール１側からの入力電流は逆流防止素子１９と電流制限素子２０の直列回路を流れないので、逆流防止素子１９と電流制限素子２０の直列回路での損失発生を無くすことができる。これによって、保護機能付加によるパワーコンディショナの電力変換効率の低下が防止される。 That is, during the power conversion operation as the power conditioner, the switching means 21 is closed, and the input current from the solar cell module 1 side does not flow through the series circuit of the backflow prevention element 19 and the current limiting element 20, thus preventing backflow. Loss generation in the series circuit of the element 19 and the current limiting element 20 can be eliminated. This prevents a decrease in power conversion efficiency of the power conditioner due to the addition of a protection function.

また、逆流防止素子１９と電流制限素子２０の直列回路の両端の電位差が所定値よりも小さくなってから開閉手段２１を閉路させるので、開閉手段２１として用いるリレーの接点に経年的に生ずる劣化（接点の転移、溶着など）を防止することができる。 Further, since the switching means 21 is closed after the potential difference between the both ends of the series circuit of the backflow prevention element 19 and the current limiting element 20 becomes smaller than a predetermined value, deterioration that occurs over time at the contact of the relay used as the switching means 21 ( Contact transfer, welding, etc.) can be prevented.

そして、開閉手段２１としては、必要以上の接点定格のリレーを使わなくとも済むようになるので、保護回路部の小型化、抵抗コスト化が図れるという効果も得られる。 As the opening / closing means 21, it is not necessary to use a relay with an unnecessarily high contact rating, so that the protection circuit portion can be reduced in size and the resistance cost can be reduced.

以上説明したように、本実施の形態によるパワーコンディショナによれば、太陽光発電システムの設置工事において誤接続があっても、開閉手段を閉路させずにコンバータおよびインバータを不動作とするので、簡単かつ安価な構成により破損や故障の発生を防止できる。そして、誤接続状態をどのような誤接続が発生したかを識別できるように報知するので、作業者は迅速かつ確実に修復することができるようになる。 As described above, according to the power conditioner according to the present embodiment, even if there is an erroneous connection in the installation work of the photovoltaic power generation system, the converter and the inverter are inactivated without closing the switching means. It is possible to prevent the occurrence of breakage and failure with a simple and inexpensive configuration. And since it notifies so that it can identify what kind of misconnection occurred, the operator can repair quickly and reliably.

なお、この明細書では、外部直流電源を用いた直流発電システムとして、太陽電池を用いた発電システムを示したが、本発明にかかる誤接続に対する保護機能を備えたパワーコンディショナは、燃料電池を用いた直流発電システムで用いるパワーコンディショナにも同様に適用することができることは言うまでもない。 In this specification, a power generation system using a solar cell is shown as a DC power generation system using an external DC power supply. However, a power conditioner having a protection function against erroneous connection according to the present invention includes a fuel cell. Needless to say, the present invention can be similarly applied to the power conditioner used in the used DC power generation system.

以上のように、本発明にかかるパワーコンディショナは、外部直流電源を用いた直流発電システムの設置工事において誤接続が発生しても、簡単かつ安価な構成により、内部素子の破壊や故障の発生を防止し、かつ誤接続状態を報知して確実に修復させ得る保護機能を備えたパワーコンディショナとして有用である。 As described above, the power conditioner according to the present invention has a simple and low-cost configuration that causes destruction or failure of internal elements even if an incorrect connection occurs in the installation work of a DC power generation system using an external DC power supply. It is useful as a power conditioner having a protection function that can prevent the occurrence of an error and can be surely repaired by notifying an erroneous connection state.

１太陽電池モジュール（外部直流電源）、２接続箱、３パワーコンディショナ、４分電盤、５負荷、６交流電力系統、１０入力端子部、１１コンバータ、１２インバータ、１３出力フィルタ、１４連系開閉器、１５交流開閉器、１６出力端子部、１７制御回路、１８報知手段、１９逆流防止素子、２０電流制限素子、２１開閉手段、２２第１の電圧センサ、２３第２の電圧センサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell module (external DC power supply), 2 Connection box, 3 Power conditioner, 4 Distribution board, 5 Load, 6 AC power system, 10 Input terminal part, 11 Converter, 12 Inverter, 13 Output filter, 14 Connection Switch, 15 AC switch, 16 Output terminal, 17 Control circuit, 18 Notification means, 19 Backflow prevention element, 20 Current limiting element, 21 Switch means, 22 1st voltage sensor, 23 2nd voltage sensor.

Claims

An input terminal portion of the external DC power supply on the positive electrode side output terminal and the cable wants negative side output terminal and the joint is detachably connected to the corresponding terminals, the external DC power supply output DC input from the input terminal unit In a power conditioner comprising a converter that converts electric power into another value of DC power and an inverter that converts the output DC power of the converter into AC power,
Opening / closing means for contacting / separating between a positive terminal of the input terminal portion and a corresponding input terminal of the converter, and an initial state is an open / close means,
A series circuit of a backflow prevention element and a current limiting element provided in parallel with the switching means between the positive terminal of the input terminal portion and the corresponding input end of the converter;
A first voltage sensor that measures a voltage applied between a positive electrode side terminal and a negative electrode side terminal of the input terminal unit;
A second voltage sensor for measuring a voltage of DC power input from the converter to the inverter;
When the external connection to the input terminal section is completed and the power of the power conditioner is turned on, the converter and the inverter are controlled to stop operating without closing the switching means, and the first voltage sensor There was consistent with the positive electrode and the polarity of the negative of the measured voltage is DC voltage and whose polarity is correct the input terminal portion, at the same time, the measured value of the said and the measured value of the first voltage sensor second voltage sensor Control in which the switching means is closed when the voltage difference is equal to or less than a certain value determined during the process of decreasing toward zero, and the converter and the inverter are shifted from the operation stop state to the respective conversion operations. and means,
The control means includes
The voltage measured by the first voltage sensor is a DC voltage, but the polarity does not match the polarity of the positive electrode and the negative electrode of the input terminal unit, or the voltage measured by the first voltage sensor is an AC voltage. In some cases, the power conditioner is characterized in that the open / close means is not closed and the open state is maintained, and at the same time, the notifying means for notifying the operating state of the power conditioner outputs information notifying the abnormality .

The control means includes
Information notifying the abnormality to be output to the notification means is measured by the first voltage sensor when the polarity of the DC voltage measured by the first voltage sensor does not match the polarity of the positive electrode and the negative electrode of the input terminal unit. the power conditioner according to claim 1, the voltage is characterized by distinct produced in the case of the AC voltage.