JPH06105559A - 系統連系インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、制御回路の簡略化、及び装置全体
の小型化を実現させた系統連系インバータ装置を提供す
る。 【構成】 太陽電池などの直流電源１に接続され、高周
波で交互にスイッチング制御される第１、及び第２スイ
ッチング手段７ａ，７ｂと、該第１、及び第２スイッチ
ング手段７ａ，７ｂの導通により、前記直流電源１から
供給される直流電力を２次側に絶縁伝達する高周波トラ
ンス３，４と、該高周波トランス３，４の２次側に設け
られた第１、及び第２二次巻線１２，１６と、該第１、
及び第２二次巻線１２，１６からの直流出力を夫々商用
周波数の交流出力に変換する第１、及び第２ブリッジ回
路２０，２１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池等の直流電源
からの直流電力を交流に変換して、単相３線式配電線系
統に連系する系統連系インバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の系統連系インバータ装置
では、高周波トランスを内蔵させた単相２線式出力のイ
ンバータ装置を２台設け、単相３線式配電線系統に連系
させたり、あるいは単相２線式出力のインバータ装置に
単相２線−単相３線変換用低周波トランスを設け、単相
３線式配電線系統に連系させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来装置ではインバータ装置を２台使用するか、ある
いは低周波トランスを使用するため、制御回路が複雑と
なると共に、装置全体が大型となるという問題があっ
た。

【０００４】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、高周波トランスを内蔵させた１台のインバー
タ装置を、直接単相３線式配電線系統に連系させ、制御
回路の簡略化、及び装置全体の小型化を実現させた系統
連系インバータ装置を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電源に接
続され、高周波で交互にスイッチング制御される第１、
及び第２スイッチング手段と、該第１、及び第２スイッ
チング手段の導通により、前記直流電源から供給される
直流電力を２次側に絶縁伝達する高周波トランスと、該
高周波トランスの２次側に設けられた第１、及び第２二
次巻線と、該第１、及び第２二次巻線からの直流出力を
夫々商用周波数の交流出力に変換する第１、及び第２ブ
リッジ回路と、前記第１スイッチング手段の導通によ
り、前記第１二次巻線に発生する電圧のみ前記第１ブリ
ッジ回路に供給する第１整流回路と、前記第２スイッチ
ング手段の導通により、前記第２二次巻線に発生する電
圧のみ前記第２ブリッジ回路に供給する第２整流回路
と、前記直流電源の出力電力を決定する出力電力決定手
段と、商用周波数の基準波形を発生する波形発生手段
と、該波形発生手段の出力と、前記出力電力決定手段の
出力とを乗算する乗算手段と、前記第１、及び第２二次
巻線に流れる電流を検出する第１、及び第２電流検出手
段と、該第１、及び第２電流検出手段の出力を加算する
加算手段と、該加算手段の出力、及び前記乗算手段の出
力の差に基づいたパルス幅信号を発生するパルス幅変調
手段と、該パルス幅変調手段からの出力信号に基づいて
前記第１、及び第２スイッチング手段のスイッチング制
御を交互に行うスイッチング制御手段とを備え、前記第
１、及び第２ブリッジ回路からの交流出力を単相３線式
配電線系統に連系する系統連系インバータ装置である。

【０００６】

【作用】本発明によれば、高周波トランスの二次巻線を
２組設け、夫々の二次巻線の出力を商用周波数の交流出
力に変換しているので、直流電源を１台のインバータ装
置により、直接単相３線式配電線系統に連系させること
が可能となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の系統連系インバータ装置の一
実施例を示す図面に基づいて説明する。図１は、本発明
の系統連系インバータ装置の回路図である。

【０００８】図において、１は太陽光のエネルギーを直
接直流電力に変換する直流電源としての太陽電池であ
り、太陽電池１からの直流電圧はコンデンサ２に蓄積さ
れている。

【０００９】３，４は第１、及び第２高周波トランスで
あり、その一次巻線５，６にコンデンサ２の蓄積電圧が
供給されている。

【００１０】そして、一次巻線５，６とコンデンサ２と
の間には、第１スイッチング手段としての第１スイッチ
ング素子７ａ，第２スイッチング手段としての第２スイ
ッチング素子７ｂが夫々直列接続されている。第１スイ
ッチング素子７ａ，第２スイッチング素子７ｂは、スイ
ッチング制御手段８によってスイッチング周波数２５ｋ
Ｈｚで交互に動作するように制御されており、そのスイ
ッチング動作により一次巻線５，６に電流が交互に流れ
る構成となっている。

【００１１】スイッチング制御手段８は、後述するＰＷ
Ｍコンパレータ９（パルス幅変調手段）の出力信号に基
づいて、第１、及び第２スイッチング素子７ａ，７ｂの
スイッチング制御を行っている。

【００１２】また、コンデンサ２には、系統連系インバ
ータ装置の出力電力を決定する出力電力決定手段として
の直流電源電圧検出器１０が接続されている。この直流
電源電圧検出器１０ではコンデンサ２の電圧を検出し、
その電圧に応じた信号が出力され、後述する乗算手段１
１の一端に入力されている。

【００１３】一方、第１高周波トランス３の第１二次巻
線１２には、第１整流用ダイオード１３、第１インダク
タンス１４が直列接続され、第１還流用ダイオード１５
が第１二次巻線１２、及び第１整流用ダイオード１３と
並列接続されており、第１整流回路を構成している。

【００１４】同様に、第２高周波トランス４の第２二次
巻線１６は、第２整流用ダイオード１７、第２インダク
タンス１８が直列接続され、第２還流用ダイオード１９
が第２二次巻線１６、及び第２整流用ダイオード１７と
並列接続されており、第２整流回路を構成している。

【００１５】この第１、及び第２整流回路によって第
１、及び第２二次巻線１２，１６に発生する電圧による
電流が整流され、その直流電流が夫々第１、及び第２ブ
リッジ回路２０，２１にて商用周波数の交流電流に変換
される。

【００１６】ここで、第１整流用ダイオード１３は、第
１スイッチング素子７ａの導通によって、第１二次巻線
１２に発生する電圧による電流のみが、第１インダクタ
ンス１４に供給される向きに接続されている。一方、第
２整流用ダイオード１７は、第２スイッチング素子７ｂ
の導通によって、第２二次巻線１６に発生する電圧によ
る電流のみが、第２インダクタンス１８に供給される向
きに接続されている。

【００１７】第１、及び第２還流用ダイオード１５，１
９は、第１、及び第２二次巻線１２，１６に電流が流れ
ないときに、第１、及び第２インダクタンス１４，１８
と共に還流回路を形成する向きに接続されている。

【００１８】また、第１、及び第２高周波トランス３，
４の第１、及び第２二次巻線１２，１６には、夫々第
１、及び第２電流検出手段２２，２３が設けられてお
り、第１、及び第２二次巻線１２，１６に流れる電流を
夫々検出している。そして、第１、及び第２二次巻線１
２，１６の検出電流値は加算手段２４にて加算され、ロ
ーパスフィルタ２５を経て波形整形された加算電流値が
後述する誤差増幅器２６の一端に入力されている。

【００１９】第１ブリッジ回路２０は、ブリッジ接続さ
れた４つのスイッチング素子２０ａ〜２０ｄから構成さ
れ、後述する折り返し制御回路２７からの制御信号に基
づいて、スイッチング素子２０ａ，２０ｄとスイッチン
グ素子２０ｂ，２０ｃとを交互にスイッチング動作さ
せ、直流電流を交流電流に変換している。同様に、第２
ブリッジ回路２１は、ブリッジ接続された４つのスイッ
チング素子２１ａ〜２１ｄから構成され、折り返し制御
回路２７からの制御信号に基づいて、スイッチング素子
２１ａ，２１ｄとスイッチング素子２１ｂ，２１ｃとを
交互にスイッチング動作させ、直流電流を交流電流に変
換している。

【００２０】そして、第１ブリッジ回路２０には、イン
ダクタンス２８ａとコンデンサ２８ｂとからなる第１交
流フィルタ２８が接続され、第１ブリッジ回路２０から
の交流電流を単相３線式配電線系統２９に連系可能な正
弦波形に波形整形している。同様に、第２ブリッジ回路
２１には、インダクタンス３０ａとコンデンサ３０ｂと
からなる第２交流フィルタ３０が接続され、第２ブリッ
ジ回路２１からの交流電流を波形整形している。

【００２１】そして、第１、及び第２交流フィルタ２
８，３０を経た交流出力が単相３線配電線系統２９に接
続されている。

【００２２】また、配電線系統２９には、商用周波数の
基準波形を発生する波形発生手段として、その系統電圧
の電圧波形を検出するための系統電圧波形検出器３１が
設けられている。この系統電圧波形検出器３１では、系
統電圧に対応する電圧波形が取り出され、配電線系統２
９の商用周波数と同じ遮断周波数の帯域フィルタ３２を
介して折り返し制御回路２７、及び全波整流回路３３に
入力されている。

【００２３】折り返し制御回路２７は、比較器２７ａ、
反転回路２７ｂ、及びバッファ回路２７ｃから構成さ
れ、比較器２７ａはその一端が接地され、他端に帯域フ
ィルタ３２からの電圧が入力され、その入力電圧が正の
時にハイ信号が出力され、負のときにロー信号が出力さ
れる。

【００２４】また、バッファ回路２７ｂ、及び反転回路
２７ｃは夫々比較器２７ａの出力端に接続されており、
バッファ回路２７ｂからの出力信号がスイッチング素子
２０ａ，２０ｄ，２１ａ，２１ｄに、反転回路２７ｃか
らの出力信号がスイッチング素子２０ｂ，２０ｃ，２１
ｂ，２１ｃに第１、及び第２ドライブ回路３４，３５を
通して入力されている。

【００２５】つまり、第１、及び第２ブリッジ回路２
０，２１では、単相３線式配電線系統２９の系統電圧と
同位相の交流出力が得られるように、スイッチング制御
されている。

【００２６】一方、全波整流回路３３では前記系統電圧
に対応する電圧波形が全波整流されており、その全波整
流回路３３からの出力が乗算手段１１の他端に入力され
ている。

【００２７】乗算手段１１は、直流電源電圧検出回路１
０からの出力と、全波整流回路３３からの出力の乗算を
行い、その乗算結果を誤差増幅器２６の他端に入力して
いる。つまり、乗算手段１１では、太陽電池１からの出
力電圧と、系統電圧に対応する全波整流された電圧波形
とが入力され、その両者の乗算を行っているので、太陽
電池１からの出力電圧に応じた振幅の商用周波数の全波
正弦波形の信号が乗算器１１から出力される。

【００２８】そして、乗算手段１１からの出力、及びロ
ーパスフィルタ２５からの出力の差が、誤差増幅器２６
で増幅された後、ＰＷＭコンパレータ９に入力され、周
波数５０ｋＨｚの基準三角波と比較される。

【００２９】ＰＷＭコンパレータ９からの信号は、スイ
ッチング制御手段８に入力され、その入力信号に基づい
てスイッチング素子７ａ，７ｂのスイッチング制御信号
が出力されている。

【００３０】そして、スイッチング制御手段８では、Ｐ
ＷＭコンパレータ９からの入力信号を１パルス毎に交互
に第１、及び第２スイッチング素子７ａ，７ｂに供給
し、第１、及び第２スイッチング素子７ａ，７ｂの夫々
をスイッチング周波数２５ｋＨｚにてオン／オフ制御し
ている。

【００３１】従って、負荷変動により第１、及び第２二
次巻線１２，１６の検出電流が異なった場合でも、即座
に第１、及び第２スイッチング素子７ａ，７ｂのスイッ
チングパルス幅を制御して、第１、及び第２の二次巻線
１２，１６の電流を均等に制御することができる。

【００３２】また、太陽電池１の発電電力が負荷電力よ
り多い場合には、配電線系統２９に電力を逆潮流、つま
り回生する。一方、太陽電池１の発電電力が負荷電力よ
り少ない場合には配電系統２９から負荷に電力が供給さ
れる。

【００３３】尚、上記実施例では高周波トランスを２つ
に分けた場合について説明したが、高周波トランスを１
つしても構わない。

【００３４】また、出力電力決定手段として、直流電源
電圧検出回路１０において検出した検出電圧に基づいて
系統連系インバータ装置の出力電力を決定する場合につ
いて説明したが、装置外部から入力値により系統連系イ
ンバータ装置の出力電力を決定させても構わない。

【００３５】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、高周波
トランスの二次巻線を２組設け、夫々の二次巻線の出力
を商用周波数の交流出力に変換しているので、直流電源
を１台のインバータ装置により、直接単相３線式配電線
系統に連系させることができる。

【００３６】従って、系統連系インバータ装置の制御回
路の簡略化、及び装置全体の小型化を図ることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す系統連系インバータ装
置の回路図である。

【符号の説明】

１ 太陽電池（直流電源） ３，４ 第１、第２高周波トランス ５，６ 一次巻線 ７ａ，７ｂ 第１、第２スイッチング素子 ８ スイッチング制御手段 ９ ＰＷＭコンパレータ １０ 直流電源電圧検出回路（出力電力決定手段） １１ 乗算手段 １２，１６ 第１、第２二次巻線 ２０，２１ 第１、第２ブリッジ回路 ２２，２３ 第１、第２電流検出手段 ２４ 加算手段 ２６ 誤差増幅器 ２９ 単相３線配電線系統 ３１ 系統電圧波形検出器（波形発生手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 正寛 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 田中 邦穂 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源に接続され、高周波で交互にスイ
   ッチング制御される第１、及び第２スイッチング手段
   と、該第１、及び第２スイッチング手段の導通により、
   前記直流電源から供給される直流電力を２次側に絶縁伝
   達する高周波トランスと、該高周波トランスの２次側に
   設けられた第１、及び第２二次巻線と、該第１、及び第
   ２二次巻線からの直流出力を夫々商用周波数の交流出力
   に変換する第１、及び第２ブリッジ回路と、前記第１ス
   イッチング手段の導通により、前記第１二次巻線に発生
   する電圧のみ前記第１ブリッジ回路に供給する第１整流
   回路と、前記第２スイッチング手段の導通により、前記
   第２二次巻線に発生する電圧のみ前記第２ブリッジ回路
   に供給する第２整流回路と、前記直流電源の出力電力を
   決定する出力電力決定手段と、商用周波数の基準波形を
   発生する波形発生手段と、該波形発生手段の出力と、前
   記出力電力決定手段の出力とを乗算する乗算手段と、前
   記第１、及び第２二次巻線に流れる電流を検出する第
   １、及び第２電流検出手段と、該第１、及び第２電流検
   出手段の出力を加算する加算手段と、該加算手段の出
   力、及び前記乗算手段の出力の差に基づいたパルス幅信
   号を発生するパルス幅変調手段と、該パルス幅変調手段
   からの出力信号に基づいて前記第１、及び第２スイッチ
   ング手段のスイッチング制御を交互に行うスイッチング
   制御手段とを備え、前記第１、及び第２ブリッジ回路か
   らの交流出力を単相３線式配電線系統に連系することを
   特徴とする系統連系インバータ装置。