JPH0744252A - 太陽光発電用電力変換装置 - Google Patents
太陽光発電用電力変換装置Info
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- JPH0744252A JPH0744252A JP5186537A JP18653793A JPH0744252A JP H0744252 A JPH0744252 A JP H0744252A JP 5186537 A JP5186537 A JP 5186537A JP 18653793 A JP18653793 A JP 18653793A JP H0744252 A JPH0744252 A JP H0744252A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 太陽電池の電圧が高い状態でインバ―タを運
転する場合に、半導体素子にかかる電圧を低減し、半導
体素子耐圧を低くして高効率運転を可能にすること。 【構成】 太陽電池１から得られる直流電圧を交流電圧
に変換して出力する電力変換装置において、前記直流電
圧が所定電圧を越えるとき、該直流電圧の上昇に応じて
出力する交流電流の最大値を制限する電流制限手段18，
100， 101を設けたもの。
転する場合に、半導体素子にかかる電圧を低減し、半導
体素子耐圧を低くして高効率運転を可能にすること。 【構成】 太陽電池１から得られる直流電圧を交流電圧
に変換して出力する電力変換装置において、前記直流電
圧が所定電圧を越えるとき、該直流電圧の上昇に応じて
出力する交流電流の最大値を制限する電流制限手段18，
100， 101を設けたもの。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池から得られる
直流電圧が高い状態の運転を考慮した太陽光発電用電力
変換装置に関する。
直流電圧が高い状態の運転を考慮した太陽光発電用電力
変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池から得られる直流電圧を交流電
圧に変換して出力するインバ―タが知られている。この
インバ―タは日の出時に自動起動、日没時に自動停止
し、日中は何等かの異常が無い限り太陽電池の出力が最
大となる最適動作電池電圧で運転することが望ましい。
太陽電池の電圧は日射量を一定とする図６（ａ）に示す
ように出力電流が零の場合に開放電圧となり最も電圧が
高く、出力電流が大きくなるにつれて電池電圧は低下す
る。この特性は、日射量によっても変化し、日射量が大
きくなると開放電圧は図６（ｂ）に示すように大きくな
る。システムが理想的に運転される場合、日射量が大き
い日中はインバ―タは開放電圧よりも低い最適動作電圧
で運転し、インバ―タの起動は日射量が小さな日の出時
のため開放電圧はそれほど大きくならない。
圧に変換して出力するインバ―タが知られている。この
インバ―タは日の出時に自動起動、日没時に自動停止
し、日中は何等かの異常が無い限り太陽電池の出力が最
大となる最適動作電池電圧で運転することが望ましい。
太陽電池の電圧は日射量を一定とする図６（ａ）に示す
ように出力電流が零の場合に開放電圧となり最も電圧が
高く、出力電流が大きくなるにつれて電池電圧は低下す
る。この特性は、日射量によっても変化し、日射量が大
きくなると開放電圧は図６（ｂ）に示すように大きくな
る。システムが理想的に運転される場合、日射量が大き
い日中はインバ―タは開放電圧よりも低い最適動作電圧
で運転し、インバ―タの起動は日射量が小さな日の出時
のため開放電圧はそれほど大きくならない。
【０００３】ところが、日中にインバ―タを一旦停止さ
せると、次の起動は太陽電池の開放電圧から動作を開始
しなければならない。日射量が大きい時は、かなり高い
電圧から起動することになる。従って、半導体素子耐圧
は、太陽電池のとりうる最大の開放電圧に、スイッチン
グ動作によるサ―ジ電圧分を加えた電圧以上必要とな
る。このために半導体素子耐圧は、通常の電池動作電圧
と比較すると、かなり大きな耐圧を必要とする。高耐圧
の半導体素子は、低耐圧のものに比べて導通損失が大き
くなったり、スイッチング特性が悪いものが多く、イン
バ―タの変換効率が低下する要因となる。
せると、次の起動は太陽電池の開放電圧から動作を開始
しなければならない。日射量が大きい時は、かなり高い
電圧から起動することになる。従って、半導体素子耐圧
は、太陽電池のとりうる最大の開放電圧に、スイッチン
グ動作によるサ―ジ電圧分を加えた電圧以上必要とな
る。このために半導体素子耐圧は、通常の電池動作電圧
と比較すると、かなり大きな耐圧を必要とする。高耐圧
の半導体素子は、低耐圧のものに比べて導通損失が大き
くなったり、スイッチング特性が悪いものが多く、イン
バ―タの変換効率が低下する要因となる。
【０００４】日射量の大きい状態でインバ―タを起動さ
せる場合に半導体素子耐圧を必要以上に大きくしない方
法として図７（ａ）（ｂ）の構成が考えられる。これら
は、太陽電池１の直流電力をインバ―タ３によって交流
電力に変換し交流電力系統２へ供給する場合の例を示し
たものである。
せる場合に半導体素子耐圧を必要以上に大きくしない方
法として図７（ａ）（ｂ）の構成が考えられる。これら
は、太陽電池１の直流電力をインバ―タ３によって交流
電力に変換し交流電力系統２へ供給する場合の例を示し
たものである。
【０００５】インバ―タ３内には、電力用半導体素子４
が備えられ、少なくとも太陽電池１の電圧が印加され
る。出力側には、連系リアクトル５とフィルタ・コンデ
ンサ６が接続され、出力電流制御を可能にしている。出
力端には、リレ―・スイッチ７が備えられ、必要に応じ
て交流電力系統２とインバ―タを切り離す。
が備えられ、少なくとも太陽電池１の電圧が印加され
る。出力側には、連系リアクトル５とフィルタ・コンデ
ンサ６が接続され、出力電流制御を可能にしている。出
力端には、リレ―・スイッチ７が備えられ、必要に応じ
て交流電力系統２とインバ―タを切り離す。
【０００６】インバ―タ起動時に、図７（ａ）の構成
は、スイッチ９を閉路して太陽電池の負荷として抵抗器
８を接続し、あらかじめ太陽電池電圧を開放電圧よりも
低下させてから起動する方法である。インバ―タが、起
動して太陽電池１の電圧が最適動作電圧に低下した後に
スイッチ９をオフさせて抵抗器８による損失を除去す
る。
は、スイッチ９を閉路して太陽電池の負荷として抵抗器
８を接続し、あらかじめ太陽電池電圧を開放電圧よりも
低下させてから起動する方法である。インバ―タが、起
動して太陽電池１の電圧が最適動作電圧に低下した後に
スイッチ９をオフさせて抵抗器８による損失を除去す
る。
【０００７】また、図７（ｂ）の構成は、起動時はスイ
ッチ12を開、スイッチ13を閉として抵抗器10と抵抗器11
とで太陽電池１の電圧を分圧してインバ―タを起動す
る。起動後に太陽電池１の電圧が最適動作電圧に低下し
た後は、スイッチ12は閉、スイッチ13は開として抵抗器
10と抵抗器11による損失を除去する。
ッチ12を開、スイッチ13を閉として抵抗器10と抵抗器11
とで太陽電池１の電圧を分圧してインバ―タを起動す
る。起動後に太陽電池１の電圧が最適動作電圧に低下し
た後は、スイッチ12は閉、スイッチ13は開として抵抗器
10と抵抗器11による損失を除去する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の方法で
は、適度な電圧とするために比較的大容量の抵抗器が必
要となり、これらの抵抗器は起動時以外は不必要な部品
であるため、通常はこれを動作させないスイッチが必要
となり、部品点数が多くなるなどの問題がある。
は、適度な電圧とするために比較的大容量の抵抗器が必
要となり、これらの抵抗器は起動時以外は不必要な部品
であるため、通常はこれを動作させないスイッチが必要
となり、部品点数が多くなるなどの問題がある。
【０００９】本発明の目的は、太陽電池の電圧が高い状
態でインバ―タを運転する場合に放電用の抵抗器等を用
いることなく半導体素子にかかる電圧を低減し、半導体
素子耐圧を低くして高効率運転の可能な太陽光発電用電
力変換装置を提供することにある。
態でインバ―タを運転する場合に放電用の抵抗器等を用
いることなく半導体素子にかかる電圧を低減し、半導体
素子耐圧を低くして高効率運転の可能な太陽光発電用電
力変換装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、次のように構成する。請求項１の発
明は、太陽電池から得られる直流電圧を交流電圧に変換
して出力する電力変換装置において、前記直流電圧が所
定電圧を越えるとき、該直流電圧の上昇に応じて交流出
力電流の最大値を制限する電流制限手段を設ける。
めに、本発明では、次のように構成する。請求項１の発
明は、太陽電池から得られる直流電圧を交流電圧に変換
して出力する電力変換装置において、前記直流電圧が所
定電圧を越えるとき、該直流電圧の上昇に応じて交流出
力電流の最大値を制限する電流制限手段を設ける。
【００１１】請求項３の発明は、太陽電池から得られる
直流電圧を交流電圧に変換して出力する電力変換装置に
おいて、前記直流電圧が所定電圧を越えるとき、該直流
電圧の上昇に応じて交流出力電流の最大値を制限すると
共に該交流出力電流の波形を正弦波から次第に方形波に
変化させる電流制御手段を設ける。
直流電圧を交流電圧に変換して出力する電力変換装置に
おいて、前記直流電圧が所定電圧を越えるとき、該直流
電圧の上昇に応じて交流出力電流の最大値を制限すると
共に該交流出力電流の波形を正弦波から次第に方形波に
変化させる電流制御手段を設ける。
【００１２】請求項４の発明は、太陽電池により充電さ
れるコンデンサの直流電圧を交流電圧に変換して出力す
るインバ―タを備えた電力変換装置において、前記コン
デンサと太陽電池との間を開閉するスイッチを設け、前
記電力変換装置の運転を開始する場合、前記直流電圧が
前記電力変換装置に用いる電力用半導体素子の定格電圧
で定まる安全動作電圧を越えているときは前記スイッチ
を開路して前記インバ―タの起動を待期させ、前記コン
デンサの電荷の放電により前記直流電圧が前記安全動作
電圧に低下したとき前記インバ―タの運転を開始させ、
前記直流電圧が所定電圧に低下したとき前記スイッチを
閉路する制御手段を設ける。
れるコンデンサの直流電圧を交流電圧に変換して出力す
るインバ―タを備えた電力変換装置において、前記コン
デンサと太陽電池との間を開閉するスイッチを設け、前
記電力変換装置の運転を開始する場合、前記直流電圧が
前記電力変換装置に用いる電力用半導体素子の定格電圧
で定まる安全動作電圧を越えているときは前記スイッチ
を開路して前記インバ―タの起動を待期させ、前記コン
デンサの電荷の放電により前記直流電圧が前記安全動作
電圧に低下したとき前記インバ―タの運転を開始させ、
前記直流電圧が所定電圧に低下したとき前記スイッチを
閉路する制御手段を設ける。
【００１３】
【作用】請求項１の発明によれば、太陽電池から得られ
る直流電圧の上昇に応じて交流出力電流の最大値が制限
され、スイッチング時に生じるサ―ジ電圧が直流電圧の
上昇に応じて減少する。従って、電力変換装置を構成す
る電力用半導体素子に印加される電圧が所定電圧に制限
され耐圧の低い電力用半導体素子を用いることができ
る。
る直流電圧の上昇に応じて交流出力電流の最大値が制限
され、スイッチング時に生じるサ―ジ電圧が直流電圧の
上昇に応じて減少する。従って、電力変換装置を構成す
る電力用半導体素子に印加される電圧が所定電圧に制限
され耐圧の低い電力用半導体素子を用いることができ
る。
【００１４】請求項３の発明によれば、太陽電池から得
られる直流電圧の上昇に応じて交流出力電流の最大値を
制限すると共に該交流出力電流の波形を正弦波から次第
に方形波に変化させるので、請求項１と同様の作用効果
を得ると共に交流出力電流の最大値を制限しても比較的
大きな交流電力を出力させることができ、太陽電池の最
大開放電圧から起動させスム―ズに出力を増大させるこ
とができる。
られる直流電圧の上昇に応じて交流出力電流の最大値を
制限すると共に該交流出力電流の波形を正弦波から次第
に方形波に変化させるので、請求項１と同様の作用効果
を得ると共に交流出力電流の最大値を制限しても比較的
大きな交流電力を出力させることができ、太陽電池の最
大開放電圧から起動させスム―ズに出力を増大させるこ
とができる。
【００１５】請求項４の発明によれば、太陽電池で充電
されるコンデンサの直流電圧が電力変換装置を構成する
電力用半導体素子の定格電圧で定まる安全動作電圧を越
えた状態でインバ―タを起動させる場合、インバ―タの
起動に先行して前記スイッチを開路した太陽電池がコン
デンサから切り離される。これによりコンデンサの電荷
が放電され直流電圧が安全動作電圧まで低下するとイン
バ―タが起動する。これによりコンデンサの電荷は更に
放電され直流電圧は急速に低下し、所定電圧まで低下す
ると前記スイッチが閉路し太陽電池がコンデンサに接続
され安全動作電圧以下で通常運転状態となる。これによ
り高耐圧の電力用半導体素子を用いることなく日射量の
大きい日中においてインバ―タを起動させることが可能
となり効率の良い運転を行うことができる。
されるコンデンサの直流電圧が電力変換装置を構成する
電力用半導体素子の定格電圧で定まる安全動作電圧を越
えた状態でインバ―タを起動させる場合、インバ―タの
起動に先行して前記スイッチを開路した太陽電池がコン
デンサから切り離される。これによりコンデンサの電荷
が放電され直流電圧が安全動作電圧まで低下するとイン
バ―タが起動する。これによりコンデンサの電荷は更に
放電され直流電圧は急速に低下し、所定電圧まで低下す
ると前記スイッチが閉路し太陽電池がコンデンサに接続
され安全動作電圧以下で通常運転状態となる。これによ
り高耐圧の電力用半導体素子を用いることなく日射量の
大きい日中においてインバ―タを起動させることが可能
となり効率の良い運転を行うことができる。
【００１６】
【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。図１におい
て１は太陽電池、２は交流電力系統、３は太陽電池１か
ら得られる直流電圧を交流電圧に変換し交流電力系統２
へ電力供給するインバ―タである。インバ―タ３は電力
用半導体素子で成る電力変換部４、太陽電池１で充電さ
れ電力変換部４へ直流電圧を供給するコンデンサ15、直
流電圧ＶDCに応じて交流出力電流の最大値を制限するた
めの電流制限値ＩOUT(LMT)を発生させる演算回路100、
その電流制限値ＩOUT(LMT)に応じて、電流基準Ｉ
OUT(REF)の振幅を±ＩOUT(LMT)に制限して出力する電流
基準回路101 、直流電圧ＶDCが安全動作電圧以下である
ことを起動条件とし、上記電流基準ＩOUT(REF)に応じて
電力変換部４を制御し交流出力電流を制御する制御部10
2 で構成される。なお、17はコンデンサ15の電圧から制
御電源を得る制御電源部、18は直流電圧を検出する電圧
検出器である。上記構成において、主回路部４を構成す
る電力用半導体素子の定格電圧ＶD は、
て１は太陽電池、２は交流電力系統、３は太陽電池１か
ら得られる直流電圧を交流電圧に変換し交流電力系統２
へ電力供給するインバ―タである。インバ―タ３は電力
用半導体素子で成る電力変換部４、太陽電池１で充電さ
れ電力変換部４へ直流電圧を供給するコンデンサ15、直
流電圧ＶDCに応じて交流出力電流の最大値を制限するた
めの電流制限値ＩOUT(LMT)を発生させる演算回路100、
その電流制限値ＩOUT(LMT)に応じて、電流基準Ｉ
OUT(REF)の振幅を±ＩOUT(LMT)に制限して出力する電流
基準回路101 、直流電圧ＶDCが安全動作電圧以下である
ことを起動条件とし、上記電流基準ＩOUT(REF)に応じて
電力変換部４を制御し交流出力電流を制御する制御部10
2 で構成される。なお、17はコンデンサ15の電圧から制
御電源を得る制御電源部、18は直流電圧を検出する電圧
検出器である。上記構成において、主回路部４を構成す
る電力用半導体素子の定格電圧ＶD は、
【００１７】
【数１】ＶD ≧ＶDC＋ＶS ＋ＶM …（１） （１）式の条件を満たすように選定される。（但し、Ｖ
DCは太陽電池あるいは太陽電池により充電されるコンデ
ンサの直流電圧、ＶS は電力用半導体素子のスイッチン
グ時に生じるサ―ジ電圧、ＶM は電圧に関する設計マ―
ジンである。）また、電力用半導体素子の定格電圧ＶD
が決定し、実使用上の最大直流電圧ＶDC(MAX) を、
DCは太陽電池あるいは太陽電池により充電されるコンデ
ンサの直流電圧、ＶS は電力用半導体素子のスイッチン
グ時に生じるサ―ジ電圧、ＶM は電圧に関する設計マ―
ジンである。）また、電力用半導体素子の定格電圧ＶD
が決定し、実使用上の最大直流電圧ＶDC(MAX) を、
【００１８】
【数２】ＶDC(MAX) ＝ＶD −ＶM …（２） と定めると、直流電圧ＶDCが最大電圧ＶDC(MAX) まで上
昇したときサ―ジ電圧ＶS の余裕がなくなり出力電流は
殆ど流すことができなくなる。
昇したときサ―ジ電圧ＶS の余裕がなくなり出力電流は
殆ど流すことができなくなる。
【００１９】電力用半導体素子のスイッチング時に生じ
るサ―ジ電圧ＶS は、素子の配置・配線等のインダクタ
ンスによるものであり、半導体素子のスイッチング時の
電流の変化率にほぼ比例する。半導体素子のスイッチン
グ時間はほぼ一定と見なすことができるのでサ―ジ電圧
ＶS はインバ―タ出力電流のピ―ク値ＩOUT(PEAK) に比
例すると考えられる。また、インバ―タ出力電流のピ―
ク値ＩOUT(PEAK) は
るサ―ジ電圧ＶS は、素子の配置・配線等のインダクタ
ンスによるものであり、半導体素子のスイッチング時の
電流の変化率にほぼ比例する。半導体素子のスイッチン
グ時間はほぼ一定と見なすことができるのでサ―ジ電圧
ＶS はインバ―タ出力電流のピ―ク値ＩOUT(PEAK) に比
例すると考えられる。また、インバ―タ出力電流のピ―
ク値ＩOUT(PEAK) は
【００２０】
【数３】 と表すことができる。（但し、ＩDCは直流出力電流、Ｖ
OUT(RMS)は交流電力系統の正弦波における実効電圧、Ｋ
0 は電流波形に関する係数で正弦波のときＫ0 ＝0.70
7、方形波のときＫ0 ＝ 0.9とする。）この場合、太陽
電池出力電力ＰDCは
OUT(RMS)は交流電力系統の正弦波における実効電圧、Ｋ
0 は電流波形に関する係数で正弦波のときＫ0 ＝0.70
7、方形波のときＫ0 ＝ 0.9とする。）この場合、太陽
電池出力電力ＰDCは
【００２１】
【数４】ＰDC＝ＶDC・ＩDC …（４） となり、またインバ―タ出力電力ＰOUT は
【００２２】
【数５】 ＰOUT ＝Ｋ0 ・ＶOUT(RMS)・ＩOUT(PEAK) …（５） となる。なお、以上は説明を容易にするため装置効率を
１と仮定している。インバ―タ最大出力電流のピ―ク値
ＩOUT(PEAK)MAXのとき半導体素子のスイッチング時に生
じる最大サ―ジ電圧をＶS(MAX)とするとサ―ジ電圧ＶS
は
１と仮定している。インバ―タ最大出力電流のピ―ク値
ＩOUT(PEAK)MAXのとき半導体素子のスイッチング時に生
じる最大サ―ジ電圧をＶS(MAX)とするとサ―ジ電圧ＶS
は
【００２３】
【数６】 ＶS ＝ＶS(MAX)・ＩOUT(PEAK) ／ＩOUT(PEAK)MAX …（６） と表すことができる。また、最大サ―ジ電圧ＶS を許容
する最大直流電圧をＶDC1 とすると前述した実使用上の
最大直流電圧ＶDC(MAX) は
する最大直流電圧をＶDC1 とすると前述した実使用上の
最大直流電圧ＶDC(MAX) は
【００２４】
【数７】ＶDC(MAX) ＝ＶDC1 ＋ＶS(MAX) …（７） と表現することができる。ここで直流電圧ＶDCがＶDC1
のときの最大直流電流をＩDC1 とすると、（３）式から
のときの最大直流電流をＩDC1 とすると、（３）式から
【００２５】
【数８】 ＩDC1 ＝Ｋ0 ・ＶOUT(RMS)・ＩOUT(PEAK)MAX／ＶDC1 …（８） と表現することができる。太陽電池の直流電圧ＶDCがＶ
DC1 よりも大きい場合、サ―ジ電圧ＶS を加味した電圧
値が、実使用上の最大直流電圧ＶDC(MAX) を越えないよ
うに、インバ―タ出力電流を制限する必要がある。つま
り、（１）式と（２）式を満たすように選定する必要が
ある。（１）、（２）、（６）式より、
DC1 よりも大きい場合、サ―ジ電圧ＶS を加味した電圧
値が、実使用上の最大直流電圧ＶDC(MAX) を越えないよ
うに、インバ―タ出力電流を制限する必要がある。つま
り、（１）式と（２）式を満たすように選定する必要が
ある。（１）、（２）、（６）式より、
【００２６】
【数９】 ＩOUT(PEAK) ≦ＩOUT(PEAK)MAX・（ＶDC(MAX) −ＶDC）／ＶS(MAX) …（９） 更に、（３）、（８）、（９）式より、
【００２７】
【数１０】 ＩDC≦ＶDC1 ・ＩDC1 ・（ＶDC(MAX) −ＶDC）／ＶS(MAX)／ＶDC …（10） 以上の様に、太陽電池の直流電圧ＶDCが最大サ―ジ電圧
を許容する最大直流電圧ＶDC1 を越える時、（９）式を
満たすようにインバ―タの出力電流ＩOUT(PEAK) を制限
すれば、その時のサ―ジ電圧を考慮しても、実使用上の
最大直流電圧ＶDC(MAX) を越えることはない。インバ―
タの制御上は、その出力電流制限値ＩOUT(LMT)を、
を許容する最大直流電圧ＶDC1 を越える時、（９）式を
満たすようにインバ―タの出力電流ＩOUT(PEAK) を制限
すれば、その時のサ―ジ電圧を考慮しても、実使用上の
最大直流電圧ＶDC(MAX) を越えることはない。インバ―
タの制御上は、その出力電流制限値ＩOUT(LMT)を、
【００２８】
【数１１】 ＩOUT(LMT)＝ＩOUT(PEAK)MAX・（ＶDC(MAX) −ＶDC）／ＶS(MAX) …（11） として、制限を加えて制御すればよい。
【００２９】一方、通常の運転状態では、太陽電池の直
流電圧ＶDCは、ＶDC1 よりも小さいとすると、この領域
を制約する条件は、サ―ジ電圧ＶS ではなく、装置の定
格電流ＩOUT(PEAK)MAXであり、
流電圧ＶDCは、ＶDC1 よりも小さいとすると、この領域
を制約する条件は、サ―ジ電圧ＶS ではなく、装置の定
格電流ＩOUT(PEAK)MAXであり、
【００３０】
【数１２】 ＩOUT(PEAK) ≦ＩOUT(PEAK)MAX …（12） となる。その時のＶDCとＩDCの関係は、更に（３）、
（８）式より
（８）式より
【００３１】
【数１３】ＩDC≦ＶDC1 ・ＩDC1 ／ＶDC …（13） となる。従って、インバ―タの出力電流制限値Ｉ
OUT(LMT)は
OUT(LMT)は
【００３２】
【数１４】ＩOUT(LMT)＝ＩOUT(PEAK)MAX …（14） として、制御すればよい。以上を図式化すると、図２
（ａ）のように示すことができ、図１の演算回路100 は
この特性のＩOUT(LMT)を出力するものである。
（ａ）のように示すことができ、図１の演算回路100 は
この特性のＩOUT(LMT)を出力するものである。
【００３３】また、（11）、（14）式の様にインバ―タ
の出力電流を制限することにより、直流電圧ＶDC、電流
ＩDCの関係は、（10）、（13）式となる。これらを図式
化すると、図２（ｂ）のように示すことができる。
の出力電流を制限することにより、直流電圧ＶDC、電流
ＩDCの関係は、（10）、（13）式となる。これらを図式
化すると、図２（ｂ）のように示すことができる。
【００３４】同図において、特性Ａは、Ｋ0 ＝ 0.707、
つまり力率＝１の正弦波状の出力電流しか許容しない場
合の動作限界である。一方、特性Ｂは、Ｋ0 ＝ 0.900、
つまり基本波力率＝１の方形波状の出力電流まで許容す
る場合の動作限界である。
つまり力率＝１の正弦波状の出力電流しか許容しない場
合の動作限界である。一方、特性Ｂは、Ｋ0 ＝ 0.900、
つまり基本波力率＝１の方形波状の出力電流まで許容す
る場合の動作限界である。
【００３５】次にインバ―タの出力電流ピ―ク値を制限
すると共に電流波形を変化させることについて図３を用
いて説明する。ある直流電圧ＶDCの状態にて（11）式ま
たは（14）式にて決定されたインバ―タの出力電流制限
値ＩOUT(LMT)をＩ1 とする。この時インバ―タが出力し
うる出力電流、つまりインバ―タ制御回路が発生しうる
交流出力瞬時電流基準ＩOUT(REF)は、Ｋ0 ＝ 0.707の場
合、正弦波電流のピ―ク値Ｉ1 が直流電圧ＶDCに応じて
図２（ｂ）の特性Ａで制限される。一方、Ｋ0 ＝ 0.900
の場合、更に大きな出力電流とすることが出来るが、ピ
―ク値が、±Ｉ1 を超過した部分は図３の如くカットさ
れた波形となり、最終的には、±Ｉ1 で制限される方形
波となって、直流電圧ＶDCに応じて図２（ｂ）の特性Ｂ
で制限される。
すると共に電流波形を変化させることについて図３を用
いて説明する。ある直流電圧ＶDCの状態にて（11）式ま
たは（14）式にて決定されたインバ―タの出力電流制限
値ＩOUT(LMT)をＩ1 とする。この時インバ―タが出力し
うる出力電流、つまりインバ―タ制御回路が発生しうる
交流出力瞬時電流基準ＩOUT(REF)は、Ｋ0 ＝ 0.707の場
合、正弦波電流のピ―ク値Ｉ1 が直流電圧ＶDCに応じて
図２（ｂ）の特性Ａで制限される。一方、Ｋ0 ＝ 0.900
の場合、更に大きな出力電流とすることが出来るが、ピ
―ク値が、±Ｉ1 を超過した部分は図３の如くカットさ
れた波形となり、最終的には、±Ｉ1 で制限される方形
波となって、直流電圧ＶDCに応じて図２（ｂ）の特性Ｂ
で制限される。
【００３６】従って、図１の電流基準発生回路101 によ
り出力電流波形を正弦波から方形波へ変化させることに
より、同じピ―ク値の電流を流しても、正弦波よりもピ
―クをリミットした歪波の方が多くの出力電力を発生さ
せることができる。
り出力電流波形を正弦波から方形波へ変化させることに
より、同じピ―ク値の電流を流しても、正弦波よりもピ
―クをリミットした歪波の方が多くの出力電力を発生さ
せることができる。
【００３７】太陽電池の直流電圧−電流特性が図２
（ｂ）の特性イの場合、特性Ａよりも常に下にあるた
め、起動時を含めて常にインバ―タ出力電流を正弦波に
保ちながら動作させることができる。しかし、太陽電池
の直流電圧−電流特性が特性ロの場合、Ｐ1 ，Ｐ2 点で
特性Ａと交差している。従って、正弦波電流で装置を起
動すると、Ｐ1 点の電流より大きな電流とすることがで
きない。そこでこの場合、正弦波電流から方形波電流へ
変え特性ＢとするとＰ1 点を越えて動作することができ
る。更に、Ｐ2 点の電流に達したら再び特性Ａの方に戻
し、以降通常の動作点まで正弦波電流を保ちながら制御
する事もできる。この場合、Ｐ1 −Ｐ2 間の出力電流は
ピ―クリミットされた歪波となるが、起動時のごく限ら
れた短時間のためシステム上殆ど問題ない。
（ｂ）の特性イの場合、特性Ａよりも常に下にあるた
め、起動時を含めて常にインバ―タ出力電流を正弦波に
保ちながら動作させることができる。しかし、太陽電池
の直流電圧−電流特性が特性ロの場合、Ｐ1 ，Ｐ2 点で
特性Ａと交差している。従って、正弦波電流で装置を起
動すると、Ｐ1 点の電流より大きな電流とすることがで
きない。そこでこの場合、正弦波電流から方形波電流へ
変え特性ＢとするとＰ1 点を越えて動作することができ
る。更に、Ｐ2 点の電流に達したら再び特性Ａの方に戻
し、以降通常の動作点まで正弦波電流を保ちながら制御
する事もできる。この場合、Ｐ1 −Ｐ2 間の出力電流は
ピ―クリミットされた歪波となるが、起動時のごく限ら
れた短時間のためシステム上殆ど問題ない。
【００３８】本実施例によれば、特に主回路用品を追加
することなく若干の制御回路を追加するだけで、太陽光
発電用電力変換装置の半導体素子にかかる電圧を低減し
て起動できるため、半導体素子耐圧をほぼ太陽電池最大
開放電圧とすることができる。
することなく若干の制御回路を追加するだけで、太陽光
発電用電力変換装置の半導体素子にかかる電圧を低減し
て起動できるため、半導体素子耐圧をほぼ太陽電池最大
開放電圧とすることができる。
【００３９】本発明の他の実施例を図４に示す。図４に
おいて、１は太陽電池、２は交流電力系統、３は太陽電
池１から得られる直流電圧を交流電圧に変換し交流電力
系統２へ電力供給するインバ―タである。インバ―タ３
の直流部には、コンデンサ15を備え、太陽電池１との間
を開閉するリレ―・スイッチ16を設ける。本実施例では
スイッチ16を常閉接点としている。
おいて、１は太陽電池、２は交流電力系統、３は太陽電
池１から得られる直流電圧を交流電圧に変換し交流電力
系統２へ電力供給するインバ―タである。インバ―タ３
の直流部には、コンデンサ15を備え、太陽電池１との間
を開閉するリレ―・スイッチ16を設ける。本実施例では
スイッチ16を常閉接点としている。
【００４０】制御電源17は直流部から得るものとし、コ
ンデンサ15を放電する手段となる。コンデンサ15の直流
電圧を電圧検出器18で検出し電圧信号を出力する。電圧
設定器19は電力変換部４の半導体素子の保護レベルの電
圧を設定する。比較器20は電圧検出器18の電圧信号が電
圧設定器19の電圧を越えているときに１の論理信号を出
力する。電圧設定器21はリレ―・スイッチ16をオンさせ
るレベルの電圧を設定する。この設定電圧は電圧設定器
19の設定電圧より低い値で設定する。比較器22は電圧検
出器18の電圧信号が設定器21の電圧を越えているときに
１の論理信号を出力し、電圧検出器18の電圧信号が設定
器21の電圧以下になったとき０の論理信号を出力し、そ
の後電圧検出器18の電圧信号が設定器21の電圧を越えて
も直ちに１に戻らずヒステリシス特性を持たせている。
23は運転開始で１の論理信号を出力するスイッチ、アン
ド回路24は比較器20とスイッチ23の出力信号が共に１の
とき１の論理信号を出力する。25はオア回路、26は比較
器22とオア回路25の出力信号が共に１のときスイッチ16
のコイルを励磁するアンド回路である。
ンデンサ15を放電する手段となる。コンデンサ15の直流
電圧を電圧検出器18で検出し電圧信号を出力する。電圧
設定器19は電力変換部４の半導体素子の保護レベルの電
圧を設定する。比較器20は電圧検出器18の電圧信号が電
圧設定器19の電圧を越えているときに１の論理信号を出
力する。電圧設定器21はリレ―・スイッチ16をオンさせ
るレベルの電圧を設定する。この設定電圧は電圧設定器
19の設定電圧より低い値で設定する。比較器22は電圧検
出器18の電圧信号が設定器21の電圧を越えているときに
１の論理信号を出力し、電圧検出器18の電圧信号が設定
器21の電圧以下になったとき０の論理信号を出力し、そ
の後電圧検出器18の電圧信号が設定器21の電圧を越えて
も直ちに１に戻らずヒステリシス特性を持たせている。
23は運転開始で１の論理信号を出力するスイッチ、アン
ド回路24は比較器20とスイッチ23の出力信号が共に１の
とき１の論理信号を出力する。25はオア回路、26は比較
器22とオア回路25の出力信号が共に１のときスイッチ16
のコイルを励磁するアンド回路である。
【００４１】上記構成において、運転開始スイッチ23が
オン（１の論理信号）となったとき、コンデンサ15の直
流電圧が電圧設定器19で設定された電力変換部４の半導
体素子の保護レベル以上の電圧であると、比較器20の出
力が１となり、アンド回路24，オア回路25を介してアン
ド回路26に１が入力される。一方、電圧設定器21の設定
電圧は電圧設定器19の設定電圧より低いので比較器22の
出力信号は１となっており、アンド回路26は直ちにスイ
ッチ16のコイルを励磁すると同時にオア回路25を介して
自己保持しスイッチ16を開路する。その後、直流部に接
続された制御電源17の損失等により、コンデンサ15の電
圧は図５に示すように徐々に低下する。コンデンサ15の
電圧が半導体素子の安全動作電圧まで低下した時点で電
力変換部４の動作を開始させ、インバ―タ３は前述した
制御を行い乍ら出力を開始する。インバ―タ３の出力に
よりコンデンサ15の電圧は急速に低下し、電圧設定器21
で設定された電圧レベル以下になると比較器22の出力信
号が０となりアンド回路26の自己保持が解除されると同
時にスイッチ16のコイルの励磁が解除されリレ―・スイ
ッチ16は閉路される。この時、太陽電池１の電圧はコン
デンサ15への流入電流、インバ―タ３の出力電流によ
り、開放電圧から十分に低下しており、配線インピ―ダ
ンスの存在により、コンデンサ15の電圧は所定の時間を
かけて上昇し、安全動作電圧の範囲の最適動作電圧で安
定する。
オン（１の論理信号）となったとき、コンデンサ15の直
流電圧が電圧設定器19で設定された電力変換部４の半導
体素子の保護レベル以上の電圧であると、比較器20の出
力が１となり、アンド回路24，オア回路25を介してアン
ド回路26に１が入力される。一方、電圧設定器21の設定
電圧は電圧設定器19の設定電圧より低いので比較器22の
出力信号は１となっており、アンド回路26は直ちにスイ
ッチ16のコイルを励磁すると同時にオア回路25を介して
自己保持しスイッチ16を開路する。その後、直流部に接
続された制御電源17の損失等により、コンデンサ15の電
圧は図５に示すように徐々に低下する。コンデンサ15の
電圧が半導体素子の安全動作電圧まで低下した時点で電
力変換部４の動作を開始させ、インバ―タ３は前述した
制御を行い乍ら出力を開始する。インバ―タ３の出力に
よりコンデンサ15の電圧は急速に低下し、電圧設定器21
で設定された電圧レベル以下になると比較器22の出力信
号が０となりアンド回路26の自己保持が解除されると同
時にスイッチ16のコイルの励磁が解除されリレ―・スイ
ッチ16は閉路される。この時、太陽電池１の電圧はコン
デンサ15への流入電流、インバ―タ３の出力電流によ
り、開放電圧から十分に低下しており、配線インピ―ダ
ンスの存在により、コンデンサ15の電圧は所定の時間を
かけて上昇し、安全動作電圧の範囲の最適動作電圧で安
定する。
【００４２】本実施例によれば、直流入力側にスイッチ
と、若干の制御回路を追加するだけで、太陽光発電用電
力変換装置の半導体素子にかかる電圧を低減して起動さ
せるため、半導体素子耐圧をほぼ太陽電池最大電圧とす
ることができる。
と、若干の制御回路を追加するだけで、太陽光発電用電
力変換装置の半導体素子にかかる電圧を低減して起動さ
せるため、半導体素子耐圧をほぼ太陽電池最大電圧とす
ることができる。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。請求項１，２の発明によれば、太陽電池の電圧が
上昇したとき電力変換部の半導体素子に流れる電流が電
圧の上昇に応じて制限されサ―ジ電圧が電圧の上昇に応
じて低減されるので半導体素子の耐圧を必要以上に高耐
圧とする必要がなくなり、導通損失の少ないスイッチン
グ特性の良い半導体素子を用いることが可能となり変換
効率の良い太陽光発電用電力変換装置を提供することが
できる。
れる。請求項１，２の発明によれば、太陽電池の電圧が
上昇したとき電力変換部の半導体素子に流れる電流が電
圧の上昇に応じて制限されサ―ジ電圧が電圧の上昇に応
じて低減されるので半導体素子の耐圧を必要以上に高耐
圧とする必要がなくなり、導通損失の少ないスイッチン
グ特性の良い半導体素子を用いることが可能となり変換
効率の良い太陽光発電用電力変換装置を提供することが
できる。
【００４４】請求項３の発明によれば、太陽電池の最大
開放電圧から起動するとき、出力電流の制限値が所定電
流で停滞することがなく、半導体素子に加わる電圧を所
定電圧に抑制し乍ら出力電流をスム―ズに増大させるこ
との可能な太陽光発電用電力変換装置を提供することが
できる。
開放電圧から起動するとき、出力電流の制限値が所定電
流で停滞することがなく、半導体素子に加わる電圧を所
定電圧に抑制し乍ら出力電流をスム―ズに増大させるこ
との可能な太陽光発電用電力変換装置を提供することが
できる。
【００４５】請求項４の発明によれば電力変換部の半導
体素子にかかる電圧を低減して起動させるので、半導体
素子耐圧をほぼ太陽電池最大開放電圧とすることがで
き、半導体素子耐圧を、必要以上に高耐圧とする必要が
ないため、導通損失が小さく、スイッチング特性が良い
ものを使用することができ、インバ―タの変換効率の良
い太陽光発電用電力変換装置を提供することができる。
体素子にかかる電圧を低減して起動させるので、半導体
素子耐圧をほぼ太陽電池最大開放電圧とすることがで
き、半導体素子耐圧を、必要以上に高耐圧とする必要が
ないため、導通損失が小さく、スイッチング特性が良い
ものを使用することができ、インバ―タの変換効率の良
い太陽光発電用電力変換装置を提供することができる。
【図１】本発明の請求項１，２，３に対応する実施例の
構成図。
構成図。
【図２】上記実施例の作用を説明するための図で、
（ａ）は直流電圧−出力電流制限値の特性図、（ｂ）は
装置の特性と、太陽電池の特性を一緒に示した特性図。
（ａ）は直流電圧−出力電流制限値の特性図、（ｂ）は
装置の特性と、太陽電池の特性を一緒に示した特性図。
【図３】本発明の請求項３に対応する実施例の作用を説
明するための出力電流制限値と、瞬時電流基準との関係
を示す波形図。
明するための出力電流制限値と、瞬時電流基準との関係
を示す波形図。
【図４】本発明の請求項４に対応する実施例の構成図。
【図５】図４の実施例の作用を説明するためのコンデン
サ電圧と時間の関係図。
サ電圧と時間の関係図。
【図６】（ａ）は太陽電池の電圧・電流特性図、（ｂ）
は太陽電池の日射量・開放電圧特性図。
は太陽電池の日射量・開放電圧特性図。
【図７】従来の電圧低減方法の構成図。
１ 太陽電池 ２ 交流電力系統 ３ インバ―タ ４ 半導体素子で成る電力変換部 ５ 連系リアクトル ６ フィルタ・コンデンサ ７ 出力側リレ―・スイッチ 15 コンデンサ 16 リレ―・スイッチ 17 制御電源 18 電圧検出器 19，21 電圧設定器 20，22 比較器 23 運転開始スイッチ 24 アンド回路 25 オア回路 26 アンド回路 100 出力電流制限値演算回路 101 出力電流基準発生回路 102 インバ―タ制御回路
Claims (4)
- 【請求項１】 太陽電池から得られる直流電圧を交流電
圧に変換して出力する電力変換装置において、前記直流
電圧が所定電圧を越えるとき、該直流電圧の上昇に応じ
て出力する交流電流の最大値を制限する電流制限手段を
設けたことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の太陽光発電用電力変換
装置において、前記電流制限手段は、前記直流電圧が電
力変換装置に用いる電力用半導体素子の定格電圧で定ま
る最大電圧まで上昇したとき、交流電流の最大値を零に
制限することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 - 【請求項３】 太陽電池から得られる直流電圧を交流電
圧に変換して出力する電力変換装置において、前記直流
電圧が所定電圧を越えるとき、該直流電圧の上昇に応じ
て出力する交流電流の最大値を制限すると共に該交流電
流の波形を正弦波から次第に方形波に変化させる電流制
御手段を設けたことを特徴とする太陽光発電用電力変換
装置。 - 【請求項４】 太陽電池によって充電されるコンデンサ
の直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバ―タを
備えた電力変換装置において、前記コンデンサと太陽電
池との間を開閉するスイッチを設け、前記電力変換装置
の運転を開始する場合、前記直流電圧が前記電力変換装
置に用いる電力用半導体素子の定格電圧で定まる安全動
作電圧を越えているときは前記スイッチを開路して前記
インバ―タの起動を待期させ、前記コンデンサの電荷の
放電により、前記直流電圧が前記安全動作電圧に低下し
たとき前記インバ―タの運転を開始させ、前記直流電圧
が所定電圧に低下したとき前記スイッチを閉路する制御
手段を設けたことを特徴とする太陽光発電用電力変換装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5186537A JPH0744252A (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 太陽光発電用電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5186537A JPH0744252A (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 太陽光発電用電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0744252A true JPH0744252A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=16190235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5186537A Pending JPH0744252A (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 太陽光発電用電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744252A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1463188A3 (de) * | 2003-03-22 | 2006-04-26 | SMA Technologie AG | Schaltungsanordnung, Zusatzmodul und Photovoltaik-System |
| CN103299522A (zh) * | 2010-11-17 | 2013-09-11 | Sma太阳能技术股份公司 | 用于将光伏装置连接到电力网的方法 |
| EP2122432B1 (fr) | 2007-02-20 | 2015-09-09 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Limiteur de tension et protection d'un module photovoltaique |
| JP2016082809A (ja) * | 2014-10-21 | 2016-05-16 | 日本電気株式会社 | インバータ制御装置、制御方法、プログラム、及び給電システム |
| US9843288B2 (en) | 2013-08-29 | 2017-12-12 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Parallel electric arc detection across the main terminals of a photovoltaic installation |
| US10432139B2 (en) | 2013-08-29 | 2019-10-01 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Electric arc detection in photovoltaic installations |
-
1993
- 1993-07-29 JP JP5186537A patent/JPH0744252A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1463188A3 (de) * | 2003-03-22 | 2006-04-26 | SMA Technologie AG | Schaltungsanordnung, Zusatzmodul und Photovoltaik-System |
| EP2122432B1 (fr) | 2007-02-20 | 2015-09-09 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Limiteur de tension et protection d'un module photovoltaique |
| CN103299522A (zh) * | 2010-11-17 | 2013-09-11 | Sma太阳能技术股份公司 | 用于将光伏装置连接到电力网的方法 |
| JP2013543193A (ja) * | 2010-11-17 | 2013-11-28 | エスエムエー ソーラー テクノロジー アーゲー | 太陽光発電設備を送電網へ接続する方法 |
| US10027249B2 (en) | 2010-11-17 | 2018-07-17 | Sma Solar Technology | Method for connecting a photovoltaic installation to a power supply |
| US9843288B2 (en) | 2013-08-29 | 2017-12-12 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Parallel electric arc detection across the main terminals of a photovoltaic installation |
| US10432139B2 (en) | 2013-08-29 | 2019-10-01 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Electric arc detection in photovoltaic installations |
| JP2016082809A (ja) * | 2014-10-21 | 2016-05-16 | 日本電気株式会社 | インバータ制御装置、制御方法、プログラム、及び給電システム |
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