JPH0823680A

JPH0823680A - インバータ

Info

Publication number: JPH0823680A
Application number: JP6151996A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Kodama; 博一小玉; Kozo Hiyoshi; 孝藏日吉; Tsukasa Takebayashi; 司竹林; Hiroshi Nakada; 浩史中田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1994-07-04
Publication date: 1996-01-23
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JP3217212B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波変圧器を用いた絶縁方式によって、小
型,軽量化でき、単相３線式配電線と連系運転できるイ
ンバータを提供する。【構成】ＰＷＭ制御の高周波インバータブリッジ２
は、太陽電池１で発電された直流を高周波の交流に変換
する。上記ダイオードブリッジ４で整流された高周波脈
流の高周波成分をローパスフィルタ５a,５bにより除去
して、商用周波の全波整流波形とする。商用周波インバ
ータブリッジ６は、ローパスフィルタ５a,５bからの全
波整流された直流を折返し制御によって、商用周波の正
弦波交流とする。そして、上記商用周波インバータブリ
ッジ６の出力端子は、連系リレー７とローパスフィルタ
８a,８bを介して単相３線式配電線の電圧線ｕ,ｖと接続
され、高周波変圧器３の中間タップは、電流検出器９と
連系リレー７を介して単相３線式配電線の中性線ｎと接
続されて、商用系統３０に対して単相３線での連系運転
を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、太陽電池等により発
電された直流電力を交流電力に変換し、既存の商用系統
の単相３線式配電線と連系して、その配電線に接続され
た負荷に交流電力を供給すると共に、余剰電力を商用系
統に逆潮流するインバータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、インバータとしては、図７に示す
ように、太陽電池３１の直流電圧出力端子に入力端子が
接続され、その入力端子に入力された直流電圧を交流電
圧に変換するスイッチング素子Ｑ₁₁〜Ｑ₁₄で構成された
インバータブリッジ３２と、上記インバータブリッジ３
２の出力端子の一方に一端が接続されたリアクトルＬ₁₁
とそのリアクトルＬ₁₁の他端とインバータブリッジ３２
の出力端子の他方との間に設けられたコンデンサＣ₁₁と
からなるローパスフィルタ３３とを備えたものがある。
そして、上記ローパスフィルタ３３のリアクトルＬ₁₁の
他端に連系リレー３５を介して商用周波変圧器３４の一
次側入力端子の一方を接続し、インバータブリッジ３２
の出力端子の他方に商用周波変圧器３４の一次側入力端
子の他方を接続している。なお、上記インバータブリッ
ジ３２の両入力端子間には、入力コンデンサＣ₁₀を接続
している。そして、上記商用周波変圧器３４の二次側出
力端子を商用系統４０の直列に接続された商用電源３
６,３７の両端に単相３線式配電線の電圧線ｕ,ｖを介し
て接続している。なお、上記商用電源３６,３７の間の
中性点はグランドＧＮＤに接続され、商用電源３６,３
７の中性点に商用周波変圧器３４の中間タップを中性線
ｎを介して接続している。

【０００３】上記構成のインバータＩＶ3において、太
陽電池３１から供給された直流電力は、商用電源３６,
３７の周波数,位相に同期するように、インバータブリ
ッジ３２によりＰＷＭ(パルス幅変調)制御された交流電
力に変換されて、連系リレー３５と商用周波変圧器３４
を介して単相３線式配電線に接続された負荷(図示せず)
に電力を供給する。

【０００４】このように、上記インバータＩＶ3は、太
陽電池３１からの直流電力をインバータブリッジ３２に
より交流電力に変換し、一次側入力が２線式で二次側が
単相３線式出力の商用変圧器によって、既存の商用系統
４０である単相３線式配電線に連系して、負荷に電力を
供給すると共に、商用系統４０への逆潮流も行ってい
る。しかしながら、上記インバータＩＶ3の場合、３kVA
から５kVAの商用周波変圧器３４が必要なため、インバ
ータは、非常に大きな外観形状を有すると共に、重量が
非常に重くなって扱いにくいものとなっている。

【０００５】そこで、もう一つのインバータとして、図
８に示すように、高周波変圧器を用いて小型軽量化され
たインバータＩＶ4がある。このインバータＩＶ4は、太
陽電池４１と、上記太陽電池４１の直流電圧出力端子が
入力端子に接続され、スイッチング素子Ｑ₂₁〜Ｑ₂₄で構
成された高周波インバータブリッジ４２と、上記高周波
インバータブリッジ４２の出力端子に一次側入力端子が
接続された高周波変圧器４３と、上記高周波変圧器４３
の二次側出力端子からの交流電圧を直流電圧に全波整流
するダイオードＤ₁₁〜Ｄ₁₄で構成されたダイオードブリ
ッジ４４と、上記ダイオードブリッジ４４の出力端子の
一方に一端が接続されたリアクトルＬ₁₂と、上記リアク
トルＬ₁₂の他端に入力端子の一方が接続され、ダイオー
ドブリッジ４４の出力端子の他方に入力端子の他方が接
続され、スイッチング素子Ｓ₁₁〜Ｓ₁₄で構成された商用
周波インバータブリッジ４６と、上記商用周波インバー
タブリッジ４６の出力端子の一方に一端が接続されたリ
アクトルＬ₁₃とそのリアクトルＬ₁₃の他端と商用周波イ
ンバータブリッジ４６の出力端子の他方との間に接続さ
れたコンデンサＣ₁₃とからなるローパスフィルタ４７と
を備えている。そして、上記ローパスフィルタ４７の出
力端子に商用系統５０の単相２線式の配電線の電圧線
ｕ,ｖを介して商用電源４８を接続している。なお、上
記インバータブリッジ４２の両入力端子間には、入力コ
ンデンサＣ₁₂を接続している。また、上記商用周波イン
バータブリッジ４６とローパスフィルタ４７との間に２
回路の連系リレー４９を設けている。

【０００６】上記構成のインバータＩＶ4において、太
陽電池４１からの直流電力は、入力コンデンサ４を介し
て高周波インバータブリッジ４２へ供給され、ＰＷＭ制
御された高周波の交流電圧に変換する。その後、上記高
周波インバータブリッジ４２からの高周波の交流電圧
は、高周波変圧器４３で変圧され、ダイオードブリッジ
４４で一旦整流されて高周波の脈流となる。さらに、上
記ダイオードブリッジ４４で整流された高周波の脈流
は、リアクトルＬ₁₂で高周波成分がカットされ、商用周
波数の全波整流波形に成形される。そして、上記商用周
波インバータブリッジ４６による折返し制御によって、
商用周波数の正弦波電圧を得ることができる。上記ダイ
オードブリッジ４４の出力端子からの正弦波電圧を連系
リレー４９を介してローパスフィルタ４７で波形整形し
たのち、単相２線式の配電線で商用系統５０と連系す
る。

【０００７】このように、上記インバータＩＶ4では、
太陽電池４１の直流側と商用系統の交流側の絶縁方法と
して、上述のインバータＩＶ3の商用周波変圧器３４に
替えて高周波変圧器４３を用いているため、大幅に小型
軽量化することができ、前の例との容量比約１／４(容
量０.０６７m³→容量０.０１７m³)、重量比約１／４
（重量６７ｋｇ→重量１７kg)を実現している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図８に示す
インバータＩＶ4では、図７に示す商用周波変圧器３４
に替えて、高周波変圧器４３を用いたことによって、イ
ンバータは、小型,軽量化を実現することができたが、
商用系統との連系に際して、インバータＩＶ4の出力線
は２線しかなく、単相３線式配電線の中性線と接続でき
ないため、商用系統５０と単相３線式配電線で連系がで
きないという問題点がある。つまり、単相３線式配電線
への連系には、原則として同一の方式の単相３線により
インバータを接続することが要求されている。

【０００９】そこで、この発明の目的は、高周波変圧器
を用いることによって、インバータの小型軽量化を実現
すると共に、最近の新築住宅のほとんどが受電している
配電方式である単相３線式配電線にも同一電気方式で容
易に連系できるインバータを提供することにある。

【００１０】また、この発明のもう一つ目的は、上記単
相３線式配電線に負荷不平衡が生じたときも、インバー
タを停止することなく、連系運転を継続できるインバー
タを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１のインバータは、直流電源から供給される
直流電力を交流電力に変換して、商用系統の二つの電圧
線と中性線とを有する単相３線式配電線に電力を供給す
る連系型のインバータにおいて、上記直流電源からの上
記直流電力を交流電力に変換する第１の電力変換部と、
上記第１の電力変換部からの交流電圧を変圧して、その
変圧された交流電圧を二次側出力端子から出力すると共
に、上記二次側出力端子の巻線の略中点に設けられた中
間タップが上記単相３線式配電線の中性線に接続される
変圧器と、上記変圧器の二次側出力端子からの交流電力
を直流電力に変換する第２の電力変換部と、上記第２の
電力変換部からの直流電圧に重畳された高周波成分を除
去するローパスフィルタと、上記ローパスフィルタから
の直流電力を交流電力に変換し、上記単相３線式配電線
の両電圧線に出力端子が夫々接続される第３の電力変換
部とを備えたことを特徴としている。

【００１２】また、請求項２のインバータは、請求項１
のインバータにおいて、上記ローパスフィルタは、上記
第２の電力変換部の両直流電圧出力端子に一端が夫々接
続されたリアクトルと上記リアクトルの他端と上記変圧
器の中間タップとの間に夫々接続されたコンデンサとか
らなることを特徴としている。

【００１３】また、請求項３のインバータは、請求項１
または２のインバータにおいて、上記変圧器の二次側の
中間タップと上記単相３線式配電線の中性線との間に設
けられ、過渡電流を検出する電流検出器と、上記電流検
出器により検出された過渡電流の方向に基づいて、上記
過渡電流が流れないように、直流電力を交流電力に変換
するために上記第３の電力変換部に設けられたスイッチ
ング素子をオンオフ制御する第１の制御部とを備えたこ
とを特徴としている。

【００１４】また、請求項４のインバータは、請求項３
のインバータにおいて、上記単相３線式配電線の中性線
と両電圧線との間の線間電圧を検出する電圧検出器と、
上記変圧器の中間タップと上記単相３線式配電線の中性
線との間に設けられた開閉器と、上記電流検出器により
検出された上記過渡電流が所定の値以上のとき上記開閉
器を開く一方、上記電圧検出器により検出された上記各
線間電圧の電圧差が所定の値未満のとき上記開閉器を閉
じるように制御する第２の制御部とを備えたことを特徴
としている。

【００１５】また、請求項５のインバータは、請求項１
乃至３のいずれか一つのインバータにおいて、上記単相
３線式配電線の中性線と両電圧線との間の線間電圧を検
出する電圧検出器と、上記変圧器の中間タップと上記単
相３線式配電線の中性線との間に設けられた開閉器と、
上記電圧検出器により検出された上記各線間電圧の電圧
差が所定の値以上のとき上記開閉器を開く一方、上記電
圧差が所定の値未満のとき上記開閉器を閉じるように制
御する第２の制御部とを備えたことを特徴としている。

【００１６】

【作用】上記請求項１のインバータによれば、上記第１
の電力変換部は、上記直流電源から供給された直流電力
を交流電力に変換する。そして、上記変圧器は、第１の
電力変換部からの交流電圧を変圧して、その変圧された
交流電圧を二次側出力端子から出力する。次に、上記第
２の電力変換部は、変圧器の二次側出力端子からの交流
電力を直流電力に変換した後、ローパスフィルタによっ
て、第２の電力変換部から出力された直流電圧に重畳す
る高周波成分を除去する。そして、上記第３の電力変換
部は、ローパスフィルタからの直流電力を交流電力に変
換して、第３の電力変換部の出力端子に接続される単相
３線式配電線の両電圧線間に線間電圧を出力する。そし
て、上記変圧器の二次側巻線の略中点に設けた中間タッ
プを単相３線式配電線の中性線に接続しているので、上
記第３の電力変換部は各電圧線と中性線との間の線間電
圧を出力する。すなわち、単相３線式配電線の各電圧線
と中性線との間には略同一の線間電圧が発生し、その線
間電圧の略２倍の電圧が両電圧線間に発生するのであ
る。

【００１７】したがって、この発明のインバータは、入
力２線,出力３線の商用変圧器に代って、高周波変圧器
を用いることにより小型,軽量化が実現できると共に、
３つの線間電圧を有する出力３線でもって、商用系統の
単相３線式配電線と連系運転を行うことができる。

【００１８】また、上記請求項２のインバータによれ
ば、請求項１のインバータにおいて、上記第２の電力変
換部の両直流電圧出力端子に一端が夫々接続されたリア
クトルと上記リアクトルの他端と上記変圧器の中間タッ
プとの間に夫々接続されたコンデンサとからなるローパ
スフィルタは、上記第２の電力変換部の両直流電圧出力
端子と変圧器の中間タップとの間の各直流電圧に重畳さ
れた高周波成分を除去する。

【００１９】したがって、上記簡単な構成のローパスフ
ィルタによって、第２の電力変換部からの直流電圧の高
周波成分を除去して波形成形できる。

【００２０】また、上記請求項３のインバータによれ
ば、請求項１または２のインバータにおいて、上記単相
３線式配電線の中性線と上記変圧器の中間タップの間に
挿入された電流検出器によって、中性線に流れる過渡電
流を検出する。そして、上記電流検出器により検出され
た過渡電流の方向に基づいて、上記第１の制御部は、過
渡電流が流れないように、第３の電力変換部のスイッチ
ング素子のオンオフを制御する。例えば、上記スイッチ
ング素子の特性のばらつきによるオンオフ時間のずれを
がある場合、スイッチング素子のオンオフ時間を調整し
て、そのずれを補正することによって、単相３線式配電
線の中性線に過渡電流が流れるのを防止できる。

【００２１】したがって、このインバータは、低歪みの
安定した交流電圧を出力できる。

【００２２】また、請求項４のインバータによれば、請
求項３に記載のインバータにおいて、上記電圧検出器
は、単相３線式配電線の中性線と両電圧線との間の線間
電圧を検出する。そして、上記第２の制御部は、上記変
圧器の中間タップと単相３線式配電線の中性線との間に
設けられた開閉器を、上記電流検出器により検出された
過渡電流が所定の値以上のとき開く一方、上記電圧検出
器により検出された各線間電圧の電圧差が所定の値未満
のとき閉じる。したがって、上記単相３線式配電線の中
性線と両電圧線との間に夫々つながった負荷が平衡状態
の場合、商用系統の単相３線式配電線で連系運転を行う
一方、上記負荷が不平衡状態になった場合、すなわち電
流検出器により検出された過渡電流が所定の値以上とな
った場合、開閉器を開いて、単相３線式配電線の中性線
のみを切り離し、配電線の電圧線のみを接続した単相２
線で連系運転を継続する。そして、上記電圧検出器によ
り検出された各線間電圧の電圧差が所定の値未満になる
と、上記負荷が平衡状態に復帰したと判別して、開閉器
を閉じて、単相３線式配電線の中性線を変圧器の中間タ
ップに接続し、単相３線式配電線で連系運転を継続す
る。

【００２３】したがって、通常は単相３線式配電線と出
力３線で連系して、商用系統の方式に合わせた連系がで
きる。一方、上記負荷が不平衡状態になった場合は、単
相３線式配電線の中性線のみを切り離して、負荷不平衡
によるスイッチング素子等の破損を防止すると共に、系
統運転を停止することなく、単相２線で連系運転を継続
することができるので、太陽電池から効率的に商用系統
に電力供給を行うことができる。

【００２４】また、上記請求項５のインバータによれ
ば、請求項１乃至３のいずれか一つのインバータにおい
て、単相３線式配電線の中性線と両電圧線との間の線間
電圧を検出する。そして、上記第２の制御部は、上記変
圧器の中間タップと単相３線式配電線の中性線との間に
設けられた開閉器を、上記電圧検出器により検出された
各線間電圧の電圧差が所定の値以上のとき開く一方、上
記電圧差が所定の値未満のとき閉じる。したがって、上
記単相３線式配電線の中性線と電圧線との間に夫々つな
がった負荷が平衡状態の場合は、商用系統の単相３線式
配電線で連系運転を行う一方、上記負荷が不平衡状態に
なった場合、すなわち電圧検出器により検出された各線
間電圧の電圧差が所定の値以上となった場合、開閉器を
開いて、単相３線式配電線の中性線のみを切り離し、配
電線の電圧線のみを接続した単相２線で連系運転を継続
する。そして、上記電圧検出器により検出された各線間
電圧の電圧差が所定の値未満になると、負荷が平衡状態
に復帰したと判別して、開閉器を閉じて、単相３線式配
電線の中性線を変圧器の中間タップに接続し、単相３線
式配電線で連系運転を継続する。

【００２５】したがって、通常は単相３線式配電線と出
力３線で連系して、商用系統の方式に合わせた連系がで
きる。一方、上記負荷が不平衡状態になった場合は、単
相３線式配電線の中性線のみを切り離して、負荷不平衡
によるスイッチング素子等の破損を防止すると共に、系
統運転を停止することなく、単相２線で連系運転を継続
することができるので、太陽電池から効率的に商用系統
に電力供給を行うことができる。

【００２６】

【実施例】以下、この発明のインバータを実施例により
詳細に説明する。（第１実施例）図１はこの発明の第１実施例のインバー
タの要部構成図を示しており、１は太陽電池、２は太陽
電池１の直流電圧出力端子に入力端子が接続され、スイ
ッチング素子Ｑ1〜Ｑ4で構成された第１の電力変換部と
しての高周波インバータブリッジ、３は上記高周波イン
バータブリッジ２の出力端子に一次側入力端子が接続さ
れ、二次側巻線の略中心に中間タップを有する高周波変
圧器、４は上記高周波変圧器３の二次側出力端子に入力
端子が接続され、ダイオードＤ₁,Ｄ₂,Ｄ₃,Ｄ₄で構成さ
れた第２の電力変換部としてのダイオードブリッジ、５
aは上記ダイオードブリッジ４の直流出力端子の一方に
一端が接続されたリアクトルＬ₁とそのリアクトルＬ₁の
他端と高周波変圧器３の中間タップとの間に接続された
コンデンサＣ₁とからなるローパスフィルタ、５bは上記
ダイオードブリッジ４の直流出力端子の他方に一端が接
続されたリアクトルＬ₂とそのリアクトルＬ₂の他端と高
周波変圧器３の中間タップとの間に接続されたコンデン
サＣ₂とからなるローパスフィルタ、６は上記ローパス
フィルタ５a,５bの直流電圧出力端子に入力端子が接続
され、スイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄で構成された第３の電
力変換部としての商用周波インバータブリッジである。
また、７は上記商用周波インバータブリッジ６の出力端
子と高周波変圧器３の中間タップが各入力端子に接続さ
れた３回路の連系リレー、８aは上記商用周波インバー
タブリッジ６の出力端子の一方が連系リレー７を介して
接続されたリアクトルＬ₃とそのリアクトルＬ₃の他端と
高周波変圧器３の中間タップとの間に連系リレー７を介
して一端が接続されたコンデンサＣ₃とからなるローパ
スフィルタ、８bは上記商用周波インバータブリッジ６
の出力端子の他方が連系リレー７を介して一端が接続さ
れたリアクトルＬ₄とそのリアクトルＬ₄の他端と高周波
変圧器３の中間タップとの間に連系リレー７を介して接
続されたコンデンサＣ₄とからなるローパスフィルタで
ある。そして、上記ローパスフィルタ５a,５bのコンデ
ンサＣ₁,Ｃ₂間の接続点と連系リレー７との間に電流検
出器９を設けている。また、上記電流検出器９からの過
電流を表わす信号を受けて、商用周波インバータブリッ
ジ６のスイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄のゲート端子にゲート
信号を出力すると共に、連系リレー７に開閉信号を出力
する第１の制御部としての制御回路１０を設けている。
なお、上記高周波インバータブリッジ２の入力端子間に
入力コンデンサＣ₅を接続して、この入力コンデンサＣ₅
によって、日射量の変動による太陽電池１の直流電圧出
力の変動に対して高周波インバータブリッジ２の直流電
圧入力の急変を抑制する。

【００２７】そして、上記ローパスフィルタ８aのリア
クトルＬ₃の他端に商用系統３０の単相３線式配電線の
電圧線ｕを介して商用電源１１の一端を接続している。
上記商用電源１１の他端に商用電源１２の一端を接続し
ている。一方、上記ローパスフィルタ８bのリアクトル
Ｌ₄の他端に商用系統３０の単相３線式配電線の電圧線
ｖを介して商用電源１２の他端を接続している。上記単
相３線式配電線の商用電源１１,１２との間の中性点を
グランドＧＮＤに接続すると共に、ローパスフィルタ８
a,８bのコンデンサＣ₃,Ｃ₄間の接続点に単相３線式配電
線の中性線ｎを介して商用電源１１,１２の中性点を接
続して、中性線ｎを連系リレー７と電流検出器９を介し
て高周波変圧器３の中間タップに接続している。

【００２８】上記構成のインバータＩＶ1において、上
記制御回路１０は、高周波キャリア(２０kＨz)を用いて
ＰＷＭ変調されたゲート信号を出力し、上記ゲート信号
を高周波インバータブリッジ２のスイッチング素子Ｓ₁
〜Ｓ₄の各ゲート端子に受けて、高周波インバータブリ
ッジ２は、太陽電池１から供給される直流電力を交流電
力に変換する。つまり、上記制御回路１０において、図
示しない正弦波発生回路により商用系統３０の電圧波形
と同一位相,同一周波数(５０／６０Ｈz)の正弦波信号を
発生して、この正弦波と高周波キャリアに基づいてＰＷ
Ｍ変調されたゲート信号を出力してインバータ出力電流
を制御するのである。そして、上記高周波変圧器３は、
高周波インバータブリッジ２の出力端子からの交流電圧
を所定の巻線比に応じた変圧比で変圧する。この高周波
変圧器３によって、太陽電池１の直流側と商用系統３０
の交流側とを電気的に絶縁している。そして、上記高周
波変圧器３の二次側巻線に中間タップを設けることによ
って、中間タップと高周波変圧器３の各出力端子との間
と、高周波変圧器３の両出力端子間とにＰＷＭ変調され
た三つの高周波交流電圧を得る。

【００２９】上記高周波変圧器３からのＰＷＭ変調され
た高周波交流電圧は、次段のダイオードブリッジ４で整
流されて、図２(a)〜(c)に示すように、高周波リップル
電圧の重畳した直流電圧である第１線間電圧Ｖ₁,第２線
間電圧Ｖ₂および第３線間電圧Ｖ₃となる。さらに、上記
リアクトルＬ₁とコンデンサＣ₁およびリアクトルＬ₂と
コンデンサＣ₂とで構成されるローパスフィルタ５a,５b
によって、図３(a)〜(c)に示すように、第１線間電圧Ｖ
₁₁,第２線間電圧Ｖ₁₂および第３線間電圧Ｖ₁₃は、直流
電圧波形から高周波リップル成分が平滑化されて、商用
周波数の正弦波を全波整流した直流電圧波形となる。こ
のとき、上記第１線間電圧Ｖ₁₁,第２線間電圧Ｖ₁₂のピ
ーク電圧は１４１ＶＤＣであり、第３線間電圧Ｖ₁₃は２
８２ＶＤＣである。

【００３０】上記ローパスフィルタ５a,５bの出力の第
１線間電圧Ｖ₁₁,第２線間電圧Ｖ₁₂および第３線間電圧
Ｖ₁₃との間には、Ｖ₁₃ ＝Ｖ₁₁ ＋Ｖ₁₂ の関係がある。すなわち、上記高周波変圧器３の中間タ
ップを二次側巻線の略中点に設けているので、第１線間
電圧Ｖ₁₁と第２線間電圧Ｖ₁₂は略等しくなり、第３線間
電圧Ｖ₁₃は、第１線間電圧Ｖ₁₁もしくは第２線間電圧Ｖ
₁₂の略２倍の電圧値となるのである。また、上記ローパ
スフィルタ５a,５bの出力端子に流れる電流波形は、イ
ンバータ出力電流を商用系統３の電圧波形と同一位相,
同一周波数の正弦波信号でＰＷＭ制御しているため、図
３(a),(b)に示すように、電圧波形と同位相の波形であ
る。

【００３１】さらに、上記第３線間電圧Ｖ₁₃は、次段の
商用周波インバータブリッジ６の入力端子に入力され
る。ここで、上記商用周波インバータブリッジ６を構成
する４つのＩＧＢＴであるスイッチング素子Ｓ1〜Ｓ4の
ゲート端子を商用周波数に基づいて、制御回路１０は、
スイッチング素子Ｓ1,Ｓ4とスイッチング素子Ｓ2,Ｓ3を
交互にオンオフ制御する。すなわち、図３(a),(b)に示
す各線間電圧Ｖ₁₁,Ｖ₁₂の電圧値の谷の底(ＯＶ点)に同
期させて、スイッチング素子Ｓ1,Ｓ4がオンのときはス
イッチング素子Ｓ2,Ｓ3はオフというように交互にオン
オフを行う。その結果、上記線間電圧Ｖ₁₁,Ｖ₁₂の電圧
波形と電流波形は、全波整流された波形の各正弦波の山
が１つ置きに反転されて、商用周波数の正弦波交流波形
に変換される。さらに、上記商用周波インバータブリッ
ジ６からの正弦波交流電圧は、ローパスフィルタ８a,８
bによって高調波成分が除去され、図４(a)〜(c)に示す
ように、波形整形された商用周波数の交流電圧波形を得
ることができる。すなわち、図４(a)は上記ローパスフ
ィルタ８aのコンデンサＣ₃の両端の第１線間電圧Ｖ₂₁を
示し、図４(b)はローパスフィルタ８bのコンデンサＣ₃
の両端の第２線間電圧Ｖ₂₂を示し、図４(c)はローパス
フィルタ８a,８bの両出力端子間の第３線間電圧Ｖ₂₃を
示している。

【００３２】ここで、上記第３線間電圧Ｖ₂₃は、第１線間
電圧Ｖ₂₁もしくは第２線間電圧Ｖ₂₂の略２倍の電圧値を
有し、太陽電池１の出力の直流電圧に対して、第１線間
電圧Ｖ₂₁,第２線間電圧Ｖ₂₂を１００ＶＡＣ(交流)、第
３線間電圧Ｖ₂₃を２００ＶＡＣとなるように、高周波変
圧器３の変圧比を設計する(この第１実施例のインバー
タＩＶ1では、定格入力電圧が２００ＶＤＣ(直流)であ
るので、高周波変圧器３の巻数比は１：２.２〜２.７、
高周波変圧器３の中間タップは２次巻数の略中点とす
る)。

【００３３】また、上記商用周波インバータブリッジ６
を構成する４つのＩＧＢＴであるスイッチング素子Ｓ1
〜Ｓ4のゲート端子を図３(a),(b)に示す各線間電圧の電
圧値の谷の底(ＯＶ点)に同期させて、スイッチング素子
Ｓ1,Ｓ4とスイッチング素子Ｓ2,Ｓ3を交互にオンオフす
ることによって、全波整流された各正弦波の山が１つ置
きに反転され、図４(a),(b)に示す商用周波の正弦波交
流波形に変換したが、この制御を実現するためには、商
用周波インバータブリッジ６の４つのＩＧＢＴであるス
イッチング素子Ｓ1,Ｓ4またはスイッチング素子Ｓ2,Ｓ3
の夫々を同時にオンオフさせる必要がある。しかしなが
ら、厳密には個々のＩＧＢＴの特性のばらつきによっ
て、全く同じゲート信号を与えても、スイッチング素子
Ｓ1〜Ｓ4のオンオフのタイミングがずれる場合がある。

【００３４】例えば、図１において、スイッチング素子
Ｓ1,Ｓ4の双方を同時にオンさせるように、制御回路１
０から各スイッチング素子Ｓ1,Ｓ4のゲート端子に同一
のゲート信号を与えた場合、スイッチング素子Ｓ1,Ｓ4
の特性のばらつきにより、微小時間だけスイッチング素
子Ｓ1の方が早くオンするとき、高周波変圧器３の上側
の出力端子からリアクトルＬ₁,スイッチング素子Ｓ1,ロ
ーパスフィルタ８a,電圧線ｕ,中性線ｎおよび電流検出
器９を経て高周波変圧器３の中間タップに至るという経
路を電流が流れる。その後、上記微小時間後にスイッチ
ング素子Ｓ4がオンすると、高周波変圧器３の中間タッ
プ,電流検出器９,中性線ｎ,電圧線ｖ,ローパスフィルタ
８b,スイッチング素子Ｓ4およびリアクトルＬ₂を経て、
高周波変圧器３の下側の出力端子に至る経路を電流が流
れる。したがって、単相３線式配電線に接続された負荷
が平衡状態の場合、スイッチング素子Ｓ1がオンした瞬
間からスイッチング素子Ｓ4がオンするまでの微小時間
において、商用系統３０の中性線ｎから高周波変圧器３
の中間タップの方向に上記負荷に見合った過渡電流が流
れ、スイッチング素子Ｓ4がオンすると上述の逆方向に
同等の電流が流れるため、見かけ上、電流は０となる。

【００３５】このように、商用系統３０の単相３線式配
電線の負荷が平衡状態のとき、スイッチング素子Ｓ1と
スイッチング素子Ｓ4が同時にオンした場合、電流検出
器９に流れる電流は０であるが、夫々のスイッチング素
子のオンするタイミングがずれると、タイミングのずれ
た微小時間だけ中性線ｎに電流が流れることになる。す
なわち、上記スイッチング素子Ｓ1がスイッチング素子
Ｓ4より微小時間早くオンする場合には、商用系統３０
の中性線ｎから高周波変圧器３の中間タップに向かって
(負方向)微小時間だけ過渡電流が流れる一方、上記スイ
ッチング素子Ｓ4がスイッチング素子Ｓ1より微小時間早
くオンする場合には、中間タップから商用系統３０の中
性線ｎに向かって(正方向)微小時間だけ過渡電流が流れ
る。

【００３６】なお、上記商用系統３０の単相３線式配電
線の負荷が不平衡状態のときでも、図５(b)に示すよう
に、上記と同様の現象が起きる。この場合は予め中性線
ｎに幾らかの電流は流れているが、スイッチング素子の
オンするタイミングがずれて、商用周波正弦波の半周期
毎に、ゼロクロス点において過渡電流は電流検出器９に
流れる。

【００３７】同様に、上記スイッチング素子Ｓ1とスイ
ッチング素子Ｓ4のオフ時にも、スイッチング素子Ｓ2と
スイッチング素子Ｓ3のオフ時にも起こることになり、
負荷の平衡,不平衡にかかわらず、中性線ｎに流れる電
流波形は、図５(a),(b)に示すように商用周波正弦波の
半周期毎にゼロクロス点において、過渡電流が正負のど
ちらかに流れることになる。

【００３８】そこで、上記電流検出器９からの過電流を
表わす信号を受けて、制御回路１０は、その過渡電流の
流れる方向(正方向か負方向)判別して、負方向に過渡電
流が流れたと判別した場合、スイッチング素子Ｓ1のオ
ン、スイッチング素子Ｓ3のオフを微小時間遅らせ、ス
イッチング素子Ｓ2のオフ、スイッチング素子Ｓ4のオン
を微小時間早めるようにゲート信号を制御する。一方、
上記制御回路１０は、上記過渡電流が正方向に流れたと
判別した場合は、スイッチング素子Ｓ2のオフ、スイッ
チング素子Ｓ4のオンを微小時間遅らせ、スイッチング
素子Ｓ1のオン、スイッチング素子Ｓ3のオフを微小時間
早めるようにゲート信号を制御する。なお、上記制御回
路１０は、各スイッチング素子Ｓ1〜Ｓ4のオンオフ時間
の上限,下限は、予め決めておいた上下限値を越えない
ようにゲート信号を制御する。こうして、上記単相３線
式配電線の中性線ｎと高周波変圧器３の中間タップの間
に挿入された電流検出器９に流れる過渡電流(スイッチ
ング素子Ｓ1〜Ｓ4の特性ばらつきによるオンオフのタイ
ミングのずれによって生ずる)を相殺することができ
る。

【００３９】このように、このインバータＩＶ1は、太
陽電池１と既存の商用系統３０の単相３線式配電線との
間に挿入され、太陽電池１で発電される直流電力を６０
／５０Ｈzの交流電力に変換して、商用系統３０に連系
して負荷に供給すると共に、商用系統３０へも電力の逆
潮流を行う。したがって、上記高周波変圧器３を用いて
インバータＩＶ1の小型,軽量化(従来容量比：約１／
４、重量比：約１／６)を実現すると共に、インバータ
ＩＶ1の出力として、中性線ｎ,電圧線ｕおよび電圧線ｖ
の３線を有するので、商用系統３０の単相３線式配電線
との連系運転を行なうことができる。

【００４０】また、上記電流検出器９により検出された
過渡電流の方向に基づいて、制御回路１０は、商用周波
インバータブリッジ６のスイッチング素子Ｓ1〜Ｓ4のオ
ンオフのタイミングを微小時間だけ制御することで、ス
イッチング素子の特性のばらつきによりオンオフ時間が
ずれて、中性線ｎに過渡電流が流れるのを防止すること
ができる。

【００４１】（第２実施例）図６はこの発明の第２実施
例のインバータの要部構成図を示しており、第１実施例
のインバータＩＶ1の構成に加えて、高周波変圧器３の
中間タップと商用系統３０の単相３線式配電線の中性線
ｎとの間に連系リレーの代りに開閉器１８を設けてい
る。また、上記商用系統３０の単相３線式配電線の電圧
線ｕと中性線ｎとの間に負荷２１を接続すると共に、電
圧線ｖと中性線ｎとの間に負荷２２を接続している。上
記負荷２１,２２が負荷不平衡になったことを検出する
手段として、電流検出器９は、高周波変圧器３の中間タ
ップに接続された単相３線式配電線の中性線ｎに過電流
が流れたことを検出する。そして、上記不平衡状態が復
帰したことを検出する手段として、単相３線式配電線の
電圧線ｕと中性線ｎとの間の線間電圧Ｖ_unおよび電圧線
ｖと中性線ｎとの間の線間電圧Ｖ_vnを夫々検出する電圧
検出器１３を設けている。さらに、上記電圧検出器１３
からの線間電圧Ｖ_un,Ｖ_vnに基づいて、負荷不平衡か否
かを判別して、上記開閉器１８を開閉制御する第２の制
御部としての制御回路２０を備えている。なお、上記イ
ンバータＩＶ1と同一の構成部は同一参照番号を付して
説明を省略する。

【００４２】上記構成のインバータＩＶ2において、出
力端子を商用系統３０の単相３線式配電線に接続して連
系運転している場合、上記負荷２１,２２の不平衡状態
が大きくなると、制御回路２０は、電流検出器９からの
過渡電流を表わす信号が予め設定された設定値以上であ
るか否かを判別して、過渡電流を表わす信号が設定値以
上であると判別すると、開くことを表わす制御信号を開
閉器１８に出力する。そして、上記開閉器１８は開い
て、インバータＩＶ2と中性線ｎとの接続は切り離さ
れ、インバータＩＶ2は電圧線ｕ,ｖとのみ接続され、単
相２線２００Ｖで商用系統３０に対して連系運転を行な
う。

【００４３】一方、上述のように開閉器１８が開いた状
態でインバータＩＶ2が商用系統３０の電圧線ｕと電圧
線ｖの単相２線２００Ｖで連系運転している場合、負荷
２１,２２の両端電圧である電圧線ｕと中性線ｎの線間
電圧Ｖ_unおよび電圧線ｖと中性線ｎの線間電圧Ｖ_vnを電
圧検出器１３により検出して、電圧検出器１３からの線
間電圧Ｖ_un,Ｖ_vnを表わす信号を受けて、制御回路２０
は、線間電圧Ｖ_un,Ｖ_vnの電圧差が予め設定された設定
値以下であることを判別すると、開閉器１８に閉じるこ
とを表わす制御信号を出力する。そして、上記開閉器１
８は閉じて、単相２線２００Ｖで連系運転していたイン
バータＩＶ2は、再び商用系統３０と単相３線による連
系運転状態に復帰することができる。なお、上記電圧線
ｕと中性線ｎとの間の線間電圧Ｖ_unおよび電圧線ｖと中
性線ｎとの間の線間電圧Ｖ_vnの電圧差を検出して、開閉
器１８を閉じるのは、上記電圧差が小さくなることで、
負荷不平衡状態が復帰したと判断できるためである。

【００４４】以上のことから、このインバータＩＶ2
は、正常運転状態では単相３線式配電線により商用系統
３０と連系運転を行う場合、商用系統３０の中性線ｎと
各電圧線との間に接続された負荷２１,２２が不平衡状
態になると、単相３線の中性線ｎのみをインバータＩＶ
2と切り離して、インバータＩＶ2は単相２線２００Ｖで
連系運転を継続することができる。したがって、上記負
荷２１,２２が不平衡となっても連系運転を停止するこ
とがないので、商用系統３０に対して効率的な電力供給
を行うことができる。

【００４５】また、上記第１,第２実施例では、太陽電
池１を用いたが、直流電源はこれに限らず、燃料電池等
の直流電源でもよいのは勿論である。

【００４６】また、上記第１,第２実施例では、上記高
周波変圧器３は、二次側巻線の略中心に中間タップを設
けたが、変圧器の二次側巻線を２つ用意し、夫々の巻線
の巻初めと巻終りを接続して、その接続点を中間タップ
としてもよい。

【００４７】また、上記第１,第２実施例では、リアク
トルＬ₁,Ｌ₂とコンデンサＣ₁,Ｃ₂からなるローパスフィ
ルタ５a,５bを用いたが、ローパスフィルタはこれに限
らず、第２の電力変換部からの直流電圧に重畳された高
周波成分を除去するものであればよい。すなわち、上記
第２の電力変換部の出力端子に一端が夫々接続されたリ
アクトルのみで構成されたローパスフィルタ等でもよ
い。

【００４８】上記第２実施例では、負荷不平衡状態を検
出する手段として、高周波変圧器３の中間タップと中性
線ｎとの間に挿入した電流検出器９を用いて、中性線ｎ
に流れる過電流を検出したが、これに限らず、電圧検出
器を用いて中性線と各電圧線との線間電圧の電圧差を検
出して、上記電位差が所定の値以上か否かを判別するこ
とによって、負荷不平衡状態を検出してもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明のインバータは、直流電源から供給される直流電力を
交流電力に変換して、商用系統の二つの電圧線と中性線
を有する単相３線式配電線に電力を供給する連系型のイ
ンバータにおいて、上記直流電源からの上記直流電力を
第１の電力変換部により交流電力に変換し、上記第１の
電力変換部からの交流電圧を変圧器により変圧して、そ
の変圧された交流電圧を二次側出力端子から出力し、上
記変圧器の二次側出力端子の巻線の略中点に設けられた
中間タップが上記単相３線式配電線の中性線に接続する
一方、上記変圧器の二次側出力端子からの交流電力を第
２の電力変換部により直流電力に変換し、上記第２の電
力変換部からの直流電圧に重畳された高周波成分をロー
パスフィルタにより除去し、第３の電力変換部は、上記
ローパスフィルタからの直流電力を交流電力に変換し
て、単相３線式配電線の両電圧線と中性線の３線で商用
系統に連系するものである。

【００５０】したがって、請求項１の発明のインバータ
によれば、インバータの小型,軽量化を実現すると共
に、新築住宅のほとんどで採用されている単相３線式配
電線と連系運転することができる。

【００５１】また、請求項２の発明のインバータは、請
求項１に記載のインバータにおいて、上記ローパスフィ
ルタは、上記第２の電力変換部の両直流電圧出力端子に
一端が夫々接続されたリアクトルと上記リアクトルの他
端と上記変圧器の中間タップとの間に夫々接続されたコ
ンデンサとからなるものである。

【００５２】したがって、請求項２の発明のインバータ
によれば、上記ローパスフィルタは、上記第２の電力変
換部の両直流電圧出力端子と変圧器の中間タップとの間
の各直流電圧に重畳された高周波成分を除去する。した
がって、簡単な構成のローパスフィルタによって、第２
の電力変換部からの直流電圧の高周波成分を除去して波
形成形することができる。

【００５３】また、請求項３の発明のインバータは、請
求項１または２に記載のインバータにおいて、上記変圧
器の二次側の中間タップと上記単相３線式配電線の中性
線との間に設けられた電流検出器で過渡電流を検出し、
第１の制御部は、電流検出器により検出された過渡電流
の方向に基づいて、上記過渡電流が流れないように、直
流電力を交流電力に変換するために上記第３の電力変換
部に設けられたスイッチング素子をオンオフ制御するも
のである。

【００５４】したがって、請求項３の発明のインバータ
によれば、例えば、上記スイッチング素子の特性のばら
つきによるオンオフ時間のずれを補正することによっ
て、単相３線式配電線の中性線に過渡電流が流れるのを
防止することができる。したがって、このインバータ
は、歪みの少ない安定した交流電圧出力によって商用系
統に連系することができる。

【００５５】また、請求項４の発明のインバータは、請
求項３に記載のインバータにおいて、上記単相３線式配
電線の中性線と両電圧線との間の線間電圧を電圧検出器
は検出し、第２の制御部は、上記変圧器の中間タップと
単相３線式配電線の中性線との間に設けられた開閉器
を、上記電流検出器により検出された過渡電流が所定の
値以上のとき開く一方、電圧検出器により検出された各
線間電圧の電圧差が所定の値未満のとき閉じるように制
御するものである。

【００５６】したがって、請求項４の発明のインバータ
によれば、単相３線式配電線に接続された負荷に不平衡
が生じたときも、インバータを停止することなく、開閉
器を開いて、単相２線(２００Ｖ)での連系運転を継続す
る一方、負荷が平衡状態に復帰すると、開閉器を閉じ
て、単相３線での連系運転に復帰することによって、太
陽電池の出力を効率よく商用系統に逆潮流することがで
きる。

【００５７】また、請求項５の発明のインバータは、請
求項１乃至３に記載のいずれか一つのインバータにおい
て、上記単相３線式配電線の中性線と両電圧線との間の
線間電圧を電圧検出器は検出し、上記変圧器の中間タッ
プと上記単相３線式配電線の中性線との間に設けられた
開閉器を、第２の制御部は、電圧検出器により検出され
た各線間電圧の電圧差が所定の値以上のとき開閉器を開
く一方、上記電圧差が所定の値未満のとき開閉器を閉じ
るように制御するものである。

【００５８】したがって、請求項５の発明のインバータ
によれば、単相３線式配電線に接続された負荷に不平衡
が生じたときも、インバータを停止することなく、開閉
器を開いて、単相２線(２００Ｖ)での連系運転を継続す
る一方、負荷が平衡状態に復帰すると、開閉器を閉じ
て、単相３線での連系運転に復帰することによって、太
陽電池の出力を効率よく商用系統に逆潮流することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施例のインバータの
要部構成図である。

【図２】図２(a)〜(c)は上記インバータのダイオード
ブリッジの出力の各線間電圧の電圧波形を示す図であ
る。

【図３】図３(a)〜(c)は上記インバータのローパスフ
ィルタの出力の各線間電圧の電圧波形と電流波形を示す
図である。

【図４】図４(a)〜(c)は上記インバータの商用周波イ
ンバータブリッジの出力の各線間電圧の電圧波形を示す
図である。

【図５】図５は上記インバータの商用周波インバータ
ブリッジを構成するＩＧＢＴのオンオフに伴って中性線
に流れる電流波形を示す図である。

【図６】図６はこの発明の第２実施例のインバータの
要部構成図である。

【図７】図７は従来のインバータの要部構成図であ
る。

【図８】図８は従来の他のインバータの要部構成図で
ある。

【符号の説明】

１…太陽電池、２…高周波インバータブリッジ、３…高
周波変圧器、４…ダイオードブリッジ、５a,５b,８a,８
b…ローパスフィルタ、６…商用周波インバータブリッ
ジ、７,１７…連系リレー、９…電流検出器、１０,２０
…制御回路、１１,１２…商用電源、１３…電圧検出
器、１８…開閉器、Ｃ₁〜Ｃ₄…コンデンサ、Ｃ₅…入力
コンデンサ、Ｄ₁〜Ｄ₄…ダイオード、Ｑ₁〜Ｑ₄,Ｓ₁〜Ｓ
₄…スイッチング素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中田浩史大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源から供給される直流電力を交流
電力に変換して、商用系統の二つの電圧線と中性線とを
有する単相３線式配電線に電力を供給する連系型のイン
バータにおいて、上記直流電源からの上記直流電力を交流電力に変換する
第１の電力変換部と、上記第１の電力変換部からの交流
電圧を変圧して、その変圧された交流電圧を二次側出力
端子から出力すると共に、上記二次側出力端子の巻線の
略中点に設けられた中間タップが上記単相３線式配電線
の中性線に接続される変圧器と、上記変圧器の二次側出力端子からの交流電力を直流電力
に変換する第２の電力変換部と、上記第２の電力変換部からの直流電圧に重畳された高周
波成分を除去するローパスフィルタと、上記ローパスフィルタからの直流電力を交流電力に変換
し、上記単相３線式配電線の両電圧線に出力端子が夫々
接続される第３の電力変換部とを備えたことを特徴とす
るインバータ。
【請求項２】請求項１に記載のインバータにおいて、
上記ローパスフィルタは、上記第２の電力変換部の両直
流電圧出力端子に一端が夫々接続されたリアクトルと上
記リアクトルの他端と上記変圧器の中間タップとの間に
夫々接続されたコンデンサとからなることを特徴とする
インバータ。
【請求項３】請求項１または２に記載のインバータに
おいて、上記変圧器の二次側の中間タップと上記単相３
線式配電線の中性線との間に設けられ、過渡電流を検出
する電流検出器と、上記電流検出器により検出された過
渡電流の方向に基づいて、上記過渡電流が流れないよう
に、直流電力を交流電力に変換するために上記第３の電
力変換部に設けられたスイッチング素子をオンオフ制御
する第１の制御部とを備えたことを特徴とするインバー
タ。
【請求項４】請求項３に記載のインバータにおいて、
上記単相３線式配電線の中性線と両電圧線との間の線間
電圧を検出する電圧検出器と、上記変圧器の中間タップ
と上記単相３線式配電線の中性線との間に設けられた開
閉器と、上記電流検出器により検出された上記過渡電流
が所定の値以上のとき上記開閉器を開く一方、上記電圧
検出器により検出された上記各線間電圧の電圧差が所定
の値未満のとき上記開閉器を閉じるように制御する第２
の制御部とを備えたことを特徴とするインバータ。
【請求項５】請求項１乃至３のいずれか一つに記載の
インバータにおいて、上記単相３線式配電線の中性線と
両電圧線との間の線間電圧を検出する電圧検出器と、上
記変圧器の中間タップと上記単相３線式配電線の中性線
との間に設けられた開閉器と、上記電圧検出器により検
出された上記各線間電圧の電圧差が所定の値以上のとき
上記開閉器を開く一方、上記電圧差が所定の値未満のと
き上記開閉器を閉じるように制御する第２の制御部とを
備えたことを特徴とするインバータ。