JPWO2007110913A1

JPWO2007110913A1 - 系統連系インバータ装置

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Publication number: JPWO2007110913A1
Application number: JP2006520593A
Authority: JP
Inventors: 正裕鳥羽; 松原　則幸; 則幸松原; 正則景山; 中林　弘一; 弘一中林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2009-08-06
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Abstract

交流電力系統と連系する系統連系インバータ装置において、誤接続によって入力側へ負電圧を印加した場合であってもヒューズ等の過電流保護素子等を用いることなく昇圧スイッチング素子等を保護すること。また、誤接続修正後の即時の通常運転を可能とすること。昇圧コンバータ２９と、インバータ１４とを備え、インバータ１４の出力を交流電力系統と連系させる系統連系インバータ装置２において、一対の直流母線３４，３５を構成する負極側母線３５の入力端にカソードが接続される短絡電流遮断ダイオード３と、短絡電流遮断ダイオード３のアノードに接続される半導体スイッチ４と、半導体スイッチ４を駆動する半導体スイッチ駆動回路５と、入力端の負極側から正極側に向かって電流が流れるような負電力が印加された場合に、半導体スイッチ駆動回路５をオフ制御する半導体スイッチオフ回路７と、半導体スイッチ駆動回路５を制御する制御回路２１と、を備えた。

Description

本発明は、インバータ装置に関するものであり、特に、太陽電池、燃料電池等の直流電力を交流電力系統に連系するための系統連系インバータ装置に関するものである。

従来技術にかかる系統連系インバータ装置として、例えば下記特許文献１に示された系統連系インバータ装置では、直流電力が入力される昇圧コンバータが中間段コンデンサを介してフルブリッジ構成のスイッチング素子からなるインバータに接続されるとともに、インバータの出力がフィルタを介して交流電力系統に接続される構成において、装置の内部で過電圧や過電流が発生したときに昇圧コンバータおよびインバータの発振動作を停止させるインバータ保護部と、このインバータ保護部の出力に基づいてフィルタに具備される出力コンデンサの蓄積電荷を放電させるコンデンサ放電部と、を備えるようにした構成が示されている。

また、従来技術にかかる保護回路として、例えば下記特許文献２に示され直流電源ラインの保護回路では、直流電源供給回路から負荷回路に供給された電流が異常に大きくなった場合に、直流電源ラインに挿入した過電流・過熱保護素子をトリップ（保護動作）させ、負荷回路に流れる電流を遮断することにより、負荷回路を保護するようにした構成が示されている。なお、この保護回路では、ヒューズ等を省略することができ、障害が復旧した場合に、直流電源ラインを自動的に復帰させることが可能となる。

特開２００１−１８６６６４号公報特開平１１−１９６５２７号公報

上述のように、例えば特許文献１に代表される従来の系統連系インバータ装置では、過電圧や過電流が発生した場合に、昇圧コンバータおよびインバータの発振動作を速やかに停止させるインバータ保護部を備えている。

しかしながら、系統連系インバータ装置の入力側に、本来、出力側に連係すべき電力系統である交流電力を誤って接続した場合や、入力側の直流電力の正極と負極とを誤って逆接続し、負電力（回路内部で負極側から正極側に電流が流れる場合の印加電力を指していう。以下同じ）を印加してしまった場合には、たとえインバータ保護部で異常を検出し、昇圧コンバータの発振動作を異常停止させたとしても、入力端の負極側から昇圧コンバータ内の昇圧用スイッチング素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）を経由して入力端の正極側に向かう短絡経路が形成されてしまう。これにより、負電力による短絡電流で上記のフリーホイールダイオードが短絡破壊を起こし、昇圧用スイッチング素子をも破壊に至らしめるという問題点があった。

なお、この種の短絡破壊の防止に際しては、まず、短絡経路内にヒューズを備えるような簡易な手法により、フリーホイールダイオードおよび昇圧用スイッチング素子を保護することが考えられる。しかしながら、例えば上記のように入力側に交流電力を誤って印加してしまった場合や、直流電力の正極と負極とを誤って逆接続してしまった場合にも、ヒューズの溶断は起こるため、ヒューズ交換という作業が必ず必要となる。

特に、このような誤接続は、系統連系インバータ装置を現地で設置工事する際に発生することが多い。なお、ヒューズの溶断が発生した場合には、誤接続以外の原因も考えられるので、ヒューズ交換だけでなく、昇圧用スイッチング素子が正常に動作すること等の品質確認を行う必要があり、現地での復旧作業および設置工事の継続が困難となって、工事が遅延するといった問題点があった。

また、ヒューズが溶断した場合には、系統連系インバータ装置の機能が完全に停止してしまうため、現地作業者への警報を発することもできず、装置異常の原因が誤接続であるか否かを容易に特定できないといった問題点もあった。

一方、従来の直流電源ラインに対する保護回路では、例えば上記特許文献２に示されるように、過電流・加熱保護素子が電源ラインへ直列に挿入されている。ところが、この過電流・加熱保護素子として、高耐圧・大電流用を用途とするものは存在しない。また、仮に、そのような素子が存在していたとしても、使用に際しての大きな問題点があった。すなわち、この種の素子は、一般的な特性として、通常数オームの抵抗があるため、例えば太陽電池の出力を、ＤＣ７００Ｖ、２０Ａとして、系統連系インバータ装置に使用すると、常時、数百Ｗという大きな損失が発生することになる。したがって、従来技術に見られるような過電流・加熱保護素子は、高効率が要求されている系統連系インバータ装置に適用することができないといった問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率を損なうことなく、また、誤接続によって入力側へ負電圧を印加した場合であってもヒューズ等の過電流保護素子等を用いることなく昇圧スイッチング素子等を保護でき、誤接続修正後の即時の通常運転に何ら支障のない系統連系インバータ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる系統連系インバータ装置は、直流電力を昇圧および／または降圧するコンバータと、該コンバータの出力を交流電力に変換するインバータと、該直流電力の各入力端と該コンバータとを接続する一対の直流母線間に挿入される直列接続された一対のコンデンサと、を具備し、該インバータの出力を交流電力系統と連系させる系統連系インバータ装置において、前記一対の直流母線を構成する正極側母線または負極側母線のいずれかの入力端側で、正しい極性で接続された直流電力が該一対の直流母線に流す電流の流れを遮断しない向きに挿入される短絡電流遮断ダイオードと、前記短絡電流遮断ダイオードの一端側が前記直流電力の入力端側に接続されているときの、該短絡電流遮断ダイオードの他端側に接続される半導体スイッチと、前記半導体スイッチを駆動する半導体スイッチ駆動回路と、前記入力端の負極側から正極側に向かって電流が流れるような負電力が印加された場合に、前記半導体スイッチ駆動回路をオフ制御する半導体スイッチオフ回路と、前記半導体スイッチ駆動回路を制御する制御回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる系統連系インバータ装置によれば、短絡電流遮断ダイオードを一対の直流母線を構成する正極側直流母線または負極側直流母線のいずれかに挿入しているので、例えばコンバータなどに具備される半導体スイッチのフリーホイールダイオードを通じて流れる短絡電流を、ヒューズなどの過電流保護素子を使用せずに遮断することができるという効果が得られる。また、この短絡電流遮断ダイオードに半導体スイッチを接続し、直流電力の入力端の負極側から正極側に向かって電流が流れるような負電力が印加された場合に、この半導体スイッチを駆動する半導体スイッチ駆動回路を強制的にオフ制御する半導体スイッチオフ回路を備える構成としたので、交流電力や直流電力を誤接続した場合であっても、コンバータやインバータを動作させることがなく、安全かつ確実な停止状態を維持可能とする効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる系統連系インバータ装置の回路構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態２にかかる系統連系インバータ装置の回路構成を示す図である。図３は、図１および図２に示した半導体ＳＷオフ回路の一構成例を示す図である。図４は、図１および図２に示した半導体ＳＷオフ回路の図３とは異なる他の構成例を示す図である。

符号の説明

１，３０直流電力
２系統連系インバータ装置
３短絡電流遮断ダイオード
４半導体スイッチ
５半導体ＳＷ駆動回路
６リレー
７半導体ＳＷオフ回路
８ａ，８ｂ入力コンデンサ
９ａ，９ｂ電圧モニタ手段
１０ａ，１０ｂ昇圧コンバータ用リアクトル
１１ａ，１１ｂ半導体スイッチ
１２ａ，１２ｂ昇圧コンバータ用ダイオード
１３ａ，１３ｂ昇圧コンバータ用コンデンサ
１４インバータ
１５制御回路
１６交流電力
１７，１８直流入力端
１９正極側分岐端
２０負極側分岐端
２１制御回路用電源
２２制御回路用電源コンデンサ
２３警報装置
２４充電用ダイオード
２５放電用トランジスタ
２６放電用フォトカプラ
２７バイパスダイオード
２８駆動回路用電源コンデンサ
２９昇圧コンバータ
３１，３２交流出力端
３４，３５直流母線

以下に、本発明にかかる系統連系インバータ装置の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下に示す回路構成は、その一例を示すものであり、本発明の技術的意義を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる系統連系インバータ装置の回路構成を示す図である。同図において、まず、系統連系インバータ装置２の直流入力端１７，１８には、正常に接続された場合の接続態様で示される、例えば太陽電池出力、燃料電池出力である直流電力１と、系統連系のために出力側に接続すべきものを誤って接続した場合の接続態様で示される交流電力１６と、正極と負極とを誤って逆接続した接続態様で示される直流電力３０と、が図示されている。

また、図１に示した系統連系インバータ装置２は、系統連系インバータ装置の典型的な構成部である、入力コンデンサ８ａ，８ｂ、昇圧コンバータ２９およびインバータ１４を備えている。また、昇圧コンバータ２９は、昇圧コンバータ用リアクトル１０ａ，１０ｂ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子にダイオードが逆並列に接続された半導体スイッチ１１ａ，１１ｂ、昇圧コンバータ用ダイオード１２ａ，１２ｂおよび昇圧コンバータ用コンデンサ１３ａ，１３ｂを備えている。一方、この実施の形態の系統連系インバータ装置２では、これらの構成部に加えて、本発明を特徴づける以下の構成部が具備される。

まず、直流入力端１７に接続された正極側の直流母線３４と直流入力端１８に接続された負極側の直流母線３５との間に、直流入力端１７，１８に近い方から、半導体スイッチオフ回路（以下「半導体ＳＷオフ回路」と表記）７と、半導体スイッチ駆動回路（以下「半導体ＳＷ駆動回路」と表記）５とが接続される。また、交流出力端３１，３２に向かって、入力コンデンサ８ａ，８ｂの端子電圧をそれぞれモニタする電圧モニタ手段９ａ，９ｂが具備され、その出力は、半導体ＳＷ駆動回路５および後述するリレー６などをそれぞれ制御する制御回路１５に入力される。さらに、負極側の直流母線３５には、直流電力を正しく（すなわち図示の直流電力１のように）接続したときに流れる電流を遮断しない向きに短絡電流遮断ダイオード３が挿入される。すなわち、短絡電流遮断ダイオード３のカソードが直流入力端１８側となるように接続される。また、負極側の直流母線３５には、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子にダイオードが逆並列に接続された半導体スイッチ４が挿入される。なお、短絡電流遮断ダイオード３と半導体スイッチ４とは、互いのアノードを突き合わせた形で接続されるとともに、短絡電流遮断ダイオード３は、半導体ＳＷオフ回路７が接続される直流母線３５の接続点と、半導体ＳＷ駆動回路５が接続される直流母線３５の接続点との間に挿入され、半導体スイッチ４は、半導体ＳＷ駆動回路５が接続される直流母線３５の接続点と、入力コンデンサ８ｂが接続される直流母線３５の接続点との間に挿入される。また、短絡電流遮断ダイオード３と半導体スイッチ４との直列回路の両端には、上述したリレー６が接続される。

なお、短絡電流遮断ダイオード３と半導体スイッチ４との直列回路の両端にリレー６を接続する構成に代えて、短絡電流遮断ダイオードと半導体スイッチのそれぞれに対し、各並列にリレーを備えるように構成してもよい。

また、短絡電流遮断ダイオード３および半導体スイッチ４ならびにリレー６を負極側の直流母線３５に挿入または接続するようにした図１に示す回路構成に対して、あまり一般的な構成ではないが、短絡電流遮断ダイオード３および半導体スイッチ４ならびにリレー６を正極側の直流母線３４に挿入または接続するようにしてもよい。ただし、この場合には、半導体ＳＷオフ回路７が接続される直流母線３４の接続点と半導体ＳＷ駆動回路５が接続される直流母線３４の接続点との間に短絡電流遮断ダイオード３を挿入するとともに、半導体ＳＷ駆動回路５が接続される直流母線３４の接続点と入力コンデンサ８ａが接続される直流母線３４の接続点との間に半導体スイッチ４を挿入し、かつ、短絡電流遮断ダイオード３と半導体スイッチ４の互いのカソードを突き合わせた形で接続し、かつ、短絡電流遮断ダイオード３と半導体スイッチ４との直列回路の両端にリレー６を接続するようにすればよい。

また、図１の構成に代えて、短絡電流遮断ダイオード３または半導体スイッチ４のいずれか一方を正極側の直流母線３４に挿入するようにしてもよい。例えば、短絡電流遮断ダイオード３を正極側の直流母線３４に挿入する場合には、半導体ＳＷオフ回路７が接続される直流母線３４の接続点と半導体ＳＷ駆動回路５が接続される直流母線３４の接続点との間に挿入し、半導体スイッチ４を正極側の直流母線３４に挿入する場合には、半導体ＳＷ駆動回路５が接続される直流母線３４の接続点と入力コンデンサ８ａが接続される直流母線３４の接続点との間に挿入するとともに、それぞれの両端にリレーを備えるように構成すればよい。

つぎに、図１に示した実施の形態１にかかる連系インバータ装置の構成および動作の特徴について説明する。

まず、上述のように、短絡電流遮断ダイオード３が直流母線３５に挿入されている。この構成により、交流電力を入力側に接続してしまった場合や、直流電力の極性を誤って接続した場合に、昇圧コンバータ２９の半導体スイッチ１１ａ,１１ｂ内のフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）を通じて流れる短絡電流を、ヒューズなどの過電流保護素子を使用せずに遮断することができる。

また、短絡電流遮断ダイオード３のアノードに直列に接続された半導体スイッチ４は、正常な直流電力が一定電圧、例えば１０〜３０Ｖ以上印加されると自身を自動的にオンする機能が具備される。なお、半導体スイッチ４は、制御回路１５によって制御される半導体ＳＷ駆動回路５によっても、そのオン／オフが制御される。一方、半導体ＳＷオフ回路７は、直流入力端側で誤接続した交流電力１６もしくは逆接続した直流電力３０によって負電力が印加された場合には、強制的に動作し、半導体ＳＷ駆動回路５を強制的に停止させ、半導体スイッチ４をオフする。

この作用により、交流電力や直流電力を誤接続した場合であっても、入力コンデンサ８ａ,８ｂに負電力が印加されることもなく、突入電流も流れないので、入力コンデンサ８ａ,８ｂが充電されることはない。その結果、昇圧コンバータ２９、インバータ１４が動作することはなく、安全かつ確実な停止状態を維持可能とする保護回路が構成される。なお、入力コンデンサ８ａ,８ｂに電荷が充電されないので、誤接続の修正を即時に行ったとしても感電することがない。

さらに、制御回路１５は、電圧モニタ手段９ａ,９ｂによってモニタされた入力コンデンサ８ａ,８ｂの端子電圧に基づいて半導体ＳＷ駆動回路５およびリレー６を制御する。なお、上述のように、正常な直流電力１が一定電圧以上印加された場合に半導体スイッチ４は自動的にオンとなるが、この時点では、リレー６はオフの状態である。一方、制御回路１５は、電圧モニタ手段９ａ,９ｂが正常であることを確認した場合には、リレー６をオン制御し、その後に半導体スイッチ４をオフ制御する。

この作用により、系統連系インバータ装置２の正常動作時の電流経路はリレー６を含む経路となり、短絡電流遮断ダイオード３および半導体スイッチ４による損失を考慮する必要がないので、高効率が要求される系統連系インバータ装置に対して効率を損なうことのない保護回路を構成することができる。

なお、制御回路１５は、上述のように、電圧モニタ手段９ａ,９ｂが正常であることを確認した後に初めてリレー６をオン制御するようにしているので、誤接続した交流電力１６もしくは逆接続した直流電力３０によって負電力が印加されるような状態時に、短絡電流遮断ダイオード３をバイパスする経路（リレー６による迂回経路）が形成されることはない。

以上説明したように、この実施の形態の系統連系インバータ装置によれば、短絡電流遮断ダイオードを一対の直流母線を構成する正極側直流母線または負極側直流のいずれかに挿入しているので、例えばコンバータなどに具備される半導体スイッチのフリーホイールダイオードを通じて流れる短絡電流を、ヒューズなどの過電流保護素子を使用せずに遮断することができるという効果が得られる。また、この短絡電流遮断ダイオードに半導体スイッチを接続し、直流電力の入力端の負極側から正極側に向かって電流が流れるような負電力が印加された場合に、この半導体スイッチを駆動する半導体スイッチ駆動回路を強制的にオフ制御する半導体スイッチオフ回路を備える構成としたので、交流電力や直流電力を誤接続した場合であっても、コンバータやインバータを動作させることがなく、安全かつ確実な停止状態が維持可能となる。

なお、図１の構成において、直流電力１の出力が高電圧（例えば１０００ＶＤＣ以上）となり、装置をオンする際に、高電圧である直流電力１から略零電圧のコンデンサに向かって流れる可能性のある突入電流を防止するために、例えば、短絡電流遮断ダイオード３と半導体スイッチ４との間、あるいはこれらの直列回路のいずれかの端に所望の抵抗素子を挿入するようにしてもよい。なお、このような抵抗素子を挿入したとしても、半導体スイッチ４がオンした後に、並列に接続されているリレー６がオンとなって、半導体スイッチ４を含む経路がバイパスされるので、抵抗素子の挿入によって損失が増加することはない。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２にかかる系統連系インバータ装置の回路構成を示す図である。同図に示す系統連系インバータ装置２は、図１に示す実施の形態１の構成において、例えば直流入力端への誤接続に対する警報を発するための警報装置２３、制御回路１５を動作させるための制御回路用電源２１を備えるように構成されている。また、制御回路用電源２１の入力側には、交流電力１６の半サイクルの電力で充分に充電可能な容量を有する制御回路用電源コンデンサ２２が直流母線３４上の正極側分岐端１９と直流母線３５上の負極側分岐端２０（短絡電流遮断ダイオード３および半導体スイッチ４の各アノード側の端）との間に、充電用ダイオード２４を介して接続されている。なお、その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同一または同等であり、それらの構成部には同一符号を付して示し、その構成および動作にかかる詳細な説明を省略する。

上述のように、制御回路用電源２１の負極は短絡電流遮断ダイオード３および半導体スイッチ４の各アノードが接続される接続点（負極側分岐端２０）から引き出されている。その結果、短絡電流遮断ダイオード３の作用により交流電力１６の負電力による短絡電流が遮断され、かつ、半導体ＳＷオフ回路７の作用により半導体ＳＷ駆動回路５の動作が停止させられるので、昇圧コンバータ２９、インバータ１４は動作することなく安全かつ確実な停止状態を維持しつつ、制御回路１５のみを交流電力１６の半サイクルの電力で動作させることができる。

この作用により、制御回路１５は、交流電力１６の印加に起因する制御回路用電源コンデンサ２２の異常を電圧モニタ手段９ａ,９ｂを通じて検出することができ、制御回路１５に接続された警報装置２３において、所望の警報を発することができる。また、この警報動作により、交流電力の誤接続に起因する系統連系インバータ装置の異常に対し、現地作業者への警報を発することができ、装置異常の原因が誤接続であるか否かを容易に特定することができる。なお、電圧モニタ手段９ａ,９ｂの異常検出は、例えば電圧モニタ手段９ａ,９ｂの端子電圧の瞬時値と平均値とを比較するような手法を用いることができる。

以上説明したように、この実施の形態の系統連系インバータ装置によれば、太陽電池から供給された入力電圧を昇圧および／または降圧するコンバータを備えていたとしても、実施の形態１と同様に、モニタしたコンデンサの端子電圧に基づいて開閉手段の開閉を制御することができ、実施の形態１と同様な効果が得られる。

実施の形態３．
図３は、図１および図２に示した半導体ＳＷオフ回路７の一構成例を示す図であり、その動作に関連する他の一部の構成部とともに図示している。図３において、半導体ＳＷオフ回路７は、主要な構成素子として、放電用トランジスタ２５およびバイパスダイオード２７を備えて構成される。また、放電用トランジスタ２５のコレクタとエミッタとの間には、半導体ＳＷ駆動回路５の動作用電源として作用する駆動回路用電源コンデンサ２８がコレクタ抵抗を介して接続され、駆動回路用電源コンデンサ２８の放電経路が構成される。さらに、直流入力端１８（短絡電流遮断ダイオード３のカソード）側から、放電用トランジスタ２５のベースと短絡電流遮断ダイオード３のアノードとを経由し、バイパスダイオード２７を介して直流入力端１８（直流母線３４）側に抜けるベース電流の帰還経路が構成される。

この構成により、交流電力を誤って接続した場合には、直流入力端１７，１８に負電力が印加される都度、放電用トランジスタ２５がオンとなり、駆動回路用電源コンデンサ２８の電荷が放電される。一方、直流電力の正負を誤って逆接続した場合には、直流入力端１７，１８には常時負電力が印加されるため、放電用トランジスタ２５は常時オンとなり、駆動回路用電源コンデンサ２８は常時放電状態下に置かれる。これらの作用により、駆動回路用電源コンデンサ２８は、半導体ＳＷ駆動回路５が動作する電圧以上に充電されることはない。

このように、図３に示すような半導体ＳＷオフ回路７を構成することで、交流電力や直流電力を誤接続した場合であっても、半導体ＳＷ駆動回路５は動作せず、半導体スイッチ４はオフ制御され、リレー６も働かない。また、半導体スイッチ４は、上述のように正常な直流電力が一定電圧以上印加された場合にオンとなるので、交流電力の正の半サイクルではオンとならず、入力コンデンサ８ａ,８ｂに電荷が充電されることはない。その結果、昇圧コンバータ２９、インバータ１４は動作することなく安全かつ確実な停止状態を維持することができ、また、誤接続の修正を即時に行ったとしても感電することがない。

実施の形態４．
図４は、図１および図２に示した半導体ＳＷオフ回路７の図３とは異なる他の構成例を示す図であり、その動作に関連する他の一部の構成部とともに図示している。図４において、半導体ＳＷオフ回路７は、主要な構成素子として、放電用フォトカプラ２６およびバイパスダイオード２７を備えて構成される。また、放電用フォトカプラ２６の二次側フォトトランジスタのコレクタとエミッタ間には駆動回路用電源コンデンサ２８がコレクタ抵抗を介して接続され、駆動回路用電源コンデンサ２８の放電経路が構成される。さらに、直流入力端１８（短絡電流遮断ダイオード３のカソード）側から、放電用フォトカプラ２６の一次側ＬＥＤとバイパスダイオード２７とを介して直流入力端１７（直流母線３４）側に抜けるバイパス経路が構成される。

この構成により、交流電力を誤って接続した場合には、直流入力端１７，１８に負電力が印加される都度、放電用フォトカプラ２６の一次側ＬＥＤに電流が流れ、二次側フォトトランジスタがオンし、駆動回路用電源コンデンサ２８の電荷が放電される。一方、直流電力の正負を誤って逆接続した場合には、直流入力端１７，１８には常時、負電力が印加されるため、放電用フォトカプラ２６は常時オンとなり、駆動回路用電源コンデンサ２８は常時放電状態下に置かれる。これらの作用により、駆動回路用電源コンデンサ２８は、半導体ＳＷ駆動回路５が動作する電圧以上に充電されることはない。

このように、図４に示すような半導体ＳＷオフ回路７を構成することで、交流電力や直流電力を誤接続した場合であっても、半導体ＳＷ駆動回路５は動作せず、半導体スイッチ４はオフ制御され、リレー６も働かない。また、半導体スイッチ４は、上述のように正常な直流電力が一定電圧以上印加された場合にオンとなるので、交流電力の正の半サイクルではオンとならず、入力コンデンサ８ａ,８ｂに電荷が充電されることはない。その結果、昇圧コンバータ２９、インバータ１４は動作することなく安全かつ確実な停止状態を維持することができ、また、誤接続の修正を即時に行ったとしても感電することがない。

以上のように、本発明にかかる系統連系インバータ装置は、太陽電池、燃料電池等の直流電力を交流電力系統に連系するための系統連系インバータ装置として有用である。

Claims

直流電力を昇圧する昇圧コンバータと、該昇圧コンバータの出力を交流電力に変換するインバータと、該直流電力の各入力端と該昇圧コンバータとを接続する一対の直流母線間に挿入される直列接続された一対のコンデンサと、を具備し、該インバータの出力を交流電力系統と連系させる系統連系インバータ装置において、
前記一対の直流母線を構成する負極側母線の入力端にカソードが接続される短絡電流遮断ダイオードと、
前記短絡電流遮断ダイオードのアノードに接続される半導体スイッチと、
前記半導体スイッチを駆動する半導体スイッチ駆動回路と、
前記入力端の負極側から正極側に向かって電流が流れるような負電力が印加された場合に、前記半導体スイッチ駆動回路をオフ制御する半導体スイッチオフ回路と、
前記半導体スイッチ駆動回路を制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする系統連系インバータ装置。
前記短絡電流遮断ダイオードと前記半導体スイッチとの直列回路の両端に接続され、あるいは該短絡電流遮断ダイオードおよび該半導体スイッチの各両端に接続されるリレーと、前記一対のコンデンサの各端子電圧をそれぞれモニタする電圧モニタ手段と、をさらに備え、
前記制御回路は、前記電圧モニタ手段が検出したモニタ電圧に基づいて前記半導体スイッチ駆動回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
前記制御回路を動作させる制御回路用電源と、
前記制御回路用電源の入力端に接続されるとともに、自己の負極側端子が前記短絡電流遮断ダイオードのアノードに接続されて該制御回路用電源の動作電力を供給する制御回路用電源コンデンサと、
アノードが前記直流電力の正極側入力端に接続され、カソードが前記前記制御回路用電源コンデンサの正極側端子に接続される充電用ダイオードと、
前記制御回路によって制御される警報装置と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記直流電力の各入力端に交流電力が誤って接続された場合に前記電圧モニタ手段の出力に基づいて前記警報装置に所定の警報信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
前記半導体スイッチ駆動回路に動作電力を供給する半導体スイッチ駆動回路用電源コンデンサが具備され、
前記半導体スイッチオフ回路には、
第１端子、第２端子および制御端子を有し、該第１端子側が該半導体スイッチ駆動回路用電源コンデンサの正極側端子に接続され、該第２端子側が該半導体スイッチ駆動回路用電源コンデンサの負極側端子に接続され、該制御端子側が前記直流電力の負極側入力端に所定の抵抗を介して接続される放電用スイッチング素子と、
前記一対の直流母線間にカソード側が正極側母線となるように所定の抵抗とともに挿入されるバイパスダイオードと、
が具備され、
さらに前記放電用スイッチング素子の制御端子と第２端子との間が所定の抵抗を介してバイパス接続されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
前記半導体スイッチ駆動回路に動作電力を供給する半導体スイッチ駆動回路用電源コンデンサが具備され、
前記半導体スイッチオフ回路には、一次側フォトダイオードおよび二次側フォトトランジスタを有し、該二次側フォトトランジスタの第１端子側が該半導体スイッチ駆動回路用電源コンデンサの正極側端子に接続され、該第２端子側が該半導体スイッチ駆動回路用電源コンデンサの負極側端子に接続される放電用フォトカプラと、前記放電用フォトカプラの一次側フォトダイオードと同極性に直列に接続され、前記一対の直流母線間にカソード側が正極側母線となるように所定の抵抗とともに挿入されるバイパスダイオードと、が具備されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
直流電力を昇圧および／または降圧するコンバータと、該コンバータの出力を交流電力に変換するインバータと、該直流電力の各入力端と該コンバータとを接続する一対の直流母線間に挿入される直列接続された一対のコンデンサと、を具備し、該インバータの出力を交流電力系統と連系させる系統連系インバータ装置において、
前記一対の直流母線を構成する正極側母線または負極側母線のいずれかの入力端側で、正しい極性で接続された直流電力が該一対の直流母線に流す電流の流れを遮断しない向きに挿入される短絡電流遮断ダイオードと、
前記短絡電流遮断ダイオードの一端側が前記直流電力の入力端側に接続されているときの、該短絡電流遮断ダイオードの他端側に接続される半導体スイッチと、
前記半導体スイッチを駆動する半導体スイッチ駆動回路と、
前記入力端の負極側から正極側に向かって電流が流れるような負電力が印加された場合に、前記半導体スイッチ駆動回路をオフ制御する半導体スイッチオフ回路と、
前記半導体スイッチ駆動回路を制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする系統連系インバータ装置。
前記短絡電流遮断ダイオードと前記半導体スイッチとの直列回路の両端に接続され、あるいは該短絡電流遮断ダイオードおよび該半導体スイッチの各両端に接続されるリレーと、前記一対のコンデンサの各端子電圧をそれぞれモニタする電圧モニタ手段と、をさらに備え、
前記制御回路は、前記電圧モニタ手段が検出したモニタ電圧に基づいて前記半導体スイッチ駆動回路を制御することを特徴とする請求項６に記載の系統連系インバータ装置。