JPWO2012073582A1 - 系統連系パワーコンディショナ - Google Patents
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Abstract
太陽電池200から出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路10と、昇圧された直流電圧に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータ回路20と、インバータ回路20の出力電流波形を滑らかにするフィルタ30と、フィルタを介して商用系統電源300に入力するインバータの出力電流が流れるセンサ(シャント抵抗)70と、センサに流れる電流の直流成分を検出する直流検出回路90と、太陽電池の出力電圧Vs、太陽電池電流Is、商用系統電源の電圧Voおよび直流検出回路で検出された直流成分に基づいて、インバータの目標出力電流を制御する制御回路40を備え、センサに近接して直流検出回路が配置されている。
Description
本発明は、太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換して商用系統電源に出力するパワーコンディショナに係わり、特に、交流出力電流に含まれる直流成分を所定の規定値内に収め、品質のよい交流電力を商用電力系統へ出力するパワーコンディショナに関するものである。
系統連系パワーコンディショナは、太陽電池で発電された直流電力を、インバータを用いて単相3線式または三相3線式などの商用系統電源の周波数および電圧に応じた交流電力に変換し、その商用系統に交流電力を出力する。
太陽電池が非接地で設置され、インバータとの間を絶縁することなく商用系統に電力を供給するトランスレス系統連系パワーコンディショナは、その交流出力電力に直流成分が含まれると、接続される系統トランス(即ち、高圧配電線で配電される高電圧を需要家が使用する低電圧に変圧するトランス)を偏磁させる恐れがある。
そのため、定格交流電流に含まれる直流成分の割合が、国内の場合は系統連系規定JEAC 9701−2010により1%以内に、北米の場合はIEEE1547の規定により0.5%以内に収めるように規定されている。
太陽電池が非接地で設置され、インバータとの間を絶縁することなく商用系統に電力を供給するトランスレス系統連系パワーコンディショナは、その交流出力電力に直流成分が含まれると、接続される系統トランス(即ち、高圧配電線で配電される高電圧を需要家が使用する低電圧に変圧するトランス)を偏磁させる恐れがある。
そのため、定格交流電流に含まれる直流成分の割合が、国内の場合は系統連系規定JEAC 9701−2010により1%以内に、北米の場合はIEEE1547の規定により0.5%以内に収めるように規定されている。
図5は、例えば特許文献1(特許第3405204号)の図7に示されているトランスレスパワーコンディショナ(特許文献1では太陽光発電インバータ装置と称している)の直流検出回路の構成を示すブロック図である。
図5に示すように、トランスレスのパワーコンディショナは、インバータ回路(インバータ装置のことであり、単にインバータとも称す)20aの後段にインバータ回路(インバータ)20aから出力する交流電流に含まれる直流分を検出するための直流検出回路90aを備えている。
図5に示すように、トランスレスのパワーコンディショナは、インバータ回路(インバータ装置のことであり、単にインバータとも称す)20aの後段にインバータ回路(インバータ)20aから出力する交流電流に含まれる直流分を検出するための直流検出回路90aを備えている。
直流検出回路90aは、インバータ回路20aの交流出力電流を検出するためのセンサ(例えばシャント抵抗)70aと、交流出力電流に含まれる直流成分のみを抽出する直流フィルタ93aと、センサ(シャント抵抗)70aで発生する微小電圧を増幅すると共にセンサ(シャント抵抗)70aの主回路電位と制御回路40aの信号電位を絶縁するためのアイソレーションアンプ92aと、アイソレーションアンプ92aからのアナログ出力をデジタル値に変換するA/D変換器41aで構成されている。
そして、A/D変換器41aにてデジタル値に変換された信号は制御回路40aに入力される。
制御回路40aは、入力された信号に基づいて演算を行い、インバータ出力電流に含まれる直流成分を抑制するようにインバータ回路20aを制御する。
なお、制御回路40aの電源は、通常は商用電源(例えばAC100V)から絶縁してDC5Vなどの電源を生成し、制御回路40aと主回路は絶縁されている。
アイソレーションアンプ92aは、商用系統回路(200V、400Vなど)に直接接続されるインバータ回路に存在するシャント抵抗に発生する電圧を制御回路で検出するために電圧信号を絶縁する。
そして、A/D変換器41aにてデジタル値に変換された信号は制御回路40aに入力される。
制御回路40aは、入力された信号に基づいて演算を行い、インバータ出力電流に含まれる直流成分を抑制するようにインバータ回路20aを制御する。
なお、制御回路40aの電源は、通常は商用電源(例えばAC100V)から絶縁してDC5Vなどの電源を生成し、制御回路40aと主回路は絶縁されている。
アイソレーションアンプ92aは、商用系統回路(200V、400Vなど)に直接接続されるインバータ回路に存在するシャント抵抗に発生する電圧を制御回路で検出するために電圧信号を絶縁する。
しかしながら、特許文献1に示された従来の系統連系パワーコンディショナ(太陽光発電インバータ装置)では、直流検出回路90aは、センサ(シャント抵抗)70a、直流フィルタ93a、アイソレーションアンプ92aなどが1枚のプリント基板内で一体的に構成されている。
なお、センサ70aには、通常、数ミリΩのシャント抵抗が用いられる。
この技術(即ち、数ミリΩのシャント抵抗が用いられるセンサ、直流フィルタおよびアイソレーションアンプなどを1枚のプリント基板内で一体的に構成する技術)は、パワーコンディショナの出力容量が10kW程度までの小容量のパワーコンディショナであれば、図6に示すように、インバータの出力電流をプリント基板上のプリントパターン75に直接流すことが可能である。
なお、図6に示した抵抗76は、アイソレーションアンプ92bの増幅率を決めるためのものである。
そのため、センサのシャント抵抗として、基板に実装できる部品(例えば面実装型抵抗器70b)を使用することができる。
その結果、「基板に実装された面実装型抵抗器(シャント抵抗)70b」と「面実装型抵抗器70bの両端に発生する微小電圧を増幅するためアイソレーションアンプ92b」を接続する構成が、一つの基板上で実現できる。
なお、センサ70aには、通常、数ミリΩのシャント抵抗が用いられる。
この技術(即ち、数ミリΩのシャント抵抗が用いられるセンサ、直流フィルタおよびアイソレーションアンプなどを1枚のプリント基板内で一体的に構成する技術)は、パワーコンディショナの出力容量が10kW程度までの小容量のパワーコンディショナであれば、図6に示すように、インバータの出力電流をプリント基板上のプリントパターン75に直接流すことが可能である。
なお、図6に示した抵抗76は、アイソレーションアンプ92bの増幅率を決めるためのものである。
そのため、センサのシャント抵抗として、基板に実装できる部品(例えば面実装型抵抗器70b)を使用することができる。
その結果、「基板に実装された面実装型抵抗器(シャント抵抗)70b」と「面実装型抵抗器70bの両端に発生する微小電圧を増幅するためアイソレーションアンプ92b」を接続する構成が、一つの基板上で実現できる。
一方、出力容量が100kWを超えるような大容量のパワーコンディショナの場合は、出力電流をプリント基板のパターン(プリントパターン)に直接流すことは困難であり、また、シャント抵抗の寸法も大きくなるため、図5に示したような構成の直流検出回路を1枚の基板に実装することはできない。
したがって、シャント抵抗は、直流検出回路とは別の個別部品として配置される。
そのため、シャント抵抗の両端に発生する微小電圧信号を直流検出回路に伝達するための信号用配線が必要となり、大容量の場合の従来のパワーコンディショナは、図7に示すような構成となる。
なお、図7において、「R」、「C」は、インバータ回路20bの出力電流波形を滑らかにするフィルタ30aを構成する「抵抗」、「コンデンサ」である。
また、80aは、シャント抵抗70cの両端に発生する微小電圧信号を直流検出回路90bに伝達するための信号用配線である。
したがって、シャント抵抗は、直流検出回路とは別の個別部品として配置される。
そのため、シャント抵抗の両端に発生する微小電圧信号を直流検出回路に伝達するための信号用配線が必要となり、大容量の場合の従来のパワーコンディショナは、図7に示すような構成となる。
なお、図7において、「R」、「C」は、インバータ回路20bの出力電流波形を滑らかにするフィルタ30aを構成する「抵抗」、「コンデンサ」である。
また、80aは、シャント抵抗70cの両端に発生する微小電圧信号を直流検出回路90bに伝達するための信号用配線である。
直流検出回路90b内では、シャント抵抗70cの両端に発生する微小電圧信号を増幅するため、シャント抵抗70cと直流検出回路90bの間の信号用配線80aが長いと、パワーコンディショナ内部で発生する電磁的ノイズが信号用配線80aに重畳し、直流検出回路90bの入力信号の電圧が実際の値とは異なったものになる。
その結果、直流成分の抑制制御が正常に行われず、規定値以上の直流成分を含んだ交流電流を商用電力系統電源側に流出する恐れがある。
また、実際には直流成分が規定値以内であるにも関わらず、電磁的ノイズのために直流成分が規定値を越えたと制御回路40bが認識して、パワーコンディショナを停止させてしまうという問題が生じる。
その結果、直流成分の抑制制御が正常に行われず、規定値以上の直流成分を含んだ交流電流を商用電力系統電源側に流出する恐れがある。
また、実際には直流成分が規定値以内であるにも関わらず、電磁的ノイズのために直流成分が規定値を越えたと制御回路40bが認識して、パワーコンディショナを停止させてしまうという問題が生じる。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、出力電流が大きいために直流成分検出用のシャント抵抗と直流検出回路を分離して配置せざるをえない大容量の系統連系パワーコンディショナにおいても、内部で発生する電磁的ノイズの影響を抑制し、交流出力電流に含まれる直流成分を精度良く検出できる系統連系パワーコンディショナを提供することを目的とする。
本発明に係る系統連系パワーコンディショナは、太陽電池が発電する直流電力をインバータにて交流電力に変換し、商用系統電源に電力を出力する系統連系パワーコンディショナであって、前記太陽電池から出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された直流電圧に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータ(インバータ回路)と、前記インバータの出力電流波形の直流成分を抽出し、前記インバータの出力電流波形を滑らかにするフィルタと、前記フィルタを介して前記商用系統電源に入力する前記インバータの出力電流が流れるセンサと、前記センサに流れる電流の直流成分を検出する直流検出回路と、前記太陽電池の出力電圧、太陽電池電流、前記商用系統電源の電圧および前記直流検出回路で検出された直流成分に基づいて、前記インバータの目標出力電流を制御する制御回路を備え、
前記センサに近接して前記直流検出回路が配置されていることを特徴とする。
前記センサに近接して前記直流検出回路が配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る系統連系パワーコンディショナは、太陽電池が発電する直流電力を三相用のインバータにて三相の交流電力に変換し、三相の商用系統電源に電力を出力する三相用の系統連系パワーコンディショナであって、
前記太陽電池から出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された直流電圧に基づく直流電力を三相の交流電力に変換する三相用のインバータ(インバータ回路)と、前記インバータの各相の出力電流波形の直流成分を抽出し、前記インバータの各相の出力電流波形をそれぞれ滑らかにするフィルタと、前記各相のフィルタを介して前記三相の商用系統電源に入力する前記インバータの各相の出力電流が流れる三相用のセンサと、前記三相の各センサに流れる電流の直流成分をそれぞれ検出する三相用の直流検出回路と、前記太陽電池の出力電圧、太陽電池電流、前記三相の商用系統電源の電圧および前記三相用の直流検出回路で検出された各相の直流成分に基づいて、前記インバータの各相の目標出力電流を制御する制御回路を備え、
前記各相のセンサにそれぞれ近接して前記三相用の直流検出回路が配置されていると共に、各センサは、相互に発熱の影響を受けないように左右に並べて配置されていることを特徴とする。
前記太陽電池から出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された直流電圧に基づく直流電力を三相の交流電力に変換する三相用のインバータ(インバータ回路)と、前記インバータの各相の出力電流波形の直流成分を抽出し、前記インバータの各相の出力電流波形をそれぞれ滑らかにするフィルタと、前記各相のフィルタを介して前記三相の商用系統電源に入力する前記インバータの各相の出力電流が流れる三相用のセンサと、前記三相の各センサに流れる電流の直流成分をそれぞれ検出する三相用の直流検出回路と、前記太陽電池の出力電圧、太陽電池電流、前記三相の商用系統電源の電圧および前記三相用の直流検出回路で検出された各相の直流成分に基づいて、前記インバータの各相の目標出力電流を制御する制御回路を備え、
前記各相のセンサにそれぞれ近接して前記三相用の直流検出回路が配置されていると共に、各センサは、相互に発熱の影響を受けないように左右に並べて配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、パワーコンディショナの交流出力電流に含まれる直流成分を検出するセンサ(シャント抵抗)の近傍に直流検出回路を配置することによって、センサと直流検出回路を接続する信号用配線を短くし、信号用配線が受けるノイズの影響を少なくでき、交流出力電流に含まれる直流成分を正確に検出することができる。
また、本発明によれば、三相用の系統連系パワーコンディショナにおいて、各相のセンサにそれぞれ近接して三相用の直流検出回路を配置すると共に、各センサは、相互に発熱の影響を受けないように、左右に並べて配置することによって、センサと直流検出回路を接続する信号用配線を短くし、信号用配線が受けるノイズの影響を少なくすると共に、シャント抵抗の温度による抵抗値の変化に差が生じないようにすることが可能となり、三相用の系統連系パワーコンディショナにおける直流検出回路の検出誤差を抑制することができる。
以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による系統連系パワーコンディショナの構成を示すブロック図である。
図1に示すように、実施の形態1による系統連系パワーコンディショナ(単に、パワーコンディショナとも記す)100は、直流電力を発電する太陽電池200と、50Hz或いは60Hzの商用系統電源300との間に配置される。
商用系統電源300は、単相3線式または三相3線式の商用配電系統で用いられる系統電源ある。
なお、図1は単線結線の場合を示しているが、単相三線式の商用系統電源に連系させる場合は単相インバータを用い、三相3線式の商用系統電源に連系させる場合は三相インバータを用いる。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による系統連系パワーコンディショナの構成を示すブロック図である。
図1に示すように、実施の形態1による系統連系パワーコンディショナ(単に、パワーコンディショナとも記す)100は、直流電力を発電する太陽電池200と、50Hz或いは60Hzの商用系統電源300との間に配置される。
商用系統電源300は、単相3線式または三相3線式の商用配電系統で用いられる系統電源ある。
なお、図1は単線結線の場合を示しているが、単相三線式の商用系統電源に連系させる場合は単相インバータを用い、三相3線式の商用系統電源に連系させる場合は三相インバータを用いる。
パワーコンディショナ100は、太陽電池200の電圧を昇圧するための昇圧回路10(昇圧回路が無い場合もある)、太陽電池200が発電する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路(単にインバータとも称す)20が設けられている。
また、インバータ回路20の出力段には、フィルタ30が配置され、インバータ回路20の出力電流波形を滑らかにする。
また、インバータ回路20の出力段には、フィルタ30が配置され、インバータ回路20の出力電流波形を滑らかにする。
制御回路40は、太陽電池200から出力する電圧Vs、電流センサ(例えばカレントトランス)50で検出される太陽電池電流Isより太陽電池200の出力電力を演算し、商用系統電源300の電圧Voを検出し、系統電源の位相に同期した電流を出力する。
具体的には、系統電圧の位相を図示しない計装用トランスで検出し、検出したアナログ信号電圧を制御回路40で分析し、制御回路40は系統電圧位相に同期した電流をインバータ回路20から出力させる。
電流センサ(例えばカレントトランス)60で検出されるインバータ出力電流の瞬時値“Iio”と制御回路40からの指令値である目標出力電流“Iio*”とが等しくなるようにフィードバック制御が行われる。
具体的には、系統電圧の位相を図示しない計装用トランスで検出し、検出したアナログ信号電圧を制御回路40で分析し、制御回路40は系統電圧位相に同期した電流をインバータ回路20から出力させる。
電流センサ(例えばカレントトランス)60で検出されるインバータ出力電流の瞬時値“Iio”と制御回路40からの指令値である目標出力電流“Iio*”とが等しくなるようにフィードバック制御が行われる。
フィルタ30で滑らかにされた交流出力電流は、パワーコンディショナ100から商用系統電源300に流れる交流出力電流を検出するセンサ(シャント抵抗)70に流れる。
そして、センサ(シャント抵抗)70の両端に発生する微小電圧信号は、信号用配線80を通じてセンサ(シャント抵抗)70のすぐ近傍に配置された直流検出回路90に入力される。
直流検出回路90で検出された直流成分“Ifo-DC”は制御回路40に入力される。
そして、制御回路40は、「インバータ回路20の交流出力電流に含まれる直流成分」を演算する。
制御回路40は、インバータ回路20の交流出力電流に含まれる直流成分(即ち、パワーコンディショナ100から商用系統電源300に流れる交流出力電流の直流成分)が所定の規定値内に補正されるように目標出力電流“Iio*”(即ち、インバータ制御信号)を調整してインバータ回路20に入力し、インバータ回路20の出力電流を制御して商用系統電源300へ出力する。
直流成分の補正が遅れるなどしてインバータ(即ち、インバータ回路20)の交流出力電流に規定値以上の直流成分が含まれる場合は、パワーコンディショナ100の運転を停止する。
この規定値は、国内の系統連系規定では定格出力電流の1%以下、米国認証で参照されるIEEE1547規定では0.5%以下と規定されている。
そして、センサ(シャント抵抗)70の両端に発生する微小電圧信号は、信号用配線80を通じてセンサ(シャント抵抗)70のすぐ近傍に配置された直流検出回路90に入力される。
直流検出回路90で検出された直流成分“Ifo-DC”は制御回路40に入力される。
そして、制御回路40は、「インバータ回路20の交流出力電流に含まれる直流成分」を演算する。
制御回路40は、インバータ回路20の交流出力電流に含まれる直流成分(即ち、パワーコンディショナ100から商用系統電源300に流れる交流出力電流の直流成分)が所定の規定値内に補正されるように目標出力電流“Iio*”(即ち、インバータ制御信号)を調整してインバータ回路20に入力し、インバータ回路20の出力電流を制御して商用系統電源300へ出力する。
直流成分の補正が遅れるなどしてインバータ(即ち、インバータ回路20)の交流出力電流に規定値以上の直流成分が含まれる場合は、パワーコンディショナ100の運転を停止する。
この規定値は、国内の系統連系規定では定格出力電流の1%以下、米国認証で参照されるIEEE1547規定では0.5%以下と規定されている。
図2は、本実施の形態における直流検出回路90と制御回路40の具体的な構成を示す図である。
センサ(シャント抵抗)70にインバータ回路20の出力電流が流れると、センサ(シャント抵抗)70の両端に電圧VRが発生する。
この電圧VRは微小電圧であるため、電圧VRをセンサ(シャント抵抗)70の近傍に配置された直流検出回路90内の演算増幅器91に入力して、所定の電圧まで増幅する。
また、センサ(シャント抵抗)70は主回路電流(即ち、商用系統電源へ出力する交流電流)を絶縁せずに電圧に変換しているため、制御回路40へ信号を取り込むために電気的絶縁をする必要がある。そのため、アイソレーションアンプ92によって演算増幅器91の出力電圧信号を絶縁する。
アイソレーションアンプ92の出力は、演算増幅器91が出力する電圧信号に含まれる直流分のみを増幅するため、ローパスフィルタ(LPF)で構成される直流フィルタ93を通り、アナログ電圧が制御回路40へ伝送される。
このアナログ電圧を制御回路40内のA/D変換器41でデジタル信号に変換し、CPU42で直流分を演算する。
そして、CPU42からインバータ回路20に対してインバータ制御信号(即ち、目標出力電流“Iio*”)を出力する。
インバータ回路20は、インバータ制御信号(目標出力電流“Iio*”)に基づいて出力電流の直流分を抑制するように制御される。
センサ(シャント抵抗)70にインバータ回路20の出力電流が流れると、センサ(シャント抵抗)70の両端に電圧VRが発生する。
この電圧VRは微小電圧であるため、電圧VRをセンサ(シャント抵抗)70の近傍に配置された直流検出回路90内の演算増幅器91に入力して、所定の電圧まで増幅する。
また、センサ(シャント抵抗)70は主回路電流(即ち、商用系統電源へ出力する交流電流)を絶縁せずに電圧に変換しているため、制御回路40へ信号を取り込むために電気的絶縁をする必要がある。そのため、アイソレーションアンプ92によって演算増幅器91の出力電圧信号を絶縁する。
アイソレーションアンプ92の出力は、演算増幅器91が出力する電圧信号に含まれる直流分のみを増幅するため、ローパスフィルタ(LPF)で構成される直流フィルタ93を通り、アナログ電圧が制御回路40へ伝送される。
このアナログ電圧を制御回路40内のA/D変換器41でデジタル信号に変換し、CPU42で直流分を演算する。
そして、CPU42からインバータ回路20に対してインバータ制御信号(即ち、目標出力電流“Iio*”)を出力する。
インバータ回路20は、インバータ制御信号(目標出力電流“Iio*”)に基づいて出力電流の直流分を抑制するように制御される。
以上説明したように、本実施の形態による系統連系パワーコンディショナは、太陽電池200が発電する直流電力をインバータ回路(インバータ)20にて交流電力に変換し、商用系統電源300に電力を出力する系統連系パワーコンディショナであって、
太陽電池200から出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路10と、昇圧回路10で昇圧された直流電圧に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータ回路(インバータ)20と、インバータ回路(インバータ)20の出力電流波形の直流成分を抽出し、インバータ回路(インバータ)20の出力電流波形を滑らかにするフィルタ30と、フィルタ30を介して商用系統電源300に入力する前記インバータ回路(インバータ)20の出力電流が流れるセンサ(シャント抵抗)70と、センサ70に流れる電流の直流成分を検出する直流検出回路90と、太陽電池200の出力電圧Vs、太陽電池電流Is、商用系統電源300の電圧Voおよび直流検出回路90で検出された直流成分“Ifo-DC”に基づいて、インバータ回路(インバータ)20の目標出力電流“Iio*”を制御する制御回路40を備え、センサ(シャント抵抗)70に近接して直流検出回路90が配置されていることを特徴とする。
太陽電池200から出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路10と、昇圧回路10で昇圧された直流電圧に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータ回路(インバータ)20と、インバータ回路(インバータ)20の出力電流波形の直流成分を抽出し、インバータ回路(インバータ)20の出力電流波形を滑らかにするフィルタ30と、フィルタ30を介して商用系統電源300に入力する前記インバータ回路(インバータ)20の出力電流が流れるセンサ(シャント抵抗)70と、センサ70に流れる電流の直流成分を検出する直流検出回路90と、太陽電池200の出力電圧Vs、太陽電池電流Is、商用系統電源300の電圧Voおよび直流検出回路90で検出された直流成分“Ifo-DC”に基づいて、インバータ回路(インバータ)20の目標出力電流“Iio*”を制御する制御回路40を備え、センサ(シャント抵抗)70に近接して直流検出回路90が配置されていることを特徴とする。
したがって、本実施の形態によれば、交流出力電流に含まれる直流成分を検出するセンサ(シャント抵抗)70を一枚のプリント基板上に実装できないような大容量のパワーコンディショナにおいても、センサ(シャント抵抗)70の近傍に直流検出回路90を配置することによって、電磁ノイズなどの影響を抑制でき、センサ(シャント抵抗)70の両端に発生する微小電圧を直流検出回路90で正確に検出することができる。
即ち、出力電流が大きいために、直流成分検出用のシャント抵抗であるセンサ70と直流検出回路90とを分離して配置せざるをえない大容量のパワーコンディショナにおいても、交流出力電流に含まれる直流成分を精度良く検出し、規定値以上の直流成分を電力系統に流出することを防止できる。
即ち、出力電流が大きいために、直流成分検出用のシャント抵抗であるセンサ70と直流検出回路90とを分離して配置せざるをえない大容量のパワーコンディショナにおいても、交流出力電流に含まれる直流成分を精度良く検出し、規定値以上の直流成分を電力系統に流出することを防止できる。
実施の形態2.
実施の形態2は、三相系統に連系するパワーコンディショナの直流抑制制御に関するものであって、三相交流出力電流に含まれる直流成分を検出するためには、センサとしてのシャント抵抗を各相に配置する必要がある。
なお、三相交流の場合、二相の電流が検出できれば、残りの一相の電流は演算で求めることができるため、通常はセンサ(シャント抵抗)を2個設置する。
このように、センサとしてのシャント抵抗を複数個使用する場合、例えば、図3に示すようにシャント抵抗を上下に配置すると、下側のシャント抵抗(例えばV相用のシャント抵抗)70Vの発熱が上側のシャント抵抗(例えばU相用のシャント抵抗)70Uに影響を及ぼし、上側のシャント抵抗(U相用のシャント抵抗)70Uの温度を上昇させる。
したがって、上下に配置されたシャント抵抗の温度差が大きくなり、温度特性によってシャント抵抗の抵抗値の差が大きくなる。
このようなことが生じないように、図4ように、シャント抵抗の発熱が互いに影響しないように、固定用金具を用いて左右に並べて配置することで、温度上昇によるシャント抵抗の抵抗値の変化の差を少なくする。
実施の形態2は、三相系統に連系するパワーコンディショナの直流抑制制御に関するものであって、三相交流出力電流に含まれる直流成分を検出するためには、センサとしてのシャント抵抗を各相に配置する必要がある。
なお、三相交流の場合、二相の電流が検出できれば、残りの一相の電流は演算で求めることができるため、通常はセンサ(シャント抵抗)を2個設置する。
このように、センサとしてのシャント抵抗を複数個使用する場合、例えば、図3に示すようにシャント抵抗を上下に配置すると、下側のシャント抵抗(例えばV相用のシャント抵抗)70Vの発熱が上側のシャント抵抗(例えばU相用のシャント抵抗)70Uに影響を及ぼし、上側のシャント抵抗(U相用のシャント抵抗)70Uの温度を上昇させる。
したがって、上下に配置されたシャント抵抗の温度差が大きくなり、温度特性によってシャント抵抗の抵抗値の差が大きくなる。
このようなことが生じないように、図4ように、シャント抵抗の発熱が互いに影響しないように、固定用金具を用いて左右に並べて配置することで、温度上昇によるシャント抵抗の抵抗値の変化の差を少なくする。
本実施の形態による三相用の系統連系パワーコンディショナの具体的な構成図は省略するが、本実施の形態では、図1に示したインバータ回路20に代えて三相用のインバータ回路20を用い、この三相用のインバータ回路20に太陽電池200が発電する直流電力を三相の交流電力に変換する。
そして、電流センサ60、フィルタ30、センサ(シャント抵抗)70、信号用配線80および直流検出回路90は、三相の各相に対応して設けられている。また、商用系統電源300は三相の商用系統電源である。
そして、電流センサ60、フィルタ30、センサ(シャント抵抗)70、信号用配線80および直流検出回路90は、三相の各相に対応して設けられている。また、商用系統電源300は三相の商用系統電源である。
具体的に説明すると、本実施の形態によるパワーコンディショナは、太陽電池200が発電する直流電力を三相用のインバータ回路(即ち、三相用のインバータ)20にて三相の交流電力に変換し、三相の商用系統電源300に電力を出力する三相用の系統連系パワーコンディショナであって、太陽電池200から出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路10と、昇圧回路10で昇圧された直流電圧に基づく直流電力を三相の交流電力に変換する三相用のインバータ回路(三相用のインバータ)20と、三相用のインバータ回路(三相用のインバータ)20の各相の出力電流波形の直流成分を抽出し、三相用のインバータ回路(三相用のインバータ)20の各相の出力電流波形をそれぞれ滑らかにするフィルタ30と、各相のフィルタ30を介して三相の商用系統電源300に入力する三相用のインバータ回路(三相用のインバータ)20の各相の出力電流が流れる三相用のセンサ(シャント抵抗)70と、三相の各センサ(シャント抵抗)に流れる電流の直流成分をそれぞれ検出する三相用の直流検出回路90と、太陽電池200の出力電圧Vs、太陽電池電流Is、三相の商用系統電源300の電圧Voおよび三相用の直流検出回路90で検出された各相の直流成分“Ifo-DC”に基づいて、三相用のインバータ回路20の各相の目標出力電流“Iio*”を制御する制御回路40を備え、各相のセンサ(シャント抵抗)70にそれぞれ近接して三相用の直流検出回路90が配置されていると共に、各センサ(例えば、U相用のシャント抵抗70UおよびV相用のシャント抵抗70V)は、相互に発熱の影響を受けないように左右に並べて配置されている。
以上説明したように、実施の形態2による系統連系パワーコンディショナは、太陽電池200が発電する直流電力を三相用のインバータ回路(即ち、三相用のインバータ)20にて交流電力に変換し、三相の商用系統電源300に電力を出力する三相用の系統連系パワーコンディショナであって、各相のセンサにそれぞれ近接して三相用の直流検出回路90が配置されていると共に、各センサ(例えば、U相用のシャント抵抗70UおよびV相用のシャント抵抗70V)は、相互に発熱の影響を受けないように左右に並べて配置されている。
したがって、実施の形態2によれば、センサと直流検出回路を接続する信号用配線を短くすることによって信号用配線が受けるノイズの影響を少なくすると共に、シャント抵抗の温度による抵抗値の変化に差が生じないようにすることが可能となり、三相用の系統連系パワーコンディショナにおける直流検出回路の検出誤差をさらに正確に抑制することができる。即ち、出力電流が大きいために直流成分検出用のシャント抵抗と検出回路とを分離して配置せざるをえない大容量の三相用のパワーコンディショナにおいても、各相の交流出力電流に含まれる直流成分を精度良く検出し、規定値以上の直流成分を三相の電力系統に流出することを防止できる。
したがって、実施の形態2によれば、センサと直流検出回路を接続する信号用配線を短くすることによって信号用配線が受けるノイズの影響を少なくすると共に、シャント抵抗の温度による抵抗値の変化に差が生じないようにすることが可能となり、三相用の系統連系パワーコンディショナにおける直流検出回路の検出誤差をさらに正確に抑制することができる。即ち、出力電流が大きいために直流成分検出用のシャント抵抗と検出回路とを分離して配置せざるをえない大容量の三相用のパワーコンディショナにおいても、各相の交流出力電流に含まれる直流成分を精度良く検出し、規定値以上の直流成分を三相の電力系統に流出することを防止できる。
本発明は、交流出力電流に含まれる直流成分を正確に検出し、交流出力電流に含まれる直流成分を規定値以内に収めることができる系統連系パワーコンディショナの実現に有用である。
100 パワーコンディショナ
200 太陽電池
300 商用系統電源
10 昇圧回路 20 インバータ回路(インバータ)
30 フィルタ 40 制御回路
41 A/D変換器 42 CPU
50、60 電流センサ
70 センサ(シャント抵抗)
80 信号用配線
90 直流検出回路
91 演算増幅器 92 アイソレーションアンプ
93直流フィルタ
70U、70V シャント抵抗
200 太陽電池
300 商用系統電源
10 昇圧回路 20 インバータ回路(インバータ)
30 フィルタ 40 制御回路
41 A/D変換器 42 CPU
50、60 電流センサ
70 センサ(シャント抵抗)
80 信号用配線
90 直流検出回路
91 演算増幅器 92 アイソレーションアンプ
93直流フィルタ
70U、70V シャント抵抗
Claims (2)
- 太陽電池が発電する直流電力をインバータにて交流電力に変換し、商用系統電源に電力を出力する系統連系パワーコンディショナであって、
前記太陽電池から出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された直流電圧に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの出力電流波形の直流成分を抽出し、前記インバータの出力電流波形を滑らかにするフィルタと、前記フィルタを介して前記商用系統電源に入力する前記インバータの出力電流が流れるセンサと、前記センサに流れる電流の直流成分を検出する直流検出回路と、前記太陽電池の出力電圧、太陽電池電流、前記商用系統電源の電圧および前記直流検出回路で検出された直流成分に基づいて、前記インバータの目標出力電流を制御する制御回路を備え、
前記センサに近接して前記直流検出回路が配置されていることを特徴とする系統連系パワーコンディショナ。 - 太陽電池が発電する直流電力を三相用のインバータにて三相の交流電力に変換し、三相の商用系統電源に電力を出力する三相用の系統連系パワーコンディショナであって、
前記太陽電池から出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された直流電圧に基づく直流電力を三相の交流電力に変換する三相用のインバータと、前記インバータの各相の出力電流波形の直流成分を抽出し、前記インバータの各相の出力電流波形をそれぞれ滑らかにするフィルタと、前記各相のフィルタを介して三相の商用系統電源に入力する前記インバータの各相の出力電流が流れる三相用のセンサと、前記三相の各センサに流れる電流の直流成分をそれぞれ検出する三相用の直流検出回路と、前記太陽電池の出力電圧、太陽電池電流、前記三相の商用系統電源の電圧および前記三相用の直流検出回路で検出された各相の直流成分に基づいて、前記インバータの各相の目標出力電流を制御する制御回路を備え、
前記各相のセンサにそれぞれ近接して前記三相用の直流検出回路が配置されていると共に、各センサは、相互に発熱の影響を受けないように左右に並べて配置されていることを特徴とする系統連系パワーコンディショナ。
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- 2011-09-22 JP JP2012546724A patent/JPWO2012073582A1/ja active Pending
- 2011-09-22 WO PCT/JP2011/071614 patent/WO2012073582A1/ja active Application Filing
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