KR101218953B1 - 계통 연계 인버터 - Google Patents

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KR101218953B1
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Abstract

본 발명은, 직류 전원(5)의 출력을 펄스폭 변조하는 인버터(1)와, 인버터의 입력측에 배치되고, 중성점을 형성하도록 직렬로 접속된 2개의 콘덴서로 이루어지는 제1 콘덴서쌍(41)과, 인버터의 출력측에 배치되고, 중성점을 형성하도록 직렬로 접속된 2개의 콘덴서로 이루어지는 제2 콘덴서쌍(42)과, 제1 콘덴서쌍의 중성점과 제2 콘덴서쌍의 중성점을 접속함으로써 형성된 누설 전류의 바이패스로 g와, 제1 콘덴서쌍과 제2 콘덴서쌍 사이에 설치되어 인버터에서 발생된 공통 모드 전류를 억제하는 적어도 1개의 공통 모드 초크 코일(3)과, 인버터로부터 출력되는 펄스폭 변조된 전압을 정현파 형상으로 변환하는 출력 필터(2)를 구비하고, 상기 바이패스로는, 상기 인버터의 스위칭 주파수에 있어, 상기 제2 콘덴서쌍을 개재하여 접속된 계통 트랜스로부터 대지를 통하여 상기 직류 전원의 부유 용량에 누설 전류가 흐르는 누설 전류로보다 작은 임피던스를 갖고, 상기 공통 모드 초크 코일은, 상기 누설 전류로 및 상기 바이패스로보다 큰 임피던스를 갖는다.

Description

계통 연계 인버터{SYSTEM INTERCONNECTION INVERTER}
본 발명은, 직류 전원의 출력을 교류로 변환하여 변환된 교류를 전기 사업자의 전력 계통에 연계시키는 계통 연계 인버터에 관한 것으로, 특히 공통 모드 노이즈에 의한 전류(이하, 「공통 모드 전류」라고 칭함)를 억제하는 기술에 관한 것이다.
예를 들어, 태양광 발전 시스템이나 연료 전지 등의 직류 전원의 출력을 교류로 변환하여 변환된 교류를 전력 계통에 연계시키는 계통 연계 인버터에서는, 계통 연계 인버터로부터 대지로 흐르는 누설 전류를 억제하여, 인체에의 감전이나 타기기에의 영향을 방지해야만 한다. 누설 전류의 허용량은 전기 용품 안전법으로 규정되고, 분산형 전원의 계통 연계 장치에 관해서도 재단 법인 전기 안전 환경 연구소에 의해 정해진 시험의 기준이 존재한다.
태양광 발전 시스템에 있어서는, 태양 전지 패널의 단자와, 대지에 접속된 태양 전지 패널의 프레임 사이에 부유 용량이 존재한다. 일반적으로, 태양 전지 패널의 표면에는 유리판으로 이루어지는 절연층이 형성되고, 유리판은 큰 평면을 갖는다. 이로 인해, 유리판이 비에 젖으면, 부유 용량이 증대하여 누설 전류도 증대한다. 누설 전류의 경로는 몇 개 있고, 예를 들어 인버터의 접지선도 누설 전류의 경로가 된다. 몇 개의 경로 중 1개의 부유 용량이 커지면, 누설 전류가 증대된다.
누설 전류를 억제하는 일반적인 방법으로서는, 계통 연계 인버터와 전력 계통 사이를, 절연 트랜스를 사용하여 절연하는 방법이나, 공통 모드 전류를 억제하는 공통 모드 초크 코일을 사용하는 방법(예를 들어, 비특허문헌 1 참조)이 있다. 이들 방법 외에, 필터에서 공통 모드 전류를 입력측 또는 대지에 바이패스시키는 방법(특허문헌 1 및 비특허문헌 1 참조), 인버터의 제어 방식을 2레벨 펄스폭 변조(PWM: Pulse Wide Modulation)로서 상하 아암에 역극성의 전압을 출력하는 방법(특허문헌 2 참조), 또는 이들을 조합한 방법 등이 알려져 있다.
도 1은, 종래의 누설 전류 대책이 실시된 계통 연계 인버터의 하나로서의 태양광 발전 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다. 태양광 발전 계통 연계 인버터는, 인버터(1), 출력 필터(2), 제1 공통 모드 초크 코일(3a), 제2 공통 모드 초크 코일(3b), 제1 콘덴서쌍(41), 제2 콘덴서쌍(42), 태양 전지(5) 및 계통 트랜스(7)를 구비하고 있다. 또한, 도 1에 있어서는, 태양 전지(5)와 대지 사이에 존재하는 부유 용량이 콘덴서(6a) 및 콘덴서(6b)로서 나타내어지고 있다.
태양 전지(5)는 직류 전력을 발생한다. 태양 전지(5)에서 발생된 직류 전력은, 제1 공통 모드 초크 코일(3a)을 경유하여 인버터(1)에 공급된다. 제1 공통 모드 초크 코일(3a)은, 인버터(1)로부터 태양 전지(5)에 흐르는 공통 모드 전류를 억제한다.
제1 콘덴서쌍(41)은, 콘덴서(41a)와 콘덴서(41b)가 직렬로 접속되고, 인버터(1)의 입력 단자간(제1 공통 모드 초크 코일(3a)의 출력 단자간)(ab)에 배치되어 있다. a점에는 직류 라인 플러스 전압이, b점에는 직류 라인 마이너스 전압이 각각 나타난다. 이들 콘덴서(41a)와 콘덴서(41b)의 접속점에 직류 라인 중성점 c가 형성되고, 직류 라인 중성점 c는 대지에 접속되어 있다.
인버터(1)는, 2레벨 PWM 제어 방식으로 구동되고, 태양 전지(5)로부터 제1 공통 모드 초크 코일(3a)을 경유하여 공급되는 직류 전력을, 예를 들어 도 2에 나타내는 바와 같은, +1부터 -1까지 변화하는 진폭을 갖고, 펄스폭이 순차적으로 변화하는 펄스파형을 갖는 PWM파로 변환하여, 출력 필터(2)에 보낸다.
출력 필터(2)는, 입력 단부가 인버터(1)의 한쪽의 출력 단자에 접속된 리액터(21a), 입력 단부가 인버터(1)의 다른 쪽의 출력 단자에 접속된 리액터(21b) 및 리액터(21a)의 출력 단부와 리액터(21b)의 출력 단부 사이에 접속된 콘덴서(22)로 구성되어 있다. 출력 필터(2)는, 인버터(1)로부터 출력되는 PWM 신호를, 도 2의 파선으로 나타내는 정현파 교류로 변환하고, 제2 공통 모드 초크 코일(3b)을 경유하여 계통 트랜스(7)에 보낸다.
제2 콘덴서쌍(42)은, 콘덴서(42a)와 콘덴서(42b)가 직렬로 접속되고, 제2 공통 모드 초크 코일(3b)의 입력 단자간(출력 필터(2)의 출력 단자간)(de)에 배치되어 있다. d점과 e점 사이에는 정현파 교류(교류 출력 신호)가 나타난다. 이들 콘덴서(42a)와 콘덴서(42b)의 접속점에 교류 출력 중성점 f가 형성되고, 교류 출력 중성점 f는 대지에 접속되어 있다.
제2 공통 모드 초크 코일(3b)은, 출력 필터(2)로부터 계통 트랜스(7)에 흐르는 공통 모드 전류를 억제한다. 계통 트랜스(7)는, 출력 필터(2)로부터 제2 공통 모드 초크 코일(3b)을 경유하여 공급되는 정현파 교류를 변압하고, 전력 계통에 접속하기 위한 전력 계통 단부 h로부터 출력한다. 계통 트랜스(7)의 중성점은, 중성점 접지선 i에 의해 대지에 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 태양광 발전 계통 연계 인버터에 있어서는, 인버터(1)에서 발생된 고주파 누설 전류(공통 모드 전류)는, 제1 공통 모드 초크 코일(3a)에 의해 태양 전지(5)측으로 흐르는 것이 저지됨과 함께, 제2 공통 모드 초크 코일(3b)에 의해 계통 트랜스(7)측에 흐르는 것이 저지되고, 제1 콘덴서쌍(41) 및 제2 콘덴서쌍(42)에 의해 대지에 바이패스된다.
가령, 누설 전류 대책이 실시되어 있지 않은, 즉 제1 공통 모드 초크 코일(3a), 제2 공통 모드 초크 코일(3b), 제1 콘덴서쌍(41) 및 제2 콘덴서쌍(42)이 존재하지 않으면, 계통 트랜스(7)의 중성점 접지선 i→대지→태양 전지(5)의 부유 용량(6)의 경로에서 누설 전류가 흐른다. 이에 대하여, 상술한 태양광 발전 계통 연계 인버터에 있어서는, 인버터(1)가 2레벨 PWM 제어 방식으로 구동되면, 그 출력 단자간에는 항상 역극성의 전압이 발생한다. 이로 인해, 공통 모드 노이즈에 의한 전압(이하, 공통 모드 전압이라 칭함)을 억제할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 제1 공통 모드 초크 코일(3a)에 의해 태양 전지(5)에 흐르는 누설 전류가 억제되고, 제2 공통 모드 초크 코일(3b)에 의해 계통 트랜스(7)에 흐르는 누설 전류가 억제되고, 제1 콘덴서쌍(41) 및 제2 콘덴서쌍(42)에 의해 누설 전류가 대지에 바이패스된다.
일본 특허 공개 제2002-218656호 공보 일본 특허 제3805953호 공보
전기학회ㆍ반도체 전력 변환 시스템 조사 전문 위원회편, 「파워 일렉트로닉스 회로」, 옴사, 2000년 11월 30일, 206페이지
그러나, 상술한 종래의 태양광 발전 계통 연계 인버터에서는, 누설 전류가 바이패스되는 대지 주변에의 영향을 고려할 필요가 있다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 2레벨 PWM 제어 방식으로 구동되는 인버터(1)의 출력은 진폭이 크기 때문에, 출력 필터(2)를 구성하는 제1 리액터(21a) 및 제2 리액터(21b)가 커진다. 또한, 절연 트랜스를 사용하여 태양광 발전 계통 연계 인버터와 전력 계통 사이를 절연하는 방법으로는, 누설 전류를 근본적으로 없앨 수 있다. 그러나, 절연 트랜스에 의해 시스템의 효율이 저하되고, 절연 트랜스의 분만큼 비용도 높아진다.
한편, 인버터(1)가, 도 3에 도시한 바와 같이, 3레벨 PWM 제어 방식으로 구동되면, PWM 제어의 1주기에 있어서의 주파수는 2레벨 PWM 제어 방식의 경우의 2배가 되고, 전압의 진폭은 절반이 된다. 따라서, 전압의 리플은 4분의 1이 되고, 출력 필터(2)의 제1 리액터(21a) 및 제2 리액터(21b)를 소형화할 수 있다. 그러나, 인버터(1)가 3레벨 PWM 제어 방식으로 구동되면, 인버터(1)의 출력 전압이 제로일 때에 공통 모드 전압이 발생하므로, 누설 전류의 원인이 되는 문제가 있다.
본 발명은, 누설 전류의 유출을 억제할 수 있는 계통 연계 인버터를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 제1 발명은, 계통 연계 인버터로서, 직류 전원의 출력을 펄스폭 변조하는 인버터와, 상기 인버터의 입력측에 배치되고, 중성점을 형성하도록 직렬로 접속된 2개의 콘덴서로 이루어지는 제1 콘덴서쌍과, 상기 인버터의 출력측에 배치되고, 중성점을 형성하도록 직렬로 접속된 2개의 콘덴서로 이루어지는 제2 콘덴서쌍과, 상기 제1 콘덴서쌍의 중성점과 상기 제2 콘덴서쌍의 중성점을 접속함으로써 형성된 누설 전류의 바이패스로와, 상기 제1 콘덴서쌍과 상기 제2 콘덴서쌍 사이에 설치되어 상기 인버터에서 발생된 공통 모드 전류를 억제하는 적어도 1개의 공통 모드 초크 코일과, 상기 인버터로부터 출력되는 펄스폭 변조된 전압을 정현파 형상으로 변환하는 출력 필터를 구비하고, 상기 바이패스로는, 상기 인버터의 스위칭 주파수에 있어, 상기 제2 콘덴서쌍을 개재하여 접속된 계통 트랜스로부터 대지를 통하여 상기 직류 전원의 부유 용량에 누설 전류가 흐르는 누설 전류로보다 작은 임피던스를 갖고, 상기 공통 모드 초크 코일은, 상기 누설 전류로 및 상기 바이패스로보다 큰 임피던스를 갖는다.
제2 발명은, 계통 연계 인버터로서, 직류 전원의 출력을 펄스폭 변조하는 인버터와, 상기 직류 전원의 양단부에 접속되는 제1 콘덴서와, 일단부가 상기 인버터의 출력측에 접속되고, 타단부가 상기 인버터의 입력측 및 상기 제1 콘덴서의 일단부에 접속되어 누설 전류의 바이패스로를 형성하는 제2 콘덴서와, 상기 제2 콘덴서의 일단부가 접속되는 점과 타단부가 접속되는 점 사이에 설치되어 상기 인버터에서 발생된 공통 모드 전류를 억제하는 적어도 1개의 공통 모드 초크 코일과, 상기 인버터로부터 출력되는 펄스폭 변조된 전압을 정현파 형상으로 변환하는 출력 필터를 구비하고, 상기 바이패스로는, 상기 인버터의 스위칭 주파수에 있어, 상기 제2 콘덴서를 개재하여 접속된 계통 트랜스로부터 대지를 통하여 상기 직류 전원의 부유 용량에 누설 전류가 흐르는 누설 전류로보다 작은 임피던스를 갖고, 상기 공통 모드 초크 코일은, 상기 누설 전류로 및 상기 바이패스로보다 큰 임피던스를 갖는다.
본 발명에 따르면, 종래의 누설 전류의 경로 외에, 인버터의 출력측으로부터 입력측에 이르는 경로에 임피던스가 작은 누설 전류의 바이패스로가 설치되므로, 인버터가 3레벨 PWM 제어 방식으로 구동되는 경우라도 누설 전류가 외부로 유출되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 종래의 누설 전류 대책이 실시된 계통 연계 인버터의 하나로서의 태양광 발전 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 종래의 인버터가 2레벨 PWM 제어 방식으로 구동된 경우에 출력되는 PWM 신호를 도시하는 도면이다.
도 3은 종래의 인버터가 3레벨 PWM 제어 방식으로 구동된 경우에 출력되는 PWM 신호를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 관한 계통 연계 인버터의 변형예의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 5에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 6에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 7에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 7에 관한 계통 연계 인버터의 변형예의 구성을 도시하는 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태가, 도면을 참조하면서 상세하게 설명된다.
실시예 1
도 4는, 본 발명의 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다. 또한, 이하에 있어서는, 배경 기술의 란에서 설명한 도 1에 나타내는 계통 연계 인버터의 구성 요소와 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 도 1에서 사용한 부호와 동일한 부호가 부여된다.
계통 연계 인버터는, 인버터(1), 출력 필터(2), 공통 모드 초크 코일(3), 콘덴서(41a)와 콘덴서(41b)로 이루어지는 제1 콘덴서쌍(41), 콘덴서(42a)와 콘덴서(42b)로 이루어지는 제2 콘덴서쌍(42), 태양 전지(5) 및 계통 트랜스(7)를 구비하고 있다. 또한, 도 4에 있어서는, 태양 전지(5)와 대지 사이에 존재하는 부유 용량이 콘덴서(6a) 및 콘덴서(6b)로서 나타내어지고 있다.
태양 전지(5)는, 본 발명의 직류 전원에 대응하고, 직류 전력을 발생한다. 태양 전지(5)에서 발생된 직류 전력은 인버터(1)에 공급된다. 또한, 본 발명의 직류 전원으로서는, 태양 전지에 한하지 않고, 연료 전지, 그 밖의 직류 전력을 발생하는 전지를 사용할 수 있다.
인버터(1)는, 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 반도체 소자에 의한 브리지 회로로 구성되어 있다. 인버터(1)는, 3레벨 PWM 제어 방식으로 구동되고, 태양 전지(5)로부터 공급되는 직류 전력을, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같은, +1부터 0까지, 또는 0부터 -1까지 변화하는 진폭을 갖고, 펄스폭이 순차적으로 변화하는 펄스파형을 갖는 PWM 신호로 변환하여, 공통 모드 초크 코일(3)을 경유하여 출력 필터(2)에 보낸다.
공통 모드 초크 코일(3)은, 인버터(1)의 출력측에 설치되고, 인버터(1)로부터 출력 필터(2)에 흐르는 공통 모드 전류를 억제한다.
출력 필터(2)는, 입력 단부가 공통 모드 초크 코일(3)의 한쪽의 출력 단자에 접속된 리액터(21a), 입력 단부가 공통 모드 초크 코일(3)의 다른 쪽의 출력 단자에 접속된 리액터(21b) 및 리액터(21a)의 출력 단부와 리액터(21b)의 출력 단부 사이에 접속된 콘덴서(22)로 구성되어 있다. 출력 필터(2)는, 인버터(1)로부터 공통 모드 초크 코일(3)을 통하여 보내져 오는 PWM 신호를, 도 3이 파선으로 나타내는 정현파 교류로 변환하여 계통 트랜스(7)에 보낸다.
제1 콘덴서쌍(41)은, 콘덴서(41a)와 콘덴서(41b)가 직렬로 접속되고, 인버터(1)의 입력 단자간(태양 전지(5)의 출력 단자간)(ab)에 배치되어 있다. a점에는 직류 라인 플러스 전압이, b점에는 직류 라인 마이너스 전압이 각각 나타난다. 이들 콘덴서(41a)와 콘덴서(41b)의 접속점에 직류 라인 중성점 c가 형성되고, 직류 라인 중성점 c은, 중성점 접속선 g에 의해, 후술하는 제2 콘덴서쌍(42)의 교류 출력 중성점 f에 접속되어 있다.
제2 콘덴서쌍(42)은, 콘덴서(42a)와 콘덴서(42b)가 직렬로 접속되고, 계통 트랜스(7)의 입력 단자간(출력 필터(2)의 출력 단자간)(de)에 배치되어 있다. d점과 e점 사이에는 정현파 교류(교류 출력 신호)가 나타난다. 이들 콘덴서(42a)와 콘덴서(42b)의 접속점에 교류 출력 중성점 f가 형성되고, 교류 출력 중성점 f는, 상술한 바와 같이, 중성점 접속선 g에 의해, 제1 콘덴서쌍(41)의 직류 라인 중성점 c에 접속되어 있다.
계통 트랜스(7)는, 출력 필터(2)로부터 공급되는 정현파 교류를 변압하고, 전력 계통에 접속하기 위한 전력 계통 단부 h로부터 출력한다. 계통 트랜스(7)의 중성점은, 중성점 접지선 i에 의해 대지에 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 계통 연계 인버터에 있어서는, 계통 트랜스(7)의 중성점 접지선 i→대지→태양 전지(5)의 부유 용량(6)의 경로에서 누설 전류가 흐르는 「누설 전류로」가 형성된다. 또한, 인버터(1)의 출력→제2 콘덴서쌍(42)→중성점 접속선 g→제1 콘덴서쌍(41)→인버터(1)의 입력의 선로에서 누설 전류가 흐르는 「바이패스로 g」가 형성된다. 누설 전류의 바이패스로 g는, 누설 전류의 주파수(인버터(1)의 스위칭 주파수와 같음)에 있어서, 누설 전류로보다도 충분히 작은 임피던스를 갖고, 공통 모드 초크 코일(3)은, 누설 전류로 및 바이패스로 g보다도 큰 임피던스를 갖는다.
따라서, 공통 모드 노이즈에 의한 누설 전류의 대부분은 바이패스로 g를 흐르게 되고, 그 크기는 공통 모드 초크 코일(3)에 의해 억제된다. 그 결과, 계통 연계 인버터의 밖으로 흘러나오는 누설 전류는 억제된다.
본 발명의 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터에 따르면, 인버터(1)의 출력에 공통 모드 초크 코일(3)과 출력 필터(2)를 접속하고, 인버터(1)의 출력측의 교류 출력 중성점 f와 입력측의 직류 라인 중성점 c를 접속하였으므로, 누설 전류의 계통 연계 인버터의 밖으로의 유출을 억제할 수 있다.
실시예 2
도 5는, 본 발명의 실시예 2에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 계통 연계 인버터는, 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터에 대하여, 인버터(1)의 입력측에 공통 모드 초크 코일(3)을 설치한 점이 상이하다.
계통 연계 인버터에 있어서, 태양 전지(5)에서 발생된 직류 전력은, 공통 모드 초크 코일(3)을 경유하여 인버터(1)에 공급된다. 인버터(1)는, 태양 전지(5)로부터 공급되는 직류 전력을 PWM 신호로 변환하여, 출력 필터(2)에 보낸다. 그 밖의 구성 및 동작은, 상술한 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터의 구성 및 동작과 동일하다.
실시예 2에 관한 계통 연계 인버터와 같이, 공통 모드 초크 코일(3)이 인버터(1)의 입력측에 배치된 경우에도, 상술한 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터와 마찬가지로, 공통 모드 노이즈에 의한 누설 전류의 대부분은 바이패스로 g를 흐르게 되고, 그 크기는 공통 모드 초크 코일(3)에 의해 억제된다. 그 결과, 계통 연계 인버터의 밖으로 흘러나오는 누설 전류는 억제된다.
또한, 실시예 2에 관한 계통 연계 인버터는, 도 6에 도시한 바와 같이, 인버터(1)의 출력측의 공통 모드 초크 코일(3)을 제거하지 않고, 인버터(1)의 입력측에 공통 모드 초크 코일(3a)을 추가하여 구성할 수도 있다. 이 구성의 경우도, 상술한 실시예 2와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
실시예 3
도 7은, 본 발명의 실시예 3에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 계통 연계 인버터에 있어서는, 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터의 제1 콘덴서쌍(41)이 1개의 콘덴서(41)로 치환되고, 제2 콘덴서쌍(42)이 제거되어 있다. 또한, 출력 필터(2)의 부극측의 출력 단자(e점)와 인버터(1)의 부극측의 입력 단자(b점) 사이에 콘덴서(43)가 추가되어 있다.
실시예 1에 관한 계통 연계 인버터에서는, 인버터(1)의 입력측에 형성된 직류 라인 중성점 c와 출력측에 형성된 교류 출력 중성점 f가 접속되어 누설 전류의 바이패스로 g가 형성되어 있었다. 이에 대하여, 실시예 3에 관한 계통 연계 인버터에서는, 출력 필터(2)의 부극측의 출력 단자(e점)와 인버터(1)의 부극측의 입력 단자(b점) 사이에 콘덴서(43)를 개재시켜 바이패스로 g가 형성되어 있다.
실시예 3에 관한 계통 연계 인버터와 같이, 출력 필터(2)의 부극측의 출력 단자(e점)와 인버터(1)의 부극측의 입력 단자(b점) 사이에 콘덴서(43)를 개재시켜 바이패스로 g를 형성한 경우라도, 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터와 마찬가지로, 공통 모드 노이즈에 의한 누설 전류의 대부분은 바이패스로 g를 흐르게 되고, 그 크기는 공통 모드 초크 코일(3)에 의해 억제된다. 그 결과, 계통 연계 인버터의 밖으로 흘러나오는 누설 전류는 억제된다.
또한, 상술한 실시예 3에 관한 계통 연계 인버터에서는, 출력 필터(2)의 부극측의 출력 단자(e점)와 인버터(1)의 부극측의 입력 단자(b점) 사이에 콘덴서(43)를 개재시켜 바이패스로 g가 형성되었지만, 출력 필터(2)의 출력 단자(d점 또는 e점)와 인버터(1)의 정극측의 입력 단자(a점) 사이에 콘덴서(43)를 개재시켜 바이패스로 g가 형성되어도 된다.
또한, 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터와 마찬가지로, 인버터(1)의 입력측에 직류 라인 중성점 c를 형성하고, 직류 라인 중성점 c와 출력 필터(2)의 출력 단자(d점 또는 e점)를, 콘덴서(43)를 개재시켜 접속함으로써 바이패스로 g가 형성되어도 된다. 마찬가지로, 인버터(1)의 출력측에 교류 출력 중성점 f를 형성하고, 교류 출력 중성점 f와 인버터(1)의 입력 단자(a점 또는 b점)를, 콘덴서(43)를 개재시켜 접속함으로써 바이패스로 g가 형성되어도 된다.
실시예 4
도 8은, 본 발명의 실시예 4에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 계통 연계 인버터에 있어서는, 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터의 출력 필터(2)로부터 리액터(21a) 및 리액터(21b)가 제거되고, 콘덴서(22)만이 남겨져 구성되어 있다.
실시예 1에 관한 계통 연계 인버터에서는, 출력 필터(2)는, 리액터(21a), 리액터(21b) 및 콘덴서(22)로 구성되어 있지만, 공통 모드 초크 코일(3)에 포함되는 노멀 모드 인덕턴스 성분은, 출력 필터(2)의 리액터(21a) 및 리액터(21b)와 마찬가지로 작용한다. 이로 인해, 실시예 4에 관한 계통 연계 인버터에서는, 출력 필터(2)의 리액터(21a) 및 리액터(21b)가, 공통 모드 초크 코일(3)의 노멀 모드 인덕턴스 성분으로 대용되어 있다. 또한, 노멀 모드 인덕턴스 성분은, 철심의 형상 설계 등에 의해 조정할 수 있다.
실시예 4에 관한 계통 연계 인버터에 따르면, 상술한 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터와 마찬가지로, 계통 연계 인버터의 밖으로 흘러나오는 누설 전류는 억제된다. 또한, 출력 필터(2)를 구성하기 위한 리액터(21a) 및 리액터(21b)가 불필요해지므로, 저렴하면서 또한 콤팩트한 계통 연계 인버터를 제공할 수 있다.
실시예 5
도 9는, 본 발명의 실시예 5에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 계통 연계 인버터에 있어서는, 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터의 출력 필터(2)가 제거되어 구성되어 있다.
실시예 1에 관한 계통 연계 인버터에서는, 출력 필터(2)는, 리액터(21a), 리액터(21b) 및 콘덴서(22)로 구성되어 있지만, 공통 모드 초크 코일(3)에 포함되는 노멀 모드 인덕턴스 성분은, 출력 필터(2)의 리액터(21a) 및 리액터(21b)의 역할을 할 수 있다. 또한, 중성점을 형성하는 제2 콘덴서쌍(42)의 용량은, 출력 필터(2)의 콘덴서(22)의 역할을 할 수 있다.
따라서, 공통 모드 초크 코일(3)의 노멀 모드 인덕턴스 성분 및 제2 콘덴서쌍(42)을 구성하는 콘덴서(42a) 및 콘덴서(42b)의 용량을 적절히 조정함으로써, 출력 필터(2)의 기능을 실현할 수 있으므로, 제2 콘덴서쌍(42) 자체를 제거할 수 있다.
실시예 5에 관한 계통 연계 인버터에 따르면, 상술한 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터와 마찬가지로, 계통 연계 인버터의 밖으로 흘러나오는 누설 전류는 억제된다. 또한, 출력 필터(2)를 구성하기 위한 리액터(21a), 리액터(21b) 및 콘덴서(22)가 불필요해지므로, 실시예 4에 관한 계통 연계 인버터보다도 저렴하면서 또한 콤팩트한 계통 연계 인버터를 제공할 수 있다.
또한, 상술한 실시예 5에 관한 계통 연계 인버터에 있어서, 출력 필터(2)의 리액터(21a) 및 리액터(21b)를 남겨 두고, 콘덴서(22)만이 제2 콘덴서쌍(42)으로 대용되어도 된다.
실시예 6
도 10은, 본 발명의 실시예 6에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 계통 연계 인버터에 있어서는, 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터의 인버터(1)의 입력측에 승압 회로(8)가 추가되어 구성되어 있다.
승압 회로(8)는, 리액터(81), 스위칭 소자(82) 및 다이오드(83)로 구성되어 있다. 리액터(81)의 일단부는 태양 전지(5)의 정극 단자에 접속되고, 타단부는 다이오드(83)의 애노드에 접속되어 있다. 다이오드(83)의 캐소드는, 인버터(1)의 정극측의 입력 단자에 접속되어 있다. 또한, 스위칭 소자(82)는, 예를 들어 FET로 구성되고, 그 드레인이 리액터(81)와 다이오드(83)의 접속점에 접속되고, 소스는, 태양 전지(5)의 부극 단자에 접속되어 있다. 이 승압 회로(8)는, 태양 전지(5)의 출력 전력을 승압하고, 인버터(1)에 보낸다.
실시예 6에 관한 계통 연계 인버터에 따르면, 상술한 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터와 마찬가지로, 계통 연계 인버터의 밖으로 흘러나오는 누설 전류는 억제된다.
실시예 7
도 11은, 본 발명의 실시예 7에 관한 계통 연계 인버터의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 계통 연계 인버터에 있어서는, 실시예 6에 관한 계통 연계 인버터에 대하여, 공통 모드 초크 코일(3)이 승압 회로(8)의 입력측에서 제1 콘덴서쌍(41)의 후단에 설치되어 있는 점이 상이하다.
이 계통 연계 인버터에 있어서, 태양 전지(5)에서 발생된 직류 전력은, 공통 모드 초크 코일(3)을 경유하여 승압 회로(8)에 공급되고, 승압 회로(8)에서 승압되어 인버터(1)에 공급된다. 인버터(1)는, 승압 회로(8)로부터 공급되는 승압된 직류 전력을 PWM 신호로 변환하여, 출력 필터(2)에 보낸다. 그 밖의 구성 및 동작은, 상술한 실시예 6에 관한 계통 연계 인버터의 구성 및 동작과 동일하다.
실시예 7에 관한 계통 연계 인버터에 따르면, 상술한 실시예 1에 관한 계통 연계 인버터와 마찬가지로, 계통 연계 인버터의 밖으로 흘러나오는 누설 전류는 억제된다.
또한, 공통 모드 초크 코일(3)의 노멀 인덕턴스 성분은 승압 회로(8)의 리액터(81)의 역할을 할 수 있으므로, 실시예 7에 관한 계통 연계 인버터는, 도 12에 도시한 바와 같이, 승압 회로(8)의 리액터(81)를, 공통 모드 초크 코일(3)의 노멀 모드 인덕턴스 성분으로 대용시키도록 변형할 수 있다. 노멀 모드 인덕턴스 성분으로서는, 누설 인덕턴스 성분을 이용할 수 있다. 또한, 노멀 모드 인덕턴스 성분은, 철심의 형상 설계 등에 의해 생성할 수도 있다. 이 변형예에 관한 계통 연계 인버터에 따르면, 승압 회로(8)를 구성하기 위한 리액터(81)가 불필요해지므로, 실시예 7에 관한 계통 연계 인버터보다도 저렴하면서 또한 콤팩트한 계통 연계 인버터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 전술한 실시예 1 내지 7에 관한 계통 연계 인버터에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 7에 나타내는 콘덴서(41, 43)를 도 5, 도 6, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12에 나타내는 계통 연계 인버터에 적용해도 된다. 즉, 도 5, 도 6, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12에 있어서, 콘덴서(41a, 41b)가 도 7에 나타내는 콘덴서(41)로 치환되고, 콘덴서(42a, 42b)가 삭제되고, 출력 필터(2)의 부극측의 출력 단자(e점)와 입력 단자(b점) 사이에 콘덴서(43)가 추가되어도 된다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은, 태양 전지 시스템이나 연료 전지 시스템을 전력 계통에 접속하는 계통 연계 인버터로서 이용 가능하다.
1: 인버터
2: 출력 필터
3, 3a: 공통 모드 초크 코일
5: 태양 전지
6a, 6b: 부유 용량
7: 계통 트랜스
8: 승압 회로
21a, 21b: 리액터
22: 콘덴서
41: 제1 콘덴서쌍
41a, 41b: 콘덴서
42: 제2 콘덴서쌍
42a, 42b: 콘덴서
43: 콘덴서

Claims (10)

  1. 계통 연계 인버터로서,
    직류 전원의 출력을 펄스폭 변조하는 인버터와,
    상기 인버터의 입력측에 배치되고, 중성점을 형성하도록 직렬로 접속된 2개의 콘덴서로 이루어지는 제1 콘덴서쌍과,
    상기 인버터의 출력측에 배치되고, 중성점을 형성하도록 직렬로 접속된 2개의 콘덴서로 이루어지는 제2 콘덴서쌍과,
    상기 제1 콘덴서쌍의 중성점과 상기 제2 콘덴서쌍의 중성점을 접속함으로써 형성된 누설 전류의 바이패스로와,
    상기 제1 콘덴서쌍과 상기 제2 콘덴서쌍 사이에 설치되어 상기 인버터에서 발생된 공통 모드 전류를 억제하는 적어도 1개의 공통 모드 초크 코일과,
    상기 인버터로부터 출력되는 펄스폭 변조된 전압을 정현파 형상으로 변환하는 출력 필터를 구비하고,
    상기 바이패스로는, 상기 인버터의 스위칭 주파수에 있어, 상기 제2 콘덴서쌍을 개재하여 접속된 계통 트랜스로부터 대지를 통하여 상기 직류 전원의 부유 용량에 누설 전류가 흐르는 누설 전류로보다 작은 임피던스를 갖고, 상기 공통 모드 초크 코일은, 상기 누설 전류로 및 상기 바이패스로보다 큰 임피던스를 갖는, 계통 연계 인버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출력 필터는,
    상기 공통 모드 초크 코일의 노멀 모드 인덕턴스 성분과,
    상기 공통 모드 초크 코일의 출력 단부 사이에 접속된 콘덴서를 갖는, 계통 연계 인버터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출력 필터는,
    상기 공통 모드 초크 코일의 출력 단부 사이에 접속된 상기 제2 콘덴서쌍의 용량을 갖는, 계통 연계 인버터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 직류 전원의 출력 전압을 승압하는 승압 회로를 구비하고,
    상기 인버터는, 상기 승압 회로의 출력을 펄스폭 변조하는, 계통 연계 인버터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공통 모드 초크 코일 중 적어도 하나는, 상기 승압 회로의 입력측에 배치되고,
    상기 승압 회로는,
    상기 공통 모드 초크 코일의 노멀 모드 인덕턴스 성분과,
    상기 공통 모드 초크 코일의 한쪽의 출력 단부에 접속된 다이오드와,
    상기 공통 모드 초크 코일의 양쪽의 출력 단부의 사이에 설치된 스위칭 소자를 갖는, 계통 연계 인버터.
  6. 계통 연계 인버터로서,
    직류 전원의 출력을 펄스폭 변조하는 인버터와,
    상기 직류 전원의 양단부에 접속되는 제1 콘덴서와,
    일단부가 상기 인버터의 출력측에 접속되고, 타단부가 상기 인버터의 입력측 및 상기 제1 콘덴서의 일단부에 접속되어 누설 전류의 바이패스로를 형성하는 제2 콘덴서와,
    상기 제2 콘덴서의 일단부가 접속되는 점과 타단부가 접속되는 점 사이에 설치되어 상기 인버터에서 발생된 공통 모드 전류를 억제하는 적어도 1개의 공통 모드 초크 코일과,
    상기 인버터로부터 출력되는 펄스폭 변조된 전압을 정현파 형상으로 변환하는 출력 필터를 구비하고,
    상기 바이패스로는, 상기 인버터의 스위칭 주파수에 있어, 상기 제2 콘덴서를 개재하여 접속된 계통 트랜스로부터 대지를 통하여 상기 직류 전원의 부유 용량에 누설 전류가 흐르는 누설 전류로보다 작은 임피던스를 갖고, 상기 공통 모드 초크 코일은, 상기 누설 전류로 및 상기 바이패스로보다 큰 임피던스를 갖는, 계통 연계 인버터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 출력 필터는,
    상기 공통 모드 초크 코일의 노멀 모드 인덕턴스 성분과,
    상기 공통 모드 초크 코일의 출력 단부 사이에 접속된 콘덴서를 갖는, 계통 연계 인버터.
  8. 제6항에 있어서, 상기 출력 필터는,
    상기 공통 모드 초크 코일의 출력 단부 사이에 접속된 상기 제2 콘덴서의 용량을 갖는, 계통 연계 인버터.
  9. 제6항에 있어서, 상기 직류 전원의 출력 전압을 승압하는 승압 회로를 구비하고,
    상기 인버터는, 상기 승압 회로의 출력을 펄스폭 변조하는, 계통 연계 인버터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 공통 모드 초크 코일의 적어도 하나는, 상기 승압 회로의 입력측에 배치되고,
    상기 승압 회로는,
    상기 공통 모드 초크 코일의 노멀 모드 인덕턴스 성분과,
    상기 공통 모드 초크 코일의 한쪽의 출력 단부에 접속된 다이오드와,
    상기 공통 모드 초크 코일의 양쪽의 출력 단부의 사이에 설치된 스위칭 소자를 갖는, 계통 연계 인버터.
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