WO2013080877A1 - 系統連系装置 - Google Patents

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WO2013080877A1
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circuit
power
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arm circuit
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良典 則竹
剛 神村
清磨 山岸
小川　智広
隆史 白川
健雄 石田
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三洋電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a grid interconnection device that converts DC power output from a DC power source such as a solar cell, a fuel cell, or a storage battery into AC power and superimposes the AC power on a commercial system.
  • a DC power source such as a solar cell, a fuel cell, or a storage battery
  • a grid interconnection device that converts DC power output from a DC power source such as a solar cell, a fuel cell, or a storage battery into AC power and links to a three-phase commercial power system via a grid interconnection relay. Is provided.
  • the grid interconnection device includes an inverter circuit, a filter circuit, a grid interconnection relay, a control circuit control circuit, and the like.
  • the inverter circuit converts the DC power output from the DC power source into three-phase AC power having U phase, V phase, and W phase, and this AC power is converted into three lines of U phase line, V phase line, and W phase line. Output to the output line.
  • the filter circuit has a plurality of filter capacitors, and a part of the output current of the inverter circuit is allowed to flow from the output line to the filter capacitor, and the current from which the harmonic component of the output current has been removed is allowed to flow to the output line.
  • the grid interconnection relay is connected between the filter circuit and the commercial power system, and disconnects / connects the DC power source and the commercial power system by opening and closing the relay.
  • the control circuit is composed of a microcomputer, gives a signal to the inverter circuit and the grid connection relay, and controls the operation of the inverter circuit and the grid connection relay.
  • some three-phase grid interconnection devices perform a self-sustained operation in which a commercial power system is disconnected from the commercial power system and supplied to a load when the power is interrupted (Patent Document 1).
  • a load is connected to three wirings branched from three output lines via a relay for independent operation.
  • the grid interconnection relay is opened to disconnect the commercial power system and the grid interconnection device, the autonomous operation relay is closed, and three-phase AC power is supplied to the three wires.
  • This invention is an invention made in view of the above-mentioned problem, and it aims at providing the grid connection apparatus which can utilize easily the load which operate
  • the DC power is converted into a three-phase AC power having a U phase, a V phase, and a W phase, and the AC power is output to three outputs of the U phase line, the V phase line, and the W phase line.
  • An inverter circuit that outputs to a line, a grid interconnection relay that intervenes between the three output lines and connects / disconnects a commercial power system and the inverter circuit, and two of the three output lines Each of which is branched from the output line and connected to a load via a relay for independent operation, and when the commercial power system and the inverter circuit perform a linked operation, the grid interconnection relay And disconnecting the self-sustained operation relay, the inverter circuit superimposes the three-phase AC power on the commercial power system, disconnects the inverter circuit from the commercial power system, and supplies power to the load.
  • Resshi solution to chromatography connecting the autonomous operation relay, said inverter circuit, and outputs the DC power to the wiring is converted into AC power of single-phase.
  • the single-phase AC power is supplied to the wiring for the independent operation instead of the three-phase AC power during the independent operation, it is possible to easily use the load that operates with the single-phase AC power. it can.
  • the commercial power system is a V-connected power supply system in which a V-phase is grounded
  • the inverter circuit includes a first arm circuit in which two switch elements are connected in series and two switch elements.
  • the second arm circuit connected in series with each other and the series circuit connected in series with two capacitors are connected in parallel, and the connection point between the two switch elements of the first arm circuit and the U-phase line are connected.
  • the connection point of the two switch elements of the second arm circuit and the W-phase line are connected, the connection point of the two capacitors of the series circuit and the V-phase line are connected, and the U-phase line and the The wiring is branched from the W-phase line.
  • the switching timing of the switch element of the first arm circuit is determined based on the line current flowing through the U-phase line
  • the second arm circuit When switching timing of the switch element is determined based on a line current flowing through the W-phase line, and when performing the independent operation, the switching timing of the switch element of the first arm circuit and the switch element of the second arm circuit is determined. , And determining based on a voltage applied to the U-phase line and the W-phase line.
  • the inverter circuit includes a first arm circuit in which two switch elements are connected in series, a second arm circuit in which two switch elements are connected in series, and a third arm circuit in which two switch elements are connected in series.
  • the arm circuit is connected in parallel, the connection point of the two switch elements of the first arm circuit and the U-phase line are connected, the connection point of the two switch elements of the second arm circuit and the W A phase line is connected, a connection point of two switch elements of the third arm circuit is connected to the W phase line, and when performing the self-sustained operation, it is connected to an output line without branching of the wiring Cutting off the switch element of the arm circuit, and PWM controlling the switching element of the arm circuit connected to the output line where the wiring branches, and supplying the single-phase AC power to the wiring And butterflies.
  • a selection circuit for branching a wiring from each of the three output lines and selecting the two from the three wirings and connecting to the load.
  • the wiring selected by the selection circuit is changed for each of the independent operations or for each determined number of independent operations.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a photovoltaic power generation system 100 according to the first embodiment.
  • the photovoltaic power generation system 100 includes a solar cell 1 (DC power supply) and a grid interconnection device 2.
  • the grid interconnection device 2 includes a booster circuit 4, an inverter circuit 5, a filter circuit 6, a grid interconnection relay 7, a stand-alone operation relay 8, and a control circuit 9.
  • the grid interconnection device 2 performs a grid operation in which three-phase AC power output from the inverter circuit 5 is superimposed on the commercial power grid 3 via the grid interconnection relay 7. Further, when the commercial power system 3 has a power failure, the inverter circuit 5 and the commercial power system 3 are disconnected, and a self-sustained operation for supplying single-phase AC power to the load 10 is performed.
  • the commercial power system 3 is a V-connected commercial power system having a U phase, a V phase, and a W phase as shown in the figure, and the V phase is grounded.
  • the U phase has a phase advanced by 120 ° with respect to the V phase
  • the W phase has a phase delayed by 120 ° with respect to the V phase.
  • the booster circuit 4 boosts the DC voltage output from the solar cell 1. Then, the booster circuit 4 outputs the boosted DC voltage to the inverter circuit 5.
  • the booster circuit 4 includes a reactor 41, a switch element 42 such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and a diode 43.
  • a solar cell 1 is connected to the input side of the booster circuit 4, and a reactor 41 and a diode 43 are connected in series with the positive electrode of the solar cell 1.
  • the switch element 42 is connected between the connection point of the reactor 41 and the diode 43 and the negative electrode of the solar cell 1, and opens and closes between them.
  • the operation of the booster circuit 4 is controlled by the control circuit 9. Specifically, the control circuit 9 determines the ON duty ratio and periodically applies a pulse signal having the duty ratio to the gate of the switch element 42. Then, the switch element 42 is periodically opened and closed, and the booster circuit 4 obtains a predetermined boost ratio corresponding to (for example, proportional to) the duty ratio.
  • the inverter circuit 5 includes two capacitors 51 and 52 and a plurality of switch elements 53 to 56, and converts the DC power output from the solar cell 1 through the booster circuit 4 into three-phase AC power.
  • Capacitors 51 and 52 are connected in series to form a series circuit. This series circuit is connected to the diode 43 and the negative electrode of the solar cell 1.
  • the switch element 53 and the switch element 54 are connected in series to form a first arm circuit, and the switch element 55 and the switch element 56 are connected in series to form a second arm circuit.
  • the inverter circuit 5 forms a half-bridge type three-phase inverter circuit by connecting the series circuit, the first arm circuit, and the second arm circuit in parallel.
  • connection point between the two capacitors 51 and 52 in the series circuit is connected to the V-phase line Lv
  • connection point between the two switching elements 53 and 54 in the first arm circuit is connected to the U-phase line Lu
  • a connection point between the two switching elements 55 and 56 of the circuit is connected to the W-phase line Lw.
  • switch elements 53 to 56 of the inverter circuit 5 a switch element such as an IGBT may be used.
  • the operation of the inverter circuit 5 is controlled by the control circuit 9. The operation of the inverter circuit 5 will be described later.
  • the filter circuit 6 includes reactors 61 and 62 and three filter capacitors 63a, 63b, and 63c.
  • the filter circuit 6 is connected to the connection point of the switch element 51 and the switch element 52, the connection point of the switch element 53 and the switch element 54, and the connection point of the capacitor 51 and the capacitor 51 (output of the inverter circuit 5). Provided on the side).
  • reactor 61 is interposed in U-phase line Lu
  • reactor 62 is interposed in W-phase line Lw.
  • Each of the filter capacitors 63a, 63b, 63c is connected between three output lines Lu, Lv, Lw.
  • capacitors having the same capacity are used for the filter capacitors 63a to 63c.
  • the filter circuit 6 divides the output current of the inverter circuit 5 into a capacitor current flowing through the filter capacitors 63a, 63b, and 63c and a filter current flowing through the output lines Lu, Lv, and Lw.
  • the filter current from which the harmonic component of the output current of the inverter circuit 5 is removed flows from the filter circuit 6 to the output lines Lu, Lv, Lw on the commercial power system 3 side and is supplied to the commercial power system 30.
  • the grid connection relay 7 is connected to the output lines Lu, Lv, Lw connected to the commercial power system 3 (intervened between the filter circuit 6 and the commercial power system 3) by the contact pieces. Open and close Lw.
  • the system interconnection relay 7 is controlled to be closed or open by a control signal from the control circuit 9, and connects (links) or disconnects the inverter circuit 5 and the commercial system 30.
  • the self-sustaining operation relay 8 opens and closes the wirings La and Lb with the contact pieces interposed in the wirings La and Lb branched from the U-phase line Lu and the W-phase line Lw, respectively.
  • the self-sustained operation relay 8 is controlled to be closed or open by a control signal from the control circuit 9 and connects or disconnects the inverter circuit 5 and the load 10.
  • the control circuit 9 controls the operations of the booster circuit 4, the inverter circuit 5, the grid interconnection relay 7, and the independent operation relay 8, as described above.
  • the control circuit 9 connects the grid interconnection relay 7 and disconnects the independent operation relay. Further, when performing the autonomous operation, the control circuit 9 disconnects the grid interconnection relay 7 and connects the autonomous operation relay.
  • the control circuit 9 causes the booster circuit 4 to perform an MPPT operation so that the output power of the solar cell is maximized.
  • the MPPT operation is performed by calculating the power Pn from the input current Iin of the booster circuit and the input voltage Vin of the booster circuit, and adjusting the boost ratio of the booster circuit so that the power Pn is maximized.
  • the control circuit 9 changes the operation of the inverter circuit 5 between the case of performing the interconnected operation and the case of performing the independent operation.
  • the control circuit 9 periodically conducts / cuts off the switching elements 53 to 56 according to PWM (Pulse Width Modulation) control and performs DC power output from the solar cell when performing the interconnection operation. Is converted into three-phase AC power. Thereby, the inverter circuit 5 outputs the converted three-phase AC power to the three output lines Lu, Lv, and Lw.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the PWM control in the case of performing the interconnection operation includes a current flowing through the U-phase line Lu downstream of the filter circuit 6 (hereinafter referred to as U-phase line current Iu) and a current flowing through the W-phase line Lu downstream of the filter circuit 6 (hereinafter referred to as W-phase line current Iw) is detected, and current control is performed so that the line currents Iu and Iw become target values Iut and Iwt, respectively.
  • the switching timing of the switch elements 53 and 54 of the first arm circuit is determined based on the line current Iu
  • the switching timing of the switch elements 55 and 56 of the second arm circuit is determined by the line current Iw.
  • the control circuit 9 creates command values Iut and Iwt for each arm circuit, and controls the switch timing of the switch elements of each arm circuit.
  • the inverter circuit 5 When the control circuit 9 performs a self-sustained operation, the inverter circuit 5 periodically turns on / off the switch elements 51 to 54 in accordance with PWM (Pulse Width Modulation) control, and directs the DC power output from the solar cell. Convert to single-phase AC power. Thereby, the inverter circuit 5 outputs the converted single-phase AC power to the U-phase line Lu and the W-phase line Lw.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the PWM control detects the voltage V (or the voltage between the wirings La and Lb) applied to the U-phase line Lu and the W-phase line Lw downstream from the filter circuit 6, and this voltage V Is performed by voltage control so as to be the target value Vt. Specifically, the switching timing of the switch elements 53 and 54 of the first arm circuit and the switch elements 55 and 56 of the second arm circuit is determined based on the voltage V. That is, the control circuit 9 creates a command value Vt common to both the first and second arm circuits, and controls the switch timing of the switch elements of both the first and second arm circuits.
  • a single-phase AC power is supplied instead of a three-phase AC power during a self-sustained operation. Therefore, a load that operates with a single-phase AC power is easily used. be able to.
  • the first embodiment operates as a full-bridge type single-phase inverter circuit when performing a self-sustained operation, it can operate without worrying about the voltage balance of the capacitors 51 and 52. Can be used.
  • FIG. 2 is a diagram showing a connection when a switching relay 70 having a switching contact piece is used.
  • the switchable relay 70 shown in FIG. 2 has three switchable pieces. The switchable relay 70 switches the output path by selecting and connecting the input side contact of each piece and one of the two output side contacts corresponding to each input side contact.
  • Respective output lines Lu, Lw, Lv are connected to the input side contacts of the switchable relay 70, and output lines Lu, Lw, Lv respectively connected to the commercial power system 3 are connected to one of the two output side contacts. Is connected.
  • wiring La, Lb connected to the load 10 is connected to the other of the two output side contacts, and the AC power converted by the inverter circuit 5 is switched by switching the connection destination of the contact piece of the switching relay 70. The supply destination can be switched.
  • the wirings La and Lb are connected to the output side contacts connected to the output lines Lu and Lw, and nothing is connected to the output side contact connected to the output line Lv, and the circuit is open. In the independent operation, AC power is supplied to the wirings La and Lb from the output lines Lu and Lw connected to the first and second arm circuits.
  • the switching relay 70 connects the inverter circuit 5 and the load 10 when not performing the interconnection operation, such as when performing the independent operation, so as to connect the inverter circuit 5 and the commercial power system 3 when performing the interconnection operation. Switch the piece to connect.
  • the switching relay 70 is interposed in the output lines Lu, Lv, Lw and the wirings La, Lb, and also serves as a grid interconnection relay and a self-sustaining operation relay.
  • the relay 71 has three open / close type contact pieces, and these three contact pieces are interposed in the output lines Lu, Lv, and Lw.
  • the relay 71 is for disconnecting the grid interconnection device 2 from the commercial power system 3 and the load 10.
  • the relay 71 connects the output lines Lu, Lv, and Lw when the inverter circuit 5 is operated (including during linked operation and independent operation), and the output lines Lu, Lv when the inverter circuit 5 is stopped. , Lw is opened.
  • FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a photovoltaic power generation system 100b according to the second embodiment.
  • the full-bridge three-phase inverter circuit 5a uses a capacitor 59 and a third arm circuit in which two switch elements 57 and 58 are connected in series instead of the series circuit including the capacitors 51 and 52.
  • the full-bridge type three-phase inverter circuit 5a is configured by connecting the capacitor 59, the third arm circuit, the first arm circuit, and the second arm circuit in parallel. At this time, the V-phase line Lv is connected to a connection point between the two switching elements 57 and 58 of the third arm circuit.
  • the PWM control when performing the interconnection operation detects the U-phase line current Iu, the W-phase line current Iw, and the current flowing through the V-phase line Lv downstream from the filter circuit 6a (hereinafter referred to as V-phase line current Iv).
  • Line currents Iu, Iv, Iw are performed by current control so as to be the target values Iut, Ivt, Iwt, respectively.
  • the switching timing of the switch elements 53 and 54 of the first arm circuit is determined based on the line current Iu
  • the switching timing of the second arm circuit is determined based on the line current Iw
  • the switching timing of the three-arm circuit is determined based on the line current Iv. That is, the control circuit 9 creates command values Iut, Ivt, Iwt for each arm circuit, and controls the switch timing of the switch elements of each arm circuit.
  • the PWM control detects the voltage V (or the voltage between the wirings La and Lb) applied to the U-phase line Lu and the W-phase line Lu downstream from the filter circuit 6, and this voltage V Is performed by voltage control so as to be the target value Vt.
  • the switching timing of the switch elements 53 and 54 of the first arm circuit and the switch elements 55 and 56 of the second arm circuit is determined based on the voltage V, and the switching elements 57 and 58 of the third arm circuit are cut off (OFF). ) Controlled to the state. That is, the control circuit 9 creates a command value Vt common to the two arm circuits (first and second arm circuits) connected to the output lines Lu and Lw lines branched from the lines La and Lb.
  • the switch timing of the switching elements 53 to 56 of the two-arm circuit is controlled (PWM control). Further, the switch elements 57 and 58 of the arm circuit connected to the output line Lv without branching of the wirings La and Lb are cut off.
  • a single-phase AC power is supplied instead of a three-phase AC power during a self-sustained operation, and thus a load that operates with a single-phase AC power is easily used. be able to.
  • the lines Lc, La, and Lb are branched from the three output lines Lu, Lv, and Lw, respectively, and two lines are selected from the three lines and connected to the load. Single-phase AC power may be supplied to the load. Even in this case, two of the three output lines are branched.
  • FIG. 4 is a diagram showing the connection of the selection circuit 80 for selecting two wirings.
  • the selection circuit 80 also serves as a self-sustained interconnection relay and has four pieces 81 to 84.
  • One end of the contact piece 81 is connected to the wiring La, and the other end is connected to one end of the load 10.
  • One end of the contact piece 82 is connected to the wiring Lc, and the other end is connected to the other end of the load 10.
  • One end of the contact piece 83 is connected to the wiring Lc, and the other end is connected to one end of the load 10.
  • One end of the contact piece 84 is connected to the wiring Lb, and the other end is connected to the other end of the load 10.
  • an operating arm circuit can be selected. Therefore, one of the first, second, and third arm circuits can be rested.
  • the switching elements 53 to 58 can be used on average.
  • DC power supply for example, in this embodiment, although the example which uses the solar cell 1 as a DC power supply was given, other DC power supplies, such as a fuel cell and a storage battery, can also be used, for example.

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Abstract

【課題】　単相の交流電力にて動作する負荷を容易に利用することができる系統連系装置を提供することを目的とする。 【解決手段】　交流電力をＵ相線Ｌｕ、Ｖ相線Ｌｖ、Ｗ相線Ｌｗの３本の出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに出力するインバータ回路５と、３本の出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに介在し、商用電力系統３とインバータ回路５との接続／解列を行う系統連系用リレー７と、３本の出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの内２本の出力線から夫々分岐し、自立運転用リレー８を介して負荷と接続される配線Ｌａ、Ｌｂと、を備え、商用電力系統３とインバータ回路５とが連系運転を行う場合に、インバータ回路５は、三相の交流電力を商用電力系統３へ重畳し、商用電力系統３からインバータ回路５を切り離して負荷へ電力を供給する自立運転を行う場合に、インバータ回路５は、直流電力を単相の交流電力に変換して配線Ｌａ、Ｌｂに出力することを特徴とする。　

Description

系統連系装置
　本発明は、太陽電池、燃料電池、或いは蓄電池等の直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を商用系統へ重畳する系統連系装置に関する。
　従来より、太陽電池、燃料電池、或いは蓄電池等の直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換し、系統連系用リレーを介して三相の商用電力系統へ連系する系統連系装置が提供されている。
　系統連系装置は、インバータ回路、フィルタ回路、系統連系用リレー、及び制御回路制御回路等からなる。インバータ回路は、直流電源から出力される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相を有する三相の交流電力へ変換し、この交流電力をＵ相線、Ｖ相線、Ｗ相線の３本の出力線に出力する。フィルタ回路は、複数のフィルタ用コンデンサを有し、インバータ回路の出力電流の一部を出力線からフィルタ用コンデンサに流し、出力電流の高調波成分を除去した電流を出力線に流す。系統連系用リレーは、フィルタ回路と商用電力系統との間に接続され、その開閉により直流電源と商用電力系統との解列／接続を行う。制御回路は、マイコンから成り、インバータ回路及び系統連系用リレーに信号を与え、インバータ回路及び系統連系用リレーの動作の制御を行う。
　また、三相の系統連系装置には、商用電力系統が停電した場合に、商用電力系統と切り離して負荷へ供給する自立運転を行うものがある（特許文献１）。このような三相の系統連系装置は、３本の出力線から夫々分岐する３本の配線に、自立運転用のリレーを介して負荷を接続している。そして、自立運転を行う場合は、系統連系用リレーを開いて商用電力系統と系統連系装置とを切り離し、自立運転用リレーを閉じて３本の配線に三相の交流電力を供給する。
特開平１１－２７９５７号公報
　しかしながら、停電になった場合に用いられる負荷は、非常用のものであるため、消費電力が小さい単相の交流電力を利用するものが多い。このため、自立運転時には単相の交流電力を利用する負荷を容易に利用できることが求められる。
　本発明は上述の問題に鑑みて成された発明であり、単相の交流電力にて動作する負荷を容易に利用することができる系統連系装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相を有する三相の交流電力へ変換し、該交流電力をＵ相線、Ｖ相線、Ｗ相線の３本の出力線に出力するインバータ回路と、前記３本の出力線に介在し、商用電力系統と前記インバータ回路との接続／解列を行う系統連系用リレーと、前記３本の出力線の内２本の出力線から夫々分岐し、自立運転用リレーを介して負荷と接続される配線と、を備え、前記商用電力系統と前記インバータ回路とが連系運転を行う場合に、前記系統連系用リレーを接続し、前記自立運転用リレーを解列し、前記インバータ回路は、前記三相の交流電力を前記商用電力系統へ重畳し、前記商用電力系統から前記インバータ回路を切り離して前記負荷へ電力を供給する自立運転を行う場合に、前記系統連系用リレーを解列し、前記自立運転用リレーを接続し、前記インバータ回路は、前記直流電力を単相の交流電力に変換して前記配線に出力することを特徴とする。
　本発明によれば、自立運転時には三相の交流電力ではなく、単相の交流電力を自立運転用の配線に供給するため、単相の交流電力にて動作する負荷を容易に利用することができる。
　また、上述の発明において、前記商用電力系統は、Ｖ相が接地されるＶ結線の電源系統であり、前記インバータ回路は、２つのスイッチ素子を直列接続した第１アーム回路と、２つのスイッチ素子を直列接続した第２アーム回路と、２つのコンデンサを直列接続した直列回路と、を並列接続してなり、前記第１アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｕ相線とが接続され、前記第２アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｗ相線とが接続され、前記直列回路の２つのコンデンサの接続点と前記Ｖ相線とが接続され、前記Ｕ相線と前記Ｗ相線から前記配線が分岐することを特徴とする。
　また、上述の発明において、前記連系運転を行う場合は、前記第１アーム回路のスイッチ素子のスイッチングのタイミングを、前記Ｕ相線に流れる線電流に基づいて決定し、前記第２アーム回路のスイッチ素子のスイッチングのタイミングを、前記Ｗ相線に流れる線電流に基づいて決定し、前記自立運転を行う場合は、第１アーム回路のスイッチ素子、及び第２アーム回路のスイッチ素子のスイッチングタイミングを、前記Ｕ相線とＷ相線とに印加される電圧に基づいて決定することを特徴とする。
　また、上述の発明において、前記インバータ回路は、２つのスイッチ素子を直列接続した第１アーム回路と、２つのスイッチ素子を直列接続した第２アーム回路と、２つのスイッチ素子を直列接続した第３アーム回路と、を並列接続してなり、前記第１アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｕ相線とが接続され、前記第２アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｗ相線とが接続され、前記第３アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｗ相線とが接続され、前記自立運転を行う場合に、前記配線の分岐のない出力線に接続される前記アーム回路のスイッチ素子を遮断し、前記配線の分岐する出力線に接続される前記アーム回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御して前記単相の交流電力を前記配線に供給することを特徴とする。
　また、上述の発明において、前記３本の出力線の中から夫々配線を分岐し、３本の前記配線から前記２本を選択して負荷へ接続する選択回路を備えることを特徴とする。
　また、上述の発明において、前記自立運転毎、或いは決められた前記自立運転の運転回数毎に、前記選択回路により選択される配線を変えることを特徴とする。
　本発明によれば、単相の交流電力にて動作する負荷を容易に利用することができる系統連系装置を提供することができる。
第１の実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。 切替式の接片を有するリレーを用いた場合の接続を示す図である。 第２の実施形態に係る太陽光発電システム１００ａを示す構成図である。 ２本の配線を選択する選択回路８０の接続を示す図である。
（第１の実施形態）
　以下、図面に基づき本発明の第１の実施形態を詳述する。図１は第１の実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。この図に示すように太陽光発電システム１００は、太陽電池１（直流電源）、系統連系装置２を備える。
　系統連系装置２は、昇圧回路４、インバータ回路５、フィルタ回路６、系統連系用リレー７、自立運転用リレー８、制御回路９を備える。系統連系装置２は、系統連系用リレー７を介してインバータ回路５の出力する三相の交流電力を商用電力系統３へ重畳する連系運転を行う。また、商用電力系統３が停電している場合は、インバータ回路５と商用電力系統３とを切り離して負荷１０へ単相の交流電力を供給する自立運転を行う。
　商用電力系統３は、図に示すようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相を有するＶ結線の商用電力系統であり、Ｖ相が接地されている。Ｕ相は、Ｖ相よりも１２０°進んだ位相を有し、Ｗ相はＶ相よりも１２０°遅れた位相を有する。
　昇圧回路４は、太陽電池１から出力された直流電圧を昇圧する。そして、昇圧回路４は、この昇圧した直流電圧をインバータ回路５へ出力する。昇圧回路４は、図１に示すように、リアクトル４１、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のようなスイッチ素子４２、及びダイオード４３を有して構成される。昇圧回路４の入力側には、太陽電池１が接続され、太陽電池１の正極と直列にリアクトル４１とダイオード４３とが接続される。スイッチ素子４２は、リアクトル４１及びダイオード４３の接続点と太陽電池１の負極との間に接続され、その間を開閉する。
　昇圧回路４は、制御回路９によって動作が制御される。具体的には、制御回路９がＯＮデューティ比を決定し、そのデューティ比を有するパルス信号をスイッチ素子４２のゲートに周期的に与える。すると、スイッチ素子４２は、周期的に開閉し、昇圧回路４は、デューティ比に応じた（例えば、比例した）所定の昇圧比を得る。
　インバータ回路５は、２つのコンデンサ５１、５２、及び複数のスイッチ素子５３～５６を有し、昇圧回路４を介して太陽電池１から出力される直流電力を三相の交流電力へ変換する。コンデンサ５１と５２は、直列に接続されて直列回路を成している。この直列回路は、ダイオード４３と太陽電池１の負極とに接続される。また、スイッチ素子５３とスイッチ素子５４は直列接続され第１アーム回路を成しており、スイッチ素子５５とスイッチ素子５６は直列接続され第２アーム回路を成している。インバータ回路５は、これらの直列回路、第１アーム回路、及び第２アーム回路を夫々並列に接続して、ハーフブリッジ型の三相インバータ回路を構成している。また、直列回路の２つのコンデンサ５１、５２の接続点はＶ相線Ｌｖに接続され、第１アーム回路の２つのスイッチング素子５３、５４の接続点はＵ相線Ｌｕに接続され、第２アーム回路の２つのスイッチング素子５５、５６の接続点は、Ｗ相線Ｌｗに接続される。
　インバータ回路５のスイッチ素子５３～５６には、ＩＧＢＴのようなスイッチ素子を用いると良い。インバータ回路５は、制御回路９によってその動作が制御される。インバータ回路５の動作については後述する。
　フィルタ回路６は、リアクトル６１、６２、及び３つのフィルタ用コンデンサ６３ａ、６３ｂ、６３ｃを有する。また、フィルタ回路６は、スイッチ素子５１及びスイッチ素子５２の接続点と、スイッチ素子５３及びスイッチ素子５４の接続点と、コンデンサ５１及びコンデンサ５１の接続点とに接続される（インバータ回路５の出力側に設けられる）。具体的には、Ｕ相線Ｌｕにリアクトル６１が介在し、Ｗ相線Ｌｗにリアクトル６２が介在している。各フィルタ用コンデンサ６３ａ、６３ｂ、６３ｃは３本の出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの夫々の間に結線される。また、各フィルタ用コンデンサ６３ａ～６３ｃは等しい容量のコンデンサが用いられる。フィルタ回路６は、インバータ回路５の出力電流をフィルタ用コンデンサ６３ａ、６３ｂ、６３ｃに流れるコンデンサ電流と、出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに流れるフィルタ電流とに分ける。これにより、インバータ回路５の出力電流の高調波成分が除去されたフィルタ電流が、フィルタ回路６より商用電力系統３側の出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに流れ、商用電力系統３０に供給される。
　系統連系用リレー７は、商用電力系統３に接続される出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに介在（フィルタ回路６と商用電力系統３との間に介在）する接片により出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの開閉を行う。この系統連系用リレー７は、制御回路９からの制御信号によって閉状態と開状態が制御され、インバータ回路５と商用系統３０とを接続（連系）または解列するものである。
　自立運転用リレー８は、Ｕ相線Ｌｕ、及びＷ相線Ｌｗから夫々分岐する配線Ｌａ、Ｌｂに介在する接片により配線Ｌａ、Ｌｂの開閉を行う。この自立運転用リレー８は、制御回路９からの制御信号によって閉状態と開状態が制御され、インバータ回路５と負荷１０とを接続または解列するものである。
　制御回路９は、上述したように、昇圧回路４、インバータ回路５、系統連系用リレー７、及び自立運転用リレー８の動作を制御する。制御回路９は、インバータ回路５と商用電力系統３とを接続して連系運転を行う場合に、系統連系用リレー７を接続し、自立運転用リレーを解列する。また、制御回路９は自立運転を行う場合に、系統連系用リレー７を解列し、自立運転用リレーを接続する。
　制御回路９は、太陽電池の出力電力が最大になるように昇圧回路４をＭＰＰＴ動作させる。ＭＰＰＴ動作は、昇圧回路の入力電流Ｉｉｎと、昇圧回路の入力電圧Ｖｉｎにより電力Ｐｎを演算し、電力Ｐｎが最大になるよう昇圧回路の昇圧比を調整することにより行う。
　制御回路９は、連系運転を行う場合と、自立運転を行う場合とでインバータ回路５の動作を変える。制御回路９は、連系運転を行う場合は、インバータ回路５を、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御にしたがって各スイッチ素子５３～５６を周期的に導通／遮断し、太陽電池から出力される直流電力を三相の交流電力に変換する。これにより、インバータ回路５は、変換した三相の交流電力を３本の出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに出力する。
　連系運転を行う場合のＰＷＭ制御は、フィルタ回路６より後段のＵ相線Ｌｕを流れる電流（以下、Ｕ相線電流Ｉｕ）とフィルタ回路６より後段のＷ相線Ｌｕを流れる電流（以下、Ｗ相線電流Ｉｗ）とを検出し、線電流Ｉｕ、Ｉｗが、夫々目標値Ｉｕｔ、Ｉｗｔになるような電流制御により行われる。具体的には、第１アーム回路のスイッチ素子５３、５４のスイッチングのタイミングは、線電流Ｉｕに基づいて決定され、第２アーム回路のスイッチ素子５５、５６のスイッチングのタイミングは、線電流Ｉｗに基づいて決定される。即ち、制御回路９は、各アーム回路毎に指令値Ｉｕｔ、Ｉｗｔを作成し、各アーム回路のスイッチ素子のスイッチタイミングを制御する。
　制御回路９は、自立運転を行う場合は、インバータ回路５を、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御にしたがって各スイッチ素子５１～５４を周期的に導通／遮断し、太陽電池から出力される直流電力を単相の交流電力に変換する。これにより、インバータ回路５は、変換した単相の交流電力をＵ相線ＬｕとＷ相線Ｌｗとに出力する。
　自立運転を行う場合のＰＷＭ制御は、フィルタ回路６より後段のＵ相線ＬｕとＷ相線Ｌｗとに印加される電圧Ｖ（或いは、配線Ｌａ、Ｌｂ間の電圧）を検出し、この電圧Ｖが、目標値Ｖｔになるような電圧制御により行われる。具体的には、第１アーム回路のスイッチ素子５３、５４、及び第２アーム回路のスイッチ素子５５、５６のスイッチングのタイミングは、電圧Ｖに基づいて決定される。即ち、制御回路９は、両第１、第２アーム回路に共通の指令値Ｖｔを作成し、両第１、第２アーム回路のスイッチ素子のスイッチタイミングを制御する。
　以上のように、第１の実施形態によれば、自立運転時には三相の交流電力ではなく、単相の交流電力を供給するため、単相の交流電力にて動作する負荷を容易に利用することができる。
　また、ハーフブリッジ型の三相インバータ回路により、自立運転を行う場合に、三相の交流電力を生成し、各相の交流電力から単相の交流電力を取り出して負荷に電力を供給すると、各相に接続される負荷が平衡していない場合、コンデンサ５１、５２の電圧バランスが崩れて負荷へ電力の供給ができなくなる（即ち、接続する負荷が大きく制限される）。しかしながら、第１の実施例においては、自立運転を行う場合に、フルブリッジ型の単相インバータ回路として動作するため、コンデンサ５１、５２の電圧バランスを気にすることなく動作できるため、様々な負荷を利用することができる。
　また、第１の実施形態では、系統連系用リレー７と自立運転用リレー８とに開閉式の接片を有するリレーを用いる例を説明したが、複数の出力経路の内１つを選択して切り替える切替式の接片を有するリレーを用いても良い。図２は切替式の接片を有する切替式リレー７０を用いた場合の接続を示す図である。図２に示す切替式リレー７０は、切替式の接片を３つ有している。切替式リレー７０は、各接片の入力側接点と各入力側接点に対応する２つの出力側接点の内１つとを選択して接続することにより出力経路を切り替える。
　切替式リレー７０の各入力側接点には夫々の出力線Ｌｕ、Ｌｗ、Ｌｖが接続され、２つの出力側接点の内一方には夫々商用電力系統３に接続される出力線Ｌｕ、Ｌｗ、Ｌｖが接続される。また、２つの出力側接点の内他方には負荷１０に接続される配線Ｌａ、Ｌｂが接続され、切替式リレー７０の接片の接続先を切り替えることによりインバータ回路５により変換された交流電力の供給先を切り替えることができる。具体的には、出力線Ｌｕ、Ｌｗに接続される出力側接点に配線Ｌａ、Ｌｂが接続され、出力線Ｌｖに接続される出力側接点には何も接続されず開放状態になっている。自立運転時には、第１、第２アーム回路に接続される出力線Ｌｕ、Ｌｗから配線Ｌａ、Ｌｂに交流電力が供給される。
　切替式リレー７０は、連系運転を行う場合にインバータ回路５と商用電力系統３とを接続するように、自立運転を行う場合など連系運転を行わない場合にインバータ回路５と負荷１０とを接続するように接片を切り替える。切替式リレー７０は、出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗ及び配線Ｌａ、Ｌｂに介在することになり、系統連系用リレーと自立運転用リレーを兼ねることになる。
　リレー７１は、３つの開閉式の接片を有し、この３つの接片は、出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに介在している。リレー７１は、系統連系装置２と商用電力系統３及び負荷１０とを切り離すためのものである。リレー７１は、インバータ回路５が動作する際（連系運転時、及び自立運転時を含む）に出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを接続状態にし、インバータ回路５が停止する際に出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを開放状態にする。
（第２の実施形態）
　第１の実施形態では、インバータ回路５に、ハーフブリッジ型の三相インバータ回路を適用したが、第２の実施形態では、フルブリッジ型の三相インバータ回路を適用する例について述べる。図３は、第２の実施形態に係る太陽光発電システム１００ｂを示す構成図である。
　フルブリッジ型の三相インバータ回路５ａは、コンデンサ５１、５２からなる直列回路に変えて、コンデンサ５９と、２つのスイッチ素子５７、５８を直列に接続した第３アーム回路とを用いる。フルブリッジ型の三相インバータ回路５ａは、これらのコンデンサ５９、及び第３アーム回路と、第１アーム回路、及び第２アーム回路とを並列に接続することで構成される。このときＶ相線Ｌｖは、第３アーム回路の２つのスイッチング素子５７、５８の接続点に接続される。
　連系運転を行う場合のＰＷＭ制御は、Ｕ相線電流Ｉｕ、Ｗ相線電流Ｉｗ、及びフィルタ回路６ａより後段のＶ相線Ｌｖを流れる電流（以下、Ｖ相線電流Ｉｖ）とを検出し、線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが、夫々目標値Ｉｕｔ、Ｉｖｔ、Ｉｗｔになるような電流制御により行われる。具体的には、第１アーム回路のスイッチ素子５３、５４のスイッチングのタイミングは、線電流Ｉｕに基づいて決定され、第２アーム回路のスイッチングのタイミングは、線電流Ｉｗに基づいて決定され、第３アーム回路のスイッチングのタイミングは、線電流Ｉｖに基づいて決定される。即ち、制御回路９は、各アーム回路毎に指令値Ｉｕｔ、Ｉｖｔ、Ｉｗｔを作成し、各アーム回路のスイッチ素子のスイッチタイミングを制御する。
　自立運転を行う場合のＰＷＭ制御は、フィルタ回路６より後段のＵ相線ＬｕとＷ相線Ｌｕに印加される電圧Ｖ（或いは、配線Ｌａ、Ｌｂ間の電圧）とを検出し、この電圧Ｖが、目標値Ｖｔになるような電圧制御により行われる。第１アーム回路のスイッチ素子５３、５４、及び第２アーム回路のスイッチ素子５５、５６のスイッチングのタイミングは、電圧Ｖに基づいて決定され、第３アーム回路のスイッチング素子５７、５８は遮断（ＯＦＦ）状態に制御される。即ち、制御回路９は、配線Ｌａ、Ｌｂ分岐する出力線Ｌｕ、Ｌｗ線に接続される２つのアーム回路（第１、第２アーム回路）に共通の指令値Ｖｔを作成し、第１、第２アーム回路のスイッチング素子５３～５６のスイッチタイミングを制御する（ＰＷＭ制御する）。また、配線Ｌａ、Ｌｂの分岐のない出力線Ｌｖに接続されるアーム回路のスイッチ素子５７、５８を遮断する。
　以上のように、第２の実施形態によれば、自立運転時には三相の交流電力ではなく、単相の交流電力を供給するため、単相の交流電力にて動作する負荷を容易に利用することができる。
　また、第２の実施形態において、３本の出力線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗから夫々配線Ｌｃ、Ｌａ、Ｌｂを分岐し、この３本の配線から２本の配線を選択して負荷へ接続し、単相の交流電力を負荷へ供給するようにしても良い。このようにしても実質、３本の出力線の内２本の出力線が夫々分岐することになる。図４は、２本の配線を選択する選択回路８０の接続を示す図である。
　図４に示すように、選択回路８０は、自立連系用リレーを兼ねており、４つの切片８１～８４を有している。接片８１の一端は、配線Ｌａに接続され、他端は、負荷１０の一端に接続されている。接片８２の一端は、配線Ｌｃに接続され、他端は、負荷１０の他端に接続されている。接片８３の一端は、配線Ｌｃに接続され、他端は負荷１０の一端に接続されている。接片８４の一端は配線Ｌｂに接続され、他端は負荷１０の他端に接続されている。
　接片８１、８２を閉じ、接片８３、８４を開くと配線Ｌｃ、Ｌａから単相の交流電力を負荷１０に供給可能になり、第２アーム回路を休ませることができる。また、接片８１、８２を開き、接片８３、８４を閉じると配線Ｌｃ、Ｌｂから単相の交流電力を負荷１０に供給可能になり、第１アーム回路を休ませることができる。また、接片８１、８４を閉じ、接片８２、８３を開くと配線Ｌｂ、Ｌａから単相の交流電力を負荷１０に供給可能になり、第３アーム回路を休ませることができる。また、接片８１～８４を全て開くとインバータ回路５と負荷１０とを切り離すことができる。
　このように３本の配線から２本の配線を選択できるようにすることで、動作するアーム回路を選択することができる。このため、第１、第２、第３アーム回路の内１つを休ませることができる。
　また、自立運転毎、或いは決められた自立運転の運転回数毎に、選択する配線（ＰＷＭ制御で利用されるアーム回路）を変えると、平均的にスイッチ素子５３～５８を利用することができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。 
　例えば、本実施形態において、直流電源として太陽電池１を利用する例を挙げたが、例えば、燃料電池や蓄電池など、その他の直流電源を利用することもできる。
 
１      太陽電池
２　　　系統連系装置
３      商用電力系統
４　　　昇圧回路
５      インバータ回路
６      フィルタ回路
７      系統連系用リレー
８      自立運転用リレー
９      制御回路
１０　　負荷
 

Claims (6)

  1. 　直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相を有する三相の交流電力へ変換し、該交流電力をＵ相線、Ｖ相線、Ｗ相線の３本の出力線に出力するインバータ回路と、
    　前記３本の出力線に介在し、商用電力系統と前記インバータ回路との接続／解列を行う系統連系用リレーと、
    　前記３本の出力線の内２本の出力線から夫々分岐し、自立運転用リレーを介して負荷と接続される配線と、を備え、
    　前記商用電力系統と前記インバータ回路とが連系運転を行う場合に、前記系統連系用リレーを接続し、前記自立運転用リレーを解列し、前記インバータ回路は、前記三相の交流電力を前記商用電力系統へ重畳し、
    　前記商用電力系統から前記インバータ回路を切り離して前記負荷へ電力を供給する自立運転を行う場合に、前記系統連系用リレーを解列し、前記自立運転用リレーを接続し、前記インバータ回路は、前記直流電力を単相の交流電力に変換して前記配線に出力することを特徴とする系統連系装置。
  2. 　前記商用電力系統は、Ｖ相が接地されるＶ結線の電源系統であり、
    　前記インバータ回路は、２つのスイッチ素子を直列接続した第１アーム回路と、２つのスイッチ素子を直列接続した第２アーム回路と、２つのコンデンサを直列接続した直列回路と、を並列接続してなり、
    　前記第１アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｕ相線とが接続され、
    　前記第２アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｗ相線とが接続され、
    　前記直列回路の２つのコンデンサの接続点と前記Ｖ相線とが接続され、
    　前記Ｕ相線と前記Ｗ相線から前記配線が分岐することを特徴とする請求項１に記載の系統連系装置。
  3. 　前記連系運転を行う場合は、前記第１アーム回路のスイッチ素子のスイッチングのタイミングを、前記Ｕ相線に流れる線電流に基づいて決定し、前記第２アーム回路のスイッチ素子のスイッチングのタイミングを、前記Ｗ相線に流れる線電流に基づいて決定し、
    　前記自立運転を行う場合は、第１アーム回路のスイッチ素子、及び第２アーム回路のスイッチ素子のスイッチングタイミングを、前記Ｕ相線とＷ相線とに印加される電圧に基づいて決定することを特徴とする請求項２に記載の系統連系装置。
  4. 　前記インバータ回路は、２つのスイッチ素子を直列接続した第１アーム回路と、２つのスイッチ素子を直列接続した第２アーム回路と、２つのスイッチ素子を直列接続した第３アーム回路と、を並列接続してなり、
    　前記第１アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｕ相線とが接続され、
    　前記第２アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｗ相線とが接続され、
    　前記第３アーム回路の２つのスイッチ素子の接続点と前記Ｖ相線とが接続され、
    　前記自立運転を行う場合に、前記配線の分岐のない出力線に接続される前記アーム回路のスイッチ素子を遮断し、前記配線の分岐する出力線に接続される前記アーム回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御して前記単相の交流電力を前記配線に供給することを特徴とする請求項１に記載の系統連系装置。
  5. 　前記３本の出力線の中から夫々配線を分岐し、３本の前記配線から前記２本を選択して負荷へ接続する選択回路を備えることを特徴とする請求項４に記載の系統連系装置。
  6. 　前記自立運転毎、或いは決められた前記自立運転の運転回数毎に、前記選択回路により選択される配線を変えることを特徴とする請求項５に記載の系統連系装置。
     
     
     
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