WO2013157091A1 - 系統連系インバータ装置 - Google Patents

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一平 竹内
義人 今井
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三菱電機株式会社
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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 inverter device.
  • the grid-connected inverter device receives DC power generated by a solar cell, converts DC power into AC power by an inverter, and supplies the converted AC power to a commercial power system.
  • a switch is provided between the inverter and the commercial power system.
  • Patent Document 1 in a grid-connected inverter device in which an inverter main circuit includes a switching element and a filter, two switches are interposed in two lines other than the neutral line of the commercial power system, and the filter It is described that a resistor is connected between the middle point of the capacitor in the middle and the neutral line of the commercial power system to provide a predetermined time difference between the timings at which the two switches are turned on. Thereby, according to patent document 1, the balance of the phase voltage is not disturbed by the prior input of one switch, and the commercial power system when the other one switch is subsequently switched from the grid-connected inverter device. It is said that it is possible to suppress inrush current inflow.
  • a distributed power source configured to output a sinusoidal AC voltage using a booster circuit, an inverter circuit, and a filter circuit using a solar cell as a power source is connected to a commercial power source 3 via a disconnecting switch.
  • a disconnection switch is closed and system interconnection is started after an on / off operation of a switching element of an inverter circuit is started.
  • the main circuit breaker earth leakage breaker
  • the resistor is necessary only when the switch is closed in order to connect the inverter to the commercial system, and is not necessary in a normal operation state. Moreover, in the technique described in Patent Document 1, there is a power loss due to a resistor, and conversion efficiency may be reduced as a whole of the grid-connected inverter device.
  • the present invention has been made in view of the above, and obtains a grid-connected inverter device capable of improving the conversion efficiency of the grid-connected inverter device and suppressing the inrush current from the commercial power system to the grid-connected inverter device. For the purpose.
  • a grid-connected inverter device is a grid-connected inverter device that links a DC power source to a commercial power system, and includes DC power Main circuit unit for converting AC to AC power, a switch for disconnecting the inverter main circuit unit from a commercial power system, and a first voltage detector for detecting the voltage on the inverter main circuit unit side with respect to the switch And a phase included in a second voltage detector that detects a voltage on the commercial power system side with respect to the switch, a detected value of the first voltage detector, and a detected value of the second voltage detector An error corrector that holds a detection error correction value for correcting an error, a detection value of the first voltage detector, a detection value of the second voltage detector, and a detection error held in the error corrector Based on the correction value Characterized by comprising an inverter control unit for controlling the inverter main circuit portion.
  • the inverter main circuit unit is controlled based on the detection value of the first voltage detector, the detection value of the second voltage detector, and the detection error correction value held in the error corrector.
  • the increase of the inrush current due to the variation in the voltage detection accuracy between the first voltage detector and the second voltage detector can be suppressed.
  • the inrush current can be suppressed without using a resistor, and a resistor dedicated to inrush current suppression is not required, the loss of AC power that the grid-connected inverter device should supply to the commercial power system can be reduced.
  • the conversion efficiency of the entire system inverter device can be improved. That is, the efficiency of the grid interconnection inverter device can be improved, and the inrush current from the commercial power system to the grid interconnection inverter device can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a grid-connected inverter device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a grid interconnection inverter device according to a basic form.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the grid interconnection inverter device 1 according to the basic mode.
  • the grid-connected inverter device 1 is connected to the single-phase three-wire commercial power system AC.
  • the connection form between the grid-connected inverter device 1 and the commercial power system AC This is not the case.
  • the grid interconnection inverter device 1 links the DC power source DC to the commercial power grid AC.
  • the DC power source DC is a solar cell, for example, and generates DC power. That is, the grid-connected inverter device 1 receives DC power generated by the DC power source DC, converts the DC power into AC power by the inverter main circuit unit 4, and supplies the converted AC power to the commercial power system AC. To do.
  • the inverter main circuit unit 4 since the inverter main circuit unit 4 needs to be disconnected from the commercial power system AC at night when the DC power source DC (for example, a solar cell) is not generating power, the inverter main circuit unit Switches 7a and 7b are provided between 4 and the commercial power system AC.
  • the grid-connected inverter device 1 has two input terminals IN1, IN2 connected to both ends of the DC power source DC, that is, the P-side end and the N-side terminal, and three output terminals. OUT1 to OUT3 are connected to the three lines of the commercial power system AC.
  • the grid-connected inverter device 1 includes a smoothing circuit 3, an inverter main circuit unit 4, a filter circuit 6, two voltage lines VL1 and VL2, a neutral line ML, two switches 7a and 7b, a resistor 8, and inverter control. Part 5 and opening / closing control part 2.
  • Smoothing circuit 3 receives DC power from DC power supply DC via input terminals IN1 and IN2.
  • the smoothing circuit 3 has, for example, a smoothing capacitor C3, smoothes DC power using the smoothing capacitor C3, and supplies it to the inverter main circuit unit 4.
  • the inverter main circuit unit 4 receives the smoothed DC power from the smoothing circuit 3.
  • the inverter main circuit unit 4 converts DC power into AC power.
  • the inverter main circuit unit 4 includes, for example, a plurality of switching elements Q1 to Q4, and performs a switching operation in which the plurality of switching elements Q1 to Q4 are turned on / off at a predetermined timing under the control of the inverter control unit 5. , DC power is converted to AC power.
  • Each of the switching elements Q1 to Q4 includes, for example, a field effect transistor (FET) such as a MOS transistor and a free wheel diode for protecting the field effect transistor.
  • FET field effect transistor
  • each of the switching elements Q1 to Q4 may include, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a reflux diode for protecting the insulated gate bipolar transistor, although not shown.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the inverter main circuit unit 4 supplies the converted AC power to the filter circuit 6 from the output nodes 4a and 4b.
  • the filter circuit 6 receives AC power from the inverter main circuit unit 4.
  • the filter circuit 6 attenuates noise (for example, switching noise accompanying switching of the switching elements Q1 to Q4) included in the AC power output from the inverter main circuit unit 4.
  • the filter circuit 6 includes, for example, two reactors L1 and L2 and two capacitors C1 and C2.
  • the two reactors L1 and L2 are inserted in series between the input nodes 6a and 6b of the filter circuit 6 and the output nodes N1 and N2, respectively. Both ends of the two capacitors C1 and C2 are connected to the two output nodes N1 and N2 of the filter circuit 6, and the midpoint of the two capacitors C1 and C2 is connected to the other output node N3 of the filter circuit 6. ing.
  • the filter circuit 6 attenuates noise included in the AC power using, for example, two reactors L1 and L2 and two capacitors C1 and C2, and outputs the attenuated noise from the three output nodes N1 to N3.
  • the two voltage lines VL1 and VL2 are provided to connect the two output nodes N1 and N2 and the two output terminals OUT1 and OUT2 when the two switches 7a and 7b are closed. That is, the two voltage lines VL1 and VL2 are arranged between both ends of the two capacitors C1 and C2 and the commercial power system AC.
  • the neutral line ML connects the output node N3 and the output terminal OUT3. That is, the neutral line ML is arranged between the midpoint of the two capacitors C1 and C2 and the commercial power system AC.
  • the two switches 7a and 7b disconnect the inverter main circuit unit 4 from the commercial power system AC, for example, at night when the DC power source DC (for example, a solar battery) is not generating power. In the daytime when the solar cell is generating power, the inverter main circuit unit 4 is connected to the commercial power system AC.
  • DC power source DC for example, a solar battery
  • the two switches 7a and 7b are provided on the two voltage lines VL1 and VL2.
  • the switch 7a electrically connects the output node N1 and the output terminal OUT1 when closed, and electrically disconnects the output node N1 and the output terminal OUT1 when opened.
  • the switch 7b electrically connects the output node N2 and the output terminal OUT2 when closed, and electrically disconnects the output node N2 and the output terminal OUT2 when opened.
  • the two switches 7a and 7b disconnect the inverter main circuit unit 4 from the commercial power system AC when both are opened, and connect the inverter main circuit unit 4 to the commercial power system AC when both are closed. Make it.
  • the resistor 8 suppresses inrush current from the commercial power system AC to the inverter main circuit unit 4 when connecting the inverter main circuit unit 4 to the commercial power system AC, that is, when the two switches 7a and 7b are closed. To do. That is, the resistor 8 is provided in order to prevent the contact life of the switches 7a and 7b from being reduced due to the inrush current.
  • the resistor 8 is provided on the neutral wire ML. That is, the resistor 8 has one end electrically connected to the output node N3 and the other end electrically connected to the output terminal OUT3.
  • the inverter control unit 5 supplies a control signal to each control terminal of the plurality of switching elements Q1 to Q4, and turns on / off the plurality of switching elements Q1 to Q4 at a predetermined timing to perform a switching operation.
  • the inverter controller 5 starts the switching operation of the plurality of switching elements Q1 to Q4, the inverter controller 5 notifies the switching controller 2 to that effect. Further, when the switching operation of the plurality of switching elements Q1 to Q4 is finished, the inverter control unit 5 notifies the opening / closing control unit 2 to that effect.
  • the switching control unit 2 When receiving the notification that the switching operations of the plurality of switching elements Q1 to Q4 are started, the switching control unit 2 responds to the notification by switching the two switches 7a, 7b so that the two switches 7a, 7b are closed. To control. When the switching control unit 2 receives a notification that the switching operation of the plurality of switching elements Q1 to Q4 is finished, the two switches 7a and 7b are opened so that the two switches 7a and 7b are opened in response to the notification. , 7b.
  • the resistor 8 is provided only to suppress the inrush current from the commercial power system AC to the inverter main circuit unit 4 when the two switches 7 a and 7 b are closed. It is an element and is necessary only when the switch 7 is closed in order to connect the inverter to the commercial system, and is not necessary in a normal operation state. That is, in a normal operation state, the resistor 8 is a useless component for the grid interconnection inverter device 1, and there is a possibility that the manufacturing cost of the grid interconnection inverter device 1 is wasted.
  • the two switches 7a and 7b are closed to connect the inverter main circuit unit 4 to the commercial power system AC.
  • the voltage between the output node N1 and the output node N2 on the inverter main circuit unit 4 side and the output on the commercial power system AC side are connected to the two switches 7a and 7b.
  • the grid-connected inverter device 1 cannot recognize such a voltage difference at all. If such a voltage difference is large, an inrush current from the commercial power system AC to the inverter main circuit unit 4 may be generated depending on the wiring impedance. May increase.
  • the resistor 8 is removed from the neutral wire ML and the inverter main circuit is connected to the two switches 7a and 7b.
  • the voltage between the output node N1 and the output node N2 on the part 4 side is detected by the first voltage detector 19, and the voltage between the output terminal OUT1 and the output terminal OUT2 on the commercial power system AC side is detected with the second voltage
  • the voltage difference is obtained by detecting with the voltage detector 18 and obtaining the difference between the detected value of the first voltage detector 19 and the detected value of the second voltage detector 18 with the inverter control unit 15.
  • the inverter control unit 15 controls the inverter main circuit unit 4 with the two switches 7a and 7b opened to synchronize the output voltage of the inverter main circuit unit 4 and the voltage of the commercial power system AC. It aims at suppressing inrush current from commercial power system AC at the time of closing switches 7a and 7b after that to inverter main circuit part 4.
  • the inverter control unit 15 uses the voltage difference obtained as the difference between the detection value of the first voltage detector 19 and the detection value of the second voltage detector 18 as it is, so that the inverter main circuit unit 4 Consider a case where the switching operation of a plurality of switching elements Q1 to Q4 is controlled.
  • the first voltage detector 19 and the second voltage detector 18 tend to have variations in their voltage detection accuracy, and the output of the inverter main circuit unit 4 is affected by the variation in the voltage detection accuracy. It is difficult to synchronize the voltage and the voltage of the commercial power system AC, and it is difficult to suppress the inrush current.
  • the phase error included in the detection value of the first voltage detector 19 and the detection value of the second voltage detector 18 is further converted into a phase error detector.
  • a detection error correction value for detecting the phase error and correcting the phase error is held in the error corrector 21, and the inverter control unit 15 detects the detection value of the first voltage detector 19 and the second voltage detection.
  • the voltage difference obtained as a difference from the detection value of the converter 18 is corrected using the detection error correction value held in the error corrector 21, and a plurality of inverter main circuit units 4 are corrected using the corrected voltage difference.
  • the switching operation of the switching elements Q1 to Q4 is controlled.
  • the first voltage detector 19 and the second voltage detector 18 are constituted by general transformers and electronic components. Therefore, even if the actual commercial power supply voltage is detected, the output of the voltage detector causes a phase error with respect to the actual voltage due to the characteristics of the components. In addition, the phase error generated due to the characteristics of individual components varies. Therefore, it is difficult to uniformly determine a correction value for correcting the phase error. However, if the component is a single component, there are few factors that cause the phase error to change. Therefore, if the phase error of the voltage detector is known in advance, the influence of the phase error can be eliminated.
  • the phase error detector 20 is a detector for removing the influence of the phase error. For example, when the grid-connected inverter device 100 is shipped from the factory, the first voltage detector 19 and the second voltage detector 19 are used. The phase error of the voltage detector 18 is detected, and the detected phase error is supplied to the error corrector 21.
  • the error corrector 21 receives the detected phase error from the phase error detector 20.
  • the error corrector 21 obtains a detection error correction value for correcting the phase error, and records and holds the obtained detection error correction value.
  • the phase error detector 20 since the phase error detector 20 is necessary only at the time of shipment from the factory, the phase error detector 20 may not be mounted on the grid interconnection inverter device 100.
  • the error corrector 21 records and holds a detection error correction value for correcting the phase error detected by the phase error detector 20, and outputs the detection error correction value to the inverter control unit 15.
  • the inverter control unit 15 uses the detection error correction value in a state where the two switches 7a and 7b are opened, so that the output voltage of the inverter main circuit unit 4 and the voltage of the commercial power system AC are synchronized.
  • the circuit unit 4 is controlled. That is, the inverter control unit 15 uses the detection error correction value to perform a plurality of switching operations of the inverter main circuit unit 4 so that the phase of the output voltage of the inverter main circuit unit 4 matches the phase of the voltage of the commercial power system AC.
  • the switching operation of the elements Q1 to Q4 is controlled.
  • the detection value of the first voltage detector 19 and V 19, the second detected value of the voltage detector 18 and V 18, PE 19 a phase error included in the detection value of the first voltage detector 19
  • the voltage difference ⁇ V before correction is obtained by the following equation 1, for example.
  • ⁇ V V 19 ⁇ V 18 Formula 1
  • a correction value ⁇ V 19 for the detection value V 19 of the first voltage detector 19 is obtained by using the following equation 2, for example, using a predetermined coefficient K.
  • Equation 1 is corrected using the correction value ⁇ V 19 , the corrected voltage difference ⁇ V ′ is obtained by Equation 3 below, for example.
  • ⁇ V ′ V 19 + ⁇ V 19 ⁇ V 18 Formula 3
  • the inverter control unit 15 includes a plurality of switching elements of the inverter main circuit unit 4 so that the phase of the output voltage of the inverter main circuit unit 4 matches the phase of the voltage of the commercial power system AC according to the corrected voltage difference. Controls the switching operation of Q1 to Q4.
  • the inverter control unit 15 when the phase of the output voltage of the inverter main circuit unit 4 is delayed compared to the phase of the voltage of the commercial power system AC, the inverter control unit 15 generates the control signals for the plurality of switching elements Q1 to Q4.
  • the phase of the carrier wave used is advanced.
  • the inverter control unit 15 when the phase of the output voltage of the inverter main circuit unit 4 is advanced as compared with the phase of the voltage of the commercial power system AC, the inverter control unit 15 generates control signals for the plurality of switching elements Q1 to Q4. The phase of the carrier wave used at the time is delayed.
  • the inverter control unit 15 determines that the output voltage of the inverter main circuit unit 4 and the voltage of the commercial power system AC are synchronized, and accordingly. Notify the opening / closing controller 12. Further, when the switching operation of the plurality of switching elements Q1 to Q4 is completed, the inverter control unit 15 notifies the switching control unit 12 to that effect.
  • the switching control unit 12 When the switching control unit 12 receives a notification that the output voltage of the inverter main circuit unit 4 and the voltage of the commercial power system AC are synchronized, the two switching units 7a and 7b are closed according to the notification. The switches 7a and 7b are controlled. Further, when the switching control unit 12 receives a notification that the switching operation of the plurality of switching elements Q1 to Q4 is finished, the two switches 7a and 7b are opened so that the two switches 7a and 7b are opened in response to the notification. , 7b.
  • the first voltage detector 19 detects the voltage on the inverter main circuit unit 4 side with respect to the switches 7a and 7b, and the second voltage detection.
  • the device 18 detects the voltage on the commercial power system AC side with respect to the switches 7a and 7b.
  • the error corrector 21 holds a detection error correction value for correcting a phase error included in the detection value of the first voltage detector 19 and the detection value of the second voltage detector 18. Based on the detection value of the first voltage detector 19, the detection value of the second voltage detector 18, and the detection error correction value held in the error corrector 21, the inverter control unit 15 To control.
  • the inrush current can be suppressed without using a resistor, and a resistor dedicated to inrush current suppression is not required, the loss of AC power that the grid interconnection inverter device 100 should supply to the commercial power system AC can be reduced. Conversion efficiency can be improved as a whole of the grid interconnection inverter device 100. That is, the conversion efficiency of the grid interconnection inverter device 100 can be improved, and the inrush current from the commercial power system AC to the grid interconnection inverter device 100 can be suppressed.
  • the manufacturing cost of the grid interconnection inverter device 100 can be reduced.
  • the inverter control unit 15 has the detection value of the first voltage detector 19, the detection value of the second voltage detector 18, and the error corrector 21 with the switches 7 a and 7 b opened. Is controlled so that the output voltage of the inverter main circuit unit 4 and the voltage of the commercial power system AC are synchronized with each other. Thereby, when the switches 7a and 7b are closed thereafter, the inrush current from the commercial power system AC to the grid-connected inverter device 100 can be effectively suppressed.
  • the two switches 7a and 7b are provided on the two voltage lines VL1 and VL2, and the first voltage detector 19 is provided on the two voltage lines VL1 on the filter circuit 6 side. , VL2 is detected, and the second voltage detector 18 detects the voltage between the two voltage lines VL1 and VL2 on the commercial power system AC side.
  • the resistor 8 (FIG. 2), it is possible to effectively prevent the contact life of the switches 7a and 7b from being reduced due to the inrush current.
  • the grid interconnection inverter device according to the present invention is useful for interconnection between a solar cell and a commercial power system.

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Abstract

　系統連系インバータ装置は、直流電源を商用電力系統に連系させる系統連系インバータ装置であって、直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路部と、前記インバータ主回路部を商用電力系統から解列する開閉器と、前記開閉器に対する前記インバータ主回路部側の電圧を検出する第１の電圧検出器と、前記開閉器に対する前記商用電力系統側の電圧を検出する第２の電圧検出器と、前記第１の電圧検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値とに含まれる位相誤差を補正するための検出誤差補正値を保持する誤差補正器と、前記第１の電圧検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値と前記誤差補正器に保持された検出誤差補正値とに基づいて、前記インバータ主回路部を制御するインバータ制御部とを備える。

Description

系統連系インバータ装置
　本発明は、系統連系インバータ装置に関する。
　系統連系インバータ装置は、太陽電池で発電された直流電力を受けて、直流電力をインバータにより交流電力に変換し、変換された交流電力を商用電力系統へ供給する。系統連系インバータ装置では、太陽電池が発電を行っていない夜間などにおいて、インバータを商用電力系統から解列する必要があるため、インバータと商用電力系統との間に開閉器を設ける。
　特許文献１には、インバータ主回路がスイッチング素子とフィルタとを含んで構成された系統連系インバータ装置において、２つの開閉器を商用電力系統の中性線以外の２つの線路に介在させ、フィルタ中のコンデンサの中点と商用電力系統の中性線との間に抵抗器を接続し、２つの開閉器の投入タイミングに所定の時間差を設けることが記載されている。これにより、特許文献１によれば、１つの開閉器の先行投入により相間電圧のバランスが崩れることがなく、その後の他の１つの開閉器の投入時における商用電力系統から系統連系インバータ装置への突入電流の流入の抑制を実現できるとされている。
　特許文献２には、太陽電池を電源とし昇圧回路、インバータ回路、及びフィルタ回路を用いて正弦波状の交流電圧を出力するように構成された分散電源が解列開閉器を介して商用電源の３つの幹線に接続された太陽光発電システムにおいて、インバータ回路のスイッチング素子のオンオフ動作を開始した後に解列開閉器を閉成して系統連系させることが記載されている。これにより、特許文献２によれば、分散電源で生じた地絡により解列開閉器と商用電源との間の主幹ブレーカ（漏電ブレーカ）が動作することがなく、商用電源が正常であるにもかかわらず主幹ブレーカが遮断されるという誤動作を防止することができるとされている。
特許第３７９１１５７号公報 特許第３５６３９６７号公報
　特許文献１に記載の技術では、抵抗器は、インバータが商用系統に連系するために開閉器を閉じるときのみ必要であり、通常の動作状態では必要ない。また、特許文献１に記載の技術では、抵抗器による電力損失があり、系統連系インバータ装置の全体として変換効率が低下する可能性がある。
　特許文献２に記載の技術では、突入電流に関する記載が一切なく、どのように突入電流を抑制するのかに関しても一切記載がない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、系統連系インバータ装置の変換効率を向上でき、商用電力系統から系統連系インバータ装置への突入電流を抑制できる系統連系インバータ装置を得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に、本発明の１つの側面にかかる系統連系インバータ装置は、直流電源を商用電力系統に連系させる系統連系インバータ装置であって、直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路部と、前記インバータ主回路部を商用電力系統から解列する開閉器と、前記開閉器に対する前記インバータ主回路部側の電圧を検出する第１の電圧検出器と、前記開閉器に対する前記商用電力系統側の電圧を検出する第２の電圧検出器と、前記第１の電圧検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値とに含まれる位相誤差を補正するための検出誤差補正値を保持する誤差補正器と、前記第１の電圧検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値と前記誤差補正器に保持された検出誤差補正値とに基づいて、前記インバータ主回路部を制御するインバータ制御部とを備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、第１の電圧検出器の検出値と第２の電圧検出器の検出値と誤差補正器に保持された検出誤差補正値とに基づいて、インバータ主回路部を制御するので、第１の電圧検出器及び第２の電圧検出器の間の電圧検出精度のバラツキによる突入電流の増大を抑制することができる。また、抵抗器によらずに突入電流を抑制でき、突入電流抑制専用の抵抗器が不要となるので、系統連系インバータ装置が商用電力系統に供給すべき交流電力の損失を低減でき、系統連系インバータ装置の全体として変換効率を向上できる。すなわち、系統連系インバータ装置の効率を向上でき、商用電力系統から系統連系インバータ装置への突入電流を抑制できる。
図１は、実施の形態にかかる系統連系インバータ装置の構成を示す図である。 図２は、基本の形態にかかる系統連系インバータ装置の構成を示す図である。
　以下に、本発明にかかる系統連系インバータ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　実施の形態にかかる系統連系インバータ装置１００について説明する前に、基本の形態にかかる系統連系インバータ装置１について図２を用いて説明する。図２は、基本の形態にかかる系統連系インバータ装置１の構成を示す図である。なお、以下では、系統連系インバータ装置１が単相３線の商用電力系統ＡＣに接続される場合について例示的に説明するが、系統連系インバータ装置１及び商用電力系統ＡＣの間の接続形態は、この限りではない。
　系統連系インバータ装置１は、直流電源ＤＣを商用電力系統ＡＣに連系させる。直流電源ＤＣは、例えば太陽電池であり、直流電力を発電する。すなわち、系統連系インバータ装置１は、直流電源ＤＣで発電された直流電力を受けて、直流電力をインバータ主回路部４により交流電力に変換し、変換された交流電力を商用電力系統ＡＣへ供給する。系統連系インバータ装置１では、直流電源ＤＣ（例えば、太陽電池）が発電を行っていない夜間などにおいて、インバータ主回路部４を商用電力系統ＡＣから解列する必要があるため、インバータ主回路部４と商用電力系統ＡＣとの間に開閉器７ａ、７ｂを設ける。
　具体的には、系統連系インバータ装置１は、図２に示すように、２つの入力端子ＩＮ１、ＩＮ２が直流電源ＤＣの両端、すなわちＰ側端及びＮ側端子に接続され、３つの出力端子ＯＵＴ１～ＯＵＴ３が商用電力系統ＡＣの３線に接続されている。系統連系インバータ装置１は、平滑回路３、インバータ主回路部４、フィルタ回路６、２本の電圧線ＶＬ１、ＶＬ２、中性線ＭＬ、２つの開閉器７ａ、７ｂ、抵抗器８、インバータ制御部５、及び開閉制御部２を有する。
　平滑回路３は、入力端子ＩＮ１、ＩＮ２を介して直流電源ＤＣから直流電力を受ける。平滑回路３は、例えば平滑コンデンサＣ３を有し、平滑コンデンサＣ３を用いて直流電力を平滑化してインバータ主回路部４へ供給する。
　インバータ主回路部４は、平滑化された直流電力を平滑回路３から受ける。インバータ主回路部４は、直流電力を交流電力に変換する。インバータ主回路部４は、例えば複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を有し、インバータ制御部５による制御のもと複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４が所定のタイミングでオン・オフするスイッチング動作を行うことにより、直流電力を交流電力に変換する。各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、例えば、ＭＯＳトランジスタなどの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、電界効果トランジスタを保護するための還流ダイオードとを有する。あるいは、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、例えば、図示しないが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを保護するための還流ダイオードとを有していてもよい。インバータ主回路部４は、変換された交流電力を出力ノード４ａ、４ｂからフィルタ回路６へ供給する。
　フィルタ回路６は、交流電力をインバータ主回路部４から受ける。フィルタ回路６は、インバータ主回路部４から出力された交流電力に含まれるノイズ（例えば、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチングに伴うスイッチングノイズ）を減衰させる。フィルタ回路６は、例えば２つのリアクトルＬ１、Ｌ２及び２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を有する。例えば、２つのリアクトルＬ１、Ｌ２は、それぞれ、フィルタ回路６の入力ノード６ａ、６ｂと出力ノードＮ１、Ｎ２との間に直列に挿入されている。２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の両端は、フィルタ回路６の２つの出力ノードＮ１、Ｎ２に接続され、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の中点は、フィルタ回路６の他の１つの出力ノードＮ３に接続されている。フィルタ回路６は、例えば２つのリアクトルＬ１、Ｌ２及び２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を用いて交流電力に含まれるノイズを減衰させて３つの出力ノードＮ１～Ｎ３から出力する。
　２本の電圧線ＶＬ１、ＶＬ２は、２つの開閉器７ａ、７ｂが閉じた際に２つの出力ノードＮ１、Ｎ２と２つの出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２とを接続するように設けられている。すなわち、２本の電圧線ＶＬ１、ＶＬ２は、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の両端と商用電力系統ＡＣとの間に配されている。
　中性線ＭＬは、出力ノードＮ３と出力端子ＯＵＴ３とを接続する。すなわち、中性線ＭＬは、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の中点と商用電力系統ＡＣとの間に配されている。
　２つの開閉器７ａ、７ｂは、例えば直流電源ＤＣ（例えば、太陽電池）が発電を行っていない夜間などにおいて、インバータ主回路部４を商用電力系統ＡＣから解列し、例えば直流電源ＤＣ（例えば、太陽電池）が発電を行っている昼間などにおいて、インバータ主回路部４を商用電力系統ＡＣに連系させる。
　具体的には、２つの開閉器７ａ、７ｂは、２本の電圧線ＶＬ１、ＶＬ２に設けられている。例えば、開閉器７ａは、閉じた際に出力ノードＮ１と出力端子ＯＵＴ１とを電気的に接続し、開いた際に出力ノードＮ１と出力端子ＯＵＴ１とを電気的に遮断する。例えば、開閉器７ｂは、閉じた際に出力ノードＮ２と出力端子ＯＵＴ２とを電気的に接続し、開いた際に出力ノードＮ２と出力端子ＯＵＴ２とを電気的に遮断する。２つの開閉器７ａ、７ｂは、いずれもが開いた際にインバータ主回路部４を商用電力系統ＡＣから解列し、いずれもが閉じた際にインバータ主回路部４を商用電力系統ＡＣに連系させる。
　抵抗器８は、インバータ主回路部４を商用電力系統ＡＣに連系させる際、すなわち２つの開閉器７ａ、７ｂが閉じる際に、商用電力系統ＡＣからインバータ主回路部４への突入電流を抑制する。すなわち、抵抗器８は、突入電流による開閉器７ａ、７ｂの接点寿命の低下を防止するために設けられている。
　具体的には、抵抗器８は、中性線ＭＬに設けられている。すなわち、抵抗器８は、一端が出力ノードＮ３に電気的に接続され、他端が出力端子ＯＵＴ３に電気的に接続されている。
　インバータ制御部５は、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のそれぞれの制御端子に制御信号を供給し、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４をそれぞれ所定のタイミングでオン・オフさせスイッチング動作を行わせる。インバータ制御部５は、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作を開始したらその旨を開閉制御部２へ通知する。また、インバータ制御部５は、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作を終了する場合、その旨を開閉制御部２へ通知する。
　開閉制御部２は、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作が開始された旨の通知を受けたら、その通知に応じて２つの開閉器７ａ、７ｂが閉じるように２つの開閉器７ａ、７ｂを制御する。また、開閉制御部２は、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作が終了される旨の通知を受けたら、その通知に応じて２つの開閉器７ａ、７ｂが開くように２つの開閉器７ａ、７ｂを制御する。
　この系統連系インバータ装置１において、抵抗器８は、２つの開閉器７ａ、７ｂが閉じる際の商用電力系統ＡＣからインバータ主回路部４への突入電流を抑制するだけのために設けられた構成要素であり、インバータが商用系統に連系するために開閉器７を閉じるときのみ必要であり、通常の動作状態では必要ない。すなわち、通常の動作状態では、系統連系インバータ装置１にとって、抵抗器８は無駄な構成要素となっており、系統連系インバータ装置１の製造コストを無駄に増加させる可能性がある。
　また、通常の動作状態では、系統連系インバータ装置１において、抵抗器８自身の電力損失があり、系統連系インバータ装置１が商用電力系統ＡＣに供給すべき交流電力を抵抗器８で熱エネルギー等として損失させる傾向にあり、系統連系インバータ装置１の全体として変換効率が低下する可能性がある。
　さらに、系統連系インバータ装置１において、インバータ主回路部４の複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作を開始した後に２つの開閉器７ａ、７ｂを閉じてインバータ主回路部４を商用電力系統ＡＣに連系させるようにしているが、２つの開閉器７ａ、７ｂに対して、インバータ主回路部４側である出力ノードＮ１及び出力ノードＮ２の間の電圧と、商用電力系統ＡＣ側である出力端子ＯＵＴ１及び出力端子ＯＵＴ２の間の電圧との電圧差が生じている可能性がある。このような電圧差について系統連系インバータ装置１は全く認識することができず、このような電圧差が大きいと、配線インピーダンスによっては、商用電力系統ＡＣからインバータ主回路部４への突入電流が増大する可能性がある。
　そこで、本実施の形態では、図１に示すように、系統連系インバータ装置１００において、中性線ＭＬから抵抗器８を除去するとともに、２つの開閉器７ａ、７ｂに対して、インバータ主回路部４側である出力ノードＮ１及び出力ノードＮ２の間の電圧を第１の電圧検出器１９で検出し、商用電力系統ＡＣ側である出力端子ＯＵＴ１及び出力端子ＯＵＴ２の間の電圧を第２の電圧検出器１８で検出し、第１の電圧検出器１９の検出値と第２の電圧検出器１８の検出値との差をインバータ制御部１５で求めることで電圧差を求める。そして、インバータ制御部１５が２つの開閉器７ａ、７ｂが開いた状態でインバータ主回路部４を制御してインバータ主回路部４の出力電圧と商用電力系統ＡＣの電圧とを同期させることで、その後に開閉器７ａ、７ｂを閉じた際の商用電力系統ＡＣからインバータ主回路部４への突入電流を抑制することを目指す。
　ここで、仮に、インバータ制御部１５が第１の電圧検出器１９の検出値と第２の電圧検出器１８の検出値との差として求めた電圧差をそのまま用いて、インバータ主回路部４の複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作を制御する場合を考える。この場合、第１の電圧検出器１９と第２の電圧検出器１８とが互いにその電圧検出精度にばらつきを有する傾向にあり、その電圧検出精度にばらつきの影響により、インバータ主回路部４の出力電圧と商用電力系統ＡＣの電圧とを同期させることが困難であり、突入電流を抑制することが困難である。
　そこで、本実施の形態では、さらに、系統連系インバータ装置１００において、第１の電圧検出器１９の検出値と第２の電圧検出器１８の検出値とに含まれる位相誤差を位相誤差検出器２０で検出し、その位相誤差を補正するための検出誤差補正値を誤差補正器２１に保持させておき、インバータ制御部１５が、第１の電圧検出器１９の検出値と第２の電圧検出器１８の検出値との差として求めた電圧差を、誤差補正器２１に保持された検出誤差補正値を用いて補正し、補正された電圧差を用いて、インバータ主回路部４の複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作を制御するようにする。
　具体的には、第１の電圧検出器１９及び第２の電圧検出器１８は、一般的なトランスや電子部品から構成されるものである。そのため、実際の商用電源の電圧を検出しても部品の特性により電圧検出器の出力は実電圧に対して位相誤差が発生する。また、個々の部品の特性により発生する位相誤差にばらつきが発生する。そのため、位相誤差を補正するための補正値を一様に決定することが困難である。しかし、部品で単体であれば、位相誤差が変化する要因は少ないので、予め電圧検出器の位相誤差がわかれば位相誤差の影響を取り除くことができる。
　位相誤差検出器２０は、位相誤差の影響を取り除くことを実現するための検出器であって、例えば、系統連系インバータ装置１００を工場より出荷する際に第１の電圧検出器１９及び第２の電圧検出器１８の位相誤差を検出し、検出された位相誤差を誤差補正器２１に供給する。
　誤差補正器２１は、検出された位相誤差を位相誤差検出器２０から受ける。誤差補正器２１は、位相誤差を補正するための検出誤差補正値を求め、求められた検出誤差補正値を記録・保持する。なお、位相誤差検出器２０は、工場からの出荷時にのみ必要なため、系統連系インバータ装置１００に搭載されていなくてもよい。
　誤差補正器２１は、位相誤差検出器２０によって検出された位相誤差を補正するための検出誤差補正値を記録・保持するもので、検出誤差補正値をインバータ制御部１５に出力する。
　インバータ制御部１５は、２つの開閉器７ａ、７ｂが開いた状態で、検出誤差補正値を用いて、インバータ主回路部４の出力電圧と商用電力系統ＡＣの電圧とが同期するようにインバータ主回路部４を制御する。すなわち、インバータ制御部１５は、検出誤差補正値を用いて、インバータ主回路部４の出力電圧の位相と商用電力系統ＡＣの電圧の位相とが一致するようにインバータ主回路部４の複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作を制御する。
　例えば、第１の電圧検出器１９の検出値をＶ１９とし、第２の電圧検出器１８の検出値をＶ１８とし、第１の電圧検出器１９の検出値に含まれる位相誤差をＰＥ１９とし、第２の電圧検出器１８の検出値に含まれる位相誤差をＰＥ１８とすると、補正を行う前の電圧差ΔＶは、例えば次の数式１により求められる。
　　　ΔＶ＝Ｖ１９－Ｖ１８・・・数式１
このとき、位相誤差ＰＥ１９＞位相誤差ＰＥ１８であれば、所定の係数Ｋを用いて、第１の電圧検出器１９の検出値Ｖ１９に対する補正値ΔＶ１９を例えば次の数式２により求める。
　　　ΔＶ１９＝Ｋ（ＰＥ１９－ＰＥ１８）・・・数式２
この補正値ΔＶ１９を用いて数式１を補正すると、補正された電圧差ΔＶ’は、例えば次の数式３により求められる。
　　　ΔＶ’＝Ｖ１９＋ΔＶ１９－Ｖ１８・・・数式３
　インバータ制御部１５は、補正された電圧差に応じて、インバータ主回路部４の出力電圧の位相と商用電力系統ＡＣの電圧の位相とが一致するようにインバータ主回路部４の複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作を制御する。
　例えば、インバータ制御部１５は、インバータ主回路部４の出力電圧の位相が商用電力系統ＡＣの電圧の位相に比べて遅れている場合、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の制御信号を生成する際に用いるキャリア波の位相を進相させる。
　あるいは、例えば、インバータ制御部１５は、インバータ主回路部４の出力電圧の位相が商用電力系統ＡＣの電圧の位相に比べて進んでいる場合、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の制御信号を生成する際に用いるキャリア波の位相を遅相させる。
　そして、インバータ制御部１５は、補正された電圧差が所定の許容範囲内に収まったら、インバータ主回路部４の出力電圧と商用電力系統ＡＣの電圧とが同期したものと判断し、その旨を開閉制御部１２へ通知する。また、インバータ制御部１５は、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作を終了する場合、その旨を開閉制御部１２へ通知する。
　開閉制御部１２は、インバータ主回路部４の出力電圧と商用電力系統ＡＣの電圧とが同期した旨の通知を受けたら、その通知に応じて２つの開閉器７ａ、７ｂが閉じるように２つの開閉器７ａ、７ｂを制御する。また、開閉制御部１２は、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作が終了される旨の通知を受けたら、その通知に応じて２つの開閉器７ａ、７ｂが開くように２つの開閉器７ａ、７ｂを制御する。
　以上のように、実施の形態では、系統連系インバータ装置１００において、第１の電圧検出器１９が、開閉器７ａ、７ｂに対するインバータ主回路部４側の電圧を検出し、第２の電圧検出器１８が、開閉器７ａ、７ｂに対する商用電力系統ＡＣ側の電圧を検出する。誤差補正器２１は、第１の電圧検出器１９の検出値と第２の電圧検出器１８の検出値とに含まれる位相誤差を補正するための検出誤差補正値を保持する。インバータ制御部１５は、第１の電圧検出器１９の検出値と第２の電圧検出器１８の検出値と誤差補正器２１に保持された検出誤差補正値とに基づいて、インバータ主回路部４を制御する。これにより、第１の電圧検出器１９及び第２の電圧検出器１８の間の電圧検出精度のバラツキによる突入電流の増大を抑制することができる。また、抵抗器によらずに突入電流を抑制でき、突入電流抑制専用の抵抗器が不要となるので、系統連系インバータ装置１００が商用電力系統ＡＣに供給すべき交流電力の損失を低減でき、系統連系インバータ装置１００の全体として変換効率を向上できる。すなわち、系統連系インバータ装置１００の変換効率を向上でき、商用電力系統ＡＣから系統連系インバータ装置１００への突入電流を抑制できる。
　また、実施の形態では、突入電流抑制専用の抵抗器が不要となるので、系統連系インバータ装置１００の製造コストを低減できる。
　また、実施の形態では、インバータ制御部１５が、開閉器７ａ、７ｂが開いた状態で、第１の電圧検出器１９の検出値と第２の電圧検出器１８の検出値と誤差補正器２１に保持された検出誤差補正値とに基づいて、インバータ主回路部４の出力電圧と商用電力系統ＡＣの電圧とが同期するようにインバータ主回路部４を制御する。これにより、その後に開閉器７ａ、７ｂが閉じた際に、商用電力系統ＡＣから系統連系インバータ装置１００への突入電流を効果的に抑制できる。
　また、実施の形態では、２つの開閉器７ａ、７ｂが、２本の電圧線ＶＬ１、ＶＬ２に設けられており、第１の電圧検出器１９が、フィルタ回路６側の２本の電圧線ＶＬ１、ＶＬ２間の電圧を検出し、第２の電圧検出器１８は、商用電力系統ＡＣ側の２本の電圧線ＶＬ１、ＶＬ２間の電圧を検出する。これにより、中性線ＭＬにも開閉器を設ける場合に比べて開閉器の数を減らすことができるので、系統連系インバータ装置１００の製造コストを低減できる。また、第１の電圧検出器１９及び第２の電圧検出器１８が２つの開閉器７ａ、７ｂの設けられた２本の電圧線ＶＬ１、ＶＬ２間の電圧を検出するので、抵抗器８（図２参照）を設けることなく、突入電流による開閉器７ａ、７ｂの接点寿命の低下を効果的に防止できる。
　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、太陽電池と商用電力系統との連系に有用である。
　１　系統連系インバータ装置
　２　開閉制御部
　３　平滑回路
　４　インバータ主回路部
　５　インバータ制御部
　６　フィルタ回路
　７ａ、７ｂ　開閉器
　８　抵抗器
　１２　開閉制御部
　１５　インバータ制御部
　１８　第２の電圧検出器
　１９　第１の電圧検出器
　２０　位相誤差検出器
　２１　誤差補正器
　１００　系統連系インバータ装置

Claims (3)

  1. 　直流電源を商用電力系統に連系させる系統連系インバータ装置であって、
    　直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路部と、
    　前記インバータ主回路部を商用電力系統から解列する開閉器と、
    　前記開閉器に対する前記インバータ主回路部側の電圧を検出する第１の電圧検出器と、
    　前記開閉器に対する前記商用電力系統側の電圧を検出する第２の電圧検出器と、
    　前記第１の電圧検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値とに含まれる位相誤差を補正するための検出誤差補正値を保持する誤差補正器と、
    　前記第１の電圧検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値と前記誤差補正器に保持された検出誤差補正値とに基づいて、前記インバータ主回路部を制御するインバータ制御部と、
    　を備えたことを特徴とする系統連系インバータ装置。
  2. 　前記インバータ制御部は、前記開閉器が開いた状態で、前記第１の電圧検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値と前記誤差補正器に保持された検出誤差補正値とに基づいて、前記インバータ主回路部の出力電圧と前記商用電力系統の電圧とが同期するように前記インバータ主回路部を制御する
    　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。
  3. 　２つのリアクトル及び２つのコンデンサを有し、前記インバータ主回路部から出力された交流電力に含まれるノイズを減衰させるフィルタ回路と、
    　前記２つのコンデンサの両端と前記商用電力系統との間に配された２本の電圧線と、
    　前記２つのコンデンサの中点と前記商用電力系統との間に配された中性線と、
    　をさらに備え、
    　２つの前記開閉器は、前記２本の電圧線に設けられており、
    　前記第１の電圧検出器は、前記フィルタ回路側の前記２本の電圧線間の電圧を検出し、
    　前記第２の電圧検出器は、前記商用電力系統側の前記２本の電圧線間の電圧を検出する
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の系統連系インバータ装置。
     
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