WO2014033868A1 - 入力回路及び電力変換装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an input circuit that inputs DC power supplied from a DC power source such as a solar cell, a fuel cell, and a storage battery, and a power converter that converts DC power obtained through the input circuit into AC power. is there.
  • a DC power source such as a solar cell, a fuel cell, and a storage battery
  • an AC power supply system that converts DC power generated by solar cells, fuel cells, storage batteries, and the like into AC power, and supplies the converted AC power to a load.
  • a photovoltaic cell has a small individual electromotive force and output current
  • a plurality of photovoltaic modules in which a plurality of photovoltaic cells are connected in series are connected in parallel to obtain a desired DC power. Yes.
  • an appropriate number of fuel cells and storage batteries are connected in parallel / series so that a desired output can be obtained.
  • a solar power generation system in addition to a plurality of solar cell modules, it has a current collecting unit that collects outputs of these solar modules and a power conversion unit that converts DC power into AC power.
  • This current collector forms one output line by connecting wirings connected to a plurality of solar cell modules in a box.
  • a current collection part can connect several solar cell modules in parallel, and can combine the output electric power of several solar cell modules into one.
  • the DC output power of the plurality of solar cell modules collected by the current collector is output to the power converter, and after being converted into AC power synchronized with the frequency of the commercial power system by the power converter, the commercial power system ( Superimposed on the load). In some cases, AC power is supplied directly to the load without using the wiring of the commercial power system.
  • a DC switch is interposed in each of the positive line and the negative line of the DC power, and the DC power source such as a solar cell can be disconnected when performing system maintenance.
  • the contact piece of the DC switch is opened while current is flowing through the DC switch, arc discharge occurs. That is, in a power circuit in which a large current flows, even if the contact of the DC switch is opened from the contact in order to cut off the current, the air around the contact and the contact is ionized by arc discharge, In addition, the distance between the contacts is close and arc discharge may be sustained depending on various conditions. This arc discharge heats the contacts and the piece, and the DC switch breaks down due to the heat of the arc discharge. For this reason, the DC switch provided with the arc extinguishing mechanism which extinguishes arc discharge is provided (refer the following patent document 2).
  • this arc extinguishing mechanism uses a magnet as shown in Patent Document 2.
  • the arc extinguishing mechanism utilizes the fact that the direction of arc discharge is changed by the force generated according to the direction of current and the direction of magnetic flux when a magnet is arranged near the contact piece.
  • the arc extinguishing mechanism has a magnetic plate at the tip of arc discharge, draws arc discharge into the magnetic plate, divides and cools, and extinguishes arc discharge.
  • the DC switch having the arc extinguishing mechanism fixes the direction of the current and directs the arc discharge to the magnetic plate side.
  • the polarity (positive electrode, negative electrode) of the DC switch is determined in advance when connecting to the DC power source.
  • Arc discharge that occurs when the DC switch contacts are released from the contacts contains a concern that it will continue. Arc discharge also occurs when the contact piece is closed to the contact, but the arc discharge lasts for a period of time while the contact piece is closed, and is shorter than the duration when the contact piece is released from the contact. However, even in this case, if the number of occurrences of arc discharge increases, the same problem as described above may occur.
  • This invention is made in view of such a point, and suppresses the failure of the DC switch due to arc discharge even when the DC power is mistaken for the predetermined polarity and connected to the DC switch. It is an object of the present invention to provide an input circuit and a power conversion device that can perform the above.
  • the input circuit of the present invention is an input circuit that connects DC power having a positive electrode and a negative electrode corresponding to each input terminal of a double-pole single-throw switch having a positive electrode input terminal and a negative electrode input terminal.
  • the double pole single throw switch is an arc extinguishing system that attenuates arc discharge during operation of the switch when the positive pole of the DC power is connected to the positive input terminal and the negative pole of the DC power is connected to the negative input terminal.
  • a diode is electrically connected in a direction in which a current flows from the negative input terminal to the positive input terminal.
  • the DC switch of the present invention can be applied to a solar cell module, a fuel cell, and a storage battery as a DC power source.
  • a booster circuit having a reactance, a switching element, a rectifier diode, and a capacitor is connected to an output-side terminal of the double-pole single-throw switch, and the switching element is operated during operation of the switching element.
  • a free-wheeling diode that enables energization in the direction opposite to the current direction may be provided.
  • the input circuit of the present invention it is possible to protect the double-pole single-throw switch even when the free-wheeling diode of such a booster circuit acts as a current circulation path when DC power is reversely connected. become.
  • the DC power is generated by a solar cell.
  • a photovoltaic cell Since a photovoltaic cell has a small electromotive force and output current of each cell, a desired DC power can be obtained by using a plurality of photovoltaic modules in which a plurality of photovoltaic cells are connected in series and in parallel. The For this reason, when applied to a power generated by a solar cell as DC power, there is a high possibility that the positive electrode and the negative electrode are erroneously connected, so that the operational effect of the input circuit of the present invention can be confirmed well.
  • the power conversion device of the present invention is the power conversion device in which the DC power is input through the input circuit, and then the voltage is boosted by the boost circuit, converted into AC power by the inverter circuit, and supplied to the load.
  • the input circuit is connected to a positive pole and a negative pole of the DC power corresponding to respective input terminals of a double pole single throw switch having a positive pole input terminal and a negative pole input terminal, and the double pole single throw switch is connected to the DC power
  • the arc-extinguishing mechanism for attenuating arc discharge during operation of the double-pole single-throw switch A diode is electrically connected in a direction in which a current flows from the negative input terminal to the positive input terminal, and the booster circuit includes a reactance, a switching element, and a regulator. It has a diode and a capacitor, wherein the switching element, characterized in that the freewheeling dio
  • the power conversion device of the present invention even if the positive electrode and the negative electrode of DC power are mistakenly connected to the negative input terminal or the positive input terminal of the double-pole single throw switch, a current circulation path through the return diode can be obtained. Since DC power is short-circuited by a diode in front of the switch, no current flows through the switch and no arc discharge occurs. As a result, the possibility of failure of this switch due to arc discharge is reduced.
  • the DC power is generated by a solar cell.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a current collector in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a circuit diagram of an inverter in the first embodiment.
  • 6 is a circuit diagram of a current collector in Modification 1.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a current collector in Modification 2.
  • FIG. It is a circuit diagram of the power converter device in Embodiment 2.
  • This AC power supply system 1 includes a current collector 3 (also referred to as a current collector box or a relay terminal box) 3 that bundles the generated power of a plurality of (for example, four) solar cell modules 2A to 2D into one DC power.
  • the inverter unit 4 converts the DC power into AC power.
  • the AC power output from the inverter unit 4 is appropriately supplied to the load 6 or superimposed on the commercial power supply system 7 via the interconnection relay 5. It has become so.
  • Each of the solar cell modules 2A to 2D has a configuration in which a plurality (14 in the drawing) of solar cells are connected in series and a plurality (two in the drawing) are connected in parallel.
  • FIG. 2 shows a solar cell module 2A according to the first embodiment, which is an open / close switch 13A (a contact and a contact piece are one circuit, at least two of these circuits are built in, and the contact pieces of the two circuits are linked to each other)
  • the solar cell module 2A is connected to the corresponding positive input terminal 11a and negative input terminal 12 provided in the current collector 3, respectively. .
  • the positive and negative electrodes of the solar cell module 2A are connected to the positive electrode input terminal 11a and the negative electrode negative input terminal 12a, respectively, and the first diode 10a and the open / close switch 13A are provided.
  • the output side of the open / close switch 13A is connected to the positive output terminal 14 and the negative output terminal 15, respectively. That is, the current collector 3 controls the DC power output from the positive electrode output terminal 14 and the negative electrode output terminal 15 by controlling the generated power of the solar cell module 2 ⁇ / b> A with the open / close switch 13 ⁇ / b> A.
  • the open / close switch 13A used here has a double-pole single-throw switch for large currents in which the combination of the contact and the intercept is one circuit, and is interposed in the positive and negative lines, respectively.
  • An arc extinguishing mechanism that extinguishes arc discharge generated during the opening / closing operation is provided.
  • the arc extinguishing mechanism is configured to operate the switch when the positive electrode of the DC power is connected to the positive input terminal of the open / close switch 13A and the negative electrode of the DC power is connected to the negative input terminal of the open / close switch 13A. It is provided to attenuate the arc discharge.
  • This arc extinguishing mechanism guides arc discharge in a specific direction from the magnetic material that is specifically arranged in the direction of current flow when the connection is made and the positional relationship between the current and the magnetic material. It is comprised from the arc-extinguishing member arrange
  • an open / close switch having such a function for example, there is a DC switch as disclosed in Patent Document 2.
  • the 1st diode 10a is connected so that an electric current may flow toward the positive input terminal 11a side from the negative input terminal 12a.
  • the outputs of the positive output terminal 14 and the negative output terminal 15 of the current collector 3 are input to the positive input terminal 16 and the negative input terminal 17 of the inverter 4, respectively, as shown in FIG.
  • the inverter 4 is mainly a DC / AC conversion circuit, and may be called a power conversion circuit, a PV inverter, a power conditioner, or the like.
  • the inverter 4 converts the DC power into a specific AC power of 50 Hz to 60 Hz, that is, an AC power having the same phase as the AC power of the commercial power supply system, and outputs the AC power.
  • the direct current power input to the positive input terminal 16 and the negative input terminal 17 of the inverter 4 is input to the switch element module 18 via the direct current reactor DCL.
  • the switch element module 18 is configured as an IC as a step-up switching circuit 19 and a single-phase full bridge circuit 20 each having a parallel circuit of a transistor and a free wheel diode.
  • the output side of the direct current reactor DCL is connected to the input side A point of the step-up switching circuit 19, and the smoothing capacitor CON is connected between the connection points B and C of the step-up switching circuit 19 and the full bridge circuit 20. Is connected.
  • the output points D and E of the full bridge circuit 20 are connected to an AC reactor ACL, respectively.
  • the direct current reactor DCL and the alternating current reactor ACL those having a large reactance with respect to a frequency of 50 Hz to 60 Hz are used, and the smoothing capacitor CON having a large capacity is also used.
  • the DC reactor DCL, the boosting switching circuit 19 and the smoothing capacitor CON constitute a boost DC / DC converter circuit
  • the full bridge circuit 20 and the pair of AC reactor ACLs constitute a DC / AC converter circuit.
  • the capacitor Xc connected to the output side of the AC reactor ACL is for noise removal.
  • the AC output from the pair of AC reactors ACL is connected to the load 6 and the commercial power supply system 7 (see FIG. 1) via the pair of AC output terminals 21 and 22 and the interconnection relay 5.
  • the open / close switch 13A When such an erroneous connection is made, if a circuit for connecting a direct current is formed in the circuit connected to the positive output terminal 14 and the negative output terminal 15, the open / close switch 13A is opened and closed by closing the contact piece. A large current flows through the switch 13A.
  • the contact piece of the open / close switch 13A When the contact piece of the open / close switch 13A is opened from the contact in this state, arc discharge occurs between the contact and the contact piece inside the open / close switch 13A. In this arc discharge, since the direction of the current flowing through the open / close switch 13A is opposite to the design direction, the arc discharge direction due to the action of the magnetic material of the arc extinguishing mechanism correctly connected the positive electrode and the negative electrode of the solar cell module 2A.
  • the arc extinguishing member did not function in the opposite direction, and as a result, arc discharge continued without being reduced. If arc discharge is continued in the opening / closing switch 13A, the temperature in the opening / closing switch 13A becomes high, and the possibility of failure of the opening / closing switch 13A increases.
  • the first diode 10a is connected so that current flows from the negative input terminal 12 of the current collector 3 toward the positive input terminal 11a.
  • the reversely connected solar cell module 2A is placed in front of the open / close switch 13A.
  • a short circuit occurs via the first diode, and no current flows to the open / close switch 13A. Therefore, the open / close switch 13A does not flow a current that may cause arc discharge when the contact piece of the open / close switch 13A is operated.
  • the current collector 3A of Modification 1 shown in FIG. 4 is a case where the solar cell modules are arranged in four rows of solar cell modules 2A to 2D.
  • the current collector 3A in the first modification is similar to the current collector 3 of the first embodiment in that the open / close switches 13A to 13D, the positive input terminals 11a to 11d, the negative input terminals 12a to 12d, and the negative input terminals 12a to 12d to the positive electrode.
  • the first diodes 10a to 10d connected so that current flows to the input terminals 11a to 11d side, they are provided between the positive output contact side and the positive output terminal 14 of the open / close switches 13A to 13D.
  • the second diodes 23a to 23d are inserted in the forward direction, respectively.
  • the current collector 3B according to the second modification is configured so that the second diodes 23e to 23h are disposed in the opposite directions between the negative output contact side of the on / off switches 13A to 13D and the negative output terminal 15, respectively. Inserted.
  • FIG. 6 shows the power conversion device 24 according to the second embodiment in which the input circuit having the configuration shown in the first modification is used as the input circuit of the inverter unit 4. That is, the power conversion device 24 according to the second embodiment has the positive output terminal 14 and the negative output terminal 15 of the first modification shown in FIG. 4 (the diodes 10a to 10d may be omitted) of the inverter 4 shown in FIG.
  • the power conversion device 24 according to the second embodiment has the positive output terminal 14 and the negative output terminal 15 of the first modification shown in FIG. 4 (the diodes 10a to 10d may be omitted) of the inverter 4 shown in FIG.
  • an input circuit composed of another open / close throw switch 13E and the first diode 10e is interposed.
  • the open / close switch 13E includes an arc extinguishing mechanism that attenuates arc discharge, as in the case of the above-described open / close switches 13A to 13D.
  • the first diode 10e is electrically connected so that a current flows from the negative input terminal 12e of the open / close switch 13E to the positive input terminal 11e.
  • the positive output terminal 14 of the current collector 3 is mistakenly connected to the negative input terminal 17 as in the case of the input circuit having the configuration shown in Modification 1 described above.
  • the negative output terminal 15 is connected to the positive input terminal 16, current is prevented from flowing through the open / close switch 13E.
  • the DC power applied to the negative input terminal 17 constitutes a circulation circuit that returns to the positive input terminal 16 via a free wheel diode and a direct current reactor DCL that are provided in addition to the switch element of the switching circuit 19 of the booster, and the open / close switch 13E. However, no current flows through this circuit by the first diode 10e.

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Abstract

本発明の入力回路は、正極及び負極を有する直流電力を正極入力端子１１ａ及び負極入力端１２ａを有する開閉スイッチ１３Ａのそれぞれの入力端子に対応させて接続する入力回路おいて、前記双極単投スイッチ１３Ａは前記直流電力の正極が正極入力端子１１ａに接続されかつ前記直流電力の負極が負極入力端子１２ａに接続された際にこのスイッチの操作時のアーク放電を減衰させる消弧機構を有すると共に、負極入力端子１２ａから正極入力端子１１ａへ向けて電流が流れる方向にダイオード１０ａが電気的に接続されている。

Description

入力回路及び電力変換装置
　本発明は、太陽電池、燃料電池、蓄電池などの直流電力源から供給される直流電力を入力する入力回路及びこの入力回路を介して得られる直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関するものである。
　近年、太陽電池、燃料電池、蓄電池などで発電される直流電力を交流電力に変換し、この変換した交流電力を負荷へ供給する交流電力供給システムが開発されている。例えば、太陽電池セルは、個々の起電力及び出力電流が小さいため、複数の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールを複数個並列に接続して所望の直流電力が得られるようにされている。また、燃料電池や蓄電池も所望の出力が得られるように適宜の個数を並列／直列に接続している。
　例えば太陽光発電システムであれば、複数の太陽電池モジュールに加えて、これら太陽モジュールの出力をまとめる集電部や直流電力を交流電力に変換する電力変換部を有している。この集電部は、複数の太陽電池モジュールとそれぞれ接続される配線を箱内にて接続して１つの出力ラインを構成している。これにより集電部は、複数の太陽電池モジュールを並列に接続し、複数の太陽電池モジュールの出力電力を１つにまとめることができる。集電部によりまとめられた複数の太陽電池モジュールの直流出力電力は、電力変換部へ出力され、この電力変換部によって商用電力系統の周波数に同期した交流電力に変換された後、商用電力系統（負荷）へ重畳される。なお、交流電力を商用電力系統の配線を介さず直接負荷へ供給する場合もある。
　このような集電部内では直流電力の正極線路及び負極線路には、それぞれ直流開閉器が介在しており、システムのメンテナンスを行う際に太陽電池等の直流電力源を切り離すことができるようになっている（下記特許文献１参照）。ところで、直流開閉器に電流が流れている際に直流開閉器の接片を開くと、アーク放電が生じる。すなわち、大電流が流れている電力回路においては、電流を遮断するために直流開閉器の接片を接点から開放しても、アーク放電により接片及び接点の周囲の空気がイオン化し、接片及び接点間の距離が近く諸条件によってはアーク放電が持続されることがあった。このアーク放電によって接点及び切片は加熱され、またアーク放電の熱により直流開閉器が故障することになる。このため、アーク放電を消滅させる消弧機構を備えた直流開閉器が提供されている（下記特許文献２参照）。
　この消弧機構には、例えば、特許文献２に示されるように磁石を利用したものがある。具体的には、消弧機構は、磁石を接片付近に配置したときに、電流の向きと磁束の向きに応じて生じる力でアーク放電の方向が変わることを利用している。消弧機構は、アーク放電の先に磁性板を有し、磁性板にアーク放電を引き込んで分断・冷却してアーク放電を消滅する。このため、消弧機構を有する直流開閉器は電流の向きを固定してアーク放電を磁性板側に向けている。このため、直流開閉器は、直流電力源へ接続する際に極性（正極、負極）が予め決められている。
特開２０１０－４１７５８号公報 特開２０１１－１２９３８５号公報
　しかしながら、直流電力を予め定められた極性と間違えて直流開閉器に接続してしまうと、回路構成によっては電流の循環路が構成され、直流開閉器の接片が閉じていればそのまま電流が流れてしまうことがある。この状態で直流開閉器の接片を開くとアーク放電が生じるが、このアーク放電は流れる電流の向きが逆であるため消弧機構の磁石の作用により磁性板のある方向とは逆の方向へ向くことになる。従って、アーク放電は消滅せず直流開閉器が故障に至る場合がある。
　直流開閉器の接片を接点から開放する際に生じるアーク放電は持続し続ける危惧を含んでいる。接片を接点に閉じる際にもアーク放電が生じるが、このアーク放電が持続する時間は接片が閉じる間の時間であり、接片を接点から開放する際の持続時間に比べて短い。しかしながら、この場合においても、アーク放電の発生する回数が多くなれば前記したものと同様の問題点が生じる可能性がある。
　本発明は、この様な点に鑑みて成されたものであり、直流電力を予め定められた極性と間違えて直流開閉器に接続した場合でも、アーク放電による直流開閉器の故障を抑制することができる入力回路及び電力変換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、本発明の入力回路は、正極及び負極を有する直流電力を正極入力端子及び負極入力端を有する双極単投スイッチのそれぞれの入力端子に対応させて接続する入力回路おいて、
　前記双極単投スイッチは、前記直流電力の正極が正極入力端子に接続されかつ前記直流電力の負極が負極入力端子に接続されている際に、このスイッチの操作時のアーク放電を減衰させる消弧機構を有すると共に、前記負極入力端子から前記正極入力端子へ向けて電流が流れる方向にダイオードが電気的に接続されていることを特徴とする。
　本発明の入力回路においては、直流電力の正極と負極とが間違えて直流開閉器としての双極単投スイッチの負極入力端子又は正極入力端子に接続されても、この双極単投スイッチの前で直流電力がダイオードによって短絡された状態となるため、この双極単投スイッチへは電流が流れない。そのため、本発明の入力回路によれば、双極単投スイッチ内でアーク放電が起こらないため、アーク放電によりこの双極単投スイッチが故障する可能性が低くなる。なお、本発明の直流開閉器は、直流電力源として太陽電池モジュール、燃料電池及び蓄電池の場合等に適用することができる。
　本発明の入力回路においては、前記双極単投スイッチの出力側の端子には、リアクタンス、スイッチング素子、整流ダイオード及びコンデンサを有する昇圧回路が接続され、前記スイッチング素子には、当該スイッチング素子の動作時の電流方向と逆方向の通電を可能とする還流ダイオードが併設されていてもよい。
　本発明の入力回路によれば、このような昇圧回路の還流ダイオードが直流電力を逆接続した際の電流の循環路として作用した際にも、前記双極単投スイッチの保護を行うことができるようになる。
　また、本発明の入力回路においては、前記直流電力は、太陽電池で発電されるものであることが好ましい。
　太陽電池は、個々のセルの起電力及び出力電流が小さいため、複数の太陽電池セルを直列及び並列に接続した太陽電池モジュールを複数個使用することによって、所望の直流電力が得られるようになされる。そのため、直流電力として太陽電池で発電されるものに適用すると、正極及び負極を誤接続される可能性が大きくなるので、本発明の入力回路の作用効果が良好に確認できるようになる。
　さらに、本発明の電力変換装置は、直流電力を入力回路を介して入力した後、その電圧を昇圧回路で昇圧し、インバータ回路で交流電力に変換して負荷へ供給する電力変換装置において、前記入力回路は、前記直流電力の正極及び負極を正極入力端子及び負極入力端を有する双極単投スイッチのそれぞれの入力端子に対応して接続されており、前記双極単投スイッチは、前記直流電力の正極が前記正極入力端子に接続されかつ前記直流電力の負極が前記負極入力端子に接続されている際に、この双極単投スイッチの操作時のアーク放電を減衰させる消弧機構を有すると共に、前記負極入力端子から前記正極入力端子へ向けて電流が流れる方向にダイオードが電気的に接続されており、前記昇圧回路は、リアクタンス、スイッチング素子、整流ダイオード及びコンデンサを有し、前記スイッチング素子には、当該スイッチング素子の動作時の電流方向と逆方向の通電を可能とする還流ダイオードが併設されていることを特徴とする。
　本発明の電力変換装置によれば、直流電力の正極と負極とが間違えて双極単投スイッチの負極入力端子又は正極入力端子に接続されて還流ダイオードを介する電流の循環路ができても、このスイッチの前で直流電力がダイオードによって短絡された状態となるため、このスイッチへは電流が流れずアーク放電が起こらない。そのため、アーク放電によりこのスイッチが故障する可能性が低くなる。
　また、本発明の電力変換装置においてが、前記直流電力は、太陽電池で発電されるものであることが好ましい。
　直流電力として太陽電池で発電されるものに適用すると、上述したように、正極及び負極が電力変換装置に誤接続された場合でも、本発明の電力変換装置の作用効果が良好に確認できるようになる。
実施形態１の交流電力供給システムのブロック図である。 実施形態１における集電部の回路図である。 実施形態１におけるインバータの回路図である。 変形例１における集電部の回路図である。 変形例２における集電部の回路図である。 実施形態２における電力変換装置の回路図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、各実施形態及び図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下に示す各実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための入力回路及び電力変換装置の一例を説明するものであって、本発明をこれらの実施形態に記載された入力回路及び電力変換装置に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。また、本発明は直流電力として太陽電池、燃料電池ないし蓄電池の何れを用いた場合についても等しく適用し得るものであるが、以下においては直流電力として複数個の太陽電池直列及び並列に接続した太陽電池モジュールを用いた場合に代表させて説明することとする。
［実施形態１］
　最初に、図１を用いて実施形態１の交流電力供給システム１の概略構成について説明する。この交流電力供給システム１は、複数個（例えば４個）の太陽電池モジュール２Ａ～２Ｄの発電電力を一つの直流電力に束ねる集電部（集電箱、中継端子箱とも称される）３と、この直流電力を交流電力に変換するインバータ部４とを備えており、インバータ部４から出力される交流電力は、連系リレー５を経て、適宜負荷６に供給ないし商用電源系統７に重畳されるようになっている。
　太陽電池モジュール２Ａ～２Ｄのそれぞれは、複数個（図面では１４個）の太陽電池セルを直列に接続し、これをさらに複数個（図面では２列）並列に接続した構成を備えている。図２は、実施形態１における太陽電池モジュール２Ａを開閉スイッチ１３Ａ（接点と接片を１回路とし、この回路を少なくとも２回路内蔵しかつこの２回路の接片が連動する様に構成された双極単投スイッチの１例である。）に接続した例を示しており、この太陽電池モジュール２Ａは集電部３に設けられたそれぞれ対応する正入力端子１１ａ及び負入力端子１２に接続されている。
　そして、集電部３は、太陽電池モジュール２Ａの正極及び負極がそれぞれ正極入力端子１１ａ及び負極負入力端子１２ａに接続され、また第１のダイオード１０ａと、開閉スイッチ１３Ａとが設けられており、開閉スイッチ１３Ａの出力側は、それぞれ正極出力端子１４及び負極出力端子１５に接続されている。すなわち、集電部３は、太陽電池モジュール２Ａの発電電力を開閉スイッチ１３Ａで開閉制御して、正極出力端子１４及び負極出力端子１５から出力される直流電力を制御するものである。
　ここで用いている開閉スイッチ１３Ａは、接点と切片との組み合わせを１回路としてそれぞれ正極路線と負極路線に介在させた大電流用の双極単投スイッチの構成に、さらに内部に接点と接片との開閉操作の際に生じるアーク放電を消滅させる消弧機構を備えている。この消弧機構は、前記直流電力の正極が開閉スイッチ１３Ａの正極入力端子に接続されかつ前記直流電力の負極が開閉スイッチ１３Ａの負極入力端子に接続されている際に、このスイッチの操作時のアーク放電を減衰させるように設けられているものである。この消弧機構は、当該接続が成された際の電流の流れる方向に特定して配置される磁性体と、当該電流と磁性体との位置関係からアーク放電を特定方向に導き、このアーク放電の方向に配置される消弧部材とから構成されている。このような機能を備えた開閉スイッチとしては、例えば上記特許文献２に開示されているような直流開閉器がある。そして、本実施形態１の集電部３では、第１のダイオード１０ａは、負入力端子１２ａから正入力端子１１ａ側に向かって電流が流れるように接続されている。
　また集電部３の正出力端子１４及び負出力端子１５の出力は、図３に示したように、それぞれインバータ４の正入力端子１６及び負入力端子１７に入力される。インバータ４は、ＤＣ／ＡＣ変換回路を主とするものであり、電力変換回路、ＰＶインバータ、パワーコンディショナなどと称されることもある。インバータ４は、直流電力を５０Ｈｚないし６０Ｈｚの特定の交流電力、すなわち商用電源系統の交流電力と同位相の交流電力に変換して出力する。
　インバータ４の正入力端子１６及び負入力端子１７に入力された直流電力は、直流用リアクトルＤＣＬを経てスイッチ素子モジュール１８に入力されている。スイッチ素子モジュール１８は、それぞれトランジスタ及び還流ダイオードの並列回路を有する昇圧用スイチング回路１９及び単相のフルブリッジ回路２０として構成されＩＣ化されている。そして、直流用リアクトルＤＣＬの出力側は昇圧用スイッチング回路１９の入力側Ａ点に接続され、この昇圧用スイッチング回路１９とフルブリッジ回路２０の接続点Ｂ点及びＣ点の間には平滑コンデンサＣＯＮが接続されている。また、フルブリッジ回路２０の出力点Ｄ点及びＥ点はそれぞれ交流用リアクトルＡＣＬに接続されている。なお、直流用リアクトルＤＣＬ及び交流用リアクトルＡＣＬは、周波数５０Ｈｚないし６０Ｈｚの周波数に対するリアクタンスが大きいものが使用され、平滑コンデンサＣＯＮも大容量のものが用いられる。
　ここで、直流用リアクトルＤＣＬ、昇圧用スイッチング回路１９及び平滑コンデンサＣＯＮによって昇圧形のＤＣ／ＤＣコンバータ回路を構成し、フルブリッジ回路２０及び一対の交流用リアクトルＡＣＬによってＤＣ／ＡＣコンバータ回路を構成している。なお、交流用リアクトルＡＣＬの出力側に接続されているコンデンサＸｃはノイズ除去用のものである。これらの昇圧用スイッチング回路１９及びフルブリッジ回路２０は、別途制御回路からの信号によって制御されているが、これらの具体的な制御方式は本発明の動作にかかるものではなく通常のものを用いることが可能であり、その詳細な説明は省略する。
　また、一対の交流用リアクトルＡＣＬからの交流出力は、一対の交流出力端子２１、２２、連系リレー５を経て、負荷６及び商用電源系統７（図１参照）に接続されている。
　ここで、図２を参照しながら第１のダイオード１０ａ機能について説明する。太陽電池モジュール２Ａと集電部３とを接続する電気工事者と、太陽電池モジュール２Ａを設置する設置業者とは通常異なる作業者によって行われる。そのため、作業者が間違えて、太陽電池モジュール２Ａの正極及び負極を誤って集電部３の正極入力端子１１及び負極入力端子１２ａへ逆に接続してしまうことがある。
　このような誤接続が行われた場合、正出力端子１４及び負出力端子１５に接続される側の回路に直流電流の循環回路ができていると、開閉スイッチ１３Ａの接片を閉じることによって開閉スイッチ１３Ａには大電流が流れてしまう。この状態で開閉スイッチ１３Ａの接片を接点から開くと、開閉スイッチ１３Ａの内部の接点及び接片間でアーク放電が生じる。このアーク放電は開閉スイッチ１３Ａに流れる電流の向きが設計方向とは逆になっているため、消弧機構の磁性体の作用によるアーク放電の方向が太陽電池モジュール２Ａの正極及び負極を正しく接続した場合と反対方向になって消弧部材が機能せず、その結果アーク放電は減少することなくなく放電を続ける場合があった。開閉スイッチ１３Ａ内でアーク放電が継続されると、開閉スイッチ１３Ａ内が高温となり、開閉スイッチ１３Ａが故障する可能性が大きくなる。
　しかしながら、実施形態１の交流電力供給システム１では、第１のダイオード１０ａが集電部３の負極入力端子１２から正極入力端子１１ａの側に向かって電流が流れるように接続されている。このような構成を備えていると、太陽電池モジュール２Ａの正極及び負極が集電部３の正極入力端子１１ａ及び負極入力端子１２ａに正しく接続されている場合、第１のダイオード１０ａには電流が流れず、開閉スイッチ１３Ａの入力インピーダンスが変化するなどの影響はない。しかしながら、太陽電池モジュール２Ａの正極及び負極が集電部３の正極入力端子１１ａ及び負極入力端子１２ａに逆に接続された場合、この逆に接続された太陽電池モジュール２Ａは開閉スイッチ１３Ａの前で第１のダイオード介して短絡された状態となり、開閉スイッチ１３Ａへは電流が流れない。従って、開閉スイッチ１３Ａには、開閉スイッチ１３Ａの接片を操作した際にアーク放電が起こり得る電流が流れることはない。
［変形例１、２］
　図４に示す変形例１の集電部３Ａは、太陽電池モジュールを太陽電池モジュール２Ａ～２Ｄの４列とした場合である。変形例１における集電部３Ａは、実施形態１の集電部３のように、開閉スイッチ１３Ａ～１３Ｄ、正極入力端子１１ａ～１１ｄ、負極入力端子１２ａ～１２ｄ、負極入力端子１２ａ～１２ｄから正極入力端子１１ａ～１１ｄの側へ電流が流れるように接続される第１のダイオード１０ａ～１０ｄを備えているだけでなく、開閉スイッチ１３Ａ～１３Ｄの正出力接点側と正出力端子１４との間に順方向にそれぞれ第２のダイオード２３ａ～２３ｄとを挿入したものである。また、変形例２の集電部３Ｂは、変形例１とは異なり、第２のダイオード２３ｅ～２３ｈを開閉スイッチ１３Ａ～１３Ｄの負出力接点側と負出力端子１５との間に逆方向にそれぞれ挿入したものである。
　このような構成を備えていると、太陽電池モジュール２Ａ～２Ｄのいずれかの正極及び負極を誤接続した際には、第１のダイオード１０ａ～１０ｄを介して電流が流れ、開閉スイッチ１３Ａ～１３Ｄには電流が流れないから、開閉スイッチ１３Ａ～１３Ｄ内には、アーク放電は起らない。しかし、第１のダイオード１０ａ～１０ｄに他の太陽電池モジュールの出力が回り込むとダイオードが故障、例えば開放故障、することがあり、この場合には太陽電池モジュールの誤接続による保護を行うことができなくなる。この出力の回り込みを防止するために、第２のダイオード２３ａ～２３ｈを設けている。
［実施形態２］
　図６は、インバータ部４の入力回路として、変形例１に示した構成の入力回路を用いた実施形態２の電力変換装置２４を示す。すなわち、実施形態２の電力変換装置２４は、図４に示す変形例１（ダイオード１０ａ～１０ｄは削除してもよい。）の正極出力端子１４及び負極出力端子１５を図３に示すインバータ４の正極入力端子１６及び負極入力端子１７に接続する際に、別開閉投スイッチ１３Ｅと第１のダイオード１０ｅとからなる入力回路を介在させものである。
　開閉スイッチ１３Ｅは上述した開閉スイッチ１３Ａ～１３Ｄの場合と同様に、アーク放電を減衰させる消弧機構を備えるものである。第１のダイオード１０ｅは、この開閉スイッチ１３Ｅの負極入力端子１２ｅから正極入力端子１１ｅへ電流が流れるように電気的に接続されている。この実施形態２の電力変換装置２４においても、上述した変形例１に示した構成の入力回路の場合と同様に、誤って集電部３の正極出力端子１４が負極入力端子１７へ接続され、負極出力端子１５が正極入力端子１６へ接続された際に、開閉スイッチ１３Ｅに電流が流れることを防止している。
　なお、負極入力端子１７に印加された直流電力は昇圧部のスイッチング回路１９のスイッチ素子に併設される還流ダイオード及び直流リアクトルＤＣＬを介して正極入力端子１６へ戻る循環回路が構成され、開閉スイッチ１３Ｅの接片が閉じた際の電流路となるが、第１のダイオード１０ｅによりこの循環回路に電流は流れない。
１…交流電力供給システム
２Ａ～２Ｄ…太陽電池モジュール
３、３Ａ、３Ｂ…集電部（中継端子箱）
４…インバータ
５…連系リレー
６…負荷
７…商用電源系統
１０ａ～１０ｅ…第１のダイオード
１１ａ～１１ｅ…正極入力端子
１２ａ～１２ｅ…負極入力端子
１３Ａ～１３Ｅ…開閉スイッチ
１４…正極出力端子
１５…負極出力端子
１６…正極入力端子
１７…負極入力端子
１８…スイッチ素子
１９…スイッチング回路
２０…フルブリッジ回路
２１、２２…交流出力端子
２３ａ～２３ｈ…第２のダイオード
２４…電力変換装置
ＤＣＬ…直流リアクトル
ＡＣＬ…交流リアクトル
ＣＯＮ…平滑コンデンサ
Ｘｃ…コンデンサ
ＲＬＹ…系統リレー
 

Claims (5)

  1. 　正極及び負極を有する直流電力を正極入力端子及び負極入力端を有する双極単投スイッチのそれぞれの入力端子に対応させて接続する入力回路おいて、
    　前記双極単投スイッチは、前記直流電力の正極が正極入力端子に接続されかつ前記直流電力の負極が負極入力端子に接続されている際に、このスイッチの操作時のアーク放電を減衰させる消弧機構を有すると共に、前記負極入力端子から前記正極入力端子へ向けて電流が流れる方向にダイオードが電気的に接続されていることを特徴とする入力回路。
  2. 　前記双極単投スイッチの出力側の端子には、リアクタンス、スイッチング素子、整流ダイオード及びコンデンサを有する昇圧回路が接続され、
    　前記スイッチング素子には、当該スイッチング素子の動作時の電流方向と逆方向の通電を可能とする還流ダイオードが併設されていることを特徴とする請求項１に記載の入力回路。
  3. 　前記直流電力は、太陽電池で発電されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の入力回路。
  4. 　直流電力を入力回路を介して入力した後、その電圧を昇圧回路で昇圧し、インバータ回路で交流電力に変換して負荷へ供給する電力変換装置において、
    　前記入力回路は、前記直流電力の正極及び負極を正極入力端子及び負極入力端を有する双極単投スイッチのそれぞれの入力端子に対応して接続されており、
    　前記双極単投スイッチは、前記直流電力の正極が前記正極入力端子に接続されかつ前記直流電力の負極が前記負極入力端子に接続されている際に、このスイッチの操作時のアーク放電を減衰させる消弧機構を有すると共に、前記負極入力端子から前記正極入力端子へ向けて電流が流れる方向にダイオードが電気的に接続されており、
    　前記昇圧回路は、リアクタンス、スイッチング素子、整流ダイオード及びコンデンサを有し、
    　前記スイッチング素子には、当該スイッチング素子の動作時の電流方向と逆方向の通電を可能とする還流ダイオードが併設されていることを特徴とする電力変換装置。
  5. 　前記直流電力は、太陽電池で発電されるものであることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
     
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