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JP2001186664A - 系統連系インバータ装置 - Google Patents

系統連系インバータ装置

Info

Publication number
JP2001186664A
JP2001186664A JP36718399A JP36718399A JP2001186664A JP 2001186664 A JP2001186664 A JP 2001186664A JP 36718399 A JP36718399 A JP 36718399A JP 36718399 A JP36718399 A JP 36718399A JP 2001186664 A JP2001186664 A JP 2001186664A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inverter
capacitor
output
circuit
discharging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP36718399A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiichi Taniguchi
誠一 谷口
Setsuzo Konno
説三 紺ノ
雅之 ▲高▼桑
Masayuki Takakuwa
Taketoshi Sato
武年 佐藤
Kiyoshi Izaki
潔 井崎
Tadashi Sadahira
匡史 貞平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP36718399A priority Critical patent/JP2001186664A/ja
Publication of JP2001186664A publication Critical patent/JP2001186664A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • 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

Landscapes

  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 系統連系インバータ装置内部で過電圧や過電
流が発生した時、速やかに発振を停止させ、かつ、機器
の最終出力段に接続された出力コンデンサの電荷も速や
かに放電させた安全性の高い系統連系インバータ装置を
得ること。 【解決手段】 直流入力電力は昇圧コンバータ２と接続
され、フルブリッジ構成のスイッチング素子からなるイ
ンバータ７は中間段コンデンサ６を介して前記昇圧コン
バータ２と接続され、インバータ７の出力はフィルタ８
を介して交流電力系統に接続された構成において、前記
構成内部で過電圧や過電流が発生したときに速やかに昇
圧コンバータ２及びインバータ７の発振動作を停止させ
るインバータ保護部１３と、このインバータ保護部１３
の出力により前記フィルタ８の出力コンデンサ１０に蓄
積された電荷を速やかに放電させるコンデンサ放電部１
２とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池、燃料電
池等の直流電力を電力系統に連系して、交流電力として
供給するインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から使用されている系統連系インバ
ータ装置の一例を図４を使用して説明する。系統連系イ
ンバータ装置４１は、入力電圧を系統電圧より高い電圧
に昇圧する昇圧コンバータ４２、出力電流を正弦波に波
形整形するインバータ４３、昇圧コンバータ４２で昇圧
された電圧を平滑しインバータ４３に直流電圧を供給す
る中間段コンデンサ４４、インバータ４３の出力から高
周波ノイズを除去するフィルタ４５からなり、商用電源
４６の系統に接続されている。特に昇圧コンバータ４２
は太陽電池４７等の入力電圧を平滑コンデンサ４８で平
滑し、エネルギー蓄積用のリアクトル４９、昇圧用スイ
ッチング素子５０、昇圧用ダイオード５１で構成され、
インバータはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を４石使用し
たフルブリッジ構成となっている。
【０００３】以下に図４に基づいてその動作を説明す
る。入力電源は大容量の電解コンデンサからなる平滑コ
ンデンサ４８で平滑され、昇圧コンバータ４２の入力は
低リップル化されている。たとえば太陽電池４７が入力
電源として用いられた場合、太陽電池４７は定格入力で
ＤＣ２００Ｖ程度であり、商用電源４６の系統電圧がＡ
Ｃ２００Ｖであれば系統電圧のピークは２８３Ｖに達す
るため、系統に電力を注入するためには入力電圧の昇圧
が必要となり、仮に４ｋＷ程度の電力を出力しようとす
ると通常ＤＣ３５０Ｖ程度までの昇圧が必要となる。そ
こで、発振制御部５２により昇圧用スイッチング素子５
０をオンしてリアクトル４９にエネルギーを蓄積し、昇
圧用スイッチング素子５０をオフした際にリアクトル４
９に蓄えられたエネルギーが昇圧用ダイオード５１を介
して中間段コンデンサ４４に電圧として蓄えられる。以
上の動作を高周波で繰り返すことによりインバータ４３
の入力電圧が一定に維持される。次にインバータ４３は
発振制御部５２により、４石のスイッチング素子のうち
Ｑ１１、Ｑ１４を同時に、またはＱ１２、Ｑ１３を同時
にオンさせることで全て高周波でスイッチング動作させ
て、出力電流を正弦波にするようにそれぞれのオン時間
を制御するというものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の系統
連系インバータ装置内部で過電圧や過電流が発生する
と、機器の破壊を防止するためにこれら異常を速やかに
検知し、スイッチング素子の発振を停止させる機能をも
たせていたが、修理作業者が配電盤のブレーカを切って
出力端子部に手を触れた時、インバータ装置の最終段に
接続された出力コンデンサに充電された電荷が放電され
ないまま停止状態となっているために、感電してしまう
恐れがあるという課題を有していた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような従来
の構成が有している課題を解決するもので、過電圧や過
電流が発生したときに速やかに昇圧コンバータ及びイン
バータの発振動作を停止させるインバータ保護部と、こ
のインバータ保護部の出力により前記フィルタの出力コ
ンデンサに蓄積された電荷を速やかに放電させるコンデ
ンサ放電部とを系統連系インバータ装置に設けたもので
ある。
【０００６】これにより、機器内部で過電圧や過電流が
発生した時も速やかに発振を停止させ、かつ、機器の最
終出力段に接続された出力コンデンサの電荷も速やかに
放電させることにより安全性の高い系統連系インバータ
装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、コンデン
サで平滑された直流入力電力はリアクトルと昇圧用スイ
ッチング素子と昇圧用ダイオードからなる昇圧コンバー
タと接続され、フルブリッジ構成のスイッチング素子か
らなるインバータは中間段コンデンサを介して前記昇圧
コンバータと接続され、インバータの出力はリアクトル
と出力コンデンサからなるフィルタを介して交流電力系
統に接続された構成において、装置内部で過電圧や過電
流が発生したときに速やかに昇圧コンバータ及びインバ
ータの発振動作を停止させるインバータ保護部と、この
インバータ保護部の出力により前記フィルタの出力コン
デンサに蓄積された電荷を速やかに放電させるコンデン
サ放電部とを系統連系インバータ装置に設けたものであ
る。
【０００８】請求項２記載の発明は、系統連系インバー
タ装置のコンデンサ放電部を、放電抵抗とパワートラン
ジスタとを直列接続した放電回路と、インバータ保護部
からの信号を一定時間保持するタイマ回路、及びタイマ
回路の出力を前記放電回路に伝達する信号伝達回路によ
り構成したものである。
【０００９】請求項３記載の発明は、系統連系インバー
タ装置のコンデンサ放電部を、放電抵抗と双方向サイリ
スタとを直列接続した放電回路と、インバータ保護部か
らの信号を前記放電回路に伝達する信号伝達回路により
構成したものである。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
【００１１】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例を示す回路ブロック図で、１は直流入力電力を平滑す
るコンデンサ、２はリアクトル３と昇圧用スイッチング
素子４と昇圧用ダイオード５とから成る昇圧用コンバー
タ、６は中間段コンデンサ、７はフルブリッジ構成のス
イッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなるインバータ、８はリ
アクトル９と出力コンデンサ１０とからなるフィルタ、
１１は前記昇圧用スイッチング素子４及びフルブリッジ
構成のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の発振を制御する発
振制御部、１２は前記出力コンデンサ１０の電荷を放電
させるコンデンサ放電部、１３は前記構成内部で過電圧
や過電流が発生したときに前記発振制御部１１及び前記
コンデンサ放電部１２に異常信号を伝達するインバータ
保護部、１４はこれらの構成要素を含む系統連系インバ
ータ装置で、その入力端子には太陽電池１５が、出力端
子には商用電源１６が接続されている。
【００１２】以下、本実施例の動作について図１に基づ
いて説明する。入力電源は大容量の電解コンデンサから
なる平滑コンデンサ１で平滑され、昇圧コンバータ２の
入力は低リップル化されている。たとえば太陽電池１５
が入力電源として用いられた場合、太陽電池１５は定格
入力でＤＣ２００Ｖ程度であり、商用電源１６の系統電
圧がＡＣ２００Ｖであれば系統電圧のピークは２８３Ｖ
に達するため、系統に電力を注入するためには入力電圧
の昇圧が必要となり、仮に４ｋＷ程度の電力を出力しよ
うとすると通常ＤＣ３５０Ｖ程度までの昇圧が必要とな
る。そこで、発振制御部１１により昇圧用スイッチング
素子４をオンしてリアクトル３にエネルギーを蓄積し、
昇圧用スイッチング素子４をオフした際にリアクトル３
に蓄えられたエネルギーが昇圧用ダイオード５を介して
中間段コンデンサ６に電圧として蓄えられる。以上の動
作を高周波で繰り返すことによりインバータ７の入力電
圧が一定に維持される。次にインバータ７は発振制御部
１により、４石のスイッチング素子のうちＱ１、Ｑ４を
同時に、またはＱ２、Ｑ３を同時にオンさせることで全
て高周波でスイッチング動作させて、出力電流を正弦波
にするようにそれぞれのオン時間を制御して入力電力に
応じた出力電力を系統に注入するものである。ここで、
本系統連系インバータ装置が何かの異常で装置内部に過
電圧や過電流が発生すると、機器の破壊を防止するため
にインバータ保護部１３の作用により発振制御部１１に
異常信号を伝達し、発振制御部１１は昇圧コンバータ２
及びインバータ７の動作を速やかに停止させるものであ
る。また、インバータ保護部１３はコンデンサ放電部１
２にも異常信号を伝達し、コンデンサ放電部１２は出力
コンデンサ１０に蓄積された電荷を速やかに放電させる
ものである。
【００１３】この作用により、系統連系インバータ装置
１４内部で過電圧や過電流が発生した時も速やかに発振
を停止させ、かつ、機器の最終出力段に接続された出力
コンデンサ１０の電荷も速やかに放電させることによ
り、修理作業者が本装置を系統から切り離して作業を行
うときに出力端子に手を触れても感電することのない安
全性の高い系統連系インバータ装置を提供することがで
きるものである。
【００１４】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
を示す回路ブロック図で、系統連系インバータ装置１４
のコンデンサ放電部１２を、放電抵抗１７とパワートラ
ンジスタ１８とを直列接続した放電回路１９と、インバ
ータ保護部１３からの信号を一定時間保持するタイマ回
路２０、及び前記タイマ回路２０の出力をフォトカプラ
２１を介して前記放電回路１９に伝達する信号伝達回路
２２により構成したものである。
【００１５】この構成の動作を図２に基づいて説明す
る。系統連系インバータ装置の通常の動作は実施例１で
説明した通りであり省略する。ここで、本系統連系イン
バータ装置が何かの異常で装置内部に過電圧や過電流が
発生すると、機器の破壊を防止するためにインバータ保
護部１３の作用により発振制御部１１に異常信号を伝達
し、発振制御部１１は昇圧コンバータ２及びインバータ
７の動作を速やかに停止させるものである。また、イン
バータ保護部１３はコンデンサ放電部１２にも入力端子
２３より異常信号を伝達する。この異常信号はパルス的
信号であることが多いためこのパルス信号を直接、パワ
ートランジスタ１８を用いた放電回路１９に送ると出力
コンデンサ１０の電荷が十分に放電できないままパワー
トランジスタ１８がオフしてしまう危険性がある。そこ
で、このようなパルス信号を一旦タイマ回路２０を経由
して伝達することにより、出力コンデンサ１０の電荷を
十分に放電できる時間だけパワートランジスタ１８をオ
ンさせておくことが可能となるわけである。
【００１６】ここで、タイマ回路２０の出力をフォトカ
プラ２１を有する信号伝達回路２２を介して放電回路１
９に伝達しているのは、インバータ保護部１３の信号と
コンデンサ放電部１２の回路の動作電位の違いを補償す
る目的と、フォトカプラ２１の一次側と二次側回路の絶
縁を取ることでインバータ保護部１３と系統出力との絶
縁を確保する目的を実現するためである。
【００１７】（実施例３）図３は、本発明の第３の実施
例を示す回路ブロック図で、コンデンサ放電部１２を、
放電抵抗２４と双方向サイリスタ２５とを直列接続した
放電回路２６と、インバータ保護部１３からの信号をフ
ォトカプラ２７を介して前記放電回路２６に伝達する信
号伝達回路２８により構成したものである。
【００１８】この構成の動作を図３に基づいて説明す
る。系統連系インバータ装置の通常の動作は実施例１で
説明した通りであり省略する。ここで、本系統連系イン
バータ装置が何かの異常で装置内部に過電圧や過電流が
発生すると、機器の破壊を防止するためにインバータ保
護部１３の作用により発振制御部１１に異常信号を伝達
し、発振制御部１１は昇圧コンバータ２及びインバータ
７の動作を速やかに停止させるものである。また、イン
バータ保護部１３はコンデンサ放電部１２にも入力端子
２９より異常信号を伝達する。この異常信号がパルス的
信号であり信号伝達回路がパルス的動作によりすぐにオ
フしても、放電回路２６に含まれた双方向サイリスタ２
５の保持電流以下になるまでオンし続ける特性により、
出力コンデンサ１０の電荷を十分に放電できる時間だけ
双方向サイリスタ２５をオンさせておくことが可能とな
るわけである。
【００１９】ここで、入力端子２９より入力された異常
信号をフォトカプラ２７を有する信号伝達回路２８を介
して放電回路２６に伝達しているのは、インバータ保護
部１３の信号とコンデンサ放電部１２の回路の動作電位
の違いを補償する目的と、フォトカプラ２７の一次側と
二次側回路の絶縁を取ることでインバータ保護部１３と
系統出力との絶縁を確保する目的を実現するためであ
る。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、系統連系インバータ装置が何かの異常で装置内部
に過電圧や過電流が発生したとき、装置の動作を速やか
に停止させて機器の破壊を防止すると共に、本装置の出
力段に接続された出力コンデンサの電荷も速やかに放電
させることにより、修理作業者が本装置を系統から切り
離して作業を行うときに出力端子に手を触れても感電す
ることのない安全性の高い系統連系インバータ装置を提
供することができるものである。
【００２１】また、請求項２記載の発明によれば、系統
連系インバータ装置が何かの異常で装置内部に過電圧や
過電流が発生したとき、異常信号がパルス的信号であっ
てもタイマ回路の作用により出力コンデンサの電荷を十
分に放電させることができるため、安全性の高い系統連
系インバータ装置を提供することができるものである。
【００２２】さらに、請求項３記載の発明によれば、系
統連系インバータ装置が何かの異常で装置内部に過電圧
や過電流が発生したとき、異常信号がパルス的信号であ
っても双方向サイリスタの作用により出力コンデンサの
電荷を十分に放電させることができるため、安全性の高
い系統連系インバータ装置を提供することができるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の系統連係インバータを示す回路ブロ
ック図
【図２】実施例２の系統連系インバータを示す回路ブロ
ック図
【図３】実施例３の系統連系インバータを示す回路ブロ
ック図
【図４】従来例を示す回路ブロック図
【符号の説明】
２ 昇圧コンバータ ６ 中間段コンデンサ ７ インバータ ８ フィルタ １２ コンデンサ放電部 １３ インバータ保護部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｒ (72)発明者 ▲高▼桑 雅之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 武年 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井崎 潔 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 貞平 匡史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G003 AA06 BA01 DA04 DA18 FA04 GB03 GB06 5G015 FA02 GA05 HA03 JA21 JA60 5G053 AA01 AA09 CA01 CA03 EB01 EC03 5G066 HA06 HA13 HB05 5H007 AA06 BB07 CA01 CB05 CC09 CC12 DB01 FA01 FA03 FA14 FA16 GA08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コンデンサで平滑された直流入力電力は
    リアクトルと昇圧用スイッチング素子と昇圧用ダイオー
    ドからなる昇圧コンバータと接続され、フルブリッジ構
    成のスイッチング素子からなるインバータは中間段コン
    デンサを介して前記昇圧コンバータと接続され、インバ
    ータの出力はリアクトルと出力コンデンサからなるフィ
    ルタを介して交流電力系統に接続された構成において、
    前記構成内部で過電圧や過電流が発生したときに速やか
    に昇圧コンバータ及びインバータの発振動作を停止させ
    るインバータ保護部と、このインバータ保護部の出力に
    より前記フィルタの出力コンデンサに蓄積された電荷を
    速やかに放電させるコンデンサ放電部とを有する系統連
    系インバータ装置。
  2. 【請求項２】 コンデンサ放電部は、放電抵抗とパワー
    トランジスタとを直列接続した放電回路と、インバータ
    保護部からの信号を一定時間保持するタイマ回路、及び
    タイマ回路の出力を前記放電回路に伝達する信号伝達回
    路により構成された請求項１記載の系統連系インバータ
    装置。
  3. 【請求項３】 コンデンサ放電部は、放電抵抗と双方向
    サイリスタとを直列接続した放電回路と、インバータ保
    護部からの信号を前記放電回路に伝達する信号伝達回路
    により構成された請求項１記載の系統連系インバータ装
    置。
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