(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池等の直流電源の直流電力を交流電力に変換して系統に接続するインバータ主回路と、
前記直流電源の状態および前記系統の状態を入力して前記インバータ主回路を制御する制御回路と、
を備えた系統連系インバータ装置であって、
前記インバータ主回路が前記直流電源側と前記系統側とを絶縁する高周波トランスと、
前記高周波トランスの２次側と前記系統とを連系および解列する系統連系解列手段と、
前記高周波トランスの１次側と自立運転用負荷とを接続および解列する自立負荷接続解列手段と、
前記インバータ主回路が前記系統に連系して運転される連系運転時の主回路構成と、前記系統から解列されて自立運転用負荷と接続して運転される自立運転時の主回路構成とを切り替える主回路構成切替手段と、
前記主回路構成切替手段が前記高周波トランスの１次側と直流電源側と自立負荷接続解列手段とに接続し、
前記制御回路が系統連系解列手段と主回路構成切替手段と自立負荷接続解列手段の開閉を制御する
ことを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の系統連系インバータ装置であって、
連系運転時は、直流電源側と前記系統側とを接続するよう主回路構成切替手段と系統連系解列手段とを閉成し、かつ自立負荷接続解列手段を解列し、
自立運転時は直流電源側と前記系統側とを解列するよう主回路構成切替手段と系統連系解列手段とを開成し、かつ自立負荷接続解列手段を接続する、
ことを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の系統連系インバータ装置であって、前記連系運転時の主回路構成を高周波トランス絶縁方式とし、前記自立運転時の主回路構成をトランスレス方式とすることを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の系統連系インバータ装置であって、
前記連系運転時の主回路構成である高周波トランス絶縁方式ではインバータ出力電流信号と電流基準信号との波形間の誤差がなくなるように前記インバータ主回路を制御し、
前記自立運転時の主回路構成であるトランスレス方式ではインバータ出力電圧信号と電圧基準信号との波形間の誤差がなくなりかつ出力電圧が一定となるように前記インバータ主回路を制御する
ことを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の系統連系インバータ装置であって、
前記高周波トランス絶縁方式の主回路構成での出力をＡＣ２００Ｖとし、
前記トランスレス方式の主回路構成での出力をＡＣ１００Ｖとしてあることを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の系統連系インバータ装置であって、
前記系統の停電を検出する停電検出手段を備えていることを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の系統連系インバータ装置であって、
前記系統連系解列手段は前記インバータ主回路と前記系統との解列状態において解列確認信号を出力し、連系状態において連系確認信号を出力することを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載の系統連系インバータ装置であって、
前記自立負荷接続解列手段は前記インバータ主回路と前記自立運転用負荷との解列状態において解列確認信号を出力し、
接続状態において接続確認信号を出力することを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれかに記載の系統連系インバータ装置であって、
前記連系自立切替制御手段は前記系統連系解列手段が出力する信号を監視し、
前記系統連系解列手段からの解列確認信号を検出すると前記主回路構成切替手段に連系運転時の主回路構成から自立運転時の主回路構成への切替動作を許容する一方、
前記系統連系解列手段からの解列確認信号を検出しないときは前記の切替動作を許容せずに引き続き信号を監視することを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれかに記載の系統連系インバータ装置であって、
前記連系自立切替制御手段は前記自立負荷接続解列手段が出力する信号を監視し、前記自立負荷接続解列手段からの解列確認信号を検出すると前記主回路構成切替手段に自立運転時の主回路構成から連系運転時の主回路構成への切替動作を許容する一方、
前記自立負荷接続解列手段からの解列確認信号を検出しないときは前記の切替動作を許容せずに引き続き信号を監視することを特徴とする系統連系インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池等の独立した直流電源が発生する直流電力を交流電力に変換して系統（商用電力系統）に接続するインバータ主回路と、前記直流電源の状態および前記系統の状態を入力して前記インバータ主回路を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータ装置にかかわり、特に、その自立運転制御の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電源である太陽電池は太陽の日射強度がある程度以上にある場合には直流電力を出力する。それは二次電池等の他のエネルギー源を介在しなくても太陽電池のみで直流電力を出力できるということであり、火力発電の場合のような有害な物質を排出しないため、シンプルでクリーンなエネルギー源として有効である。
【０００３】
この太陽電池が発生する直流電力を交流電力に変換して商用電力系統に供給する系統連系インバータ装置においては、太陽電池をできるだけ有効に利用するように制御が行われる。日射強度がある程度以上にある昼間においては、インバータ主回路は太陽電池で発生した直流電力を交流電力に変換して一般交流負荷に供給し、余剰電力を商用電力系統に供給し、一般交流負荷への電力供給が太陽電池による電力だけでは不足するときは商用電力系統から賄うという連系運転を行うが、商用電力系統が事故や災害等で停電した場合には、インバータ主回路を停止して電力変換を行わないようにする。しかし、日射強度がある程度以上にあるにもかかわらず、電力変換を行わないのは太陽電池による発電を有効に利用していないことになる。そこで、停電時にはインバータ主回路を商用電力系統から切り離して自立運転を行うことが要求されることとなる。特に災害時にはそのような自立運転が重要となる。
【０００４】
商用電力系統が事故等で停電した場合には、制御回路は停電を検出してインバータ主回路を停止させ、日射強度があれば、商用電力系統からインバータ主回路を切り離した状態で、太陽電池からの直流電力を交流電力に変換して、自立運転用負荷に供給する自立運転を行うようにしている。
【０００５】
以下に、このような連系運転と自立運転の切り替えの機能をもつ系統連系インバータ装置の従来例を図５を参照して説明する。
【０００６】
まず、系統連系インバータ装置１０１が太陽電池１０２から出力された直流電力を商用電力系統１０３と同一の位相および同一の周波数（５０／６０Ｈｚ）をもつ交流電力に変換して、商用電力系統１０３に供給する連系運転制御について説明する。系統連系インバータ装置１０１は、大きく分けて、太陽電池１０２の直流電力を交流電力に変換して商用電力系統１０３に接続するインバータ主回路１２０と、太陽電池１０２の状態および商用電力系統１０３の状態を入力してインバータ主回路１２０を制御する制御回路１１５とから構成されている。
【０００７】
太陽電池１０２から系統連系インバータ装置１０１におけるインバータ主回路１２０に入力された直流電力は高周波インバータブリッジ１０４において高周波交流（数十〜数百ｋＨｚ）に変換され、高周波トランス１０５の一次側に供給される。高周波トランス１０５は太陽電池１０２側（一次側）と商用電力系統１０３側（二次側）とを絶縁する役割を担っている。この高周波トランス１０５によって絶縁された状態で二次側に誘起された高周波交流（図３（ａ）相当）は高周波トランス１０５の二次側に設けられたダイオードブリッジ１０６により整流される。ダイオードブリッジ１０６で整流された整流成分（図３（ｂ）相当）は、ＤＣリアクトル１０７ａとコンデンサ１０７ｂで構成されるフィルタ回路１０７により高周波成分の除去と平滑とが行われる（図３（ｃ）相当）。そして、フィルタ回路１０７により全波整流波形状にされた直流を、低周波インバータブリッジ１０８において、低周波（５０／６０Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で折返し制御することで、低周波（５０／６０Ｈｚ）の正弦波交流が得られる（図３（ｄ）相当）。この折返し制御は、連系リレー１１２の後段から得られた商用電力系統１０３における商用電力系統電圧信号ＶＥＵＬ  に基づいて行われるものである。
【０００８】
また、高周波インバータブリッジ１０４の前段には、インバータ主回路１２０への入力電力の変動を抑える直流コンデンサ１０９が設けられている。低周波インバータブリッジ１０８の後段には、インバータ出力電流検出器１１０、高調波成分を吸収するＡＣフィルタ１１１および商用電力系統１０３側との連系および解列を行う連系リレー１１２が設けられている。また、低周波インバータブリッジ１０８の後段でＡＣフィルタ１１１の次段には、自立運転用負荷１１４が自立リレー１１３を介して接続されている。
【０００９】
制御回路１１５には、インバータ主回路１２０における高周波インバータブリッジ１０４と低周波インバータブリッジ１０８の制御および連系リレー１１２のオン／オフ制御を行う連系制御部１１６が設けられている。また、連系リレー１１２および自立リレー１１３のオン／オフ制御とともに高周波インバータブリッジ１０４と低周波インバータブリッジ１０８の制御を行う自立制御部１１７が設けられている。
【００１０】
系統連系インバータ装置１０１は、連系運転時には制御回路１１５の連系制御部１１６において、連系リレー１１２の後段から検出した商用電力系統電圧信号ＶＥＵＬ  に基づいて商用電力系統１０３の電圧および周波数を監視している。そして、商用電力系統１０３が事故等で停電した場合には、監視している系統電圧／系統周波数の変化により連系制御部１１６は停電を検出し、連系リレー１１２に対して解列指令信号ＧＲを出力して連系リレー１１２を解列するとともにインバータ主回路１２０の運転を停止させる。この停電において、太陽電池１０２に充分な日射強度があれば、インバータ主回路１２０から商用電力系統１０３を切り離した状態で、制御回路１１５内の自立制御部１１７は自立リレー１１３に接続指令信号ＩＲを出力し、自立リレー１１３を閉成して自立運転用負荷１１４をインバータ主回路１２０に接続する。次いで、インバータ主回路１２０を運転し、太陽電池１０２からの直流電力を交流電力に変換して、自立運転用負荷１１４に供給する自立運転を行う。
【００１１】
以上のように、系統連系インバータ装置１０１では、太陽電池１０２からの直流電力を交流電力に変換して商用電力系統１０３に供給する連系運転制御を行う一方、商用電力系統１０３が事故等で停電した場合には、停電を検出して商用電力系統１０３からインバータ主回路１２０を切り離した状態で、太陽電池１０２からの直流電力を交流電力に変換して自立運転用負荷１１４に供給する自立運転制御を行うようになっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の技術においては、低周波インバータブリッジ１０８において、その前段のフィルタ回路１０７による全波整流波形状の直流（図３（ｃ）相当）を、連系リレー１１２の後段から得られた商用電力系統１０３における商用電力系統電圧信号ＶＥＵＬ  に基づいて正弦波交流（図３（ｄ）相当）に折返し制御するため、低周波インバータブリッジ１０８における出力電圧波形と出力電流波形の位相が互いに一致していなければならず、遅れの角φが０で力率ｃｏｓφ＝１の力率１制御しか行えない。すなわち、出力電圧波形と出力電流波形の位相をずらして無効電力を発生させる無効電力制御を行うことができない構成となっている。
【００１３】
そして、停電時において自立リレー１１３を介してインバータ主回路１２０に接続される自立運転用負荷１１４に対しても、低周波インバータブリッジ１０８による折返し制御での力率１制御が影響をもつようになっている。すなわち、自立運転制御時においても無効電力制御を行うことはできず、その結果として、インバータ主回路１２０からの出力電圧波形に歪みが生じることとなり、出力電圧波形に歪みが生じると、インバータ主回路１２０に接続している自立運転用負荷１１４において、特にモータ負荷などの誘導性負荷において、過熱、過電流、異常音、誤動作等の障害を招くおそれがあった。また、これらの障害が起こると、自立運転用負荷１１４の寿命に悪影響を及ぼすおそれがあった。
【００１４】
さらに、インバータ主回路１２０が連系運転制御から自立運転制御に切り替わる際に、インバータ主回路１２０の連系運転を停止し、連系リレー１１２を解列することで商用電力系統１０３からインバータ主回路１２０を切り離すのであるが、連系制御部１１６では連系リレー１１２に解列指令信号ＧＲを出力するだけであって、連系リレー１１２がその解列指令信号ＧＲを受信して実際に解列動作を行ったか否かを確認する手段がなく、連系リレー１１２が解列状態にあるかどうかが分からないものとなっている。したがって、もし、連系リレー１１２が解列しておらず、インバータ主回路１２０が商用電力系統１０３と連系したままとなっている状態で、自立リレー１１３を投入し、インバータ主回路１２０を運転するとなると、自立運転用負荷１１４に過電圧がかかり、部品の故障や破壊につながるおそれがあった。
【００１５】
一方、インバータ主回路１２０を自立運転制御から連系運転制御に切り替える際においても、インバータ主回路１２０の自立運転を停止し、自立リレー１１３を解列してインバータ主回路１２０から自立運転用負荷１１４を切り離すのであるが、自立制御部１１７では自立リレー１１３に解列指令信号ＩＲを出力するだけであり、自立リレー１１３がその解列指令信号ＩＲを受信して実際に解列動作を行ったか否かを確認する手段がなく、自立リレー１１３が解列状態にあるかどうかが分からないものとなっている。したがって、もし、自立リレー１１３が解列しておらず、インバータ主回路１２０が自立運転用負荷１１４と接続されたままとなっている状態で、連系リレー１１２を投入し、インバータ主回路１２０を運転するとなると、やはり自立運転用負荷１１４に過電圧がかかり、部品の故障や破壊につながるおそれがあった。
【００１６】
本発明は上記した課題の解決を図るべく創作したものであって、商用電力系統が停電している場合においても太陽電池等の直流電源の有効利用を図り、インバータ主回路の自立運転時には無効電力制御を可能となして、そのときの出力電圧に歪みが生じることを解消して自立運転用負荷の運転に障害を発生させない系統連系インバータ装置を提供することを目的としており、さらに、連系運転制御と自立運転制御との切り替え時に自立運転用負荷に過電圧がかからない安全な系統連系インバータ装置を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記した従来技術の課題の解決を図るための第１の発明の系統連系インバータ装置は、太陽電池等の直流電源の直流電力を交流電力に変換して系統に接続するインバータ主回路と、前記直流電源の状態および前記系統の状態を入力して前記インバータ主回路を制御する制御回路と、  を備えた系統連系インバータ装置であって、前記インバータ主回路が前記直流電源側と前記系統側とを絶縁する高周波トランスと、前記高周波トランスの２次側と前記系統とを連系および解列する系統連系解列手段と、前記高周波トランスの１次側と自立運転用負荷とを接続および解列する自立負荷接続解列手段と、前記インバータ主回路が前記系統に連系して運転される連系運転時の主回路構成と、前記系統から解列されて自立運転用負荷と接続して運転される自立運転時の主回路構成とを切り替える主回路構成切替手段と、前記主回路構成切替手段が前記高周波トランスの１次側と直流電源側と自立負荷接続解列手段とに接続し、前記制御回路が系統連系解列手段と主回路構成切替手段と自立負荷接続解列手段の開閉を制御することを特徴としている。この構成によると、次のような作用がある。すなわち、停電になって連系運転制御から自立運転制御に切り替わる際に、何らかの原因で連系リレーに相当する系統連系解列手段が解列していない状態で不測に自立運転を行っても、主回路構成切替手段が系統連系解列手段から自立運転用負荷を分離しているとともに、主回路構成上、系統連系解列手段の状態のいかんにかかわらず系統から自立運転用負荷への影響がなく、自立運転用負荷は直接には系統とはつながらないので、自立運転用負荷に過電圧はかからず安全性が向上する。また、停電が解除されて自立運転制御から連系運転制御に切り替わる際に、何らかの原因で自立リレーに相当する自立負荷接続解列手段が解列していない状態で不測に系統と連系して運転を行っても、主回路構成上、系統と自立運転用負荷との間では、自立負荷接続解列手段の状態のいかんににかかわらず系統から自立運転用負荷への影響がなく、自立運転用負荷は直接には系統とはつながらないので、自立運転用負荷に過電圧はかからず安全性が向上する。
【００１８】
第２の発明の系統連系インバータ装置は、上記第の発明において、連系運転時は、直流電源側と前記系統側とを接続するよう主回路構成切替手段と系統連系解列手段とを閉成し、かつ自立負荷接続解列手段を解列し、自立運転時は直流電源側と前記系統側とを解列するよう主回路構成切替手段と系統連系解列手段とを開成し、かつ自立負荷接続解列手段を、接続することを特徴としている。
【００１９】
第３の発明の系統連系インバータ装置は、上記第１、第２の発明において、前記連系運転時の主回路構成を高周波トランス絶縁方式とし、前記自立運転時の主回路構成をトランスレス方式とすることを特徴としている。この構成によると、次のような作用がある。すなわち、インバータ主回路の連系運転時においては主回路構成は高周波トランス絶縁方式であるため、高周波トランスにより太陽電池等の直流電源側と系統側とを絶縁しているので、回路上では系統への地絡事故を防止することができるとともに、インバータ主回路の自立運転時においては主回路構成は高周波トランスを介さないトランスレス方式であって、力率１制御に制限される低周波インバータブリッジでの折返し制御は無関係となるため、インバータ主回路は無効電力制御を行うことができる。このように、無効電力制御を行うと、インバータ主回路の出力電圧波形には歪みを生じることがなく、接続している自立運転用負荷、特にモータ負荷などの誘導性負荷に対して過熱、過電流、異常音、誤動作等の障害を招く危険性がない。
【００２０】
第４の発明の系統連系インバータ装置は、上記第１〜第３の発明において、前記連系運転時の主回路構成である高周波トランス絶縁方式ではインバータ出力電流信号と電流基準信号との波形間の誤差がなくなるように前記インバータ主回路を制御し、前記自立運転時の主回路構成であるトランスレス方式ではインバータ出力電圧信号と電圧基準信号との波形間の誤差がなくなりかつ出力電圧が一定となるように前記インバータ主回路を制御することを特徴としている。この構成によると、次のような作用がある。すなわち、連系運転時における高周波トランス絶縁方式主回路構成において、インバータ出力電流信号と電流基準信号との波形間の誤差がなくなるようにインバータ主回路を制御することで、系統に対してインバータ出力電流波形に歪みの少ない高品質な電力を供給することができる。一方、自立運転時におけるトランスレス方式主回路構成において、インバータ出力電圧信号と電圧基準信号との波形間の誤差がなくなりかつ出力電圧が一定となるようにインバータ主回路を制御することで、自立運転用負荷に対して出力電圧が一定でインバータ出力電圧波形に歪みの少ない高品質な電力を供給することができる。
【００２１】
第５の発明の系統連系インバータ装置は、上記第１〜第４の発明において、前記高周波トランス絶縁方式の主回路構成での出力をＡＣ２００Ｖとし、前記トランスレス方式の主回路構成での出力をＡＣ１００Ｖとしてあることを特徴としている。この構成によると、次のような作用がある。すなわち、連系運転時ではインバータ主回路は系統に出力するために出力電圧はＡＣ２００Ｖとなるが、系統が事故または災害などで停電した場合にインバータ主回路を運転する自立運転時においては、系統にインバータ主回路の出力を供給する必要がないのでＡＣ２００Ｖでなくてもよく、ＡＣ１００Ｖとすることにより、自立運転用負荷としてはＡＣ１００Ｖを電源とする家庭用電気負荷を使用することができ、さらには、インバータ制御においてＡＣ１００Ｖ出力とするので、インバータ主回路内でＡＣ２００ＶからＡＣ１００Ｖに電圧変換する必要がないため、変圧用トランス等の部品が不要となる。
【００２２】
第６の発明の系統連系インバータ装置は、上記第１〜第５の発明において、前記系統の停電を検出する停電検出手段を備えていることを特徴としている。この構成によると、次のような作用がある。すなわち、日射強度がある程度以上にある日中時において、系統が停電していなければ、インバータ主回路と系統とを連系してインバータ主回路を運転し、太陽電池等の直流電源から得られた直流電力を交流電力に変換して系統に出力することができ、一方、系統が停電した場合は停電を検知して、インバータ主回路を停止させ、インバータ主回路と系統とを解列するとともに、インバータ主回路に自立運転用負荷を接続して自立運転を行い、太陽電池等の直流電源からの直流電力を交流電力に変換して自立運転用負荷に出力するので、太陽電池等の直流電源の有効利用を図ることができる。
【００２３】
第７の発明の系統連系インバータ装置は、上記第１〜第６の発明において、前記連系リレー相当の系統連系解列手段は前記インバータ主回路と前記系統との解列状態において解列確認信号を出力し、連系状態において連系確認信号を出力することを特徴としている。この構成によると、次のような作用がある。すなわち、連系リレー相当の系統連系解列手段はインバータ主回路と系統とを解列すると解列確認信号を制御回路に出力し、制御回路はインバータ主回路と系統とが切り離されていることが確実に分かるので、インバータ主回路は系統との連系状態で自立運転を行う危険性がなく、さらには自立運転用負荷に過電圧がかかることがないので安全性を向上することができる。
【００２４】
第８の発明の系統連系インバータ装置は、上記第１〜第７の発明において、前記自立リレー相当の自立負荷接続解列手段は前記インバータ主回路と前記自立運転用負荷との解列状態において解列確認信号を出力し、接続状態において接続確認信号を出力することを特徴としている。この構成によると、次のような作用がある。すなわち、自立リレー相当の自立負荷接続解列手段はインバータ主回路と自立運転用負荷とを解列すると解列確認信号を制御回路に出力し、制御回路はインバータ主回路と自立運転用負荷とが切り離されていることが確実に分かるので、インバータ主回路は自立運転用負荷との接続状態で連系運転を行う危険性がなく、さらには自立運転用負荷に過電圧がかかることがないので安全性を向上することができる。
【００２５】
第９の発明の系統連系インバータ装置は、上記第１〜第８の発明において、前記連系自立切替制御手段は前記連系リレー相当の系統連系解列手段が出力する信号を監視し、前記系統連系解列手段からの解列確認信号を検出すると前記連系自立切替スイッチ相当の主回路構成切替手段に連系運転時の主回路構成から自立運転時の主回路構成への切替動作を許容する一方、前記連系リレー相当の系統連系解列手段からの解列確認信号を検出しないときは前記の切替動作を許容せずに引き続き信号を監視することを特徴としている。この構成によると、次のような作用がある。すなわち、連系自立切替制御手段は連系リレー相当の系統連系解列手段が出力する解列確認信号を監視しており、インバータ主回路と系統とが切り離されていることを確認してから連系運転時の主回路構成から自立運転時の主回路構成に切り替えることができるので、系統から大きな電圧がかかっていない状態で連系自立切替スイッチ相当の主回路構成切替手段を切り替えることができ、安全性を向上することができる。また、主回路構成切替手段としては耐圧の小さいタイプを使用することができるので、部品コストの低減を図ることができる。
【００２６】
第１０の発明の系統連系インバータ装置は、上記第１〜第９発明において、前記連系自立切替制御手段は前記自立リレー相当の自立負荷接続解列手段が出力する信号を監視し、前記自立リレー相当の自立負荷接続解列手段からの解列確認信号を検出すると前記連系自立切替スイッチ相当の主回路構成切替手段に自立運転時の主回路構成から連系運転時の主回路構成への切替動作を許容する一方、前記自立リレー相当の自立負荷接続解列手段からの解列確認信号を検出しないときは前記の切替動作を許容せずに引き続き信号を監視することを特徴としている。この構成によると、次のような作用がある。すなわち、連系自立切替制御手段は自立リレー相当の自立負荷接続解列手段が出力する解列確認信号を監視しており、インバータ主回路と自立運転用負荷とが切り離されていることを確認してから自立運転時の主回路構成から連系運転時の主回路構成に切り替えることができるので、自立運転用負荷との接続状態のままで連系運転を行う危険性がなく、さらには自立運転用負荷に過電圧がかかることがないので安全性を向上することができる。
【００２７】
本発明の上記した構成要件については次のように解釈し得るものとする。「系統」については、通常は、商用系統のことであるが、商用に限る必要はないため、このような表現としている。「太陽電池の状態」については、太陽電池において生成される電力または電圧または電流その他の電気量もしくはこれらに関連する物理量一般である。「系統の状態」についても同様である。さらに、請求項の記載における「特徴とする」という字義については、これは説明の便宜上のことであるにすぎず、本発明が対象とする系統連系インバータ装置の実物において、関係する構成が特別に顕著に現れているという意味のみに解釈してはならない。あくまで従来の技術との対比において説明の便宜上用いている文言であることに留意しなければならない。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわ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。
【００２９】
図１は系統連系インバータ装置の回路構成を示す回路図である。系統連系インバータ装置１は、太陽電池２から出力される直流電力を商用電力系統３と同一の位相および同一の周波数（５０／６０Ｈｚ）をもつ交流電力に変換し、商用電力系統３に供給する。また、商用電力系統３の停電等において、自立運転用負荷１４に交流電力を供給する。
【００３０】
系統連系インバータ装置１は、大きく分けて、太陽電池２の直流電力を交流電力に変換して商用電力系統３に接続するインバータ主回路２０と、太陽電池２の状態および商用電力系統３の状態を入力してインバータ主回路２０を制御する制御回路３０とから構成されている。
【００３１】
インバータ主回路２０は、太陽電池２を接続する入力端子１７ａ，１７ｂと、入力端子１７ａ，１７ｂ間に接続された直流コンデンサ４と、直流コンデンサ４に並列接続された４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のブリッジ構成からなる高周波インバータブリッジ５と、高周波インバータブリッジ５の出力端子間に接続された連系自立切替スイッチ１６と、連系自立切替スイッチ１６の両端間に一次巻線が接続された高周波トランス６と、高周波トランス６の二次巻線の両端間に並列接続された４つのダイオードのブリッジ構成からなるダイオードブリッジ７と、ダイオードブリッジ７の出力端子間に接続されたＤＣリアクトル８ａおよびコンデンサ８ｂからなるフィルタ回路８と、フィルタ回路８におけるコンデンサ８ｂの両端間に並列接続された４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のブリッジ構成からなる低周波インバータブリッジ９と、低周波インバータブリッジ９の出力端子間に接続されたＡＣリアクトル１０ａとコンデンサ１０ｂからなるＡＣフィルタ１０と、ＡＣフィルタ１０におけるコンデンサ１０ｂの両端間に接続された連系リレー１１と、ＡＣフィルタ１０の箇所に介装されたインバータ出力電流検出器１２と、連系リレー１１に接続された商用電力系統３への出力端子１８ａ，１８ｂと、高周波インバータブリッジ５の出力端子間に接続された自立リレー１３と、自立リレー１３に接続されたＡＣリアクトル１５ａとコンデンサ１５ｂからなる自立用フィルタ回路１５と、自立用フィルタ回路１５におけるコンデンサ１５ｂの両端間に接続された自立運転用負荷１４に対する負荷接続端子１９ａ，１９ｂとを備えて構成されている。この回路構成において、高周波インバータブリッジ５の出力端子間と高周波トランス６の一次巻線との間に連系自立切替スイッチ１６を介挿してあることと、その連系自立切替スイッチ１６と高周波インバータブリッジ５の出力端子との接続点に自立リレー１３と自立用フィルタ回路１５と負荷接続端子１９ａ，１９ｂからなる自立運転用負荷出力系を接続してあることが、本発明の実施の形態として工夫した点である。
【００３２】
直流コンデンサ４は電解コンデンサで構成され、太陽電池２から入力される直流電力の変動を抑制するものである。高周波インバータブリッジ５は、インバータ主回路２０に入力された直流電力を高周波交流（数十〜数百ｋＨｚ）に変換するものである。高周波トランス６は、太陽電池２側（一次側）と商用電力系統３側（二次側）とを絶縁する役割を担うものである。ダイオードブリッジ７は、高周波トランス６の二次側で得られた図３（ａ）に示すような高周波交流を整流するものであり、そのように整流された電圧は図３（ｂ）に示すようになる。ＤＣリアクトル８ａとコンデンサ８ｂで構成されたフィルタ回路８は、整流波形に含まれる高周波成分の除去および平滑を行うものであり、そのように平滑された全波整流波形状の電圧は図３（ｃ）に示すようになる。低周波インバータブリッジ９は、フィルタ回路８による全波整流波形状の直流を低周波（５０／６０Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で折返し制御を行い、図３（ｄ）に示すような低周波（５０／６０Ｈｚ）の正弦波交流を生成するものである。ＡＣリアクトル１０ａとコンデンサ１０ｂで構成されたＡＣフィルタ１０は、高調波成分の吸収を行うものである。
【００３３】
連系リレー１１は、インバータ主回路２０を商用電力系統３に対して連系および解列を行うものである。この連系リレー１１は、請求項にいう「系統連系解列手段」に相当している。
【００３４】
インバータ出力電流検出器１２は、低周波インバータブリッジ９の後段においてインバータ出力電流信号Ｉｏｕｔ  を検出して制御回路３０におけるＰＷＭ変調制御部４３に出力するようになっている。
【００３５】
連系自立切替スイッチ１６は、連系運転時において閉成されることによりインバータ主回路２０の主回路構成を高周波トランス絶縁方式とし、また、自立運転時において開成されることによりインバータ主回路２０の主回路構成をトランスレス方式とするといった具合に、インバータ主回路２０の主回路構成を切り替えるためのものである。この連系自立切替スイッチ１６は、請求項にいう「主回路構成切替手段」に相当している。自立リレー１３は、自立運転用負荷１４との接続および解列を行うものである。この自立リレー１３は、請求項にいう「自立負荷接続解列手段」に相当している。
【００３６】
制御回路３０は、高周波インバータブリッジ５と低周波インバータブリッジ９と連系リレー１１と自立リレー１３と連系自立切替スイッチ１６とを制御するものであり、この制御回路３０は、高周波インバータブリッジ制御部３１と低周波インバータブリッジ制御部３２と連系自立制御部３３とから構成されている。
【００３７】
高周波インバータブリッジ制御部３１は、最大電力点追従制御部４１と制御量演算部４２とＰＷＭ変調制御部４３とゲートドライブ信号生成部４４とを備えている。
【００３８】
最大電力点追従制御部４１は、連系運転時において直流コンデンサ４の両端から検出された直流入力電圧Ｖｉｎから求めた太陽電池動作点電圧の変化率を監視して、その監視結果を制御量演算部４２に出力ようになっている。制御量演算部４２は、連系運転時においては、インバータ出力電流検出器１２からのインバータ出力電流信号Ｉｏｕｔ  に対する比較基準となる電流基準信号Ｉｒｅｆ  を生成し、自立運転時においては、高周波インバータブリッジ５の出力端子からのインバータ出力電圧信号Ｖｏｕｔ  に対する比較基準となる電圧基準信号Ｖｒｅｆ  を生成し、それぞれをＰＷＭ変調制御部４３に出力するように構成されている。ＰＷＭ変調制御部４３は、連系運転時においては、インバータ出力電流信号Ｉｏｕｔ  と電流基準信号Ｉｒｅｆ  との誤差を所定周期単位で波形積分し、得られた積分波形データに対してＰＷＭ変調制御を行ってパルス列信号ＰＬを生成し、それをゲートドライブ信号生成部４４に出力するように構成されている。また、このＰＷＭ変調制御部４３は、自立運転時においては、インバータ出力電圧信号Ｖｏｕｔ  と電圧基準信号Ｖｒｅｆ  との誤差を増幅して得られる誤差増幅信号を生成するが、この誤差増幅信号は商用電力系統３の電圧波形と同一周波数（５０／６０Ｈｚ）の図４（ａ）に示すような正弦波信号となっており、そのような誤差増幅信号に同期した高周波のキャリア信号（数十ｋＨｚ）と誤差増幅信号との比較によるＰＷＭ変調制御を行って図４（ｂ）に示すようなパルス列信号ＰＬを生成し、それをゲートドライブ信号生成部４４に出力するように構成されている。ゲートドライブ信号生成部４４は、ＰＷＭ変調制御部４３が生成したパルス列信号ＰＬに基づいて高周波インバータブリッジ５の４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御するものである。
【００３９】
低周波インバータブリッジ制御部３２は、折返し制御部４５とゲートドライブ信号生成部４６とから構成されている。折返し制御部４５は、連系運転時に連系リレー１１の後段から検出された商用電力系統電圧信号ＶＥＵＬ  に基づいて図３（ｃ）に示すような全波整流波形状の直流を低周波（５０／６０Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で折返し制御を行うものである。ゲートドライブ信号生成部４６は、折返し制御部４５による制御に基づいて低周波インバータブリッジ９の４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオン／オフ制御するものである。
【００４０】
連系自立制御部３３は、停電検出部４７と連系自立切替制御部４８と自立用同期信号発生部４９とから構成されている。停電検出部４７は、連系リレー１１の後段から検出された商用電力系統電圧信号ＶＥＵＬ  を監視して停電を検出するものである。この停電検出部４７は、請求項にいう「停電検出手段」に相当している。連系自立切替制御部４８は、停電検出部４７からの停電検出信号ＢＯ１  または停電解除検出信号ＢＯ２  をもとに、連系リレー１１の連系／解列の制御や自立リレー１３の接続／解列の制御を行い、また、連系自立切替スイッチ１６の制御、ならびに２つのゲートドライブ信号生成部４４，４６の制御を行うように構成されている。この連系自立切替制御部４８は、請求項にいう「連系自立切替制御手段」に相当している。
【００４１】
自立用同期信号発生部４９は、自立運転時には商用電力系統３が停電していることから、ＰＷＭ変調制御部４３においてインバータ出力電圧信号Ｖｏｕｔ  と電圧基準信号Ｖｒｅｆ  とを比較するときのタイミング基準とするための同期信号ＶＳＣＲを生成するものである。
【００４２】
次に、上記のように構成された実施の形態の系統連系インバータ装置１の動作を、図２のシーケンス処理を示すフローチャートに従って説明する。
【００４３】
インバータ主回路２０と商用電力系統３とを連系してインバータ主回路２０を運転する連系運転時においては、まず、連系リレー１１も自立リレー１３もともにオフにされている初期状態において（Ｔ１）、インバータ主回路２０の主回路構成を連系運転時の高周波トランス絶縁方式とするために、連系自立制御部３３における連系自立切替制御部４８は連系自立切替スイッチ１６に対して閉成指令信号ＣＳ１  を出力する（Ｔ２）。そして、連系自立切替スイッチ１６は閉成指令信号ＣＳ１  を受け取ると、スイッチを閉成して、主回路構成を高周波トランス絶縁方式とする（Ｔ３）。主回路構成が切り替えられると、連系自立切替スイッチ１６は閉成確認信号ＣＫ１  を連系自立切替制御部４８に出力する。連系自立切替制御部４８は閉成確認信号ＣＫ１  を受け取ったことを検出し、主回路構成が高周波トランス絶縁方式であることを確認すると（Ｔ４）、連系リレー１１に対して閉成を指示する連系指令信号ＧＲ１  を出力する（Ｔ５）。そして、連系リレー１１は連系指令信号ＧＲ１  を受け取ると、閉成を行ってインバータ主回路２０と商用電力系統３とを連系する（Ｔ６）。連系が行われると、連系リレー１１は連系確認信号ＧＫ１  を連系自立切替制御部４８に出力する。連系自立切替制御部４８は連系確認信号ＧＫ１  を受け取ったことを検出し、インバータ主回路２０と商用電力系統３とが連系したことを確認したうえで（Ｔ７）、インバータ主回路２０を運転して交流電力を商用電力系統３に供給する（Ｔ８）。
【００４４】
このときの運転モードは連系運転モードである。すなわち、連系自立切替制御部４８は、高周波インバータブリッジ制御部３１におけるゲートドライブ信号生成部４４と低周波インバータブリッジ制御部３２におけるゲートドライブ信号生成部４６とにそれぞれ連系運転指令信号ＳＳ１  を出力し、それぞれのゲートドライブ信号生成部４４，４６による高周波インバータブリッジ５と低周波インバータブリッジ９とのスイッチング制御に基づいて、太陽電池２から入力した直流電力を交流電力に変換して、商用電力系統３に供給する。このとき、高周波トランス６による高周波トランス絶縁方式が機能するので、太陽電池２の商用電力系統３への地絡事故は防止される。
【００４５】
連系運転時におけるインバータ主回路２０のスイッチング制御は、基本的には、インバータ出力電流検出器１２で検出してフィードバックされたインバータ出力電流信号Ｉｏｕｔ  と制御量演算部４２で決定された電流基準信号Ｉｒｅｆ  との間の誤差がなくなるように、高周波インバータブリッジ５のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御するものである。その結果、高周波トランス６の一次側が高周波交流で励磁され、図３（ａ）に示すように、高周波トランス６の二次側に一次側と同様の高周波交流が出力される。そして、高周波交流は高周波トランス６の二次側に設けられたダイオードブリッジ７によって整流され、図３（ｂ）に示すような電圧波形となる。ダイオードブリッジ７で整流された整流成分はフィルタ回路８により高周波成分の除去と平滑とが行われ、図３（ｃ）に示すような全波整流された電圧波形となる。このフィルタ回路８によって全波整流された電圧波形は、低周波インバータブリッジ９によって低周波（５０／６０Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で折返し制御されることにより、図３（ｄ）に示すように低周波（５０／６０Ｈｚ）の正弦波交流の電圧波形となる。これは、ＡＣ２００Ｖとなっている。そして、ＡＣフィルタ１０で高調波成分の吸収を行った後に、連系リレー１１を介して商用電力系統３に交流電力が供給される。
【００４６】
このようにインバータ出力電流信号Ｉｏｕｔ  と電流基準信号Ｉｒｅｆ  との波形間の誤差がなくなるように高周波インバータブリッジ５を制御しているので、商用電力系統３に対してインバータ出力電流波形に歪みの少ない高品質な電力を供給することができる。
【００４７】
この連系運転時においては、連系リレー１１の後段から得られた商用電力系統３における商用電力系統電圧信号ＶＥＵＬ  に基づいて低周波インバータブリッジ９における折返し制御が行われるため、低周波インバータブリッジ９における出力電圧波形と出力電流波形の位相が互いに一致した力率１制御となっており、無効電力は発生することがない。
【００４８】
なお、高周波インバータブリッジ５のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４および低周波インバータブリッジ９のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４としては、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などを用いることができる。
【００４９】
次に、このインバータ主回路２０の自立運転時の動作について説明する。
【００５０】
連系運転時において、連系自立制御部３３における停電検出部４７は連系リレー１１の後段から検出された商用電力系統電圧信号ＶＥＵＬ  に基づいて商用電力系統３の電圧および周波数を監視し、停電が発生するか否かをチェックしている（Ｔ９）。そして、商用電力系統３が事故や災害等で停電した場合には、監視している系統電圧／系統周波数の変化により停電検出部４７は停電を検出し、連系自立切替制御部４８に対して停電検出信号ＢＯ１  を出力する。停電検出信号ＢＯ１を入力した連系自立切替制御部４８は、低周波インバータブリッジ制御部３２におけるゲートドライブ信号生成部４６と高周波インバータブリッジ制御部３１におけるゲートドライブ信号生成部４４に対して連系運転停止信号ＳＳ２  を出力し、低周波インバータブリッジ９の４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオフ制御するとともに、高周波インバータブリッジ５の４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフ制御し、インバータ主回路２０の運転を停止させる（Ｔ１０）。次いで、連系自立切替制御部４８は連系リレー１１に対して解列を指示する解列指令信号ＧＲ２  を出力する（Ｔ１１）。連系リレー１１は解列指令信号ＧＲ２  を受け取ると、インバータ主回路２０と商用電力系統３とを解列して切り離しを行う（Ｔ１２）。解列を行うと、連系リレー１１は解列確認信号ＧＫ２  を連系自立切替制御部４８に出力する。連系自立切替制御部４８は解列確認信号ＧＫ２  を受け取ったことを検出し、商用電力系統３からインバータ主回路２０を切り離したことを確認したうえで（Ｔ１３）、インバータ主回路２０の主回路構成を連系運転時の高周波トランス絶縁方式から自立運転時のトランスレス方式に切り替えるために、連系自立切替スイッチ１６に対して開成指令信号ＣＳ２  を出力する（Ｕ２）。そして、連系自立切替スイッチ１６は開成指令信号ＣＳ２  を受け取ると、スイッチを開成して、主回路構成を高周波トランス６を介さないトランスレス方式に切り替える（Ｕ３）。主回路構成がトランスレス方式に切り替えられると、連系自立切替スイッチ１６は開成確認信号ＣＫ２  を連系自立切替制御部４８に出力する。連系自立切替制御部４８は開成確認信号ＣＫ２  を受け取ったことを検出し、主回路構成がトランスレス方式であることを確認して（Ｕ４）、自立リレー１３に対して閉成を指示する接続指令信号ＩＲ１  を出力する（Ｕ５）。そして、自立リレー１３は接続指令信号ＩＲ１  を受け取ると、閉成を行ってインバータ主回路２０と自立運転用負荷１４とを接続する（Ｕ６）。接続が行われると、自立リレー１３は接続確認信号ＩＫ１  を連系自立切替制御部４８に出力する。連系自立切替制御部４８は接続確認信号ＩＫ１  を受け取ったことを検出し、インバータ主回路２０と自立運転用負荷１４とが接続したことを確認したうえで（Ｕ７）、インバータ主回路２０を運転して交流電力を自立運転用負荷１４に供給する（Ｕ８）。
【００５１】
このときの運転モードは自立運転モードである。連系自立切替制御部４８は、高周波インバータブリッジ制御部３１におけるゲートドライブ信号生成部４４に自立運転指令信号ＳＳ３  を出力し、ゲートドライブ信号生成部４４による高周波インバータブリッジ５のスイッチング制御に基づいて、太陽電池２から入力した直流電力を交流電力に変換して、自立運転用負荷１４に供給する。
【００５２】
自立運転時におけるインバータ主回路２０のスイッチング制御は、基本的には、高周波インバータブリッジ５の後段から検出されたインバータ出力電圧信号Ｖｏｕｔ  と制御量演算部４２で決定された電圧基準信号Ｖｒｅｆ  との間の誤差がなくなるように、高周波インバータブリッジ５のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御するものである。このようにインバータ出力電圧信号Ｖｏｕｔ  と電圧基準信号Ｖｒｅｆ  との波形間の誤差がなくなるように高周波インバータブリッジ５を制御しているので、自立運転用負荷１４に対してインバータ出力電圧波形に歪みの少ない高品質な電力を供給することができる。
【００５３】
この自立運転時の高周波インバータブリッジ５の動作を説明する。インバータ主回路２０においては主回路構成が高周波トランス６を介さないトランスレス方式となっているため、高周波インバータブリッジ５では５０／６０Ｈｚの商用周波数交流を出力する商用周波ＰＷＭ変調制御を行う。すなわち、自立運転用負荷１４が要求する電力に見合った太陽電池出力が得られるようにインバータ主回路２０の新たな制御量を制御量演算部４２で決定し、電圧基準信号Ｖｒｅｆ  を生成し、ＰＷＭ変調制御部４３において、高周波インバータブリッジ５の後段から検出されたインバータ出力電圧信号Ｖｏｕｔ  と電圧基準信号Ｖｒｅｆ  との誤差を増幅して得られる誤差増幅信号を生成する。この誤差増幅信号は商用電力系統３の電圧波形と同一周波数（５０／６０Ｈｚ）の正弦波信号となる。この正弦波信号の波形を図４（ａ）に示す。そして、誤差増幅信号に同期した高周波のキャリア信号（数十ｋＨｚ）と誤差増幅信号との比較によるＰＷＭ変調制御を行ってパルス列信号ＰＬを生成し、ゲートドライブ信号生成部４４に出力する。そのようなパルス列信号ＰＬの波形を図４（ｂ）に示す。それぞれ高周波インバータブリッジ５における４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれに対応したものである。出力するタイミングについては、商用電力系統３が停電しているため、自立用同期信号発生部４９が出力する同期信号ＶＳＣＲ  を基準とする。ゲートドライブ信号生成部４４では、入力されたパルス列信号ＰＬに基づいて高周波インバータブリッジ５の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御する。この結果、高周波インバータブリッジ５からは図４（ｃ）に示すようなパルス列状の出力電圧Ｅｉが出力される。そして、自立用フィルタ回路１５により高周波成分の除去と平滑が行われ、図４（ｃ）に示す５０／６０Ｈｚの交流電圧ＶＡＣが自立運転用負荷１４に供給される。これは、ＡＣ１００Ｖとなっている。
【００５４】
この自立運転モードにおいては、連系自立切替スイッチ１６の開成によって、インバータ主回路２０の主回路構成がトランスレス方式となっており、力率１制御に制限される低周波インバータブリッジ９での折返し制御は無関係となるため、インバータ主回路２０は無効電力制御を行うことができる。すなわち、高周波インバータブリッジ５の図４（ｃ）に示す高周波交流を自立用フィルタ回路１５で平滑したインバータ主回路２０の図４（ｄ）に示す出力電圧波形の位相を図示しない出力電流波形の位相とずらして無効電力を発生させる無効電力制御が可能となる。このように、無効電力制御を行うと、インバータ主回路２０からの自立運転用負荷１４への出力電圧波形には歪みを生じることがなく、接続している自立運転用負荷１４、特にモータ負荷などの誘導性負荷に対して過熱、過電流、異常音、誤動作等の障害を招く危険性がない。なお、自立運転モードでは、低周波インバータブリッジ制御部３２は停止されており、したがって、低周波インバータブリッジ９も停止している。
【００５５】
以上のステップＴ９〜Ｔ１３およびステップＵ２〜Ｕ８に示すように、停電の初期において、連系リレー１１は解列を行うと解列確認信号ＧＫ２  を出力するようになっており、連系自立切替制御部４８はその解列確認信号ＧＫ２  を受けるまでは自立リレー１３の閉成を行わず、解列確認信号ＧＫ２  を受けることでインバータ主回路２０が商用電力系統３から切り離されていることを確認してから自立リレー１３の閉成を行い、次いで高周波インバータブリッジ５を運転させて自立運転用負荷１４に交流電力を供給するように構成してあるので、インバータ主回路２０が商用電力系統３との連系状態のまま自立運転を行う危険性がなく、自立運転用負荷１４に過電圧がかかることもなくて、安全性を向上することができる。
【００５６】
さらには、連系自立切替スイッチ１６は開成を行うと開成確認信号ＣＫ２  を出力するようになっており、連系自立切替制御部４８はその開成確認信号ＣＫ２  を受けるまでは自立リレー１３の閉成を行わず、開成確認信号ＣＫ２  を受けることで連系自立切替スイッチ１６が開成されていることを確認してから自立リレー１３の閉成を行い、次いで高周波インバータブリッジ５を運転させて自立運転用負荷１４に交流電力を供給するように構成してあるので、安全性が一層確保されている。
【００５７】
また、日射強度がある程度以上にある日中時において商用電力系統３で停電が発生した場合には、上記のような自立運転により太陽電池２が発電した電力を有効に利用することができる。
【００５８】
自立運転用負荷１４に対する出力の無効電力制御を行うに当たっては別の構成が考えられる。すなわち、自立運転用負荷１４につながるべき自立用フィルタ回路１５、自立リレー１３、インバータブリッジ、直流コンデンサのうちインバータブリッジと直流コンデンサとを図示のものとは別に備えて、２つの直流コンデンサを太陽電池２に対して連系自立切替スイッチ１６に相当する連系自立切替スイッチで切り替えるように構成することが考えられる。しかし、この場合は、直流コンデンサとインバータブリッジとの組がもう一組必要となり、コストアップを招来する。このような考え方に対して、本実施の形態においては、高周波トランス６の一次側に連系自立切替スイッチ１６を介挿したので、自立運転制御専用の直流コンデンサおよびインバータブリッジを設ける必要性がなくなり、図示の直流コンデンサ４と高周波インバータブリッジ５を共有することができて、部品コストを低減することができる。
【００５９】
以上のような自立運転モードにおいても、連系自立制御部３３における停電検出部４７は、連系リレー１１の後段の商用電力系統電圧信号ＶＥＵＬ  に基づいて商用電力系統３の停電が解除されるに至ったかどうかを常に監視している（Ｕ９）。停電が解除されるに至ったとき、停電検出部４７は連系自立切替制御部４８に対して停電解除検出信号ＢＯ２  を出力する。停電解除検出信号ＢＯ２  を入力した連系自立切替制御部４８は、高周波インバータブリッジ制御部３１におけるゲートドライブ信号生成部４４に対して自立運転停止信号ＳＳ４  を出力し、高周波インバータブリッジ５の４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフ制御し、インバータ主回路２０の運転を停止させる（Ｕ１０）。次いで、連系自立切替制御部４８は自立リレー１３に対して解列を指示する解列指令信号ＩＲ２  を出力する（Ｕ１１）。自立リレー１３は解列指令信号ＩＲ２  を受け取ると、インバータ主回路２０と自立運転用負荷１４とを解列して切り離しを行う（Ｕ１２）。解列を行うと、自立リレー１３は解列確認信号ＩＫ２  を連系自立切替制御部４８に出力する。連系自立切替制御部４８は解列確認信号ＩＫ２  を受け取ったことを検出し、インバータ主回路２０から自立運転用負荷１４を切り離したことを確認したうえで（Ｕ１３）、インバータ主回路２０の主回路構成を自立運転時のトランスレス方式から連系運転時の高周波トランス絶縁方式に切り替えるために、連系自立切替スイッチ１６に対して閉成指令信号ＣＳ１  を出力する（Ｔ２）。そして、連系自立切替スイッチ１６は閉成指令信号ＣＳ１  を受け取ると、スイッチを閉じて、主回路構成を高周波トランス６を介する高周波トランス絶縁方式に切り替える（Ｔ３）。主回路構成が高周波トランス絶縁方式に切り替えられると、連系自立切替スイッチ１６は閉成確認信号ＣＫ１  を連系自立切替制御部４８に出力する。連系自立切替制御部４８は閉成確認信号ＣＫ１  を受け取ったことを検出し、主回路構成が高周波トランス絶縁方式であることを確認して（Ｔ４）、連系リレー１１に対して連系を指示する連系指令信号ＧＲ１  を出力する（Ｔ５）。そして、連系リレー１１は連系指令信号ＧＲ１  を受け取ると、閉成を行ってインバータ主回路２０と商用電力系統３とを連系する（Ｔ６）。連系が行われると、連系リレー１１は連系確認信号ＧＫ１  を連系自立切替制御部４８に出力する。連系自立切替制御部４８は連系確認信号ＧＫ１  を受け取ったことを検出し、インバータ主回路２０と商用電力系統３とが連系したことを確認したうえで（Ｔ７）、インバータ主回路２０を運転して交流電力を商用電力系統３に供給する（Ｔ８）。このときの運転モードは連系運転モードであり、再び、高周波インバータブリッジ５とともに低周波インバータブリッジ９が駆動されることになる。
【００６０】
以上のステップＵ９〜Ｕ１３およびステップＴ２〜Ｔ８に示すように、停電解除の初期において、自立リレー１３は解列を行うと解列確認信号ＩＫ２  を出力するようになっており、連系自立切替制御部４８はその解列確認信号ＩＫ２  を受けるまでは連系リレー１１の閉成を行わず、解列確認信号ＩＫ２  を受けることでインバータ主回路２０が自立運転用負荷１４から切り離されていることを確認してから連系リレー１１の閉成を行い、次いで高周波インバータブリッジ５および低周波インバータブリッジ９を運転させて商用電力系統３に交流電力を供給するように構成してあるので、インバータ主回路２０が自立運転用負荷１４との連系状態のまま自立運転を行う危険性がなく、自立運転用負荷１４に過電圧がかかることもなくて、安全性を向上することができる。
【００６１】
さらには、連系自立切替スイッチ１６は閉成を行うと閉成確認信号ＣＫ１  を出力するようになっており、連系自立切替制御部４８はその閉成確認信号ＣＫ１  を受けるまでは連系リレー１１の閉成を行わず、閉成確認信号ＣＫ１  を受けることで連系自立切替スイッチ１６が閉成されていることを確認してから連系リレー１１の閉成を行い、次いで高周波インバータブリッジ５および低周波インバータブリッジ９を運転させて自立運転用負荷１４に交流電力を供給するように構成してあるので、安全性が一層確保されている。
【００６２】
次に、自立運転用負荷１４に供給される商用周波交流がＡＣ１００Ｖになる制御について説明する。まず、太陽電池出力電圧と交流電圧との関係について述べる。前述したように、自立運転時では高周波インバータブリッジ５からは図４（ｃ）に示すパルス列状の出力電圧Ｅｉが出力されている。この出力電圧Ｅｉの高さＶＥｉは直流コンデンサ４の両端から検出される太陽電池出力電圧により決定される。また、図４（ｄ）に示す自立用フィルタ回路１５により高周波成分の除去および平滑が行われたあとの交流電圧ＶＡＣの振幅ＶＡＣはパルス列状の出力電圧Ｅｉの半周期分のオン信号の総面積で決定される。これらのことから、自立運転用負荷１４に出力する交流電圧ＶＡＣがＡＣ１００Ｖ一定になるためには、ＡＣ１００Ｖ出力時のパルス列状の出力電圧Ｅｉの半周期分のオン信号の総面積（その値をＳａとする）をあらかじめ計算によって求めてＰＷＭ変調制御部４３に用意しておき、実際にＰＷＭ変調制御を行う際にパルス列状の出力電圧Ｅｉの半周期分のオン信号の総面積が所定の値のＳａになるように調整すればよい。ここで、パルス列状の出力電圧Ｅｉの高さＶＥｉ（太陽電池出力電圧）が一定であれば、パルス列状の出力電圧Ｅｉの半周期分のオン信号の総面積はパルス幅によって変化するので、パルス幅を調整するだけでよい。一方、太陽電池出力電圧（ＶＥｉ）が一定ではなく変動する場合には、上述したようにパルス列状の出力電圧Ｅｉの半周期分のオン信号の総面積が所定の値のＳａになるように調整することになる。このようにして、自立運転用負荷１４に供給する電力をＡＣ１００Ｖとすることにより、その自立運転用負荷１４としてはＡＣ１００Ｖを電源とする家庭用電気負荷をそのまま使用することができる。また、インバータ制御においてＡＣ１００Ｖ出力とするので、インバータ主回路内でＡＣ２００ＶからＡＣ１００Ｖに電圧変換するための変圧用トランスを特別に装備する必要はなく、部品コストを削減することができる。
【００６３】
なお、高周波トランス６の変圧比を例えば１：２とすると、連系運転時にＡＣ２００Ｖ一定の交流を商用電力系統３に供給するためには、太陽電池２の出力電圧が約１４０Ｖ以上であればよい。自立運転時には主回路構成上、高周波トランス６は含まれないが、自立運転用負荷１４に供給する交流はＡＣ１００Ｖ一定でよいので、太陽電池２の出力電圧も１４０Ｖ以上であればよいことになる。
【００６４】
以上の処理を行うことにより、商用電力系統３が事故等で停電し、商用電力系統３からインバータ主回路２０を切り離した状態で、インバータ主回路２０の主回路構成を高周波トランス絶縁方式からトランスレス方式に切り替えて、自立運転制御を行うことにより、そしてその際に無効電力制御が可能であるので、太陽電池２からの直流電力を波形歪みのないＡＣ１００Ｖ一定の交流電力に変換して、自立運転用負荷１４に供給することができる。
【００６５】
以上、一つの実施の形態について詳細に説明してきたが、本発明は次のように構成したものも含み得るものとする。
【００６６】
（１）上記の実施の形態では、系統連系インバータ装置１の入力端子１７ａ，１７ｂに接続する直流電源として太陽電池２のみを示したが、必ずしもそのようにする必要性はなく、直流電源としては蓄電池を使用してもかまわないし、また、太陽電池と蓄電池との組み合わせとしてもかまわないものとする。
【００６７】
（２）上記の実施の形態では、最大電力点追従制御部４１、制御量演算部４２、ＰＷＭ変調制御部４３、折返し制御部４５、停電検出部４７、連系自立切替制御部４８、自立用同期信号発生部４９をブロック図で示しているが、これらのそれぞれは、ハードウェアで構成してもよいし、あるいはソフトウェアで構成してもよい。
【００６８】
（３）上記の実施の形態では、制御回路３０内の連系自立切替制御部４８で連系自立切替スイッチ１６の切り替え動作を自動で行っているが、連系自立切替スイッチ１６の切り替え動作を手動で行うようにしてもよい。
【００６９】
（４）その他本発明の要旨と直接に関係しない任意の事項については、公知の任意のものが適用可能であり、また、公知以外のものであっても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適用可能であることはいうまでもない。
【００７０】
上記の（１）〜（４）は互いに独立した事項であり、これらのうち任意の事項を任意数適当に組み合わせてもよきものとする。
【００７１】
最後に、本件にかかわる明細書の記述についての留意事項を述べる。本件にかかわる明細書（特に発明の詳細な説明および特許請求の範囲）または図面においては、記載してある任意の事項（任意の要素または任意の要素の結合関係・組み合わせ関係を含む）について、その省略の可能性を留保する。さらに、特許請求の範囲に記載していないが発明の詳細な説明または図面に記載してある任意の事項について特許請求の範囲への追加の可能性ならびにその追加に伴う説明の変更の可能性を留保する。
【００７２】
【発明の効果】
系統連系インバータ装置についての第１の発明によれば、停電になって連系運転制御から自立運転制御に切り替わる際に、何らかの原因で連系リレーに相当する系統連系解列手段が解列していない状態で不測に自立運転を行っても、主回路構成上、系統連系解列手段の状態のいかんにかかわらず系統から自立運転用負荷への影響がないので、自立運転用負荷に過電圧はかからず安全性を向上することができる。また、停電が解除されて自立運転制御から連系運転制御に切り替わる際に、何らかの原因で自立リレーに相当する自立負荷接続解列手段が解列していない状態で不測に系統と連系して運転を行っても、主回路構成上、系統と自立運転用負荷との間では、自立負荷接続解列手段の状態のいかんにかかわらず系統から自立運転用負荷への影響がないので、自立運転用負荷に過電圧はかからず安全性を向上することができる。
【００７３】
第２の発明によれば、上記第１の発明と同様の作用・効果が奏せられる。
【００７４】
第３の発明によれば、インバータ主回路の自立運転時においては主回路構成は高周波トランスを介さないトランスレス方式であって、力率１制御に制限される低周波インバータブリッジでの折返し制御は無関係となるため、インバータ主回路は無効電力制御を行うことができ、インバータ主回路の出力電圧波形には歪みを生じることがないため、接続している自立運転用負荷、特にモータ負荷などの誘導性負荷に対して過熱、過電流、異常音、誤動作等の障害を招く危険性を回避することができる。
【００７５】
第４の発明によれば、連系運転時には、インバータ出力電流信号と電流基準信号との波形間の誤差がなくなるようにインバータ主回路を制御するので、系統に対してインバータ出力電流波形に歪みの少ない高品質な電力を供給することができる。一方、自立運転時には、インバータ出力電圧信号と電圧基準信号との波形間の誤差がなくなりかつ出力電圧が一定となるようにインバータ主回路を制御するので、自立運転用負荷に対して出力電圧が一定でインバータ出力電圧波形に歪みの少ない高品質な電力を供給することができる。
【００７６】
第５の発明によれば、系統が事故または災害などで停電した場合にインバータ主回路を運転する自立運転時においては、系統にインバータ主回路の出力を供給する必要がないのでＡＣ２００Ｖでなくてもよく、ＡＣ１００Ｖとすることにより、自立運転用負荷としてはＡＣ１００Ｖを電源とする家庭用電気負荷を使用することができ、さらにはインバータ制御においてＡＣ１００Ｖ出力とするので、インバータ主回路内でＡＣ２００ＶからＡＣ１００Ｖに電圧変換する必要がないため、変圧用トランス等の部品が不要となり、コストダウンを図ることができる。
【００７７】
第６の発明によれば、日射強度がある程度以上にある日中時において系統が停電した場合は停電を検知して、インバータ主回路を停止させ、インバータ主回路と系統とを解列するとともに、インバータ主回路に自立運転用負荷を接続して自立運転を行い、太陽電池等の直流電源からの直流電力を交流電力に変換して自立運転用負荷に出力するので、太陽電池等の直流電源の有効利用を図ることができる。
【００７８】
第７の発明によれば、インバータ主回路は系統との連系状態で自立運転を行う危険性がなく、自立運転用負荷に過電圧がかかることがないので安全性を向上することができる。
【００７９】
第８の発明によれば、インバータ主回路は自立運転用負荷との接続状態で連系運転を行う危険性がなく、自立運転用負荷に過電圧がかかることがないので安全性を向上することができる。
【００８０】
第９の発明によれば、系統から大きな電圧がかかっていない状態で連系自立切替スイッチ相当の主回路構成切替手段を切り替えることができ、安全性を向上することができる。また、主回路構成切替手段としては耐圧の小さいタイプを使用することができるので、部品コストの低減を図ることができる。
【００８１】
第１０の発明によれば、インバータ主回路と自立運転用負荷とが切り離されていることを確認してから自立運転時の主回路構成から連系運転時の主回路構成に切り替えることができるので、自立運転用負荷との接続状態のままで連系運転を行う危険性がなく、自立運転用負荷に過電圧がかかることがないので安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の系統連系インバータ装置の回路構成を示すブロック回路図
【図２】実施の形態の系統連系インバータ装置の連系運転制御と自立運転制御とを切り替えるシーケンスを示すフローチャート
【図３】実施の形態の系統連系インバータ装置における連系運転時のインバータ主回路の主要部における波形図
【図４】実施の形態の系統連系インバータ装置における自立運転時のインバータ主回路の主要部における波形図
【図５】従来の技術の系統連系インバータ装置の回路構成を示すブロック回路図
【符号の説明】
１…系統連系インバータ装置、２…太陽電池、３…商用電力系統、４…直流コンデンサ、５…高周波インバータブリッジ、６…高周波トランス、７…ダイオードブリッジ、８…フィルタ回路、９…低周波インバータブリッジ、１０…ＡＣフィルタ、１１…連系リレー、１２…インバータ出力電流検出器、１３…自立リレー、１４…自立運転用負荷、１５…自立用フィルタ回路、１６…連系自立切替スイッチ、１７ａ，１７ｂ…入力端子、１８ａ，１８ｂ…出力端子、１９ａ，１９ｂ…負荷接続端子、２０…インバータ主回路、３０…制御回路、３１…高周波インバータブリッジ制御部、３２…低周波インバータブリッジ制御部、３３…連系自立制御部、４１…最大電力点追従制御部、４２…制御量演算部、４３…ＰＷＭ変調制御部、４４…ゲートドライブ信号生成部、４５…折返し制御部、４６…ゲートドライブ信号生成部、４７…停電検出部、４８…連系自立切替制御部、４９…自立用同期信号発生部、Ｑ１〜Ｑ４…スイッチング素子、Ｓ１〜Ｓ４…スイッチング素子、ＶＥＵＬ  …商用電力系統電圧信号、Ｉｏｕｔ  …インバータ出力電流信号、Ｖｏｕｔ  …インバータ出力電圧信号、Ｉｒｅｆ  …電流基準信号、Ｖｒｅｆ  …電圧基準信号、ＶＳＣＲ  …同期信号、ＰＬ…パルス列信号、Ｅｉ…パルス列状の出力電圧、ＢＯ１  …停電検出信号、ＢＯ２  …停電解除検出信号、ＣＳ１  …閉成指令信号、ＣＫ１  …閉成確認信号、ＣＳ２  …開成指令信号、ＣＫ２  …開成確認信号、ＧＲ１  …連系指令信号、ＧＫ１  …連系確認信号、ＧＲ２  …解列指令信号、ＧＫ２  …解列確認信号、ＩＲ１  …接続指令信号、ＩＫ１  …接続確認信号、ＩＲ２  …解列指令信号、ＩＫ２  …解列確認信号、ＳＳ１  …連系運転指令信号、ＳＳ２  …連系運転停止信号、ＳＳ３  …自立運転指令信号、ＳＳ４  …自立運転停止信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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