(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対地に浮遊容量を持つ直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換する太陽光発電用の電力変換装置であって、
直流電源が出力する直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、
前記昇圧チョッパ回路から出力される直流電圧を三相の交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記昇圧チョッパ回路とインバータ回路との間の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
を備え、
直流電源のマイナス極を接地し、昇圧チョッパ回路のプラス極とインバータ回路のプラス極を共通線で接続し、
前記昇圧チョッパ回路は、
太陽電池パネルに並列に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの負極側に一端が接続された昇圧用リアクトルと、
その昇圧用リアクトルの他端側とコンデンサの正極の間と、昇圧用リアクトルの他端側と平滑コンデンサの負極側との間、にそれぞれ接続された第１，第２スイッチング素子と、を備え、
直流電源の出力直流電圧をＥｐ，インバータ回路の直流電圧をＥｃとした場合、２Ｅｐ＝Ｅｃとなるように、デューティ比を制御することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置（ＵＰＳ），瞬低補償装置，太陽光発電用パワーコンディショナ（太陽光発電用インバータ装置）などの電力変換装置に係り、特に、交流出力電圧の対地電圧がアンバランスとなることを抑制する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来における太陽光発電用インバータ装置１０の一例を示す概略図である。太陽光発電用インバータ装置１０は、太陽電池パネル１によって発電した直流電圧をインバータ回路３によって交流電圧に変換し、電源系統４へ電力を供給する電力変換装置である。
【０００３】
太陽光発電用インバータ装置１０は、太陽電池パネル１に対する太陽からの照度や、インバータ回路３から電源系統４に供給する電力（すなわち、発電電力）によって、直流電圧が変動する。この直流電圧の変動に対して効率良くインバータ回路３を動作させるため、一般的には図３に示すように、昇圧チョッパ回路２が太陽電池パネル１とインバータ回路３との間に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６８３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図３に示すように、太陽光発電用インバータ装置１０は、昇圧チョッパ回路２のマイナス極とインバータ回路３のマイナス極をコモンとしている（共通線で接続されている）。太陽電池パネル１は対地に対して浮遊容量をもつため、太陽電池パネル１はプラス極とマイナス極を数［μＦ］のコンデンサ５，５で接地された状態となり、対地に対してバランスが取れている状態となる。
【０００６】
この状態で、昇圧チョッパ回路２において、通常のチョッパ動作を行うと、インバータ回路３の直流電圧におけるマイナス極とプラス極の対地電圧はアンバランスとなり、図４に示すように、インバータ回路３における交流出力電圧の対地電圧に直流分（オフセット）が加算される。そのため、インバータ回路３の交流出力電圧は、プラス極側に直流分（オフセット）が加算された分だけ対地電圧が大きくなり、太陽光発電用インバータ装置１０の絶縁耐力を高くする必要がある。
【０００７】
図５は、従来における太陽光発電用インバータ装置２０の他例を示す概略図である。薄膜系の太陽電池パネル１は、制約によって直流側のマイナス極を接地する場合がある。この場合、図５に示すように、直流側の一点が接地される。その結果、図６に示すように、インバータ回路３の交流出力電圧には、更にプラス側に直流分（オフセット）が加算され、非接地時に対して、交流出力電圧の対地電圧が更にアンバランスとなる。
【０００８】
以上示したようなことから、インバータ回路における交流出力電圧の対地電圧が、アンバランスとなることを抑制した電力変換装置を提供することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、対地に浮遊容量を持つ直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、直流電源が出力する直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、前記昇圧チョッパ回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、を備え、直流電源のマイナス極を接地し、昇圧チョッパ回路のプラス極とインバータ回路のプラス極を共通線で接続したことを特徴とする。
【００１０】
また、前記昇圧チョッパ回路は、直流電源の出力直流電圧をＥｐ，インバータ回路の直流電圧をＥｃとした場合、２Ｅｐ＝Ｅｃとなるように、デューティ比を制御しても良い。
【００１１】
また、前記昇圧チョッパ回路は、コンデンサが太陽電池パネルに並列に接続され、前記コンデンサの負極側には昇圧用リアクトルの一端が接続され、その昇圧用リアクトルの他端側とコンデンサとの正極の間にはスイッチング素子が接続された構成でも良い。
【００１２】
前記電力変換装置には、太陽光発電用インバータ装置（太陽光発電用パワーコンディショナ），無停電電源装置（ＵＰＳ），瞬低補償装置，などを適用しても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、インバータ回路の交流出力電圧のアンバランスを抑制した電力変換装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態における太陽光発電用インバータ装置の一例を示す概略図である。
【図２】実施形態における太陽光発電用インバータ装置の交流出力電圧を示すグラフである。
【図３】従来における太陽光発電用インバータ装置の一例を示す概略図である。
【図４】図３に示す太陽光発電用インバータ装置の交流出力電圧を示すグラフである。
【図５】従来における太陽光発電用インバータ装置の他例を示す概略図である。
【図６】図５に示す太陽光発電用インバータ装置の交流出力電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の目的は、電力変換装置（例えば、太陽光発電用インバータ装置）における交流出力電圧の対地電圧を極力バランス（対象の波形に）させることである。
【００１６】
図５に示したように、昇圧チョッパ回路２とインバータ回路３のマイナス極をコモンとして（共通線で）接続すると、交流出力電圧の対地電圧にはプラス側に直流分（オフセット）が加算される。また、太陽電池パネル１の直流側マイナス極を接地した場合、交流出力電圧の対地電圧にはプラス側に直流分（オフセット）が加算される。この２つの条件から、本発明における太陽光発電用インバータ装置３０を提案する。
【００１７】
具体的には、昇圧チョッパ回路２とインバータ回路３のプラス極をコモンとして（共通線で）接続する。また、接地電位をゼロＶとし、インバータ回路３の直流側プラス極における対地からの平均電位をＰ，インバータ回路３の直流側マイナス極における対地からの平均電位をＮとした場合、極力Ｐ＝｜Ｎ｜となるように制御するものである。
【００１８】
以下、本発明の実施形態における電力変換装置を図１，図２に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
［実施形態］
図１は、本実施形態における電力変換装置（例えば、太陽光発電用インバータ装置：以下、太陽光発電用インバータ装置と称する）３０を示す概略図である。
【００２０】
太陽光発電用インバータ装置３０は、太陽電池パネル１と電源系統４との間に介挿され、太陽電池パネル１から出力される直流電力を交流電力に変換し、電源系統４に出力する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態における太陽光発電用インバータ装置３０は、太陽電池パネル１に接続された昇圧チョッパ回路２と、その昇圧チョッパ回路２と電源系統４との間に介挿されたインバータ回路３とを備える。また、前記昇圧チョッパ回路２とインバータ回路３との間には、平滑用コンデンサＣ２が介挿されている。
【００２２】
前記太陽電池パネル１は、対地に対して浮遊容量を持つため、プラス極とマイナス極を数［μＦ］のコンデンサ５，５で接地された状態となっている。
【００２３】
前記昇圧チョッパ回路２は、コンデンサＣ１と、昇圧用リアクトルＬと、直列に接続された２つのスイッチング素子Ｓｗ１，Ｓｗ２と、を備えた一般的な昇圧チョッパ回路であり、直流電圧の変動に対して効率良くインバータ回路３を動作させるために直流電圧を昇圧するものである。なお、本実施形態における前記スイッチング素子Ｓｗ１，Ｓｗ２は自己消弧形の半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ等）とフリーホイールダイオードを逆並列に接続したものである。
【００２４】
前記昇圧チョッパ回路２は、コンデンサＣ１が太陽電池パネル１に並列に接続され、そのコンデンサＣ１の負極側には昇圧用リアクトルＬの一端が接続されている。当該昇圧用リアクトルＬの他端側とコンデンサＣ１の正極側との間にはスイッチング素子Ｓｗ２が接続され、そのスイッチング素子Ｓｗ２と平滑コンデンサＣ２との間にはスイッチング素子Ｓｗ１が介挿されている。
【００２５】
前記昇圧チョッパ回路２では、スイッチング素子Ｓｗ２がオンの時は、コンデンサＣ１から出力されたエネルギーを昇圧用リアクトルＬに蓄積させる。そして、スイッチング素子Ｓｗ２がオフの時、昇圧用リアクトルＬに蓄積されたエネルギーならびにコンデンサＣ１から出力されたエネルギーが平滑用コンデンサＣ２に供給される。
【００２６】
このように、スイッチング素子Ｓｗ２のオン状態の時間とオフ状態の時間との割合を制御（すなわち、デューティ比を決定）することにより、コンデンサＣ１から供給される電圧を所定の電圧に昇圧することができる。
【００２７】
前記平滑用コンデンサＣ２は、昇圧チョッパ回路２の出力とインバータ回路３の入力電圧を平滑化する。
【００２８】
前記インバータ回路３は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、図１に示すように、一般的な三相電圧形インバータを用いるものとする。
【００２９】
本実施形態における太陽光発電用インバータ装置３０は、昇圧チョッパ回路２とインバータ回路３のプラス極側をコモンとして（共通線で）接続し、太陽電池パネル１の直流側マイナス極を接地した回路である。前記昇圧チョッパ回路２の制御方法、特性等は、従来技術における図３，図５のように、マイナス極側をコモンとして（共通線で）接続した場合と同様である。
【００３０】
ここで、インバータ回路３の直流側の正極部における対地からの平均電位をＰ，負極部における対地からの平均電位をＮとすると共に、図１に示すように、太陽電池パネル１の出力直流電圧をＥｐ，インバータ回路３の直流電圧をＥｃとした場合、Ｐの電位はＥｐ，Ｎの電位はＥｐ−Ｅｃとなる。そのため、インバータ回路３の交流出力電圧に加算される直流分（オフセット）の電圧は、Ｅｐ−Ｅｃ／２と表すことができる。
【００３１】
そして、電位がＰ＝｜Ｎ｜（すなわち、Ｅｐ＝｜Ｅｐ−Ｅｃ｜）となる２Ｅｐ＝Ｅｃの場合は、インバータ回路３の直流電圧におけるマイナス極とプラス極の対地電圧のアンバランスが解消される。そのため、本実施形態における太陽光発電用インバータ装置３０では、昇圧チョッパ回路２を、２Ｅｐ＝Ｅｃとなるように制御（デューティ比を決定）することにより、インバータ回路３から出力される交流出力電圧の対地電圧におけるアンバランスを抑制することが可能となる。
【００３２】
図２は、本実施形態における太陽光発電用インバータ装置３０の交流出力電圧を示すグラフである。図２に示すように、本実施形態における太陽光発電用インバータ装置３０は、インバータ回路３の交流出力電圧における対地電圧のアンバランスが解消される。その結果、対地に対する最大電圧が緩和され、絶縁耐力を抑制することが可能となる。
【００３３】
以上示したように、本実施形態における太陽光発電用インバータ装置３０によれば、昇圧チョッパ回路２を有し、太陽電池パネル１のマイナス極を接地する場合において、昇圧チョッパ回路２とインバータ回路３のプラス極をコモンと（共通線で接続）した回路とすることにより、インバータ回路３の交流出力電圧の対地電圧におけるアンバランスを解消することが可能となる。
【００３４】
また、インバータ回路３の交流出力電圧の対地電圧におけるアンバランスを解消することにより、対地に対する最大電圧が緩和され、絶縁耐力を抑制することが可能となる。
【００３５】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００３６】
例えば、実施形態では、三相電圧形のインバータ回路３を適用した電力変換装置３０について詳細に説明したが、その他の構成のインバータ回路も適用可能である。
【００３７】
また、前記昇圧チョッパ回路２も実施形態で説明した構成に限られるものではなく、例えば、スイッチング素子Ｓｗ１はダイオードに置換しても良い。
【００３８】
さらに、実施形態では、電力変換装置３０に太陽光発電用インバータ装置を適用したが、電力変換装置３０には、無停電電源装置（ＵＰＳ），瞬低補償装置，太陽光発電用パワーコンディショナなどの種々の電力変換装置が適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１…太陽電池パネル（直流電源）
２…昇圧チョッパ回路
３…インバータ回路
４…電源系統
１０，２０，３０…電力変換装置（太陽光発電用インバータ装置）
Ｃ１…コンデンサ
Ｃ２…平滑コンデンサ
Ｌ…昇圧用リアクトル
Ｓｗ１，Ｓｗ２…スイッチング素子
【図１】
0005817225.tif 000002
【図２】
0005817225.tif 000003
【図３】
0005817225.tif 000004
【図４】
0005817225.tif 000005
【図５】
0005817225.tif 000006
【図６】
0005817225.tif 000007