(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続されるインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力側に接続される変圧器と、
前記変圧器の出力側と電力系統の間に接続される、限流抵抗及び第１の開閉器の直列回路と、
前記直列回路又は前記限流抵抗に対して並列に接続される第２の開閉器と、
前記第２の開閉器をオン制御した後の一定期間、前記インバータ回路に与えるインバータ・ゲート信号を停止状態に制御し、その後、前記インバータ回路に与えるインバータ・ゲート信号を再びスイッチング制御する制御回路と
を有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において、
前記一定期間の開始時点は、前記第２の開閉器をオン制御した時点から前記インバータ回路が出力電力を出し始める前までの期間に設定される
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又は２に記載の系統連系インバータ装置において、
前記一定期間は、前記インバータ回路の出力に現れる偏磁状態の解消に充分な時間以上である
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１〜３のいずれか１項に記載の系統連系インバータ装置において、
前記一定期間は、前記インバータ回路が出力電力を出し始める前までに終了する
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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１１−０３５９５６号公報（以下、「特許文献１」という。）には、直流電源を電力系統に接続する系統連系インバータ装置が記載されている。図１に、特許文献１における系統連系インバータ装置の装置構成を示す。系統連系インバータ装置は、太陽電池からなる直流電源１に接続されるインバータ回路２と、インダクタ４及びコンデンサ５で構成されるフィルタと、出力側で電力系統９に接続される開閉回路ＳＷとで構成されている。ここで、開閉回路ＳＷは、限流抵抗７及び第１の開閉器８の直列回路と、この直列回路に並列接続された第２の開閉器６とで構成されている。
【０００３】
この系統連系インバータ装置は、図２に示す手順で起動される。まず、制御回路１０が第１の開閉器８をオン状態に制御する（SP1）。次に、制御回路１０は、インバータ・ゲート信号をスイッチング制御し（SP2）、その後、第２の開閉器６をオン状態に第１の開閉器８をオフ状態に制御する（SP3,SP4）。すなわち、制御回路１０は、第１の開閉器８がオン状態に制御されてから第２の開閉器６がオン状態に制御されるまでの間（起動開始期間）、インバータ回路２の出力電流（インバータ電流Ｉ１）が０（ゼロ）になるようにインバータ回路２の動作を制御することにより、電力系統９からフィルタ用コンデンサ５への突入電流の流入を阻止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０３５９５６号公報（特許第４９１３８４９号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した制御手法は、インバータ回路２の出力を変圧器を介して電力系統９に接続する構成の系統連系インバータ装置にも応用することができる。当該装置の一例を図３に示す。この場合、第２の開閉器６をオン状態に制御するタイミングで、大きな励磁突入電流が流れ込むことがある。ところが、変圧器１２を組み込んだ系統連系インバータ装置では、変圧器１２に流れ込んだ励磁突入電流が収束せず、残留した偏磁状態が継続することがある。この偏磁状態の継続は、出力電流Ｉ0の波形を歪め（図４（Ｅ）参照））、電力系統９に供給される電力の品質を低下させてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる技術上の課題を解決するため、本発明者らは、(1) 直流電源に接続されるインバータ回路と、(2) 前記インバータ回路の出力側に接続される変圧器と、(3) 前記変圧器の出力側と電力系統の間に接続される、限流抵抗及び第１の開閉器の直列回路と、(4) 前記直列回路又は前記限流抵抗に対して並列に接続される第２の開閉器と、(5) 前記第２の開閉器をオン制御した後の一定期間、前記インバータ回路に与えるインバータ・ゲート信号を停止状態に制御し、その後、前記インバータ回路に与えるインバータ・ゲート信号を再びスイッチング制御する制御回路と、を有する系統連系インバータ装置を提案する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第２の開閉器のオン制御時に大きな励磁突入電流が変圧器に流れ込んだとしても、変圧器の偏磁状態を確実に解消し、品質の高い電力を電力系統に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来装置の構成を説明する図。
【図２】従来装置における制御手順を説明するフローチャート。
【図３】変圧器を組み込んだ系統連系インバータ装置の構成を示す図。
【図４】図３に示す装置を図２に示す制御手順で動作させる場合の制御信号と出力波形の関係を説明する図。
【図５】実施例に係る制御手順を説明するフローチャート。
【図６】図３に示す装置を図５に示す制御手順で動作させる場合の制御信号と出力波形の関係を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の形態は、後述する実施例に限定されるものでなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１０】
まず、図３に示す系統連系インバータ装置の構成を説明する。図３には、図１との対応部分に同一符号を付して示している。系統連系インバータ装置は、直流電源１と電力系統９の間に接続されている。本実施例の場合、直流電源１は太陽光発電設備（太陽電池）である。もっとも、直流電源１は、再生可能なエネルギー源から直流電力を取り出す他の直流電源であっても良い。
【００１１】
直流電源１から与えられる直流電力は、インバータ回路２により交流電力に変換される。インバータ回路２は、一対のトランジスタが直列に接続されてなる２つのトランジスタ直列回路が並列に接続された構成を有し、各トランジスタ直列回路の中間点が交流出力端子となる公知のインバータ回路である。２つのトランジスタ直列回路に含まれる複数のトランジスタの動作は、制御回路１０からインバータ回路２に与えられるインバータ・ゲート信号Ｇ１により制御される。例えばインバータ・ゲート信号Ｇ１が停止状態の場合、いずれのトランジスタもOFF制御される。一方、インバータ・ゲート信号Ｇ１がスイッチング状態の場合、各トランジスタは個別のゲート信号によってON/OFF制御される。正常時であれば、直流電源１の直流電力は、インバータ回路２により交流電力に変換され、そのまま電力系統９に供給される。本実施例の場合、電力系統９として商用電力系統を想定するが、必ずしも商用電力系統に限るものではない。
【００１２】
インバータ回路２の出力側には第１の電流検出器３が配置されている。第１の電流検出器３は、インバータ回路２から出力されるインバータ電流Ｉ１の検出に使用され、検出結果を制御回路１０に出力する。図３では、符号Ｉ１を検出信号の意味でも使用している。第１の電流検出器３の出力側には、インダクタ４と、変圧器１２と、フィルタ用コンデンサ５が順番に配置される。インダクタ４は、インバータ回路２の出力に対して直列に接続されている。インバータ電流Ｉ１は、このインダクタ４を通じて変圧器１２の一次コイルに流れる。変圧器１２の出力側（二次コイル側）と電力系統９とを接続する電力線には、フィルタ用コンデンサ５が接続されている。フィルタ用コンデンサ５の他端は他の相の電力線に接続されている。
【００１３】
なお、前述した電力線には第２の電流検出器１１が直列に接続されている。第２の電流検出器１１は電力系統９に出力される電流（出力電流Ｉ0）の検出に使用され、検出結果を制御回路１０に出力する。図３では、符号Ｉ0を検出信号の意味でも使用している。第２の電流検出器１１と電力系統９との間には開閉回路ＳＷが配置されている。開閉回路ＳＷは、限流抵抗７及び第１の開閉器８の直列回路と、該直列回路に並列接続された第２の開閉器６とで構成されている。
【００１４】
第１の開閉器８の開閉は、制御回路１０から与えられる制御信号Ａ２（開閉器８制御信号Ａ２）によって制御され、第２の開閉器６の開閉は、制御回路１０から与えられる制御信号Ａ１（開閉器６制御信号Ａ１）によって制御される。第１の開閉器８と第２の開閉器６は、いずれも機械式の開閉器である。また、本実施例の場合、第２の電流検出器１１と開閉回路ＳＷとの間の電力線上に現れる電圧が、インバータ電圧Ｖ１として制御回路１０に入力される。
【００１５】
図５及び図６に、制御回路１０による制御タイミングと出力波形の関係を示す。インバータ回路２の起動後、制御回路１０は、まず、第１の開閉器８をオン状態に制御する（SP11）。このとき、インバータ電圧Ｖ１として、系統電圧を低減した電圧（限流抵抗７によって低減された電圧）が現れる。次に、制御回路１０は、インバータ・ゲート信号Ｇ１をスイッチング制御する（SP12）。インバータ回路２の各トランジスタがON/OFF動作することで、インバータ電圧Ｖ１には、系統電圧と同じ大きさの電圧が出現する。
【００１６】
なお、インバータ・ゲート信号Ｇ１がスイッチング制御された直後のインバータ電流Ｉ１は０（ゼロ）Ａである。このため、出力電流Ｉ0も０（ゼロ）Ａである。また、動作を開始した直後のインバータ回路２は、変圧器１２の一次コイル側に、直流電圧成分として０（ゼロ）Ｖを印加する。つまり、変圧器１２の一次コイル側は直流電圧レベルでショートされている。
【００１７】
この後、制御回路１０は、これまでオフ状態であった第２の開閉器６をオン状態に制御する（SP13）と共に、これまでオン状態であった第１の開閉器８をオフ状態に制御する（SP14）。このとき、電力系統９から変圧器１２の方向に励磁突入電流が流れる（図６（Ｅ）参照）。励磁突入電流は直流成分を多く含んだ電流であり、変圧器１２の一次コイル側は直流電圧レベルでショートされている。このため、変圧器１２がリアクトル効果で一次コイル側に直流電流を流し続ける状態になる。このとき、変圧器１２の磁束はどちらかに偏った状態になる（この状態が「偏磁状態」である）。その結果、変圧器１２は、綺麗なヒステリシスカーブを採ることができず、二次コイル側に流れる出力電流Ｉ0の波形を歪めてしまう（従来手法についての図４（Ｅ）を参照）。
【００１８】
そこで、本実施例における制御回路１０は、第２の開閉器６をオン制御した後、一定期間の間、インバータ・ゲート信号Ｇ１を停止状態に制御する（SP15）。ここでの「一定期間」とは、前述した励磁突入電流の収束（偏磁状態の解消）に充分な時間以上である。図６（Ｅ）では、「励磁突入電流が収束するのに充分な時間」を、点線で囲んだ範囲Ｒ１で示している。このとき、励磁突入電流の影響で変圧器１２の一次コイル側に流れ込んだ直流電流は、インバータ回路２の内部のダイオードを通じて直流入力側に流れ、消費される。この結果、変圧器１２の偏磁状態が解消される。偏磁状態の解消に伴い、範囲Ｒ１内における出力電流Ｉ0の歪は徐々に小さくなり、やがて歪の無い綺麗な正弦波になる。
【００１９】
一定期間の具体的な数値は、系統連系インバータ装置の構成（変圧器１２を含む回路全体の構成）に依存するが、例えば0.1秒以上に設定する。また、インバータ・ゲート信号Ｇ１を停止状態に制御するタイミングＴ１は、第２の開閉器６がオン状態に制御された後であって、かつ、インバータ回路２が出力電力を出し始める前までの間であれば任意である。図６では、第２の開閉器６がオン制御してからしばらく時間が経過した時点で、インバータ・ゲート信号Ｇ１が停止状態に制御された場合を表している。
【００２０】
事前に定めた一定期間が経過すると、制御回路１０は、インバータ・ゲート信号Ｇ１をスイッチング制御する（SP16）。なお、一定期間の終了時点は、インバータ回路２が出力電力を出し始める前までに終了する。この後、オン状態に制御されたインバータ回路２が出力電力（すなわち、インバータ電流Ｉ１）を出し始めると、きれいな正弦波波形の出力電力が電力系統９に出力され始める（SP17）。
【００２１】
このように、実施例に係る制御手法を採用する系統連系インバータ装置を用いれば、第２の開閉器６のオン制御直後に大きな励磁突入電流が変圧器１２に流れ、変圧器１２のリアクトル効果によって一次コイル側に直流電流が流れ続ける状態になったとしても（偏磁状態になったとしても）、インバータ回路２を一時的にオフ制御することにより、偏磁状態を解消でき、きれいな正弦波波形の出力電力を電力系統９に供給することができる。すなわち、電力系統９に供給する電力の品質を高めることができる。
【００２２】
上述の実施例では、限流抵抗７と第１の開閉器８の直列回路に対して第２の開閉器６を並列に接続しているが、限流抵抗７に対して第２の開閉器６を並列接続しても良い。
【符号の説明】
【００２３】
１…直流電源
２…インバータ回路
３…第１の電流検出器（インバータ電流検出器）
４…インダクタ
５…フィルタ用コンデンサ
６…第２の開閉器
７…限流抵抗
８…第１の開閉器（限流用開閉器）
９…電力系統
１０…制御回路
１１…第２の電流検出器（出力電流検出器）
１２…変圧器
Ｇ１…インバータ・ゲート信号
Ａ１…開閉器６制御信号
Ａ２…開閉器８制御信号
Ｖ１…インバータ電圧
Ｉ１…インバータ電流
Ｉ0…出力電流
【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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【図６】
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