(57)【要約】【課題】系統連系インバータが直流電源から最大電力を引き出す際に必要とされる高精度な大電力用抵抗やホール素子付の電流センサなどといった直流入力電流検知手段を不要として、機器の小形化や安価な構成を実現すること。【解決手段】系統の１／２周期内の電圧変化量を検知する入力電圧変動検知手段１８と、コンバータとインバータを制御する制御回路１７とを有し、制御回路１７は入力電圧変動検知手段１８の出力変化だけで直流電源の最大電力点を追尾する系統連系インバータ制御装置としたもの。【選択図】　図１
2004135409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、直流電力を昇圧するコンバータと、コンバータ出力を交流電力に変換するインバータと、系統の１／２周期内の電圧変化量を検知する入力電圧変動検知手段と、前記コンバータとインバータを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は前記入力電圧変動検知手段からの出力を用いて直流電源を最大電力点で動作させる系統連系インバータ制御装置。
【請求項２】
中間コンデンサは、コンバータとインバータとに並列接続で配置され、系統１／２周期内の電圧を検知する中間電圧変動検知手段からの出力を用いて直流電源を最大電力点で動作させる請求項１記載の系統連系インバータ制御装置。
【請求項３】
制御回路は、内部に電圧変動量のしきい値を有し、電圧変動量の検出値が前記しきい値以上になった場合、コンバータまたはインバータの動作を停止する請求項１または２に記載の系統連系インバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池または燃料電池などの直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に電力注入する電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来使用している電力変換装置の構成を示す接続図である。ここで直流電源１は太陽電池や燃料電池といった出力が直流の分散型電源である。直流電源１の電圧は入力コンデンサ２で平滑された後、昇圧コンバータ３で系統電圧より高い電圧に昇圧される。昇圧コンバータ３の出力は中間コンデンサ４で平滑され、インバータ５に入力される。インバータ５は昇圧コンバータ３の出力を交流電力に変換し、系統に同期した交流電流を注入する。
【０００３】
以下に動作を説明する。例えば太陽電池は日照条件によって最大出力電流の変動が大きい特性を有しているため、このような直流電源１から電力を取り出す場合、入力コンデンサ２と昇圧コンバータ３の間に、入力電圧検知手段８と入力電流検知手段９を設けて入力電圧と入力電流を検知し、制御回路７内部で直流電力を演算する。
【０００４】
次に周期的にコンバータおよびインバータを構成するスイッチング素子のオン時間を変化することで、系統連系インバータのインピーダンスを変化させ、更新された電力値を一定時間前の電力と比較してフィードバック制御を行う最大電力点追尾を行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６９５６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、系統連系インバータが直流電源から最大電力を引き出すためには直流入力電流を検知する入力電流検知手段が必要であり、直流電流を検知するには高精度な大電力用抵抗やホール素子付の電流センサなど、比較的高価な手段が用いられる。
【０００７】
また、入力コンデンサは系統１／２周期の平滑容量程度しか有しておらず、制御回路はコンバータとインバータへの電力指令値を１周期毎に更新するための高速な直流電力を演算手段が必要であることから、機器の小型化や安価な構成が困難であるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、直流電流を検知する入力電流検出手段を配置することなく、入力電圧を検出することのみで、安価な構成且つ高速の最大電力点追尾機能を実現することのできる系統連系インバータ制御装置を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明の系統連系インバータ装置は、入力電圧の変化を検知する入力電圧変動検知手段を設けて、系統の１／２周期における入力電圧変動によって直流電源の最大電力点を高速検知することで、入力直流電流検知が不要となり、簡素な構成で且つ高精度の最大電力点追尾機能を実現する系統連系インバータ制御装置を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、直流電源と、昇圧コンバータと、インバータと、系統の１／２周期内の電圧変化量を検知する入力電圧変動検知手段と、コンバータとインバータを制御する制御回路とを有し、制御回路は入力電圧変動検知手段の出力変化だけで直流電源の最大電力点を追尾することのできる、直流入力電流検知手段を必要としない簡素な系統連系インバータ制御装置としている。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、コンバータとインバータとに並列接続で配置された中間コンデンサの系統１／２周期内の電圧を検知する中間電圧変動検知手段を有し、中間電圧変動出力の変化を用いることで、直流入力電流を検知する必要のない簡素な構成で直流電源を最大電力点で動作させることのできる系統連系インバータ制御装置としている。
【００１２】
請求項３に記載した発明は、制御回路内部に電圧変動量のしきい値を有し、電圧変動量の検出値が前記しきい値以上になった場合、コンバータまたはインバータの動作を停止することで、直流電源の出力電流が大幅に変化した場合でも、確実にインバータ保護することができる安全性の高い系統連系インバータ制御装置としている。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本実施例の構成を示すブロック図である。本実施例の直流電源１１は太陽電池や燃料電池といった出力が直流の分散型電源である。直流電源１１の電圧は入力コンデンサ１２で平滑された後、昇圧コンバータ１３で系統電圧より高い電圧に昇圧される。昇圧コンバータ１３の出力は中間コンデンサ１４で平滑され、インバータ１５に入力される。インバータ１５は昇圧コンバータ１３の出力を交流電力に変換し、系統１６に同期した交流電流を注入する。また、系統１６の１／２周期内における直流電源１１の電圧変動は入力電圧変動検知手段１８で検出され、制御回路１７に出力される。制御回路１７は直流電源１１から引き出す電力が最大となるように昇圧コンバータ１３とインバータ１５を構成するスイッチング素子のオン時間を決定している。
【００１４】
以上の様に構成された系統連系インバータ装置について、図２を参照して動作を説明する。図２（ａ）に直流電源の電圧と電流の関係を示す。例えば太陽電池の場合、図示してある最大電力点以上の電圧では内部インピーダンスの大きい定電圧特性であるが、最大電力点以下の電圧では定電流特性を示す。
【００１５】
系統連系インバータは通常、力率１運転を行うため、系統電圧と交流出力電流は同位相の正弦波となる。したがって、系統電圧のピーク付近とゼロ付近では電力が大幅に異なることから、入力コンデンサの電圧は系統の１／２周期内で変動を有することになる。動作範囲１においては、直流電源は定電圧特性であるため、変動は小さいが、動作範囲２は定電流特性であるため、変動は大きくなる。そこで、入力電圧変動検知手段１８は直流電圧変動の変化が大きくなったとき、動作点が動作範囲１から２に移動したと判断し、逆に直流電圧変動の変化が小さくなったときに、動作点が動作範囲２から１に移動したと判断することで、制御回路１７は直流電源１１の最大電力点を追尾する電力指令値を生成してコンバータ１３とインバータ１５にスイッチング素子のオン時間指令を与える。
【００１６】
以上のように本実施例によれば、系統の１／２周期内の電圧変化量を検知する入力電圧変動検知手段１８の出力変化量によって直流電源の最大電力点を追尾することができることから、直流入力電流検知手段を必要としない簡素な系統連系インバータ制御装置を実現することができる。
【００１７】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。図３は本実施例の構成を示すブロック図である。図３において図１の回路構成と異なるのは、入力電圧変動検知手段に代わって中間コンデンサ１４に中間電圧変動検知手段１９が接続され、その出力が制御回路に入力される構成とした点である。上記以外の構成要素は第１の実施例と同等であり、説明を省略する。
【００１８】
以上のように構成された系統連系インバータ装置について動作を説明する。系統連系インバータは通常力率１運転を行うため、系統電圧と交流出力電流は同位相の正弦波となる。
【００１９】
また、昇圧コンバータは入力電圧を系統電圧のピーク以上の直流電圧に昇圧している。中間コンデンサは系統１／２周期の間で電圧を一定にする程度の容量であり、系統電圧のピーク付近とゼロ付近では電力が大幅に異なることから、中間コンデンサの電圧は系統の１／２周期内で変動を有することになる。直流電源が定電圧特性の範囲では中間電圧の変動は小さいが、定電流特性の範囲では中間電圧の変動は大きくなる。そこで、中間電圧変動検知手段１９は直流電圧変動の変化が大きくなったときは動作点が定電圧領域から定電流領域に移動したと判断し、逆に直流電圧変動の変化が小さくなったときは動作点が定電流領域から定電圧領域に移動したと判断することで、直流電源１１の最大電力点を追尾する。
【００２０】
以上のように本実施例によれば、コンバータとインバータとに並列で配置された中間コンデンサの系統１／２周期内の電圧を検知する中間電圧変動検知手段１９を有し、中間電圧変動出力の変化を用いることで、直流入力電流を検知する必要のない簡素な構成で直流電源を最大電力点で動作させることのできる系統連系インバータ制御装置を実現することができる。
【００２１】
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施例について図４を参照しながら説明する。図４は本実施例の構成を示す波形図である。回路構成要素は第１の実施例と同等であり、説明を省略する。
【００２２】
以上のように構成された系統連系インバータ装置について図４を参照して動作を説明する。例えば日照が急激に減少した時、制御回路１７がコンバータ１３およびインバータ１５に与える電力指令値に対して、直流電源１１の最大出力電力が下回る条件となり、コンバータ１３やインバータ１５はスイッチング素子のオン時間を増加する方向に動作しても、得られる出力電力が電力指令値に到達しないため、インバータ１５が歪みの大きい電流を出力したり、コンバータ１３のスイッチング素子が短絡動作し、最悪条件では破壊に至る場合が考えられる。そこで、制御回路１７内には電圧変動量に対するしきい値を有し、入力電圧変動検知手段１８の出力がしきい値以上となった時は、コンバータ１３とインバータ１５の動作を停止する。
【００２３】
以上のように本実施例によれば、制御回路内部に電圧変動量のしきい値を有し、電圧変動量の検出値が前記しきい値以上になった場合、コンバータまたはインバータの動作を停止することで、直流電源の出力電流が大幅に変化した場合でも、確実にインバータ保護することができる安全性の高い系統連系インバータ制御装置を提供することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜３項に記載の発明は、系統の１／２周期内の電圧変化量を検知する入力電圧変動検知手段を有し、制御回路が入力電圧変動検知手段の出力変化だけで、コンバータとインバータに電力指令値を高精度で与えることが可能となることから、直流入力電流検知手段を必要とせずに直流電源の最大電力点を追尾することができる簡素な系統連系インバータ制御装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である系統連系インバータ制御装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施例である系統連系インバータ制御装置の各部動作を示す波形図
【図３】本発明の第２の実施例である系統連系インバータ制御装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第３の実施例である系統連系インバータ制御装置の各部動作を示す波形図
【図５】従来の系統連系インバータ制御装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１１　直流電源
１２　入力コンデンサ
１３　昇圧コンバータ
１４　中間コンデンサ
１５　インバータ
１６　系統
１７　制御回路
１８　入力電圧変動検知手段
１９　中間電圧変動検知手段
【図１】
2004135409.tif 000003
【図２】
2004135409.tif 000004
【図３】
2004135409.tif 000005
【図４】
2004135409.tif 000006
【図５】
2004135409.tif 000007