(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流入力部間に複数のコンデンサを直列接続し、これらコンデンサの接続部とインバータ回路の出力線との間に開閉器を設け、この開閉器を系統電源に応じて開閉して前記インバータ回路の制御を切り替え可能とし、
前記開閉器を制御して前記インバータ回路をフルブリッジ回路構成またはハーフブリッジ回路構成に切り替えるとともに、
前記インバータ回路は、フルブリッジ回路構成とするときは、中性点接地の、三相３線式または単相３線式の出力構成とすることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項２】
直流入力部間に複数のコンデンサを直列接続し、これらコンデンサの接続部とインバータ回路の出力線との間に開閉器を設け、この開閉器を系統電源に応じて開閉して前記インバータ回路の制御を切り替え可能とし、
前記開閉器を制御して前記インバータ回路をフルブリッジ回路構成またはハーフブリッジ回路構成に切り替えるとともに、
前記インバータ回路は、ハーフブリッジ回路構成とするときは、前記コンデンサの接続部に接続されるＶ相が接地の、三相３線式または単相２線式の出力構成とすることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項３】
直流入力部間に複数のコンデンサを直列接続し、これらコンデンサの接続部とインバータ回路の出力線との間に開閉器を設け、この開閉器を系統電源に応じて開閉して前記インバータ回路の制御を切り替え可能とし、
前記開閉器を制御して前記インバータ回路をフルブリッジ回路構成またはハーフブリッジ回路構成に切り替えるとともに、
前記インバータ回路は、フルブリッジ回路構成とするときは中性点接地の、三相３線式または単相３線式の出力構成とする一方、ハーフブリッジ回路構成とするときは前記コンデンサの接続部に接続されるＶ相が接地の、三相３線式または単相２線式の出力構成とすることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の直流電力を交流電力に変換して出力する太陽光発電用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電用電力変換装置には、インバータ回路で太陽電池の直流出力を商用周波の交流に変換し、その変換交流を絶縁用変圧器を介して系統電源に供給する商用周波変圧器絶縁方式と、太陽電池の直流出力をインバータ回路で高周波の交流に変換し、この変換交流を絶縁用高周波変圧器を介してＤＣ／ＤＣコンバータで一旦、直流に変換し、この変換直流をインバータ回路で再び商用周波の交流に変換して系統電源に供給する高周波変圧器絶縁方式と、太陽電池の直流出力をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧し、この昇圧直流をインバータ回路で商用周波の交流に変換して系統電源に供給するトランスレス方式とが知られている。
【０００３】
上記トランスレス方式の太陽光発電用電力変換装置のうち、例えばＩＧＢＴをフルブリッジ回路構成に接続してなるインバータ回路を備える太陽光発電用電力変換装置でＶ相接地の系統と連系する場合、絶縁用変圧器で絶縁を取らないために、インバータ回路を駆動した場合に該インバータ回路の直流入力部における接地電位が商用周波で変動し、太陽電池と対地との間に存在する浮遊容量（対地容量）を介して漏電電流が流れる。この漏洩電流は太陽電池と対地との間に存在する浮遊容量（対地容量）が増加する雨天時などでは特に大きくなる。
【０００４】
ところで、こうした漏電電流の発生を防止する先行技術の一つとしてインバータ回路をハーフブリッジ回路構成にするとともに、系統電源を中性点接地の単相３線式とすることにより、それの直流入力部の対地に対する電位の変動を抑制可能とし、これによって、前記漏電電流の発生を防止できるようにした太陽光発電用電力変換装置の構成が知られている（特開平９−６５６５７号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報提案にもあるように従来の太陽光発電用電力変換装置においては、系統電源の方式が例えば単相３線式に限定されているために他の方式の系統電源に適用することができず、したがって、その範囲が狭い。また、漏洩電流発生防止のための系統電源の接地方式が中性点接地に限定されているために、Ｖ相接地方式が多いという国内の系統電源の使用実情に照らしその汎用性は極めて乏しい。さらに、インバータ回路の回路方式もハーフブリッジ回路構成に限定されており、フルブリッジ回路構成には適用できない。
【０００６】
したがって、本発明では、三相３線式、単相３線式、単相２線式など、いずれの方式の系統電源にも漏電電流の発生防止が可能であり、また、その接地方式も中性点接地に限定されず、国内に多いＶ相接地方式にも容易に対応可能でその汎用性を高め、かつ、回路方式もハーフブリッジ回路構成のみならずフルブリッジ回路構成にも容易に対応可能な太陽光発電用電力変換装置を提供することを解決課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、直流入力部間に複数のコンデンサを直列接続し、これらコンデンサの接続部とインバータ回路の出力線との間に開閉器を設け、この開閉器を系統電源に応じて開閉して前記インバータ回路の制御を切り替え可能としたことによって上述の課題を解決している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に従う太陽光発電用電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態の太陽光発電用電力変換装置の要点は、インバータ回路を変更することなく、三相３線式、単相３線式、単相２線式のいずれであっても、また接地方式が中性点接地、Ｖ相接地のいずれであっても、開閉器の開閉操作のみで、漏洩電流の発生を防止できるようにしていることである。
以下、図１を参照して本実施の形態に係る太陽光発電用電力変換装置について説明する。図１において、１は、太陽電池２と系統電源３との間に配置された本実施の形態に従う太陽光発電用電力変換装置である。この太陽光発電用電力変換装置１において、（＋）（−）は直流入力部、▲１▼〜▲３▼は交流出力部、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、ＳＷは開閉器、ＩＮＶはインバータ回路、Ｌ１〜Ｌ３はリアクトル、Ｃ３〜Ｃ５はコンデンサ、ＣＣは制御回路である。Ｃ６，Ｃ７は前述した対地容量である。
【０００９】
両コンデンサＣ１，Ｃ２は直列に接続されて直流入力部（＋）（−）間に並列に接続されている。これらコンデンサＣ１，Ｃ２それぞれの容量は等しいことが理論上は最も好ましいが、容量が正確に全く同一のコンデンサは無く、容量的に近似したコンデンサを使用していれば制御回路ＣＣの制御によって漏洩電流の発生防止の制御が可能となる。また、両直流入力部（＋）（−）間に並列に接続されるコンデンサの数は本実施の形態では２つであったが、個数は２つに限定されるものではなく、複数のコンデンサの接続部と一方の直流入力部（＋）との間の容量と、複数のコンデンサの接続部と他方の直流入力部（−）との間の容量とが等しければよい。また両コンデンサＣ１，Ｃ２の接続中央部とインバータ回路ＩＮＶの出力線ＯＬ１は開閉器ＳＷを介して接続されている。この出力線ＯＬ１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の共通接続部に接続されている。制御回路ＣＣは、開閉器ＳＷの開閉動作、インバータ回路ＩＮＶ内の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフ動作を制御して、それら出力線ＯＬ１〜ＯＬ３に接続される系統電源３が三相３線式、単相３線式、単相２線式のいずれの方式の系統電源であっても、またその接地方式が中性点接地、Ｖ相接地のいずれであっても、漏洩電流の発生を防止可能なように制御動作するようになっている。
【００１０】
以下、動作を図２のフローチャートおよび図３ないし図８を参照して説明する。なお、図３ないし図８は、図１に対応するが、動作説明の都合で開閉器ＳＷ、平滑リアクトルＬ１〜Ｌ３、平滑コンデンサＣ３〜Ｃ５ならびに制御回路ＣＣの図示は省略されている。図２のフローチャートで、ｎ２〜ｎ４，ｎ９〜ｎ１１，ｎ１６〜ｎ１８，ｎ２３〜ｎ２５，ｎ３０，ｎ３１はいずれも作業者による作業フローであり、それ以外は制御回路ＣＣによる制御フローを示している。
【００１１】
スタートして、作業者は系統電源３の接地相が中性点接地かＶ相接地かを判定し（ｎ１）。この接地相判定の結果、（１）系統電源３が三相３線式の一相中性点接地または中性点接地方式であると認識すると、ステップｎ２以降、ｎ８までの作業フローと制御フローに、（２）系統電源３が三相３線式のＶ相接地であると認識するとステップｎ９以降、ｎ１５までの作業フローと制御フローに、（３）系統電源３が単相３線式の中性点接地であると認識すると、ステップｎ１６以降、ｎ２２までの作業フローと制御フローに、（４）系統電源３が単相２線式のＶ相接地方式であると認識すると、ステップｎ２３以降、ｎ３５までの作業フローと制御フローに移行する。
【００１２】
前記（１）の場合、作業者は手作業で三相３線式系統電源３の接地点を調べ、中性点接地または一相中性点を確認し（ｎ２）、かつ、インバータ回路ＩＮＶの交流出力部▲１▼、▲２▼、▲３▼それぞれに系統電源３のＵ，Ｖ，Ｗ各相それぞれを接続する（ｎ３）。そして、制御回路ＣＣに三相３線式でかつ接地相が中性点接地または一相中性点接地とする運転モード切り替えを入力する（ｎ４）。以上が作業者の手作業による作業フローである。これ以降は制御回路ＣＣによる制御フローに入る。なお、この運転モードは後述の（２）以降においても同様であるが、それぞれ（１）ないし（４）に対応した切り替えデータを入力するようになっており、制御回路ＣＣはそのデータを判別できるようになっている。
【００１３】
制御回路ＣＣは、前記（１）対応の運転モード切り替えの入力に応答して、開閉器ＳＷを開く（ｎ５）とともに、その運転モードに対応してインバータ回路ＩＮＶ内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＯＮ，ＯＦＦを選択する（ｎ６）。これによって、インバータ回路ＩＮＶは三相３線式出力のフルブリッジ回路構成とする（ｎ７）。この状態は図３に示されている。そうすると図３から明らかであるようにこのフルブリッジ回路構成においては、直流入力部（＋）と直流入力部（−）との間の中心電位が三相３線式系統電源３の各相間電圧の中性点電位となる。これによって、接地電位はコンデンサＣ１，Ｃ２の接続中央部電位となり、直流入力部（＋）と直流入力部（−）との間の直流電圧は、対地との間で変動しないから、漏洩電流の発生は防止される。こうして、太陽光発電用電力変換装置１は運転を開始する（ｎ８）。上述したことは、図４のように系統電源３が三相３線式の中性点接地方式においても同様である。なお、図３と図４はいずれも三相３線式の中性点接地に含めて言う。
【００１４】
前記（２）の場合、作業者は手作業で三相３線式系統電源３の接地点を調べＶ相接地を確認し（ｎ９）、インバータ回路ＩＮＶの交流出力部▲１▼にＶ相を、交流出力部▲２▼、▲３▼それぞれにＵ、Ｗ各相をそれぞれ接続する（ｎ１０）。そして、制御回路ＣＣに三相３線式でかつ接地相がＶ相接地とする運転モード切り替え入力を入力する（ｎ１１）。以上が作業者の手作業による作業フローである。これ以降は制御回路ＣＣによる制御フローに入る。
【００１５】
制御回路ＣＣは、前記（２）対応の運転モード切り替えの入力に応答して、開閉器ＳＷを閉じる（ｎ１２）とともに、インバータ回路ＩＮＶ内のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を停止状態とし、他のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のＯＮ，ＯＦＦを選択する（ｎ１３）。これによって、インバータ回路ＩＮＶは三相３線式出力のハーフブリッジ回路構成とする（ｎ１４）。この状態は図５に示されている。そうすると図５から明らかであるようにこのハーフブリッジ回路構成においてはＶ相は、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続中央部電位となり、直流入力部（＋）と直流入力部（−）の直流電圧は、対地との間で変動しないから、漏洩電流の発生は防止される。こうして、ｎ１５で運転を開始する。
【００１６】
前記（３）の場合、作業者は手作業で単相３線式系統電源３の接地点を調べ、中性点接地を確認し（ｎ１６）、インバータ回路ＩＮＶの交流出力部▲２▼にＵ相を、交流出力部▲３▼にＶ相を接続する（ｎ１７）。そして、制御回路ＣＣに単相３線式でかつ接地相が中性点接地とする運転モード切り替え入力を入力する（ｎ１８）。以上が作業者の手作業による作業フローである。これ以降は制御回路ＣＣによる制御フローに入る。
【００１７】
制御回路ＣＣは、前記（３）対応の運転モード切り替えの入力に応答して、開閉器ＳＷを開く（ｎ１９）とともに、インバータ回路ＩＮＶ内のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を停止状態とし、他のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のＯＮ，ＯＦＦを選択する（ｎ２０）。これによって、インバータ回路ＩＮＶは単相３線式出力のフルブリッジ回路構成とする（ｎ２１）。この状態は図６に示されている。そうすると図６から明らかであるようにこのフルブリッジ回路構成においては単相電圧の中性点電圧は、直流入力部の直流電圧の中心電圧となる。すなわち、接地電位は、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続中央部電位となり、直流入力部の電圧は、対地との間で変動しないから、漏洩電流の発生は防止される。こうして、ｎ２２で運転を開始する。
【００１８】
前記（４）の場合、作業者は手作業で単相２線式系統電源３の接地点を調べ、Ｖ相接地を確認し（ｎ２３）、インバータ回路ＩＮＶの交流出力部▲１▼にＶ相を、交流出力部▲３▼にＵ相を接続するか（ｎ２４）、または、交流出力部▲２▼▲３▼にＵ相、交流出力部１にＵ相を接続する（ｎ３０）。ｎ２４の場合、作業者は、制御回路ＣＣに単相２線式でかつ接地相がＶ相接地とする運転モード切り替え入力を入力する（ｎ２５）。以上が作業者の手作業による作業フローである。これ以降は制御回路ＣＣによる制御フローに入る。
【００１９】
制御回路ＣＣは、前記（４）対応の運転モード切り替えの入力に応答して、開閉器ＳＷを閉じる（ｎ２６）とともに、インバータ回路ＩＮＶ内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を停止状態とし、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のＯＮ，ＯＦＦを選択する（ｎ２７）。これによって、インバータ回路ＩＮＶは単相２線式出力のハーフブリッジ回路構成とする（ｎ２８）。この状態は図７に示されている。そうすると図７から明らかであるようにこのハーフブリッジ回路構成においては接地相であるＶ相は、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続中央部電位となり、直流入力部の電圧は、対地との間で変動しないから、漏洩電流の発生は防止される。こうして、ｎ２９で運転を開始する。
【００２０】
またｎ３０の場合、作業者は、制御回路ＣＣに単相２線式でかつ接地相がＶ相接地とする運転モード切り替え入力を入力する（ｎ３１）。以上が作業者の手作業による作業フローである。これ以降は制御回路ＣＣによる制御フローに入る。
制御回路ＣＣは、前記運転モード切り替えの入力に応答して、開閉器ＳＷを閉じる（ｎ３２）とともに、インバータ回路ＩＮＶ内のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を停止状態とし、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のＯＮ，ＯＦＦを選択する（ｎ３３）。この場合、スイッチング素子Ｑ３とＱ５、Ｑ４とＱ６は並列運転となる。これによって、インバータ回路ＩＮＶは単相２線式出力のハーフブリッジ回路構成とする（ｎ３４）。この状態は図８に示されている。そうすると図８から明らかであるようにこのハーフブリッジ回路構成においては接地相であるＶ相は、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続中央部電位となり、直流入力部の電圧は、対地との間で変動しないから、漏洩電流の発生は防止される。こうしてｎ３５で運転を開始する。
【００２１】
なお、上述の実施の形態においては６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６で構成されているが、三相３線式のＶ相接地、単相３線式中性点接地、単相２線式Ｖ相接地の運転モードでは、停止状態にあるスイッチング素子が存在する。このようにインバータ回路内に停止状態となるスイッチング素子が存在すると、装置としてはスイッチング素子の個数の割りに電流容量が所望通りに得にくくなり好ましくない。そこでこのようにスイッチング素子に停止状態がない実施の形態として、図９ないし図１２が示されている。これらの図に示されるインバータ回路においては、スイッチング素子として小容量のＩＧＢＴを１２個用いている。そして、図９では三相３線式出力のフルブリッジインバータ回路となり、図１０では三相３線式出力のハーフブリッジインバータ回路となり、図１１では単相２線式出力のフルブリッジインバータ回路となり、図１２では単相２線式出力ののハーフブリッジインバータ回路となる。これら図９ない図１２のインバータ回路ではいずれも内部のスイッチング素子には停止状態が存在しなくなり所望の電流容量の装置を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、直流入力部間に複数のコンデンサを直列接続し、これらコンデンサの接続部とインバータ回路の出力線との間に開閉器を設け、この開閉器を系統電源に応じて開閉して前記インバータ回路の制御を切り替え可能としたことから、三相３線式、単相３線式、単相２線式など、いずれの方式の系統電源にも漏電電流の発生防止が可能であり、また、その接地方式も中性点接地に限定されず、国内に多いＶ相接地方式にも対応可能となり、汎用性の高い装置となる。また、回路方式もハーフブリッジ方式のみならずフルブリッジ方式にも対応可能である。
【００２３】
また、本発明は、上述によって、系統電源に合わせて開閉器を開閉するのみで制御を切り替えられるので、系統電源に合わせてインバータ回路を設計変更することが不要となり、コスト低減に寄与すること大である。さらに、太陽光発電用電力変換装置の設置後に系統電源が変更されても、開閉器の開閉のみでその変更に対応が可能であるうえ、インバータ回路の回路構成も簡単でかつ信頼性にも優れたものとなる。また、自立運転を行うに際し開閉器を開閉し、制御を切り替えるだけでインバータ回路出力を簡単に三相３線式出力、単相３線式出力、単相２線式出力にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽光発電用電力変換装置の回路図
【図２】図１のインバータ回路の動作説明に供するフローチャート
【図３】中性点接地の三相３線式系統電源の場合の図１の等価回路図
【図４】一相接地の三相３線式系統電源の場合の図１の等価回路図
【図５】Ｖ相接地の三相３線式系統電源の場合の図１の等価回路図
【図６】中性点接地の単相３線式の三相３線式系統電源の場合の図１の等価回路図
【図７】Ｖ相接地の単相２線式の三相３線式系統電源の場合の図１の等価回路図
【図８】図７に対応し、Ｖ相接地の単相２線式の三相３線式系統電源の場合の他の接続態様とした図１の等価回路図
【図９】本発明の他の実施の形態に係る太陽光発電用電力変換装置の回路図
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態に係る太陽光発電用電力変換装置の回路図
【図１１】本発明のさらに他の実施の形態に係る太陽光発電用電力変換装置の回路図
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態に係る太陽光発電用電力変換装置の回路図
【符号の説明】
１  太陽光発電用電力変換装置
２  太陽電池
３  系統電源
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
ＩＮＶ  インバータ回路
ＳＷ  開閉器
ＯＬ１〜ＯＬ３  出力線
【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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【図７】
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【図８】
0004403589.tif 000009
【図９】
0004403589.tif 000010
【図１０】
0004403589.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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