(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の出力を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータにより昇圧された電力をＰＷＭ制御によって系統の周波数の交流電力にするフルブリッジインバータと、前記昇圧コンバータと前記フルブリッジインバータとを接続する中間段コンデンサと、前記フルブリッジインバータの出力に接続した系統リレーと、停電時あるいは電圧低下時に前記系統リレーを介して前記フルブリッジインバータの出力を自立運転用コンセントに接続する自立リレーと、配電系統と前記系統リレーとの接続をオンオフする系統切り換えリレーと、前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出する停電検出手段と、前記直流電源の直流電力を検出する直流電力検出手段と、前記停電検出手段と前記直流電力検出手段の検知情報に基づいて前記フルブリッジインバータと前記系統リレーと前記系統切換リレーと前記自立リレーを制御する制御手段とを備え、前記停電検出手段は、前記制御手段が前記フルブリッジインバータを停止させている状態のときに前記配電系統の電圧をチェックし、前記制御手段は、前記停電検出手段により前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出したときには、前記系統切換リレーを開き、前記系統リレーと前記自立リレーを閉じて前記自立運転用コンセントに前記フルブリッジインバータの出力を供給するようにした系統連系インバータ。
【請求項２】
直流電源の出力を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータにより昇圧された電力をＰＷＭ制御によって系統の周波数の交流電力にするフルブリッジインバータと、前記昇圧コンバータと前記フルブリッジインバータとを接続する中間段コンデンサと、前記フルブリッジインバータの出力に接続した系統リレーと、停電時あるいは電圧低下時に前記フルブリッジインバータの出力を自立運転用コンセントに接続する自立リレーと、配電系統と前記自立運転用コンセントとを直接接続する配電リレーと、前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出する停電検出手段と、前記直流電源の直流電力を検出する直流電力検出手段と、前記停電検出手段と前記直流電力検出手段の検知情報に基づいて前記フルブリッジインバータと前記系統リレーと前記配電リレーと前記自立リレーを制御する制御手段とを備え、前記停電検出手段は、前記制御手段が前記フルブリッジインバータを停止させている状態のときに前記配電系統の電圧をチェックし、前記制御手段は、前記停電検出手段により前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出したときには、前記配電リレーを開き、前記自立リレーを閉じて前記自立運転用コンセントに前記フルブリッジインバータの出力を供給するようにした系統連系インバータ。
【請求項３】
直流電源を太陽電池または燃料電池とバッテリーパックによって構成し、直流電圧検出手段によって太陽電池または燃料電池の電圧が基準値よりも低下したことを検出したときには、バッテリーパックの出力を直流電源として使用する請求項１または２に記載した系統連系インバータ。
【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等を入力電源として使用し、これらの出力電力を配電系統に適合するように変換して、負荷あるいは配電系統に供給する系統連系インバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来使用されている系統連系インバータの一例を、図４を使用して説明する。系統連系インバータは、太陽電池あるいは燃料電池からなる直流電源１０の出力を入力として受けて、この電力を系統１１の電源仕様に適合する形に変換して、つまり５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波の交流電力に変換して、系統１１に供給している。系統連系インバータは、直流電源１０の両端に接続した平滑コンデンサ１と、コイル２とＩＧＢＴ等のスイッチング素子３とダイオード４で構成した昇圧コンバータ５と、ＰＷＭ制御を行うフルブリッジインバータ６と、昇圧コンバータ５とフルブリッジインバータ６とを結合する３０００μＦ以上の大容量の電解コンデンサ７とによって構成している。
【０００３】
以上の構成で、直流電源１０から供給された直流電力を平滑コンデンサ１とコイル２によって波形整形したものをフルブリッジインバータ６の電源として使用している。フルブリッジインバータ６は供給された直流電力をＰＷＭ制御によって５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波の商用交流波形に変換しているものである。
【０００４】
この時、系統１１の電圧より電解コンデンサ７の両端の電圧の方を高くしておかないと、系統１１からの電流が逆流してスイッチング素子３とダイオード４を破壊するおそれがある。従って、電解コンデンサ７の両端の電圧は系統１１のピーク電圧より、常に高くなるように昇圧コンバータ５で制御している。こうして、系統１１が停電したときには、系統側プレーカ１２と系統リレー９を開き、自立リレー３０を閉じてフルブリッジインバータ６の出力をフィルタ８を介して自立運転用コンセント３１に供給する。このため、自立運転用コンセント３１に接続している負荷３２は、系統１１が停電している間は、系統連系インバータからの出力によって動作できるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の系統連系インバータは、停電時あるいは電圧低下時には手動で系統側ブレーカを落とさないと自立運転が出来ないという課題を有している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、系統と自立運転用コンセントとの接続にリレーを用いることによって、電圧低下時や停電時には自動的に系統と自立とを切り換える構成として、自動的に自立運転ができる系統連系インバータとしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、直流電源の出力を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータにより昇圧された電力をＰＷＭ制御によって系統の周波数の交流電力にするフルブリッジインバータと、前記昇圧コンバータと前記フルブリッジインバータとを接続する中間段コンデンサと、前記フルブリッジインバータの出力に接続した系統リレーと、停電時あるいは電圧低下時に前記系統リレーを介して前記フルブリッジインバータの出力を自立運転用コンセントに接続する自立リレーと、配電系統と前記系統リレーとの接続をオンオフする系統切り換えリレーと、前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出する停電検出手段と、前記直流電源の直流電力を検出する直流電力検出手段と、前記停電検出手段と前記直流電力検出手段の検知情報に基づいて前記フルブリッジインバータと前記系統リレーと前記系統切換リレーと前記自立リレーを制御する制御手段とを備え、前記停電検出手段は、前記制御手段が前記フルブリッジインバータを停止させている状態のときに前記配電系統の電圧をチェックし、前記制御手段は、前記停電検出手段により前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出したときには、前記系統切換リレーを開き、前記系統リレーと前記自立リレーを閉じて前記自立運転用コンセントに前記フルブリッジインバータの出力を供給するようにしたものであり、停電検出手段によって系統の電圧低下あるいは停電を検出したときには、制御手段によって系統切り換えリレー開き、系統リレーと自立リレーを閉じて自立運転用コンセントにフルブリッジインバータの出力を供給するようにして、自動的に自立運転ができる系統連系インバータとしている。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、直流電源の出力を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータにより昇圧された電力をＰＷＭ制御によって系統の周波数の交流電力にするフルブリッジインバータと、前記昇圧コンバータと前記フルブリッジインバータとを接続する中間段コンデンサと、前記フルブリッジインバータの出力に接続した系統リレーと、停電時あるいは電圧低下時に前記フルブリッジインバータの出力を自立運転用コンセントに接続する自立リレーと、配電系統と前記自立運転用コンセントとを直接接続する配電リレーと、前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出する停電検出手段と、前記直流電源の直流電力を検出する直流電力検出手段と、前記停電検出手段と前記直流電力検出手段の検知情報に基づいて前記フルブリッジインバータと前記系統リレーと前記配電リレーと前記自立リレーを制御する制御手段とを備え、前記停電検出手段は、前記制御手段が前記フルブリッジインバータを停止させている状態のときに前記配電系統の電圧をチェックし、前記制御手段は、前記停電検出手段により前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出したときには、前記配電リレーを開き、前記自立リレーを閉じて前記自立運転用コンセントに前記フルブリッジインバータの出力を供給するようにしたものであり、停電時あるいは電圧低下時には配電系統と自立運転用コンセントとを直接接続する配電リレーを開き、自立運転用コンセントにフルブリッジインバータの出力を供給するようにして、特に重要な回路を停電あるいは電圧低下から保護できる系統連系インバータとしている。
【０００９】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載の発明において、直流電源を太陽電池または燃料電池とバッテリーパックによって構成し、直流電圧検出手段によって太陽電池または燃料電池の出力が基準値よりも低下したときにバッテリーパックの出力を直流電源として使用するようにして、安定した動作ができる系統連系インバータとしている。
【００１０】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の第一の実施例について説明する。図１は本実施例の構成を示すブロック図である。本実施例の系統連系インバータは、太陽電池または燃料電池からなる直流電源１０の出力を受けて、負荷３２または系統１１に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波の交流電力を供給している。すなわち、直流電源１０の両端に接続した平滑コンデンサ１と、コイル２とＩＧＢＴ等のスイッチング素子３とダイオード４で構成した昇圧コンバータ５と、ＰＷＭ制御を行うフルブリッジインバータ６と、昇圧コンバータ５とフルブリッジインバータ６とを結合する１００μＦ以下の例えばフイルムコンデンサである中間段コンデンサ７と、コイルとコンデンサからなる波形平滑用のフィルタ８と、前記フィルタ８の出力を系統１１に接続する系統リレー９と、系統１１の出力を開閉する系統切換リレー３５と、停電時あるいは電圧低下時にフルブリッジインバータ６の出力をフィルタ８を介して自立運転用コンセント３１に供給する自立リレー３０と、系統１１の電圧低下あるいは停電を検知する停電検出手段３６と、直流電源１０の出力を検知する直流電力検出手段３７と、停電検出手段３６と直流電力検出手段３７の検知情報に基づいて前記フルブリッジインバータ６と、系統リレー９と、系統切換リレー３５と、自立リレー３０を制御する制御手段１３とを有している。３２は負荷である。
【００１１】
停電検出手段３６は、制御手段１３がフルブリッジインバータ６を停止させている状態のときに、系統１１の電圧をチェックするものであり、このチェックの結果を制御手段１３が規定の電圧より低いと判断したときには低電圧状態であると認識するものであり、また電圧がないときは停電と認識するものである。制御手段１３は、このような低電圧状態あるいは停電状態を認識したときには、系統切換リレー３５を開き、系統リレー９と自立リレー３０を閉じてフルブリッジインバータ６の出力をフィルタ８を介して自立運転用コンセント３１に接続するものである。
【００１２】
また、スイッチング素子３のコレクタ・エミッタ間には逆導通ダイオード３ａを接続している。フルブリッジインバータ６は、４個のＩＧＢＴ等のスイッチング素子６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄから成っており、制御手段１３の指示によって動作している。つまり、出力電流のゼロクロス前後はＰＷＭ制御で、それ以外の区間はスイッチング素子６ａ・スイッチング素子６ｄと、スイッチング素子６ｂ・スイッチング素子６ｃとが対になって順次導通するものである。このため、フルブリッジインバータ６の出力は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波の交流となり、系統１１にあるいは自立運転用コンセント３１に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波の交流電力を供給するものである。
【００１３】
以下本実施例の動作について説明する。自立運転用コンセント３１に接続している負荷３２には、常態では系統１１の電力が供給されている。すなわち、常態では、停電検出手段３６の検知電圧が規定値内に入っているため、制御手段１３は、系統切換リレー３５と自立リレー３０とを閉じているものである。このため、自立運転用コンセント３１には、系統１１からの電力が供給されているものである。従って、負荷３２は常態では系統１１の電力によって駆動されているものである。
【００１４】
停電検出手段３６が検知する電圧が、例えば夜間等になって既定値よりも低くなったとき、あるいは０となったときは、制御手段１３は低電圧状態あるいは停電であると認識して、系統切換リレー３５を開き、系統リレー９と自立リレー３０を閉じるものである。このため、自立運転用コンセント３１には、フルブリッジインバータ６の出力がフィルタ８を介して接続される。このため、負荷３２は、系統連系インバータの出力によって駆動を継続するものである。
【００１５】
以上のように本実施例によれば、供給された直流電源１０を昇圧する昇圧コンバータ５と、昇圧コンバータ５から供給された高周波電圧をＰＷＭ制御によって系統の周波数に適合する波形に整形するフルブリッジインバータ６と、前記昇圧コンバータ５とフルブリッジインバータ６とを接続する中間段コンデンサ７と、前記フルブリッジインバータ６の出力を開閉する系統リレー９と、系統１１の出力を開閉する系統切換リレー３５と、系統１１の停電あるいは電圧低下を検出する停電検出手段３６と負荷３２を接続する自立運転用コンセント３１を備えた構成として、自動的に自立運転ができる系統連系インバータを実現するものである。
【００１６】
（実施例２）
続いて、本発明の第二の実施例について説明する。図２は本実施例の構成を示すブロック図である。本実施例では、配電系統と自立運転用コンセント３１とを直接接続する配電リレー４０を使用しているものである。また、制御手段１３は、停電検出手段３６からの情報によって停電あるいは低電圧であることを認識したときには、前記配電リレー４０を開くように作用する。
【００１７】
このため、停電時あるいは電圧低下時には、フルブリッジインバータ６の出力がフィルタ８と自立リレー３０を介して確実に自立運転用コンセント３１に伝達されるものである。すなわち、本実施例では、自立運転用コンセント３１は系統リレー９を介する前に、系統１１に配電リレー４０を介して接続しているものである。このため、系統リレー９が動作不良で開閉しなかったようなときにも、確実に開閉させることができるものであり、負荷３２を確実に保護できるものである。
【００１８】
以上のように本実施例によれば、停電時あるいは電圧低下時には配電リレー４０を開いて、自立運転用コンセント３１にフルブリッジインバータの出力を接続する構成として、特に重要な回路あるいは機器を確実に保護できる系統連系インバータを実現するものである。
【００１９】
（実施例３）
続いて本発明の第三の実施例について説明する。図３は本実施例の構成を示すブロック図である。本実施例では、昇圧コンバータ５が昇圧する直流電源を、太陽電池あるいは燃料電池を使用した直流電源１０，あるいはバッテリーパック５０としている。バッテリーパック５０は、数個の蓄電池を直列に接続し、リアクトルとコンデンサを両端に接続して、前記コンデンサの両端からコンデンサに充電された直流電圧を放電させて、直流電源として使用するものである。本実施例では、バッテリーパック５０にはバッテリー切換リレー５１を備えており、バッテリー切換リレーがオンされると、前記直流電源１０の出力とバッテリーパック５０の出力とが直列に接続されて、昇圧コンバータ５に供給されるものである。また３７は直流電力検出手段で、直流電源１０の出力を検知して、この情報を制御手段１３に伝達している。制御手段１３は、直流電源１０の出力が基準値よりも低下すると、前記バッテリー切換リレー５１をオンにしてバッテリーパック５０の出力を直流電源１０の出力に直列に接続するものである。
【００２０】
このため、例えば直流電源１０として太陽電池を使用しているときには、曇りや夜間時に直流電源１０の出力が低下すると、バッテリーパック５０の出力を自動的に利用できるものである。従って本実施例によれば、動作が非常に安定した系統連系インバータを実現でき、また停電時あるいは電圧低下時には系統１１の電源から自動的に系統連系インバータの出力を利用できるものである。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明は、直流電源の出力を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータにより昇圧された電力をＰＷＭ制御によって系統の周波数の交流電力にするフルブリッジインバータと、前記昇圧コンバータと前記フルブリッジインバータとを接続する中間段コンデンサと、前記フルブリッジインバータの出力に接続した系統リレーと、停電時あるいは電圧低下時に前記系統リレーを介して前記フルブリッジインバータの出力を自立運転用コンセントに接続する自立リレーと、配電系統と前記系統リレーとの接続をオンオフする系統切り換えリレーと、前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出する停電検出手段と、前記直流電源の直流電力を検出する直流電力検出手段と、前記停電検出手段と前記直流電力検出手段の検知情報に基づいて前記フルブリッジインバータと前記系統リレーと前記系統切換リレーと前記自立リレーを制御する制御手段とを備え、前記停電検出手段は、前記制御手段が前記フルブリッジインバータを停止させている状態のときに前記配電系統の電圧をチェックし、前記制御手段は、前記停電検出手段により前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出したときには、前記系統切換リレーを開き、前記系統リレーと前記自立リレーを閉じて前記自立運転用コンセントに前記フルブリッジインバータの出力を供給するようにした構成として、自動的に自立運転ができる系統連系インバータを実現するものである。
【００２２】
請求項２に記載した発明は、直流電源の出力を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータにより昇圧された電力をＰＷＭ制御によって系統の周波数の交流電力にするフルブリッジインバータと、前記昇圧コンバータと前記フルブリッジインバータとを接続する中間段コンデンサと、前記フルブリッジインバータの出力に接続した系統リレーと、停電時あるいは電圧低下時に前記フルブリッジインバータの出力を自立運転用コンセントに接続する自立リレーと、配電系統と前記自立運転用コンセントとを直接接続する配電リレーと、前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出する停電検出手段と、前記直流電源の直流電力を検出する直流電力検出手段と、前記停電検出手段と前記直流電力検出手段の検知情報に基づいて前記フルブリッジインバータと前記系統リレーと前記配電リレーと前記自立リレーを制御する制御手段とを備え、前記停電検出手段は、前記制御手段が前記フルブリッジインバータを停止させている状態のときに前記配電系統の電圧をチェックし、前記制御手段は、前記停電検出手段により前記配電系統の停電あるいは電圧低下を検出したときには、前記配電リレーを開き、前記自立リレーを閉じて前記自立運転用コンセントに前記フルブリッジインバータの出力を供給するようにした構成として、特に重要な回路を停電あるいは電圧低下から保護できる系統連系インバータを実現するものである。
【００２３】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載の発明において、直流電源を太陽電池または燃料電池とバッテリーパックによって構成し、直流電圧検出手段によって太陽電池または燃料電池の電圧が基準値よりも低下したことを検出したときには、バッテリーパックの出力を直流電源として使用する構成として、安定した動作ができる系統連系インバータを実現するものである。
【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の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第２の実施例である系統連系インバータの構成を示すブロック図
【図３】本発明の第３の実施例である系統連系インバータの構成を示すブロック図
【図４】従来例である系統連系インバータの構成を示すブロック図
【符号の説明】
１  平滑コンデンサ
２  コイル
３  スイッチング素子
４  ダイオード
５  昇圧コンバータ
６  フルブリッジインバータ
７  中間段コンデンサ
８  フィルタ
９  系統リレー
１０  直流電源
１１  系統
１３  制御手段
３０  自立リレー
３１  自立運転用コンセント
３２  負荷
３５  系統切換リレー
３６  停電検出手段
３７  直流電力検出手段
４０  配電リレー
５０  バッテリーパック
５１  バッテリー切換リレー
５２  直流電圧検出手段
【図１】
0004524840.tif 000002
【図２】
0004524840.tif 000003
【図３】
0004524840.tif 000004
【図４】
0004524840.tif 000005