(57)【要約】【課題】  温度変化や経時変化が少なく直流成分の検出を精度良く行うことで安定した直流補償を実施可能な系統連系インバータを提供する。【解決手段】  インバータ出力に直列に抵抗素子Ｒ１を挿入して出力電流を検出し、その中に含まれる直流成分を抽出して基準値と比較する直流判定部４を設け、抽出した直流成分が予め設定した基準範囲を外れたら交流に変換する際のバイアス設定を変更するための信号を制御部２に出力させた。直流判定部４は、２段に形成した反転増幅回路１４ａ，１４ｂと、並列接続した一対の比較回路１６ａ、１６ｂとを有し、前段の反転増幅回路１４ａで交流分を削減して後段の反転増幅回路１４ｂで直流分を増幅し、比較回路１６ａ，１６ｂで、検出した直流電流がゼロ点を中心とした所定の範囲を外れたら、信号を出力するよう構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータ出力を連系点の周波数、位相に一致するよう制御する制御部とを有する系統連系インバータであって、
前記制御部は交流変換する際のゼロポイントを調整するためのバイアス部を有する一方、出力電流を検出するためにインバータ出力に直列に挿入した抵抗素子と、前記抵抗素子により検出した電流情報から直流成分を抽出して判定する直流判定部とを備え、
前記直流判定部は、抽出した直流成分が予め設定した範囲を外れたら前記バイアス出力部の出力を変更するための制御信号を出力し、前記制御部は前記制御信号を受けてバイアス部を制御してコンバータ出力に含まれる直流成分を補償することを特徴とする系統連系インバータ。
【請求項２】
直流判定部は、２段に形成した反転増幅回路と、並列接続した一対の比較回路とを有し、前段の反転増幅回路で交流分を削減し、後段の反転増幅回路で直流分を増幅すると共に、比較回路は、検出した直流電流がゼロ点を中心とした所定の範囲を外れたら、信号を出力する請求項１に記載の系統連系インバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源を商用電力系統に連系する為の系統連系インバータに関し、特に変換した交流出力に含まれる直流電流成分を補償する直流補償回路を備えた系統連系インバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や燃料電池等の直流発電装置から出力される直流電力を商用電力系統に連系させる場合、系統連系インバータが使用され、商用電力系統に同期した交流電力に変換して接続される。
この従来の系統連系インバータは、商用電力系統に出力する電流の制御にあたって、自身の出力電流を電流センサで読み取り、その値から電流瞬時値を算出し、その値が目標値に等しくなるよう、所謂出力電流のフィードバック制御をしている。そして、電流センサで検出した出力電流情報をＡ／Ｄ変換して読み取る場合、まず電流センサの出力を抵抗で電圧に変換し、Ａ／Ｄ変換器の入力電圧範囲に合わせて作動増幅回路などでゲインやバイアスを調整し、電圧振幅や０レベルを調整している。
【０００３】
上記バイアス調整は、検出値の０レベルが、Ａ／Ｄ変換回路の入力の中間値になるように差動増幅回路が使用されるが、このときバイアス電圧が温度ドリフト等で変動すると、Ａ／Ｄ変換器の読み取り値の０レベルが変動してしまい、その値を基にインバータで演算して出力した電流も０レベルが変動して交流出力に直流成分が重畳してしまう。このようにして直流成分が重畳すると、負荷に変圧器がある場合、直流励磁されてコアの磁束が飽和し、過電流が流れて焼損に至る虞がある。
そのため、ホール素子を使用して直流及び交流の電流を検出できるＤＣＣＴと交流成分しか検出できないＣＴを使用して出力電流を検出し、２つの電流の差から直流成分を検出したり、インバータの出力電流を検出すると共にローパスフィルタで交流分をカットして直流成分を検出して変換した交流電力に重畳される直流電流を補償する直流補償回路を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１２６３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記ホール素子を使用して直流成分を検出する形態は、直流成分は交流成分に比べて非常に小さいため、２つの電流の差演算をハードウエアで行う場合、比較回路のオフセット等が影響して正確な値が検出しづらくなる。ソフト的に処理する場合は、桁数が多く必要になり、処理が複雑になるし、ＤＣＣＴはオフセットが大きい上に温度等の環境変化や検出電流に伴う磁化などによりその値が変化するため、０レベルが狂い正確な直流成分の検出ができなかった。
また、上記特許文献１の直流補償回路の場合、直流電流検出精度は、ローパスフィルタの定数で決まるため、その調整が難しい上に各素子の温度ドリフト等による変動があるため正確な直流成分の検出ができなかった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、温度変化や経時変化が少なく直流成分の検出を精度良く行うことで安定した直流補償を実施可能な系統連系インバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータ出力を連系点の周波数、位相に一致するよう制御する制御部とを有する系統連系インバータであって、前記制御部は交流変換する際のゼロポイントを調整するためのバイアス部を有する一方、出力電流を検出するためにインバータ出力に直列に挿入した抵抗素子と、前記抵抗素子により検出した電流情報から直流成分を抽出して判定する直流判定部とを備え、
前記直流判定部は、抽出した直流成分が予め設定した範囲を外れたら前記バイアス出力部の出力を変更するための制御信号を出力し、前記制御部は前記制御信号を受けてバイアス部を制御してコンバータ出力に含まれる直流成分を補償することを特徴とする。
この構成により、電路に抵抗を介在させる簡易な構成で直流電流成分を検出できる。また、出力に重畳した直流分が一定の範囲内になるように補償制御するので、補償動作により直流成分が振動したりせず、出力を安定させることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、直流判定部は、２段に形成した反転増幅回路と、並列接続した一対の比較回路とを有し、前段の反転増幅回路で交流分を削減し、後段の反転増幅回路で直流分を増幅すると共に、比較回路は、検出した直流電流がゼロ点を中心とした所定の範囲を外れたら、信号を出力することを特徴とする。
この構成により、直流判定部はオペアンプを組み合わせて作成でき、温度変化や経時変化の少ない部品で系統連系インバータの直流補償を実施できる。結果、長期に亘って直流成分の少ない安定した連系運転を実施できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、抵抗素子やオペアンプ等の温度変化や経時変化の少ない部品で系統連系インバータの直流補償を実施でき、長期に亘って直流成分の少ない安定した連系運転を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る系統連系インバータの回路図である。図において、１は直流を交流に変換するインバータを備えたインバータ主回路、２はインバータ主回路１を制御する制御部、３は出力電流を検出する電流検出部、４は出力電流に含まれる直流成分を抽出して基準値と比較判定する直流判定部、５は太陽電池等の直流電源、６は商用電力系統、７は負荷である。
【００１１】
インバータ主回路１は、直流電源５から供給される直流電力を必要な電圧まで昇圧し、それを４個のスイッチで構成するインバータ１ａで櫛形状波形にし、ＬＣフィルタ１ｂで正弦波状の交流電力を作成して商用電力系統に出力する。尚、１０は出力電流を検出する電流センサとしての変流器、Ｒ１は出力電流の直流成分を検出するために電路に直列に挿入した例えば０．１オーム程度の低抵抗の抵抗素子である。
【００１２】
電流検出部３は、差動増幅回路で構成され、変流器１０で検出した出力電流情報を増幅して制御部２のＡ／Ｄ変換部１３に出力している。また、１１は電流検出部３のバイアス電源であり、この電圧信号もＡ／Ｄ変換部１３でＡ／Ｄ変換され直流補償の制御信号として使用される。このバイアス電源１１は、変流器１０で検出した出力電流情報から電流の０レベルがＡ／Ｄ変換部１３の入力範囲の中間値になるよう電圧設定され、振幅がＡ／Ｄ変換部１３の入力範囲におさまるよう振幅レベルが調整されている。そして、制御部２は電流検出部３の出力電流の振幅とバイアス電源１１の電圧値を読み取る。
【００１３】
直流判定部４は、２段の反転増幅回路１４ａ，１４ｂ、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２から成るフィルタ回路１５、並列に設けた２個の比較回路１６ａ，１６ｂを備えている。
抵抗素子Ｒ１で検出した電路電流は、１段目の反転増幅回路１４ａで交流分が削減され直流分はそのままとし、２段目の反転増幅回路１４ｂで直流分を大きく増幅するよう構成されている。
そして、次段のフィルタ回路１５で交流分を更に除去し、直流分を抽出している。そして、出力電流の直流分の大きさを比較回路１６ａ，１６ｂで判断させている。具体的に、上限値を上回ったら上限比較回路１６ａが上限信号を出力し、下限値を下回ったら下限比較回路１６ｂが下限信号を出力することで、直流電流がゼロ点を中心とする所定の範囲を外れたらそれを検出して制御部２に信号を出力する。
【００１４】
尚、ここでの直流電流を判定する範囲の設定は、出力電流に含まれる直流成分をどの程度にするかにより決めるもので、例えば、「分散型電源系統連系技術指針（ＪＥＡＧ９７０１−２００１）」では、直流分は系統連系インバータ装置の定格交流電流の１％以下になるよう促していることから、装置の定格交流電流の±０．５％程度の直流電流が流れた時に生じる電流範囲が適当である。
【００１５】
制御部２は、バイアスを設定するバイアス部１７、出力交流電流の目標値を設定する電流指令回路２１、出力位相生成部２２、ＰＩ演算部２３等を有し、図示しないマイクロコンピュータにより自身の出力電流を電流センサで読み取り、その値から電流瞬時値を算出し、その値が目標値に等しくなるよう、所謂出力電流のフィードバック制御をしている。  具体的には、Ａ／Ｄ変換部１３で読み取った電流値から同じくＡ／Ｄ変換部１３で読み取ったバイアス値を減算し、それを出力電流の瞬時値とし、電流指令回路２１の電流指令と出力位相生成部２２の出力する系統電圧の位相に等しい出力電位から出力目標値を算出する。さらに、目標値と瞬時値の差をＰＩ演算部２３でＰＩ演算し、キャリア周波数でＰＷＭ変換し、インバータ１ａの制御信号として出力している。
【００１６】
次に、直流分の補償動作を具体的に説明する。バイアス部１７は、バイアス調整のためのパルス発振器１８、直流判定部４の信号を受けてバイアスを調整するための２つの積算器１９ａ，１９ｂ、リミッタ回路２０、直流判定部４の出力により制御させるスイッチ２５ａ，２５ｂを備えている。そして、直流判定部４の上限比較回路１６ａ及び下限比較回路１６ｂの信号の上限／下限は直流電流の流れる極性（方向）により決まり、上限信号を受けた時はその先にあるスイッチ２５ａを一定期間閉じ、パルス発振器１８の信号を積算器１９ａで積算し、その積算値をバイアス値に加算する。一方、下限信号を受けた時は、その先にあるスイッチ２５ｂを一定期間閉じ、パルス発振器の信号を積算器１９ｂで積算し、その積算値をバイアス値に減算する。この一定期間は、長ければバイアス値の調整量が大きく、短ければ小さいものになる。
【００１７】
そして、積算器１９ａ、１９ｂにより加算／減算され調整されたバイアス値が一定範囲を大きく逸脱しないようリミッタ２０が設けられている。これはノイズ等の外部要因で調整量が暴走的に大きくなった時の出力への悪影響を防ぐためのもので、制御に直接的に影響するものではない。
この調整されたバイアス値を用いて出力電流の瞬時値が作成され、目標値と瞬時値の差をＰＩ演算し、キャリア周波数でＰＷＭ変調し、インバータ制御信号として出力することで、出力電流の直流成分が補償される。尚、バイアス調整部の２コの積算器１９ａ，１９ｂの初期値は共に０とする。
【００１８】
このように、電路に抵抗を介在させる簡易な構成で直流電流成分を検出できるし、直流判定部はオペアンプで作成できるので、温度変化や経時変化の少ない部品で而も安価に系統連系インバータの直流補償を実施でき、長期に亘って直流成分の少ない安定した連系運転を実施できる。また、出力に重畳した直流分が一定の範囲内になるように補償制御するので、補償動作により直流成分が振動したりせず、出力を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る系統連系インバータの一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２０】
１・・インバータ主回路、１ａ・・インバータ、２・・制御部、３・・電流検出部、４・・直流判定部、５・・直流電源、６・・商用電力系統、１０・・変流器、１４ａ，１４ｂ・・反転増幅回路、１６ａ，１６ｂ・・比較回路、１７・・バイアス部。
【図１】
2007014164.tif 000003