(57)【要約】【課題】  地絡判定回路での誤判定や誤動作を防止でき、且つ地絡判定回路の検出感度の低下を防止できる電力変換装置を得る。【解決手段】  第１，第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対して付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄを直列接続する第１，第２の抵抗付加回路２５，２７と、直流電源３の直流出力電圧を検出する電圧検出回路３７と、直流出力電圧が基準電圧を超えているか否かを判定する電圧判定回路３９と、直流出力電圧が基準電圧を超えている状態を電圧判定回路３９が検出すると、付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄを第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対してそれぞれ直列接続する指令を第１及び第２の抵抗付加回路２５，２７に出力し、直流出力電圧が基準電圧を超えていない状態を検出すると、付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄを第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対して直列接続しない指令を第１及び第２の抵抗付加回路５，２７に出力する指令発生回路４３とを備えている。【選択図】    図１
2007252123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池等の直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器と負荷との間に設けられた絶縁トランスと、前記電力変換器に制御信号を出力する制御信号発生回路と、前記直流電源の出力側で直流地絡が発生したことを検出すると前記制御信号発生回路からの前記制御指令の出力の停止を行わせる直流地絡検出回路とを備え、
前記直流地絡検出回路が、
第１の電流制限用抵抗を備えて、出力電圧が変動する前記直流電源の正極端子と接地点との間に設けられた第１の電流検出回路と、
第２の電流制限用抵抗を備えて、前記直流電源の負極端子と前記接地点との間に設けられた第２の電流検出回路と、
前記第１の電流検出回路を流れる第１の検出電流と前記第２の電流検出回路を流れる第２の検出電流との差電流を検出する零相電流検出回路と、
前記差電流が予め定めた基準値を超えると、直流地絡が発生したと判定する地絡判定回路とを備えている電力変換装置であって、
前記直流地絡検出回路が、
前記第１の電流制限用抵抗に対して、選択的に所定の値の第１の付加抵抗を直列に接続することができるように構成された第１の抵抗付加回路と、
前記第２の電流制限用抵抗に対して、選択的に所定の値の第２の付加抵抗を直列に接続することができるように構成された第２の抵抗付加回路と、
前記直流電源の直流出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えているか否かを判定する電圧判定回路と、
前記直流出力電圧が前記基準電圧を超えている状態を前記電圧判定回路が検出しているときには、前記第１及び第２の付加抵抗を前記第１及び第２の電流制限用抵抗に対してそれぞれ直列接続する指令を前記第１及び第２の抵抗付加回路に出力し、前記直流出力電圧が前記基準電圧を超えていない状態を検出しているときには、前記第１及び第２の付加抵抗を前記第１及び第２の電流制限用抵抗に対して直列接続しない指令を前記第１及び第２の抵抗付加回路に出力する指令発生回路とを備えていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
太陽電池等の直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器と負荷との間に設けられた絶縁トランスと、前記絶縁トランスの二次側に設けられた開閉器と、前記開閉器を駆動する開閉器駆動回路と、前記電力変換器と前記開閉器駆動回路に制御信号を出力する制御信号発生回路と、前記直流電源の出力側で直流地絡が発生したことを検出すると前記制御信号発生回路からの前記制御指令の出力の停止と前記開閉器駆動回路からの開指令の送出を行わせる直流地絡検出回路とを備え、
前記直流地絡検出回路が、
第１の電流制限用抵抗を備えて、出力電圧が変動する前記直流電源の正極端子と接地点との間に設けられた第１の電流検出回路と、
第２の電流制限用抵抗を備えて、前記直流電源の負極端子と前記接地点との間に設けられた第２の電流検出回路と、
前記第１の電流検出回路を流れる第１の検出電流と前記第２の電流検出回路を流れる第２の検出電流との差電流を検出する零相電流検出回路と、
前記差電流が予め定めた基準値を超えると、直流地絡が発生したと判定する地絡判定回路とを備えている電力変換装置であって、
前記直流地絡検出回路が、
前記第１の電流制限用抵抗に対して、選択的に所定の値の第１の付加抵抗を直列に接続することができるように構成された第１の抵抗付加回路と、
前記第２の電流制限用抵抗に対して、選択的に所定の値の第２の付加抵抗を直列に接続することができるように構成された第２の抵抗付加回路と、
前記直流電源の直流出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えているか否かを判定する電圧判定回路と、
前記直流出力電圧が前記基準電圧を超えている状態を前記電圧判定回路が検出しているときには、前記第１及び第２の付加抵抗を前記第１及び第２の電流制限用抵抗に対してそれぞれ直列接続する指令を前記第１及び第２の抵抗付加回路に出力し、前記直流出力電圧が前記基準電圧を超えていない状態を検出しているときには、前記第１及び第２の付加抵抗を前記第１及び第２の電流制限用抵抗に対して直列接続しない指令を前記第１及び第２の抵抗付加回路に出力する指令発生回路とを備えていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
太陽電池等の直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器と負荷との間に設けられた絶縁トランスと、前記電力変換器に制御信号を出力する制御信号発生回路と、前記直流電源の出力側で直流地絡が発生したことを検出すると前記制御信号発生回路からの前記制御指令の出力の停止を行わせる直流地絡検出回路とを備え、
前記直流地絡検出回路が、
第１の電流制限用抵抗を備えて、出力電圧が変動する直流電源の正極端子と接地点との間に設けられた第１の電流検出回路と、
第２の電流制限用抵抗を備えて、前記直流電源の負極端子と前記接地点との間に設けられた第２の電流検出回路と、
前記第１の電流検出回路を流れる第１の検出電流と前記第２の電流検出回路を流れる第２の検出電流との差電流を検出する零相電流検出回路と、
前記差電流が予め定めた基準値を超えると、直流地絡が発生したと判定する地絡判定回路とを備えている電力変換装置であって、
前記直流地絡検出回路が、
前記第１の電流制限用抵抗に対して直列に接続された所定の値の第１の付加抵抗と、前記第１の付加抵抗に対して並列接続されて指令に応じて開閉制御可能な第１のスイッチを有する第１の短絡回路とを備えた第１の抵抗付加回路と、
前記第２の電流制限用抵抗に対して直列に接続された所定の値の第２の付加抵抗と、前記第２の付加抵抗に対して並列接続されて指令に応じて開閉制御可能な第２のスイッチとを有する第２の短絡回路とを備えた第２の抵抗付加回路と、
前記直流電源の直流出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えているか否かを判定する電圧判定回路と、
前記直流出力電圧が前記基準電圧を超えている状態を前記電圧判定回路が検出しているときには、前記第１及び第２の付加抵抗を前記第１及び第２の電流制限用抵抗に対してそれぞれ直列接続した状態を維持するように前記第１及び第２の短絡回路の前記第１及び第２のスイッチを開く指令を前記第１及び第２の抵抗付加回路に出力し、前記直流出力電圧が前記基準電圧を超えていない状態を検出しているときには、前記第１及び第２の電流制限用抵抗に対して直列接続されている前記第１及び第２の付加抵抗を短絡するように前記第１及び第２の短絡回路の前記第１及び第２のスイッチを閉じる指令を前記第１及び第２の抵抗付加回路に出力する指令発生回路とを備えていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記零相電流検出回路は、前記第１の電流検出回路に流れる電流による磁束と前記第２の電流検出回路に流れる電流による磁束とが流れる検出コアと、該検出コアに巻装された検出コイルと、前記検出コアと鎖交するように配置された励磁コアと、前記励磁コアに周波数ｆの励磁電流Ｉexによる交流磁束を流す励磁コイルとを備えている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
太陽電池等の直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器と負荷との間に設けられた絶縁トランスと、前記電力変換器に制御信号を出力する制御信号発生回路と、前記直流電源の出力側で直流地絡が発生したことを検出すると前記制御信号発生回路からの前記制御指令の出力の停止を行わせる直流地絡検出回路とを備えた電力変換装置であって、
前記直流地絡検出回路が、
第１の電流制限用抵抗と、前記第１の電流制限用抵抗に対して、選択的に所定の値の第１の付加抵抗を直列に接続することができるように構成された第１の抵抗付加回路とを備えて、出力電圧が変動する前記直流電源の正極端子と接地点との間に設けられた第１の電流回路と、
第２の電流制限用抵抗と、前記第２の電流制限用抵抗に対して、選択的に所定の値の第２の付加抵抗を直列に接続することができるように構成された第２の抵抗付加回路とを備えて、前記直流電源の負極端子と前記接地点との間に設けられた第２の電流回路と、
前記直流電源の直流出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えているか否かを判定する電圧判定回路と、
前記直流出力電圧が前記基準電圧を超えている状態を前記電圧判定回路が検出しているときには、前記第１及び第２の付加抵抗を前記第１及び第２の電流制限用抵抗に対してそれぞれ直列接続する指令を前記第１及び第２の抵抗付加回路に出力し、前記直流出力電圧が前記基準電圧を超えていない状態を検出しているときには、前記第１及び第２の付加抵抗を前記第１及び第２の電流制限用抵抗に対して直列接続しない指令を前記第１及び第２の抵抗付加回路に出力する指令発生回路と、
前記第１及び第２の電流回路と前記接地点との間に設けられた零相電流検出回路と、
前記零相電流検出回路の出力に基づいて直流地絡が発生したと判定する地絡判定回路とを備えていることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電圧が変動する直流電源の直流地絡電流を検出する直流地絡検出回路を備えた電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流電源の地絡電流を検出する交流地絡検出回路は、既に提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、このような交流地絡検出回路は、直流電源の地絡電流を検出する直流地絡検出回路としては使用できない。
【０００４】
そこで出願人は、図６に示すような直流地絡検出回路を備えた電力変換装置を検討している。
【０００５】
この直流地絡検出回路を備えた電力変換装置１は、太陽電池等の直流電源３から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータのような電力変換器５を備えている。電力変換器５と図示しない交流負荷との間には、電力変換器５の出力電圧を交流負荷が要求している所要の電圧に変換する絶縁トランス９が設けられている。絶縁トランス９と図示しない交流負荷との間には、常開の開閉器１１が設けられている。開閉器１１は、開閉器駆動回路１３で開閉駆動が行われるようになっている。電力変換器５は制御信号発生回路７を備えている。該制御信号発生回路７は、電力変換器５と、開閉器１１を開閉制御する開閉器制御回路１３に制御信号を出力する。電力変換器５は制御信号発生回路７から制御信号が与えられて直流電力を交流電力に変換するようになっている。
【０００６】
このような電力変換装置１は、運転が始まると開閉器１１が閉となる。太陽電池等の直流電源３の出力側で直流地絡が発生したことを検出すると、制御信号発生回路７に制御指令の出力を停止させ且つ開閉器１１の開閉器駆動回路１３に対して開指令を与える直流地絡検出回路１５を備えている。
直流地絡検出回路１５は、第１の電流制限用抵抗Ｒａを備えて、出力電圧が変動する太陽電池等の直流電源３の正極端子Ｐと接地点Ｅとの間に設けられた第１の電流検出回路１７を備えている。また、第２の電流制限用抵抗Ｒｂを備えて、直流電源３の負極端子Ｎと接地点Ｅとの間に設けられた第２の電流検出回路１９を備えている。本例では、接地点Ｅ側で第１の電流検出回路１７と第２の電流検出回路１９を相互に接続している接続点２０に接地点Ｅが設けられている。これら第１の電流検出回路１７と第２の電流検出回路１９とには、正極端子Ｐ→第１の電流検出回路１７→接地点Ｅ→第２の電流検出回路１９→負極端子Ｎの向きで電流が流れるようになっている。これは、電力変換器５の負荷側に絶縁トランス９が接続されているためと、太陽電池等の直流電源３の出力端における正極端子Ｐまたは負極端子Ｎに地絡が発生しない限り実際上の回路が形成されないためであって、直流電源３の出力電流はその流路の途中に接地点Ｅがあってこの接地点Ｅが接地されていても電流の帰路とはなり得ず、直流電源３の負極端子Ｎに電流が戻るためである。また、これら第１の電流検出回路１７を流れる第１の検出電流Ｉａと第２の電流検出回路１９を流れる第２の検出電流Ｉｂとの差電流ΔＩを検出する零相電流検出回路２１が、これら回路の途中に設けられている。この場合、第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂは、直流電源の端子Ｐ，Ｎ側に直流地絡が発生していない場合、等しい電流が流れる。さらに、この直流地絡検出回路１５は、差電流ΔＩが予め定めた基準値を超えると、直流地絡が発生したと判定する地絡判定回路２３を備えている。
【０００７】
このような電力変換装置１は、太陽電池等の直流電源３の正極端子Ｐ，負極端子Ｎの側で直流地絡が発生しない場合、第１の電流制限用抵抗Ｒａと第２の電流制限用抵抗Ｒｂに等しい第１の検出電流Ｉａと第２の検出電流Ｉｂが前述したように流れている。これら電流Ｉａ，Ｉｂが零相電流検出回路２１に入力されると、該零相電流検出回路２１からは差電流ΔＩ（＝Ｉａ−Ｉｂ）が出力される。この差電流ΔＩは、地絡判定回路２３に入力される。地絡判定回路２３は、差電流ΔＩが基準値未満のため直流地絡が発生していないと判定する。直流地絡が発生していない場合は、地絡判定回路２３は制御信号発生回路７に制御指令を出力しないので、制御信号発生回路７は電力変換器５に制御信号を与え、電力変換器５は直流電力を交流電力に変換する。またこのときには、制御信号発生回路７は開閉器駆動回路１３に開指令を与えないので、開閉器１１は閉状態のままであり、図示しない交流負荷に交流電力を供給している。
【０００８】
しかし、図７に示すように直流電源３の負極端子Ｎに直流地絡が発生した場合は、地絡点に接地抵抗Ｒｘが現れる。この場合には、直流電源３の負極端子Ｎが接地されるので、接地点Ｅは電流の帰路となり、途中までは正極端子Ｐ→第１の電流検出回路１７→接地点Ｅの向きで電流が流れる。接地点Ｅで電流は２分岐され、一方は接地点Ｅ→第２の電流検出回路１９→負極端子Ｎと流れ、他方は接地点Ｅ→接地抵抗Ｒｘ→負極端子Ｎと流れる。
【０００９】
このとき接地抵抗Ｒｘに流れる電流をＩｘ、第１の電流制限用抵抗Ｒａと第２の電流制限用抵抗Ｒｂとに流れる電流をＩａ，Ｉｂとすると、Ｉａ＝Ｉｂ＋Ｉｘとなって電流Ｉａ，Ｉｂの平衡がくずれて電流Ｉａが電流Ｉｂより大きくなり（Ｉａ＞Ｉｂ）、零相電流検出回路２１に発生する差電流ΔＩは基準値を超える。このため地絡判定回路２３が直流地絡を判定する。地絡判定回路２３が直流地絡を判定すると、該地絡判定回路２３は制御信号発生回路７に制御指令を与える。これにより制御信号発生回路７は、開閉器駆動回路１３に開指令を与えて開閉器１１を開とし、また電力変換器５に制御指令の供給を停止し、電力変換器５は電力変換を停止する。このため直流電源の異常状態を検出し、安全に図示しない交流負荷への給電を停止することができる。
【特許文献１】特開昭６１−１５０６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
太陽電池等の直流電源３では、日射量や温度により太陽電池の直流発電出力の電圧変動が例えばＤＣ２００Ｖ〜ＤＣ５００Ｖと大きい。そのために図６に示す電力変換装置１では、図４に示すように運転可能な下限の太陽電池の直流出力電圧をＤＣ２５０Ｖと設定すると、日射量や温度が大きく、使用負荷率が小さい場合には、太陽電池の直流出力電圧がＤＣ５００Ｖに上昇し、第１の電流制限用抵抗Ｒａと第２の電流制限用抵抗Ｒｂとに流れる電流が２倍となるため、零相電流検出回路２１から出力する差電流ΔＩが２倍となり、このため図４に示すように地絡が発生していないにも拘わらず地絡発生時の基準値を超えてしまい、地絡判定回路２３で誤判定や誤動作を招く問題点がある。
【００１１】
また、ＤＣ５００Ｖで誤動作を起こさないために、地絡発生時の基準値を図４に示す値より上げると、地絡判定回路２３の検出感度が低下する問題点がある。
【００１２】
本発明の目的は、地絡判定回路での誤判定や誤動作を防止でき、且つ地絡判定回路の検出感度の低下を防止できる電力変換装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、第１及び第２の電流制限用抵抗に対する第１及び第２の付加抵抗の直列接続と非接続状態を容易に得ることができる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る電力変換装置は、太陽電池等の直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、該電力変換器と負荷との間に設けられた絶縁トランスと、電力変換器に制御信号を出力する制御信号発生回路と、直流電源の出力側で直流地絡が発生したことを検出すると制御信号発生回路からの制御指令の出力の停止を行わせる直流地絡検出回路とを備えている。直流地絡検出回路は、第１の電流制限用抵抗を備えて、出力電圧が変動する直流電源の正極端子と接地点との間に設けられた第１の電流検出回路と、第２の電流制限用抵抗を備えて、直流電源の負極端子と接地点との間に設けられた第２の電流検出回路と、第１の電流検出回路を流れる第１の検出電流と第２の電流検出回路を流れる第２の検出電流との差電流を検出する零相電流検出回路と、差電流が予め定めた基準値を超えると、直流地絡が発生したと判定する地絡判定回路とを備えている。
【００１５】
特に本発明の電力変換装置では、直流地絡検出回路が、第１の電流制限用抵抗に対して、選択的に所定の値の第１の付加抵抗を直列に接続することができるように構成された第１の抵抗付加回路を備えている。また、第２の電流制限用抵抗に対して、選択的に所定の値の第２の付加抵抗を直列に接続することができるように構成された第２の抵抗付加回路を備えている。また、直流電源の直流出力電圧を検出する電圧検出回路を備えている。また、直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えているか否かを判定する電圧判定回路を備えている。さらに、直流出力電圧が基準電圧を超えている状態を電圧判定回路が検出しているときには、第１及び第２の付加抵抗を第１及び第２の電流制限用抵抗に対してそれぞれ直列接続する指令を第１及び第２の抵抗付加回路に出力し、直流出力電圧が基準電圧を超えていない状態を検出しているときには、第１及び第２の付加抵抗を第１及び第２の電流制限用抵抗に対して直列接続しない指令を第１及び第２の抵抗付加回路に出力する指令発生回路を備えている。
【００１６】
このような電力変換装置の直流地絡検出回路では、直流電源の直流出力電圧を電圧検出回路で検出し、直流電源の直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えていると、第１及び第２の付加抵抗を第１及び第２の電流制限用抵抗に対してそれぞれ直列接続するので、直流出力電圧が大きく上昇した場合であっても、第１及び第２の電流制限用抵抗に流れる電流の増加を抑えることができる。それゆえ、直流地絡検出の直流出力電圧の下限を例えばＤＣ２５０Ｖと考えて零相電流検出回路の基準値を設定した場合でも、本発明によれば、直流出力電圧が例えばＤＣ５００Ｖに上昇したときに、零相電流検出回路から出力される差電流ΔＩが２倍とならず、地絡判定回路で誤判定や誤動作を招くことはない。また、この直流地絡検出回路では、直流出力電圧が例えばＤＣ５００Ｖに上昇しても、零相電流検出回路から出力する差電流ΔＩは電圧の上昇に比例し大きくならないため、地絡判定回路の検出感度が低下することはない。一方、直流電源の出力電圧が高くならないときには、第１及び第２の電流制限用抵抗に対して第１及び第２の付加抵抗を直列接続しないので、第１及び第２の付加抵抗が影響を与えることがない。
【００１７】
この発明は、絶縁トランスの二次側に開閉器を設け、この開閉器を駆動する開閉器駆動回路を設けた電力変換装置にも適用することができる。この開閉器を有する電力変換装置に本発明を適用した場合、直流地絡が発生した場合、開閉器が開いて異常な電力が負荷に与えられるのを防止できる。
【００１８】
また、直流地絡検出回路は、具体的には次のように構成することができる。即ち、直流地絡検出回路は、第１の電流制限用抵抗に対して直列に接続された所定の値の第１の付加抵抗と、前記第１の付加抵抗に対して並列接続されて指令に応じて開閉制御可能な第１のスイッチを有する第１の短絡回路とを備えた第１の抵抗付加回路を備えている。また、第２の電流制限用抵抗に対して直列に接続された所定の値の第２の付加抵抗と、該第２の付加抵抗に対して並列接続されて指令に応じて開閉制御可能な第２のスイッチとを有する第２の短絡回路とを備えた第２の抵抗付加回路を備えている。また、直流電源の直流出力電圧を検出する電圧検出回路を備えている。また、直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えているか否かを判定する電圧判定回路を備えている。さらに、直流出力電圧が基準電圧を超えている状態を電圧判定回路が検出しているときには、第１及び第２の付加抵抗を第１及び第２の電流制限用抵抗に対してそれぞれ直列接続した状態を維持するように第１及び第２の短絡回路の第１及び第２のスイッチを開く指令を第１及び第２の抵抗付加回路に出力し、直流出力電圧が基準電圧を超えていない状態を検出しているときには、第１及び第２の電流制限用抵抗に対して直列接続されている第１及び第２の付加抵抗を短絡するように第１及び第２の短絡回路の第１及び第２のスイッチを閉じる指令を第１及び第２の抵抗付加回路に出力する指令発生回路を備えている。
【００１９】
このような電力変換装置の直流地絡検出回路では、直流電源の直流出力電圧を電圧検出回路で検出し、直流電源の直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えていると、第１及び第２のスイッチを開いて、第１及び第２の付加抵抗を第１及び第２の電流制限用抵抗に対してそれぞれ直列接続するので、直流出力電圧が大きく上昇した場合であっても、第１及び第２の電流制限用抵抗に流れる電流の増加を抑えることができる。それゆえ、直流地絡検出の直流出力電圧の下限を例えばＤＣ２５０Ｖと考えて零相電流検出回路の基準値を設定した場合でも、本発明によれば、直流出力電圧が例えばＤＣ５００Ｖに上昇したときに、零相電流検出回路から出力される差電流ΔＩが２倍とならず、地絡判定回路で誤判定や誤動作を招くことはない。また、この直流地絡検出回路では、直流出力電圧が例えばＤＣ５００Ｖに上昇しても、零相電流検出回路から出力する差電流ΔＩは電圧の上昇に比例し大きくならないため、地絡判定回路の検出感度が低下することはない。一方、直流電源の出力電圧が高くならないときには、第１及び第２のスイッチを閉じて、第１及び第２の電流制限用抵抗に対して第１及び第２の付加抵抗を直列接続しないので、第１及び第２の付加抵抗が影響を与えることがない。
【００２０】
零相電流検出回路が、第１の電流検出回路に流れる電流による磁束と第２の電流検出回路に流れる電流による磁束とが流れる検出コアと、該検出コアに巻装された検出コイルと、検出コアと鎖交するように配置された励磁コアと、該励磁コアに周波数ｆの励磁電流Ｉexによる交流磁束を流す励磁コイルとを備えていると、第１の電流検出回路と第２の電流検出回路とに直流電流が流れていても差電流の検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る電力変換装置では、直流電源の直流出力電圧を電圧検出回路で検出し、直流電源の直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えていると、第１及び第２の付加抵抗を第１及び第２の電流制限用抵抗に対してそれぞれ直列接続するので、直流出力電圧が大きく上昇した場合であっても、第１及び第２の電流制限用抵抗に流れる電流の増加を抑えることができる。それゆえ、直流地絡検出の直流出力電圧の下限を例えばＤＣ２５０Ｖと考えて零相電流検出回路の基準値を設定した場合でも、本発明によれば、直流出力電圧が例えばＤＣ５００Ｖに上昇したときに、零相電流検出回路から出力される差電流ΔＩが２倍とならず、地絡判定回路で誤判定や誤動作を招くことはない。また、この直流地絡検出回路では、直流出力電圧が例えばＤＣ５００Ｖに上昇しても、零相電流検出回路から出力する差電流ΔＩは電圧の上昇に比例し大きくならないため、地絡判定回路の検出感度が低下することはない。一方、直流電源の出力電圧が高くならないときには、第１及び第２の電流制限用抵抗に対して第１及び第２の付加抵抗を直列接続しないので、第１及び第２の付加抵抗が影響を与えることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る直流地絡検出回路を用いた電力変換装置を実施するための最良の形態の一例を図１乃至図３を参照して詳細に説明する。図１は本例の直流地絡検出回路を用いた電力変換装置のブロック図、図２は本例で用いている零相電流検出回路の概略構成図、図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は図２の動作説明図である。なお、前述した図６と対応する部分には、同一符号を付けて示している。
【００２３】
本例の直流地絡検出回路１５を用いた電力変換装置１では、直流地絡検出回路１５が、第１の電流制限用抵抗Ｒａに対して、選択的に所定の値の第１の付加抵抗Ｒｃを直列に接続することができるように構成された第１の抵抗付加回路２５と、第２の電流制限用抵抗Ｒｂに対して、選択的に所定の値の第２の付加抵抗Ｒｄを直列に接続することができるように構成された第２の抵抗付加回路２７とを備えている。
【００２４】
第１及び第２の抵抗付加回路２５，２７は、第１及び第２の付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄと、これら第１及び第２の付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄに対して並列接続されて指令に応じて開閉制御可能な第１及び第２のスイッチ２９，３１を有する第１及び第２の短絡回路３３，３５とを備えた並列回路から構成されて、第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対して直列接続されている。
【００２５】
また直流地絡検出回路１５は、直流電源３の直流出力電圧を検出する電圧検出回路３７と、直流出力電圧が基準電圧発生回路３９に予め定めた基準電圧を超えているか否かを判定する電圧判定回路４１とを備えている。更に、直流出力電圧が基準電圧を超えている状態を電圧判定回路４１が検出しているときには、第１及び第２の付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄを第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対してそれぞれ直列接続する指令を第１及び第２の抵抗付加回路２５，２７に出力し、直流出力電圧が基準電圧を超えていない状態を検出しているときには、第１及び第２の付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄを第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対して直列接続しない指令を第１及び第２の抵抗付加回路２５，２７に出力する指令発生回路４３とを備えている。
【００２６】
開閉制御可能な第１及び第２のスイッチ２９，３１は、常閉接点を有する電磁リレースイッチの接点で構成することができる。また、指令発生回路４３は電磁リレースイッチの励磁回路で構成することができる。このようにすると、電磁リレースイッチの励磁回路に励磁電流が流れていない状態が、指令発生回路４３から直列接続しない指令が出力されている状態であり、電磁リレースイッチの励磁回路に励磁電流が流れている状態が、指令発生回路４３から直列接続する指令が出力されている状態である。
【００２７】
この場合、零相電流検出回路２１は、図２に示すようにして構成することができる。即ち、第１の電流検出回路１７に流れる電流による磁束と第２の電流検出回路１９に流れる電流による磁束とが流れる検出コア２１ａと、該検出コア２１ａに巻装された検出コイル２１ｅと、検出コア２１ａと鎖交するように配置された励磁コア２１ｂと、該励磁コア２１ｂに周波数ｆの励磁電流Ｉexによる交流磁束を流す励磁コイル２１ｄとを備えて構成されている。検出コイル２１ｅの出力が地絡判定回路２３に与えられるようになっている。
【００２８】
このような零相電流検出回路２１では、第１の電流検出回路１７と第２の電流検出回路１９には直流が流れているので、図３（Ａ）に示すように磁束の時間変化がない。そこで、図２に示すように検出コア２１ａに直交する励磁コア２１ｂを設け、この励磁コア２１ｂに巻装した励磁コイル２１ｄに交流電源２１ｃから周波数ｆの励磁電流Ｉexを流す。励磁コア２１ｂに対する検出コア２１ａの直交部（ハッチング部分）に注目すると、励磁電流Ｉexの増加につれて磁化の方向は周方向から徐々に直角（幅）方向へ回転し、ついには完全に直角方向に揃う。このとき、周方向の磁気抵抗は極端に増加し、検出コア２１ａの磁束はほぼ零になる。
【００２９】
従って、磁束は図３（Ｃ）に示すように周波数２ｆで変化することになり、検出コイル２１ｅには差電流ΔＩに相当する交流の誘起電圧が発生する。
【００３０】
この誘起電圧は、地絡判定回路２３に与えられる。
【００３１】
このような構成の電力変換装置１では、直流地絡検出回路１５が、太陽電池からなる直流電源３の直流出力電圧を電圧検出回路３７で検出し、直流電源３の直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えていると、指令発生回路４３が第１及び第２の付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄを第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対してそれぞれ直列接続する指令を第１及び第２の抵抗付加回路２５，２７に出力して第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂにそれぞれ第１及び第２の付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄを直列接続するので、第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに流れる電流の増加を抑えることができる。その結果、太陽電池の直流出力電圧の下限を例えばＤＣ２５０Ｖのときを基準にして、零相電流検出回路２１の基準値を定めた場合であっても、日射量が大きくなって太陽電池の直流出力電圧が例えばＤＣ５００Ｖに上昇したときには、第１及び第２の抵抗付加回路２５，２７が付加されることにより、零相電流検出回路２１から出力される差電流ΔＩが極端に大きくなることはない。それゆえ、地絡判定回路２３で誤判定や誤動作が発生することはない。一方、直流電源３の出力電圧が高くならないときには、第１の電流制限用抵抗Ｒａに対して直列に付加抵抗Ｒｃが接続されることがなく、また第２の電流制限用抵抗Ｒｂに対しても直列に付加抵抗Ｒｄが接続されることがない。したがって、このような場合に、付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄの存在が誤判定や誤動作を引き起こすことはない。
【００３２】
本例では、第１及び第２の抵抗付加回路２５，２７を、付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄと該付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄに対して並列接続されて指令に応じて開閉制御可能なスイッチ２９，３１を有する短絡回路３３，３５とを備えた並列回路で構成している。そしてこの並列回路を、第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対して直列接続している。このような構成を採用すると、スイッチ９，３１の開閉だけで、第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対する付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄの直列接続と非接続状態を容易に得ることができる。
【００３３】
図４は、直流入力電圧と、差電流との関係を示す図である。この図は、直流出力電圧が設定値より上昇した場合の本例の構成と従来の構成の場合の差異を説明したものである。
【００３４】
従来の構成の場合は、太陽電池の直流出力電圧を例えばＤＣ２５０Ｖと設定した場合、日射量や温度が大きくなって太陽電池の直流出力電圧が例えばＤＣ５００Ｖに上昇すると、差電流ΔＩが地絡が発生していないにも拘わらず基準値を超えて大きくなり、誤検出を招く問題点がある。しかし、本発明の構成の場合には、太陽電池の直流出力電圧が例えばＤＣ５００Ｖに上昇すると、第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄが直列接続され、差電流ΔＩが２倍程度に大きくなることはなく、誤検出を招くことはない。
【００３５】
図５は本発明に係る直流地絡検出回路を用いた電力変換装置を実施する他の例のブロック図である。なお、図１と対応する部分には、図１で用いた符号に１００を加えた符号を用いて示している。本例の直流地絡検出回路１１５を用いた電力変換装置１０１は、太陽電池等の直流電源１０３から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器１０５と、この電力変換器１０５と図示ない交流負荷との間に設けられた絶縁トランス１０９と、電力変換器１０５に制御信号を出力する制御信号発生回路１０７と、直流電源１０３の出力側で直流地絡が発生したことを検出すると制御信号発生回路１０７からの制御指令の出力の停止を行わせる直流地絡検出回路１０５とを備えている。
【００３６】
直流地絡検出回路１１５は、第１の電流制限用抵抗Ｒａと、この第１の電流制限用抵抗Ｒａに対して、選択的に所定の値の第１の付加抵抗Ｒｃを直列に接続することができるように構成された第１の抵抗付加回路１２５とを備えて、出力電圧が変動する直流電源１０３の正極端子Ｐと接地点Ｅとの間に設けられた第１の電流回路１１７を備えている。また、第２の電流制限用抵抗Ｒｂと、この第２の電流制限用抵抗Ｒｂに対して、選択的に所定の値の第２の付加抵抗Ｒｄを直列に接続することができるように構成された第２の抵抗付加回路１２７とを備えて、直流電源１０３の負極端子Ｎと接地点Ｅとの間に設けられた第２の電流回路１１９を備えている。また、直流電源１０３の直流出力電圧を検出する電圧検出回路１３７と、直流出力電圧が予め定めた基準電圧を超えているか否かを判定する電圧判定回路１４１とを備えている。また、直流出力電圧が基準電圧を超えている状態を電圧判定回路１４１が検出しているときには、第１及び第２の付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄを第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対してそれぞれ直列接続する指令を第１及び第２の抵抗付加回路１２５，１２７に出力し、直流出力電圧が基準電圧を超えていない状態を検出しているときには、第１及び第２の付加抵抗Ｒｃ，Ｒｄを第１及び第２の電流制限用抵抗Ｒａ，Ｒｂに対して直列接続しない指令を第１及び第２の抵抗付加回路１２５，１２７に出力する指令発生回路１４３を備えている。また、第１及び第２の電流回路１１７，１１９と接地点Ｅとの間に設けられた零相電流検出回路１２１を備えている。本例では、接地点Ｅ側で第１及び第２の電流回路１１７，１１９を相互に接続している接続点１２０と接地点Ｅとをつなぐ接地電路１４４に零相電流検出回路１２１が設けられている。さらに、零相電流検出回路１２１の出力に基づいて直流地絡が発生したと判定する地絡判定回路１２３を備えている。
【００３７】
この場合、直流電源１０３の負極端子Ｎに直流地絡が発生した場合の回路構成を破線で示している。
【００３８】
このような電力変換装置１０１でも、直流地絡が発生したときのみ接地電路１４４に地絡電流が流れ、零相電流検出回路１２１がこれを検出し、この零相電流検出回路１２１の出力に基づいて地絡判定回路１２３が直流地絡が発生したと判定する。このとき太陽電池等の直流電源１０３の出力電圧が下限の直流出力電圧ＤＣ２５０Ｖより高いＤＣ５００Ｖに上昇していると、電圧検出回路１３７を経て電圧判定回路１４１がこれを判定し、指令発生回路１４３の指令で第１の電流制限用抵抗Ｒａに第１の付加抵抗Ｒｃが直列接続され、また第２の電流制限用抵抗Ｒｂに第２の付加抵抗Ｒｄが直列接続された状態になる。これにより地絡電流を減少させることができる。
【００３９】
また、出力電圧が変動する直流電源３，１０３は太陽電池に限らず、出力電圧が変動する直流電源３，１０３であれば同様に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る直流地絡検出回路を用いた電力変換装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本例で用いている零相電流検出回路の動作を示す概略構成図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は図２の動作説明図である。
【図４】従来例と本発明例との直流入力電圧と、差電流との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る直流地絡検出回路を用いた電力変換装置の他の例を示すブロック図である。
【図６】従来の直流地絡検出回路を用いた電力変換装置を示すブロック図である。
【図７】従来の直流地絡検出回路を用いた電力変換装置で直流地絡が発生した状態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  電力変換装置
３  直流電源
５  電力変換器
７  制御信号発生回路
９  絶縁トランス
１１  開閉器
１３  開閉器駆動回路
１５  直流地絡検出回路
１７  第１の電流検出回路
１９  第２の電流検出回路
２１  零相電流検出回路
２３  地絡判定回路
２５  第１の抵抗付加回路
２７  第２の抵抗付加回路
２９，３１  第１及び第２のスイッチ
３３，３５  第１及び第２の短絡回路
３７  電圧検出回路
３９  基準電圧発生回路
４１  電圧判定回路
４３  指令発生回路
Ｒａ，Ｒｂ  第１及び第２の電流制限用抵抗
Ｒｃ，Ｒｄ  第１及び第２の付加抵抗
【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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