(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、前記太陽電池の出力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の交流出力を正弦波状の交流電力に変換するリアクトルおよびコンデンサからなるフィルタ回路と、前記正弦波状の交流電力を配電系統に供給する出力トランスと、前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記出力トランスと前記配電系統とを分離する開閉手段を設けた開閉器とを備えた系統連系型太陽光発電システムにおいて、前記出力トランスと鉄心を共有する三次巻線と、前記三次巻線の出力を短絡するスイッチング素子と、前記出力トランスの出力電圧検出器と、前記出力電圧検出器の出力が基準値を超えたときに前記インバータ制御回路の動作を停止するとともに前記スイッチング素子を導通させて前記三次巻線を短絡させる保護回路とを備えた系統連系型太陽光発電システム。
【請求項２】
太陽電池と、前記太陽電池の出力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の交流出力を正弦波状の交流電力に変換するリアクトルおよびコンデンサからなるフィルタ回路と、前記正弦波状の交流電力を配電系統に供給する出力トランスと、前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記出力トランスと前記配電系統とを分離する開閉手段を設けた開閉器とを備えた系統連系型太陽光発電システムにおいて、前記出力トランスの巻線と並列に接続されたスイッチング素子と、前記出力トランスの出力電圧検出器と、前記出力電圧検出器の出力が基準値を超えたときに前記インバータ制御回路の動作を停止するとともに前記スイッチング素子を導通させて前記出力トランスの巻線を短絡させる保護回路とを備えた系統連系型太陽光発電システム。
【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回路からなる電力変換装置を配電系統に連系して、負荷に電力を供給するとともに配電系統に電力を逆潮流することのできる太陽光発電システムの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クリーンで無尽蔵な太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換して活用するシステムとして図４に示す太陽光発電システムが提案されていた。
【０００３】
図４において、１は太陽電池であり、直流電力を出力する。２ないし５はブリッジ接続されたスイッチング素子であり、６ないし９はスイッチング素子２ないし５にそれぞれ逆極性で並列に接続されたダイオードであり、スイッチング素子２ないし５に逆方向の電圧が印加されるのを防止するために設けられている。スイッチング素子２ないし５およびダイオード６ないし９はインバータ回路１０を構成しており、太陽電池１から出力される直流電力を入力として、後述するインバータ制御回路１７によりパルス幅制御された交流電力を出力する。１１はリアクトルであり、１２はコンデンサであり、これらはフィルタ回路を構成して、インバータ回路１０から出力される交流電力を正弦波状の交流電力に変換する。１３は電流検出器であり、インバータ回路１０の出力電流を検出して、後述するインバータ制御回路１７に電流検出信号Ｉｆを出力する。１７はインバータ制御回路であり、電流検出信号Ｉｆを入力して、スイッチング素子２と３およびスイッチング素子４と５をパルス幅制御する駆動信号Ｐ1 およびＰ2 をそれぞれ出力し、インバータ回路１０の出力電流が正弦波状になるように制御している。またインバータ制御回路１７は、この回路が動作している間、後述する電磁接触器１６に電磁接触器動作信号Ｓ1 を出力する。１４は一次巻線１４ａと二次巻線１４ｂとを有する出力トランスであり、直流成分を遮断し、後述する配電系統２１と絶縁するために設けられている。１６は電磁接触器であり、この接点１５は、二次巻線１４ｂの一端と出力端子ａおよび二次巻線１４ｂの他の一端と出力端子ｂの間にそれぞれ接続されている。電磁接触器１６は、電磁接触器動作信号Ｓ1 が存在している間、接点１５を閉じる。１８は出力トランス１４の二次巻線１４ｂの電圧を検出して出力電圧検出信号Ｖｆを出力する出力電圧検出器であり、この信号Ｖｆはインバータ制御回路１７に入力されて、出力電圧検出回路１８の検出電圧が基準値を超えると、インバータ制御回路１７はスイッチング素子駆動信号Ｐ1 およびＰ2 の出力を停止する。また同時に、インバータ制御回路１７から電磁接触器１６に出力されている電磁接触器動作信号Ｓ1 は停止され、電磁接触器１６は接点１５を開の状態にする。これらのインバータ回路１０ないし出力電圧検出器１８は、電力変換装置１９を構成し、電力変換装置１９の出力端子ａおよびｂは、開閉器２０を介して配電系統２１に接続されている。２２は負荷であり、配電系統２１および電力変換装置１９から電力が供給される。
【０００４】
図４において、太陽電池１は直流電力を出力し、この直流電力はインバータ回路１０により交流電力に変換される。インバータ制御回路１７が動作中にこの回路１７から電磁接触器動作信号Ｓ1 が電磁接触器１６に入力されて、接点１５は閉の状態になる。インバータ回路１０から出力される交流電力は、フィルタ回路を構成するリアクトル１１およびコンデンサ１２により正弦波状の交流電力に変換されて、出力トランス１４と電磁接触器１６の接点１５とを介して、出力端子ａおよびｂに出力される。開閉器２０は通常、閉の状態にあり、配電系統２１および電力変換装置１９から、負荷２２に電力が供給される。また、負荷２２が接続されていないとき、または負荷２２が小さいとき、電力変換装置１９から出力される電力は、配電系統２１に逆潮流される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の太陽光発電システムにおいて、開閉器２０が過負荷等の原因により開の状態になると、出力トランス１４の二次巻線１４ｂは負荷が急変することになる。このときインバータ回路１０は電流源として動作しているために、出力トランス１４には、この負荷の急変に対応すべく高電圧が発生する。出力電圧検出器１８は、この高電圧を検出して出力電圧検出信号Ｖｆをインバータ制御回路１７に出力する。インバータ制御回路１７は、この出力電圧検出信号Ｖｆを入力して出力トランス１４の二次巻線１４ｂの電圧が基準値を超えたとき、スイッチング素子駆動信号Ｐ1 およびＰ2 の出力を停止してインバータ回路１０の駆動を停止する。また同時に、インバータ制御回路１７は電磁接触器動作信号Ｓ1 の出力を停止するので、電磁接触器１６は接点１５を開く。
【０００６】
ここで、インバータ回路１０が駆動を停止しても、フィルタ回路を構成するコンデンサ１２と出力トランス１４の一次巻線１４ａとの並列回路に共振電流が発生し、この結果、出力トランス１４には高電圧が発生するために、出力トランス１４の二次巻線１４ｂには、高電圧が消滅することなく継続して発生する。この高電圧は電力変換装置１９内の各素子を破損する。また、電磁接触器１６の接点１５は、機械的動作遅れのため直ちに開とならないので、電力変換装置１９の出力端子ａおよびｂ間に高電圧が発生し、負荷２２にも損害を与えるという問題点があった。
【０００７】
そこで共振電流により発生する高電圧の最高値を下げるために、コンデンサ１２の容量を大きくすることが提案された。コンデンサ１２の容量を大きくすることによって、共振周波数を小さくし、高電圧の最高値を下げることができるために、高電圧の発生を抑えることができる。しかし、コンデンサ１２の容量を大きくすることは、コストアップを招くばかりでなく、コンデンサのインピーダンスが小さくなるので、系統電圧の高調波電流の流入が大きくなる。その結果、系統電圧の歪みが大きいときには、電力変換装置１９の出力電流の歪み率が高くなりまた、この高調波電流が過大であるときは、コンデンサに大きな電流が流れることになり、極端な場合にはこれを焼損するという問題点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、太陽電池と、太陽電池の出力を交流電力に変換するインバータ回路と、インバータ回路の交流出力を正弦波状の交流電力に変換するリアクトルおよびコンデンサからなるフィルタ回路と、正弦波状の交流電力を配電系統に供給する出力トランスと、インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、出力トランスと配電系統とを分離する開閉手段を設けた開閉器とを備えた系統連系型太陽光発電システムにおいて、出力トランスと鉄心を共有する三次巻線と、三次巻線の出力を短絡するスイッチング素子と、出力トランスの出力電圧検出器と、出力電圧検出器の出力が基準値を超えたときにインバータ制御回路の動作を停止するとともにスイッチング素子を導通させて三次巻線を短絡させる保護回路とを備えた系統連系型太陽光発電システムである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、太陽電池と、太陽電池の出力を交流電力に変換するインバータ回路と、インバータ回路の交流出力を正弦波状の交流電力に変換するリアクトルおよびコンデンサからなるフィルタ回路と、正弦波状の交流電力を配電系統に供給する出力トランスと、インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、出力トランスと配電系統とを分離する開閉手段を設けた開閉器とを備えた系統連系型太陽光発電システムにおいて、出力トランスの巻線と並列に接続されたスイッチング素子と、出力トランスの出力電圧検出器と、出力電圧検出器の出力が基準値を超えたときにインバータ制御回路の動作を停止するとともにスイッチング素子を導通させて出力トランスの巻線を短絡させる保護回路とを備えた系統連系型太陽光発電システムである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の例を示す図である。同図において、１４ｃは出力トランス１４に巻かれた三次巻線、２３はヒューズ、２４はスイッチング素子であり、例えばトライアックを利用できる。これらの三次巻線１４ｃ、ヒューズ２３およびスイッチング素子２４は、短絡回路を構成している。２５は保護回路であり、出力電圧検出器１８からの信号Ｖｆを入力として、出力トランス１４の二次巻線１４ｂの電圧が予め設定された基準値を超えたときに、インバータ制御回路１７に停止信号Ｓ2 を出力し、また同時に、スイッチング素子２４に駆動信号Ｐ3 を出力する。ヒューズ２３は溶断したときに、信号Ｓ3 を保護回路２５に出力する。このヒュ−ズ２３は、例えば富士電機製ＣＲ６Ｌ−５０Ｓが使われる。その他は図４に示した従来装置と同機能のものに同符号を付して説明を省略する。
【００１１】
図１の装置において、開閉器２０が閉の状態のときの電力変換装置１９の動作説明は、図４に示した従来装置の動作説明と同じであるため、説明を省略する。
【００１２】
次に、開閉器２０が過負荷等の原因により開の状態になると、出力トランス１４の二次巻線１４ｂは負荷が急変することになる。このときインバータ回路１０は電流源として動作しているために、出力トランス１４には、この負荷の急変に対応すべく高電圧が発生する。出力電圧検出器１８は、この高電圧を検出して出力電圧検出信号Ｖｆを保護回路２５に出力する。保護回路２５は、この信号Ｖｆを入力して出力トランス１４の二次巻線１４ｂの電圧が基準値を超えたとき、インバータ制御回路１７に停止信号Ｓ2 を出力する。インバータ制御回路１７はこの信号Ｓ2 を入力して、スイッチング素子駆動信号Ｐ1 およびＰ2 の出力を停止して、インバータ回路１０の駆動を停止する。また同時に、保護回路２５はスイッチング素子２４に駆動信号Ｐ3 を出力し、スイッチング素子２４が導通すると、スイッチング素子２４、ヒューズ２３および出力トランス１４の三次巻線１４ｃの短絡回路が形成される。この結果、一次巻線１４ａのインピーダンスは、漏れインピーダンスのみで十分小さくなるために、一次巻線１４ａには電流は流れても電圧は発生しない。また、一次巻線１４ａのインピーダンスが十分小さくなるため、共振電流が発生しないので、出力トランス１４に高電圧が発生することはない。さらにこの時、インバータ制御回路１７は電磁接触器動作信号Ｓ1 の出力を停止するので、電磁接触器１６はこの信号Ｓ1 の入力を停止して、機械的動作遅れ時間の後に接点１５を開く。この結果、電力変換装置１９は配電系統２１と完全に切り離される。
【００１３】
なお、スイッチング素子２４を導通させる駆動信号Ｐ3 は、出力トランス１４に高電圧が発生したときからこれが消滅するまでの間継続するように、保護回路２５に時限要素を設けている。
【００１４】
図１の装置において、開閉器２０が閉の状態であるにもかかわらず、何らかの原因で電圧が上昇して、出力電圧検出器１８が過電圧を検出すると、保護回路２５はスイッチング素子２４を導通させて、短絡回路が形成される。この結果、配電系統２１からこの短絡回路に過大な電流が流れ込むが、このとき、ヒューズ２３が溶断して、電力変換装置１９を構成する素子が破損されることを防ぐ。さらに、ヒューズ２３が溶断したときに、ヒューズ２３は信号Ｓ3 を保護回路２５に出力し、保護回路２５はこの信号Ｓ3 を入力して、インバータ制御回路１７に停止信号Ｓ2 を出力するとともに、図示していない警報器に信号を出力して警報の表示をする。また、この短絡回路は、配電系統２１と電気的に絶縁状態にあるので、配電系統２１と混触することがなく、安全性が高い。
【００１５】
図２は本発明の別の実施の形態の例を示す接続図である。同図において、ヒューズ２３とスイッチング素子２４とを出力トランス１４の一次巻線１４ａの端子間に接続している。その他は図１に示した装置と同機能のものに同符号を付して説明を省略する。
【００１６】
図２の装置においては、図１の装置と異なり、出力トランス１４の一次巻線を直接スイッチング素子２４で短絡するものであるが、そのときの動作は図１と同様である。
【００１７】
図２の装置においては、保護回路２５の電源としてインバータ回路１０が接続された線から直接電力を入力すると、スイッチング素子２４が導通した時に、保護回路２５を通して短絡回路が形成されて、保護回路２５を破損する危険性がある。このため、保護回路２５の電源として、インバータ回路１０が接続された線とは変圧器で絶縁された状態で電力を入力する必要がある。
【００１８】
図２の装置においては、ヒューズ２３とスイッチング素子２４とを出力トランス１４の一次巻線１４ａの端子間に接続しているが、端子間に接続する代わりに、一次巻線１４ａから中間タップを引き出して接続しても、同様の効果が得られる。この中間タップを引き出して接続する場合は、一次巻線１４ａの端子間に接続する場合と比較して、スイッチング素子２４にかかる電圧が少し小さいので、定格電圧の低いものを使用することができる。
【００１９】
また、ヒューズ２３とスイッチング素子２４とを出力トランス１４の一次巻線１４ａ側に接続する代わりに、二次巻線１４ｂ側に接続しても同様の効果が得られる。
【００２０】
図３は本発明のさらに別の実施の形態の例を示す接続図である。同図において、出力トランス１４に四次巻線１４ｄを巻き、この巻線にかかる電圧を保護回路２５に出力している。その他は図１に示した装置と同機能のものに同符号を付して説明を省略する。
【００２１】
図３の装置は、図１の装置の出力電圧検出器１８を四次巻線１４ｄに置き換えたものであり、その動作は図１の装置と変わるところはない。
【００２２】
図３の装置においては、ヒューズ２３とスイッチング素子２４と出力トランス１４の三次巻線１４ｃとからなる短絡回路および四次巻線１４ｄがインバータ回路１０や配電系統２１と完全に絶縁されているので、さらに安全性が向上する。また、図１に示した装置と比べて、出力トランス１４の出力電圧を四次巻線１４ｄにて検出するので、この四次巻線１４ｄの出力電圧を他の制御回路が取扱う電圧と同様のレベル程度に定めることができる。このため出力電圧を直接検出する方式の図１の装置に比べて、装置の設計裕度が増し、簡単で安価な装置を得ることができる。
【００２３】
図１ないし図３に示した実施例において、出力トランス１４と電磁接触器１６の接点１５との間に、系統連系保護継電器を設けて、配電系統２１の電圧上昇が例えば定格電圧の１１０〜１２５［％］以上を検出したときに、インバータ回路１０を停止し、電磁接触器１６の接点１５を開とすることができる。この場合は、電力変換装置１９の出力電圧が例えば定格電圧の１３０〜１５０［％］以上を検出したときに、保護回路２５を動作させることにすると、単なる配電系統２１の電圧上昇では、保護回路２５を動作させなくすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
上記の通り、本発明の系統連系型太陽光発電システムは、電力変換装置と配電系統とを接続する開閉器が過負荷等の原因により開となり電力変換装置の出力端子に高電圧が発生した場合、電力変換装置内の出力トランスの巻線を短絡させるか又は別の三次巻線を設けて、この巻線を短絡させて、高電圧の発生を抑えるものである。この結果、従来装置のようにフィルタ回路を構成するコンデンサの容量を大きくする必要がないために、コンデンサの容量を大きくすることにより発生する問題点である、系統電圧の高調波電流の流入が大きくなり電力変換装置の出力電流の歪み率が高くなることや、高調波電流が過大であるときにコンデンサを焼損するという問題点を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の実施の形態の例を示す接続図である。
【図２】本発明の別の実施の形態の例を示す接続図である。
【図３】本発明のさらに別の実施の形態の例を示す接続図である。
【図４】従来の装置の例を示す接続図である。
【符号の説明】
１  太陽電池
２、３、４、５、  スイッチング素子
６、７、８、９  ダイオード
１０  インバータ回路
１１  リアクトル
１２  コンデンサ
１３  電流検出器
１４  出力トランス
１４ａ  一次巻線
１４ｂ  二次巻線
１４ｃ  三次巻線
１４ｄ  四次巻線
１５  電磁接触器１６の接点
１６  電磁接触器
１７  インバータ制御回路
１８  出力電圧検出器
１９  電力変換装置
２０  開閉器
２１  配電系統
２２  負荷
２３  ヒューズ
２４  スイッチング素子
２５  保護回路
ａ、ｂ  出力端子
Ｉｆ  電流検出信号
Ｖｆ  出力電圧検出信号
Ｓ1   電磁接触器動作信号
Ｓ2   インバータ停止信号
Ｓ3   ヒューズ溶断信号
Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3   スイッチング素子駆動信号
【図１】
0003927303.tif 000002
【図２】
0003927303.tif 000003
【図３】
0003927303.tif 000004
【図４】
0003927303.tif 000005