(57)【要約】【課題】三相４線式Ｏ（Ｎ）相接地方式等の何れの接地方式の系統電源であっても、効果的に漏洩電流を抑制可能で安価な非絶縁電力変換装置を提供する。【解決手段】三相インバータ３と、三相インバータの直流入力端子間に直列接続された複数の入力側コンデンサと、三相インバータの交流出力端子に接続されたリアクトル及びコンデンサで構成されたＬＣフィルタ４と、三相インバータを制御する制御部３０と、を備えている電力変換装置であって、連系先の系統電源の接地相と整合するように、入力側コンデンサ同士の接続点とＬＣフィルタを構成する複数のコンデンサの何れかの接続点とが仮想接地点として接続されるとともに、ＬＣフィルタの後段にさらにコモンモードフィルタが接続され、制御部３０は、仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように三相インバータを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相インバータと、前記三相インバータの直流入力端子間に直列接続された複数の入力側コンデンサと、前記三相インバータの交流出力端子に接続されたリアクトル及びコンデンサで構成されたＬＣフィルタと、前記三相インバータを制御する制御部と、を備えている電力変換装置であって、
連系先の系統電源の接地相と整合するように、前記入力側コンデンサ同士の接続点と前記ＬＣフィルタを構成する複数のコンデンサの何れかの接続点とが仮想接地点として接続可能に構成されるとともに、前記ＬＣフィルタの後段にさらにコモンモードフィルタが接続され、
前記制御部は、前記仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように前記三相インバータを制御することを特徴とする非絶縁電力変換装置。
【請求項２】
前記系統電源がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源であり、
前記ＬＣフィルタを構成するコンデンサがデルタ接続され、少なくとも一つが直列接続された複数の分割コンデンサで構成され、前記仮想接地点が前記分割コンデンサ同士の接続点で構成されている請求項１記載の非絶縁電力変換装置。
【請求項３】
前記系統電源がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源であり、
前記ＬＣフィルタを構成するコンデンサがデルタ接続され、前記仮想接地点が前記デルタ接続されたコンデンサ同士の接続点で構成されている請求項１記載の非絶縁電力変換装置。
【請求項４】
前記系統電源がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源であり、
前記ＬＣフィルタを構成するコンデンサがスター接続され、前記仮想接地点がスター接続されたコンデンサの中性点で構成されている請求項１記載の非絶縁電力変換装置。
【請求項５】
前記系統電源がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源であり、
前記ＬＣフィルタを構成するコンデンサがスター接続され、前記仮想接地点がスター接続されたコンデンサの中性点で構成されている請求項１記載の非絶縁電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、筐体の接地相を基準とする系統電源の相電圧または線間電圧に基づいて連系先の系統電源の接地相を判別し、前記仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように前記三相インバータを制御するように構成されている請求項１から５の何れかに記載の非絶縁電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、筐体の接地相を基準とする系統電源の相電圧または線間電圧に基づいて連系先の系統電源の接地相を判別し、前記仮想接地点が連系先の系統電源の接地相と整合するように前記入力側コンデンサ同士の接続点と前記ＬＣフィルタを構成する複数のコンデンサの接続点とを自動接続するように構成されている請求項１から６の何れかに記載の非絶縁電力変換装置。
【請求項８】
前記三相インバータが正弦波ＰＷＭ制御される２レベルインバータで構成されている請求項１から７の何れかに記載の非絶縁電力変換装置。
【請求項９】
前記三相インバータが正弦波ＰＷＭ制御される３レベルインバータで構成されている請求項１から７の何れかに記載の非絶縁電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御部は、基準正弦波と三角波とを比較して得られるＰＷＭ信号により前記三相インバータを駆動するＰＷＭ制御部を備え、前記三角波が零点を基準にした上下対称波形で構成されている請求項９記載の非絶縁電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れかに記載の非絶縁電力変換装置と、前記非絶縁電力変換装置に備えた三相インバータに直流電力を供給する太陽電池、蓄電池、燃料電池の何れか一つまたはそれらの組合せを備えている非絶縁電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相インバータと、前記三相インバータの直流入力端子間に直列接続された複数の入力側コンデンサと、前記三相インバータの交流出力端子に接続されたリアクトル及びコンデンサで構成されたＬＣフィルタと、前記三相インバータを制御する制御部と、を備えている非絶縁電力変換装置及び非絶縁電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や燃料電池等の分散型電源は、系統電力に連系させて使用するために、周波数や電圧を電力系統に適合するように交流電力に変換するパワーコンディショナを備えている。
【０００３】
例えば太陽電池を用いた分散型電源では、太陽電池の構造による対地静電容量や雨や結露等で太陽電池の表面が濡れた際に大地との間に形成される浮遊容量を介して零相電流つまり漏洩電流が流れる。
【０００４】
零相電流の値が系統連系用インバータの交流側に接続された漏電遮断器の感度電流を超える値であると、漏電遮断器が不要動作して発電した電力を逆潮流させる機会の損失を招く虞があった。
【０００５】
そのため、系統連系規程（ＪＥＡＣ９７０１−２０１２（２０１４年追補版（その１）））には、「連系する系統の接地方式に適合していないパワーコンディショナを連系すると、直流側に商用電圧が重畳することで直流回路内の対地静電容量により漏洩電流が生じ、この漏洩電流によって保安上問題となる場合があることから、パワーコンディショナは原則として連系する系統の接地方式に適合させるものとする。」と規定されている。
【０００６】
図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）には、出力１０ｋＷ級の三相式の従来の代表的なパワーコンディショナの概略の回路ブロックが示されている。図１６（ａ）は高周波変圧器内蔵方式のパワーコンディショナであり、図１６（ｂ）はＶ（Ｓ）相接地のトランスレス方式のパワーコンディショナであり、図１６（ｃ）は非接地のトランスレス方式のパワーコンディショナである。
【０００７】
ＡＣ６００Ｖを超え、ＡＣ７０００Ｖ以下の高圧の系統電源と連系する場合には、上述した何れのタイプのパワーコンディショナであっても２１０／６６００Ｖの構内昇圧用の変圧器の接地方式をパワーコンディショナに合わせて選定することにより、問題なく系統連系できるようになる。
【０００８】
しかし、柱上変圧器が接地された低圧の系統電源と連系する場合には、その系統の接地方式に三相３線式Ｖ（Ｓ）相接地、三相４線式Ｏ（Ｎ）相接地等の複数の接地方式があるため、以下に説明するように、直接接続できる場合と商用周波数の絶縁変圧器を介して接続しなければならない場合があった。
【０００９】
図１６（ａ）に示す高周波変圧器内蔵方式のパワーコンディショナは、三相３線式Ｖ（Ｓ）相接地系統及び三相４線式Ｏ（Ｎ）相接地系統の何れであっても直接接続することができる。
【００１０】
図１６（ｂ）に示すＶ（Ｓ）相接地のトランスレス方式のパワーコンディショナは三相３線式［Ｖ（Ｓ）相接地］系統とは直接接続することができるが、三相４線式［Ｏ（Ｎ）相接地］系統と接続する際には商用周波数絶縁変圧器が必要となる。
【００１１】
図１６（ｃ）に示す非接地のトランスレス方式のパワーコンディショナは、三相３線式［Ｖ（Ｓ）相接地］系統及び三相４線式［Ｏ（Ｎ）相接地］系統の何れであっても直接接続することができず、商用周波数絶縁変圧器を用いる必要がある。
【００１２】
特に、三相トランスレスパワーコンディショナを三相４線式灯力併用系統［Ｏ（Ｎ）相接地］に接続しようとした場合には、以下のような対応が必要となるが、何れの対応も計画変更が必要となりコストが上昇するという問題があった。
【００１３】
第１の対応として交流側に絶縁変圧器を挿入してＶ（Ｓ）相接地を作る、第２の対応としてパワーコンディショナを単相出力に変更する、第３の対応として変圧器内蔵型のパワーコンディショナを採用する、第４の対応として電力会社と相談して有償で三相Ｖ（Ｓ）相接地型の柱上変圧器を増設する、といった対応である。
【００１４】
特許文献１には、三相３線式、単相３線式、単相２線式等、何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（Ｓ）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目的として、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を特徴とする太陽光発電用電力変換装置が開示されている。
【００１５】
特許文献２には、三相３線式Ｖ（Ｓ）相接地方式の系統と連系しても、インバータの直流部の対地間電位が変動しないトランスレス方式の太陽光発電用電力変換装置を提供することを目的として、太陽電池からの直流電力を三相出力の交流電力に変換し、一相を接地した三相の系統と連系して交流電力を該系統に送り出す太陽光発電用電力変換装置において、スイッチング素子２個の直列回路の２組を有するインバータ回路を備え、このインバータ回路の直流入力部間に直流電圧を分圧する複数のコンデンサを直列接続し、前記三相出力の１つとして該コンデンサの接続部から１本の出力線を引き出し、前記三相出力の他の２つとして前記各組のスイッチング素子の中間点からそれぞれ２本の出力線を引き出してハーフブリッジインバータ回路の構成とし、該コンデンサの接続部から引き出された出力線を前記接地した相に接続したことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０００−１０２２６５号公報
【特許文献２】特開２００１−１０３７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、特許文献１に開示された電力変換装置は、直流入力部間に直列接続されたコンデンサの接続部つまり直流側中性点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インバータ回路の制御を切り替え可能に構成されているが、三相系統連系用のインバータの出力側に接続されたコンデンサとの関係で漏洩電流の抑制が不十分であり、また三相４線式Ｏ（Ｎ）相接地系統と連系する場合には直流側中性点とインバータ回路の出力線とが接続されることがないため、漏洩電流の抑制が困難であった。
【００１８】
また、特許文献２に開示された電力変換装置は、三相３線式Ｖ（Ｓ）相接地方式の系統と連系する二相インバータの構成について開示されているが、三相インバータを対象とする構成でない点で三相インバータの出力側に接続されたコンデンサとの関係、例えばデルタ接続されたコンデンサである場合の接続態様等について何ら開示されておらず、また三相４線式Ｏ（Ｎ）相接地系統と連系する場合に漏洩電流を抑制する手立てについても何ら開示されていなかったため、これらの問題に対処する必要があった。
【００１９】
つまり、特許文献１，２に開示された技術では、漏洩電流についての考慮が不十分であり、漏洩電流により漏電遮断器が不要動作するリスクを低減することができないという問題があった。
【００２０】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、三相３線式Ｖ（Ｓ）相接地方式及び三相４線式Ｏ（Ｎ）相接地方式の何れの系統電源であっても、効果的に漏洩電流を抑制可能で安価な非絶縁電力変換装置及び非絶縁電力変換システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述の目的を達成するため、本発明による非絶縁電力変換装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、三相インバータと、前記三相インバータの直流入力端子間に直列接続された複数の入力側コンデンサと、前記三相インバータの交流出力端子に接続されたリアクトル及びコンデンサで構成されたＬＣフィルタと、前記三相インバータを制御する制御部と、を備えている非絶縁電力変換装置であって、連系先の系統電源の接地相と整合するように、前記入力側コンデンサ同士の接続点と前記ＬＣフィルタを構成する複数のコンデンサの何れかの接続点とが仮想接地点として接続されるとともに、前記ＬＣフィルタの後段にさらにコモンモードフィルタが接続され、前記制御部は、前記仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように前記三相インバータを制御する点にある。
【００２２】
三相インバータのスイッチングにより発生するＵ，Ｖ，Ｗの各相のリアクトルに流れる電流の非対称分であるコモンモード電流を、ＬＣフィルタのコンデンサを経由して入力側コンデンサ同士の接続点である直流中性点へバイパスすることにより、系統に流出する高周波漏れ電流を低減することができるようになる。また、ＬＣフィルタの後段にコモンモードフィルタを備えて三相インバータ側のインピーダンスを下げることにより、漏れ電流の系統への流出が効果的に抑制される。しかも、制御部により仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように三相インバータが制御されるので、直流側で商用周波数の電位変動が抑制され、商用周波数の漏れ電流も低減できるようになる。
【００２３】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記系統電源がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源であり、前記ＬＣフィルタを構成するコンデンサがデルタ接続され、少なくとも一つが直列接続された複数の分割コンデンサで構成され、前記仮想接地点が前記分割コンデンサ同士の接続点で構成されている点にある。
【００２４】
系統電源がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源であり、ＬＣフィルタを構成するコンデンサがデルタ接続されている場合、少なくとも一つが直列接続された複数の分割コンデンサで構成されていれば、分割コンデンサ同士の接続点を仮想接地点とすることができる。
【００２５】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記系統電源がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源であり、前記ＬＣフィルタを構成するコンデンサがデルタ接続され、前記仮想接地点が前記デルタ接続されたコンデンサ同士の接続点で構成されている点にある。
【００２６】
系統電源がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源であり、ＬＣフィルタを構成するコンデンサがデルタ接続されている場合、デルタ接続されたコンデンサ同士の接続点を仮想接地点とすることができる。
【００２７】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記系統電源がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源であり、前記ＬＣフィルタを構成するコンデンサがスター接続され、前記仮想接地点がスター接続されたコンデンサの中性点で構成されている点にある。
【００２８】
系統電源がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源であり、ＬＣフィルタを構成するコンデンサがスター接続されている場合、スター接続されたコンデンサの中性点を仮想接地点とすることができる。
【００２９】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記系統電源がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源であり、前記ＬＣフィルタを構成するコンデンサがスター接続され、前記仮想接地点がスター接続されたコンデンサの中性点で構成されている点にある。
【００３０】
同様に、系統電源がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源、ＬＣフィルタを構成するコンデンサがスター接続されている場合、スター接続されたコンデンサの中性点を仮想接地点とすることができる。
【００３１】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記制御部は、筐体の接地相を基準とする系統電源の相電圧または線間電圧に基づいて連系先の系統電源の接地相を判別し、前記仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように前記三相インバータを制御するように構成されている点にある。
【００３２】
筐体の接地相と系統電源の接地相とが略同一電圧であることに着目して、筐体の接地相を基準に系統電源の相電圧または線間電圧を計測すれば、連系先の系統電源の接地相を把握することができる。その結果に基づいて仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように前記三相インバータが制御されるので、直流側での商用周波数の電位変動が抑制され、商用周波数の漏れ電流も低減できる。
【００３３】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記制御部は、筐体の接地相を基準とする系統電源の相電圧または線間電圧に基づいて連系先の系統電源の接地相を判別し、前記仮想接地点が連系先の系統電源の接地相と整合するように前記入力側コンデンサ同士の接続点と前記ＬＣフィルタを構成する複数のコンデンサの接続点とを自動接続するように構成されている点にある。
【００３４】
筐体の接地相と系統電源の接地相とが略同一電圧であることに着目して、筐体の接地相を基準に系統電源の相電圧または線間電圧を計測すれば、連系先の系統電源の接地相を把握することができる。その結果に基づいて入力側コンデンサ同士の接続点つまり直流側の中性点と、ＬＣフィルタを構成する複数のコンデンサの接続点とが自動接続されるので、煩雑な接続作業が簡素化できるようになる。例えば、直流側の中性点とＬＣフィルタを構成する複数のコンデンサの接続点との間に電磁リレー等の機械スイッチや半導体スイッチをそれぞれ設けておいて、制御部により対象となる機械スイッチや半導体スイッチをオン制御すればよい。
【００３５】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記三相インバータが正弦波ＰＷＭ制御される２レベルインバータで構成されている点にある。
【００３６】
正弦波ＰＷＭ制御される２レベルインバータで三相インバータを構成すれば、安価に実現できる。
【００３７】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記三相インバータが正弦波ＰＷＭ制御される３レベルインバータで構成されている点にある。
【００３８】
正弦波ＰＷＭ制御される３レベルインバータで三相インバータを構成すれば、高周波漏れ電流を効果的に抑制でき、リアクトルの電流リプルも低減できるので損失も改善されるようになる。
【００３９】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第九の特徴構成に加えて、前記制御部は、基準正弦波と三角波とを比較して得られるＰＷＭ信号により前記三相インバータを駆動するＰＷＭ制御部を備え、前記三角波が零点を基準にした上下対称波形で構成されている点にある。
【００４０】
正弦波のゼロ点を基準に線対称になるようにキャリアとなる三角波を正側と負側にそれぞれ準備してＰＷＭ信号を生成すると、直流中性点からみた出力電圧波形の対称性が良くなり、インバータのスイッチング時に各相のリアクトルに流れる電流の対称性が改善されるので、リアクトルで発生するコモンモード電流が効果的に抑制されるようになる。
【００４１】
本発明による非絶縁電力変換システムの特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述した第一から第十の何れかの特徴構成を備えた非絶縁電力変換装置と、前記電力変換装置に備えたインバータに直流電力を供給する太陽電池、蓄電池、燃料電池の何れか一つまたはそれらの組合せを備えている点にある。
【００４２】
漏洩電流が効果的に低減されるので、系統連系時に漏電遮断器が不要動作するような虞のない非絶縁電力変換システムを実現できる。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明した通り、本発明によれば、三相３線式Ｖ（Ｓ）相接地方式及び三相４線式Ｏ（Ｎ）相接地方式の何れの系統電源であっても、効果的に漏洩電流を抑制可能で安価な非絶縁電力変換装置及び非絶縁電力変換システムを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】Ｏ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源と連系し、ＬＣフィルタのコンデンサがデルタ接続された非絶縁電力変換装置の回路図
【図２】Ｖ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源と連系し、ＬＣフィルタのコンデンサがデルタ接続された非絶縁電力変換装置の回路図
【図３】Ｏ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源と連系し、ＬＣフィルタのコンデンサがスター接続された非絶縁電力変換装置の回路図
【図４】従来の三相インバータの制御部により制御される電圧ベクトル図と、本発明による三相インバータの制御部により制御される電圧ベクトル図の比較図
【図５】２レベルインバータの回路図
【図６】３レベルインバータの回路図
【図７】別実施形態を示す３レベルインバータの回路図
【図８】（ａ），（ｂ）は３レベルインバータに対するＰＷＭ信号の説明図
【図９】（ａ），（ｂ）は３レベルインバータに対する別実施形態によるＰＷＭ信号の説明図
【図１０】シミュレーション対象となる太陽電池の説明図
【図１１】シミュレーション対象となる図１に示す非絶縁電力変換装置と連系する系統電源の回路図
【図１２】シミュレーション対象となる図２に示す非絶縁電力変換装置と連系する系統電源の回路図
【図１３】シミュレーション条件の説明図
【図１４】シュニュレーション定数の説明図
【図１５】シミュレーション結果の説明図
【図１６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来の電力変換装置の回路図
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明による非絶縁電力変換装置及び非絶縁電力変換システムを図面に基づいて説明する。
図１には、分散型電源の一例として本発明による非絶縁電力変換システム１（以下、「太陽電池発電装置」ともいう。）が示されている。
【００４６】
太陽電池発電装置１は、太陽電池パネルＰＶと太陽電池パネルＰＶが接続された本発明の非絶縁電力変換装置２（以下、「パワーコンディショナ２」とも記す。）を備えて構成され、漏電遮断器Ｓｇを介してＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源Ｅｇに接続されている。
【００４７】
パワーコンディショナ２は、太陽電池パネルＰＶで発電された直流電圧を三相商用系統と連系するように所定の周波数及び電圧値の三相交流電圧に変換する三相インバータ３と、三相インバータ３をＰＷＭ制御する制御部３０を備え、トランスレスで構成されている。制御部３０はマイクロコンピュータ及びメモリ、入出力回路等を備えて構成されている。
【００４８】
三相インバータ３の直流入力端子間には、直列接続された複数の入力側コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２が接続され、それらの接続点で直流中性点ＮＰが構成されている。三相インバータ３への入力電圧の略１／２の電圧となる点が直流中性点ＮＰとなるように構成できれば、入力側コンデンサの数及び個々のコンデンサの容量値は特に制限されるものではない。
【００４９】
三相インバータ３の後段には三相インバータ３の出力から高調波成分を除去するリアクトルＬｉｄ及びコンデンサＣｉを備えたＬＣフィルタ４が接続されている。ＬＣフィルタ４を構成する各リアクトルは、三相インバータ３の各出力端子に直列接続され、ＬＣフィルタ４を構成するコンデンサは各リアクトルの後段にＵ，Ｖ，Ｗの三相の相間にデルタ接続されている。ＬＣフィルタ４を構成する各相間のコンデンサは直列接続された少なくとも二つのコンデンサを備えて構成されている。
【００５０】
さらに、直列接続されたコンデンサの何れかの中点と上述した直流中性点ＮＰとを接続する半導体スイッチを備えたスイッチ回路７が設けられ、制御部３０によってスイッチ回路７が制御されるように構成されている。
【００５１】
Ｏ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源Ｅｇの接地相と整合するように、ＬＣフィルタ４を構成するＵ，Ｖ，Ｗの各相間に配置された複数のコンデンサの接続点の一つが選択され、選択された接続点と直流中性点ＮＰとが仮想接地点として接続されるようにスイッチ回路７が制御される。尚、スイッチ回路は制御部３０により制御可能な素子で構成されていればよく、半導体スイッチ以外に機械接点を備えたリレー回路等で構成されていてもよい。
【００５２】
尚、ＬＣフィルタを構成する各相間に接続されたコンデンサの少なくとも一つが直列接続された少なくとも二つのコンデンサで構成され、当該中点と直流中性点ＮＰとが接続できるように構成されていてもよい。この場合には、スイッチ回路７は不要で、当該中点が系統電源Ｅｇの接地相と対応するようにＵ，Ｖ，Ｗ相を接続すればよい。
【００５３】
さらに、ＬＣフィルタ４の下流側にはリアクトルＬｉｃを備えたコモンモードフィルタ５が接続され、パワーコンディショナ２の筐体８が接地抵抗を介して接地されている。
【００５４】
つまり、本発明によるパワーコンディショナ２は、連系先の系統電源Ｅｇの接地相と整合するように、入力側コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２同士の接続点とＬＣフィルタ４を構成する複数のコンデンサＣｉの何れかの接続点とが仮想接地点として接続されるとともに、ＬＣフィルタ４の後段にさらにコモンモードフィルタ５が接続さている。そして制御部３０によって仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように三相インバータ３が制御されるように構成されている。
【００５５】
三相インバータ３のスイッチングにより発生するＵ，Ｖ，Ｗの各相のリアクトルに流れる電流の非対称分であるコモンモード電流が、ＬＣフィルタ４のコンデンサＣｉを経由して入力側コンデンサ同士の接続点である直流中性点ＮＰへバイパスされることにより、系統電源に流出する高周波漏れ電流が低減される。
【００５６】
また、ＬＣフィルタ４の後段にコモンモードフィルタ５を備えることにより、三相インバータ３側のインピーダンスが系統側より下がり、漏れ電流の系統への流出が効果的に抑制されるようになる。
【００５７】
しかも、制御部３０により仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように三相インバータ３が制御されるので、直流側で商用周波数の電位変動が抑制され、商用周波数の漏れ電流も低減できるようになる。
【００５８】
制御部３０は、筐体８の接地相を基準とする系統電源Ｅｇの相電圧または線間電圧に基づいて連系先の系統電源Ｅｇの接地相を判別し、仮想接地点を基準にして連系先の系統電源Ｅｇの接地相と整合するように三相インバータ３を制御するように構成されている。
【００５９】
図４に示す電圧ベクトル図を参照して、従来及び本発明の制御部により実行される三相インバータ３の制御について説明する。
図１６（ａ）に示した従来の高周波絶縁変圧器内蔵方式のパワーコンディショナ、及び図１６（ｃ）に示した従来の非接地のトランスレス方式のパワーコンディショナでは、図４の最上段の電圧ベクトル図に示すように、インバータの制御部によってスター結線の中性点から１２０°位相をずらして、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のＰＷＭの制御波形が生成される。
【００６０】
この方式では、相電圧がＡＣ１１５Ｖ、線間電圧がＡＣ２００Ｖとなるように制御される。そのために必要な入力直流電圧がＤＣ３２６（＝１１５×√２×２）Ｖと低い値で済み、インバータ単体でのスイッチング損失を低減しやすくなるという利点がある。
【００６１】
尚、既に説明したように、この方式を単純に適用すると、制御の基点となる直流中性点ＮＰの電位と低圧系統の接地点とが異なるため、漏れ電流の発生を防ぐためにパワーコンディショナの直流側で高周波絶縁するか、パワーコンディショナの出力側に商用周波数の絶縁用変圧器を介在させる必要があり、結果として低圧連系時にシステム全体での高効率は達成し難い。
【００６２】
図１６（ｂ）に示したＶ（Ｓ）相接地のトランスレス方式のパワーコンディショナでは、図４上から二段目の電圧ベクトル図に示すように、Ｖ（Ｓ）相を基準にそれぞれ６０°ずらせて、Ｕ（Ｒ）相、Ｗ（Ｔ）相のＰＷＭの制御波形が生成される。
【００６３】
この方式は、２相制御でよいためスイッチング素子を減らせるという利点があるが、必要な直流電圧がＤＣ５６６（＝２００×√２×２）Ｖと高く、インバータの素子単体のスイッチング損失が高くなりやすいという欠点がある。また、Ｖ（Ｓ）相の相電流については、直流コンデンサから直接商用周波数の電流が流れるので、商用周波数のリプル電流が流せるように、コンデンサの容量を他の方式よりも増やす必要がある。
【００６４】
図１に示すパワーコンディショナ２の制御部３０は、Ｕ（Ｒ）−Ｖ（Ｓ）間に接地点があるとすると、図４の最下段右側に示す電圧ベクトル図に示すようにＰＷＭの制御波形を生成する。詳述すると、Ｏ（Ｎ）相を基点としてＵ（Ｒ）相にＡＣ１００Ｖの電圧を出力し、１８０°ずらしてＶ（Ｓ）相にＡＣ１００Ｖを出力する。Ｗ（Ｔ）相はＵ（Ｒ）相から９０°ずらしてＡＣ１７３Ｖを出力する。
【００６５】
このとき必要な直流電圧はＤＣ４９０（＝１７３×√２×２）Ｖとなり、上述したスター結線方式よりは大きな値になるが、Ｖ（Ｓ）相接地方式よりは低くできる。
【００６６】
制御部３０は、筐体の接地相Ｅと系統電源Ｅｇの接地相とが略同一電圧であることに着目して、筐体の接地相Ｅを基準に系統電源Ｅｇの相電圧または線間電圧を計測することにより、連系先の系統電源Ｅｇの接地相を認識する。
【００６７】
例えば筐体の接地相Ｅを基準にＵ（Ｒ）相の電圧が約１００Ｖ、Ｖ（Ｓ）相の電圧が約１００Ｖ、Ｗ（Ｔ）相の電圧が約１７３Ｖであれば、Ｕ（Ｒ）−Ｖ（Ｓ）間に接地点があると認識する。
【００６８】
制御部３０は、その結果に基づいて仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように三相インバータ３をＰＷＭ制御するので、直流側での商用周波数の電位変動が抑制され、商用周波数の漏れ電流も低減できるようになる。
【００６９】
さらに、制御部３０は、上述と同様に筐体の接地相Ｅを基準とする系統電源の相電圧または線間電圧に基づいて連系先の系統電源の接地相を判別し、仮想接地点が連系先の系統電源の接地相と整合するようにスイッチ回路７を制御し、直流中性点ＮＰとＬＣフィルタ４を構成する複数のコンデンサの接続点とを自動接続するように構成されている。
【００７０】
図２には、系統電源がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源である場合が示されている。ＬＣフィルタ４を構成するコンデンサがデルタ接続され、仮想接地点がデルタ接続された相間のコンデンサ同士の接続点で構成されている。
【００７１】
系統電源がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源であり、ＬＣフィルタを構成するコンデンサがデルタ接続されている場合、デルタ接続されたコンデンサ同士の接続点を仮想接地点とすることができる。
【００７２】
図３には、系統電源がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源である場合の他の例が示されている。ＬＣフィルタ４を構成するコンデンサが各相にスター接続され、仮想接地点がスター接続されたコンデンサの中性点で構成されている。
【００７３】
系統電源がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源であり、ＬＣフィルタを構成するコンデンサがスター接続されている場合、スター接続されたコンデンサの中性点を仮想接地点とすることができる。
【００７４】
さらに、系統電源がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源であり、ＬＣフィルタ４を構成するコンデンサがスター接続されている場合にも、スター接続されたコンデンサの中性点を仮想接地点とすることができる。
【００７５】
上述した何れの場合も、制御部３０は、筐体の接地相Ｅを基準とする系統電源の相電圧または線間電圧に基づいて連系先の系統電源の接地相を判別し、仮想接地点を基準にして連系先の系統電源Ｒｇの接地相と整合するように三相インバータをＰＷＭ制御するように構成されている。
【００７６】
仮想接地点を基準にして連系先の系統電源の接地相と整合するように三相インバータが制御されるので、直流側での商用周波数の電位変動が抑制され、商用周波数の漏れ電流も低減できる。
【００７７】
三相インバータ３は制御部３０によって正弦波ＰＷＭ制御される２レベルインバータで構成されていることがコスト的には好ましい。
図５には、２レベルインバータに対応した回路例が示されている。ハイサイドスイッチとローサイドスイッチが直列接続されたスイッチングアームが３本並列に接続され、各中点からＵ，Ｖ，Ｗの相電圧が出力されるように構成されている。
【００７８】
三相インバータ３が３レベルインバータで構成されていると、高周波漏れ電流を効果的に抑制でき、リアクトルの電流リプルも低減できるので損失も改善されるようになる。
【００７９】
図６には、ＮＰＣタイプの３レベルインバータが示され、図７には、Ｔタイプの３レベルインバータを構成する一相のスイッチングアームが示されている。何れの構成であっても好適に用いることができる。
【００８０】
制御部３０は、指令値である正弦波とキャリアである三角波とを比較して得られるＰＷＭ信号をインバータ３に対する駆動信号として生成するＰＷＭ制御部を備えている。三相インバータ３を駆動する場合には、三角波が正弦波の零点を接続した基準線に対して対称波形で構成されていることが好ましい。
【００８１】
図８（ａ），（ｂ）には、三角波が基準線に対して対称波形となる場合のＰＷＭ信号が示されている。図８（ａ）の上段には、±１で正規化された指令値である正弦波と、上側三角波（実線）、下側三角波（一点鎖線）が示され、図８（ａ）の下段にはＵ相の出力電圧が示されている。さらに、図８（ｂ）の上段にはＵ相に対する出力電圧、中段にはＶ相に対する出力電圧、下段にはＵ相とＶ相の線間電圧が示されている。
【００８２】
図９（ａ），（ｂ）には、三角波が基準線に対して非対称で同一波形となる場合のＰＷＭ信号が示されている。図９（ａ）の上段には、±１で正規化された指令値である正弦波と、上側三角波（実線）、下側三角波（一点鎖線）が示され、図９（ａ）の下段にはＵ相の出力電圧が示されている。さらに、図９（ｂ）の上段にはＵ相に対する出力電圧、中段にはＶ相に対する出力電圧、下段にはＵ相とＶ相の線間電圧が示されている。
【００８３】
インバータ３に対するＰＷＭ信号を生成するために、図８，９の何れの方式を採用してもよいが、図８に示すように、基準線に対して上下対称になるように、正側と負側にそれぞれ準備した三角波に基づいてＰＷＭ信号を生成すると、直流中性点ＮＰからみた出力電圧波形の対称性が良くなり、インバータ３のスイッチング時に各相のリアクトルに流れる電流の対称性が改善されるので、リアクトルで発生するコモンモード電流が効果的に抑制されるようになる。
【００８４】
図１３に示すように、実施例１から実施例５の５種類のパワーコンディショナと、比較例１及び比較例２の２種類のパワーコンディショナに対して、Ｍｙｗａｙプラス株式会社提供の回路シミュレータＰＳＩＭを用いて、その動作をシミュレーションした。
【００８５】
実施例１は図１に示す回路図に対応し、２レベルインバータが用いられ、ＬＣフィルタのコンデンサがデルタ接続され、直流中性点ＮＰと接続される仮想接地点がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源に対応する位置に選択され、ＰＷＭ出力が図４最下段右側に示す制御に基づく出力とした態様である。
【００８６】
実施例２は図１に示す回路図に対応し、３レベルインバータが用いられ、ＬＣフィルタのコンデンサがデルタ接続され、直流中性点ＮＰと接続される仮想接地点がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源に対応する位置に選択され、ＰＷＭ制御に用いられる三角波が線対称波形（図８参照）であり、ＰＷＭ出力が図４最下段右側に示す制御に基づく出力とした態様である。
【００８７】
実施例３は実施例２の線対称波形となる三角波に替えて非対称となる同一形状の三角波（図９参照）を採用した態様である。
【００８８】
実施例４は図２に示す回路図に対応し、３レベルインバータが用いられ、ＬＣフィルタのコンデンサがデルタ接続され、直流中性点ＮＰと接続される仮想接地点がＶ（Ｓ）相接地の三相３線式系統電源に対応する位置に選択され、ＰＷＭ制御に用いられる三角波が線対称波形であり、ＰＷＭ出力が図４最下段左側に示す制御に基づく出力とした態様である。
【００８９】
実施例５は図３に示す回路図に対応し、３レベルインバータが用いられ、ＬＣフィルタのコンデンサがスター接続され、直流中性点ＮＰと接続される仮想接地点がコンデンサの中性点に選択され、ＰＷＭ制御に用いられる三角波が線対称波形であり、ＰＷＭ出力が図４最下段右側に示す制御に基づく出力とした態様である。
【００９０】
比較例１は実施例２に対して中性点を仮想接地点で接続せずに開放した態様であり、比較例２は実施例４に対してＰＷＭ制御の三角波を非対称波形とし、系統電源がＯ（Ｎ）相接地の三相４線式系統電源である従来の態様である。
【００９１】
図１０に示すように、シミュレーション対象となる太陽電池パネルＰＶは、三相１０ｋＷパワーコンディショナで１６０％の過積載となるようなパネルを想定し、Ｎ端子側と接地間の浮遊容量Ｃｐ２を３μＦとした。
【００９２】
当該浮遊容量は、結晶系よりもモジュール当たりの発電電力で劣り、同じ定格電力であればモジュール枚数（面積）をより必要とする種類のモジュールである化合物系の太陽電池を対象とし、晴天時よりも厳しい雨天時を想定して決定した値である。
【００９３】
つまり、太陽電池パネルＰＶのセルと太陽電池フレームとの間に３μＦの寄生容量Ｃｐ２が存在していると仮定し、セルのフレームと接地間は接地抵抗Ｒｇ１を介してつながっていると想定した。尚、正極側に浮遊容量があるタイプの太陽電池、もしくは正極・負極両方に容量がある場合の太陽電池でも同様である。
【００９４】
図１１には、図１に示す回路図に対する負荷側のシミュレーション回路例が示されている。三相４線式  電灯・動力共用中点接地方式の変圧器に接続する低圧連系を想定している。Ｕ（Ｒ）−Ｖ（Ｓ）間のＯ（Ｎ）相を接地点とした回路で系統連系運転をさせた。尚、パワーコンディショナとの間には系統インピーダンスＲＳ，Ｌｓを挿入している。また、変圧器のＯ（Ｎ）相は接地抵抗Ｒｇ３を介して接地されるものとし、パワーコンディショナのＥ端子は接地抵抗Ｒｇ２を介して接地されている。
【００９５】
図１２には、図２に対するに示す回路図に対する負荷側のシミュレーション回路例が示されている。三相３線式Δ結線  Ｖ（Ｓ）相接地方式の変圧器に接続する低圧連系を想定している。尚、パワーコンディショナとの間には系統インピーダンスＲＳ，Ｌｓを挿入している。また、変圧器のＶ（Ｓ）相は接地抵抗Ｒｇ３を介して接地されるものとし、パワーコンディショナのＥ端子は接地抵抗Ｒｇ２を介して接地されている。
【００９６】
図１４は、シミュレーションに使用した回路定数が示されている。これらの回路定数に基づいて系統連系運転をシミュレーションした場合の漏洩電流を求めて評価した。
【００９７】
図１５には、シミュレーションの結果であるインバータの出力から系統を介してＤＣ側浮遊容量へ流れる漏洩電流の大きさが示されている。従来方式のＶ（Ｓ）相接地パワーコンディショナをＯ（Ｎ）相接地系統につないだ比較例２では、漏洩電流が１７０ｍＡとなり、１０ｋＷ級パワーコンディショナの漏電遮断器の標準的な感度電流１００ｍＡを超えてしまっているため、漏電遮断器が不要動作して、発電した電力を逆潮流させることができなくなることが伺える。
【００９８】
また、比較例１では、３レベルインバータを用いて対称波形の三角波を用いてＰＷＭ制御しても、インバータ出力のコンデンサと直流中性点のコンデンサをつながない状態では７３ｍＡとなり、漏電遮断器の感度電流が１００ｍＡであった場合の定格不動作電流である５０％以上となるので、不要動作する可能性が残るという結果となった。
【００９９】
実施例１から５では、漏洩電流の観点からは概ね同等であると評価することができる。但し、本シミュレーションはインバータを１台で運転させた状態であり、複数台運転ではインバータ間の循環電流により漏洩電流が増える傾向があることを考慮する必要があり、１台の運転条件では、極力漏洩電流を低減させておくことが重要となる。
【０１００】
そのような観点で評価すると、３レベルインバータを用い、線対称の三角波をキャリア信号に採用し、インバータ出力側のコンデンサをデルタ結線して、系統の接地点と同じ箇所を直流中性点のコンデンサにつなぐ方式である実施例２、実施例４の態様が最も好ましく、次に３レベルインバータを用い、線対称の三角波をキャリア信号に採用し、インバータ出力側のコンデンサをスター結線にして、その中性点を直流中性点のコンデンサにつなぐ方式である実施例５の態様が好ましい。
【０１０１】
以下に本発明の別実施形態を説明する。
上述した実施形態では、デルタ接続されたＬＣフィルタのコンデンサの各相が直列接続された二つのコンデンサで構成され、そのうちの中点と直流中性点ＮＰとを接続する半導体スイッチを備えたスイッチ回路７が設けられ、制御部３０によってスイッチ回路７が制御されるように構成された例を説明したが、例えば、パワーコンディショナ２の端子台に、直列接続された二つのコンデンサの各中点に連結された三つの端子と、直流中性点ＮＰに接続された一つの端子とを設けて、系統電源側の接地相に対応する端子間を手動操作で接続可能に構成してもよい。
【０１０２】
また、端子に替えて直列接続された二つのコンデンサの各中点に連結された三つの雄コネクタと直流中性点ＮＰに接続された一つの雌コネクタとを設けて、系統電源側の接地相に対応するコネクタ同士を手動操作で接続可能に構成してもよい。
【０１０３】
尚、本発明は、非絶縁電力変換装置２に接続される電源装置が太陽電池パネルＰＶである構成に限定されるものではなく、蓄電池や燃料電池等、非絶縁電力変換装置２と系統電源との間に接続される漏電遮断器が不要動作する虞のある直流電源に対しても広く適用可能である。また、直流電源と三相インバータとの間に直流昇圧コンバータが設けられ、直流昇圧コンバータの出力が三相インバータに接続され他構成を採用するものであってもよい。
【０１０４】
以上説明した実施形態は、本発明が適用される非絶縁電力変換装置及び非絶縁電力変換システムの一例に過ぎず、インバータ、制御部、ＬＣフィルタ等の具体的な回路構成や回路定数等は本発明による作用効果が奏される範囲で適宜変更設計することも可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０５】
１：非絶縁電力変換システム（太陽電池発電装置）
２：非絶縁電力変換装置（パワーコンディショナ）
３：インバータ
４：ＬＣフィルタ
５：コモンモードフィルタ
７：スイッチ回路
８：筐体
３０：制御部
ＮＰ：直流中性点（仮想接地点）
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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