(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から入力される大きさの変化する入力電圧を所定の大きさに昇圧する昇圧回路部と、この昇圧回路部の出力電圧を制御する昇圧制御回路と、前記昇圧回路部からの入力を交流に変換するインバータ主回路部と、を備える系統連系型インバータ装置において、
前記昇圧制御回路を、前記昇圧回路部の出力電圧が、系統連系する商用電力系統の電源電圧を検出する電圧検出手段の出力によって、該出力電圧と商用電源電圧のピーク値との差が一定となるよう制御するようにしたことを特徴とする系統連系型インバータ装置。
【請求項２】
前記電圧検出手段を、商用電力系統の単相３線式線路のＵ相とＶ相とのそれぞれから電圧信号を入力し前記ピーク値を出力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の系統連系型インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統連系型インバータ装置であり、特に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し、商用電力系統と連系して負荷に供給する系統連系型インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単相３線式線路は、住宅などの一般需要家に対し、商用電源の１００Ｖと２００Ｖとを効率よく供給する配電方式として、現在最も普及している。
【０００３】
また近年、地球環境保護への対応の一つとして、環境汚染の無い太陽光エネルギ利用による太陽光発電システムによる分散電源システム開発が進みつつある。そして、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し、商用電力系統と連系して負荷に供給する系統連系型インバータ装置としては、例えば図３に示す、特開平６−３３２５５４に開示された構成のものがある。このものは、太陽電池１から入力される大きさの変化する入力電圧を昇圧制御回路１０によって所定の大きさに昇圧する昇圧回路部４と、その昇圧回路部４からの入力を交流に変換して単相２線式線路に出力するインバータ主回路部６と、を備えて構成されている。
【０００４】
詳しくは、１は、直流電源としての太陽電池であり、２は、逆流防止ダイオードで、アノードが太陽電池１の正極側に接続されている。３は、電解コンデンサによって形成された平滑用コンデンサで、一端が逆流防止ダイオード２のカソード、他端が太陽電池１の負極側にそれぞれ接続されて太陽電池１からの出力電圧を平滑し安定化している。
【０００５】
昇圧回路部４は、トランジスタ等のスイッチ素子Ｑ１、リアクトルＬ１、ダイオードＤ６を有して構成されている。そして、平滑用コンデンサ３の両端に接続されて太陽電池１からの直流電力が平滑用コンデンサ３によって電圧が安定化されてこの昇圧回路部４に入力される。昇圧回路部４は、出力端の出力電圧が昇圧制御回路１０によって検知されてスイッチング制御され、大きさの変化する入力電圧を所定の電圧値に昇圧する。
【０００６】
５は、電解コンデンサによって形成された平滑用コンデンサで、両端がそれぞれ昇圧回路部４の出力に接続されて昇圧のスイッチングによる高周波成分を吸収し電圧を平滑化している。
【０００７】
インバータ主回路部６は、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５及び各スイッチ素子のそれぞれに通電方向と逆方向に並列接続されたダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５と、ローパスフィルター用のリアクトルＬ２、Ｌ３及びコンデンサＣ１とにより構成されている。そして、昇圧回路部４からの出力である所定の電圧値の直流が入力されて商用交流に電力変換し出力する。
【０００８】
７は、開閉器で、その一端がインバータ主回路部６の一方の出力端子に、他端が、８の負荷の一端に接続されている。また、この負荷８は、その他端がインバータ主回路部６の他方の出力端子に接続されている。９は商用電源で、負荷８の両端に接続されている。従って、インバータ主回路部６の出力である交流電力は、開閉器７を介して商用電力系統に連系し負荷８に供給される。なお、１１は、インバータ制御回路で、太陽電池１の出力電力がほぼ最大となって変換されて出力されるよう、インバータ主回路部６のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５に対してパルス幅変調による変調信号を生成するための制御回路である。
【０００９】
上記の構成において、昇圧回路部４の直流電圧Ｖ２の出力は、後段のインバータ主回路部６が安定動作を行うため、原理的な値の出力交流電圧の波高値すなわち実効電圧値の大略１．４倍の値に対し、スイッチ素子による電圧降下、ローパスフィルターによる電圧降下などを考慮し、さらに商用電力系統の商用電圧の最も高い値を想定して電圧値が設定される。そして、単相３線式の商用電力系統と連系し使用される系統連系型インバータ装置においては大略３５０Ｖに設定される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成の系統連系型インバータ装置は、高い効率の電力変換が望まれるもので、インバータ主回路部のスイッチ素子も高速応答性及びオン抵抗の小さいものが用いられる。しかし、このスイッチ素子からみた場合、インバータ主回路部の入力である直流電圧と出力である交流電圧の波高値との差が大きく、従って、スイッチ素子そのものが損失の高い条件によってスイッチングされるものであった。
【００１１】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、スイッチ素子による損失を低く抑えてインバータ主回路部の安定動作を実現する電力変換効率の高い系統連系型インバータ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の系統連系型インバータ装置は、直流電源から入力される大きさの変化する入力電圧を所定の大きさに昇圧する昇圧回路部と、この昇圧回路部の出力電圧を制御する昇圧制御回路と、前記昇圧回路部からの入力を交流に変換するインバータ主回路部と、を備える系統連系型インバータ装置において、前記昇圧制御回路を、前記昇圧回路部の出力電圧が、系統連系する商用電力系統の電源電圧を検出する電圧検出手段の出力によって、該出力電圧と商用電源電圧のピーク値との差が一定となるよう制御するようにしている。これにより、昇圧回路部の出力電圧が昇圧制御回路により、系統連系する商用電力系統の電源電圧を検出する電圧検出手段の出力によって出力電圧と商用電源電圧のピーク値との差が一定となるよう制御される。
【００１３】
また、請求項２記載の系統連系インバータ装置は、請求項１記載の電圧検出手段を、商用電力系統の単相３線式線路のＵ相とＶ相とのそれぞれから電圧信号を入力し前記ピーク値を出力するようにしている。これにより、電圧検出手段によって、商用電力系統の単相３線式線路のＵ相とＶ相とのそれぞれから電圧信号が入力されピーク電圧が検出される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の系統連系型インバータ装置の一実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、系統連系型インバータ装置の構成を示す構成図である。図２は、図１に示す系統連系型インバータ装置の要部である昇圧制御回路の構成を示すブロック図である。これらの図において、従来例のものと同じものは同一の符号を符してあり、詳細な説明は省略する。
【００１５】
この系統連系型インバータ装置は、太陽電池１の直流電力を交流電力に変換し単相３線式線路の商用電力系統９と連系して負荷８、８に電源供給する単相３線式線路に用いる系統連系型インバータ装置で、逆流防止ダイオード２と、平滑用コンデンサ３と、昇圧回路部４と、平滑用コンデンサ５と、インバータ主回路部６と、開閉器７と、昇圧制御回路１０と、インバータ制御回路１１とを主要構成部とする。
【００１６】
このものの昇圧制御回路１０は、昇圧回路部４の出力電圧信号Ｖ２と、商用電力系統９の交流電源のＵ相とＶ相からの交流電圧信号Ｖ３１、Ｖ３２とを入力し、昇圧回路部４の出力電圧Ｖ２を制御する。そして、図２に示すように、
昇圧回路出力電圧検出部１０１と、系統連系する商用電力系統９の電源電圧を検出する電圧検出手段である商用系統ピーク電圧検出部１０２と、差動増幅回路１０３と、基準電源１０４と、加算回路１０５と、ＰＷＭ比較器１０６と、三角波発振器１０７と、ドライバ回路１０８とを有し、昇圧回路部４のスイッチ素子Ｑ１をパルス幅変調制御によってスイッチング制御する。
【００１７】
Ｖ２−（Ｖ３１又はＶ３２のうち大きい値）×２
が一定となるようスイッチ素子Ｑ１のゲートに与えるパルス幅を変化させる出力をドライバ回路１０８を介してＱ１のゲートに向けて出力する。上式による差は、インバータ主回路部のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５が安定して動作し且つスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５の損失を低く抑え得るよう設定されている。すなわち、この差が小さい場合は商用電力系統９からインバータ主回路６に向けて電流が流れ込むこととなり、この差が必要以上に大きい場合はスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５の損失が大きくなる。
【００１８】
次に、以上説明した系統連系型インバータ装置によって太陽電池１の直流電源を交流電源に変換する動作について説明する。太陽電池１から直流電力が出力されると、まず、平滑用のコンデンサ３に蓄電される。太陽電池１から入力される直流電圧は、０〜大略３５０Ｖまで変化して絶えず変動するが、このコンデンサ３によって平滑化され、昇圧回路部４のスイッチ素子Ｑ１に安定化され入力される。スイッチ素子Ｑ１は、昇圧制御回路１０の制御信号によって、昇圧回路部４の出力電圧Ｖ２を、
Ｖ２−（Ｖ３１又はＶ３２のうち大きい値）×２
を一定とすべくスイッチング幅が制御されてオン、オフ動作する。
【００１９】
その結果、太陽電池１の直流電圧出力Ｖ１は、ダイオードＤ６を介して接続されたインバータ主回路部６に、上式による差を有する直流電圧Ｖ２に昇圧されて供給される。直流電圧Ｖ２は、インバータ主回路部６のスイッチブリッジを形成するスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５によりスイッチングされ、高周波成分を含む、商用電源に同期した略正弦波交流電流に変換される。そしてこの略正弦波交流電流は、リアクトルＬ２、Ｌ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２とによるローパスフィルタにより高周波成分が除去され平滑された商用電源に変換され、出力電流として出力される。そして、この出力は、商用電源９からの供給電流と合成され、単相３線式線路の負荷電流として負荷８、８に入力されるものとなる。
【００２０】
以上説明した系統連系型インバータ装置によると、昇圧回路部４の出力電圧が昇圧制御回路１０により、系統連系する商用電力系統９の電源電圧を検出する電圧検出手段である商用系統ピーク電圧検出部１０２の出力によって出力電圧Ｖ２と商用電源電圧Ｖ３１、Ｖ３２のピーク値との差が一定となるよう制御されるので、従来例の場合のように例えば商用電源電圧が低いときに出力電圧Ｖ２との差が大きくなってスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ３、Ｑ４による損失が大きくなるといったことがなく、商用電源電圧の低いときにスイッチ素子による損失が低く抑えられるとともに商用電源電圧の高いときにはインバータ主回路部の安定動作をが達成され、電力変換効率の高いものとなる。また、電圧検出手段である商用系統ピーク電圧検出部１０２によって、商用電力系統９の単相３線式線路のＵ相とＶ相とのそれぞれから電圧信号が入力されピーク電圧が検出されるので、単相３線式線路において安定した直流交流電力変換動作が達成される。
【００２１】
なお、上記の実施の形態の説明において、商用電力系統を単相３線式線路のものについて説明したが、本発明はそのもののみに限定するものでなく商用電力系統が単相２線式線路のものであっても良い。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の系統連系型インバータ装置は、昇圧回路部の出力電圧が昇圧制御回路により、系統連系する商用電力系統の電源電圧を検出する電圧検出手段の出力によって出力電圧と商用電源電圧のピーク値との差が一定となるよう制御されるので、商用電源電圧の低いときにスイッチ素子による損失が低く抑えられるとともに商用電源電圧の高いときにインバータ主回路部の安定動作が達成され、電力変換効率の高いものとなる。
【００２３】
また、請求項２記載の系統連系型インバータ装置は、請求項１記載のものの効果に加え、電圧検出手段によって、商用電力系統の単相３線式線路のＵ相とＶ相とのそれぞれから電圧信号が入力されピーク電圧が検出されるので、単相３線式線路において安定した直流交流電力変換動作が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の系統連系型インバータ装置の実施の形態の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す系統連系型インバータ装置の要部である昇圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】従来例の系統連系型インバータ装置の実施の形態の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１    太陽電池（直流電源）
４    昇圧回路部
６    インバータ主回路部
９    商用電力系統
１０  昇圧制御回路
１０２  商用系統ピーク電圧検出部（電圧検出手段）
【図１】
0003862320.tif 000002
【図２】
0003862320.tif 000003
【図３】
0003862320.tif 000004