JP3245505B2 - 系統連系型インバータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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して、商用系
統電源に連系させる系統連系型インバータ制御装置に関
し、特に、商用系統電源との連系を安定に行う系統連系
型インバータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に従来の系統連系型インバータ制御
装置を適用した太陽光発電システムの回路ブロック図を
示す。このシステムは、系統連系型インバータ制御装置
２０で太陽電池２の直流電力をパルス幅変調（ＰＷＭ）
制御して交流電力に変換し、商用絶縁トランス４を介
し、商用系統電源３と連系させて負荷５に供給するもの
である。

【０００３】系統連系型インバータ制御装置２０は、入
力コンデンサ６、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４よりなる
ＦＥＴブリッジ７、出力フィルター機能を持つ出力チョ
ークコイル８及び平滑コンデンサ９、連系リレー１０、
制御部１１、商用系統電圧検出器１２、インバータ出力
電流検出器１３から構成されている。

【０００４】制御部１１では、商用系統電圧検出器１２
により検出された商用系統電圧信号ａに基づき、信号演
算処理部１９にてそれと同期した基準正弦波信号ｂを発
振し、その基準正弦波信号ｂとフィードバック信号であ
るインバータ出力電流検出信号ｃ（インバータ出力電流
検出器１３で検出）との差を誤差増幅器１７で増幅した
信号をＰＷＭ制御回路１６でＰＷＭ制御し，ゲートドラ
イブ回路１５でゲートドライブ信号をスイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ４に出力する。

【０００５】系統連系型インバータ制御装置２０の通常
運転時には、連系リレー１０が投入され、商用系統電源
３と系統連系型インバータ制御装置２０が連系されてお
り、基準正弦波信号ｂをインバータ出力電流が最大とな
るように、つまり、太陽電池最大電力点追尾により制御
する。そして、直流電圧検出器（図示していない）で検
出した太陽電池２の出力電圧の低下あるいは商用系統電
源３または系統連系型インバータ制御装置２０などの異
常の発生といった停止条件が成立したときに、連系リレ
ー１０を遮断して商用系統電源３と系統連系型インバー
タ制御装置２０とを切り離し、ＦＥＴブリッジ７の動作
を停止する。

【０００６】起動時を考えると、それ以前は、連系リレ
ー１０が遮断されており、商用系統電源３と系統連系型
インバータ制御装置２０が切り離されている。このと
き、基準正弦波信号ｂは制御されていない。そして、太
陽電池２の出力電圧の増加や、系統連系型インバータ制
御装置２０などの異常の回復といった起動条件が成立し
たときに、ゲートドライブ信号によりスイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ４から成るＦＥＴブリッジ７が起動される。そ
の後、系統連系型インバータ制御装置２０及び商用系統
電源３の正常動作が確認されたら、連系リレー１０を投
入し、商用系統電源３と系統連系型インバータ制御装置
２０との接続を行い、負荷５に電力を供給する。この接
続の際、商用系統電源３から系統連系型インバータ制御
装置２０への電流の逆流を避けるために、基準正弦波信
号ｂには予め最低の振幅が決められており、連系リレー
１０を投入する時には、基準正弦波信号ｂをその最低振
幅の正弦波信号に固定しておき、連系リレー１０の投入
後即座にインバータ出力電流の制御を開始する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、商用系統電源３と系統連系型インバータ制御
装置２０との連系前及び連系時には、フィードバック信
号としてインバータ出力電流検出信号ｃを使用するた
め、基準正弦波信号ｂを上記のように予め決められた最
低振幅の正弦波に固定したとしても、インバータ出力電
圧を正確に制御することは不可能であった。従って、商
用系統電源３と系統連系型インバータ制御装置２０とを
連系させる時に、以下に示すような問題が生じていた。

【０００８】インバータ出力電圧が商用系統電圧よりも
低い場合には、商用系統電源３から系統連系型インバー
タ制御装置２０に電流が逆流するため、インバータ入力
電圧が異常に高くなる。この電圧がスイッチング素子Ｑ
１〜Ｑ４あるいは太陽電池２の耐圧を越えると、素子の
破壊が引き起こされる。電流の逆流を防止するために、
太陽電池２と系統連系型インバータ２０との間に逆流防
止用のダイオードを挿入する方法があるが、この場合、
ダイオードの抵抗により電力損失が生じるという問題が
ある。

【０００９】また、商用系統電源３に対してインバータ
出力電圧が異常に高い場合には、接続時に過渡電流が流
れるため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が破壊された
り、商用系統電源３が悪影響を受けたりする恐れがあ
る。

【００１０】本発明はかかる点に鑑み、系統連系型イン
バータ制御装置２０と商用系統電源３とを連系させる際
に、電流の逆流や過渡電流を発生させない系統連系型イ
ンバータ制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、商用系統電源と系統連系型インバータ制御装
置が遮断されているときには、それらが連系されている
ときの制御対象であるインバータ出力電流に替えて、イ
ンバータ出力電圧を制御対象として選択し、インバータ
出力電圧を商用系統電圧と同一あるいは数ボルト高い電
圧に設定する手段を備えるものである。本発明は、太陽
電池等の直流電源から入力した直流電力を交流電力に変
換し、商用系統電源に連系して負荷に供給する系統連系
型インバータ制御装置において、前記商用系統電源と前
記系統連系型インバータ制御装置を連系，遮断する手段
と、商用系統電圧、インバータ出力電流及びインバータ
出力電圧を検出する手段と、前記商用系統電源と前記系
統連系型インバータ制御装置が連系されている場合に
は、商用系統電圧信号と同期した振幅可変の基準正弦波
信号を発生させ、前記商用系統電源と前記系統連系型イ
ンバータ制御装置が遮断されている場合には、前記イン
バータ出力電圧が前記商用系統電圧と同一あるいは数ボ
ルト高くなるように設定された基準正弦波信号を発生さ
せる手段と、前記商用系統電源と前記系統連系型インバ
ータ制御装置が遮断されている場合にはインバータ出力
電圧検出信号を、前記商用系統電源と前記系統連系型イ
ンバータ制御装置が連系されている場合にはインバータ
出力電流検出信号を、選択する信号切替手段と、前記選
択したインバータ出力電圧検出信号またはインバータ出
力電流検出信号のいずれか一方の信号と、前記基準正弦
波信号と、を誤差増幅する手段と、該誤差増幅により得
られる信号に基づいてパルス幅変調制御を行う手段と、
を備えたことを特徴とする系統連系型インバータ制御装
置を提供する。

【００１２】

【作用】このように本発明の系統連系型インバータ制御
装置では、商用系統電源との連系状態により、制御対象
の切り替えを行う。即ち、商用系統電源と系統連系型イ
ンバータ制御装置が遮断されている時は、インバータ出
力電圧検出信号をフィードバック信号として選択し、商
用系統電源と系統連系型インバータ制御装置が連系され
ている時は、インバータ出力電流検出信号をフィードバ
ック信号として選択する。また、商用系統電源と系統連
系型インバータ制御装置が遮断されている時にインバー
タ出力電圧を商用系統電圧と同一または数ボルト高い電
圧に設定する。従って、商用系統電源と系統連系型イン
バータ制御装置とが連系しているときには、最大電力点
追尾制御を行うことができ、また、商用系統電源と系統
連系型インバータ制御装置とを連系させる際には、イン
バータ出力電圧を商用系統電圧と同一あるいは数ボルト
高い電圧に制御するため、商用系統電源からの電流の逆
流や過渡電流の発生を抑えることができる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の系統連系型インバータ制御装
置の一実施例を適用した太陽光発電システムの回路ブロ
ック図である。系統連系型インバータ制御装置１は、太
陽電池２からの入力電力の変動を抑える入力コンデンサ
６，直流−交流変換用のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４か
らなるＦＥＴブリッジ７，出力フィルターとして機能
し、ＰＷＭ制御された矩形波を正弦波に変換する出力チ
ョーク８および平滑コンデンサ９，太陽電池２の出力低
下時あるいは異常発生時に系統連系型インバータ制御装
置１を商用系統電源３および負荷５から切り離すための
連系リレー１０，制御部１１，商用系統電圧検出器１
２，インバータ出力電流検出器１３，インバータ出力電
圧検出器１４から構成される。

【００１４】制御部１１は、ＦＥＴブリッジ７を駆動制
御するゲートドライブ回路１５，ＰＷＭ制御部１６，誤
差増幅器１７，信号切替部１８，ＣＰＵを中心としたデ
ィジタル回路で構成される信号演算処理部１９から構成
される。

【００１５】次に、本例の太陽電池発電システムの動作
を説明する。

【００１６】系統連系型インバータ制御装置１はＰＷＭ
制御部１６によってＰＷＭ制御を施されたゲートドライ
ブ回路１５から出力されるゲートパルス信号に基づい
て、ＦＥＴブリッジ７における１対のスイッチング素子
Ｑ１とＱ２およびＱ３とＱ４を交互にＯＮ／ＯＦＦする
ことにより矩形波を生成し、更に、その矩形波を出力チ
ョーク８と平滑コンデンサ９からなる出力フィルターで
正弦波に変換することにより、太陽電池２の直流電力を
交流に変換する。

【００１７】制御部１１の動作は、系統連系型インバー
タ制御装置１の通常運転時と起動時では異なる。まず、
通常運転時、つまり、連系リレー１０が投入されてお
り、商用系統電源３と系統連系型インバータ制御装置１
が連系されている時の動作について説明する。このと
き、信号切替部１８はインバータ出力電流検出信号ｃを
フィードバック信号として選択し、誤差増幅器１７へ出
力する。誤差増幅器１７では、フィードバック信号であ
るインバータ出力電流検出信号ｃを基準正弦波信号ｂと
比較し、その誤差を増幅した信号をＰＷＭ制御部１６に
出力する。ＰＷＭ制御部１６ではその信号とスイッチン
グ搬送波となる三角波とを比較することによりＰＷＭ波
形としてのスイッチングパターン信号を生成し、ゲート
ドライブ回路１５に出力する。そして、ゲートドライブ
回路１５はゲートパルス信号をＦＥＴブリッジ７に出力
してインバータ出力電流を制御する。この時、基準正弦
波信号ｂの振幅を、連系リレー１０の投入時の振幅値を
最小値として、その時の日照条件などに対し、太陽電池
２の出力電力が最大となるように制御（最大電力点追尾
制御）する。即ち、基準正弦波信号ｂの振幅を増加方向
に変化させた場合、インバータ出力電流が振幅を増加さ
せる前の検出値より増加すれば更に振幅を増加させ、減
少すれば振幅を減少させる。また、基準正弦波信号ｂの
振幅を減少方向に変化させた場合には、インバータ出力
電流が振幅を減少させる前の検出値より増加すれば更に
振幅を減少させ、増加すれば振幅を増加させる。以上の
ようにインバータ出力電流が常に増加するよう基準正弦
波信号ｂの振幅を変化させる。

【００１８】そして、太陽電池２の出力の低下あるいは
商用系統電源３または系統連系型インバータ制御装置１
の異常の発生等がある場合には、連系リレー１０を遮断
して、系統連系型インバータ設定装置１の動作を停止す
ることとなる。

【００１９】系統連系型インバータ制御装置１の起動時
における制御部１１の動作は次のとうりである。起動
時、系統連系型インバータ制御装置１と商用系統電源３
は連係リレー１０により切り離されており、信号切替部
１８はインバータ出力電圧検出信号ｄをフィードバック
信号として選択している。そのフィードバック信号は誤
差増幅器１７において信号演算処理部１９で生成された
基準正弦波信号ｂと比較される。この結果がＰＷＭ制御
部１６へ出力され、ＰＷＭパターンが変化し、インバー
タ出力電圧検出信号ｄの振幅を基準正弦波信号ｂの振幅
と等しくなるように誘導する。この基準正弦波信号ｂの
振幅は、インバータ出力電圧が商用系統電圧と同一ある
いは数ボルト（本例では０ボルト〜５ボルト）高い設定
電圧となるように決められる。但し、インバータ出力電
圧は、太陽電池２の解放電圧がある一定値以上とならな
ければ、その設定電圧には達しない。

【００２０】日照量の増大等により太陽電池２の解放電
圧が一定値以上となり、インバータ出力電圧が上記の設
定電圧に到達したら、即ち、インバータ出力電圧が商用
系統電圧と同一あるいは数ボルト（本例では０ボルト〜
５ボルト）高い電圧となったら、信号演算処理部１９は
連系リレー１０を投入する信号を出力するとともに、フ
ィードバック信号をインバータ出力電圧検出信号ｄから
インバータ出力電流検出信号ｃに切り替える信号を信号
切替部１８に出力する。フィードバック信号切り替え時
におけるインバータ出力電流検出信号ｃの振幅は、イン
バータ出力電圧が商用系統電圧と一致するときのインバ
ータ出力電圧検出信号ｄの振幅と同程度の大きさになる
ように予めゲイン調整されており、これにより、フィー
ドバック信号の切り替えを滑らかに行う。

【００２１】また、信号演算処理部１９は、連系リレー
１０投入直後は、基準正弦波信号ｂの振幅を変化させな
い、即ち、連系リレー１０の遮断時においてインバータ
出力電圧を商用系統電圧と同一あるいは数ボルト高い電
圧に設定する振幅に固定したままとする。そして、上記
のようにフィードバック信号の切り替えが滑らかに行わ
れた後、徐々に基準正弦波信号ｂの振幅を増加させて、
日照強度に応じた最大電力点追尾制御を行う。

【００２２】以上のように、本例の系統連系型インバー
タ制御装置１は、商用系統電源３と連係する際に、イン
バータ出力電圧を商用系統電圧と同一あるいは数ボルト
高い電圧に制御することができるため、連系の際に生じ
る商用系統電源３からの電流の逆流や過渡電流の発生を
抑えることができ、素子の破壊や商用系統電源３に悪影
響を与えることを防ぐことができる。また、太陽電池２
と系統連系型インバータ制御装置１との間にダイオード
を挿入する必要が無いため、太陽電池２の電力をダイオ
ードによる電力損失なしで効率よく負荷に供給すること
ができる。

【００２３】次に、信号演算処理部１９での基準正弦波
信号ｂの生成方法の一例を以下に示す。まず、複数の振
幅を持つ正弦波の半周期分の振幅をある時間間隔でサン
プリングし、そのデータを信号演算処理部１９に記憶さ
せておく。そして、制御状態に応じて最適な振幅を持つ
正弦波を選択し、読み出し、出力する。本例では、周波
数が６０Ｈｚで半周期が１／１２０秒の正弦波を用い、
これをｎ等分した１／１２０／ｎ秒の時間間隔でサンプ
リングを行った。基準正弦波信号ｂの生成は、商用系統
電圧０クロス検出によりＣＰＵの内蔵タイマをスタート
させ、サンプリング時間間隔毎（本例では１／１２０／
ｎ秒毎）にデータを順次読み出し、それらのディジタル
値をＤ／ＡコンバータによってＤ／Ａ変換することによ
り行う。また、商用系統電圧信号ａから正負方向を検出
し、その正負方向と発振する正弦波の正負方向を合わ
せ、商用系統電圧信号ａより検出した０クロスポイント
と同期させることにより、商用系統電圧信号ａと位相整
合させる。本実施例では、以上の処理をマイクロコンピ
ュータを用いたソフトウェア制御を行うことにより実現
している。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、商用系統
電源と系統連系型インバータ制御装置との連系の際に、
インバータ出力電圧を商用系統電圧と同一あるいは数ボ
ルト高い電圧に制御することができるため、電流の逆流
や過渡電流の発生を抑えることができ、素子の破壊等を
発生させない安定した連系状態を確立することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図２】従来例を示す回路ブロック図である。

【符号の説明】

１ 系統連系型インバータ制御装置 １０ 連系リレー １１ 制御部 １２ 商用系統電圧検出器 １３ インバータ出力電流検出器 １４ インバータ出力電圧検出器 １５ ゲートドライブ回路 １６ ＰＷＭ制御部 １７ 誤差増幅器 １８ 信号切替部 １９ 信号演算処理部 ａ 商用系統電圧信号 ｂ 基準正弦波信号 ｃ インバータ出力電流検出信号 ｄ インバータ出力電圧検出信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 浩史 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 藤井 哲 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−169577（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−227757（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−46265（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−16220（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−22829（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 G05F 1/67 H02J 3/38

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池等の直流電源から入力した直流
   電力を交流電力に変換し、商用系統電源に連系して負荷
   に供給する系統連系型インバータ制御装置において、 前記商用系統電源と前記系統連系型インバータ制御装置
   を連系，遮断する手段と、 商用系統電圧、インバータ出力電流及びインバータ出力
   電圧を検出する手段と、 前記商用系統電源と前記系統連系型インバータ制御装置
   が連系されている場合には、商用系統電圧信号と同期し
   た振幅可変の基準正弦波信号を発生させ、前記商用系統
   電源と前記系統連系型インバータ制御装置が遮断されて
   いる場合には、前記インバータ出力電圧が前記商用系統
   電圧と同一あるいは数ボルト高くなるように設定された
   基準正弦波信号を発生させる手段と、 前記商用系統電源と前記系統連系型インバータ制御装置
   が遮断されている場合にはインバータ出力電圧検出信号
   を、前記商用系統電源と前記系統連系型インバータ制御
   装置が連系されている場合にはインバータ出力電流検出
   信号を、選択する信号切替手段と、 前記選択したインバータ出力電圧検出信号またはインバ
   ータ出力電流検出信号のいずれか一方の信号と、前記基
   準正弦波信号と、を誤差増幅する手段と、 該誤差増幅により得られる信号に基づいてパルス幅変調
   制御を行う手段と、を備えたことを特徴とする系統連系
   型インバータ制御装置。