JP4487354B2

JP4487354B2 - Grid interconnection inverter

Info

Publication number: JP4487354B2
Application number: JP34305599A
Authority: JP
Inventors: 眞一郎住吉; 武北泉; 隆昭奥出; 英樹大森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: JP2001169567A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池や燃料電池などの直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に出力する系統連系インバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の系統連系インバータについて図面を参照しながら説明する。図７は、従来から使用されている系統連系インバータの構成を示すブロック図である。図７において、系統連系インバータは、直流電源１と、昇圧コンバータ２と、昇圧コンバータ２の出力電流から高周波成分を除去する中間段コンデンサ３と、フルブリッジインバータ４と、フルブリッジインバータ４の出力から高周波リップルを除去する限流リアクトル５と、出力コンデンサ６とを備えている。直流電源１には、太陽電池または燃料電池を使用している。昇圧コンバータ２の直流リアクトル７を流れる直流リアクトル電流ｉｉと、限流リアクトル５を流れる限流リアクトル電流ｉｌとは、それぞれの電流検出手段（図示せず）によって検出され、制御回路は、それぞれの波形が所定基準の波形に近づくように、昇圧コンバータ２のスイッチング素子ＱＢおよびスイッチング素子ＱＦと、フルブリッジインバータ４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間が決定している。
【０００３】
上記構成における動作について簡単に説明すると、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎを昇圧コンバータ２によって高電圧の中間段電圧ＶＭに変換し、フルブリッジインバータ４を構成している４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によって商用周波数の正弦波の交流に変換し、限流リアクトル５と出力コンデンサ６とを介して系統９に出力している。このとき、制御回路は、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎが系統電圧ＶＡＣの絶対値に比べて小さい期間では昇圧コンバータ２を動作させ、そのときの直流リアクトル電流ｉｉを制御して出力電流ｉｏを生成し、また、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎが系統電圧ＶＡＣの絶対値に比べて大きい期間では昇圧コンバータ２を動作させず、フルブリッジインバータ４が入力電圧Ｖｉｎによる限流リアクトル電流ｉｌを制御して出力電流ｉｏを生成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の系統連系インバータでは、系統電圧ＶＡＣが正弦波の交流、入力電圧Ｖｉｎが直流であるので、出力電流ｉｏを正弦波として得るために直流リアクトル電流ｉｉの目標値を系統電圧ＶＡＣとほぼ同位相の正弦波の２乗として制御している。中間段コンデンサ３に印加される中間段電圧ＶＭは、系統電圧ＶＡＣの振幅とほほ同等でかつ位相差が小さいため、中間段コンデンサ３に流れ込む無効電流の位相は系統電圧ＶＡＣに対して約９０度進んでいる。出力電流ｉｏは中間段コンデンサ電流ｉＭと昇圧コンバータ２の出力電流とのベクトル和であるので、中間段コンデンサ電流ｉＭに比べて出力電流ｉｏが十分大きいときは、出力電流ｉｏと直流リアクトル電流ｉｉとの位相差は無視できるが、出力電流ｉｏが小さいときに直流リアクトル電流ｉｉの目標位相を変えずに、その振幅を正弦波の２乗とした場合、出力電流ｉｏの波形が歪むと言う課題を有している。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するもので、出力電流ｉｏが小さいときでも波形歪の小さい正弦波を維持できる系統連系インバータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる本発明は、直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、前記直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値に比べて小さい期間では前記昇圧コンバータを動作させ、そのときの直流リアクトル電流を制御して出力電流を生成し、また、前記直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値に比べて大きい期間では前記昇圧コンバータを動作させず、前記フルブリッジインバータが入力電圧による限流リアクトル電流を制御して出力電流を生成する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータである。
【０００７】
本発明により、出力電流が小さいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【０００８】
請求項２に係わる本発明は、直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、前記直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値に比べて小さい期間では前記昇圧コンバータを動作させ、そのときの直流リアクトル電流を制御して出力電流を生成し、また、前記直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値に比べて大きい期間では前記昇圧コンバータを動作させず、前記フルブリッジインバータが入力電圧による限流リアクトル電流を制御して出力電流を生成する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以上であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータである。
【０００９】
本発明により、系統電圧が大きいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００１０】
請求項３に係わる本発明は、直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、前記直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値に比べて小さい期間では前記昇圧コンバータを動作させ、そのときの直流リアクトル電流を制御して出力電流を生成し、また、前記直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値に比べて大きい期間では前記昇圧コンバータを動作させず、前記フルブリッジインバータが入力電圧による限流リアクトル電流を制御して出力電流を生成する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、中間段コンデンサ電流の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段と、前記中間段コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記中間段コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以上であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータである。
【００１１】
本発明により、中間段コンデンサの電流が大きいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００１２】
請求項４に係わる本発明は、出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータである。
【００１３】
本発明により、出力電流が小さいときに出力コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【００１４】
請求項５に係わる本発明は、出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以上であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータである。
【００１５】
本発明により、系統電圧が大きいときに出力コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【００１６】
請求項６に係わる本発明は、出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力コンデンサ電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段と、前記出力コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以上であると判定手段が判定したとき前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータである。
【００１７】
本発明により、出力コンデンサの電流が大きいときに出力コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
請求項１に係わる本発明において、制御回路は、中間段コンデンサの容量を切り替えて、出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるときは、リレーをオフとして中間段コンデンサの容量を小さくすることにより出力電流に関わらず出力電流を正弦波に維持するように制御する。実施例では、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、検出された出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により前記リレーをオフとするように駆動するリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００１９】
請求項２に係わる本発明において、制御回路は、中間段コンデンサの容量を切り替えて、系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるときは、リレーをオフとして中間段コンデンサの容量を小さくすることにより系統電圧の変動に関わらず出力電流を正弦波に維持するように制御する。実施例では、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、検出された系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により前記リレーをオフとするように駆動するリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２０】
請求項３に係わる本発明において、制御回路は、中間段コンデンサの容量を切り替えて、中間段コンデンサの電流の実効値が所定の中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるときは、リレーをオフとして中間段コンデンサの容量を小さくすることにより出力電流を正弦波に維持するように制御する。実施例では、中間段コンデンサ電流の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段と、検出された中間段コンデンサ電流の実効値が所定の中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により前記リレーをオフとするように駆動するリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２１】
請求項４に係わる本発明において、制御回路は、出力コンデンサの容量を切り替えて、出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるときは、第２のリレーをオフとして出力コンデンサの容量を小さくすることによりフルブリッジインバータの力率を向上させるように制御する。実施例では、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、検出された出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により第２のリレーをオフとするように駆動する第２のリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２２】
請求項５に係わる本発明において、制御回路は、出力コンデンサの容量を切り替えて、系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるときは、第２のリレーをオフとして出力コンデンサの容量を小さくすることにより系統電圧の変動に関わらずフルブリッジインバータの力率を向上させるように制御する。実施例では、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、検出された系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により第２のリレーをオフとするように駆動する第２のリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２３】
請求項６に係わる本発明において、制御回路は、出力コンデンサの容量を切り替えて、出力コンデンサの電流の実効値が所定の出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるときは、第２のリレーをオフとして出力コンデンサの容量を小さくすることによりフルブリッジインバータの力率を向上させるように制御する。実施例では、出力コンデンサの電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段と、検出された出力コンデンサの電流の実効値が所定の出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により第２のリレーをオフとするように駆動する第２のリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２４】
以下、本発明の系統連系インバータの実施例について説明する。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例１について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項１に係わる。
【００２６】
図１は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、従来例と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が従来例と異なる点は、中間段コンデンサ３を２つに分割して中間段コンデンサ３ａと中間段コンデンサ３ｂとを備えるとともに、中間段コンデンサ３ｂにはリレー１０を接続して設け、制御回路は、出力電流ｉｏ
の実効値を検出する出力電流実効値検出手段１１と、検出した出力電流ｉｏの実効値を所定の出力電流実効値閾値と比較判定する判定回路１２と、前記リレー１０を駆動するリレー駆動回路１３とを備えたことにある。なお、中間段コンデンサの上記分割は２つに限定されるものではない。
【００２７】
上記構成における動作について説明する。本実施例の系統連系インバータは、従来例と同様に、太陽電池や燃料電池によって構成している直流電源１を入力として使用し、直流電源１から供給された直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統９に出力する。
【００２８】
直流電源１に接続している昇圧コンバータ２は、直流電源１から供給された入力電圧Ｖｉｎを系統９における系統電圧ＶＡＣより高い中間段電圧ＶＭに高周波で昇圧する。昇圧コンバータ２は直流リアクトル７、スイッチング素子ＱＦ、およびスイッチング素子ＱＢによって構成され、入力電圧Ｖｉｎが系統電圧ＶＡＣの絶対値に比べて低い期間では直流リアクトル７に流れる直流リアクトル電流ｉｉを制御して出力電流ｉｏとして正弦波を得ている。昇圧コンバータ２に接続している中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）は、数百μＦ程度以下の容量を有するものを使用しており、昇圧された出力に含まれている高周波成分を除去するように作用する。
【００２９】
４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によって構成しているフルブリッジインバータ４は、中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）から入力されている入力電圧が系統９の電圧に比べて低い期間ではこの電圧を降圧するように作用する。また、限流リアクトル５と出力コンデンサ６は、前記フルブリッジインバータ４が出力している電圧によって生成される電流から高周波リップルを除去するように作用している。
【００３０】
中間段コンデンサ３は２個の中間段コンデンサ３ａと中間段コンデンサ３ｂとに分割されており、そのうちの中間段コンデンサ３ｂには直列にリレー１０が接続されている。判定回路１２は、出力電流実効値検出手段１１により検出された出力電流ｉｏの実効値を所定の出力電流実効値閾値と比較判定し、出力電流ｉｏの実効値が前記出力電流実効値閾値以下であるとき、リレー駆動回路１３によりリレー１０をオフとする。
【００３１】
直流リアクトル電流ｉｉを制御するとき、中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）を無視した場合には、系統電圧ＶＡＣは交流の正弦波、入力電圧Ｖｉｎは直流であるから、直流リアクトル電流ｉｉの波形目標値として正弦波の２乗を与えることにより出力電流ｉｏは概ね正弦波となるが、実際には中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと中間段コンデンサ３の容量とに比例しており、昇圧コンバータ２で生成される電流と中間段コンデンサ３ａの電流、すなわち中間段コンデンサ電流ｉＭとのベクトル和が出力電流ｉｏとなる。
【００３２】
ここで、出力電流実効値検出手段１１によって検出された出力電流ｉｏの実効値が所定の出力電流実効値閾値以下、すなわち出力電力が小さい場合、判定回路１２によってリレー１０をオフとするので、中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）の容量が減少し、中間段コンデンサの電流、すなわち中間段コンデンサ電流ｉＭは小さくなるので、直流リアクトル電流ｉｉの目標値を正弦波の２乗の形で、かつ出力電流ｉｏの実効値が前記出力電流実効値閾値よりも大きい場合と大幅に位相を変化させることなく、出力として低歪みの正弦波電流を生成する。
【００３３】
以上のように本実施例によれば、出力電流が小さいときは中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、中間段コンデンサに流れる無効電流を小さくでき、直流リアクトル電流の目標値の誤差が小さくなるようにできるので、低歪みの出力電流を得ることが可能な系統連系インバータを実現することができる。
【００３４】
（実施例２）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例２について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項２に係わる。
【００３５】
図２は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、制御回路において、系統電圧ＶＡＣの実効値を検出する系統電圧実効値検出手段１４を備え、判定回路１２は、検出された系統電圧ＶＡＣの実効値を所定の系統電圧実効値閾値と比較判定し、系統電圧ＶＡＣの実効値が前記系統電圧実効値閾値以上であるときにリレー駆動回路１３によりリレー１０をオフとすることにある。
【００３６】
上記構成における動作について説明する。直流リアクトル電流ｉｉを制御するとき、中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）を無視した場合、系統電圧ＶＡＣは交流の正弦波、入力電圧が直流であるから、直流リアクトル電流ｉｉの波形目標値として正弦波の２乗を与えることにより出力電流ｉｏは概ね正弦波となるが、実際には中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）の容量とに比例しており、昇圧コンバータ２で生成される電流と中間段コンデンサ電流ｉＭとのベクトル和が出力電流ｉｏとなる。系統連系インバータにおいて系統電圧ＶＡＣは定格±１５％程度の範囲で変動するため、中間段コンデンサ電流ｉＭも大幅に変化する。そこで、系統電圧ＶＡＣが大きく、かつ出力電力一定の場合、中間段コンデンサ電流ｉＭは増加し、出力電流ｉｏは減少するため、系統電圧実効値検出手段１４によって系統電圧ＶＡＣが上昇したことを検出して、判定回路１２とリレー駆動回路１３とによってリレー１０をオフとすることにより、中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）の容量が減少し、中間段コンデンサ電流ｉＭは小さくなることから、直流リアクトル電流ｉｉの目標値を正弦波の２乗の形で、かつ系統電圧ＶＡＣが定格時と大幅に位相を変化させることなく、出力電流ｉｏとして低歪みの正弦波電流を生成する。
【００３７】
以上のように本実施例によれば、系統電圧が定格に対して大幅に大きくなったときは中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、中間段コンデンサに流れる無効電流を小さくでき、直流リアクトル電流の目標値の誤差が小さくなるようにできるので、低歪みの出力電流が得られる系統連系インバータを実現することができる。
【００３８】
なお、本実施例の手段に実施例１で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
（実施例３）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例３について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項３に係わる。
【００４０】
図３は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例２と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１ないし実施例２と異なる点は、制御回路において、中間段コンデンサ電流ｉＭの実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段１５を備え、判定回路１２は、中間段コンデンサ電流ｉＭの実効値を所定の中間段コンデンサ電流実効値閾値と比較判定し、中間段コンデンサ電流ｉＭの実効値が前記中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、リレー駆動回路１３によりリレー１０をオフとすることにある。
【００４１】
上記構成における動作について説明する。系統電圧ＶＡＣの変動や出力電流ｉｏの変化に加えて中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）の容量のバラツキによっても中間段コンデンサ電流ｉＭは変化する。判定回路１２は、中間段コンデンサ電流実効値検出手段１５によって検出された中間段コンデンサ電流ｉＭの実効値を前記中間段コンデンサ電流実効値閾値と比較判定し、中間段コンデンサ電流ｉＭが前記中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、リレー１０をオフさせて中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）の容量を小さくすることにより、すべての変動を包含した制御として、中間段コンデンサ３（３ａ，３ｂ）の容量の選択が可能となる。
【００４２】
以上のように本実施例によれば、系統電圧や出力電流の大小に関わらず実際に中間段コンデンサに流れる電流を検出して、電流が大きいときは容量を小さくすることにより、直流リアクトル電流の目標値を精度よく与えることができるので、低歪みの出力電流が得られる系統連系インバータを実現することができる。
【００４３】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例２で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００４４】
（実施例４）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例４について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項４に係わる。
【００４５】
図４は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例３と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１ないし実施例３と異なる点は、出力コンデンサ６を２個の出力コンデンサ６ａと出力コンデンサ６ｂとに分割して備えるとともに、出力コンデンサ６ｂには直列に第２のリレー１６を設け、制御回路において、出力電流ｉｏの実効値を検出する出力電流実効値検出手段１１と、第２のリレー駆動回路１７とを備え、判定回路１２は、検出された出力電流ｉｏの実効値を所定の出力電流実効値閾値と比較判定し、出力電流ｉｏの実効値が前記出力電流実効値閾値以下であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとすることにある。
【００４６】
上記構成における動作について説明する。限流リアクトル５の電流を制御するとき、出力コンデンサ６ａと出力コンデンサ６ｂとからなる出力コンデンサ６を無視した場合、限流リアクトル５の電流の波形目標値として正弦波を与えることにより出力電流は概ね正弦波となるが、実際には出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量とに比例しており、フルブリッジインバータで生成される電流と出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の電流とのベクトル和が出力電流ｉｏとなる。出力電流実効値検出手段１１によって検出された出力電流実効値は所定の出力電流実効値閾値と判定回路１２により比較判定され、出力電流ｉｏの実効値が前記出力電流実効値閾値以下であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとして出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量を小さくしている。出力電流ｉｏは限流リアクトル電流ｉｌと出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の電流とのベクトル和として与えられるので、出力電流ｉｏが小さく、出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量が大きい場合は系統連系インバータは低力率動作となるが、出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量が小さくなるので、力率が改善される。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、出力電流の大きさに応じて、とくに出力電力が小さい場合、出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量を小さくすることにより、力率の低下を小さくして、系統電圧の上昇の防止や効率を向上することができる系統連系インバータを実現することができる。
【００４８】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例３で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００４９】
（実施例５）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例５について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項５に係わる。
【００５０】
図５は、本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例４と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例４と異なる点は、制御回路において、系統電圧ＶＡＣの実効値を検出する系統電圧実効値検出手段１４を備え、判定回路１２は、検出された系統電圧ＶＡＣの実効値を所定の系統電圧実効値閾値と比較判定し、系統電圧ＶＡＣの実効値が前記系統電圧実効値閾値以上であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとすることにある。
【００５１】
上記構成における動作について説明する。限流リアクトル電流ｉｌを制御するとき、出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）を無視した場合、限流リアクトル電流ｉｌの波形目標値として正弦波を与えることにより出力電流ｉｏは概ね正弦波となるが、実際には出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量とに比例しており、フルブリッジインバータ４で生成される電流と出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の電流とのベクトル和が出力電流ｉｏとなる。判定回路１２は、系統電圧実効値検出手段１４によって得られた系統電圧ＶＡＣの実効値を所定の系統電圧実効値閾値と比較判定し、系統電圧ＶＡＣの実効値が前記系統電圧実効値閾値以上で、かつ出力電流ｉｏが小さいとき、判定回路１２は第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとして出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量を小さくしている。
【００５２】
出力電流ｉｏは限流リアクトル電流ｉｌと出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の電流とのベクトル和として与えられることから、系統電圧ＶＡＣが大きく出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量が大きい場合、無効電流が大きくなり、系統連系インバータとしては低力率動作となる。そこで、出力電流ｉｏが小さい場合は、出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量を切り換えて小さくすることにより、力率を改善している。
【００５３】
以上のように本実施例によれば、系統電圧の大きさに応じて、とくに出力電力が小さい場合、出力コンデンサの容量を小さくすることにより、力率の低下を小さくして、系統電圧の上昇の防止や効率を向上させることができる系統連系インバータを実現することができる。
【００５４】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例４で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００５５】
（実施例６）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例６について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項６に係わる。
【００５６】
図６は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例５と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例４と異なる点は、出力コンデンサ６ａの電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段１８を備え、判定回路１２は、検出された出力コンデンサ６ａの電流の実効値が所定の出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとすることにある。
【００５７】
上記構成における動作について説明する。系統電圧ＶＡＣの変動や出力電流ｉｏの変化に加えて出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量のバラツキによっても出力コンデンサ６ａに流れる電流は変化する。判定回路１２は、出力コンデンサ電流実効値検出手段１８によって検出された出力コンデンサ６ａの電流の実効値を前記出力コンデンサ電流実効値閾値と比較判定し、出力コンデンサ６ａの電流の実効値が前記出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとして出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量を小さくすることにより、すべての変動を包含した制御として、出力コンデンサ６（６ａ，６ｂ）の容量の選択が可能となる。
【００５８】
以上のように本実施例によれば、系統電圧や出力電流の大小に関わらず実際に出力コンデンサに流れる電流を検出して、出力電流に対して無効電流が大きいときは容量を小さくすることにより、出力電流の力率改善が可能な系統連系インバータを実現することができる。
【００５９】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例５で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、出力電流が小さいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００６１】
請求項２記載の発明によれば、系統電圧が大きいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００６３】
請求項４または５または６記載の発明によれば、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の系統連系インバータの実施例１の構成を示すブロック図
【図２】本発明の系統連系インバータの実施例２の構成を示すブロック図
【図３】本発明の系統連系インバータの実施例３の構成を示すブロック図
【図４】本発明の系統連系インバータの実施例４の構成を示すブロック図
【図５】本発明の系統連系インバータの実施例５の構成を示すブロック図
【図６】本発明の系統連系インバータの実施例６の構成を示すブロック図
【図７】従来の系統連系インバータの構成を示すブロック図
【符号の説明】
１直流電源
２昇圧コンバータ
３、３ａ、３ｂ中間段コンデンサ
４フルブリッジインバータ
５限流リアクトル
６、６ａ、６ｂ出力コンデンサ
７直流リアクトル
８制御回路
９系統
１０リレー
１１出力電流実効値検出手段
１２判定回路
１３リレー駆動回路
１４系統電圧実効値検出手段
１５中間段コンデンサ電流実効値検出手段
１６第２のリレー
１７第２のリレー駆動回路
１８出力コンデンサ電流実効値検出手段
ＱＢ、ＱＦスイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ４スイッチング素子
Ｖｉｎ入力電圧
ＶＡＣ系統電圧
ＶＭ中間段電圧
ｉｉ直流リアクトル電流
ｉＭ中間段コンデンサ電流
ｉｌ限流リアクトル電流
ｉｏ出力電流[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a grid-connected inverter that converts DC power, such as a solar cell or a fuel cell, into AC power having a commercial frequency and outputs the AC power to a system.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, a conventional grid-connected inverter will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a grid-connected inverter used conventionally. In FIG. 7, the grid-connected inverter includes a DC power supply 1, a boost converter 2, an intermediate stage capacitor 3 that removes a high frequency component from the output current of the boost converter 2, a full bridge inverter 4, and an output of the full bridge inverter 4. A current-limiting reactor 5 for removing high-frequency ripple from the output capacitor 6. As the DC power source 1, a solar cell or a fuel cell is used. The DC reactor current ii flowing through the DC reactor 7 of the boost converter 2 and the current-limiting reactor current il flowing through the current-limiting reactor 5 are detected by the respective current detection means (not shown), and the control circuit Is The ON times of the switching elements QB and QF of the boost converter 2 and the switching elements Q1 to Q4 of the full bridge inverter 4 are determined so that the respective waveforms approach the predetermined reference waveform.
[0003]
The operation in the above configuration will be briefly described. The input voltage Vin from the DC power source 1 is converted into a high intermediate voltage VM by the boost converter 2, and the four switching elements Q1 to Q constituting the full-bridge inverter 4 are converted. It is converted into a sine wave alternating current at a commercial frequency by Q4 and is output to the system 9 via the current limiting reactor 5 and the output capacitor 6. At this time, the control circuit Is When the input voltage Vin from the DC power source 1 is smaller than the absolute value of the system voltage VAC, the boost converter 2 is operated, and the DC reactor current ii at that time is controlled to generate the output current io. During the period when the input voltage Vin from the power source 1 is larger than the absolute value of the system voltage VAC, the boost converter 2 is not operated, and the full-bridge inverter 4 controls the current-limiting reactor current il by the input voltage Vin and outputs the output current io. Is generated.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional grid-connected inverter, the system voltage VAC is a sine wave AC and the input voltage Vin is a DC. Therefore, in order to obtain the output current io as a sine wave, the target value of the DC reactor current ii is set to the system voltage VAC. And is controlled as the square of a sine wave of approximately the same phase. Since the intermediate stage voltage VM applied to the intermediate stage capacitor 3 is almost equal to the amplitude of the system voltage VAC and has a small phase difference, the phase of the reactive current flowing into the intermediate stage capacitor 3 is advanced by about 90 degrees with respect to the system voltage VAC. It is out. Since the output current io is the vector sum of the intermediate stage capacitor current iM and the output current of the boost converter 2, when the output current io is sufficiently larger than the intermediate stage capacitor current iM, the output current io and the DC reactor current ii However, if the output current io is small and the target phase of the DC reactor current ii is not changed and its amplitude is set to the square of a sine wave, the waveform of the output current io is distorted. Have.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a grid-connected inverter that can maintain a sine wave with a small waveform distortion even when the output current io is small.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a boost converter that includes a DC power supply, a DC reactor, and two switching elements to boost an input voltage from the DC power supply, and an output of the boost converter via an intermediate stage capacitor. A full-bridge inverter having four switching elements connected to the output, a current-limiting reactor and an output capacitor for removing high-frequency components from the output of the full-bridge inverter and outputting them to an AC system, When the input voltage from the DC power supply is small compared to the absolute value of the system voltage, the boost converter is operated, and the output current is generated by controlling the DC reactor current at that time, and the input from the DC power supply The boost converter is not operated during a period when the voltage is larger than the absolute value of the system voltage, and the full-bridge inverter generates an output current by controlling the current-limiting reactor current by the input voltage. In a grid-connected inverter comprising a control circuit, the intermediate stage capacitor is divided into a plurality of capacitors, and a relay is connected in series to at least one of the capacitors. An output current effective value detecting means for detecting an effective value of the current, and a determining means for comparing the detected value of the output current effective value with a threshold value, and a signal from the output current effective value detecting means is equal to or less than the threshold value This is a grid-connected inverter that turns off the relay when the determination means determines.
[0007]
According to the present invention, when the output current is small, the capacitance of the intermediate stage capacitor is reduced to reduce the reactive current, and the boost converter is operated in a period in which the input voltage from the DC power supply is smaller than the absolute value of the system voltage. Even under the condition of controlling the DC reactor current, the output current can be maintained as a sine wave.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a boost converter that includes a DC power source, a DC reactor, and two switching elements to boost the input voltage from the DC power source, and an output of the boost converter via an intermediate stage capacitor. A full-bridge inverter having four switching elements connected to the output, a current-limiting reactor and an output capacitor that removes high-frequency components from the output of the full-bridge inverter and outputs them to an AC system; When the input voltage from the DC power supply is small compared to the absolute value of the system voltage, the boost converter is operated, and the output current is generated by controlling the DC reactor current at that time, and the input from the DC power supply The boost converter is not operated during a period when the voltage is larger than the absolute value of the system voltage, and the full-bridge inverter generates an output current by controlling the current-limiting reactor current by the input voltage. In a grid-connected inverter comprising a control circuit, the intermediate stage capacitor is divided into a plurality of capacitors, and a relay is provided in series with at least one of the capacitors. A system voltage effective value detecting means for detecting an effective value of the voltage, and a determining means for comparing the detected value of the system voltage effective value with a threshold value, and the signal from the system voltage effective value detecting means is a threshold value more than This is a grid-connected inverter that turns off the relay when the determination means determines.
[0009]
According to the present invention, the reactive current is reduced by reducing the capacity of the intermediate stage capacitor when the system voltage is large, and the boost converter is operated in a period in which the input voltage from the DC power source is smaller than the absolute value of the system voltage. Even under the condition of controlling the DC reactor current, the output current can be maintained as a sine wave.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a boost converter that includes a DC power supply, a DC reactor, and two switching elements to boost an input voltage from the DC power supply, and an output of the boost converter via an intermediate stage capacitor. A full-bridge inverter having four switching elements connected to the output, a current-limiting reactor and an output capacitor that removes high-frequency components from the output of the full-bridge inverter and outputs them to an AC system; When the input voltage from the DC power supply is small compared to the absolute value of the system voltage, the boost converter is operated, and the output current is generated by controlling the DC reactor current at that time, and the input from the DC power supply The boost converter is not operated during a period when the voltage is larger than the absolute value of the system voltage, and the full-bridge inverter generates an output current by controlling the current-limiting reactor current by the input voltage. In a grid-connected inverter comprising a control circuit, the intermediate stage capacitor is divided into a plurality of capacitors, and a relay is provided in series with at least one of the capacitors. An intermediate stage capacitor current effective value detecting means for detecting an effective value of the stage capacitor current; and a determination means for comparing the detected value of the intermediate stage capacitor current effective value with a threshold value, and detecting the intermediate stage capacitor current effective value. The signal from the means is the threshold more than This is a grid-connected inverter that turns off the relay when the determination means determines.
[0011]
According to the present invention, when the current of the intermediate stage capacitor is large, the capacity of the intermediate stage capacitor is reduced, thereby reducing the reactive current, and the boost converter can be operated in a period when the input voltage from the DC power source is smaller than the absolute value of the system voltage. The output current can be maintained as a sine wave even under the condition of controlling the DC reactor current by operating.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, the output capacitor is divided into a plurality of capacitors, and a second relay is connected in series to at least one of the capacitors. Output current effective value detection means for detecting a value, and determination means for comparing the detected value of the output current effective value with a threshold value, and determining that the signal from the output current effective value detection means is equal to or less than the threshold value The grid-connected inverter according to any one of claims 1 to 3, wherein when the means determines, the second relay is turned off.
[0013]
According to the present invention, by reducing the capacity of the output capacitor when the output current is small, the reactive current can be reduced and the power factor of the full bridge inverter can be improved.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, the output capacitor is divided into a plurality of capacitors, and a second relay is connected in series to at least one of the capacitors. A grid voltage effective value detecting means for detecting a value, and a determining means for comparing the detected value of the system voltage effective value with a threshold value. more than The grid interconnection inverter according to any one of claims 1 to 3, wherein the second relay is turned off when the determination means determines that
[0015]
According to the present invention, by reducing the capacity of the output capacitor when the system voltage is large, the reactive current can be reduced and the power factor of the full bridge inverter can be improved.
[0016]
According to the sixth aspect of the present invention, the output capacitor is divided into a plurality of capacitors, and a second relay is connected in series to at least one of the capacitors. An output capacitor current effective value detection means for detecting an effective value; and a determination means for comparing the detected value of the output capacitor current effective value with a threshold value. A signal from the output capacitor current effective value detection means is a threshold value. more than The grid-connected inverter according to any one of claims 1 to 3, wherein the second relay is turned off when the determining means determines that
[0017]
According to the present invention, by reducing the capacity of the output capacitor when the current of the output capacitor is large, the reactive current can be reduced and the power factor of the full bridge inverter can be improved.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention according to claim 1, the control circuit switches the capacity of the intermediate stage capacitor, and when the effective value of the output current is equal to or less than a predetermined output current effective value threshold value, the control circuit turns off the relay and sets the capacity of the intermediate stage capacitor. Is controlled so that the output current is maintained as a sine wave regardless of the output current. In the embodiment, an output current effective value detection unit that detects an effective value of the output current, a determination circuit that compares and determines whether the detected effective value of the output current is equal to or less than a predetermined output current effective value threshold value, The control circuit includes a relay drive circuit that drives the relay to be turned off based on the determination result.
[0019]
In the present invention according to claim 2, the control circuit switches the capacity of the intermediate stage capacitor, and when the effective value of the system voltage is equal to or greater than a predetermined system voltage effective value threshold, the relay is turned off to set the capacity of the intermediate stage capacitor. The output current is controlled to be a sine wave regardless of the fluctuation of the system voltage. In the embodiment, a system voltage effective value detection unit that detects an effective value of the system voltage, a determination circuit that compares and determines whether the detected effective value of the system voltage is equal to or greater than a predetermined system voltage effective value threshold, The control circuit includes a relay drive circuit that drives the relay to be turned off based on the determination result.
[0020]
In the present invention according to claim 3, the control circuit switches the capacity of the intermediate stage capacitor, and when the effective value of the current of the intermediate stage capacitor is equal to or greater than a predetermined intermediate stage capacitor current effective value threshold, the control circuit turns off the relay. The output current is controlled to be maintained as a sine wave by reducing the capacitance of the intermediate stage capacitor. In the embodiment, an intermediate stage capacitor current effective value detecting means for detecting an effective value of the intermediate stage capacitor current, and whether or not the detected effective value of the intermediate stage capacitor current is equal to or greater than a predetermined intermediate stage capacitor current effective value threshold value. And a relay drive circuit that drives the relay to be turned off based on the determination result.
[0021]
In the present invention according to claim 4, the control circuit switches the capacity of the output capacitor, and when the effective value of the output current is equal to or less than the predetermined output current effective value threshold, the second relay is turned off to turn off the output capacitor. Control is performed to improve the power factor of the full bridge inverter by reducing the capacity. In the embodiment, an output current effective value detection unit that detects an effective value of the output current, a determination circuit that compares and determines whether the detected effective value of the output current is equal to or less than a predetermined output current effective value threshold value, The control circuit includes a second relay drive circuit that drives the second relay to turn off based on the determination result.
[0022]
In the present invention according to claim 5, the control circuit switches the capacity of the output capacitor, and when the effective value of the system voltage is equal to or greater than a predetermined system voltage effective value threshold, the second relay is turned off to turn off the output capacitor. Control is performed to improve the power factor of the full-bridge inverter by reducing the capacity, regardless of fluctuations in the system voltage. In the embodiment, a system voltage effective value detection unit that detects an effective value of the system voltage, a determination circuit that compares and determines whether the detected effective value of the system voltage is equal to or greater than a predetermined system voltage effective value threshold, The control circuit includes a second relay drive circuit that drives the second relay to turn off based on the determination result.
[0023]
In the present invention according to claim 6, the control circuit switches the capacity of the output capacitor, and when the effective value of the output capacitor current is equal to or greater than a predetermined output capacitor current effective value threshold, the control circuit turns off the second relay. Control is performed to improve the power factor of the full-bridge inverter by reducing the capacity of the output capacitor. In the embodiment, the output capacitor current effective value detecting means for detecting the effective value of the output capacitor current is compared with whether or not the detected effective value of the output capacitor current is equal to or larger than a predetermined output capacitor current effective value threshold value. The control circuit includes a determination circuit for determination and a second relay drive circuit that drives the second relay to be turned off based on the determination result.
[0024]
Hereinafter, the Example of the grid connection inverter of this invention is described.
[0025]
【Example】
Example 1
Hereinafter, Example 1 of the grid interconnection inverter of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment relates to claim 1.
[0026]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as a prior art example, and detailed description is abbreviate | omitted. The difference between the present embodiment and the conventional example is that the intermediate stage capacitor 3 is divided into two parts and provided with an intermediate stage capacitor 3a and an intermediate stage capacitor 3b, and a relay 10 is connected to the intermediate stage capacitor 3b. Control circuit Is , Output current io
Output current effective value detecting means 11 for detecting the effective value of the output current, a determination circuit 12 for comparing the effective value of the detected output current io with a predetermined output current effective value threshold value, and a relay drive circuit 13 for driving the relay 10 It is in having prepared. The above division of the intermediate stage capacitor is not limited to two.
[0027]
The operation in the above configuration will be described. As in the conventional example, the grid-connected inverter of this embodiment uses a DC power source 1 constituted by a solar cell or a fuel cell as an input, and uses DC power supplied from the DC power source 1 as AC power of commercial frequency. And output to the system 9.
[0028]
The step-up converter 2 connected to the DC power source 1 boosts the input voltage Vin supplied from the DC power source 1 to a middle stage voltage VM higher than the system voltage VAC in the system 9 at a high frequency. Boost converter 2 includes DC reactor 7, switching element QF, and switching element QB, and controls and outputs DC reactor current ii flowing through DC reactor 7 during a period when input voltage Vin is lower than the absolute value of system voltage VAC. A sine wave is obtained as the current io. Intermediate stage capacitor 3 connected to boost converter 2 (3a, 3b) Uses a capacitor having a capacity of about several hundred μF or less, and acts to remove high-frequency components contained in the boosted output.
[0029]
A full bridge inverter 4 constituted by four switching elements Q1 to Q4 includes an intermediate stage capacitor 3 (3a, 3b) In the period when the input voltage input from is lower than the voltage of the grid 9, this voltage is lowered. Further, the current limiting reactor 5 and the output capacitor 6 act so as to remove the high frequency ripple from the current generated by the voltage output from the full bridge inverter 4.
[0030]
The intermediate stage capacitor 3 is divided into two intermediate stage capacitors 3a and an intermediate stage capacitor 3b, and a relay 10 is connected in series to the intermediate stage capacitor 3b. The determination circuit 12 compares the effective value of the output current io detected by the output current effective value detection means 11 with a predetermined output current effective value threshold value, and the effective value of the output current io is equal to or less than the output current effective value threshold value. At some time, the relay 10 is turned off by the relay drive circuit 13.
[0031]
When controlling the DC reactor current ii, the intermediate stage capacitor 3 (3a, 3b) Is neglected, the system voltage VAC is an alternating sine wave and the input voltage Vin is a direct current. Therefore, by giving the square of the sine wave as the waveform target value of the direct current reactor current ii, the output current io is approximately a sine wave. Actually, the intermediate capacitor 3 (3a, 3b) , A reactive current flows with a leading phase of about 90 degrees with respect to the system voltage VAC. The effective value of this reactive current is approximately proportional to the system voltage VAC and the capacity of the intermediate stage capacitor 3. Generated current and intermediate stage capacitor 3a Current, that is, the vector sum of the intermediate stage capacitor current iM and the output current io.
[0032]
Here, when the effective value of the output current io detected by the output current effective value detecting means 11 is equal to or less than a predetermined output current effective value threshold, that is, when the output power is small, the determination circuit 12 turns off the relay 10, Stage capacitor 3 (3a, 3b) And the intermediate stage capacitor current iM becomes small, so that the target value of the DC reactor current ii is in the form of a square of a sine wave, and the effective value of the output current io is the output value. A low-distortion sinusoidal current is generated as an output without significantly changing the phase when the current is larger than the current effective value threshold.
[0033]
As described above, according to this embodiment, when the output current is small, the reactive current flowing through the intermediate stage capacitor can be reduced by reducing the capacity of the intermediate stage capacitor, and the error of the target value of the DC reactor current is reduced. Therefore, a grid interconnection inverter capable of obtaining a low distortion output current can be realized.
[0034]
(Example 2)
Hereinafter, Example 2 of the grid interconnection inverter of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment relates to claim 2.
[0035]
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of this embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as Example 1, and detailed description is abbreviate | omitted. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the control circuit In The system voltage effective value detecting means 14 for detecting the effective value of the system voltage VAC is provided, and the determination circuit 12 compares and determines the detected effective value of the system voltage VAC with a predetermined system voltage effective value threshold value. The relay drive circuit 13 turns off the relay 10 when the effective value of the voltage VAC is equal to or greater than the system voltage effective value threshold.
[0036]
The operation in the above configuration will be described. When controlling the DC reactor current ii, the intermediate stage capacitor 3 (3a, 3b) Is ignored, the system voltage VAC is an alternating sine wave and the input voltage is a direct current. Therefore, by giving the square of the sine wave as the waveform target value of the direct current reactor current ii, the output current io becomes approximately a sine wave. Actually, the intermediate capacitor 3 (3a, 3b) , A reactive current flows with a leading phase of about 90 degrees with respect to the system voltage VAC. The effective value of this reactive current is substantially equal to the system voltage VAC and the intermediate stage capacitor 3. (3a, 3b) The vector sum of the current generated by the boost converter 2 and the intermediate stage capacitor current iM is the output current io. In the grid-connected inverter, the system voltage VAC fluctuates within a range of about rated ± 15%, so that the intermediate stage capacitor current iM also varies greatly. Therefore, when the system voltage VAC is large and the output power is constant, the intermediate stage capacitor current iM increases and the output current io decreases. Therefore, the system voltage effective value detection means 14 detects that the system voltage VAC has increased. Then, the intermediate stage capacitor 3 is turned off by turning off the relay 10 by the determination circuit 12 and the relay drive circuit 13. (3a, 3b) Therefore, the target value of the DC reactor current ii is set to the square of the sine wave, and the phase of the system voltage VAC is not significantly changed from the rated value. , A low distortion sine wave current is generated as the output current io.
[0037]
As described above, according to the present embodiment, when the system voltage becomes significantly higher than the rating, the reactive current flowing in the intermediate stage capacitor can be reduced by reducing the capacity of the intermediate stage capacitor, and the DC reactor current can be reduced. Therefore, it is possible to realize a grid-connected inverter capable of obtaining a low distortion output current.
[0038]
Needless to say, the means described in the first embodiment may be combined with the means of the present embodiment.
[0039]
Example 3
Hereinafter, Example 3 of the grid interconnection inverter of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment relates to claim 3.
[0040]
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of this embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as Example 1 thru | or Example 2, and detailed description is abbreviate | omitted. This embodiment is different from the first and second embodiments in that the control circuit In The intermediate stage capacitor current effective value detecting means 15 for detecting the effective value of the intermediate stage capacitor current iM is provided, and the determination circuit 12 uses the effective value of the intermediate stage capacitor current iM as a predetermined intermediate stage capacitor current effective value threshold value. When the comparison is made and the effective value of the intermediate stage capacitor current iM is equal to or greater than the intermediate stage capacitor current effective value threshold, the relay drive circuit 13 turns off the relay 10.
[0041]
The operation in the above configuration will be described. In addition to the fluctuation of the system voltage VAC and the change of the output current io, the intermediate stage capacitor 3 (3a, 3b) The intermediate-stage capacitor current iM also changes due to the variation in the capacitances. The determination circuit 12 compares and determines the effective value of the intermediate stage capacitor current iM detected by the intermediate stage capacitor current effective value detection means 15 with the intermediate stage capacitor current effective value threshold, and the intermediate stage capacitor current iM is determined by the intermediate stage capacitor current iM. When the current effective value threshold is exceeded, the relay 10 is turned off and the intermediate capacitor 3 (3a, 3b) By reducing the capacitance of the intermediate stage capacitor 3 as a control including all variations, (3a, 3b) The capacity can be selected.
[0042]
As described above, according to the present embodiment, the current flowing through the intermediate stage capacitor is detected regardless of the system voltage and the output current, and when the current is large, the capacitance is reduced to reduce the DC reactor current. Since the target value can be given with high accuracy, a grid-connected inverter capable of obtaining a low distortion output current can be realized.
[0043]
Needless to say, the means described in the first and second embodiments may be combined with the means of the present embodiment.
[0044]
(Example 4)
Hereinafter, Example 4 of the grid interconnection inverter of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment relates to claim 4.
[0045]
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of this embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as Example 1 thru | or Example 3, and detailed description is abbreviate | omitted. The present embodiment is different from the first to third embodiments in that the output capacitor 6 is divided into two output capacitors 6a and 6b, and the second relay 16 is connected in series with the output capacitor 6b. Provide a control circuit In The output current effective value detecting means 11 for detecting the effective value of the output current io and the second relay drive circuit 17 are provided, and the determination circuit 12 outputs the detected effective value of the output current io to a predetermined output. The second relay drive circuit 17 turns off the second relay 16 when the effective value of the output current io is equal to or less than the output current effective value threshold.
[0046]
The operation in the above configuration will be described. When the current of the current limiting reactor 5 is controlled, if the output capacitor 6 consisting of the output capacitor 6a and the output capacitor 6b is ignored, the output current is substantially increased by giving a sine wave as the waveform target value of the current of the current limiting reactor 5. Although it is a sine wave, it is actually an output capacitor 6 (6a, 6b) , A reactive current flows with a leading phase of about 90 degrees with respect to the system voltage VAC. The effective value of this reactive current is substantially equal to the system voltage VAC and the output capacitor 6. (6a, 6b) The current generated by the full bridge inverter and the output capacitor 6 (6a, 6b) The vector sum with the current is the output current io. The output current effective value detected by the output current effective value detecting means 11 is compared and determined by a determination circuit 12 with a predetermined output current effective value threshold, and when the effective value of the output current io is less than or equal to the output current effective value threshold, The second relay drive circuit 17 turns off the second relay 16 and the output capacitor 6 (6a, 6b) The capacity is reduced. The output current io is the current limiting reactor current il and the output capacitor 6 (6a, 6b) Since the output current io is small, the output capacitor 6 (6a, 6b) When the capacity is large, the grid-connected inverter operates at a low power factor, but the output capacitor 6 (6a, 6b) Since the capacity of the battery becomes smaller, the power factor is improved.
[0047]
As described above, according to the present embodiment, the output capacitor 6 is selected according to the magnitude of the output current, particularly when the output power is small. (6a, 6b) By reducing the capacity, it is possible to realize a grid-connected inverter capable of reducing the decrease in power factor and preventing the increase in grid voltage and improving the efficiency.
[0048]
Needless to say, the means described in the first to third embodiments may be combined with the means of the present embodiment.
[0049]
(Example 5)
Hereinafter, Example 5 of the grid interconnection inverter of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment relates to claim 5.
[0050]
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of the present embodiment. In addition, the same code | symbol is provided to the same component as Example 1 thru | or Example 4, and detailed description is abbreviate | omitted. This embodiment differs from the fourth embodiment in that the control circuit In The system voltage effective value detecting means 14 for detecting the effective value of the system voltage VAC is provided, and the determination circuit 12 compares and determines the detected effective value of the system voltage VAC with a predetermined system voltage effective value threshold value. The second relay drive circuit 17 turns off the second relay 16 when the effective value of the voltage VAC is equal to or greater than the system voltage effective value threshold.
[0051]
The operation in the above configuration will be described. When controlling the current limiting reactor current il, the output capacitor 6 (6a, 6b) Is neglected, by giving a sine wave as the waveform target value of the current-limiting reactor current il, the output current io becomes almost a sine wave. (6a, 6b) , A reactive current flows with a leading phase of about 90 degrees with respect to the system voltage VAC. The effective value of this reactive current is substantially equal to the system voltage VAC and the output capacitor 6. (6a, 6b) The current generated by the full bridge inverter 4 and the output capacitor 6 (6a, 6b) The vector sum with the current is the output current io. The determination circuit 12 compares and determines the effective value of the system voltage VAC obtained by the system voltage effective value detection means 14 with a predetermined system voltage effective value threshold, and the effective value of the system voltage VAC is equal to or greater than the system voltage effective value threshold. When the output current io is small, the determination circuit 12 turns off the second relay 16 by the second relay drive circuit 17 and outputs the output capacitor 6. (6a, 6b) The capacity is reduced.
[0052]
The output current io is the current limiting reactor current il and the output capacitor 6 (6a, 6b) Since the system voltage VAC is large, the output capacitor 6 (6a, 6b) When the capacity is large, the reactive current becomes large, and the system interconnection inverter operates at a low power factor. Therefore, when the output current io is small, the output capacitor 6 (6a, 6b) The power factor is improved by switching the capacity of the battery to make it smaller.
[0053]
As described above, according to the present embodiment, in accordance with the magnitude of the system voltage, particularly when the output power is small, the decrease of the power factor is reduced by reducing the capacity of the output capacitor, thereby increasing the system voltage. It is possible to realize a grid-connected inverter that can prevent the above-described problem and improve the efficiency.
[0054]
Needless to say, the means described in the first to fourth embodiments may be combined with the means of the present embodiment.
[0055]
(Example 6)
Hereinafter, Example 6 of the grid interconnection inverter of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment relates to claim 6.
[0056]
FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of this embodiment. In addition, the same code | symbol is provided to the same component as Example 1 thru | or Example 5, and detailed description is abbreviate | omitted. The difference between this embodiment and the fourth embodiment is that the output capacitor 6a Output capacitor current effective value detection means 18 for detecting the effective value of the current of the output capacitor, and the determination circuit 12 includes the detected output capacitor 6a The second relay drive circuit 17 turns off the second relay 16 when the effective value of the current is equal to or greater than a predetermined output capacitor current effective value threshold.
[0057]
The operation in the above configuration will be described. In addition to the fluctuation of the system voltage VAC and the change of the output current io, the output capacitor 6 (6a, 6b) Output capacitor also due to variations in capacitance 6a The current that flows through changes. The determination circuit 12 is an output capacitor detected by the output capacitor current effective value detection means 18. 6a The effective value of the current of the output capacitor is compared with the output capacitor current effective value threshold value, and the output capacitor 6a When the effective value of the current is equal to or greater than the output capacitor current effective value threshold, the second relay drive circuit 17 turns off the second relay 16 and the output capacitor 6 (6a, 6b) By reducing the capacitance of the output capacitor 6, the output capacitor 6 is controlled as a control including all variations. (6a, 6b) The capacity can be selected.
[0058]
As described above, according to the present embodiment, the current actually flowing through the output capacitor is detected regardless of the magnitude of the system voltage and the output current, and when the reactive current is large relative to the output current, the capacitance is reduced. Thus, a grid-connected inverter capable of improving the power factor of the output current can be realized.
[0059]
Needless to say, the means described in the first to fifth embodiments may be combined with the means of the present embodiment.
[0060]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the reactive current is reduced by reducing the capacity of the intermediate stage capacitor when the output current is small, so that the input voltage from the DC power source is smaller than the absolute value of the system voltage. The output current can be maintained in a sine wave even under the condition that the DC converter current is controlled by operating the boost converter.
[0061]
According to the second aspect of the present invention, the reactive current is reduced by reducing the capacity of the intermediate stage capacitor when the system voltage is large, and the input voltage from the DC power source is smaller than the absolute value of the system voltage. The output current can be maintained in a sine wave even under the condition that the DC converter current is controlled by operating the boost converter.
[0062]
According to the third aspect of the present invention, even when the reactive current is reduced and the DC converter current is controlled by operating the boost converter in a period in which the input voltage from the DC power source is smaller than the absolute value of the system voltage, The current can be maintained in a sine wave.
[0063]
According to invention of Claim 4 or 5 or 6, the power factor of a full bridge inverter can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of a grid-connected inverter according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a grid-connected inverter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of a grid-connected inverter according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a fourth embodiment of a grid-connected inverter according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a fifth embodiment of a grid-connected inverter according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a grid interconnection inverter according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a conventional grid-connected inverter
[Explanation of symbols]
1 DC power supply
2 Boost converter
3, 3a, 3b Intermediate capacitor
4 Full-bridge inverter
5 Current-limiting reactor
6, 6a, 6b Output capacitor
7 DC reactor
8 Control circuit
9 lines
10 Relay
11 Output current effective value detection means
12 Judgment circuit
13 Relay drive circuit
14 System voltage effective value detection means
15 Intermediate stage capacitor current effective value detection means
16 Second relay
17 Second relay drive circuit
18 Output capacitor current effective value detection means
QB, QF switching element
Q1-Q4 switching element
Vin input voltage
VAC system voltage
VM intermediate stage voltage
ii DC reactor current
iM Intermediate stage capacitor current
il Current limiting reactor current
io Output current

Claims

A boost converter that includes a DC power supply, a DC reactor, and two switching elements to boost the input voltage from the DC power supply, and four switching elements that are connected to the output of the boost converter via an intermediate stage capacitor A full-bridge inverter, a current-limiting reactor and output capacitor that removes high-frequency components from the output of the full-bridge inverter and outputs them to an AC system, and the input voltage from the DC power supply is smaller than the absolute value of the system voltage In the period, the boost converter is operated, and the DC reactor current at that time is controlled to generate an output current, and in the period when the input voltage from the DC power supply is larger than the absolute value of the system voltage, the boost converter is operated. Without operating, the full-bridge inverter controls the current-limiting reactor current by the input voltage. In the system interconnection inverter and a control circuit for generating an output current, wherein with the interstage condenser provided by dividing into a plurality of capacitors, provided by connecting a relay in series with at least one of said capacitor, said The control circuit includes an output current effective value detection unit that detects an effective value of the output current, and a determination unit that compares a detection value of the output current effective value with a threshold value. A grid-connected inverter that turns off the relay when the determination unit determines that the signal is equal to or less than a threshold value.

A boost converter that includes a DC power supply, a DC reactor, and two switching elements to boost the input voltage from the DC power supply, and four switching elements that are connected to the output of the boost converter via an intermediate stage capacitor A full-bridge inverter, a current-limiting reactor and output capacitor that removes high-frequency components from the output of the full-bridge inverter and outputs them to an AC system, and the input voltage from the DC power supply is smaller than the absolute value of the system voltage In the period, the boost converter is operated, and the DC reactor current at that time is controlled to generate an output current, and in the period when the input voltage from the DC power supply is larger than the absolute value of the system voltage, the boost converter is operated. Without operating, the full-bridge inverter controls the current-limiting reactor current by the input voltage. In the system interconnection inverter and a control circuit for generating an output current, wherein with the interstage condenser provided by dividing into a plurality of capacitors, provided by connecting a relay in series with at least one of said capacitor, said The control circuit includes a system voltage effective value detection unit that detects an effective value of the system voltage, and a determination unit that compares a detection value of the system voltage effective value with a threshold value. A grid-connected inverter that turns off the relay when the determination unit determines that the signal is equal to or greater than a threshold value.

A boost converter that includes a DC power supply, a DC reactor, and two switching elements to boost the input voltage from the DC power supply, and four switching elements that are connected to the output of the boost converter via an intermediate stage capacitor A full-bridge inverter, a current-limiting reactor and output capacitor that removes high-frequency components from the output of the full-bridge inverter and outputs them to an AC system, and the input voltage from the DC power supply is smaller than the absolute value of the system voltage In the period, the boost converter is operated, and the DC reactor current at that time is controlled to generate an output current, and in the period when the input voltage from the DC power supply is larger than the absolute value of the system voltage, the boost converter is operated. Without operating, the full-bridge inverter controls the current-limiting reactor current by the input voltage. In the system interconnection inverter and a control circuit for generating an output current, wherein with the interstage condenser provided by dividing into a plurality of capacitors, provided by connecting a relay in series with at least one of said capacitor, said The control circuit includes intermediate stage capacitor current effective value detection means for detecting an effective value of the intermediate stage capacitor current, and determination means for comparing the detected value of the intermediate stage capacitor current effective value with a threshold value. A grid-connected inverter that turns off the relay when the determination unit determines that the signal from the capacitor current effective value detection unit is greater than or equal to a threshold value.

The output capacitor is divided into a plurality of capacitors, and a second relay is connected in series to at least one of the capacitors, and the control circuit detects the effective value of the output current to detect the effective value of the output current. And a determination means for comparing the detected value of the output current effective value with a threshold value, and when the determination means determines that the signal from the output current effective value detection means is equal to or less than the threshold value, the second The grid interconnection inverter according to any one of claims 1 to 3, wherein the relay is turned off.

The output capacitor is divided into a plurality of capacitors and a second relay is connected in series to at least one of the capacitors. The control circuit detects the effective value of the system voltage to detect the effective value of the system voltage. And a determination means for comparing the detected value of the system voltage effective value with a threshold value, and when the determination means determines that the signal from the system voltage effective value detection means is greater than or equal to the threshold value, the second The grid interconnection inverter according to any one of claims 1 to 3, wherein the relay is turned off.

The output capacitor is divided into a plurality of capacitors and a second relay is connected in series to at least one of the capacitors, and the control circuit detects the effective value of the output capacitor current. A value detection means and a determination means for comparing the detected value of the output capacitor current effective value with a threshold, and when the determination means determines that the signal from the output capacitor current effective value detection means is equal to or greater than the threshold The grid interconnection inverter according to any one of claims 1 to 3, wherein the second relay is turned off.