JP2008199808A - System-interconnected inverter arrangement - Google Patents

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Shinichiro Sumiyoshi
眞一郎 住吉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient system-interconnected inverter device which can supply a constant voltage to the second inverter, in the operation range of input voltage change, output voltage change, and the like, by making the operating conditions of the first inverter which has a resonance circuit, as one. <P>SOLUTION: In this system-interconnected inverter device, the first inverter 12 which takes a step-up action under certain operating conditions, and a converter 17 which steps down the output of the first inverter 12 to DC voltage higher than the maximum value of system voltage, are connected in series via a high-frequency transformer 11, and the converter 17 is operated so that the output DC voltage so that it becomes a certain value. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池または太陽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電力を注入する系統連系インバータ装置に関するものである。   The present invention relates to a grid-connected inverter device that converts DC power, such as a fuel cell or a solar cell, into AC power having a commercial frequency and injects power into the system.

従来、この種の系統連系インバータ装置としては、特許文献１に示されているようなものが知られている。図９は、従来使用している系統連系インバータ装置の構成を示すブロック図であり、例えば直流電圧を分割する２個以上の分圧コンデンサ７と、１次側に中間端子を有する高周波トランス１と、２個のスイッチング素子を直列接続したアームが２個からなるフルブリッジ構成の第１インバータ２と、各スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続した第１から第４の共振コンデンサ３ａ〜３ｄと、高周波トランス２次側の整流手段４と、出力電流を制御する第２インバータ５とを具備し、分圧コンデンサ７による中間電圧と、高周波トランス１の中間端子とを共振リアクトル８で接続することで、スイッチング素子が各アームの動作に関わらずゼロ電圧スイッチング動作を実現している高効率な系統連系インバータ装置である。   Conventionally, what is shown by patent document 1 is known as this kind of grid connection inverter apparatus. FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of a conventional grid-connected inverter device. For example, the high-frequency transformer 1 having two or more voltage dividing capacitors 7 for dividing a DC voltage and an intermediate terminal on the primary side is shown. The first inverter 2 having a full bridge structure including two arms each having two switching elements connected in series, and the first to fourth resonance capacitors 3a to 3d respectively connected between the collector and the emitter of each switching element. And a rectifying means 4 on the secondary side of the high frequency transformer and a second inverter 5 for controlling the output current, and the intermediate voltage by the voltage dividing capacitor 7 and the intermediate terminal of the high frequency transformer 1 are connected by the resonant reactor 8. Thus, the switching element is a high-efficiency grid-connected inverter device that realizes zero voltage switching operation regardless of the operation of each arm.

図１０と図１１は動作を説明する波形図である。Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ３とがそれぞれ１８０度の位相を有して高周波スイッチングすることで、直流入力電源のマイナス側をゼロとしたとき、高周波トランスの１次側（ａ）点電圧はゼロと直流電圧Ｖｉｎとを振幅とする高周波電圧となる。ここで、導通していたスイッチング素子（例えばＱ１、Ｑ４）がターンオフする際にそれぞれのスイッチング素子に並列に接続された共振コンデンサ３ａ、３ｄは充電され、非道通であったスイッチング素子（ここではＱ２、Ｑ３）に並列の共振コンデンサ３ｂ、３ｃは放電されて逆導通ダイオードが導通したところで、電流は直流入力電源に回生される。逆導通ダイオードが導通するタイミングでＱ２、Ｑ３をターンオンすることで、ゼロ電圧スイッチングが行われる。ここでＱ１、Ｑ４が導通する場合とＱ２、Ｑ３が交互に導通する双方の期間において、高周波トランス１の１次側の中間端子には直流入力電圧の１／２の電圧が印加されていることから、分圧コンデンサ７で得られる中間電圧は直流入力電圧の１／２であるため、共振リアクトル８の両端に印加される電圧はゼロとなり、本動作において共振リアクトル８には電流は流れない。一方、出力電力や入力電圧の条件によってはインバータ１２を構成するＱ１（またはＱ２）とＱ４（またはＱ３）が１８０度以外の位相差を有してスイッチングする場合があるが、この時高周波トランス１３の１次側の中間端子以外が共に直流電源の入力電圧またはゼロ電圧となることで、共振リアクトル８の両端には（Ｖｉｎ−１／２Ｖｉｎ）または（０−１／２Ｖｉｎ）が印加されて共振リアクトル８に電流が流れるため、共振コンデンサ３から十分な電荷を引き抜いて、ゼロ電圧スイッチングを維持している。以上の動作により整流手段４から出力されて第２インバータ５に入力される直流電圧は、平均値が系統１６の最大電圧以上の一定値に維持されている。
特開２００６−３０４３８０号公報 10 and 11 are waveform diagrams for explaining the operation. When Q1 and Q4 and Q2 and Q3 have high-frequency switching with a phase of 180 degrees, respectively, when the negative side of the DC input power supply is zero, the primary side (a) point voltage of the high-frequency transformer is zero. It becomes a high frequency voltage whose amplitude is the DC voltage Vin. Here, when the switching elements (for example, Q1 and Q4) that have been turned on are turned off, the resonant capacitors 3a and 3d that are connected in parallel to the respective switching elements are charged, and the switching elements that have been disabled (here, Q2). , Q3) in parallel with the resonant capacitors 3b, 3c are discharged and the reverse conducting diode is turned on, the current is regenerated to the DC input power source. Zero voltage switching is performed by turning on Q2 and Q3 at the timing when the reverse conducting diode is turned on. Here, during the period when Q1 and Q4 are turned on and during the period when Q2 and Q3 are turned on alternately, a voltage that is ½ of the DC input voltage is applied to the intermediate terminal on the primary side of the high-frequency transformer 1. Therefore, since the intermediate voltage obtained by the voltage dividing capacitor 7 is ½ of the DC input voltage, the voltage applied across the resonant reactor 8 becomes zero, and no current flows through the resonant reactor 8 in this operation. On the other hand, depending on the conditions of output power and input voltage, Q1 (or Q2) and Q4 (or Q3) constituting the inverter 12 may be switched with a phase difference other than 180 degrees. Both of the terminals other than the intermediate terminal on the primary side become the input voltage or zero voltage of the DC power supply, so that (Vin−1 / 2Vin) or (0−1 / 2Vin) is applied to both ends of the resonance reactor 8 to resonate. Since current flows through the reactor 8, sufficient electric charge is drawn from the resonance capacitor 3 to maintain zero voltage switching. The DC voltage output from the rectifier 4 and input to the second inverter 5 by the above operation is maintained at a constant value equal to or higher than the maximum voltage of the grid 16.
JP 2006-304380 A

しかしながら前記従来の構成では、入力電圧や出力電力に関わらず第１インバータのゼロ電圧スイッチングによる低損失化と整流手段の出力つまり第２インバータの入力を概ね一定電圧とを維持するには、第１インバータを構成する共振リアクトルと２個の分圧コンデンサとが必須であり、さらに動作条件によってはスイッチング素子の周波数可変や位相差を有してスイッチングする必要があるため、低損失化やコスト削減に向けた機器の簡素化は困難であるという課題があった。   However, in the conventional configuration, in order to reduce the loss due to zero voltage switching of the first inverter and to maintain the output of the rectifier, that is, the input of the second inverter, at a substantially constant voltage regardless of the input voltage and output power, The resonant reactor and two voltage-dividing capacitors that make up the inverter are indispensable, and depending on the operating conditions, switching with a variable frequency or phase difference of the switching element is necessary. There was a problem that it was difficult to simplify the equipment.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、直流電源の出力電圧つまり第１インバータの入力電圧にかかわらず、内部に共振回路を有する第１インバータの動作条件を一つとし、共振コンデンサに対する共振リアクトルによる電流の充放電を不要としつつ、全動作条件において第２インバータに一定の電圧を供給することが可能な高効率の系統連系インバータ装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and the operating condition of the first inverter having a resonance circuit therein is one, regardless of the output voltage of the DC power source, that is, the input voltage of the first inverter, and An object of the present invention is to provide a high-efficiency grid-connected inverter device that can supply a constant voltage to a second inverter under all operating conditions while eliminating the need for charging / discharging of current by a resonant reactor.

前記目的を達成するために、本発明の系統連系インバータ装置は、一定の動作条件（パルス幅、周波数、位相）で昇圧動作を行う第１インバータと、入力条件によって変化する第１インバータの出力を系統電圧の最大値以上の直流電圧まで降圧するコンバータとを直列に接続して、出力される直流電圧が一定値となるようにコンバータを動作させる系統連系インバータ装置とするものである。   In order to achieve the above object, a grid-connected inverter device according to the present invention includes a first inverter that performs a boosting operation under a constant operating condition (pulse width, frequency, phase), and an output of the first inverter that varies depending on input conditions. Is connected in series with a converter that steps down the DC voltage to a DC voltage equal to or greater than the maximum value of the system voltage, and the converter is operated so that the output DC voltage becomes a constant value.

高周波トランスと、共振用コンデンサを接続した第１インバータと、高周波トランス２次側の整流手段から得られる電圧を異なる直流電圧に変換するコンバータとを直列に接続して、第１インバータの入力電圧や出力電力の変化に対して、コンバータを可変パルス幅でスイッチング動作させて直流出力電圧を一定とし、第１インバータを常時ゼロ電圧スイッチング動作とし低損失化を達成する系統連系インバータ装置とすることができる。   A high-frequency transformer, a first inverter connected to a resonance capacitor, and a converter that converts the voltage obtained from the rectifying means on the secondary side of the high-frequency transformer into a different DC voltage are connected in series, and the input voltage of the first inverter In response to a change in output power, the converter may be switched with a variable pulse width to make the DC output voltage constant, and the first inverter may be constantly switched to zero voltage to achieve a low loss inverter system. it can.

第１の発明は、高周波トランスと、前記高周波トランスの１次巻線とコレクターエミッタまたはドレインーソース間に共振用コンデンサを配置した各スイッチング素子のブリッジ出力とを接続した第１インバータと、２次巻線に接続した整流手段と、整流手段の出力電圧を異なる直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータの直流電圧を検知する直流電圧検知手段を有する制御回路と、前記コンバータの出力電圧を商用周波数の交流電力に変換して系統と連系する第２インバータとが直列に接続されるとともに、前記第１インバータを一定のパルス幅でスイッチング動作し、前記コンバータを可変パルス幅でスイッチング動作することで前記直流電圧を一定値に維持する系統連系インバータ装置とすることにより、第１インバータの入力電圧条件によらず、常時高効率な系統連系インバータ装置を実現することができる。   A first invention includes a high-frequency transformer, a first inverter in which a primary winding of the high-frequency transformer and a bridge output of each switching element in which a resonance capacitor is disposed between a collector-emitter or a drain-source, and a secondary Rectification means connected to the winding, a converter for converting the output voltage of the rectification means into a different DC voltage, a control circuit having DC voltage detection means for detecting the DC voltage of the converter, and the output voltage of the converter at commercial frequency A second inverter connected in series with the AC power converted into the AC power of the system, the first inverter is switched with a constant pulse width, and the converter is switched with a variable pulse width. By adopting a grid-connected inverter device that maintains the DC voltage at a constant value, the first inverter is turned on. Regardless of the voltage conditions can be achieved at all times highly efficient system interconnection inverter device.

第２の発明は、特に、第１の発明において、整流手段の出力電圧が系統電圧によって決定されるコンバータの出力直流電圧上限値を超える条件の時だけ、コンバータが整流手段の出力を降圧して第２インバータに電圧を供給することで、コンバータのスイッチング動作による損失を最小とする系統連系インバータ装置を実現することができる。   In particular, according to the second invention, in the first invention, the converter steps down the output of the rectifying means only when the output voltage of the rectifying means exceeds the output DC voltage upper limit value of the converter determined by the system voltage. By supplying a voltage to the second inverter, a grid-connected inverter device that minimizes the loss due to the switching operation of the converter can be realized.

第３の発明は、第１、２のいずれか１つの発明において、系統の最大電圧値に応じて、コンバータの出力目標電圧を可変することで、第２インバータのスイッチング損失の変化が発生しにくいことから、高効率な系統連系インバータ装置を実現することができる。   According to a third aspect of the present invention, in any one of the first and second aspects, the change in the switching loss of the second inverter is less likely to occur by changing the output target voltage of the converter in accordance with the maximum voltage value of the system. Therefore, a highly efficient grid-connected inverter device can be realized.

第４の発明は、高周波トランスの各２次巻線にそれぞれ接続された複数の整流手段で生成された複数の直流電圧を、多入力コンバータが可変デューティで直並列して複数の直流電圧の合計以下の電圧に変換する降圧動作により、第１インバータの広い入力電圧範囲で効率よくスイッチング動作を発生させて第２インバータに電圧を供給することが可能な高効率の系統連系インバータ装置を実現することができる。   According to a fourth aspect of the present invention, a plurality of DC voltages generated by a plurality of rectifiers connected to respective secondary windings of a high-frequency transformer are combined into a sum of a plurality of DC voltages by a multi-input converter in series and parallel with a variable duty. A high-efficiency grid-connected inverter device capable of generating a switching operation efficiently in the wide input voltage range of the first inverter and supplying the voltage to the second inverter by the step-down operation converted into the following voltages is realized. be able to.

第５の発明は、特に、第４の発明において、入力が並列接続された複数の電力変換手段を有する第１インバータと、前記電力変換手段と同数の高周波トランスとを有し、前記電力変換手段が前記高周波トランスの１次巻線に独立で電力を供給することで入力電圧や出力電力の変化に対して、必要な電力変換手段のみがスイッチング動作して高効率運転となる系統連系インバータ装置を実現することができる。   The fifth invention, in particular, in the fourth invention, includes a first inverter having a plurality of power conversion means whose inputs are connected in parallel, and the same number of high-frequency transformers as the power conversion means, and the power conversion means Is a grid-connected inverter device in which only the necessary power conversion means performs a switching operation for a change in input voltage or output power by independently supplying power to the primary winding of the high-frequency transformer, thereby achieving high-efficiency operation. Can be realized.

第６の発明は、第４、５のいずれか１つの発明において、多入力コンバータの出力直流電圧が系統電圧最大値以上に設定した上限値を上回った時は、第１インバータを構成する複数の電力変換手段の１台以上を動作停止することで、高周波トランス２次側の直列数を削減した高効率な系統連系インバータ装置を実現することができる。   According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the fourth and fifth aspects, when the output DC voltage of the multi-input converter exceeds an upper limit value set to be equal to or higher than the system voltage maximum value, By stopping the operation of one or more of the power conversion means, a highly efficient grid-connected inverter device that reduces the number of series on the secondary side of the high-frequency transformer can be realized.

第７の発明は、第４〜６のいずれか１つの発明において、多入力コンバータ出力の昇圧手段を、コンバータと第２インバータとの間に直列に接続することで、第１インバータの入力電圧が低い場合でも系統電圧最大値以上の電圧を生成して第２インバータに供給する系統連系インバータ装置を実現することができる。   According to a seventh invention, in any one of the fourth to sixth inventions, the input voltage of the first inverter is increased by connecting the boosting means for the multi-input converter output in series between the converter and the second inverter. Even when the voltage is low, it is possible to realize a grid-connected inverter device that generates a voltage equal to or higher than the grid voltage maximum value and supplies the voltage to the second inverter.

第８の発明は、第４〜７のいずれか１つの発明において、系統の１周期内で多入力コンバータ出力電圧と系統電圧との差が小さくなるよう多入力コンバータの直並列動作を切り換えることで、スイッチング損失とノイズが低減される系統連系インバータ装置を実現することができる。   According to an eighth invention, in any one of the fourth to seventh inventions, by switching the series-parallel operation of the multi-input converter so that the difference between the multi-input converter output voltage and the system voltage is reduced within one cycle of the system. Thus, it is possible to realize a grid-connected inverter device in which switching loss and noise are reduced.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.

（実施の形態１）
図１において、直列接続されたスイッチング素子Ｑ１とＱ２、Ｑ３とＱ４とが第１インバータ１２を構成し、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のコレクタとエミッタ間（またはドレインとソース間）にはゼロ電圧スイッチング用の共振コンデンサ１３ａ〜１３ｄが接続されている。第１インバータ１２の出力は高周波トランス１１の１次側に接続され、その２次側には整流手段１４と、コンバータ１７と、第２インバータ１５とが接続され、系統１８に連系している。 (Embodiment 1)
In FIG. 1, switching elements Q1 and Q2, Q3 and Q4 connected in series constitute a first inverter 12, and zero voltage switching is performed between the collector and emitter (or between drain and source) of each switching element Q1 to Q4. Resonance capacitors 13a to 13d are connected. The output of the first inverter 12 is connected to the primary side of the high-frequency transformer 11, and the secondary side thereof is connected to the rectifying means 14, the converter 17, and the second inverter 15, and is connected to the system 18. .

コンバータ１７は、本実施の形態においては、スイッチング素子Ｑ５とダイオードとコイルとで構成されており、スイッチング素子Ｑ５の導通比に比例した出力電圧Ｖ０が得られる構成である。なお、コンバータの構成としては本実施の形態の構成に限らず、入力電圧を降圧することができる構成のものであればよい。   In the present embodiment, converter 17 includes switching element Q5, a diode, and a coil, and is configured to obtain output voltage V0 proportional to the conduction ratio of switching element Q5. Note that the configuration of the converter is not limited to the configuration of the present embodiment, and any configuration that can step down the input voltage may be used.

以上のように構成された系統連系インバータ装置について、図２を参照して以下にその動作、作用を説明する。   The operation and action of the grid-connected inverter device configured as described above will be described below with reference to FIG.

期間１と期間２において、入力直流電圧から第１インバータ１２をスイッチングすることで生成した高周波電圧のパルス列は、高周波トランス１１の巻線比で２次側に昇圧して出力された後、整流手段１４で直流電圧に変換される。ここで第１インバータ１２は一定の周波数とパルス幅でスイッチングしているために昇圧比が一定となることから、整流手段１４の出力電圧は第１インバータ１２の入力直流電圧に比例して増加する。さらに制御回路１８はコンバータ１７の出力電圧を直流電圧検知手段１９で検知し、得られた値が目標電圧に維持されるように制御回路１８がコンバータ１７をスイッチングすることで、整流手段１４の出力電圧を降圧し、第２インバータ１５に対して適正な入力電圧を供給している。第２インバータ１５は系統電圧の最大値以上の入力直流電圧を、系統１６の交流電圧に同期してパルス幅制御（ＰＷＭ）することにより、力率１運転となる正弦波状の出力電流を生成している。期間３では整流手段１４の出力電圧がコンバータ１７の目標電圧以下であることから、コンバータ１７のドライブ信号を常時オンとして、整流手段１４の出力が直接、第２インバータ１５に供給されるようにしている。   In the period 1 and the period 2, the pulse train of the high frequency voltage generated by switching the first inverter 12 from the input DC voltage is boosted to the secondary side by the winding ratio of the high frequency transformer 11 and then output, and then the rectifying means 14 is converted to a DC voltage. Here, since the step-up ratio is constant because the first inverter 12 is switched at a constant frequency and pulse width, the output voltage of the rectifier 14 increases in proportion to the input DC voltage of the first inverter 12. . Further, the control circuit 18 detects the output voltage of the converter 17 with the DC voltage detection means 19, and the control circuit 18 switches the converter 17 so that the obtained value is maintained at the target voltage. The voltage is stepped down and an appropriate input voltage is supplied to the second inverter 15. The second inverter 15 generates a sinusoidal output current for a power factor 1 operation by performing pulse width control (PWM) on the input DC voltage that is equal to or greater than the maximum value of the system voltage in synchronization with the AC voltage of the system 16. ing. In period 3, the output voltage of the rectifier 14 is equal to or lower than the target voltage of the converter 17, so that the drive signal of the converter 17 is always turned on and the output of the rectifier 14 is supplied directly to the second inverter 15. Yes.

以上のように、本実施の形態において整流手段と第２インバータとの間にコンバータを配置して、直流電源の電圧や出力電力にかかわらず第２インバータへの入力電圧を常時一定電圧に維持することにより、第１インバータの動作条件が固定されることから、常時、ゼロ電圧スイッチングによる装置の高効率と低ノイズを実現することができる。   As described above, in this embodiment, a converter is disposed between the rectifier and the second inverter, and the input voltage to the second inverter is always maintained at a constant voltage regardless of the voltage of the DC power supply or the output power. Thus, since the operating condition of the first inverter is fixed, high efficiency and low noise of the apparatus by zero voltage switching can always be realized.

（実施の形態２）
図３において、図１の回路構成と異なるのは、制御回路１８の中に系統電圧検知手段２０と、直流電圧目標設定手段２１と、ＰＷＭ発生手段２２とを記載した点である。上記以外の構成要素は第１の実施の形態と同等であり、説明を省略する。 (Embodiment 2)
3 is different from the circuit configuration of FIG. 1 in that a system voltage detection means 20, a DC voltage target setting means 21, and a PWM generation means 22 are described in the control circuit 18. Components other than those described above are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

以上のように構成された系統連系インバータ装置について図４を参照して以下にその動作、作用を説明する。   The operation and action of the grid-connected inverter device configured as described above will be described below with reference to FIG.

第２インバータ１５は、直流入力電圧Ｖｏをスイッチングして高周波の電圧パルス列を生成し、系統１６との電位差によって電流を出力するが、系統電圧は上限と下限でそれぞれ１５％程度変動することを想定する必要があり、コンバータ１７の出力目標電圧Ｖｏ＊＞｜系統電圧の最大値×１１５％｜となり、特に系統電圧が低い時に第２インバータのスイッチング損失が増加する。そこで、系統電圧検知手段２０が検知する系統電圧の最大値とコンバータ１７の出力電圧との差（または比）が、概ね一定となるように直流電圧目標設定手段２１が目標電圧を可変してコンバータ１７を動作させることにより、系統電圧の振幅変化に対して常時、第２インバータ１５のスイッチング損失を最小とする目標電圧を選択している。ここで、制御回路１８内のＰＷＭ発生手段２２は、コンバータ１７を構成するスイッチング素子Ｑ５に所定のパルス幅を与えるために、系統電圧検知手段２０で得られた直流電圧目標設定手段２１より与えられた目標電圧にもとづいてＰＷＭパルスを生成している。   The second inverter 15 switches the DC input voltage Vo to generate a high-frequency voltage pulse train, and outputs a current due to a potential difference from the system 16, but the system voltage is assumed to fluctuate about 15% at the upper limit and the lower limit, respectively. Therefore, the output target voltage Vo * of the converter 17 becomes the maximum value of the system voltage × 115% |, and the switching loss of the second inverter increases particularly when the system voltage is low. Therefore, the DC voltage target setting means 21 varies the target voltage so that the difference (or ratio) between the maximum value of the system voltage detected by the system voltage detection means 20 and the output voltage of the converter 17 becomes substantially constant. By operating 17, the target voltage that minimizes the switching loss of the second inverter 15 is always selected with respect to the change in the amplitude of the system voltage. Here, the PWM generation means 22 in the control circuit 18 is supplied from the DC voltage target setting means 21 obtained by the system voltage detection means 20 in order to give a predetermined pulse width to the switching element Q5 constituting the converter 17. The PWM pulse is generated based on the target voltage.

以上のように、本実施の形態において系統の最大電圧値に応じて、コンバータの出力目標電圧を可変することで、第２インバータのスイッチング損失を最小にして、装置の小形化、高効率化を実現することができる。   As described above, in the present embodiment, the output target voltage of the converter is varied according to the maximum voltage value of the system, thereby minimizing the switching loss of the second inverter and reducing the size and efficiency of the device. Can be realized.

（実施の形態３）
図５において、図１の回路構成と異なるのは、高周波トランス３１と整流手段３４とが複数で構成され、高周波トランス３１の１次側は第１インバータの出力と並列接続し、複数からなる整流手段３４の出力が多入力コンバータ３７と接続された点である。多入力コンバータ３７は、本実施の形態においては複数のスイッチとコイルで構成されているが、スイッチ動作により入力電圧の平均値に応じて出力電流が変化する構成のものであればよい。上記以外の構成要素は第１の実施の形態と同等であり、説明を省略する。 (Embodiment 3)
5 is different from the circuit configuration of FIG. 1 in that a plurality of high-frequency transformers 31 and rectifying means 34 are configured, and the primary side of the high-frequency transformer 31 is connected in parallel with the output of the first inverter, and a plurality of rectifiers are formed. The output of the means 34 is connected to the multi-input converter 37. The multi-input converter 37 is composed of a plurality of switches and coils in the present embodiment, but it may be of any structure that changes the output current according to the average value of the input voltage by the switch operation. Components other than those described above are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

以上のように構成された系統連系インバータ装置について図５を参照して以下にその動作、作用を説明する。   The operation and action of the grid-connected inverter device configured as described above will be described below with reference to FIG.

第１インバータ１２の出力には複数からなる高周波トランス３１の１次巻線が並列に接続され、そのスイッチング動作によって発生した入力電圧を振幅とする高周波の電圧パルス列は、高周波トランス３１の昇圧比に応じて２次巻線に振幅の異なる高周波電圧を発生させた後、整流手段３４は複数の直流電圧を出力する。ここで直流電圧ＶＭ１とＶＭ２は、内部に複数のスイッチを有する多入力コンバータ３７に入力されて、（ＶＭ１またはＶＭ２）と（ＶＭ１＋ＶＭ２）の２つの電位の間の値が、概ね内部スイッチのデューティを乗じた出力電圧として得られる。具体的には直流電圧検知手段１９で得られた値が目標電圧と一致するように制御回路１８が多入力コンバータ３７のスイッチのデューティを決定する。特に燃料電池や太陽電池といった直流電源では内部インピーダンスが大きく、通常の動作範囲において入力電圧が約２倍の変化が発生しているが、１次インバータ１２はパルス幅や周波数といった動作条件を変更することなく、１３ａ〜１３ｄの共振コンデンサの充放電によるゼロ電圧スイッチングを確実に動作させて、損失の低減を図る。そして、入力電圧や出力電力の変化へは、全て多入力コンバータ３７が降圧動作で対応している。   The output of the first inverter 12 is connected in parallel with a plurality of primary windings of a high-frequency transformer 31, and a high-frequency voltage pulse train whose amplitude is the input voltage generated by the switching operation is set to the boost ratio of the high-frequency transformer 31. In response, after generating high-frequency voltages with different amplitudes in the secondary winding, the rectifier 34 outputs a plurality of DC voltages. Here, the DC voltages VM1 and VM2 are input to a multi-input converter 37 having a plurality of switches inside, and the value between the two potentials (VM1 or VM2) and (VM1 + VM2) is approximately the duty of the internal switch. Obtained as the multiplied output voltage. Specifically, the control circuit 18 determines the duty of the switch of the multi-input converter 37 so that the value obtained by the DC voltage detection means 19 matches the target voltage. In particular, a DC power source such as a fuel cell or a solar cell has a large internal impedance, and the input voltage changes approximately twice in the normal operating range, but the primary inverter 12 changes the operating conditions such as pulse width and frequency. Therefore, the zero voltage switching by charging / discharging of the resonance capacitors 13a to 13d is reliably operated to reduce the loss. The multi-input converter 37 responds to changes in input voltage and output power by a step-down operation.

以上のように、本実施の形態において高周波トランスの各２次巻線にそれぞれ接続された複数の整流手段で生成された複数の直流電圧を、多入力コンバータが可変デューティで直並列して複数の直流電圧の合計以下の電圧に変換する降圧動作、或いは高周波トランスの各２次巻線にそれぞれ接続された複数の整流手段で生成された複数の直流電圧を、多入力コンバータが可変デューティで直並列して複数の直流電圧の合計未満の電圧に変換する降圧動作により、第１インバータの広い入力電圧範囲で効率よくスイッチング動作を発生させて第２インバータに電圧を供給することが可能な高効率運転が可能になるとともに、ノイズ対策も容易な装置を実現することができる。   As described above, in the present embodiment, a plurality of DC voltages generated by a plurality of rectifiers respectively connected to each secondary winding of the high-frequency transformer are converted into a plurality of DC voltages by a multi-input converter in series and parallel with a variable duty. Step-down operation to convert the voltage to less than the total DC voltage, or multiple DC voltage generated by multiple rectifiers connected to each secondary winding of the high-frequency transformer. High-efficiency operation that can efficiently generate a switching operation in a wide input voltage range of the first inverter and supply the voltage to the second inverter by the step-down operation that converts the voltage to a voltage less than the sum of a plurality of DC voltages. In addition, it is possible to realize a device that can easily cope with noise.

（実施の形態４）
図６において、図５の回路構成と異なるのは、第１インバータが複数の電力変換手段で構成されて、それぞれの電力変換手段の入力は並列接続され、出力は個々に高周波トランス３１が接続されている点である。上記以外の構成要素は第３の実施の形態と同等であり、説明を省略する。 (Embodiment 4)
6 differs from the circuit configuration of FIG. 5 in that the first inverter is composed of a plurality of power conversion means, the input of each power conversion means is connected in parallel, and the output is individually connected to the high-frequency transformer 31. It is a point. Components other than those described above are the same as those in the third embodiment, and a description thereof will be omitted.

以上のように構成された系統連系インバータ装置について以下にその動作、作用を説明する。   The operation and action of the grid-connected inverter device configured as described above will be described below.

ｎ台（ｎ＝２、３・・）からなる複数の電力変換手段４２のスイッチング動作によって発生した同一の入力直流電圧を振幅とする高周波電圧のパルス列は、高周波トランス３１の昇圧比に応じて２次巻線に高周波電圧を発生させた後、整流手段３４に複数の直流電圧を出力する。複数の電力変換手段４２の内、いくつかについてはパルス幅や周波数を変化させることで、高周波トランス３１を介して整流手段３４に他と異なる出力電圧レベルを発生させて、特に電力変換手段４２への入力電圧が高くなる低出力電力時に、整流手段３４が直列した場合の最大電圧を抑制して多入力コンバータ３７出力電圧（＝第２インバータ１５入力電圧）の制御範囲を小さくする。また、極めて小さな出力電力の時は電力変換手段４２を１台以上停止することで、多入力コンバータ３７出力電圧に系統電圧の最大値以上の所定電圧が得られる最少の運転台数だけで電力変換手段４２を動作させる。   The pulse train of the high frequency voltage having the same input DC voltage generated by the switching operation of the plurality of power conversion means 42 composed of n units (n = 2, 3,...) is 2 in accordance with the boost ratio of the high frequency transformer 31. After generating a high frequency voltage in the next winding, a plurality of DC voltages are output to the rectifying means 34. Some of the plurality of power conversion means 42 change the pulse width and frequency to generate a different output voltage level in the rectification means 34 via the high-frequency transformer 31, particularly to the power conversion means 42. At the time of low output power when the input voltage becomes high, the maximum voltage when the rectifier 34 is connected in series is suppressed, and the control range of the output voltage of the multi-input converter 37 (= second inverter 15 input voltage) is reduced. Further, when the output power is extremely small, by stopping one or more of the power conversion means 42, the power conversion means can be obtained only by the minimum number of operating units that can obtain a predetermined voltage equal to or higher than the maximum value of the system voltage as the output voltage of the multi-input converter 37. 42 is operated.

以上のように、本実施の形態において、複数の電力変換手段が高周波トランスに対して独立で電力を供給または一部を停止することで入力電圧や出力電力が変化した場合でも、電力変換手段の損失が最小となる高効率な系統連系インバータ装置を実現することができる。   As described above, in the present embodiment, even when the input voltage or the output power changes due to the plurality of power conversion means independently supplying power to the high-frequency transformer or by partially stopping the power conversion means, A highly efficient grid-connected inverter device with minimum loss can be realized.

（実施の形態５）
図７において、図６の回路構成と異なるのは、系統電圧波形検知手段５０の出力を制御回路内に配置して、多入力コンバータ３７と第２インバータ１５との間に昇圧コンバータ５８を接続した点である。上記以外の構成要素は第４の実施の形態と同等であり、説明を省略する。 (Embodiment 5)
7 is different from the circuit configuration of FIG. 6 in that the output of the system voltage waveform detecting means 50 is arranged in the control circuit, and the boost converter 58 is connected between the multi-input converter 37 and the second inverter 15. Is a point. Components other than those described above are the same as those in the fourth embodiment, and a description thereof will be omitted.

以上のように構成された系統連系インバータ装置について図９を参照して以下にその動作、作用を説明する。   The operation and action of the grid-connected inverter device configured as described above will be described below with reference to FIG.

複数の電力変換手段からなる第１インバータへの入力電圧が極めて低い時や大きな出力電力を取り出す時など、多入力コンバータ３７が整流手段１４の出力を（ここではＶＭ１＋ＶＭ２＋ＶＭ３）全て直列にしても系統電圧の最大値に到達しない場合が生じる。ここで昇圧コンバータ５８が多入力コンバータ３７の出力を系統電圧の最大電圧以上に昇圧して生成したＶｏを第２インバータ１５に入力することで、第２インバータが正弦波状の出力電流波形を出力している。特に系統電圧波形検知手段５０で得られた波形に対して、第２インバータ入力目標電圧設定手段５１は系統１６の１周期内で第２インバータ入力電圧より大きく、さらに系統電圧の絶対値との差が小さくなるように、第２インバータ入力目標電圧を変化させてＰＷＭ発生手段２２が多入力コンバータ３７の直並列接続の切り換えと必要に応じた昇圧コンバータ５８による昇圧動作を行う。   When the input voltage to the first inverter composed of a plurality of power conversion means is extremely low or when a large output power is taken out, the multi-input converter 37 can connect the outputs of the rectification means 14 (here VM1 + VM2 + VM3) all in series. May not reach the maximum value of. Here, the boost converter 58 boosts the output of the multi-input converter 37 to the maximum voltage of the system voltage or more, and inputs the generated Vo to the second inverter 15 so that the second inverter outputs a sinusoidal output current waveform. ing. In particular, the second inverter input target voltage setting means 51 is larger than the second inverter input voltage within one cycle of the system 16 and further differs from the absolute value of the system voltage with respect to the waveform obtained by the system voltage waveform detecting means 50. The second inverter input target voltage is changed such that the PWM generator 22 switches the series-parallel connection of the multi-input converter 37 and performs a boost operation by the boost converter 58 as necessary.

以上のように、本実施の形態において、第１インバータの入力電圧が低い場合でも系統電圧最大値以上の電圧を生成して第２インバータ１５に供給することに加え、系統１６の１周期内で多入力コンバータ３７出力電圧と系統電圧との差が小さくなるよう多入力コンバータ３７の直並列動作を切り換えることで、スイッチング損失とノイズが低減される系統連系インバータ装置を実現することができる。   As described above, in this embodiment, even when the input voltage of the first inverter is low, in addition to generating a voltage not less than the maximum value of the system voltage and supplying it to the second inverter 15, within one cycle of the system 16 By switching the series-parallel operation of the multi-input converter 37 so as to reduce the difference between the output voltage of the multi-input converter 37 and the system voltage, a grid-connected inverter device in which switching loss and noise are reduced can be realized.

本発明にかかる系統連系インバータ装置は、常時高効率な系統連系インバータ装置を実現することができることから、特に出力電圧の小さい太陽電池や燃料電池及び風力発電等の用途にも利用可能である。   Since the grid-connected inverter device according to the present invention can always realize a grid-connected inverter device with high efficiency, the grid-connected inverter device can be used for solar cells, fuel cells, wind power generation, and the like that have a particularly low output voltage. .

本発明の実施の形態１による系統連系インバータ装置のブロック図The block diagram of the grid connection inverter apparatus by Embodiment 1 of this invention 同系統連系インバータ装置の各部動作を示す波形図Waveform diagram showing the operation of each part of the same grid-connected inverter device 本発明の実施の形態２による系統連系インバータ装置のブロック図The block diagram of the grid connection inverter apparatus by Embodiment 2 of this invention 同系統連系インバータ装置の各部動作を示す波形図Waveform diagram showing the operation of each part of the same grid-connected inverter device 本発明の実施の形態３による系統連系インバータ装置のブロック図The block diagram of the grid connection inverter apparatus by Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態４による系統連系インバータ装置のブロック図The block diagram of the grid connection inverter apparatus by Embodiment 4 of this invention 本発明の実施の形態５による系統連系インバータ装置のブロック図The block diagram of the grid connection inverter apparatus by Embodiment 5 of this invention 同系統連系インバータ装置の各部動作を示す波形図Waveform diagram showing the operation of each part of the same grid-connected inverter device 従来の系統連系インバータ装置のブロック図Block diagram of a conventional grid-connected inverter device 従来の系統連系インバータ装置の各部動作を示す波形図Waveform diagram showing the operation of each part of a conventional grid-connected inverter device 従来の系統連系インバータ装置の各部動作を示す波形図Waveform diagram showing the operation of each part of a conventional grid-connected inverter device

符号の説明Explanation of symbols

１１ 高周波トランス
１２ 第１インバータ
１３ａ〜ｄ 共振コンデンサ
１４ 整流手段
１５ 第２インバータ
１６ 系統
１７ コンバータ
１８ 制御回路
１９ 直流電圧検知手段
２０ 系統電圧検知手段
２１ 直流電圧目標設定手段
２２ ＰＷＭパルス発生手段
３７ 多入力コンバータ
４２ 電力変換手段
５０ 系統電圧波形検知手段
５１ 第２インバータ入力目標電圧設定手段
５８ 昇圧コンバータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 High frequency transformer 12 1st inverter 13a-d Resonance capacitor 14 Rectification means 15 2nd inverter 16 System 17 Converter 18 Control circuit 19 DC voltage detection means 20 System voltage detection means 21 DC voltage target setting means 22 PWM pulse generation means 37 Multiple inputs Converter 42 Power conversion means 50 System voltage waveform detection means 51 Second inverter input target voltage setting means 58 Boost converter

Claims (8)

高周波トランスと、前記高周波トランスの１次巻線とコレクターエミッタまたはドレインーソース間に共振用コンデンサを配置した各スイッチング素子のブリッジ出力とを接続した第１インバータと、２次巻線に接続した整流手段と、整流手段の出力電圧を異なる直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータの直流電圧を検知する直流電圧検知手段を有する制御回路と、前記コンバータの出力電圧を商用周波数の交流電力に変換して系統と連系する第２インバータとが直列に接続されるとともに、前記第１インバータを一定のパルス幅でスイッチング動作し、前記コンバータを可変パルス幅でスイッチング動作することで前記直流電圧を一定値に維持する系統連系インバータ装置。 A rectifier connected to a high-frequency transformer, a first inverter connected to the primary winding of the high-frequency transformer, and a bridge output of each switching element in which a resonance capacitor is arranged between a collector emitter or a drain-source, and a secondary winding Means, a converter for converting the output voltage of the rectifier means into a different DC voltage, a control circuit having a DC voltage detection means for detecting the DC voltage of the converter, and converting the output voltage of the converter into AC power at a commercial frequency. And a second inverter connected in series with the system, the first inverter is switched with a constant pulse width, and the converter is switched with a variable pulse width so that the DC voltage is constant. To maintain the grid-connected inverter device. コンバータを降圧回路とし、前記コンバータの出力直流電圧が系統電圧最大値以上に設定した上限値を上回った時に前記コンバータが整流手段の出力を降圧して、第２インバータに電圧を供給する請求項１記載の系統連系インバータ装置。 The converter is a step-down circuit, and when the output DC voltage of the converter exceeds an upper limit value set to a system voltage maximum value or more, the converter steps down the output of the rectifier and supplies the voltage to the second inverter. The grid interconnection inverter apparatus of description. 系統の最大電圧値に応じて、コンバータの出力電圧上限値を可変する請求項１または２記載の系統連系インバータ装置。 The grid interconnection inverter device according to claim 1 or 2, wherein the upper limit value of the output voltage of the converter is varied according to the maximum voltage value of the grid. 第１インバータの出力と、複数からなる高周波トランスの各１次巻線とが並列に接続されると共に、前記高周波トランスの各２次巻線にそれぞれ接続された複数の整流手段で生成された複数の直流電圧を、コンバータが可変デューティで直並列して前記複数の直流電圧の合計以下の電圧に変換する降圧動作により第２インバータに電圧を供給する系統連系インバータ装置。 The outputs of the first inverter and the primary windings of a plurality of high-frequency transformers are connected in parallel, and a plurality of generated by a plurality of rectifiers respectively connected to the secondary windings of the high-frequency transformer. The grid-connected inverter device supplies the voltage to the second inverter by a step-down operation in which the converter converts the DC voltage into a voltage equal to or less than the sum of the plurality of DC voltages in series and parallel with a variable duty. 入力が並列接続された複数の電力変換手段を有する第１インバータと、前記電力変換手段と同数の高周波トランスとを有し、前記電力変換手段が前記高周波トランスの１次巻線に独立で電力を供給するようにした請求項４記載の系統連系インバータ装置。 A first inverter having a plurality of power conversion means whose inputs are connected in parallel; and the same number of high-frequency transformers as the power conversion means, wherein the power conversion means independently supplies power to the primary winding of the high-frequency transformer. The grid interconnection inverter device according to claim 4, wherein the grid interconnection inverter device is supplied. コンバータの出力直流電圧が系統電圧最大値以上に設定した上限値を上回った時は、第１インバータを構成する複数の電力変換手段の１台以上を動作停止する請求項４または５記載の系統連系インバータ装置。 6. The grid connection according to claim 4 or 5, wherein when the output DC voltage of the converter exceeds an upper limit value set to be equal to or higher than the maximum system voltage value, operation of one or more of the plurality of power conversion means constituting the first inverter is stopped. System inverter device. コンバータ出力を昇圧して第２インバータに電力を供給する昇圧手段を、コンバータと第２インバータとの間に直列に接続した請求項４〜６のいずれか１項に記載の系統連系インバータ装置。 The grid-connected inverter device according to any one of claims 4 to 6, wherein boosting means for boosting the converter output and supplying power to the second inverter is connected in series between the converter and the second inverter. 系統電圧波形を検知する系統電圧波形検知手段を有し、系統の周期内でコンバータ電圧が常時系統電圧よりも大きくなるようにコンバータの直並列動作を切り換えて、第２インバータに入力する電圧を段階的に変更する請求項４〜７のいずれか１項に記載の系統連系インバータ装置。 System voltage waveform detection means for detecting the system voltage waveform, switching the series-parallel operation of the converter so that the converter voltage is always higher than the system voltage within the system cycle, and stepping the voltage input to the second inverter The grid connection inverter apparatus of any one of Claims 4-7 which changes automatically.
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