JP3805953B2 - Power conditioner and solar power generation system using the same - Google Patents

Power conditioner and solar power generation system using the same Download PDF

Info

Publication number
JP3805953B2
JP3805953B2 JP2000207967A JP2000207967A JP3805953B2 JP 3805953 B2 JP3805953 B2 JP 3805953B2 JP 2000207967 A JP2000207967 A JP 2000207967A JP 2000207967 A JP2000207967 A JP 2000207967A JP 3805953 B2 JP3805953 B2 JP 3805953B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
circuit
inverter circuit
solar cell
leakage current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2000207967A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002027764A (en
Inventor
雅夫 馬渕
佳弘 上田
信行 豊浦
勝隆 田辺
重光 柿添
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Omron Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Omron Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp, Omron Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2000207967A priority Critical patent/JP3805953B2/en
Publication of JP2002027764A publication Critical patent/JP2002027764A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3805953B2 publication Critical patent/JP3805953B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の直流電力を系統と同じ交流電力に変換し、系統に連系して電力を送出するトランスレス方式のパワーコンディショナ(非絶縁型太陽光発電用電力変換装置)に関する。
【0002】
【従来の技術】
太陽電池の直流電力を系統と同じ商用周波数の交流電力に変換して系統電源に供給するような太陽光発電システムに使用されるパワーコンディショナには、太陽電池の直流電力を昇圧し、インバータ回路で商用周波数の交流電力に変換する非絶縁型(トランスレス)のものがある。
【0003】
このようなトランスレス方式のパワーコンディショナにおいて、複数のスイッチ素子をフルブリッジ回路構成としたインバータ回路を有する場合、各スイッチ素子に対する動作方式によっては、太陽電池−接地間に、交流電圧が印加される方式(以下、説明の都合でシングルスイッチング方式という)と、直流電圧が印加される方式(以下、説明の都合でダブルスイッチング方式という)とがある。
【0004】
そして、従来のパワーコンディショナにおいては、そのインバータ回路の動作方式が上記いずれか一方の動作方式に固定されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のシステムにおける太陽電池−接地間には雨天時で特に大きくなる浮遊容量(対地容量)が存在するために、インバータ回路の動作方式がシングルスイッチング方式に固定されていると、ダブルスイッチング方式と比較して電力変換効率に優れインバータ回路での電力損失が少なくて済むが、前記浮遊容量を介して系統側から直流側に雨天時などに漏れ電流が大きく流れてしまい、例えば家庭内の漏電遮断器が誤動作する可能性があるなど、システム上の信頼性に影響する。
【0006】
また、その動作方式がダブルスイッチング方式に固定されている場合は、漏れ電流が小さく誤動作のおそれが少ないものの電力変換効率に劣るためにインバータ回路での電力損失が大きい。
【0007】
したがって、本発明は、インバータ回路の動作方式を切り換え可能とし、誤動作のおそれをなくし、かつ、電力変換効率にも優れたパワーコンディショナを提供することを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明第1のパワーコンディショナは、太陽電池の直流電力を所定周波数の交流電力に変換するトランスレス方式のパワーコンディショナであって、漏れ電流に対する検出回路と、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作方式を前記漏れ電流の検出結果と電力変換効率とに応じて複数に切り換え制御する制御回路とを具備したものである。
【0009】
本発明第2のパワーコンディショナは、太陽電池の直流電力を系統と同じ商用周波数の交流電力に変換して系統電源に供給するトランスレス方式のパワーコンディショナであって、太陽電池−接地間への漏れ電流を検出する検出回路と、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作を制御するものであって、前記漏れ電流の検出に応じて前記インバータ回路の動作方式を複数に切り換え制御する制御回路とを具備したものである。
【0010】
本発明第1および第2のパワーコンディショナの場合、漏れ電流の検出に応じてインバータ回路の動作方式を複数に切り換え制御するようにしているから、漏れ電流の検出に従いインバータ回路の動作方式を切り換えられる。したがって、漏れ電流が小さい場合は電力変換効率に優れた例えばシングルスイッチング方式に動作方式を切り換え、また、漏れ電流が大きい場合は例えばダブルスイッチング方式などの漏れ電流が小さい動作方式に切り換えて漏電遮断器などの誤動作を防止でき、それを用いたシステム全体の信頼性を向上させることができる。
【0011】
例えば、動作方式がシングルスイッチング方式に固定化されている場合の電力変換効率はほぼ96%と高く、また、ダブルスイッチング方式に固定化されている場合の電力変換効率はほぼ95%と低い。そして、本発明第1および第2のパワーコンディショナの場合、両動作方式の併用とすることができるから、電力変換効率はシングルスイッチング方式固定よりは低いが、ダブルスイッチング方式固定よりも高くなる。
【0012】
特に、シングルスイッチング方式固定化の場合は、電力変換効率が高くても漏電遮断器が誤動作するおそれがあり、また、ダブルスイッチング方式固定化の場合は、誤動作のおそれが少なくても電力変換効率が低いのに対して、本発明第1および第2のパワーコンディショナの場合、誤動作のおそれがないうえに、電力変換効率においてもダブルスイッチング方式よりも高くなる点で極めて有利となる。
【0013】
特に、本発明第2のパワーコンディショナの場合、太陽電池−接地間において雨天時に大きくなる浮遊容量により漏れ電流が大きく流れようとする場合、インバータ回路の動作方式を切り換えることで一層、その漏れ電流を小さくないし実質なくすよう抑制し、漏電遮断器等の誤動作の確実な防止と電力変換効率の向上とを図れて太陽光発電システムの信頼性の向上をより図れて好ましい。
【0014】
上記の場合、好ましくは、前記インバータ回路が、複数のスイッチ素子によるフルブリッジ回路構成とされ、前記制御回路の制御入力に応答して各スイッチ素子がスイッチング動作される。
【0015】
上記の場合、好ましくは、前記制御回路が、少なくとも、前記インバータ回路に対して、太陽電池−接地間電圧を直流電圧とする動作方式と、交流電圧とする動作方式に切り換え制御する。
【0016】
本発明の太陽光発電システムは、太陽電池と、前記太陽電池の直流電力を系統と同じ商用周波数の交流電力に変換して系統電源に供給するトランスレスのパワーコンディショナとを含み、前記パワーコンディショナは、太陽電池−接地間への漏れ電流を検出する検出回路と、太陽電池の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作を制御するものであって、前記漏れ電流の検出に応じて前記インバータ回路の動作方式を複数に切り換え制御する制御回路とを具備しているものである。
【0017】
本発明のシステムによると、パワーコンディショナが前記漏れ電流の検出に従い内部のインバータ回路の動作方式を切り換えられるから、その動作方式を漏れ電流が小さい場合は電力変換効率に優れた例えばシングルスイッチング方式とし、漏れ電流が大きい場合は例えばダブルスイッチング方式として漏電遮断器などの誤動作を防止できる結果、信頼性の高いシステムを提供することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【0019】
図1ないし図6は本発明の実施形態に係り、図1は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システム全体の回路図、図2は、インバータ回路の詳細回路図、図3は、インバータ回路のシングルスイッチング方式の場合のタイミングチャート、図4は、インバータ回路のダブルスイッチング方式の場合のタイミングチャート、図5は、前記両方式の電力変換効率を示す図、図6は、制御回路の制御動作フロー図である。
【0020】
図1を参照して、パワーコンディショナ1は、太陽電池2と、漏電遮断器3を介した系統電源4との間で一対の電力配線5,6を介して接続されている。
【0021】
太陽電池2は、直流電源として機能し、本実施形態が適用されれば太陽電池はいかなるタイプのものでもよい。
【0022】
漏電遮断器3は、いずれか一方の配線5または6からいずれか他方の配線5または6に向きが異なる電流が流れるときは遮断動作をしないが、これらの配線5,6に同じ向きに電流が流れ、その電流の大きさが所定値を越えるときは漏電であるとして遮断動作をするようになっている。
【0023】
系統電源4は、100/200Vの単相3線式である。
【0024】
パワーコンディショナ1は、太陽電池2からの直流電力を系統電源3と同期のとれた交流電力に変換するものであって、太陽電池2からの直流電力を入力する直流入力部(+)(−)および交流電力を出力する交流出力部12を有し、内部に零相変流器(CT)11、系統連系用のインバータ回路12、連系リレー13および制御回路14を備える。
【0025】
零相変流器11、インバータ回路12および連系リレー13は、太陽電池2と漏電遮断器3との間に直列に接続されている。
【0026】
零相変流器11は、漏れ電流の検出回路として、電力配線5,6から太陽電池−接地間の浮遊容量C0を介して接地へと流れる電流を漏れ電流I0として検出する。この漏れ電流I0としてはインバータ回路12におけるスイッチング方式がシングルスイッチング方式の場合は、交流となり、ダブルスイッチング方式の場合は直流となる。ただし、ダブルスイッチング方式の場合の交流の漏れ電流は、シングルスイッチング方式の場合の交流のそれと比較して非常に小さい。
【0027】
インバータ回路12は、図2で示すように、入力部IN1,IN2および出力部OUT1,OUT2を有し、その入力部IN1,IN2と出力部OUT1,OUT2との間に、太陽電池2の直流電圧を一定の直流電圧に昇圧する昇圧回路部12aと、この昇圧回路部12aからの直流電力を、系統電源4と同期のとれた交流電力に変換するスイッチ回路部12bと、フィルタ回路部12cとを備えている。
【0028】
インバータ回路12において、昇圧回路部12aおよびスイッチ回路部12bの各スイッチ素子S1〜S5は、制御回路14からの制御入力によって制御される。各スイッチ素子S1〜S5は、実施形態ではトランジスタの形態とされている。このトランジスタとしてバイポーラトランジスタやIGBTがあり、また、トランジスタでなくてもGTOサイリスタなどで構成してもよい。
【0029】
昇圧回路部12aは、リアクトルL1、ダイオードD1、コンデンサC1,C2およびスイッチ素子S1を備え、太陽電池2の直流電圧を例えば350V程度の一定電圧に昇圧する。
【0030】
スイッチ回路部12bは、フルブリッジ回路構成とされた4つのスイッチ素子S2〜S5から構成され、パルス幅を変化させて出力を制御する高周波PWM方式でスイッチング動作されて、昇圧回路部12aからの直流電圧を矩形波の交流電圧に変換する。なお、実施形態ではスイッチ回路部12bのスイッチング動作は、周波数制御と出力電圧制御とを同時に行うPWM方式であったが、他の方式、例えば電流制御形や電圧制御形であっても構わず、要するに、それぞれの方式において、各スイッチ素子S2〜S5をシングルスイッチング方式やダブルスイッチング方式で駆動制御できる動作方式であればよい。
【0031】
インバータ回路12においてシングルスイッチング方式の動作タイミング波形を図3で、ダブルスイッチング方式の動作タイミング波形を図4で示す。
【0032】
図3および図4において(a)は、インバータ回路12の電力配線5側出力電圧波形、(b)は、電力配線6側出力電圧波形、(c)はスイッチ素子S2のON,OFF波形、(d)はスイッチ素子S3のON,OFF波形、(e)はスイッチ素子S3のON,OFF波形、(f)はスイッチ素子S5のON,OFF波形、(g)は太陽電池−接地間電圧波形を示す。
【0033】
この動作は周知であるのでその詳しい説明を省略するが、図3のシングルスイッチング方式の場合は、A区間でスイッチ素子S2がOFF、スイッチ素子S3がONし、スイッチ素子S4,S5のON,OFFのPWM制御で出力部OUT1に正の正弦波電圧を、出力部OUT2に負の正弦波電圧を出力させ、B区間でその逆とする。
【0034】
また、図4のダブルスイッチング方式の場合は、A区間でスイッチ素子S2,S5の組み合わせで互いのON,OFF周期を一致させ、またスイッチ素子S3,S4の組み合わせで互いのON,OFF周期を一致させるが、前記両組み合わせのON,OFF周期を逆とするPWM制御で出力部OUT1に負の正弦波電圧を、出力部OUT2に正の正弦波電圧を出力させ、B区間でその逆とする。
【0035】
このようなPWM制御によると、シングルスイッチング方式の場合、図3(g)で示すように、太陽電池−接地間電圧が、交流波形となり、ダブルスイッチング方式の場合は、図4(g)で示すように、太陽電池−接地間電圧が、直流波形となる。
【0036】
上記したシングルスイッチング方式とダブルスイッチング方式の場合、その電力変換効率は図5で示されるようになる。図5において、横軸は出力(kW)を、縦軸は電力変換効率(%)を示し、aはシングルスイッチング方式、bはダブルスイッチング方式である。図5から明らかであるように、シングルスイッチング方式の電力変換効率はほぼ96%であり、ダブルスイッチング方式と比較してほぼ1%、電力変換効率に優れている。
【0037】
フィルタ回路部12cは、2つのコイルL0とコンデンサC0とからなるものであり、スイッチ回路部12bからの矩形波の交流電圧を正弦波の交流電圧に変換する。
【0038】
制御回路14は、マイクロコンピュータを内蔵しており、インバータ回路12の各スイッチ素子S1〜S5に対してそれをON,OFFさせる制御入力を入力制御するものであって、図6の動作フローで示すように、零相変流器11出力に基づいて漏れ電流I0の判定を行い、その判定結果に基づいてインバータ回路12の動作方式を複数、本実施形態ではシングルスイッチング方式とダブルスイッチング方式に切り換え制御するようになっている。
【0039】
つまり、制御回路14は、系統連系運転中(S1)、零相変流器11出力からの電力配線5,6中の電流検出(S2)の入力に対して、その検出電流が所定値I0を越えているか否かを判定し、所定値I0を越えていると判定すると、漏れ電流が大きいのでそれを抑制するためにインバータ回路12の動作方式をダブルスイッチング方式に切り換え(S4)、また所定値I0未満であると判定すると漏れ電流が小さいのでインバータ回路12の動作方式を電力変換効率に優れたシングルスイッチング方式に切り換える(S5)よう制御する。
【0040】
なお、零相変流器11出力は、シングルスイッチング方式の場合は交流波形であり、ダブルスイッチング方式の場合は直流波形であるが、漏れ電流の大きさは、シングルスイッチング方式の交流波形が大きく、ダブルスイッチング方式の交流波形は小さいので、制御回路14内においてその交流波形を大小比較して上記S3における判定を行うことができる。
【0041】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々な応用や変形が可能である。
【0042】
(1)本実施形態の系統電源4は、本実施形態では単相3線式であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば単相2線式であってもよいし、3相3線式など他の線式であってもよい。なお、出力相数が、単相の場合のインバータ回路においては、4つのトランジスタのフルブリッジ回路構成となり、3相の場合のインバータ回路においては、6つのトランジスタのフルブリッジ回路構成となる。
【0043】
(2)上述の実施形態では、インバータ回路12の動作方式の切り換えは、シングルスイッチング方式とダブルスイッチング方式との2種類であったが、本発明はこれに限定されず、それ以上の複数種類において動作方式を切り換えられるものとしてもよい。
【0044】
(3)上述の実施形態では漏れ電流の検出をインバータ回路12の前段側に漏電遮断器を配置して行っているが、本発明は、これに限定されず、インバータ回路12の後段側にそれを配置して漏れ電流を検出するようにしてもよい。
【0045】
(4)上述の実施形態ではインバータ回路の制御をPWM制御としているが、本発明はこれに限定されず、他の制御方式でもよい。
【0046】
(5)上述の実施形態では電力会社の配電線と連系するあるゆる形態の系統連系形の太陽光発電システムに適用されるが、系統とは独立形式の太陽光発電システムにも適用することができる。
【0047】
(6)上述の実施形態ではインバータ回路は、直流電力を商用周波数の交流電力に変換するが、任意の周波の交流電力に変換する場合も含む。
【0048】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、漏れ電流の検出に従いインバータ回路の動作方式を複数種類に切り換えられるから、その動作方式を漏れ電流が小さい場合は電力変換効率に優れた例えばシングルスイッチング方式とし、漏れ電流が大きい場合は例えばダブルスイッチング方式として漏電遮断器などの誤動作を防止でき、結果として、誤動作の防止を図れると同時に全体の電力変換効率をダブルスイッチング方式よりも高くすることができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る太陽光発電システム全体の回路図
【図2】インバータ回路の詳細回路図
【図3】インバータ回路のシングルスイッチング方式の場合のタイミングチャート
【図4】インバータ回路のダブルスイッチング方式の場合のタイミングチャート
【図5】前記両方式の電力変換効率を示す図
【図6】制御回路の制御動作フロー図
【符号の説明】
1 パワーコンディショナ
2 太陽電池
3 漏電遮断器
4 系統電源
11 零相変流器
12 インバータ回路
12a 昇圧回路部
12b スイッチ回路部
14 制御回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transformerless power conditioner (non-insulated solar power converter) that converts the DC power of a solar cell into AC power that is the same as that of the system, and transmits the power in connection with the system.
[0002]
[Prior art]
For power conditioners used in photovoltaic power generation systems that convert the DC power of solar cells into AC power of the same commercial frequency as that of the system and supply it to the system power supply, the DC power of the solar cells is boosted, and the inverter circuit However, there is a non-insulated type (transformer-less) that converts AC power into commercial frequency.
[0003]
In such a transformerless power conditioner, when an inverter circuit having a plurality of switch elements having a full bridge circuit configuration is used, an AC voltage is applied between the solar cell and the ground depending on the operation method for each switch element. (Hereinafter referred to as a single switching method for convenience of explanation) and a method of applying a DC voltage (hereinafter referred to as a double switching method for convenience of explanation).
[0004]
In the conventional power conditioner, the operation method of the inverter circuit is fixed to any one of the above operation methods.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above system, there is a stray capacitance (ground capacity) that becomes particularly large in rainy weather between the solar cell and the ground. If the operation method of the inverter circuit is fixed to the single switching method, it is compared with the double switching method. Excellent power conversion efficiency and less power loss in the inverter circuit, but a large leakage current flows from the system side to the DC side through the stray capacitance when it rains, for example, a leakage breaker in the home Affects the reliability of the system, such as possible malfunctions.
[0006]
In addition, when the operation method is fixed to the double switching method, the leakage current is small and the possibility of malfunction is small, but the power conversion efficiency is inferior, so the power loss in the inverter circuit is large.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a power conditioner that can switch the operation method of the inverter circuit, eliminates the possibility of malfunction, and is excellent in power conversion efficiency.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The first power conditioner of the present invention is a transformerless power conditioner that converts DC power of a solar cell into AC power having a predetermined frequency, and detects a leakage current and converts DC power into AC power. An inverter circuit; and a control circuit that switches and controls an operation method of the inverter circuit in accordance with a detection result of the leakage current and a power conversion efficiency.
[0009]
The second power conditioner of the present invention is a transformer-less power conditioner that converts the DC power of a solar cell into AC power having the same commercial frequency as that of the system and supplies it to the system power supply. A detection circuit for detecting a leakage current of the inverter, an inverter circuit for converting DC power into AC power, and an operation of the inverter circuit, wherein an operation method of the inverter circuit is determined according to the detection of the leakage current. And a control circuit that controls switching to a plurality.
[0010]
In the case of the first and second power conditioners of the present invention, the operation method of the inverter circuit is controlled to be switched to a plurality according to the detection of the leakage current, so the operation method of the inverter circuit is switched according to the detection of the leakage current. It is done. Therefore, when the leakage current is small, the operation method is switched to, for example, a single switching method having excellent power conversion efficiency, and when the leakage current is large, the operation method is switched to an operation method with a small leakage current, such as a double switching method. Can be prevented, and the reliability of the entire system using it can be improved.
[0011]
For example, the power conversion efficiency when the operation method is fixed to the single switching method is as high as approximately 96%, and the power conversion efficiency when the operation method is fixed as the double switching method is as low as approximately 95%. In the case of the first and second power conditioners of the present invention, both operation methods can be used together, so that the power conversion efficiency is lower than the single switching method fixed, but higher than the double switching method fixed.
[0012]
In particular, when the single switching method is fixed, the earth leakage circuit breaker may malfunction even when the power conversion efficiency is high. When the double switching method is fixed, the power conversion efficiency is high even if there is little risk of malfunction. On the other hand, the first and second power conditioners of the present invention are extremely advantageous in that there is no risk of malfunction and the power conversion efficiency is higher than that of the double switching method.
[0013]
In particular, in the case of the second power conditioner of the present invention, when a large leakage current flows between the solar cell and the ground due to a stray capacitance that increases in the rain, the leakage current is further increased by switching the operation method of the inverter circuit. Therefore, it is preferable to improve the reliability of the photovoltaic power generation system by preventing the malfunction of the earth leakage circuit breaker and the like and improving the power conversion efficiency.
[0014]
In the above case, preferably, the inverter circuit has a full bridge circuit configuration including a plurality of switch elements, and each switch element is switched in response to a control input of the control circuit.
[0015]
In the above case, it is preferable that the control circuit switches and controls at least the inverter circuit between an operation method using a solar cell-ground voltage as a DC voltage and an operation method using an AC voltage.
[0016]
The photovoltaic power generation system of the present invention includes a solar cell and a transformerless power conditioner that converts DC power of the solar cell into AC power having the same commercial frequency as that of the system and supplies the AC power to the system power supply. NA is a detection circuit that detects a leakage current between the solar battery and the ground, an inverter circuit that converts the DC power of the solar battery into AC power, and controls the operation of the inverter circuit. And a control circuit for switching and controlling the operation method of the inverter circuit to a plurality according to the detection of the above.
[0017]
According to the system of the present invention, since the inverter can switch the operation method of the internal inverter circuit according to the detection of the leakage current, the operation method is, for example, a single switching method having excellent power conversion efficiency when the leakage current is small. When the leakage current is large, for example, the double switching system can prevent malfunction of the earth leakage breaker and the like, thereby providing a highly reliable system.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, details of the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
[0019]
1 to 6 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a circuit diagram of an entire photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed circuit diagram of an inverter circuit, and FIG. 4 is a timing chart in the case of the double switching system of the inverter circuit, FIG. 5 is a diagram showing the power conversion efficiency of both systems, and FIG. 6 is a control of the control circuit. It is an operation | movement flowchart.
[0020]
Referring to FIG. 1, a power conditioner 1 is connected between a solar cell 2 and a system power supply 4 via a leakage breaker 3 via a pair of power wires 5 and 6.
[0021]
The solar cell 2 functions as a DC power source, and the solar cell may be of any type as long as this embodiment is applied.
[0022]
The earth leakage breaker 3 does not perform a breaking operation when a current having a different direction flows from one of the wires 5 or 6 to the other of the wires 5 or 6, but the current flows in the same direction in these wires 5 and 6. When the current flows and the magnitude of the current exceeds a predetermined value, it is assumed that there is a leakage, and an interruption operation is performed.
[0023]
The system power supply 4 is a 100 / 200V single-phase three-wire system.
[0024]
The power conditioner 1 converts DC power from the solar battery 2 into AC power synchronized with the system power supply 3, and a DC input unit (+) (−) for inputting DC power from the solar battery 2. ) And an AC output unit 12 that outputs AC power, and includes a zero-phase current transformer (CT) 11, an inverter circuit 12 for grid connection, a grid relay 13, and a control circuit 14.
[0025]
The zero-phase current transformer 11, the inverter circuit 12 and the interconnection relay 13 are connected in series between the solar cell 2 and the leakage breaker 3.
[0026]
The zero-phase current transformer 11 detects, as a leakage current detection circuit, a current flowing from the power wirings 5 and 6 to the ground via the stray capacitance C0 between the solar battery and the ground as a leakage current I0. The leakage current I0 is AC when the switching method in the inverter circuit 12 is the single switching method, and is DC when the switching method is the double switching method. However, the AC leakage current in the double switching method is very small compared to that in the single switching method.
[0027]
As shown in FIG. 2, the inverter circuit 12 has input parts IN1 and IN2 and output parts OUT1 and OUT2, and the DC voltage of the solar cell 2 is between the input parts IN1 and IN2 and the output parts OUT1 and OUT2. A booster circuit unit 12a that boosts the voltage to a constant DC voltage, a switch circuit unit 12b that converts DC power from the booster circuit unit 12a into AC power synchronized with the system power supply 4, and a filter circuit unit 12c. I have.
[0028]
In the inverter circuit 12, the switch elements S <b> 1 to S <b> 5 of the booster circuit unit 12 a and the switch circuit unit 12 b are controlled by a control input from the control circuit 14. Each of the switch elements S1 to S5 is in the form of a transistor in the embodiment. As this transistor, there are a bipolar transistor and an IGBT, and a GTO thyristor may be used instead of the transistor.
[0029]
The booster circuit unit 12a includes a reactor L1, a diode D1, capacitors C1 and C2, and a switch element S1, and boosts the DC voltage of the solar cell 2 to a constant voltage of about 350V, for example.
[0030]
The switch circuit unit 12b is composed of four switch elements S2 to S5 having a full bridge circuit configuration, and is switched by a high-frequency PWM system that controls the output by changing the pulse width, and the DC circuit from the boost circuit unit 12a. The voltage is converted into a rectangular wave AC voltage. In the embodiment, the switching operation of the switch circuit unit 12b is a PWM method in which the frequency control and the output voltage control are performed simultaneously. However, other methods, for example, a current control type or a voltage control type may be used. In short, in each method, any operation method may be used as long as each switch element S2 to S5 can be driven and controlled by a single switching method or a double switching method.
[0031]
In the inverter circuit 12, the operation timing waveform of the single switching system is shown in FIG. 3, and the operation timing waveform of the double switching system is shown in FIG.
[0032]
3 and 4, (a) is an output voltage waveform on the power wiring 5 side of the inverter circuit 12, (b) is an output voltage waveform on the power wiring 6 side, (c) is an ON / OFF waveform of the switch element S2, ( (d) is the ON / OFF waveform of the switch element S3, (e) is the ON / OFF waveform of the switch element S3, (f) is the ON / OFF waveform of the switch element S5, and (g) is the voltage waveform between the solar cell and the ground. Show.
[0033]
Since this operation is well known, detailed description thereof will be omitted. However, in the case of the single switching system of FIG. In the PWM control, the output unit OUT1 outputs a positive sine wave voltage, the output unit OUT2 outputs a negative sine wave voltage, and vice versa.
[0034]
In the case of the double switching system shown in FIG. 4, in the A section, the switch elements S2 and S5 are combined to match the ON / OFF cycle, and the switch elements S3 and S4 are combined to match the ON / OFF cycle. However, a negative sine wave voltage is output to the output unit OUT1 and a positive sine wave voltage is output to the output unit OUT2 by PWM control in which the ON and OFF cycles of both the combinations are reversed, and vice versa in the B section.
[0035]
According to such PWM control, in the case of the single switching method, as shown in FIG. 3 (g), the voltage between the solar cell and the ground becomes an AC waveform, and in the case of the double switching method, it is shown in FIG. 4 (g). As described above, the voltage between the solar cell and the ground has a DC waveform.
[0036]
In the case of the single switching system and the double switching system described above, the power conversion efficiency is as shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis indicates output (kW), the vertical axis indicates power conversion efficiency (%), a is a single switching system, and b is a double switching system. As is clear from FIG. 5, the power conversion efficiency of the single switching system is approximately 96%, which is approximately 1% superior to that of the double switching system.
[0037]
The filter circuit unit 12c includes two coils L0 and a capacitor C0, and converts the rectangular wave AC voltage from the switch circuit unit 12b into a sinusoidal AC voltage.
[0038]
The control circuit 14 has a built-in microcomputer and performs input control of control inputs for turning on and off the switch elements S1 to S5 of the inverter circuit 12, and is shown in the operation flow of FIG. As described above, the leakage current I0 is determined based on the output of the zero-phase current transformer 11, and based on the determination result, a plurality of operation methods of the inverter circuit 12 are controlled, and in this embodiment, switching control is performed between the single switching method and the double switching method. It is supposed to be.
[0039]
That is, the control circuit 14 detects that the detected current is a predetermined value I0 with respect to the input of the current detection (S2) in the power wirings 5 and 6 from the output of the zero-phase current transformer 11 during the grid connection operation (S1). If it is determined whether or not the predetermined value I0 is exceeded, the leakage current is large, so that the operation method of the inverter circuit 12 is switched to the double switching method to suppress it (S4). If it is determined that the value is less than I0, the leakage current is small, so that the operation method of the inverter circuit 12 is controlled to be switched to the single switching method with excellent power conversion efficiency (S5).
[0040]
Note that the output of the zero-phase current transformer 11 is an AC waveform in the case of the single switching system and a DC waveform in the case of the double switching system, but the magnitude of the leakage current is large in the AC waveform of the single switching system, Since the AC waveform of the double switching method is small, the determination in S3 can be made by comparing the AC waveform in the control circuit 14 in magnitude.
[0041]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various applications and modifications are possible.
[0042]
(1) The system power supply 4 of the present embodiment is a single-phase three-wire system in the present embodiment, but the present invention is not limited to this, and may be, for example, a single-phase two-wire system, Other wire methods such as a three-phase three-wire method may be used. Note that the inverter circuit in the case of a single-phase output phase has a full-bridge circuit configuration of four transistors, and the inverter circuit in the case of a three-phase has a full-bridge circuit configuration of six transistors.
[0043]
(2) In the above-described embodiment, the switching of the operation method of the inverter circuit 12 is two types, that is, the single switching method and the double switching method. However, the present invention is not limited to this, and more than one type is available. The operation method may be switched.
[0044]
(3) In the above-described embodiment, the leakage current is detected by arranging an earth leakage breaker on the front side of the inverter circuit 12. However, the present invention is not limited to this, and the leakage current is detected on the rear side of the inverter circuit 12. May be arranged to detect the leakage current.
[0045]
(4) In the above-described embodiment, the inverter circuit is controlled by PWM control. However, the present invention is not limited to this, and other control methods may be used.
[0046]
(5) In the above-described embodiment, the present invention is applied to a grid-connected photovoltaic power generation system of some form that is connected to a distribution line of an electric power company, but it is also applied to a photovoltaic power generation system that is independent of the system. be able to.
[0047]
(6) In the above-described embodiment, the inverter circuit converts DC power into AC power having a commercial frequency, but includes a case where it is converted into AC power having an arbitrary frequency.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the operation method of the inverter circuit can be switched to a plurality of types according to the detection of the leakage current, so that the operation method is, for example, a single switching method having excellent power conversion efficiency when the leakage current is small, When the leakage current is large, for example, a double switching system can prevent malfunction such as an earth leakage breaker, and as a result, it is possible to prevent malfunction and at the same time, the overall power conversion efficiency can be made higher than that of the double switching system. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of an entire photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a detailed circuit diagram of an inverter circuit. FIG. 3 is a timing chart in the case of a single switching system of an inverter circuit. FIG. 5 is a diagram showing the power conversion efficiency of the both types. FIG. 6 is a control operation flow diagram of the control circuit.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power conditioner 2 Solar cell 3 Earth leakage breaker 4 System power supply 11 Zero phase current transformer 12 Inverter circuit 12a Booster circuit part 12b Switch circuit part 14 Control circuit

Claims (5)

太陽電池の直流電力を所定周波数の交流電力に変換するトランスレス方式のパワーコンディショナであって、漏れ電流に対する検出回路と、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作方式を前記漏れ電流の検出結果と電力変換効率とに応じて複数に切り換え制御する制御回路と、を具備したことを特徴とするパワーコンディショナ。A transformer-less power conditioner for converting DC power of a solar cell into AC power having a predetermined frequency, a detection circuit for leakage current, an inverter circuit for converting DC power into AC power, and an operation method of the inverter circuit A power conditioner comprising: a control circuit that performs switching control in accordance with a detection result of the leakage current and a power conversion efficiency. 太陽電池の直流電力を系統と同じ商用周波数の交流電力に変換して系統電源に供給するトランスレス方式のパワーコンディションナであって、太陽電池−接地間への漏れ電流を検出する検出回路と、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作を制御するものであって、前記漏れ電流の検出に応じて前記インバータ回路の動作方式を複数に切り換え制御する制御回路と、を具備したことを特徴とするパワーコンディショナ。  A transformer-less power conditioner that converts the DC power of the solar cell into AC power of the same commercial frequency as that of the system and supplies it to the system power supply, and a detection circuit that detects a leakage current between the solar cell and the ground, An inverter circuit that converts direct current power into alternating current power, and a control circuit that controls the operation of the inverter circuit, and that switches and controls the operation method of the inverter circuit to a plurality in accordance with detection of the leakage current. A power conditioner characterized by comprising. 請求項1または2のパワーコンディショナにおいて、前記インバータ回路が、複数のスイッチ素子によるフルブリッジ回路構成とされ、前記制御回路の制御入力に応答して各スイッチ素子がスイッチング動作されるものである、ことを特徴とするパワーコンディショナ。  The power conditioner according to claim 1 or 2, wherein the inverter circuit has a full bridge circuit configuration by a plurality of switch elements, and each switch element is switched in response to a control input of the control circuit. A power conditioner characterized by that. 請求項2のパワーコンディショナにおいて、前記制御回路が、少なくとも、前記インバータ回路に対して、太陽電池−接地間電圧を直流電圧とする動作方式と、交流電圧とする動作方式に切り換え制御する、ことを特徴とするパワーコンディショナ。  3. The power conditioner according to claim 2, wherein the control circuit switches and controls at least the inverter circuit between an operation method using a solar cell-ground voltage as a DC voltage and an operation method using an AC voltage. Power conditioner characterized by 太陽電池と、前記太陽電池の直流電力を系統と同じ商用周波数の交流電力に変換して系統電源に供給するトランスレス方式のパワーコンディショナと、を含み、前記パワーコンディショナは、太陽電池−接地間への漏れ電流を検出する検出回路と、太陽電池の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作を制御するものであって、前記漏れ電流の検出に応じて前記インバータ回路の動作方式を複数に切り換え制御する制御回路と、を具備していることを特徴とする、太陽光発電システム。  A solar cell, and a transformer-less power conditioner that converts the DC power of the solar cell into AC power having the same commercial frequency as that of the system and supplies the power to a system power supply. The power conditioner is a solar cell-grounding A detection circuit for detecting a leakage current between the inverter circuit, an inverter circuit for converting the DC power of the solar cell into an AC power, and an operation of the inverter circuit, wherein the inverter is detected in response to the detection of the leakage current. And a control circuit for switching and controlling a plurality of operation modes of the circuit.
JP2000207967A 2000-07-10 2000-07-10 Power conditioner and solar power generation system using the same Expired - Lifetime JP3805953B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000207967A JP3805953B2 (en) 2000-07-10 2000-07-10 Power conditioner and solar power generation system using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000207967A JP3805953B2 (en) 2000-07-10 2000-07-10 Power conditioner and solar power generation system using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002027764A JP2002027764A (en) 2002-01-25
JP3805953B2 true JP3805953B2 (en) 2006-08-09

Family

ID=18704635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000207967A Expired - Lifetime JP3805953B2 (en) 2000-07-10 2000-07-10 Power conditioner and solar power generation system using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3805953B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010055713A1 (en) 2008-11-12 2010-05-20 株式会社 東芝 Interconnection inverter
CN101881801A (en) * 2010-07-21 2010-11-10 上海正泰电源系统有限公司 Photovoltaic inverter leakage current detection method
WO2011087045A1 (en) 2010-01-13 2011-07-21 株式会社 東芝 Grid-tie inverter

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4206998B2 (en) * 2004-12-28 2009-01-14 オムロン株式会社 Power conditioner and its self-diagnosis method
US7916505B2 (en) 2008-03-06 2011-03-29 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for a leakage energy recovery circuit
JP5646752B2 (en) 2011-06-28 2014-12-24 京セラ株式会社 Grid-connected inverter device and control method thereof
JP5935268B2 (en) * 2011-09-05 2016-06-15 住友電気工業株式会社 Power generation control system
CN102437765B (en) * 2011-10-17 2015-09-23 华为技术有限公司 A kind of inverter topology circuit, inverse method and a kind of inverter
JP5737268B2 (en) * 2012-10-30 2015-06-17 株式会社安川電機 Power converter
WO2015081517A1 (en) * 2013-12-04 2015-06-11 阳光电源股份有限公司 Five level inverter
JP6192573B2 (en) * 2014-03-14 2017-09-06 日立アプライアンス株式会社 Grid-connected inverter device and distributed power supply system
CN104133099A (en) * 2014-07-07 2014-11-05 中国电子科技集团公司第四十一研究所 Detection device and method for residual current of photovoltaic array
JP6402603B2 (en) * 2014-11-26 2018-10-10 日産自動車株式会社 Power conversion device and power conversion system
JP6917544B2 (en) * 2017-07-28 2021-08-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 Power converter

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010055713A1 (en) 2008-11-12 2010-05-20 株式会社 東芝 Interconnection inverter
US8514596B2 (en) 2008-11-12 2013-08-20 Kabushiki Kaisha Toshiba System interconnection inverter with bypass path
WO2011087045A1 (en) 2010-01-13 2011-07-21 株式会社 東芝 Grid-tie inverter
US8472215B2 (en) 2010-01-13 2013-06-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Grid-tie inverter for interconnecting AC voltage to electric power grid
CN101881801A (en) * 2010-07-21 2010-11-10 上海正泰电源系统有限公司 Photovoltaic inverter leakage current detection method
CN101881801B (en) * 2010-07-21 2012-07-11 上海正泰电源系统有限公司 Photovoltaic inverter leakage current detection method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002027764A (en) 2002-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. A new PWM strategy for grid-connected half-bridge active NPC converters with losses distribution balancing mechanism
Kerekes et al. A new high-efficiency single-phase transformerless PV inverter topology
US8508957B2 (en) Power conversion device for converting DC power to AC power
KR102243121B1 (en) Power conversion device and three-phase alternating current power supply device
JP3805953B2 (en) Power conditioner and solar power generation system using the same
AU2020227736B2 (en) Power converters and methods of controlling same
US11557983B2 (en) Coupled inductors inverter topology
WO2009137969A1 (en) A photovoltaic grid-connected inverter device without a transformer and its control method
JP4494562B2 (en) Power converter for photovoltaic power generation
CN109247052B (en) Power converter topology for energy storage systems
US20120025609A1 (en) Very high efficiency uninterruptible power supply
US8493760B2 (en) Electric circuit for converting direct current into alternating current
JP5919483B2 (en) Grid interconnection device
JP2017069996A (en) Non-Isolated Power Conversion Device and Non-Isolated Power Conversion System
CN111211705A (en) Bidirectional transformation structure suitable for split-phase power grid and output control method
Satyanarayana et al. Analysis and design of solar photo voltaic grid connected inverter
JP5362657B2 (en) Power converter
CN211457015U (en) Bidirectional transformation structure suitable for split-phase power grid
JP3546325B2 (en) Uninterruptible power system
JPWO2011128942A1 (en) Power converter
El-Menofy et al. An Overview on Single-phase Transformerless inverter topologies for Grid-tied PV system
JP2003143760A (en) Power supply apparatus
JP6589679B2 (en) Power conversion apparatus and control method thereof
Zhou et al. Dual half-cycle-bridges single-phase photovoltaic inverter
RANI et al. Scheming of A Novel HB Zero-Voltage State Rectifier Topology

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040707

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060207

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060410

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060509

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060511

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3805953

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090519

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100519

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100519

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110519

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120519

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130519

Year of fee payment: 7

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140519

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term