JP4172235B2 - Grid-connected inverter device - Google Patents

Grid-connected inverter device Download PDF

Info

Publication number
JP4172235B2
JP4172235B2 JP2002266733A JP2002266733A JP4172235B2 JP 4172235 B2 JP4172235 B2 JP 4172235B2 JP 2002266733 A JP2002266733 A JP 2002266733A JP 2002266733 A JP2002266733 A JP 2002266733A JP 4172235 B2 JP4172235 B2 JP 4172235B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power conversion
conversion means
power
grid
voltage
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 - Fee Related
Application number
JP2002266733A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004104963A (en
Inventor
眞一郎 住吉
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.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2002266733A priority Critical patent/JP4172235B2/en
Publication of JP2004104963A publication Critical patent/JP2004104963A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4172235B2 publication Critical patent/JP4172235B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池または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電力注入する系統連系インバータ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の系統連系インバータは、直流入力電圧を昇圧する第1電力変換手段と降圧とインバータ動作を行う第2電力変換手段を直列接続すると共に、接続部には数10μF以下のコンデンサを配置して高インピーダンスを図る構成とし、出力電流波形の生成時は第1電力変換手段と第2電力変換手段の高周波動作を切り換えることで、出力電流波形の正弦波化に加えて、効率向上と小形化を実現したものである(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図8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接続図である。ここで直流電源1は太陽電池や燃料電池といった出力が直流の分散型電源で構成されている。系統連系インバータは直流電源を入力として系統5に50/60Hzの商用周波数で交流電力を供給している。系統連系インバータは入力電圧を系統電圧より高い電圧に昇圧する第1電力変換手段2、昇圧された電圧の高周波成分を除去する数10μF以下の中間段コンデンサ3、出力電流を正弦波に波形成形する第2電力変換手段4からなり、系統5に接続されている。特に第1電力変換手段2は入力電圧を平滑するコンデンサ2a、昇圧エネルギー蓄積用の直流リアクトル2b、スイッチング素子2c、ダイオード2dで構成され、第2電力変換手段4はスイッチング素子を4石使用したフルブリッジインバータ4aと、交流リアクトル4b、フィルタコンデンサ4cからなっている。
【0004】
以下に動作を説明する。中間段コンデンサ3電圧は系統5に電力を注入するために系統電圧より少なくとも数10V程度は高くなければならないため、例えば入力電圧がDC200Vで系統電圧がAC200Vの場合、系統電圧のピークを中心に4〜5ms間は昇圧して出力電流を制御し、それ以外の系統電圧の絶対値が入力電圧よりも十分小さい期間では昇圧を行わない。これにより、第1電力変換手段2の高周波スイッチング動作は系統の1周期内で部分的にしか行われないため、スイッチング素子2cの損失が格段に低減され、さらに第2電力変換手段4の入出力電位差が低く抑えられるため、第2電力変換手段を構成するフルブリッジインバータ4aのスイッチング損失も低減することができる。したがって、冷却用のヒートシンクの形状が小さくなると共に、中間段コンデンサ3の容量も小さくなることで、全体形状も小さくでき、効率向上と小形・軽量化とともに安価な機器の実現が可能となっている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−152661号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、第1電力変換手段内の直流リアクトルと第2電力変換手段内の交流リアクトルがそれぞれ出力電流制御を分担するため、複数のリアクトルと電流検知手段が必要であることから、機器の効率向上、低価格化、小形・軽量化において限界を生じていた点に加えて、制御回路が複雑になることから信頼性の向上も困難である。加えて、2つの電力変換手段は直列に接続されているため、一方のリアクトル電流を制御している際、もう一方のリアクトルを通過する電流は近傍のフィルタコンデンサと共振する場合があり、騒音の発生源となるという課題を有していた。
【0007】
本発明は、直流電源から正弦波電流を生成するに当たり、複数の電力変換手段に対してリアクトルを1つとして、さらに制御手段を1つにすることで、低損失かつ小形・軽量が実現できる系統連系インバータ装置を提供することを目的としたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、直流入力電圧を降圧する第1電力変換手段と、前記第1電力変換手段の出力に直列接続されて昇圧動作を行う第2電力変換手段と、前記第2電力変換手段の出力に直列接続されて商用切換動作を行う第3電力変換手段とで構成され、前記第1電力変換手段および前記第2電力変換手段とが有するリアクトルは1つとして、前記第3電力変換手段の出力が正弦波電流となるように前記リアクトルの電流を制御することで、極性切換機能を有する第3電力変換手段が、交流電流波形を生成して系統に注入する高効率かつ安価で軽量の系統連系インバータ装置を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載した発明は、直流入力電圧を降圧する第1電力変換手段と、その出力に直列接続されて昇圧動作を行う第2電力変換手段を1つのリアクトルで電流制御することで、大型部品の削減による低価格化と小形・軽量化、さらに制御の簡素化も実現することができる系統連系インバータ装置としている。
【0010】
請求項2に記載した発明は、第1電力変換手段と第2電力変換手段のいずれか一方のみが高周波動作による波形制御を行う構成において、系統電圧と直流入力電圧の大小によって高周波動作を切り換えることで、高効率かつ低歪みの正弦波電流を実現する系統連系インバータ装置としている。
【0011】
請求項3に記載した発明は、系統電圧と直流入力電圧との大小関係によって決定した第1電力変換手段と第2電力変換手段の動作切換タイミングを、系統電圧位相に対して補正可能とすることで、より高品質の正弦波電流を実現する系統連系インバータ装置としている。
【0012】
請求項4に記載した発明は、直列に配置された第2電力変換手段と第3電力変換手段との間に数10μF以下のコンデンサを配置することで、出力電流波形の歪みを悪化させることなく高周波ノイズレベルを低下することが可能な系統連系インバータ装置としている。
【0013】
請求項5に記載した発明は、複数の直流入力電源に対して個別に電力変換を行う第1電力変換手段および第2電力変換手段を配置して、第2電力変換手段の出力側で電流を合成することで、複数の系統保護手段を必要とすることのない簡素な系統連系インバータ装置としている。
【0014】
【実施例】
(実施例1)
以下、本発明の第1の実施例について図面を参照しながら説明する。図1は本実施例の構成を示すブロック図である。本実施例の系統連系インバータ装置は、太陽電池や燃料電池といった分散型電源である直流電源11の電力を、系統17に同期正弦波として電流を注入するものである。第1スイッチング素子13aと第1ダイオード13bで構成された第1電力変換手段13の出力と、第2スイッチング素子14aと第2ダイオード14bで構成された第2電力変換手段14の入力とは、リアクトル15を介して直列接続されている。また第2電力変換手段14の出力は、極性切換インバータ16aとフィルタコンデンサ16bで構成された第3電力変換手段16で、交流に変換されて系統連系している。
【0015】
以上の様に構成された系統連系インバータ装置について、動作を説明する。ここで、第1電力変換手段13は第1スイッチング素子13aの高周波チョッピング動作で、入力電圧を降圧し、かつオン時間を変調することで、リアクトル15の電流波形の振幅を瞬時制御している。また第2電力変換手段14は第2スイッチング素子14aの高周波チョッピング動作で、入力電圧を昇圧し、かつオン時間を変調することで、リアクトル15の電流波形の振幅を瞬時制御する。例えば、系統電圧が交流200Vの場合、0Vから約280Vまで変化するため、入力電圧がこの範囲にある限り、商用1周期内で降圧動作と昇圧動作が必要になる。また第1電力変換手段13が降圧波動作を行う場合、第2電力変換手段14内の第2スイッチング素子14aは常時オフし、第2電力変換手段14が昇圧波動作を行う場合は、第1電力変換手段14内の第1スイッチング素子14aは常時オン動作している。一方、第3電力変換手段16を構成するフルブリッジ構成の極性切換インバータ16aは系統電圧の正負に同期して、商用周波でスイッチングを行い、第2電力変換手段14の出力から得られる商用2倍周波の電流を系統17に同期した正弦波交流に変換している。
【0016】
以上のように本実施例によれば、降圧動作を行う第1電力変換手段と昇圧動作を行う第2電力変換手段を排他的に動作させ、しかも唯一配置されたリアクトルの電流を制御することによって、従来少なくとも複数必要であった大型部品であるリアクトルを削減するころができるため、制御回路の簡素化も含めて安価で、かつ小形・軽量・低損失の系統連系インバータ装置を実現することができる。
【0017】
(実施例2)
以下、本発明の第2の実施例について図面を参照しながら説明する。図2は本実施例の構成を示すブロック図である。図2において図1の回路構成と異なるのは、直流入力電圧を検出する入力電圧検知手段18と、系統電圧を検出する系統電圧検出手段19を配置し、各検出値は制御回路20内で比較された後、第1スイッチング素子13aと第2スイッチング素子14aにドライブ信号を送ることを図示した点である。上記以外の構成要素は第1の実施例と同等であり、説明を省略する。
【0018】
以上の様に構成された系統連系インバータ装置について、図3の波形図を参照して動作を説明する。入力電圧検出手段18と系統電圧検出手段19で得られた情報は、制御回路20内部で比較され、入力電圧が系統電圧より大きい時は、制御回路20は第1電力変換手段13に対して入力電圧を高周波チョッピングするドライブ信号を送ることで降圧動作を行い、かつオン時間を変調することで、リアクトル15の電流波形の振幅を瞬時制御している。このとき第2電力変換手段14内の第2スイッチング素子14aは常時オフし、リアクトル電流を通過する電流は、第2電力変換手段14の出力電流となる。また、入力電圧が系統電圧より小さい時は、制御回路20は第1スイッチング素子13aを常時オンさせ、リアクトル15の入力電圧を直流電源11の電圧と一致させると共に、第2電力変換手段14に対して第2スイッチング素子14aを高周波スイッチング動作するドライブ信号を与えることで、直流電源11の入力電圧を昇圧し、かつオン時間を変調することによって、リアクトル15の電流波形の振幅を瞬時制御する。このようにして第2電力変換手段14の出力に得られた電流は、第3電力変換手段16を構成するフルブリッジ構成の極性切換インバータ16aによって系統17に同期した正弦波交流に変換される。
【0019】
以上のように本実施例によれば、直流電源の入力電圧と系統電圧を比較して商用周期内で降圧動作と昇圧動作を分担することによって、特に分散型電源のように入力電圧変化の大きい直流電源においても降圧動作と昇圧動作の切換タイミングを精度良く検知することが可能となるため、歪みの少ない正弦波交流を得ることのできる系統連系インバータ装置を実現することができる。
【0020】
(実施例3)
以下、本発明の第3の実施例について図4を参照しながら説明する。図4は本実施例の構成を示すブロック図である。図4において図2の回路構成と異なるのは、入力電圧検知手段18と系統電圧検出手段19によって、制御回路20内部で得られたタイミングを補正する位相補正手段21を、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子へのドライブ信号の入力段に配置した点である。上記以外の構成要素は第2の実施例と同等であり、説明を省略する。
【0021】
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の波形図を参照して動作を説明する。通常、入力電圧と系統電圧の絶対値との大小比較によって、第1電力変換手段13の高周波動作と第2電力変換手段14の高周波動作との切換位相を得る。しかしながら第1電力変換手段13の入力電圧は、平滑コンデンサ12によって定電圧化されているものの、系統に注入する電流が力率1で動作するため、特に系統に注入する電流が大きい場合、一定のリップルを生じる。そのような時、入力電圧と系統電圧の検出値から得られたタイミングで第1電力変換手段13と第2電力変換手段14の高周波動作を切り換えた場合、切換位相付近において系統17に注入する電流に波形歪みを生じることがある。ここで、制御回路20から第1スイッチング素子13aと第2スイッチング素子14aに出力されるドライブ信号に、位相補正手段21が任意の進みまたは遅れ位相を与えることで、系統17に注入される電流を高周波の少ない正弦波に波形成形する。
【0022】
以上のように本実施例によれば、第1電力変換手段と第2電力変換手段の高周波動作切換位相を、入力電圧と系統電圧の大きさの比較から得られたタイミングに対して進みまたは遅れ補正することによって、系統に高調波成分の少ない高品質の波形を注入することが実現できる系統連系インバータ装置を提供することができる。
【0023】
(実施例4)
以下、本発明の第4の実施例について図6を参照しながら説明する。図6は本実施例の構成を示すブロック図である。図6において図1の回路構成と異なるのは、第2電力変換手段14と、第3電力変換手段16の間に高周波フィルタコンデンサ22を配置した点である。上記以外の構成要素は第1の実施例と同等であり、説明を省略する。
【0024】
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動作を説明する。第1電力変換手段13および第2電力変換手段14の高周波動作によって生成された電流は、商用2倍周波の低周波成分に第1スイッチング素子13aと第2スイッチング素子14aの動作周波数である高周波成分が重畳された波形である。第2電力変換手段14の出力電流に含まれる高周波電流成分は、極性切換インバータ16aの入力に配置された高周波フィルタコンデンサ22で除去され、極性切換インバータ16aを通過する電流は商用周波数の低周波成分だけとなり、高周波電流による極性切換インバータ16aでの損失分が削減され、さらに高周波配線も短くなるため、発生ノイズも低減する。
【0025】
以上のように本実施例によれば、第2電力変換手段の出力段に高周波フィルタコンデンサを配置することで、高周波成分を除去した電流だけが極性切換インバータを通過するため、第3電力変換手段の低損失化が可能となり、高効率運転が実現できる系統連系インバータ装置を提供することができる。
【0026】
(実施例5)
以下、本発明の第5の実施例について図7を参照しながら説明する。図7は本実施例の構成を示すブロック図である。図7において図1の回路構成と異なるのは、入力電源を第1直流電源11aと第2直流電源11bの複数とし、それぞれに第1電力変換手段13と第2電力変換手段14とを配置した上で、複数の第2電力変換手段13の出力を第3電力変換手段の入力段で合成接続した点と、第3電力変換手段と系統との間に系統保護装置23を配置した点である。上記以外の構成要素は第1の実施例と同等であり、説明を省略する。
【0027】
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動作を説明する。入力電圧の異なる直流電源11aと11bからは、それぞれ第1電力変換手段13と第2電力変換手段14と両者の間に接続されたリアクトル15によって、系統17に同期した商用2倍周波の電流が生成される。複数ある第2電力変換手段14の出力から得られた同期変調電流は、極性切換インバータ16aの入力段で合成され、第3電力変換手段16が正弦波電流を出力する。系統17と第3電力変換手段16の間には系統保護装置23が配置されて、系統17の周波数や電圧などの異常時に、系統17から系統連系インバータを切り離す動作を行う。
【0028】
以上のように本実施例によれば、異なる電圧を有する分散型電源が複数ある時でも、個々に第1電力変換手段と第2電力変換手段で変調された電流波形を生成して合成した後、極性切換インバータで系統に電流を注入することで、系統からインバータを切り離す系統保護装置が単一化できるため、安価な系統連系インバータ装置を実現することができる。
【0029】
【発明の効果】
以上のように請求項1〜5項に記載の発明は、降圧動作を行う第1電力変換手段の出力に昇圧動作を行う第2電力変換手段を直列に配置してリアクトルの共用化を図り、商用周期内において2つの変換手段が波形制御を分担することで、従来複数必要であった電流制御用の大型リアクトルを削減できることから、制御回路の簡素化も含めて安価で、かつ小形・軽量・低損失の系統連系インバータ装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である系統連系インバータ装置の構成を示すブロック図
【図2】本発明の第2の実施例である系統連系インバータ装置の構成を示すブロック図
【図3】本発明の第2の実施例である系統連系インバータ装置の各部動作を示す波形図
【図4】本発明の第3の実施例である系統連系インバータ装置の構成を示すブロック図
【図5】本発明の第3の実施例である系統連系インバータ装置の各部動作を示す波形図
【図6】本発明の第4の実施例である系統連系インバータ装置の構成を示すブロック図
【図7】本発明の第5の実施例である系統連系インバータ装置の構成を示すブロック図
【図8】従来の系統連系インバータ装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
11 直流電源
11a 第1直流電源(複数の直流入力電源)
11b 第2直流電源(複数の直流入力電源)
12 平滑コンデンサ
13 第1電力変換手段
13a 第1スイッチング素子
13b 第1ダイオード
14 第2電力変換手段
14a 第2スイッチング素子
14b 第2ダイオード
15 リアクトル
16 第3電力変換手段
16a 極性切換インバータ
16b フィルタコンデンサ
17 系統
18 入力電圧検知手段
19 系統電圧検知手段
20 制御回路
21 位相補正手段
22 高周波フィルタコンデンサ
23 系統保護装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a grid-connected inverter device that converts DC power, such as a solar cell or a fuel cell, into AC power having a commercial frequency and injects power into the system.
[0002]
[Prior art]
In this type of conventional grid-connected inverter, first power conversion means for boosting a DC input voltage and second power conversion means for performing step-down and inverter operation are connected in series, and a capacitor of several tens of μF or less is connected to the connection portion. In order to increase the efficiency in addition to the sine wave of the output current waveform by switching the high frequency operation of the first power conversion means and the second power conversion means when generating the output current waveform, Miniaturization is realized (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
FIG. 8 is a connection diagram showing a configuration of a grid-connected inverter device that is conventionally used. Here, the DC power source 1 is constituted by a distributed power source having a DC output such as a solar cell or a fuel cell. The grid interconnection inverter supplies AC power to the grid 5 at a commercial frequency of 50/60 Hz with a DC power supply as an input. The grid interconnection inverter includes a first power conversion means 2 that boosts the input voltage to a voltage higher than the grid voltage, an intermediate stage capacitor 3 of several tens of μF or less that removes high frequency components of the boosted voltage, and a waveform shaping of the output current into a sine wave. The second power conversion means 4 is connected to the grid 5. In particular, the first power conversion means 2 is composed of a capacitor 2a for smoothing the input voltage, a DC reactor 2b for storing boosted energy, a switching element 2c, and a diode 2d, and the second power conversion means 4 is a full circuit using four switching elements. It comprises a bridge inverter 4a, an AC reactor 4b, and a filter capacitor 4c.
[0004]
The operation will be described below. Since the intermediate-stage capacitor 3 voltage must be at least several tens of volts higher than the system voltage in order to inject power into the system 5, for example, when the input voltage is DC 200V and the system voltage is AC 200V, the voltage of the intermediate stage capacitor 3 is 4 The voltage is boosted for ˜5 ms to control the output current, and boosting is not performed in a period where the absolute value of the other system voltage is sufficiently smaller than the input voltage. As a result, the high-frequency switching operation of the first power conversion means 2 is performed only partially within one cycle of the system, so that the loss of the switching element 2c is remarkably reduced, and the input / output of the second power conversion means 4 is further reduced. Since the potential difference is kept low, the switching loss of the full bridge inverter 4a constituting the second power conversion means can also be reduced. Accordingly, the shape of the heat sink for cooling is reduced, and the capacity of the intermediate capacitor 3 is also reduced, so that the overall shape can be reduced, and it is possible to realize an inexpensive device with improved efficiency and reduced size and weight. .
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-152661 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional configuration, since the direct current reactor in the first power conversion means and the alternating current reactor in the second power conversion means share the output current control, respectively, a plurality of reactors and current detection means are necessary. In addition to the limitations in device efficiency, cost reduction, size reduction, and weight reduction, it is difficult to improve reliability because the control circuit becomes complicated. In addition, since the two power conversion means are connected in series, when controlling one reactor current, the current passing through the other reactor may resonate with a nearby filter capacitor, and noise It had the problem of becoming a source.
[0007]
The present invention is a system capable of realizing low loss, small size and light weight by generating one reactor for a plurality of power conversion means and one control means when generating a sine wave current from a DC power supply. The object is to provide a connected inverter device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides first power conversion means for stepping down a DC input voltage, second power conversion means for performing a step-up operation connected in series to the output of the first power conversion means, The third power conversion means connected in series to the output of the two power conversion means and performing a commercial switching operation, and the first power conversion means and the second power conversion means have one reactor, 3 by the output of the power converter controls the current of the reactor so that the sine wave current, a third power conversion means having a polarity switching function, high efficiency and to be injected into the system and generates an alternating current waveform An inexpensive and lightweight grid-connected inverter device is provided.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, the first power conversion unit that steps down the DC input voltage and the second power conversion unit that is connected in series to the output and performs the step-up operation are current-controlled by one reactor, so that the large size It is a grid-connected inverter device that can be reduced in price, reduced in size and weight, and simplified in control.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the configuration in which only one of the first power conversion means and the second power conversion means performs waveform control by high frequency operation, the high frequency operation is switched depending on the magnitude of the system voltage and the DC input voltage. Thus, a grid-connected inverter device that realizes a high-efficiency and low-distortion sinusoidal current is obtained.
[0011]
According to the third aspect of the present invention, the operation switching timing of the first power conversion means and the second power conversion means determined by the magnitude relationship between the system voltage and the DC input voltage can be corrected with respect to the system voltage phase. Therefore, it is a grid-connected inverter device that realizes a higher quality sine wave current.
[0012]
In the invention described in claim 4, by disposing a capacitor of several tens of μF or less between the second power conversion unit and the third power conversion unit arranged in series, the distortion of the output current waveform is not deteriorated. The grid-connected inverter device is capable of reducing the high-frequency noise level.
[0013]
In the invention described in claim 5, the first power conversion means and the second power conversion means for individually converting the power to the plurality of DC input power sources are arranged, and the current is output on the output side of the second power conversion means. By synthesizing, a simple grid-connected inverter device that does not require a plurality of grid protection means is obtained.
[0014]
【Example】
(Example 1)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. The grid-connected inverter device of this embodiment injects electric current from a DC power source 11 which is a distributed power source such as a solar cell or a fuel cell, into the system 17 as a synchronous sine wave. The output of the first power conversion means 13 constituted by the first switching element 13a and the first diode 13b and the input of the second power conversion means 14 constituted by the second switching element 14a and the second diode 14b are a reactor. 15 are connected in series. Further, the output of the second power conversion means 14 is converted into alternating current by the third power conversion means 16 constituted by the polarity switching inverter 16a and the filter capacitor 16b, and is connected to the grid.
[0015]
The operation of the grid-connected inverter device configured as described above will be described. Here, the first power conversion means 13 instantaneously controls the amplitude of the current waveform of the reactor 15 by stepping down the input voltage and modulating the on-time by the high-frequency chopping operation of the first switching element 13a. The second power conversion means 14 instantaneously controls the amplitude of the current waveform of the reactor 15 by boosting the input voltage and modulating the on-time by the high-frequency chopping operation of the second switching element 14a. For example, when the system voltage is 200 V AC, the voltage changes from 0 V to about 280 V. Therefore, as long as the input voltage is within this range, the step-down operation and the step-up operation are required within one commercial cycle. When the first power conversion means 13 performs the step-down wave operation, the second switching element 14a in the second power conversion means 14 is always off, and when the second power conversion means 14 performs the step-up wave operation, The first switching element 14a in the power conversion means 14 is always on. On the other hand, the polarity switching inverter 16a having a full bridge configuration that constitutes the third power conversion means 16 performs switching at the commercial frequency in synchronization with the positive / negative of the system voltage, and the commercial double obtained from the output of the second power conversion means 14 The frequency current is converted into a sinusoidal alternating current synchronized with the system 17.
[0016]
As described above, according to the present embodiment, the first power conversion means for performing the step-down operation and the second power conversion means for performing the step-up operation are exclusively operated, and the current of the reactor disposed only is controlled. Because it is possible to reduce the number of large-sized reactors that have been required in the past, it is possible to realize an inexpensive, small, lightweight, low-loss grid-connected inverter device, including simplified control circuits. it can.
[0017]
(Example 2)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. 2 differs from the circuit configuration of FIG. 1 in that an input voltage detecting means 18 for detecting a DC input voltage and a system voltage detecting means 19 for detecting a system voltage are arranged, and each detected value is compared in the control circuit 20. This is the point that the drive signal is sent to the first switching element 13a and the second switching element 14a after being performed. Components other than those described above are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0018]
About the grid connection inverter apparatus comprised as mentioned above, operation | movement is demonstrated with reference to the wave form diagram of FIG. Information obtained by the input voltage detection means 18 and the system voltage detection means 19 is compared inside the control circuit 20, and when the input voltage is larger than the system voltage, the control circuit 20 inputs to the first power conversion means 13. The step-down operation is performed by sending a drive signal for high-frequency chopping of the voltage, and the amplitude of the current waveform of the reactor 15 is instantaneously controlled by modulating the on-time. At this time, the second switching element 14 a in the second power conversion means 14 is always off, and the current passing through the reactor current becomes the output current of the second power conversion means 14. When the input voltage is smaller than the system voltage, the control circuit 20 always turns on the first switching element 13a to make the input voltage of the reactor 15 coincide with the voltage of the DC power supply 11, and to the second power conversion means 14. By applying a drive signal for high-frequency switching operation to the second switching element 14a, the input voltage of the DC power supply 11 is boosted and the on-time is modulated to instantaneously control the amplitude of the current waveform of the reactor 15. The current obtained at the output of the second power conversion means 14 in this way is converted into a sine wave alternating current synchronized with the system 17 by the polarity switching inverter 16 a having a full bridge configuration constituting the third power conversion means 16.
[0019]
As described above, according to the present embodiment, by comparing the input voltage of the DC power supply and the system voltage and sharing the step-down operation and the step-up operation within the commercial cycle, the input voltage change is particularly large as in the distributed power supply. Since the switching timing between the step-down operation and the step-up operation can be detected with high accuracy even in a DC power supply, a grid-connected inverter device capable of obtaining a sinusoidal alternating current with less distortion can be realized.
[0020]
(Example 3)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. 4 differs from the circuit configuration of FIG. 2 in that the phase correction means 21 for correcting the timing obtained inside the control circuit 20 by the input voltage detection means 18 and the system voltage detection means 19 is different from the first switching element and the first switching element. It is the point arrange | positioned in the input stage of the drive signal to 2 switching elements. Components other than those described above are the same as those in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0021]
The operation of the grid-connected inverter device configured as described above will be described with reference to the waveform diagram of FIG. Usually, the switching phase between the high frequency operation of the first power conversion means 13 and the high frequency operation of the second power conversion means 14 is obtained by comparing the magnitudes of the input voltage and the absolute value of the system voltage. However, although the input voltage of the first power conversion means 13 is made constant by the smoothing capacitor 12, the current injected into the system operates at a power factor of 1, so that it is constant particularly when the current injected into the system is large. Ripple is generated. In such a case, when the high frequency operation of the first power conversion means 13 and the second power conversion means 14 is switched at the timing obtained from the detected values of the input voltage and the system voltage, the current injected into the system 17 in the vicinity of the switching phase. May cause waveform distortion. Here, the phase correction means 21 gives an arbitrary advance or delay phase to the drive signals output from the control circuit 20 to the first switching element 13a and the second switching element 14a, so that the current injected into the system 17 is Waveform shaping to sine wave with less high frequency.
[0022]
As described above, according to this embodiment, the high-frequency operation switching phase of the first power conversion means and the second power conversion means is advanced or delayed with respect to the timing obtained from the comparison between the input voltage and the system voltage. By correcting, it is possible to provide a grid-connected inverter device that can realize the injection of a high-quality waveform with few harmonic components into the grid.
[0023]
Example 4
The fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. 6 is different from the circuit configuration of FIG. 1 in that a high frequency filter capacitor 22 is arranged between the second power conversion unit 14 and the third power conversion unit 16. Components other than those described above are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0024]
The operation of the grid-connected inverter device configured as described above will be described. The current generated by the high frequency operation of the first power conversion unit 13 and the second power conversion unit 14 is a high frequency component which is an operating frequency of the first switching element 13a and the second switching element 14a in addition to a commercial double frequency low frequency component. Is a superimposed waveform. The high frequency current component contained in the output current of the second power conversion means 14 is removed by the high frequency filter capacitor 22 arranged at the input of the polarity switching inverter 16a, and the current passing through the polarity switching inverter 16a is a low frequency component of the commercial frequency. Therefore, the loss in the polarity switching inverter 16a due to the high-frequency current is reduced, and the high-frequency wiring is also shortened, so that generated noise is reduced.
[0025]
As described above, according to the present embodiment, by arranging the high frequency filter capacitor at the output stage of the second power conversion means, only the current from which the high frequency component has been removed passes through the polarity switching inverter. Therefore, it is possible to provide a grid-connected inverter device capable of realizing high-efficiency operation.
[0026]
(Example 5)
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. 7 is different from the circuit configuration of FIG. 1 in that the input power supply is a plurality of first DC power supply 11a and second DC power supply 11b, and the first power conversion means 13 and the second power conversion means 14 are arranged respectively. In the above, the outputs of the plurality of second power conversion means 13 are combined and connected at the input stage of the third power conversion means, and the system protection device 23 is disposed between the third power conversion means and the system. . Components other than those described above are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0027]
The operation of the grid-connected inverter device configured as described above will be described. From the DC power sources 11a and 11b having different input voltages, a commercial double frequency current synchronized with the system 17 is generated by the reactor 15 connected between the first power converter 13 and the second power converter 14, respectively. Generated. Synchronous modulation currents obtained from the outputs of the plurality of second power conversion means 14 are combined at the input stage of the polarity switching inverter 16a, and the third power conversion means 16 outputs a sine wave current. A system protection device 23 is disposed between the system 17 and the third power conversion means 16, and performs an operation of disconnecting the system interconnection inverter from the system 17 when the frequency or voltage of the system 17 is abnormal.
[0028]
As described above, according to the present embodiment, even when there are a plurality of distributed power sources having different voltages, current waveforms modulated individually by the first power conversion unit and the second power conversion unit are generated and synthesized. By injecting current into the system with the polarity switching inverter, the system protection device for disconnecting the inverter from the system can be unified, so that an inexpensive system interconnection inverter device can be realized.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the invention according to any one of claims 1 to 5 aims at sharing the reactor by arranging the second power conversion means for performing the boosting operation in series with the output of the first power conversion means for performing the step-down operation, Since the two conversion means share the waveform control within the commercial cycle, it is possible to reduce the large reactor for current control, which has been necessary in the past, so it is inexpensive, including simplification of the control circuit, small size, light weight, A low-loss system interconnection inverter device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a grid interconnection inverter apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a grid interconnection inverter apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of each part of the grid-connected inverter device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the grid-connected inverter device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a waveform diagram showing the operation of each part of the grid-connected inverter device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6 shows the configuration of the grid-connected inverter device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a grid-connected inverter device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a conventional grid-connected inverter device.
11 DC power supply 11a 1st DC power supply (plural DC input power supplies)
11b Second DC power supply (plural DC input power supplies)
12 smoothing capacitor 13 first power conversion means 13a first switching element 13b first diode 14 second power conversion means 14a second switching element 14b second diode 15 reactor 16 third power conversion means 16a polarity switching inverter 16b filter capacitor 17 system 18 Input voltage detection means 19 System voltage detection means 20 Control circuit 21 Phase correction means 22 High frequency filter capacitor 23 System protection device

Claims (5)

直流入力電圧を降圧する第1電力変換手段と、前記第1電力変換手段の出力に直列接続されて昇圧動作を行う第2電力変換手段と、前記第2電力変換手段の出力に直列接続されて商用切換動作を行う第3電力変換手段とで構成され、前記第1電力変換手段および前記第2電力変換手段とが有するリアクトルは1つとして、前記第3電力変換手段の出力が正弦波電流となるように前記リアクトルの電流を制御する系統連系インバータ装置。A first power converting means for stepping down a DC input voltage; a second power converting means connected in series to the output of the first power converting means to perform a step-up operation; and connected in series to the output of the second power converting means. And a third power converter that performs a commercial switching operation. The first power converter and the second power converter have one reactor, and the output of the third power converter is a sine wave current. The grid connection inverter apparatus which controls the electric current of the said reactor so that it may become . 系統電圧を検知する系統電圧検知手段と直流入力電圧を検知する直流入力電圧検知手段を有し、第1電力変換手段と第2電力変換手段のいずれか一方のみが高周波動作を行う構成において、系統電圧と直流入力電圧の大小によって高周波動作を切り換える請求項1記載の系統連系インバータ装置。  In a configuration having system voltage detection means for detecting system voltage and DC input voltage detection means for detecting DC input voltage, and only one of the first power conversion means and the second power conversion means performs high-frequency operation. The grid-connected inverter device according to claim 1, wherein the high-frequency operation is switched according to the magnitude of the voltage and the DC input voltage. 第1電力変換手段と第2電力変換手段の動作切換タイミングは、系統電圧位相に対して補正可能とすることを特徴とする請求項2記載の系統連系インバータ。  3. The grid interconnection inverter according to claim 2, wherein the operation switching timing of the first power conversion means and the second power conversion means can be corrected with respect to the grid voltage phase. 直列に配置された第2電力変換手段と第3電力変換手段との間に数10μF以下のコンデンサを配置した請求項1から3のいずれか1項に記載の系統連系インバータ装置。  4. The grid-connected inverter device according to claim 1, wherein a capacitor of several tens of μF or less is arranged between the second power conversion means and the third power conversion means arranged in series. 複数の直流入力電源は、各直流入力電源に対して個別に電力変換を行う第1電力変換手段および第2電力変換手段に接続され、前記第2電力変換の出力は第3電力変換手段で電力合成される請求項1から4のいずれか1項に記載の系統連系インバータ装置。  The plurality of DC input power supplies are connected to first power conversion means and second power conversion means for performing power conversion individually for each DC input power supply, and the output of the second power conversion is the power by the third power conversion means. The grid connection inverter apparatus of any one of Claim 1 to 4 synthesize | combined.
JP2002266733A 2002-09-12 2002-09-12 Grid-connected inverter device Expired - Fee Related JP4172235B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002266733A JP4172235B2 (en) 2002-09-12 2002-09-12 Grid-connected inverter device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002266733A JP4172235B2 (en) 2002-09-12 2002-09-12 Grid-connected inverter device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004104963A JP2004104963A (en) 2004-04-02
JP4172235B2 true JP4172235B2 (en) 2008-10-29

Family

ID=32265464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002266733A Expired - Fee Related JP4172235B2 (en) 2002-09-12 2002-09-12 Grid-connected inverter device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4172235B2 (en)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5114906B2 (en) * 2006-09-25 2013-01-09 パナソニック株式会社 Grid-connected inverter device
JP2008199808A (en) * 2007-02-14 2008-08-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd System-interconnected inverter arrangement
AT504944B1 (en) * 2007-02-16 2012-03-15 Siemens Ag INVERTER
JP5134263B2 (en) * 2007-03-01 2013-01-30 本田技研工業株式会社 Power converter
JP5643104B2 (en) * 2007-11-30 2014-12-17 アレンコン・アクイジション・カンパニー・エルエルシー Multiphase grid synchronous adjustment current source inverter system
JP5323383B2 (en) * 2008-04-10 2013-10-23 本田技研工業株式会社 Power converter
US7929325B2 (en) * 2008-05-27 2011-04-19 General Electric Company High efficiency, multi-source photovoltaic inverter
US8378656B2 (en) * 2008-09-19 2013-02-19 General Electric Company Quasi-AC, photovoltaic module for unfolder photovoltaic inverter
WO2011013233A1 (en) 2009-07-30 2011-02-03 三菱電機株式会社 Utility interactive inverter device
JP2011097787A (en) 2009-10-30 2011-05-12 Sanyo Electric Co Ltd Grid-connected inverter device and grid-connection system
EP2333635A1 (en) * 2009-12-14 2011-06-15 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Method for obtaining information enabling the determination of a characteristic of a power source
JP5645425B2 (en) * 2010-02-26 2014-12-24 三菱電機株式会社 Power converter
WO2011135658A1 (en) * 2010-04-26 2011-11-03 三菱電機株式会社 System interconnection inverter
US9350166B2 (en) 2010-10-05 2016-05-24 Alencon Acquisition Co., Llc High voltage energy harvesting and conversion renewable energy utility size electric power systems and visual monitoring and control systems for said systems
JP5267589B2 (en) * 2011-02-03 2013-08-21 株式会社日本自動車部品総合研究所 Power converter
AU2012253314B2 (en) 2011-05-12 2016-11-24 Alencon Acquisition Co., Llc High voltage energy harvesting and conversion renewable energy utility size electric power systems and visual monitoring and control systems
JP6065375B2 (en) * 2012-02-17 2017-01-25 富士電機株式会社 Power converter and grid interconnection system using the same
CN107069978B (en) * 2015-12-03 2022-06-28 松下知识产权经营株式会社 Converter and controller
US10483759B2 (en) 2016-04-07 2019-11-19 Alencon Acquisition Co., Llc Integrated multi-mode large-scale electric power support system for an electrical grid

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2708861B2 (en) * 1989-03-20 1998-02-04 三洋電機株式会社 Power converter
JPH1023766A (en) * 1996-06-28 1998-01-23 Matsushita Electric Works Ltd Power inverter
JPH11332286A (en) * 1998-05-14 1999-11-30 Matsushita Seiko Co Ltd Control device of air conditioning equipment
JP4200244B2 (en) * 1998-11-10 2008-12-24 パナソニック株式会社 Grid-connected inverter device
JP4096423B2 (en) * 1998-11-10 2008-06-04 松下電器産業株式会社 Grid-connected inverter device
JP2001255949A (en) * 2000-03-13 2001-09-21 Toshiba Corp Photovoltaic power generating inverter device
JP2002233138A (en) * 2001-01-30 2002-08-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Switching power supply unit

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004104963A (en) 2004-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4172235B2 (en) Grid-connected inverter device
US7116087B2 (en) Current sharing method and apparatus for alternately controlling parallel connected boost PFC circuits
US8724351B2 (en) Controller for load drive system
EP1630940A2 (en) Carrier synchronisation to reduce common mode voltage in an AC drive
US7394232B2 (en) Interleaved switching converters in ring configuration
JP2011036045A5 (en)
KR20120063513A (en) Electrical energy conversion circuit device
JP2013255426A (en) System interconnection inverter system
JP4096423B2 (en) Grid-connected inverter device
JP2001320884A (en) System linkage inverter apparatus
JP2007252048A (en) Power controller
JP4100125B2 (en) Grid-connected inverter device
JP2011193704A (en) Dc-ac power converter
JP5511529B2 (en) Power circuit
JP4768535B2 (en) Power converter
JP2003134842A (en) Step-up/step-down converter and system interconnecting inverter using the same
JPH1014112A (en) System-linked inverter device
JP2005304211A (en) Power converter
JP2008092786A (en) Electric power converter
JP2002272136A (en) Interconnected system inverter
JP4595218B2 (en) Grid interconnection inverter
JP2003088140A (en) Step-up/down converter and system interconnection inverter using the same
CN112368930B (en) Single-phase energy utilization tracking inverter
JP2004140961A (en) Grid interconnection inverter controller
RU2269860C2 (en) Method for frequency conversion

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050411

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20050707

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080313

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080415

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: 20080722

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080804

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110822

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110822

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120822

Year of fee payment: 4

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130822

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees