JPH0898549A - Inverter device - Google Patents
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- JPH0898549A JPH0898549A JP6231151A JP23115194A JPH0898549A JP H0898549 A JPH0898549 A JP H0898549A JP 6231151 A JP6231151 A JP 6231151A JP 23115194 A JP23115194 A JP 23115194A JP H0898549 A JPH0898549 A JP H0898549A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池等の独立した
直流電源が発生する直流電力を交流電力に変換して、家
庭用，事務用の一般交流負荷あるいは既存の商用電力系
統に電力を供給するインバータ装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention converts DC power generated by an independent DC power source such as a solar cell into AC power, and supplies the power to a general AC load for home or office or an existing commercial power system. The present invention relates to an inverter device to be supplied.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種のインバータ装置に関して従来か
ら採用されている方式として、複数個のスイッチング素
子により構成されるインバータブリッジと、直流電源と
商用電力系統または負荷との間を電気的に絶縁するため
の変圧器と、ローパスフィルタと前記インバータブリッ
ジを構成する複数個のスイッチング素子をオン／オフ制
御する制御回路で構成されたもので、前記変圧器として
商用周波トランスを用いる方式と、装置の小型化を考慮
して高周波トランスを用いる方式と、さらにはトランス
を用いないトランスレス方式とがある。2. Description of the Related Art As a conventional method for this type of inverter device, an inverter bridge composed of a plurality of switching elements is electrically insulated from a DC power source and a commercial power system or a load. And a control circuit for controlling on / off of a plurality of switching elements forming the inverter bridge, a low-pass filter, and a system using a commercial frequency transformer as the transformer, and a compact device. In consideration of this, there are a system that uses a high frequency transformer and a transformerless system that does not use a transformer.
【０００３】まず、商用周波トランスを用いた従来のイ
ンバータ装置では、商用変圧器は一次側が２線式、二次
側が単相３線式出力を有しており、単相３線式配電線と
容易に連系することができる。しかし、このようなイン
バータ装置の場合、３ｋＶＡから５ｋＶＡの商用変圧器
が必要であり、装置全体では非常に大きな外観形状にな
る上に、非常に重く扱いにくいものであった。First, in a conventional inverter device using a commercial frequency transformer, the commercial transformer has a two-wire type primary side and a single-phase three-wire type secondary side, and a single-phase three-wire type distribution line. It can be easily connected. However, in the case of such an inverter device, a commercial transformer of 3 kVA to 5 kVA is required, and the entire device has a very large external shape and is very heavy and unwieldy.
【０００４】他方、高周波トランスを用いた従来のイン
バータ装置では、太陽電池の直流側と商用系統の交流側
の絶縁手段として、商用変圧器に代えて高周波トランス
を用いているため、インバータ装置は大幅な小型軽量化
（容量比約１／４、重量比約１／５）を実現できる。し
かし、商用系統との連系に際して、インバータ装置の出
力線として２線しかとれないために、単相３線式配電線
との連系ができないという問題があった。On the other hand, in the conventional inverter device using the high frequency transformer, since the high frequency transformer is used instead of the commercial transformer as the insulating means between the direct current side of the solar cell and the alternating current side of the commercial system, the inverter device is largely used. It is possible to realize compact size and light weight (capacity ratio about 1/4, weight ratio about 1/5). However, when connecting to a commercial system, there is a problem in that only two lines can be taken as the output lines of the inverter device, so that the system cannot be connected to the single-phase three-wire distribution line.
【０００５】ここで、第３の方式であるトランスレス方
式のインバータ装置の従来例を図３を用いて説明する。
太陽電池２ａ，２ｂは２つのブロックに分けられて、こ
の２つのブロックが直列に接続されている。そして、こ
の２つのブロックの中点が連系リレー（開閉器）６を介
して単相３線式配電線の商用系統３の中性線に接続され
ている。以上のように太陽電池２ａ，２ｂを２つのブロ
ックに分けているのは、中性線を挟んで商用系統３の第
１線であるｕ線、第２線であるｖ線に連系する際、ｕ線
と中性線間および中性線とｖ線間は同じ電位を有する必
要があるためであり、それぞれの線間の電位を得るため
に予め太陽電池の出力電圧が両方で同じとなるように２
つのブロックに分けているのである。Now, a conventional example of a third type of transformerless inverter device will be described with reference to FIG.
The solar cells 2a and 2b are divided into two blocks, and these two blocks are connected in series. The midpoint of these two blocks is connected to the neutral line of the commercial system 3 of the single-phase three-wire distribution line via the interconnection relay (switch) 6. As described above, the solar cells 2a and 2b are divided into two blocks when the neutral line is sandwiched between the first line u and the second line v of the commercial system 3 when they are interconnected. , The u wire and the neutral wire and the neutral wire and the v wire must have the same potential, and the output voltage of the solar cell is the same in both in order to obtain the potential between the respective wires. Like 2
It is divided into two blocks.
【０００６】直列接続された２つのブロックの太陽電池
２ａ，２ｂから出力された直流電力は、逆流防止ダイオ
ード４を介して、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４か
らなるインバータブリッジ（電力変換部）５でＰＷＭ
（パルス幅変調）制御され、交流電力に変換される。そ
して、連系リレー６、ＡＣフィルタ７ａ，７ｂを介して
単相３線式配電線の商用系統３のｕ線，ｖ線に供給され
る。以上の回路構成により、商用系統の単相３線式配電
線に対して同じ電気方式での連系が可能となっている。
また、ＡＣフィルタ７ａ，７ｂではＰＷＭ制御による高
調波成分が吸収され、インバータブリッジ５の前段には
インバータ装置１への入力電力の変動を抑える直流コン
デンサ１２ａ，１２ｂが接続され、また、インバータブ
リッジ５の後段には電流検出器１４が接続されている。DC power output from two blocks of solar cells 2a and 2b connected in series is passed through a backflow prevention diode 4 to an inverter bridge (power converter) 5 composed of four switching elements Q1 to Q4. PWM
(Pulse width modulation) controlled and converted to AC power. Then, it is supplied to the u-line and v-line of the commercial system 3 of the single-phase three-wire type distribution line through the interconnection relay 6 and the AC filters 7a and 7b. With the above circuit configuration, it is possible to connect the single-phase three-wire distribution line of the commercial system by the same electric system.
Further, the AC filters 7a and 7b absorb the harmonic components by the PWM control, the DC capacitors 12a and 12b for suppressing the fluctuation of the input power to the inverter device 1 are connected to the front stage of the inverter bridge 5, and the inverter bridge 5 The current detector 14 is connected to the subsequent stage.
【０００７】また、制御回路２０においては、太陽電池
の出力電力は太陽電池出力電圧ＶINと出力電流ＩINとに
より検出され、最大点追尾制御部２１は最大電力となる
電流基準Ｉｍを出力する。この電流基準Ｉｍは電流検出
器１４で検出されたインバータ出力電流のフィードバッ
ク信号ＩOUT と比較され、電流制御器２２、ＰＷＭ制御
部２３により、その偏差がゼロとなるようにゲートドラ
イブ２５を介してインバータブリッジ５のスイッチング
素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ制御する。これにより、インバ
ータ装置１は、結果的に太陽電池の最大点追尾制御を行
うことになる。In the control circuit 20, the output power of the solar cell is detected by the solar cell output voltage V IN and the output current I IN, and the maximum point tracking control section 21 outputs the current reference Im which is the maximum power. . This current reference Im is compared with the feedback signal I OUT of the inverter output current detected by the current detector 14, and the current controller 22 and the PWM controller 23 pass through the gate drive 25 so that the deviation becomes zero. The switching elements Q1 to Q4 of the inverter bridge 5 are PWM-controlled. As a result, the inverter device 1 consequently performs the maximum point tracking control of the solar cell.
【０００８】なお、１１ａ，１１ｂは波形整形用のコン
デンサ、２４は三角波発生器である。Numerals 11a and 11b are waveform shaping capacitors, and numeral 24 is a triangular wave generator.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ここで、図３の従来例
のようにトランスを介さずに直流電源である太陽電池と
商用系統を接続する場合、太陽電池出力と商用系統の配
電線が絶縁されずに直接接続されることから、スイッチ
ング素子の破損等による事故時において直流と交流が混
触したときのことを考慮しておく必要がある。このよう
な事故時においては、入力コンデンサ１２ａ，１２ｂに
交流電圧が印加され、充放電を繰り返すうちに内部温度
が上昇し、最終的にはコンデンサ１２ａ，１２ｂがパン
クするという不具合が生じる。さらに、大きな直流成分
が交流出力に混入して商用系統へ流出するおそれがあ
り、柱上変圧器の偏磁現象などにより商用系統や他の需
要家に悪影響を及ぼすおそれがある。従来のインバータ
装置においては、以上のような不具合が考えられるにも
かかわらず、これに対する保護機能を有していなかっ
た。Here, when a solar cell, which is a DC power source, and a commercial system are connected without a transformer as in the conventional example shown in FIG. 3, the solar cell output and the distribution line of the commercial system are insulated from each other. Since they are directly connected without being connected, it is necessary to take into consideration the case where direct current and alternating current are in contact with each other in the event of an accident due to damage of the switching element or the like. In such an accident, an AC voltage is applied to the input capacitors 12a and 12b, the internal temperature rises during repeated charging and discharging, and finally the capacitors 12a and 12b become flat. Further, a large direct current component may be mixed into the alternating current output and flow out to the commercial power system, which may adversely affect the commercial power system and other users due to the demagnetization phenomenon of the pole transformer. The conventional inverter device does not have a protection function against the above-mentioned problems, despite the possible problems described above.
【００１０】さらに、太陽電池について同じ電圧を出力
できるように２つのブロックに分け、ｕ線と中性線間あ
るいは中性線とｖ線間に供給するように回路構成してい
るが、太陽電池のセル個々の特性の差異、影がかかって
いるのとかかっていないのとの出力の差異、経年変化に
よる出力変化などの要因により、設計時に考慮したよう
に２つのブロックが必ずしも同電圧を出力するとは限ら
ない。このため、インバータ装置の単相３線出力におい
て、ｕ線（第１線）と中性線間、中性線とｖ線（第２
線）間で出力電圧の不平衡が生じるという不具合があっ
た。Further, the solar cell is divided into two blocks so that the same voltage can be output, and the circuit is constructed so as to supply between the u line and the neutral line or between the neutral line and the v line. Due to factors such as differences in the characteristics of individual cells in the cells, differences in output with and without shading, and changes in output due to aging, the two blocks do not always output the same voltage as considered during design. Not necessarily. Therefore, in the single-phase three-wire output of the inverter device, between the u wire (first wire) and the neutral wire, and between the neutral wire and the v wire (second wire).
There was a problem that the output voltage was unbalanced between the lines.
【００１１】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、小型軽量化が有利なトランスレス方
式のインバータ装置において、最近の新築住宅のほとん
どが受電している配電方式である低圧単相３線式配電線
にも同一の電気方式で、しかも出力不平衡の問題点も解
決した状態で連系でき、さらに太陽電池の直流電源側と
商用系統の交流電源側が混触事故を起こした際にも、人
的安全性を確保するとともに商用系統の電源品質を確保
できるようにすることを目的としている。The present invention was devised in view of the above circumstances, and in a transformerless inverter device, which is advantageous in reducing the size and weight, is a power distribution method in which most new houses are recently receiving power. The same electrical method can be used for a certain low-voltage single-phase 3-wire distribution line, and it can be interconnected with the problem of output imbalance solved, and the DC power supply side of the solar cell and the AC power supply side of the commercial system will not cause contact accidents. The objective is to ensure human safety and ensure the power quality of the commercial system even when it occurs.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明に係るインバータ
装置は、太陽電池等の独立した直流電源に対して逆方向
接続の状態で並列に接続され互いには直列接続された２
つのダイオードと、これら２つのダイオードの両端間に
接続され直流を交流に変換する電力変換部とを備え、前
記電力変換部の出力２線をそれぞれ商用系統の単相３線
式配電線の第１線，第２線に接続し、前記両ダイオード
の中点を単相３線式配電線の中性線に接続し、入力側か
ら出力側までの適所に設けられ平時は閉じている開閉器
と、交流直流混触発生時に前記ダイオードを介して流れ
る過電流を検出する過電流検出手段と、過電流検出に基
づいて前記電力変換部を停止させるとともに前記開閉器
を開放する制御手段とを備えたことを特徴とするもので
ある。The inverter device according to the present invention is connected in parallel to an independent DC power source such as a solar cell in a reverse connection state and is connected in series to each other.
One diode and a power converter connected between both ends of these two diodes to convert direct current into alternating current, and the output two lines of the power converter are respectively the first single-phase three-wire distribution line of the commercial system. A switch that is connected to the power line and the second line, connects the middle point of both diodes to the neutral line of the single-phase three-wire distribution line, and is installed in a suitable place from the input side to the output side and is normally closed. An overcurrent detection means for detecting an overcurrent flowing through the diode when an AC / DC contact is generated; and a control means for stopping the power conversion unit and opening the switch based on the overcurrent detection. It is characterized by.
【００１３】また、本発明に係るインバータ装置は、上
記構成において、前記２つのダイオードの各々に個別に
並列に接続され互いには直列接続された同容量の２つの
コンデンサを備え、各々のコンデンサに並列に接続され
た２つの抵抗とによってこれら２つのコンデンサの中点
に安定した中点電位を生成し、前記２つのコンデンサの
両端間に接続され直流を交流に変換する電力変換部を備
え、前記電力変換部の出力２線をそれぞれ商用系統の単
相３線式配電線の第１線，第２線に接続し、前記両コン
デンサの中点を単相３線式配電線の中性線に接続してあ
ることを特徴とするものである。In addition, the inverter device according to the present invention has, in the above-mentioned configuration, two capacitors of the same capacity, which are individually connected in parallel to each of the two diodes and connected in series with each other, and are connected in parallel to each of the capacitors. A stable middle point potential is generated at the middle point of these two capacitors by two resistors connected to the two capacitors, and a power converter connected between both ends of the two capacitors to convert direct current into alternating current, Connect the two output lines of the converter to the first and second lines of the commercial single-phase three-wire distribution line, and connect the midpoint of both capacitors to the neutral line of the single-phase three-wire distribution line. It is characterized by being done.
【００１４】[0014]
【作用】太陽電池を２つのブロックに分けるのではな
く、太陽電池は１ブロックとしその両端に互いに直列接
続された２つのダイオードを逆方向接続の状態で並列接
続してあるから、例えば電力変換部のスイッチング素子
の破壊によって交流と直流の混触事故が発生した場合、
前記逆方向接続のダイオードを介して混触時の短絡電流
を積極的に流し、その短絡電流を過電流検出手段で検出
して、電力変換部を停止しかつ開閉器を開放することに
より、太陽電池に交流電圧がかかるのを防止して事故か
らの保護を図り、人的安全性と商用系統電源品質を確保
する。The solar cell is not divided into two blocks, but the solar cell is made into one block, and two diodes connected in series with each other at both ends thereof are connected in parallel in the reverse connection state. If a mixed touch accident of AC and DC occurs due to the destruction of the switching element of
A short-circuit current at the time of contact is positively flowed through the diode of the reverse connection, the short-circuit current is detected by the overcurrent detection means, the power conversion unit is stopped, and the switch is opened, so that the solar cell Prevents AC voltage from being applied to the system, protects from accidents, and secures human safety and commercial grid power supply quality.
【００１５】また、２つのダイオードにそれぞれ同容量
のコンデンサを並列接続し、各コンデンサにそれぞれ抵
抗を並列接続し、両コンデンサの中点を単相３線式配電
線の中性線に接続したので、２つのコンデンサの中点に
安定した中点電位を生成できることになり、太陽電池の
個々のセルにバラツキがあったり、太陽電池の一部に影
がかかったりした場合でも、第１および第２の線間電圧
を平衡に保つことができ、最近の新築住宅で採用されて
いる低圧単相３線式配電線に対して同一電気方式で連系
することができる。また、電力変換部のスイッチング素
子の破壊によって交流と直流の混触事故が発生した場
合、各コンデンサに交流電圧がかかって異常昇温するこ
とを防止することができる。Since capacitors having the same capacity are respectively connected in parallel to the two diodes, resistors are respectively connected in parallel to the respective capacitors, and the middle point of both capacitors is connected to the neutral wire of the single-phase three-wire distribution line. A stable midpoint potential can be generated at the midpoints of the two capacitors, and even if there are variations in individual cells of the solar cell or if a portion of the solar cell is shaded, the first and second It is possible to maintain the line voltage in a balanced manner, and to connect to the low voltage single-phase three-wire type distribution line which has been adopted in recent new houses by the same electrical method. Further, when a contact accident of alternating current and direct current occurs due to destruction of the switching element of the power conversion unit, it is possible to prevent an abnormal temperature rise due to an alternating voltage applied to each capacitor.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明に係るインバータ装置の一実施
例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は実施例のト
ランスレス方式のインバータ装置の構成の一例を示す回
路図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an inverter device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a transformerless inverter device according to an embodiment.
【００１７】インバータ装置１は、単一ブロックとされ
た太陽電池２と既存の単相３線式配電線の商用系統３と
の間に挿入され、太陽電池２で発電される直流電力を６
０／５０Ｈｚの交流電力に変換し、商用系統３に連系し
て、商用系統３および負荷（図示せず）に交流電力を供
給するものである。ここで、商用系統３の単相３線式配
電線の各線の名称を、図示のとおり、それぞれｕ線（第
１線），ｖ線（第２線），中性線（ｏ線）とする。The inverter device 1 is inserted between the solar cell 2 which is a single block and the commercial system 3 of the existing single-phase three-wire type distribution line, and the DC power generated by the solar cell 2 is 6
The AC power is converted into AC power of 0/50 Hz, is connected to the commercial grid 3, and supplies AC power to the commercial grid 3 and a load (not shown). Here, the names of the respective lines of the single-phase three-wire distribution line of the commercial system 3 are, respectively, as shown in the drawing, u line (first line), v line (second line), and neutral line (o line). .
【００１８】インバータ装置１の構成について説明する
と、太陽電池２の出力のプラス線およびマイナス線のそ
れぞれに順方向に向けて逆流防止ダイオード４ａ，４ｂ
を介挿してある。これは、太陽電池２の出力が小さく
て、インバータ装置１の電圧が商用系統３の電圧に達し
ない場合に、商用系統３から太陽電池２に向かって電流
が逆に流れるのを防ぐためのものである。Explaining the configuration of the inverter device 1, the backflow prevention diodes 4a and 4b are directed in the forward direction to each of the plus line and the minus line of the output of the solar cell 2.
Is interposed. This is to prevent current from flowing backward from the commercial grid 3 to the solar cell 2 when the output of the solar cell 2 is small and the voltage of the inverter device 1 does not reach the voltage of the commercial grid 3. Is.
【００１９】また、インバータ装置１に入力された直流
電力は、プラス線，マイナス線に接続されスイッチング
素子Ｑ１〜Ｑ４で構成されるインバータブリッジ５に導
かれて直流から交流に電力変換される。このインバータ
ブリッジ（電力変換手段）５の出力２線は開閉器の一例
である連系リレー６および高調波成分吸収用のＡＣフィ
ルタ７ａ，７ｂを介して商用系統３の単相３線のうちｕ
線（第１線），ｖ線（第２線）に接続されている。Further, the DC power input to the inverter device 1 is guided to the inverter bridge 5 which is connected to the plus line and the minus line and is constituted by the switching elements Q1 to Q4, and the power is converted from DC to AC. The output 2 lines of the inverter bridge (electric power conversion means) 5 are connected to the relay 6 which is an example of a switch and the AC filters 7a and 7b for absorbing harmonic components, and are used as u of the single phase 3 lines of the commercial system 3.
It is connected to the line (first line) and the v line (second line).
【００２０】また、インバータブリッジ５の前段で直流
電源である太陽電池２に対して並列に２つのコンデンサ
（電解コンデンサ）８ａ，８ｂが直列接続の状態で接続
されており、この２つのコンデンサ８ａ，８ｂを同容量
とすることで、その中点がプラス線とマイナス線のちょ
うど中間電位をとるようにしてある。そして、２つのコ
ンデンサ８ａ，８ｂの中点からの線をインバータ装置１
の第３の出力線とし、連系リレー６を介して商用系統３
の単相３線式配電線の中性線（ｏ線）に接続してある。
また、２つのコンデンサ８ａ，８ｂの中点における電位
を安定させるために、各コンデンサ８ａ，８ｂにそれぞ
れ並列に同一抵抗値の高抵抗１０ａ，１０ｂを接続して
ある。Further, two capacitors (electrolytic capacitors) 8a, 8b are connected in series in parallel to the solar cell 2 which is a DC power source before the inverter bridge 5, and these two capacitors 8a, By setting 8b to have the same capacity, the midpoint of the capacitor 8b has an intermediate potential between the plus line and the minus line. The line from the midpoint of the two capacitors 8a and 8b is connected to the inverter device 1
3rd output line of the commercial system 3 via the interconnection relay 6
It is connected to the neutral wire (o wire) of the single-phase three-wire distribution line.
Further, in order to stabilize the potential at the midpoint of the two capacitors 8a and 8b, high resistances 10a and 10b having the same resistance value are connected in parallel to the capacitors 8a and 8b, respectively.
【００２１】そして、２つのコンデンサ８ａ，８ｂのそ
れぞれに並列にダイオード９ａ，９ｂを接続している。
コンデンサ８ａに並列接続のダイオード９ａは中点から
プラス線に向かって順方向に接続され、コンデンサ８ｂ
に並列接続のダイオード９ｂはマイナス線から中点に向
かって順方向に接続されている。つまり、コンデンサ８
ａ，８ｂからみれば、ダイオード９ａ，９ｂは逆方向接
続の状態となっている。インバータブリッジ５の後段に
おいて、ｖ線と結ぶ線上に電流検出器１４ａが挿入さ
れ、中性線と結ぶ線上に電流検出器１４ｂが挿入されて
いる。Diodes 9a and 9b are connected in parallel to the two capacitors 8a and 8b, respectively.
The diode 9a connected in parallel with the capacitor 8a is connected in the forward direction from the midpoint toward the plus line, and the capacitor 8b
The diode 9b connected in parallel with is connected in the forward direction from the minus line to the middle point. That is, the capacitor 8
Seen from a and 8b, the diodes 9a and 9b are in the reverse connection state. In the latter stage of the inverter bridge 5, the current detector 14a is inserted on the line connecting with the v line and the current detector 14b is inserted on the line connecting with the neutral line.
【００２２】また、制御回路２０においては、太陽電池
２の出力電力が出力電圧ＶINと出力電流ＩINとによって
検出され、最大点追尾制御部２１は最大電力となる電流
基準Ｉｍを出力する。電流検出器１４ａで検出されたイ
ンバータ出力電流のフィードバック信号ＩOUT は電流基
準Ｉｍと比較され、電流制御器２２、ＰＷＭ制御部２３
によりその偏差がゼロとなるようにゲートドライブ２５
を介してインバータブリッジ５をＰＷＭ制御する。これ
により、インバータ装置１は、結果的に太陽電池２の最
大点追尾制御を行うことになる。なお、スイッチング素
子Ｑ１〜Ｑ４としては、例えばＩＧＢＴ素子（絶縁ゲー
トバイポーラトランジスタ）を用いることができる。ま
た、図中、１１ａ，１１ｂは波形整形用のコンデンサ、
２４は三角波発生器である。Further, in the control circuit 20, the output power of the solar cell 2 is detected by the output voltage V IN and the output current I IN, and the maximum point tracking control unit 21 outputs the current reference Im which is the maximum power. The feedback signal I OUT of the inverter output current detected by the current detector 14a is compared with the current reference Im, and the current controller 22 and the PWM controller 23 are compared.
Gate drive 25 so that the deviation becomes zero.
The inverter bridge 5 is PWM-controlled via. As a result, the inverter device 1 consequently performs the maximum point tracking control of the solar cell 2. As the switching elements Q1 to Q4, for example, IGBT elements (insulated gate bipolar transistors) can be used. Also, in the figure, 11a and 11b are capacitors for waveform shaping,
Reference numeral 24 is a triangular wave generator.
【００２３】各電流検出器１４ａ，１４ｂは過電流検出
部２６に接続され、過電流検出部２６が過電流を検出し
たとき、ＰＷＭ制御部２３に停止信号を供給するととも
に、リレー駆動部２７にオフ信号を供給するようになっ
ている。Each of the current detectors 14a and 14b is connected to the overcurrent detection unit 26. When the overcurrent detection unit 26 detects an overcurrent, a stop signal is supplied to the PWM control unit 23 and the relay drive unit 27 is supplied. It is designed to supply an off signal.
【００２４】次に、上記構成のインバータ装置の動作を
説明する。ＰＷＭ制御部２３およびゲートドライブ２５
により、インバータブリッジ５を構成する４つのスイッ
チング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート端子を、高周波キャリア
（２０ｋＨｚ）を用いて正弦波ＰＷＭ変調を施したパル
ス列信号をもってオン／オフ制御することにより、太陽
電池２で発電された直流電力は、キャリア周波数でオン
／オフを繰り返す正弦波信号と同一の周波数をもつＰＷ
Ｍ変調されたパルス列電圧（５０／６０Ｈｚ）に変換さ
れる。２つの直列接続されたコンデンサ８ａ，８ｂの中
点が商用系統３の単相３線式配電線の中性線に接続され
ていることによって、中点からの線とインバータブリッ
ジ５の第１の出力線との間、中点からの線とインバータ
ブリッジ５の第２の出力線との間、インバータブリッジ
５の第１の出力線と第２の出力線との間の合わせて３つ
の線間電圧が発生する。これらはともにＰＷＭ変調され
たパルス列電圧であり、発生する電位は中点からの線と
インバータブリッジ５の第１の出力線との間の電位と、
中点からの線とインバータブリッジ５の第２の出力線と
の間の電位とは互いに等しく、これらに比べて、第１の
出力線と第２の出力線との間の電位は２倍となる。Next, the operation of the above-configured inverter device will be described. PWM control unit 23 and gate drive 25
Thus, the gate terminals of the four switching elements Q1 to Q4 that form the inverter bridge 5 are turned on / off by a pulse train signal that is sine wave PWM modulated using a high frequency carrier (20 kHz). The generated DC power is a PW having the same frequency as a sine wave signal that repeatedly turns on and off at the carrier frequency.
It is converted into a pulse train voltage (50/60 Hz) which is M-modulated. Since the middle point of the two capacitors 8a and 8b connected in series is connected to the neutral line of the single-phase three-wire distribution line of the commercial system 3, the line from the middle point and the first line of the inverter bridge 5 are connected. Between the output line, between the line from the midpoint and the second output line of the inverter bridge 5, and between the first output line and the second output line of the inverter bridge 5, a total of three lines Voltage is generated. These are both PWM-modulated pulse train voltages, and the generated potential is the potential between the line from the midpoint and the first output line of the inverter bridge 5,
The electric potential between the line from the middle point and the second output line of the inverter bridge 5 is equal to each other, and the electric potential between the first output line and the second output line is twice as high as these. Become.
【００２５】以上のようにして、インバータブリッジ５
の出力は、連系リレー６を介して、前記中点からの線と
インバータブリッジ５の出力２線との間にそれぞれ上下
対称に配置されたＡＣフィルタ７ａ，７ｂによって高調
波成分が除去・平滑され、コンデンサ１１ａ，１１ｂに
より波形整形された商用周波数交流電圧波形および電流
波形を得ることができる。ここで、ＡＣフィルタ７ａか
らの出力線と中点からの線との間の電圧を第１線間電圧
Ａとし、ＡＣフィルタ７ｂからの出力線と中点からの線
との間の電圧を第２線間電圧Ｂとし、両ＡＣフィルタ７
ａ，７ｂからの出力線間の電圧を第３線間電圧Ｃとする
と、各線間電圧Ａ，Ｂ，Ｃは図２のようになる。As described above, the inverter bridge 5
The output of the AC filter 7a, 7b is arranged symmetrically between the line from the midpoint and the output 2 line of the inverter bridge 5 via the interconnection relay 6 to remove and smooth harmonic components. Thus, it is possible to obtain the commercial frequency AC voltage waveform and the current waveform whose waveforms have been shaped by the capacitors 11a and 11b. Here, the voltage between the output line from the AC filter 7a and the line from the middle point is defined as a first line voltage A, and the voltage between the output line from the AC filter 7b and the line from the middle point is defined as the first line voltage A. Two line voltage B, both AC filters 7
Letting the voltage between the output lines from a and 7b be the third line voltage C, the line voltages A, B and C are as shown in FIG.
【００２６】２つのコンデンサ８ａ，８ｂを同一容量と
してあることで、第１線間電圧Ａと第２線間電圧Ｂとが
互いに等しくなり、また、第３線間電圧Ｃは、第１線間
電圧Ａまたは第２線間電圧Ｂの２倍の電圧値を有するこ
ととなり、太陽電池出力の直流電圧に対して、第１線間
電圧Ａおよび第２線間電圧Ｂをそれぞれ１００Ｖ、第３
線間電圧Ｃを２００Ｖとするように、太陽電池出力電圧
を設定することによって、本インバータ装置１はトラン
スレス方式で装置の小型軽量化を実現するとともに、イ
ンバータ装置１の出力としてｕ線，ｏ線（中性線），ｖ
線の３線を有し、それぞれの線間電圧が商用系統３の単
相３線式配電線と連系可能な線間電圧となっているた
め、商用系統３の単相３線式配電線と同一電気方式での
系統連系が可能となる。Since the two capacitors 8a and 8b have the same capacitance, the first line voltage A and the second line voltage B are equal to each other, and the third line voltage C is equal to the first line voltage. It has a voltage value twice the voltage A or the second line voltage B, and the first line voltage A and the second line voltage B are 100 V and the third line voltage B, respectively, with respect to the DC voltage of the solar cell output.
By setting the solar cell output voltage so that the line voltage C is 200 V, the present inverter device 1 realizes a compact and lightweight device by the transformerless method, and the output of the inverter device 1 includes u line, o Line (neutral line), v
Since there are three wires, and each line voltage is a line voltage that can be connected to the single-phase three-wire distribution line of the commercial grid 3, the single-phase three-wire distribution line of the commercial grid 3 It is possible to connect the grid with the same electrical method as.
【００２７】さらに、ダイオード９ａ，９ｂがプラス線
からマイナス線に向かって逆方向に挿入されているた
め、通常運転時において、直流電源である太陽電池２か
らの出力がこのダイオード９ａ，９ｂに流れることはな
い。万一、インバータブリッジ５を構成しているスイッ
チング素子Ｑ１〜Ｑ４の一部または全部が短絡等により
破損した場合、太陽電池２側の直流と商用系統３側の交
流が混触し、ダイオード９ａ，９ｂに交流電圧がかか
り、商用系統３から短絡電流が流れることになる。Further, since the diodes 9a and 9b are inserted in the reverse direction from the plus line to the minus line, the output from the solar cell 2 which is a DC power source flows to the diodes 9a and 9b during the normal operation. There is no such thing. In the unlikely event that some or all of the switching elements Q1 to Q4 forming the inverter bridge 5 are damaged due to a short circuit or the like, the direct current on the solar cell 2 side and the alternating current on the commercial system 3 side are in contact with each other, and the diodes 9a, 9b. AC voltage is applied to the short circuit current, and a short-circuit current flows from the commercial system 3.
【００２８】すなわち、例えばスイッチング素子Ｑ１が
短絡したときは、スイッチング素子Ｑ１、ＡＣフィルタ
７ａ、ｕ線、中性線、電流検出器１４ｂ、中点、ダイオ
ード９ａ、スイッチング素子Ｑ１という閉回路が形成さ
れ、この閉回路に短絡電流が流れる。スイッチング素子
Ｑ３が短絡したときは、スイッチング素子Ｑ３、ＡＣフ
ィルタ７ｂ、ｖ線、中性線、電流検出器１４ｂ、中点、
ダイオード９ａ、スイッチング素子Ｑ３という閉回路が
形成され、この閉回路に短絡電流が流れる。また、スイ
ッチング素子Ｑ２が短絡したときは、スイッチング素子
Ｑ２、ダイオード９ｂ、中点、電流検出器１４ｂ、中性
線、ｕ線、ＡＣフィルタ７ａ、スイッチング素子Ｑ２と
いう閉回路が形成され、スイッチング素子Ｑ４が短絡し
たときは、スイッチング素子Ｑ４、ダイオード９ｂ、中
点、電流検出器１４ｂ、中性線、ｖ線、ＡＣフィルタ７
ｂ、スイッチング素子Ｑ４という閉回路が形成され、そ
れぞれの閉回路に短絡電流が流れる。このため、中性線
またはｖ線（もしくはｕ線）に設けた電流検出器１４
ａ，１４ｂに積極的に短絡電流を流すことになり、この
短絡電流を制御回路２０における過電流検出部２６で検
出して、ＰＷＭ制御部２３およびゲートドライブ２５を
介してインバータブリッジ５を停止するとともに、リレ
ー駆動部２７を介して連系リレー６を開放する。これに
より、太陽電池２あるいはコンデンサ８ａ，８ｂに交流
電圧がかかるのを防止するとともに、商用系統３への直
流成分の流出を防止し、太陽電池の直流電源側と商用系
統の交流電源側とが混触した場合の人的安全性を確保
し、商用系統の電源品質を確保することができる。That is, for example, when the switching element Q1 is short-circuited, a closed circuit including the switching element Q1, the AC filter 7a, the u wire, the neutral wire, the current detector 14b, the midpoint, the diode 9a and the switching element Q1 is formed. , A short circuit current flows through this closed circuit. When the switching element Q3 is short-circuited, the switching element Q3, the AC filter 7b, the v line, the neutral line, the current detector 14b, the midpoint,
A closed circuit composed of the diode 9a and the switching element Q3 is formed, and a short circuit current flows through this closed circuit. When the switching element Q2 is short-circuited, a closed circuit including the switching element Q2, the diode 9b, the midpoint, the current detector 14b, the neutral wire, the u wire, the AC filter 7a, and the switching element Q2 is formed, and the switching element Q4. Is short-circuited, switching element Q4, diode 9b, midpoint, current detector 14b, neutral wire, v wire, AC filter 7
b, a closed circuit of the switching element Q4 is formed, and a short-circuit current flows in each closed circuit. Therefore, the current detector 14 provided on the neutral line or the v line (or u line)
A short circuit current is positively flown to a and 14b, the short circuit current is detected by the overcurrent detection unit 26 in the control circuit 20, and the inverter bridge 5 is stopped via the PWM control unit 23 and the gate drive 25. At the same time, the interconnection relay 6 is opened via the relay drive unit 27. This prevents the AC voltage from being applied to the solar cell 2 or the capacitors 8a and 8b, and also prevents the direct current component from flowing out to the commercial grid 3, so that the DC power supply side of the solar cell and the AC power supply side of the commercial grid are separated from each other. It is possible to secure human safety in the case of contact and to secure the power quality of the commercial grid.
【００２９】従来例のように太陽電池２を２つのブロッ
クに分けてその中点をコンデンサ８ａ，８ｂの中点に接
続するのではなく、太陽電池２を単一のブロックとして
両コンデンサ８ａ，８ｂに接続したので、そして、その
コンデンサ８ａ，８ｂの容量を互いに等しくするととも
に、コンデンサ８ａ，８ｂの中点と商用系統３の中性線
とを接続したので、太陽電池２の一部に影がかかった場
合でも、第１線間電圧Ａと第２線間電圧Ｂとを常に互い
に同一に保つことができる。Instead of dividing the solar cell 2 into two blocks and connecting the midpoint to the midpoints of the capacitors 8a and 8b as in the conventional example, the solar cell 2 is made as a single block and both capacitors 8a and 8b are connected. Since the capacitors 8a and 8b have the same capacitance, and the midpoint of the capacitors 8a and 8b and the neutral line of the commercial system 3 are connected to each other, a part of the solar cell 2 is shaded. Even when applied, the first line voltage A and the second line voltage B can always be kept the same.
【００３０】上記実施例では、インバータ装置１内でイ
ンバータブリッジ５とＡＣフィルタ７ａ，７ｂとの間に
連系リレー６を挿入して直流側と交流側の切り離しを行
っているが、インバータ装置１における前記第１の出力
線、第２の出力線、第３の出力線に、あるいはダイオー
ド９ａ，９ｂとインバータブリッジ５との間におけるプ
ラス線、マイナス線、中点からの線にそれぞれ電流ヒュ
ーズを挿入して、過電流時に電流ヒューズを溶断するこ
とで保護を図ることも可能である。さらに、インバータ
装置１と太陽電池２との間、または、インバータ装置１
と商用系統３との間のいずれかに開閉器を設け、この開
閉器を電流検出器による過電流検出信号に基づいて開放
するように構成してもよい。In the above embodiment, the interconnection relay 6 is inserted between the inverter bridge 5 and the AC filters 7a and 7b in the inverter device 1 to disconnect the DC side and the AC side. A current fuse to the first output line, the second output line, the third output line, or between the diodes 9a and 9b and the inverter bridge 5 and the line from the midpoint. It is also possible to insert it and to protect it by fusing the current fuse at the time of overcurrent. Furthermore, between the inverter device 1 and the solar cell 2, or the inverter device 1
A switch may be provided between any of the above and the commercial system 3, and the switch may be opened based on an overcurrent detection signal from the current detector.
【００３１】[0031]
【発明の効果】本発明に係るインバータ装置によれば、
太陽電池を２つのブロックに分けるのではなく、太陽電
池は１ブロックとしその両端に互いに直列接続された２
つのダイオードを逆方向接続の状態で並列接続してある
から、例えば電力変換部のスイッチング素子の破壊によ
って交流と直流の混触事故が発生した場合、前記逆方向
接続のダイオードを介して混触時の短絡電流を積極的に
流し、その短絡電流を過電流検出手段で検出して、電力
変換部を停止しかつ開閉器を開放することにより、太陽
電池に交流電圧がかかるのを防止して事故からの保護を
図り、人的安全性と商用系統電源品質を確保することが
できる。According to the inverter device of the present invention,
Instead of dividing the solar cell into two blocks, the solar cell is made into one block and is connected to both ends in series.
Since two diodes are connected in parallel in the reverse connection state, for example, when an AC / DC contact accident occurs due to the destruction of the switching element of the power conversion unit, a short circuit at the time of contact via the reverse connection diode occurs. By positively flowing the current, detecting the short-circuit current by the overcurrent detection means, stopping the power conversion unit and opening the switch, it is possible to prevent AC voltage from being applied to the solar cell and to prevent accidents. It is possible to protect and secure human safety and commercial grid power supply quality.
【００３２】また、２つのダイオードにそれぞれ同容量
のコンデンサを並列接続し、各コンデンサにそれぞれ抵
抗を並列接続し、両コンデンサの中点を単相３線式配電
線の中性線に接続することにより、２つのコンデンサの
中点に安定した中点電位を生成できることになり、太陽
電池の個々のセルにバラツキがあったり、太陽電池の一
部に影がかかったりした場合でも、第１および第２の線
間電圧を平衡に保つことができ、最近の新築住宅で採用
されている低圧単相３線式配電線に対して同一電気方式
で連系することができる。また、電力変換部のスイッチ
ング素子の破壊によって交流と直流の混触事故が発生し
た場合、各コンデンサに交流電圧がかかって異常昇温す
ることを防止することができる。Also, capacitors having the same capacity should be connected in parallel to the two diodes, resistors should be connected in parallel to each capacitor, and the middle point of both capacitors should be connected to the neutral wire of the single-phase three-wire distribution line. As a result, a stable midpoint potential can be generated at the midpoints of the two capacitors, and even if there are variations in individual cells of the solar cell or if a portion of the solar cell is shaded, the first and second It is possible to maintain the line voltage of 2 in balance and to connect to the low voltage single-phase three-wire distribution line adopted in recent new houses by the same electric system. Further, when a contact accident of alternating current and direct current occurs due to destruction of the switching element of the power conversion unit, it is possible to prevent an abnormal temperature rise due to an alternating voltage applied to each capacitor.
【図１】本発明の一実施例に係るインバータ装置のブロ
ック回路図である。FIG. 1 is a block circuit diagram of an inverter device according to an embodiment of the present invention.
【図２】実施例のインバータ装置で得られる各部の電圧
波形図である。FIG. 2 is a voltage waveform diagram of each part obtained in the inverter device of the embodiment.
【図３】従来例のインバータ装置のブロック回路図であ
る。FIG. 3 is a block circuit diagram of a conventional inverter device.
１……インバータ装置 ２……太陽電池 ３……商用系統 ５……インバータブリッジ ６……連系リレー（開閉器） ８ａ…コンデンサ ８ｂ…コンデンサ ９ａ…ダイオード ９ｂ…ダイオード １４ａ…電流検出器 １４ｂ…電流検出器 ２０……制御回路 ２３……ＰＷＭ制御部 ２５……ゲートドライブ ２６……過電流検出部 ２７……リレー駆動部 1 ... Inverter device 2 ... Solar cell 3 ... Commercial system 5 ... Inverter bridge 6 ... Interconnection relay (switch) 8a ... Capacitor 8b ... Capacitor 9a ... Diode 9b ... Diode 14a ... Current detector 14b ... Current Detector 20 ... Control circuit 23 ... PWM control unit 25 ... Gate drive 26 ... Overcurrent detection unit 27 ... Relay drive unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｈ 7/122 Ｚ Ｈ０２Ｊ 3/38 Ｒ 9470−5Ｇ (72)発明者 中田 浩史 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 藤井 哲 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H02H 7/122 Z H02J 3/38 R 9470-5G (72) Inventor Hiroshi Nakata Abeno, Osaka City, Osaka Prefecture 22-22, Nagaike-cho, Chuap Co., Ltd. (72) Inventor Satoshi Fujii 22-22, 22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture
Claims (3)
逆方向接続の状態で並列に接続され互いには直列接続さ
れた２つのダイオードと、これら２つのダイオードの両
端間に接続され直流を交流に変換する電力変換部とを備
え、前記電力変換部の出力２線をそれぞれ商用系統の単
相３線式配電線の第１線，第２線に接続し、前記両ダイ
オードの中点を単相３線式配電線の中性線に接続し、入
力側から出力側までの適所に設けられ平時は閉じている
開閉器と、交流直流混触発生時に前記ダイオードを介し
て流れる過電流を検出する過電流検出手段と、過電流検
出に基づいて前記電力変換部を停止させるとともに前記
開閉器を開放する制御手段とを備えたことを特徴とする
インバータ装置。1. A diode connected in parallel to an independent DC power source such as a solar cell in a reverse connection state and connected in series with each other, and a DC voltage connected between both ends of these two diodes to generate an AC current. And a power conversion unit for converting the two output lines of the power conversion unit to a first line and a second line of a single-phase three-wire distribution line of a commercial system, respectively, and to connect the middle point of both the diodes to a single line. A switch that is connected to the neutral wire of a three-phase type distribution line and is installed in a proper place from the input side to the output side and is normally closed, and detects an overcurrent flowing through the diode when AC / DC contact occurs. An inverter device comprising: an overcurrent detection means; and a control means for stopping the power conversion unit and opening the switch based on the overcurrent detection.
列に接続され互いには直列接続された同容量の２つのコ
ンデンサを備え、各々のコンデンサに並列に接続された
２つの抵抗とによってこれら２つのコンデンサの中点に
安定した中点電位を生成し、前記２つのコンデンサの両
端間に接続され直流を交流に変換する電力変換部を備
え、前記電力変換部の出力２線をそれぞれ商用系統の単
相３線式配電線の第１線，第２線に接続し、前記両コン
デンサの中点を単相３線式配電線の中性線に接続してあ
ることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。2. Each of the two diodes is provided with two capacitors of the same capacity that are individually connected in parallel and connected in series with each other, and these two capacitors are connected to each other by two resistors connected in parallel. A power conversion unit that generates a stable midpoint potential at the middle point of the capacitor and that is connected between both ends of the two capacitors and that converts direct current into alternating current is provided. 2. The phase 3 wire type distribution line is connected to the 1st line and the 2nd line, and the midpoint of both capacitors is connected to the neutral line of the single phase 3 line type distribution line. Inverter device described.
ブリッジからなるインバータブリッジであり、このイン
バータブリッジの出力２線が高調波成分吸収用のＡＣフ
ィルタを介して単相３線式配電線の第１線，第２線に接
続され、開閉器が前記インバータブリッジと前記ＡＣフ
ィルタとの間に挿入されている請求項１または請求項２
に記載のインバータ装置。3. The power conversion unit is an inverter bridge composed of a bridge of four switching elements, and two output lines of this inverter bridge are connected to a first-phase three-wire distribution line through an AC filter for absorbing harmonic components. 3. The switch according to claim 1, wherein the switch is connected to the first line and the second line, and the switch is inserted between the inverter bridge and the AC filter.
Inverter device according to.
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