JP2011199980A - インバータ装置、及び太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】直流成分値の検出のバラツキを改善し、高精度の直流成分補正を可能とするインバータ装置を提供する。
【解決手段】インバータ主回路７と、インバータ主回路７の出力側に接続され、インバータ主回路７の出力電流の直流成分を検出する直流成分検出回路１１と、前記出力電流の直流成分を入力し、前記出力電流の直流成分をもとにインバータ主回路７の直流成分補正を行うインバータ主回路制御回路８を備え、インバータ主回路制御回路８は、直流成分検出回路１１と接続され、インバータ主回路７が非動作状態である時のインバータ主回路７の出力電流を直流オフセット電圧値として記憶する記録部９と、記録部９に接続され、前記直流オフセット電圧値を基準に、前記インバータ主回路７の出力電流の直流成分値を比較する比較部１０と、比較部１０に接続され、インバータ主回路７の直流成分補正を行う補正部１７とを有することを特徴とするインバータ装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池等から得られる直流電力から交流電力に変換するとともに、商用電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給するインバータ装置、及び太陽光発電システムに関し、特に、インバータ装置が出力する交流電流に含まれる直流成分を高精度に検出して、その直流成分の発生を抑制することが出来るインバータ装置、及び太陽光発電システムに関するものである。

太陽電池等から得られる直流電力から交流電力に変換するとともに、商用電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給するインバータ装置においては、交流出力電流の直流成分を検出して、その直流成分を抑制する様にスイッチング回路をスイッチング制御することが行なわれている。従来例としてのその直流成分の検出手段としては、電流センサ―による直流成分検出と、シャント抵抗による直流成分検出と組み合わせることによって、補正する方式が知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−０５１９７７号公報

従来のインバータ装置、及び太陽光発電システムにおいては、それらに使用される構成部品（例えば、特許文献１中のシャント抵抗やフィルター）のバラツキ等に起因して、その検出された直流成分値にバラツキが生じていた。
そこで、本発明は、直流成分値の検出のバラツキを改善し、高精度の直流成分補正を可能とするインバータ装置、及び太陽光発電システムを提供することを目的とする。

そこで、その目的を達成するために、本発明は、直流電源から供給される入力直流電圧を交流電圧に変換する直流から交流変換動作を行うとともに、電力系統に連系して負荷へ交流電力を供給するインバータ装置において、入力直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、前記インバータ主回路の出力側に接続され、前記インバータ主回路の出力電流の直流成分を検出する直流成分検出回路と、前記出力電流の直流成分を入力し、前記出力電流の直流成分をもとに前記インバータ主回路の直流成分補正を行うインバータ主回路制御回路を備え、前記インバータ主回路制御回路は、前記直流成分検出回路と接続され、前記インバータ主回路が非動作状態である時の前記インバータ主回路の出力電流を直流オフセット電圧値として記憶する記録部と、前記記録部に接続され、前記直流オフセット電圧値を基準に、前記インバータ主回路の出力電流の直流成分値を比較する比較部と、前記比較部に接続され、前記インバータ主回路の直流成分補正を行う補正部とを有することを特徴とするものである。

以上のように本発明のインバータ装置、及び太陽光発電システムにおいては、インバータ主回路７が非動作状態であるときのインバータ主回路７の出力電流を直流オフセット電圧値として記憶し、その直流オフセット電圧値と、実際に計測された直流成分値とを比較し、その電圧差を打ち消すように直流成分の補正を行うことによって、直流成分値の検出のバラツキを改善し、高精度の直流成分補正を可能とするインバータ装置、及び太陽光発電システムを提供することができるのである。

本実施の形態１におけるインバータ装置を用いた太陽光発電システムの構成図 本実施の形態１における直流オフセット電圧値を計測する際の構成図

以下に、本発明のインバータ装置、及び太陽光発電システムの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるインバータ装置を用いた太陽光発電システムの構成図を示すものである。

太陽電池１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力側に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力側はインバータ装置３の入力側に接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ２は、太陽電池１からの出力電圧を所望の電圧値に昇圧するためのものである。また、インバータ装置３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２から入力された直流電力を交流電力に変換するための回路である。また、インバータ装置３の出力側には負荷４が接続されている。さらに、負荷４に並列に柱上トランス５、商用系統電源６が接続されている。このように太陽光発電システムは構成されている。

また、インバータ装置３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２から入力された直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路７と、インバータ主回路７と接続されインバータ主回路７の交流変換動作の制御を行うインバータ主回路制御回路８と、インバータ主回路７の出力側に接続され、前記インバータ主回路７の出力電流の直流成分値を検出する直流成分検出回路１１と、インバータ主回路制御回路８は、直流成分検出回路１１に接続され、インバータ主回路７が非動作状態であるときに直流成分検出回路１１で検出した値を直流オフセット電圧値として記憶する記録部９と、記録部９に接続され直流オフセット電圧値を基準に、前記インバータ主回路７の出力電流の直流成分値を比較する比較部１０と、前記インバータ主回路７の出力電流の直流成分補正を行う補正部１６から構成されている。

また、直流成分検出回路１１は、インバータ主回路７の出力側に直列に接続されたシャント抵抗１２と、シャント抵抗１２に接続された増幅部１３と、増幅部１３に接続されたＡＤコンバータ１４と、ＡＤコンバータ１４に接続されたフォトカプラ１５
から構成されている。また、フォトカプラ１５は記録部９と比較部１０に接続されている。

なお、インバータ主回路制御回路８と、インバータ主回路７の出力側（シャント抵抗１２、直流成分検出回路１１、負荷４、柱上トランス５、商用系統電源６）は電気的に絶縁されている。これは、インバータ主回路７の出力側の基準電位が商用系統電源の基準電位と、インバータ主回路制御回路８の基準電位が約２００［Ｖ］の差があるためである。

次に、本実施形態における記録部９に記憶する直流オフセット電圧値の決定方法に関して説明する。

図２は、直流オフセット電圧値を計測する際の構成を示すものである。この際、図１と異なるのは、直流オフセット電圧値は、インバータ主回路７が交流電力を出力していない状態（インバータ主回路７が非動作状態）において行われること、及び、インバータ装置３の出力を商用系統電源６から解列した状態にすることである。インバータ主回路７が交流電力を出力していない状態、かつ、インバータ装置７が商用系統電源６から解列した状態では、理論上、直流成分電流値はゼロである。よって、このときに直流成分検出回路１１で検出された値が、実際の直流成分がゼロの時の値である。そこで、予め、この時の直流成分検出回路１１で検出された値を直流オフセット電圧値として、記録部９に記憶しておくことで、部品バラツキなどによる個々のインバータ装置がもつ固有の検出ずれを補正することが出来る。

次に、図１に示すような、本実施の形態１におけるインバータ装置を用いた太陽光発電システムの動作に関して説明する。太陽光にて発電された電力を蓄電する太陽電池１から出力された直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２は、十分大きな直流電圧に昇圧しインバータ装置３に対して出力する。インバータ装置３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２から入力された直流電圧（即ち直流電力）を、負荷９（例えば、一般家庭で使用される家電製品に相当）に供給できる交流電圧（即ち交流電力）に変換する。また、負荷９には商用系統電源６（一般家庭では電力会社からの供給電源に相当）から柱上トランス５を介して必要な交流電圧（即ち交流電力）が供給されている。

ここで、インバータ装置３の動作を説明する。インバータ主回路７は、インバータ主回路制御回路８によって、具体的な制御（例えば、出力電力値の制御や出力電力の周波数の制御）がなされている。このインバータ主回路７とインバータ主回路制御回路８のより詳細な構成や動作に関しては、特開２００９−１４２００５公報にて開示されているので、そちらを参照願います。（特に、特開２００９−１４２００５公報の図1中のＦＥＴブリッジ４が、インバータ主回路７に相当し、制御部４２がンバータ主回路制御回路８に相当する。）
また、インバータ主回路７からの出力電圧の直流成分を検出する構成や動作に関して詳細を説明する。

インバータ主回路７に直列に非常に小さい抵抗（数［ｍｏｈｍ］程度）をシャント抵抗１２として接続する。非常に小さい抵抗を用いるのは、シャント抵抗によるロスを極力抑え、インバータ主回路７から出力された電力を極力負荷へ供給するためである。本実施の形態１では、このシャント抵抗１２は、１［ｍｏｈｍ］を用いた。

ここで、直流成分検出回路１１の構成と動作を説明する。

シャント抵抗１２で検出された直流電圧成分は、増幅部１３にて増幅し、ＡＤコンバータ１４に入力する。ＡＤコンバータ１４は入力されたアナログ値をデジタル値に変換し、フォトカプラ１５を通して、インバータ主回路制御回路８に入力する。インバータ主回路制御回路８は、直流オフセット電圧値と、インバータ主回路７の出力電流の直流成分を比較部１０で比較してデジタル値の差がゼロになるようにインバータ主回路７を制御する。

これにより、インバータ主回路７が非動作状態時に、インバータ主回路７の出力電流を直流オフセット電圧値として記憶し、この直流オフセット電圧値と、実際に計測された直流成分値とを比較し、その電圧差を打ち消すように直流成分の補正を行うことで、直流成分値の検出のバラツキを改善し、高精度の直流成分補正を可能するインバータ装置、及び太陽光発電システムを提供することができるのである。
また、本実施例においては、直流成分をフォトカプラ１５経由でインバータ主回路制御回路８に入力する理由は、前述のように、インバータ主回路７の出力側の基準電位、即ち商用系統電源６や直流成分検出回路１１の基準電位とインバータ主回路制御回路８の基準電位との差が前述のように約２００［Ｖ］あるため、直流成分検出回路１１で検出した直流成分電流値を電位差のあるインバータ主回路制御回路８にデジタル値としてデータを転送するためである。

一方、前述の特許文献１（特開平１１−０５１９７７号公報）記載であるインバータ回路（本出願の本実施の形態１のインバータ装置３に相当）は、シャント抵抗９（本出願の本実施の形態１のシャント抵抗１２に相当）で検出された出力の直流電圧成分の正負の符号のみを、主回路電源（本出願の本実施の形態１の商用系統電源６に相当）と基準電位の異なる電流制御回路１９（本出願の本実施の形態１のンバータ主回路制御回路８に相当）内のマイクロコンピュータ１６に入力し、その符号と電流センサ８（本出願の本実施の形態１では不在）の結果によって、インバータ主回路２（本出願の本実施の形態１のンバータ主回路制御回路７に相当）の出力電圧の直流成分を徐々にゼロに補正する（特開平１１−０５１９７７号公報段落［００２６］〜［００２８］記載を参照）ものである。
しかしながら、シャント抵抗９（本出願の本実施の形態１のシャント抵抗１２に相当）側では、正負の符号しか検出を行わないため、その補正に時間ロスが発生してしまう。

先行技術である特許文献１に比較し、本実施の形態１においては、シャント抵抗１２と直流成分検出回路１１を用いて、検出されたインバータ主回路７の直流成分を、商用系統電源６の基準電位と同じ側にてデジタル値に変換し、商用系統電源６の基準電位と異なるインバータ主回路制御回路８に入力し、正負の符号とデジタル値を元に電圧差をゼロにするようにインバータ主回路７を制御することによって、直流成分の補正を素早く行うことができる。よって、商用電力系統のシステム全体の効率を改善することができるのである。

本実施の形態においては、直流成分検出回路１１内にフォトカプラ１５を用いたが、このフォトカプラ１５の代わりに、電気的に絶縁された部分（図１では、フォトカプラ１５記録部９の間）におけるデータの送信が行えるものであればそれを用いることができる。例えば、アイソレータ等を用いてもよい。

本発明にかかるインバータ装置は、太陽光電池等のパワーコンディショナー用のインバータ装置として有用である。

１． 太陽電池
２． ＤＣ−ＤＣコンバータ
３． インバータ装置
４． 負荷
５． 柱上トランス
６． 商用系統電源
７． インバータ主回路
８． インバータ主回路制御回路
９． 記録部
１０．比較部
１１．直流成分検出回路
１２．シャント抵抗
１３．増幅部
１４．ＡＤコンバータ
１５．フォトカプラ
１６．補正部

Claims (4)

1. 直流電源から供給される入力直流電圧を交流電圧に変換する直流から交流変換動作を行うとともに、電力系統に連系して負荷へ交流電力を供給するインバータ装置において、
   入力直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、
   前記インバータ主回路の出力側に接続され、前記インバータ主回路の出力電流の直流成分を検出する直流成分検出回路と、
   前記出力電流の直流成分を入力し、前記出力電流の直流成分をもとに前記インバータ主回路の直流成分補正を行うインバータ主回路制御回路と、
   を備え、
   前記インバータ主回路制御回路は、
   前記直流成分検出回路と接続され、前記インバータ主回路が非動作状態である時の前記インバータ主回路の出力電流を直流オフセット電圧値として記憶する記録部と、
   前記記録部に接続され、前記直流オフセット電圧値を基準に、前記インバータ主回路の出力電流の直流成分値を比較する比較部と、
   前記比較部に接続され、前記インバータ主回路の直流成分補正を行う補正部と、
   を有することを特徴とするインバータ装置。
2. 前記直流成分検出回路は、ＡＤコンバータを有し、前記ＡＤコンバータを用いて前記直流成分値の正負の符号とデジタル値を含んだ値を検出することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
3. 直流電源から供給される入力直流電圧を交流電圧に変換する交流変換動作を行うとともに、電力系統と連系して負荷へ交流電圧を供給するインバータ装置を用いた太陽光発電システムにおいて、
   太陽電池と、
   前記太陽電池に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側に接続された前記インバータ装置と、
   前記インバータ装置の出力側に接続された負荷と、
   前記負荷に並列に接続された柱上トランスと、
   前記柱上トランスに並列に接続された商用系統電源と、
   を備え、
   前記インバータ装置は、
   入力直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、
   前記インバータ主回路の出力側に接続され、前記インバータ主回路の出力電流の直流成分を検出する直流成分検出回路と、
   前記出力電流の直流成分を入力し、前記出力電流の直流成分をもとに前記インバータ主回路の直流成分補正を行うインバータ主回路制御回路と、
   を備え、
   前記インバータ主回路制御回路は、
   前記直流成分検出回路と接続され、前記インバータ主回路が非動作状態である時の前記インバータ主回路の出力電流を直流オフセット電圧値として記憶する記録部と、
   前記記録部に接続され、前記直流オフセット電圧値を基準に、前記インバータ主回路の出力電流の直流成分値を比較する比較部と、
   前記比較部に接続され、前記インバータ主回路の直流成分補正を行う補正部と、
   を有することを特徴とする太陽光発電システム。
4. 前記直流成分検出回路は、ＡＤコンバータを有し、前記ＡＤコンバータを用いてデジタル値を検出することを特徴とする請求項３記載の太陽光発電システム。

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