JP2892183B2

JP2892183B2 - 太陽光発電用電力変換装置

Info

Publication number: JP2892183B2
Application number: JP3139334A
Authority: JP
Inventors: 重幸川畑
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-06-12
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH04364378A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、既設の交流配電系統
と連系する太陽光発電用電力変換装置、特に、配電系統
の一時的な変動によって停止することのない太陽光発電
用電力変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、例えば特開平１−９８００８号
公報に示された従来の太陽光発電用電力変換装置を示す
構成図である。図４において、１は太陽光の作用により
直流電力Ｐdを発生する光発電アレイ、Ｖdは光発電アレ
イ１の出力電圧、２は光発電アレイ１の出力側に挿入さ
れて直流電力Ｐdの逆流を防止するダイオード、３は直
流電力Ｐdを交流電力Ｐ_Iに変換するインバータ、Ｖ_I及
びＩ_Iはインバータ３の出力電圧及び出力電流、４は交
流電力Ｐ_Iが供給されてこれを消費する配電系統、５は
配電系統４を連系接続するためのコンタクタである。６
はインバータ３から出力される高調波が配電系統４に流
れ込まないようインバータ３の出力端子側に挿入された
フィルタであり、インバータ３の出力電圧Ｖ_Iと配電系
統４側の電圧Ｖ_Sとの間に電圧位相差δを保つための連
系リアクトルＸ（リアクタンスの大きさをＸとする）と
しての機能も合わせ持っている。

【０００３】７は交流側すなわち配電系統４側の電圧Ｖ
_S及び電流Ｉ_Sを検出して交流信号７ａを出力する交流検
出器、８は直流側すなわち光発電アレイ１側の電圧Ｖd
を検出する直流検出器である。９はインバータ３にドラ
イブ信号９ａを出力する制御保護回路であり、光発電ア
レイ１により得られた直流電力Ｐdを効率良く交流電力
Ｐ _I に変換し、直流電力Ｐdを有効に配電系統４に供給さ
せるとともに、交流検出器７及び直流検出器８により検
出された交流信号７ａ及び直流電圧Ｖdに従って、異常
時にインバータ３を保護する。１０は配電系統４側の交
流電流Ｉ_Sを検出する変流器である。

【０００４】図５は制御保護回路９の内部構造の一部を
示すブロック図である。図５において、１２はインバー
タ３を保護するための保護検出回路、１３は光発電アレ
イ１が発生する直流電力を有効に配電系統４に供給させ
るとともにＰＷＭ（パルス幅変調）信号１３ａを出力す
る制御回路、１４は保護検出回路１２内に設けられて交
流信号７ａが入力される交流過電流検出回路、１５はド
ライブ信号９ａを出力するドライブ回路、１２ａは保護
検出回路１２から出力されるインバータ停止指令、１７
はインバータ停止指令１２ａに従ってＰＷＭ信号１３ａ
を遮断することによりインバータ３を停止させる停止回
路である。

【０００５】次に、図４及び図５に示した従来の太陽光
発電用電力変換装置の動作について説明する。インバー
タ３の制御は、ＰＷＭ方式を用いて電圧制御を行う無効
電力制御ループと、位相制御を行う有効電力制御ループ
とから成る。インバータ３の出力電圧をＶ_I、配電系統
４の系統電圧をＶ_S、両者の位相差（すなわち連系リア
クトルＸの電圧位相差）をδとすると、インバータ３か
ら出力される有効電力Ｐ及び無効電力Ｑは次式のように
なる。

【０００６】

【数１】

【０００７】式から、位相差δを変化させることによ
り有効電力Ｐが変化することがわかり、式からインバ
ータ３の出力電圧Ｖ_Iを変化させることにより無効電力
Ｑが変化することがわかる。より厳密に言うと、有効電
力Ｐ及び無効電力Ｑは相関性を持っている。

【０００８】式からわかるように、系統電圧Ｖ_Sが大
きくなると、無効電力Ｑが大きくなりインバータ３の利
用率が悪くなるので、通常、Ｑ＝０、すなわちＶ_S＝Ｖ_I
となるようにインバータ３の出力電圧Ｖ_Iを制御する。
この際、光発電アレイ１の出力特性を考慮して、ＰＷＭ
制御の通流率（パルス幅）を変化させる。

【０００９】次に、インバータ３を過電流から保護する
動作について、図６の波形図を参照しながら説明する。
配電系統４が安定であって、Ｖ_S＝Ｖ_Iを満たしている通
常動作時には、インバータ３の出力電流Ｉ_Iは通常動作
時電流１８（図６(ａ)実線参照）のようになる。

【００１０】一方、配電系統４の状態が急変したときに
は、インバータ３の出力電流Ｉ_Iは、通常動作時電流１
８に系統電圧変動による電流（Ｖ_S−Ｖ_I）／Ｘが加わ
り、系統変動時電流１９（図６(ａ)破線参照）のように
なる。系統変動時電流１９が、交流過電流検出回路１４
（図５参照）内に設定されている交流過電流保護レベル
２０（図６一点鎖線参照）に達すると、その時刻ｔxに
おいて、保護検出回路１２からインバータ停止指令１２
ａが出力される。停止回路１７は、インバータ停止指令
１２ａを受けてＰＷＭ信号１３ａを遮断し、インバータ
３を停止させる。このときのドライブ信号９ａの波形は
図６(ｃ)のようになる。なお、通常動作時のドライブ信
号９ａの波形を図６(ｂ)に示す。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の太陽光発電用電
力変換装置は以上のように構成され、インバータ３を制
御する機能は主に制御保護回路９内の制御回路１３が受
け持ち、インバータ３を過電流から保護する機能は主に
制御保護回路９内の保護検出回路１２が受け持ってお
り、制御機能は配電系統４の急変に追従できるほど高速
ではないので、保護検出回路１２は、インバータ３の出
力電流Ｉ_Iがインバータ３に影響がない程度の短い時間
でも交流過電流保護レベル２０に達すると、インバータ
３を停止させてしまい誤動作を生じるという問題点があ
った。

【００１２】また、インバータ３の停止時に出力電流Ｉ
_Iが急激に０になるため、フィルタ６内の連系リアクト
ルＸによって起電力が発生し、配電系統４の動揺を加速
させるという問題点もあった。さらに、特開昭６３−２
７４３７４号公報や特開昭６３−２０６１６５号公報な
どに参照される電力変換装置の制御回路も提案されてい
るが、安価な回路構成で過電流抑制を実現することはで
きない。すなわち、特開昭６３−２７４３７４号公報に
記載の装置は、電流マイナーループによる電流瞬時制御
に関し、負荷に応じた電流指令値に追従制御させて過電
流を抑制し、高性能な出力電圧及び電流を発生させるこ
とを目的としているので、高速な演算回路や電子部品を
必要とし、構成が複雑でコストアップを招くという問題
点があった。また、特開昭６３−２０６１６５号公報に
記載の装置は、無停電電源装置（ＵＰＳ）に対して適用
したものであり、既設の交流配電系統と連系される電力
変換装置に適用することができず、結局、簡易で安価な
回路構成で瞬時過電流のみを抑制することができないと
いう問題点があった。

【００１３】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、配電系統の一時的な変動によっ
てはインバータを停止させない太陽光発電用電力変換装
置を安価でかつ簡易回路構成で得ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る太陽光発
電用電力変換装置は、インバータ及びフィルタの接続点
に相当するインバータの出力端子に電流検出手段を設
け、制御保護回路は、電流検出手段により検出された出
力電流に基づいてインバータを制御する抑制回路を含
み、抑制回路は、出力電流が抑制レベルを超えたときに
抑制信号をアクティブにし、インバータのドライブ信号
を抑制するための抑制信号を出力することを特徴とする
ものである。

【００１５】

【作用】この発明においては、インバータの出力端子で
検出された出力電流が所定のレベルを超えたときにイン
バータの出力電流を絞り込み、配電系統の一時的な変動
によってはインバータを停止させないようにする。

【００１６】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の実施例１を示す構成図であ
り、１〜１０は前述と同様のものである。図１におい
て、電流検出手段すなわち変流器１０はインバータ３と
フィルタ６との接続点に設けられ、インバータ３の出力
端子での出力電流Ｉ_Iを検出する。７ａ′はインバータ
３の出力電流Ｉ_Iと配電系統４側の電圧Ｖ_Sとに基づく交
流信号である。

【００１７】図２は、制御保護回路９のうちインバータ
３の制御を行う部分の構成図であり、１３は前述と同様
のものである。図２において、２２は交流信号７ａ′を
増幅する演算増幅器、２２ａは演算増幅器２２から出力
されるインバータ電流信号（インバータ３の出力電流Ｉ
_Iの値を示す）、２３はインバータ電流信号２２ａをそ
の絶対値を示す絶対値信号２３ａに変換する絶対値回
路、２４はインバータ３の出力電流Ｉ_Iを抑制する際の
基準となる電流抑制レベル、２５は絶対値信号２３ａと
電流抑制レベル２４とを比較し比較結果に従って抑制指
令信号２５ａを出力する比較器、２６は交流信号７ａ′
から高周波成分を取り除くフィルタ、２７はフィルタ２
６の出力信号から基本波成分（商用周波数）の矩形波に
対応したパルスパターン信号２７ａを生成するパルスパ
ターン回路である。比較器２５は、出力電流Ｉ _I に基づ
いて抑制指令信号２５ａをアクティブにし、抑制タイミ
ング判別回路（後述する）と協動してインバータ３を制
御するための抑制回路を構成している。

【００１８】２８は抑制タイミング判別回路であり、抑
制指令信号２５ａ及びパルスパターン信号２７ａから、
インバータ３の出力電流Ｉ_Iをいかなるタイミングで抑
制するかを判別し、抑制信号２８ａを出力する。３０は
抑制信号２８ａ及びＰＷＭ信号１３ａの論理積を取る論
理積回路、３０ａは論理積回路３０から出力される抑制
ＰＷＭ信号である。

【００１９】次に、図１及び図２に示したこの発明の実
施例１の動作について、図３の波形図を参照しながら説
明する。図３には、図２の構成図中に現れたいくつかの
信号の波形が示されている。

【００２０】先ず、インバータ３の出力電流Ｉ_Iは、変
流器１０によって検出され交流検出器７を介して交流信
号７ａ′となる。交流信号７ａ′は、制御保護回路９内
の演算増幅器２２によって増幅され、インバータ電流信
号２２ａとなる。インバータ電流信号２２ａは、絶対値
回路２３によって絶対値に変換され、絶対値信号２３ａ
となる。比較器２５は、絶対値信号２３ａ及び電流抑制
レベル２４を比較し、絶対値信号２３ａが電流抑制レベ
ル２４を超えているときには、抑制指令信号２５ａをア
クティブにする。例えば、図３に示した例では、絶対値
信号２３ａは、時刻ｔ₁〜ｔ₂及び時刻ｔ₃〜ｔ₄において
（点線部）、電流抑制レベル２４を超えており、このと
き抑制指令信号２５ａはアクティブにされる。絶対値信
号２３ａが電流抑制レベル２４を超えていないときには
（図３の時刻ｔ₁以前、時刻ｔ₂〜ｔ₃及び時刻ｔ₄以
後）、抑制指令信号２５ａはノンアクティブにされる。

【００２１】一方、交流信号７ａ′は、フィルタ２６に
も入力されて高周波成分が取り除かれ、パルスパターン
回路２７によって図３に示すパルスパターン信号２７ａ
に変換される。

【００２２】続いて、抑制指令信号２５ａ及びパルスパ
ターン信号２７ａは抑制タイミング判別回路２８に入力
され、抑制信号２８ａに変換される。この際、抑制指令
信号２５ａがアクティブのときには抑制信号２８ａもア
クティブになり、抑制指令信号２５ａがノンアクティブ
のときには抑制信号２８ａもノンアクティブになる。

【００２３】さらに、抑制信号２８ａは、ＰＷＭ信号１
３ａとともに論理積回路３０に入力され、抑制ＰＷＭ信
号３０ａに変換される。抑制ＰＷＭ信号３０ａは制御保
護回路９内のドライブ回路によって増幅されてドライブ
信号９ａになる。図３に示したように、抑制ＰＷＭ信号
３０ａは、時刻ｔ₁〜ｔ₂及び時刻ｔ₃〜ｔ₄においてＰＷ
Ｍ信号１３ａと異なっており、この部分の効果によって
インバータ電流信号２２ａは、図３中に実線で示すよう
に電流抑制レベル２４を超えないものになる。これによ
り、インバータ出力電流Ｉ_Iも所定レベル以下に制限さ
れる。

【００２４】なお、上記実施例ではインバータ３をＰＷ
Ｍ方式のものとして説明したが、他の変調方式のものを
用いてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、インバ
ータ及びフィルタの接続点に相当するインバータの出力
端子に電流検出手段を設け、制御保護回路は、電流検出
手段により検出された出力電流に基づいてインバータを
制御する抑制回路を含み、抑制回路は、出力電流が抑制
レベルを超えたときに抑制信号をアクティブにし、イン
バータのドライブ信号を抑制するための抑制信号を出力
するので、配電系統の一時的な変動によってはインバー
タを停止させない太陽光発電用電力変換装置が安価でか
つ簡易回路構成で得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す構成図である。

【図２】この発明のインバータの制御を行う部分を示す
構成図である。

【図３】この発明の実施例１に現れる各信号の波形図で
ある。

【図４】従来の太陽光発電用電力変換装置を示す構成図
である。

【図５】従来の制御保護回路の内部構造の一部を示すブ
ロック図である。

【図６】従来の太陽光発電用電力変換装置に現れる各信
号の波形図である。

【符号の説明】

１光発電アレイ３インバータ４配電系統９制御保護回路１０変流器（電流検出手段）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽光の作用により直流電力を発生する
光発電アレイと、前記直流電力を交流電力に変換するイ
ンバータと、前記交流電力から高調波を除いて配電系統
に供給するフィルタと、前記インバータの出力電流が所
定値になるように前記インバータを制御しかつ前記出力
電流が所定レベルを超えないように保護する制御保護回
路とを備えた太陽光発電用電力変換装置において、前記インバータ及び前記フィルタの接続点に相当する前
記インバータの出力端子に電流検出手段を設け、前記制御保護回路は、前記電流検出手段により検出され
た出力電流に基づいて前記インバータを制御する抑制回
路を含み、前記抑制回路は、前記出力電流が抑制レベルを超えたと
きに抑制信号をアクティブにし、前記インバータのドラ
イブ信号を抑制するための抑制信号を出力することを特
徴とする太陽光発電用電力変換装置。