JP3478338B2 - 送電装置 - Google Patents

送電装置

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JP3478338B2
JP3478338B2 JP2001500391A JP2001500391A JP3478338B2 JP 3478338 B2 JP3478338 B2 JP 3478338B2 JP 2001500391 A JP2001500391 A JP 2001500391A JP 2001500391 A JP2001500391 A JP 2001500391A JP 3478338 B2 JP3478338 B2 JP 3478338B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、送電装置及び送電方法に関し、特に商用
電力系統へ電力を供給する送電装置及び送電方法に関す
る。
背景技術 直流電力を商用電力系統に配電する場合、インバータ
を用いて直流電圧を交流電圧に変換し、変換した電圧を
商用電力系統に配電する。直流電力は、太陽電池等の発
電装置が発生する。なお、インバータは電圧波形をパル
ス幅変調し、変換後の交流波形と商用電力系統の電圧波
形との誤差を修正する。
また、パルス幅変調を行う場合、電圧の周波数や位相
を制御するために複雑な制御回路を必要とする。この制
御回路は送電装置の構成を複雑にすると共に、送電装置
の価格を上昇させる。
また、インバータが故障すると、発電装置の発生する
電力が、制御されることなく商用電力系統に漏電するお
それがある。さらに、商用電力系統に接続されている装
置が漏電により破損する（つまり、二次破壊を起こす）
おそれもある。
発明の開示 この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、
構成が簡単な送電装置及び送電方法を提供することを第
１の目的とする。
さらに、低コストの送電装置及び送電方法を提供する
ことを第２の目的とする。
また、発電装置から商用電力系統への漏電が防止で
き、ひいては、二次破壊の発生を防止できる送電装置及
び送電方法を提供することを第３の目的とする。
上記目的を達成するため、この発明の第１の観点にか
かる送電装置は、 交流電圧を発生する交流電源（８）と直流電圧を発生
する直流電源（２，３，４，５）との間に配置される送
電装置であって、 前記直流電源と前記交流電源との間に接続され、自己
に供給される制御信号に従い、前記直流電圧を前記交流
電源に供給し、又は当該直流電圧の該交流電源への供給
を遮断する切替スイッチ（６）と、 前記交流電源と前記切替スイッチとに接続され、前記
交流電源が発生する交流電圧の絶対値が所定のしきい値
以上であるか否かを判別し、当該しきい値以上であると
判別したときに、前記直流電圧を前記交流電圧と同一極
性で前記交流電源へと供給させるための前記制御信号を
前記切替スイッチに供給し、当該しきい値未満であると
判別したとき、前記交流電源への前記直流電圧の供給を
遮断させるための前記制御信号を前記切替スイッチに供
給する交流電圧監視回路（７）と、 を備えることを特徴とする。
この構成によれば、直流電源が出力する直流電圧は、
交流電源が発生する交流電圧と電圧しきい値との大小関
係に従い、切替スイッチを介して交流電源へと供給さ
れ、又は供給を停止される。従って、パルス幅変調及び
その複雑な制御回路を用いなくてよい。このため、構成
が簡単になる。
前記直流電源の出力インピーダンスは前記交流電源の
出力インピーダンスより高く、且つ、前記交流電源に接
続する対象の外部の負荷へ前記直流電源から電流が供給
されることにより当該負荷に発生する電圧降下の大きさ
は、前記交流電源が発生する交流電圧より大きくてもよ
い。
この場合、負荷の両端間の電圧は、交流電源が発生す
る交流電圧にほぼ等しく保たれる。
前記交流電圧監視回路は、前記直流電源が前記交流電
源に前記直流電圧を供給している連続した期間が、前記
交流電源が発生する交流電力の周期の２分の１を越えた
か否かを判別し、越えたと判別したときに、前記直流電
源から前記交流電源への前記直流電圧の供給を遮断させ
るための前記制御信号を前記切替スイッチに供給する半
周期監視回路（１０４）を更に備えていてもよい。
この半周期監視回路によれば、交流電源に異常を生
じ、直流電源が直流電圧を供給し続けている期間が交流
電圧の周期の２分の１を越えると、交流電源と直流電源
との間が遮断される。従って直流電源から交流電源への
漏電が防止される。
前記切替スイッチは、例えば、 第１の電流路及び第１の制御端を備える第１のスイッチ
ング素子（Ｔ１）と、第２の電流路及び第２の制御端を
備える第２のスイッチング素子（Ｔ２）と、第３の電流
路及び第３の制御端を備える第３のスイッチング素子
（Ｔ３）と、第４の電流路及び第４の制御端を備える第
４のスイッチング素子（Ｔ４）と、を備えていてもよ
く、この場合、 前記第１の電流路の一端及び前記第３の電流路の一端
は、前記直流電源が備え前記直流電圧を出力する一対の
電極の一方に接続され、 前記第２の電流路の一端及び前記第４の電流路の一端
は、前記直流電源の一対の電極の他方に接続され、 前記第１の電流路の他端及び前記第４の電流路の他端
は、前記交流電源が備え前記交流電圧を出力する一対の
電極の一方に接続され、 前記第２の電流路の他端及び前記第３の電流路の他端
は、前記交流電源の一対の電極の他方に接続されていれ
ばよい。
また、この場合、前記交流電圧監視回路は、 前記直流電源の一対の電極の前記一方の電圧と前記交
流電源の一対の電極の前記一方の電圧との極性の異同を
判別し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値以上であり、且
つ、前記直流電源の一対の電極の前記一方の電圧と前記
交流電源の一対の電極の前記一方の電圧とが互いに同極
性であると判別したとき、前記第１及び第２の制御端
に、前記第１及び第２の電流路が導通するような電圧を
前記制御信号として印加し、前記第３及び第４の制御端
に、前記第３及び第４の電流路が遮断されるような電圧
を前記制御信号として印加し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値以上であり、且
つ、前記直流電源の一対の電極の前記一方の電圧と前記
交流電源の一対の電極の前記一方の電圧とが互いに異な
る極性であると判別したとき、前記第１及び第２の制御
端に、前記第１及び第２の電流路が遮断されるような電
圧を前記制御信号として印加し、前記第３及び第４の制
御端に、前記第３及び第４の電流路が導通するような電
圧を前記制御信号として印加し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値未満であると判
別したとき、前記第１乃至第４の制御端に、前記第１乃
至第４の電流路が遮断されるような電圧を前記制御信号
として印加するものであればよい。
前記第１のスイッチング素子は、例えば、自己のドレ
イン及びソースが前記第１の電流路の両端として機能
し、自己のゲートが前記第１の制御端として機能する第
１の電界効果トランジスタ（Ｔ１）より構成されていれ
ばよい。
前記第２のスイッチング素子は、例えば、自己のドレ
イン及びソースが前記第２の電流路の両端として機能
し、自己のゲートが前記第２の制御端として機能する第
２の電界効果トランジスタ（Ｔ２）より構成されていれ
ばよい。
前記第３のスイッチング素子は、例えば、自己のドレ
イン及びソースが前記第３の電流路の両端として機能
し、自己のゲートが前記第３の制御端として機能する第
３の電界効果トランジスタ（Ｔ３）より構成されていれ
ばよい。
前記第４のスイッチング素子は、例えば、自己のドレ
イン及びソースが前記第１の電流路の両端として機能
し、自己のゲートが前記第４の制御端として機能する第
４の電界効果トランジスタ（Ｔ４）より構成されていれ
ばよい。
前記交流電圧監視回路は、前記直流電源が前記交流電
源に前記直流電圧を供給している連続した期間が、前記
交流電源が発生する交流電力の周期の２分の１を越えた
か否かを判別し、越えたと判別したとき、前記第１乃至
第４の制御端に、前記第１乃至第４の電流路が遮断され
るような電圧を前記制御信号として印加するものであっ
てもよい。
このような構成によれば、交流電源に異常が生じ、直
流電源が直流電圧を供給し続けている期間が交流電圧の
周期の２分の１を越えると、交流電源と直流電源との間
が遮断される。従って直流電源から交流電源への漏電が
防止される。
また、この発明の第２の観点にかかる送電装置は、 交流電圧を発生する交流電源(８)と第１の直流電圧を
発生する直流電源(２)との間に配置される送電装置であ
って、 前記第１の直流電圧を交流電圧に変換して出力する直
流−交流コンバータ（３）と、 前記直流−交流コンバータが出力する交流電圧を変圧
して出力する絶縁トランス（４）と、 前記絶縁トランスが出力する交流電圧を変換して前記
第２の直流電圧を発生する整流器（５）と、 前記整流器と前記交流電源との間に接続され、自己に
供給される制御信号に従い、前記第２の直流電圧を前記
交流電源に供給し、又は前記第２の直流電圧の前記交流
電源への供給を遮断する切替スイッチ（６）と、 前記交流電源と前記切替スイッチとに接続され、前記
交流電源が発生する交流電圧の絶対値が所定のしきい値
以上であるか否かを判別し、当該しきい値以上であると
判別したときに、前記第２の直流電圧を前記交流電圧と
同一極性で前記交流電源へと供給させるための前記制御
信号を前記切替スイッチに供給し、当該しきい値未満で
あると判別したとき、前記交流電源への前記第２の直流
電圧の供給を遮断させるための前記制御信号を前記切替
スイッチに供給する交流電圧監視回路（７）と、 を備えることを特徴とする。
この構成によれば、整流器が出力する第２の直流電圧
は、交流電源が発生する交流電圧と電圧しきい値との大
小関係に従い、切替スイッチを介して交流電源へと供給
され、又は供給を停止される。従って、パルス幅変調及
びその複雑な制御回路を用いなくてよい。このため、構
成が簡単になる。
また、この構成によれば、絶縁トランスが直流電源と
交流電源とを絶縁し、直流電源と交流電源との間の漏電
を防止する。
前記整流器の出力インピーダンスは前記交流電源の出
力インピーダンスより高く、且つ、前記交流電源に接続
された外部の負荷へ前記整流器から電流が供給されるこ
とにより当該負荷に発生する電圧降下の大きさは、前記
交流電源が発生する交流電圧より大きいものであっても
よい。
この場合、負荷の両端間の電圧は、交流電源が発生す
る交流電圧にほぼ等しく保たれる。
前記直流−交流コンバータは、 前記第１の直流電圧が自己に印加されたとき、当該第
１の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ（１０
０）と、 前記第１の直流電圧の値が設定値に達したか否かを判
別し、達していると判別したとき、前記第１の直流電圧
を前記インバータに印加し、達していないと判別したと
き、前記インバータへの前記第１の直流電圧の印加を阻
止する直流電圧監視回路（１０１）と、 を備えることにより、第２の直流電圧の値を適正値に
保つようにしてもよい。
また、この発明の第３の観点にかかる送電方法は、 交流電圧を生する交流電源へと直流電圧を供給する送
電方法であって、 前記交流電源が発生する交流電圧の絶対値が所定のし
きい値以上であるか否かを判別し、当該しきい値以上で
あると判別したときに、前記直流電圧を前記交流電圧と
同一極性で前記交流電源へと供給し、当該しきい値未満
であると判別したとき、前記交流電源への前記直流電圧
の供給を遮断する、 ことを特徴とする。
この方法によれば、直流電圧は、交流電源が発生する
交流電圧と電圧しきい値との大小関係に従い、切替スイ
ッチを介して交流電源へと供給され、又は供給を停止さ
れる。従って、パルス幅変調及びその複雑な制御回路を
用いなくてよい。このため、この方法を行うための構成
が簡単になる。
前記直流電圧を発生する直流電源の出力インピーダン
スは前記交流電源の出力インピーダンスより高く、且
つ、前記交流電源に接続する対象の外部の負荷へ前記直
流電源から電流が供給されることにより当該負荷に発生
する電圧降下の大きさは、前記交流電源が発生する交流
電圧より大きくてもよい。
この場合、負荷の両端間の電圧は、交流電源が発生す
る交流電圧にほぼ等しく保たれる。
前記交流電源に前記直流電圧が供給されている連続し
た期間が、前記交流電源が発生する交流電力の周期の２
分の１を越えたか否かを判別し、越えたと判別したとき
に、前記交流電源への前記直流電圧の供給を遮断しても
よい。
このような方法によれば、交流電源に異常が生じ、直
流電圧の電源が直流電圧を供給し続けている期間が交流
電圧の周期の２分の１を越えると、交流電源と直流電圧
の電源との間が遮断される。従って直流電圧の電源から
交流電源への漏電が防止される。
前記直流電圧を発生する直流電源が、前記直流電圧を
出力する一対の電極を備え、前記交流電源が、前記交流
電圧を出力する一対の電極を備えている場合は、 前記交流電源の各電極の一方の電圧と前記交流電源の
各電極の一方の電圧との極性の異同を判別し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値以上であり、且
つ、前記直流電源の一対の電極の前記一方の電圧と前記
交流電源の一対の電極の前記一方の電圧とが互いに同極
性であると判別したとき、前記直流電源の各電極の前記
一方と前記交流電源の各電極の前記一方とを互いに接続
し、前記直流電源の各電極の他方と前記交流電源の各電
極の他方とを互いに接続し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値以上であり、且
つ、前記直流電源の一対の電極の前記一方の電圧と前記
交流電源の一対の電極の前記一方の電圧とが互いに異な
る極性であると判別したとき、前記直流電源の各電極の
前記一方と前記交流電源の各電極の前記他方とを互いに
接続し、前記直流電源の各電極の前記他方と前記交流電
源の各電極の前記一方とを互いに接続し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値未満であると判
別したとき、前記直流電源の各電極と前記交流電源の各
電極との間を遮断するようにしてもよい。
前記直流電圧は、変換用の直流電圧を交流電圧に変換
し、変換により得られた交流電圧を絶縁トランスにより
変圧し、変圧により得られた交流電圧を整流することに
より発生するようにしてもよい。
この方法によれば、絶縁トランスが変換用の直流電圧
の電源と交流電源とを絶縁し、変換用の直流電圧の電源
から交流電源への漏電を防止する。
前記変換用の直流電圧の値が設定値に達したか否かを
判別し、達していると判別したとき、前記変換用の直流
電圧の交流電圧への変換を阻止することにより、交流電
源に印加する直流電圧の値を適正値に保つようにしても
よい。
また、この発明の第４の観点にかかる送電装置は、 直流電源（２，３，４，５）が発生する直流電圧を交
流電圧を発生する交流電源（８）へと供給する送電装置
であって、 前記交流電源が発生する交流電圧の絶対値が所定のし
きい値以上であるか否かを判別する判別手段（７）と、 前記判別手段が、前記交流電圧の絶対値が前記しきい
値以上であると判別したときに、前記直流電圧を前記交
流電圧と同一極性で前記交流電源へと供給する手段
（６）と、 前記判別手段が、前記交流電圧の絶対値が前記しきい
値未満であると判別したときに、前記交流電源への前記
直流電圧の供給を遮断する手段（６）と、 を備えることを特徴とする。
この構成によれば、直流電源が出力する直流電圧は、
交流電源が発生する交流電圧と電圧しきい値との大小関
係に従って交流電源へと供給され、又は供給を停止され
る。従って、パルス幅変調及びその複雑な制御回路を用
いなくてよい。このため、構成が簡単になる。
図面の簡単な説明 図１は、この発明の実施の形態に係る送電装置の模式
的構成図である。
図２は、この発明の実施の形態に係るＤＣ−ＡＣコン
バータの一例を示す模式的構成図である。
図３の（ａ）は、商用電力系統が発生する交流電圧の
波形及び電圧しきい値を示すグラフである。（ｂ）は、
導電角と第１の制御信号の値と関係を模式的に示すグラ
フである。
図４は、切替スイッチの変形例を示す模式的構成図で
ある。
発明を実施するための最良の形態 以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態を
説明する。
図１は、この発明の実施の形態に係る送電装置の構成
を模式的に示している。
図１に示すように、この送電装置１は、発電装置２と
商用電力系統８との間に配置されている。送電装置１
は、ＤＣ−ＡＣコンバータ３と、絶縁トランス４と、直
流電源部５と、切替スイッチ６と、商用電圧監視部７と
を備える。
発電装置２は、直流電力（直流電圧）を発生する直流
電源である。発電装置２は、例えば太陽電池から構成さ
れる。
ＤＣ−ＡＣコンバータ（直流−交流変換器）３は、発
電装置２が発生した直流電力を、直流から交流に変換す
る。図１に示すように、ＤＣ−ＡＣコンバータ（直流−
交流変換器）３は、インバータ回路１００と、電圧監視
回路１０１とを備える。
インバータ回路１００は、図２に示すように、ブリッ
ジインバータ１０５と、このブリッジインバータ１０５
を制御するインバータ制御部１０６とを備える。ブリッ
ジインバータ１０５は、各々が電流路及び図示しない制
御端を備えるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４より構成され
ている。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、例えば、電界
効果トランジスタより構成されている。
スイッチング素子Ｓ１の電流路の一端及びスイッチン
グ素子Ｓ３の電流路の一端は、発電装置２の一端に接続
されている。スイッチング素子Ｓ２の電流路の一端及び
スイッチング素子Ｓ４の電流路の一端は、発電装置２の
他端に接続されている。スイッチング素子Ｓ１の電流路
の他端及びスイッチング素子Ｓ２の電流路の他端は、絶
縁トランス４の一次巻線の一端に接続されている。スイ
ッチング素子Ｓ３の電流路の他端及びスイッチング素子
Ｓ４の電流路の他端は、絶縁トランス４の一次巻線の他
端に接続されている。
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、各自の制御端に印加
された制御信号に従ってオン及びオフする。
インバータ制御部１０６は、発電装置２より供給され
る電力により駆動される。インバータ制御部１０６は、
ブリッジインバータ１０５を構成するスイッチング素子
Ｓ１〜Ｓ４を制御してオン及びオフさせる。
具体的には、インバータ制御部１０６は、スイッチン
グ素子Ｓ１〜Ｓ４の各制御端に制御信号を供給すること
により、スイッチング素子Ｓ１及びＳ４がオンしている
ときスイッチング素子Ｓ２及びＳ３がオフし、スイッチ
ング素子Ｓ２及びＳ３がオンしているときスイッチング
素子Ｓ１及びＳ４がオフするよう、スイッチング素子Ｓ
１〜Ｓ４を制御する。
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、インバータ制御部１
０６が行う上述の制御に従ってオン及びオフする。この
動作により、ブリッジインバータ１０５は、発電装置２
より供給された直流電力を、直流から交流に変換する。
電圧監視回路１０１は、発電装置２より印加された直
流電圧が設定値に達したか否かを判別する。そして、こ
の直流電圧が設定値に達したと判別すると、発電装置２
が出力した直流電力を、インバータ制御部１０６の電源
に供給する。電圧監視回路１０１が供給する直流電力に
より、インバータ回路１００は駆動される。
絶縁トランス４は、一次巻線と二次巻線とを備える。
一次巻線及び二次巻線は同一の鉄心に巻かれている。ま
た、一次巻線と二次巻線とは互いに絶縁されている。
一次巻線はＤＣ−ＡＣコンバータ３に接続されてい
る。二次巻線は直流電源部５に接続されている。ＤＣ−
ＡＣコンバータ３より印加される交流電圧は、一次巻線
と二次巻線と巻数比に応じて変圧される。変圧されたこ
の交流電圧は、直流電源部５に出力される。
直流電源部５は、絶縁トランス４より印加された交流
電圧を直流電圧に変換する。直流電源部５は、整流回路
１０２を備える。
整流回路１０２は、ダイオード及びコンデンサ等より
構成されており、正極及び負極を備える。整流回路１０
２は、絶縁トランス４より印加された交流電圧を、ダイ
オードにより整流し、整流した電圧をコンデンサ等によ
り平滑して、直流電圧に変換する。この直流電圧は、整
流回路１０２の正極と負極の間に発生する。（負極より
正極の方が電位が高い。） 切替スイッチ６は、商用電力系統８より供給された電
力により駆動される。切替スイッチ６は、整流回路１０
２から商用電力系統８へと供給されるべき整流電圧を、
商用電圧監視部７より伝達された制御信号に従って供給
又は遮断する。なお、商用電力系統８は、交流電圧を発
生する一対の出力端子を備える。切替スイッチ６は、整
流電圧を商用電力系統８へと供給する場合、整流電圧が
この交流電圧と同一極性で印加されるようにして、商用
電力系統８の出力端子間へと整流電圧を供給する。
なお、 （Ａ）整流回路１０２の正極−負極間の出力インピーダ
ンスは、商用電力系統８の出力端子の出力インピーダン
スより大きいものとする。また、 （Ｂ）商用電力系統８と直流電源部５との間が遮断され
た状態で、商用電力系統８の出力端子間に接続する対象
の負荷を整流回路１０２の正極−負極間に接続したと仮
定する。このとき、整流電圧の印加により負荷に電流が
流れ、負荷には電圧降下が発生する。この電圧降下の大
きさが、商用電力系統８が発生する交流電圧より大きい
ものとする。
（Ａ）及び（Ｂ）として上述した条件が満たされるこ
とにより、負荷の両端間の電圧は、商用電力系統８が発
生する交流電圧にほぼ等しく保たれる。
商用電圧監視部７は、スイッチ制御回路１０３と、半
周期監視回路１０４とを備える。スイッチ制御回路１０
３は、切替スイッチ６に制御信号を伝達することによ
り、切替スイッチ６を制御する。
スイッチ制御回路１０３は、商用電力系統８より供給
される電力により駆動される（ただし、直流電源部５か
ら商用電力系統８へと電力が供給される間は、この電力
もスイッチ制御回路１０３の駆動に寄与する）。スイッ
チ制御回路１０３は、商用電力系統８が発生する商用電
力の電圧Ｖｃを検出し、検出した電圧Ｖｃと所定の電圧
しきい値＋Ｖth及び−Ｖthとの大小関係を判別する。そ
して、第１の制御信号を切替スイッチ６に伝達すること
により、判別結果に従って切替スイッチ６を制御する。
（ただし、＋Ｖthの値は正であり、−Ｖthの値は負であ
るものとする。） 具体的には、スイッチ制御回路１０３は、 （１）電圧Ｖｃが正極性の電圧しきい値＋Ｖthであると
判別すると、ハイレベルの第１の制御信号を切替スイッ
チ６に供給する。この結果、直流電源部５の整流回路１
０２の正極の電圧が商用電力系統８の出力端子の上述の
一方に印加され、整流回路１０２の負極の電圧が商用電
力系統８の出力端子の他方に印加される。
（２）電圧Ｖｃが正極性の電圧しきい値＋Ｖth未満で、
負極性のしきい値−Ｖthより大きいと判別すると、グラ
ウンドレベルの第１の制御信号を切替スイッチ６に供給
する。この結果、商用電力系統８と直流電源部５とが電
気的に遮断される。
（３）商用電力の電圧Ｖｃが、負極性の電圧しきい値−
Ｖth以下であると判別すると、ローレベルの第１の制御
信号を切替スイッチ６に供給する。この結果、整流回路
１０２の負極の電圧が商用電力系統８の出力端子の上述
の一方に印加され、整流回路１０２の正極の電圧が商用
電力系統８の出力端子の他方に印加される。すなわち、
直流電源部５から供給された直流電圧が、上述の（１）
の状態からみて極性を反転された状態で商用電力系統８
に供給される。
半周期監視回路１０４は、切替スイッチ６がオンして
いる連続した期間（直流電源部５から商用電力系統８へ
と直流電圧が供給されている連続した期間）の長さが、
商用電力系統８が発生する電圧の半周期分の長さを超え
たか否かを判別する。そして、超えたと判別すると、半
周期監視回路１０４は、第２の制御信号を切替スイッチ
６に供給する。この結果、切替スイッチ６は、商用電力
系統８と直流電源部５との間を電気的に遮断する。
次に、この発明の実施の形態に係る送電装置の送電動
作を説明する。
太陽電池から構成される発電装置２に光が照射される
と、発電装置２は電力を生成する。ＤＣ−ＡＣコンバー
タ３は、発電装置２が発生した電力が所定のしきい値を
超えると、発電装置２が発生した電力を直流から交流に
変換する。交流に変換された電圧は、絶縁トランス４に
より変圧される（通常は昇圧される）。変圧された交流
電圧は、直流電源部５により、交流から直流に変換され
る。
スイッチ制御回路１０３は、商用電力系統８の電圧Ｖ
ｃと電圧しきい値Ｖth及び−Ｖthとの大小関係を示す第
１の制御信号を切替スイッチ６に伝達する。
直流電源部５が出力する直流電圧は、切替スイッチ６
が切り替わることにより、商用電力系統８に、（１）若
しくは（３）として上述した極性で供給され、又は遮断
される。切替スイッチ６は、スイッチ制御回路１０３よ
り供給される第１の制御信号に従って切り替わる。
次に、図３を参照して、スイッチ制御回路１０３及び
切替スイッチ６の動作を説明する。
図３の（ａ）は、商用電力系統８が発生する交流電圧
の波形、電圧しきい値＋Ｖth及び−Ｖthを示すグラフで
ある。図３の（ｂ）は、導通角（直流電源部５と商用電
力系統８との間が導通している期間）と第１の制御信号
の値と関係を模式的に示すグラフである。
スイッチ制御回路１０３は、商用電力系統８の電圧Ｖ
ｃが正極性の電圧しきい値＋Ｖth以上であると判別する
と、ハイレベルの第１の制御信号を、切替スイッチ６に
供給する。切替スイッチ６は、ハイレベルの第１の制御
信号に応答して、直流電源部５から商用電力系統８へと
直流電圧が上述の（１）の状態で供給されるように切り
替わる（商用電力の電圧の極性と供給される直流電圧の
極性とは同一になる）。
また、スイッチ制御回路１０３は、電圧Ｖｃが正極性
の電圧しきい値＋Ｖth未満で、負極性の電圧しきい値−
Ｖthより大きいと判別した場合は、グラウンドレベルの
第１の制御信号を、切替スイッチ６に供給する。
切替スイッチ６にグラウンドレベルの第１の制御信号が
供給される期間は、図３の（ａ）に示す区間Ｂ〜Ｃ及び
区間Ｄ〜Ａである。
切替スイッチ６は、グラウンドレベルの第１の制御信
号に従って、直流電源部５から商用電力系統８への直流
電圧の供給を遮断する。
また、スイッチ制御回路１０３は、電圧Ｖｃが負極性
の電圧しきい値−Ｖth以下（つまり、極性が負極性で、
電圧の絶対値がＶth以上）であると判別すると、ローレ
ベルの第１の制御信号を切替スイッチ６に供給する。
切替スイッチ６は、ローレベルの第１の制御信号に応
答し、直流電源部５が発生する直流電圧を、上述の
（３）の状態で（つまり、上述の（１）の状態に対して
極性を反転された状態で）、商用電力系統８へと供給す
る。この結果、商用電力の電圧の極性と供給される直流
電圧の極性とは同一になる。
従って、導通角と商用電力系統８の電圧波形との位相
差を所定の範囲に収めるためにパルス幅変調を行う必要
がない。従って、パルス幅変調のための複雑な制御回路
を用いなくてよい。このため、構成が簡単になる。
なお、第１の制御信号のレベルがハイレベル、グラウ
ンドレベル及びローレベルの相互間で遷移する瞬間に
は、直流電源部５から商用電力系統８へと供給される電
圧にスパイク状のノイズが若干混入するおそれがある。
しかし、このノイズは、例えば、コイル及びコンデンサ
より構成されるフィルタを用いて除去できる。
また、発電装置２が停止し、又は発電装置２が発生す
る直流電圧が設定値以下まで低下したとする。このと
き、電圧監視回路１０１は、発電装置２の出力電力のイ
ンバータ制御部１０６への供給を停止し、インバータ回
路１００の動作を停止させる。従って、発電装置２から
商用電力系統８への送電は停止する。
また、商用電力系統８が短絡したとする。このとき、
商用電力系統８の電圧Ｖｃの絶対値が低下し、電圧しき
い値＋Ｖthと−Ｖthとの中間の値になる。従って、スイ
ッチ制御回路１０３は、切替スイッチ６に、グラウンド
レベルの第１の制御信号を伝達する。切替スイッチ６
は、商用電力系統８と直流電源部５との間を遮断する。
このため、商用電力系統８に接続された装置には、直
流電源部５が発生する直流電力が供給されない。
商用電力系統８が断線又は停電したとする。このと
き、半周期監視回路１０４は、切替スイッチ６がオンし
ている連続した期間が、商用電力系統８が発生する交流
電圧の周期の２分の１を越えたことを検出する。検出の
結果は、ローレベルを示す第２の制御信号として切替ス
イッチ６に伝達される。切替スイッチ６は、商用電力系
統８と直流電源部５との間を遮断する。
従って、商用電力系統８に接続された装置には、直流
電源部５が発生する直流電力が供給されない。
このように、発電装置２又は商用電力系統８に短絡や
断線が生じても、電圧監視回路１０１がインバータ回路
１００の動作を停止させ、又は商用電圧監視部７が切替
スイッチ６を制御することにより、商用電力系統８と直
流電源部５との間が遮断される。従って、漏電が抑止さ
れる。
以上説明したように、この発明の実施の形態に係る送
電装置においては、発電装置２と商用電力系統８とは絶
縁トランス４により絶縁されている。また、ＤＣ−ＡＣ
コンバータ３は、発電装置２が供給する電力により動作
する。また、商用電圧監視部７及び切替スイッチ６は、
商用電力系統８が供給する電力により動作する。
従って、発電装置２から商用電力系統８への漏電が防
止される。従って、商用電力系統８に接続された装置は
漏電から保護される。
なお、この発明は上記実施の形態に限定されない。
例えば、切替スイッチ６は、例えば図４に示すよう
に、各々が電流路及び制御端を備えるスイッチング素子
Ｔ１〜Ｔ４より構成されていてもよい。スイッチング素
子Ｔ１〜Ｔ４は、例えば、電界効果トランジスタより構
成されていればよい。スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４が電
界効果トランジスタから構成されている場合、スイッチ
ング素子Ｔ１〜Ｔ４の電流路は、電界効果トランジスタ
のドレイン及びソースを両端とする電流路から構成さ
れ、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４の制御端は、電界効果
トランジスタのゲートから構成されていればよい。
スイッチング素子Ｔ１の電流路の一端及びスイッチン
グ素子Ｔ３の電流路の一端は、整流回路１０２の正極に
接続されている。スイッチング素子Ｔ２の電流路の一端
及びスイッチング素子Ｔ４の電流路の一端は、整流回路
１０２の負極に接続されている。スイッチング素子Ｔ１
の電流路の他端及びスイッチング素子Ｔ４の電流路の他
端は、商用電力系統８の出力端子の一方に接続されてい
る。スイッチング素子Ｔ２の電流路の他端及びスイッチ
ング素子Ｔ３の電流路の他端は、商用電力系統８の出力
端子の他方に接続されている。
スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４は、各自の制御端に印加
された制御信号に従ってオン及びオフする。
切替スイッチ６が図４に示す構成を有する場合、スイ
ッチ制御回路１０３は、例えば、スイッチング素子Ｔ１
〜Ｔ４の各制御端に第１の制御信号を供給することによ
り、 （４）電圧Ｖｃが正極性の電圧しきい値＋Ｖth以上であ
ると判別すると、スイッチング素子Ｔ１及びＴ２がオン
してスイッチング素子Ｔ３及びＴ４がオフするよう、ス
イッチング素子Ｔ１〜Ｔ４を制御する。この結果、直流
電源部５の整流回路１０２の正極の電圧が商用電力系統
８の出力端子の上述の一方に印加され、整流回路１０２
の負極の電圧が商用電力系統８の出力端子の他方に印加
される。
（５）電圧Ｖｃが正極性の電圧しきい値＋Ｖth未満で、
負極性のしきい値−Ｖthより大きいと判別すると、スイ
ッチング素子Ｔ１〜Ｔ４がいずれもオフするよう、スイ
ッチング素子Ｔ１〜Ｔ４を制御する。この結果、商用電
力系統８と直流電源部５とが電気的に遮断される。
（６）商用電力の電圧Ｖｃが、負極性の電圧しきい値−
Ｖth以下であると判別すると、スイッチング素子Ｔ１及
びＴ２がオフしてスイッチング素子Ｔ３及びＴ４がオン
するよう、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４を制御する。
この結果、整流回路１０２の負極の電圧が商用電力系
統８の出力端子の上述の一方に印加され、整流回路１０
２の正極の電圧が商用電力系統８の出力端子の他方に印
加される。すなわち、直流電源部５から供給された直流
電圧が、上述の（１）の状態からみて極性を反転された
状態で商用電力系統８に供給される。
スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４は、スイッチ制御回路１
０３が行う上述の制御に従ってオン及びオフする。
また、切替スイッチ６が図４に示す構成を有する場
合、半周期監視回路１０４は、スイッチング素子Ｔ１〜
Ｔ４のいずれかがオンしている連続した期間の長さが、
商用電力系統８が発生する電圧の半周期分の長さを超え
たか否かを判別し、超えたと判別すると、スイッチング
素子Ｔ１〜Ｔ４をすべてオフさせるよう切替スイッチ６
を制御してもよい。この結果、切替スイッチ６は、商用
電力系統８と直流電源部５との間を電気的に遮断する。
また、絶縁トランス４は、大きな漏れリアクタンスを
有する磁気漏れ変圧器より構成されていてもよい。磁気
漏れ変圧器は、巻線に流れる電流が増加すると、漏れ磁
束が増加して漏れリアクタンスが増加するという性質を
有する。このため、絶縁トランス４の２次側の巻線に流
れる電流の増加が抑止され、２次側の渦電流が抑止され
る。
さらに、直流電源部５は、整流回路１０２が出力した
直流電圧が過度に上昇したときにこの直流電圧の上昇を
抑止する過電圧抑止回路を備えていてもよい。この過電
圧抑止回路により、直流電源部５が出力する直流電圧が
過度に上昇することが抑止される。
また、直流電源部５は、直流電源部５から商用電力系
統８へと供給する電流の立ち上がり及び立ち下がりの応
答を緩慢にするためのフィルタ回路を備えていてもよ
い。このフィルタ回路により、商用電力系統８への高周
波ノイズの混入が抑制される。
以上説明したように、この発明によれば、構成が簡単
な送電装置及び送電方法が提供される。
さらに、この発明によれば、低コストの送電装置及び
送電方法が提供される。
また、この発明によれば、発電装置から商用電力系統
への漏電が防止でき、ひいては二次破壊の発生を防止で
きる送電装置及び送電方法が提供される。
なお、この発明は上記実施の形態に限定されず、種々
の変形及び応用が可能である。
なお、この特許出願は、平成１１年５月２７日に日本
国特許庁に出願された特願平１１−１４７３７４のパリ
条約に基づく優先権を主張する出願であり、この日本国
特許出願の内容は、参照のため、この明細書に取り込むも
のとする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−14252（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−124771（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−207559（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−107637（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−172784（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 3/00 - 5/00 H02M 7/48 G05F 1/67

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流電圧を発生する交流電源（８）と直
    流電圧を発生する直流電源（２，３，４，５）との間に
    配置される送電装置であって、 前記直流電源と前記交流電源との間に接続され、自己に
    供給される制御信号に従って前記直流電圧を前記交流電
    源に供給し、又は該直流電圧の該交流電源への供給を遮
    断するための第１の電流路及び第１の制御端を具備する
    第１のスイッチング素子（Ｔ１）、第２の電流路及び第
    ２の制御端を具備する第２のスイッチング素子（Ｔ
    ２）、第３の電流路及び第３の制御端を具備する第３の
    スイッチング素子（Ｔ３）並びに第４の電流路及び第４
    の制御端を具備する第４のスイッチング素子（Ｔ４）を
    有し、該第１の電流路の一端及び該第３の電流路の一端
    が該直流電源の一対の電極の一方に接続され、該第２の
    電流路の一端及び該第４の電流路の一端が該直流電源の
    一対の電極の他方に接続され、該第１の電流路の他端及
    び該第４の電流路の他端が該交流電源の一対の電極の一
    方に接続され、該第２の電流路の他端及び該第３の電流
    路の他端が該交流電源の一対の電極の他方に接続された
    切替スイッチ（６）と、 前記交流電源と前記切替スイッチとの間に接続され、該
    交流電源が発生する交流電圧の絶対値が所定のしきい値
    以上であるか否かを判別し、該しきい値以上であると判
    別したときに前記直流電圧を該交流電圧と同一極性で該
    交流電源へと供給させるための前記制御信号を該切替ス
    イッチに供給し、該しきい値未満であると判別したとき
    に該交流電源への該直流電圧の供給を遮断させるための
    該制御信号を該切替スイッチに供給するスイッチ制御回
    路（１０３）及び前記直流電源が前記交流電源に前記直
    流電圧を供給している連続した期間が、該交流電源が発
    生する交流電力の周期の２分の１を越えたか否かを判別
    し、越えたと判別したときに、前記第１〜第４の電流路
    がそれぞれ遮断されるような電圧を前記制御信号として
    前記第１〜第４の制御端に印加する半周期監視回路（１
    ０４）を具備する交流電圧監視回路（７）と、 を備え、 前記直流電源の出力インピーダンスが、前記交流電源の
    出力インピーダンスより高く、かつ、該交流電源に接続
    する対象の外部の負荷へ該直流電源から電流が供給され
    ることにより該負荷に発生する電圧降下の大きさが、該
    交流電源が発生する交流電圧より大きいものとし、 前記スイッチ制御回路は、 前記直流電源の一対の電極の一方の電圧と前記交流電源
    の一対の電極の一方の電圧との極性の異同を判別し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値以上であり、か
    つ、前記直流電源の一対の電極の前記一方の電圧と前記
    交流電源の一対の電極の前記一方の電圧とが互いに同極
    性であると判別したときに前記第１及び第２の制御端に
    前記第１及び第２の電流路が導通するような電圧を前記
    制御信号として印加するとともに前記第３及び第４の制
    御端に前記３及び第４の電流路が遮断されるような電圧
    を前記制御信号として印加し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値以上であり、か
    つ、前記直流電源の一対の電極の前記一方の電圧と前記
    交流電源の一対の電極の前記一方の電圧とが互いに異な
    る極性であると判別したときに前記第１及び第２の制御
    端に前記第１及び第２の電流路が遮断されるような電圧
    を前記制御信号として印加するとともに前記第３及び第
    ４の制御端に前記第３及び第４の電流路が導通するよう
    な電圧を前記制御信号として印加し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値未満であると判別
    したときに前記第１〜第４の制御端に前記第１〜第４の
    電流路が遮断されるような電圧を前記制御信号として印
    加することを特徴とする送電装置。
  2. 【請求項２】 前記第１のスイッチング素子は、自己の
    ドレイン及びソースが前記第１の電流路の両端として機
    能し、自己のゲートが前記第１の制御端として機能する
    第１の電界効果トランジスタ（Ｔ１）より構成されてお
    り、前記第２のスイッチング素子は、自己のドレイン及
    びソースが前記第２の電流路の両端として機能し、自己
    のゲートが前記第２の制御端として機能する第２の電界
    効果トランジスタ（Ｔ２）より構成されており、前記第
    ３のスイッチング素子は、自己のドレイン及びソースが
    前記第３の電流路の両端として機能し、自己のゲートが
    前記第３の制御端として機能する第３の電界効果トラン
    ジスタ（Ｔ３）より構成されており、前記第４のスイッ
    チング素子は、自己のドレイン及びソースが前記第１の
    電流路の両端として機能し、自己のゲートが前記第４の
    制御端として機能する第４の電界効果トランジスタ（Ｔ
    ４）より構成されている、ことを特徴とする請求項１に
    記載の送電装置。
  3. 【請求項３】 交流電圧を発生する交流電源（８）と第
    １の直流電圧を発生する直流電源（２）との間に配置さ
    れる送電装置であって、 前記第１の直流電圧を交流電圧に変換して出力する直流
    −交流コンバータ（３）と、 前記直流−交流コンバータが出力する交流電圧を変圧し
    て出力する絶縁トランス（４）と、 前記絶縁トランスが出力する交流電圧を変換して前記第
    ２の直流電圧を発生する整流器（５）と、 前記整流器と前記交流電源との間に接続され、自己に供
    給される制御信号に従って前記第２の直流電圧を前記交
    流電源に供給し、又は該第２の直流電圧の該交流電源へ
    の供給を遮断するための第１の電流路及び第１の制御端
    を具備する第１のスイッチング素子（Ｔ１）、第２の電
    流路及び第２の制御端を具備する第２のスイッチング素
    子（Ｔ２）、第３の電流路及び第３の制御端を具備する
    第３のスイッチング素子（Ｔ３）並びに第４の電流路及
    び第４の制御端を具備する第４のスイッチング素子（Ｔ
    ４）を有し、該第１の電流路の一端及び該第３の電流路
    の一端が該整流器の一対の電極の一方に接続され、該第
    ２の電流路の一端及び該第４の電流路の一端が該整流器
    の一対の電極の他方に接続され、該第１の電流路の他端
    及び該第４の電流路の他端が該交流電源の一対の電極の
    一方に接続され、該第２の電流路の他端及び該第３の電
    流路の他端が該交流電源の一対の電極の他方に接続され
    た切替スイッチ（６）と、 前記交流電源と前記切替スイッチとの間に接続され、該
    交流電源が発生する交流電圧の絶対値が所定のしきい値
    以上であるか否かを判別し、該しきい値以上であると判
    別したときに前記第２の直流電圧を該交流電圧と同一極
    性で該交流電源へと供給させるための前記制御信号を該
    切替スイッチに供給し、該しきい値未満であると判別し
    たときに該交流電源への該第２の直流電圧の供給を遮断
    させるための該制御信号を該切替スイッチに供給するス
    イッチ制御回路（１０３）及び前記整流器が前記交流電
    源に前記第２の直流電圧を供給している連続した期間
    が、該交流電源が発生する交流電力の周期の２分の１を
    越えたか否かを判別し、越えたと判別したときに、前記
    第１〜第４の電流路がそれぞれ遮断されるような電圧を
    前記制御信号として前記第１〜第４の制御端に印加する
    半周期監視回路（１０４）を具備する交流電圧監視回路
    （７）と、 を備え、 前記整流器（５）の出力インピーダンスが、前記交流電
    源の出力インピーダンスより高く、かつ、該交流電源に
    接続する対象の外部の負荷へ該整流器から電流が供給さ
    れることにより該負荷に発生する電圧降下の大きさが、
    該交流電源が発生する交流電圧より大きいものとし、 前記スイッチ制御回路（１０３）は、 前記整流器の一対の電極の一方の電圧と前記交流電源の
    一対の電極の一方の電圧との極性の異同を判別し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値以上であり、か
    つ、前記整流器の一対の電極の前記一方の電圧と前記交
    流電源の一対の電極の前記一方の電圧とが互いに同極性
    であると判別したときに前記第１及び第２の制御端に前
    記第１及び第２の電流路が導通するような電圧を前記制
    御信号として印加するとともに前記第３及び第４の制御
    端に前記第３及び第４の電流路が遮断されるような電圧
    を前記制御信号として印加し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値以上であり、か
    つ、前記整流器の一対の電極の前記一方の電圧と前記交
    流電源の一対の電極の前記一方の電圧とが互いに異なる
    極性であると判別したときに前記第１及び第２の制御端
    に前記第１及び第２の電流路が遮断されるような電圧を
    前記制御信号として印加するとともに前記第３及び第４
    の制御端に前記第３及び第４の電流路が導通するような
    電圧を前記制御信号として印加し、 前記交流電圧の絶対値が前記しきい値未満であると判別
    したときに前記第１〜第４の制御端に前記第１〜第４の
    電流路が遮断されるような電圧を前記制御信号として印
    加することを特徴とする送電装置。
  4. 【請求項４】 前記直流−交流コンバータは、前記第１
    の直流電圧が自己に印加されたとき、当該第１の直流電
    圧を交流電圧に変換するインバータ（１００）と、 前記第１の直流電圧の値が設定値に達したか否かを判別
    し、達していると判別したとき、前記第１の直流電圧を
    前記インバータに印加し、達していないと判別したと
    き、前記インバータへの前記第１の直流電圧の印加を阻
    止する直流電圧監視回路（１０１）と、 を備えることを特徴とする請求項３に記載の送電装置。
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