KR101132102B1 - 전력 변환 장치, 파워 컨디셔너 및 발전 시스템 - Google Patents

전력 변환 장치, 파워 컨디셔너 및 발전 시스템 Download PDF

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타카오 미조카미
히데아키 후지타
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도오쿄 인스티튜드 오브 테크놀로지
오므론 가부시키가이샤
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Abstract

제 1 초퍼 회로가, 직류 전압을 계통 주파수로 초핑하여 전압 레벨이, 정측으로 변화하는 제 1 방형파 전압렬을 생성한다. 제 2 초퍼 회로가, 직류 전압을 계통 주파수의 2배의 주파수로 초핑하여, 전압 레벨이 부측으로 변화하는 제 2 방형파 전압렬을 생성한다. 또한 제 2 초퍼 회로가, 제 1, 제 2 방형파 전압렬을 가산하고, 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 형성한다. 제 3 초퍼 회로가, 제 3 방형파 전압렬을 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 정해지는 주파수로 초핑하여 충방전 출력시키고, 그 충방전 출력을, 차분이 보정되도록, PWM 주파수로 PWM 제어하여, 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 생성한다.

Description

전력 변환 장치, 파워 컨디셔너 및 발전 시스템{POWER CONVERSION APPARATUS, POWER CONDITIONER AND POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은, 직류 전력을 초핑하여 교류 전력에 변환하는 초퍼식의 전력 변환 장치, 그것을 이용한 파워 컨디셔너 및 발전 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 태양전지나 연료전지 등의 직류 전력원으로 발전된 직류 전력을 계통에 연계한 교류 전력으로 변환하는 것에 매우 적합한 전력 변환 장치, 그것을 이용한 파워 컨디셔너 및 발전 시스템에 관한 것이다.
근래, 지구 환경 보호의 관점에서, 환경에의 영향이 적은 태양전지, 연료전지 등에 의한 발전 시스템의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 발전 시스템에서는, 태양전지 등의 발전을 행한 직류 전력원으로부터의 직류 전력을, 파워 컨디셔너에 의해 계통에 연계한 상용 주파수의 교류 전력으로 변환함과 동시에, 변환후의 교류 전력을, 상용 전력 계통에 접속되어 있는 가정내 부하에 공급하는 한편으로, 그러한 전력원이 발생하는 전력이 가정내 부하의 소비 전력을 상회하는 경우에는 잉여 전력을 계통측으로 역(逆)조류(潮流)하도록 한 것이 있다.
그러한 발전 시스템에 이용한 파워 컨디셔너는, 일반적으로는, 태양전지 등으로 발전한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 계통 연계를 위한 보호 장치를 구비하고 있다. 그리고, 이러한 파워 컨디셔너에는, 절연 트랜스에 의해 직류부와 교류부를 전기적에 절연한 절연형과, 절연 트랜스를 이용하지 않는 비(非)절연형이 있다. 이들 양형(兩型)을 비교하면, 후자의 비절연형의 쪽이, 전자보다도, 전력 변환 효율이 뛰어나기 때문에, 더 많이 이용되고 있다. 후자는, 일본 공개 특허 문헌1(특개2002－10496호 참조)에 그 예가 개시되어 있다.
도 17에, 비절연형의 파워 컨디셔너를 구비한 태양광 발전 시스템의 구성예를 나타낸다. 이 파워 컨디셔너(36)는, 상용 전원(2)과 연계 운전되게 되어 있다. 파워 컨디셔너(36)는, 태양전지 패널(1)로부터의 발전출력을 평활화하는 평활 콘덴서(33)와, PWM 제어의 인버터(34)와, 리액터와 콘덴서로 된 필터(35)와, 도시하지 않는 제어 회로를 구비하고 있다.
이 파워 컨디셔너(36)에 있어서는, 평활 콘덴서(33)에서 태양전지 패널(1)로부터의 발전출력을 평활화한다. 인버터(34)는 다이오드를 역(逆)병렬로 접속한 4개의 MOSFET 등으로 된 스위치 소자(37 내지 40)에 의하여 구성되어 있다. 그리고, 파워 컨디셔너(36)에 있어서는, 인버터(34) 내의 스위치 소자(37 내지 40)를 18kHz 전후라는 높은 주파수로 스위칭 제어(ON/OFF 시킨다)하는 것에 의하여, 평활 콘덴서(33)로 평활화한 태양전지 패널(1)의 발전출력을 상용 전력 계통에 동기한 교류 전력으로 변환 출력한다. 파워 컨디셔너(36)는, 이렇게 변환한 교류 전력을, 필터(35)를 이용하여 도시하지 않는 부하에 공급하거나, 또는 계통 측에 역조류 하거나 한다.
이러한 파워 컨디셔너(36)가 구비된 PWM 제어의 인버터(34)는, 상술한 18kHz 전후라는 높은 주파수로 스위치 소자(37 내지 40)를 스위칭 동작시키는 것으로, 태양전지 패널(1)로부터 공급된, 예를 들면 800V 정도의 높은 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 필요가 있다. 그 때문에, 종래의 파워 컨디셔너(36)를 구비한 전력 변환 장치는, 파워 컨디셔너(36) 내에 있어 전력 변환에 즈음하여 큰 스위칭 손실이 발생하는 구성으로 되고, 그 결과로서, 전력의 변환 효율이 낮아진다는 과제가 있다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 점을 감안하여 된 것으로, 직류 전력으로부터 교류 전력으로의 변환 효율을 높인 전력 변환 장치, 및 그것을 이용한 파워 컨디셔너, 및 발전 시스템을 제공한 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 전력 변환 장치는,
직류 전압을 초핑하여, 전압 레벨이 기준 전위에 대해 정부(正負) 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 상기 방형파 전압렬을 정현파 전압과의 차분(差分)의 정부에 따른 타이밍에 충방전 출력하는 방형파 전압 생성기와,
상기 충방전 출력을, 상기 방형파 전압렬과 상기 정현파 전압과의 차분을 보정하도록, 상기 초핑의 주파수보다 높은 PWM 주파수로 PWM 제어하고, 상기 방형파 전압렬과 상기 PWM 출력으로부터, 상기 기준 전위에 대해 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 얻는 정현파 전압 생성기를 구비한다.
기준 전위는, 제로 전위인 것이 바람직하다. 방형파는, 상승하거나 하강하는 파형이 완전한 방형파일 필요는 없고, 충방전에 의하여 상승하거나 하강하는 파형에 다소의 무뎌진 것 등을 포함해도 좋다. 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화한다는 것은, 기준 전위에 대해, 정(한편)측의 방형파 전압과 부(다른 편)측의 방형파 전압이, 교대로 일정한 주기로 나타나는 것을 말하고, 방형파의 주기와 정현파의 주기가 일치한 것이 바람직하다. 방형파 전압렬과의 차분을 얻기 위한 정현파 전압은, 전력 변환의 목표로 된 정현파 전압, 즉, 정현파 전압의 목표치(지령치)인 것이 바람직하다.
본 발명의 전력 변환 장치에 의하면, 방형파 전압 생성기로는, 직류 전압을 초핑하는 것에 의해, 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 방형파 전압렬을 생성한다. 그 때문에, 이와 같은 방형파 전압렬을 생성하기 위한 초핑의 주파수, 환언하면, 스위치 소자의 스위칭 주파수는, 정현파의 정 또는 부의 반(半)주기 내로 다수의 방형파 전압렬을 생성하는 종래의 PWM 제어의 인버터의 스위칭 주파수보다도 훨씬 낮게 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 스위칭 손실을 저감할 수 있음과 동시에, 스위치 소자로서 도통 손실이 적은 소자를 선택할 수 있다.
더하여, 정현파 전압 생성기로는, 정부 양측으로 교대로 변화하는 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 전압을 PWM 제어하기 때문에, 종래의 PWM 제어의 인버터로 스위칭하는 전압에 비하여, 낮은 전압으로 스위칭 된다. 그 결과, 본 발명에서는, 스위칭 손실을 저감할 수 있다.
이상으로부터, 본 발명에서는, 종래의 인버터와 비교하여, 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
(2) 본 발명의 전력 변환 장치는,
직류 전압을 제 1 주파수로 초핑하여, 전압 레벨이 제 1 기준 전위에 대해 정측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 1 방형파 전압렬을 생성하는 제 1 방형파 전압 생성기와,
상기 제 1 방형파 전압렬의 전위를 제 2 기준 전위로 하여, 상기 제 1 방형파 전압 생성기의 출력을 상기 제 1 주파수보다 높은 제 2 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 상기 정측의 제 1 방형파 전압렬보다 저전압으로 상기 제 2 기준 전위에 대해 부측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 2 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 상기 제 1, 제 2 방형파 전압렬을 가산하는 것으로 그것들이 상기 제 1 기준 전위에 대해 그 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 형성하는 제 2 방형파 전압 생성기와,
상기 제 3 방형파 전압렬을 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 정해지는 제 3 주파수로 초핑하여 충방전 출력하는 제 3 방형파 전압 생성기와,
상기 제 3 방형파 전압 생성기의 충방전 출력을, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 정현파 전압과의 차분을 보정하도록, 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어함과 동시에, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 PWM 출력으로 상기 제 1 기준 전위에 대해 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 얻는 정현파 전압 생성기를 구비한다.
본 발명의 전력 변환 장치에 의하면, 제 1 방형파 전압 생성기, 제 2 방형파 전압 생성기, 제 3 방형파 전압 생성기에 의해, 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 제 3 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 정부에 따라 충방전시키게 되어 있다.
이것에 의해, 제 1 방형파 전압 생성기, 제 2 방형파 전압 생성기, 제 3 방형파 전압 생성기의 초핑의 주파수, 즉, 스위치 소자의 스위칭 주파수는, 정현파의 정 또는 부의 반주기 내로 다수의 방형파 전압렬을 생성하는 종래의 PWM 제어의 인버터의 스위칭 주파수보다도 훨씬 낮게 하는 것이 가능해진다.
그 결과, 본 발명에서는, 스위칭 회수를 저감할 수 있음과 동시에, 스위치 소자로서 스위칭 손실이 다소 커지더라도 도통 손실이 적은 소자를 선택할 수 있다. 더하여, 정현파 전압 생성기로는, 정부 양측으로 교대로 변화하는 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 전압을 PWM 제어하게 되어 있는 결과, 종래의 PWM 제어의 인버터로 스위칭하는 전압과 비교한 경우, 저전압으로의 스위칭 된다. 이 점에서, 본 발명에서는, 스위칭 손실을 저감할 수 있다.
이상으로부터 본 발명에서는, 종래의 인버터와 비교하여, 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
(3) 본 발명의 전력 변환 장치의 일실시 형태에서는,
상기 제 1 방형파 전압 생성기는, 2개의 제 1, 제 2 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어진 제 1 스위치 회로를 포함하고,
상기 제 1 스위치 회로는, 직류 전력원의 정부 양극 간에 접속된 제 1 콘덴서에 병렬 접속되고,
상기 제 1, 제 2 스위치 소자는, 상기 제 1 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
상기 제 2 방형파 전압 생성기는, 제 2 콘덴서와 제 2 스위치 회로와의 병렬 접속 회로를 포함하고,
상기 병렬 접속 회로의 병렬 접속 한쪽이, 상기 제 1, 제 2 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
상기 제 2 스위치 회로는, 2개의 제 3, 제 4 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
상기 제 3, 제 4 스위치 소자는, 상기 제 2 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
상기 제 3 방형파 전압 생성기는, 제 3 스위치 회로와 제 3 콘덴서와의 병렬 접속 회로를 포함하고,
상기 제 3 스위치 회로는, 2개의 제 5, 제 6 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
상기 제 5, 제 6 스위치 소자의 직렬 접속부가, 상기 제 3, 제 4 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
상기 제 5, 제 6 스위치 소자는, 상기 제 3 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
상기 정현파 전압 생성기는, 상기 제 3 방형파 전압 생성기의 상기 병렬 접속 회로에 병렬로 접속된 제 4 스위치 회로를 포함하고,
상기 제 4 스위치 회로는, 2개의 제 7, 제 8 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
상기 제 7, 제 8 스위치 소자를 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어한다.
이 실시 형태에 의하면, 제 1 방형파 전압 생성기로는, 제 1 주파수의 정측으로 변화하는 제 1 방형파 전압렬을 생성한다. 제 2 방형파 전압 생성기로는, 제 1 주파수보다도 높은 제 2 주파수의 부측으로 변화하는 제 2 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 제 1, 제 2 방형파 전압렬을 가산하는 것으로 정현파적으로 교대로 정부 양측으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 생성한다. 제 3 방형파 전압 생성기로는, 제 3 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 정해지는 제 3 주파수로 충방전시킨다.
이것에 의해, 제 1 방형파 전압 생성기, 제 2 방형파 전압 생성기, 제 3 방형파 전압 생성기의 초핑의 주파수인 제 1 내지 제 3 주파수는, 정현파의 정 또는 부의 반주기 내로 다수의 방형파 전압렬을 생성하는 종래의 PWM 제어의 인버터의 스위칭 주파수보다도 훨씬 낮게 하는 것이 가능해진다.
또한, 정현파 전압 생성기로는, 제 3 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 전압을 PWM 제어하기 때문에, 종래의 PWM 제어의 인버터로 스위칭하는 전압에 비하여, 낮은 전압으로 스위칭할 수 있다.
(4) 본 발명의 전력 변환 장치의 다른 실시 형태에서는, 상기 제 1 주파수가, 상용 전원에 있어서 계통 주파수가 50Hz 또는 60Hz이고, 상기 제 2 주파수가, 제 1 주파수의 2배의 주파수이다. 또한, 상기 제 3 방형파 전압렬을 상기 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 정해지는 제 3 주파수는 실질적으로는 제 1 주파수의 3배의 주파수로 된다.
따라서 이 실시 형태에 의하면, 제 1 방형파 전압 생성기, 제 2 방형파 전압 생성기, 제 3 방형파 전압 생성기의 초핑의 주파수는, 예를 들면, 50Hz, 100Hz, 150Hz이고, 종래의 PWM 제어의 인버터의 스위칭 주파수인 18kHz 전후에 비하여, 훨씬 낮은 주파수로 할 수 있다.
(5) 본 발명의 파워 컨디셔너는, 직류 전력원으로부터의 직류 전력을, 상용 전원에 계통 연계한 교류 전력으로 변환하는 파워 컨디셔너에 있어서,
상기 직류 전력원으로부터의 직류 전압을, 계통 주파수에 관련된 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 기준 전위에 대해 그 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 상기 방형파 전압렬을 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 충방전 출력하는 방형파 전압 생성기와,
상기 충방전 출력을, 상기 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분을 보정하도록, 상기 초핑의 주파수보다 높은 PWM 주파수로 PWM 제어하고, 상기 방형파 전압렬과 상기 PWM 출력으로부터, 기준 전위에 대해 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 얻음과 동시에, 이 정현파 전압을 부하 측에 출력하는 정현파 전압 생성기를 구비한다.
또한, 직류 전력원이란, 태양전지, 연료전지, 풍력발전 등의 직류 전력을 발생하는 전력원을 말하고, 계통 주파수에 관련된 주파수란, 계통 주파수에 관련하여 규정된 주파수를 말하고, 예를 들면, 계통 주파수의 소정 배의 주파수를 말한다.
본 발명의 파워 컨디셔너에 의하면, 방형파 전압 생성기에서는, 직류 전압을 초핑하는 것에 의하여, 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 방형파 전압렬을 생성하도록 되어 있다. 그 결과, 이 방형파 전압렬을 생성하기 위한 초핑의 주파수, 즉 스위치 소자의 스위칭 주파수는, 정현파의 정 또는 부의 반주기 내로 다수의 방형파 전압렬을 생성하는 종래의 PWM 제어의 인버터의 스위칭 주파수보다도 훨씬 낮게 하는 것이 가능해지고 있다.
이것에 의해, 본 발명에서는, 스위칭 손실을 저감할 수 있음과 동시에, 스위치 소자로서 도통 손실이 적은 소자를 선택할 수 있다. 더하여, 정현파 전압 생성기에서는, 정부 양측으로 교대로 변화하는 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 전압을 PWM 제어하기 때문에, 종래의 PWM 제어의 인버터로 스위칭하는 전압에 비하여, 낮은 전압으로의 스위칭 되고, 스위칭 손실을 저감할 수 있다.
이상에 의하여, 본 발명에서는, 종래의 파워 컨디셔너와 비교하여, 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
(6) 본 발명의 파워 컨디셔너는, 직류 전력원으로부터의 직류 전력을, 상용 전원에 계통 연계한 교류 전력으로 변환하는 파워 컨디셔너로서,
상기 직류 전력원으로부터의 직류 전압을, 계통 주파수인 제 1 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 제 1 기준 전위에 대해 정측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 1 방형파 전압렬을 생성하는 제 1 방형파 전압 생성기와,
상기 제 1 방형파 전압렬의 전위를 제 2 기준 전위로 하여, 상기 제 1 방형파 전압 생성기의 출력을 상기 제 1 주파수보다 소정 배 높은 제 2 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 상기 정측의 제 1 방형파 전압렬보다 저전압으로 상기 제 2 기준 전위에 대해 부측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 2 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 상기 제 1, 제 2 방형파 전압렬을 가산하는 것으로 그것들이 상기 제 1 기준 전위에 대해 그 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 형성하는 제 2 방형파 전압 생성기와,
상기 제 3 방형파 전압렬을 출력 지령과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 정해지는 제 3 주파수로 초핑하여 충방전 출력시키는 제 3 방형파 전압 생성기와,
상기 제 3 방형파 전압 생성기의 충방전 출력을, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 정현파 전압과의 차분을 보정하도록, 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어함과 동시에, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 PWM 출력으로 상기 제 1 기준 전위에 대해 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 얻음과 동시에, 이 정현파 전압을 부하측에 출력하는 정현파 전압 생성기를 구비하고 있다.
본 발명의 파워 컨디셔너에 의하면, 제 1 방형파 전압 생성기, 제 2 방형파 전압 생성기, 제 3 방형파 전압 생성기에 의하여, 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 제 3 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 정부에 따라 충방전시키게 되어 있다.
이것에 의해, 제 1 방형파 전압 생성기, 제 2 방형파 전압 생성기, 제 3 방형파 전압 생성기의 초핑의 주파수, 즉 스위치 소자의 스위칭 주파수는, 정현파의 정 또는 부의 반주기 내로 다수의 방형파 전압렬을 생성하는 종래의 PWM 제어의 인버터의 스위칭 주파수보다도 훨씬 낮게 하는 것이 가능해진다.
그 결과, 본 발명에서는, 스위칭 손실을 저감할 수 있음과 동시에, 스위치 소자로서 도통 손실이 적은 소자를 선택할 수 있다. 더하여, 정현파 전압 생성기에서, 정부 양측으로 교대로 변화하는 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 전압을 PWM 제어하게 되어 있다. 이것에 의해, 종래의 PWM 제어의 인버터로 스위칭 하는 전압에 비하여, 낮은 전압으로의 스위칭 되고, 스위칭 손실을 저감할 수 있다.
이상으로부터, 본 발명에서는, 종래의 파워 컨디셔너와 비교하여, 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
(7)본 발명의 파워 컨디셔너의 일실시 형태에서는,
상기 제 1 방형파 전압 생성기는, 2개의 제 1, 제 2 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어진 제 1 스위치 회로를 포함하고,
상기 제 1 스위치 회로는, 직류 전력원의 정부 양극 간에 접속된 제 1 콘덴서에 병렬 접속되고,
상기 제 1, 제 2 스위치 소자는, 상기 제 1 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
상기 제 2 방형파 전압 생성기는, 제 2 콘덴서와 제 2 스위치 회로와의 병렬 접속 회로를 포함하고,
상기 병렬 접속 회로의 병렬 접속 한쪽이, 상기 제 1, 제 2 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
상기 제 2 스위치 회로는, 2개의 제 3, 제 4 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
상기 제 3, 제 4 스위치 소자는, 상기 제 2 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
상기 제 3 방형파 전압 생성기는, 제 3 스위치 회로와 제 3 콘덴서와의 병렬 접속 회로를 포함하고,
상기 제 3 스위치 회로는, 2개의 제 5, 제 6 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
상기 제 5, 제 6 스위치 소자의 직렬 접속부가, 상기 제 3, 제 4 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
상기 제 5, 제 6 스위치 소자는, 상기 제 3 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
상기 정현파 전압 생성기는, 상기 제 3 방형파 전압 생성기의 상기 병렬 접속 회로에 병렬로 접속된 제 4 스위치 회로를 포함하고,
상기 제 4 스위치 회로는, 2개의 제 7, 제 8 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
상기 제 7, 제 8 스위치 소자를 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어한다.
이 실시 형태에 의하면, 제 1 방형파 전압 생성기에서는, 제 1 주파수의 정측으로 변화하는 제 1 방형파 전압렬을 생성한다. 제 2 방형파 전압 생성기로는, 제 1 주파수보다도 높은 제 2 주파수의 부측으로 변화하는 제 2 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 제 1, 제 2 방형파 전압렬을 가산하는 것으로 정현파적으로 교대로 정부 양측으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 생성한다. 제 3 방형파 전압 생성기에서는, 제 3 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 제 3 주파수로 충방전시킨다.
이상으로부터, 제 1 방형파 전압 생성기, 제 2 방형파 전압 생성기, 제 3 방형파 전압 생성기의 초핑의 주파수인 제 1 내지 제 3 주파수는, 정현파의 정 또는 부의 반주기 내로 다수의 방형파 전압렬을 생성하는 종래의 PWM 제어의 인버터의 스위칭 주파수보다도 훨씬 낮게 하는 것이 가능해진다.
또한, 정현파 전압 생성기에서는, 제 3 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 전압을 PWM 제어하기 때문에, 종래의 PWM 제어의 인버터로 스위칭 하는 전압에 비하여, 낮은 전압으로 스위칭할 수 있다.
(8) 본 발명의 다른 실시 형태의 파워 컨디셔너에서는, 상기 제 1 주파수가 50Hz 또는 60Hz 이고, 상기 제 2 주파수가, 제 1 주파수의 2배의 주파수이다. 또한, 상기 제 3 주파수도 상기(4)와 동일한 이유로 제 1 주파수의 3배의 주파수이다.
이 실시 형태에 의하면, 제 1 방형파 전압 생성기, 제 2 방형파 전압 생성기, 제 3 방형파 전압 생성기로의 초핑의 주파수인 제 1 내지 제 3 주파수는, 예를 들면, 50Hz, 100Hz, 150Hz 이고, 종래의 PWM 제어의 인버터의 스위칭 주파수인 18kHz 전후에 비하여, 훨씬 낮은 주파수로 할 수 있다.
(9) 본 발명의 발전 시스템은,
직류 전력원과,
상기 직류 전력원에 접속된 파워 컨디셔너를 구비하고,
상기 직류 전력원에서 발전된 직류 전력을, 상기 파워 컨디셔너에서 교류 전력으로 변환하여 상용 전원에 연계하는 발전 시스템에 있어서,
상기 파워 컨디셔너는,
상기 직류 전력원으로부터의 직류 전압을, 계통 주파수에 관련된 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 기준 전위에 대해 그 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 상기 방형파 전압렬을 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 충방전 출력하는 방형파 전압 생성기와,
상기 충방전 출력을, 상기 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분을 보정하도록, 상기 초핑의 주파수보다 높은 PWM 주파수로 PWM 제어하고, 상기 방형파 전압렬과 상기 PWM 출력으로부터, 기준 전위에 대해 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 얻음과 동시에, 이 정현파 전압을 부하측에 출력하는 정현파 전압 생성기를 구비하고 있다.
본 발명의 발전 시스템에 의하면, 파워 컨디셔너의 전력 변환 효율을, 종래 예의 파워 컨디셔너와 비하여 높인 것을 할 수 있기 때문에, 발전 시스템의 효율을 높일 수 있다.
(10) 본 발명의 발전 시스템은,
직류 전력원과,
상기 직류 전력원에 접속된 파워 컨디셔너를 구비하고,
상기 직류 전력원에서 발전된 직류 전력을, 상기 파워 컨디셔너에서 교류 전력으로 변환하여 상용 전원에 연계하는 발전 시스템에 있어서,
상기 파워 컨디셔너는,
상기 직류 전력원으로부터의 직류 전압을, 계통 주파수인 제 1 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 제 1 기준 전위에 대해 정측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 1 방형파 전압렬을 생성하는 제 1 방형파 전압 생성기와,
상기 제 1 방형파 전압렬의 전위를 제 2 기준 전위로 하여, 상기 제 1 방형파 전압 생성기의 출력을 상기 제 1 주파수보다 소정 배 높은 제 2 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 상기 정측의 제 1 방형파 전압렬보다 저전압으로 상기 제 2 기준 전위에 대해 부측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 2 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 상기 제 1, 제 2 방형파 전압렬을 가산하는 것으로 그것들이 상기 제 1 기준 전위에 대해 그 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 형성하는 제 2 방형파 전압 생성기와,
상기 제 3 방형파 전압렬을 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 정해지는 제 3 주파수로 초핑하여 충방전 출력시키는 제 3 방형파 전압 생성기와,
상기 제 3 방형파 전압 생성기의 충방전 출력을, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 정현파 전압과의 차분을 보정하도록, 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어함과 동시에, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 PWM 출력으로 상기 제 1 기준 전위에 대해 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 얻음과 동시에, 이 정현파 전압을 부하측에 출력하는 정현파 전압 생성기를 구비하고 있다.
본 발명의 발전 시스템에 의하면, 파워 컨디셔너의 전력 변환 효율을, 종래 예의 파워 컨디셔너에 비하여 높인 것을 할 수 있기 때문에, 발전 시스템의 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 의하면, 직류 전압을 초핑하는 것에 의하여, 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 방형파 전압렬을 생성하게 되어 있다. 이것에 의해, 이러한 방형파 전압렬을 생성하기 위한 초핑의 주파수, 즉, 스위치 소자의 스위칭 주파수는, 정현파의 정 또는 부의 반주기 내로 다수의 방형파 전압렬을 생성하는 종래의 PWM 제어의 인버터의 스위칭 주파수보다도 훨씬 낮게 하는 것이 가능해진다.
그 결과, 본 발명에서는, 스위칭 손실을 대폭적으로 저감한 것을 할 수 있음과 동시에, 스위치 소자로서 도통 손실이 적은 소자를 선택한 것을 할 수 있다. 더하여, 본 발명에서는, 정부 양측으로 교대로 변화하는 방형파 전압렬과 정현파 전압과의 차분의 전압을 PWM 제어하게 되어 있기 때문에, 종래의 PWM 제어의 인버터로 스위칭하는 전압과 비교한 경우, 보다 저전압으로의 스위칭 되어 있다. 그 점에서도 본 발명에서는, 스위칭 손실을 저감할 수 있다. 이상으로부터 본 발명에서는, 전력 변환 효율을, 종래예에 비하여, 현격하게 높일 수 있다. 본 발명은, 전력 변환 장치로서 유용하다.
본 발명의 그 밖의 목적은, 앞으로 설명한 실시 형태를 이해하면 명백하게 되고, 첨부된 특허청구범위에 명시될 것이다. 그리고 본 명세서 중에 언급하지 않은 많은 이점은 이 발명을 실시하면, 당업자가 생각해 낼 수 있는 것이다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도 2는, 도 1의 파워 컨디셔너의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 도 1의 제 1 초퍼 회로의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 도 1의 제 2 초퍼 회로의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 도 1의 제 3 초퍼 회로의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 도 5의 각 부분의 전압 파형을 나타내는 도면이다.
도 7은, 입력 전압이 800V의 경우의 각 부분의 전압을 나타내는 도면이다.
도 8은, 입력 전압이 520V인 경우의 각 부분의 전압을 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 1의 각 부분의 파형을 나타내는 도면이다.
도 10은, 단상 3 선의 경우의 구성도이다.
도 11은, 삼상 3 선의 경우의 구성도이다.
도 12는, 삼상 4 선의 경우의 구성도이다.
도 13은, 본 실시 형태와 종래 방식의 특성을 나타내는 도면이다.
도 14는, 도 13의 종래 방식의 구성도이다.
도 15는, 본 발명의 다른 실시 형태의 구성도이다.
도 16은, 본 발명의 또 다른 실시 형태의 구성도이다.
도 17은, 종래 예의 구성도이다.
(제 1의 실시 형태)
도 1은, 본 발명의 일실시의 형태에 관한 태양광 발전 시스템의 구성도이고, 단상 2선의 경우의 구성을 나타내고 있다. 이 실시 형태의 태양광 발전 시스템은, 태양전지 패널(1)과, 태양전지 패널(1)로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상용 전원(2)과 연계 운전하는 파워 컨디셔너(3)를 구비하고 있다.
태양전지 패널(1)은, 복수의 태양전지 모듈을 직렬 또는 병렬로 접속하여 필요한 발전 전력을 얻도록 구성되어 있다. 이 실시 형태의 태양전지 패널(1)은, 무정형 실리콘제의 박막 태양전지로부터 구성되어 있다. 이 실시 형태의 파워 컨디셔너(3)는, 절연 트랜스를 구비하고 있지 않은 비(非)절연형 트랜스리스의 파워 컨디셔너이다. 이 파워 컨디셔너(3)는, 평활 콘덴서인 제 1 콘덴서(4)와, 제 1 내지 제 3 초퍼 회로(5 내지 7)와, 노이즈 필터(8)와, 각 부분의 전압 등을 계측하여 각 초퍼 회로(5 내지 7)를 제어하는 제어 회로(9)를 구비하고 있다. 제 1 내지 제 3 초퍼 회로(5 내지 7) 및 제어 회로(9)는, 태양전지 패널(1)에 대하여 캐스케이드 접속된 초퍼 컨버터를 구성한다. 태양전지 패널(1)의 음극 측은 그라운드 되어 있다. 도 1 중에서 도시하는 (a)점은 그라운드이고, 이 그라운드의 전압은 제로이다. (b)점은, 태양전지 패널(1)의 정극 측이다. 태양전지 패널(1)의 정부 양극 간에, 제 1 콘덴서(4)가 병렬로 접속되어 있다.
제 1 초퍼 회로(5)는, 제 1 콘덴서(4)에 병렬로 접속되어 있다. 제 1 초퍼 회로(5)는, 직렬 접속한 2개의 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)를 포함한다. 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)에는 다이오드가 각각 역병렬로 접속되어 있다. 제 1 초퍼 회로(5)는, 이들 2개의 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)에 의하여 제 1 스위치 회로를 구성하고 있다.
제 1 초퍼 회로(5)에 있어서, 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)는, 제어 회로(9)로부터의 게이트 신호에 의하여, 계통 주파수, 예를 들면 50Hz와 동일한 제 1 주파수(f1)로 교대로 ON/OFF 제어된다. 이들 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)는, 제 2, 제 3 초퍼 회로(6, 7)의 스위치 소자(12 내지 17)와 마찬가지로, 예를 들면, N 채널 MOSFET로 구성되어 있다. 또한, 스위치 소자는, MOSFET에 한하지 않고, IGBT, 트랜지스터 등의 다른 스위치 소자라도 좋다.
제 2 초퍼 회로(6)는, 제 2 콘덴서(18)와, 다이오드를 역병렬로 접속한 2개의 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)를 직렬 접속하여 된 제 2 스위치 회로를 포함한다. 제 2 콘덴서(18)와 제 2 스위치 회로는 서로 병렬 접속되어 있다. 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)는, 제어 회로(9)로부터의 게이트 신호에 의하여, 제 1 주파수(f1)의 2배의 주파수인 제 2 주파수(f2), 예를 들면, 100Hz로 교대로 ON/OFF 제어된다.
이 제 2 초퍼 회로(6)에 있어서 제 2 콘덴서(18)와 제 2 스위치 회로와의 병렬 접속 일단(一端) 측은, 제 1 초퍼 회로(5)에 있어서 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부에 접속되어 있다. 그 접속점을 도 1 중, (c)로 나타낸다. 도 1 중, (c), (d)는 제 2 콘덴서(18)의 양 콘덴서 전극 측에 해당한다.
제 3 초퍼 회로(7)는, 다이오드를 역병렬로 접속한 2개의 제 5, 제 6 스위치 소자(14, 15)를 직렬 접속해서 된 제 3 스위치 회로와, 제 3 콘덴서(19)와, 다이오드를 역병렬로 접속한 2개의 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)를 직렬 접속해서 된 제 4 스위치 회로를 포함한다. 제 3 초퍼 회로(7)에 있어서, 이들 제 3 스위치 회로, 제 3 콘덴서(19) 및 제 4 스위치 회로는 서로 병렬 접속되어 있다. 이들 회로의 병렬 접속 일단 측과 다른 단측을 각각 도 1 중, (f), (g)로 나타낸다. 제 3 콘덴서(19)의 양 콘덴서 전극측은 이 (f), (g)에 해당한다.
제 5, 제 6 스위치 소자(14, 15)는, 제어 회로(9)로부터의 게이트 신호에 의하여, 제 1 주파수(f1)의 3배의 주파수인 제 3 주파수(f3), 예를 들면, 150Hz로 교대로 ON/OFF 제어된다. 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)는, 제어 회로(9)로부터의 게이트 신호에 의하여, 고주파수(f4), 예를 들면, 18kHz로 PWM 제어된다.
제 3 초퍼 회로(7)의 제 5, 제 6 스위치 소자(14, 15)의 직렬 접속부는, 제 2 초퍼 회로(6)의 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)의 직렬 접속부에 접속되어 있다. 그 접속점을 도 1 중, (e)로 나타낸다. 또한, 제 3 초퍼 회로(7)의 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)의 직렬 접속부에, 리액터(20)과 제 4 콘덴서(21)로 된 노이즈 필터(8)가 접속되어 있다. 그 접속점을 도 1 중, (h)로 나타낸다. 이 노이즈 필터(8)에는, 도시하지 않는 부하 및 상용 전원(2)이 접속되어 있다.
제어 회로(9)는, 계통 전압(Vs) 및 계통 전류(Is)를, 도시하지 않는 차동 증폭 회로 등을 이용하여 계측하고, 종래와 마찬가지로 상용 전원(2)의 계통 주파수에 동기한 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)를 산출함과 동시에, 제 1 내지 제 3 콘덴서(4, 18, 19)의 양단의 전압(Vd1, Vd2, Vd3)을 도시하지 않는 차동 증폭 회로등을 이용하여 계측하고, 각 초퍼 회로(5 내지 7)를 제어하기 위한 게이트 신호를 생성한다.
상기 전압(Vd1)은, 그라운드인 (a)점 전압을 기준으로서 (b)점에 나타나는 태양전지 패널(1)의 직류 출력 전압이다. 전압(Vd2)는, 제 2 초퍼 회로(6)의 제 2 콘덴서(18)의 한쪽의 콘덴서 전극점 (d)를 기준으로 한 다른 쪽의 콘덴서 전극점 (c)으로의 충전 전압이다. 전압(Vd3)은, 제 3 초퍼 회로(7)의 제 3 콘덴서(19)의 한쪽의 콘덴서 전극점 (f)을 기준으로 한 다른 쪽의 콘덴서 전극점 (g)으로의 충전 전압이다.
도 2는, 이 실시 형태의 각 초퍼 회로(5 내지 7)의 동작의 대략을 설명하기 위한 도면이고, 도 2의 (A)는 도 1의 주요 부분의 구성도, 도 2의 (B) 내지 (D)는, 도 2의 (A)중의 전압(V1, V2, V3)을 각각 나타내고 있고, 도 2의 (B), (C)에는, 상술한 계통에 동기한 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)의 파형을 가는 실선으로 나타내고 있다.
상기 전압(V1)은, 그라운드인 (a)점의 전위를 제 1 기준 전위로 한 제 1 초퍼 회로(5)의 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점의 전압이다. 전압(V2)은, 상기 (c)점의 전위를 제 2 기준 전위로 한 제 2 초퍼 회로(6)의 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)의 직렬 접속부인 (e)점의 전압이다. 전압(V3)은, 제 3 초퍼 회로(7)의 제 5, 제 6의 스위치 소자(14, 15)의 직렬 접속부인 (e)점을 기준으로 한 제 7, 제 8의 스위치 소자(16, 17)의 직렬 접속부인 (h)점의 전압이다.
제 1 초퍼 회로(5)에서는, 상용 전원(2)의 계통 주파수와 동일한 50Hz의 경우, 계통 주파수와 동일한 50Hz의 제 1 주파수(f1)로 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)를 교대로 ON/OFF 제어한다. 이것에 의해, 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점의 전압(V1)은, 도 2의 (B)에 나타낸 것과 같이, 정측으로 상승하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 1 방형파 전압렬로 된다. 이 전압(V1)의 방형파의 전압 레벨은, 태양전지 패널(1)의 직류 출력 전압(Vd1)으로 된다.
제 2 초퍼 회로(6)에서는, 제 1 주파수 (f1)의 2배의 주파수인 100Hz의 제 2 주파수(f2)로 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)를 교대로 ON/OFF 제어한다. 이것에 의해, 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)의 직렬 접속부인 (e)점의 전압(V2)은, 도 2의 (C)에 나타낸 것과 같이, 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점을 기준으로, 부측으로 하강하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 2 방형파 전압렬로 된다. 이 전압(V2)의 방형파의 전압 레벨은, 직류 출력 전압(Vd1)의 1/2로 되도록 제어된다.
이 제 2 초퍼 회로(6)의 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)의 직렬 접속부인 (e)점의 전압(V2)은, 그라운드인 (a)점을 기준으로 한 경우, 즉, 제 1 기준 전위를 기준으로 한 경우는, 후술하는 도 4의 (D)에 나타낸 것과 같이, (a)－(c)점간의 전압(V1)과, (c)－(e)점간의 전압(V2)을 합계한 정부로 교대로 변화하는 정현파 형상에 대응한 계단모양 파형의 전압(V1＋V2)으로 된다. 이 계단모양의 전압(V1＋V2)은, 도 4의 (D)에 가는 실선으로 나타낸 상술한 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)로 동기하여 정부에 교대로 변화한다.
제 3 초퍼 회로(7)에서는, 이 계단모양 파형의 전압(V1＋V2)과, 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)와의 차전압(差電壓)을 보상하도록 제 5, 제 6 스위치 소자(14, 15)를, 제 1 주파수(f1)의 3배의 주파수인 150Hz의 제 3 주파수(f3)로 교대로 ON/OFF 제어하고, 또한, 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)를, 18kHz의 주파수(f4)로 PWM 제어한다.
이에 따라, 도 2의 (A)의 제 3 초퍼 회로(7)의 제 7, 제 8의 스위치 소자(16, 17)의 직렬 접속부인 (h)점의 전압(V3)은, 제 5, 제 6의 스위치 소자(14, 15)의 직렬 접속부인 (e)점을 기준으로 PWM의 평균치로 나타내면, 도 2의 (D)에 나타낸 것과 같이, 계단모양 파형의 전압(V1＋V2)과, 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)의 차전압에 대응한 것으로 된다.
따라서 제 3 초퍼 회로(6)의 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)의 직렬 접속부인 (h)점의 전압(V3)은, 그라운드인 (a)점의 제 1 기준 전위를 기준이라고 한 경우에는, 상용 전원(2)에 동기한 목표 전압의 지령치(V*)에 대응한 정현파 형상의 전압으로 된다.
이하, 제 1 내지 제 3 초퍼 회로(5 내지 7)의 동작 원리를 더욱 상세히 설명한다. 도 3은, 제 1 초퍼 회로(5)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3의 (A)는 태양전지 패널(1), 제 1 콘덴서(4) 및 제 1 초퍼 회로(5)를, 도 3의 (B)는 (a)－(c)간 전압(V1)을 각각 나타내고 있다. 특히, 도 3의 (B)에는, 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)를 가는 실선으로 나타내고 있다.
태양전지 패널(1)의 정극측인 (b)점에는, 그라운드인 (a)점의 전위를 제 1 기준 전위로서 제 1 콘덴서(4)로 평활화된 태양전지 패널(1)의 직류 출력 전압(Vd1)이 나타난다.
제 1 초퍼 회로(5)에 있어, 직류 출력 전압(Vd1)은, 50Hz의 제 1 주파수 (f1)로 교대로 ON/OFF 제어된 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)에 의하여 초핑 된다. 제 1 스위치 소자(10)가 ON, 제 2 스위치 소자(11)가 OFF인 때는, (b)점 전압인 제 1 콘덴서(4)의 충전 전압(Vd1)이, 제 1 초퍼 회로(5)의 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점에 나타난다.
제 1 스위치 소자(10)가 OFF, 제 2 스위치 소자(11)가 ON의 때는, (a)점의 그라운드 전압이, 제 1 초퍼 회로(5)의 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점에 나타난다.
따라서, 상술한 바와 같이, 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점의 전압(V1)은, 도 3의 (B)에 나타난 바와 같이, 그라운드 전위를 제 1 기준 전위로 정측으로 상승하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 1 방형파 전압렬으로 된다. 이 전압(V1)은, (a)점을 기준으로 한 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점의 전압이고, 방형파의 전압 레벨은, 태양전지 패널(1)의 직류 출력 전압(Vd1), 예를 들면, 800V로 된다.
이 제 1 초퍼 회로(5)에서는, 계통의 전압과 위상이 일치한 방형파 전압렬을 생성하기 때문에, 유효 전력을 출력할 수 있다.
도 4는, 제 2 초퍼 회로(6)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 4의 (A)는 제 1 초퍼 회로(5) 및 제 2 초퍼 회로(6)를, 도 4의 (B)은 전압(V1)을, 도 4의 (C)는 전압(V2)을, 도 4의 (D)은 전압(V1＋V2)을 각각 나타내고 있고, 도 4의 (B) 내지 (D)는, 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)를 가는 실선으로 합하여 나타내고 있다.
제 2 초퍼 회로(6)에 있어서, 도 4의 (B)에 나타낸 (c)점의 전압(V1)은, 100Hz의 제 2 주파수(f2)로 교대로 ON/OFF 제어된 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)에 의해 초핑된다. 제 3 스위치 소자(12)가 ON, 제 4 스위치 소자(13)가 OFF인 때에는, 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)의 직렬 접속부인 (e)점은, 제 1 초퍼 회로(5)의 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점과 동전위(同電位)로 되고, 제 3 스위치 소자(12)가 OFF, 제 4 스위치 소자(13)가 ON인 때에는, 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)의 직렬 접속부인 (e)점의 전위는, (c)점의 전위보다도 마이너스로 된다. 따라서 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)의 직렬 접속부인 (e)점의 전압(V2)은, 상술한 바와 같이, 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점의 전위를 제 2 기준 전위로서, 도 4의 (C)에 나타낸 바와 같이, 부측으로 하강하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 2 방형파 전압렬로 된다.
또한, 제 1 초퍼 회로(5)의 제 1 스위치 소자(10)가 ON, 제 2 스위치 소자(11)가 OFF로 한 때에, 제 2 초퍼 회로(6)의 제 3 스위치 소자(12)가 OFF, 제 4 스위치 소자(13)가 ON으로 한 것에 의하여, 제 2 콘덴서(18)가 충전된다. 또한, 제 1 초퍼 회로(5)의 제 1 스위치 소자(10)가 OFF, 제 2 스위치 소자(11)가 ON으로 하고 있는 때에, 제 2 초퍼 회로(6)의 제 3 스위치 소자(12)가 OFF, 제 4 스위치 소자(13)이 ON으로 하는 것에 의하여, 제 2 콘덴서(18)의 충전 전하는, 이들 ON하고 있는 스위치 소자(11, 13)를 이용하여 방전된다. 이와 같이 제 2 콘덴서(18)는, 도 4의 (C)에 나타낸 바와 같이, 충전 기간(T1)에 걸치는 충전과, 방전 기간(T2)에 걸치는 방전을 교대로 반복하고, (c)점의 제 2 기준 전위를 기준으로 하여 부측으로 하강하는 방형파 전압이 생성된다. 이 방형파의 전압 레벨(Vd2)은, 태양전지 패널(1)의 직류 출력 전압(Vd1)의 1/2(Vd2＝－Vd1/2), 예를 들면, 400V이다.
상기 전압(V2)은, 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)의 직렬 접속부인 (c)점을 기준으로 한 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)의 직렬 접속부인 (e)점의 전압이다. 따라서 제 2 초퍼 회로(6)에서는, 그라운드인 (a)점의 전위를 제 1 기준 전위로서 (e)점에는, 도 4의 (B)의 (a)－(c)점간 전압(V1)과, 도 4의 (C)의 (c)－(e)점간 전압(V2)를 합계했다. 도 4의 (D)에 나타낸 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)의 변화에 대응하여 교대로 정부로 변화하는 계단모양 파형의 전압(V1＋V2)가 나타나는 것이 된다. 이 제 2 초퍼 회로(6)에서는, 부측으로 하강하는 방형파 전압렬을 생성하기 때문에, 짝수 다음의 고조파를 제거하는 것으로 할 수 있고, 또한, 같은 전력으로 충전과 방전을 반복하기 때문에 원리적인 유효 전력은, 제로로 된다.
또한, 충방전은, 후술하는 도 9의 (C)의 계통 전류(Is)가 제 2 콘덴서(18)를 흐르는 것으로 행해진다. 도 9의 (C)의 계통 전류(Is)가 정(正)인 때, 도 4의 (C)의 T1의 기간 제 2 콘덴서(18)는 정현파 전류로 충전된다. 이 때문에, 실제의 동작에서는 T1 기간 서서히 V2는 감소한다. 마찬가지로, 도 9의 (C)의 계통 전류(Is)가 부(負)인 때, 도 4의 (C)의 T2의 기간 제 2 콘덴서(18)는 정현파 전류로 방전된다. 이 때문에, 실제의 동작에서는 T2 기간 서서히 V2는 증가한다.
도 5는, 제 3 초퍼 회로(7)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 6의 (A)은 상기 계단모양 파형의 전압(V1＋V2)을, 도 6의 (B)은, 제 5, 제 6의 스위치 소자(14, 15)의 직렬 접속부인 (e)점을 기준으로, 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)의 직렬 접속부인 (h)점의 전압(V3)을 PWM의 평균치로 나타낸 것이고, 도 6의 (A)에는, 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)를 가는 실선으로 합하고 나타내고 있다.
제 5, 제 6 스위치 소자(14, 15)는, 도 6의 (A)에 나타낸 (e)점의 계단모양 파형의 전압(V1＋V2)와 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)외의 차전압의 정부에 따른 타이밍에 ON/OFF 제어된다. 그 결과, 상기 전압(V1＋V2)는, 그 ON/OFF 제어의 타이밍에 제 3 콘덴서(19)에 충방전 된다.
환언하면, 전압(V1＋V2)＞정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)의 관계식이 성립하는 때에는, 차전압은 정이고, 제 5 스위치 소자(14)가 ON, 제 6 스위치 소자(15)가 OFF로 제어된 결과, 전압(V1＋V2)는 제 3 콘덴서(19)에 충전된다.
한편, 전압(V1＋V2)＜정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)의 관계식이 성립하는 때에는, 차전압은 부로서 제 5 스위치 소자(14)가 OFF, 제 6 스위치 소자(15)가 ON으로 제어된 결과, 제 3 콘덴서(19)에 충전된 전압은 방전된다.
상기 차전압의 대소 관계의 주기는, 제 3 주파수(f3)인 150Hz이고, 결과로서, 제 5, 제 6 스위치 소자(14, 15)는, 그 제 3 주파수(f3)로 교대로 ON/OFF 제어된다.
더욱, 제 3 초퍼 회로(7)에서는, 전압(V1＋V2)과 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)와의 차전압을 보정하는 듀티로, 제 1 주파수(f1)보다도 수백배 높은 주파수인 18kHz의 제 4 주파수(f4)로 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)을 PWM 제어한다. 이것에 따라, 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)의 직렬 접속부인 (h)점에는, 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같이, 계단모양 파형의 전압(V1＋V2)과 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)와의 차전압에 대응하는 전압(V3)이 나타난다. 이 전압(V3)은, PWM의 평균치를 나타내고 있고, 이 전압(V3)은, 제 5, 제 6의 스위치 소자(14, 15)의 직렬 접속부인 (e)점을 기준으로 한 제 7, 제 8의 스위치 소자(16, 17)의 직렬 접속부인 (h)점의 전압이다.
따라서 제 3 초퍼 회로(7)에서는, 그라운드인 (a)점의 제 1 기준 전위를 기준으로서, 제 7, 제 8의 스위치 소자(16, 17)의 직렬 접속부인 (h)점에는, 도 6의 (A)에 나타낸 (a)－(e)점간 전압(V1＋V2)과, 도 6의 (B)에 나타낸 (e)－(h)점간 전압(V3)을 합계했다, 도 6의 (A)의 가는 실선으로 나타낸 전력 계통 주파수의 변화와 동상의 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)가 나타나는 것으로 된다.
이 제 3 초퍼 회로(7)에서는, 계통 주파수의 3배의 주파수로 초핑함과 동시에, 정현파 전압과의 차분을 없애고 있기 때문에, 제 3차 이상의 고조파를 억제하는 것으로 할 수 있다.
다음에, 도 1의 제어 회로(9)에 의한 각 초퍼 회로(5 내지 7)의 초퍼 제어에 관하여, 더욱 상세히 설명한다. 제어 회로(9)는, 제 1 초퍼 회로(5)의 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)에 대한 게이트 신호에 의하여, 상술한 도 3의 (B)의 정측으로 상승하는 복수의 방형파 전압의 펄스 폭을 제어한다. 즉, 제 1 초퍼 회로(5)의 출력 전압의 기본파 성분을, 계통 전원의 기본파 전압과 일치시키도록 제어한 것이고, 방형파 전압의 펄스 폭(δ)이, 예를 들면, 다음의 식에서 산출된 값이 되도록 제어한다.
δ＝sin－1{(√2πV)/(2Vd1)}
여기에서, V는 계통 전원의 전압(Vs)의 실효값이다.
이 펄스 폭(δ)을, Δδ1만 조정하면, 기본파 전압을 증감하는 것을 할 수 있고, 이 Δδ1 을 계측한 상술한 전압(Vd3)과 그 목표치(Vd3*)와의 오차에 계수를 곱하여 산출한다.
제어 회로(9)는, 제 2 초퍼 회로(6)의 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)에 대한 게이트 신호에 의하여, 상술한 도 4의 (C)에 나타낸 전압(Vd2)이, 제 1 초퍼 회로(5)의 전압(Vd1)의 1/2로 되도록 제어한다. 즉, 제 2 초퍼 회로(6)의 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)가 게이트 신호에 의하여 ON/OFF 제어되면, 상술한 바와 같이 제 2 콘덴서(18)가 충전과 방전을 반복하고, 도 4의 (C)에 나타낸 부측으로 하강하는 복수의 방형파 전압렬을 생성하는 것이지만, 충전 기간(T1), 즉 충전에 대응하는 방형파의 펄스 폭은, 제 1 초퍼 회로(5)로부터 출력된 방형파의 펄스 폭과 동일하고, 방전 기간(T2), 즉 방전에 대응하는 방형파의 펄스 폭은, 충전에 대응한 방형파의 펄스 폭을, Δδ2만 미조정한 것이다.
이 Δδ2는, 계측한 전압(Vd2)와 목표로 한 전압(Vd2*)과의 오차에 계수치를 곱하고 산출한다. 이 목표로 한 전압(Vd2*)을, 계측한 전압(Vd1)의 1/2의 전압으로 하고 있다. 제어 회로(9)는, 태양전지 패널(1)의 발전출력의 변동에 따라, 방형파 전압의 펄스 폭을 상술한 바와 같이 제어한다.
도 7 및 도 8에, 태양전지 패널(1)로부터의 입력 전압(Vd1)이 변동한 경우의 정측 및 부측의 방형파 전압(V1, V2)의 시뮬레이션 파형을 나타낸다. 도 7은, 입력 전압(Vd1)이 800V의 경우를, 도 8은, 입력 전압(Vd1)이 520V인 경우를 각각 나타내고 있다.
도 7의 (A), 도 8의 (A)는 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)를 나타낸다. 도 7의 (B), 도 8의 (B)는 제 1 초퍼 회로(5)에 의한 정측의 전압(V1)을 나타낸다. 도 7의 (C), 도 8의 (C)는 제 2 초퍼 회로(6)에 의한 부측의 전압(V2)을 나타낸다.
입력 전압(Vd1)이 낮아지면, 도 8의 (B)에 나타낸 정측의 방형파 및 도 8의 (C)에 나타낸 부측의 방형파의 어느 펄스 폭도, 도 7에 비하여 폭넓게 되도록 제어하는 것이 판명된다.
또한, 제어 회로(9)는, 상술한 도 6의 (A)에 나타낸 계단파 형상의 전압(V1＋V2)과, 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)와의 차전압의 정부에 따른 타이밍에, 제 3 초퍼 회로(7)의 제 5, 제 6 스위치 소자(14, 15)를 교대로 ON/OFF 제어하고, 더욱, 상기 차전압을 보정하는 듀티로, 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)를 고주파수로 PWM 제어하고, 상술한 바와 같이 목표 전압의 지령치(V*)의 정현파 전압을 생성한다.
도 9는, 도 1의 각 부분의 시뮬레이션 파형을 나타내는 것이고, 어느 쪽도 그라운드를 기준으로 하고 있다. 도 9의 (A)는 계통 전압(Vs), 도 9의 (B)는 제 3 초퍼 회로(7)의 출력 전압(V), 도 9의 (C)는 계통 전류(Is), 도 9의 (D)는 전압(V1 및 V2)(파선), 도 9의 (E)는 전압(V3), 도 9의 (F)는 전압(Vd2 및 Vd3)(파선)이다.
이 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 제 1 초퍼 회로(5)의 제 1, 제 2 스위치 소자(10, 11)는, 예를 들면, 800V의 전압을 50Hz의 제 1 주파수 (f1)로 스위칭 하고, 제 2 초퍼 회로(6)의 제 3, 제 4 스위치 소자(12, 13)는, 예를 들면, 400V의 전압을 100Hz의 제 2 주파수(f2)로 스위칭하고, 제 3 초퍼 회로(7)의 제 5, 제 6 스위치 소자(14, 15)는, 예를 들면, 260V의 전압을 150Hz의 제 3 주파수(f3)로 스위칭하고 있다. 즉, 이들 스위치 소자(10 내지 15)는, 종래의 파워 컨디셔너의 PWM 제어의 인버터의 PWM 주파수에 비하여, 훨씬 낮은 주파수로 스위칭하고 있다.
또한, 제 3 초퍼 회로(7)의 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)는, 계단파 형상의 전압(V1＋V2)과, 정현파 형상의 목표 전압의 지령치(V*)와의 차전압인 260V 정도의 전압을 18kHz의 높은 주파수로 PWM 제어하고 있다. 즉, 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)에서는, 종래의 파워 컨디셔너의 PWM 제어의 인버터에 비하여, 낮은 전압을 스위칭하고 있다.
이와 같이, 제 1 내지 제 3 초퍼 회로(5 내지 7)의 제 1 내지 6 스위치 소자(10 내지 15)에서는, 종래의 PWM 제어에 비하여, 훨씬 낮은 주파수로 스위칭하고 있기 때문에, 스위칭 손실을 저감할 수 있음과 동시에, 도통 손실이 낮은 스위치 소자나 값이 싼 스위치 소자를 선택하게 할 수 있는 한편, 제 3 초퍼 회로(7)의 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17)에서는, 종래의 PWM 제어에 비하여 낮은 전압을 스위칭하기 때문에, 스위칭 손실을 저감하는 것이 가능해진다. 이것에 따라, 파워 컨디셔너(3)의 전력 변환 효율을, 종래 예의 파워 컨디셔너에 비하여 향상시킬 수 있다.
또한, 방형파 전압 생성기는, 제 1 초퍼 회로(5), 제 2 초퍼 회로(6), 제 3 초퍼 회로(7)의 제 5, 제 6 스위치 소자(14, 15) 및 제 3 콘덴서(19), 및 그것들을 제어하는 제어 회로(9)를 포함하고, 정현파 전압 생성기는, 제 3 초퍼 회로(7)의 제 7, 제 8 스위치 소자(16, 17) 및 그것들을 제어하는 제어 회로(9)를 포함한다.
이 실시 형태에서는, 태양전지 패널(1)은, 상술한 바와 같이 무정형 실리콘제의 박막 태양전지로부터 구성되어 있다. 이러한 무정형 실리콘제의 태양전지에서는, 그 음극측 전위가 그라운드 전위보다 낮아지면, 경년(經年) 열화를 일으키는 것으로 알려져 있고, 그 대책을 위해, 그 음극측을 그라운드 전위로 할 필요가 있다. 그렇지만, 상술한 도 17에 나타낸 비절연형의 파워 컨디셔너(36)에서는, 직류측과 교류측에서, 기준 전위의 레벨이 다르기 때문에, 파워 컨디셔너(36)의 입력 측인 태양전지의 음극측을 그라운드 전위에 할 수 없다. 이것에 대해, 본 발명에서는, 직류측과 교류측과의 기준 전위의 레벨이 동일하기 때문에, 태양전지의 음극측을 그라운드 전위로 하는 것이 가능해진다.
상술한 실시 형태에서는, 단상 2선의 경우에 적용하여 설명했지만, 본 발명의 다른 실시 형태로서, 도 10에 나타낸 바와 같이 단상 3선, 도 11에 나타낸 바와같이 삼상 3선, 또는 도 12에 나타낸 바와 같이 삼상 4선에 적용해도 좋다.
도 13은, 도 15에 나타낸 삼상 4선의 경우의 본 실시 형태와, 도 14에 나타나는 종래 방식과의 특성을 비교하여 나타낸 것이고, 횡축은 출력 전력(W)을, 종축은 효율(％)을 나타내고 있다. 동 도에 있어, 실선은, 본 실시 형태의 특성을 나타내고, 굵은 실선은 SＪ(슈퍼 교차점) MOSFET를, 가는 실선은 IGBT를, 스위치 소자로서 각각 사용한 경우의 특성을 나타내고 있고, 파선은 종래 방식의 특성을 나타내고 있다.
또한, 도 13은, 계통 선간 전압 400V, 입력 전압 570V의 경우를 나타내고 있다. 또한, 종래 방식의 장치는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 리액터(28), 다이오드(29), 승압 회로(32), 평활 콘덴서(41), 및 PWM 제어의 인버터(42)를 구비한 비절연형의 파워 컨디셔너이다. 승압 회로(32)는 IGBT(30)와 스위치(31)를 포함한다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 종래 방식에 비하여, 효율이 향상된 것을 알 수 있다.
상술한 각 실시 형태에서는, 승압 회로를 설치하고 있지 않았지만, 태양전지 패널(1)로부터의 입력 전압이 낮은 때에는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 종래와 마찬가지로, 예를 들면, 승압 회로(26)를 설치해도 좋다. 승압 회로(26)는, 전술했던 것처럼 리액터(22), 다이오드(23), MOSFET(24) 및 스위치(25)를 포함한다.
또한, 태양전지 패널(1)로부터의 입력 전압이 저하된 때에, 전압이 처음에 부족하지만, 제 2 초퍼 회로(6)의 제 2 콘덴서(18)로 있기 때문에, 도 16에 나타낸 바와 같이, 제 2 콘덴서(18)의 전단에, 공지인 절연형의 승압 회로(27)를 설치해도 좋다. 이와 같이 제 2 초퍼 회로(6)의 제 2 콘덴서(18)의 전단에, 저출력 용량의 승압 회로(27)를 설치한 것에 의하여 입력 전압의 저하에 대응할 수 있기 때문에, 손실을 적게 할 수 있다.
이 발명을 상세하게 가장 바람직한 구체적인 예에 관하여 설명했지만, 그 바람직한 실시 형태에 관한 부품의 조합과 배열은, 후에 청구한 이 발명의 정신과 범위에 반하는 일없이 여러 가지 변경한 것으로 할 수 있는 것이다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 그라운드 전위를 제 1 기준 전위로 하고, 직류 전압을 제 1 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 상기 제 1 기준 전위에 대해 정(正)측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 1 방형파 전압렬을 생성하는 제 1 방형파 전압 생성기와,
    상기 제 1 방형파 전압렬의 전위를 제 2 기준 전위로 하고, 상기 제 1 방형파 전압 생성기의 출력을 상기 제 1 주파수보다 높은 제 2 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 상기 정측의 제 1 방형파 전압렬보다 저전압으로 상기 제 2 기준 전위에 대해 부(負)측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 2 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 상기 제 1, 제 2 방형파 전압렬을 가산하는 것으로 그것들이 상기 제 1 기준 전위에 대해 그 정부(正負) 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 형성하는 제 2 방형파 전압 생성기와,
    상기 제 3 방형파 전압렬을 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 정해지는 제 3 주파수로 초핑하여 충방전 출력하는 제 3 방형파 전압 생성기와,
    상기 제 3 방형파 전압 생성기의 충방전 출력을, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 정현파 전압과의 차분을 보정하도록, 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어함과 동시에, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 PWM 출력으로 상기 제 1 기준 전위에 대해 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 얻는 정현파 전압 생성기를 구비하고,
    상기 제 1 방형파 전압 생성기는, 2개의 제 1, 제 2 스위치 소자를 직렬 접속하여 된 제 1 스위치 회로를 포함하고,
    상기 제 1 스위치 회로는, 직류 전력원의 정부 양극간에 접속된 제 1 콘덴서에 병렬 접속되고,
    상기 제 1, 제 2 스위치 소자는, 상기 제 1 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
    상기 제 2 방형파 전압 생성기는, 제 2 콘덴서와 제 2 스위치 회로의 병렬 접속 회로를 포함하고,
    상기 병렬 접속 회로의 병렬 접속 한쪽이, 상기 제 1, 제 2 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
    상기 제 2 스위치 회로는, 2개의 제 3, 제 4 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
    상기 제 3, 제 4 스위치 소자는, 상기 제 2 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
    상기 제 3 방형파 전압 생성기는, 제 3 스위치 회로와 제 3 콘덴서의 병렬 접속 회로를 포함하고,
    상기 제 3 스위치 회로는, 2개의 제 5, 제 6 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
    상기 제 5, 제 6 스위치 소자의 직렬 접속부가, 상기 제 3, 제 4 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
    상기 제 5, 제 6 스위치 소자는, 상기 제 3 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
    상기 정현파 전압 생성기는, 상기 제 3 방형파 전압 생성기의 상기 병렬 접속 회로에 병렬로 접속된 제 4 스위치 회로를 포함하고,
    상기 제 4 스위치 회로는, 2개의 제 7, 제 8 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루지고,
    상기 제 7, 제 8 스위치 소자를 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 주파수가, 상용 전원에 있어서 계통 주파수인 50Hz 또는 60Hz이고,
    상기 제 2 주파수가, 제 1 주파수의 2배의 주파수인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 삭제
  5. 직류 전력원으로부터의 직류 전력을, 상용 전원에 계통 연계한 교류 전력에 변환하는 파워 컨디셔너에 있어서,
    그라운드 전위를 제 1 기준 전위로 하고, 상기 직류 전력원으로부터의 직류 전압을 계통 주파수인 제 1 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 상기 제 1 기준 전위에 대해 정측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 1 방형파 전압렬을 생성하는 제 1 방형파 전압 생성기와,
    상기 제 1 방형파 전압렬의 전위를 제 2 기준 전위로 하고, 상기 제 1 방형파 전압 생성기의 출력을 상기 제 1 주파수보다 소정배 높은 제 2 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 상기 정측의 제 1 방형파 전압렬보다 저전압으로 상기 제 2 기준 전위에 대해 부측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 2 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 상기 제 1, 제 2 방형파 전압렬을 가산하는 것으로 그것들이 상기 제 1 기준 전위에 대해 그 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 형성하는 제 2 방형파 전압 생성기와,
    상기 제 3 방형파 전압렬을 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 정해지는 제 3 주파수로 초핑하여 충방전 출력하는 제 3 방형파 전압 생성기와,
    상기 제 3 방형파 전압 생성기의 충방전 출력을, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 정현파 전압과의 차분을 보정하도록, 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어함과 동시에, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 PWM 출력으로 상기 제 1 기준 전위에 대해 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 얻음과 동시에, 이 정현파 전압을 부하측에 출력한 정현파 전압 생성기를 구비하고,
    상기 제 1 방형파 전압 생성기는, 2개의 제 1, 제 2 스위치 소자를 직렬 접속하여 된 제 1 스위치 회로를 포함하고,
    상기 제 1 스위치 회로는, 직류 전력원의 정부 양극간에 접속된 제 1 콘덴서에 병렬 접속되고,
    상기 제 1, 제 2 스위치 소자는, 상기 제 1 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
    상기 제 2 방형파 전압 생성기는, 제 2 콘덴서와 제 2 스위치 회로의 병렬 접속 회로를 포함하고,
    상기 병렬 접속 회로의 병렬 접속 한쪽이, 상기 제 1, 제 2 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
    상기 제 2 스위치 회로는, 2개의 제 3, 제 4 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
    상기 제 3, 제 4 스위치 소자는, 상기 제 2 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
    상기 제 3 방형파 전압 생성기는, 제 3 스위치 회로와 제 3 콘덴서의 병렬 접속 회로를 포함하고,
    상기 제 3 스위치 회로는, 2개의 제 5, 제 6 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
    상기 제 5, 제 6 스위치 소자의 직렬 접속부가, 상기 제 3, 제 4 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
    상기 제 5, 제 6 스위치 소자는, 상기 제 3 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
    상기 정현파 전압 생성기는, 상기 제 3 방형파 전압 생성기의 상기 병렬 접속 회로에 병렬로 접속된 제 4 스위치 회로를 포함하고,
    상기 제 4 스위치 회로는, 2개의 제 7, 제 8 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루지고,
    상기 제 7, 제 8 스위치 소자를 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 컨디셔너.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 주파수가, 50Hz 또는 60Hz이고,
    상기 제 2 주파수가, 제 1 주파수의 2배의 주파수인 것을 특징으로 하는 파워 컨디셔너.
  8. 직류 전력원과,
    상기 직류 전력원에 접속된 파워 컨디셔너를 구비하고,
    상기 직류 전력원에서 발전된 직류 전력을, 상기 파워 컨디셔너로 교류 전력으로 변환하여 상용 전원에 연계하는 발전 시스템에 있어서,
    상기 파워 컨디셔너는,
    그라운드 전위를 제 1 기준 전위로 하고, 상기 직류 전력원으로부터의 직류 전압을, 계통 주파수인 제 1 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 상기 제 1 기준 전위에 대해 정측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 1 방형파 전압렬을 생성하는 제 1 방형파 전압 생성기와,
    상기 제 1 방형파 전압렬의 전위를 제 2 기준 전위로 하고, 상기 제 1 방형파 전압 생성기의 출력을 상기 제 1 주파수보다 소정배 높은 제 2 주파수로 초핑하여 전압 레벨이 상기 정측의 제 1 방형파 전압렬보다 저전압으로 상기 제 2 기준 전위에 대해 부측으로 변화하는 복수의 방형파 전압으로 된 제 2 방형파 전압렬을 생성함과 동시에, 상기 제 1, 제 2 방형파 전압렬을 가산하는 것으로 그것들이 상기 제 1 기준 전위에 대해 그 정부 양측으로 교대로 정현파적으로 변화하는 제 3 방형파 전압렬을 형성하는 제 2 방형파 전압 생성기와,
    상기 제 3 방형파 전압렬을 정현파 전압과의 차분의 정부에 따른 타이밍에 정해지는 제 3 주파수로 초핑하여 충방전 출력시키는 제 3 방형파 전압 생성기와,
    상기 제 3 방형파 전압 생성기의 충방전 출력을, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 정현파 전압과의 차분을 보정하도록, 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어함과 동시에, 상기 제 3 방형파 전압렬과 상기 PWM 출력으로 상기 제 1 기준 전위에 대해 정부 양측으로 연속하여 변화하는 정현파 전압을 얻음과 동시에, 이 정현파 전압을 부하측에 출력하는 정현파 전압 생성기를 구비하고,
    상기 제 1 방형파 전압 생성기는, 2개의 제 1, 제 2 스위치 소자를 직렬 접속하여 된 제 1 스위치 회로를 포함하고,
    상기 제 1 스위치 회로는, 직류 전력원의 정부 양극간에 접속된 제 1 콘덴서에 병렬 접속되고,
    상기 제 1, 제 2 스위치 소자는, 상기 제 1 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
    상기 제 2 방형파 전압 생성기는, 제 2 콘덴서와 제 2 스위치 회로의 병렬 접속 회로를 포함하고,
    상기 병렬 접속 회로의 병렬 접속 한쪽이, 상기 제 1, 제 2 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
    상기 제 2 스위치 회로는, 2개의 제 3, 제 4 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
    상기 제 3, 제 4 스위치 소자는, 상기 제 2 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
    상기 제 3 방형파 전압 생성기는, 제 3 스위치 회로와 제 3 콘덴서의 병렬 접속 회로를 포함하고,
    상기 제 3 스위치 회로는, 2개의 제 5, 제 6 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루어지고,
    상기 제 5, 제 6 스위치 소자의 직렬 접속부가, 상기 제 3, 제 4 스위치 소자의 직렬 접속부에 접속되고,
    상기 제 5, 제 6 스위치 소자는, 상기 제 3 주파수로 교대로 ON/OFF 되고,
    상기 정현파 전압 생성기는, 상기 제 3 방형파 전압 생성기의 상기 병렬 접속 회로에 병렬로 접속된 제 4 스위치 회로를 포함하고,
    상기 제 4 스위치 회로는, 2개의 제 7, 제 8 스위치 소자를 직렬 접속하여 이루지고,
    상기 제 7, 제 8 스위치 소자를 상기 제 3 주파수보다도 높은 PWM 주파수로 PWM 제어하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
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