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【発明の名称】 系統連系インバータ装置およびその自立運転方法
【発明者】 【氏名】安藤 昇
【氏名】中林 弘一
【氏名】長田 和哉
【氏名】竹内 一平
【課題】複数台の単相インバータを直列に接続した系統連系インバータ装置において、連系運転から自立運転への切り替えに際し、負荷が軽負荷であっても、母線電圧の低いインバータが過充電となるのを抑止すること。

【解決手段】入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する単相インバータ６ａ〜６ｃの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニット６と、各単相インバータ６ａ〜６ｃの直流側端子に繋がる直流母線間にそれぞれ接続されるコンデンサ５、およびコンデンサ２４ｂ，２４ｃと、インバータユニット６の動作時に最も高い電圧を維持するコンデンサ５の両端に接続される抵抗２６と、インバータユニット６と系統１７および負荷１８との接続先を切り替える開閉器１２ａ，１２ｂと、コンバータ４、インバータユニット６、および開閉器１２ａ，１２ｂの動作を制御する制御部９と、を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統に連系可能であり、負荷に対し自ら生成した交流電力を供給可能な系統連系インバータ装置において、
入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する単相インバータの交流側端子を複数台直列に接続し、当該複数台の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットと、
前記各単相インバータの直流側端子に繋がる直流母線間にそれぞれ接続され、当該各単相インバータの直流電源として機能するコンデンサと、
前記各コンデンサのうち、前記インバータユニットの動作時に最も高い電圧を維持する第１のコンデンサの両端に接続される抵抗と、
前記インバータユニットと前記商用電力系統および前記負荷との接続先を切り替える開閉器と、
前記コンバータ、前記インバータユニット、前記開閉器の動作を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項２】
前記抵抗に直列に接続され、前記制御部によってオン／オフが制御されるスイッチをさらに具備し、
前記抵抗と前記スイッチとの直列回路が前記第１のコンデンサの両端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
【請求項３】
商用電力系統に連系可能であり、負荷に対し自ら生成した交流電力を供給可能な系統連系インバータ装置の自立運転方法であって、
入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する単相インバータの交流側端子を複数台直列に接続し、当該複数台の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットを具備し、
前記インバータユニットと、前記負荷および前記商用電力系統との接続を切り離す第１ステップと、
前記各単相インバータの直流側端子に繋がる直流母線間にそれぞれ接続され当該各単相インバータの直流電源として機能するコンデンサのうち、前記インバータユニットの動作時に最も高い電圧を維持する第１のコンデンサに蓄積された電荷を前記第１のコンデンサの両端に接続される抵抗によって放電する第２ステップと、
前記第１のコンデンサの電圧が所定電圧以下に降下した後に、前記インバータユニットを起動して前記負荷に対する電力供給を開始する第３ステップと、
を含むことを特徴とする系統連系インバータ装置の自立運転方法。
【請求項４】
前記抵抗と、当該抵抗に直列に接続されるスイッチと、の直列回路が前記第１のコンデンサの両端に接続されるとき、
前記第１ステップと前記第２ステップとの間に前記スイッチをオンに制御するステップが含まれ、
前記第２ステップと前記第３ステップとの間に、前記スイッチをオフに制御するステップが含まれる
ことを特徴とする請求項３に記載の系統連系インバータ装置の自立運転方法。
【請求項５】
商用電力系統に連系可能であり、負荷に対し自ら生成した交流電力を供給可能な系統連系インバータ装置の自立運転方法であって、
入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する単相インバータの交流側端子を複数台直列に接続し、当該複数台の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットを具備し、
前記インバータユニットと、前記負荷および前記商用電力系統との接続を切り離す第１ステップと、
前記インバータユニットを構成する単相インバータの各直流側端子に繋がる直流母線間にそれぞれ接続されるコンデンサのうち、前記インバータユニットの動作時に最も高い電圧を維持する第１のコンデンサを接続する単相インバータのスイッチング素子を当該単相インバータの内部で電流ループが生じないようなスイッチング制御を行うことにより当該第１のコンデンサに蓄積された電荷を放電する第２ステップと、
前記第１のコンデンサの電圧が所定電圧以下に降下した後に、前記インバータユニットを再起動して前記負荷に対する電力供給を開始する第３ステップと、
を含むことを特徴とする系統連系インバータ装置の自立運転方法。
【請求項６】
商用電力系統に連系可能であり、負荷に対し自ら生成した交流電力を供給可能な系統連系インバータ装置の自立運転方法であって、
入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する単相インバータの交流側端子を複数台直列に接続し、当該複数台の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットを具備し、
前記インバータユニットと、前記負荷および前記商用電力系統との接続を切り離す第１ステップと、
前記インバータユニットを構成する各単相インバータの各スイッチングを制御して、前記インバータユニットを構成する単相インバータの各直流側端子に繋がる直流母線間にそれぞれ接続されるコンデンサのうち、前記インバータユニットの動作時に最も高い電圧を維持する第１のコンデンサに蓄積された電荷を放電する第２ステップと、
前記第１のコンデンサの電圧が所定電圧以下に降下した後に、前記インバータユニットを再起動して前記負荷に対する電力供給を開始する第３ステップと、
を含むことを特徴とする系統連系インバータ装置の自立運転方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のインバータを直列に接続した系統連系インバータ装置に関するものであり、特に、系統連系インバータ装置の出力を系統から負荷に切り替えた運転（以下「自立運転」という）を可能とする系統連系インバータ装置およびその自立運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
商用電力系統（以下単に「系統」という）に連系する系統連系インバータ装置として、例えば、下記特許文献１に示されたものがある。この特許文献１に示された系統連系インバータ装置（同文献では「電力変換装置」として開示）では、太陽光エネルギーによって発電された直流電力を交流電力に変換して負荷あるいは系統に供給する構成において、第１〜第３のコンデンサによって供給される各直流電力を入力とする複数の単相インバータの交流側端子を直列接続し、各単相インバータの発生電圧の総和が出力電圧となるように構成され、第１のコンデンサの電圧は、太陽電池モジュールの出力電圧を降圧コンバータおよび昇圧チョッパを介して所望電圧に調整され、第２、第３のコンデンサの電圧は、第１のコンデンサに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータによって、第１のコンデンサの電圧よりも小さい所望電圧となるように調整される。
【０００３】
ここで、太陽光発電システムに用いられる系統連系インバータ装置は、複数の太陽電池モジュールによって発電された直流電力を交流電力に変換するとともに、電力会社から提供される一般の商用電源と連系することで、余剰電力は系統側へ回生し、不足電力は系統側から供給されるように動作する。このため、系統連系を前提とする太陽光発電システムでは、例えば日射量が多く、太陽光エネルギーによる発電電力が大きい場合、負荷に対する電力供給は、系統連系インバータ装置、または系統連系インバータ装置および系統の双方から行われる。また、例えば日射量が少なく、太陽光エネルギーによる発電電力が小さい場合、負荷に対する電力供給は、系統のみから行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６６７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、系統連系インバータ装置の中には、例えば停電等により系統からの電力供給が絶たれた場合に、電力の供給元を系統連系インバータ装置側に切り替えて動作できるものがある。このような運転動作は、上述した「自立運転」と呼ばれるものである。
【０００６】
自立運転が可能な系統連系インバータ装置の場合、インバータ回路から出力される電圧の大きさが問題となることがある。具体的に、連系運転を行う際の出力電圧は２００[Ｖ]であるのに対し、自立運転を行う際の出力電圧は、特別な家電製品を除き、１００[Ｖ]である。このため、連系運転時と自立運転時とにおいて、必要となる母線電圧の大きさは異なり、連系運転時または連系運転直後は、母線電圧が高くなっている。
【０００７】
従来の、例えば単一のインバータからなる系統連系インバータ装置の場合、自立運転時において、母線電圧が高い状態であっても、インバータ回路のスイッチング素子に付与するＰＷＭ信号の信号幅を調整することにより、出力電圧を調整することが可能となる。
【０００８】
一方、本発明の前提となるインバータ、すなわち複数台（本説明では、３台を想定）のインバータが直列に接続された構成（以下「インバータユニット」という）では、母線電圧が高い状態で自立運転を開始した場合、第１のインバータから出力される高電圧で、第２、第３のインバータが過充電になる場合があるという課題があった。なお、本課題が生じる理由は、つぎのとおりである。
【０００９】
（１）まず、母線電圧が高い状態で自立運転を開始した場合、第１のインバータ（３台のインバータのうち最も大きな電圧を発生）から出力される高電圧で、第２、第３のインバータに対する充電が開始されてしまう。
（２）この場合、出力が開放ならば出力電流がほとんど流れないため、第２、第３のインバータに対する充電量はわずかであり、過充電とならない。
（３）また、出力の負荷が大きい場合には、第２、第３のインバータに流れる電流も大きくなるが、第２、第３のインバータから負荷に流れる電流も大きくなる。すなわち、第２、第３のインバータに対する充電量も大きくなるが、第２、第３のインバータからの放電量も大きくなるので、過充電とはならない。
（４）一方、出力の負荷が小さい場合には、充電と放電による電力収支のバランスが崩れて充電量が過剰となるので、第２、第３のインバータが過充電となってしまう。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数台の単相インバータを直列に接続した系統連系インバータ装置において、連系運転から自立運転への切り替えに際し、負荷が軽負荷であっても、母線電圧の低いインバータが過充電となるのを抑止することができる系統連系インバータ装置およびその自立運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる系統連系インバータ装置は、商用電力系統に連系可能であり、負荷に対し自ら生成した交流電力を供給可能な系統連系インバータ装置において、入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する単相インバータの交流側端子を複数台直列に接続し、当該複数台の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットと、前記各単相インバータの直流側端子に繋がる直流母線間にそれぞれ接続され、当該各単相インバータの直流電源として機能するコンデンサと、前記各コンデンサのうち、前記インバータユニットの動作時に最も高い電圧を維持する第１のコンデンサの両端に接続される抵抗と、前記インバータユニットと前記商用電力系統および前記負荷との接続先を切り替える開閉器と、前記コンバータ、前記インバータユニット、前記開閉器の動作を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる系統連系インバータ装置によれば、インバータユニットを構成する各単相インバータの直流側端子に繋がる各直流母線間にそれぞれ接続され、各単相インバータの直流電源として機能するコンデンサのうち、インバータユニットの動作時に最も高い電圧を維持する第１のコンデンサの両端に接続される抵抗によって、第１のコンデンサに蓄積された電荷の放電が可能となるので、連系運転から自立運転への切り替えに際し、負荷が軽負荷であっても、母線電圧の低いインバータが過充電となるのを抑止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、本発明に好適な系統連系インバータ装置およびその自立運転方法にかかる実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（太陽光発電システムの構成）
図１は、本発明にかかる系統連系インバータ装置を太陽光発電システムに適用した場合の一例を示す図である。
【００１５】
図１において、系統連系インバータ装置３の直流入力端である入力端１４には、太陽電池モジュール２が接続され、交流出力端の一方である出力端１５には、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの電力を供給する単相３線式の配電系統である系統１７が接続され、交流出力端の他方である出力端１６には、例えば電気機器である負荷１８が接続されている。このように構成された太陽光発電システム１では、太陽電池モジュール２によって発電された直流電力は、系統連系インバータ装置３によって交流電力に変換されて負荷１８に供給される。この際、系統１７との連系によって、余剰電力は系統１７側に回生され、不足電力は系統１７側から供給される。
【００１６】
（系統連系インバータ装置の構成）
つぎに、以下の各実施の形態に共通する系統連系インバータ装置３の構成について説明する。図１において、系統連系インバータ装置３は、コンバータ４、コンデンサ５、インバータユニット６、電圧検出部８、制御部９、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０、フィルタ回路１１、および開閉器１２ａ，１２ｂを備えている。また、インバータユニット６は、複数台（図１では３台を例示）の単相インバータ回路であるインバータ６ａ〜６ｃを備えている。
【００１７】
（系統連系インバータ装置の接続構成および機能）
つぎに、系統連系インバータ装置３の接続構成および機能について説明する。コンバータ４は、入力端が系統連系インバータ装置３の入力端１４に接続され、入力端１４を通じて供給される太陽電池モジュール２の出力電圧（直流電圧）を昇圧または降圧してインバータユニット６およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０に出力する。インバータユニット６は、複数台の単相インバータであるインバータ６ａ〜６ｃを備えている。これらの複数台の単相インバータのうち、インバータ６ａは、コンバータ４から供給される直流入力により動作し、インバータ６ｂ，６ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から供給される直流入力により動作する。すなわち、インバータユニット６は、対応する供給源から印加される直流電圧を交流電圧に変換して出力する。
【００１８】
電圧検出部８は、コンバータ４の出力端に接続されるコンデンサ５の両端電圧（インバータ６ａの入力電圧でもある）を検出する。フィルタ回路１１は、インバータユニット６の出力端に接続され、インバータユニット６による交流出力を平滑して出力する。開閉器１２ａは、フィルタ回路１１と系統１７との間に挿入され、フィルタ回路１１の出力を系統１７に伝達するか否かの切り換え動作を実行する。開閉器１２ｂは、フィルタ回路１１と負荷１８との間に挿入され、フィルタ回路１１の平滑出力を負荷１８に出力するか否かの切り換え動作を実行する。制御部９は、コンバータ４およびインバータユニット６を制御し、コンバータ４およびインバータユニット６から出力される電圧を好適な値に調整するとともに、コンバータ４の出力電圧の状態に応じて開閉器１２ａ，１２ｂを制御し、インバータユニット６と系統１７とを接続させた連系運転を行うのか、インバータユニット６と負荷１８とを接続させた自立運転を行うのかの切替制御を行う。
【００１９】
＜実施の形態１＞
（系統連系インバータ装置の構成）
つぎに、実施の形態１にかかる系統連系インバータ装置の構成について、図２を参照して説明する。なお、図２は、実施の形態１にかかる系統連系インバータ装置３の主要構成部であるインバータユニット６のより詳細な構成を示す図であり、図１に示した構成において、コンデンサ５から負荷１８までの間の回路構成を示した図である。
【００２０】
図２において、インバータユニット６は、単相インバータであるインバータ６ａ〜６ｃの交流側端子間が直列に接続されており、インバータ６ａ〜６ｃは、ダイオードを逆並列に接続した複数個の、例えばＩＧＢＴである自己消弧型半導体スイッチング素子を備えている。
【００２１】
第１の単相インバータであるインバータ６ａの直流端子側では、第１のコンデンサであるコンデンサ５と、コンデンサ５の蓄積電荷を放電することができる抵抗２６とが、インバータ６ａの直流側端子に繋がる直流母線間にそれぞれ接続されている。なお、コンデンサ５は第１の直流電源として機能し、抵抗２６はコンデンサ５の電圧を降下させる際の放電用抵抗として機能する。
【００２２】
一方、インバータ６ａの交流側端子では、交流側端子の一方に第２の単相インバータであるインバータ６ｂが接続され、交流側端子の他方に第３の単相インバータであるインバータ６ｃが接続される。また、インバータ６ａの交流側端子間を短絡させる短絡用スイッチとして、ダイオードを逆並列に接続した２個の、例えばＩＧＢＴである自己消弧型半導体スイッチング素子が互いに逆極性に直列接続されたスイッチ回路１９が設けられ、このスイッチ回路１９は、インバータ６ａに並列に接続される。
【００２３】
また、第２の単相インバータであるインバータ６ｂの直流端子側では、第２のコンデンサであるコンデンサ２４ｂがインバータ６ｂの直流側端子に繋がる直流母線間に接続され。コンデンサ２４ｂは、第２の直流電源として機能する。同様に、第３の単相インバータであるインバータ６ｃの直流端子側では、第３のコンデンサであるコンデンサ２４ｃがインバータ６ｃの直流側端子に繋がる直流母線間に接続される。コンデンサ２４ｃは第３の直流電源として機能する。
【００２４】
一方、インバータ６ｂおよびインバータ６ｃの各交流側端子では、つぎのような構成が採られる。まず、インバータ６ｂの交流側端子では、交流側端子の一方にインバータ６ａが接続され、交流側端子の他方にフィルタ回路１１の入力側端子の一方が接続される。また、インバータ６ｃの交流側端子では、交流側端子の一方にインバータ６ａが接続され、交流側端子の他方にフィルタ回路１１の入力側端子の他方が接続される。
【００２５】
ここで、インバータ６ａの入力となるコンデンサ５の電圧は、他の単相インバータであるインバータ６ｂ，６ｃの各入力となるコンデンサ２４ｂおよびコンデンサ２４ｃの電圧よりも通常大きい。一方、コンデンサ２４ｂの電圧と、コンデンサ２４ｃの電圧とについては、何れが大きくてもよいし、両者の電圧が等しくてもよい。なお、ここでは、便宜上、コンデンサ２４ｂの電圧と、コンデンサ２４ｃの電圧とは、概略等しいと仮定する。つまり、インバータユニット６が動作しているときのコンデンサ５、およびコンデンサ２４ｂ，２４ｃの各電圧（各単相インバータの母線電圧に等しい）をＶ１，Ｖ２，Ｖ３とすると、これらの電圧間には、Ｖ１＞Ｖ２＝Ｖ３の関係がある。
【００２６】
これらのインバータ６ａ〜６ｃは、出力として正負およびゼロの電圧を発生することができ、インバータ６ａ〜６ｃは、これらの発生電圧を組み合わせた総和としての電圧を出力する。この出力電圧は、例えばリアクトルおよびコンデンサを組み合わせた平滑フィルタ回路としてのフィルタ回路１１によって平滑され、所望の交流電圧が系統１７に供給される。なお、これより詳細な動作については、上記した特許文献１の公報に適切に開示されているので、ここでのさらに詳細な説明は省略する。
【００２７】
（系統連系インバータ装置の要部動作）
つぎに、連系運転から自立運転への切り替えを行う際の実施の形態１にかかる系統連系インバータ装置の要部動作について、図２および図４の図面を参照して説明する。ここで、図４は、実施の形態１にかかる要部動作を説明するための図であり、詳細には、実施の形態１のインバータ６ａにおける入力電圧、インバータ制御、出力リレー動作の時間的変化を示す図である。なお、以下に示す動作は、制御部９の制御下で実行される。
【００２８】
まず、インバータユニット６は停止しており、開閉器１２ａ，１２ｂの出力リレーはオフに制御される（ｔ＝ｔ０）。なお、コンバータ４は、起動していても停止していても構わない。ただし、自立運転時の母線電圧の目標電圧よりも実際の母線電圧が高い状態であるため、コンバータ４は起動していても実際には、待機状態と同じ状態となる。開閉器１２ａ，１２ｂの出力リレーがオフに制御された後、コンバータ４の入力側に設けられる開閉器（図示省略）のリレーがオフに制御され、インバータ６ａ（インバータ（＃１））の入力電圧（Ｖｉｉ）は、徐々に下がり始める（ｔ＝ｔ１）。電圧検出部８は、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）を検出し、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）と、インバータ６ｂ，６ｃの過充電を防止するする観点に基づいて定められた所定の電圧レベル（以下「電圧判定レベル」という）（Ｖｔ）とを比較する。
【００２９】
インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）が、電圧判定レベル（Ｖｔ）よりも高い場合には、インバータ６ａに接続された抵抗２６により、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）が電圧判定レベル（Ｖｔ）を下回るようになるまで待機する。一方、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）が、電圧判定レベル（Ｖｔ）よりも小さくなった場合には、コンバータ４が待機状態であれば起動するとともに、インバータユニット６を起動し、開閉器１２ｂの出力リレーをオンに制御し（ｔ＝ｔ２）、負荷１８に電力を供給する（ｔ＝ｔ２〜ｔ３）。
【００３０】
このように、本実施の形態にかかる系統連系インバータ装置およびその自立運転方法では、連系運転から自立運転への切り替えに際し、第１の単相インバータであるインバータ６ａの入力電圧が、所定の電圧判定レベル以下に低下した後に、インバータユニット６を起動するようにしているので、負荷が軽負荷であっても、母線電圧の低いインバータ６ｂ，６ｃに対する過充電を防止することが可能となる。
【００３１】
（補足説明）
なお、上記では、インバータ６ａの直流母線間に接続される抵抗２６の抵抗値については、特に言及していない。そこで、抵抗２６の抵抗値について、若干の補足説明を行う。
【００３２】
抵抗２６の抵抗値については、コンデンサ５の放電を速やかに行うという観点、およびインバータユニット６の起動中に抵抗２６によって消費される電力が増大して電力変換効率に大きな影響を与えないという観点の双方に対して考慮を払うことが好ましい。
【００３３】
ここで、抵抗２６の抵抗値をＲ１とし、抵抗２６で消費する電力（損失）をＰ１とすると、
Ｐ１＝(Ｖｉｉ^２)／Ｒ１ …（１）
で表される。
【００３４】
上記（１）式から明らかなように、運転時の損失は抵抗値に反比例して増加する。一方、コンデンサに蓄積された電荷は、コンデンサ５の容量値Ｃ１と抵抗２６の抵抗値Ｒ１との積（Ｃ１×Ｒ１）を時定数として減少して行くので、抵抗値が小さくなれば放電時間は短くなる。なお、抵抗２６で発生する損失は、系統連系インバータ装置の電力変換効率に影響するので、抵抗２６の抵抗値と系統連系インバータ装置の電力変換効率とは、トレードオフの関係にある。したがって、抵抗２６の抵抗値Ｒ１としては、電力変換効率に大きな影響を与えない範囲で、可能な限り小さいものを選定することが好ましい。
【００３５】
＜実施の形態２＞
（系統連系インバータ装置の構成）
図３は、本発明の実施の形態２にかかる系統連系インバータ装置３の主要構成部であるインバータユニット６のより詳細な構成を示す図である。実施の形態２のインバータユニット６では、抵抗２８とスイッチ３０との直列回路をコンデンサ２４ａに並列に接続するように構成している。なお、その他の構成部については、図２に示した実施の形態１の構成と同一または同等であり、同一の構成部には同一符号を付して示し、構成、機能および動作に関する重複した説明は省略する。
【００３６】
（系統連系インバータ装置の要部動作）
つぎに、実施の形態２にかかる系統連系インバータ装置の要部動作について、図３および図５の図面を参照して説明する。ここで、図５は、実施の形態２にかかる要部動作を説明するための図であり、詳細には、実施の形態２のインバータ６ａにおける入力電圧、インバータ制御、スイッチ動作、出力リレー動作の時間的変化を示す図である。
【００３７】
まず、インバータユニット６は停止しており、開閉器１２ａ，１２ｂの出力リレーはオフに制御される（ｔ＝ｔ０）。なお、コンバータ４は、起動していても停止していても構わない。ただし、自立運転時の母線電圧の目標電圧よりも実際の母線電圧が高い状態であるため、コンバータ４は起動していても実際には、待機状態と同じ状態となる。一方、開閉器１２ａ，１２ｂの出力リレーがオフに制御された後、抵抗２８に直列に接続されたスイッチ３０をオンに制御することにより、インバータ６ａ（インバータ（＃１））の入力電圧（Ｖｉｉ）は、徐々に下がり始める（ｔ＝ｔ１）。電圧検出部８は、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）を検出し、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）と、電圧判定レベル（Ｖｔ）とを比較する。
【００３８】
インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）が、電圧判定レベル（Ｖｔ）よりも高い場合には、インバータ６ａに接続された抵抗２８により、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）が電圧判定レベル（Ｖｔ）を下回るようになるまで待機する。一方、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）が、電圧判定レベル（Ｖｔ）よりも小さくなった場合には、スイッチ３０をオフに制御するとともに、コンバータ４が待機状態であれば起動し、インバータユニット６を起動し、開閉器１２ｂの出力リレーをオンに制御し（ｔ＝ｔ２）、負荷１８に電力を供給する（ｔ＝ｔ２〜ｔ３）。
【００３９】
このように、本実施の形態にかかる系統連系インバータ装置およびその自立運転方法では、連系運転から自立運転への切り替えに際し、第１の単相インバータであるインバータ６ａの入力電圧が、所定の電圧判定レベル以下に低下した後に、インバータユニット６を起動するようにしているので、負荷が軽負荷であっても、母線電圧の低いインバータ６ｂ，６ｃに対する過充電を防止することが可能となる。
【００４０】
また、本実施の形態では、インバータユニット６の起動とともに、コンデンサ５に並列に接続された抵抗２８を回路から切り離すように制御しているので、実施の形態１にかかる系統連系インバータ装置よりも、小さな抵抗値のものを選定することができ、定常運転時の損失を低減することが可能となる。
【００４１】
＜実施の形態３＞
つぎに、実施の形態３にかかる系統連系インバータ装置３について説明する。実施の形態３にかかる系統連系インバータ装置では、実施の形態１の構成から抵抗２６を省略することが可能であり、その要旨とするところは、制御部９からインバータユニット６を構成する各スイッチング素子を効果的に制御することにより、各スイッチング素子にスイッチング損失を与えてインバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）を降下させることにある。
【００４２】
（系統連系インバータ装置の要部動作）
つぎに、実施の形態３にかかる系統連系インバータ装置の要部動作について、図６を参照して説明する。なお、図６は、実施の形態３にかかる要部動作を説明するための図であり、詳細には、インバータ６ａにおける入力電圧、インバータ制御、出力リレー動作の時間的変化を示す図である。
【００４３】
まず、インバータユニット６は停止しており、開閉器１２ａ，１２ｂの出力リレーはオフに制御される（ｔ＝ｔ０）。なお、コンバータ４は、起動していても停止していても構わない。ただし、自立運転時の母線電圧の目標電圧よりも実際の母線電圧が高い状態であるため、コンバータ４は起動していても実際には、待機状態と同じ状態となる。一方、開閉器１２ａ，１２ｂの出力リレーがオフに制御された後、インバータ６ａを構成する各スイッチング素子に対し、例えばインバータ６ａの上アーム側のスイッチング素子のみ、下アーム側のスイッチング素子のみを交互にオン／オフする制御を開始する（ｔ＝ｔ１）。この制御により、インバータ６ａの内部でスイッチング損失が発生し、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）は徐々に降下する（ｔ＝ｔ１〜ｔ２）。このスイッチング制御と並行し、電圧検出部８によって検出されたインバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）と、電圧判定レベル（Ｖｔ）との比較処理が行われる。
【００４４】
インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）が、電圧判定レベル（Ｖｔ）よりも高い場合には、上アーム側および下アーム側のスイッチング素子を交互にオン／オフする制御を継続するとともに、インバータユニット６の起動を行わずに待機する。一方、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）が、電圧判定レベルＶｔよりも小さくなった場合には、インバータ６ａに対するスイッチング制御を一旦停止するとともに、コンバータ４が待機状態であれば起動し（ｔ＝ｔ２〜ｔ３）、開閉器１２ｂの出力リレーのオン制御に合わせて、インバータユニット６を起動し（ｔ＝ｔ３）、負荷１８に電力を供給する（ｔ＝ｔ３〜ｔ４）。
【００４５】
なお、上記では、インバータ６ａの上アーム側および下アーム側のスイッチング素子を交互にオン／オフする制御について例示したが、このようなスイッチング制御に限定されるものではなく、インバータ６ａの内部で電流ループが形成されないようなスイッチング制御を行うことにより、スイッチング損失を発生させることができるので、インバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）を降下させることができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態にかかる系統連系インバータ装置の制御手法では、連系運転から自立運転への切り替えに際し、第１の単相インバータであるインバータ６ａの上アーム側および下アーム側のスイッチング素子を交互にオン／オフする制御を行うことで、インバータ６ａの入力電圧を、所定の電圧判定レベル以下に低下させ、その後に、インバータユニット６を起動するようにしているので、負荷が軽負荷であっても、母線電圧の低いインバータ６ｂ，６ｃに対する過充電を防止することが可能となる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、実施の形態１のように定常時の運転に損失を与えることがないので、電力変換効率の低下を抑制することができる。
【００４８】
また、本実施の形態では、実施の形態１，２のように、回路要素を追加する必要がないので、コストの増加を抑制することができる。
【００４９】
＜実施の形態４＞
つぎに、実施の形態４にかかる系統連系インバータ装置３について説明する。なお、実施の形態４にかかる系統連系インバータ装置の構成や動作波形については、実施の形態３と同一または同等である。また、実施の形態４にかかる系統連系インバータ装置の制御手法の要旨とするところは、インバータユニット６の各スイッチング素子を効果的に制御することにより、各スイッチングおよび内部回路に損失成分を発生させてインバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）を降下させることにある。すなわち、インバータ６ａのスイッチング損失だけでなくインバータ６ｂ，６ｃのスイッチング損失および他の回路要素の電力損失を利用する点が実施の形態３と異なっている。
【００５０】
（系統連系インバータ装置の要部動作）
つぎに、実施の形態４にかかる系統連系インバータ装置の要部動作について説明する。実施の形態４の制御手法では、開閉器１２ａ，１２ｂの出力リレーがオフの状態のまま自立運転を行う。なお、通常の自立運転と異なる点は、負荷１８との接続が切り離され、インバータユニットの出力が開放状態となっている点のみである。
【００５１】
このような運転制御により、インバータユニットの各スイッチング素子および他の回路要素に損失を発生させ、当該損失成分によりコンデンサ５の電圧、すなわちインバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）を降下させることが可能となる。
【００５２】
このように、本実施の形態にかかる系統連系インバータ装置の制御手法では、連系運転から自立運転への切り替えに際し、系統連系インバータ装置３と系統１７および負荷１８との各接続を切り離した状態で、インバータユニット６の運転を行い、インバータ６ａの入力電圧を、所定の電圧判定レベル以下に低下させ、その後に、系統連系インバータ装置３と負荷１８とを接続するようにしているので、負荷が軽負荷であっても、母線電圧の低いインバータ６ｂ，６ｃに対する過充電を防止することが可能となる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、実施の形態１のように定常時の運転に損失を与えることがないので、電力変換効率の低下を抑制することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、実施の形態１，２のように、回路要素を追加する必要がないので、コストの増加を抑制することができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、インバータ６ａのスイッチング損失だけでなく、インバータ６ｂ，６ｃのスイッチング損失および他の回路要素による電力損失をも利用しているので、実施の形態４よりも短時間のうちにインバータ６ａの入力電圧（Ｖｉｉ）を降下させることが可能となる。
【００５６】
なお、実施の形態１〜４を通じて、太陽電池モジュールの発電電力を用いて系統と連系する場合を一例として示したが、発電電力を供給するエネルギー源として、燃料電池等を用いてもよい。
【００５７】
また、実施の形態１〜４では、３台の単相インバータを備える構成について例示したが、この態様に限定されるものではなく、２台もしくは４台以上の単相インバータを備える構成であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明にかかる系統連系インバータ装置およびその自立運転方法は、連系運転から自立運転への切り替えに際し、負荷が軽負荷であっても、母線電圧の低いインバータが過充電となるのを抑止することができる発明として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明にかかる系統連系インバータ装置を太陽光発電システムに適用した場合の一例を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる系統連系インバータ装置３の主要構成部であるインバータユニット６のより詳細な構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかる系統連系インバータ装置３の主要構成部であるインバータユニット６のより詳細な構成を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる要部動作を説明するための図である。
【図５】実施の形態２にかかる要部動作を説明するための図である。
【図６】実施の形態３，４にかかる要部動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 太陽光発電システム
２ 太陽電池モジュール
３ 系統連系インバータ装置
４ コンバータ
５ コンデンサ
６ インバータユニット
６ａ，６ｂ，６ｃ インバータ
８ 電圧検出部
９ 制御部
１０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ フィルタ回路
１２ａ，１２ｂ 開閉器
１４ 入力端
１５，１６ 出力端
１７ 系統
１８ 負荷
１９ スイッチ回路
２４ｂ，２４ｃ コンデンサ
２６，２８ 抵抗
３０ スイッチ

特許の図
【出願人】 【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【出願日】 平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【代理人】 【識別番号】１０００８９１１８
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
【公開番号】 特開２００９−２４７１８５（Ｐ２００９−２４７１８５Ａ）
【公開日】 平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【出願番号】 特願２００８−９３６２７（Ｐ２００８−９３６２７）