并网装置制造方法
【专利摘要】本实用新型的目的在于提供一种能够容易地利用在单相交流电下工作的负载的并网装置。为此，本实用新型的特征在于，具备：逆变器电路(5)，其将交流电输出到U相线(Lu)、V相线(Lv)、W相线(Lw)这3根输出线(Lu、Lv、Lw)；并网用继电器(7)，其介在于3根输出线(Lu、Lv、Lw)，并进行商用电力系统(3)和逆变器电路(5)的连接/解列；和布线(La、Lb)，其分别从3根输出线(Lu、Lv、Lw)中的2根输出线分支出，并经由独立运转用继电器(8)而与负载相连接，在商用电力系统(3)和逆变器电路(5)进行互连运转的情况下，逆变器电路(5)将三相交流电重叠至商用电力系统(3)，在进行从商用电力系统(3)断开逆变器电路(5)并向负载供给电力的独立运转的情况下，逆变器电路(5)将直流电变换成单相交流电而输出到布线(La、Lb)。
【专利说明】并网装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及将从太阳能电池、燃料电池或者蓄电池等直流电源输出的直流电变换为交流电并将该交流电重叠至商用系统的并网装置。
【背景技术】
[0002]一直以来，提供有将太阳能电池、燃料电池或者蓄电池等直流电源所输出的直流电变换为交流电并通过并网用继电器互连至三相商用电力系统的并网装置。
[0003]并网装置由逆变器电路、滤波器电路、并网用继电器以及控制电路等构成。逆变器电路将从直流电源输出的直流电变换成具有U相、V相、W相的三相交流电，并将该交流电输出到U相线、V相线、W相线这3根输出线。滤波器电路具有多个滤波器用电容器，并使逆变器电路的输出电流的一部分从输出线流到滤波器用电容器，使除去了输出电流的高次谐波分量之后的电流流到输出线。并网用继电器被连接在滤波器电路与商用电力系统之间，通过其开闭来进行直流电源和商用电力系统的解列/连接。控制电路由微型计算机构成，对逆变器电路以及并网用继电器提供信号，并进行逆变器电路以及并网用继电器的动作的控制。
[0004]此外，在三相并网装置中，存在在商用电力系统处于停电的情况下，进行和商用电力系统断开并对负载进行供给的独立运转的并网装置(专利文献I)。这样的三相并网装置在从3根输出线分别分支出的3根布线，经由独立运转用的继电器而连接有负载。然后，在进行独立运转的情况下，打开并网用继电器来断开商用电力系统和并网装置，并闭合独立运转用继电器来对3根布线供给三相交流电。
[0005]专利文献I JP特开平11-27957号公报实用新型内容
[0006]实用新型要解决的课题
[0007]但是，在停电的情况下所使用的负载都是紧急用的负载，所以大多都利用功率消耗较小的单相交流电。因此，在独立运转时需要能够容易地使用利用单相交流电的负载。
[0008]本实用新型是鉴于上述问题而作出的实用新型，目的在于提供一种能够容易地利用在单相交流电下工作的负载的并网装置。
[0009]为了达成上述目的，本实用新型的特征在于，具备:逆变器电路，其将直流电变换成具有U相、V相、W相的三相交流电，并将该交流电输出到U相线、V相线、W相线这3根输出线；并网用继电器，其安装于所述3根输出线，并进行商用电力系统和所述逆变器电路的连接/解列；和布线，其分别从所述3根输出线中的2根输出线分支出，并经由独立运转用继电器而与负载相连接，在所述商用电力系统和所述逆变器电路进行互连运转的情况下，将所述并网用继电器连接，将所述独立运转用继电器解列，所述逆变器电路将所述三相交流电重叠至所述商用电力系统，在进行从所述商用电力系统断开所述逆变器电路并向所述负载供给电力的独立运转的情况下，将所述并网用继电器解列，将所述独立运转用继电器连接，所述逆变器电路将所述直流电变换成单相交流电而输出到所述布线。
[0010]根据本实用新型，在独立运转时并非将三相交流电供给到独立运转用的布线而是将单相交流电供给到独立运转用的布线，因此能够容易地利用在单相交流电下工作的负载。
[0011]此外，上述实用新型的特征在于，所述商用电力系统是V相被接地的V接线的电源系统，所述逆变器电路将串联连接有2个开关元件的第I桥臂电路、串联连接有2个开关元件的第2桥臂电路和串联连接有2个电容器的串联电路并联连接而成，所述第I桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述U相线相连接，所述第2桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述W相线相连接，所述串联电路的2个电容器的连接点和所述V相线相连接，所述布线从所述U相线和所述W相线分支出。
[0012]此外，上述实用新型的特征在于，在进行所述互连运转的情况下，基于流向所述U相线的线电流来决定所述第I桥臂电路的开关元件的开关定时，基于流向所述W相线的线电流来决定所述第2桥臂电路的开关元件的开关定时，在进行所述独立运转的情况下，基于施加给所述U相线和W相线的电压来决定第I桥臂电路的开关元件以及第2桥臂电路的开关元件的开关定时。
[0013]此外，上述实用新型的特征在于，所述逆变器电路将串联连接有2个开关元件的第I桥臂电路、串联连接有2个开关元件的第2桥臂电路和串联连接有2个开关元件的第3桥臂电路并联连接而成，所述第I桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述U相线相连接，所述第2桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述W相线相连接，所述第3桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述V相线相连接，在进行所述独立运转的情况下，使与没有所述布线的分支的输出线相连接的所述桥臂电路的开关元件截止，并对与分支出所述布线的输出线相连接的所述桥臂电路的开关元件进行PWM控制而将所述单相交流电供给到所述布线。
[0014]此外，上述实用新型的特征在于，具备选择电路，该选择电路从所述3根输出线中分别分支出布线，并从3根所述布线中选择所述2根来连接至负载。
[0015]此外，上述实用新型的特征在于，每次所述独立运转或者每到所决定的所述独立运转的运转次数，都变更通过所述选择电路来所选择的布线。
[0016]实用新型效果
[0017]根据本实用新型，能够提供一种能够容易地利用在单相交流电下工作的负载的并网装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示第I实施方式所涉及的太阳能发电系统100的构成图。
[0019]图2是表示使用了具有切换式的接触片的继电器的情况下的连接的图。
[0020]图3是表示第2实施方式所涉及的太阳能发电系统10a的构成图。
[0021]图4是表示用于选择2根布线的选择电路80的连接的图。
【具体实施方式】
[0022](第I实施方式)
[0023]以下，基于附图对本实用新型的第I实施方式进行详细叙述。图1是表示第I实施方式所涉及的太阳能发电系统100的构成图。如该图所示太阳能发电系统100具备太阳能电池I (直流电源)、并网装置2。
[0024]并网装置2具备升压电路4、逆变器电路5、滤波器电路6、并网用继电器7、独立运转用继电器8、控制电路9。并网装置2进行如下的互连运转:经由并网用继电器7将逆变器电路5输出的三相交流电重叠至商用电力系统3。此外,在商用电力系统3停电的情况下，进行如下的独立运转:断开逆变器电路5和商用电力系统3并对负载10供给单相交流电。
[0025]商用电力系统3如图所示，是具有U相、V相、W相的V接线的商用电力系统，V相被接地。U相具有比V相超前120°的相位，W相具有比V相落后120°的相位。
[0026]升压电路4对从太阳能电池I输出的直流电压进行升压。然后，升压电路4将该升压后的直流电压向逆变器电路5输出。升压电路4如图1所示，具有电抗器41、IGBT (绝缘栅双极晶体管)那样的开关元件42以及二极管43而构成。升压电路4的输入侧与太阳能电池I相连接，电抗器41以及二极管43和太阳能电池I的正极串联连接。开关元件42被连接在电抗器41以及二极管43的连接点和太阳能电池I的负极之间，对其间进行开闭。
[0027]升压电路4由控制电路9来控制动作。具体来说，控制电路9决定导通(ON)占空t匕，并将具有该占空比的脉冲信号周期性地供给到开关元件42的栅极。于是，开关元件42周期性地开闭，升压电路4得到与占空比相应的(例如，成比例的)规定的升压比。
[0028]逆变器电路5具有2个电容器51、52以及多个开关元件53?56，并将经由升压电路4从太阳能电池I输出的直流电变换成三相交流电。电容器51和52串联连接而构成了串联电路。该串联电路与二极管43和太阳能电池I的负极相连接。此外，开关元件53和开关元件54串联连接而构成第I桥臂电路，开关元件55和开关元件56串联连接而构成第2桥臂电路。逆变器电路5分别将这些串联电路、第I桥臂电路以及第2桥臂电路并联连接，从而构成了半桥型三相逆变器电路。此外，串联电路的2个电容器51、52的连接点与V相线Lv相连接,第I桥臂电路的2个开关元件53、54的连接点与U相线Lu相连接,第2桥臂电路的2个开关元件55、56的连接点与W相线Lw相连接。
[0029]对于逆变器电路5的开关元件53?56，可以使用IGBT那样的开关元件。逆变器电路5由控制电路9来控制其动作。关于逆变器电路5的动作将在后面叙述。
[0030]滤波器电路6具有电抗器61、62以及3个滤波器用电容器63a、63b、63c。此外,滤波器电路6与开关元件51以及开关元件52的连接点、开关元件53以及开关元件54的连接点、和电容器51以及电容器51的连接点相连接(设置于逆变器电路5的输出侧)。具体来说，电抗器61介在于U相线Lu,电抗器62介在于W相线Lw。各滤波器用电容器63a、63b、63c被接线在3根输出线Lu、Lv> Lw的每个输出线之间。此外，各滤波器用电容器63a?63c都使用等容量的电容器。滤波器电路6将逆变器电路5的输出电流分成流向滤波器用电容器63a、63b、63c的电容器电流、和流向输出线Lu、Lv、Lw的滤波器电流。由此，逆变器电路5的输出电流的高次谐波分量被除去之后的滤波器电流，通过滤波器电路6而流向商用电力系统3侧的输出线Lu、Lv, Lw,被供给到商用电力系统30。
[0031]并网用继电器7通过介在于与商用电力系统3相连接的输出线Lu、Lv, Lw(介于滤波器电路6与商用电力系统3之间)的接触片来进行输出线Lu、Lv、Lw的开闭。该并网用继电器7通过来自控制电路9的控制信号来控制闭合状态和断开状态，并对逆变器电路5和商用系统30进行连接(互连)或解列。
[0032]独立运转用继电器8通过介在于从U相线Lu以及W相线Lw分别分支出的布线La,Lb的接触片来进行布线La、Lb的开闭。该独立运转用继电器8通过来自控制电路9的控制信号来控制闭合状态和断开状态，并对逆变器电路5和负载10进行连接或解列。
[0033]控制电路9如上所述，对升压电路4、逆变器电路5、并网用继电器7以及独立运转用继电器8的动作进行控制。控制电路9在将逆变器电路5和商用电力系统3连接来进行互连运转的情况下，将并网用继电器7连接，而将独立运转用继电器解列。此外，控制电路9在进行独立运转的情况下，将并网用继电器7解列，而将独立运转用继电器连接。
[0034]控制电路9使升压电路4执行MPPT动作，使得太阳能电池的输出电力成为最大。MPPT动作通过利用升压电路的输入电流Iin和升压电路的输入电压Vin对电力Pn进行运算，并调整升压电路的升压比使得电力Pn成为最大来进行。
[0035]控制电路9在进行互连运转的情况下和在进行独立运转的情况下，会变更逆变器电路5的动作。控制电路9在进行互连运转的情况下，对于逆变器电路5，按照PWM(PulseWidth Modulat1n)控制使各开关元件53?56周期性地导通/截止,并将从太阳能电池输出的直流电变换成三相交流电。由此，逆变器电路5将变换后的三相交流电输出到3根输出线 Lu、Lv> Lw。
[0036]进行互连运转情况下的PWM控制通过如下的电流控制来进行:对流过比滤波器电路6更位于后级的U相线Lu的电流(以下称为U相线电流Iu)和流过比滤波器电路6更位于后级的W相线Lu的电流(以下称为W相线电流Iw)进行检测，让线电流Iu、Iw分别成为目标值Iut、Iwt0具体来说，第I桥臂电路的开关元件53、54的开关定时基于线电流Iu来决定，第2桥臂电路的开关元件55、56的开关定时基于线电流Iw来决定。即，控制电路9对各桥臂电路的每一个作成指令值Iut、Iwt，并对各桥臂电路的开关元件的开关定时进行控制。
[0037]控制电路9在进行独立运转的情况下，对于逆变器电路5，按照PWM(Pulse WidthModulat1n)控制使各开关元件51?54周期性地导通/截止，并将从太阳能电池输出的直流电变换成单相交流电。由此，逆变器电路5将变换后的单相交流电输出到U相线Lu和W相线Lw。
[0038]进行独立运转的情况下的PWM控制，通过如下的电压控制来进行:对施加给比滤波器电路6更位于后级的U相线Lu和W相线Lw的电压V (或者布线La、Lb间的电压)进行检测，让该电压V成为目标值VU具体来说，第I桥臂电路的开关元件53、54以及第2桥臂电路的开关元件55、56的开关定时基于电压V来决定。S卩，控制电路9对两个第1、第2桥臂电路作成共同的指令值Vt，并对两个第1、第2桥臂电路的开关元件的开关定时进行控制。
[0039]如上所述，根据第I实施方式，在独立运转时并非供给三相交流电而是供给单相交流电，因此能够容易地利用在单相交流电下工作的负载。
[0040]此外，在通过半桥型三相逆变器电路，进行独立运转的情况下，若生成三相交流电，并从各相交流电抽出单相交流电来对负载供给电力，则在与各相相连接的负载并不平衡的情况下，电容器51、52的电压平衡崩溃而变为无法向负载供给电力(即，连接的负载受到很大限制)。但是，在第I实施例中，在进行独立运转的情况下，由于作为全桥型单相逆变器电路而执行动作，能够无需在意电容器51、52的电压平衡地执行动作，因此能够利用各种各样的负载。
[0041]此外，在第I实施方式中，对于将具有开闭式的接触片的继电器用于并网用继电器7和独立运转用继电器8的示例进行了说明，但也可以使用选择多个输出路径中的I个来进行切换的具有切换式的接触片的继电器。图2是表示使用了具有切换式的接触片的切换式继电器70的情况下的连接的图。图2所示的切换式继电器70具有3个切换式的接触片。切换式继电器70通过选择各接触片的输入侧接点和与各输入侧接点相对应的2个输出侧接点中的I个来进行连接从而切换输出路径。
[0042]切换式继电器70的各输入侧接点与各输出线Lu、Lw、Lv相连接，2个输出侧接点中的一方，分别与连接至商用电力系统3的输出线Lu、Lw、Lv相连接。此外，2个输出侧接点中的另一方，与连接至负载10的布线La、Lb相连接，能够通过对切换式继电器70的接触片的连接目标进行切换来切换由逆变器电路5变换后的交流电的供给目标。具体来说，布线La、Lb与连接至输出线Lu、Lw的输出侧接点相连接，与输出线Lv相连接的输出侧接点什么也没有连接而处于开路状态。在独立运转时，从与第1、第2桥臂电路相连接的输出线Lu、Lw向布线La、Lb供给交流电。
[0043]切换式继电器70对接触片进行切换，使得在进行互连运转的情况下将逆变器电路5和商用电力系统3连接，在进行独立运转的情况等而并未进行互连运转的情况下将逆变器电路5和负载10连接。切换式继电器70介于输出线Lu、Lv、Lw以及布线La、Lb之间，兼作并网用继电器和独立运转用继电器。
[0044]继电器71具有3个开闭式的接触片，这3个接触片介在于输出线Lu、Lv、Lw。继电器71用于将并网装置2和商用电力系统3以及负载10断开。继电器71在逆变器电路5工作时(包括互连运转时以及独立运转时)使输出线Lu、Lv、Lw成为连接状态，在逆变器电路5停止时使输出线Lu、Lv、Lw成为开路状态。
[0045](第2实施方式)
[0046]在第I实施方式中，对逆变器电路5应用了半桥型三相逆变器电路，而在第2实施方式中，对应用全桥型三相逆变器电路的示例进行叙述。图3是表示第2实施方式所涉及的太阳能发电系统10b的构成图。
[0047]全桥型三相逆变器电路5a中，取代由电容器51、52构成的串联电路，而使用电容器59和将2个开关元件57、58串联连接而成的第3桥臂电路。全桥型三相逆变器电路5a，通过将这些电容器59以及第3桥臂电路和第I桥臂电路以及第2桥臂电路并联连接而构成。此时V相线Lv与第3桥臂电路的2个开关元件57、58的连接点相连接。
[0048]进行互连运转的情况下的PWM控制通过如下的电流控制来进行:对U相线电流Iu、W相线电流Iw以及流过比滤波器电路6a更位于后级的V相线Lv的电流(以下称为V相线电流Iv)进行检测，让线电流Iu、lv、Iw分别成为目标值Iut、Ivt、Iwt0具体来说,第I桥臂电路的开关元件53、54的开关定时基于线电流Iu来决定，第2桥臂电路的开关定时基于线电流Iw来决定,第3桥臂电路的开关定时基于线电流Iv来决定。即，控制电路9对各桥臂电路的每一个作成指令值Iut、Ivt、Iwt,并对各桥臂电路的开关元件的开关定时进行控制。
[0049]进行独立运转的情况下的PWM控制，通过如下的电压控制来进行:对施加给比滤波器电路6更位于后级的U相线Lu和W相线Lu的电压V (或者布线La、Lb间的电压)进行检测，让该电压V成为目标值VU第I桥臂电路的开关元件53、54以及第2桥臂电路的开关元件55、56的开关定时基于电压V来决定，第3桥臂电路的开关元件57、58被控制为截止(OFF)状态。S卩，控制电路9对于与分支出布线La、Lb的输出线Lu、Lw线相连接的2个桥臂电路(第I，第2桥臂电路)作成共同的指令值Vt，并对第1、第2桥臂电路的开关元件53?56的开关定时进行控制(进行PWM控制)。此外，使与没有布线La、Lb的分支的输出线Lv相连接的桥臂电路的开关元件57、58截止。
[0050]如上所述，根据第2实施方式，由于在独立运转时并非供给三相交流电而是供给单相交流电，因此能够容易地利用在单相交流电下工作的负载。
[0051]此外，在第2实施方式中，也可以设为从3根输出线Lu、Lv、Lw分别分支出布线Lc、La、Lb,从该3根布线中选择2根布线来连接至负载,并向负载供给单相交流电。即使这样，实质上来也是3根输出线中的2根输出线分别进行分支。图4是表示用于选择2根布线的选择电路80的连接的图。
[0052]如图4所示，选择电路80兼作独立互连用继电器，具有4个接触片81?84。接触片81的一端与布线La相连接,另一端与负载10的一端相连接。接触片82的一端与布线Lc相连接，另一端与负载10的另一端相连接。接触片83的一端与布线Lc相连接，另一端与负载10的一端相连接。接触片84的一端与布线Lb相连接,另一端与负载10的另一端相连接。
[0053]若闭合接触片81、82并打开接触片83、84，则能从布线Lc、La将单相交流电供给到负载10，并能够使第2桥臂电路停止。此外,若打开接触片81、82并闭合接触片83、84则能从布线Lc、Lb将单相交流电供给到负载10，并能够使第I桥臂电路停止。此外，若闭合接触片81、84并打开接触片82、83则能从布线Lb、La将单相交流电供给到负载10，并能够使第3桥臂电路停止。此外，若将接触片81?84全部打开则能够将逆变器电路5和负载10断开。
[0054]通过设为能够这样从3根布线中选择2根布线，能够选择进行工作的桥臂电路。因此，能够使第1、第2、第3桥臂电路中的I个停止。
[0055]此外，若每次独立运转或者每到所决定的独立运转的运转次数都改变所选择的布线(PWM控制所利用的桥臂电路)，则能够平均地利用开关元件53?58。
[0056]以上，对本实用新型的一实施方式进行了说明，但以上的说明是为了容易理解本实用新型，并非用于限定本实用新型。本实用新型当然能够在没有脱离其主旨的情况下进行变更、改良，并且其等价物还包含在本实用新型中。
[0057]例如，在本实施方式中，作为直流电源而列举了利用太阳能电池I的示例，但是例如，也能够利用燃料电池或蓄电池等其他的直流电源。
[0058]符号说明
[0059]I太阳能电池
[0060]2并网装置
[0061]3商用电力系统
[0062]4升压电路
[0063]5逆变器电路
[0064]6滤波器电路
[0065]7并网用继电器
[0066]8独立运转用继电器
[0067]9控制电路
[0068]10负载
【权利要求】
1.一种并网装置，其特征在于，具备: 逆变器电路，其将直流电变换成具有U相、V相、W相的三相交流电，并将该交流电输出到U相线、V相线、W相线这3根输出线； 并网用继电器，其安装于所述3根输出线，并进行商用电力系统和所述逆变器电路的连接/解列；和 布线，其分别从所述3根输出线中的2根输出线分支出，并经由独立运转用继电器而与负载相连接， 在所述商用电力系统和所述逆变器电路进行互连运转的情况下，将所述并网用继电器连接，将所述独立运转用继电器解列，所述逆变器电路将所述三相交流电重叠至所述商用电力系统， 在进行从所述商用电力系统断开所述逆变器电路并向所述负载供给电力的独立运转的情况下，将所述并网用继电器解列，将所述独立运转用继电器连接，所述逆变器电路将所述直流电变换成单相交流电而输出到所述布线。
2.根据权利要求1所述的并网装置，其特征在于， 所述商用电力系统是V相被接地的V接线的电源系统， 所述逆变器电路，将串联连接有2个开关元件的第I桥臂电路、串联连接有2个开关元件的第2桥臂电路、和串联连接有2个电容器的串联电路并联连接而成， 所述第I桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述U相线相连接， 所述第2桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述W相线相连接， 所述串联电路的2个电容器的连接点和所述V相线相连接， 所述布线从所述U相线和所述W相线分支出。
3.根据权利要求2所述的并网装置，其特征在于， 在进行所述互连运转的情况下，基于流向所述U相线的线电流来决定所述第I桥臂电路的开关元件的开关定时，基于流向所述W相线的线电流来决定所述第2桥臂电路的开关元件的开关定时， 在进行所述独立运转的情况下，基于施加给所述U相线和W相线的电压来决定第I桥臂电路的开关元件以及第2桥臂电路的开关元件的开关定时。
4.根据权利要求1所述的并网装置，其特征在于， 所述逆变器电路，将串联连接有2个开关元件的第I桥臂电路、串联连接有2个开关元件的第2桥臂电路、和串联连接有2个开关元件的第3桥臂电路并联连接而成， 所述第I桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述U相线相连接， 所述第2桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述W相线相连接， 所述第3桥臂电路的2个开关元件的连接点和所述V相线相连接， 在进行所述独立运转的情况下，使与没有所述布线的分支的输出线相连接的所述桥臂电路的开关元件截止，并对与分支出所述布线的输出线相连接的所述桥臂电路的开关元件进行PWM控制而将所述单相交流电供给到所述布线。
5.根据权利要求4所述的并网装置，其特征在于， 具备选择电路，该选择电路从所述3根输出线中分别分支出布线，并从3根所述布线中选择所述2根来连接至负载。
6.根据权利要求5所述的并网装置，其特征在于， 每次所述独立运转或者每到所决定的所述独立运转的运转次数，都变更通过所述选择电路所选择的布线。
【文档编号】H02J3/38GK204046188SQ201290001017
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年11月22日 优先权日:2011年11月29日
【发明者】则竹良典, 神村刚, 山岸清磨, 小川智广, 白川隆史, 石田健雄 申请人:三洋电机株式会社