功率调节器和太阳光发电系统技术方案

本发明专利技术提供一种功率调节器和太阳光发电系统。第１电路从直流电压生成第１方波电压串，该第１方波电压串的电压电平相对于直流电源的负极侧电位即第１基准电位在正侧变化。第２电路生成第２方波电压串，该第２方波电压串的电压电平是以低于正侧的第１方波电压串的电压，且相对于第２基准电位在负侧变化，并且，通过将第１、第２方波电压串相加而形成第３方波电压串，该第３方波电压串的电压相对于第１基准电位在其正负两侧交替地以正弦波状地变化。第３电路将第３方波电压串充放电，并且将该充放电输出进行ＰＷＭ控制以校正第３方波电压串与正弦波电压之差分，从而由第３方波电压串与ＰＷＭ输出生成相对于第１基准电位在正负两侧连续地变化的正弦波电压，并输出到负载侧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将以薄膜太阳电池或燃料电池等的直流电源发电的直流功率变换为 与系统相联的交流功率的功率调节器和使用它的太阳光发电系统。
技术介绍
近年来，正在活跃地推进从地球环境保护的观点来看、作为无穷无尽的清洁能源 的太阳电池构成的发电系统的开发。在这样的太阳光发电系统中，将来自太阳电池的直流 功率通过功率调节器(power conditioner)变换成与系统相联的商用频率的交流功率，并 且将变换后的交流功率提供给连接到商用功率系统的家庭内负载，另一方面，在这样的交 流功率超过家庭内负载的消耗功率的情况下，有的将剩余功率倒流向系统侧。用于这样的太阳光发电系统的功率调节器，通常具有将利用太阳电池发电的直 流功率转换成交流功率的逆变器；以及用于与系统相联的保护装置。并且，在这样的功率调 节器中存在通过绝缘变压器将直流部和交流部电绝缘的绝缘型；以及不使用绝缘变压器 的非绝缘型。比较这两者，由于后者的非绝缘型与前者相比在功率转换效率上更优越，所以 被更多地采用。在日本公开专利文献(特开2002-10496号)公开了后者的例子。在图20中，表示具有非绝缘型的功率调节器的太阳光发电系统的结构例。该功率 调节器36与商用电源2相联运转。功率调节器36具有将来自太阳电池板1的发电输出 进行平滑的平滑电容器33 ；PWM控制的逆变器34 ；由电抗线圈(reactor)和电容器构成的 滤波器35 ；以及未图示的控制电路。在该功率调节器36中，由平滑电容器33将来自太阳电池板1的发电输出进行平 滑。逆变器34通过由反并联连接了二极管的4个M0SFET等组成的开关元件37 40构成。 并且，在功率调节器36中，以18kHz左右这样的高频对逆变器34内的开关元件37 40进 行开关控制(使其导通/截止(0N/0FF))，从而将由平滑电容器33平滑后的太阳电池板1 的发电输出变换成与商用功率系统同步的交流功率并输出。功率调节器36将这样变换后 的交流功率经由滤波器35提供给未图示的负载，或者倒流至系统侧。作为构成太阳电池板 1的太阳电池，在转换效率上优越的结晶型太阳电池为主流。但是，还越来越使用能够大幅降低作为原料的硅的用量并且生产工艺也简单且能 够大面积化的廉价的薄膜太阳电池。在由非晶硅构成的薄膜太阳电池中，已知若太阳电池 的负极侧变得比地电位还低，则会发生老化。为了防止在该薄膜太阳电池中的恶化，需要将薄膜太阳电池的负极侧设为地电 位。在通过绝缘变压器电绝缘直流部和交流部的绝缘型的功率调节器中，能够将作为直流 侧的太阳电池的负极侧设为地电位。但是，在功率转换效率上优越的如图20所示那样的非绝缘型的功率调节器36中， 由于直流侧和交流侧之间的基准电位的电平不同，所以存在不能将作为功率调节器36的 输入侧的太阳电池的负极侧设为地电位的课题。另一方面，在太阳电池以外的燃料电池和发电机等的直流电源中，也为了提高漏4电等时的安全性，存在将直流电源的负极侧接地的要求，但在以往的非绝缘型的功率调节 器中，难以将直流电源的负极侧与交流输出的接地电位保持同一电位。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的在于，提供一种能够将直流电源的负极侧与交流电源的 接地电位保持同一电位的非绝缘型的功率调节器和使用它的太阳光发电系统。(1)本专利技术的功率调节器，是配置在直流电源和商用电源之间，将来自所述直流电源的直流输入变换为与所 述商用电源系统相联的交流输出而输出的非绝缘型的功率调节器，其包括将所述直流输入的负极侧维持为与所述交流输出的接地电位等效或高的电位的 电路，所述电路包括第1电路，以作为系统频率的第1频率对来自所述直流电源的直流电压进行斩波， 从而生成第1方波电压串，所述第1方波电压串由电压电平相对于所述直流电源的负极侧 电位即第1基准电位在正侧变化的多个方波电压构成；第2电路，将所述第1方波电压串的电位设为第2基准电位，以比所述第1频率高 规定倍的第2频率对所述第1电路的输出进行斩波，从而生成第2方波电压串，所述第2方 波电压串由电压电平以比所述正侧的第1方波电压串低的电压、且相对于所述第2基准电 位在负侧变化的多个方波电压构成，并且，通过将所述第1、第2方波电压串相加而生成第3 方波电压串，所述第3方波电压串的电压相对于所述第1基准电位在其正负两侧交替地以 正弦波状地变化；以及第3电路，以由与所述正弦波电压之差分的正负对应的定时所决定的第3频率，对 所述第3方波电压串进行斩波并进行充放电，并以比所述第3频率还高的PWM频率对该充 放电输出进行PWM控制，以校正所述第3方波电压串与所述正弦波电压之差分，从而通过所 述第3方波电压串和所述PWM输出而生成相对于所述第1基准电位在正负两侧连续变化的 正弦波电压，并输出到负载侧。直流电源是指，太阳能电池、燃料电池、风力发电、发电机等的产生直流功率的电 源。与接地电位等效不仅包括将直流输入的负极侧直接接地的情况，还包括在电路上设为 与接地电位大致相等的电位而不直接接地的情况。这里，方波没必要是上升、下降波形完整的方波，还可以通过充放电而在上升、下 降波形中包含少量的钝化等。在正负两侧交替地以正弦波状地变化是指，正(一侧)侧的 方波电压与负(另一侧)侧的方波电压相对于基准电位，交替地以一定的周期出现的情况， 优选方波的周期与正弦波的周期一致。为得到与第3方波电压串之差分的正弦波电压，优 选成为功率变换的目标的正弦波电压、即正弦波电压的目标值(指令值)。根据本专利技术的功率调节器，由于具有将直流输入的负极侧维持与交流输出的接地 电位等效或高的电位的电路，所以在非绝缘型的功率调节器中，能够将直流电源的负极侧 维持与接地电位等效的电位，由此，能够将直流电源的负极侧大致相等于交流侧的接地电 位，所以能够提高漏电等时的安全性。进而，在直流电源为薄膜太阳电池的情况下，能够将 薄膜太阳电池的负极侧维持与接地电位等效或高的电位，所以能够防止老化。此外，通过第1、第2电路，生成相对于作为第1基准电位的直流电源的负极侧电 位，在正负两侧交替地以正弦波状地变化的第3方波电压串，并根据该第3方波电压串，生 成相对于直流电源的负极侧电位，在正负两侧连续地变化的正弦波电压，所以能够使直流 侧的负极侧电位和交流侧的正弦波电压的零电位相同，在不使用绝缘变压器的非绝缘型的 该功率调节器中，能够将直流电源的负极侧设为与接地电位等效的电位。进而，在第1 第3电路中的斩波频率、即开关元件的开关频率能够与在正弦波的 正或负的半个周期中生成多个方波电压串的以往的PWM控制的逆变器的开关频率相比非 常低，能够降低开关损耗并且可作为开关元件而选择导通损耗少的元件。进而，在第3电路中，对在正负两侧交替地变化的第3方波电压串和正弦波电压之 差分电压进行PWM控制，所以成为与以往的PWM控制的通过逆变器进行开关的电压相比低 电压的开关，能够降低开关损耗。因此，与以往的逆变器相比，能够提高功率转换效率。(2)在本专利技术的功率调节器的一个实施方式中，直流侧即所述直流输入的负极侧接地。在本专利技术中，通过第1、第2电路，生成相对于作为第1基准电位的直流电源的负 极侧电位，在正负两侧交替地以正弦波状地变化的第3方波电压串，并根据该第3方波电压 串，生成相对于直流电源的负极侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率调节器，是配置在直流电源和商用电源之间，将来自所述直流电源的直流输入变换为与所述商用电源系统相联的交流输出而输出的非绝缘型的功率调节器，其包括：将所述直流输入的负极侧维持为与所述交流输出的接地电位等效或高的电位的电路，所述电路包括：第１电路，以作为系统频率的第１频率对来自所述直流电源的直流电压进行斩波，从而生成第１方波电压串，所述第１方波电压串由电压电平相对于所述直流电源的负极侧电位即第１基准电位在正侧变化的多个方波电压构成；第２电路，将所述第１方波电压串的电位设为第２基准电位，以比所述第１频率高规定倍的第２频率对所述第１电路的输出进行斩波，从而生成第２方波电压串，所述第２方波电压串由电压电平比所述正侧的第１方波电压串低的电压、且相对于所述第２基准电位在负侧变化的多个方波电压构成，并且，通过将所述第１、第２方波电压串相加而生成第３方波电压串，所述第３方波电压串的电压相对于所述第１基准电位在其正负两侧交替地以正弦波状地变化；以及第３电路，以由与所述正弦波电压之差分的正负对应的定时所决定的第３频率，对所述第３方波电压串进行斩波并进行充放电，并以比所述第３频率还高的ＰＷＭ频率对该充放电输出进行ＰＷＭ控制，以校正所述第３方波电压串与所述正弦波电压之差分，从而通过所述第３方波电压串和所述ＰＷＭ输出而生成相对于所述第１基准电位在正负两侧连续变化的正弦波电压，并输出到负载侧。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马渕雅夫，坪田康弘，沟上恭生，藤田英明，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]