JP2002238264A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 何れかのインバータユニットの直流部の共通
配線化によるシステムコストの低減が図れるようにした
インバータ装置を提供すること。 【解決手段】 インバータ装置１を親機インバータユニ
ット５と子機インバータユニット５ａで構成し、マスタ
制御基板１３で発生させたゲート信号を往路側ケーブル
２１でスレーブ制御基板１４に供給することにより、共
通のゲート信号により親機インバータユニット５と子機
インバータユニット５ａの主スイッチング素子が制御さ
れるようにし、親機インバータユニット５と子機インバ
ータユニット５ａの直流入力側を並列にして、ＰＶ電源
(太陽電池パネルからなる直流電源)２２に接続できるよ
うにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数台のインバー
タユニットが連携して動作できるようにしたインバータ
装置に係り、特に太陽光発電による電力を商用電力系統
に還流させて使用するようにしたシステムに好適なイン
バータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽光発電がクリーンエネルギー
として注目を集め、広く実用化されているが、この場
合、とにかく太陽電池が設置できさえすれば、その面積
に応じた電力で発電できるのが利点である。そこで、従
来から、太陽電池パネルを単位パネルに規格化し、設置
場所に応じて任意の枚数の単位パネルを群とした上で設
置する方法が採られており、これにより、容易に適用範
囲の拡大が図れるようになっている。

【０００３】ところで、このような太陽光発電システム
では、小規模なシステムなど、特別な場合を除き、太陽
電池で発電された電力を一旦、系統電源(商用電力系統)
に還流させ、系統の電力潮流に乗せて需要家に供給する
方法が、電力の安定供給の見地から一般的な使用形態に
なっているが、この場合、太陽電池で発電された直流の
電力を交流の電力に変換する装置が不可欠である。

【０００４】そこで、従来から、システム内に１台のイ
ンバータ装置を設け、その交流出力端子を連携している
系統電源に接続する方法が採用されているが、この場
合、システム内に設置されている太陽電池パネルの出力
に対応した容量のインバータ装置を使用するのが通例で
ある。

【０００５】しかし、この場合、太陽電池パネルの出力
に応じて、容量の異なるインバータ装置が必要になる。
つまり、この場合、例えば１ＫＷの太陽電池パネルを持
ったシステムでは、１ＫＷ対応のインバータ装置が必要
で、例えば１０ＫＷの太陽電池パネルを持ったシステム
では、１０ＫＷ対応のインバータ装置が必要になること
になる。

【０００６】そこで、さらに出力が大きな太陽光発電シ
ステムの場合、群構成された太陽電池パネルを更に幾つ
かの群に分けて複数の下位群とし、各下位群毎に１台の
インバータ装置を設けることにより、各下位群で同一の
容量のインバータ装置で対応できるようにし、容量の共
通化によるコストの低廉化が図れるようにする方法が従
来技術として知られていた。

【０００７】この従来技術の場合、例えば１０ＫＷの太
陽電池パネルを持った太陽光発電システムでは、太陽電
池パネルを１０分割して１ＫＷの下位群にし、各下位群
毎に１ＫＷ対応のインバータ装置を設けるようにするの
であるが、このとき、１ＫＷ対応のインバータ装置が汎
用化されているなどの理由により、１０台の１ＫＷ対応
のインバータ装置の方が、１０ＫＷ対応のインバータ装
置よりも廉価な場合があることから、コストの低廉化が
得られるのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、各イ
ンバータ装置の並列接続について配慮がされておらず、
各太陽電池パネル群の発電エネルギーの有効利用の点
と、コストの抑制に限度が生じてしまう点に問題があっ
た。従来技術の場合、複数のインバータ装置の入力と出
力を並列に接続すると、インバータ装置間に還流を生
じ、出力電流にアンバランスが生じてしまう。

【０００９】従って、従来技術では、インバータ装置の
直流入力同士を並列に接続することができず、分離して
独立にしてあるが、この結果、従来技術では、各インバ
ータ装置間での運転協調ができず、インバータ装置に故
障が発生した場合、そのインバータ装置に対応する太陽
電池パネル群の発電エネルギーが有効利用できなくなっ
てしまうのである。

【００１０】また、この結果、従来技術では、太陽電池
パネルからインバータ装置までの直流部配線もインバー
タ装置の台数分必要になり、且つ太陽電池パネルとイン
バータ装置には開閉器があるので、これもインバータ装
置の台数分必要になり、従って、システムコストが増大
してしまうのである。

【００１１】そこで、本発明が解決しようとする課題
は、まず第一に、何れかのインバータユニットに故障が
発生しても、太陽電池パネルのエネルギーを停滞させる
ことなく、正常なインバータ装置により利用できるよう
にすることであり、且つ直流部の共通配線化によるシス
テムコストの低減が図れるようにすることである。次に
第二は、太陽の日射が弱く、太陽電池パネルから得られ
る電力が少ないときでの効率低下が抑えられるようにす
ることである。

【００１２】更に第三は、複数台のインバータ装置が故
障したとき、正常なインバータ装置に影響を与えること
なく出力遮断させ、故障が解除されれば運転中のインバ
ータと同期運転を再開し、システムダウンのない安定な
運転を継続できるようにすることである。従って、本発
明の目的は、これらの課題が解決できるようにしたイン
バータ装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、インバータ
主回路を複数のユニットに分けて設けたインバータ装置
において、インバータユニットの主スイッチング素子に
対するゲート信号の供給を、全てのインバータユニット
で共通化することにより、複数のインバータユニットの
直流入力の並列化が得られるようにして達成される。こ
のとき、前記ゲート信号の供給が、前記複数のインバー
タユニットの中の任意の少なくとも１ユニットを対象と
して、任意に停止できるようにしても上記目的を達成す
ることができる。

【００１４】同じく、このとき、前記ゲート信号が、各
インバータユニットを順に経由して直列に供給されるよ
うにしてもよく、更に、前記ゲート信号が、定電流源か
ら供給されるようにしても上記目的が達成でき、一方、
前記ゲート信号が、各インバータユニットに並列に供給
されるようにしても、同じく上記目的を達成することが
できる。

【００１５】本発明によれば、直流端子部が共通化され
た複数台のインバータユニットが提供され、このとき、
インバータの運転状態を監視し、インバータの運転、停
止をコントロールする表示操作パネル器を備えたインバ
ータ装置を提供することができる。

【００１６】また、本発明によれば、インバータ装置内
に複数台のインバータユニットが設けられ、何れか１台
が親機インバータユニットになり、その他は子機インバ
ータユニットになる。そして、親機インバータユニット
にはマスタ制御基板を設け、この基板の機能として、イ
ンバータの基本制御機能、力率１制御機能、最大電力機
能、系統連携保護制御機能と各インバータユニットの主
素子を同期駆動する為のゲート信号出力機能を持たせ、
子機インバータユニットにはスレーブ制御基板を設ける
ことができる。

【００１７】ここで、マスタ制御基板から出力されたゲ
ート信号は、親機インバータユニットの主スイッチング
素子を駆動する信号になると共に、子機インバータユニ
ットの主信号素子を駆動する信号にもなり、この信号は
次の子機インバータユニットのスレーブ制御基板に受け
継ぎ、次々と子機インバータユニットのスレーブ制御基
板に伝送される。

【００１８】また、スレーブ制御基板にはゲート信号の
マスク回路を設けることができ、このマスク回路を動作
させることにより、当該スレーブ制御基板のゲート信号
だけをマスクしながら、他の子機インバータにはそのま
まゲート信号が伝送されるようにすることができる。

【００１９】これにより、このゲート信号が供給され子
機インバータユニトの出力を遮断するかしないかを容易
に制御することができる。また、マスタ制御基板から出
力されるゲート信号を定電流源から供給するようにする
こともでき、インバータユニットの運転台数が増減して
も安定したゲート制御を得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるインバータ装
置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明によるインバータ装置の第１の実施形態
で、この実施形態に係るインバータ装置１は、出力端子
３と入力端子４、それに基本ユニットとなる親インバー
タユニット５と増設用ユニットとして付加される子機イ
ンバータユニット５ａを備え、出力端子３は系統電源２
に接続され、入力端子４はＰＶ電源２３(太陽電池パネ
ルからなる直流電源)に接続されている。

【００２１】更に、このインバータ装置１には、系統電
源２の電圧を検出する系統電源電圧検出器６、高周波フ
ィルタユニット９、９ａ、入力と出力の電圧を整合させ
るための変圧器１０、系統電源側とインバータユニット
側の間の接続と遮断を行なう電磁開閉器１１、それに表
示操作パネル器１２が備えられている。

【００２２】そして、まず親機インバータユニット５に
は、直流の電力を交流の電力に変換する主スイッチング
素子を含むＩＰＭ(インテリジェントパワーモジュール)
１５と、マスタ制御基板１３が設けてある。マスタ制御
基板１３には、インバータ動作に際して力率を１に制御
する機能と系統連携保護制御機能、最大電力機能、及び
各インバータユニットの主スイッチング素子同期駆動用
のゲート信号を出力する機能が備えられている。

【００２３】次に子機インバータユニット５ａには、Ｐ
Ｍ１５ａと、スレーブ制御基板１４が設けられている。
スレーブ制御基板１４には、マスタ制御基板１３とは異
なり、インバータユニットの主スイッチング素子同期駆
動用のゲート信号を出力する機能は省かれているが、マ
スター側からのゲート信号を受継ぐ機能を有している。

【００２４】更に、これらインバータユニット５、５ａ
は、自身の出力電流状態を検出する電流検出器７、７ａ
とＩＰＭ１５、１５ａ、制御回路動作用のＤＣ／ＤＣチ
ョッパ電源回路１６、１６ａ、逆流防止ダイオード１
７、１７ａ、平滑コンデンサ１８、１８ａ、それにゲー
ト駆動基板１９、１９ａにより構成されているが、この
とき、インバータユニット５には、更に直流電圧の状態
を検出する直流電圧検出回路８が設けられている。

【００２５】このとき、ＩＰＭ１５、１５ａは、フライ
ホィール用の高速ダイオードが並列に接続された６組の
ＩＧＢＴからなる主スイッチング素子に、高速のスイッ
チング動作機能とモジュール内部の過電流、過熱異常に
よる自己出力遮断機能、それに警報信号出力機能の各機
能を付与させたモジュールで構成されている。

【００２６】そして、これらのＩＰＭ１５、１５ａの主
スイッチング素子を駆動するためゲート信号は、マスタ
制御基板１３から出力され、ゲート駆動基板１９、１９
ａを介して、それぞれのスイッチング素子に供給される
ようになっているが、このときのゲート信号の伝達経路
は、往路側ケーブル２１を通ってマスタ制御基板１３か
らスレーブ制御基板１４に伝達され、復路側ケーブル２
２によって再びマスタ制御基板１３に帰還させる経路に
なっている。

【００２７】ここで、インバータ装置１の容量を大きく
するためには、子機インバータユニットを更に付加する
のであるが、このとき図２に示すように、マスタ制御基
板１３と各スレーブ制御基板１４ａ、１４ｂの間を、そ
れぞれ往路側ケーブル２１、２１ａと、復路側ケーブル
２２、２２ａにより接続してやれば良い。なお、この図
２は、付加されたインバータユニットが１台の場合で、
その分については、各構成要素を示す数字に添字ａを付
して示してある。

【００２８】更に、このとき、図３の実施形態に示すよ
うに、ＰＶ電源２３と入力端子４の間に昇圧チョッパー
装置２４を設け、これにより、図１と図２の実施形態に
おけるにおける変圧器１０を取り除くようにしても良
い。但し、特に絶縁隔離が必要なときは別である。

【００２９】なお、ここで、太陽電池パネルからなるＰ
Ｖ電源２３の直流出力電圧が、系統電源２の交流電圧よ
りも高い場合(通常は反対であるが)には、昇圧チョッパ
装置２４ではなく、降圧チョッパ装置になり、両方の電
圧が対応しているときは、昇圧チョッパ装置２４も変圧
器１０も不要である。

【００３０】次に、マスタ制御基板１３とスレーブ制御
基板１４ａ、それにゲート駆動基板１９、１９ａについ
て、図４により説明する。なお、ここでは、主として、
インバータユニット１５、１５ａに対するゲート信号の
供給経路についてだけ説明し、ゲート駆動基板１９、１
９ａを除き、詳細については後述する。

【００３１】まず、マスタ制御基板１３には、ゲート信
号出力回路部が搭載されているが、これは、マイクロプ
ロセッサ２５、故障ホールド回路４４、ゲートブロック
制御回路２６、定電流駆動回路２７、非反転出力型のバ
ッファＩＣ２８、非反転出力型のオープンコレクタトラ
ンジスタアレイ２９、反転出力型のドライバーＩＣ３
０、ゲート信号出力側用コネクタ３７、ゲート信号入力
側用コネクタ４０、＋１２Ｖの内部安定化電源４１、切
換スッチ６２、外部電源入力端子４２が設けてあり、こ
れらによりゲート信号出力部６４(後述)が構成されてい
る。

【００３２】次に、スレーブ制御基板１４ａには、往路
側ケーブル２１用のゲート信号入力側用コネクタ３８
と、復路側ケーブル２２用のゲート信号出力側用コネク
タ３９が設けてある。そして、ゲート駆動基板１９、１
９ａには、ゲート信号伝達用フォトカプラ３１〜３６、
３１ａ〜３６ａが設けてある。なお、ここでは、各フォ
トカプラについて、それらの入力側となるＬＥＤ(発光
ダイオード)だけが示してある。

【００３３】ここで、各コネクタは、それぞれケーブル
で接続されるが、このときの接続態様は、インバータユ
ニットの設置台数に応じて異なる。

【００３４】まずインバータユニットが１台だけのと
き、例えば図１〜図３において、子機インバータユニッ
ト５ａが設けられていないで、親機インバータユニット
５だけで使用された場合には、マスタ側のゲート信号出
力側用コネクタ３７とゲート信号入力側用コネクタ４０
同士がそのまま接続される。

【００３５】次に、インバータユニットが２台の場合に
は、図示のように、マスタ制御基板側のゲート信号出力
側用コネクタ３７はスレーブ制御基板側のゲート信号入
力側用コネクタ３８が接続され、スレーブ制御基板側の
ゲート信号出力側用コネクタ３９がマスタ制御基板のゲ
ート信号入力側用コネクタ４０に接続される。そして、
子機インバータユニットが２台以上の場合は、順次、直
列に接続されるが、この場合については後述する次に、
この実施形態の動作について説明する。インバータ装置
１が始動されると、マイクロプロセッサ２５は、後述す
るようにして親機インバータユニット５に故障などによ
る異常がないことを確認し、運転条件が成立すると、故
障ホールド回路４４がゲートブロック制御回路２６にゲ
ート駆動電源解除信号を与え、ゲートブロックを解除す
る。

【００３６】このとき、切換スィッチ６２は、内部安定
化電源４１と外部安定化電源４３の一方をゲート信号駆
動用の電源として選択する働きをする。ここで、いま、
切換スイッチ６２が内部安定化電源４１側に接続されて
いた場合、ゲート信号の駆動電源は内部安定化電源４１
から供給され、これがゲートブロック制御回路２６を介
して定電流駆動回路２７に供給される。

【００３７】一方、主スイッチング素子を駆動するため
のＵ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−の各ＰＷＭ信号
はマイクロプロセッサ２５からゲート信号として出力さ
れ、これがバッファＩＣ２８を介してオープンコレクタ
トランジスタ２９に供給される。このとき、ゲート信号
がアクティブ期間では、オープンコレクタトランジスタ
２９の出力がＨレベルでドライバーＩＣ３０の出力はＬ
レベルになるように設定してある。

【００３８】この結果、まずインバータユニットが１台
の場合は、定電流のゲート信号が定電流駆動回路２７か
ら定電流のゲート信号が出力され、親機インバータユニ
ット５のゲート駆動基板１９にあるフォトカプラ３１〜
３６のＬＥＤを駆動した後、コネクタ３７、４０を経由
して、そのままドライバーＩＣ３０に吸い込まれる。

【００３９】一方、インバータユニットが２台、つまり
図１〜図３に示すように親機インバータユニット５と１
台の子機インバータユニット５ａによる運転の場合に
は、親機インバータユニット５側にあるフォトカプラ３
１〜３６のＬＥＤを駆動した定電流のゲート信号は、マ
スタ制御基板１３のコネクタ３７からケーブル２１を介
してスレーブ制御基板１４ａのコネクタ３８に供給され
る。

【００４０】そして、スレーブ制御基板１４ａのゲート
駆動基板１９ａにあるフォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬ
ＥＤを駆動した後、ゲート信号出力側用コネクタ３９か
らケーブル２２によりマスタ制御基板１３のゲート信号
入力側用コネクタ４０に供給され、この後、ドライバー
ＩＣ３０に吸い込まれるようになる。

【００４１】この結果、図１などに示されているインバ
ータユニットが２台の場合でも、親機インバータユニッ
ト５と子機インバータユニット５ａの双方には、全く同
じタイミングのゲート信号が供給されることになり、従
って、親機インバータユニット５と子機インバータユニ
ット５ａに、完全に同期したスイッチング動作を行なわ
せることができる。

【００４２】そして、この結果、親機インバータユニッ
ト５と子機インバータユニット５ａが、入力も出力も並
列になっているにもかかわらず、循環電流が生じる虞れ
がなく、従って、この実施形態によれば、１系統のＰＶ
電源２３に対して、２台のインバータユニットで対応す
ることができる。

【００４３】ところで、この図４の実施形態では、各フ
ォトカプラのＬＥＤを駆動した定電流のゲート信号が、
最終的にはドライバーＩＣ３０に吸い込まれるようにな
っているが、これに代えて、図５に示すように、マスタ
制御基板１３のゲート信号入力側用コネクタ４０の出力
をアース(共通電位点)に接続し、各フォトカプラのＬＥ
Ｄを駆動した定電流のゲート信号は、最終的には０Ｖラ
インであるアースに吸い込まれるようにしてもよく、こ
の場合でも、基本的な動作は同じになる。

【００４４】次に、子機インバータユニットの台数を更
に増す場合は、図６に示すように、マスタ制御基板１３
のゲート信号出力側用コネクタから順次、各スレーブ制
御基板のコネクタ間を直列に接続してやれば良い。ここ
で、この図６は子機インバータユニットが３台の場合
で、この場合は、まずマスタ制御基板１３のゲート信号
出力側用コネクタＯＵＴを、ケーブル２１により、１台
目のスレーブ制御基板１４ａのゲート信号入力側用コネ
クタＩＮに接続する。なお、ここでも、子機インバータ
ユニット５ａ以外の子機インバータユニットについて
は、夫々添字ｂ、ｃを付して示してある。

【００４５】次に、この１台目のスレーブ制御基板１４
ａのゲート信号出力側用コネクタＯＵＴは、ケーブル２
１ａを介して、次の２台目のスレーブ制御基板１４ｂの
ゲート信号入力側用コネクタＩＮに接続する。そして、
この２台目スレーブ制御基板１４ｂのゲート信号出力側
用コネクタＯＵＴを、ケーブル２１ｂにより、３台目の
スレーブ制御基板１４ｃのゲート信号入力側用コネクタ
ＩＮに接続するというように、次々と拡張して直列に接
続する。

【００４６】そして、最後のスレーブ制御基板(この場
合は３台目のスレーブ制御基板１４ｃ)のゲート信号出
力側用コネクタＯＵＴを、マスタ制御基板１３のゲート
信号入力側用コネクタＩＮに、ケーブル２２により接続
してやれば、配線が完結することになる。

【００４７】従って、この実施形態によれば、子機イン
バータユニットの台数を任意に増加させることができ、
１系統のＰＶ電源２３に対して、必要な台数のインバー
タユニットを並列に接続することができることになり、
この結果、いかなる発電能力の太陽電池パネルにも、同
一容量のインバータユニットで容易に対応することがで
きる。

【００４８】また、この実施形態によれば、親機インバ
ータユニット１５も含め、全てのインバータユニットの
直流側が並列に接続できるので、太陽電池パネルからな
るＰＶ電源２３からインバータ装置１までの直流部配線
が一系統で済み、且つ開閉器４も１台で済むことになる
ので、コストダウンを容易に得ることができる。

【００４９】ここで、この実施形態の場合、子機インバ
ータユニットの台数に応じて、各インバータユニットに
おけるフォトカプラのＬＥＤも同じ数だけ直列に接続さ
れた形になるので、直列に接続されたＬＥＤの夫々の順
電圧に応じてゲート信号の電圧が分配された形になり、
駆動にバラツキが発生する虞れがある。

【００５０】しかし、この実施形態では、ゲート信号が
定電流駆動回路２７から供給されているので、ゲート信
号は定電流化されており、従って、直列になっているＬ
ＥＤの個数が多くなっても、全て同一の電流値で駆動さ
れるので、バラツキが生じる虞れがなく、全てのインバ
ータユニットで常に的確なスイッチング制御を得ること
ができる。

【００５１】但し、子機インバータユニットの増加台数
が更に多くなると、ＬＥＤの順電圧の加算値がさらに大
きくなり、定電流源を作るための電源電圧がマスタ制御
基板１３内に設けてある＋１２Ｖの内部安定化電源４１
から供給される電圧では不足し、的確な駆動ができなく
なる虞れが生じる。

【００５２】そこで、この実施形態では、切換スイッチ
６２を設け、必要に応じて外部安定化電源４３が選択で
きるようになっており、従って、この外部安定化電源４
３として、必要な電圧を発生するものを用意することに
より、子機インバータユニットの増設台数が多くなって
も、容易に対応できるようになっている。

【００５３】次に、スレーブ制御基板の詳細について、
図７により説明する。なお、ここでは、代表例として、
スレーブ制御基板１４ａについて説明するが、他の、ス
レーブ制御基板１４ｂ、１４ｃ、……でも同じである。
そして、この図７において、ゲート信号入力側用コネク
タ３８ａと、ゲート信号出力側用コネクタ３９ａ、それ
にゲート駆動基板１９ａ及びフォトカプラ３１ａ〜３６
ａのＬＥＤは、図４と図５の場合と同じである。

【００５４】入力端子６０には、電流検出器７ａで検出
された子機インバータユニット１５ａのＵ相とＷ相の電
流値ＩＵ、ＩＷが入力され、最大値選択回路４６により
全波整流されて最大値が検出される。最大値選択回路４
６の出力は、比較器ＣＰにより過電流異常判定レベル値
ＲＥＦと比較され、過電流異常レベルを越えたとき比較
器ＣＰの出力がＨレベルとなり、故障ホールド用ＩＣ４
７にラッチが掛かって、故障の発生が記億されるように
なっている。

【００５５】一方、入力端子６１には、ＩＰＭ１５ａに
過電流及び／又は温度異常が発生したときＬレベルにな
る信号ＴＲＩＰが入力される。そして、この入力端子６
１に入力されている信号ＴＲＩＰがＬレベルになると故
障ホールド用ＩＣ４８にラッチが掛かり、同じく故障の
発生が記億されるようになっている。

【００５６】従って、子機インバータユニット５ａまた
は子機インバータユニットのＩＰＭ１５ａに異常が発生
されると、故障ホールド用ＩＣ４７、４８の少なくとも
一方において、その出力ＱのレベルがＨになり、出力Ｑ
ＮはレベルＬになる。そうすると、この故障ホールド用
ＩＣ４７、４８の少なくとも一方の出力ＱがレベルＨに
なったことにより、故障判定論理回路４９の出力がレベ
ルＬになり、この結果、フォトカプラ５１〜５６がオン
される。

【００５７】ここで、これらのフォトカプラ５１〜５６
の出力側のフォトトランジスタは、夫々ゲート駆動基板
１９ａにあるフォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤに並
列に接続されており、従って、フォトカプラ５１〜５６
がオンされると、フォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤ
は個々に全てが短絡される。

【００５８】そうすると、いままでコネクタ３８ａから
フォトカプラ３１ａ〜３６ａのＬＥＤを経由してコネク
タ３９ａに流れていたゲート信号はフォトカプラ５１〜
５６により迂回されてしまうようになり、この結果、フ
ォトカプラ３１ａ〜３６ａはゲート信号と無関係にオフ
され、子機インバータユニット１５ａはゲートブロック
状態になって出力遮断される。

【００５９】一方、このとき、ゲート信号は、フォトカ
プラ５１〜５６を経由することにより、依然としてコネ
クタ３８ａからコネクタ３９ａに流れているので、親機
インバータユニット１５のマスタ制御基板１３から他の
子機インバータユニットを経由して戻るゲート信号の経
路が途切られてしまうことはない。

【００６０】従って、この実施形態によれば、故障など
の異常が発生してないインバータユニットの運転はその
まま継続された状態で、異常が発生したインバータユニ
ットについてだけ確実に停止されることになり、異常発
生に対する充分な保護のもとで、異常発生による機能低
下は常に最小限に抑えられ、そのまま運転を継続させる
ことができる。

【００６１】また、このとき故障ホールド用ＩＣ４７、
４８の少なくとも一方の出力ＱＮがレベルＬになったこ
とにより、フォトカプラ５７、５９の少なくとも一方が
オンされ、この結果、このスレーブ制御基板１４ａと表
示操作パネル器１２(図１〜図３)の間を接続するための
入出力端子５０ａを介して、表示操作パネル器１２にイ
ンバータ故障信号ＡＬＭが供給される。

【００６２】そうすると、表示操作パネル器１２は、こ
のインバータ故障信号ＡＬＭが供給されたことにより、
予め設定してある一定時間経過後、故障解除信号ＲＳを
発生し、入出力端子５０ａを介してスレーブ制御基板１
４ａに供給する。そして、この故障解除信号ＲＳが入力
されたことにより、フォトカプラ５９がオンさせる。

【００６３】こうして、フォトカプラ５９がオンされる
と、故障ホールド用ＩＣ４７、４８にリセット信号が供
給されるので、これら故障ホールド用ＩＣ４７、４８に
よる故障ホールドは、ここで解除される。そして、この
結果、フォトカプラ５１〜５６がオフされるので、ゲー
ト駆動基板側１９ａのフォトカプラ３１ａ〜３６ａには
再びゲート信号が流れるようになる。

【００６４】従って、このとき、発生していた異常が排
除され、故障ホールド用ＩＣ４７、４８のセット入力Ｓ
がレベルＨになっていないことを条件として、子機イン
バータユニット５ａの運転が再開される。一方、この子
機インバータユニット５ａに異常が発生して無いときで
も、故障解除信号ＲＳを入力してフォトカプラ５９をオ
ン、オフさせることにより、フォトカプラ５１〜５６の
オンオフを制御することができ、従って、この実施形態
によれば、インバータユニットの運転停止が任意に得ら
れるようになる。

【００６５】次に、子機インバータユニットが３台設け
てある場合を例にして、マスタ制御基板１３とスレーブ
制御基板１４ａ、表示操作パネル器１２の相互関係につ
いて図８により説明する。ここで、マスタ制御基板１３
は、既に説明した通り、ゲート信号出力部６４、故障ホ
ールド回路４４、ゲートブロック制御回路２６などが備
えられているが、これらによるスレーブ制御基板１４ａ
及び表示操作パネル器１２との情報の授受は以下のよう
にして行なわれる。

【００６６】まず、系統電源電圧状態を検出する変圧器
６とインバータユニットの出力電流状態を検出する電流
検出器７、それに直流部電圧状態を絶縁検出する直流電
圧検出器８から得られたアナログ信号は、バッファアン
プ７０、サンプルホールドＩＣ７１、マルチプレクサＩ
Ｃ７２、それにバッファアンプ６９を経由してＡ／Ｄ変
換器７３に供給される。

【００６７】そして、このＡ／Ｄ変換器７３によりデジ
タル信号に変換された後、バファＩＣ７４を介してデー
タバスライン６８に乗せられ、デコーダ７５のコントロ
ールにより、マイクロプロセッサ２５に検出データが取
り込まれる。ここで、マルチプレクサ７２とデコーダ７
５は、各種データを選択しデータバスラインに出る情報
を切りかえる働きをする。

【００６８】マイクロプロセッサ２５は、これら各種の
情報に基づいてインバータの基本制御、力率１制御、系
統連携保護制御、最大電力追従制御、状態監視などに必
要な処理を実行する。このとき、マスタ制御基板１３の
マイクロプロセッサ２５と、表示操作パネル器１２のマ
イクロプロセッサ８０の間での状態監視の状態及びその
他の設定情報の授受は、マスタ制御基板１３側の通信用
ドライバーＩＣ６５ａと表示操作パネル器１２側の通信
用ドライバーＩＣ７９により入出力端子７５を介して行
なわれる。

【００６９】こうして親機インバータユニット１３の情
報を取り込んだマイクロプロセッサ８０は、取り込んだ
情報に基づいて各種モニタ用データを作成し、データバ
ス８１に出力する。この信号はデコーダ機能付ＬＥＤド
ライバー８２により処理され、系統電圧、電流、直流電
流、出力電力などの各種モニター値が３桁のＬＥＤ表示
器８３に表示される。

【００７０】表示操作パネル器１２には、各種設定ボタ
ン８４が設けてあり、これらの操作により入力されたシ
ステム全体の運転、停止、及び各種設定情報は、マイク
ロプロセッサ８０及び通信用ドライバーＩＣ７９を介し
てマスタ制御基板１３のマイクロプロセッサ２５に供給
され、これにより、インバータ装置１の動作が表示操作
パネル器１２により制御されるようになっている。

【００７１】ここで、マイクロプロセッサ２５のウッチ
ドッグタイマーにハードエラーが発生すると通信による
制御ができなくなってしまう。マスタ制御基板１３にフ
ォトカプラ６６を設け、マイクロプロセッサ２５からＷ
ＤＴ(ウッチドッグタイマーエラー)信号が出力されたと
き、この信号を入出力端子７７を介して表示操作パネル
器１２に供給するようになっている。

【００７２】そして、表示操作パネル器１２側のマイク
ロプロセッサ８０は、このＷＤＴ信号の供給を受けたこ
とにより、予め設定してある一定時間経過後、故障解除
信号ＲＥＳをマスタ制御基板１３側に送る。これによ
り、マスタ制御基板１３側では、フォトカプラ６７がオ
ンされ、マイコン初期化用ＩＣ６３がリセットされるこ
とにより、マイクロプロセッサ２５と故障ホールド用Ｉ
Ｃ４４の初期化が行なわれる。

【００７３】上記したように、この図８は、子機インバ
ータユニットが３台の場合の例なので、３個のスレーブ
制御基板１４ａ、１４ｂ、１４ｃがある。そして、故障
などによる異常が発生したときは、図７でも説明した通
り、これらスレーブ制御基板１４ａ、１４ｂ、１４ｃ
は、インバータ故障信号ＡＬＭを発生し、表示操作パネ
ル器１２に供給する。

【００７４】また、表示操作パネル器１２は、故障解除
信号ＲＳを発生し、各スレーブ機制御基板１４ａ、１４
ｂ、１４ｃに供給するが、このときの表示操作パネル器
１２と各スレーブ機制御基板１４ａ、１４ｂ、１４ｃの
間での情報の授受は、入出力端子５０ａ、５０ｂ、５０
ｃを介して行なわれる。

【００７５】ここで、上記したように、ＲＳ信号は、各
子機インバータユニットに故障が無いときでも、運転指
令と停止指令としての機能を持っている。つまり、ＲＳ
信号は、それがＬレベルのときはゲート信号をマスク
し、当該インバータユニットの出力を遮断することがで
きる。

【００７６】この結果、運転中の他のインバータユニッ
トに関係なく、ＲＳ信号が与えられたインバータユニッ
トだけの運転を停止させることができる。また、ＲＳ信
号がＨレベルのときは、当該インバータユニットのゲー
ト信号に対するのマスクは解除され、運転中の他のイン
バータユニットに同期投入して運転を再開させることが
できる。

【００７７】従って、この実施形態によれば、親機イン
バータユニット５から発生される出力電流指令値や出力
電力指令値などの制御情報をマスタ制御基板１３から表
示操作パネル器１２に通信伝送し、親機インバータユニ
ット５の出力状態が１００％に近い状態になったら、次
の子機インバータユニットの動作を開始させるための指
令が表示操作パネル器１２から発生させるという制御も
可能にすることができる。

【００７８】この結果、太陽電池パネルの出力状況を、
親機インバータユニットの運転状態を見て予測し、シス
テム全体からみた発電効率が最適になるようなインバー
タユニットの運転台数を知ることができ、これに基づい
て表示操作パネル器１２から指示することが可能にな
る。

【００７９】ここで、主スイッチング素子によるスイッ
チング損失は、その運転出力に関係無く、ほぼ一定にな
るから、インバータユニットを軽負荷で運転すると、一
般に効率は低下する。よって、本発明の運転台数切換機
能を使用すれば、太陽電池パネルの出力に応じインバー
タの運転台数を制限出来、効率を向上させることが可能
となる。

【００８０】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。ここで、この実施形態が、上記した実施形態と異
なる点は、主としてゲート信号が各素レープ制御基板に
並列に供給される点と、マスタ制御基板とスレーブ制御
基板の各々にゲートブロック制御回路が設けられている
点にある。

【００８１】まず、図９は、この実施形態におけるマス
タ制御基板１３とスレーブ制御基板１４ａを示したもの
で、この実施形態においては、まず、ゲート信号の駆動
電源に定電流源回路を用いるのではなく、ゲートブロッ
ク制御回路２６のトランジスタを介して、定電圧のゲー
ト解除信号として出力されるようになっている。

【００８２】次に、マイクロプロセッサ２５からＵ＋、
Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−のＰＷＭ信号として出力
される主スイッチング素子駆動用のゲート信号は、バッ
ファＩＣ２８、８５を介して伝えられるが、ここで、こ
のゲート信号は、それがアクティブ状態のとき、バッフ
ァＩＣ８５の出力がＬレベルになるようにしてある。

【００８３】従って、ゲート信号がアクティブ状態のと
き、ゲートブロック制御回路２６からゲート駆動基板１
９のフォトカプラ３１〜３６のＬＥＤに電流が流れ、ゲ
ート電流調整用の抵抗９５を介してバッファＩＣ８５に
吸い込まれることになる。また、このゲート信号は、ド
ライバーＩＣ３０からゲート信号出力側コネクタ８６に
供給され、ゲート信号ケーブル９４を介して子機インバ
ータユニット５ａに伝送される。

【００８４】各子機インバータユニット側では、ゲート
信号ケーブル９４を介して入力された信号は、スレーブ
制御基板１４ａのゲート信号入力側コネクタ８７に受け
継がれるが、このとき、Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ
＋、Ｗ−のＰＷＭゲート信号の他、ゲートブロック信号
とＯＶライン信号が一緒に伝送される。

【００８５】そして、これらの信号のうち、ＰＷＭゲー
ト信号は、バッファＩＣ９１に供給され、子機インバー
タユニットのゲート駆動基板１９ａにあるフォトカプラ
３１ａ〜３６ａのＬＥＤを駆動する信号になる。また、
ゲートブロック信号は、スレーブ制御基板にある故障判
定論理回路９０により論理積がとられ、ゲートブロック
制御回路８９を制御する信号になる。

【００８６】一方、これらゲート信号入力側コネクタ８
７の各端子は、更にゲート信号出力側コネクタ８８の各
端子にそのまま接続されていて、次の子機インバータユ
ニットのスレーブ制御基板にあるゲート信号入力側コネ
クタ８７に伝達されるようになっている。

【００８７】そこで、この実施形態において、子機イン
バータユニットの台数を拡張し、例えば子機インバータ
ユニット５ａに更に子機インバータユニット５ｂ、５ｃ
を増設する場合は、図１０に示す通り、ゲート信号ケー
ブル９４に加えて、更にゲート信号ケーブル９４ａ、９
４ｂによりスレーブ制御基板のゲート信号入力側コネク
タとゲート信号出力側コネクタを順次接続してやればよ
い。

【００８８】このとき、この実施形態の場合、全ての信
号は各インバータユニットで並列に使用されるので、元
に戻す必要は無い。そこで、最後のゲート信号ケーブル
９４ｃの終端にあたる子機インバータユニット５ｃで
は、そこにあるスイッチ９２をオンし、ここで、終端抵
抗９３を介して、全ての信号が接地されるようしてあ
る。

【００８９】次に、この実施形態におけるスレーブ基板
１４ａの一例を図１１に示す。そして、この図１１に示
したスレーブ制御基板１４ａについては、図７に示した
スレーブ制御基板１４ａと同じ部分についての説明は省
き、相違している点についてだけ説明する。まず、図７
のスレーブ制御基板１４ａでは、インバータユニット自
体の故障判定論理回路４９の出力が、ゲート信号を迂回
させマスクするためのフォトカプラ５１〜５６の駆動信
号になっている。

【００９０】しかし、この図１１の実施形態では、マス
タ制御基板１３の故障ホールド回路４４から出力された
ゲートブロック信号が、各信号ケーブルを介して故障判
定回路４９ａに入力され、子機インバータユニット自身
の故障判定結果と論理積がとられた信号が故障判定回路
４９ａから出力され、ゲートブロック制御用回路８９の
トランジスタをオン、オフ制御するようになっている。

【００９１】ここで、故障判定回路４９ａの出力は、異
常時にはレベルＨになるように設定してある。そこで、
異常時にゲートブロック制御用回路８９のトランジスタ
がオンに制御されると、その出力信号ＧＳがレベルＬに
なるので、ゲート駆動基板１９ａのフォトカプラ３１ａ
〜３６ａのＬＥＤは、ゲート信号の状態と無関係に常時
オフ状態に保持され、ゲートブロック制御されることに
なる。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば、系統連携用インバータ
を複数台運転する場合において、各インバータユニット
直流部インバータに故障の際の太陽電池パネルのエネル
ギー利用の停滞をなくすことができる。また、太陽電池
パネルの発電エネルギーの大きさに応じて、運転インバ
ータ運転台数が選択されるので、インバータ主素子の無
駄なスイッチング損失が抑えられ、インバータ効率の向
上が得られ、また、インバータ故障時におけるシステム
の停止期間をなくすことができる。更に、複数台運転に
おけるマスタ、スレーブ制御基板の採用、インバータユ
ニット本体の共用化によるインバータ装置のコスト低減
が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインバータ装置の一実施形態を示
す全体構成図である。

【図２】本発明の一実施形態によるインバータユニット
の増設を説明するための全体構成図である。

【図３】本発明によるインバータ装置の他の実施形態を
示す全体構成図である。

【図４】本発明の一実施形態におけるマスタ制御基板と
スレーブ制御基板の一例における接続状態を示す回路図
である。

【図５】本発明の一実施形態におけるマスタ制御基板と
スレーブ制御基板の他の一例における接続状態を示す回
路図である。

【図６】本発明の一実施形態におけるインバータユニッ
トの増設方法の説明図である。

【図７】本発明におけるスレーブ制御基板の一実施形態
を示す回路図である。

【図８】本発明の一実施形態におけるインータフェイス
の一例を示す構成図である。

【図９】本発明の一実施形態におけるマスタ制御基板と
スレーブ制御基板の他の一例における接続状態を示す回
路図である。

【図１０】本発明の他の一実施形態におけるインバータ
ユニットの増設方法の説明図である。

【図１１】本発明におけるスレーブ制御基板の他の一実
施形態を示す回路図である。

【符号の説明】

１ インバータ装置 ２ 系統電源 ３ 出力端子部 ４ 入力端子部 ５ 親機インバータユニット ５ａ、５ｂ 子機インバータユニット ６ 系統電源電圧検出器 ７、７ａ、７ｂ 電流検出器 ８ 直流電圧検出器 ９、９ａ、９ｂ 高周波フィルタユニット １０ 変圧器 １１ 電磁開閉器 １２ 表示操作パネル器 １３ マスタ制御基板 １４、１４ａ、１４ｂ スレーブ制御基板 １５ ＩＰＭ(インテリゼントパワーモジュール) １６ ＤＣ／ＤＣチョッパ電源回路(スッチングレギュ
レータ) １７ 逆流防止ダイオード １８ 平滑コンデンサ １９ａ、１９ｂ、１９ｃ ゲート駆動基板 ２０、２１ 往路側ケーブル(ゲート信号線行き) ２２ 復路側ケーブル(ゲート信号線帰り) ２３ ＰＶ電源(太陽電池パネルからなる直流電源) ２４ 昇圧チョッパー装置 ２５ マイクロプロッセッサ ２６ ゲートブロック制御回路 ２７ 定電流源回路 ２８ バッファＩＣ(非転反出力) ２９ オープンコレクタトランジスタアレイ(非反転出
力) ３０、３０ａ ドライバーＩＣ(転反出力) ３１、３１ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｕ相
＋用) ３２、３２ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｕ相
−用) ３３、３３ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｖ相
＋用) ３４、３４ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｖ相
−用) ３５、３５ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｗ相
＋用) ３６、３６ａ ゲートドラーバー部フォトカプラ(Ｗ相
−用) ３７ ゲート信号線出力側用コネクタ ３８、３８ａ ゲート信号線入力側用コネクタ ３９、３９ａ ゲート信号線出力側用コネクタ ４０ ゲート信号線入力側用コネクタ ４１ ゲート信号駆動用内部＋１２Ｖ内部安定化電源 ４２ 外部電源入力端子 ４３ 外部安定化電源 ４４ 故障ホールド回路 ４５ 制御状態監視用ＩＣ ４６ 最大値選択回路 ４７、４８ 故障ホールド用ＩＣ ４９、４９ａ 故障判定論理回路 ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 入出力端子 ５１ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｕ相信号＋祖
止用) ５２ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｕ相信号−祖
止用) ５３ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｖ相信号＋祖
止用) ５４ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｖ相信号−祖
止用) ５５ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｗ相信号＋祖
止用) ５６ フォトカプラ(ゲートドラーバー部Ｗ相信号−祖
止用) ５７ フォトカプラ(スレーブ機自身過電流保護アラー
ム出力用) ５８ フォトカプラ(スレーブ機自身ＩＰＭ保護アラー
ム出力用) ５９ スレーブ機故障解除信号 ６０ ＩＮＶ出力電流検出信号入力端子 ６１ ＩＰＭ保護トリップ信号入力端子 ６２ 切換スイッチ ６３ マイコン初期化用ＩＣ ６４ ゲート信号出力部 ６５ 通信用ドラーバーＩＣ ６６ ウッチドッグタイマーエラー出力用フォトカプラ ６７ マイコン初期化入力信号用フォトカプラ ６８ データバスライン ６９ バファアンプ ７０ バファアンプ ７１ サンプルホールドＩＣ ７２ 信号選択マルチプレクサＩＣ ７３ Ａ／Ｄ変換器 ７４ スリーステイトバファアＩＣ ７５ デコーダ回路 ７６ 表示操作パネル器用外部通信用端子 ７７ 表示操作パネル器用外部入力端子 ７９ 通信用ドラーバーＩＣ ８０ マイクロプロッセサ ８１ データバスライン ８２ デコーダ機能付きＬＥＤドライバー ８３ ３桁ＬＥＤ表示器(群) ８４ 各種設定ボタン(群) ８５ ドライバーＩＣ ８６ ゲート信号線出力側用コネクタ ８７ ゲート信号線入力側用コネクタ ８８ ゲート信号線出力側用コネクタ ８９ ゲートブロック制御回路 ９０ 故障判定論理回路 ９２ 終端抵抗投入用スイッチ ９３ 終端抵抗 ９４、９４ａ、９４ｂ ゲート信号ケーブル ９５ ゲート電流調整用の抵抗 Ａ／Ｂ アドレスバスライン Ｄ／Ｂ データバスライン Ａ／Ｄ Ａ／Ｄ変換器 ＣＰ 比較器 ＧＳ ゲートブロック信号 ＡＬＭ インバータ故障信号 ＲＥＳ、ＲＳ 故障解除信号 ＷＤＴ ウォッチドックタイマーエラー信号 ＴＸ 送信 ＲＸ 受信 Ｕ＋ Ｕ相上側ゲート信号 Ｕ− Ｕ相下側ゲート信号 Ｖ＋ Ｖ相上側ゲート信号 Ｖ− Ｖ相下側ゲート信号 Ｗ＋ Ｗ相上側ゲート信号 ｗ− Ｗ相下側ゲート信号 ＭＲＳ マイコン初期化信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上総 裕之 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 井堀 敏 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立ドライブシステムズ内 Ｆターム(参考） 5H007 AA06 AA17 BB07 CA01 CB05 CC05 CC32 DB03 DB07 DB09 DC02 EA02 GA09 5H420 CC03 DD03 EA10 EA45 EA48 EB26 EB39 FF28 LL09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ主回路を複数のユニットに分
   けて設けたインバータ装置において、 インバータユニットの主スイッチング素子に対するゲー
   ト信号の供給を、全てのインバータユニットで共通化す
   ることにより、複数のインバータユニットの直流入力の
   並列化が得られるように構成したことを特徴とするイン
   バータ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の発明において、 前記ゲート信号の供給が、前記複数のインバータユニッ
   トの中の任意の少なくとも１ユニットを対象として、任
   意に停止できるように構成されていることを特徴とする
   インバータ装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の発明において、 前記ゲート信号が、各インバータユニットを順に経由し
   て直列に供給されるように構成されていることを特徴と
   するインバータ装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の発明において、 前記ゲート信号が、各インバータユニットに並列に供給
   されるように構成されていることを特徴とするインバー
   タ装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の発明において、 前記ゲート信号が、定電流源から供給されるように構成
   されていることを特徴とするインバータ装置。