JP2003070165A

JP2003070165A - 電源装置

Info

Publication number: JP2003070165A
Application number: JP2001254619A
Authority: JP
Inventors: Sotosuke Matsumoto; 外左松本; Mitsuo Toyoda; 光雄豊田; Harumichi Shuzui; 治道守隨; Zenichi Kubota; 善一久保田
Original assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、アクティブフィルタによる
高調波除去と、ゼロ潮流制御と、を同時に行う装置を実
現するとともに、それぞれの制御に関わる設置面積やコ
ストを削減することである。【解決手段】電源供給ラインＬ１から負荷１３に電源
（交流電力）を供給する電源装置１００において、制御
回路１１は、変流器１０により電源供給ラインＬ１の電
力の変動が検出された場合に変換器６にｑ軸制御指令を
出力し、変換器６の接続タイミングを制御し、コンデン
サ７とリアクトル４とにより高調波を相殺する電力を生
成する。また、制御回路１１は、電力検出器１２から検
出信号（「＋」指令、または「−」指令）が入力された
場合に、変換器６にｄ軸制御指令を出力し、変換器６の
接続タイミングを制御し、蓄電池９充放電を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、商用電源と発電機
とが連系し、電源供給ラインを通じて負荷に交流電源を
供給するシステムに利用される電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】系統に接続される負荷（例えば、工場や
ビルの電気設備等）は、その負荷内部のリアクトル成分
等によって高調波を発生する。

【０００３】従って、負荷に接続された電源供給ライン
には高調波が生じるため、例えば、図６に示すアクティ
ブフィルタ２００を利用して、この高調波を除去してい
た。

【０００４】アクティブフィルタ２００は、図６に示す
ように、リアクトル２００ａ、インバータ２００ｂ、及
びコンデンサ２００ｃを備えて構成され、負荷に電源を
供給する電源供給ラインに並列に接続される。

【０００５】このアクティブフィルタ２００は、図示し
ない変流器等により、電源供給ラインから負荷に供給す
る電源の変動を検出し、検出した電源の変動に基づい
て、負荷の影響により発生した高調波を打ち消す、つま
り逆位相の高調波交流を電源供給ラインに出力する。そ
して、アクティブフィルタ２００から出力した高調波交
流により、電源供給ラインに発生した高調波を相殺す
る。

【０００６】一方、電源供給ラインにより供給される電
力は、負荷が要求する電力に応じて、変動する。例え
ば、商用電源と自家用発電機とが連系し、電源供給ライ
ンを通じて負荷に電源を供給する場合は、でき得る限り
商用電源による電力供給を受けずに、発電機が発生する
電力のみによって負荷の要求を賄うよう調整したい。

【０００７】しかしながら、発電機は即座に出力を変化
できない。このため、負荷の要求する電力と、発電機出
力とに時間差が生じ、時には発電機の出力が大き過ぎ、
時には少な過ぎるため、商用電源による供給電力量と、
発電機出力による供給電力量との割合が変化する、いわ
ゆる潮流が起こる。この対策として、発電機の出力を連
系インバータ等により制御することで潮流をゼロにす
る、つまりゼロ潮流制御を行う必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来は
アクティブフィルタ２００による高調波除去と、上述の
ゼロ潮流制御と、を同時に行うためには、別々の装置を
用意する必要があった。別々の装置を設置するには、そ
れぞれの設置面積やコストがかかるという問題があっ
た。

【０００９】本発明の課題は、アクティブフィルタによ
る高調波除去と、ゼロ潮流制御と、を同時に行う装置を
実現するとともに、それぞれの制御に関わる設置面積や
コストを削減することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、商用電源と発電機とが連系
し、電源供給ラインを通じて負荷に交流電源を供給する
システムに利用される電源装置（例えば、図１の電源装
置１００）であって、前記電源供給ラインに接続される
アクティブフィルタ回路（例えば、図１のアクティブフ
ィルタ部ＡＦ）と、前記アクティブフィルタ回路の後段
に接続される蓄電池（例えば、図１の蓄電池９）と、前
記アクティブフィルタ回路の動作及び前記蓄電池の充放
電動作を制御する制御回路（例えば、図１の制御回路１
１）と、を備え、前記制御回路による前記蓄電池の充放
電制御により、前記アクティブフィルタ回路を介した前
記連系のゼロ潮流制御を行うことを特徴とする。

【００１１】この請求項１記載の電源装置によれば、制
御回路による蓄電池の充放電制御によりアクティブフィ
ルタ回路を介した連系のゼロ潮流制御を行う。したがっ
て、電源装置は、アクティブフィルタ回路による高調波
の除去と、ゼロ潮流制御とを同時に行うことができるの
で、系統側の電源を一層安定化させることができるとと
もに、設置面積やコストを削減できる。また、アクティ
ブフィルタ回路による高調波の除去と、ゼロ潮流制御
と、を自動選択可能な電源装置を提供できる。

【００１２】また、請求項２記載の発明のように、請求
項１記載の電源装置において、前記電源供給ラインに給
電される電力の内、無効電力を前記アクティブフィルタ
回路により、有効電力を前記蓄電池の充放電により調整
することにしてもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を参照して本発
明を適用した電源装置１００の実施の形態を詳細に説明
する。図１は、電源装置１００の回路構成を示す図であ
る。図１において、電源装置１００は、商用電源１及び
発電機２により負荷１３に電源を供給する電源供給ライ
ンＬ１に対して挿入される。ここで、商用電源１は、電
力会社等の外部から供給される電源（交流電力）であ
り、発電機２は、自家発電機である。また、負荷１３
は、系統に接続される負荷（工場やビルの電気設備等）
である。

【００１４】また、図１において、電源装置１００は、
制御回路１１、アクティブフィルタ部ＡＦ、及びゼロ潮
流部ＴＩにより構成される。また、制御回路１１は、ア
クティブフィルタ部ＡＦと、ゼロ潮流部ＴＩと、に後述
する各種信号を出力し、各部を統一的に制御する。

【００１５】まず、図１の電源装置１００を構成するア
クティブフィルタ部ＡＦについて説明する。アクティブ
フィルタ部ＡＦは、電磁接触器３、リアクトル４、変流
器５、変換器６、コンデンサ７、及び変流器１０により
構成される。

【００１６】変流器１０は、入力端（１次側）が電源供
給ラインＬ１に、出力端（２次側）が制御回路１１に、
それぞれ接続される。そして、電源供給ラインＬ１上に
供給される電源（交流電力）の変動を検出し、制御回路
１１に出力する。

【００１７】コンデンサ７は、電解コンデンサ等により
構成され、一端がアースに、他端が変換器６の一端に、
それぞれ接続される。

【００１８】変換器６は、スイッチング素子により構成
され、一端がコンデンサ７の他端に、他端がリアクトル
４の一端に、それぞれ接続される。そして、制御回路１
１から出力される制御指令（パルス信号）に基づいてス
イッチング動作を行い、接続タイミングを制御する。

【００１９】リアクトル４は、一端が変換器６の他端
に、他端が電磁接触器３の一端に、それぞれ接続され
る。

【００２０】変流器５は、リアクトル４と変換器６との
間に直列に接続され、リアクトル４と、変換器６との間
に流れる電力を検出して、制御回路１１に出力する。

【００２１】電磁接触器３は、一端がリアクトル４の他
端に、他端が電源供給ラインＬ１に、それぞれ接続され
る。この電磁接触器３は、電源装置１００の動作中、常
にＯＮ（接続状態）となり、電源装置１００の動作結果
を電源供給ラインＬ１に作用させる。また、電源装置１
００を動作させない場合には、電磁接触器３は、ＯＦＦ
となる。

【００２２】次に、アクティブフィルタ部ＡＦの動作に
ついて説明する。制御回路１１は、変流器１０により電
源供給ラインＬ１の電力の変動が検出されると、電源供
給ラインＬ１に高調波が発生しているか否かを判断す
る。そして、高調波が発生していると判断した場合、そ
の高調波を打ち消す高調波をアクティブフィルタ部ＡＦ
に生成させる。即ち、制御回路１１は、変換器６に制御
指令（パルス信号）を出力し、変換器６の接続タイミン
グを制御する。これにより、コンデンサ７とリアクトル
４とが電源供給ラインＬ１に接続され、ＬＣ回路が作用
することにより電源供給ラインＬ１に生じる高調波を相
殺する。なお、ここで、アクティブフィルタＡＦによ
り、電源供給ラインＬ１に出力される、高調波を打ち消
すための電流を補償電流と呼ぶ。

【００２３】続いて、図１の電源装置１００を構成する
ゼロ潮流部ＴＩについて説明する。なお、このゼロ潮流
部ＴＩは、図１に示すように、アクティブフィルタ部Ａ
Ｆの後段に接続される。また、ゼロ潮流部ＴＩは、電磁
接触器８、蓄電池９、及び電力検出器１２により構成さ
れる。

【００２４】電磁接触器８は、一端が蓄電池９に、他端
が変換器６の一端に、それぞれ接続され、制御回路１１
によりＯＮ（短絡）／ＯＦＦ（開放）が制御される（制
御信号は不図示）。なお、電磁接触器８は、蓄電池９に
所定の電流（定格値）が充電された場合に、ＯＦＦ（開
放）され、蓄電池９の放電が終了した場合に、過放電を
避ける目的で、ＯＦＦ（開放）される。

【００２５】蓄電池９は、一端がアースに、他端が電磁
接触器８の一端に、それぞれ接続され、制御回路１１か
ら変換器６に出力される制御指令（パルス信号）により
充放電が制御される。

【００２６】電力検出器１２は、商用電源ラインＬ２に
接続され、負荷１３が要求する電力（負荷電力）の変動
による潮流を検出し、検出結果を制御回路１１に出力す
る。

【００２７】次に、ゼロ潮流部ＴＩの動作について、図
２を参照して説明する。図２は、負荷１３が要求する電
力の変動に対する各部（発電機２、電力検出器１２、及
び電源装置１００）の出力であり、縦軸は電力、横軸は
時間を示している。

【００２８】図２（ａ）に示すように、例えば、負荷１
３の大きさの変化に伴い、負荷１３が要求する電力に変
動が生じると、この変動に応じて、発電機２は、図２
（ｂ）に示すように、発生する電力を変化させる。しか
し、図２（ｂ）に示すように発電機２の応答は、負荷１
３が要求する電力を時間Ｔａ（数百ｍｓ程度）後に発生
する緩慢応答となる。負荷１３が要求する電力と、発電
機２が出力する電力と、の差は図２（ｃ）に示すよう
な、電力検出器１２が検出する潮流となって表れる。

【００２９】そこで、電力検出器１２は、発電機２から
発生する電力が多い場合、つまり図２（ｃ）の時間Ｔ
ｂ、Ｔｃに、検出結果として「＋」指令を制御回路１１
に出力する。

【００３０】また、電力検出器１２は、発電機２から発
生する電力が少ない場合、つまり図２（ｃ）の時間Ｔｄ
〜Ｔｆに、検出結果として「−」指令を制御回路１１に
出力する。

【００３１】そして、制御回路１１は、電力検出器１２
から入力された検出信号（「＋」指令、または「−」指
令）により、変換器６に制御指令（パルス信号）を出力
して、変換器６の接続タイミングを制御する。また、こ
のとき制御回路１１は、電磁接触器８をＯＮ（短絡）に
する。

【００３２】これにより、発電機２から発生する電力が
多い場合に、リアクトル４等を介して蓄電池９が電源供
給ラインＬ１に接続され、蓄電池９が充電することで、
図２（ｄ）に示すように、電源供給ラインＬ１の電力を
吸収する。また、発電機２から発生する電力が少ない場
合に、リアクトル４等を介して蓄電池９が電源供給ライ
ンＬ１に接続され、蓄電池９が放電することで、図２
（ｄ）に示すように、電源供給ラインＬ１に電力を供給
する。

【００３３】次に、本発明を適用した電源装置１００の
特徴的な制御方法について説明する。電源装置１００で
は、ｄｑ軸変換方式を利用し、制御回路１１により、ｄ
軸にてゼロ潮流部ＴＩにおける有効電力制御、ｑ軸にて
アクティブフィルタ部ＡＦにおける無効電力制御、をそ
れぞれ行うことにより、アクティブフィルタ部ＡＦと、
ゼロ潮流部ＴＩと、を同時に制御する。

【００３４】例えば、変流器１０により電源供給ライン
Ｌ１の電力の変動が検出された場合に制御回路１１は、
変換器６にｑ軸制御指令を出力し、変換器６の接続タイ
ミングを制御する。これにより、コンデンサ７とリアク
トル４とが電源供給ラインＬ１に接続され、ＬＣ回路が
作用することにより電源供給ラインＬ１に生じる高調波
を相殺する。つまり、アクティブフィルタ部ＡＦでは、
高調波を相殺する電力（無効電力）を制御する。

【００３５】また、電力検出器１２から「＋」指令が入
力された場合に制御回路１１は、変換器６にｄ軸制御指
令を出力し、変換器６の接続タイミングを制御する。こ
れにより、発電機２から発生する電力が多い場合に、リ
アクトル４等を介して蓄電池９を電源供給ラインＬ１に
接続し、電源供給ラインＬ１の電力を蓄電池９により吸
収する。つまり、負荷１３に供給される電力（有効電
力）を制御する。

【００３６】また、電力検出器１２から「−」指令が入
力された場合に制御回路１１は、変換器６のｄ軸制御指
令を出力し、変換器６の接続タイミングを制御する。こ
れにより、発電機２から発生する電力が少ない場合に、
リアクトル４等を介して蓄電池９を電源供給ラインＬ１
に接続し、電源供給ラインＬ１に電力を供給する。つま
り、負荷１３に供給される電力（有効電力）を制御す
る。

【００３７】上述のように、制御回路１１は、変流器１
０により検出された電源の変動と、電力検出器１２から
出力された検出信号と、に応じて変換器６に出力する制
御指令を変えることでアクティブフィルタ部ＡＦと、ゼ
ロ潮流部ＴＩと、を同時に制御する。

【００３８】ただし、上述したアクティブフィルタ部Ａ
Ｆと、ゼロ潮流部ＴＩとにより制御（出力）可能な電流
は、装置最大出力電流以下であるため、同時に各部を制
御できない場合は、アクティブフィルタ部ＡＦ及びゼロ
潮流部ＴＩのうち、何れか一方を自動で選択し、優先的
に制御することになる。

【００３９】ここでは、アクティブフィルタ部ＡＦを優
先的に制御する場合を一例として説明する。この場合、
制御回路１１は、変流器１０により電源供給ラインＬ１
の電源の変動が検出されると、変換器６にｑ軸制御指令
を出力し、変換器６の接続タイミングを制御する。ま
た、このとき、制御回路１１は、装置最大出力電流か
ら、アクティブフィルタ部ＡＦにおける補償電流を減算
する。そして、この減算結果が「＋」になる場合に限
り、電力検出器１２から出力された検出信号（「＋」指
令、または「−」指令）に基づいて、ゼロ潮流部ＴＩ
（蓄電池９）における充放電を行う。つまり、装置最大
出力電流から、アクティブフィルタ部ＡＦにおける補償
電流を減算した減算結果が「−」になる場合には、制御
回路１１は変換器６にｄ軸指令を出力しない。

【００４０】次に、図３〜図５を参照して、電源装置１
００の動作を説明する。なお、図３〜図５は、電源装置
１００の試験結果を示している。

【００４１】図３は、電力検出器１２から「＋」指令が
出力された場合（ここでは、指令値‘１６ｍＡ’→‘８
ｍＡ’の場合）の蓄電池９による充電の様子を示してい
る。図３に示すように、蓄電池９は「＋」指令が入力さ
れてから遅くとも４００ｍｓ後には、定常状態に達し、
充電を完了する。従って、図２に示した時間Ｔａ（数百
ｍｓ程度）の間に電源供給ラインＬ１の電力を吸収する
ことが十分可能である。

【００４２】また、図４は、電力検出器１２から「−」
指令が出力された場合（ここでは、指令値‘８ｍＡ’→
‘１６ｍＡ’の場合）の蓄電池９による放電の様子を示
している。図４に示すように、蓄電池９は、「−」指令
が入力されてから遅くとも４８０ｍｓ後には、定常状態
に達し、放電を完了する。従って、図２に示した時間Ｔ
ａ（数百ｍｓ程度）の間に電源供給ラインＬ１に電力を
供給することが十分可能である。

【００４３】また、図５（ａ）、（ｂ）は、電源装置１
００のアクティブフィルタ部ＡＦと、ゼロ潮流部ＴＩ
と、を同時に動作させた場合のアクティブフィルタ部Ａ
Ｆの出力を示している。

【００４４】図５（ａ）は、発電機２が供給する電流が
過剰な場合であり、又、このとき負荷１３の影響により
負荷電流Ｐ２は、高調波を含んでいる。アクティブフィ
ルタ部ＡＦは、電源供給ラインＬ１に高調波が発生した
場合、つまり負荷電流Ｐ２を検出した場合に、高調波を
打ち消す電流（ここでは、電源装置入出力電流Ｐ３）を
生成し、電源供給ラインＬ１に出力する。このとき、ゼ
ロ潮流部ＴＩは、電源供給ラインＬ１に多く供給された
電力を蓄電池９に充電する。この２種類の制御を同時に
行うことにより、商用電源ラインＬ２を流れる電力（こ
こでは、系統電源電力Ｐ１）が安定する。

【００４５】また、図５（ｂ）は、発電機２が供給する
電流が少ない場合であり、又、このとき負荷１３の影響
により負荷電流Ｐ５は、高調波を含んでいる。アクティ
ブフィルタ部ＡＦは、電源供給ラインＬ１に高調波が発
生した場合、つまり負荷電流Ｐ５を検出した場合に、高
調波を打ち消す電流（ここでは、電源装置入出力電流Ｐ
６）を生成し、電源供給ラインＬ１に出力する。このと
き、ゼロ潮流部ＴＩは、電源供給ラインＬ１に少なく供
給された電力の補正のため、蓄電池９から電力を放電す
る。この２種類の制御を同時に行うことにより、商用電
源ラインＬ２を流れる電力（ここでは、系統電源電力Ｐ
４）が安定する。

【００４６】以上のように、本実施の形態の電源装置１
００によれば、アクティブフィルタ部ＡＦは、電源供給
ラインＬ１上に供給される電源（交流電力）の変動を検
出して制御回路１１に出力し、制御回路１１から変換器
６に出力されるｑ軸制御指令により、リアクトル４とコ
ンデンサ７とから構成されるＬＣ回路を電源供給ライン
Ｌ１に接続し、電源供給ラインＬ１に発生する高調波を
打ち消す電流を生成させる。つまり、無効電力を制御す
る。

【００４７】また、ゼロ潮流部ＴＩは、負荷１３が要求
する電力と、電源供給ラインＬ１で供給する電源と、の
差を検出して制御回路１１に出力し、制御回路１１から
変換器６に出力されるｄ軸制御指令により、リアクトル
４と蓄電池９とを電源供給ラインＬ１に接続し、電源供
給ラインＬ１の電力を蓄電池９による充放電で補正す
る。つまり、有効電力を制御する。

【００４８】また、制御回路１１は、装置最大出力電流
以下の電流により、アクティブフィルタ部ＡＦと、ゼロ
潮流部ＴＩと、を制御するため、同時に各部を制御でき
ない場合に、アクティブフィルタ部ＡＦ及びゼロ潮流部
ＴＩのうち、何れか一方を自動で選択し、優先的に制御
する。

【００４９】したがって、電源装置１００は、アクティ
ブフィルタ部ＡＦと、ゼロ潮流部ＴＩと、を備えること
により、各部の動作を同時、或いは一方を優先的に制御
することができるとともに、設置面積、及びコストを削
減できる。

【００５０】また、電源装置１００は、アクティブフィ
ルタ部ＡＦと、ゼロ潮流部ＴＩと、を備え、各部の動作
を同時、或いは一方を優先的に制御することにより、電
源供給ラインＬ１を通じて負荷１３に供給する電源を安
定化させることができる。

【００５１】また、電源装置１００は、制御回路１１に
より、例えば、装置最大出力電流以下の電流で、アクテ
ィブフィルタ部ＡＦと、ゼロ潮流部ＴＩと、を制御する
際に、同時に各部を制御できない場合が生じると、アク
ティブフィルタ部ＡＦ及びゼロ潮流部ＴＩのうち、何れ
か一方を自動で選択し優先的に制御するので、状況に見
合った動作を行うことができる。

【００５２】なお、本実施の形態では、制御回路１１に
よりアクティブフィルタ部ＡＦを優先的に制御する場合
について説明したが、これに限定されず、ゼロ潮流部Ｔ
Ｉを優先的に制御することにしてもよい。

【００５３】また、本発明は、上記実施の形態の内容に
限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範
囲で適宜変更可能である。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、電源装置は、１台の装
置でアクティブ回路による高調波の除去と、ゼロ潮流制
御とを同時に行うことができる。したがって、系統側の
電源を一層安定化させて負荷に供給できるとともに、設
置面積やコストを削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態における電源装置の回路構成例を
示す図である。

【図２】ゼロ潮流部の動作を説明するための図である。

【図３】蓄電池での充電の様子を示す図である。

【図４】蓄電池での放電の様子を示す図である。

【図５】本実施の形態における電源装置のアクティブフ
ィルタ部と、ゼロ潮流部と、を同時に動作させた場合の
アクティブフィルタ部の出力を示す図である。

【図６】アクティブフィルタの構成例を示す図である。

【符号の説明】

１商用電源２発電機３電磁接触器４リアクトル５変流器６変換器７コンデンサ８電磁接触器９蓄電池１０変流器１１制御回路１２電力検出器１３負荷１００電源装置２００アクティブフィルタ２００ａリアクトル２００ｂインバータ２００ｃコンデンサＡＦアクティブフィルタ部ＴＩゼロ潮流部Ｌ１電源供給ラインＬ２商用電源ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者豊田光雄東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者守隨治道神奈川県横浜市鶴見区平安町二丁目29番地の１株式会社京三製作所内 (72)発明者久保田善一神奈川県横浜市鶴見区平安町二丁目29番地の１株式会社京三製作所内Ｆターム(参考） 5G066 EA03 FA07 FB13 FC11 HA10 HA15 HA19 HB09 5H007 AA05 AA08 CA01 CB04 CC03 DA04 DA05 DC02 DC03 5H740 AA06 BA11 BB08 JA28 NN03 NN17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源と発電機とが連系し、電源供給ラ
インを通じて負荷に交流電源を供給するシステムに利用
される電源装置であって、前記電源供給ラインに接続されるアクティブフィルタ回
路と、前記アクティブフィルタ回路の後段に接続される蓄電池
と、前記アクティブフィルタ回路の動作及び前記蓄電池の充
放電動作を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路による前記蓄電池の充放電制御に
より、前記アクティブフィルタ回路を介した前記連系の
ゼロ潮流制御を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項２】請求項１記載の電源装置であって、前記電源供給ラインに給電される電力の内、無効電力を
前記アクティブフィルタ回路により、有効電力を前記蓄
電池の充放電により調整することを特徴とする電源装
置。