JP2004522393A - 発電機を、それを利用する配電網へ接続するための接続回路および方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、電気エネルギを発生させるための発電機を配電網へ接続させるための接続回路に関し、この回路は、接続回路を通る電流を測定するための測定回路と、発電機によって供給される電荷を少なくともある期間の間蓄積するための蓄積要素と、蓄積された電荷の量を測定するための第２の測定回路とを含み、その回路は蓄積要素へ接続されており、前記接続回路はさらに、測定された電流強度、電圧および蓄積された電荷の影響下にある配電網へ発電機を接続するための第１の制御可能なスイッチを含んでいる。

Description

【背景技術】
【０００１】
電力供給の自由化の結果、電力を配電網へ供給することも可能になり、電力の局所発電、つまり、たとえば暖房設備もある家庭または他の建物での発電が効率的になっている。そのような連結器の一例が事前公開されていないオランダ特許出願１０１５３１９に記載されており、その写が同封され、その内容はここに挿入されるものとして考えられるべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
中央発電では、同期発電機が配電網に、発電機と配電網の電圧との位相差が十分小さくなるまで発電機の回転速度を変えることにより、接続される。この手順は、局所レベルでは概して不十分であり、スターリング発電機が（線形）発電機として適用される上述の組合せにおいては確実に不十分である。
【０００３】
位相および周波数が互いにかなり異なる場合に発電機が配電網に接続されると、大量の電流が流れ始め、それは配電網において許容可能ではないか、または短時間のうちに（スターリング）発電機に損傷をもたらす。
【０００４】
この発明は、発電機と配電網との信頼性の高い接続を比較的単純な手段で可能にし、上述の問題を回避する目的を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、電気エネルギを発生させるための発電機を配電網へ接続させるための接続回路を提供し、この回路は、
接続回路を通る電流を測定するための測定回路と、
発電機によって供給される電荷を少なくともある期間の間蓄積するための蓄積要素と、
蓄積された電荷の量を測定するための第２の測定回路とを含み、その回路は蓄積要素へ接続されており、前記接続回路はさらに、
測定された電流強度、電圧および蓄積された電荷の影響下にある配電網へ発電機を接続するための第１の制御可能なスイッチを含んでいる。
【０００６】
同期化の間、発電機への電気負荷が存在し、それは減衰する態様で作用する。スターリング発電機の場合、発電機の機械的振幅は制限され、機械的損傷が回避される。回転発電機の場合、発電機の過度の角速度が回避される。位相固定が起こるとすぐ、それは或る制限内で引続き維持される。
【０００７】
好ましくは蓄積要素と並列に、消散要素と、発電機が網に連結されていない限りは閉じられている第２の制御可能なスイッチとが配置されており、それにより、迅速な同期化が、蓄積要素を用いて、比較的小さいキャパシタンス（大きさのオーダ：μＦ）で起こり得る。
【０００８】
この発明のさらなる利点、特徴、および詳細を、この発明に従った回路および方法の好ましい実施例の以下の説明に基づき、添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明に従った回路１０の好ましい一実施例は、たとえば力率が約０．９−１．０の抵抗負荷に正しい整合を提供するための整合キャパシタ６を有するスターリング発電機５（たとえば、２３０Ｖ、５０Ｈｚおよび１１０Ｖ、６０Ｈｚでそれぞれ３５０−５０００Ｗの電力）の端子１１、１２と、概略的に図示された配電網４の端子１３、１４との間に接続される。第１の、概略的に図示された制御可能なスイッチ２８が、端子１１と１３との間にさらに配置される。回路１０は分路抵抗１５を含み、そのため、発電機により発生された電流はトランス１６を介して測定可能である。回路１０は、４つのダイオード２１、２２、２３および２４を含むダイオードブリッジ回路２０をさらに含み、それらの出力は蓄積キャパシタ２５の電極に接続される。蓄積キャパシタ２５と並列に、抵抗２６と、概略的に図示された第２の制御可能なスイッチ２７とが接続される。差動増幅器２９も端子１３と１４との間に接続される。
【００１０】
差動増幅器２９の出力は、予め定められた値のバイアス電圧を発生させるための回路３０の入力へ接続される。差動増幅器２９の出力は同様に、位相を決定し偏移させるための位相回路４０の入力へ接続され、そこへトランス１６の出力も接続される。キャパシタ２５の電極には差動増幅器５１が接続され、その出力へ第２の差動増幅器５２が接続され、それは他の入力として回路３０の出力を有する。シュミットトリガ回路５３が差動増幅器５２の出力へ接続される。位相回路４０の出力へＡＮＤゲート５４が接続され、その他方の入力は「論理イネーブル信号」Ｅによって形成される。増幅器５５（インバータ付き）および増幅器５６がＡＮＤゲート５４の出力へ接続される。増幅器５６の出力は制御可能スイッチ２７の入力へ接続される。増幅器５５の反転した出力はＡＮＤゲート５７へ接続され、その出力は制御可能スイッチ２８へ接続される。
【００１１】
回路３０（図２）は、差動増幅器２９からの出力信号をブロック形状の信号に変換するための変換器３１と、変換器３１の出力へ接続された周波数逓倍器３２とを含み、その第２の入力へ位相回路４０からの信号Ａが接続される。ＯＲゲート３３の出力へカウンタ３４がさらに接続され、一方、リセット入力が変換器３１の出力へ接続される。回路３０は、カウンタ３４の８つの並列出力（Ｄ０−Ｄ７）へ接続されたＥＰＲＯＭ３５も含む。ＥＰＲＯＭ３５の８つの並列出力に、ＤＡ変換器３６が接続される。
【００１２】
位相回路４０（図３）の好ましい一実施例は、２つの入力、つまり、一方で端子１１からの電流、他方で端子１３と１４との間の電圧の位相を比較するための位相比較器４１を含む。位相差は概略的に図示されたマイクロプロセッサ４２−４４へ送られ、そこでは、位相差がゼロに等しくない限り、リターンループはアクティブである。位相差が（ほぼ）ゼロに等しい場合、論理信号がＡＮＤゲート５４（図１）へ生成される。ブロック４４において概略的に示されたような位相差がゼロに等しくない限り、論理信号Ａがパルス発生器４５を介して回路３０へ生成される。
【００１３】
回路３０および４０の別の実施例では、これらの回路の機能は、とりわけ例外的な動作条件の場合に介入可能になるために、マイクロプロセッサまたはデジタル信号プロセッサにおいて全体的にまたは部分的に実現される。これは、ＡＮＤゲート５４からの出力信号を用いると、網の周期時間と比較して短い時間内、たとえば０．２ミリ秒以内で、網連結器から、キャパシタ２５により形成された負荷、および抵抗２６が含まれる可変負荷へ切換えることができるため、可能である。
【００１４】
上述の回路の動作を、図４Ａ−５Ｃのグラフに基づいてさらに説明する。
この発明に従った回路を、米国の会社ＳＴＣにより製造されたような１１０Ｖ、６０Ｈｚで３５０Ｗのスターリング発電機を用いて試験した。しかしながら、回路は、全種類の同期、線形または回転発電機について使用可能である。そのような発電機では、機器と配電網との間の位相変動が十分に小さい限り、位相固定は維持される。
【００１５】
スイッチオン時、つまり、発電機５のスイッチ２８を介した配電網４への接続時、配電網４において許容可能ではないか、または発電機５に損傷をもたらすあまりに大量の電流が流れ始めるのを回避するため、周波数および位相は十分に等しくなければならない。
【００１６】
スターリング発電機５は、抵抗負荷に接続されている場合、実質的に正弦波形の電流を発生させる。トランス１６を用いて測定された電流Ｉ₁を図４Ａに示す。ダイオード回路２０により整流された電流が、キャパシタ２５を充電する。その結果差動増幅器５１の出力で生じる電圧Ｖ₁を図４Ｂに示す。電圧Ｖ₁は、差動増幅器５２において、回路３０の出力と比較される。
【００１７】
スイッチ２７は、シュミットトリガ５３へ接続されているＡＮＤゲート５７の出力によって制御される。インバータ５５が論理「真」信号を提供する場合、構成要素５１、５２、５３、５７および２７からなる制御ループはアクティブである。一定のバイアス電圧Ｖ₃で、電荷は交互にキャパシタから取られるかまたは取られず、キャパシタ上の電圧は図４Ｂに示すような形を表示する。端子１１と１２との間の電圧は図４Ｃの形をとる。正の値および負の値は、キャパシタ２５上の電圧と大きさがほぼ等しい。実際の回路では、測定抵抗を通る電流、および端子１１と１２との間の電圧の振幅はそれぞれ、たとえば網が連結された動作におけるような値を有する。
【００１８】
図５Ａは、網との発電機の同期化を可能にする電圧Ｖ₃の可能な波形を示す。
この実施例では、電圧Ｖ₃は配電網の周期の半分に等しい周期を有し、一方、位相は網と固定されている。値は、網の平均周期の半分の周期で、たとえば最大値Ｖ_maxと値０．８Ｖ_maxとの間を変動する。
【００１９】
Ｖ₃について、たとえば以下の式が適用可能である。
【００２０】
【数１】

【００２１】
式中、Ｔは配電網の周期であり、変数Ｐには^-T／２≦Ｐ≦^T／２が当てはまる。
変数Ｐの一例をたとえば図５Ｂに示し、一方、変動するＶ₃で結果として生ずる電圧Ｖ₁′を図５Ｃに示す。
【００２２】
バイアス電圧Ｖ₃が一定である限り、発電機はアイドル状態となり、位相固定は起こらない。しかしながら、電圧がたとえば図５Ａに示すように周期^T／２で変動する場合、位
相固定が速やかに起こる。
【００２３】
回路３０（図２）では、差動増幅器２９を介して網から得られた信号がまず、変換器３１においてブロック形状の信号に変換される。逓倍器３２では、周波数がたとえば１２８倍に逓倍される。ブロック形状の信号によってカウンタ３４がリセットされる。信号Ａはカウンタ３４のカウントに影響を与える。カウンタ３４の出力データ線はＥＰＲＯＭ３５に接続され、それは変換器３６を介してたとえば図５Ａの波形を生成する。
【００２４】
回路４０（図３）では、電流Ｉ₁と網の電圧との位相差が４１で測定される。位相差がゼロに等しくない限り、リターンループはアクティブである。リターンループが完成される毎に、さらなるカウントＡがパルス発生器４５を介して発生し、ＯＲゲート３３を介してカウンタ３４へ送られ、それにより電圧Ｖ₃は、発電機がついに配電網と同期するまで位相偏移される。その時点で、スイッチ２５は開けられ、スイッチ２８は閉じられることが可能である。発電機は次に、網と位相を固定して、網へエネルギを供給する。
【００２５】
この発明はその上述の好ましい実施例に限定されない。求められる権利はむしろ特許請求の範囲によって定義され、その範囲内において多くの変更が構想可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明に従った回路の第１の好ましい実施例の図である。
【図２】図１の回路図の一部の好ましい一実施例を示す図である。
【図３】図１の回路図の別の部分の好ましい一実施例を示す図である。
【図４Ａ】図１−３の回路図で発生する信号のグラフを示す図である。
【図４Ｂ】図１−３の回路図で発生する信号のグラフを示す図である。
【図４Ｃ】図１−３の回路図で発生する信号のグラフを示す図である。
【図５Ａ】図１−３の回路図で発生する信号のグラフを示す図である。
【図５Ｂ】図１−３の回路図で発生する信号のグラフを示す図である。
【図５Ｃ】図１−３の回路図で発生する信号のグラフを示す図である。

Claims (12)

1. 配電網へ、電気エネルギを発生させるための発電機を接続させるための接続回路であって、
   接続回路を通る電流を測定するための測定回路と、
   発電機によって供給される電荷を少なくともある期間の間蓄積するための蓄積要素と、
   蓄積された電荷の量を測定するための第２の測定回路とを含み、その回路は蓄積要素へ接続されており、前記接続回路はさらに、
   測定された電流強度、電圧および蓄積された電荷の影響下にある配電網へ発電機を接続するための第１の制御可能なスイッチを含む、接続回路。
2. 第１の測定回路はトランスを含む、請求項１に記載の接続回路。
3. 第２の測定回路は差動増幅器を含む、請求項１または２に記載の接続回路。
4. 予め定められた値の電圧を発生させるための回路をさらに含む、請求項１、２または３に記載の接続回路。
5. 測定された信号の位相を決定し偏移させるための位相回路をさらに含む、請求項１−４のいずれかに記載の接続回路。
6. 回路は、マイクロプロセッサと、予め定められた値の信号がデジタル形式で記憶されるＥＰＲＯＭと、ＤＡ変換器とを含む、請求項４に記載の接続回路。
7. ＥＰＲＯＭの出力の位相偏移のために、カウンタがＥＰＲＯＭへ接続されている、請求項６に記載の接続回路。
8. 位相回路は、位相比較器と、位相固定と、リターンループとを含む、請求項５に記載の接続回路。
9. 消散要素および第２の制御可能なスイッチが、蓄積要素と並列に配置されている、請求項１−８の１つ以上に記載の接続回路。
10. 発電機を配電網へ接続するための方法であって、接続回路を通る電流が測定される接続回路を用いて、測定回路の蓄積要素における蓄積された電荷の量が測定され、発電機によって発生された電圧および配電網の電圧の位相がほぼ等しいことを測定が示すとすぐに、発電機が配電網へ接続される、方法。
11. 請求項１−８の１つ以上に従った接続回路が適用される、請求項９に記載の方法。
12. 請求項１−１０に従った測定値を用いて、配電網への接続を延期するかまたは起こらないようにし、もしくは既存の接続を妨害して、機械的、電気機械的または電気的損傷が回避されるような短い時間で、発生された電力の消散へ戻る、請求項１０または１１に記載の方法。