JP2005269816A

JP2005269816A - 自家用発電機設備

Info

Publication number: JP2005269816A
Application number: JP2004081013A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Fujimoto; 久藤本
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP4172408B2

Abstract

【課題】商用電源と系統連系される自家発電設備で、商用電源からの受電電力を契約電力の範囲内に抑え、商用電源または発電機の異常発生時にも負荷に安定に電力を供給し得るようにする。
【解決手段】商用電源１と自家用発電機４との間に直列補償形電力変換装置１９を設けるとともに、変換装置１９の直流側に接続された直流電力貯蔵手段１０に電力を供給するための並列補償形電力変換装置２０を設け、商用電源１からの受電電力が契約電力値２１以下となるように、変換装置１９を制御することにより、特に負荷変動に対し高速に応答できるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、商用電源と系統連系される自家用発電機設備に関する。

商用電源と系統連系される自家用発電機設備では通常、発電機の出力を一定に保つ制御を行なっており、負荷の要求する電力との過不足分を電源から受電する。その例としては、例えば特許文献１，２に示すものがある。
特許文献１は、図５に示す発電機４の出力電力を調整することにより、負荷変動時に発電機４から商用電源１に電力が流入する逆潮流を防止する方法を開示するものである。一方、特許文献２は受電電力を検出して契約電力以下となるよう、発電機４の出力を制御する方法を開示している。

その他、電力変換装置を利用して逆潮流を防止するものとして、特許文献３に示すものがある。これは、図６のように、コンデンサやバッテリ等の電力貯蔵手段１０を持つ電力変換装置９を商用電源１と連系運転し、発電機４の出力の不足分を電力変換装置９から出力することにより、受電電力Ｐｉｎをゼロとするものである。
また、商用電源１の瞬停発生時に負荷電圧を補償するものとして、特許文献４，５に示すものがある。特許文献４は図７のように、商用電源１と発電機４との間に限流用のリアクトル１２を設置するものであり、特許文献５は図８のように、商用電源１と負荷３との間に直列補償型の電力変換装置１７を設置し、出力電圧設定値１５との差分を変換装置１７が出力するようにしたものである。

特許第２５３４４１１号明細書（第２−３頁、図１）特開２００３−０３２８９８号公報（第２−４頁、図１）特開２００３−０７０１６５号公報（第３−４頁、図１）特開２０００−０３２６６３号公報（第４頁、図１）実用新案登録２５８６９８４号公報（第２−３頁、図１）

しかし、特許文献１，２のように発電機出力を制御する方法では、負荷変動に対する応答が遅いという問題があり、また、その解決方法として提案されている特許文献３の方法は、電力変換装置９が商用電源１と並列接続されるため、電源正常時に電源側から流入する過電流を抑制できないという問題がある。さらに、電源異常時の対策方法として提案された特許文献４，５は、潮流制御ができないという問題がある。
したがって、この発明の課題は、商用電源からの受電電力を契約電力の範囲内に抑えるとともに、商用電源または発電機の異常発生時にも負荷に安定に電力を供給し得るようにすることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、商用電源と系統連系される自家用発電機設備において、
前記商用電源と負荷を開閉する第１のスイッチと、負荷と並列に接続された自家用発電機と、前記スイッチと前記発電機との間にその交流側を直列接続した第１の直交電力変換装置と、前記第１の直交電力変換装置の直流側に接続される直流電力貯蔵手段と、前記第１の直交電力変換装置の交流接続点と負荷との間にその交流端子を接続し前記直流電力貯蔵手段に電力を供給する第２の直交電力変換装置とを備え、
前記商用電源からの受電電力が所定値以下になるように、前記第１の直交電力変換装置を制御することを特徴とする。

上記請求項１の発明においては、前記前記商用電源の電圧が所定の範囲を逸脱した場合には、商用電源の電流がゼロとなるように前記第１の直交電力変換装置を制御することができる（請求項２の発明）。
請求項１また２の発明においては、負荷電流に含まれる高調波成分および無効成分を供給するように、前記第２の直交電力変換装置を制御することができ（請求項３の発明）、または、前記第１の直交電力変換装置の交流出力端子を短絡するための第２のスイッチと、前記発電機をシステムから切り離すための第３のスイッチと、前記発電機の異常を検出する検出手段とを設け、発電機の異常を検出した場合には前記商用電源からのみ負荷に電力を供給するように前記第３のスイッチを開放するとともに、前記第２のスイッチを短絡することができる（請求項４の発明）。

請求項１の発明によれば、商用電源側の電流を第１の直交電力変換装置で制御することで、受電電力を契約電力以下の所望の値に瞬時に制御することが可能となる。
請求項２の発明によれば、商用電源異常による事故電流の流出が抑制され、負荷に安定した電力を供給できる。
請求項３の発明によれば、負荷が発生する高調波電流を第２の直交電力変換装置で負担するため、高調波電流による発電機の故障や、商用電源に接続された他の負荷への影響が改善される。
請求項４の発明によれば、発電機の異常発生時には商用電源から負荷に全電力を供給するため、負荷に安定した電力を供給することが可能となる。

図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図で、商用電源１と自家用発電機（自家発電）４との間に、第１の直交電力変換装置１９と、第２の直交電力変換装置２０と、直流電力貯蔵手段１０を図示のように接続した点が特徴である。
図示の構成では、第２の直交電力変換装置２０は、直流電力貯蔵手段１０の電圧を一定にするように動作する。このため、まず直流電圧Ｅｄを検出し、出力コントローラ（ＣＴＲ）２５に入力する。

ＣＴＲ２５で直流電圧検出値Ｅｄはその設定値と比較され、第２の直交電力変換装置２０の交流端の電流指令を演算する。演算された電流指令と交流端の電流検出値との偏差を電流調節器（ＡＣＲ）２７に入力することで、第２の直交電力変換装置２０の出力電圧指令を得る。この出力電圧指令に基づいて変換装置２０を動作させることにより、直流電圧を所望の値になるように制御する。

一方、第１の直交電力変換装置１９は、受電電力を契約電力の制限値となるように動作する。そのために、まず受電点の電圧Ｖｉｎと電流Ｉｉｎを検出し、出力ＣＴＲ２２に入力する。出力ＣＴＲ２２では検出された電圧，電流により受電電力を算出し、受電電力検出値を受電電力制限値（契約電力）２１と比較し、第１の直交電力変換装置１９の交流端の電流指令を演算する。演算された電流指令と交流端の電流検出値（＝受電電流値）との偏差を電流調節器（ＡＣＲ）２４に入力することで、第１の直交電力変換装置１９の出力電圧指令を得る。この出力電圧指令に基づいて変換装置１９を動作させることにより、受電電流Ｉｉｎを受電電力が契約電力の所望の値になるように制御する。

図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
これは、図１の制御手段に点線部を付加したもので、まず受電点の電圧Ｖｉｎを停電検出回路３０に入力する。停電検出回路３０は、Ｖｉｎが所定の電圧値を逸脱したときにゼロホールド指令３１を出力する。このゼロホールド指令３１は、出力ＣＴＲ２２の後段に新たに設けられたリミッタ回路ＬＩＭ２９に入力される。このリミッタ回路２９はゼロホールド指令３１を受けると、出力ＣＴＲ２２の演算結果に関わらずゼロ電流指令を出力する。その結果、第１の直交電力変換装置１９では電流ゼロ指令に基づく制御が行なわれ、商用電源異常による発電機４からの事故電流を抑制することになる。これは、商用電源１が開放されたのと等価な状態であり、発電機４は安定した状態で負荷３に電力を供給することになる。

図３はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図で、図１の制御手段に点線部を付加した点が特徴である。
この付加回路では負荷電流ＩＬ３２を検出し、高調波抽出回路３３に入力する。高調波抽出回路３３は負荷電流検出信号３２から基本波成分を除去し、高調波成分のみを検出する。この高調波成分のみの電流検出値Ｉｌｈ３４を、第２の直交電力変換装置２０への電流指令に加算して変換装置２０を動作させる。その結果、負荷３の発生する高調波電流は第２の直交電力変換装置２０が負担することになり、発電機４や商用電源１は基本波成分のみの電力供給となる。

図４はこの発明の第４の実施の形態を示す構成図である。
これは、第２の直交電力変換装置１９の交流端を短絡する第２のスイッチの接続例を図４（ａ），（ｂ）として示すものである。３６は異常検出回路を示し、発電機４の出力電圧や温度を検出し、異常を検出したら商用電源１と負荷３を直接接続するための第２のスイッチ３５を短絡する信号と、発電機４を切り離すための第３のスイッチ３６を開放する信号とを出力する。その結果、発電機異常時には商用電源１から直接負荷３に電力供給がなされるため、負荷３に安定した電力を供給することができる。

この発明の第１の実施の形態を示す構成図この発明の第２の実施の形態を示す構成図この発明の第３の実施の形態を示す構成図この発明の第４の実施の形態を示す構成図自家発電設備の第１の従来例を示す概要図自家発電設備の第２の従来例を示す概要図自家発電設備の第３の従来例を示す概要図自家発電設備の第４の従来例を示す概要図

符号の説明

１…商用電源、２…系統遮断機、３…負荷、４…発電機、５…リアクトル、６…発電機遮断機、７，１４，２２，２５…出力コントローラ、８…並列補償用電力変換装置の遮断機、９，１６…並列補償用電力変換装置、１０…直流電力貯蔵手段、１１…電流検出器、１２…限流リアクトル、１３…遮断機、１５…電流検出器、１７…直列補償用電力変換装置、１８…直列補償用変圧器、１９，２０…直交電力変換装置、２３…加算器、２４，２７…電流自動調節器、２９…リミッタ、３０…停電検出回路、３３…高調波抽出回路、３５…スイッチ、３６…発電機異常検出回路。

Claims

商用電源と系統連系される自家用発電機設備において、
前記商用電源と負荷を開閉する第１のスイッチと、負荷と並列に接続された自家用発電機と、前記スイッチと前記発電機との間にその交流側を直列接続した第１の直交電力変換装置と、前記第１の直交電力変換装置の直流側に接続される直流電力貯蔵手段と、前記第１の直交電力変換装置の交流接続点と負荷との間にその交流端子を接続し前記直流電力貯蔵手段に電力を供給する第２の直交電力変換装置とを備え、
前記商用電源からの受電電力が所定値以下になるように、前記第１の直交電力変換装置を制御することを特徴とする自家用発電機設備。
前記商用電源の電圧が所定の範囲を逸脱した場合には、商用電源の電流がゼロとなるように前記第１の直交電力変換装置を制御することを特徴とする請求項１に記載の自家用発電機設備。
負荷電流に含まれる高調波成分および無効成分を供給するように、前記第２の直交電力変換装置を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の自家用発電機設備。
前記第１の直交電力変換装置の交流出力端子を短絡するための第２のスイッチと、前記発電機をシステムから切り離すための第３のスイッチと、前記発電機の異常を検出する検出手段とを設け、発電機の異常を検出した場合には前記商用電源からのみ負荷に電力を供給するように前記第３のスイッチを開放するとともに、前記第２のスイッチを短絡することを特徴とする請求項１または２に記載の自家用発電機設備。