JP2012205320A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】交流発電機から出力される交流電力及び商用電力系統から供給される交流電力を、直流負荷装置及び交流負荷装置に対して効率的に給電可能な発電システムを提供する。
【解決手段】発電システムＳが、直流負荷装置６への給電に用いられる直流給電線１０と、交流負荷装置８への給電に用いられる交流給電線９と、エンジン１と、エンジン１によって回転駆動される交流発電機３と、交流／直流変換器４ａ及び直流／交流変換器４ｂを有して、交流／直流変換器４ａの交流側に交流発電機３が接続され且つ直流／交流変換器４ｂの交流側に、商用電力系統７と連系される交流給電線９が接続される双方向インバータ装置４と、双方向インバータ装置４の交流／直流変換器４ａ及び直流／交流変換器４ｂの間の直流部分４ｃと直流給電線１０との間に接続される直流／直流変換器５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流負荷装置及び交流負荷装置の両方に電力を供給できる発電システムに関する。

電気機器には、交流電力で動作する交流負荷装置と直流電力で動作する直流負荷装置とがある。通常、商用電力系統から供給される電力は交流電力であるので、各需要者の構内では交流給電線が敷設されている。そして、各需要者の構内に設けられた直流負荷装置には、交流／直流変換器を介して交流電力を直流電力に変換した上で給電されるのが一般的である。

或いは、需要者の構内に直流給電線を敷設することも提案されている。特許文献１には、構内に敷設した直流給電線に対して、燃料電池及び太陽電池から直流電力を供給し、商用電力系統から電力変換装置によって交流／直流変換を行った上で直流電力を供給するシステムが記載されている。

尚、特許文献１に記載の発電システムは、複数の直流発電装置（例えば、太陽電池や燃料電池）を主たる電力源とするシステムを構築する場合を想定しているため、構内に直流給電線を敷設していると思われる。

特開平６−２７４２３３号公報

需要者の構内に交流発電装置を電力源として備え、且つ、商用電力系統から交流電力を受電可能な発電システムを想定した場合、特許文献１に記載の発明と同様の考え方をすると、構内には交流給電線を敷設するのが通常であると思われる。その場合、交流給電線を敷設すれば、その交流給電線に接続する直流負荷装置に対して交流／直流変換器を各別に併設しなければならず、且つ、その交流／直流変換器において電力の変換損失が各別に発生してしまう。
或いは、需要者の構内に直流給電線を敷設し、且つ、電力源として備える交流発電装置の交流電力から変換された直流電力をその直流給電線に供給することもできるが、その直流給電線に接続する交流負荷装置に対して直流／交流変換器を各別に併設しなければならず、且つ、その直流／交流変換器において電力の変換損失が各別に発生してしまう。

以上のように、直流負荷装置及び交流負荷装置の両方に電力を供給する必要があるシステムにおいて、直流負荷装置には直流電力を効率的に供給し且つ交流負荷装置には交流電力を効率的に供給することが求められている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、交流発電機から出力される交流電力及び商用電力系統から供給される交流電力を、直流負荷装置及び交流負荷装置に対して効率的に給電可能な発電システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る発電システムの特徴構成は、直流負荷装置への給電に用いられる直流給電線と、交流負荷装置への給電に用いられる交流給電線と、エンジンと、前記エンジンによって回転駆動される交流発電機と、交流／直流変換器及び直流／交流変換器を有して、前記交流／直流変換器の交流側に前記交流発電機が接続され且つ前記直流／交流変換器の交流側に、商用電力系統と連系される前記交流給電線が接続される双方向インバータ装置と、前記双方向インバータ装置の前記交流／直流変換器及び前記直流／交流変換器の間の直流部分と前記直流給電線との間に接続される直流／直流変換器とを備える点にある。

上記特徴構成によれば、発電システムは直流給電線及び交流給電線を備えるので、直流負荷装置は直流給電線へ接続すればよく、交流負荷装置は交流給電線へ接続すればよい。つまり、直流負荷装置へ給電するに当たってその直流負荷装置に電力変換器を併設する必要は無く、交流負荷装置へ給電するに当たってその交流負荷装置に電力変換器を併設する必要がなくなる。その結果、電力変換器を設けて電力変換を実施した場合に発生し得る電力変換損失を低減できる。

また、直流給電線には、双方向インバータ装置の交流／直流変換器及び直流／交流変換器の間の直流部分が接続される。そして、直流給電線には、交流発電機からの電力が双方向インバータ装置の内部で交流／直流変換されて供給され、及び、商用電力系統からの電力が双方向インバータ装置で交流／直流変換器されて供給されるように構成されている。つまり、交流発電機及び商用電力系統からの交流電力が直流給電線に供給されるまでの間に受ける電力変換はそれぞれ１回の交流／直流変換であるので、直流負荷装置への給電を少ない電力変換損失で実施できる。

更に、交流給電線には、双方向インバータ装置及び商用電力系統が接続される。そして、交流給電線には、交流発電機からの電力が双方向インバータ装置の内部で交流／直流変換及び直流／交流変換されて供給され、及び、商用電力系統からの電力が電力変換を受けずに供給されるように構成されている。つまり、交流発電機及び商用電力系統からの交流電力が交流給電線に供給されるまでの間に受ける電力変換は、交流発電機から電力供給を受ける場合の２回の電力変換（即ち、交流／直流変換及び直流／交流変換）、或いは、商用電力系統から電力供給を受ける場合の０回の電力変換であるので、直流負荷装置への給電を少ない電力変換損失で実施できる。

また更に、双方向インバータ装置の直流部分と直流給電線との間に接続される直流／直流変換器によって、直流給電線の電圧を調節できる。つまり、直流給電線に接続されている直流負荷装置の電力需要が変化しても、直流／直流変換器が、直流給電線の電圧を所定の電圧に維持することで、直流給電線における電力の需給バランスを調整できる。

従って、交流発電機から出力される交流電力及び商用電力系統から供給される交流電力を、直流負荷装置及び交流負荷装置に対して効率的に給電可能な発電システムを提供できる。

本発明に係る発電システムの別の特徴構成は、前記エンジンの回転速度を増速した状態で、前記エンジンの回転駆動力を前記交流発電機に伝達可能な増速装置を備える点にある。

上記特徴構成によれば、エンジンの回転速度が増速装置によって増速された上で交流発電機に伝達されるので、その交流発電機を所謂、高速発電機として機能させることができる。従って、交流発電機を小型化できる。

発電システムの構成を示す図である。

以下に図面を参照して本発明に係る発電システムＳについて説明する。
図１は、本発明の発電システムＳの構成を示す図である。図示するように、発電システムＳは、発電装置１１と、その発電装置１１及び商用電力系統７に接続される双方向インバータ装置４と、直流負荷装置６への給電に用いられる直流給電線１０と、交流負荷装置８への給電に用いられる交流給電線９と、双方向インバータ装置４と直流給電線１０との間に接続される直流／直流変換器５とを備える。また、発電システムＳは、発電装置１１の動作、双方向インバータ装置４の動作、及び、直流／直流変換器５の動作を制御する制御装置Ｃを備える。

発電装置１１は、燃料を消費して運転されるエンジン１と、そのエンジン１によって駆動される交流発電機３とを有する。また、本実施形態において、発電装置１１は、エンジン１の回転速度を増速した状態で、エンジン１の回転駆動力を交流発電機３に伝達可能な増速装置２を有する。増速装置２は、例えばベルト式の変速装置や歯車式の変速装置等を用いることができる。つまり、エンジン１の回転速度が増速装置２によって増速された上で交流発電機３に伝達されるので、その交流発電機３を所謂、高速発電機として機能させることができる。従って、交流発電機３を小型化できる。

双方向インバータ装置４は、交流／直流変換器４ａ及び直流／交流変換器４ｂを有する。交流／直流変換器４ａの交流側には交流発電機３が接続され、且つ、直流／交流変換器４ｂの交流側には、商用電力系統７と連系される交流給電線９が接続される。双方向インバータ装置４の交流／直流変換器４ａ及び直流／交流変換器４ｂの間の直流部分４ｃには、直流／直流変換器５が接続される。この直流／直流変換器５には、直流給電線１０が接続される。各変換器４ａ、４ｂ、５は、例えば半導体スイッチング素子を用いて構成され、それら半導体スイッチング素子の動作は制御装置Ｃが制御する。

直流給電線１０には、双方向インバータ装置４の交流／直流変換器４ａ及び直流／交流変換器４ｂの間の直流部分４ｃが、直流／直流変換器５を介して接続される。つまり、直流給電線１０には、交流発電機３からの電力が、双方向インバータ装置４の内部で交流／直流変換され及び直流／直流変換器５で所定の電圧の直流電力に変換された上で供給され、並びに、商用電力系統７からの電力が、双方向インバータ装置４で交流／直流変換器４ａされ及び直流／直流変換器５で所定の電圧の直流電力に変換された上で供給される。例えば、制御装置Ｃは、直流給電線１０に接続されている直流負荷装置６の電力需要が増大して直流給電線１０の電圧が設定下限電圧未満になると、商用電力系統７からの電力が直流給電線１０へと供給されるように直流／交流変換器４ｂの動作を制御する。これに対して、制御装置Ｃは、直流給電線１０に接続されている直流負荷装置６の電力需要が低下して直流給電線１０の電圧が設定下限電圧以上になると、発電装置１１からの電力が交流給電線９へと供給されるように直流／交流変換器４ｂの動作を制御する。このように、直流給電線１０に接続されている直流負荷装置６の電力需要が変化しても、直流／直流変換器５が、直流給電線１０の電圧を所定の電圧に維持することで、直流給電線１０における電力の需給バランスを調整できる。

交流給電線９には、双方向インバータ装置４及び商用電力系統７が接続される。つまり、交流給電線９には、交流発電機３からの電力が、双方向インバータ装置４の交流／直流変換器４ａで交流／直流変換され及び直流／交流変換器４ｂで所定の交流電力に変換された上で供給され、並びに、商用電力系統７からの電力が、電力変換を受けずに供給される。

以上のように、発電システムＳは直流給電線１０及び交流給電線９を備えるので、直流負荷装置６は直流給電線１０へ接続すればよく、交流負荷装置８は交流給電線９へ接続すればよい。つまり、直流負荷装置６へ給電するに当たってその直流負荷装置６に電力変換器を併設する必要は無く、交流負荷装置８へ給電するに当たってその交流負荷装置８に電力変換器を併設する必要がなくなる。その結果、電力変換器を設けて電力変換を実施した場合に発生し得る電力変換損失を低減できる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、発電システムＳが１台の発電装置１１を備える例を説明したが、発電システムＳが複数台の発電装置を備えるように改変してもよい。例えば、発電システムＳが、太陽光発電装置や燃料電池などの直流発電装置を備えてもよい。その場合、太陽光発電装置や燃料電池などの直流発電装置に直流／直流変換器を併設し、その直流／直流変換器を介して直流発電装置と直流給電線１０とを接続すればよい。或いは、発電システムＳが図１に例示した発電装置１１とは別の交流発電装置を備えてもよい。その場合、その交流発電装置に交流／直流変換器４ａを併設し、その交流／直流変換器４ａの直流側を双方向インバータ装置４の直流部分４ｃに接続することもできる。

＜２＞
上記実施形態において、発電装置１１が増速装置２を備える例を説明したが、増速装置２を備えず、エンジン１の回転速度が直接、交流発電機３の回転速度として伝達されるように改変してもよい。

＜３＞
上記実施形態において、制御装置Ｃによる各変換器４ａ、４ｂ、５の動作制御の例を説明したが、制御装置Ｃによる各変換器４ａ、４ｂ、５の動作制御は上述した例に限定されず適宜変更可能である。

本発明は、直流負荷装置及び交流負荷装置に対して給電するための発電システムに利用できる。

１ エンジン
２ 増速装置
３ 交流発電機
４ 双方向インバータ装置
４ａ 交流／直流変換器
４ｂ 直流／交流変換器
４ｃ 直流部分
５ 直流／直流変換器
６ 直流負荷装置
７ 商用電力系統
８ 交流負荷装置
９ 交流給電線
１０ 直流給電線
１１ 発電装置
Ｃ 制御装置
Ｓ 発電システム

Claims (2)

1. 直流負荷装置への給電に用いられる直流給電線と、
   交流負荷装置への給電に用いられる交流給電線と、
   エンジンと、
   前記エンジンによって回転駆動される交流発電機と、
   交流／直流変換器及び直流／交流変換器を有して、前記交流／直流変換器の交流側に前記交流発電機が接続され且つ前記直流／交流変換器の交流側に、商用電力系統と連系される前記交流給電線が接続される双方向インバータ装置と、
   前記双方向インバータ装置の前記交流／直流変換器及び前記直流／交流変換器の間の直流部分と前記直流給電線との間に接続される直流／直流変換器とを備える発電システム。
2. 前記エンジンの回転速度を増速した状態で、前記エンジンの回転駆動力を前記交流発電機に伝達可能な増速装置を備える請求項１に記載の発電システム。

Images