JP2014135844A - 発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷が急激に変動しても、ユーザの負荷構成から独立して負荷変動を吸収して安定して運転を継続する。
【解決手段】発電システム１５のコンバータ２とインバータ７の間に電力負荷吸収装置１２を設ける。電力負荷吸収装置１２は、電圧検出装置３によりコンバータ２とインバータ７の間の電圧の変動を負荷９の負荷変動として検知し、負荷９が急激に変動して電圧検出装置３により検出した電圧の値が急激に変動すると、電圧検出装置３により検出した電圧の値の増減に基づいて、デューティー比制御装置４がスイッチング装置５のデューティー比を制御して、電力消費手段６が消費する電力を増減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源に系統連系される発電システム及び商用電源に系統連系される発電システムに設けられた負荷変動吸収装置に関する。

従来から、離島、病院などにおいては、電力を発電する発電装置と電力会社などの商用電源とが系統連系され、発電装置及び商用電源の少なくともいずれか一方からの電力が負荷に供給される発電システムが設けられている。ここで、発電システムから電力が供給される負荷とは設備や電化製品などであり、ユーザが自由に負荷の増減を行ってしまうため、短時間に負荷が大きく変動しやすいことが特徴である。そこで、負荷が急激に変動した際には、発電装置が発電する電力が、負荷が必要とする電力以上である場合は、系統連系された商用電源に余剰の電力を供給し、発電装置が発電する電力が、負荷が必要とする電力未満である場合は、系統連系された商用電源から不足した電力が負荷に供給されることにより、負荷に安定的に電力を供給するように発電システムが構成されている。

そして、このような発電システムにおいて、バイナリ発電機など慣性力が大きい発電装置が用いられている場合は、商用電源の停電時など発電装置の自立運転時に、負荷が急激に変動すると、即座に発電量を調整することができず、問題が生じてしまう。具体的には、商用電源の停電時など発電装置の自立運転時に、負荷が急激に減少すると、発電装置の電力が余剰となり、電圧が上昇し、接続されている機器（補機類）や負荷に損傷を及ぼす可能性がある。また、商用電源の停電時など発電装置の自立運転時に、負荷が急激に増加すると、発電装置の電力が足りなくなり、電圧が低下し、それにより、駆動される負荷、接続されている機器（補機類、インバータ類）が電圧低下によりトリップしてしまい、正常に動作しない可能性がある。

そこで、この問題を軽減するため、特許文献１に示すコージェネレーションシステム（第３の実施形態）では、コージェネレーションシステムに負荷変動検知手段、電力消費手段、開閉手段及び駆動制御手段からなる負荷変動吸収手段を設け、負荷変動吸収手段は、負荷側に設けられた負荷変動検知手段が負荷低下を検知して、負荷低下信号に基づいて駆動制御手段により開閉手段を導通状態にし、電力消費手段に発電電力の一部が送給されて消費されることにより負荷変動を吸収するように構成している。

特開２００５−２４５２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたコージェネレーションシステムでは、コージェネレーションシステムに設けられた負荷変動吸収手段について、負荷変動検知手段を負荷側に設置しており、ユーザの負荷に対して負荷変動吸収手段を設置する必要があった。そのため、ユーザが負荷変動を検出しなければならならず、検出機能の故障に対して十分な検出ができないという問題がある。また、ユーザの負荷に対して負荷変動吸収手段を設置するため、ユーザのコージェネレーションシステムに立ち入ることが必要である。そのため、ユーザの負荷構成に依存して、ユーザの負荷構成の変更が生じた場合に影響を受けてしまい、負荷変動吸収手段をコージェネレーションシステムに設置する際の障害となっていた。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、負荷が急激に変動しても負荷変動を吸収して安定して運転を継続することができると共に、ユーザの負荷構成から独立して負荷変動を吸収することができる発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る発電システムは、交流電力を発生する発電装置と、前記発電装置からの交流電力を所定の直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を交流電力に変換し、商用電源と系統連系されるインバータと、前記インバータからの交流電力又は前記インバータと前記商用電源からの交流電力が供給される負荷と、前記コンバータと前記インバータとの間に具備され、前記負荷の変動を検知する負荷変動検知手段と、前記コンバータから前記インバータに供給される電力の一部を消費する電力消費手段と、前記負荷変動検知手段が検知した前記負荷の変動に基づいて前記電力消費手段が消費する電力を制御する消費電力制御手段と、を有する電力負荷吸収装置を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る電力負荷吸収装置は、交流電力を発生する発電装置と、前記発電装置からの交流電力を所定の直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を交流電力に変換し、商用電源と系統連系されるインバータと、前記インバータからの交流電力又は前記インバータと前記商用電源からの交流電力が供給される負荷と、を備える発電システムに設けられ、前記コンバータから前記インバータに供給される電力の一部を消費する電力消費手段と、前記負荷の変動を検知する負荷変動検知手段と、前記コンバータから前記インバータに供給される電力の一部を消費する電力消費手段と、前記負荷変動検知手段が検知した前記負荷の変動に基づいて前記電力消費手段が消費する電力を制御する消費電力制御手段と、を有して、前記コンバータと前記インバータとの間に具備されることを特徴とする。

これによると、発電システムのコンバータとインバータの間に電力負荷吸収装置を設け、負荷変動検知手段によりコンバータとインバータの間で負荷の変動を検知している。そして、商用電源の停電時など発電装置が自立運転している時に負荷が急激に変動した場合、発電システムに備えられた電力負荷吸収装置は、負荷変動検知装置により検出した負荷の変動に基づいて、消費電力制御手段により、電力消費手段が消費する電力を制御している。そのため、負荷が急激に減少すると、電力消費手段が消費する電力を増加させ、負荷が急激に増加すると、電力消費手段が消費する電力を減少させるように消費電力制御手段を制御することにより、負荷変動を吸収することができる。この結果、発電システムにおいて、負荷が急激に変動しても、安定して運転を継続することができる。
また、電力負荷吸収装置が、発電システムの負荷側ではなく、コンバータとインバータの間に設けられている。そのため、ユーザの負荷構成に依存することなく、ユーザの負荷構成から独立して負荷変動を吸収することができる。

ここで、本発明に係る発電システムの前記電力負荷吸収装置及び本発明に係る電力負荷吸収装置は、前記負荷変動検知手段が、前記コンバータと前記インバータの間の電圧を前記負荷の変動として検出する電圧検出手段であり、前記消費電力制御手段が、前記電力消費手段と前記コンバータとの間を導通・遮断する開閉手段、及び、前記電圧検出手段が検知した前記電圧の値に基づいて前記開閉手段の開閉タイミングを制御する駆動制御手段であって良い。

これによると、電力負荷吸収装置は、電圧検出手段により検出した電圧の値に基づいて負荷の変動を検出している。そして、負荷が急激に減少して電圧検出手段により検出した電圧の値が急激に上昇すると、電圧検出手段により検出した電圧の値に基づいて、消費電力制御装置が開閉手段の開閉タイミングを制御して導通する間隔を遮蔽する間隔より長くすることにより、電力消費手段が消費する電力を増加させて、電圧の上昇を抑制している。一方、負荷が急激に増加して電圧検出手段により検出した電圧の値が急激に低下すると、電圧検出手段により検出した電圧の値に基づいて、消費電力制御装置が開閉手段の開閉タイミングを制御して遮蔽する間隔を導通する間隔より長くすることにより、電力消費手段が消費する電力を減少させて、電圧の低下を抑制している。そのため、電圧検出手段が検出した電圧値が一定の電圧値となるように開閉手段の開閉タイミングを決定することにより、コンバータとインバータの間の電圧が所望の電圧になるように制御することができ、負荷にかかる電圧変動を軽減することができる。この結果、電力負荷吸収装置により、発電システムにおいて、負荷が急激に変動しても、安定して運転を継続することができる。

または、本発明に係る発電システムの前記電力負荷吸収装置及び本発明に係る電力負荷吸収装置は、前記負荷変動検知手段が、前記コンバータと前記インバータの間の電圧を前記負荷の変動として検出する電圧検出手段であり、前記電力消費手段が、電動機であり、前記消費電力制御手段が、前記電動機をベクトル制御するインバータ、及び、前記電圧検出手段が検知した前記電圧の値に基づいて前記インバータによる前記電動機の効率を制御する電動機効率制御手段であって良い。

これによると、電力負荷吸収装置は、電圧検出手段により検出した電圧の値に基づいて負荷の変動を検出している。そして、負荷が急激に減少して電圧検出手段により検出した電圧の値が急激に上昇すると、電圧検出手段により検出した電圧の値に基づいて、電動機効率制御手段がインバータを用いてベクトル制御により電動機の効率を上昇させることにより、電動機が消費する電力を増加させて、電圧の上昇を抑制している。一方、負荷が急激に増加して電圧検出手段により検出した電圧の値が急激に低下すると、電圧検出手段により検出した電圧の値に基づいて、電動機効率制御手段がインバータを用いてベクトル制御により電動機の効率を低下させることにより、電動機が消費する電力を減少させて、電圧の低下を抑制している。そのため、電圧検出手段が検出した電圧値が一定の電圧値となるようにベクトル制御により電動機の効率を決定することにより、コンバータとインバータの間の電圧が所望の電圧になるように制御することができ、負荷にかかる電圧変動を軽減することができる。この結果、電力負荷吸収装置により、発電システムにおいて、負荷が急激に変動しても、安定して運転を継続することができる。

本発明の発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置は、負荷が急激に変動しても負荷変動を吸収して安定して運転を継続することができると共に、ユーザの負荷構成から独立して負荷変動を吸収することができる。

第一の実施形態に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置の構成を示す概略図である。 第二の実施形態に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置の構成を示す概略図である。 本実施例に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置の構成を示す概略図である。 本実施例に係る負荷変動吸収装置の非作動時の負荷変動による電圧変動を示す図である。 本実施例に係る負荷変動吸収装置の作動時の負荷変動による電圧変動を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置を実施するための形態について、具体的な一例に即して説明する。尚、以下に説明するものは、例示したものにすぎず、本発明に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置の適用限界を示すものではない。すなわち、本発明に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置は、下記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。

［第一の実施形態］
第一の実施形態に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置について、図１に基づいて説明する。図１は、第一の実施形態に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置の構成を示す概略図である。

図１に示すように、発電システム１５は、交流電力を発生する発電装置１と、発電装置１からの交流電力を所定の直流電力に変換するコンバータ２と、コンバータ２からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源１１と系統連系されるインバータ７と、インバータ７と商用電源１１の少なくともいずれか一方からの交流電力が供給される負荷９と、コンバータ２とインバータ７との間に具備される電力負荷吸収装置１２とを備えている。

発電装置１は、所定の電力（例えば、三相電力）を発電する発電装置であり、自立運転可能であり、且つ、商用電源１１と連系運転可能な発電装置である。例えば、発電装置１としては、タービン発電装置やエンジン発電装置等の他、設備外の熱を熱源として利用して発電を行うバイナリ発電装置が用いられる。

コンバータ２は、発電装置１により発電される交流電力を直流電力に変換し、インバータ７は、コンバータ２により変換された直流電力を所定の電圧、周波数の交流電力に変換する。コンバータ２及びインバータ７を用いることにより、発電装置１により発電される交流電力を所定の電圧、周波数に変換することができる。

インバータ７は、コンタクタ１０を介して商用電源１１と系統連系される。コンタクタ１０は、系統連系ガイドライン準拠のコンタクタが用いられ、商用電源１１が停電の場合に商用電源１１とインバータ７との系統連系を遮断するように作動する。

負荷９は、コンタクタ８を介してインバータ７及び商用電源１１と接続されて、インバータ７と商用電源１１の少なくともいずれか一方からの交流電力が供給される。コンタクタ８は、負荷９への電力供給を中止する場合に、インバータ８及び商用電源１１との接続を遮断するように作動する。

ここで、インバータ７及び商用電源１１から負荷９へ供給される電力について説明する。負荷９に変動がなければ、インバータ７からの交流電力が負荷９に供給される。負荷９が急激に変動すると、インバータ７から負荷９に供給される電力が、負荷９が必要とする電力以上である場合、余剰の電力が商用電源１１に供給される。また、インバータ７から負荷９に供給される電力が、負荷９が必要とする電力未満である場合、不足の電力が商用電源１１から負荷９に供給される。これにより、負荷９に対して安定的な電圧、周波数の電力が供給することができる。

電力負荷吸収装置１２は、コンバータ２とインバータ７との間の直流配線間を結ぶように接続される。電力負荷吸収装置１２は、コンバータ２からインバータ７に出力される直流電力の一部を消費する電力消費装置（電力消費手段）６と、コンバータ２と電力消費装置６との間を導通・遮断するスイッチング装置（開閉手段）５と、負荷９の負荷変動を検知する電圧検出装置（負荷変動検知手段）３と、電圧検出装置３が検知した電圧値（負荷変動の値）に基づいて、スイッチング装置５の開閉タイミングを制御するデューティー比制御装置（駆動制御手段）４と、を有する。ここで、デューティー比制御装置４とスイッチング装置５とで、電圧検出装置３が検知した電圧の値に基づいて電力消費装置６が消費する電力を制御する消費電力制御手段を構成している。

電圧検出装置３は、コンバータ２とインバータ７との間の電圧を測定し、コンバータ２とインバータ７との間の電圧の変動を負荷９の負荷変動として検知する。電圧検出装置３は、コンバータ２とインバータ７との間の現在の電圧と、予め設定した所定の電圧とに基づいて変動を検出する。

デューティー比制御装置４は、電圧検出装置３で検出した電圧値が所定の電圧値となるようにスイッチング装置５のデューティー比（開閉タイミング）を決定してＰＷＭ制御を行う。そして、デューティー比制御装置４は、決定したデューティー比に基づいて、スイッチング装置５に対してＯＮの指令及びＯＦＦの指令を出力する。デューティー比制御装置４でスイッチング装置５のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、電力消費手段６にて消費される電力が制御され、これにより、電圧検出装置３にて検出する電圧を所定の電圧することができる。

デューティー比制御装置４は、例えば、ＰＩＤ制御により、予め設定した電圧目標値と現在の電圧の偏差により、デューティー比５０％を中心にデューティー比を調整しても良いし、現在の電圧値から予め実験に基づいて設定した関係式やテーブルに基づいてデューティー比を調整しても良い。

スイッチング装置５は、コンバータ２と電力消費装置６との間に接続され、デューティー比制御装置４に制御されてコンバータ２と電力消費装置６との間を導通・遮断（ＯＮ／ＯＦＦ）する。スイッチング装置５は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＳＲ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）、ＳＳＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）等のスイッチング素子を用いる。

ここで、スイッチング装置５としてＩＧＢＴのパワースイッチング素子を用いた場合、スイッチング装置（ＩＧＢＴ）５に対してデューティー比制御装置４によりＯＮの指令が入力されると、ＩＧＢＴ５のゲートに対してスイッチング動作によりＯＮにするために電圧を印加して、ゲートからエミッタへ電流を流す。ＩＧＢＴ５のゲートからエミッタへ電流が流れると、コレクタからエミッタへ電流が流れ始めて、電力消費装置６に電流が流される。一方、ＩＧＢＴ５に対してデューティー比制御装置４によりＯＦＦの指令が入力されると、ＩＧＢＴ５のゲートに対してスイッチング動作によりＯＦＦにするためにマイナスの電圧を印加して、エミッタからゲートへ電流を流す。ＩＧＢＴ５のエミッタからゲートへ電流が流れると、コレクタからエミッタへ流れていた電流が止まり、電力消費装置６へ流されていた電流も止まる。尚、ＩＧＢＴ５に、スイッチング時の電流の向きと反対向きに流れることを許容する整流子を並列に設けても良い。

また、スイッチング装置５としてＳＳＲ、ＳＳＣのスイッチング素子を用いた場合は、スイッチング装置５に対してデューティー比制御装置４によりＯＮの指令が入力されると、スイッチをＯＮすることにより、電力消費装置６に電流を流す。一方、スイッチング装置５に対してデューティー比制御装置４によりＯＦＦの指令が入力されると、スイッチをＯＦＦすることにより、電力消費装置６に流している電流を止める。

電力消費装置６は、発電装置１からコンバータ２及びインバータ７を介して負荷９に供給される電力の一部を消費する。電力消費装置６は、より詳細には、コンバータ２からインバータ７に出力される直流電力の一部を消費する。電力消費装置６として、例えば、抵抗（ヒータ）を用いる。

このように、第一の実施形態に係る発電システム１５及び発電システム１５に設けられた負荷変動吸収装置１２は、発電システム１５のコンバータ２とインバータ７の間に電力負荷吸収装置１２を設け、電圧検出装置３によりコンバータ２とインバータ７の間の電圧の変動を負荷９の負荷変動として検知している。そして、商用電源１１の停電時など発電装置１が自立運転している時に、負荷９が急激に減少して電圧検出装置３により検出した電圧の値が急激に上昇すると、電圧検出装置３により検出した電圧の値に基づいて、デューティー比制御装置４がスイッチング装置５のデューティー比を制御して導通する間隔を遮蔽する間隔より長くすることにより、電力消費手段６が消費する電力を増加させて、電圧の上昇を抑制している。一方、負荷９が急激に増加して電圧検出装置３により検出した電圧の値が急激に低下すると、電圧検出装置３により検出した電圧の値に基づいて、デューティー比制御装置４がスイッチング装置５のデューティー比を制御して遮蔽する間隔を導通する間隔より長くすることにより、電力消費手段６が消費する電力を減少させて、電圧の低下を抑制している。そのため、電圧検出装置３が検出した電圧値が一定の電圧値となるようにスイッチング装置５のデューティー比を決定することにより、コンバータ２とインバータ７の間の電圧が所望の電圧になるように制御することができ、負荷９にかかる電圧変動を軽減することができる。この結果、電力負荷吸収装置１２により、発電システム１５において、負荷が急激に変動しても、安定して運転を継続することができる。

また、第一の実施形態に係る発電システム１５に設けられた負荷変動吸収装置１２は、発電システム１５の負荷９側ではなく、コンバータ２とインバータ７の間に設けられているため、ユーザの負荷構成に依存することなく、ユーザの負荷構成から独立して負荷変動を吸収することができる。

［第二の実施形態］
第二の実施形態に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置について、図２に基づいて説明する。図２は、第二の実施形態に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置の構成を示す概略図である。

図２に示すように、発電システム１１５は、交流電力を発生する発電装置１０１と、発電装置１０１からの交流電力を所定の直流電力に変換するコンバータ１０２と、コンバータ１０２からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源１１１と系統連系されるインバータ１０７と、インバータ１０７と商用電源１１１の少なくともいずれか一方からの交流電力が供給される負荷１０９と、コンバータ１０２とインバータ１０７との間に具備される電力負荷吸収装置１１２とを備えている。

第二の実施形態に係る発電システム１１５は、電力負荷吸収装置１１２の構成以外は、第一の実施形態に係る発電システム１５と同じである。従って、第二の実施形態に係る発電システム１１５の電力負荷吸収装置１１２の構成以外については、その説明を省略する。

電力負荷吸収装置１１２は、コンバータ１０２とインバータ１０７との間の直流配線間を結ぶように接続される。電力負荷吸収装置１１２は、コンバータ１０２からインバータ１０７に出力される直流電力の一部を消費する電動機（電力消費手段）１０６と、コンバータ１０２と電動機１０６との間に接続されて電動機１０６をベクトル制御するインバータ１０５と、負荷１０９の負荷変動を検知する電圧検出装置（負荷変動検知手段）１０３と、電圧検出装置１０３が検知した電圧値（負荷変動の値）に基づいて、インバータ１０５を用いて電動機１０６の効率を制御する電動機効率制御装置（電動機効率制御手段）１０４と、を有する。ここで、電動機効率制御装置１０４とインバータ１０５とで、電圧検出装置１０３が検知した電圧の値に基づいて電動機１０６が消費する電力を制御する消費電力制御手段を構成している。

電圧検出装置１０３は、コンバータ１０２とインバータ１０７との間の電圧を測定し、コンバータ１０２とインバータ１０７との間の電圧の変動を負荷１０９の負荷変動として検知する。電圧検出装置１０３は、コンバータ１０２とインバータ１０７との間の現在の電圧と、予め設定した所定の電圧とに基づいて変動を検出する。

電動機１０６は、発電装置１０１からコンバータ１０２及びインバータ１０７を介して負荷１０９に供給される電力の一部を消費する。電動機１０６は、より詳細には、コンバータ１０２からインバータ１０７に出力される直流電力の一部を、インバータ１０５で所定の電圧、周波数の交流電力に変換して消費する。電動機１０６として、例えば、固定子の作る回転磁界により電気伝導体の回転子に誘導電流を発生させ滑りに対応した回転トルクを発生させる誘導電動機や、ロータ内部に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｔ Ｍａｇｎｅｔ）同期電動機、ロータ表面に永久磁石を装着するＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｔ Ｍａｇｎｅｔ）同期電動機等のＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｔ Ｍａｇｎｅｔ）同期電動機を用いる。

電動機効率制御装置１０４は、電圧検出装置１０３が検知した電圧値に基づいて、インバータ１０５を用いて電動機１０６をベクトル制御することにより、電動機１０６の効率を制御する。例えば、電動機１０６が、ＳＰＭ同期電動機である場合は、ベクトル制御において、発生するトルクは、ｑ軸電流に依存し、ｄ軸電流には依存しない。そこで、電動機効率制御装置１０４は、インバータ１０５により電動機１０６に、電圧検出装置１０３が検知した電圧値に応じたｄ軸電流を流すようにベクトル制御して、電動機１０６の効率を制御する。これにより、電動機１０６は、必要とされる出力（回転数、トルク）を保ったまま、効率を制御することができる。

第二の実施形態に係る発電システム１１５及び発電システム１１５に設けられた負荷変動吸収装置１１２は、発電システム１１５のコンバータ１０２とインバータ１０７の間に電力負荷吸収装置１１２を設け、電圧検出装置１０３によりコンバータ１０２とインバータ１０７の間の電圧の変動を負荷１０９の負荷変動として検知している。そして、商用電源１１１の停電時など発電装置１０１が自立運転している時に、負荷１０９が急激に減少して電圧検出装置１０３により検出した電圧の値が急激に上昇すると、電圧検出装置１０３により検出した電圧の値に基づいて、電動機効率制御装置１０４がインバータ１０５を用いてベクトル制御により電動機１０６の効率を上昇させることにより、電動機１０６が消費する電力を増加させて、電圧の上昇を抑制している。一方、負荷が急激に増加して電圧検出装置１０３により検出した電圧の値が急激に低下すると、電圧検出装置１０３により検出した電圧の値に基づいて、電動機効率制御装置１０４がインバータ１０５を用いてベクトル制御により電動機１０６の効率を低下させることにより、電動機１０６が消費する電力を減少させて、電圧の低下を抑制している。そのため、電圧検出装置１０３が検出した電圧値が一定の電圧値となるようにベクトル制御により電動機１０６の効率を決定することにより、コンバータ１０２とインバータ１０７の間の電圧が所望の電圧になるように制御することができ、負荷１０９にかかる電圧変動を軽減することができる。この結果、電力負荷吸収装置１１２により、発電システムに１１５おいて、負荷１０９が急激に変動しても、安定して運転を継続することができる。

また、第二の実施形態に係る発電システム１１５に設けられた負荷変動吸収装置１１２は、発電システム１１５の負荷１０９側ではなく、コンバータ１０２とインバータ１０７の間に設けられているため、ユーザの負荷構成に依存することなく、ユーザの負荷構成から独立して負荷変動を吸収することができる。

続いて、本実施例に係る発電システムに設けられた負荷変動吸収装置について、図３〜５を用いて具体的に説明する。図３は、本実施例に係る発電システム及び発電システムに設けられた負荷変動吸収装置の構成を示す概略図である。図４は、本実施例に係る負荷変動吸収装置の非作動時の負荷変動による電圧変動を示す図である。図５は、本実施例に係る負荷変動吸収装置の作動時の負荷変動による電圧変動を示す図である。

図３に示す通り、本実施例に係る発電システム２０は、上述した図１に示す第一の実施形態に係る発電システム１５の構成を簡略化してシミュレーションを行ったものである。即ち、発電装置１及びコンバータ２の代わりに発電機（ＤＣ電源）２１を用いる。そして、インバータ１０７、コンタクタ１０８の構成を省いて、発電機２１と負荷２２とを直接接続する。また、商用電源１１との接続がないため、コンタクタ１０及び商用電源１１の構成を省略した。

また、本実施例に係る発電システム２０は、負荷２２として模擬ユーザ負荷を用いる。疑似ユーザ負荷は、図示しない負荷変動生成手段を用いてその負荷を変動することができる。

負荷変動吸収装置１２は上述した図１に示す第一の実施形態に係る発電システム１５の負荷変動吸収装置１２と構成が同じである。そして、負荷変動吸収装置１２においては、電力消費手段６として抵抗を用い、スイッチング装置５としてＩＧＢＴのスイッチング素子を用いる。

また、デューティー比制御手段４は、電圧検出装置３で測定した現在の電圧値と予め設定した電圧目標値に基づいてＰＩＤ制御によりデューティー比を変更し、ＰＷＭ制御によりスイッチング装置５を作動する。

以上の構成の発電システム２０でシミュレーションした結果を、図４及び図５に示す。図４は、負荷変動吸収装置１２の非作動時の発電システム２０における消費電力（ａ）と負荷側電圧値（ｂ）を示す図であり、図５は、負荷変動吸収装置１２の作動時の発電システム２０における消費電力（ａ）と負荷側電圧値（ｂ）を示す図である。また、図４及び図５に示す消費電力は、負荷２２の消費電力と、負荷変動吸収装置１２に備えられた電力消費手段６の消費電力である。また、図４及び図５に示す負荷側電圧値は、負荷２２の負荷電圧である（図３参照）。なお、図４及び図５における消費電力の多少のずれは、負荷変動吸収装置を動作させることに起因するものであり、特に影響を及ぼすものではない。

図４及び図５に示すように、本実施例に係る発電システム２０において、負荷変動吸収装置１２の非作動時に比べて、負荷変動吸収装置１２の作動時は、負荷２２にかかる負荷電圧の変動が抑制されていることがわかる。これにより、本実施例に係る発電システム２０は、負荷２２への過電圧あるいは定電圧によるトリップ、破損を防止することができ、負荷２２が急激に変動しても負荷変動を吸収して安定して運転を継続することができることがわかる。

また、図３に示すように、本実施例に係る発電システム２０において、負荷変動吸収装置１２は、負荷２２の構成から独立して設けられている。これにより、ユーザの負荷構成から独立して負荷変動を吸収することができていることがわかる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

第一の実施形態に係る負荷変動吸収装置１２において、スイッチング装置５の開閉タイミングを制御する駆動制御手段４は、ＰＷＭ制御を行うデューティー比制御装置に限らない。駆動制御手段４は、スイッチング装置５の開閉タイミングを制御できるものであれば、他の制御装置であっても良い。例えば、ＰＷＭ制御を行うデューティー比制御装置以外の駆動制御手段４として、複数の抵抗器を用意し、負荷変動に合わせて通電する抵抗器を選択する制御装置を用いることができる。

１ 発電装置
２ コンバータ
３ 電圧検出装置（負荷変動検知手段）
４ デューティー比制御装置（駆動制御手段）
５ スイッチング装置（開閉手段）
６ 電力消費手段
７ インバータ
９ 負荷
１１ 商用電源
１２ 負荷変動吸収装置
１５ 発電システム
２０ 発電システム
２１ 発電機（発電装置）
２２ 負荷
１０１ 発電装置
１０２ コンバータ
１０３ 電圧検出装置（負荷変動検知手段）
１０４ 電動機効率制御装置
１０５ インバータ
１０６ 電動機
１０７ インバータ
１０９ 負荷
１１１ 商用電源
１１２ 負荷変動吸収装置
１１５ 発電システム

Claims (6)

1. 交流電力を発生する発電装置と、
   前記発電装置からの交流電力を所定の直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータからの直流電力を交流電力に変換し、商用電源と系統連系されるインバータと、
   前記インバータからの交流電力又は前記インバータと前記商用電源からの交流電力が供給される負荷と、
   前記コンバータと前記インバータとの間に具備され、前記負荷の変動を検知する負荷変動検知手段と、前記コンバータから前記インバータに供給される電力の一部を消費する電力消費手段と、前記負荷変動検知手段が検知した前記負荷の変動に基づいて前記電力消費手段が消費する電力を制御する消費電力制御手段と、を有する電力負荷吸収装置を備えることを特徴とする発電システム。
2. 前記電力負荷吸収装置は、
   前記負荷変動検知手段が、前記コンバータと前記インバータの間の電圧を前記負荷の変動として検出する電圧検出手段であり、
   前記消費電力制御手段が、前記電力消費手段と前記コンバータとの間を導通・遮断する開閉手段、及び、前記電圧検出手段が検知した前記電圧の値に基づいて前記開閉手段の開閉タイミングを制御する駆動制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
3. 前記電力負荷吸収装置は、
   前記負荷変動検知手段が、前記コンバータと前記インバータの間の電圧を前記負荷の変動として検出する電圧検出手段であり、
   前記電力消費手段が、電動機であり、
   前記消費電力制御手段が、前記電動機をベクトル制御するインバータ、及び、前記電圧検出手段が検知した前記電圧の値に基づいて前記インバータによる前記電動機の効率を制御する電動機効率制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
4. 交流電力を発生する発電装置と、前記発電装置からの交流電力を所定の直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を交流電力に変換し、商用電源と系統連系されるインバータと、前記インバータからの交流電力又は前記インバータと前記商用電源からの交流電力が供給される負荷と、を備える発電システムに設けられ、
   前記コンバータから前記インバータに供給される電力の一部を消費する電力消費手段と、
   前記負荷の変動を検知する負荷変動検知手段と、
   前記コンバータから前記インバータに供給される電力の一部を消費する電力消費手段と、
   前記負荷変動検知手段が検知した前記負荷の変動に基づいて前記電力消費手段が消費する電力を制御する消費電力制御手段と、を有して、前記コンバータと前記インバータとの間に具備されることを特徴とする電力負荷吸収装置。
5. 前記負荷変動検知手段が、前記コンバータと前記インバータの間の電圧を前記負荷の変動として検出する電圧検出手段であり、
   前記消費電力制御手段が、前記電力消費手段と前記コンバータとの間を導通・遮断する開閉手段、及び、前記電圧検出手段が検知した前記電圧の値に基づいて前記開閉手段の開閉タイミングを制御する駆動制御手段であることを特徴とする請求項４に記載の電力負荷吸収装置。
6. 前記負荷変動検知手段が、前記コンバータと前記インバータの間の電圧を前記負荷の変動として検出する電圧検出手段であり、
   前記電力消費手段が、電動機であり、
   前記消費電力制御手段が、前記電動機をベクトル制御するインバータ、及び、前記電圧検出手段が検知した前記電圧の値に基づいて前記インバータによる前記電動機の効率を制御する電動機効率制御手段であることを特徴とする請求項４に記載の電力負荷吸収装置。