JP2015050815A - エンジン発電機 - Google Patents
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Abstract
Description
エンジン、前記エンジンで駆動される発電機、前記発電機からの出力を整流する整流器、および、前記整流器からの直流電力を交流電力に変換するインバータを設け、前記整流器から前記インバータまでの経路に前記発電機と並列に、充電用導通手段および放電用導通手段を備えた電力貯蔵手段を設けたエンジン発電機であって、前記充電用導通手段および前記放電用導通手段への導通制御により前記電力貯蔵手段に対して充放電制御を行う構成とされており、前記充放電制御を行うに当たって前記整流器から前記インバータまでの経路の直流電圧を検知し、前記直流電圧が該直流電圧の目標電圧よりも大きい場合は前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比を前記電力貯蔵手段の前記放電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比よりも大きい値に設定し、前記直流電圧が前記目標電圧よりも小さい場合は前記電力貯蔵手段の前記放電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比を前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比よりも大きい値に設定することを特徴とするエンジン発電機。
エンジン、前記エンジンで駆動される発電機、前記発電機からの出力を整流する整流器、および、前記整流器からの直流電力を交流電力に変換するインバータを設け、前記整流器から前記インバータまでの経路に前記発電機と並列に、充電用導通手段および放電用導通手段を備えた電力貯蔵手段を設けたエンジン発電機であって、前記充電用導通手段および前記放電用導通手段への導通制御により前記電力貯蔵手段に対して充放電制御を行う構成とされており、前記充放電制御を行うに当たって前記整流器から前記インバータまでの経路の直流電圧を検知し、前記直流電圧が該直流電圧の目標電圧に不感帯分を加算した値よりも大きい場合は前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比を前記電力貯蔵手段の前記放電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比よりも大きい値に設定し、前記直流電圧が前記目標電圧から不感帯分を減算した値よりも小さい場合は前記電力貯蔵手段の前記放電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比を前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比よりも大きい値に設定することを特徴とするエンジン発電機。
次に、VSG制御について説明する。電流制御のインバータ120では、系統連系時に出力電圧・周波数を系統に依存するため、次のような不都合がある。すなわち、同期発電機と異なり電流制御の電源部110には慣性がないので系統の擾乱を吸収することができないという不都合や、系統連系と自立運転との無瞬断切り替えが困難であるという不都合がある。VSG制御は、これらの不都合を解消することができる。
次に、エンジン発電機100の自立運転時での電力貯蔵装置200によるエンジン111の回転数変化の抑制について説明する。
制御部130は、第1半導体スイッチS1および第2半導体スイッチS2への導通制御により電力貯蔵装置200に対して充放電制御を行う。そして、制御部130は、充放電制御を行うに当たって、直流電圧一定制御(第1実施形態)を行うか、或いは、不感帯を設けた直流電圧制御(第2実施形態)を行う構成とされている。
−直流電圧一定制御−
制御部130は、発電機112の自動電圧調整装置(AVR)および電力貯蔵装置200によって整流器113からインバータ120までの経路LN1,LN2間の直流電圧VDC(キャパシタ114の端子間電圧)を常時一定に保つように制御する。
次に、直流電圧一定制御の評価を行ったので、それについて図4および図5を参照しながら以下に説明する。
−不感帯を設けた直流電圧制御−
第1実施形態の直流電圧一定制御では、直流電圧VDCを一定に保つために常に電力貯蔵装置200を動作させる必要があるが、第2実施形態の不感帯を設けた直流電圧制御では、制御部130は、直流電圧VDCが不感帯から外れたときのみ電力貯蔵装置200が動作するように制御する。これは、電力貯蔵装置200が常に動作するのを回避し、電力貯蔵装置200での損失を低減させるためである。
第2実施形態の不感帯を設けた直流電圧制御を行う場合は、制御部130は、既述したように、電力貯蔵装置200での損失を低減するために負荷変動して不感帯から外れた際にのみ電力貯蔵装置200を動作させる。制御部130における記憶部(不揮発性メモリ)132には、直流電圧VDCに対する不感帯(不感帯幅ΔVDC)が予め設定されており、制御部130は、負荷変動によって直流電圧VDCが変動し、直流電圧VDCが不感帯から外れると、電力貯蔵装置200を動作させ、電力貯蔵装置200から電力を放出させるか、または、電力貯蔵装置200に電力を吸収させるように制御する。
まず、エンジン発電機100における制御部130において一定の不感帯を設定する場合について説明する。
次に、エンジン発電機100における制御部130において負荷電力Pに応じて不感帯を変化させる場合について説明する。
次に、不感帯を設けた直流電圧制御の評価を行ったので、それについて図10および図11を参照しながら以下に説明する。
2 不感帯一定
3 不感帯変化
図10および図11は、不感帯を設けた直流電圧制御の評価結果を示すグラフである。図10(a)および図11(a)は、それぞれ、条件2および条件3での直流電圧VDCの時間的変化を示しており、図10(b)および図11(b)は、それぞれ、条件2および条件3でのエンジン回転数の時間的変化を示している。なお、図10(a)および図11(a)では、不感帯の上限値、下限値および直流電圧指令値VDC *も示している。
ところで、一度負荷変動が起こると、EDLC210が充電もしくは放電され、負荷変動前と比べて蓄積できるエネルギーが変化し、次の負荷変動に対応できなくなるという不都合がある。
負荷変動後にEDLC電圧VEDLCを初期状態(EDLC210が予め充電している状態)での充電電圧(設定電圧VEDLC *)まで回復させるためには、電力貯蔵装置200を充電もしくは放電する必要がある。
図12に示すEDLC電圧VEDLCの電圧回復制御を行うためには、定常状態で直流電圧VDCが不感帯に入っていて電力貯蔵装置200が動作しないことが前提となっているため、不感帯を設けていない直流電圧一定制御時に、これと同じ電圧回復制御を適用することはできない。
第1実施形態によれば、充放電制御を行うに当たって整流器113からインバータ120までの経路LN1,LN2の直流電圧VDCを検知し、直流電圧VDCが直流電圧指令値VDC *(目標電圧)よりも大きい場合は電力貯蔵装置200の第1半導体スイッチS1に対するスイッチング制御におけるデューティ比dを電力貯蔵装置200の第2半導体スイッチS2に対するスイッチング制御におけるデューティ比dよりも大きい値に設定し、直流電圧VDCが直流電圧指令値VDC *(目標電圧)よりも小さい場合は電力貯蔵装置200の第2半導体スイッチS2に対するスイッチング制御におけるデューティ比dを電力貯蔵装置200の第1半導体スイッチS1に対するスイッチング制御におけるデューティ比dよりも大きい値に設定するので、負荷Loへの供給電力の不足量の演算を行う必要がない。従って、負荷Loへの供給電力の不足量の演算を行うことなく、自立運転時でのエンジン発電機100におけるエンジン111の回転数変動を抑えることができ、これにより、投入可能負荷量を増大させることができる。
第2実施形態によれば、充放電制御を行うに当たって整流器113からインバータ120までの経路LN1,Ln2の直流電圧VDCを検知し、直流電圧VDCが直流電圧指令値VDC *(目標電圧)に不感帯幅ΔVDC(不感帯分)を加算した値よりも大きい場合は電力貯蔵装置200の第1半導体スイッチS1に対するスイッチング制御におけるデューティ比dを電力貯蔵装置200の第2半導体スイッチS2に対するスイッチング制御におけるデューティ比dよりも大きい値に設定し、直流電圧VDCが直流電圧指令値VDC *(目標電圧)から不感帯幅ΔVDC(不感帯分)を減算した値よりも小さい場合は電力貯蔵装置200の第2半導体スイッチS2に対するスイッチング制御におけるデューティ比dを電力貯蔵装置200の第1半導体スイッチS1に対するスイッチング制御におけるデューティ比dよりも大きい値に設定するので、負荷Loへの供給電力の不足量の演算を行う必要がない。従って、負荷Loへの供給電力の不足量の演算を行うことなく、自立運転時でのエンジン発電機100におけるエンジン111の回転数変動を所定の許容回転数範囲に抑えることができ、これにより、投入可能負荷量を増大させることができる。
111 エンジン
112 発電機
113 整流器
120 インバータ
130 制御部
200 電力貯蔵装置(電力貯蔵手段の一例)
210 EDLC(電気二重層キャパシタ)
220 チョッパ回路
230 降圧チョッパ
231 第1降圧チョッパ
232 第2降圧チョッパ
233 第3降圧チョッパ
234 第4降圧チョッパ
240 昇圧チョッパ
241 第1昇圧チョッパ
242 第2昇圧チョッパ
243 第3昇圧チョッパ
244 第4昇圧チョッパ
LN1 正極側経路
LN2 負極側経路
Lo 負荷
P 負荷電力
S1 第1半導体スイッチ(充電用導通手段の一例)
S2 第2半導体スイッチ(放電用導通手段の一例)
VDC 直流電圧
VDC * 直流電圧指令値(目標電圧)
VEDLC EDLC電圧
VEDLC * 設定電圧
ΔVDC 不感帯幅(不感帯分)
d デューティ比(電流率)
d* デューティ比(電流率)指令値
τ 遅れの時定数
Claims (6)
- エンジン、前記エンジンで駆動される発電機、前記発電機からの出力を整流する整流器、および、前記整流器からの直流電力を交流電力に変換するインバータを設け、前記整流器から前記インバータまでの経路に前記発電機と並列に、充電用導通手段および放電用導通手段を備えた電力貯蔵手段を設けたエンジン発電機であって、
前記充電用導通手段および前記放電用導通手段への導通制御により前記電力貯蔵手段に対して充放電制御を行う構成とされており、
前記充放電制御を行うに当たって前記整流器から前記インバータまでの経路の直流電圧を検知し、前記直流電圧が該直流電圧の目標電圧よりも大きい場合は前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比を前記電力貯蔵手段の前記放電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比よりも大きい値に設定し、前記直流電圧が前記目標電圧よりも小さい場合は前記電力貯蔵手段の前記放電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比を前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比よりも大きい値に設定することを特徴とするエンジン発電機。 - 請求項1記載のエンジン発電機であって、
前記直流電圧が前記目標電圧に収束しているときで前記電力貯蔵手段の電圧が設定電圧よりも小さい場合に前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比を通常値よりも大きくして、前記充電用導通手段と前記放電用導通手段とのスイッチング制御におけるデューティ比の配分のうち、前記充電用導通手段側の配分を変更することを特徴とするエンジン発電機。 - エンジン、前記エンジンで駆動される発電機、前記発電機からの出力を整流する整流器、および、前記整流器からの直流電力を交流電力に変換するインバータを設け、前記整流器から前記インバータまでの経路に前記発電機と並列に、充電用導通手段および放電用導通手段を備えた電力貯蔵手段を設けたエンジン発電機であって、
前記充電用導通手段および前記放電用導通手段への導通制御により前記電力貯蔵手段に対して充放電制御を行う構成とされており、
前記充放電制御を行うに当たって前記整流器から前記インバータまでの経路の直流電圧を検知し、前記直流電圧が該直流電圧の目標電圧に不感帯分を加算した値よりも大きい場合は前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比を前記電力貯蔵手段の前記放電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比よりも大きい値に設定し、前記直流電圧が前記目標電圧から不感帯分を減算した値よりも小さい場合は前記電力貯蔵手段の前記放電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比を前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対するスイッチング制御におけるデューティ比よりも大きい値に設定することを特徴とするエンジン発電機。 - 請求項3記載のエンジン発電機であって、
負荷電力を検知し、前記不感帯を前記負荷電力に応じた値に所定値以上の時定数の遅れで変化させることを特徴とするエンジン発電機。 - 請求項3または請求項4に記載のエンジン発電機であって、
前記直流電圧が前記不感帯の範囲内にあるときで前記電力貯蔵手段の電圧が設定電圧よりも小さい場合に前記電力貯蔵手段の前記充電用導通手段に対してスイッチング制御することを特徴とするエンジン発電機。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のエンジン発電機であって、
前記電力貯蔵手段を所定電圧に回復するように前記放電用導通手段または前記充電用導通手段をスイッチング制御することを特徴とするエンジン発電機。
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