JP2016040998A - インバータシステム、及び、電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動用電力が低減されたインバータシステムとこのインバータシステムを用いた電力供給システムとを提供する。【解決手段】インバータシステム１０５はインバータ群３とコントローラ５とを備える。インバータ群３は、主インバータであるインバータ３１と副インバータであるインバータ３２〜３４とを備える。コントローラ５は、インバータ群３の出力電圧が基準範囲を下回った場合には、インバータ３２〜３４のうち停止中の副インバータを駆動し、インバータ群３の出力電圧が基準範囲を上回った場合には、インバータ３２〜３４のうち駆動中の副インバータを停止することによって、インバータ群３の出力電圧を基準範囲内とするように制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、インバータシステムと電力供給システムとに関する。

特許文献１は、制御対象負荷の大きさに応じて交流電力出力を制御するインバータ装置が開示されている。このインバータ装置は、直流コンデンサと単位インバータとを含む組を三つ備え、制御対象負荷の大きさが例えば定格値の１／３以下の軽負荷の場合には一台の単位インバータのみをスイッチング動作させ、他の二台の単位インバータを、スイッチング動作が停止した待機状態とする。

特開平６−７０５４８号公報

従来では、例えば蓄電池からの直流電力を交流電力に変換する場合、最大負荷の容量を満たす一台のインバータが用いられる。ところで、一般に、インバータは、出力の大きさにかからず、駆動用電力として容量に応じた略一定の電力を消費する。例えば５［ｋＷ］の容量を有するインバータは、出力の大きさにかかわらず、この容量（５［ｋＷ］）の例えば１％の電力（５０［Ｗ］）を駆動用電力として消費する。従って、比較的に大きな負荷変動が生じるシステムでは、インバータの損失割合（消費電力のうち駆動用電力の占める割合）は、低負荷時の場合において比較的に大きくなる。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、駆動用電力が低減されたインバータシステムとこのインバータシステムを用いた電力供給システムとを提供することである。

本発明に係るインバータシステムは、コントローラとインバータ群とを備え、前記インバータ群は、主インバータと一又は複数の副インバータとを備え、前記主インバータの入力と前記一又は複数の副インバータのそれぞれの入力とは、相互に接続されていると共に、外部の直流電源に接続される直流入力線の一端に接続され、前記主インバータの出力と前記一又は複数の副インバータのそれぞれの出力とは、相互に接続されていると共に、外部の交流負荷に接続される交流出力線の一端に接続され、前記コントローラは、電圧検出部と判定部と制御部とを備え、前記交流出力線と前記一又は複数の副インバータのそれぞれとに接続され、前記一又は複数の副インバータのそれぞれの駆動及び停止を制御し、前記電圧検出部は、前記交流出力線の電圧値を検出し、前記判定部は、前記電圧検出部によって検出される前記電圧値が基準範囲にあるか否かを判定し、前記制御部は、前記一又は複数の副インバータのうち停止中の副インバータがある場合であって前記電圧検出部によって検出される前記電圧値が前記基準範囲を下回っていると前記判定部によって判定される場合には、前記電圧値が前記基準範囲となるように前記停止中の副インバータを駆動し、前記一又は複数の副インバータのうち駆動中の副インバータがある場合であって前記電圧検出部によって検出される前記電圧値が前記基準範囲を上回っていると前記判定部によって判定される場合には、前記電圧値が前記基準範囲となるように前記駆動中の副インバータを停止する、ことを特徴とする。

インバータシステムに接続される交流負荷のために必要となる最大容量よりも少ない容量の主インバータと一又は複数の副インバータとを用いることができ、主インバータ及び副インバータの何れも、各インバータの容量の数％の駆動用電力が必要となるが、本発明に係るインバータシステムによれば、負荷電力に応じて、一又は複数の副インバータのそれぞれの駆動・停止を制御することができるので、本発明に係るインバータシステムの駆動用電力は、負荷電力に応じて一又は複数の副インバータの駆動・停止が制御されることに伴って増減される。従って、本発明に係るインバータシステムの駆動用電力は、交流負荷のために必要となる最大容量に対応する容量を有する一台のインバータのみが用いられるインバータシステムと比較して、低減が可能となる。

本発明に係るインバータシステムでは、前記主インバータの容量は、前記一又は複数の副インバータのそれぞれの容量よりも小さい、ことを特徴とする。

従って、本発明に係るインバータシステムでは、主インバータが常時駆動しているものとすれば、インバータシステムの駆動用電力の最小値は、インバータ群の全てのインバータのうち駆動用電力の最も少ない主インバータの駆動用電力のみとなるので、本発明に係るインバータシステムの駆動用電力がより一層低減される。

本発明に係る電力供給システムは、前記の何れかのインバータシステムと、蓄電池とを備え、前記インバータシステムは、前記蓄電池に蓄電された直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を交流負荷に出力する。電力供給システムは商用電力系統から独立しているので、電力供給システムにおいて利用可能な電力は蓄電池から出力される電力であり限られる。

従って、このような電力供給システムにおいては、電力消費を低減することが望まれる。インバータシステムは、上述のように駆動用電力を低減できる構成を備えるので、電力供給システムにおける電力消費もインバータシステムによって低減される。

本発明によれば、駆動用電力が低減されたインバータシステムとこのインバータシステムを用いた電力供給システムとを提供できる。

実施形態に係る電力供給システムの構成を模式的に示す図である。 実施形態に係るインバータシステムの構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、実施形態に係る電力供給システム１の構成を模式的に示す図である。電力供給システム１は、直流電力を直流負荷と交流負荷とに供給するシステムであり、商用電力系統から完全に独立している。電力供給システム１は、蓄電池１０２（外部の直流電源）とＤＣ／ＤＣコンバータ１０３と交流負荷１０４とインバータシステム１０５と直流負荷１０６とＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と直流線路１０８とを備える。

蓄電池１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を介して直流線路１０８に接続される。交流負荷１０４は、インバータシステム１０５を介して直流線路１０８に接続され、直流負荷１０６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７を介して直流線路１０８に接続される。蓄電池１０２から出力される直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３とインバータシステム１０５を介して交流負荷１０４に供給される。蓄電池１０２から出力される直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３とＤＣ／ＤＣコンバータ１０７とを介して直流負荷１０６に供給される。特に、インバータシステム１０５は、蓄電池１０２に蓄電された直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を交流負荷１０４に送る。

図２は、図１に示すインバータシステム１０５の構成を模式的に示す図である。インバータシステム１０５は、インバータ群３とコントローラ５とを備える。インバータ群３は、直流電力を交流電力に変換する。インバータ群３は、主インバータと一又は複数の副インバータとを備える。

インバータ３１は、主インバータの一例である。インバータ３１は、直流電力を交流電力に変換する。インバータ３１は、入力３１ａと出力３１ｂとを備える。

インバータ３２、インバータ３３、インバータ３４は、何れも、副インバータの一例であり、同様の構成であることができる。インバータ３２は、入力３２ａと出力３２ｂとを備える。インバータ３３は、入力３３ａと出力３３ｂとを備える。インバータ３４は、入力３４ａと出力３４ｂとを備える。副インバータであるインバータ３２〜３４は、何れも、直流電力を交流電力に変換する。

インバータシステム１０５の容量は、インバータシステム１０５に接続される交流負荷のために必要となる最大容量と同様であるか又はこの最大容量以上である。例えば、インバータシステム１０５の容量は、インバータシステム１０５に接続される交流負荷のために必要となる最大容量が５［ｋＷ］の場合、この最大容量と同じ５［ｋＷ］であることができる。この場合、インバータ３１の容量は、５００［Ｗ］であることができ、副インバータであるインバータ３２〜３４それぞれの容量は、何れも、１．５［ｋＷ］であることができる。また、主インバータであるインバータ３１の容量は、副インバータであるインバータ３２〜３４それぞれの容量よりも小さいものとなっているこができる。

主インバータであるインバータ３１、及び、副インバータであるインバータ３２〜３４の何れも、インバータの駆動用電力に、各インバータの容量の数％（一例として１％）が必要となる。例えば、インバータ３１の駆動用電力は、インバータ３１の容量が５００［Ｗ］の場合には５００［Ｗ］の１％である５［Ｗ］となり、インバータ３１が駆動中の場合には、インバータ３１の出力値によらずに常時５［Ｗ］が消費される。従って、副インバータであるインバータ３２〜３４の駆動・停止を制御できれば、インバータシステム１０５の駆動用電力の増減も好適に制御可能となる。主インバータであるインバータ３１が常時駆動しているものとすれば、インバータシステム１０５の駆動用電力の最小値は、インバータ３１の駆動用電力のみとなる。

インバータ３１〜３４それぞれの入力３１ａ〜３４ａは、相互に接続されおり、直流入力線１０５ａの一端に接続される。直流入力線１０５ａの他端は、直流線路１０８に接続され、直流線路１０８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を介して蓄電池１０２に接続される。インバータシステム１０５には、直流入力線１０５ａ、直流線路１０８、及びＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を介して、蓄電池１０２から出力される直流電力が入力される。インバータ３１〜３４それぞれの出力３１ｂ〜３４ｂは、相互に接続されており、交流出力線１０５ｂの一端に接続される。交流出力線１０５ｂの他端は、交流負荷１０４に接続される。インバータシステム１０５は、交流出力線１０５ｂを介して、交流電力を交流負荷１０４に出力する。

コントローラ５は、電圧検出部５１と判定部５２と制御部５３とを備える。コントローラ５は、電圧検出線１１を介して交流出力線１０５ｂに接続され、信号線１３ａ〜１３ｃそれぞれを介して副インバータであるインバータ３２〜３４それぞれとに接続される。コントローラ５は、副インバータであるインバータ３２〜３４それぞれの駆動及び停止を制御する。

電圧検出部５１は、電圧検出器であり、電圧値をアナログデータとして検出し、検出した電圧値をデジタルデータに変換して判定部５２に送る。判定部５２と制御部５３とは、コントローラ５のＣＰＵが実行するコンピュータプログラムの機能を表している。

電圧検出部５１は、電圧検出線１１を介して交流出力線１０５ｂに接続されている。電圧検出部５１は、電圧検出線１１を介して交流出力線１０５ｂの電圧値をアナログデータとして検出し、検出した交流出力線１０５ｂの電圧値のアナログデータをデジタルデータに変換して判定部５２に送る。

判定部５２は、電圧検出部５１によって検出される交流出力線１０５ｂの電圧値を示すデジタルデータを電圧検出部５１から受けると、この電圧値が、予め好適に設定される基準範囲にあるか否かを判定し、この判定結果を示すデジタルデータを制御部５３に送る。

制御部５３は、信号線１３ａを介してインバータ３２との間で信号の送受信を行い、信号線１３ｂを介してインバータ３３との間で信号の送受信を行い、信号線１３ｃを介してインバータ３４との間で信号の送受信を行う。制御部５３とインバータ３２〜３４それぞれとの間で送受信される信号は、アナログ及びデジタルの何れかである。制御部５３は、副インバータであるインバータ３２〜３４のうち、停止中の副インバータが何れであり、駆動中の副インバータが何れであるかを、信号線１３ａ〜１３ｃを介して常に監視する。制御部５３は、電圧検出部５１によって検出される交流出力線１０５ｂの電圧値が基準範囲にあるか否かの判定結果を示すデジタルデータを、判定部５２から受ける。

制御部５３は、判定部５２からの判定結果を参照し、副インバータであるインバータ３２〜３４のうち停止中の副インバータがある場合であって電圧検出部５１によって検出される交流出力線１０５ｂの電圧値が基準範囲を下回っていると判定部５２によって判定される場合には、交流出力線１０５ｂの電圧値が基準範囲となように、副インバータであるインバータ３２〜３４のうち停止中の副インバータの何れかを駆動する。制御部５３は、副インバータであるインバータ３２〜３４のうち停止中の副インバータが複数ある場合には、交流出力線１０５ｂの電圧値が基準範囲に至るまで、一又は複数の副インバータ（インバータ３２〜３４の何れか）を駆動する。

制御部５３は、判定部５２からの判定結果を参照し、電圧検出部５１によって検出される交流出力線１０５ｂの電圧値が基準範囲を下回っていると判定部５２によって判定される場合であっても、副インバータであるインバータ３２〜３４のうち停止中の副インバータが無い場合には、インバータ群３の現在の動作状態をそのまま維持する。

制御部５３は、判定部５２からの判定結果を参照し、副インバータであるインバータ３２〜３４のうち駆動中の副インバータがある場合であって電圧検出部５１によって検出される交流出力線１０５ｂの電圧値が基準範囲を上回っていると判定部５２によって判定される場合には、交流出力線１０５ｂの電圧値が基準範囲となるように、副インバータであるインバータ３２〜３４のうち駆動中の副インバータの何れかを停止する。

制御部５３は、副インバータであるインバータ３２〜３４のうち駆動中の副インバータが複数ある場合には、交流出力線１０５ｂの電圧値が基準範囲に至るまで、一又は複数の副インバータ（インバータ３２〜３４の何れか）を停止する。制御部５３は、判定部５２からの判定結果を参照し、電圧検出部５１によって検出される交流出力線１０５ｂの電圧値が基準範囲を上回っていると判定部５２によって判定される場合であっても、副インバータであるインバータ３２〜３４のうち駆動中の副インバータが無い場合には、インバータ群３の現在の動作状態をそのまま維持する。

上記の構成を備えるインバータシステム１０５では、インバータシステム１０５に接続される交流負荷のために必要となる最大容量よりも少ない容量をそれぞれ有する主インバータ（インバータ３１）と一又は複数の副インバータ（インバータ３２〜３４）とが用いられる。主インバータであるインバータ３１、及び、副インバータであるインバータ３２〜３４の何れも、各インバータの容量の数％が駆動用電力として必要となる。また、負荷電力に応じて、副インバータであるインバータ３２〜３４それぞれの駆動・停止が制御される。従って、インバータシステム１０５で必要となる駆動用電力は、負荷電力に応じて副インバータであるインバータ３２〜３４それぞれの駆動・停止が制御されることに伴って増減されるので、交流負荷のために必要となる最大容量に対応する容量を有する一台のインバータのみを用いるようなインバータシステムと比較して、低減が可能となる。

また、電力供給システム１は商用電力系統から完全に独立しているので、電力供給システム１において利用可能な電力は蓄電池１０２から出力される電力であり限られている。このように利用可能な電力が限られている電力供給システム１においては、電力消費をできるだけ低減することが望まれる。特に、電力供給システム１に用いられるインバータシステムの駆動用電力が比較的に小さい場合でも、１日分の電力消費量としては比較的大きな値となるので、インバータシステムの駆動用電力を少しでも低減することが必要となる。本実施形態に係るインバータシステム１０５は、上述のように駆動用電力を十分に低減できる構成を備え、例えば１０台程度のインバータを備えるインバータシステム１０５の場合にはインバータシステム１０５の電力消費量は従来のインバータシステムに比較して概ね１／７の程度に低減できるので、インバータシステム１０５によって電力供給システム１における電力消費も十分に低減される。

また、主インバータであるインバータ３１の容量は、副インバータであるインバータ３２〜３４それぞれの容量よりも小さいものとなっている。主インバータであるインバータ３１が常時駆動しているものとすれば、インバータシステム１０５の駆動用電力の最小値は、インバータ群３の全てのインバータ（インバータ３１〜３４）のうち駆動用電力の最も少ないインバータ３１の駆動用電力のみとなるので、インバータシステム１０５の駆動用電力がより一層低減される。

なお、本実施形態に係るインバータシステム１０５は、図２に示されるように、一又は複数の副インバータとして三台の副インバータ（インバータ３２〜３４）を備えるが、インバータシステム１０５の一又は複数の副インバータは、三台に限らず、二台であることもでき、四台以上であることもできる。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１…電力供給システム、１１…電圧検出線、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…信号線、３…インバータ群、３１，３２，３３，３４…インバータ、３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ…入力、３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ…出力、５…コントローラ、５１…電圧検出部、５２…判定部、５３…制御部、１０５ａ…直流入力線、１０５ｂ…交流出力線、１０２…蓄電池、１０３…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０４…交流負荷、１０５…インバータシステム、１０６…直流負荷、１０７…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０８…直流線路。

Claims (3)

1. コントローラとインバータ群とを備え、
   前記インバータ群は、主インバータと一又は複数の副インバータとを備え、
   前記主インバータの入力と前記一又は複数の副インバータのそれぞれの入力とは、相互に接続されていると共に、外部の直流電源に接続される直流入力線の一端に接続され、
   前記主インバータの出力と前記一又は複数の副インバータのそれぞれの出力とは、相互に接続されていると共に、外部の交流負荷に接続される交流出力線の一端に接続され、
   前記コントローラは、電圧検出部と判定部と制御部とを備え、前記交流出力線と前記一又は複数の副インバータのそれぞれとに接続され、前記一又は複数の副インバータのそれぞれの駆動及び停止を制御し、
   前記電圧検出部は、前記交流出力線の電圧値を検出し、
   前記判定部は、前記電圧検出部によって検出される前記電圧値が基準範囲にあるか否かを判定し、
   前記制御部は、
   前記一又は複数の副インバータのうち停止中の副インバータがある場合であって前記電圧検出部によって検出される前記電圧値が前記基準範囲を下回っていると前記判定部によって判定される場合には、前記電圧値が前記基準範囲となるように前記停止中の副インバータを駆動し、
   前記一又は複数の副インバータのうち駆動中の副インバータがある場合であって前記電圧検出部によって検出される前記電圧値が前記基準範囲を上回っていると前記判定部によって判定される場合には、前記電圧値が前記基準範囲となるように前記駆動中の副インバータを停止する、
   インバータシステム。
2. 前記主インバータの容量は、前記一又は複数の副インバータのそれぞれの容量よりも小さい、
   請求項１に記載のインバータシステム。
3. 商用電力系統から独立しており、蓄電池と、請求項１又は請求項２に記載のインバータシステムとを備える電力供給システムであって、
   前記インバータシステムは、前記蓄電池に蓄電された直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を交流負荷に出力する、
   電力供給システム。

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