JP4314844B2 - パワーコンディショナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば太陽電池や燃料電池等で発電した直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を負荷に供給すると共に、この交流電力を交流系統に連係して運転するパワーコンディショナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このようなパワーコンディショナ装置(以下、単にパワコン装置と称する)が使用される発電システムとしては、ガスコージェネレーションシステム、燃料電池コージェネレーションシステム、エンジンコージェネレーションシステム、風力コージェネレーション、水力コージェネレーションシステム若しくはソーラー発電システム等が知られている。
【０００３】
このようなコージェネレーションシステムは、一つの発電機から電気エネルギー及び熱エネルギーの２種類のエネルギーを抽出することができ、例えばガスコージェネレーションシステムにおいては発電機からの直流電力を交流電力に変換することで電気エネルギーを抽出すると共に、ガスエンジンを冷却する際に生じる熱を熱エネルギーとして抽出するものである。
【０００４】
では、このようなコージェネレーションシステムの内部構成について説明する。図８は従来のコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【０００５】
図８に示すコージェネレーションシステム１００は、例えばガスや重油等の燃料等でエンジンを動かし、発電機１０１により電力を発生させ、この発電機１０１からの電力を整流器等により直流電力に変換し、さらに前記直流電力を交流電力に変換するパワコン装置２００と、例えば熱エネルギー変換のためのモータ、空冷ファン、ブロア、ヒータ、ポンプ及び電源等のシステムに使用されるシステム補機１０２とを有し、パワコン装置２００は、この交流電力を、家庭内の家庭電化製品等の負荷１０３及び電力会社等の交流系統１０４に供給するものである。一般的に発電機１０１は、交流電力を発生するため、直流電力に変換する整流器等が必要である。また、燃料電池等は直流電力を発生するため、整流器等が必要ない。
【０００６】
図９はパワコン装置２００内部の概略構成を示すブロック図である。
【０００７】
図９に示すパワコン装置２００は、発電機１０１からの交流電力を整流器等により変換した直流電力（Ｐ相、Ｎ相）のノイズ成分を除去するフィルタ処理を施す直流側フィルタ２０１と、この直流側フィルタ２０１にてフィルタ処理を施された直流電力を昇圧するコンバータ２０２と、このコンバータ２０２にて昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ２０３と、このインバータ２０３で変換された交流電力の高周波成分を取り除くＬＣフィルタ２０４と、このＬＣフィルタ２０４にて高周波成分を取り除いた交流電力に交流フィルタ処理を施す交流側フィルタ２０５と、ＬＣフィルタ２０４及び交流側フィルタ２０５間で交流電力からパワコン出力電流を検出するパワコン出力電流センサ２０６と、交流側フィルタ２０５の出力である交流電力から系統電圧を検出する系統電圧センサ２０７と、このパワコン装置２００全体を制御する制御回路２０８とを有している。
【０００８】
図１０は制御回路２０８内部の概略構成を示すブロック図である。
【０００９】
図１０に示す制御回路２０８は、直流電力を交流電力に変換するインバータ２０３を制御するものであり、位相変更に関わる位相指令値２１２を指定し、この位相指令値２１２に基づいて基準正弦波２１１の位相をシフトする位相シフト部２１３と、この位相シフト部２１３にて位相シフトした基準正弦波２１１と電流サイズを示す電流指令値２１４とを乗算することで理想電流値を算出する乗算器２１５と、この乗算器２１５で算出した理想電流値から、パワコン出力電流センサ２０６にて検出したパワコン出力電流値を減算することで差分電流値を算出する減算器２１６と、この差分電流値を積分処理する積分回路２１７と、この積分処理で得られる波形からＰＷＭ出力を演算し、このＰＷＭ出力でインバータ２０３の交流電力の出力電流を制御するＰＷＭ出力部２１８と、パワコン出力電流センサ２０６にて検出したパワコン出力電流値をゲイン調整するパワコン出力側ゲイン２１９とを有している。尚、基準正弦波２１１は、系統電圧に同期した信号とする。
【００１０】
ＰＷＭ出力部２１８では、インバータ２０３の交流電力のパワコン出力電流に含まれる高調波電流を除去すべく、交流電力の出力電流、すなわちパワコン出力電流値を制御するものである。
【００１１】
また、位相シフト部２１３では、基準正弦波２１１とパワコン出力電流との位相差を抑制して、０．９５以上の力率を確保することで、力率を改善することができるものである。
【００１２】
このようなパワコン装置２００によれば、パワコン出力電流センサ２０６にてＬＣフィルタ２０４の交流電力に関わるパワコン出力電流を検出し、このパワコン出力電流値をフィードバックすることでパワコン出力電流に含まれる高調波電流を除去するようにしたので、高調波電流を抑制したパワコン出力電流を得ることができる。
【００１３】
また、このようなパワコン装置２００によれば、基準正弦波２１１とパワコン出力電流との位相差を抑制して、０．９５以上の力率を確保することで力率を改善することができる。
【００１４】
尚、このようなパワコン装置２００を使用したコージェネレーションシステムとしては、特許文献１のようなものが知られている。
【００１５】
【特許文献１】
特許第３１９９３３９号公報（００２６〜００２７段落、図４参照）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のコージェネレーションシステム１００によれば、パワコン装置２００内部のパワコン出力電流センサ２０６にてパワコン出力電流を検出し、このパワコン出力電流に基づいて高調波電流を抑制すると共に、力率を０．９５以上とするようにしたが、あくまでもパワコン装置２００内部で発生した高調波電流を抑制し、その力率を確保しているに過ぎず、このパワコン装置２００の出力からシステム補機１０２を経てコージェネレーションシステム１全体の出力とした場合には、システム補機１０２で高調波電流が発生して、さらには力率の低下につながることから、システム全体として外部の交流系統１０４に出力する場合、電力系統連系技術要件ガイドラインに定められた範囲（例えば高調波電流は総合５％以下、各次３％以下、力率は０．９５以上）内で高調波電流を抑制し、その力率を確保することができず、その結果、規格範囲外の高調波電流が交流系統６に流れ込んでしまう。
【００１７】
また、上記特許文献１によれば、負荷電流を検出し、この負荷電流に含まれる高調波電流を除去するようにしているものの、例えば負荷が小さい場合、システム補機１０２で発生した高調波電流が交流系統１０４に流れ込んでしまう。
【００１８】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コージェネレーションシステム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することで、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができるパワーコンディショナ装置を提供することにある。
【００１９】
さらに本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コージェネレーションシステム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる力率を確保することができるパワーコンディショナ装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のパワーコンディショナ装置は、発電システム内で発電した直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を、前記発電システム内部のシステム補機を経由して前記発電システム外部の交流系統にシステム出力として出力するパワーコンディショナ装置であって、前記交流系統から電力を供給する電力供給手段と、この電力供給手段にて供給した電力を充電する充電手段と、前記交流電力の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、前記システム補機の次段に設けられ前記発電システム内部のシステム補機を経由して前記交流系統に出力される前記システム出力のシステム出力電流を検出するシステム出力電流検出手段と、前記システム補機の前段に設けられ前記システム補機に出力されるパワコン出力電流を検知するパワコン出力電流検出手段と、前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流及び前記パワコン出力電流検出手段にて検出したパワコン出力電流に基づいて、前記交流電力の出力電流を制御する電流制御手段と、を有して構成し、且つ、前記電流制御手段は、前記パワコン出力電流手段にて検出したパワコン出力電流を抽出すると共に、前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流から当該システム出力電流の高調波電流を抽出する高調波電流抽出手段と、前記高調波電流抽出手段にて抽出した前記パワコン出力電流に基づいて前記パワーコンディショナ装置内部の高調波電流をキャンセルすると共に、前記高調波電流抽出手段にて抽出した前記システム出力に含まれる高調波電流が、前記交流電力の出力電流に対して大きいと判定されると、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように前記充電手段からの電力供給を受けて前記交流電力の出力電流を制御する高調波電流キャンセル手段と、前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流及び前記系統電圧検出手段にて検出した系統電圧の位相差を検出する位相差検出手段と、この位相差検出手段にて検出した位相差に基づいてシステム出力の力率を算出する力率算出手段と、この力率算出手段にて算出した力率が所定値以上となるように、前記交流電力の出力電流を制御する力率制御手段と、を有するようにした。
【００２１】
従って、本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力のシステム出力電流に基づいて交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる出力電流、例えば高調波電流を抑制することができ、その結果、規格範囲外の高調波電流が交流系統に流れ込むような事態を確実に回避することができる。
【００２３】
また、本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力電流から高調波電流を抽出し、この高調波電流に基づいて、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように、前記交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００２５】
また、本発明のパワーコンディショナ装置によれば、交流電力の出力電流に対してシステム出力に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように、前記充電手段からの電力供給を受けて、前記変換した交流電力の出力電流を制御するようにしたので、システム出力に含まれる高調波電流が出力電流に対して大きいとしても、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００２７】
また、本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力電流及び系統電圧の位相差を検出し、この位相差に基づいてシステム出力の力率を算出し、この力率が所定値、例えば０．９５以上となるように、前記交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる良好な力率を確保することができる。
【００２８】
本発明のパワーコンディショナ装置は、前記発電システムが、ガスコージェネレーションシステム、燃料電池コージェネレーションシステム、エンジンコージェネレーションシステム、風力コージェネレーションシステム、水力コージェネレーションシステム若しくはソーラー発電システムの何れか一つであるようにした。
【００２９】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、様々なコージェネレーションシステムや、コージェネレーションシステム以外のシステム、例えばモノジェネレーションシステムに適用可能である。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を示すコージェネレーションシステムについて説明する。
【００３７】
(実施の形態１)
図１は第１の実施の形態を示すコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【００３８】
図１に示すコージェネレーションシステム１は、例えばガスや重油等の燃料等でエンジンを動かし発電機２により電力を発生させ、この発電機２からの電力を整流器等で直流電力に変換し、さらに前記直流電力を交流電力に変換するパワコン装置１０と、例えば熱エネルギー変換のためのモータ、モータの空冷ファン、ブロアやポンプ等のシステムに使用されるシステム補機３と、このシステム補機３の次段に配置され、システム出力としてのシステム出力電流を検出するシステム出力電流センサ４とを有し、パワコン装置１０は、この交流電力を家庭内の家庭電化製品等の負荷５及び電力会社等の交流系統６に供給するものである。尚、システム出力電流とは、コージェネレーションシステム１内部のパワコン装置１０からシステム補機３を経由してシステム出力として出力される電流であって、負荷５及び交流系統６に供給される直前の電流に相当するものである。
【００３９】
図２はパワコン装置１０内部の概略構成を示すブロック図である。
【００４０】
図２に示すパワコン装置１０は、発電機２からの交流電力を整流器等で変換した直流電力（Ｐ相、Ｎ相）のノイズ成分を除去するフィルタ処理を施す直流側フィルタ１１と、この直流側フィルタ１１にてフィルタ処理が施された直流電力を昇圧するコンバータ１２と、このコンバータ１２にて昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、このインバータ１３で変換された交流電力の高周波成分を取り除くＬＣフィルタ１４と、このＬＣフィルタ１４にて高周波成分を取り除いた交流電力のノイズ成分を除去する交流フィルタ処理を施す交流側フィルタ１５と、ＬＣフィルタ１４及び交流側フィルタ１５間で交流電力からパワコン出力電流を検出するパワコン出力電流センサ１６と、交流側フィルタ１５の出力である交流電力から系統電圧を検出する系統電圧センサ１７と、このパワコン装置１０全体を制御する制御回路１８とを有している。尚、パワコン出力電流とは、パワコン装置１０から出力される電流であって、コージェネレーションシステム１内部のシステム補機３に供給される直前の電流に相当するものである。
【００４１】
図３は第１の実施の形態に関わるパワコン装置１０の制御回路１８内部の概略構成を示すブロック図である。
【００４２】
図３に示す制御回路１８は、直流電力を交流電力に変換するインバータ１３を制御するものであり、パワコン出力電流センサ１６を通じてパワコン出力電流を抽出すると共に、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流の高調波電流を抽出する高調波電流抽出部２１と、パワコン出力電流に基づいてパワコン出力電流の高調波電流を除去すると共に、高調波電流抽出部２１にて抽出した高調波電流に基づいて、システム出力電流の高調波電流をキャンセルするように、システム出力電流を制御する電流制御部２２とを有している。
【００４３】
高調波電流抽出部２１は、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流をゲイン調整する第１ゲイン２１Ａ及び第２ゲイン２１Ｂと、第２ゲイン２１Ｂにてゲイン調整したシステム出力電流を実効値変換することで高調波成分を除いたシステム出力電流を得る実効値変換部２１Ｃと、この実効値変換部２１Ｃにて実効値変換したシステム出力電流の位相を系統電圧の位相に合わせ込むシステム出力側位相用乗算器２１Ｄと、第１ゲイン２１Ａにてゲイン調整した高調波成分を含めたシステム出力電流から、システム出力側位相用乗算器２１Ｄの出力である高調波成分を除いたシステム出力電流を減算することで、システム出力電流に含まれるシステム出力側高調波電流を抽出するシステム出力側高調波抽出用減算器２１Ｅと、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流をゲイン調整するパワコン出力側ゲイン２１Ｆとを有している。
【００４４】
電流制御部２２は、位相変更に関わる位相指令値２２Ｂを指定し、この位相指令値２２Ｂに基づいて基準正弦波２２Ａの位相をシフトする位相シフト部２２Ｃと、この位相シフト部２２Ｃにて位相シフトした基準正弦波２２Ａと電流サイズを示す電流指令値２２Ｄとを乗算することで理想電流値を算出する理想電流値用乗算器２２Ｅと、この理想電流値用乗算器２２Ｅで出力した理想電流値からパワコン出力側ゲイン２１Ｆに調整したパワコン出力電流値を減算することで差分電流値を算出するパワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆと、この差分電流値を積分処理する積分回路２２Ｇと、この積分処理で得られる波形から、システム出力側高調波抽出用減算器２１Ｅにて算出したシステム出力側高調波電流を減算するシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈと、このシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈで得た波形からＰＷＭ出力を演算し、このＰＷＭ出力でインバータ１３の交流電力に関わるパワコン出力電流値をＰＷＭ出力部２２Ｉとを有している。尚、基準正弦波２２Ａは、系統電圧に同期した信号とする。
【００４５】
パワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆは、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流に基づいて、パワコン装置１０内部の高調波電流を除去するものである。
【００４６】
システム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈは、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流に基づいて、システム全体の高調波電流を除去するものである。
【００４７】
ＰＷＭ出力部２２Ｉは、インバータ１３の交流電力のパワコン出力電流及びシステム出力電流双方に含まれる高調波電流を除去すべく、出力電流値を制御するものである。
【００４８】
位相シフト部２２Ｃは、基準正弦波２２Ａとパワコン出力電流との位相差を抑制するものである。
【００４９】
尚、システム出力側位相用乗算器２１Ｄは、システム出力電流の位相と位相シフト部２２Ｃからの位相シフト値との乗算処理を行うことでシステム出力電流の位相差を抑制するものである。
【００５０】
尚、請求項記載の発電システムはコージェネレーションシステム１、システム出力電流検出手段はシステム出力電流センサ４、パワーコンディショナ装置はパワコン装置１０、系統電圧検出手段は系統電圧センサ１７、電流制御手段は制御回路１８、高調波電流抽出手段は高調波電流抽出部２１、高調波電流キャンセル手段は電流制御部２２内のシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈに相当するものである。
【００５１】
次に第１の実施の形態を示すコージェネレーションシステム１の動作について説明する。
【００５２】
パワコン装置１０内部の制御回路１８の高調波電流抽出部２１は、パワコン出力電流センサ１６にてパワコン出力電流を検出すると共に、システム出力電流センサ４にてシステム出力電流を検出し、このシステム出力電流からシステム出力側高調波電流をシステム出力側高調波抽出用減算器２１Ｅにて抽出する。
【００５３】
電流制御部２２は、高調波電流抽出部２１にて抽出したパワコン出力電流を理想電流値からパワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆにて減算することで、パワコン装置１０内部による高調波電流を除去すると共に、高調波電流抽出部２１にて抽出したシステム出力電流のシステム出力側高調波電流をシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈにて減算することで、システム全体による高調波電流を除去する。
【００５４】
ＰＷＭ出力部２２Ｉでは、システム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈにて得られた波形をＰＷＭ出力することで、インバータ１３にて直流電力を、高調波電流を除去した交流電力に変換することができる。
【００５５】
第１の実施の形態によれば、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流に基づいてパワコン装置１０内で発生した高調波電流を除去することはもちろんのこと、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流に基づいてシステム全体、例えばシステム補機３で発生した高調波電流を除去するようにしたので、コージェネレーションシステム１全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を確実に抑制することができ、その結果、交流系統６への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００５６】
(実施の形態２)
次に第２の実施の形態を示すコージェネレーションシステムについて説明する。図４は第２の実施の形態に関わるパワコン装置１０の制御回路１８Ａ内部の概略構成を示すブロック図である。尚、第１の実施の形態と同一のものには、同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
【００５７】
図４に示す制御回路１８Ａが図３に示す制御回路１８と異なるところは、高調波電流抽出部３１の内部構成と、電流制御部３２の内部構成と、システム出力電流に基づいて力率を補正する力率補正部３３を設けた点とにある。
【００５８】
高調波電流抽出部３１は、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流のゲインを調整するパワコン出力側ゲイン３１Ａと、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流のゲインを調整するシステム出力側ゲイン３１Ｂと、このゲイン調整したシステム出力電流から高調波電流を抽出するハイパスフィルタ(以下、単にＨＰＦと称する)３１Ｃとを有している。
【００５９】
さらに力率補正部３３は、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流を位相変換することでシステム出力電流の位相を得る位相変換部３３Ａを有している。
【００６０】
電流制御部３２は、基準正弦波２２Ａ、位相指令値２２Ｂ、電流指令値２２Ｄ、理想電流値用乗算器２２Ｅ、パワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆ、積分回路２２Ｇ、システム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈ及びＰＭＷ出力部２２Ｉを有し、さらに位相変換部３３Ａにてシステム出力電流の位相を得ると、このシステム出力電流の位相と系統電圧の位相との位相差から位相指令値を補正し、この位相指令値に基づいて基準正弦波２２Ａの位相をシフトする位相シフト部３２Ａを有している。
【００６１】
尚、請求項記載の電流制御手段は制御回路１８Ａ、系統電圧検出手段は系統電圧センサ１７、高調波電流抽出手段は高調波電流抽出部３１、高調波電流キャンセル手段は電流制御部３２、力率算出手段及び力率制御手段は位相シフト部３２Ａ、位相差検出手段は力率補正部３３及び位相変換部３３Ａに相当するものである。
【００６２】
次に第２実施の形態を示すコージェネレーションシステム１の動作について説明する。
【００６３】
パワコン装置１０内部の制御回路１８Ａの高調波電流抽出部３１は、パワコン出力電流センサ１６にてパワコン出力電流を検出すると共に、システム出力電流センサ４にてシステム出力電流を検出し、このシステム出力電流から高調波電流をＨＰＦ３１Ｃにて抽出する。
【００６４】
電流制御部３２は、高調波電流抽出部３１にて抽出したパワコン出力電流を理想電流値からパワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆにて減算することで、パワコン装置１０内部による高調波電流を除去すると共に、高調波電流抽出部３１にて抽出したシステム出力電流のシステム出力側高調波電流をシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈにて減算することで、システム全体の高調波電流を除去する。
【００６５】
ＰＷＭ出力部２２Ｉでは、システム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈにて得られた波形をＰＷＭ出力することで、インバータ１３にて直流電力を、高調波電流を除去した交流電力に変換することができる。
【００６６】
さらに力率補正部３３は、位相変換部３３Ａにてシステム出力電流の位相を得ると、このシステム出力電流の位相と系統電圧の位相との位相差から位相指令値を補正し、この位相指令値に基づいて基準正弦波２２Ａの位相をシフトするようにしたので、システム出力電流の位相を基準正弦波２２Ａの位相に合わせ込むことで、結果としてシステム出力電流の力率が０．９５以上となる。
【００６７】
第２の実施の形態によれば、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流に基づいてパワコン装置１０内で発生した高調波電流を除去することはもちろんのこと、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流に基づいてシステム全体、例えばシステム補機３で発生した高調波電流を除去するようにしたので、コージェネレーションシステム１全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を確実に抑制することができ、その結果、交流系統６への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００６８】
また、第２の実施の形態によれば、位相変換部３３Ａにてシステム出力電流の位相に変換し、このシステム出力電流の位相と基準正弦波との位相とを合わせ込むことで、結果としてシステム出力電流の力率が０．９５以上となるようにしたので、コージェネレーションシステム１全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力の良好な力率を確保することができる。
【００６９】
尚、上記実施の形態においては、インバータ１３のＰＷＭ出力を制御することで、直流電力を交流電力に変換する際の内部電流の供給を受けて、パワコン装置１０内部の高調波電流及びシステム全体の高調波電流を除去するようにしたが、交流電力の出力電流に対してシステム出力に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、高調波電流を除去することができないといった事態も考えられる。
【００７０】
そこで、このような事態に対処すべく、第３の実施の形態を示すコージェネレーションシステム１のような構成にしても良い。
【００７１】
(実施の形態３)
図５は第３の実施の形態を示すコージェネレーションシステム１に関わるパワコン装置１０Ａ内部の概略構成を示すブロック図である。尚、第１の実施の形態に関わるコージェネレーションシステム１と同一のものには、同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
【００７２】
図５に示すパワコン装置１０Ａが図２に示すパワコン装置１０と異なるところは、コンバータ１２及びインバータ１３間に、例えば二重コンデンサ等で構成する充電部４０を配置し、交流電力の出力電流に対してシステム出力電流に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、充電部４０の電力供給を受けることで、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去するようにした点にある。
【００７３】
この充電部４０の電力供給は、電流指令値２２Ｄをマイナス側に設定することで交流系統６から交流電力を得る双方向機能を利用すればよい。
【００７４】
尚、請求項記載の充電手段及び電力供給手段は充電部４０に相当するものである。
【００７５】
第３の実施の形態によれば、コンバータ１２及びインバータ１３間に充電部４０を配置し、交流電力の出力電流に対してシステム出力電流に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、充電部４０の電力供給を受けて、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去するようにしたので、出力電流に対して高調波電流が大きくても、コージェネレーションシステム１全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００７６】
尚、上記実施の形態においては、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去する機能をパワコン装置１０内に設けるようにしたが、パワコン装置１０内部ではなく、例えばシステム補機３の次段に設けるようにしても良く、このようなコージェネレーションシステムについて第４の実施の形態として説明する。
【００７７】
(実施の形態４)
図６は第４の実施の形態を示すコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。尚、第１の実施の形態に示すコージェネレーションシステム１と同一のものには同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
【００７８】
図６に示すコージェネレーションシステム１Ａと図１に示すコージェネレーションシステム１との異なるところは、パワコン装置１０内部にシステム出力電流に含まれる高調波電流を除去する機能を設けるのではなく、システム補機３及びシステム出力電流センサ４の間にシステム出力電流に含まれる高調波電流を除去するアクティブフィルタ５０をコージェネレーションシステム１Ａ内に配置した点にある。
【００７９】
尚、コージェネレーションシステム１Ａ内のパワコン装置１０Ｂが図１のパワコン装置１０の構成と異なるところは、図３に示す制御回路１８の内部構成にあり、そのパワコン装置１０Ｂの制御回路１８の内部構成からシステム出力電流に含まれる高調波電流を除去する機能、例えば第１ゲイン２１Ａ、第２ゲイン２１Ｂ、実効値変換部２１Ｃ、システム出力側位相用乗算器２１Ｄ、システム出力側高調波抽出用減算器２１Ｅおよびシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈを無くした点にある。
【００８０】
図６は同アクティブフィルタ５０内部の概略構成を示すブロック図である。
【００８１】
図６に示すアクティブフィルタ５０は、システム出力電流センサからシステム出力電流を検出し、このシステム出力電流から高調波電流を抽出する高調波電流抽出部５１と、この高調波電流抽出部５１にて抽出した高調波電流を打ち消す方向に反転する反転回路５２と、この反転回路にて反転した高調波電流を電流変換する電流変換回路５３と、この電流変換回路５３にて電流変換した高調波電流とシステム出力電流、すなわちシステム補機３を経たシステム出力電流とを加算し、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去する加算器５４とを有している。
【００８２】
尚、請求項記載のキャンセル手段はアクティブフィルタ５０、高調波電流抽出手段は高調波電流抽出部５１、高調波電流キャンセル手段は反転回路５２、電流変換回路５３及び加算器５４に相当するものである。
【００８３】
このように第４の実施の形態によれば、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去する機能をパワコン装置１０Ａに設けなくても、システム補機３及びシステム出力電流センサ４間にアクティブフィルタ５０を配置し、このアクティブフィルタ５０にてシステム出力電流に含まれる高調波電流を除去するようにしたので、コージェネレーションシステム１Ａ全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００８４】
尚、上記実施の形態においては、コージェネレーションシステム１（１Ａ）として説明したが、具体的にはガスコージェネレーションシステム、燃料電池コージェネレーションシステム、エンジンコージェネレーションシステム、風力コージェネレーションシステム、水力コージェネレーションシステム若しくはソーラー発電システム等があげられる。
【００８５】
また、上記実施の形態においては、発電システムとしてコージェネレーションシステムを例にあげて説明したが、コージェネレーションシステムでない発電システムにも適用可能である。
【００８６】
【発明の効果】
上記のように構成された本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力のシステム出力電流に基づいて交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる出力電流、例えば高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００８７】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力電流から高調波電流を抽出し、この高調波電流に基づいて、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように、前記交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００８８】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、交流電力の出力電流に対してシステム出力に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように、前記充電手段からの電力供給を受けて、前記変換した交流電力の出力電流を制御するようにしたので、システム出力に含まれる高調波電流が出力電流に対して大きいとしても、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００８９】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力電流及び系統電圧の位相差を検出し、この位相差に基づいてシステム出力の力率を算出し、この力率が所定値、例えば０．９５以上となるように、前記交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる良好な力率を確保することができる。
【００９０】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、様々なコージェネレーションシステムや、コージェネレーションシステム以外のシステム、例えばモノジェネレーションシステム等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる第１の実施の形態を示すコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に関わるパワコン装置内部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に関わるパワコン装置の制御回路内部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態に関わるパワコン装置の制御回路内部の概略構成を示すブロック図である。
【図５】第３の実施の形態に関わるパワコン装置内部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】第４の実施の形態を示すコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【図７】第４の実施の形態に関わる要部であるアクティブフィルタ内部の概略構成を示すブロック図である。
【図８】従来のコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来のコージェネレーションシステムに関わるパワコン装置内部の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】従来のパワコン装置に関わる制御回路内部の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ コージェネレーションシステム(発電システム)
３ システム補機
４ システム出力電流センサ(システム出力電流検出手段)
６ 交流系統
１０ パワコン装置(パワーコンディショナ装置)
１０Ａ パワコン装置(パワーコンディショナ装置)
１７ 系統電圧センサ（系統電圧検出手段）
１８ 制御回路(電流制御手段)
１８Ａ 制御回路(電流制御手段)
２１ 高調波電流抽出部（高調波電流抽出手段）
２２ 電流制御部（高調波電流キャンセル手段）
２２Ｈ システム出力側高調波抑制用減算器（高調波電流キャンセル手段）
３１ 高調波電流抽出部(高調波電流抽出手段)
３２ 電流制御部（高調波電流キャンセル手段）
３２Ａ 位相シフト部(力率算出手段、力率制御手段)
３３ 力率補正部(位相差検出手段)
３３Ａ 位相変換部(位相差検出手段)
４０ 充電部（充電手段、電力供給手段）
５０ アクティブフィルタ(キャンセル手段)
５１ 高調波電流抽出部（高調波電流抽出手段）
５２ 反転回路(高調波電流キャンセル手段)
５３ 電流変換回路(高調波電流キャンセル手段)
５４ 加算器(高調波電流キャンセル手段)
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば太陽電池や燃料電池等で発電した直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を負荷に供給すると共に、この交流電力を交流系統に連係して運転するパワーコンディショナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このようなパワーコンディショナ装置(以下、単にパワコン装置と称する)が使用される発電システムとしては、ガスコージェネレーションシステム、燃料電池コージェネレーションシステム、エンジンコージェネレーションシステム、風力コージェネレーション、水力コージェネレーションシステム若しくはソーラー発電システム等が知られている。
【０００３】
このようなコージェネレーションシステムは、一つの発電機から電気エネルギー及び熱エネルギーの２種類のエネルギーを抽出することができ、例えばガスコージェネレーションシステムにおいては発電機からの直流電力を交流電力に変換することで電気エネルギーを抽出すると共に、ガスエンジンを冷却する際に生じる熱を熱エネルギーとして抽出するものである。
【０００４】
では、このようなコージェネレーションシステムの内部構成について説明する。図８は従来のコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【０００５】
図８に示すコージェネレーションシステム１００は、例えばガスや重油等の燃料等でエンジンを動かし、発電機１０１により電力を発生させ、この発電機１０１からの電力を整流器等により直流電力に変換し、さらに前記直流電力を交流電力に変換するパワコン装置２００と、例えば熱エネルギー変換のためのモータ、空冷ファン、ブロア、ヒータ、ポンプ及び電源等のシステムに使用されるシステム補機１０２とを有し、パワコン装置２００は、この交流電力を、家庭内の家庭電化製品等の負荷１０３及び電力会社等の交流系統１０４に供給するものである。一般的に発電機１０１は、交流電力を発生するため、直流電力に変換する整流器等が必要である。また、燃料電池等は直流電力を発生するため、整流器等が必要ない。
【０００６】
図９はパワコン装置２００内部の概略構成を示すブロック図である。
【０００７】
図９に示すパワコン装置２００は、発電機１０１からの交流電力を整流器等により変換した直流電力（Ｐ相、Ｎ相）のノイズ成分を除去するフィルタ処理を施す直流側フィルタ２０１と、この直流側フィルタ２０１にてフィルタ処理を施された直流電力を昇圧するコンバータ２０２と、このコンバータ２０２にて昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ２０３と、このインバータ２０３で変換された交流電力の高周波成分を取り除くＬＣフィルタ２０４と、このＬＣフィルタ２０４にて高周波成分を取り除いた交流電力に交流フィルタ処理を施す交流側フィルタ２０５と、ＬＣフィルタ２０４及び交流側フィルタ２０５間で交流電力からパワコン出力電流を検出するパワコン出力電流センサ２０６と、交流側フィルタ２０５の出力である交流電力から系統電圧を検出する系統電圧センサ２０７と、このパワコン装置２００全体を制御する制御回路２０８とを有している。
【０００８】
図１０は制御回路２０８内部の概略構成を示すブロック図である。
【０００９】
図１０に示す制御回路２０８は、直流電力を交流電力に変換するインバータ２０３を制御するものであり、位相変更に関わる位相指令値２１２を指定し、この位相指令値２１２に基づいて基準正弦波２１１の位相をシフトする位相シフト部２１３と、この位相シフト部２１３にて位相シフトした基準正弦波２１１と電流サイズを示す電流指令値２１４とを乗算することで理想電流値を算出する乗算器２１５と、この乗算器２１５で算出した理想電流値から、パワコン出力電流センサ２０６にて検出したパワコン出力電流値を減算することで差分電流値を算出する減算器２１６と、この差分電流値を積分処理する積分回路２１７と、この積分処理で得られる波形からＰＷＭ出力を演算し、このＰＷＭ出力でインバータ２０３の交流電力の出力電流を制御するＰＷＭ出力部２１８と、パワコン出力電流センサ２０６にて検出したパワコン出力電流値をゲイン調整するパワコン出力側ゲイン２１９とを有している。尚、基準正弦波２１１は、系統電圧に同期した信号とする。
【００１０】
ＰＷＭ出力部２１８では、インバータ２０３の交流電力のパワコン出力電流に含まれる高調波電流を除去すべく、交流電力の出力電流、すなわちパワコン出力電流値を制御するものである。
【００１１】
また、位相シフト部２１３では、基準正弦波２１１とパワコン出力電流との位相差を抑制して、０．９５以上の力率を確保することで、力率を改善することができるものである。
【００１２】
このようなパワコン装置２００によれば、パワコン出力電流センサ２０６にてＬＣフィルタ２０４の交流電力に関わるパワコン出力電流を検出し、このパワコン出力電流値をフィードバックすることでパワコン出力電流に含まれる高調波電流を除去するようにしたので、高調波電流を抑制したパワコン出力電流を得ることができる。
【００１３】
また、このようなパワコン装置２００によれば、基準正弦波２１１とパワコン出力電流との位相差を抑制して、０．９５以上の力率を確保することで力率を改善することができる。
【００１４】
尚、このようなパワコン装置２００を使用したコージェネレーションシステムとしては、特許文献１のようなものが知られている。
【００１５】
【特許文献１】
特許第３１９９３３９号公報（００２６〜００２７段落、図４参照）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のコージェネレーションシステム１００によれば、パワコン装置２００内部のパワコン出力電流センサ２０６にてパワコン出力電流を検出し、このパワコン出力電流に基づいて高調波電流を抑制すると共に、力率を０．９５以上とするようにしたが、あくまでもパワコン装置２００内部で発生した高調波電流を抑制し、その力率を確保しているに過ぎず、このパワコン装置２００の出力からシステム補機１０２を経てコージェネレーションシステム１全体の出力とした場合には、システム補機１０２で高調波電流が発生して、さらには力率の低下につながることから、システム全体として外部の交流系統１０４に出力する場合、電力系統連系技術要件ガイドラインに定められた範囲（例えば高調波電流は総合５％以下、各次３％以下、力率は０．９５以上）内で高調波電流を抑制し、その力率を確保することができず、その結果、規格範囲外の高調波電流が交流系統６に流れ込んでしまう。
【００１７】
また、上記特許文献１によれば、負荷電流を検出し、この負荷電流に含まれる高調波電流を除去するようにしているものの、例えば負荷が小さい場合、システム補機１０２で発生した高調波電流が交流系統１０４に流れ込んでしまう。
【００１８】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コージェネレーションシステム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することで、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができるパワーコンディショナ装置を提供することにある。
【００１９】
さらに本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コージェネレーションシステム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる力率を確保することができるパワーコンディショナ装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のパワーコンディショナ装置は、発電システム内で発電した直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を、前記発電システム内部のシステム補機を経由して前記発電システム外部の交流系統にシステム出力として出力するパワーコンディショナ装置であって、前記交流系統から電力を供給する電力供給手段と、この電力供給手段にて供給した電力を充電する充電手段と、前記交流電力の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、前記システム補機の次段に設けられ前記発電システム内部のシステム補機を経由して前記交流系統に出力される前記システム出力のシステム出力電流を検出するシステム出力電流検出手段と、前記システム補機の前段に設けられ前記システム補機に出力されるパワコン出力電流を検知するパワコン出力電流検出手段と、前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流及び前記パワコン出力電流検出手段にて検出したパワコン出力電流に基づいて、前記交流電力の出力電流を制御する電流制御手段と、を有して構成し、且つ、前記電流制御手段は、前記パワコン出力電流手段にて検出したパワコン出力電流を抽出すると共に、前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流から当該システム出力電流の高調波電流を抽出する高調波電流抽出手段と、前記高調波電流抽出手段にて抽出した前記パワコン出力電流に基づいて前記パワーコンディショナ装置内部の高調波電流をキャンセルすると共に、前記高調波電流抽出手段にて抽出した前記システム出力に含まれる高調波電流が、前記交流電力の出力電流に対して大きいと判定されると、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように前記充電手段からの電力供給を受けて前記交流電力の出力電流を制御する高調波電流キャンセル手段と、前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流及び前記系統電圧検出手段にて検出した系統電圧の位相差を検出する位相差検出手段と、この位相差検出手段にて検出した位相差に基づいてシステム出力の力率を算出する力率算出手段と、この力率算出手段にて算出した力率が所定値以上となるように、前記交流電力の出力電流を制御する力率制御手段と、を有するようにした。
【００２１】
従って、本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力のシステム出力電流に基づいて交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる出力電流、例えば高調波電流を抑制することができ、その結果、規格範囲外の高調波電流が交流系統に流れ込むような事態を確実に回避することができる。
【００２３】
また、本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力電流から高調波電流を抽出し、この高調波電流に基づいて、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように、前記交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００２５】
また、本発明のパワーコンディショナ装置によれば、交流電力の出力電流に対してシステム出力に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように、前記充電手段からの電力供給を受けて、前記変換した交流電力の出力電流を制御するようにしたので、システム出力に含まれる高調波電流が出力電流に対して大きいとしても、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００２７】
また、本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力電流及び系統電圧の位相差を検出し、この位相差に基づいてシステム出力の力率を算出し、この力率が所定値、例えば０．９５以上となるように、前記交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる良好な力率を確保することができる。
【００２８】
本発明のパワーコンディショナ装置は、前記発電システムが、ガスコージェネレーションシステム、燃料電池コージェネレーションシステム、エンジンコージェネレーションシステム、風力コージェネレーションシステム、水力コージェネレーションシステム若しくはソーラー発電システムの何れか一つであるようにした。
【００２９】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、様々なコージェネレーションシステムや、コージェネレーションシステム以外のシステム、例えばモノジェネレーションシステムに適用可能である。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を示すコージェネレーションシステムについて説明する。
【００３７】
(実施の形態１)
図１は第１の実施の形態を示すコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【００３８】
図１に示すコージェネレーションシステム１は、例えばガスや重油等の燃料等でエンジンを動かし発電機２により電力を発生させ、この発電機２からの電力を整流器等で直流電力に変換し、さらに前記直流電力を交流電力に変換するパワコン装置１０と、例えば熱エネルギー変換のためのモータ、モータの空冷ファン、ブロアやポンプ等のシステムに使用されるシステム補機３と、このシステム補機３の次段に配置され、システム出力としてのシステム出力電流を検出するシステム出力電流センサ４とを有し、パワコン装置１０は、この交流電力を家庭内の家庭電化製品等の負荷５及び電力会社等の交流系統６に供給するものである。尚、システム出力電流とは、コージェネレーションシステム１内部のパワコン装置１０からシステム補機３を経由してシステム出力として出力される電流であって、負荷５及び交流系統６に供給される直前の電流に相当するものである。
【００３９】
図２はパワコン装置１０内部の概略構成を示すブロック図である。
【００４０】
図２に示すパワコン装置１０は、発電機２からの交流電力を整流器等で変換した直流電力（Ｐ相、Ｎ相）のノイズ成分を除去するフィルタ処理を施す直流側フィルタ１１と、この直流側フィルタ１１にてフィルタ処理が施された直流電力を昇圧するコンバータ１２と、このコンバータ１２にて昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、このインバータ１３で変換された交流電力の高周波成分を取り除くＬＣフィルタ１４と、このＬＣフィルタ１４にて高周波成分を取り除いた交流電力のノイズ成分を除去する交流フィルタ処理を施す交流側フィルタ１５と、ＬＣフィルタ１４及び交流側フィルタ１５間で交流電力からパワコン出力電流を検出するパワコン出力電流センサ１６と、交流側フィルタ１５の出力である交流電力から系統電圧を検出する系統電圧センサ１７と、このパワコン装置１０全体を制御する制御回路１８とを有している。尚、パワコン出力電流とは、パワコン装置１０から出力される電流であって、コージェネレーションシステム１内部のシステム補機３に供給される直前の電流に相当するものである。
【００４１】
図３は第１の実施の形態に関わるパワコン装置１０の制御回路１８内部の概略構成を示すブロック図である。
【００４２】
図３に示す制御回路１８は、直流電力を交流電力に変換するインバータ１３を制御するものであり、パワコン出力電流センサ１６を通じてパワコン出力電流を抽出すると共に、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流の高調波電流を抽出する高調波電流抽出部２１と、パワコン出力電流に基づいてパワコン出力電流の高調波電流を除去すると共に、高調波電流抽出部２１にて抽出した高調波電流に基づいて、システム出力電流の高調波電流をキャンセルするように、システム出力電流を制御する電流制御部２２とを有している。
【００４３】
高調波電流抽出部２１は、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流をゲイン調整する第１ゲイン２１Ａ及び第２ゲイン２１Ｂと、第２ゲイン２１Ｂにてゲイン調整したシステム出力電流を実効値変換することで高調波成分を除いたシステム出力電流を得る実効値変換部２１Ｃと、この実効値変換部２１Ｃにて実効値変換したシステム出力電流の位相を系統電圧の位相に合わせ込むシステム出力側位相用乗算器２１Ｄと、第１ゲイン２１Ａにてゲイン調整した高調波成分を含めたシステム出力電流から、システム出力側位相用乗算器２１Ｄの出力である高調波成分を除いたシステム出力電流を減算することで、システム出力電流に含まれるシステム出力側高調波電流を抽出するシステム出力側高調波抽出用減算器２１Ｅと、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流をゲイン調整するパワコン出力側ゲイン２１Ｆとを有している。
【００４４】
電流制御部２２は、位相変更に関わる位相指令値２２Ｂを指定し、この位相指令値２２Ｂに基づいて基準正弦波２２Ａの位相をシフトする位相シフト部２２Ｃと、この位相シフト部２２Ｃにて位相シフトした基準正弦波２２Ａと電流サイズを示す電流指令値２２Ｄとを乗算することで理想電流値を算出する理想電流値用乗算器２２Ｅと、この理想電流値用乗算器２２Ｅで出力した理想電流値からパワコン出力側ゲイン２１Ｆに調整したパワコン出力電流値を減算することで差分電流値を算出するパワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆと、この差分電流値を積分処理する積分回路２２Ｇと、この積分処理で得られる波形から、システム出力側高調波抽出用減算器２１Ｅにて算出したシステム出力側高調波電流を減算するシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈと、このシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈで得た波形からＰＷＭ出力を演算し、このＰＷＭ出力でインバータ１３の交流電力に関わるパワコン出力電流値をＰＷＭ出力部２２Ｉとを有している。尚、基準正弦波２２Ａは、系統電圧に同期した信号とする。
【００４５】
パワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆは、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流に基づいて、パワコン装置１０内部の高調波電流を除去するものである。
【００４６】
システム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈは、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流に基づいて、システム全体の高調波電流を除去するものである。
【００４７】
ＰＷＭ出力部２２Ｉは、インバータ１３の交流電力のパワコン出力電流及びシステム出力電流双方に含まれる高調波電流を除去すべく、出力電流値を制御するものである。
【００４８】
位相シフト部２２Ｃは、基準正弦波２２Ａとパワコン出力電流との位相差を抑制するものである。
【００４９】
尚、システム出力側位相用乗算器２１Ｄは、システム出力電流の位相と位相シフト部２２Ｃからの位相シフト値との乗算処理を行うことでシステム出力電流の位相差を抑制するものである。
【００５０】
尚、請求項記載の発電システムはコージェネレーションシステム１、システム出力電流検出手段はシステム出力電流センサ４、パワーコンディショナ装置はパワコン装置１０、系統電圧検出手段は系統電圧センサ１７、電流制御手段は制御回路１８、高調波電流抽出手段は高調波電流抽出部２１、高調波電流キャンセル手段は電流制御部２２内のシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈに相当するものである。
【００５１】
次に第１の実施の形態を示すコージェネレーションシステム１の動作について説明する。
【００５２】
パワコン装置１０内部の制御回路１８の高調波電流抽出部２１は、パワコン出力電流センサ１６にてパワコン出力電流を検出すると共に、システム出力電流センサ４にてシステム出力電流を検出し、このシステム出力電流からシステム出力側高調波電流をシステム出力側高調波抽出用減算器２１Ｅにて抽出する。
【００５３】
電流制御部２２は、高調波電流抽出部２１にて抽出したパワコン出力電流を理想電流値からパワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆにて減算することで、パワコン装置１０内部による高調波電流を除去すると共に、高調波電流抽出部２１にて抽出したシステム出力電流のシステム出力側高調波電流をシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈにて減算することで、システム全体による高調波電流を除去する。
【００５４】
ＰＷＭ出力部２２Ｉでは、システム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈにて得られた波形をＰＷＭ出力することで、インバータ１３にて直流電力を、高調波電流を除去した交流電力に変換することができる。
【００５５】
第１の実施の形態によれば、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流に基づいてパワコン装置１０内で発生した高調波電流を除去することはもちろんのこと、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流に基づいてシステム全体、例えばシステム補機３で発生した高調波電流を除去するようにしたので、コージェネレーションシステム１全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を確実に抑制することができ、その結果、交流系統６への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００５６】
(実施の形態２)
次に第２の実施の形態を示すコージェネレーションシステムについて説明する。図４は第２の実施の形態に関わるパワコン装置１０の制御回路１８Ａ内部の概略構成を示すブロック図である。尚、第１の実施の形態と同一のものには、同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
【００５７】
図４に示す制御回路１８Ａが図３に示す制御回路１８と異なるところは、高調波電流抽出部３１の内部構成と、電流制御部３２の内部構成と、システム出力電流に基づいて力率を補正する力率補正部３３を設けた点とにある。
【００５８】
高調波電流抽出部３１は、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流のゲインを調整するパワコン出力側ゲイン３１Ａと、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流のゲインを調整するシステム出力側ゲイン３１Ｂと、このゲイン調整したシステム出力電流から高調波電流を抽出するハイパスフィルタ(以下、単にＨＰＦと称する)３１Ｃとを有している。
【００５９】
さらに力率補正部３３は、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流を位相変換することでシステム出力電流の位相を得る位相変換部３３Ａを有している。
【００６０】
電流制御部３２は、基準正弦波２２Ａ、位相指令値２２Ｂ、電流指令値２２Ｄ、理想電流値用乗算器２２Ｅ、パワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆ、積分回路２２Ｇ、システム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈ及びＰＭＷ出力部２２Ｉを有し、さらに位相変換部３３Ａにてシステム出力電流の位相を得ると、このシステム出力電流の位相と系統電圧の位相との位相差から位相指令値を補正し、この位相指令値に基づいて基準正弦波２２Ａの位相をシフトする位相シフト部３２Ａを有している。
【００６１】
尚、請求項記載の電流制御手段は制御回路１８Ａ、系統電圧検出手段は系統電圧センサ１７、高調波電流抽出手段は高調波電流抽出部３１、高調波電流キャンセル手段は電流制御部３２、力率算出手段及び力率制御手段は位相シフト部３２Ａ、位相差検出手段は力率補正部３３及び位相変換部３３Ａに相当するものである。
【００６２】
次に第２実施の形態を示すコージェネレーションシステム１の動作について説明する。
【００６３】
パワコン装置１０内部の制御回路１８Ａの高調波電流抽出部３１は、パワコン出力電流センサ１６にてパワコン出力電流を検出すると共に、システム出力電流センサ４にてシステム出力電流を検出し、このシステム出力電流から高調波電流をＨＰＦ３１Ｃにて抽出する。
【００６４】
電流制御部３２は、高調波電流抽出部３１にて抽出したパワコン出力電流を理想電流値からパワコン出力側高調波抑制用減算器２２Ｆにて減算することで、パワコン装置１０内部による高調波電流を除去すると共に、高調波電流抽出部３１にて抽出したシステム出力電流のシステム出力側高調波電流をシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈにて減算することで、システム全体の高調波電流を除去する。
【００６５】
ＰＷＭ出力部２２Ｉでは、システム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈにて得られた波形をＰＷＭ出力することで、インバータ１３にて直流電力を、高調波電流を除去した交流電力に変換することができる。
【００６６】
さらに力率補正部３３は、位相変換部３３Ａにてシステム出力電流の位相を得ると、このシステム出力電流の位相と系統電圧の位相との位相差から位相指令値を補正し、この位相指令値に基づいて基準正弦波２２Ａの位相をシフトするようにしたので、システム出力電流の位相を基準正弦波２２Ａの位相に合わせ込むことで、結果としてシステム出力電流の力率が０．９５以上となる。
【００６７】
第２の実施の形態によれば、パワコン出力電流センサ１６にて検出したパワコン出力電流に基づいてパワコン装置１０内で発生した高調波電流を除去することはもちろんのこと、システム出力電流センサ４にて検出したシステム出力電流に基づいてシステム全体、例えばシステム補機３で発生した高調波電流を除去するようにしたので、コージェネレーションシステム１全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を確実に抑制することができ、その結果、交流系統６への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００６８】
また、第２の実施の形態によれば、位相変換部３３Ａにてシステム出力電流の位相に変換し、このシステム出力電流の位相と基準正弦波との位相とを合わせ込むことで、結果としてシステム出力電流の力率が０．９５以上となるようにしたので、コージェネレーションシステム１全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力の良好な力率を確保することができる。
【００６９】
尚、上記実施の形態においては、インバータ１３のＰＷＭ出力を制御することで、直流電力を交流電力に変換する際の内部電流の供給を受けて、パワコン装置１０内部の高調波電流及びシステム全体の高調波電流を除去するようにしたが、交流電力の出力電流に対してシステム出力に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、高調波電流を除去することができないといった事態も考えられる。
【００７０】
そこで、このような事態に対処すべく、第３の実施の形態を示すコージェネレーションシステム１のような構成にしても良い。
【００７１】
(実施の形態３)
図５は第３の実施の形態を示すコージェネレーションシステム１に関わるパワコン装置１０Ａ内部の概略構成を示すブロック図である。尚、第１の実施の形態に関わるコージェネレーションシステム１と同一のものには、同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
【００７２】
図５に示すパワコン装置１０Ａが図２に示すパワコン装置１０と異なるところは、コンバータ１２及びインバータ１３間に、例えば二重コンデンサ等で構成する充電部４０を配置し、交流電力の出力電流に対してシステム出力電流に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、充電部４０の電力供給を受けることで、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去するようにした点にある。
【００７３】
この充電部４０の電力供給は、電流指令値２２Ｄをマイナス側に設定することで交流系統６から交流電力を得る双方向機能を利用すればよい。
【００７４】
尚、請求項記載の充電手段及び電力供給手段は充電部４０に相当するものである。
【００７５】
第３の実施の形態によれば、コンバータ１２及びインバータ１３間に充電部４０を配置し、交流電力の出力電流に対してシステム出力電流に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、充電部４０の電力供給を受けて、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去するようにしたので、出力電流に対して高調波電流が大きくても、コージェネレーションシステム１全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００７６】
尚、上記実施の形態においては、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去する機能をパワコン装置１０内に設けるようにしたが、パワコン装置１０内部ではなく、例えばシステム補機３の次段に設けるようにしても良く、このようなコージェネレーションシステムについて第４の実施の形態として説明する。
【００７７】
(実施の形態４)
図６は第４の実施の形態を示すコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。尚、第１の実施の形態に示すコージェネレーションシステム１と同一のものには同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
【００７８】
図６に示すコージェネレーションシステム１Ａと図１に示すコージェネレーションシステム１との異なるところは、パワコン装置１０内部にシステム出力電流に含まれる高調波電流を除去する機能を設けるのではなく、システム補機３及びシステム出力電流センサ４の間にシステム出力電流に含まれる高調波電流を除去するアクティブフィルタ５０をコージェネレーションシステム１Ａ内に配置した点にある。
【００７９】
尚、コージェネレーションシステム１Ａ内のパワコン装置１０Ｂが図１のパワコン装置１０の構成と異なるところは、図３に示す制御回路１８の内部構成にあり、そのパワコン装置１０Ｂの制御回路１８の内部構成からシステム出力電流に含まれる高調波電流を除去する機能、例えば第１ゲイン２１Ａ、第２ゲイン２１Ｂ、実効値変換部２１Ｃ、システム出力側位相用乗算器２１Ｄ、システム出力側高調波抽出用減算器２１Ｅおよびシステム出力側高調波抑制用減算器２２Ｈを無くした点にある。
【００８０】
図６は同アクティブフィルタ５０内部の概略構成を示すブロック図である。
【００８１】
図６に示すアクティブフィルタ５０は、システム出力電流センサからシステム出力電流を検出し、このシステム出力電流から高調波電流を抽出する高調波電流抽出部５１と、この高調波電流抽出部５１にて抽出した高調波電流を打ち消す方向に反転する反転回路５２と、この反転回路にて反転した高調波電流を電流変換する電流変換回路５３と、この電流変換回路５３にて電流変換した高調波電流とシステム出力電流、すなわちシステム補機３を経たシステム出力電流とを加算し、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去する加算器５４とを有している。
【００８２】
尚、請求項記載のキャンセル手段はアクティブフィルタ５０、高調波電流抽出手段は高調波電流抽出部５１、高調波電流キャンセル手段は反転回路５２、電流変換回路５３及び加算器５４に相当するものである。
【００８３】
このように第４の実施の形態によれば、システム出力電流に含まれる高調波電流を除去する機能をパワコン装置１０Ａに設けなくても、システム補機３及びシステム出力電流センサ４間にアクティブフィルタ５０を配置し、このアクティブフィルタ５０にてシステム出力電流に含まれる高調波電流を除去するようにしたので、コージェネレーションシステム１Ａ全体として外部の交流系統６に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００８４】
尚、上記実施の形態においては、コージェネレーションシステム１（１Ａ）として説明したが、具体的にはガスコージェネレーションシステム、燃料電池コージェネレーションシステム、エンジンコージェネレーションシステム、風力コージェネレーションシステム、水力コージェネレーションシステム若しくはソーラー発電システム等があげられる。
【００８５】
また、上記実施の形態においては、発電システムとしてコージェネレーションシステムを例にあげて説明したが、コージェネレーションシステムでない発電システムにも適用可能である。
【００８６】
【発明の効果】
上記のように構成された本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力のシステム出力電流に基づいて交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる出力電流、例えば高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００８７】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力電流から高調波電流を抽出し、この高調波電流に基づいて、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように、前記交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００８８】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、交流電力の出力電流に対してシステム出力に含まれる高調波電流が大きいと判定されると、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように、前記充電手段からの電力供給を受けて、前記変換した交流電力の出力電流を制御するようにしたので、システム出力に含まれる高調波電流が出力電流に対して大きいとしても、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる高調波電流を抑制することができ、その結果、交流系統への規格範囲外の高調波電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００８９】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、システム出力電流及び系統電圧の位相差を検出し、この位相差に基づいてシステム出力の力率を算出し、この力率が所定値、例えば０．９５以上となるように、前記交流電力の出力電流を制御するようにしたので、例えばコージェネレーションシステム等の発電システム全体として外部の交流系統に交流電力を供給する際のシステム出力に関わる良好な力率を確保することができる。
【００９０】
本発明のパワーコンディショナ装置によれば、様々なコージェネレーションシステムや、コージェネレーションシステム以外のシステム、例えばモノジェネレーションシステム等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる第１の実施の形態を示すコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に関わるパワコン装置内部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に関わるパワコン装置の制御回路内部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態に関わるパワコン装置の制御回路内部の概略構成を示すブロック図である。
【図５】第３の実施の形態に関わるパワコン装置内部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】第４の実施の形態を示すコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【図７】第４の実施の形態に関わる要部であるアクティブフィルタ内部の概略構成を示すブロック図である。
【図８】従来のコージェネレーションシステム内部の概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来のコージェネレーションシステムに関わるパワコン装置内部の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】従来のパワコン装置に関わる制御回路内部の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ コージェネレーションシステム(発電システム)
３ システム補機
４ システム出力電流センサ(システム出力電流検出手段)
６ 交流系統
１０ パワコン装置(パワーコンディショナ装置)
１０Ａ パワコン装置(パワーコンディショナ装置)
１７ 系統電圧センサ（系統電圧検出手段）
１８ 制御回路(電流制御手段)
１８Ａ 制御回路(電流制御手段)
２１ 高調波電流抽出部（高調波電流抽出手段）
２２ 電流制御部（高調波電流キャンセル手段）
２２Ｈ システム出力側高調波抑制用減算器（高調波電流キャンセル手段）
３１ 高調波電流抽出部(高調波電流抽出手段)
３２ 電流制御部（高調波電流キャンセル手段）
３２Ａ 位相シフト部(力率算出手段、力率制御手段)
３３ 力率補正部(位相差検出手段)
３３Ａ 位相変換部(位相差検出手段)
４０ 充電部（充電手段、電力供給手段）
５０ アクティブフィルタ(キャンセル手段)
５１ 高調波電流抽出部（高調波電流抽出手段）
５２ 反転回路(高調波電流キャンセル手段)
５３ 電流変換回路(高調波電流キャンセル手段)
５４ 加算器(高調波電流キャンセル手段)
Claims (2)
- 発電システム内で発電した直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を、前記発電システム内部のシステム補機を経由して前記発電システム外部の交流系統にシステム出力として出力するパワーコンディショナ装置であって、
前記交流系統から電力を供給する電力供給手段と、
この電力供給手段にて供給した電力を充電する充電手段と、
前記交流電力の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、
前記システム補機の次段に設けられ前記発電システム内部のシステム補機を経由して前記交流系統に出力される前記システム出力のシステム出力電流を検出するシステム出力電流検出手段と、
前記システム補機の前段に設けられ前記システム補機に出力されるパワコン出力電流を検知するパワコン出力電流検出手段と、
前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流及び前記パワコン出力電流検出手段にて検出したパワコン出力電流に基づいて、前記交流電力の出力電流を制御する電流制御手段と、を有して構成し、且つ、
前記電流制御手段は、
前記パワコン出力電流手段にて検出したパワコン出力電流を抽出すると共に、前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流から当該システム出力電流の高調波電流を抽出する高調波電流抽出手段と、
前記高調波電流抽出手段にて抽出した前記パワコン出力電流に基づいて前記パワーコンディショナ装置内部の高調波電流をキャンセルすると共に、前記高調波電流抽出手段にて抽出した前記システム出力に含まれる高調波電流が、前記交流電力の出力電流に対して大きいと判定されると、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように前記充電手段からの電力供給を受けて前記交流電力の出力電流を制御する高調波電流キャンセル手段と、
前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流及び前記系統電圧検出手段にて検出した系統電圧の位相差を検出する位相差検出手段と、
この位相差検出手段にて検出した位相差に基づいてシステム出力の力率を算出する力率算出手段と、
この力率算出手段にて算出した力率が所定値以上となるように、前記交流電力の出力電流を制御する力率制御手段と、
を有することを特徴とするパワーコンディショナ装置。 - 前記発電システムは、ガスコージェネレーションシステム、燃料電池コージェネレーションシステム、エンジンコージェネレーションシステム、風力コージェネレーションシステム、水力コージェネレーションシステム若しくはソーラー発電システムの何れか一つであることを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ装置。
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