JP5379028B2 - 直流電源の試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換装置を備えた直流電源に対し、擬似負荷を接続して、直流電源の動作試験を行うための試験装置に関する。

従来、交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換装置を備えた直流電源の動作試験（所謂エージング試験）を行う場合、その出力側に、擬似負荷として抵抗器を接続するのが一般的であった。

しかし、抵抗器に供給された電力は、単にジュール熱として空中に放出されるため、動作試験用の擬似負荷として抵抗器を用いると、電力を無駄に消費してしまうことになる。
そこで、こうした問題を防止するために、擬似負荷として、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して、電力変換装置への交流電力の入力経路に戻す系統連系インバータ装置を設けることが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

この提案の試験装置によれば、擬似負荷としての系統連系インバータ装置にて生成した回生用の交流電力を電力変換装置に供給することができるので、交流電力系統から供給される交流電力の消費量を少なくして、試験装置の省電力化を図ることができる。

特開２０００−２３６６７８号公報

ところで、電力変換装置を備えた直流電源には、外部の直流負荷に対して直流電力を安定して供給できるように、バッテリや発電機等からなる補助電源装置が設けられることがある。

このような補助電源装置が設けられた電力変換装置（換言すれば直流電源）の動作試験を行う場合、例えば、試験中に電力変換装置が故障して、電力変換装置からの直流電力の出力が停止すると、系統連系インバータ装置は、補助電源装置から電力供給を受けて交流電力を出力することになる。

そして、この場合、系統連系インバータ装置から出力される交流電力は、電力変換装置で消費されなくなるため、交流電力系統側に流れ、所謂逆潮流が発生することになる。
つまり、電力変換装置の出力側に補助電源装置が設けられた直流電源の動作試験に、上記提案の試験装置を利用すると、電力変換装置が故障したときに、系統連系インバータ装置が交流電力系統へ電力供給を行う発電機として動作し、逆潮流が発生するのである。

そして、このように逆潮流が発生すると、交流電力系統の配電線の電圧が、電気事業法施行規則で規定されている範囲を越えて上昇し、場合によっては、その電圧上昇により、交流電力系統の配電線に接続された他の電気負荷に悪影響を与えることが考えられる。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置と補助電源装置とを備えた直流電源の動作試験を行うための擬似負荷として、系統連系インバータ装置を備えた試験装置において、電力変換装置の異常時に交流電力系統への逆潮流が発生するのを防止することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた本発明（請求項１，２）の直流電源の試験装置は、交流電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換装置と、この電力変換装置の出力側に設けられて電力変換装置の異常時に直流電力を出力する補助電源装置と、を備えた直流電源の動作試験を行うためのものであり、動作試験用の擬似負荷として、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して、交流電力系統から電力変換装置への交流電力の入力経路に戻す系統連系インバータ装置を備える。

このため、本発明の試験装置によれば、交流スイッチを導通状態にして、擬似負荷としての系統連系インバータ装置を動作させれば、電源装置の動作試験（所謂エージング試験）を行うことができる。

そして、その試験中には、系統連系インバータ装置にて生成された交流電力が、交流電力系統から電力変換装置への交流電力の入力経路に戻され、電力変換装置にて消費されることから、交流電力系統から供給される交流電力の消費量を低減して、試験装置の省電力化を図ることができる。

ところで、試験中に電力変換装置に異常が生じ、系統連系インバータ装置にて生成された交流電力が電力変換装置にて消費されなくなると、その交流電力は交流電力系統側に流れる（逆潮流）ことになる。

そこで、請求項１に記載の試験装置には、系統連系インバータ装置から入力経路に至る交流電力の回生経路に設けられて当該回生経路を導通／遮断する交流スイッチと、系統連系インバータ装置から交流スイッチに至る交流電力の回生経路に交流負荷を接続するための開閉器が備えられており、交流スイッチが導通状態にあるときに系統連系インバータ装置からの交流電力によって交流電力系統側への逆潮流が発生すると、逆潮流防止手段が、交流スイッチを遮断状態に切り換えると共に、開閉器を開状態から閉状態に切り換え、系統連系インバータ装置からの交流電力を交流負荷に供給する。

このため、請求項１に記載の試験装置によれば、試験中に電力変換装置に異常が生じ、系統連系インバータ装置にて生成された交流電力が電力変換装置にて消費されなくなったときに、交流電力系統側への逆潮流が発生するのを防止し、延いては、その逆潮流により交流電力系統の配電線の電圧が上昇するのを防止できる。

また、請求項１に記載の試験装置によれば、系統連系インバータ装置からの交流電力によって交流電力系統側への逆潮流が発生すると、系統連系インバータ装置の動作を停止させるのではなく、開閉器を閉状態に切り換えて、系統連系インバータ装置からの交流電力を交流負荷に供給することから、例えば、電力変換装置の動作を停止させて、交流負荷の動作状態から、補助電源装置が正常に機能するか否かを判定する、といった手順で、補助電源装置の動作試験を行うこともできる。

次に、請求項２に記載の直流電源の試験装置は、請求項１に記載の試験装置において、系統連系インバータ装置を、直流電源から取り込み入力経路に回生させる電力量を外部からの指令に従い調整できるように構成し、更に、この系統連系インバータ装置に対し、予め試験条件として設定された時系列データに従い前記電力量を指令する指令装置を設けたものである。

従って、請求項２に記載の試験装置によれば、擬似負荷としての系統連系インバータ装置にて消費される電力量（換言すれば、直流電源を構成する電力変換装置に接続される負荷の大きさ）を、所定の時系列データに従い自動で変更させつつ、電力変換装置（換言すれば直流電源）のエージング試験を行うことができるようになる。

また、指令装置に試験条件として設定する時系列データを適宜変更することで、直流電源の使用環境に対応したエージング試験を行うことができる。
よって、請求項２に記載の試験装置によれば、直流電源を構成する電力変換装置のエージング試験を、実際の使用環境に対応した試験条件にて、自動で行うことができるようになり、使用者にとって使い勝手のよい試験装置を提供することが可能となる。

実施形態の試験装置全体の構成を表すブロック図である。 コントローラからインバータ装置の制御回路への指令動作を説明するフローチャートである。 図２のフローチャートで用いられる運転テーブルを表す説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態の試験装置は、交流電力系統２から供給される交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換装置４と、電力変換装置４の出力側に設けられて電力変換装置４の異常時に直流電力を出力する補助電源装置６とを備えた直流電源１０の動作試験を行うためのものであり、動作試験用の擬似負荷として、直流電源１０から出力される直流電力を交流電力に変換して、交流電力系統２から電力変換装置４への交流電力の入力経路に戻すインバータ装置２０を備える。

そして、このインバータ装置２０には、インバータ装置２０を系統連系インバータ装置として動作させるための制御装置３０が設けられている。
なお、この制御装置３０は、直流電源１０に対する擬似負荷の大きさ（換言すればインバータ装置２０での消費電力）をコントローラ４０からの指令値（目標電力）に制御すると共に、生成した交流電力を交流電力系統２から供給される交流電力と合成して電力変換装置４に供給できるように交流電力の位相を制御することで、インバータを系統連系インバータ装置として動作させるものである。

また、インバータ装置２０から、交流電力系統２と電力変換装置４との間の入力経路に至る、交流電力の回生経路２１には、この回生経路２１を導通／遮断する交流スイッチ２２が備えられており、この交流スイッチ２２と電力変換装置４との間の回生経路２１には、その経路の電圧を検出するための計測用変圧器ＶＴ２が設けられている。なお、本実施形態では、交流スイッチ２２は、逆並列に接続されたサイリスタにより構成されている。

また、直流電源１０からインバータ装置２０に至る直流電力の出力経路２３には、その出力経路２３の電圧（直流電圧）を検出すると共に、計測用変流器ＣＴ２を介して出力経路２３を流れる電流（直流電流）を検出する直流検出回路２４が設けられている。そして、この直流検出回路２４からの検出信号は、制御装置３０内の直流電力制御回路３２に入力される。

次に、制御装置３０には、直流電力制御回路３２に加えて、インバータ制御回路３４、ＰＷＭ回路３６、及び点弧回路３９が設けられている。
ここで、まず、直流電力制御回路３２は、直流検出回路２４からの検出信号からインバータ装置２０に入力される直流電力を検出して、その直流電力がコントローラ４０からの指令値（目標電力）となるように、インバータ装置２０からの出力（交流電力）を制御するための電力制御信号を生成するものであり、その生成された電力制御信号は、インバータ制御回路３４に入力される。

また、インバータ制御回路３４は、直流電力制御回路３２からの電力制御信号と計測用変圧器ＶＴ２からの検出信号（電圧信号）とに基づき、インバータ装置２０から出力される交流電力が、電力制御信号に対応し、且つ、交流電力系統２から供給される交流電力と位相同期するよう制御するための基準電圧信号を生成して、ＰＷＭ回路３６に出力するものである。

そして、ＰＷＭ回路３６は、インバータ制御回路３４から基準電圧信号を受けて、インバータ装置２０内の直流−交流変換用スイッチング素子の駆動タイミング及び駆動デューティを制御するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ装置２０に出力する。

また、インバータ制御回路３４は、インバータ装置２０の制御中、点弧回路３９に常時基準パルスを出力し、点弧回路３９は、その基準パルスを受けて交流スイッチ２２に点弧パルスを出力し、交流スイッチ２２をオン状態（導通状態）に駆動する。

なお、点弧回路３９は、後述の逆潮流検出回路５０から指令信号（オフ指令）を受けると、点弧パルスの出力を停止する。
このように構成された本実施形態の試験装置によれば、直流電源１０から直流電力が出力されているとき、その出力電力がコントローラ４０からの指令値で決まる目標電力となるよう、インバータ装置２０が駆動され、インバータ装置２０にて生成された交流電力が、交流スイッチ２２を介して、交流電力系統２から供給される交流電力と共に電力変換装置４に供給されることになる。

このため、本実施形態の試験装置によれば、交流電力系統２から供給される交流電力の消費量を低減することができ、試験装置の省電力化を図ることができる。
次に、コントローラ４０は、マイクロコンピュータ等、予め設定されたプログラムに従い動作する電子制御装置で構成されており、図２のフローチャートに従い、制御装置３０に指令値（目標電力）を出力する。

すなわち、コントローラ４０のメモリには、図３に示すように、動作試験のスケジュールを表す運転テーブルとして、目標電力である指令値Ｙと、その指令値Ｙでインバータ装置２０を動作させる継続時間Ｘとからなる各種試験条件が順に記述された時系列データが予め記憶されている。

そして、コントローラ４０は、外部操作によってコントローラ４０に動作試験の開始指令を入力すると、Ｓ１００（Ｓはステップを表す）にて、メモリに記憶された運転テーブルのデータ数（継続時間Ｘ、指令値Ｙの数）を読み出し、そのデータ数を値「ｆ」として記憶し、続くＳ１１０にて、データカウント用のカウンタｎに値１を、計時用のカウンタｔに値０を、それぞれ初期設定し、Ｓ１２０以降の指令値出力処理を以下の手順で実行する。

つまり、この指令値出力処理では、まず、Ｓ１２０にて、運転テーブルから、カウンタｎに対応したｎ番目の継続時間Ｘｎ及び指令値Ｙｎを読み込み、Ｓ１３０にて、その読み込んだ指令値Ｙｎを制御装置３０の直流電力制御回路３２に出力する。

そして、続くＳ１４０では、計時用のカウンタｔをインクリメント（＋１）し、Ｓ１５０にて、カウンタｔの値が継続時間Ｘｎ（詳しくは継続時間Ｘｎに対応したカウント値）に達したか否かを判断し、カウンタｔの値が継続時間Ｘｎに達していなければ（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１４０に移行することで、継続時間Ｘｎが経過するのを待つ。

また、Ｓ１５０にて、継続時間Ｘｎが経過したと判断されると、Ｓ１６０にて、データカウント用のカウンタｎをインクリメント（＋１）し、Ｓ１７０にて、カウンタｎの値がＳ１００で設定した値「ｆ」（つまり、運転テーブルに記憶されたデータの数）を越えたか否かを判断する。

そして、カウンタｎの値が値「ｆ」を越えていなければ、再度Ｓ１２０に移行して、運転テーブルに記憶された次のデータ（継続時間Ｘｎ、指令値Ｙｎ）を読み込み、上記Ｓ１３０以降の処理を実行し、カウンタｎの値が値「ｆ」を越えていれば（つまりカウンタｎの値が「ｆ＋１」以上であれば）、運転テーブルに対応したインバータ装置２０の駆動は完了したと判断して、指令値出力処理を終了する。

なお、この指令値出力処理が終了すると、コントローラ４０からは指令値（目標値）が出力されなくなるので、制御装置３０は、インバータ装置２０の駆動を停止し、直流電源１０の動作試験を終了することになる。

このように、本実施形態の試験装置によれば、制御装置３０がコントローラ４０から指令に従いインバータ装置２０を駆動することにより、直流電源１０に対し、運転テーブルに記述された試験条件に対応した負荷を与えて、その動作試験を行うことができる。

従って、本実施形態の試験装置によれば、コントローラ４０のメモリに格納する運転テーブルを適宜変更することで、直流電源１０の使用環境に対応したエージング試験を行うことができるようになり、使用者にとって使い勝手のよい試験装置を提供することができる。

また次に、コントローラ４０からの指令に基づく動作試験中に、電力変換装置４に異常が生じ、インバータ装置２０にて生成された交流電力が電力変換装置４にて消費されなくなると、その交流電力は交流電力系統２側に流れることになる。

そこで、本実施形態の試験装置には、更に、交流電力系統２から電力変換装置４への交流電力の入力経路における電圧及び電流を、計測用変圧器ＶＴ１及び計測用変流器ＣＴ１を介して検出し、その検出結果から、交流電力が交流電力系統２側に流れる逆潮流を検出する逆潮流検出回路５０と、インバータ装置２０から交流スイッチ２２に至る交流電力の回生経路２１に外部の交流負荷６０を接続するための開閉器６２と、この開閉器６２を開状態（オフ状態）から閉状態（オン状態）に切り換える開閉器駆動回路６４と、が設けられている。

そして、逆潮流検出回路５０は、逆潮流を検出すると、点弧回路３９に交流スイッチ２２の駆動を停止させる指令信号（オフ指令）を出力することで、交流スイッチ２２をオフ状態（遮断状態）に切り換えると共に、開閉器駆動回路６４に開閉器６２を駆動させる指令信号（オン指令）を出力することで、開閉器６２を閉状態（オン状態）に切り換え、交流負荷６０を交流電力の回生経路２１に接続させる。

このため、本実施形態の試験装置によれば、試験中に電力変換装置４に異常が生じ、インバータ装置２０にて生成された交流電力が電力変換装置４にて消費されなくなったときに、交流電力系統２側への逆潮流が発生するのを防止し、延いては、その逆潮流により交流電力系統２の配電線の電圧が上昇するのを防止できる。

また、本実施形態の試験装置によれば、試験中に電力変換装置４に異常が生じ、インバータ装置２０にて生成された交流電力が電力変換装置４にて消費されなくなったときには、インバータ装置２０にて生成された交流電力が、開閉器６２を介して、交流負荷６０に供給される。

このため、本実施形態の試験装置によれば、電力変換装置４の動作停止時等に、交流負荷６０の動作状態に基づき、補助電源装置６が正常に機能するか否かを判定することにより、補助電源装置６の動作試験を行うことができる。

なお、このように交流スイッチ２２をオフ状態、開閉器６２を閉状態（オン状態）にした場合、インバータ装置２０は、交流負荷６０の電源装置として動作することになる。
そこで、本実施形態では、逆潮流検出回路５０が逆潮流を検出した際には、点弧回路３９及び開閉器駆動回路６４に指令信号を出力するだけでなく、インバータ制御回路３４に対し、インバータ制御回路３４の制御動作を、直流電力制御回路３２からの制御信号に従いインバータ装置２０からの出力を制御する系統連系制御から、内部の発振器による正弦波信号を基準とした電圧・周波数一定制御へと切り換えるための制御切換指令を出力するようにされている。

また、インバータ制御回路３４は、逆潮流検出回路５０から制御切換指令を受けると、上述した系統連系制御のための制御動作から、電圧・周波数一定制御のための制御動作へと、自身の制御動作を切り換えるようにされている。

そして、この電圧・周波数一定制御では、インバータ制御装置３４は、インバータ装置２０から交流負荷６０への交流電力の出力経路に設けられた計測用変圧器ＶＴ３を介して、交流負荷６０に供給される交流電圧を検出し、その交流電圧が所定の目標電圧（例えば、交流電力系統２から供給される交流電圧と同電圧）となるよう制御信号を生成する。

ここで、本実施形態において、インバータ装置２０及び制御装置３０が、本発明の系統連系インバータ装置に相当し、逆潮流検出回路５０が、本発明（詳しくは請求項１に記載）の逆潮流防止手段に相当し、コントローラ４０が、本発明（詳しくは請求項２に記載）の指令装置に相当する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、図１において、被試験装置である電力変換装置４の出力側に接続される補助電源装置６は、電力変換装置４からの直流電力により充電可能な蓄電池（バッテリ）にて構成されているように記載されているが、補助電源装置６は、こうした蓄電池（バッテリ）ではなく、電力変換装置４からの直流電力の低下に伴い起動して、直流電圧を発生する発電機であってもよい。

また、上記実施形態では、交流スイッチ２２は、逆並列に接続されたサイリスタにより構成され、点弧回路３９により駆動されるものとして説明したが、交流スイッチ２２は、制御装置３０からの指令に従い回生経路２１を導通・遮断することができるものであればよく、例えば、電磁接触器（ＭＣ）や真空遮断器（ＶＣＢ）等で構成してもよい。

２…交流電力系統、４…電力変換装置、６…補助電源装置、１０…直流電源、２０…インバータ装置、２１…回生経路、２２…交流スイッチ、２３…出力経路、２４…直流検出回路、３０…制御装置、３２…直流電力制御回路、３４…インバータ制御回路、３６…ＰＷＭ回路、３９…点弧回路、４０…コントローラ、５０…逆潮流検出回路、６０…交流負荷、６２…開閉器、６４…開閉器駆動回路、ＣＴ１，ＣＴ２…計測用変流器、ＶＴ１，ＶＴ２，ＶＴ３…計測用変圧器。

Claims (2)

1. 交流電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換装置と、該電力変換装置の出力側に設けられて該電力変換装置の異常時に直流電力を出力する補助電源装置と、を備えた直流電源に対し、擬似負荷を接続して、前記直流電源の動作試験を行うための試験装置であって、
   前記直流電源の出力側に前記擬似負荷として接続され、前記直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して、前記交流電力系統から前記電力変換装置への交流電力の入力経路に戻す系統連系インバータ装置と、
   前記系統連系インバータ装置から前記入力経路に至る交流電力の回生経路に設けられ、当該回生経路を導通／遮断する交流スイッチと、
   前記系統連系インバータ装置から前記交流スイッチに至る交流電力の回生経路に交流負荷を接続するための開閉器と、
   前記交流スイッチが導通状態にあるとき、前記系統連系インバータ装置からの交流電力によって前記交流電力系統への逆潮流が発生すると、前記交流スイッチを遮断状態に切り換えると共に、前記開閉器を開状態から閉状態に切り換える逆潮流防止手段と、
   を備えたことを特徴とする直流電源の試験装置。
2. 前記系統連系インバータ装置は、前記直流電源から取り込み前記入力経路に回生させる電力量を、外部からの指令に従い調整可能に構成されており、
   当該試験装置には、前記系統連系インバータ装置に対し、予め試験条件として設定された時系列データに従い前記電力量を指令する指令装置、が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の直流電源の試験装置。

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