JP5553119B1 - Power supply system and power conversion device - Google Patents
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Abstract
【課題】連系/自立の切替えをスムーズに短時間で行う。
【解決手段】実施形態に係る電源システムは、電力変換装置と、負荷とを備える。また、電力変換装置は、第1インバータと、第2インバータとを備える。第1インバータは、電力系統に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して電力系統へ出力する。第2インバータは、負荷に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して負荷へ常時出力する。
【選択図】図1Switching between interconnection / independence is performed smoothly in a short time.
A power supply system according to an embodiment includes a power conversion device and a load. The power conversion device includes a first inverter and a second inverter. The first inverter is connected to the power system, converts the power supplied from the power generation device into power, and outputs the power to the power system. The second inverter is connected to the load, converts the power supplied from the power generation device into power, and constantly outputs the power to the load.
[Selection] Figure 1
Description
開示の実施形態は、電源システムおよび電力変換装置に関する。 Embodiments disclosed herein relate to a power supply system and a power conversion device.
近年、発電システムでは、系統連系運転だけでなく、停電時に特定負荷への電力供給を行う自立運転への切り替えが、防災上の観点等から重要となってきている。 In recent years, in power generation systems, not only grid-connected operation but also switching to independent operation in which power is supplied to a specific load during a power failure has become important from the viewpoint of disaster prevention.
一方、風力や水力等の自然エネルギーを用いて発電を行う発電機においては、風力や水力、地熱等の入力エネルギー自体を制御することは難しく、また、排熱や排ガス等の再生エネルギーを用いて発電を行う発電機においても、元のエネルギーの利用目的に合わせての出力となるため入力エネルギーの制御が難しい。 On the other hand, it is difficult to control input energy itself such as wind power, hydraulic power, geothermal heat, etc. in a generator that generates power using natural energy such as wind power or hydraulic power, and also uses renewable energy such as exhaust heat or exhaust gas. Even in a generator that generates power, it is difficult to control input energy because the output is in accordance with the purpose of using the original energy.
このような理由から、自然エネルギーや再生エネルギーを用いた発電システムにおいては、系統連系運転および自立運転間の切替時に、発電機への入力エネルギーを停止することは困難である。この状況で切替を行うと発電機は無拘束状態となり、発電機は速度アップするとともに継続すると危険な状況となるおそれがある。 For these reasons, in a power generation system using natural energy or regenerative energy, it is difficult to stop input energy to the generator when switching between grid interconnection operation and independent operation. If switching is performed in this situation, the generator is in an unrestrained state, and if the generator speeds up and continues, a dangerous situation may occur.
そこで、この解決方法として、たとえば抵抗を挿入し、この抵抗に電流を流して抵抗放熱させることが行われている(特許文献1参照)。 In order to solve this problem, for example, a resistor is inserted, and a current is passed through the resistor to dissipate the resistance (see Patent Document 1).
しかしながら、上記の解決方法は、エネルギーを浪費することとなるため好ましくない。また、発熱量に比例して容積が決まるため、サイズの大きな抵抗が必要となる場合もある。 However, the above solution is not preferable because it wastes energy. In addition, since the volume is determined in proportion to the amount of heat generated, a large size resistor may be required.
なお、上記の抵抗を小さくするために、発電機を停止させて出力を停止させることも考えられるが、風力や水力、地熱等を用いる発電機は停止・再起動することが容易ではなく、また、排熱や排ガス等の熱系エネルギーを用いる発電機は停止・再起動に時間がかかるため、好ましくない。 In order to reduce the above resistance, it is conceivable to stop the output by stopping the generator, but it is not easy to stop and restart the generator using wind power, hydropower, geothermal heat, etc. A generator using thermal energy such as exhaust heat or exhaust gas is not preferable because it takes time to stop and restart.
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、連系/自立の切替えをスムーズに短時間で行うことのできる電源システムおよび電力変換装置を提供することを目的とする。 One aspect of the embodiments has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a power supply system and a power conversion device capable of smoothly switching between interconnection / independence in a short time.
実施形態の一態様に係る電源システムは、電力変換装置と、負荷とを備える。また、電力変換装置は、第1インバータと、第2インバータとを備える。第1インバータは、電力系統に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して電力系統へ出力する。第2インバータは、負荷に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して負荷へ常時出力する。 A power supply system according to an aspect of an embodiment includes a power conversion device and a load. The power conversion device includes a first inverter and a second inverter. The first inverter is connected to the power system, converts the power supplied from the power generation device into power, and outputs the power to the power system. The second inverter is connected to the load, converts the power supplied from the power generation device into power, and constantly outputs the power to the load.
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電源システムおよび電力変換装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a power supply system and a power conversion device disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
図1は、実施形態に係る電源システムの構成の一例を示す図である。図1に示す電源システム100は、電力変換装置1と、発電装置2と、駆動制御部3とを有し、電力変換装置1の備えた端子を介して、電力系統4と第1負荷5に接続される。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a power supply system according to the embodiment. A
発電装置2は、発電機21と、エンジン22とを備え、エンジン22は発電機21を駆動する。駆動制御部3は、エンジンを駆動させるための装置であり、後述する常時電力供給端子11cを介し、電力変換装置1の負荷として接続されている。発電装置2はエンジン発電機に限定されない。
The
本実施形態に係る電力変換装置1において、発電装置2によって発電された電力は、後述する第1インバータ122および第2インバータ123に常時供給される。すなわち、本実施形態に係る電力変換装置1では、後述する第5開閉器15eが通常に閉状態であり、コンバータ121が、発電装置2によって発電された電力を第1インバータ122および第2インバータ123へ常時供給する。
In the
電力変換装置1は、図1に示すように、第1端子11a(以下、「連系運転用端子11a」と記載する)と、第2端子11b(以下、「自立運転用端子11b」と記載する)と、第3端子11c(以下、「常時電力供給端子11c」と記載する)とを備える。また、電力変換装置1は、電力変換部12と、第1〜第6開閉器15a〜15fと、第1電圧検出部16aと、第2電圧検出部16bと、過電圧保護回路17と、制御部18とを備える。
As shown in FIG. 1, the
連系運転用端子11aは、電力系統4と接続するための端子であり、R相、S相および中性線Nを接続する端子を有する。かかる連系運転用端子11aは、後述する連系運転モード時に電力変換部12が備える第1インバータ122からの電力を電力系統4へ出力する。
The interconnecting operation terminal 11a is a terminal for connecting to the power system 4, and has terminals for connecting the R phase, the S phase, and the neutral wire N. The interconnection operation terminal 11a outputs the electric power from the first inverter 122 included in the
自立運転用端子11bは、第1負荷5と接続するための端子である。かかる自立運転用端子11bは、後述の連系運転モード時には電力変換部12が備える第1インバータ122からの電力を第1負荷5へ出力し、自立運転モード時には電力変換部12が備える第2インバータ123からの電力を第1負荷5へ出力する。第1負荷5は、例えば、電気機器などである。
The
常時電力供給端子11cは、第2負荷と接続するための端子である。かかる常時電力供給端子11cは、運転モードに関わらず(常時)、電力変換部12からの電力を第2負荷へ出力する。
The constant power supply terminal 11c is a terminal for connecting to the second load. The constant power supply terminal 11c outputs the power from the
第2負荷は、所定以上の電力を常に消費する負荷(以下、「常時負荷」と記載する)である。本実施形態では、駆動制御部3を常時負荷としている。駆動制御部3は、発電装置2の稼働中において、エンジン22を駆動するために所定以上の電力を常に消費する。なお、常時負荷は、駆動制御部3に限定されない。
The second load is a load that constantly consumes a predetermined amount of power (hereinafter referred to as “always load”). In the present embodiment, the
なお、運転準備中(エンジン起動前)における駆動制御部3への電力供給は、電力系統4から電力変換装置1を経由して行われる。具体的には、制御部18は、後述する第1開閉器15a、第4開閉器15dおよび第6開閉器15fを閉状態とし、第1インバータ122および第2インバータ123を制御することにより、電力系統4からの電力を第1インバータ122および第2インバータ123経由で常時電力供給端子11cから駆動制御部3へ供給する。このように、常時電力供給端子11cは、発電装置2の運転中だけでなく、運転準備中(エンジン起動前)においても常時、電力変換部12からの電力を駆動制御部3へ出力する。
Note that power supply to the
連系運転用端子11a、自立運転用端子11bおよび常時電力供給端子11cは、コンセントなどの配線用差込接続器であるが、駆動制御部3、電力系統4または第1負荷5に接続できる構成であればよく、配線用差込接続器に限られない。
The interconnection operation terminal 11a, the self-sustained
電力変換部12は、コンバータ121と、第1インバータ122と、第2インバータ123とを備える。かかる電力変換部12は、制御部18からの制御信号に基づいて、発電装置2から供給される交流電力を所定の電力へ変換して出力する。制御信号としては、運転信号、出力量を決定する電圧指令信号などがある。
The
コンバータ121は、制御部18からの制御信号に基づいて、発電装置2から出力される交流電力を直流電力へ変換して直流母線へ出力する。この直流母線には、第1インバータ122および第2インバータ123が並列に接続されている。なお、発電装置2が直流電源である場合には、コンバータ121はDC/DCコンバータとして動作する電力変換装置が採用される。
Based on a control signal from
第1インバータ122および第2インバータ123は、それぞれ制御部18からの制御信号に基づいて、コンバータ121から出力される直流電力を交流電力へ変換して出力する。
First inverter 122 and
第1開閉器15a、第6開閉器15fは、連系運転用端子11aと第1インバータ122との間に接続される開閉器である。具体的には、第1開閉器15aは、連系運転用端子11aと第6開閉器15fの間に、第6開閉器15fは、第1開閉器15aと連系運転用端子11aの間に接続される。第2開閉器15bは、一端が自立運転用端子11bに、他端が第1開閉器15aと第6開閉器15fの接続線に接続される開閉器である。第3開閉器15cは、自立運転用端子11bと第2インバータ123との間に接続される開閉器である。第4開閉器15dは、常時電力供給端子11cと第2インバータ123との間に接続される開閉器であり、第5開閉器15eは、発電装置2とコンバータ121との間に接続される開閉器である。
The
これら第1〜第6開閉器15a〜15fの開閉は、制御部18によって制御される。なお、第1開閉器15aは、「連系運転用開閉器」の一例であり、第3開閉器15cは、「自立運転用開閉器」の一例である。
Opening and closing of the first to
第1電圧検出部16aは、第6開閉器15fと連系運転用端子11aの間のR相およびS相間の電圧をそれぞれ検出する。
The
第2電圧検出部16bは、コンバータ121およびインバータ122,123間の直流母線電圧を検出し、かかる検出値を駆動制御部3へ出力する。
Second
過電圧保護回路17は、第7開閉器171と、抵抗器172とを備え、コンバータ121およびインバータ122,123間に接続される。かかる過電圧保護回路17は、直流母線電圧が事前に設定した値に達すると第7開閉器171が閉状態となり、抵抗器172へ直流電力を放電し、過電圧を防止する回路である。
The overvoltage protection circuit 17 includes a
制御部18は、電力変換部12の動作および第1〜第6開閉器15a〜15fの開閉の制御を行うことにより、連系運転モードおよび自立運転モードのそれぞれの処理および切り替えの制御を行う。図2は、各モードにおける第1開閉器15a〜第4開閉器15dおよび第6開閉器15fの状態を示す図である。なお、第4開閉器15dは、常時閉状態であり、第5開閉器15eは、運転準備が終了してエンジン22が起動した後で、制御部18によって閉状態とされる。
The
連系運転モードは、連系運転用端子11aに接続された第1負荷5に対して発電装置2によって発電された電力または電力系統4からの電力を供給する動作モードである。このモードでは、制御部18は、図2に示すように、第1開閉器15a、第2開閉器15b、第4開閉器15dおよび第6開閉器15fに対し閉状態にするHighレベルの制御信号を出力し、かつ、第3開閉器15cに対し開状態にするLowレベルの制御信号を出力する。これにより、第1インバータ122の出力電圧が電力系統4の電圧よりも高い場合には、連系運転用端子11a、自立運転用端子11b、常時電力供給端子11cを介して、それぞれ電力系統4、第1負荷5、駆動制御部3へ交流電力が供給される。また、第1インバータ122の出力電圧が電力系統4の電圧よりも低い場合には、電力系統4からの交流電力が連系運転用端子11a、第6開閉器15f、第2開閉器15bおよび自立運転用端子11bを介して第1負荷5へ供給されるとともに、発電装置2からの電力が常時電力供給端子11cを介して駆動制御部3へ供給される。かかる連系運転モードにより、電力系統4からの電力の使用を抑制したり、あるいは、ピークカットを実現したりすることができる。
The interconnection operation mode is an operation mode in which electric power generated by the
なお、上述したように第1インバータ122の出力電圧が電力系統4の電圧よりも高い場合、発電装置2によって発電された電力は電力系統4にも供給される。このように、連系運転モードは、発電装置2によって発電された電力を電力系統4へ供給する動作モードでもある。なお、連系運転モード時おいては、自立運転モード時と比較して、コンバータ121から出力される電圧(直流母線電圧)が高めに設定される。
As described above, when the output voltage of the first inverter 122 is higher than the voltage of the power system 4, the power generated by the
自立運転モードは、第3開閉器15cを介して自立運転用端子11bに接続された第1負荷5へ発電装置2によって発電された電力を供給する動作モードである。このモードでは、制御部18は、図2に示すように、第1開閉器15a、第2開閉器15bおよび第6開閉器15fに対し開状態にするLowレベルの制御信号を出力し、かつ、第3開閉器15cに対し閉状態にし、第4開閉器15dに対し連系運転モードからの閉状態を保持するHighレベルの制御信号を出力する。これにより、自立運転用端子11b、常時電力供給端子11cを介して、それぞれ第1負荷5、駆動制御部3へ交流電力が供給される。
The independent operation mode is an operation mode in which electric power generated by the
このように、本実施形態に係る電力変換装置1では、第2インバータ123が常時運転しており、運転モードに関係なく常時負荷である駆動制御部3に常時交流電力が出力され、かつ運転モードにより経由する開閉器を切り替えるが自立運転用端子11bに接続された第1負荷5にも常時交流電力が出力される。
As described above, in the
連系運転モードから自立運転モードへの切替は、たとえば電力系統4に故障(たとえば、以下停電として説明する。)が起こった場合に行われる。 Switching from the interconnected operation mode to the independent operation mode is performed, for example, when a failure (for example, described as a power failure) occurs in the power system 4.
具体的には、制御部18は、第1電圧検出部16aによって検出される連系運転用端子11aの電圧から電力系統4の電圧振幅を演算し、電力系統4の電圧振幅が所定値未満となった場合に、電力系統4が停電になったと判定する。
Specifically, the
電力系統4が停電になっていると判定すると、制御部18は、第1インバータ122からの電力供給を停止させ、第1開閉器15a、第2開閉器15bおよび第6開閉器15fに対し開状態にする制御信号を出力する。これにより、第1インバータ122から電力系統4および第1負荷5への電力供給が停止される。なお、第1開閉器15aおよび第2開閉器15bに対して開状態にする制御信号を出力するタイミングと、第6閉器15fに対して開状態にする制御信号を出力するタイミングとは同時でなくてもよい。かかる点については、後述する。
When it is determined that the power system 4 is in a power failure, the
つづいて、制御部18は、第3開閉器15cに対し閉状態にする制御信号を出力し、自立運転用端子11bから第1負荷用電圧に代えて第2負荷用電圧を出力させる。これにより、第2インバータ123から第1負荷5への電力供給が開始される。すなわち、連系運転モードから自立運転モードへ切り替わる。なお、第1負荷用電圧は、駆動制御部3にのみ電力供給を行う場合の出力電圧であり、第2負荷用電圧は、駆動制御部3と第1負荷5の両方に対して電力供給を行う場合の出力電圧である。
Subsequently, the
このように、本実施形態に係る電力変換装置1では、連系運転モードから自立運転モードへの切り替えを2段階に分けて行う。そして、電力変換装置1では、1段階目と2段階目の間、すなわち、第1インバータ122から電力系統4および第1負荷5への電力供給を停止してから第2インバータ123から第1負荷5への電力供給を開始するまでの間、発電装置2によって発電された電力を常時電力供給端子11cから駆動制御部3へ常時供給する。これにより、連系/自立の切替えをスムーズに短時間で行うことができる。
Thus, in the
この点について具体的に説明する。上記1段階目と2段階目の間、言い換えれば、第1開閉器15aおよび第2開閉器15bが開状態となってから第3開閉器15cが閉状態となるまでには、タイムラグ(以下、「モード切替期間」と記載する)が存在する。これは、混触防止のために敢えてタイムラグを設定したり、運転モードの切り替えを手動で行ったりする場合があるためである。
This point will be specifically described. Between the first stage and the second stage, in other words, until the
かかるモード切替期間中は、電力系統4および第1負荷5への電力供給が停止された状態となる。従来の電力変換装置では、モード移行期間中にいずれの負荷も接続されていない状態、すなわち、発電装置によって発電される電力を消費する負荷が存在しない状態となるため、かかるモード切替期間中に発電装置を動作させ続けると、急激な電圧上昇が起きてコンバータやインバータを破損させたり、過電圧保護回路17が動作するおそれがあった。
During the mode switching period, the power supply to the power system 4 and the
これに対し、本実施形態に係る電力変換装置1では、モード切替期間中においても、第2インバータ123から出力される電力が常時負荷である駆動制御部3に常時供給される。このため、モード切替期間中における電圧上昇を抑えることができる。言い換えれば、コンバータ121およびインバータ122,123間の電圧がこれらコンバータ121およびインバータ122,123の耐圧を超えるまでの時間を延ばすことができる。
On the other hand, in the
したがって、本実施形態に係る電力変換装置1によれば、電力変換部12を動作させた状態で、つまり、発電装置2を停止させることなく、連系運転モードから自立運転モードへの移行を行うことができる。また、発電装置2を停止させなくてもよいため、復電時の応答性を高めることもできる。このため、連系/自立の切替えをスムーズ行うことができる。また、モード切替期間を短く設定することも可能であるため、連系/自立の切替えを短時間で行うこともできる。また、発電装置2によって発電される電力を常時負荷である駆動制御部3で消費することでかかる電力を無駄にすることなく利用することができる。
Therefore, according to the
次に、上述の内容について図3を参照して具体的に説明する。図3は、制御部18から第1〜第4開閉器15a〜15dへ出力される制御信号、第2電圧検出部16bの検出値および発電機21の発電量の遷移例を示す図である。なお、図3に示すS1は、第1開閉器15aおよび第2開閉器15bへの制御信号であり、S2は、第3開閉器15cへの制御信号であり、S3は、第4開閉器15dへの制御信号である。
Next, the above content will be specifically described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a transition example of the control signal output from the
制御部18は、連系運転モードを実行中に停電が発生すると(t1)、第1開閉器15aおよび第2開閉器15bを開状態とするLowレベルの制御信号を出力する。これにより、第1〜第3開閉器15a〜15cが全て開状態となる。
When a power failure occurs during execution of the interconnection operation mode (t1), the
従来の電力変換装置では、発電装置を停止させないと、上記のように第1〜第3開閉器が全て開状態となった場合に、いずれの負荷も接続されていない状態となって急激な電圧上昇が起きる(図3の仮想線L1参照)。これにより、自立運転モードが開始される前に(t1〜t2)、コンバータおよびインバータ間の電圧がこれらの耐圧を超えてしまうおそれがあった。 In the conventional power conversion device, if the power generation device is not stopped, when all of the first to third switches are opened as described above, no load is connected and a sudden voltage is applied. An increase occurs (see a virtual line L1 in FIG. 3). Thereby, before the self-sustained operation mode is started (t1 to t2), the voltage between the converter and the inverter may exceed these withstand voltages.
このため、従来の電力変換装置では、たとえば抵抗に電流を流し抵抗放熱によって電力を消費したり、高速遮断スイッチを用いてモード切替期間(t1〜t2)を短くしたり、あるいは、発電装置自体を停止したりして、コンバータやインバータの故障を未然に防いでいた。 For this reason, in a conventional power converter, for example, current is passed through a resistor and power is consumed by resistance heat radiation, a mode switching period (t1 to t2) is shortened using a high-speed cutoff switch, or the power generator itself is It stopped to prevent converter and inverter failures.
これに対し、本実施形態に係る電力変換装置1によれば、第1〜第3開閉器15a〜15cが全て開状態となった場合でも、第2インバータ123から出力される電力が常時負荷である駆動制御部3に常時供給される。このため、従来の電力変換装置と比較して、モード切替期間(t1〜t2)における電圧上昇を抑えることができる(図3の仮想線L2参照)。
On the other hand, according to the
さらに、本実施形態に係る電源システム100では、駆動制御部3が、電力系統4に停電が発生した場合に、発電機21の発電量を抑えるようにエンジン22の駆動を制御する。
Furthermore, in the
具体的には、駆動制御部3は、第1電圧検出部16aによって検出される連系運転用端子11aの電圧が所定値未満の状態が所定時間(Δt)継続した場合に、電力系統4が停電になったと判定する。なお、上記所定時間(Δt)は、t1〜t2のタイムラグよりも短い時間に設定される。
Specifically, the
そして、電力系統4が停電になったと判定すると、駆動制御部3は、第2電圧検出部16bによって検出されるコンバータ121およびインバータ122,123間の電圧がコンバータ121およびインバータ122,123の耐圧Vmaxよりも低い所定の電圧となるようにエンジン22の駆動を制御する。なお、図3に示す耐圧Vmaxは、コンバータ121およびインバータ122,123の耐圧のうち最も低い耐圧とする。これにより、発電機21の発電量がP1よりも少ないP2となり、t1〜t2間における電圧上昇をさらに抑えることができる。
When it is determined that the power system 4 has failed, the
なお、電力変換部12の最大出力電圧をV1、常時負荷である駆動制御部3の電圧をV2とすると、電力系統4へ出力可能な最大電圧V3はV1−V2であり、この電圧V3が停電時の余剰電圧の最大値である。常時負荷は、電圧V3がコンバータ121およびインバータ122,123の耐圧Vmaxを超えないような電圧V2の負荷であることが望ましい。
If the maximum output voltage of the
ここでは、連系運転モードから自立運転モードへ切り替える場合のモード切替期間における電源システム100の動作例について説明したが、復電時において、自立運転モードから連系運転モードへの切り替える場合も上記と同様に2段階で行われる。
Here, the operation example of the
自立運転モードから連系運転モードへ切り替える場合、制御部18は、まず、第3開閉器15cに対し開状態にする制御信号を出力し、自立運転用端子11bから第2負荷用電圧に代えて第1負荷用電圧を出力させる。これにより、第2インバータ123から駆動制御部3への電力供給は維持されたまま、第2インバータ123から第1負荷5への電力供給が停止する。そして、制御部18は、第1インバータ122からの電力供給を再開させ、第1開閉器15a、第2開閉器15bおよび第6開閉器15fに対し閉状態にする制御信号を出力して、連系運転用端子11aから系統用電圧を出力させる。これにより、自立運転モードから連系運転モードへ切り替わる。
When switching from the self-sustained operation mode to the interconnected operation mode, the
かかる自立運転モードから連系運転モードへのモード切替期間においても、発電装置2によって発電された電力が常時電力供給端子11cから駆動制御部3に常時供給される。したがって、電力変換装置1は、自立運転モードから連系運転モードへのモード切替期間においても、連系/自立の切替えをスムーズに短時間で行うことができる。
Even during the mode switching period from the self-sustained operation mode to the interconnected operation mode, the electric power generated by the
なお、制御部18は、第1電圧検出部16aによって検出される連系運転用端子11aの電圧から演算される電力系統4の電圧振幅が所定値以上となった場合に、電力系統4が復電したと判定する。そして、電力系統4が復電したと判定すると、制御部18は、第3開閉器15cに対し開状態にする制御信号を出力する。
Note that the
なお、上述してきた例では、停電が起こった場合に、第1開閉器15a、第2開閉器15bおよび第6開閉器15fを同時に開状態とし、復電した場合に、第1開閉器15a、第2開閉器15bおよび第6開閉器15fを同時に閉状態とすることとしたが、これに限ったものではない。
In the example described above, when a power failure occurs, the
たとえば、制御部18は、電力系統4が停電になっていると判定した場合に、電力系統4側の影響をいち早く無くすために、まず、第6開閉器15fに対して開状態にする制御信号を出力し、その後、第1開閉器15aおよび第2開閉器15bに対して開状態にする制御信号を出力することとしてもよい。また、電力系統4が復電したと判定した場合には、第1開閉器15a、第2開閉器15bおよび第3開閉器15cの開閉状態が確実に切り替わってから電力系統4との接続を行うために、まず、第1開閉器15aおよび第2開閉器15bに対して開状態にする制御信号を出力し、その後、第6開閉器15fに対して開状態にする制御信号を出力してもよい。
For example, when the
また、制御部18は、電力系統4が停電になっていると判定した場合に、第6開閉器15fに対してのみ開状態にする制御信号を出力することとしてもよい。かかる場合、制御部18は、手動によりモード切替操作を受け付けた場合に、第1開閉器15aおよび第2開閉器15bを開状態にする制御信号を出力し、第3開閉器15cを閉状態にする制御信号を出力すればよい。
Moreover, the
また、停電時に第6開閉器15fのみを自動で開状態とする場合、制御部18は、第1インバータ122からの電力供給を停止させることなく第1インバータ122を自走させて、第1インバータ122から第1開閉器15a、第2開閉器15bおよび自立運転用端子11bを介して第1負荷5へ電力を供給するようにしてもよい。かかる場合、第1インバータ122は、たとえば内部に設定された電圧周波数で電力供給を行えばよい。あるいは、停電前に第1電圧検出部16aによって取得された連系運転用端子11aの電圧から電力系統4の電圧周波数を演算し、この電圧周波数で電力供給を行えばよい。
When only the
以上のように、本実施形態に係る電力変換装置1は、第1インバータ122と、第2インバータ123とを備える。第1インバータ122は、電力系統4に接続され、発電装置2から供給される電力を電力変換して電力系統4へ出力する。第2インバータ123は、負荷である駆動制御部3に接続され、発電装置2から供給される電力を電力変換して駆動制御部3へ常時出力する。
As described above, the
すなわち、本実施形態に係る電力変換装置1によれば、第2インバータ123によって電力変換された交流電力が駆動制御部3に常時出力されるため、モード切替期間中における電圧上昇を抑えることができる。言い換えれば、コンバータ121およびインバータ122,123間の電圧がこれらコンバータ121およびインバータ122,123の耐圧を超えるまでの時間を延ばすことができる。
That is, according to the
したがって、本実施形態に係る電力変換装置1によれば、連系/自立の切替えをスムーズに短時間で行うことができる。
Therefore, according to the
また、本実施形態において駆動制御部3は、連系運転用端子11aの電圧が所定値未満となった場合、すなわち、電力系統4に停電が発生した場合に、発電機21の発電量を抑えるようにエンジン22を制御する。これにより、発電機21の発電量が抑えられるため、モード切替期間中における電圧上昇をさらに抑えることができる。
Further, in the present embodiment, the
ところで、本実施形態に係る電源システム100では、電力変換装置1の常時電力供給端子11cに常時負荷を接続し、さらに、駆動制御部3が発電機21の発電量を制御することで、モード切替期間中における電圧上昇を抑えることとしたが、かかる場合であっても、モード切替期間中に、コンバータ121およびインバータ122,123間の電圧がこれらの耐圧を超えてしまう可能性がある。
By the way, in the
そこで、モード切替期間中に、コンバータ121およびインバータ122,123の電圧がこれらの耐圧を超えそうな場合には、制御部18が過電圧保護回路17(図1参照)を制御して、余剰な電力を過電圧保護回路17で消費するようにしてもよい。かかる場合の例について図4を参照して説明する。図4は、電力変換装置1の制御部18が行う処理の一例を示すフローチャートである。
Therefore, when the voltage of the
図4に示すように、制御部18は、第2電圧検出部16bによって検出されるコンバータ121およびインバータ122,123間の電圧の変化率が閾値以上となったか否かを判定する(ステップS101)。上記閾値は、たとえば、コンバータ121およびインバータ122,123間の電圧がモード切替期間の終了時点で耐圧Vmaxに到達すると仮定した場合の電圧の変化率よりも高い値に設定される。ステップS101の処理は、電圧の変化率が閾値以上となるまで繰り返し行われる。
As shown in FIG. 4, the
そして、電圧の変化率が閾値以上である場合(ステップS101,Yes)、つまり、モード切替期間中に電圧がVmaxに到達するおそれがある場合、制御部18は、過電圧保護回路17の第7開閉器171に対して閉状態にする制御信号を出力する(ステップS102)。
When the voltage change rate is equal to or higher than the threshold (Yes in step S101), that is, when the voltage may reach Vmax during the mode switching period, the
第7開閉器171が閉状態となると、コンバータ121からの電力が抵抗器172に供給され、かかる抵抗器172によって消費される。これにより、コンバータ121およびインバータ122,123の耐圧以上の電圧が印加されることを防止することができる。
When the
このように、電力変換装置1の制御部18は、コンバータ121およびインバータ122,123間の電圧の変化率が所定値以上となった場合に、第7開閉器171に対し閉状態にする制御信号を出力する。これにより、コンバータ121およびインバータ122,123の故障をより確実に防止することができる。
As described above, the
また、電力変換装置1の制御部18は、コンバータ121およびインバータ122,123間の電圧の変化率が所定値以上となった場合に、第5開閉器15e(図1参照)に対し開状態にする制御信号を出力してもよい。その場合、第5開閉器15eとエンジンの間に抵抗を設ける必要がある。これによっても、コンバータ121およびインバータ122,123の故障をより確実に防止することができる。
Moreover, the
なお、ここでは、電圧の「変化率」が所定値以上となった場合に、第7開閉器171に対し閉状態にする制御信号を出力することとしたが、これに限ったものではなく、制御部18は、コンバータ121およびインバータ122,123間の電圧が所定値以上となった場合に、第7開閉器171に対し閉状態にする制御信号を出力してもよい。
Note that here, when the “change rate” of the voltage is equal to or greater than a predetermined value, the control signal for closing the
上述した実施形態では、常時電力供給端子11cに接続される常時負荷が駆動制御部3である場合の例を示したが、常時負荷は、駆動制御部3に限定されない。たとえば、発電装置2のエンジン22がスターリングエンジン等の熱機関である場合、常時電力供給端子11cに接続される常時負荷は、エンジン22を冷却するための冷却装置であってもよい。また、常時負荷は、エンジン駆動用のその他の設備(たとえば、油圧ポンプなど)であってもよい。また、常時電力供給端子11cは、駆動制御部3だけでなく、常時負荷である他の電気機器に接続されていてもよい。
In the embodiment described above, an example in which the constant load connected to the constant power supply terminal 11c is the
また、上述した実施形態では、発電装置がエンジン発電機である場合の例を示したが、電力変換装置に接続される発電装置は、風力発電機や水力発電機、地熱発電機などの他の発電装置であってもよい。たとえば、発電装置が水力発電機である場合には、水量を調節するゲートやバルブ等が発電機を駆動する駆動部に相当し、駆動制御部は、上記ゲートやバルブ等を制御して水量を調節することによって発電機の発電量を制御する。また、発電装置が風力発電機である場合には、風車が発電機を駆動する駆動部に相当し、駆動制御部は、風車に設けられるフィンの角度を変更して風車の回転速度を調整することによって発電機の発電量を制御する。 In the above-described embodiment, an example in which the power generation device is an engine generator has been described. However, the power generation device connected to the power conversion device may be a wind power generator, a hydroelectric power generator, a geothermal power generator, or the like. It may be a power generation device. For example, when the power generation device is a hydroelectric generator, a gate or valve for adjusting the amount of water corresponds to a drive unit that drives the generator, and the drive control unit controls the gate or valve to control the amount of water. The power generation amount of the generator is controlled by adjusting. When the power generator is a wind power generator, the windmill corresponds to a drive unit that drives the power generator, and the drive control unit adjusts the rotation speed of the windmill by changing the angle of fins provided in the windmill. By controlling the power generation amount of the generator.
このように、電源システムにおいては、停電の有無に関わらず給電できる制御系電源や発電機運転に必要な機器として、たとえば熱系では燃料送りポンプ、排煙ブロア、風車系では軸受け用ポンプ等がある。また、一部の換気扇,送風ファン,ポンプ等は設備・建物・装置等において利用・運用時に必ず運転する。これらを通常の一般負荷と分離し、常時負荷として系統連系、自立運転に関わらず第2インバータ123から常時給電すればよい。
As described above, in the power supply system, as a control system power supply that can be fed regardless of whether there is a power outage or equipment necessary for generator operation, for example, a fuel feed pump in a thermal system, a smoke exhaust blower, a bearing pump in a wind turbine system, etc. is there. In addition, some ventilation fans, blower fans, pumps, etc. must be operated during use and operation in facilities, buildings, and equipment. What is necessary is just to isolate | separate these from a normal general load, and to always supply electric power from the
また、たとえばリチウムイオン電池等の充電池を第1インバータ122および第2インバータ123と並列に接続し、発電装置2によって発電された電力を上記の充電池に供給することも有用である。
It is also useful to connect a rechargeable battery such as a lithium ion battery in parallel with the first inverter 122 and the
また、上述した実施形態では、第1〜第3開閉器15a〜15cを、Highレベルの制御信号により閉状態となる開閉器として説明したが、Lowレベルの制御信号により閉状態となる開閉器であってもよい。
In the above-described embodiment, the first to
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.
1 電力変換装置
2 発電装置(常時負荷)
3 駆動制御部
4 電力系統
5 第1負荷
11a 連系運転用端子(第1端子)
11b 自立運転用端子(第2端子)
11c 常時電力供給端子(第3端子)
12 電力変換部
121 コンバータ
122 第1インバータ
123 第2インバータ
15a〜15f 第1〜第6開閉器
17 過電圧保護回路
171 第7開閉器
172 抵抗器
18 制御部
100 電源システム
1
3 Drive Control Unit 4
11b Independent operation terminal (second terminal)
11c Constant power supply terminal (third terminal)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電力変換装置は、
電力系統に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して前記電力系統へ出力する第1インバータと、
前記負荷に接続され、前記発電装置から供給される電力を電力変換して前記負荷へ常時出力する第2インバータと、
前記第1インバータまたは前記電力系統からの電力と前記第2インバータからの電力とを切り替えて、前記負荷とは別の負荷へ供給する開閉器と、
前記開閉器を制御することにより、前記電力系統が停電していない場合には前記第1インバータまたは前記電力系統からの電力を前記別の負荷へ供給し、前記電力系統が停電した場合には前記第2インバータからの電力を前記別の負荷へ供給する制御部と
を備えることを特徴とする電源システム。 A power converter and a load;
The power converter is
A first inverter connected to the power system and converting the power supplied from the power generator to output to the power system;
A second inverter that is connected to the load, converts the power supplied from the power generation device into power and constantly outputs the power to the load ;
A switch that switches between power from the first inverter or the power system and power from the second inverter and supplies the load to a load different from the load;
By controlling the switch, when the power system is not out of power, supply power from the first inverter or the power system to the other load, and when the power system is out of power, And a control unit that supplies power from the second inverter to the another load .
発電機と、前記発電機を駆動する駆動部とを備え、
前記負荷は、
前記駆動部を制御する駆動制御部を含むこと
を特徴とする請求項1に記載の電源システム。 The power generator is
A generator and a drive unit for driving the generator;
The load is
The power supply system according to claim 1, further comprising a drive control unit that controls the drive unit.
前記電力系統の電圧が所定値未満となった場合に、前記発電機の発電量を抑えるように前記駆動部を制御すること
を特徴とする請求項2に記載の電源システム。 The drive control unit
The power supply system according to claim 2, wherein when the voltage of the power system becomes less than a predetermined value, the drive unit is controlled so as to suppress the power generation amount of the generator.
第1自立運転用開閉器および第2自立運転用開閉器を含み
前記電力変換装置は、
前記第1インバータに連系運転用開閉器を介して接続され、前記第1インバータによって電力変換された電力を前記電力系統へ出力する第1端子と、
前記第1インバータに前記第1自立運転用開閉器を介して接続され、かつ、前記第2インバータに前記第2自立運転用開閉器を介して接続され、前記第1インバータまたは前記第2インバータによって電力変換された電力を前記別の負荷に出力する第2端子と、
前記第2インバータに接続され、前記第2インバータによって電力変換された電力を前記負荷へ常時出力する第3端子と
を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の電源システム。 The switch is
The power conversion device including the first independent operation switch and the second independent operation switch ,
A first terminal that is connected to the first inverter via a switch for interconnection operation, and that outputs power converted by the first inverter to the power system;
Connected to the first inverter via the first independent operation switch, and connected to the second inverter via the second independent operation switch, by the first inverter or the second inverter. a second terminal for outputting prior Symbol another load power that is electric power conversion,
A power supply according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a third terminal connected to the second inverter and constantly outputting the power converted by the second inverter to the load. system.
前記連系運転用開閉器および前記第1自立運転用開閉器が閉状態かつ前記第2自立運転用開閉器が開状態において前記電力系統の電圧が所定値未満となった場合に、前記連系運転用開閉器および前記第1自立運転用開閉器を開状態にする制御信号を前記連系運転用開閉器および前記第1自立運転用開閉器に出力することによって前記第1インバータから前記電力系統への電力供給および前記第1インバータまたは前記電力系統から前記別の負荷への電力供給を停止させ、その後、前記第2自立運転用開閉器を閉状態にする制御信号を前記第2自立運転用開閉器に出力することによって前記第2インバータから前記別の負荷への電力供給を開始させること
を特徴とする請求項4に記載の電源システム。 Before Symbol control unit,
When the voltage of the power system becomes less than a predetermined value in a state where the switch for interconnection operation and the switch for first autonomous operation are closed and the switch for second autonomous operation is open, the interconnection By outputting a control signal for opening the operation switch and the first independent operation switch to the interconnection operation switch and the first independent operation switch, the power system from the first inverter The control signal for stopping the power supply to the second load from the first inverter or the power system to the other load and then closing the second autonomous switch is provided for the second autonomous operation. The power supply system according to claim 4, wherein power supply from the second inverter to the another load is started by outputting to a switch.
負荷に接続され、前記発電装置から供給される電力を電力変換して前記負荷へ常時出力する第2インバータと、
前記第1インバータまたは前記電力系統からの電力と前記第2インバータからの電力とを切り替えて、前記負荷とは別の負荷へ供給する開閉器と、
前記開閉器を制御することにより、前記電力系統が停電していない場合には前記第1インバータまたは前記電力系統からの電力を前記別の負荷へ供給し、前記電力系統が停電した場合には前記第2インバータからの電力を前記別の負荷へ供給する制御部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A first inverter connected to the power system and converting the power supplied from the power generator to output to the power system;
A second inverter that is connected to a load, converts the power supplied from the power generator, and constantly outputs the power to the load ;
A switch that switches between power from the first inverter or the power system and power from the second inverter and supplies the load to a load different from the load;
By controlling the switch, when the power system is not out of power, supply power from the first inverter or the power system to the other load, and when the power system is out of power, And a control unit that supplies power from the second inverter to the another load .
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