JP5720183B2 - Power generator with DC generator - Google Patents

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Description

本発明は、直流発電機を備えた発電装置に関する。特に、商用電源の停電時に動作して、建物に無停電で電気を供給する発電装置に関する。   The present invention relates to a power generator including a DC generator. In particular, the present invention relates to a power generator that operates during a power failure of a commercial power source and supplies electricity to a building without a power failure.

商用電源の停電時に、発電機及び電池電源によって無停電で電気を供給する非常用電源装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。図７（ａ）に示すように、この非常用電源装置は、停電時に起動されるＤＣ／ＡＣ変換装置１０１を有している。そして、停電時には、電池電源１０２及び直流発電装置１０３がＤＣ／ＡＣ変換装置１０１に接続され、電池電源１０２や直流発電装置１０３からＤＣ／ＡＣ変換装置１０１に直流電力が供給される。つまり、停電直後における直流発電装置１０３が起動するまでの期間は、電池電源１０２によって負荷に電力を供給し、直流発電装置１０３の起動後は、主に直流発電装置１０３で負荷に電力を供給する。   There has been proposed an emergency power supply device that supplies electricity without power failure by a generator and a battery power source when a commercial power supply is interrupted (see, for example, Patent Document 1). As shown to Fig.7 (a), this emergency power supply device has the DC / AC converter 101 started at the time of a power failure. When a power failure occurs, the battery power source 102 and the DC power generation device 103 are connected to the DC / AC conversion device 101, and DC power is supplied from the battery power source 102 or the DC power generation device 103 to the DC / AC conversion device 101. That is, power is supplied to the load by the battery power source 102 until the DC power generator 103 is started immediately after the power failure, and power is supplied to the load mainly by the DC power generator 103 after the DC power generator 103 is started. .

特開平１０−５６７８０号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-56780

この非常用電源装置では、停電が検出されると直流発電装置１０３が始動し、始動から１０秒程度経つと直流発電装置１０３からの供給電圧が安定する。従来技術による非常用電源装置では、直流発電装置１０３がエンジンとそれを始動させる装置（例えばセルモータ）とを有しており、直流発電装置１０３が起動するまでの期間は電池電源１０２によって負荷に電力を供給しなければならない。図７（ｂ）に示す例において、エンジンは始動開始から９秒後に起動状態になり、エンジン回転数が定格回転数の８０％に達する。このため、電池電源１０２は、停電検出から１０秒程度に亘って直流電力を供給し続けなければならない。   In this emergency power supply device, the DC power generation device 103 is started when a power failure is detected, and the supply voltage from the DC power generation device 103 is stabilized after about 10 seconds from the start. In the emergency power supply device according to the prior art, the DC power generation device 103 includes an engine and a device (for example, a cell motor) that starts the engine, and the battery power source 102 supplies power to the load until the DC power generation device 103 is started. Must be supplied. In the example shown in FIG. 7 (b), the engine is activated after 9 seconds from the start of starting, and the engine speed reaches 80% of the rated speed. For this reason, the battery power source 102 must continue to supply DC power for about 10 seconds after the detection of the power failure.

ここで、非常用の電池電源１０２としては、電気反応型の蓄電池（例えば鉛蓄電池）に比べて耐用年数が長いことから、コンデンサタイプの蓄電池が好適に用いられる。このコンデンサタイプの蓄電池は、電気反応型の蓄電池に比べて小型軽量であるため、設置面積を小さくでき、建物の床荷重を減らせる等のメリットも有している。   Here, as the emergency battery power source 102, a capacitor-type storage battery is preferably used because it has a longer service life than an electric-reactive storage battery (for example, a lead storage battery). Since this capacitor type storage battery is smaller and lighter than the electric reaction type storage battery, the installation area can be reduced and the floor load of the building can be reduced.

しかし、コンデンサタイプの蓄電池は、電気反応型の蓄電池に比べて内部抵抗が小さいので大電流を流すのに適しているが、電力の供給時間にほぼ比例して蓄電容量を大きくする必要がある。このため、上記の非常用電源装置にコンデンサタイプの蓄電池を用いる場合、直流発電装置１０３が起動するまでの期間に応じた大きな容量にする必要があり、好ましくない。   However, a capacitor type storage battery is suitable for flowing a large current because its internal resistance is smaller than that of an electric reaction type storage battery, but it is necessary to increase the storage capacity almost in proportion to the power supply time. For this reason, when a capacitor-type storage battery is used for the emergency power supply device, it is necessary to increase the capacity according to the period until the DC power generation device 103 is activated, which is not preferable.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、商用電源の停電時に動作して、建物に無停電で電気を供給する発電装置にコンデンサタイプの蓄電池で構成された蓄電部を用いるに際し、この蓄電部の容量を小さくすることにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the purpose thereof is a capacitor-type storage battery that operates during a power failure of a commercial power source and supplies electricity to a building without a power failure. In using the power storage unit, the capacity of the power storage unit is to be reduced.

前記目的を達成するため、本発明は、直流電力を蓄える「蓄電部」と、前記蓄電部からの直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する「ＤＣ／ＡＣ変換装置」と、燃料を動力源として回転軸を回転させる「駆動装置」と、前記回転軸の回転によって直流電力を生成するとともに、直流電力が供給されると前記回転軸を回転させる「直流発電電動機」と、前記蓄電部と前記直流発電電動機との間に設けられ、商用電源の停電に伴う前記駆動装置の始動時において、前記蓄電部からの直流電力を前記直流発電電動機へ向けて供給する「制流部」と、を備えた発電装置であって、前記蓄電部は、コンデンサタイプの蓄電池によって構成され、前記商用電源の停電に伴う前記駆動装置の始動時に、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置と前記直流発電電動機のそれぞれに直流電力を供給し、前記直流発電電動機は、前記駆動装置と合わせて、前記蓄電部から供給された直流電力によって前記回転軸を回転させ、前記駆動装置を定格運転まで起動させ、前記制流部は、前記直流発電電動機に流れる平均電流が定格の電流となるように、前記直流電力の供給時間を前記駆動装置の始動初期に近いほど短くし、断続的に流れる直流電流の突入電流を抑制して前記直流発電電動機に供給し、前記直流発電電動機の始動電流を制限した状態で前記駆動装置を始動させ、前記駆動装置が起動されると、前記直流発電電動機で生成された直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に供給することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes a “ power storage unit ” that stores DC power, a “DC / AC converter” that converts the DC power from the power storage unit into AC power and supplies the load to a load, A “driving device” that rotates a rotating shaft as a source, a “DC generator motor” that generates DC power by rotating the rotating shaft, and that rotates the rotating shaft when DC power is supplied ; A `` current limiting unit '' provided between the DC generator motor and supplying DC power from the power storage unit to the DC generator motor when the drive device is started due to a power failure of a commercial power source. a power generating apparatus having the power storage unit is constituted by a battery of capacitors type, said at start of the commercial power supply the drive device with the power failure, it of the DC generator motor and the DC / AC converter Les the supplied DC power, the DC generator motor, together with the drive device, wherein by rotating the rotary shaft by the DC power supplied from the power storage unit, is activated up to the rated operating the driving device, the system The flow section shortens the DC power supply time closer to the start of the driving device so that the average current flowing through the DC generator motor becomes a rated current, and the inrush current of the DC current flowing intermittently is reduced. Suppressing and supplying to the DC generator motor, starting the drive device in a state where the starting current of the DC generator motor is limited, and when the drive device is started, the DC power generated by the DC generator motor is It supplies to the said DC / AC converter .

本発明によれば、停電時において、蓄電部からＤＣ／ＡＣ変換装置に直流電力が供給され負荷に対して交流電力を速やかに供給しつつ駆動装置による起動だけでなく、大容量の直流発電電動機で駆動装置を始動及び起動させるため、駆動装置の始動から起動までに要する時間を可及的に短くすることができ、蓄電部の容量を小さくすることができる。   According to the present invention, in the event of a power failure, DC power is supplied from the power storage unit to the DC / AC converter, and the AC power is quickly supplied to the load. Thus, since the drive device is started and started, the time required from start to start of the drive device can be shortened as much as possible, and the capacity of the power storage unit can be reduced.

また、前記駆動装置の始動時において、前記蓄電部からの直流電力を前記直流発電電動機へ向けて供給する制流部を、前記蓄電部と前記直流発電電動機との間に設けたので、駆動装置の始動を確実に行うことができる。 In addition, since the current limiting unit that supplies the DC power from the power storage unit to the DC generator motor is provided between the power storage unit and the DC generator motor when the drive device is started, Can be reliably started.

更に、前記直流電力の供給時間を前記駆動装置の始動初期に近いほど短くし、前記直流発電電動機の始動電流を制限した状態で前記駆動装置を始動させるので、直流発電電動機への電流を抑制でき、直流発電電動機に対する電気的及び機械的な負担を定格以下に抑えることができる。
 Further, the DC power supply time shorter closer to initial start of the driving device, since the starting the drive device in a state with limited starting current of the DC generator motor, it is possible to suppress the current to the DC generator motor The electrical and mechanical burden on the DC generator motor can be kept below the rating.

本発明によれば、コンデンサタイプの蓄電池で構成された蓄電部についてその容量を小さくすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the capacity | capacitance can be made small about the electrical storage part comprised with the capacitor | condenser type storage battery.

発電装置の全体構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the whole structure of a power generator. 通常時の動作状態を説明する図である。It is a figure explaining the operation state at the normal time. 停電時における駆動装置の始動状態を説明する図である。It is a figure explaining the starting state of the drive device at the time of a power failure. 制流部に供給される制御用のパルス信号を説明する図である。It is a figure explaining the pulse signal for control supplied to a current control part. 停電時において、直流電動発電機が発電した直流電力がＤＣ／ＡＣ変換装置に供給されている状態を説明する図である。It is a figure explaining the state in which the DC power which the DC motor generator generated at the time of a power failure is supplied to the DC / AC converter. 駆動装置の回転数、蓄電部から直流電動発電機に供給されるエネルギー量、直流電動発電機が発電するエネルギー量、及び蓄電部から放出されるエネルギー量の経時変化を説明する図である。It is a figure explaining the time-dependent change of the rotation speed of a drive device, the energy amount supplied to a DC motor generator from an electrical storage part, the energy amount which a DC motor generator generates, and the energy amount discharge | released from an electrical storage part. 従来技術を説明する図である。It is a figure explaining a prior art.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、建物に設置され、商用電源の停電時において、当該建物へ交流を供給する発電装置を例に挙げて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a power generation apparatus that is installed in a building and supplies alternating current to the building at the time of a power failure of the commercial power source will be described as an example.

まず、発電装置の構成について説明する。図１に示すように、この発電装置は、無停電電源部１０と、発電部２０と、制流部３０と、第１制御部４０とを有する。   First, the configuration of the power generation device will be described. As illustrated in FIG. 1, the power generation device includes an uninterruptible power supply unit 10, a power generation unit 20, a flow control unit 30, and a first control unit 40.

無停電電源部１０は、停電が生じた場合に、負荷に対して交流電力を供給する部分であり、高速スイッチ１１と、蓄電部１２と、充電用ダイオード１３と、放電用ダイオード１４と、ＤＣ／ＡＣ変換装置１５と、第２制御部１６とを有する。   The uninterruptible power supply unit 10 is a part that supplies AC power to a load when a power failure occurs, and includes a high-speed switch 11, a power storage unit 12, a charging diode 13, a discharging diode 14, and a DC / AC conversion device 15 and second control unit 16.

高速スイッチ１１は、交流電源の供給または遮断を短時間で行うことができるスイッチである。本実施形態の高速スイッチ１１は、引込線５１の途中であってＤＣ／ＡＣ変換装置１５よりも上流側の位置に設けられており、第２制御部１６からのスイッチ制御信号によって動作が制御される。   The high-speed switch 11 is a switch that can supply or shut off AC power in a short time. The high-speed switch 11 of this embodiment is provided in the middle of the lead-in line 51 and upstream of the DC / AC converter 15, and the operation is controlled by a switch control signal from the second control unit 16. .

図１の例では、引込線５１の途中であって高速スイッチ１１よりも上流側の位置に、開閉器５２が設けられている。この開閉器５２は、常時閉鎖されているが、回路内で短絡等が発生した時に閉路する回路保護装置である。   In the example of FIG. 1, a switch 52 is provided in the middle of the lead-in line 51 and at a position upstream of the high speed switch 11. The switch 52 is a circuit protection device that is normally closed but is closed when a short circuit or the like occurs in the circuit.

蓄電部１２はコンデンサタイプの蓄電池で構成されたものであり、現状技術では電気二重層コンデンサが好適に用いられる。この蓄電部１２は、ＤＣ／ＡＣ変換装置１５等へ供給するための直流電力を蓄える。   The power storage unit 12 is composed of a capacitor-type storage battery, and an electric double layer capacitor is suitably used in the current technology. The power storage unit 12 stores DC power to be supplied to the DC / AC converter 15 and the like.

この蓄電部１２に電気二重層コンデンサを採用した場合には、一般的な鉛蓄電池等に比べて内部抵抗が小さく、極めて短い時間に蓄えた電気を大量に放出することができる。通常時（非停電時）において、蓄電部１２は商用電源５０から充電されているため、不測のタイミングで停電が発生しても、直流電力を確実にＤＣ／ＡＣ変換装置１５等へ供給できる。   When an electric double layer capacitor is used for the power storage unit 12, the internal resistance is smaller than that of a general lead storage battery or the like, and a large amount of electricity stored in an extremely short time can be released. Since the power storage unit 12 is charged from the commercial power supply 50 during normal (non-power failure) period, DC power can be reliably supplied to the DC / AC converter 15 and the like even if a power failure occurs at an unexpected timing.

充電用ダイオード１３は、蓄電部１２に対する充電を行うために設けられており、アノードが引込線５１における高速スイッチ１１よりも下流側（負荷側）の位置に接続され、カソードが蓄電部１２の電源端子に接続されている。このため、商用電源５０の電圧が蓄電部１２の電圧よりも高い場合に、充電用ダイオード１３を通じて電流が流れ、蓄電部１２が充電される。一方、商用電源５０の電圧が蓄電部１２の電圧と等しいか低い場合には、充電用ダイオード１３によって阻止されるため、蓄電部１２から引込線５１側へ放電することはない。この機能は、ＤＣ／ＡＣ変換装置１５を双方向として省略することもできる。   The charging diode 13 is provided to charge the power storage unit 12, the anode is connected to the downstream side (load side) of the lead-in line 51 from the high-speed switch 11, and the cathode is the power supply terminal of the power storage unit 12. It is connected to the. For this reason, when the voltage of the commercial power supply 50 is higher than the voltage of the power storage unit 12, a current flows through the charging diode 13 and the power storage unit 12 is charged. On the other hand, when the voltage of the commercial power supply 50 is equal to or lower than the voltage of the power storage unit 12, the charging diode 13 prevents the voltage from being discharged from the power storage unit 12 toward the lead-in line 51. This function can be omitted by making the DC / AC converter 15 bidirectional.

放電用ダイオード１４は、蓄電部１２から直流電力を供給するために設けられており、アノードが蓄電部１２の電源端子に接続され、カソードがＤＣ／ＡＣ変換装置１５と制流部３０とを接続する電源線１７に接続されている。このため、蓄電部１２の電圧が電源線１７の電圧よりも高い場合に、放電用ダイオード１４を通じて電流が電源線１７に流れる。一方、電源線１７の電圧が蓄電部１２の電圧と等しいか低い場合には、放電用ダイオード１４によって阻止されるため、蓄電部１２に電流が流れ込まない。   The discharging diode 14 is provided to supply DC power from the power storage unit 12, the anode is connected to the power supply terminal of the power storage unit 12, and the cathode is connected to the DC / AC converter 15 and the current regulating unit 30. Connected to the power line 17. For this reason, when the voltage of the power storage unit 12 is higher than the voltage of the power supply line 17, a current flows to the power supply line 17 through the discharge diode 14. On the other hand, when the voltage of power supply line 17 is equal to or lower than the voltage of power storage unit 12, current is not flowed into power storage unit 12 because it is blocked by discharging diode 14.

ＤＣ／ＡＣ変換装置１５は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であり、本実施形態では蓄電部１２に蓄えられた直流電力や発電部２０で発電された直流電力を交流電力に変換する。変換された交流電力は、引込線５１や建物内の電気配線を通じて負荷へ供給される。   The DC / AC conversion device 15 is a power conversion device that converts direct current power into alternating current power. In this embodiment, the direct current power stored in the power storage unit 12 or the direct current power generated by the power generation unit 20 is converted into alternating current power. To do. The converted AC power is supplied to the load through the lead-in line 51 and the electrical wiring in the building.

第２制御部１６は、高速スイッチ１１に対する制御など、無停電電源部１０における制御を担当する部分である。この第２制御部１６は、第１制御部４０と連携して各種の制御を行う。   The second control unit 16 is a part in charge of control in the uninterruptible power supply unit 10 such as control on the high-speed switch 11. The second control unit 16 performs various controls in cooperation with the first control unit 40.

次に、発電部２０について説明する。発電部２０は、軽油又は重油といった燃料を動力源とする内燃機関を有し、直流電力を生成する部分である。この発電部２０は、駆動装置２１と、回転軸２２と、直流発電電動機２３とを有する。   Next, the power generation unit 20 will be described. The power generation unit 20 includes an internal combustion engine that uses fuel such as light oil or heavy oil as a power source, and is a part that generates DC power. The power generation unit 20 includes a drive device 21, a rotating shaft 22, and a DC generator motor 23.

駆動装置２１は、燃料を消費することで回転軸２２を回転させる内燃機関として構成されている。この駆動装置２１としては、ディーゼルエンジンやガスタービンを用いることができる。また、回転軸２２の途中にはカップリング２２ａが設けられている。   The drive device 21 is configured as an internal combustion engine that rotates the rotating shaft 22 by consuming fuel. As this drive device 21, a diesel engine or a gas turbine can be used. A coupling 22 a is provided in the middle of the rotating shaft 22.

直流発電電動機２３は回転軸２２に連結されており、回転軸２２の回転によって直流電力を生成する発電機として機能するとともに、外部から直流電力が供給されると回転軸２２を回転させる電動機として機能する。   The DC generator motor 23 is connected to the rotating shaft 22 and functions as a generator that generates DC power by the rotation of the rotating shaft 22 and also functions as an electric motor that rotates the rotating shaft 22 when DC power is supplied from the outside. To do.

この直流発電電動機２３は、例えばケースとロータとを有している（何れも図示せず）。ケースは、ロータを回転可能な状態に保持する筒状の部材であり、内壁に沿って界磁用磁石が配設されている。ロータは、回転軸２２とともに回転される部材である。このロータには、複数の電磁石が設けられており、電磁石のコイルが整流子に接続されている。   The DC generator motor 23 has, for example, a case and a rotor (none of which are shown). The case is a cylindrical member that holds the rotor in a rotatable state, and field magnets are disposed along the inner wall. The rotor is a member that is rotated together with the rotating shaft 22. The rotor is provided with a plurality of electromagnets, and an electromagnet coil is connected to the commutator.

電動機として機能するとき、電磁石のコイルには、ブラシ及び整流子を介して直流が供給される。これにより、ロータを一定方向に回転させる方向の磁界が電磁石から発生される。従って、外部から直流電力が供給されるとロータが回転し、回転軸２２も回転される。一方、発電機として機能するとき、回転軸２２の回転に伴ってロータが回転する。これにより、電磁石には誘導電流が励起され、励起された誘導電流は整流子及びブラシを通じて外部に取り出される。すなわち、直流電力が生成される。   When functioning as an electric motor, direct current is supplied to the coil of the electromagnet via a brush and a commutator. Thereby, the magnetic field of the direction which rotates a rotor to a fixed direction is generated from an electromagnet. Therefore, when DC power is supplied from the outside, the rotor rotates and the rotating shaft 22 also rotates. On the other hand, when functioning as a generator, the rotor rotates as the rotating shaft 22 rotates. As a result, an induced current is excited in the electromagnet, and the excited induced current is extracted outside through the commutator and the brush. That is, DC power is generated.

次に、制流部３０について説明する。制流部３０は、駆動装置２１の始動時において、蓄電部１２からの直流電力を直流発電電動機２３へ向けて供給する一方、駆動装置２１の駆動状態において、直流発電電動機２３が発電した直流電力をＤＣ／ＡＣ変換装置１５に供給する部分である。本実施形態の制流部３０は、サイリスタ３１と、リアクトル３２と、ダイオード３３とを有している。   Next, the flow control unit 30 will be described. The current regulating unit 30 supplies the DC power from the power storage unit 12 toward the DC generator motor 23 when the drive device 21 is started, while the DC power generated by the DC generator motor 23 in the drive state of the drive device 21. Is supplied to the DC / AC converter 15. The flow restricting unit 30 of the present embodiment includes a thyristor 31, a reactor 32, and a diode 33.

サイリスタ３１は、蓄電部１２からの直流電力を直流発電電動機２３へ向けて供給するためのスイッチとして機能するものであり、第１制御部４０からのオンオフ信号がゲート端子に入力される。そして、サイリスタ３１のアノード端子は蓄電部１２の電源端子に接続され、カソード端子はリアクトル３２を介して直流発電電動機２３に接続されている。   The thyristor 31 functions as a switch for supplying DC power from the power storage unit 12 to the DC generator motor 23, and an on / off signal from the first control unit 40 is input to the gate terminal. The anode terminal of the thyristor 31 is connected to the power supply terminal of the power storage unit 12, and the cathode terminal is connected to the DC generator motor 23 via the reactor 32.

このため、オンオフ信号がオンを示す場合、サイリスタ３１がオン状態になって蓄電部１２から直流発電電動機２３へ向けて電流が流れる。一方、オンオフ信号がオフを示す場合、サイリスタ３１がオフ状態になって上記電流は流れない。   For this reason, when the ON / OFF signal indicates ON, the thyristor 31 is turned on, and a current flows from the power storage unit 12 toward the DC generator motor 23. On the other hand, when the on / off signal indicates off, the thyristor 31 is turned off and the current does not flow.

リアクトル３２は、サイリスタ３１から流れてくる直流電流の突入電流を抑制する部分であり、サイリスタ３１のカソード端子と直流発電電動機２３との間に、直列に接続されている。本実施形態において、第１制御部４０は、直流発電電動機２３への電流を抑制するため、サイリスタ３１を間欠的にオンさせるオンオフ信号（図４を参照）を出力する。従って、駆動装置２１の始動時において、サイリスタ３１からは直流電流が断続的に流れてくる。そして、リアクトル３２は、断続的に流れる直流電流の突入電流を抑制して直流発電電動機２３に供給する。   The reactor 32 is a part that suppresses the inrush current of the DC current flowing from the thyristor 31, and is connected in series between the cathode terminal of the thyristor 31 and the DC generator motor 23. In this embodiment, the 1st control part 40 outputs the on-off signal (refer FIG. 4) which turns on the thyristor 31 intermittently, in order to suppress the electric current to the direct current generator motor 23. FIG. Therefore, a direct current flows intermittently from the thyristor 31 when the drive device 21 is started. Then, the reactor 32 suppresses the inrush current of the DC current that flows intermittently and supplies it to the DC generator motor 23.

ダイオード３３は、直流発電電動機２３が発電した直流電力を、ＤＣ／ＡＣ変換装置１５や蓄電部１２に供給するためのものであり、アノード端子がＤＣ／ＡＣ変換装置１５や蓄電部１２に接続され、カソード端子が直流発電電動機２３に接続されている。従って、直流発電電動機２３側の電圧が電源線１７側の電圧よりも高くなると、ダイオード３３を通じて直流電力がＤＣ／ＡＣ変換装置１５側に供給される。   The diode 33 is for supplying the DC power generated by the DC generator motor 23 to the DC / AC converter 15 and the power storage unit 12, and the anode terminal is connected to the DC / AC converter 15 and the power storage unit 12. The cathode terminal is connected to the DC generator motor 23. Therefore, when the voltage on the DC generator motor 23 side becomes higher than the voltage on the power supply line 17 side, DC power is supplied to the DC / AC converter 15 side through the diode 33.

次に、第１制御部４０について説明する。第１制御部４０は、発電部２０や制流部３０に対する制御を担当する部分である。この第１制御部４０は、サイリスタ３１に対してオンオフ信号を出力することで、サイリスタ３１を間欠的にターンオンさせる。さらに、第１制御部４０は、直流発電電動機２３の回転数が定格回転数となるように、駆動装置２１の出力制御をするとともに界磁用電磁石の磁界を調整して、発電機としての出力を制御する。   Next, the first control unit 40 will be described. The first control unit 40 is a part in charge of controlling the power generation unit 20 and the flow control unit 30. The first control unit 40 intermittently turns on the thyristor 31 by outputting an on / off signal to the thyristor 31. Further, the first control unit 40 controls the output of the drive device 21 so that the rotational speed of the DC generator motor 23 becomes the rated rotational speed, and adjusts the magnetic field of the field electromagnet to output as a generator. To control.

次に、発電装置の動作について説明する。   Next, the operation of the power generator will be described.

図２に示すように、通常時（非停電時）においては、開閉器５２と高速スイッチ１１が共に閉じられている。このため、商用電源５０から負荷に対して交流電力が直に供給され、負荷は供給された交流電力で動作する。また、この通常時には、充電用ダイオード１３を通じて蓄電部１２へ電流が流れ、商用電源５０による蓄電部１２の充電が行われる。   As shown in FIG. 2, both the switch 52 and the high-speed switch 11 are closed during normal times (when there is no power failure). For this reason, AC power is directly supplied from the commercial power source 50 to the load, and the load operates with the supplied AC power. Further, at this normal time, a current flows to the power storage unit 12 through the charging diode 13, and the power storage unit 12 is charged by the commercial power source 50.

第２制御部１６は、引込線５１の電圧を常時監視している。そして、商用電源５０の停電が検出されると、図３に示すように、高速スイッチ１１が開放状態へ移行される。高速スイッチ１１の開放により、ＤＣ／ＡＣ変換装置１５から商用電源５０側への電流の逆流は阻止され、ＤＣ／ＡＣ変換装置１５で変換された交流電力が負荷に供給される。   The second control unit 16 constantly monitors the voltage of the lead-in line 51. And if the power failure of the commercial power supply 50 is detected, as shown in FIG. 3, the high speed switch 11 will be changed to an open state. By opening the high-speed switch 11, the backflow of the current from the DC / AC converter 15 to the commercial power supply 50 side is prevented, and the AC power converted by the DC / AC converter 15 is supplied to the load.

また、第１制御部４０は、サイリスタ３１に対してオンオフ信号を出力する。このオンオフ信号は、直流電流をＰＷＭ制御するために出力される。図４に例示するオンオフ信号は、直流発電電動機２３に流れる平均電流が定格の電流となるように、パルス幅を調整する。すなわち、第１制御部４０は、直流電力の供給時間が駆動装置２１の始動初期に近いほど短くなるようにパルス幅が定められたパルスを、繰り返し出力する。   In addition, the first control unit 40 outputs an on / off signal to the thyristor 31. This on / off signal is output for PWM control of the direct current. The on / off signal illustrated in FIG. 4 adjusts the pulse width so that the average current flowing through the DC generator motor 23 becomes a rated current. That is, the first control unit 40 repeatedly outputs a pulse having a pulse width so that the DC power supply time becomes shorter as it approaches the start of the driving device 21.

また、サイリスタ３１と直流発電電動機２３の間にはリアクトル３２が直列に配置されているので、直流発電電動機２３に対する急激な電力供給（突入電流）を抑制することができる。   Moreover, since the reactor 32 is arrange | positioned in series between the thyristor 31 and the DC generator motor 23, the rapid electric power supply (rush current) with respect to the DC generator motor 23 can be suppressed.

さらに、本実施形態では、蓄電部１２としてコンデンサタイプの蓄電池を用いているので、大電流を短時間で放出できることより、電流が不足する不具合を抑制できる。例えば、直流発電電動機２３を電動機として動作させる場合において、低い回転数において強いトルクを確保できる。   Furthermore, in this embodiment, since a capacitor-type storage battery is used as the power storage unit 12, a large current can be released in a short time, so that a problem of insufficient current can be suppressed. For example, when the DC generator motor 23 is operated as a motor, a strong torque can be secured at a low rotational speed.

直流電力の供給に伴って直流発電電動機２３が動作し、駆動装置２１と合わせて回転軸２２を回転させる。そして、駆動装置２１が起動状態（定格出力の８０％程度）になると、電動機としての運転から発電機としての運転となり、図５に示すように、直流発電電動機２３が発電した直流電力は、ＤＣ／ＡＣ変換装置１５を介して交流電力に変換され、負荷へ電力を供給することができる。   The DC generator motor 23 operates in accordance with the supply of DC power, and rotates the rotating shaft 22 together with the drive device 21. When the driving device 21 is in the activated state (about 80% of the rated output), the operation as the electric motor is changed to the operation as the generator, and the DC power generated by the DC generator motor 23 is DC as shown in FIG. It is converted into AC power via the / AC converter 15 and power can be supplied to the load.

なお、停電が復旧し、負荷に商用電源５０を供給できる状態になったならば、ＤＣ／ＡＣ変換装置１５の出力を商用側と同期を取った上で、第１制御部４０は、高速スイッチ１１に対して閉成を指示するスイッチ制御信号を出力する。また、第１制御部４０は、駆動装置２１に対して動作を停止させるための制御信号を出力する。これらの制御信号により、高速スイッチ１１が閉じた状態になって商用電源５０が負荷に供給される。また、駆動装置２１が運転を停止し、直流発電電動機２３による直流電力の発電が停止される。   When the power failure is recovered and the commercial power supply 50 can be supplied to the load, the first control unit 40 synchronizes the output of the DC / AC converter 15 with the commercial side, 11 outputs a switch control signal for instructing closing. Further, the first control unit 40 outputs a control signal for stopping the operation to the driving device 21. With these control signals, the high-speed switch 11 is closed and the commercial power supply 50 is supplied to the load. Further, the driving device 21 stops its operation, and the DC power generation by the DC generator motor 23 is stopped.

次に、この発電装置の各部におけるエネルギーの移動について、図６の概念図を参照して説明する。   Next, the movement of energy in each part of the power generator will be described with reference to the conceptual diagram of FIG.

図６における横軸は、停電検出時からの経過時間を示している。経過時間に関しては、一般的な場合との比較において決められたものであり、絶対的なものではない。そして、縦軸の上段は駆動装置２１の回転数を示している。ここで、回転数［０％］とは、駆動装置２１が停止している状態を意味する。また、回転数［１００％］とは、駆動装置２１が定格回転数で運転されている状態を意味する。そして、符号Ａで示す斜線範囲は、駆動装置２１が供給電力で動作している期間の仕事（エネルギー）を示している。起動時の低回転時において直流発電電動機２３のトルクは高いため、立上り特性はエンジンよりも良い。また、エンジンの起動力も合わせて使用している。   The horizontal axis in FIG. 6 shows the elapsed time from the detection of a power failure. The elapsed time is determined in comparison with the general case and is not absolute. The upper part of the vertical axis indicates the rotational speed of the drive device 21. Here, the rotation speed [0%] means a state in which the driving device 21 is stopped. Further, the rotation speed [100%] means a state in which the drive device 21 is operated at the rated rotation speed. A hatched range indicated by reference symbol A indicates work (energy) during a period in which the drive device 21 is operating with supplied power. Since the torque of the DC generator motor 23 is high at the time of low rotation at start-up, the rising characteristic is better than that of the engine. The engine's starting power is also used.

図６における縦軸の中段は、直流発電電動機２３におけるエネルギーの収支を示している。ここで、エネルギー［０％］とは、直流発電電動機２３が停止している状態、または、直流発電電動機２３の電力使用量と発電量とが釣りあっている状態、つまり電力の移動がない状態を意味する。また、エネルギー［１００％］とは、直流発電電動機２３が発電機として機能し、規定電力を発電している状態を意味する。一方、エネルギー［−１００％］とは、直流発電電動機２３が電動機として機能し、電動機としての出力が１００％である状態を意味する。そして、符号Ｂで示す斜線範囲は、直流発電電動機２３が電動機として消費するエネルギーを示し、符号Ｃで示す斜線範囲は、直流発電電動機２３が発電機として外部に出力するエネルギーを示している。また、符号Ｄで示す斜線範囲は、蓄電部１２から直流発電電動機２３へ供給されるエネルギーを示している。   The middle part of the vertical axis in FIG. 6 shows the energy balance in the DC generator motor 23. Here, the energy [0%] means a state where the DC generator motor 23 is stopped, or a state where the power usage amount and the power generation amount of the DC generator motor 23 are balanced, that is, a state where there is no power transfer. Means. Further, energy [100%] means a state where the DC generator motor 23 functions as a generator and generates specified power. On the other hand, energy [−100%] means a state where the DC generator motor 23 functions as an electric motor and the output as the electric motor is 100%. A hatched range indicated by reference sign B indicates energy consumed by the DC generator motor 23 as a motor, and a hatched range indicated by reference sign C indicates energy output to the outside by the DC generator motor 23 as a generator. A hatched range indicated by reference sign D indicates energy supplied from the power storage unit 12 to the DC generator motor 23.

図６における縦軸の下段は、蓄電部１２から放出されるエネルギーと負荷に供給されるエネルギーとを示している。ここで、エネルギー［０％］とは、蓄電部１２からエネルギーが放出されていない状態を意味する。また、エネルギー［１００％］とは、定格負荷に供給されるエネルギー量を意味する。従って、エネルギー［２００％］とは、定格負荷に供給されるエネルギーの２倍の量を意味する。そして、符号Ｅで示す斜線範囲は、負荷に供給されるエネルギーを示している。また、符号Ｆで示す斜線範囲は、蓄電部１２から放出されるエネルギーを示している。   The lower part of the vertical axis in FIG. 6 shows the energy released from the power storage unit 12 and the energy supplied to the load. Here, the energy [0%] means a state in which energy is not released from the power storage unit 12. Energy [100%] means the amount of energy supplied to the rated load. Therefore, energy [200%] means twice the amount of energy supplied to the rated load. A hatched range indicated by symbol E indicates energy supplied to the load. A hatched area indicated by reference sign F indicates energy released from the power storage unit 12.

図６に示す例において、停電検出直後のタイミング［０秒］では、蓄電部１２から負荷に供給されるエネルギーの２倍［＝２００％］が放出されている。そして、放出されたエネルギーの半分がＤＣ／ＡＣ変換装置１５を介して負荷に供給され、残りの半分が電動機に供給されている。すなわち、蓄電部１２から放出されたエネルギーによって、負荷と直流発電電動機２３の両方を動作させている。   In the example shown in FIG. 6, twice [= 200%] of the energy supplied from the power storage unit 12 to the load is released at the timing [0 seconds] immediately after the power failure is detected. Then, half of the released energy is supplied to the load via the DC / AC converter 15, and the other half is supplied to the electric motor. That is, both the load and the DC generator motor 23 are operated by the energy released from the power storage unit 12.

停電検出から１秒経過したタイミングでは、ディーセルエンジンの回転数が規定回転数の半分強まで上昇し、直流発電電動機２３で消費されるエネルギーが半減［−５０％］している。これに伴い、直流発電電動機２３に供給されるエネルギーも半減［５０％］し、バッテリーから放出されるエネルギーも１５０％まで減少している。すなわち、このタイミングでは、蓄電部１２から供給された直流電力によって、直流発電電動機２３が規定回転数よりも低い回転数で回転している。   At the timing when 1 second has elapsed since the detection of the power failure, the rotational speed of the diesel engine has increased to more than half of the specified rotational speed, and the energy consumed by the DC generator motor 23 has been halved [-50%]. Along with this, the energy supplied to the DC generator motor 23 is also halved [50%], and the energy released from the battery is also reduced to 150%. That is, at this timing, the DC generator motor 23 is rotated at a rotational speed lower than the specified rotational speed by the DC power supplied from the power storage unit 12.

停電検出から２秒経過したタイミングでは、ディーセルエンジンの回転数が規定回転数の８割程度まで上昇し、直流発電電動機２３で消費されるエネルギーが０％になっている。これに伴い、直流発電電動機２３に供給されるエネルギーも０％になり、バッテリーから放出されるエネルギーは、ＤＣ／ＡＣ変換装置１５を介して負荷に供給されるエネルギーと同量［１００％］になっている。すなわち、このタイミングにおいて、蓄電部１２から供給された直流電力は、専ら交流電力に変換されて負荷へ供給されている。また、蓄電部１２から直流発電電動機２３へ供給された直流電圧と、直流発電電動機２３で発電された直流電圧とが丁度釣りあった状態にあり、電流の流れは発生していない。   At the timing when 2 seconds have elapsed since the detection of the power failure, the rotational speed of the diesel engine increases to about 80% of the specified rotational speed, and the energy consumed by the DC generator motor 23 is 0%. Along with this, the energy supplied to the DC generator motor 23 is also 0%, and the energy released from the battery is the same amount [100%] as the energy supplied to the load via the DC / AC converter 15. It has become. That is, at this timing, the DC power supplied from the power storage unit 12 is exclusively converted to AC power and supplied to the load. Further, the direct current voltage supplied from the power storage unit 12 to the direct current generator motor 23 and the direct current voltage generated by the direct current generator motor 23 are just balanced, and no current flows.

その後のタイミングでは、直流発電電動機２３で発電される直流電力が増えるため、蓄電部１２から負荷へ供給される電気エネルギーは次第に少なくなっていく。そして、停電検出から４秒経過したタイミングでは、負荷へ供給される電気エネルギーの全てを直流発電電動機２３から供給される直流電力で賄っている。   At subsequent timings, the direct-current power generated by the direct-current generator motor 23 increases, so that the electrical energy supplied from the power storage unit 12 to the load gradually decreases. At the timing when 4 seconds have elapsed since the detection of the power failure, all of the electric energy supplied to the load is covered by the DC power supplied from the DC generator motor 23.

以上説明したように、本実施形態の発電装置では、停電時において、蓄電部１２からＤＣ／ＡＣ変換装置１５に直流電力が供給されるため、負荷に対して交流電力を速やかに供給できる。そして、直流発電電動機２３に対しても蓄電部１２から直流電力が供給されるため、直流発電電動機２３が回転軸２２を直接的に回転させる。そして、直流発電電動機２３を駆動装置２１の始動用に使用することで大容量の始動装置となるため、セルモータによる始動よりも駆動装置２１を早期に始動させることができる。   As described above, in the power generation device according to the present embodiment, since direct-current power is supplied from the power storage unit 12 to the DC / AC conversion device 15 during a power failure, alternating-current power can be quickly supplied to the load. And since direct-current power is supplied from the electrical storage part 12 also to the direct current generator motor 23, the direct current generator motor 23 rotates the rotating shaft 22 directly. Then, since the DC generator motor 23 is used for starting the drive device 21, a large-capacity start device is provided, so that the drive device 21 can be started earlier than the start by the cell motor.

この直流発電電動機２３は、電動機として機能するときに低い回転数でも高いトルクを発生するので、セルモータによる始動よりも強いトルクで回転軸２２を回転させることができる。   Since this DC generator motor 23 functions as an electric motor and generates a high torque even at a low rotational speed, the rotating shaft 22 can be rotated with a torque stronger than the start by the cell motor.

また、始動後においても、直流発電電動機２３を駆動装置２１の加速用に使用することにより、駆動装置２１だけの場合よりも回転軸２２の回転数を短時間で高めることができる。   In addition, even after the start-up, by using the DC generator motor 23 for accelerating the drive device 21, the rotational speed of the rotary shaft 22 can be increased in a shorter time than when only the drive device 21 is used.

図６の例では、始動開始から２秒で、駆動装置２１の回転数を定格の８０％にすることができる。始動開始から２秒で起動状態に移行できることから、従来技術に比べて蓄電部１２の容量を半分程度に小さくすることができる。以下、このことについて説明する。   In the example of FIG. 6, the rotational speed of the drive device 21 can be set to 80% of the rating in 2 seconds from the start of the start. Since the start state can be shifted to the start state in 2 seconds from the start of the start, the capacity of the power storage unit 12 can be reduced to about half compared to the prior art. This will be described below.

まず、従来技術はセルモータを用いた始動のため、始動に３秒程度の時間がかかっていた。これに対して本実施形態は、直流発電電動機２３を電動機として使用しているので始動時に定格出力が得られ、始動時間をほぼ０秒にできる。次に、エンジンや駆動装置２１を起動するまでの加速時間に関し、従来技術はエンジンのみのため４秒程度を要していた。エンジンの出力が回転数に比例した出力になることから、４秒間の慣性エネルギー（エンジン起動に必要なエネルギー）は、１００％×４ｓ×１／２で求められ、２００％・ｓになる。これに対して本実施形態は、２００％・ｓを直流発電電動機２３と駆動装置２１とで分担することから、慣性エネルギーがそれぞれ１００％・ｓになり、加速時間を従来技術のほぼ半分（２秒間）にすることができる。   First, since the conventional technique uses a cell motor for starting, it takes about 3 seconds to start. On the other hand, in this embodiment, since the DC generator motor 23 is used as an electric motor, a rated output is obtained at the time of starting, and the starting time can be set to almost 0 seconds. Next, regarding the acceleration time until the engine and the drive device 21 are started, the conventional technique requires about 4 seconds because the engine is only used. Since the output of the engine is proportional to the number of revolutions, the inertia energy for 4 seconds (energy required for starting the engine) is obtained as 100% × 4s × 1/2, and becomes 200% · s. On the other hand, in the present embodiment, 200% · s is shared by the DC generator motor 23 and the drive device 21, so that the inertial energy is 100% · s, respectively, and the acceleration time is almost half that of the prior art (2 Second).

ここで、従来技術は電池電源１０２の出力エネルギーを１００％から０％にするための切換時間として２秒間必要と仮定し、本実施形態も蓄電部１２の出力エネルギーを１００％から０％にするための切換時間として２秒間必要と仮定する。この場合、必要な蓄電容量に関し、従来技術は、図７（ｂ）に符号Ｆ´のハッチング領域に相当するエネルギー量（８００％・ｓ）を蓄電可能な容量に定める必要がある。一方、本実施形態は、図６下段に符号Ｆのハッチング領域に相当するエネルギー量（４００％・ｓ）を蓄電可能な容量に定めれば足りる。以上より、本実施形態は、従来技術に比べて蓄電部１２の容量を半分程度に小さくすることができるといえる。   Here, it is assumed that the switching time for changing the output energy of the battery power supply 102 from 100% to 0% is 2 seconds in the prior art, and this embodiment also changes the output energy of the power storage unit 12 from 100% to 0%. It is assumed that 2 seconds are required as the switching time for the above. In this case, regarding the necessary storage capacity, the conventional technology needs to determine the energy amount (800% · s) corresponding to the hatched area indicated by F ′ in FIG. On the other hand, in the present embodiment, it is only necessary to set the energy amount (400% · s) corresponding to the hatched region indicated by F in the lower part of FIG. As mentioned above, it can be said that this embodiment can make the capacity | capacitance of the electrical storage part 12 into about half compared with a prior art.

ところで、以上の実施形態に関する説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨、目的を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、次のように構成してもよい。   By the way, the description regarding the above embodiment is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and purpose of the present invention, and the present invention naturally includes equivalents thereof. For example, you may comprise as follows.

例えば、駆動装置２１をディーゼルエンジンによって構成した場合には、他の種類の駆動装置（例えばガスタービン）を使用した場合よりも短時間で起動できる。   For example, when the drive device 21 is configured by a diesel engine, it can be started in a shorter time than when another type of drive device (for example, a gas turbine) is used.

また、蓄電部１２と直流発電電動機２３との間に設けられる制流部３０も、前述の構成に限られない。例えば、蓄電部１２から直流発電電動機２３へ直流電力を供給する際に閉じられる第１スイッチと、直流発電電動機２３から蓄電部１２やＤＣ／ＡＣ変換装置１５へ直流電力を供給する際に閉じられる第２スイッチとによって、制流部３０を構成してもよい。   Further, the flow restricting unit 30 provided between the power storage unit 12 and the DC generator motor 23 is not limited to the above-described configuration. For example, the first switch is closed when DC power is supplied from the power storage unit 12 to the DC generator motor 23, and is closed when DC power is supplied from the DC generator motor 23 to the power storage unit 12 or the DC / AC converter 15. The flow control unit 30 may be configured by the second switch.

１０ 無停電電源部
１１ 高速スイッチ
１２ 蓄電部
１３ 充電用ダイオード
１４ 放電用ダイオード
１５ ＤＣ／ＡＣ変換装置
１６ 第２制御部
１７ 電源線
２０ 発電部
２１ 駆動装置
２２ 回転軸
２２ａ カップリング
２３ 直流発電電動機
３０ 制流部
３１ サイリスタ
３２ リアクトル
３３ ダイオード
４０ 第１制御部
５０ 商用電源
５１ 引込線
５２ 開閉器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Uninterruptible power supply part 11 High speed switch 12 Power storage part 13 Charging diode 14 Discharging diode 15 DC / AC converter 16 2nd control part 17 Power supply line 20 Power generation part 21 Drive apparatus 22 Rotating shaft 22a Coupling 23 DC generator motor 30 Current control unit 31 Thyristor 32 Reactor 33 Diode 40 First control unit 50 Commercial power supply 51 Service line 52 Switch

Claims (1)

直流電力を蓄える蓄電部と、
前記蓄電部からの直流電力を交流電力に変換し負荷に供給するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
燃料を動力源として回転軸を回転させる駆動装置と、
前記回転軸の回転によって直流電力を生成するとともに、直流電力が供給されると前記回転軸を回転させる直流発電電動機と、
前記蓄電部と前記直流発電電動機との間に設けられ、商用電源の停電に伴う前記駆動装置の始動時において、前記蓄電部からの直流電力を前記直流発電電動機へ向けて供給する制流部と、
を備えた発電装置であって、
前記蓄電部は、
コンデンサタイプの蓄電池によって構成され、
前記商用電源の停電に伴う前記駆動装置の始動時に、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置と前記直流発電電動機のそれぞれに直流電力を供給し、
前記直流発電電動機は、前記駆動装置と合わせて、
前記蓄電部から供給された直流電力によって前記回転軸を回転させ、前記駆動装置を定格運転まで起動させ、
前記制流部は、前記直流発電電動機に流れる平均電流が定格の電流となるように、前記直流電力の供給時間を前記駆動装置の始動初期に近いほど短くし、断続的に流れる直流電流の突入電流を抑制して前記直流発電電動機に供給し、前記直流発電電動機の始動電流を制限した状態で前記駆動装置を始動させ、
前記駆動装置が起動されると、前記直流発電電動機で生成された直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に供給する
ことを特徴とする発電装置。 A power storage unit for storing DC power;
A DC / AC conversion device that converts DC power from the power storage unit into AC power and supplies it to a load;
A drive device for rotating a rotating shaft using fuel as a power source;
DC power is generated by rotating the rotating shaft, and a DC generator motor that rotates the rotating shaft when DC power is supplied ;
A current limiting unit provided between the power storage unit and the DC generator motor, and supplying DC power from the power storage unit to the DC generator motor when the drive device is started due to a power failure of a commercial power supply; ,
A power generation device comprising:
The power storage unit
Consists of a capacitor-type storage battery,
Supplying DC power to each of the DC / AC converter and the DC generator motor at the time of starting the drive device accompanying a power failure of the commercial power supply;
The DC generator motor is combined with the driving device,
Rotating the rotating shaft by DC power supplied from the power storage unit, starting the drive device until rated operation ,
The current restricting section shortens the DC power supply time closer to the start of the driving device so that the average current flowing through the DC generator motor becomes a rated current, and the inrush of the DC current flowing intermittently Suppressing the current and supplying it to the DC generator motor, starting the drive device in a state where the starting current of the DC generator motor is limited,
When the driving device is activated, the DC power generated by the DC generator motor is supplied to the DC / AC converter .
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