JP6836445B2

JP6836445B2 - 発電機システム

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Publication number: JP6836445B2
Application number: JP2017066553A
Authority: JP
Inventors: 柴田　健次; 健次柴田; 哲也松久; 航松山; 稔前田河
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2037-03-30
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Description

本発明は、互いに接続された複数の交流発電機を有する発電機システムに関する。

従来より、複数の交流発電機を並列接続して電力を得るようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、一対の発電機を電力線と信号線とを介して互いに接続するとともに、最初に起動される発電機をマスタ発電機に、次に起動される発電機をスレーブ発電機に決定する。そして、マスタ発電機の起動後にスレーブ発電機を起動して発電を開始するとき、マスタ発電機から電力線を介して出力された交流の電圧をスレーブ発電機のセンサで検出し、その検出された電圧と位相において一致するようにスレーブ発電機のインバータ部のＦＥＴのオンオフを制御し、これにより複数の発電機の並列同期運転を行う。

特許第５８３９８３６号公報

しかしながら、複数の発電機の起動に先後がなく複数の発電機が互いに同時に起動するときには、複数の発電機にマスタ、スレーブの関係を定めることができず、同期運転を行うことが困難となる。

本発明の一態様である発電機システムは、交流を出力するインバータ回路をそれぞれ有する第１発電機および第２発電機と、第１発電機と第２発電機とを電力出力用の電力線を介して互いに接続するように構成された接続回路と、第１発電機および第２発電機のいずれか一方をマスタ発電機に、いずれか他方をスレーブ発電機にそれぞれ決定するマスタスレーブ決定部と、マスタスレーブ決定部で決定されたマスタ発電機の出力データを取得するデータ取得部と、マスタスレーブ決定部で決定されたスレーブ発電機の出力データを、データ取得部により取得されたマスタ発電機の出力データに同期させるように、マスタ発電機の出力データに基づきスレーブ発電機のインバータ回路のスイッチング動作を制御する同期制御部と、を備え、第１発電機および第２発電機は、それぞれマスタスレーブ決定部と同期制御部とを有するとともに、第１発電機と第２発電機とは、データ送受信用の通信線を介して互いに接続され、第１発電機のマスタスレーブ決定部は、第１発電機の電源がオンされると通信線を介して第２発電機に対して接続要求信号を送信し、第２発電機のマスタスレーブ決定部は、第２発電機の電源がオンされると通信線を介して第１発電機に対して接続要求信号を送信し、第１発電機のマスタスレーブ決定部は、第２発電機に対して接続要求信号を送信すると第２発電機からの接続要求を受信したか否かを判定し、第２発電機からの接続要求信号を受信していないと判定すると、第１発電機をマスタ発電機に決定する一方、第２発電機からの接続要求信号を受信していないと判定してから第１発電機をマスタ発電機に決定するまでの間に第２発電機の電源がオンされて第２発電機からの接続要求信号を受信したとき、予め定められた規則に従って、第１発電機および第２発電機のいずれか一方をマスタ発電機に決定する。

本発明によれば、第１発電機と第２発電機とが同時に起動するときであっても、第１発電機および第２発電機にそれぞれマスタ、スレーブの関係を容易に定めることができる。

本発明の実施形態に係る発電機システムの全体構成を概略的に示す図。図１の発電機システムに含まれる運転切替えボックスの外観形状を示す斜視図。図２の運転切替えボックスの内部の要部構成を示す電気回路図。本発明の実施形態に係る発電機システムの要部構成を示すブロック図。図１の発電機システムに含まれる第２発電機の制御部で実行される処理の一例を示すフローチャート。図１の発電機システムに含まれる２台の発電機からそれぞれ出力される電圧波形の一例を示す図。図４の制御部で実行される処理の一例を示すフローチャート。本発明の実施形態に係る発電機システムによるマスタ、スレーブの決定に係る動作の一例を示すタイムチャート。本発明の実施形態に係る発電機システムによるマスタ、スレーブの決定に係る動作の他の例を示すタイムチャート。図３の変形例を示す図。図８の電気回路から得られる端子部における信号レベルの一覧を示す図。

以下、図１〜図９を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る発電機システム１００の全体構成を概略的に示す図である。この発電機システムは、第１発電機１Ａおよび第２発電機１Ｂと、第１発電機１Ａと第２発電機１Ｂとを並列運転可能に、かつ、直列運転可能に接続する運転切替えボックス２とを有する。第１発電機１Ａおよび第２発電機１Ｂは、可搬型ないし携帯型の発電機であり、ユーザが手動で持ち運び可能な重量および寸法を有する。なお、発電機を２台ではなく、３台以上接続して発電機システム１００を構成することもできる。

第１発電機１Ａおよび第２発電機１Ｂは、例えば定格電圧１２０Ｖの同規格の交流発電機であり、互いに同一の構成を有する。すなわち、図１に示すように、各発電機１Ａ，１Ｂは、汎用エンジン１０と、エンジン１０により駆動される発電部１１と、発電部１１で発電された電力を変換して出力するインバータユニット１３とをそれぞれ有する。発電機１Ａ，１Ｂの定格電圧は１２０Ｖ以外、例えば１００Ｖであってもよい。各発電機１Ａ，１Ｂは、各々を識別するための互いに異なるシリアル番号を有する。

エンジン１０は、例えばガソリンを燃料とする点火式の空冷エンジンであり、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンに同期して回転するクランクシャフトとを有する。エンジン１０の動力は、クランクシャフトを介して発電部１１に出力される。なお、ガソリン以外を燃料とすることもでき、発電部１１を駆動する駆動部の構成は上述したものに限らない。

発電部（発電機本体）１１は、エンジン１０により駆動されて交流電力を発電する多極オルタネータであり、クランクシャフトに連結されてクランクシャフトと一体に回転するロータと、ロータの周面に対向してロータと同心状に配置されたステータとを有する。ロータには永久磁石が設けられる。ステータには、１２０度毎の位相角で配置されたＵＶＷの巻線が設けられる。発電部１１は、不図示のバッテリからの電力によりスタータモータとして駆動することができ、これによりエンジン１を始動することができる。なお、エンジン１０は、例えばクランクシャフトに接続された不図示のリコイルスタータの操作により始動することもできる。

インバータユニット１３は、発電部１１より出力された三相交流を整流および平滑する整流平滑回路１４と、整流平滑回路１４から出力された直流を交流に変換するインバータ回路１５と、インバータ回路１５から出力された交流の電圧値および電流値を検出する検出器１６と、インバータ回路１５のスイッチング動作を制御する制御部１７とを有する。検出器１６は、例えば電圧センサと電流センサとにより構成される。制御部１７は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含むマイクロコンピュータにより構成される。

整流平滑回路１４は、発電部１１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に対応して接続された整流回路と、キャパシタ等の平滑回路とを含んで構成される。整流平滑回路１４は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のトランジスタにより構成され、発電部１１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に対応して接続された３対（計６個）の半導体スイッチ素子と、各スイッチ素子に並列に接続されたダイオードとを有する。各スイッチ素子は制御部１７から出力される制御信号によりオンオフされる。これにより発電部１１がジェネレータとして機能するとき、発電部１１から出力された三相交流が整流され、発電部１１がスタータモータとして機能するとき、バッテリから供給された直流が三相交流に変換されて発電部１１に出力される。

インバータ回路１５は、例えばＨブリッジ回路として構成され、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のトランジスタにより構成された例えば２対（計４個）の半導体スイッチ素子と、各スイッチ素子にそれぞれ並列に接続されたダイオードとを有する。各スイッチ素子は制御部１７から出力される制御信号によりオンオフされ、これにより直流が単相交流に変換される。変換された交流は、インバータ回路１５の一部である図示しないフィルタ回路を介して正弦波に変調され、ケーブル３を介して運転切替えボックス２に入力される。

運転切替えボックス２は、各発電機１Ａ，１Ｂの電力線の接続形態、すなわち接続回路を切替え可能に構成される。運転切替えボックス２における接続回路の切替えにより、２台の発電機１Ａ，１Ｂを並列接続して１２０Ｖの出力電圧を得ることができ、あるいは直列接続して２４０Ｖの出力電圧を得ることができる。

図２は、運転切替えボックス２の外観形状を示す斜視図である。図２に示すように、運転切替えボックス２は、全体が略ボックス形状を呈し、発電機１Ａ，１Ｂのケーブル３が接続される複数（図では４個）のコネクタＣＴ（ＣＴ１〜ＣＴ４）を有する。各コネクタＣＴ１〜ＣＴ４には、発電機１Ａ〜１Ｄがそれぞれ接続されている。

運転切替えボックス２には、負荷（電気負荷）が接続されるコンセント２１，２２と、ユーザの操作により並列接続と直列接続の切替えを指令する切替え指令部２３とが設けられる。なお、切替え指令部２３は、発電機１Ａ〜１Ｄ側に設けてもよい。コンセント２１は、直列接続時における１２０Ｖ用および２４０Ｖ用コンセントであり、コンセント２２は、並列接続時における１２０Ｖ用コンセントである。

図３は、運転切替えボックス２の内部の要部構成を示す電気回路図である。なお、図３には、説明を容易にするために、４台の発電機１Ａ〜１Ｄではなく、２台の発電機１Ａ，１Ｂに対応する回路構成が示される。

図３に示すように、第１発電機１Ａのインバータユニット１３は、ケーブル３に含まれる一対の電力線Ｌ１，Ｎ１と一対の通信線ＳＨ１，ＳＬ１とを介して運転切替えボックス２に接続される。第２発電機１Ｂのインバータユニット１３は、ケーブル３に含まれる一対の電力線Ｌ２，Ｎ２と一対の通信線ＳＨ２，ＳＬ２とを介して運転切替えボックス２に接続される。さらに第２発電機１Ｂのインバータユニット１３には、位相切替えスイッチ２５に接続された一対の信号線ＳＧ２１，ＳＧ２２も接続される。信号線ＳＧ２１には所定電圧（例えば５Ｖ）が印加され、信号線ＳＧ２２は接地される。

電力線Ｌ１，Ｌ２は、各発電機１Ａ，１Ｂから出力された電流が流れる出力線（ラインと称する）であり、Ｎ１，Ｎ２は中性線（ニュートラル）である。中性線Ｎ１，Ｎ２は、接続点Ｐ１で互いに接続され、共通化されて接地される。運転切替えボックス２は、漏電遮断器として機能するＧＦＣＩ（Ground-Fault Circuit Interrupter）２４と、位相切替えスイッチ２５と、電気回路２０を直列接続および並列接続に切替える一対の直並列切替えスイッチ２６と、運転切替えボックス内のコンセント２１，２２（図２）とを有する。

コンセント２１，２２の中性線Ｎ３，Ｎ４は、接続点Ｐ２で互いに接続された後、ＧＦＣＩ２４を通過する中性線Ｎ５、および接続点Ｐ１を介して接地される。ラインＬ１，Ｌ２は、ＧＦＣＩ２４と直並列切替えスイッチ２６とを介してコンセント２１，２２に接続される。ＧＦＣＩ２４は、地絡電流を検出する地絡検出部（不図示）と、ラインＬ１，Ｌ２を遮断するスイッチ部２４ａ，２４ｂとを有し、地絡検出部で地絡電流が検出されると、スイッチ部２４ａ，２４ｂを開放してラインＬ１，Ｌ２を流れる電流の流れを遮断し、コンセント２１，２２への電力供給を阻止する。なお、地絡検出部は、例えば零相変流器（ＺＣＴ）と同様の原理で行きと帰りの電流値の違いから地絡電流を検出する。

一対の直並列切替えスイッチ２６は、ラインＬ１，Ｌ２にそれぞれ接続される共通接点２６ａと、一端が共通接点２６ａに接続され、他端が並列接点２６ｂと直列接点２６ｃのいずれかに接続される可動接点２６ｄとを有する。各並列接点２６ｂは、接続点Ｐ３で互いに接続された後、コンセント２２にそれぞれ接続される。すなわち各並列接点２６ｂはコンセント２２に並列に接続される。一方、各直列接点２６ｃは、コンセント２１に直列に接続される。

直並列切替えスイッチ２６は、ユーザによる切替え指令部２３（図２）の操作により切替えられる。すなわち、切替え指令部２３の操作により並列接続が選択されると、可動接点２６ｄは並列位置に切替えられて共通接点２６ａと並列接点２６ｂとを接続し、ラインＬ１，Ｌ２が並列接続される。これによりコンセント２２から１２０Ｖを出力することができる。一方、切替え指令部２３の操作により直列接続が選択されると、可動接点２６ｄは直列位置に切替えられて共通接点２６ａと直列接点２６ｃとを接続し、ラインＬ１，Ｌ２が直列接続される。これによりコンセント２１から２４０Ｖを出力することができる。

位相切替えスイッチ２５は、直並列切替えスイッチ２６の切替えに連動して切替わる。すなわち、直並列切替えスイッチ２６が並列位置に切替わると、位相切替えスイッチ２５がオフ（開放）し、直並列切替えスイッチ２６が直列位置に切替わると、位相切替えスイッチ２５がオン（閉成）する。発電機１Ａ，１Ｂのインバータユニット１３には、位相切替えスイッチ２５がオフするとハイ信号が、オンするとロー信号が入力され、これにより発電機１Ａ，１Ｂの制御部１７が位相切替えスイッチ２５のオンオフを検知する。

通信線ＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２は、ＣＡＮ通信線（ＣＡＮバス）として構成され、通信線ＳＨ１，ＳＨ２と通信線ＳＬ１、ＳＬ２とは終端抵抗を介して接続される。各発電機１Ａ，１Ｂの制御部１７は、通信線ＳＨ１，ＳＨ２，ＳＬ１，ＳＬ２を介して互いに通信可能に接続される。

上述したように複数の発電機１Ａ，１Ｂを、運転切替えボックス２を介して並列接続および直列接続して連携運転する場合、各発電機１Ａ，１Ｂの出力を互いに同期させる必要がある。本実施形態では以下のようにして、２台の発電機１Ａ，１Ｂのうち、一方をマスタ発電機に、他方をスレーブ発電機に決定する。そして、マスタ発電機の出力にスレーブ発電機の出力が同期するように、例えばスレーブ発電機の検出器１６で検出されたマスタ発電機の出力電圧値に基づいて、スレーブ発電機の作動、すなわちインバータ回路１５のスイッチング動作を制御する。

図４は、本発明の実施形態に係る発電機システム１００の要部構成を示すブロック図である。図４では、便宜上、第１発電機１Ａの制御部１７を１７Ａで、第２発電機１Ｂの制御部を１７Ｂで示す。各制御部１７Ａ，１７Ｂは、互いに同一構成であり、機能的構成としてそれぞれマスタスレーブ決定部１７１と同期制御部１７２とを有する。

マスタスレーブ決定部１７１は、制御部１７Ａ，１７Ｂ同士の通信を介して各発電機１Ａ，１Ｂの起動の先後を判定するとともに、その判定結果とシリアル番号の大小とに基づいてマスタスレーブの関係を決定する。具体的には、発電機１Ａ，１Ｂの一方が先に、他方が後に起動されると、シリアル番号の大小に拘らず、先に起動された方をマスタ発電機に、後に起動された方をスレーブ発電機に決定する。発電機１Ａ，１Ｂが同時に起動されると、シリアル番号が小さい方をマスタ発電機に、シリアル番号が大きい方をスレーブ発電機に決定する。

同期制御部１７２は、マスタとスレーブの決定に応じて、インバータ回路１５に制御信号を出力し、そのスイッチング動作を制御する。例えば第１発電機１Ａがマスタ発電機、第２発電機１Ｂがスレーブ発電機である場合、マスタ発電機１Ａの制御部１７Ａは、所定周波数の正相の交流を出力するようにインバータ回路１５に制御信号を出力する。一方、スレーブ発電機１Ｂの制御部１７Ｂは、スレーブ発電機１Ｂの検出器１６で検出された信号（並列接続の場合）あるいは通信線を介してマスタ発電機１Ａから送信された信号（直列接続の場合）と、位相切替えスイッチ２５からの信号とに基づいて、マスタ発電機１Ａから出力された交流に同期した正相または逆相の交流を出力するようにインバータ回路１５に制御信号を出力する。

図５は、第１発電機１Ａ（マスタ発電機）の運転後に第２発電機１Ｂ（スレーブ発電機）を運転したときの各発電機１Ａ，１Ｂから出力される電圧波形の一例を示す図である。図５の初期状態（時点ｔ１）では、制御部１７Ａが図示のように所定周波数の正相の交流を出力するようにインバータ回路１５に制御信号を出力する。このとき第２発電機１Ｂの制御部１７Ｂは、時点ｔ１で位相切替えスイッチ２５のオフ（ハイ信号）を判定すると、並列接続の同期処理を開始する。この場合、まず制御部１７Ｂは、第１発電機１Ａとの連携をチェックし、連携チェック中は第２発電機１Ｂからの交流の出力を禁止する（時点ｔ１〜ｔ２）。

連携チェックとしては、まず、制御部１７Ａ，１７Ｂ同士の通信により、公称電圧（例えば１２０Ｖ）と周波数（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の情報を送受信してこれらが互いに一致しているか否かを判定する。そして、一致しているときは制御部１７Ｂが第１発電機１Ａの電圧情報を取得して同期処理を開始する。同期が確立すれば、制御部１７Ｂはインバータ回路１５のスイッチ素子のオンオフを制御し、第２発電機１Ｂから正相の交流の出力が開始される（時点ｔ２）。

図５の時点ｔ３で、第２発電機１Ｂの制御部１７Ｂが位相切替えスイッチ２５のオン（ロー信号）を判定すると、直列接続の同期処理を開始する。この場合も、制御部１７Ｂは第１発電機１Ａとの連携をチェックし、連携チェック中は第２発電機１Ｂからの交流の出力を禁止する。連携チェックが終了して各発電機１Ａ，１Ｂの同期が確立すれば、制御部１７Ｂはインバータ回路１５のスイッチ素子のオンオフを制御し、第２発電機１Ｂから逆相の交流の出力が開始される（時点ｔ４）。

図６は、第１発電機１Ａの制御部１７Ａで実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば発電機１Ａのエンジン始動が指令され、制御部１７Ａの電源がオンすると開始されるとともに、所定周期（例えば２ｍｓ）で繰り返される。なお、図示は省略するが、第２発電機１Ｂの制御部１７Ｂにおいても、図５と同一の処理が実行される。

まず、ステップＳ１で、制御部１７Ａは、通信線ＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２を介して第２発電機１Ｂの制御部１７Ｂに接続要求信号を送信する。このとき制御部１７Ａは、発電機１Ａのシリアル番号の情報も同時に送信する。

次いで、ステップＳ２で、通信線ＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２を介して制御部１７Ｂから接続要求を受信したか否か、すなわち応答判定を行う。発電機１Ａが先に起動し、発電機１Ｂが未だ起動していないときは、制御部１７Ａは制御部１７Ｂから接続要求を受信しないため、ステップＳ２で否定されて、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、第１発電機１Ａをマスタ発電機に決定する。次いで、ステップＳ４で、インバータ回路１５から所定周波数および振幅の正相交流（図５）が出力されるように、制御部１７Ａはインバータ回路１５のスイッチ素子に制御信号を出力する。次いで、ステップＳ５で、制御部１７Ｂから接続要求があるか否か、すなわち第１発電機１Ａの起動後に第２発電機１Ｂの電源がオンされることにより接続要求が送信されたか否かを判定する。ステップＳ５は肯定されるまで繰り返され、ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進む。ステップＳ６では、通信線ＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２を介して制御部１７Ｂに同期情報を送信する。同期情報には、第１発電機１Ａで検出された電圧情報、すなわち電圧波形の位相や振幅の情報が含まれる。

ステップＳ２で制御部１７Ｂから接続要求を受信したと判定、すなわち第１発電機１Ａもしくは第２発電機１Ｂが先に起動していると判定すると、ステップＳ７に進む。ここでは第２発電機１Ｂが先に起動したとし、ステップＳ７では、第１発電機１Ａをスレーブ発電機に決定する。次いで、ステップＳ８で、通信線ＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２を介して制御部１７Ｂから送信された同期情報（ステップＳ６）を受信する。次いでステップＳ９で、位相切替えスイッチ２５がオンか否か（ロー信号が出力か否か）を判定する。ステップＳ９で否定、すなわち位相切替えスイッチ２５がオフで、発電機１Ａ，１Ｂが並列接続と判定されるとステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、第１発電機１Ａから出力される交流電圧の波形が、ステップＳ８で読み込まれた第２発電機１Ｂから出力された交流電圧の波形と位相および周波数において一致するようにインバータ回路１５に制御信号を出力する。すなわち、並列接続の場合には、第１発電機１Ａから出力される単相交流が第２発電機１Ｂから出力されている単相交流と同期するように、第１発電機１Ａの検出器１６で検出された第２発電機１Ｂの交流電圧のゼロクロスタイミングに基づいてインバータ回路１５に制御信号を出力し、スイッチ素子のオンオフを制御する。これにより第１発電機１Ａは、第２発電機１Ｂと一致した正相の単相交流を出力する。

一方、ステップＳ９で肯定、すなわち発電機１Ａ，１Ｂが直列接続と判定されるとステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、第１発電機１Ａから出力される交流電圧の波形が、ステップＳ８で読み込まれた第２発電機１Ｂから出力された交流電圧の波形に対し位相において１８０度だけずれるように（位相が１８０度だけずれて同期するように）インバータ回路１５に制御信号を出力する。すなわち、直列接続の場合には、第２発電機１Ｂから送信されたデータに含まれる第２発電機１Ｂの交流電圧のゼロクロスタイミングに基づいてインバータ回路１５に制御信号を出力し、スイッチ素子のオンオフを制御する。これにより第１発電機１Ａは、第２発電機１Ｂに対し逆相の単相交流を出力する。

上述したように、制御部１７Ａは、ステップＳ２で接続要求の受信の有無を判定するが、例えば発電機１Ａ，１Ｂが同時に起動し、ステップＳ２で接続要求なしと判定するのと同時に接続要求を受信したとき、つまり、ステップＳ２で接続要求なしと判定した後、ステップＳ３でマスタ発電機と決定する前に、直後のサイクルにおけるステップＳ２で接続要求を受信したとき、判定結果が競合するおそれがある。この事象は、一方の発電機（例えば第１発電機１Ａ）が電源オンしてマスタスレーブを決定するための起動処理が開始された後、その起動処理が終了する前に他方の発電機（例えば第２発電機１Ｂ）が電源オンして起動処理が開始されたときに起こりうる。具体的には、起動処理に要する時間は数ｍｓ程度であるので、一方の発電機が起動処理を開始してから数ｍｓ以内に他方の発電機が起動処理を開始したときに起こりうる。

このような事象が生じたとき、制御部１７Ａは、接続要求ありとも接続要求なしとも判定せずに、接続要求に競合が生じた、または接続要求の有無が不明であると判定し、ステップＳ１２に進む。すなわち第１発電機１Ａと第２発電機１Ｂとが同時に起動したとき（起動処理を開始したとき）には、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、制御部１７Ｂから送信された第２発電機１Ｂのシリアル番号を受信したか否かを判定する。ステップＳ１２は肯定されるまで繰り返され、ステップＳ１２で肯定されるとステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、自己（第１発電機１Ａ）のシリアル番号が、相手側（第２発電機１Ｂ）のシリアル番号よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ１３で肯定されるとステップＳ３に進み、第１発電機１Ａをマスタ発電機に決定する。一方、ステップＳ１３で否定されるとステップＳ７に進み、第１発電機１Ａをスレーブ発電機に決定する。

本発明の実施形態に係る発電機システム１００によるマスタスレーブの決定に係る動作をより具体的に説明する。以下では、図６のステップＳ１〜ステップＳ１３のうち、制御部１７Ａで行われる処理をそれぞれステップＳ１Ａ〜ステップＳ１３Ａで表し、制御部１７Ｂで行われる処理をそれぞれステップＳ１Ｂ〜ステップＳ１３Ｂで表す。図７Ａ，図７Ｂは、それぞれマスタ、スレーブの決定に係る動作の一例を示すタイムチャートである。図７Ａ，図７Ｂでは、発電機１Ａ，１Ｂのシリアル番号Ｓ／ＮをそれぞれＳ／Ｎ０１，Ｓ／Ｎ０２で示す。

図７Ａに示すように、時点ｔ１０で第１発電機１Ａのみが起動し、第２発電機１Ｂが起動していないとき、制御部１７Ａは、制御部１７Ｂから接続要求を受信しないため、第１発電機１Ａをマスタ発電機に決定する（ステップＳ２Ａ→ステップＳ３Ａ）。

その後、時点ｔ１１で第２発電機１Ｂが起動すると、制御部１７Ａは制御部１７Ｂからの接続要求（ステップＳ１Ｂ）に応答して同期情報を送信する（ステップＳ６Ａ）。一方、制御部１７Ｂは、制御部１７Ａから応答信号を受信するため（ステップＳ１Ｂ）、第２発電機１Ｂをスレーブ発電機に決定するとともに（ステップＳ７Ｂ）、受信した同期情報（ステップＳ８Ｂ）と位相切替えスイッチ２５の信号とに基づいて、第２発電機１Ｂの出力を第１発電機１Ａの出力に正相または逆相で同期させるようにインバータ回路１５の動作を制御する（ステップＳ１０Ｂ，ステップＳ１１Ｂ）。

これに対し、図７Ｂに示すように、時点ｔ２０で第１発電機１Ａの電源と第２発電機１Ｂの電源とが同時にオンされて、制御部１７Ａ，１７Ｂが同時に起動処理を開始するとき、厳密にいうと一方の制御部がマスタスレーブを決定するための起動処理を終了する前に他方の制御部が起動処理を開始したとき、制御部１７Ａ，１７Ｂは、時点ｔ２１でそれぞれ接続要求とシリアル番号Ｓ／Ｎ０１，Ｓ／Ｎ０２の情報を送信する（ステップＳ１Ａ，ステップＳ１Ｂ）。時点ｔ２２で相手側の発電機１Ａ，１Ｂのシリアル番号Ｓ／Ｎ０１，Ｓ／Ｎ０２を受信すると、それぞれ自己のシリアル番号Ｓ／Ｎ０１，Ｓ／Ｎ０２との大小を判定する（ステップＳ１３Ａ，ステップＳ１３Ｂ）。

制御部１７Ａは、自己のシリアル番号Ｓ／Ｎ０１の方が相手側のシリアル番号Ｓ/Ｎ０２よりも小さいと判定するため、時点ｔ２３で発電機１Ａをマスタ発電機に決定する（ステップＳ３Ａ）。一方、制御部１７Ｂは、自己のシリアル番号Ｓ/Ｎ０２の方が相手側のシリアル番号Ｓ／Ｎ０１よりも大きいと判定するため、発電機１Ｂをスレーブ発電機に決定する（ステップＳ７Ｂ）。

本発明の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）発電機システム１００は、交流を出力するインバータ回路１５をそれぞれ有する第１発電機１Ａおよび第２発電機１Ｂと、第１発電機１Ａと第２発電機１Ｂとを電力出力用のラインＬ１，Ｌ２を介して互いに接続するように構成された電気回路２０と、第１発電機１Ａおよび第２発電機１Ｂのいずれか一方をマスタ発電機に、いずれか他方をスレーブ発電機にそれぞれ決定するマスタスレーブ決定部１７１と、例えば並列接続時においてマスタスレーブ決定部１７１で決定されたマスタ発電機（例えば発電機１Ａ）の出力を検出するスレーブ発電機の検出器１６と、マスタスレーブ決定部１７１で決定されたスレーブ発電機（例えば発電機１Ｂ）の出力を、検出器１６により検出されたマスタ発電機（発電機１Ａ）の出力に同期させるように、マスタ発電機（発電機１Ａ）の出力に基づきスレーブ発電機（発電機１Ｂ）のインバータ回路１５のスイッチング動作を制御する同期制御部１７２と、を備える（図３，図４）。マスタスレーブ決定部１７１は、第１発電機１Ａと第２発電機１Ｂのうち、先に起動した方をマスタ発電機に決定する一方、第１発電機１Ａと第２発電機１Ｂとが同時に起動するとき、そのシリアル番号が小さい方をマスタ発電機に決定する（図６）。

この構成により、複数の発電機１Ａ，１Ｂの起動に先後がなくお互いが同時に起動するときであっても、複数の発電機１Ａ，１Ｂにマスタ、スレーブの関係を定めることができる。このため、一方の発電機に他方の発電機が連携して動作する、いわゆるマスタスレーブ方式を用いて、複数の発電機１Ａ，１Ｂを常に良好に同期運転させることができる。

（２）第１発電機１Ａおよび第２発電機１Ｂは、それぞれマスタスレーブ決定部１７１と同期制御部１７２とを有するとともに、第１発電機１Ａと第２発電機１Ｂとは、データ送受信用の通信線ＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２を介して互いに接続される（図３，図４）。第１発電機１Ａおよび第２発電機１Ｂには、予め固有のシリアル番号Ｓ／Ｎ０１，Ｓ／Ｎ０２が付されており、マスタスレーブ決定部１７１は、第１発電機１Ａと第２発電機１Ｂとが同時に起動するとき、自己のシリアル番号と相手側のシリアル番号との大小を判定し、小さい方（第１発電機１Ａ）をマスタ発電機に決定するので、互いのシリアル番号を比較するだけの簡易な構成で、マスタとスレーブとを決定することができる。

（３）発電機システム１００は、第１発電機１Ａと第２発電機１ＢとがラインＬ１，Ｌ２を介して並列または直列に接続されるように電気回路２０を切替える直並列切替えスイッチ２６をさらに備える（図３）。このため、複数の発電機１Ａ，１Ｂを互いに連携させて直列運転および並列運転させることが可能である。

なお、上記実施形態では、複数の発電機１Ａ，１Ｂが同時に起動したときに、制御部１７Ａ，１７Ｂ同士が通信して相手側のシリアル番号Ｓ／Ｎを受信し、発電機１Ａ，１Ｂのシリアル番号Ｓ／Ｎの大小を判定することで、マスタ発電機とスレーブ発電機とを決定するようにした。しかしながら、制御部１７Ａ，１７Ｂ同士の通信を介さずにマスタスレーブを決定することもできる。図８は、その一例を示す運転切替えボックス２内の電気回路図であり、図３の変形例を示す図である。なお、図８では、通信線と信号線のみを図示し、電力線の図示を省略している。

図８では、一例として、運転切替えボックス２の４つのコネクタＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３，ＣＴ４（それぞれ第１コネクタ，第２コネクタ，第３コネクタ，第４コネクタと呼ぶ）に、発電機１Ａ〜１Ｄのインバータユニット１３がそれぞれ接続されている。各コネクタＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３，ＣＴ４はそれぞれ端子部ＣＴ１１〜ＣＴ１６，ＣＴ２１〜ＣＴ２６，ＣＴ３１〜ＣＴ３６，ＣＴ４１〜ＣＴ４６を有する。このうち、端子部ＣＴ１１，ＣＴ１２，ＣＴ２１，ＣＴ２２，ＣＴ３１，ＣＴ３２，ＣＴ４１，ＣＴ４２には、それぞれ通信線ＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２，ＳＨ３，ＳＬ３，ＳＨ４，ＳＬ４が接続され、発電機１Ａ〜１Ｄの制御部１７Ａ〜１７Ｄは、通信線ＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２，ＳＨ３，ＳＬ３，ＳＨ４，ＳＬ４を介して互いに通信可能である。

第１コネクタＣＴ１の端子部ＣＴ１６は信号線ＳＧ１６を介して、第２コネクタＣＴ２の端子部ＣＴ２６は信号線ＳＧ２６を介して、第３コネクタＣＴ３の端子部ＣＴ３６は信号線ＳＧ３６を介して、第４コネクタＣＴ４の端子部ＣＴ４６は信号線ＳＧ４６を介してそれぞれ接地される。第２コネクタＣＴ２の端子部ＣＴ２４は信号線ＳＧ２４を介して信号線ＳＧ２６に、第３コネクタＣＴ３の端子部ＣＴ３３は信号線ＳＧ３３を介して信号線ＳＧ３６に、第４コネクタＣＴ４の端子部ＣＴ４３，ＣＴ４４は信号線ＳＧ４３，ＳＧ４４を介して信号線ＳＧ４６にそれぞれ接続される。

第１コネクタＣＴ１の端子部ＣＴ１３〜ＣＴ１５、第２コネクタＣＴ２の端子部ＣＴ２３〜ＣＴ２５、第３コネクタＣＴ３の端子部ＣＴ３３〜ＣＴ３５、第４コネクタＣＴ４の端子部ＣＴ４３〜ＣＴ４５にはそれぞれ所定電圧が印加される。このうち、第４コネクタＣＴ４の端子部ＣＴ４５は信号線ＳＧ４５を介して位相切替えスイッチ２５に接続される。第２コネクタＣＴ２の端子部ＣＴ２５は信号線ＳＧ２５を介して信号線ＳＧ４５に接続される。

図９は、図８の電気回路において、位相切替えスイッチ２５がオン（直列接続）およびオフ（並列接続）のときの、第１コネクタＣＴ１の端子部ＣＴ１３〜ＣＴ１５、第２コネクタＣＴ２の端子部ＣＴ２３〜ＣＴ２５、第３コネクタＣＴ３の端子部ＣＴ３３〜ＣＴ３５、および第４コネクタＣＴ４の端子部ＣＴ４３〜ＣＴ４５のそれぞれの信号レベル（ハイ信号Ｈ、ロー信号Ｌ）を示す図である。

図９に示すように、端子部ＣＴ１３，ＣＴ２３，ＣＴ３３，ＣＴ４３と端子部ＣＴ１４，ＣＴ２４，ＣＴ３４，ＣＴ４４との信号レベルの組み合わせにより、マスタ発電機とスレーブ発電機とを決定するとともに、複数のスレーブ発電機に対し優先順位を付与する。

すなわち、第１コネクタＣＴ１の端子部ＣＴ１３，ＣＴ１４からそれぞれハイ信号が出力されると、第１コネクタＣＴ１に接続された発電機１Ａの制御部１７は、発電機１Ａをマスタ発電機と決定する。第２コネクタＣＴ２の端子部ＣＴ２３，ＣＴ２４からそれぞれハイ信号，ロー信号が出力されると、第２コネクタＣＴ２に接続された発電機１Ｂの制御部１７は、発電機１Ｂを第１スレーブ発電機と決定する。第３コネクタＣＴ３の端子部ＣＴ３３，ＣＴ３４からそれぞれロー信号，ハイ信号が出力されると、第３コネクタＣＴ３に接続された発電機１Ｃの制御部１７は、発電機１Ｃを第２スレーブ発電機と決定する。第４コネクタＣＴ４の端子部ＣＴ４３，ＣＴ４４からそれぞれロー信号が出力されると、第４コネクタＣＴ４に接続された発電機１Ｄの制御部１７は、発電機１Ｄを第３スレーブ発電機と決定する。

また、端子部ＣＴ１５，ＣＴ２５，ＣＴ３５，ＣＴ４５の信号レベルにより、制御部１７の同期制御部１７２は、正相および逆相のいずれの電圧波形を出力するようにインバータ回路１５のスイッチング動作を制御するかを決定する。すなわち、端子部ＣＴ１５，ＣＴ２５，ＣＴ３５，ＣＴ４５からハイ信号が出力されると正相、ロー信号が出力される逆相の電圧波形を出力するようにスイッチング動作を制御する。

このように端子部ＣＴ１３，ＣＴ２３，ＣＴ３３，ＣＴ４３，ＣＴ１４，ＣＴ２４，ＣＴ３４，ＣＴ４４の信号レベルを検知することにより、発電機１Ａ〜１Ｄのマスタ、スレーブを決定することができる。すなわち、複数の発電機１Ａ〜１Ｄがそれぞれ運転切替えボックス２の複数のコネクタＣＴ１〜ＣＴ４のいずれかに接続されて同時に起動するとき、マスタスレーブ決定部１７１は、所定のコネクタＣＴ１に接続された発電機（発電機１Ａ）をマスタ発電機に決定し、他のコネクタＣＴ２，ＣＴ３，ＣＴ４に接続された発電機（発電機１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）をそれぞれスレーブ発電機に決定する。このため、発電機１Ａ〜１Ｄのシリアル番号が不明であっても、マスタ、スレーブを容易に決定することができる。

さらに、端子部ＣＴ１５，ＣＴ２５，ＣＴ３５，ＣＴ４５の信号レベルを検知することにより、同期制御部１７２は、正相逆相のいずれの電圧波形を出力するかを決定し、これにより複数の発電機１Ａ〜１Ｄを互いに連携させて直列運転および並列運転を容易に行うことができる。

なお、上記実施形態では、発電機のシリアル番号の大小を判定し、その判定結果に基づいて、あるいは接続ユニットとしての運転切替えボックス２のコネクタＣＴ（端子部）の接続位置に基づいて、マスタスレーブ決定部１７１がマスタ発電機とスレーブ発電機とを決定するようにしたが、予め定められた規則に従ってマスタ発電機とスレーブ発電機とを決定するのであれば、マスタスレーブ決定部の構成はいかなるものでもよい。上記実施形態では、回路切替え部として一対の直並列切替えスイッチ２６の切替えにより電気回路２０を並列接続および直列接続に切替えるようにしたが、複数の発電機を接続する接続回路の構成は上述したものに限らない。上記実施形態では、検出器１６で交流電圧の波形データを検出し、あるいは通信線ＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２を介して交流電圧の波形データを受信して、出力を同期させる際の発電機１Ａ，１Ｂの出力データを取得するようにしたが、データ取得部の構成は上述したものに限らない。例えば、並列接続のとき、第１発電機１Ａの電圧波形を第２発電機１Ｂの検出器１６で検出するようにしたが、これに代えて、通信線を介して第２発電機１Ｂの制御部１７が第１発電機の電圧波形データを取得するようにしてもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１Ａ第１発電機、１Ｂ第２発電機、２運転切替えボックス、１５インバータ回路、１６検出器、１７制御部、２０電気回路、２３切替え指令部、２５位相切替えスイッチ、２６直並列切替えスイッチ、１００発電機システム、１７１マスタスレーブ決定部、１７２同期制御部、Ｌ１，Ｌ２ライン

Claims

交流を出力するインバータ回路をそれぞれ有する第１発電機および第２発電機と、
前記第１発電機と前記第２発電機とを電力出力用の電力線を介して互いに接続するように構成された接続回路と、
前記第１発電機および前記第２発電機のいずれか一方をマスタ発電機に、いずれか他方をスレーブ発電機にそれぞれ決定するマスタスレーブ決定部と、
前記マスタスレーブ決定部で決定された前記マスタ発電機の出力データを取得するデータ取得部と、
前記マスタスレーブ決定部で決定された前記スレーブ発電機の出力データを、前記データ取得部により取得された前記マスタ発電機の出力データに同期させるように、前記マスタ発電機の出力データに基づき前記スレーブ発電機の前記インバータ回路のスイッチング動作を制御する同期制御部と、を備え、
前記第１発電機および前記第２発電機は、それぞれ前記マスタスレーブ決定部と前記同期制御部とを有するとともに、前記第１発電機と前記第２発電機とは、データ送受信用の通信線を介して互いに接続され、
前記第１発電機の前記マスタスレーブ決定部は、前記第１発電機の電源がオンされると前記通信線を介して前記第２発電機に対して接続要求信号を送信し、
前記第２発電機の前記マスタスレーブ決定部は、前記第２発電機の電源がオンされると前記通信線を介して前記第１発電機に対して接続要求信号を送信し、
前記第１発電機の前記マスタスレーブ決定部は、前記第２発電機に対して接続要求信号を送信すると前記第２発電機からの接続要求を受信したか否かを判定し、前記第２発電機からの接続要求信号を受信していないと判定すると、前記第１発電機を前記マスタ発電機に決定する一方、前記第２発電機からの接続要求信号を受信していないと判定してから前記第１発電機を前記マスタ発電機に決定するまでの間に前記第２発電機の電源がオンされて前記第２発電機からの接続要求信号を受信したとき、予め定められた規則に従って、前記第１発電機および前記第２発電機のいずれか一方を前記マスタ発電機に決定することを特徴とする発電機システム。
請求項１に記載の発電機システムにおいて、
前記第１発電機および前記第２発電機には、予め固有のシリアル番号が付されており、
前記第１発電機の前記マスタスレーブ決定部は、前記通信線を介して前記第２発電機に
対して接続要求信号とともに前記第１発電機のシリアル番号を送信し、
前記第２発電機の前記マスタスレーブ決定部は、前記通信線を介して前記第１発電機に対して接続要求信号とともに前記第２発電機のシリアル番号を送信し、
前記第１発電機の前記マスタスレーブ決定部は、前記第２発電機からの接続要求信号を受信していないと判定してから前記第１発電機を前記マスタ発電機に決定するまでの間に前記第２発電機の電源がオンされて前記第２発電機からの接続要求信号を受信したとき、前記第１発電機のシリアル番号と前記通信線を介して送信された前記第２発電機のシリアル番号との大小を判定し、判定結果に基づき前記第１発電機と前記第２発電機のいずれかを前記マスタ発電機に決定することを特徴とする発電機システム。
請求項１に記載の発電機システムにおいて、
複数の発電機が接続される複数の端子部が設けられるとともに、前記接続回路を有する接続ユニットを備え、
前記マスタスレーブ決定部は、前記第１発電機と前記第２発電機とがそれぞれ前記複数の端子部のいずれかに接続されて同時に起動するとき、前記複数の端子部のうち所定の端子部に接続された発電機をマスタ発電機に決定することを特徴とする発電機システム。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電機システムにおいて、
前記第１発電機と前記第２発電機とが前記電力線を介して並列または直列に接続されるように前記接続回路を切替える回路切替え部をさらに備えることを特徴とする発電機システム。