JPWO2019031276A1 - 発電システム及び発電システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の第1の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
図1は、本実施形態に係る発電システム100を示す模式的な回路図である。
基準発電モジュール10は、基準発電素子11と、基準発電素子11が出力した基準直流電流を基準交流電流に変換する基準交流生成回路12と、基準交流電流から磁界を発生させるモジュール側基準インダクタンス素子13と、を含む。基準交流生成回路12は、基準発電素子11に対して並列に接続されている。
第1の発電モジュール20は、上述した基準発電モジュール10と共通の構成を有しており、第1の発電素子21と、第1の発電素子21が出力した第1の直流電流を第1の交流電流に変換する第1の交流生成回路22と、第1の交流電流が流れると磁界を発生させ、集電閉回路40の第1の集電側インダクタンス素子42と電磁結合する第1のモジュール側インダクタンス素子23と、第1のモジュール側インダクタンス素子23とともに共振を発生させる第1の容量素子24と、を含む。
第2の発電モジュール30は、上述した第1の発電モジュール20と略同様の構成を有しており、第2の発電素子31と、第2の発電素子31が出力した第2の直流電力を第2の交流電力に変換する第2の交流生成回路32と、第2の交流電力が流れると磁界を発生させ、集電閉回路40の第2の集電側インダクタンス素子43と電磁結合する第2のモジュール側インダクタンス素子33と、第2のモジュール側インダクタンス素子33とともに共振を発生させる第2の容量素子34と、を含む。
集電閉回路40は、モジュール側基準インダクタンス素子13との電磁結合により、誘導起電力と基準交流電流とを集電閉回路40内において発生させる集電側基準インダクタンス素子41を含む。また、集電閉回路40は、第1のモジュール側インダクタンス素子23との電磁結合により、誘導起電力を発生させる第1の集電側インダクタンス素子42を含む。更に、集電閉回路40は、第2のモジュール側インダクタンス素子33との電磁結合により、誘導起電力を発生させる第2の集電側インダクタンス素子43を含む。
以下、発電システム100の動作例について説明する。発電システム100の動作は、集電閉回路40内において基準交流電流を発生させる初期モードと、この初期モードの後に、第1の発電モジュール20に含まれた第1の位相情報取得回路25を受動素子として動作させる受動動作モードと、第1の発電モジュール20に含まれた第1の制御回路26を能動素子として動作させる能動動作モードを含む。
初期モードでは、上述したとおり、まず、基準発電モジュール10に含まれる基準交流生成回路12が、基準発電素子11による基準直流電流の出力方向を所定の周波数で切り替え、交流電流に変換する。次に、モジュール側基準インダクタンス素子13は、基準交流生成回路12により生成された交流電流から磁界を発生させる。その結果、モジュール側基準インダクタンス素子13と、集電閉回路40に含まれた集電側基準インダクタンス素子41とが電磁結合される。この電磁結合により、集電側基準インダクタンス素子41は、誘導起電力を発生させる。また、集電側基準インダクタンス素子41は、誘導電流として基準交流電流を発生させる。基準交流電流には位相情報、及び周波数情報が含まれており、集電閉回路40内における基準交流電流の循環により、集電閉回路40に含まれる第1の集電側インダクタンス素子42、及び第2の集電側インダクタンス素子43においても、この基準交流電流に応じた磁界が発生する。
受動動作モードにおいては、第1の制御回路26が、第1のスイッチング素子27の接続先を第1の交流生成回路22から第1の位相情報取得回路25に切り替えており、第1の位相情報取得回路25が、第1の発電素子21、及び第1のモジュール側インダクタンス素子23に並列に接続された状態となっている。
受動動作モードにおいて、第1の制御回路26が、第1の位相情報取得回路25を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得すると、第1の制御回路26が、能動動作モードを開始する。具体的には、第1の制御回路26が、第1のスイッチング素子27の接続先を第1の位相情報取得回路25から第1の交流生成回路22に切り替え、第1の交流生成回路22が、第1の発電素子21、及び第1のモジュール側インダクタンス素子23に並列に接続された状態とする。
本開示の第2の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して、その説明を省略する。
図3は、本実施形態に係る発電システム100Aを示す模式的な回路図である。
第1の発電モジュール20は、第1の発電素子21と、第1の発電素子21が出力した第1の直流電力を第1の交流電力に変換する第1の交流生成回路22と、第1の交流電流が流れることにより磁界を発生させ、集電閉回路40Aの第1の集電側インダクタンス素子42と電磁結合する第1のモジュール側インダクタンス素子23と、第1のモジュール側インダクタンス素子23とともに共振を発生させる第1の容量素子24と、を含む。
第2の発電モジュール30は、第2の発電素子31と、第2の発電素子31が出力した第2の直流電力を第2の交流電力に変換する第2の交流生成回路32と、第2の交流電流が流れることにより磁界を発生させ、集電閉回路40Aの第2の集電側インダクタンス素子43と電磁結合する第2のモジュール側インダクタンス素子33と、第2のモジュール側インダクタンス素子33とともに共振を発生させる第2の容量素子34と、を含む。
集電閉回路40Aは、第1のモジュール側インダクタンス素子23との電磁結合により、誘導起電力を発生させる第1の集電側インダクタンス素子42を含む。更に、集電閉回路40Aは、第2のモジュール側インダクタンス素子33との電磁結合により、誘導起電力を発生させる第2の集電側インダクタンス素子43を含む。
以下、発電システム100Aの動作例について説明する。発電システム100Aの動作は、集電閉回路40A内において基準交流波発生源48が基準交流電流を発生させる初期モードと、この初期モードの後に、第1の発電モジュール20に含まれた第1の位相情報取得回路25、及び第2の発電モジュール30に含まれた第2の位相情報取得回路35を受動素子として動作させる受動動作モードと、第1の発電モジュール20に含まれた第1の制御回路26、及び第2の発電モジュール30に含まれた第2の制御回路36を能動素子として動作させる能動動作モードを含む。
初期モードでは、上述したとおり、まず、第1の発電モジュール20に含まれる第1の交流生成回路22が、第1の発電素子21による第1の直流電流の出力方向を所定の周波数で切り替え、交流電流に変換する。次に、第1のモジュール側インダクタンス素子23は、第1の交流生成回路22により生成された交流電流から磁界を発生させる。その結果、第1のモジュール側インダクタンス素子23と、集電閉回路40Aに含まれた第1の集電側インダクタンス素子42とが電磁結合される。この電磁結合により、第1の集電側インダクタンス素子42は、誘導起電力を発生させる。
受動動作モードにおいては、第1の制御回路26が、第1のスイッチング素子27の接続先を第1の交流生成回路22から第1の位相情報取得回路25に切り替えており、第1の位相情報取得回路25が、第1の発電素子21、及び第1のモジュール側インダクタンス素子23に並列に接続された状態となっている。
受動動作モードにおいて、第1の制御回路26が、第1の位相情報取得回路25を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得すると、第1の制御回路26が、能動動作モードを開始する。具体的には、第1の制御回路26が、第1のスイッチング素子27の接続先を第1の位相情報取得回路25から第1の交流生成回路22に切り替え、第1の交流生成回路22が、第1の発電素子21、及び第1のモジュール側インダクタンス素子23に並列に接続された状態とする。
Claims (20)
- 第1の発電素子と、前記第1の発電素子が出力した第1の直流電流を第1の交流電流に変換する第1の交流生成回路と、前記第1の交流電流から磁界を発生させる第1のモジュール側インダクタンス素子と、第1の位相情報取得回路と、第1の制御回路と、を含む第1の発電モジュールと、
前記第1のモジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる第1の集電側インダクタンス素子を含む集電閉回路と、を含み、
前記集電閉回路内を流れる基準交流電流が、前記第1の集電側インダクタンス素子を流れることにより、前記第1の集電側インダクタンス素子と電磁結合された前記第1のモジュール側インダクタンス素子が、前記第1の発電モジュール内において前記基準交流電流に応じた交流電流を発生させ、前記第1の制御回路が、前記第1の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する位相情報を取得し、前記第1の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第1の交流生成回路を制御する、
発電システム。 - 基準発電素子と、前記基準発電素子が出力した基準直流電流を、交流電流に変換する基準交流生成回路と、前記交流電流から磁界を発生させるモジュール側基準インダクタンス素子と、を含む基準発電モジュールを更に含み、
前記集電閉回路が、前記モジュール側基準インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力と前記基準交流電流とを前記集電閉回路内において発生させる集電側基準インダクタンス素子を更に含む、
請求項1に記載の発電システム。 - 第2の発電素子と、前記第2の発電素子が出力した第2の直流電流を第2の交流電流に変換する第2の交流生成回路と、前記第2の交流電流から磁界を発生させる第2のモジュール側インダクタンス素子と、第2の位相情報取得回路と、第2の制御回路と、を含む第2の発電モジュールを更に含み、
前記集電閉回路が、前記第2のモジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる第2の集電側インダクタンス素子と、前記基準交流電流を発生させる基準交流波発生源と、を更に含み、
前記集電閉回路内を流れる前記基準交流電流が、前記第2の集電側インダクタンス素子を流れることにより、前記第2の集電側インダクタンス素子と電磁結合された前記第2のモジュール側インダクタンス素子が、前記第2の発電モジュール内において前記基準交流電流に応じた交流電流を発生させ、前記第2の制御回路が、前記第2の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する位相情報を取得し、前記第2の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第2の交流生成回路を制御する、
請求項1に記載の発電システム。 - 前記基準発電モジュールは、前記モジュール側基準インダクタンス素子と共に共振を発生させる基準容量素子を更に含む、
請求項2に記載の発電システム。 - 前記第2の発電モジュールは、前記第2のモジュール側インダクタンス素子と共に共振を発生させる第2の容量素子を更に含む、
請求項3に記載の発電システム。 - 前記第1の発電モジュールは、前記第1のモジュール側インダクタンス素子と共に共振を発生させる第1の容量素子を更に含む、
請求項1乃至5のいずれか一つに記載の発電システム。 - 前記第1の制御回路が、前記第1の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する周波数情報を取得し、
前記第1の制御回路が、前記周波数情報に応じて前記第1の容量素子の容量値を制御する、
請求項6に記載の発電システム。 - 前記第2の制御回路が、前記第2の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する周波数情報を取得し、
前記第2の制御回路が、前記周波数情報に応じて前記第2の容量素子の容量値を制御する、
請求項5に記載の発電システム。 - 前記第1の発電モジュールが、前記第1の発電素子に並列接続される対象を前記第1の交流生成回路と前記第1の位相情報取得回路との間で切り替える第1のスイッチング素子を更に備え、
前記第1の制御回路が、前記位相情報を取得する際には、前記第1のスイッチング素子の接続先を前記第1の位相情報取得回路に切り替え、
前記第1の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第1の交流生成回路を制御する際には、前記第1のスイッチング素子の接続先を前記第1の交流生成回路に切り替える、
請求項1乃至8のいずれか一つに記載の発電システム。 - 前記第2の発電モジュールが、前記第2の発電素子に並列接続される対象を前記第2の交流生成回路と前記第2の位相情報取得回路との間で切り替える第2のスイッチング素子を更に備え、
前記第2の制御回路が、前記位相情報を取得する際には、前記第2のスイッチング素子の接続先を前記第2の位相情報取得回路に切り替え、
前記第2の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第2の交流生成回路を制御する際には、前記第2のスイッチング素子の接続先を前記第2の交流生成回路に切り替える、
請求項3に記載の発電システム。 - 前記第1の制御回路が、前記位相情報を取得するモードを開始するタイミングは、前記モジュール側基準インダクタンス素子のインダクタンス値及び前記基準容量素子の容量値と、前記第1のモジュール側インダクタンス素子のインダクタンス値及び前記第1の容量素子の容量値と、の比較を用いて設定される、
請求項6に記載の発電システム。 - 前記第2の制御回路が、前記位相情報を取得するモードを開始するタイミングは、前記基準交流電流の周期と、前記第2のモジュール側インダクタンス素子のインダクタンス値及び前記第2の容量素子の容量値から算出される周期と、の比較を用いて設定される、
請求項5に記載の発電システム。 - 前記集電側基準インダクタンス素子と前記第1の集電側インダクタンス素子とは直列に接続されており、
前記集電側基準インダクタンス素子と前記第1の集電側インダクタンス素子との間には、前記集電側基準インダクタンス素子と前記第1の集電側インダクタンス素子との接続状況を切り替えるスイッチング素子が配置された、
請求項2に記載の発電システム。 - 前記第1の集電側インダクタンス素子と前記第2の集電側インダクタンス素子とは直列に接続されており、
前記第1の集電側インダクタンス素子と前記第2の集電側インダクタンス素子との間には、前記第1の集電側インダクタンス素子と前記第2の集電側インダクタンス素子との接続状況を切り替えるスイッチング素子が配置された、
請求項3に記載の発電システム。 - 前記集電閉回路は、前記第1の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記集電側基準インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を出力する出力端子を更に含む、
請求項2に記載の発電システム。 - 前記集電閉回路は、前記第1の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記集電側基準インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を直流電力に変換する直流変換回路を更に含む、
請求項15に記載の発電システム。 - 前記集電閉回路は、前記第1の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記第2の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を出力する出力端子を更に含む、
請求項3に記載の発電システム。 - 前記集電閉回路は、前記第1の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記第2の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を直流電力に変換する直流変換回路を更に含む、
請求項17に記載の発電システム。 - 前記基準交流波発生源は、前記第1の集電側インダクタンス素子、及び前記第2の集電側インダクタンス素子の少なくとも一方において発生した誘導起電力を用いて前記基準交流電流を発生させる、
請求項3に記載の発電システム。 - 第1の発電素子と、前記第1の発電素子が出力した第1の直流電流を第1の交流電流に変換する第1の交流生成回路と、前記第1の交流電流から磁界を発生させる第1のモジュール側インダクタンス素子と、第1の位相情報取得回路と、第1の制御回路と、を含む第1の発電モジュールと、
前記第1のモジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる第1の集電側インダクタンス素子を含む集電閉回路と、を含む発電システムの制御方法であって、
前記集電閉回路内を流れる基準交流電流が、前記第1の集電側インダクタンス素子を流れることにより、前記第1の集電側インダクタンス素子と電磁結合された前記第1のモジュール側インダクタンス素子が、前記第1の発電モジュール内において前記基準交流電流に応じた交流電流を発生させるステップと、
前記第1の制御回路が、前記第1の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する位相情報を取得するステップと、
前記第1の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第1の交流生成回路を制御するステップと、を含む、
発電システムの制御方法。
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