JP2008301653A

JP2008301653A - 発電システム

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Publication number: JP2008301653A
Application number: JP2007146905A
Authority: JP
Inventors: Akio Toba; 章夫鳥羽
Original assignee: Fuji Electric Assets Management Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Assets Management Co Ltd
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: JP5109484B2

Abstract

【課題】第１，第２の電力変換手段との間に存在する直流電圧部の電圧を一定に保ち、交流発電機等からなる第１の電力源と交流電力系統等からなる第２の電力源との間で電力を良好に授受可能とした発電システムを提供する。
【解決手段】第１の電力源としての交流発電機１００と、直流負荷５００が接続される直流電圧部３００と、第２の電力源としての交流電力系統と、第１の電力変換手段としてのコンバータ２００と、第２の電力変換手段としてのインバータ６００とを備え、直流電圧部３００の直流電圧が平均的に所定値となるように、コンバータ２００によってその直流電流または直流電力を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１の電力源、第１の電力変換手段、直流電圧部、第２の電力変換手段、第２の電力源が順次接続され、かつ、前記直流電圧部に直流負荷が接続されたシステムであって、第１の電力源と第２の電力源との間で電力を授受するようにした発電システムに関するものである。

図５は、第１の従来技術を示す構成図であり、特許文献１に背景技術（図１２）として記載された発電システムである。
図５において、三相交流発電機１００は図示されてない外力により機械動力を得て、この機械動力を電力に変換する。この発電電力はコンバータ２００によって所定の直流電力に変換され、直流電圧部３００に供給される。直流電圧部３００の直流端子Ｐ，Ｎには、直流負荷５００が接続されている。
また、直流電源４００は、発電機１００が駆動源から機械動力を得られない場合や機械動力を低減したい場合に、直流電圧部３００に直流電力を供給するためのものである。

次に、図６は、前記コンバータ２００、直流電圧部３００及び直流電源４００の具体例を示したものであり、同じく特許文献１に背景技術（図１３）として記載されている。ここでは、図５における直流負荷５００は図示を省略してある。

図６に示すように、コンバータ２００は、フルブリッジ接続された半導体スイッチング素子２０１と平滑コンデンサ２０２と制御回路２０３とを備えている。また、直流電源４００は、交流電源（電力系統）から供給される交流電力を、フルブリッジ接続されたダイオード４０１からなるダイオード整流器により直流電力に変換するように構成されている。
図６の回路では、直流電源４００がダイオード整流器によって構成されているので、当然のことながら、直流電圧部３００から交流電源への電力供給、すなわち系統連系は不可能である。

更に、図７は第２の従来技術を示す構成図である。この従来技術は、交流電源（電力系統）に接続されたインバータ６００、直流電圧部３００及びコンバータ２００から構成されている。ここでは、コンバータ２００内の制御回路の図示を省略してある。なお、インバータ６００は、フルブリッジ接続された半導体スイッチング素子６０１から構成されている。

この従来技術によれば、電力系統からインバータ６００を介して直流電圧部３００側に電力を供給することも、逆に、直流電圧部３００からインバータ６００を介して電力系統へ電力を供給することも可能であるため、系統連系が可能な発電システムを実現することができる。

特開２００６−１４５７４号公報（段落［０００２］〜［０００６］、図１２，図１３）

図７に示した第２の従来技術によれば、系統連系は可能であるものの、直流電圧部３００にインバータ６００及びコンバータ２００のみが接続されることを前提としており、図５の第１の従来技術のように、直流電圧部３００に更に別の直流負荷５００が接続されることを想定していない。
従って、第２の従来技術において、直流電圧部３００に直流負荷５００を接続する場合、コンバータ２００に接続される三相交流発電機（図示せず）の発電量や直流負荷電力、及び、インバータ６００を介して系統側へ送る電力をバランスさせる制御方法には最適化の余地が大きく、その実現は必ずしも容易ではない。

そこで、本発明の解決課題は、第１，第２の電力源、第１，第２の電力変換手段、直流電圧部及び直流負荷を備えた発電システムにおいて、第１，第２の電力源の間で電力を良好に授受可能とした発電システムを提供することにある。
また、本発明の他の解決課題は、直流電圧部の直流電圧を一定に保って第１，第２の電力変化手段の動作を安定させた発電システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発電システムは、交流発電機等からなる第１の電力源と、直流負荷が接続される直流電圧部と、交流電力系統等からなる第２の電力源とを備えている。また、第１の電力源と直流電圧部との間で授受する電力を調整するためのコンバータ等の第１の電力変換手段と、第２の電力源と直流電圧部との間で授受する電力を調整するためのインバータ等の第２の電力変換手段とを備えている。
上記の構成において、請求項１では、直流電圧部の直流電圧が平均的に一定値になるように、第１の電力変換手段によって第１の電力源の電力または電流を調整するものである。

請求項２に係る発電システムは、請求項１において、第２の電力変換手段が、第２の電力変換手段と直流電圧部との間で授受する電力の指令値または電流の指令値、あるいは、第２の電力源の電力の指令値または電流の指令値に従って動作することにより、第２の電力変換手段と直流電圧部との間で授受する電力を調整するものである。
すなわち、直流電圧部の電圧制御は第１の電力変換手段により行い、直流電圧部と第２の電力源との間の電力の授受を、所定の指令値に基づいて第２の電力変換手段が行う。

請求項３に係る発電システムは、請求項２において、第１の電力源から第１の電力変換手段を介して直流電圧部に送るべき直流電流の実際値以上で上限値以下の電流値と、直流電圧部から直流負荷に流出している電流の実際値以上で上限値以下の電流値と、の差分を、直流電圧部から第２の電力変換手段に流出する電流の上限値として設定するものである。
直流電圧部から第２の電力変換手段に流出する電流の上限値を上記のように設定することで、直流電圧部の電圧を一定に保つことができ、第１、第２の電力変換手段の動作を安定化させることができる。

請求項４に係る発電システムは、請求項１と同様に、第１，第２の電力源と、直流負荷が接続される直流電圧部と、第１，第２の電力変換手段とを備えている。
上記の構成において、請求項４では、直流電圧部の直流電圧が平均的に一定値になるように、第２の電力変換手段によって第１の電力源の電力または電流を調整するものである。

請求項５に係る発電システムは、請求項４において、第１の電力変換手段が、第１の電力変換手段と直流電圧部との間で授受する電力の指令値または電流の指令値、あるいは、第１の電力源の電力の指令値または電流の指令値に基づいて、直流電圧部との間で授受する電力を調整するものである。
すなわち、直流電圧部の電圧制御は第２の電力変換手段により行い、直流電圧部と第１の電力源との間の電力の授受を、所定の指令値に基づいて第１の電力変換手段が行う。

請求項６に係る発電システムは、請求項１〜５の何れか１項において、第２の電力変換手段を、逆並列ダイオードを有する半導体スイッチング素子を用いて構成されたブリッジ形の電力変換手段（例えば電圧形インバータ）とする。そして、直流電圧部から第２の電力源への送電が不要な場合には、第２の電力変換手段を構成する半導体スイッチング素子の全てをオフ状態にして、第２の電力変換手段をダイオードブリッジとして動作させるものである。
すなわち、第２の電力源が交流電力系統である場合であって、系統への電力供給が不要な場合には、本発明により第２の電力変換手段をダイオードブリッジとして動作させ、直流電圧部の電圧制御を第１の電力変換器による従来の制御方法によって実現すれば良い。

請求項７に係る発電システムは、請求項４または５において、第２の電力変換手段は、逆並列ダイオードを有する半導体スイッチング素子を用いて構成されたブリッジ形の電力変換手段であり、直流電圧部から第２の電力源への送電が不要な場合には、第２の電力変換手段の半導体スイッチング素子の全てをオフ状態にしてダイオードブリッジとして動作させる。
そして、第２の電力変換手段をダイオードブリッジとして動作させるタイミングと実質的に同時に、直流電圧部の直流電圧が平均的に一定値になるように、第２の電力変換手段による調整動作から第１の電力変換手段による調整動作に切り換えて直流電圧を制御するものである。

請求項８に係る発電システムは、請求項７において、第２の電力変換手段のダイオードブリッジとしての動作を解除して再び半導体スイッチング素子のオンオフを開始する際に、直流電圧部の直流電圧が平均的に一定値になるように、第１の電力変換手段による調整動作から第２の電力変換手段による調整動作に切り換えるものである。
これにより、第２の電力変換手段を再び第２の電力源に連系させることが可能になる。

請求項９に係る発電システムは、請求項１〜８の何れか１項において、直流電圧部の電圧を調整している第１または第２の電力変換手段の直流電力または直流電流の指令値に、他方の電力変換手段の直流電力または直流電流の指令値、検出値あるいは推定値に係数を乗じた値を加算するものである。
例えば、第２の電力変換手段により直流電圧部の電圧が一定になるように制御している場合には、第２の電力変換手段の直流電流の指令値に、第１の電力変換手段の直流電流の指令値に係数を乗じた値を加算する。
これにより、直流電圧部への流入、流出電力のバランスが保たれ、直流電圧部の電圧変動を抑制して装置全体の動作を一層安定化することができる。

なお、請求項１０に記載するように、第１の電力源を例えば交流発電機とすると共に第２の電力源を交流電力系統として、両電力源を交流電力源により構成することができる。

本発明によれば、第１の電力変換手段と第２の電力変換手段との間に存在する直流電圧部の電圧を一定に保ち、交流発電機等からなる第１の電力源と交流電力系統等からなる第２の電力源との間で電力を良好に授受可能とした発電システムを実現することができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の実施形態に係る主回路構成図である。この回路は、第１の電力源として三相交流発電機１００を、第２の電力源として三相交流電力系統を備えると共に、第１の電力変換手段としてコンバータ２００を、第２の電力変換手段としてインバータ６００を備え、コンバータ２００とインバータ６００との間の直流電圧部３００に直流負荷５００を接続したものである。

図１において、コンバータ２００は半導体スイッチング素子２０１及び平滑コンデンサ２０２を備え、コンバータ２００の交流側は三相交流発電機１００に接続されている。また、半導体スイッチング素子６０１からなるインバータ６００の交流側は、三相交流電力系統に接続されている。

図２は、前記コンバータ２００及びインバータ６００の制御回路を示すブロック図であり、制御回路の第１実施形態に相当する。なお、この実施形態は請求項１，２に相当する。
この制御回路では、直流電圧部３００（平滑コンデンサ２０２）の直流電圧Ｅ_ｄｃが電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊に一致するように、コンバータ２００によって三相交流発電機１００の電力（具体的にはコンバータ２００の直流電流Ｉ_ｄｃ１）を調整する。

図２の制御回路において、７０１は直流電圧Ｅ_ｄｃを検出する電圧検出手段、７０２は電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊と電圧検出値Ｅ_ｄｃとの偏差を求める加減算手段、７０３は上記電圧偏差がゼロになるように調節動作を行って電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊を出力するＰＩ調節器等の電圧調節手段、７０４は電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊を上限値Ｉ_{ｄｃ１ｍａｘ}以下に制限するためのリミッタ、７０５はコンバータ２００から直流電圧部３００に流入する直流電流Ｉ_ｄｃ１を検出する電流検出手段、７０６はリミッタ７０４の出力と電流検出値Ｉ_ｄｃ１との偏差を求める加減算手段、７０７は上記電流偏差がゼロになるように調節動作を行って直流電圧指令値を出力するＰＩ調節器等の電流調節手段、７０８は直流電圧指令値をコンバータ２００の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスに変換する電圧指令パルス変換手段である。

一方、インバータ６００は、直流電圧部３００との間で直流電流Ｉ_ｄｃ２を授受する。直流負荷５００は、その要求電力に応じて直流電圧部３００との間で直流電流（負荷電流）Ｉ_ｄｃＬを授受する。これらの電流Ｉ_ｄｃ２，Ｉ_ｄｃＬは、何れも正負の値をとり得る。ここで、７１２は直流電流Ｉ_ｄｃＬを検出する電流検出手段である。

更に、電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊がリミッタ７０９を介してインバータ６００側の制御手段７１０に入力されている。上記リミッタ７０９は、電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊を上限値Ｉ_{ｄｃ２ｍａｘ}以下に制限する機能を有する。制御手段７１０には、電流検出手段７１１からの電流検出値Ｉ_ｄｃ２も入力されている。
制御手段７１０は、上記電流検出値Ｉ_ｄｃ２がリミッタ７０９から出力される電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊に一致するように、インバータ６００の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを生成する。

いま、直流電圧部３００の直流電圧Ｅ_ｄｃを一定とした場合、キルヒホッフの電流則により、コンバータ２００が直流電圧部３００との間で授受する直流電流Ｉ_ｄｃ１は数式１のようになる。
［数式１］
Ｉ_ｄｃ１＝Ｉ_ｄｃ２＋Ｉ_ｄｃＬ

このため、図２のように加減算手段７０２，７０６、電圧調節手段７０３、電流調節手段７０７等からなる制御系を構成すると、Ｉ_ｄｃ１の値は、Ｅ_ｄｃの値が一定となるように自動的に数式１に従って決まる。

この実施形態において、制御手段７１０には、インバータ６００の直流電流（入力電流）指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊以外に、インバータ６００の交流電流（出力電流）指令値、または入出力電力の指令値を与えても良い。これによって、Ｉ_ｄｃ２を直接的または間接的に決定することができる。

本実施形態の利点は、直流負荷５００に必要な直流電力を供給しながら、系統に送る電力をインバータ６００によって所定の値に制御できることである。
しかし、その反面、発電機１００の発電量が結果として決まるため、この発電量が発電機１００の能力を超えてしまう場合が考えられる。これを防止するため、図２では、コンバータ２００側の電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊を上限値Ｉ_{ｄｃ１ｍａｘ}以下に制限するリミッタ７０４を設けている。

なお、リミッタ７０４は、発電機１００の発電量が許容値を超えない場合でも、様々な理由で動作させる必要が生じる。
リミッタ７０４を動作させると、前述した数式１により規定されるＩ_ｄｃ１が供給できなくなるため、結果的にＥ_ｄｃを一定に保つことができなくなる。この場合、コンバータ２００及びインバータ６００の動作が不安定になるおそれがある。従って、コンバータ２００及びインバータ６００の不安定動作を回避するために、例えば、インバータ６００の運転を調整して直流電圧部３００との間に流れる電流Ｉ_ｄｃ２を変化させることにより数式１を満足させる、等の対策が必要となる。

制御手段７１０に、指令値としてインバータ６００の直流電力の指令値を与える場合には、前記リミッタ７０９に、直流電力の上限値を与えれば良い。あるいは、制御手段７１０に与える指令値に応じて、インバータ６００が交流電力系統との間で授受する交流電流の上限値や交流電力の上限値を与えても良い。

請求項３に記載するように、図２におけるリミッタ７０９の上限値Ｉ_{ｄｃ２ｍａｘ}は、コンバータ２００が直流電圧部３００と授受する直流電流の実際値Ｉ_ｄｃ１以上であって上限値Ｉ_{ｄｃ１ｍａｘ}以下の値Ｉ_ｄｃ１ａと、直流電圧部３００から直流負荷５００に流出する電流の実際値Ｉ_ｄｃＬ以上であって上限値以下の値Ｉ_ｄｃＬａとの差分（Ｉ_ｄｃ１ａ−Ｉ_ｄｃＬａ）に設定される。
ここで、Ｉ_ｄｃ１ａ，Ｉ_ｄｃＬａは、設定値や実測値の何れを使って求めても良く、また、別の物理量を使って換算しても良い。更に、コンバータ２００の効率を考慮して、発電機１００の交流電流の検出値からＩ_ｄｃ１を推定しても良い。

上記のように上限値Ｉ_{ｄｃ２ｍａｘ}を設定すれば、インバータ６００が直流電圧部３００との間で授受する直流電流Ｉ_ｄｃ２が、直流電圧Ｅ_ｄｃを一定に維持するために必要な数式１を満足する値となり、システムを安定に動作させることが可能となる。

すなわち、前述した数式１より、以下の数式２が成り立つ。
［数式２］
Ｉ_ｄｃ２＝Ｉ_ｄｃ１−Ｉ_ｄｃＬ
また、上述した条件から、数式３〜数式５が成り立つ。
［数式３］
Ｉ_ｄｃ１≦Ｉ_ｄｃ１ａ≦Ｉ_{ｄｃ１ｍａｘ}
［数式４］
Ｉ_ｄｃＬ≦Ｉ_ｄｃ１ａ≦Ｉ_{ｄｃＬｍａｘ}
［数式５］
Ｉ_{ｄｃ２ｍａｘ}＝Ｉ_ｄｃ１ａ−Ｉ_ｄｃＬａ

Ｉ_ｄｃ２はＩ_{ｄｃ２ｍａｘ}以下に制限されるので、数式６が成り立つ。
［数式６］
Ｉ_ｄｃ２≦Ｉ_{ｄｃ２ｍａｘ}
数式３〜数式５から数式７が、数式６，７から数式８が、それぞれ成り立つ。
［数式７］
Ｉ_{ｄｃ２ｍａｘ}≦Ｉ_{ｄｃ１ｍａｘ}−Ｉ_ｄｃＬ
［数式８］
Ｉ_ｄｃ２≦Ｉ_{ｄｃ１ｍａｘ}−Ｉ_ｄｃＬ

すなわち、数式３〜６を満たせば数式８を満足することができる。更に、数式２で規定されるＩ_ｄｃ２は常に数式８を満たすことから、数式３〜６を満たせば数式２つまり数式１が常に満たされ、結果としてＥ_ｄｃが一定に保たれることが分かる。

なお、この実施形態において直流負荷５００の実際値を用いる場合には、電流検出手段７１２により検出した直流負荷電流Ｉ_ｄｃＬを用いればよい。
コンバータ２００及びインバータ６００は、通常、電力源側に電流検出手段を備えているので、その電流検出値を利用してＩ_ｄｃ１，Ｉ_ｄｃ２を換算することができる。

次に、図３は制御回路の第２実施形態を示すブロック図であり、図２に記載した各構成要素と同一のものには同一の番号を付してある。この第２実施形態は請求項４，５に相当するものである。
この実施形態では、直流電圧部３００の直流電圧Ｅ_ｄｃが電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊に一致するように、インバータ６００によって交流電力系統の電力（具体的にはインバータ６００の直流電流Ｉ_ｄｃ２）を調整する。

図３において、電圧検出手段７０１により検出した直流電圧Ｅ_ｄｃが加減算手段７０２に入力され、電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊と直流電圧Ｅ_ｄｃとの偏差が求められる。電圧調節手段７０３は、前記電圧偏差をゼロにするような電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊を出力する。前記電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊はリミッタ７０４により上限値Ｉ_{ｄｃ２ｍａｘ}以下に制限され、電流検出値Ｉ_ｄｃ２と共に加減算手段７０６に入力される。

加減算手段７０６では電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊と電流検出値Ｉ_ｄｃ２との偏差が求められ、電流調節手段７０７では、上記電流偏差をゼロにするような直流電圧指令値を出力する。電圧指令パルス変換手段７０８では、上記電圧指令値をインバータ６００の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスに変換し、この駆動パルスによってインバータ６００を駆動する。

コンバータ２００側では、電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊がリミッタ７０９を介して制御手段７１０に入力されている。上記リミッタ７０９は、電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊を上限値Ｉ_{ｄｃ１ｍａｘ}以下に制限する機能を有する。制御手段７１０には、電流検出手段７０５からの電流検出値Ｉ_ｄｃ１も入力されている。
制御手段７１０は、電流検出値Ｉ_ｄｃ１がリミッタ７０９から出力される電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊に一致するように、コンバータ２００の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを生成する。

この第２実施形態において、コンバータ２００は、直流電圧部３００との間で直流電流Ｉ_ｄｃ１を授受する。一方、直流負荷５００は、その要求電力に応じて直流電圧部３００との間で直流電流（負荷電流）Ｉ_ｄｃＬを授受する。これらの電流Ｉ_ｄｃ２，Ｉ_ｄｃＬは、何れも正負の値をとり得る。
また、第１実施形態と同様に、直流電圧部３００の直流電圧Ｅ_ｄｃを一定とすると、前記数式１が成り立つ。
このため、図３のように加減算手段７０２，７０６、電圧調節手段７０３、電流調節手段７０７等からなる制御系を構成すると、Ｉ_ｄｃ２の値は、Ｅ_ｄｃの値が一定となるように自動的に数式１に従って決まることになる。

図３に係る第２実施形態の利点は、直流負荷５００に必要な直流電力を供給しつつ、発電機１００の発電量を所定値に抑えることができる点にある。また、電力系統の容量は、一般に図３に示すようなローカルな発電機１００の容量よりも大きいため、インバータ６００の容量に配慮すれば、電圧Ｅ_ｄｃを一定値に保つための電流Ｉ_ｄｃ２を常時維持することができる。

図３において、コンバータ２００の制御手段７１０には、コンバータ２００の直流電流（出力電流）指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊以外に、コンバータ２００の交流電流（入力電流）指令値、または入出力電力の指令値を与えても良い。これによって、Ｉ_ｄｃ１を直接的または間接的に決定することができる。
図３におけるリミッタ７０９の上限値Ｉ_{ｄｃ１ｍａｘ}は、発電機１００の容量を考慮して定めれば良く、図２の構成におけるＩ_{ｄｃ２ｍａｘ}の設定について説明したような条件は不要である。

従って、まず発電機１００の発電量を決め、それが成り立つようにインバータ６００と系統との間で授受される電力をほぼ自由に決めるようにすれば、発電機１００をその能力の範囲内で運転しながら、直流負荷５００に供給されない余剰電力を、インバータ６００を介して系統に送るシステムを簡便に実現することができる。

なお、前述した図１において、インバータ６００内の半導体スイッチング素子６０１を全てオフ状態にすると、このインバータ６００は実質的にダイオードブリッジとなり、特許文献１の図１３と同様の構成となる。従って、電力系統への電力供給が不要な場合には、特許文献１の図１３と同様に、ダイオードブリッジから供給される直流電力と発電機１００からコンバータ２００を介して供給される直流電力との何れか一方を直流負荷５００に供給することができる。この着想は、請求項６に相当する。

特に、制御回路が図２の如く構成されている場合、直流電圧部３００の電圧Ｅ_ｄｃは元もとコンバータ２００によって一定に制御されている。このため、半導体スイッチング素子６０１を全てオフ状態にしてインバータ６００の運転を停止させても直流電圧部３００の電圧Ｅ_ｄｃは一定に維持されるので、何ら支障はない。

一方、図３に示すようにインバータ６００によって直流電圧部３００の電圧Ｅ_ｄｃを制御している場合にも、前述のようにインバータ６００をダイオードブリッジとして動作させることができる。
但し、この場合には直流電圧部３００の電圧制御を継続するために、インバータ６００の半導体スイッチング素子６０１を全てオフ状態にするのと実質的に同時に、図２に示す制御系に切り換える。すなわち、コンバータ２００によって直流電圧部３００の電圧制御を行うようにすれば良い。これは、制御系をソフトウェア、ハードウェア、あるいはその両者によって行う何れの場合にも容易に実現可能である。この着想は、請求項７に相当する。

そして、インバータ６００をダイオードブリッジとして動作させている状態から、再びインバータ６００の半導体スイッチング素子６０１をオンオフさせて本来のインバータ運転を行う場合、その運転切り換えとほぼ同時に、直流電圧部３００の制御系を図３の制御系に切り換えることにより、装置を再び良好な系統連系状態にすることができる。この着想は、請求項８に相当する。

なお、上述の切り換えの際には、図３の電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊を、通常動作時の指令値としても良いし、あるいは直流電圧検出値Ｅ_ｄｃと等しくしてその後に電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊を通常動作時の指令値まで変化させても良い。後者の場合には、制御系切り換え時の直流電圧Ｅ_ｄｃの変動を抑制し、動作を一層安定にすることができる。

次に、図４は制御回路の第３実施形態を示すブロック図である。本実施形態は請求項９に相当するものである。
この第３実施形態では、コンバータ２００側の電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊に係数７１３を乗じ、その結果をインバータ６００側の電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊に加算している。なお、コンバータ２００の直流電力の指令値に係数７１３を乗じてインバータ６００の直流電力の指令値に加算しても良い。
図４における他の構成は図３と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態の基本となる図３の構成では、直流電圧部３００の直流電圧の偏差を電圧調節手段７０３に与えて電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊を得ている。つまり、直流電圧分の変動が生じることが動作の前提となっている。
例えば、コンバータ２００の電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊や電力指令値を急増させると、これに従って実際の直流出力電力が急増する。その結果、直流電圧部３００の電圧Ｅ_ｄｃが上昇し、これによってインバータ６００側の電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊が変化することになる。

これに対して、図４に示した第３実施形態によれば、コンバータ２００の電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊または電力指令値を急増させると、インバータ６００側の電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊も同様に急増するため、直流電圧部３００への流入、流出電力のバランスが保たれるように作用し、直流電圧部３００の電圧の変動を抑制することができる。従って、装置の動作が更に安定化される。これは、いわゆる電力のフィードフォワード制御とみなすことができる。

なお、図４の実施形態は、図３のようにインバータ６００によって直流電圧Ｅ_ｄｃを調整する場合を基本としているが、図２のようにコンバータ２００によって直流電圧Ｅ_ｄｃを調整する場合には、インバータ６００側の直流電流指令値Ｉ_ｄｃ２ ^＊または直流電力指令値をコンバータ２００側の直流電流指令値Ｉ_ｄｃ１ ^＊または直流電力指令値に加算する構成とすれば良い。
更に、上記の説明では直流電流または直流電力の指令値を加算しているが、直流電流または直流電力の検出値や推定値を加算しても良い。

なお、上記各実施形態として記載した具体的な回路構成は、本発明の権利範囲を何ら限定するものではない。例えば、特許文献１に示すように、第１の電力変換手段の直流母線にダイオードを挿入しても良いし、あるいは、第１，第２の電力変換手段として、周知の多レベルインバータを用いても良い。

また、上記各実施形態では、制御回路において、コンバータ２００、インバータ６００のそれぞれ直流側の電流を検出して制御に用いているが、これらの電力変換手段は通常、電力源側に電流検出器を有しているため、その交流電流検出値を用いて同様な制御を実現できることは自明である。
従って、本発明は、上記のような電力源側の電流検出値に基づく制御回路を用いる場合も含むものである。

本発明の実施形態に係る主回路構成図である。制御回路の第１実施形態を示すブロック図である。制御回路の第２実施形態を示すブロック図である。制御回路の第３実施形態を示すブロック図である。第１の従来技術を示す構成図である。第１の従来技術の具体例を示す構成図である。第２の従来技術を示す構成図である。

符号の説明

１００：三相交流発電機
２００：コンバータ
２０１：半導体スイッチング素子
２０２：平滑コンデンサ
３００：直流電圧部
５００：直流負荷
６００：インバータ
６０１：半導体スイッチング素子
７０１：電圧検出手段
７０２，７０６：加減算手段
７０３：電圧調節手段
７０４，７０９：リミッタ
７０５，７１１，７１２：電流検出手段
７０７：電流調節手段
７０８：電圧指令パルス変換手段
７１０：制御手段
７１３：係数
Ｐ，Ｎ：直流端子

Claims

第１の電力源と、
直流電圧を有する直流電圧部と、
第２の電力源と、
第１の電力源と前記直流電圧部との間で授受する電力を調整する第１の電力変換手段と、
第２の電力源と前記直流電圧部との間で授受する電力を調整する第２の電力変換手段と、
前記直流電圧部に接続される直流負荷と、
を備えた発電システムにおいて、
前記直流電圧部の直流電圧が平均的に一定値になるように、第１の電力変換手段によって第１の電力源の電力または電流を調整することを特徴とする発電システム。
請求項１に記載した発電システムにおいて、
第２の電力変換手段は、
第２の電力変換手段と前記直流電圧部との間で授受する電力の指令値または電流の指令値、あるいは、第２の電力源の電力の指令値または電流の指令値に従って動作し、第２の電力変換手段と前記直流電圧部との間で授受する電力を調整することを特徴とする発電システム。
請求項２に記載した発電システムにおいて、
第１の電力源から第１の電力変換手段を介して前記直流電圧部に送るべき直流電流の実際値以上で上限値以下の電流値と、前記直流電圧部から前記直流負荷に流出している電流の実際値以上で上限値以下の電流値と、の差分を、
前記直流電圧部から第２の電力変換手段に流出する電流の上限値として設定することを特徴とする発電システム。
第１の電力源と、
直流電圧を有する直流電圧部と、
第２の電力源と、
第１の電力源と前記直流電圧部との間で授受する電力を調整する第１の電力変換手段と、
第２の電力源と前記直流電圧部との間で授受する電力を調整する第２の電力変換手段と、
前記直流電圧部に接続される直流負荷と、
を備えた発電システムにおいて、
前記直流電圧部の直流電圧が平均的に一定値になるように、第２の電力変換手段によって第２の電力源の電力または電流を調整することを特徴とする発電システム。
請求項４に記載した発電システムにおいて、
第１の電力変換手段は、
第１の電力変換手段と前記直流電圧部との間で授受する電力の指令値または電流の指令値、あるいは、第１の電力源の電力の指令値または電流の指令値に従って動作し、第１の電力変換手段と前記直流電圧部との間で授受する電力を調整することを特徴とする発電システム。
請求項１〜５の何れか１項に記載した発電システムにおいて、
第２の電力変換手段は、逆並列ダイオードを有する半導体スイッチング素子を用いて構成されたブリッジ形の電力変換手段であり、
前記直流電圧部から第２の電力源への送電が不要な場合には、前記半導体スイッチング素子の全てをオフ状態にして第２の電力変換手段をダイオードブリッジとして動作させることを特徴とする発電システム。
請求項４または５に記載した発電システムにおいて、
第２の電力変換手段は、逆並列ダイオードを有する半導体スイッチング素子を用いて構成されたブリッジ形の電力変換手段であり、
前記直流電圧部から第２の電力源への送電が不要な場合には、前記半導体スイッチング素子の全てをオフ状態にするのと実質的に同時に、
前記直流電圧部の直流電圧が平均的に一定値になるように、第２の電力変換手段による調整動作から第１の電力変換手段による調整動作に切り換えることを特徴とする発電システム。
請求項７に記載した発電システムにおいて、
第２の電力変換手段を構成する全ての半導体スイッチング素子のオフ状態を解除して動作を開始する際に、
前記直流電圧部の直流電圧が平均的に一定値になるように、第１の電力変換手段による調整動作から第２の電力変換手段による調整動作に切り換えることを特徴とする発電システム。
請求項１〜８の何れか１項に記載した発電システムにおいて、
前記直流電圧部の電圧を調整している第１または第２の電力変換手段の直流電力または直流電流の指令値に、他方の電力変換手段の直流電力または直流電流の指令値、検出値あるいは推定値に係数を乗じた値を加算することを特徴とする発電システム。
請求項１〜９の何れか１項に記載した発電システムにおいて、
第１の電力源及び第２の電力源が、交流電力源であることを特徴とする発電システム。