JP3940585B2 - 系統連系装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源系統に他のエネルギ源を電力変換器を介して連系させ、電源系統の異常時にも負荷に安定した電力を供給する系統連系装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、例えば特公平５−７６２５６号公報に示された従来の系統連系装置としての無停電電源装置の回路図である。図において、１は交流電源、２は交流電源１と負荷３とを接続する機械式スイッチ、４はスイッチ２と負荷３との間に接続されて直流／交流を双方向に変換する電力変換器、５は蓄電池、６は交流電源１が正常なときに交流電源１を用いて直流電源である蓄電池５の充電を制御する充電制御回路、７は電力変換器４の出力電圧を所定の定電圧に制御する定電圧制御回路、８は充電制御回路６の出力信号あるいは定電圧制御回路７の出力信号を選択するセレクタ、９はセレクタ８で選択された出力信号により電力変換器４の動作指令を作成するＰＷＭゲートドライブ回路、１０は交流電源１の異常を検出してスイッチ２をオフさせる遮断信号を出力する遮断制御回路である。
【０００３】
次に動作について説明する。
交流電源１が正常な時は、スイッチはオン状態でこの交流電源１より負荷３に電力を供給すると共に、セレクタ８は充電制御回路６の出力信号を選択して、電力変換器４は、充電制御回路６の出力信号によりＰＷＭゲートドライブ回路９を介して制御され、蓄電池５を充電する。
交流電源１に異常が発生すると、遮断制御回路１０によりスイッチ２をオフさせる。セレクタ８では遮断制御回路１０が発生する遮断信号を受けて、定電圧制御回路７の出力信号を選択し、電力変換器４をＰＷＭゲートドライバ９を介して定電圧制御する。これにより、交流電源１に異常発生時にも、蓄電池５のエネルギを電力変換器４にて安定した交流電源に変換して負荷３に電力を供給できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の系統連系装置は、以上のように構成されており、交流電源１の異常を検出するとスイッチ２をオフし、同時に電力変換器４を定電圧制御に切り換えて、蓄電池５のエネルギを電力変換器４で変換して負荷３に電力供給していた。このような系統連系装置に用いられるスイッチ２は、一般に、安価で発熱量が少なく、スイッチング時の電圧サージ耐量および過電流耐量が高い、等の利点から機械式スイッチが用いられ、近年開発された高速メカニカルスイッチでは、１ミリ秒程度の高速で動作するものである。しかしながら、このような機械式スイッチ２は、機械式動作により高速でオフしても、実際に電気的にスイッチ２が遮断するのは、継続して流れようとするスイッチ２の通電電流であるアーク電流が０になったときであり、商用交流電源の場合、スイッチ２が理想的に高速動作したとしても、オフ指令から電気的な遮断までの時間は最悪１／２サイクルの１０ミリ秒程度となる。また機械式スイッチ以外に、サイリスタ等自己消去能力のない半導体スイッチでも、電流が０にならないと電気的に遮断しない。
このため、スイッチ２のオフ指令により電力変換器４が定電圧制御を始めると、スイッチ２が電気的に遮断するまでの期間、電力変換器４は異常が発生した交流電源１と接続され、信頼性良く定電圧制御が行えない。例えば交流電源１に短絡事故が発生したとき、電力変換器４は正常な負荷電圧が出力できず、負荷３が稼働不能となり異常停止してしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、系統電源と負荷とを接続する機械式スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で消去して、異常が発生した系統電源と負荷とを高速で電気的に遮断し、安定した電力を負荷に供給することができる系統連系装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１記載の系統連系装置は、系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であって、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御する手段とを有する。そして、電力変換器の定電圧制御に用いる出力電流指令は、負荷に流れる負荷電流を検出し、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流を加算して得るものである。
【０００７】
またこの発明に係る請求項２記載の系統連系装置は、系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であって、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信 号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御する手段とを有する。そして、電力変換器の定電圧制御に用いる出力電流指令は、負荷に流れる負荷電流とスイッチの通電電流とをそれぞれ検出して、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流と上記スイッチの通電電流とを加算して得るものである。
【０００８】
またこの発明に係る請求項３記載の系統連系装置は、請求項１または２において、系統電源の電圧と負荷電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、電力変換器の出力電圧位相を上記系統電源の電圧位相と同期させるように電力変換器の出力電流指令を補正演算する位相同期制御手段とを有し、スイッチが開放状態のとき、上記系統電源の電圧が正常であることを検出して、上記電力変換器の出力電流を上記位相同期制御手段により補正演算された出力電流指令により制御し、上記位相差検出手段により位相差が所定値以内になったことを検出して、上記スイッチを投入すると共に、上記電力変換器の出力電流指令を上記系統電源の正常時における電流指令に切り換えるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による系統連系装置の回路図である。
図１において、１１は系統電源、１２は系統電源１１と負荷１３とを接続する高速メカニカルスイッチ、１４はスイッチ１２と負荷１３との間に接続されて双方向制御可能な電力変換器、１５は第２の電源である。また１６は電力変換器１４の出力電流指令を生成する電流指令発生回路、１７は電力変換器１６の出力電流が出力電流指令に一致するように制御する電流制御回路、１８は電力変換器１４の動作指令を作成するゲートドライブ回路、１９はスイッチ１２の負荷側の電圧異常を検出して遮断制御信号１９ａを出力してスイッチ１２を開放させる遮断制御回路、２０はスイッチ１２の通電電流（以下、スイッチ電流と称す）が０になったことを検出して遮断状態信号２０ａを出力する遮断状態検出回路である。また、２１はスイッチ１２から負荷側に流れるスイッチ電流を検出する電流検出器で、検出されたスイッチ電流値２１ａを遮断状態検出回路２０へ出力する。２２は負荷電流を検出する電流検出器で、検出された負荷電流値２２ａを電流指令発生回路１６へ出力する。２３はスイッチ１２の負荷側の電圧を検出し、遮断制御回路１９と電流指令発生回路１６とに出力する電圧検出器である。なお、系統電源１１および第２の電源１５は、直流電源、交流電源のどちらでも良い。
【００１０】
図２は、電流指令発生回路１６の詳細を示したものである。図において、３０は後述する３種の出力電流指令から、入力される遮断制御信号１９ａおよび遮断状態検出信号２０ａに応じて１つの出力電流指令３０ａを切り換え選択して出力するセレクタ、３１は系統電源１１が正常時の系統連系における系統連系電流指令３１ａを発生する系統連系指令発生回路、３２は電力変換器１４の出力電圧が所定の定電圧となるように、検出された出力電圧を入力として定電圧制御電流指令３２ａを演算して出力する定電圧制御回路であり、系統連系電流指令３１ａ、定電圧制御電流指令３２ａおよび負荷電流値２２ａが３種の出力電流指令としてセレクタ３０に入力される。
【００１１】
次に、動作について説明する。
図３は図２で示したセレクタ３０の動作タイミングチャートを示した図である。
図３に示すように、系統電源１１が正常時には、スイッチ１２はオン状態で通電されており、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして系統連系電流指令３１ａを選択する。これにより、電力変換器１４は系統に連系して運転され、第２の電源１５は系統電源１１に連系される。
系統電源１１に異常が発生すると、電圧検出器２３からの検出電圧により遮断制御回路１９では異常をラッチして遮断制御信号１９ａを出力する。この遮断制御信号１９ａを受けてスイッチ１２が開放すると共に、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして負荷電流値２２ａを切り換え選択する。これにより、電力変換器１４は出力電流が検出された負荷電流値２２ａに一致するように制御運転され、スイッチ１２では、機械式動作により開放した後も継続して流れようとするアーク電流が速やかに０になって遮断が完了する。
スイッチ電流が遮断すると、遮断状態検出回路２０はそれを検知して遮断状態検出信号２０ａを出力する。この遮断状態検出信号２０ａを受けて、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして定電圧制御電流指令３２ａを切り換え選択する。これにより、電力変換器１４は定電圧制御され、安定した電力を負荷１３に供給する。
【００１２】
この実施の形態では、系統電源１１に異常が発生すると、スイッチ１２を開放すると共に、電力変換器１４の出力電流を、負荷電流値２２ａを出力電流指令３０ａとして制御することで、スイッチ電流の遮断を促進させ、スイッチ電流の遮断を検出した時点で電力変換器１４を定電圧制御に切り換える。このため、系統電源１１の異常時に、スイッチ１２の開放と共にスイッチ電流を高速で遮断、即ち、異常が発生した系統電源１１と負荷１３とを高速で電気的に遮断でき、電力変換器１４の出力電圧を高速で立ち上げ、安定した電力を負荷１３に供給することができる。
なお、スイッチ１２は機械式スイッチに限らず、サイリスタ等の半導体スイッチであってもよい。
【００１３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。図４は、この発明の実施の形態２による電流指令発生回路１６の詳細を示したものである。図において、３３は、スイッチ電流を０にして定電圧制御に移行させるための電圧制御移行回路で、スイッチ電流値２１ａと負荷電流値２２ａとを入力として出力電流指令３３ａを出力する。図５は電圧制御移行回路３３の詳細を示すもので、４０はスイッチ電流値２１ａと負荷電流値２２ａとを加算する加算器である。
図４に示すように、電流指令発生回路１６には、遮断制御信号１９ａ、遮断状態検出信号２０ａおよび、検出された負荷電流値２２ａ、スイッチ電流値２１ａ、電力変換器１４の出力電圧がそれぞれ入力される。セレクタ３０では、系統電源１１が正常時の系統連系電流指令３１ａ、負荷電流値２２ａとスイッチ電流値２１ａとを加算した出力電流指令３３ａ、および定電圧制御回路３２からの定電圧制御電流指令３２ａの３種の出力電流指令から、入力される遮断制御信号１９ａおよび遮断状態検出信号２０ａに応じて１つの出力電流指令３０ａを切り換え選択して出力する。
【００１４】
基本的な動作は上記実施の形態１と同様であるが、この実施の形態では、系統電源１１の異常発生時に、遮断制御回路１９からの遮断制御信号１９ａによりスイッチ１２が開放すると共に、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が、電圧制御移行回路３３の出力である、負荷電流値２２ａとスイッチ電流値２１ａとを加算した出力電流指令３３ａを切り換え選択する。
上記実施の形態１で示したように、電力変換器１４の出力電流を負荷電流値２２ａに一致させればスイッチ電流は０になるものであるが、制御回路の誤差や検出器の誤差などにより、出力電流と負荷電流値２２ａとが見かけ上で一致しても、スイッチ電流が僅かに流れている可能性があり、そのような場合にも、出力電流指令を負荷電流値２２ａにスイッチ電流値２１ａを加算して生成することにより、スイッチ電流を検出してそれを０にするよう制御するため、より精度良くスイッチ電流を遮断させることができる。
このため、系統電源１１の異常時に、スイッチ１２の開放と共にスイッチ電流を高速で高精度に遮断、即ち、異常が発生した系統電源１１と負荷１３とを高速で高精度に電気的に遮断でき、電力変換器１４の出力電圧を高速で立ち上げ、安定した電力を信頼性良く負荷に供給することができる。
【００１５】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、スイッチ電流を０にして定電圧制御に移行させるための電圧制御移行回路３３により、負荷電流値２２ａにスイッチ電流値２１ａを加算して出力電流指令３３ａとして出力したが、この実施の形態では、電圧制御移行回路３３を図６に示すように構成し、負荷電流値２２ａにスイッチ電流値２１ａと、さらに高調波交流電流発生回路４１から出力される高調波交流指令を加算し、その結果を出力電流指令３３ａとして出力する。なお、４２、４３は加算器である。
このように高調波交流指令を出力電流指令３３ａに加算することで、電力変換器１４の出力電流に高調波交流電流が重畳されて、スイッチ１２側にも流れることとなり、この高調波交流電流の１周期内にスイッチ電流が０となる時点が存在し、そのタイミングでアーク電流（スイッチ電流）は遮断される。
【００１６】
出力電流指令に加算する高調波電流指令は、周波数を高くすることでより高速にスイッチ電流を遮断することができる。また、加算する電流の振幅を出力電流制御の誤差分を考慮したものにすることで、スイッチ電流の遮断をより確実にすることができる。
【００１７】
なお、この実施の形態では、電力変換器１４の出力電流指令に高調波電流指令を加算したが、系統電源１１が直流電源であれば、所定の交流電流指令を加算すれば、スイッチ電流の遮断を促進する効果はあり、系統電源１１が交流電源の場合には、スイッチ電流よりも周波数の高い交流電流指令を加算することで、スイッチ電流の遮断が促進できる。
【００１８】
またこの実施の形態では、負荷電流値２２ａにスイッチ電流値２１ａと、さらに高調波交流指令を加算したが、負荷電流値２２ａに高調波交流指令を加算して出力電流指令としても良い。
【００１９】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。図７は、この発明の実施の形態４による電流指令発生回路１６の詳細を示したものである。図において、３４は、系統電源１１の異常時に、スイッチ電流を０にして定電圧制御させるための定電圧制御指令発生回路で、スイッチ電流値２１ａ、負荷電流値２２ａおよび定電圧制御回路３２からの電流指令３２ａを入力として出力電流指令となる定電圧制御電流指令３４ａを出力する。図８は定電圧制御指令発生回路３４の詳細を示すもので、加算器４４により負荷電流値２２ａとスイッチ電流値２１ａと、さらに定電圧制御回路３２からの電流指令３２ａを加算し、その結果を定電圧制御電流指令３４ａとして出力する。
図７に示すように、電流指令発生回路１６には、検出された負荷電流値２２ａ、スイッチ電流値２１ａ、電力変換器１４の出力電圧と遮断制御信号１９ａとがそれぞれ入力される。セレクタ３０では、系統電源１１が正常時の系統連系電流指令３１ａと異常時の定電圧制御電流指令３４ａとの２種の出力電流指令から、入力される遮断制御信号１９ａに応じて１つの出力電流指令３０ａを切り換え選択して出力する。
【００２０】
図９は図７で示したセレクタ３０の動作タイミングチャートを示した図である。
図９に示すように、系統電源１１が正常時には、スイッチ１２はオン状態で通電されており、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして系統連系電流指令３１ａを選択する。これにより、電力変換器１４は系統に連系して運転され、第２の電源１５は系統電源１１に連系される。
系統電源１１に異常が発生すると、電圧検出器２３からの検出電圧により遮断制御回路１９では異常をラッチして遮断制御信号１９ａを出力する。この遮断制御信号１９ａを受けてスイッチ１２が開放すると共に、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして定電圧制御電流指令３４ａを切り換え選択する。これにより、電力変換器１４は定電圧制御されるが、このとき系統電源１１から負荷１３に流れるスイッチ電流が遮断されていない場合、電力変換器１４から異常を発生した系統電源１１から電流を流し込む動作となり、即ち、スイッチ１２に対してスイッチ電流と逆方向の電流を供給してスイッチ電流を瞬時に遮断する。スイッチ電流が遮断すると、異常が発生した系統電源１１と電気的に遮断されて定電圧制御回路３２が健全に動作し、自動的に負荷電圧を定電圧制御する動作に移行させることができる。このため、スイッチ電流の遮断状態を検出する必要はなく、スイッチ電流の検出器２１および遮断状態検出回路２０が不要となり、安価で簡便な回路構成で、高速にスイッチ電流を遮断できて電力変換器１４の定電圧制御に移行できる。
【００２１】
また、この実施の形態では、電力変換器１４の電圧指令と検出された出力電圧との偏差から出力電圧が所定の定電圧となるように定電圧制御回路３２にて演算される電流指令３２ａに、負荷電流値２２ａおよびスイッチ電流値２１ａを加算して出力電流指令となる定電圧制御電流指令３４ａを生成する。定電圧制御による出力電流指令に検出された負荷電流を加算して用いることは、例えば特公平７−４４８４１号公報に記載され、電圧制御からみた外乱要素である負荷電流を電圧制御で分担する必要がなくなり、制御精度が向上し動作の応答性も向上するものである。この場合、負荷電流値２２ａとさらにスイッチ電流値２１ａも加算して出力電流指令を生成することで、さらに制御精度の向上が図れる。
【００２２】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明する。
この実施の形態では、上記実施の形態４において、異常が発生した系統電源１１が正常に復帰したときに、負荷１３への給電系統を系統電源１１に高速で戻す機能を付加したものを説明する。
図１０はこの実施の形態５による系統連系装置の回路図である。図において、２５は系統電源１１の電圧を検出する電圧検出器、２６は系統電源１１の検出電圧により電源が正常かどうかの状態を検出する電源状態検出回路で、系統電源１１の電圧が正常であることを検出して電源正常信号２６ａを出力する。２７は系統電源１１の電圧と負荷電圧との位相を同期させる位相同期回路２７で、電力変換器１４の出力電圧位相を系統電源１１の電圧位相に同期させるように位相制御量２７ａを電流指令発生回路１６に出力するとともに、位相同期状態を検出して位相一致信号２７ｂを電流指令発生回路１６と遮断制御回路１９とに出力する。また、遮断制御回路１９は遮断制御信号１９ａを出力してスイッチ１２を開放させるだけでなく、この信号１９ａの出力をオフすることによりスイッチ１２を再投入させるものとする。
【００２３】
図１１は電流指令発生回路１６の詳細を示すもので、図１２は図１１で示す電流指令発生回路１６のセレクタ３０の動作タイミングチャートを示した図である。
図１２に示すように、系統電源１１が正常時には、スイッチ１２はオン状態で通電されており、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして系統連系電流指令３１ａを選択する。これにより、電力変換器１４は系統に連系して運転され、第２の電源１５は系統電源１１に連系される。
系統電源１１に異常が発生すると、電圧検出器２３からの検出電圧により遮断制御回路１９では異常をラッチして遮断制御信号１９ａを出力する。この遮断制御信号１９ａを受けてスイッチ１２が開放すると共に、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして定電圧制御電流指令３４ａを切り換え選択する。ここまでの動作は、上記実施の形態４と同様であり、電力変換器１４の出力電流を定電圧制御電流指令３４ａにて制御することにより、スイッチ電流を瞬時に遮断して、自動的に負荷電圧を定電圧制御する動作に移行させる。
【００２４】
スイッチ１２が開放状態の時、系統電源１１が正常に復帰すると、系統電源１１の検出電圧により電源状態検出回路２６では正常に復帰したことを検出して電源正常信号２６ａを電流指令発生回路１６へ出力する。一方、位相同期回路２７では、系統電源１１の電圧と負荷電圧の位相差を検出してこれらの電圧位相を同期させるように位相制御量２７ａを演算し電流指令発生回路１６に出力するとともに、位相差が所定値以下である位相同期状態を検出して位相一致信号２７ｂを電流指令発生回路１６と遮断制御回路１９とに出力する。遮断制御回路１９では、一旦系統電源１１の電圧異常を検出すると、その後系統電源１１が正常に復帰しても位相一致信号２７ｂが入力されるまでは遮断制御信号１９ａを継続して出力するものとする。
電流指令発生回路１６では、スイッチ１２が開放状態で定電圧制御電流指令３４ａをセレクタ３０にて選択している状態で、電源正常信号２６ａを受けると、定電圧制御回路３２に入力される位相制御量２７ａに応じて電圧位相を変化させるように電流指令を補正演算して定電圧制御指令発生回路３４に出力する。この定電圧制御指令発生回路３４では、上記実施の形態４と同様に、入力された電流指令に負荷電流値２２ａおよびスイッチ電流値２１ａを加算して、位相同期制御を伴う電圧制御電流指令３４ｂを生成して出力する。セレクタ３０は出力電流指令３０ａとして定電圧制御回路３４の出力を継続して選択し、出力電流指令３０ａは自動的に位相同期制御を伴う電圧制御電流指令３４ｂとなる。
【００２５】
系統電源１１の電圧と負荷電圧との位相差が所定値以下になると、位相同期回路２７から位相一致信号２７ｂが出力され、この位相一致信号２７ｂを受けて遮断制御回路１９では遮断制御信号１９ａの出力を解除してスイッチ１２を投入する。同時に電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして系統連系電流指令３１ａを選択する。これにより負荷１３への給電系統が系統電源１１に戻り、正常状態に復帰する。
【００２６】
この実施の形態では、系統電源１１が正常に復帰したときに、電力変換器１１の出力電圧位相を系統電源１１の電圧位相に同期するように位相制御してからスイッチ１２を投入するようにしたため、信頼性良く速やかに系統電源１１を負荷１３に接続でき、正常時の系統連系による負荷１３への電力供給が行える。
【００２７】
なお、この実施の形態は上記実施の形態４に適用したものを示したが、上記実施の形態１〜３のいずれにも適用でき、異常が発生した系統電源１１が正常に復帰したときに、負荷１３への給電系統を系統電源１１に高速で戻すことができる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る請求項１記載の系統連系装置は、系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であって、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御するため、安価で簡便な回路構成によって、スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で消去して、異常が発生した系統電源と負荷とを高速で電気的に遮断し、安定した電力を負荷に供給することができる。また電力変換器の定電圧制御に用いる出力電流指令は、負荷に流れる負荷電流を検出し、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流を加算して得るため、スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で消去できると共に、定電圧制御時の制御精度が向上し動作の応答性も向上する。
【００２９】
またこの発明に係る請求項２記載の系統連系装置は、系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であって、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御するため、安価で簡便な回路構成によって、スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で消去して、異常が発生した系統電源と負荷とを高速で電気的に遮断し、安定した電力を負荷に供給することができる。また電力変換器の定電圧制御に用いる出力電流指令は、負荷に流れる負荷電流とスイッチの通電電流とをそれぞれ検出して、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流と上記スイッチの通電電流とを加算して得るため、スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で確実に消去できると共に、定電圧制御時の制御精度が向上し動作の応答性も向上する。
【００３０】
またこの発明に係る請求項３記載の系統連系装置は、請求項１または２において、系統電源の電圧と負荷電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、電力変換器の出力電圧位相を上記系統電源の電圧位相と同期させるように電力変換器の出力電流指令を補正演算する位相同期制御手段とを有し、スイッチが開放状態のとき、上記系統電源の電圧が正常であることを検出して、上記電力変換器の出力電流を上記位相同期制御手段により補正演算された出力電流指令により制御し、上記位相差検出手段により位相差が所定値以内になったことを検出して、上記スイッチを投入すると共に、上記電力変換器の出力電流指令を上記系統電源の正常時における電流指令に切り換えるため、系統電源の電圧が正常に復帰したときに、負荷への給電系統を信頼性良く速やかに系統電源に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による系統連系装置の回路図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による電流指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による系統連系装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態２による電流指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態２による電圧制御移行回路の詳細を示す回路図である。
【図６】 この発明の実施の形態３による電圧制御移行回路の詳細を示す回路図である。
【図７】 この発明の実施の形態４による電流指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図８】 この発明の実施の形態４による定電圧制御指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図９】 この発明の実施の形態４による系統連系装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１０】 この発明の実施の形態５による系統連系装置の回路図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５による電流指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図１２】 この発明の実施の形態５による系統連系装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１３】 従来の系統連系装置の回路図である。
【符号の説明】
１１ 系統電源、１２ スイッチ、１３ 負荷、１４ 電力変換器、
１５ 第２の電源、１６ 電流指令発生回路、１９ 遮断制御回路、
１９ａ 遮断制御信号、２０ 遮断状態検出回路、２０ａ 遮断状態検出信号、
２１ａ スイッチ電流値、２２ａ 負荷電流値、２１，２２，２４ 電流検出器、
２３，２５ 電圧検出器、２６ 電源状態検出回路、２６ａ 電源正常信号、
２７ 位相同期回路、２７ａ 位相制御量、２７ｂ 位相一致信号、３０ セレクタ、
３０ａ 出力電流指令、３１ａ 系統連系電流指令、３２ 定電圧制御回路、
３２ａ 定電圧制御電流指令、３４ 定電圧制御指令発生回路、
３４ａ 定電圧制御電流指令、３４ｂ 位相同期制御を伴う電圧制御電流指令、
４１ 高調波交流電流指令発生回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源系統に他のエネルギ源を電力変換器を介して連系させ、電源系統の異常時にも負荷に安定した電力を供給する系統連系装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、例えば特公平５−７６２５６号公報に示された従来の系統連系装置としての無停電電源装置の回路図である。図において、１は交流電源、２は交流電源１と負荷３とを接続する機械式スイッチ、４はスイッチ２と負荷３との間に接続されて直流／交流を双方向に変換する電力変換器、５は蓄電池、６は交流電源１が正常なときに交流電源１を用いて直流電源である蓄電池５の充電を制御する充電制御回路、７は電力変換器４の出力電圧を所定の定電圧に制御する定電圧制御回路、８は充電制御回路６の出力信号あるいは定電圧制御回路７の出力信号を選択するセレクタ、９はセレクタ８で選択された出力信号により電力変換器４の動作指令を作成するＰＷＭゲートドライブ回路、１０は交流電源１の異常を検出してスイッチ２をオフさせる遮断信号を出力する遮断制御回路である。
【０００３】
次に動作について説明する。
交流電源１が正常な時は、スイッチはオン状態でこの交流電源１より負荷３に電力を供給すると共に、セレクタ８は充電制御回路６の出力信号を選択して、電力変換器４は、充電制御回路６の出力信号によりＰＷＭゲートドライブ回路９を介して制御され、蓄電池５を充電する。
交流電源１に異常が発生すると、遮断制御回路１０によりスイッチ２をオフさせる。セレクタ８では遮断制御回路１０が発生する遮断信号を受けて、定電圧制御回路７の出力信号を選択し、電力変換器４をＰＷＭゲートドライバ９を介して定電圧制御する。これにより、交流電源１に異常発生時にも、蓄電池５のエネルギを電力変換器４にて安定した交流電源に変換して負荷３に電力を供給できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の系統連系装置は、以上のように構成されており、交流電源１の異常を検出するとスイッチ２をオフし、同時に電力変換器４を定電圧制御に切り換えて、蓄電池５のエネルギを電力変換器４で変換して負荷３に電力供給していた。このような系統連系装置に用いられるスイッチ２は、一般に、安価で発熱量が少なく、スイッチング時の電圧サージ耐量および過電流耐量が高い、等の利点から機械式スイッチが用いられ、近年開発された高速メカニカルスイッチでは、１ミリ秒程度の高速で動作するものである。しかしながら、このような機械式スイッチ２は、機械式動作により高速でオフしても、実際に電気的にスイッチ２が遮断するのは、継続して流れようとするスイッチ２の通電電流であるアーク電流が０になったときであり、商用交流電源の場合、スイッチ２が理想的に高速動作したとしても、オフ指令から電気的な遮断までの時間は最悪１／２サイクルの１０ミリ秒程度となる。また機械式スイッチ以外に、サイリスタ等自己消去能力のない半導体スイッチでも、電流が０にならないと電気的に遮断しない。
このため、スイッチ２のオフ指令により電力変換器４が定電圧制御を始めると、スイッチ２が電気的に遮断するまでの期間、電力変換器４は異常が発生した交流電源１と接続され、信頼性良く定電圧制御が行えない。例えば交流電源１に短絡事故が発生したとき、電力変換器４は正常な負荷電圧が出力できず、負荷３が稼働不能となり異常停止してしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、系統電源と負荷とを接続する機械式スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で消去して、異常が発生した系統電源と負荷とを高速で電気的に遮断し、安定した電力を負荷に供給することができる系統連系装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１記載の系統連系装置は、系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であって、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御する手段とを有する。そして、電力変換器の定電圧制御に用いる出力電流指令は、負荷に流れる負荷電流を検出し、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流を加算して得るものである。
【０００７】
またこの発明に係る請求項２記載の系統連系装置は、系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であって、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信 号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御する手段とを有する。そして、電力変換器の定電圧制御に用いる出力電流指令は、負荷に流れる負荷電流とスイッチの通電電流とをそれぞれ検出して、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流と上記スイッチの通電電流とを加算して得るものである。
【０００８】
またこの発明に係る請求項３記載の系統連系装置は、請求項１または２において、系統電源の電圧と負荷電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、電力変換器の出力電圧位相を上記系統電源の電圧位相と同期させるように電力変換器の出力電流指令を補正演算する位相同期制御手段とを有し、スイッチが開放状態のとき、上記系統電源の電圧が正常であることを検出して、上記電力変換器の出力電流を上記位相同期制御手段により補正演算された出力電流指令により制御し、上記位相差検出手段により位相差が所定値以内になったことを検出して、上記スイッチを投入すると共に、上記電力変換器の出力電流指令を上記系統電源の正常時における電流指令に切り換えるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による系統連系装置の回路図である。
図１において、１１は系統電源、１２は系統電源１１と負荷１３とを接続する高速メカニカルスイッチ、１４はスイッチ１２と負荷１３との間に接続されて双方向制御可能な電力変換器、１５は第２の電源である。また１６は電力変換器１４の出力電流指令を生成する電流指令発生回路、１７は電力変換器１６の出力電流が出力電流指令に一致するように制御する電流制御回路、１８は電力変換器１４の動作指令を作成するゲートドライブ回路、１９はスイッチ１２の負荷側の電圧異常を検出して遮断制御信号１９ａを出力してスイッチ１２を開放させる遮断制御回路、２０はスイッチ１２の通電電流（以下、スイッチ電流と称す）が０になったことを検出して遮断状態信号２０ａを出力する遮断状態検出回路である。また、２１はスイッチ１２から負荷側に流れるスイッチ電流を検出する電流検出器で、検出されたスイッチ電流値２１ａを遮断状態検出回路２０へ出力する。２２は負荷電流を検出する電流検出器で、検出された負荷電流値２２ａを電流指令発生回路１６へ出力する。２３はスイッチ１２の負荷側の電圧を検出し、遮断制御回路１９と電流指令発生回路１６とに出力する電圧検出器である。なお、系統電源１１および第２の電源１５は、直流電源、交流電源のどちらでも良い。
【００１０】
図２は、電流指令発生回路１６の詳細を示したものである。図において、３０は後述する３種の出力電流指令から、入力される遮断制御信号１９ａおよび遮断状態検出信号２０ａに応じて１つの出力電流指令３０ａを切り換え選択して出力するセレクタ、３１は系統電源１１が正常時の系統連系における系統連系電流指令３１ａを発生する系統連系指令発生回路、３２は電力変換器１４の出力電圧が所定の定電圧となるように、検出された出力電圧を入力として定電圧制御電流指令３２ａを演算して出力する定電圧制御回路であり、系統連系電流指令３１ａ、定電圧制御電流指令３２ａおよび負荷電流値２２ａが３種の出力電流指令としてセレクタ３０に入力される。
【００１１】
次に、動作について説明する。
図３は図２で示したセレクタ３０の動作タイミングチャートを示した図である。
図３に示すように、系統電源１１が正常時には、スイッチ１２はオン状態で通電されており、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして系統連系電流指令３１ａを選択する。これにより、電力変換器１４は系統に連系して運転され、第２の電源１５は系統電源１１に連系される。
系統電源１１に異常が発生すると、電圧検出器２３からの検出電圧により遮断制御回路１９では異常をラッチして遮断制御信号１９ａを出力する。この遮断制御信号１９ａを受けてスイッチ１２が開放すると共に、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして負荷電流値２２ａを切り換え選択する。これにより、電力変換器１４は出力電流が検出された負荷電流値２２ａに一致するように制御運転され、スイッチ１２では、機械式動作により開放した後も継続して流れようとするアーク電流が速やかに０になって遮断が完了する。
スイッチ電流が遮断すると、遮断状態検出回路２０はそれを検知して遮断状態検出信号２０ａを出力する。この遮断状態検出信号２０ａを受けて、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして定電圧制御電流指令３２ａを切り換え選択する。これにより、電力変換器１４は定電圧制御され、安定した電力を負荷１３に供給する。
【００１２】
この実施の形態では、系統電源１１に異常が発生すると、スイッチ１２を開放すると共に、電力変換器１４の出力電流を、負荷電流値２２ａを出力電流指令３０ａとして制御することで、スイッチ電流の遮断を促進させ、スイッチ電流の遮断を検出した時点で電力変換器１４を定電圧制御に切り換える。このため、系統電源１１の異常時に、スイッチ１２の開放と共にスイッチ電流を高速で遮断、即ち、異常が発生した系統電源１１と負荷１３とを高速で電気的に遮断でき、電力変換器１４の出力電圧を高速で立ち上げ、安定した電力を負荷１３に供給することができる。
なお、スイッチ１２は機械式スイッチに限らず、サイリスタ等の半導体スイッチであってもよい。
【００１３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。図４は、この発明の実施の形態２による電流指令発生回路１６の詳細を示したものである。図において、３３は、スイッチ電流を０にして定電圧制御に移行させるための電圧制御移行回路で、スイッチ電流値２１ａと負荷電流値２２ａとを入力として出力電流指令３３ａを出力する。図５は電圧制御移行回路３３の詳細を示すもので、４０はスイッチ電流値２１ａと負荷電流値２２ａとを加算する加算器である。
図４に示すように、電流指令発生回路１６には、遮断制御信号１９ａ、遮断状態検出信号２０ａおよび、検出された負荷電流値２２ａ、スイッチ電流値２１ａ、電力変換器１４の出力電圧がそれぞれ入力される。セレクタ３０では、系統電源１１が正常時の系統連系電流指令３１ａ、負荷電流値２２ａとスイッチ電流値２１ａとを加算した出力電流指令３３ａ、および定電圧制御回路３２からの定電圧制御電流指令３２ａの３種の出力電流指令から、入力される遮断制御信号１９ａおよび遮断状態検出信号２０ａに応じて１つの出力電流指令３０ａを切り換え選択して出力する。
【００１４】
基本的な動作は上記実施の形態１と同様であるが、この実施の形態では、系統電源１１の異常発生時に、遮断制御回路１９からの遮断制御信号１９ａによりスイッチ１２が開放すると共に、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が、電圧制御移行回路３３の出力である、負荷電流値２２ａとスイッチ電流値２１ａとを加算した出力電流指令３３ａを切り換え選択する。
上記実施の形態１で示したように、電力変換器１４の出力電流を負荷電流値２２ａに一致させればスイッチ電流は０になるものであるが、制御回路の誤差や検出器の誤差などにより、出力電流と負荷電流値２２ａとが見かけ上で一致しても、スイッチ電流が僅かに流れている可能性があり、そのような場合にも、出力電流指令を負荷電流値２２ａにスイッチ電流値２１ａを加算して生成することにより、スイッチ電流を検出してそれを０にするよう制御するため、より精度良くスイッチ電流を遮断させることができる。
このため、系統電源１１の異常時に、スイッチ１２の開放と共にスイッチ電流を高速で高精度に遮断、即ち、異常が発生した系統電源１１と負荷１３とを高速で高精度に電気的に遮断でき、電力変換器１４の出力電圧を高速で立ち上げ、安定した電力を信頼性良く負荷に供給することができる。
【００１５】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、スイッチ電流を０にして定電圧制御に移行させるための電圧制御移行回路３３により、負荷電流値２２ａにスイッチ電流値２１ａを加算して出力電流指令３３ａとして出力したが、この実施の形態では、電圧制御移行回路３３を図６に示すように構成し、負荷電流値２２ａにスイッチ電流値２１ａと、さらに高調波交流電流発生回路４１から出力される高調波交流指令を加算し、その結果を出力電流指令３３ａとして出力する。なお、４２、４３は加算器である。
このように高調波交流指令を出力電流指令３３ａに加算することで、電力変換器１４の出力電流に高調波交流電流が重畳されて、スイッチ１２側にも流れることとなり、この高調波交流電流の１周期内にスイッチ電流が０となる時点が存在し、そのタイミングでアーク電流（スイッチ電流）は遮断される。
【００１６】
出力電流指令に加算する高調波電流指令は、周波数を高くすることでより高速にスイッチ電流を遮断することができる。また、加算する電流の振幅を出力電流制御の誤差分を考慮したものにすることで、スイッチ電流の遮断をより確実にすることができる。
【００１７】
なお、この実施の形態では、電力変換器１４の出力電流指令に高調波電流指令を加算したが、系統電源１１が直流電源であれば、所定の交流電流指令を加算すれば、スイッチ電流の遮断を促進する効果はあり、系統電源１１が交流電源の場合には、スイッチ電流よりも周波数の高い交流電流指令を加算することで、スイッチ電流の遮断が促進できる。
【００１８】
またこの実施の形態では、負荷電流値２２ａにスイッチ電流値２１ａと、さらに高調波交流指令を加算したが、負荷電流値２２ａに高調波交流指令を加算して出力電流指令としても良い。
【００１９】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。図７は、この発明の実施の形態４による電流指令発生回路１６の詳細を示したものである。図において、３４は、系統電源１１の異常時に、スイッチ電流を０にして定電圧制御させるための定電圧制御指令発生回路で、スイッチ電流値２１ａ、負荷電流値２２ａおよび定電圧制御回路３２からの電流指令３２ａを入力として出力電流指令となる定電圧制御電流指令３４ａを出力する。図８は定電圧制御指令発生回路３４の詳細を示すもので、加算器４４により負荷電流値２２ａとスイッチ電流値２１ａと、さらに定電圧制御回路３２からの電流指令３２ａを加算し、その結果を定電圧制御電流指令３４ａとして出力する。
図７に示すように、電流指令発生回路１６には、検出された負荷電流値２２ａ、スイッチ電流値２１ａ、電力変換器１４の出力電圧と遮断制御信号１９ａとがそれぞれ入力される。セレクタ３０では、系統電源１１が正常時の系統連系電流指令３１ａと異常時の定電圧制御電流指令３４ａとの２種の出力電流指令から、入力される遮断制御信号１９ａに応じて１つの出力電流指令３０ａを切り換え選択して出力する。
【００２０】
図９は図７で示したセレクタ３０の動作タイミングチャートを示した図である。
図９に示すように、系統電源１１が正常時には、スイッチ１２はオン状態で通電されており、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして系統連系電流指令３１ａを選択する。これにより、電力変換器１４は系統に連系して運転され、第２の電源１５は系統電源１１に連系される。
系統電源１１に異常が発生すると、電圧検出器２３からの検出電圧により遮断制御回路１９では異常をラッチして遮断制御信号１９ａを出力する。この遮断制御信号１９ａを受けてスイッチ１２が開放すると共に、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして定電圧制御電流指令３４ａを切り換え選択する。これにより、電力変換器１４は定電圧制御されるが、このとき系統電源１１から負荷１３に流れるスイッチ電流が遮断されていない場合、電力変換器１４から異常を発生した系統電源１１から電流を流し込む動作となり、即ち、スイッチ１２に対してスイッチ電流と逆方向の電流を供給してスイッチ電流を瞬時に遮断する。スイッチ電流が遮断すると、異常が発生した系統電源１１と電気的に遮断されて定電圧制御回路３２が健全に動作し、自動的に負荷電圧を定電圧制御する動作に移行させることができる。このため、スイッチ電流の遮断状態を検出する必要はなく、スイッチ電流の検出器２１および遮断状態検出回路２０が不要となり、安価で簡便な回路構成で、高速にスイッチ電流を遮断できて電力変換器１４の定電圧制御に移行できる。
【００２１】
また、この実施の形態では、電力変換器１４の電圧指令と検出された出力電圧との偏差から出力電圧が所定の定電圧となるように定電圧制御回路３２にて演算される電流指令３２ａに、負荷電流値２２ａおよびスイッチ電流値２１ａを加算して出力電流指令となる定電圧制御電流指令３４ａを生成する。定電圧制御による出力電流指令に検出された負荷電流を加算して用いることは、例えば特公平７−４４８４１号公報に記載され、電圧制御からみた外乱要素である負荷電流を電圧制御で分担する必要がなくなり、制御精度が向上し動作の応答性も向上するものである。この場合、負荷電流値２２ａとさらにスイッチ電流値２１ａも加算して出力電流指令を生成することで、さらに制御精度の向上が図れる。
【００２２】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明する。
この実施の形態では、上記実施の形態４において、異常が発生した系統電源１１が正常に復帰したときに、負荷１３への給電系統を系統電源１１に高速で戻す機能を付加したものを説明する。
図１０はこの実施の形態５による系統連系装置の回路図である。図において、２５は系統電源１１の電圧を検出する電圧検出器、２６は系統電源１１の検出電圧により電源が正常かどうかの状態を検出する電源状態検出回路で、系統電源１１の電圧が正常であることを検出して電源正常信号２６ａを出力する。２７は系統電源１１の電圧と負荷電圧との位相を同期させる位相同期回路２７で、電力変換器１４の出力電圧位相を系統電源１１の電圧位相に同期させるように位相制御量２７ａを電流指令発生回路１６に出力するとともに、位相同期状態を検出して位相一致信号２７ｂを電流指令発生回路１６と遮断制御回路１９とに出力する。また、遮断制御回路１９は遮断制御信号１９ａを出力してスイッチ１２を開放させるだけでなく、この信号１９ａの出力をオフすることによりスイッチ１２を再投入させるものとする。
【００２３】
図１１は電流指令発生回路１６の詳細を示すもので、図１２は図１１で示す電流指令発生回路１６のセレクタ３０の動作タイミングチャートを示した図である。
図１２に示すように、系統電源１１が正常時には、スイッチ１２はオン状態で通電されており、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして系統連系電流指令３１ａを選択する。これにより、電力変換器１４は系統に連系して運転され、第２の電源１５は系統電源１１に連系される。
系統電源１１に異常が発生すると、電圧検出器２３からの検出電圧により遮断制御回路１９では異常をラッチして遮断制御信号１９ａを出力する。この遮断制御信号１９ａを受けてスイッチ１２が開放すると共に、電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして定電圧制御電流指令３４ａを切り換え選択する。ここまでの動作は、上記実施の形態４と同様であり、電力変換器１４の出力電流を定電圧制御電流指令３４ａにて制御することにより、スイッチ電流を瞬時に遮断して、自動的に負荷電圧を定電圧制御する動作に移行させる。
【００２４】
スイッチ１２が開放状態の時、系統電源１１が正常に復帰すると、系統電源１１の検出電圧により電源状態検出回路２６では正常に復帰したことを検出して電源正常信号２６ａを電流指令発生回路１６へ出力する。一方、位相同期回路２７では、系統電源１１の電圧と負荷電圧の位相差を検出してこれらの電圧位相を同期させるように位相制御量２７ａを演算し電流指令発生回路１６に出力するとともに、位相差が所定値以下である位相同期状態を検出して位相一致信号２７ｂを電流指令発生回路１６と遮断制御回路１９とに出力する。遮断制御回路１９では、一旦系統電源１１の電圧異常を検出すると、その後系統電源１１が正常に復帰しても位相一致信号２７ｂが入力されるまでは遮断制御信号１９ａを継続して出力するものとする。
電流指令発生回路１６では、スイッチ１２が開放状態で定電圧制御電流指令３４ａをセレクタ３０にて選択している状態で、電源正常信号２６ａを受けると、定電圧制御回路３２に入力される位相制御量２７ａに応じて電圧位相を変化させるように電流指令を補正演算して定電圧制御指令発生回路３４に出力する。この定電圧制御指令発生回路３４では、上記実施の形態４と同様に、入力された電流指令に負荷電流値２２ａおよびスイッチ電流値２１ａを加算して、位相同期制御を伴う電圧制御電流指令３４ｂを生成して出力する。セレクタ３０は出力電流指令３０ａとして定電圧制御回路３４の出力を継続して選択し、出力電流指令３０ａは自動的に位相同期制御を伴う電圧制御電流指令３４ｂとなる。
【００２５】
系統電源１１の電圧と負荷電圧との位相差が所定値以下になると、位相同期回路２７から位相一致信号２７ｂが出力され、この位相一致信号２７ｂを受けて遮断制御回路１９では遮断制御信号１９ａの出力を解除してスイッチ１２を投入する。同時に電流指令発生回路１６では、セレクタ３０が出力電流指令３０ａとして系統連系電流指令３１ａを選択する。これにより負荷１３への給電系統が系統電源１１に戻り、正常状態に復帰する。
【００２６】
この実施の形態では、系統電源１１が正常に復帰したときに、電力変換器１１の出力電圧位相を系統電源１１の電圧位相に同期するように位相制御してからスイッチ１２を投入するようにしたため、信頼性良く速やかに系統電源１１を負荷１３に接続でき、正常時の系統連系による負荷１３への電力供給が行える。
【００２７】
なお、この実施の形態は上記実施の形態４に適用したものを示したが、上記実施の形態１〜３のいずれにも適用でき、異常が発生した系統電源１１が正常に復帰したときに、負荷１３への給電系統を系統電源１１に高速で戻すことができる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る請求項１記載の系統連系装置は、系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であって、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御するため、安価で簡便な回路構成によって、スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で消去して、異常が発生した系統電源と負荷とを高速で電気的に遮断し、安定した電力を負荷に供給することができる。また電力変換器の定電圧制御に用いる出力電流指令は、負荷に流れる負荷電流を検出し、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流を加算して得るため、スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で消去できると共に、定電圧制御時の制御精度が向上し動作の応答性も向上する。
【００２９】
またこの発明に係る請求項２記載の系統連系装置は、系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であって、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御するため、安価で簡便な回路構成によって、スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で消去して、異常が発生した系統電源と負荷とを高速で電気的に遮断し、安定した電力を負荷に供給することができる。また電力変換器の定電圧制御に用いる出力電流指令は、負荷に流れる負荷電流とスイッチの通電電流とをそれぞれ検出して、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流と上記スイッチの通電電流とを加算して得るため、スイッチの開放時に、スイッチに流れるアーク電流を高速で確実に消去できると共に、定電圧制御時の制御精度が向上し動作の応答性も向上する。
【００３０】
またこの発明に係る請求項３記載の系統連系装置は、請求項１または２において、系統電源の電圧と負荷電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、電力変換器の出力電圧位相を上記系統電源の電圧位相と同期させるように電力変換器の出力電流指令を補正演算する位相同期制御手段とを有し、スイッチが開放状態のとき、上記系統電源の電圧が正常であることを検出して、上記電力変換器の出力電流を上記位相同期制御手段により補正演算された出力電流指令により制御し、上記位相差検出手段により位相差が所定値以内になったことを検出して、上記スイッチを投入すると共に、上記電力変換器の出力電流指令を上記系統電源の正常時における電流指令に切り換えるため、系統電源の電圧が正常に復帰したときに、負荷への給電系統を信頼性良く速やかに系統電源に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による系統連系装置の回路図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による電流指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による系統連系装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態２による電流指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態２による電圧制御移行回路の詳細を示す回路図である。
【図６】 この発明の実施の形態３による電圧制御移行回路の詳細を示す回路図である。
【図７】 この発明の実施の形態４による電流指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図８】 この発明の実施の形態４による定電圧制御指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図９】 この発明の実施の形態４による系統連系装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１０】 この発明の実施の形態５による系統連系装置の回路図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５による電流指令発生回路の詳細を示す回路図である。
【図１２】 この発明の実施の形態５による系統連系装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１３】 従来の系統連系装置の回路図である。
【符号の説明】
１１ 系統電源、１２ スイッチ、１３ 負荷、１４ 電力変換器、
１５ 第２の電源、１６ 電流指令発生回路、１９ 遮断制御回路、
１９ａ 遮断制御信号、２０ 遮断状態検出回路、２０ａ 遮断状態検出信号、
２１ａ スイッチ電流値、２２ａ 負荷電流値、２１，２２，２４ 電流検出器、
２３，２５ 電圧検出器、２６ 電源状態検出回路、２６ａ 電源正常信号、
２７ 位相同期回路、２７ａ 位相制御量、２７ｂ 位相一致信号、３０ セレクタ、
３０ａ 出力電流指令、３１ａ 系統連系電流指令、３２ 定電圧制御回路、
３２ａ 定電圧制御電流指令、３４ 定電圧制御指令発生回路、
３４ａ 定電圧制御電流指令、３４ｂ 位相同期制御を伴う電圧制御電流指令、
４１ 高調波交流電流指令発生回路。
Claims (3)
- 系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた系統連系装置において、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御する手段とを有し、該定電圧制御に用いる上記出力電流指令は、上記負荷に流れる負荷電流を検出し、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流を加算して得ることを特徴とする系統連系装置。
- 系統電源と負荷とをスイッチを介して接続し、上記スイッチの上記負荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系統電源に連系させた系統連系装置において、上記系統電源の電圧異常を検出して上記スイッチを開放させる遮断制御信号を出力する遮断制御回路と、該遮断制御信号を入力として、上記電力変換器の出力電圧が所定の定電圧となるように演算された出力電流指令により該電力変換器を制御運転することにより、上記スイッチに対して該スイッチの通電電流と逆方向の電流を供給して該スイッチの通電電流を瞬時に遮断し、上記負荷にかかる負荷電圧を定電圧制御する手段とを有し、該定電圧制御に用いる上記出力電流指令は、上記負荷に流れる負荷電流とスイッチの通電電流とをそれぞれ検出して、上記電力変換器の電圧指令と出力電圧との偏差から演算される電流指令に、上記負荷電流と上記スイッチの通電電流とを加算して得ることを特徴とする系統連系装置。
- 系統電源の電圧と負荷電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、電力変換器の出力電圧位相を上記系統電源の電圧位相と同期させるように電力変換器の出力電流指令を補正演算する位相同期制御手段とを有し、スイッチが開放状態のとき、上記系統電源の電圧が正常であることを検出して、上記電力変換器の出力電流を上記位相同期制御手段により補正演算された出力電流指令により制御し、上記位相差検出手段により位相差が所定値以内になったことを検出して、上記スイッチを投入すると共に、上記電力変換器の出力電流指令を上記系統電源の正常時における電流指令に切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載の系統連系装置。
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