系統連系インバータの接続方法
【課題】系統連系インバータの連系スイッチをＯＮになるためには、系統連系インバータのコンデンサー電圧が上昇した後に、系統の正常状態を完全に確認するための長い一定時間が必要であった。この長い一定時間の間に系統連系状態にならないと、風速が急上昇すると、発電装置からの充電によりコンデンサー電圧が急上昇して、系統連系インバータが破壊するという問題があった。
【解決手段】 整流出力する風力発電装置に接続される系統連系インバータにおいて、前記風力発電装置の直流出力端子に並列にバッテリーを接続し、前記風力発電装置の直流出力に直列に直流スイッチを接続し、前記系統連系インバータの交流出力に並列に絶縁トランスを接続し、該絶縁トランスに直列に電圧維持整流器を接続し、該電圧維持整流器の直流出力を前記風力発電装置の直流出力端子に接続することを特徴とする系統連系インバータの接続方法である。
【解決手段】 整流出力する風力発電装置に接続される系統連系インバータにおいて、前記風力発電装置の直流出力端子に並列にバッテリーを接続し、前記風力発電装置の直流出力に直列に直流スイッチを接続し、前記系統連系インバータの交流出力に並列に絶縁トランスを接続し、該絶縁トランスに直列に電圧維持整流器を接続し、該電圧維持整流器の直流出力を前記風力発電装置の直流出力端子に接続することを特徴とする系統連系インバータの接続方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車または水車などの分散電源発電装置の整流出力と、系統連系される系統連系インバータとの接続方法に係り、特に、バッテリーを用いて、変動する風速または流速に対しても容易に系統連系できる系統連系インバータの接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
系統連系インバータには系統保護機能や単独運転確認機能を備える必要があるために、系統の正常状態を完全に確認した後に連系スイッチを入れて系統出力を開始していた。
また、公開特許文献１「小型風力発電系統連系システム及びその自動運転用保護装置」の図１には、整流回路の直流出力に並列にコンデンサーが接続されている。
【０００３】
図３は従来の系統連系インバータの風力発電装置接続方法を説明するための図である。
図３において、１１は風車、１２は風力発電装置、１３は永久磁石型発電機、１４は発電装置整流器、１５はブレーキ、１は系統連系インバータ、２はコンデンサー、３は連系スイッチ、４は系統である。
風力発電装置１２は、永久磁石型発電機１３、発電装置整流器１４、風車ブレーキ１５により構成される。
系統連系インバータ１は、コンデンサー２および連系スイッチ３を内蔵する。
風車１１により永久磁石型発電機１３が駆動されて、交流出力が直流出力に変換されてコンデンサー２が充電される。系統連系インバータ１は、コンデンサー２の電圧が上昇して、系統４に出力可能になると、系統の正常状態を完全に確認した後に連系スイッチ３をＯＮにして、風車１１からの発電電力を系統４に出力する。このとき、系統連系インバータ１は、コンデンサー２の直流電圧が直流電圧指令Ｖｄｃ＊と同じになるように、直流電圧制御して発電電力を系統４に出力していた。
【特許文献１】特開２０００−１７９４４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように構成される系統連系インバータの風力発電装置接続方法においては、連系スイッチ３をＯＮになるためには、コンデンサー２の電圧が上昇した後に、系統の正常状態を完全に確認するための一定投入遅延時間が必要であった。
この一定投入遅延時間は、通常60秒以上と長い。従って、この一定時間の間に完全に系統連系して出力を開始しないと、風速が急上昇したときに、風力発電装置からの充電によりコンデンサー２の電圧が急上昇して、系統連系インバータ１が破壊するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、前述の課題を解決するために、本発明の系統連系インバータの接続方法では、風力発電装置１２の直流出力に並列にバッテリーを設け、このバッテリーに直列に直流スイッチを設け、別途生成される風車システム起動信号が出力されると同時に、直流スイッチをＯＮにし、ブレーキ１５を解除することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の系統連系インバータの接続方法においては、風力発電装置の直流出力に並列にバッテリーが接続されていて、しかも風車システムを起動すると同時に、系統連系インバータ側に接続される直流スイッチをＯＮするために、風車ブレーキ１５をＯＦＦした後に風速が急上昇して、風力発電装置の発電電力が急上昇してもバッテリーにエネルギーが吸収されるために、バッテリーに並列に接続される系統連系インバータ内のコンデンサー２の直流電圧が急上昇することはない。
したがって、系統連系インバータも破壊することはないので、実用上おおいに有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の系統連系インバータの接続方法では、整流出力する風力発電装置に接続される系統連系インバータにおいて、前記風力発電装置の直流出力端子に並列にバッテリーを接続し、前記風力発電装置の直流出力に直列に直流スイッチを接続し、前記系統連系インバータの交流出力に並列に絶縁トランスを接続し、該絶縁トランスに直列に電圧維持整流器を接続し、該電圧維持整流器の直流出力を前記風力発電装置の直流出力端子に接続することを特徴とするものである。
【実施例１】
【０００８】
図1は、本発明の１実施例であり、図３に示す系統連系インバータ１に、バッテリー、直流スイッチ、トランス、整流器および制御回路を追加するものである。
同図において、５はバッテリー、６は直流スイッチ、７は絶縁トランス、８は電圧維持整流器である。
【０００９】
図２は、系統連系インバータの接続方法のシーケンスを説明するための図である。
以下、図１について図２を参照しつつ説明する。
【００１０】
バッテリー５は、風力発電装置１２の直流出力端子に並列に接続される。直流スイッチ６は、風力発電装置１２の直流出力に直列に接続され、さらに系統連系インバータ１に直列に接続される。連系スイッチ３は、系統連系インバータ１の交流出力に直列に接続される。絶縁トランス７は、連系スイッチ３に並列に接続される。電圧維持整流器８は、絶縁トランス７に直列に接続され、その直流出力は風力発電装置１２の直流出力端子に接続される。
【００１１】
風力発電装置１２から出力される直流出力は、バッテリー５を充電するとともに、バッテリー５の直流電圧が上昇すると、直流スイッチ６および系統連系インバータ１を経て系統４に出力される。このとき系統連系インバータ１は、バッテリー５の直流電圧が直流電圧指令Ｖｄｃ＊と同じになるように直流電圧制御されて、発電電力を系統４に出力する。
ここで直流スイッチ６がＯＦＦのときには、バッテリー５が充電されて、バッテリー５の電圧がさらに上昇する。
【００１２】
絶縁トランス７は系統連系インバータ１に並列に接続され、電圧維持整流器８は絶縁トランス７に直列に接続される。電圧維持整流器８の直流出力はバッテリー５の直流端子に接続され、バッテリー５を充電する。ここで絶縁トランス７の変圧比は、バッテリー５の電圧が系統連系インバータ１の直流電圧指令Ｖｄｃ＊よりも低くなると、バッテリー５の自己放電を補うことができるような変圧比に決められる。したがって、バッテリー５の自己放電を補うために接続される絶縁トランス７および電圧維持整流器８の容量は小さくても良い。
【００１３】
この系統連系インバータの直流電圧指令Ｖｄｃ＊よりも低いバッテリーの電圧とは、発電電力を系統４に出力しているときには、絶縁トランス７および電圧維持整流器８と系統連系インバータ１の間で循環電流が流れないような電圧である。例えば、直流電圧指令Ｖｄｃ＊の９５％程度の電圧が望ましい。９５％程度の電圧とした理由は、直流電圧指令Ｖｄｃ＊との間に差があると、バッテリー５の充放電量が大きくなり、バッテリー５の寿命に悪影響を与えるからである。
したがって、風力発電装置１２の直流出力により、バッテリー５の電圧が上昇して直流電圧指令Ｖｄｃ＊以上になって、系統連系インバータ１が出力している状態では、バッテリー５の電圧が高いために、絶縁トランス７および電圧維持整流器８からバッテリー５への電流は流れない。
【００１４】
図２の時間Ｔ１に、図示しない回路より生成される風車システム起動信号がＯＮになると、直流スイッチ６がＯＮになり、ブレーキ１５がＯＦＦになる。風車１１が回って発電を開始すると、バッテリー５の電圧がバッテリー維持電圧Ｖｂよりも上昇して、直流電圧指令Ｖｄｃ＊以上になるので、系統４に出力可能状態になる。系統連系インバータ１は、系統の正常状態を完全に確認した後に、時間Ｔ２で連系スイッチ３をＯＮにして、風車１１からの発電電力を系統４に出力し、バッテリー５の電圧が直流電圧指令Ｖｄｃ＊に保持される。
前記の確認するための時間Ｔｄ（＝Ｔ２−Ｔ１）は、前述した一定投入遅延時間であり、６０秒以上である。
この一定投入遅延時間が６０秒以上と長くても、バッテリー５があるために、ブレーキ１５のＯＦＦ後に風速が急上昇しても、連系インバータ１に印加される電圧が破壊電圧を超えることはない。
【００１５】
図示しない回路より生成される異常信号が時間Ｔ３でＯＮになると、直流スイッチ６および連系スイッチ３がＯＦＦになるとともに、ブレーキ１５がＯＮになり、発電を停止する。この異常信号とは、装置の故障や系統４の異常である。
この直流スイッチ６をＯＦＦにする理由は、系統連系インバータ１の待機電力によりバッテリ５の電圧が減少するのを防止するためである。
時間Ｔ３でブレーキ１５がＯＮになると、発電電力が得られないので、自己放電によりバッテリー５の電圧が減少する。しかし、絶縁トランス７および電圧維持整流器８を経由した充電電流により、バッテリー５の電圧はバッテリー維持電圧Ｖｂに維持される。
【００１６】
図示しない回路より生成される異常信号が時間Ｔ４でＯＦＦになると、直流スイッチ６がＯＮ、ブレーキ１５がＯＦＦになり、風車１１が回って発電を開始する。一定投入遅延時間Ｔｄ後の時間Ｔ５に連系スイッチ３がＯＮになり、発電電力を系統４に出力する。
【００１７】
図示しない回路より生成される風車システム起動信号がＯＦＦになると、直流スイッチ６および連系スイッチ３がＯＦＦ、ブレーキ１５がＯＮになり、系統４への出力および風車１１が停止する。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上、本発明の実施例では、バッテリー５を備えるために、風車ブレーキ１５をＯＦＦした後に風速が急上昇してもバッテリー５の電圧が急上昇することはない。したがって、連系インバータ１も破壊することはない。
この系統連系インバータの接続方法は、通常の発電状態では、バッテリー５は深い充放電を繰り返さないので、容量の小さなバッテリー５で十分である。
バッテリー５の自己放電を補うために接続される絶縁トランス７および電圧維持整流器８の容量は小さくても良い。
さらに、風の無いときには直流スイッチ６を遮断するので、待機電力はバッテリー５の自己放電分のみとなるので、実用上おおいに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の、系統連系インバータの接続方法を説明するための図である。
【図２】本発明の、系統連系インバータの接続方法のシーケンス動作を説明するための図である。
【図３】従来の系統連系インバータの接続方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２０】
１ 系統連系インバータ
２ コンデンサー
３ 連系スイッチ
４ 系統
５ バッテリー
６ 直流スイッチ
７ 絶縁トランス
８ 電圧維持整流器
１１ 風車
１２ 風力発電装置
１３ 永久磁石型発電機
１４ 発電装置整流器
１５ ブレーキ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車または水車などの分散電源発電装置の整流出力と、系統連系される系統連系インバータとの接続方法に係り、特に、バッテリーを用いて、変動する風速または流速に対しても容易に系統連系できる系統連系インバータの接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
系統連系インバータには系統保護機能や単独運転確認機能を備える必要があるために、系統の正常状態を完全に確認した後に連系スイッチを入れて系統出力を開始していた。
また、公開特許文献１「小型風力発電系統連系システム及びその自動運転用保護装置」の図１には、整流回路の直流出力に並列にコンデンサーが接続されている。
【０００３】
図３は従来の系統連系インバータの風力発電装置接続方法を説明するための図である。
図３において、１１は風車、１２は風力発電装置、１３は永久磁石型発電機、１４は発電装置整流器、１５はブレーキ、１は系統連系インバータ、２はコンデンサー、３は連系スイッチ、４は系統である。
風力発電装置１２は、永久磁石型発電機１３、発電装置整流器１４、風車ブレーキ１５により構成される。
系統連系インバータ１は、コンデンサー２および連系スイッチ３を内蔵する。
風車１１により永久磁石型発電機１３が駆動されて、交流出力が直流出力に変換されてコンデンサー２が充電される。系統連系インバータ１は、コンデンサー２の電圧が上昇して、系統４に出力可能になると、系統の正常状態を完全に確認した後に連系スイッチ３をＯＮにして、風車１１からの発電電力を系統４に出力する。このとき、系統連系インバータ１は、コンデンサー２の直流電圧が直流電圧指令Ｖｄｃ＊と同じになるように、直流電圧制御して発電電力を系統４に出力していた。
【特許文献１】特開２０００−１７９４４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように構成される系統連系インバータの風力発電装置接続方法においては、連系スイッチ３をＯＮになるためには、コンデンサー２の電圧が上昇した後に、系統の正常状態を完全に確認するための一定投入遅延時間が必要であった。
この一定投入遅延時間は、通常60秒以上と長い。従って、この一定時間の間に完全に系統連系して出力を開始しないと、風速が急上昇したときに、風力発電装置からの充電によりコンデンサー２の電圧が急上昇して、系統連系インバータ１が破壊するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、前述の課題を解決するために、本発明の系統連系インバータの接続方法では、風力発電装置１２の直流出力に並列にバッテリーを設け、このバッテリーに直列に直流スイッチを設け、別途生成される風車システム起動信号が出力されると同時に、直流スイッチをＯＮにし、ブレーキ１５を解除することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の系統連系インバータの接続方法においては、風力発電装置の直流出力に並列にバッテリーが接続されていて、しかも風車システムを起動すると同時に、系統連系インバータ側に接続される直流スイッチをＯＮするために、風車ブレーキ１５をＯＦＦした後に風速が急上昇して、風力発電装置の発電電力が急上昇してもバッテリーにエネルギーが吸収されるために、バッテリーに並列に接続される系統連系インバータ内のコンデンサー２の直流電圧が急上昇することはない。
したがって、系統連系インバータも破壊することはないので、実用上おおいに有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の系統連系インバータの接続方法では、整流出力する風力発電装置に接続される系統連系インバータにおいて、前記風力発電装置の直流出力端子に並列にバッテリーを接続し、前記風力発電装置の直流出力に直列に直流スイッチを接続し、前記系統連系インバータの交流出力に並列に絶縁トランスを接続し、該絶縁トランスに直列に電圧維持整流器を接続し、該電圧維持整流器の直流出力を前記風力発電装置の直流出力端子に接続することを特徴とするものである。
【実施例１】
【０００８】
図1は、本発明の１実施例であり、図３に示す系統連系インバータ１に、バッテリー、直流スイッチ、トランス、整流器および制御回路を追加するものである。
同図において、５はバッテリー、６は直流スイッチ、７は絶縁トランス、８は電圧維持整流器である。
【０００９】
図２は、系統連系インバータの接続方法のシーケンスを説明するための図である。
以下、図１について図２を参照しつつ説明する。
【００１０】
バッテリー５は、風力発電装置１２の直流出力端子に並列に接続される。直流スイッチ６は、風力発電装置１２の直流出力に直列に接続され、さらに系統連系インバータ１に直列に接続される。連系スイッチ３は、系統連系インバータ１の交流出力に直列に接続される。絶縁トランス７は、連系スイッチ３に並列に接続される。電圧維持整流器８は、絶縁トランス７に直列に接続され、その直流出力は風力発電装置１２の直流出力端子に接続される。
【００１１】
風力発電装置１２から出力される直流出力は、バッテリー５を充電するとともに、バッテリー５の直流電圧が上昇すると、直流スイッチ６および系統連系インバータ１を経て系統４に出力される。このとき系統連系インバータ１は、バッテリー５の直流電圧が直流電圧指令Ｖｄｃ＊と同じになるように直流電圧制御されて、発電電力を系統４に出力する。
ここで直流スイッチ６がＯＦＦのときには、バッテリー５が充電されて、バッテリー５の電圧がさらに上昇する。
【００１２】
絶縁トランス７は系統連系インバータ１に並列に接続され、電圧維持整流器８は絶縁トランス７に直列に接続される。電圧維持整流器８の直流出力はバッテリー５の直流端子に接続され、バッテリー５を充電する。ここで絶縁トランス７の変圧比は、バッテリー５の電圧が系統連系インバータ１の直流電圧指令Ｖｄｃ＊よりも低くなると、バッテリー５の自己放電を補うことができるような変圧比に決められる。したがって、バッテリー５の自己放電を補うために接続される絶縁トランス７および電圧維持整流器８の容量は小さくても良い。
【００１３】
この系統連系インバータの直流電圧指令Ｖｄｃ＊よりも低いバッテリーの電圧とは、発電電力を系統４に出力しているときには、絶縁トランス７および電圧維持整流器８と系統連系インバータ１の間で循環電流が流れないような電圧である。例えば、直流電圧指令Ｖｄｃ＊の９５％程度の電圧が望ましい。９５％程度の電圧とした理由は、直流電圧指令Ｖｄｃ＊との間に差があると、バッテリー５の充放電量が大きくなり、バッテリー５の寿命に悪影響を与えるからである。
したがって、風力発電装置１２の直流出力により、バッテリー５の電圧が上昇して直流電圧指令Ｖｄｃ＊以上になって、系統連系インバータ１が出力している状態では、バッテリー５の電圧が高いために、絶縁トランス７および電圧維持整流器８からバッテリー５への電流は流れない。
【００１４】
図２の時間Ｔ１に、図示しない回路より生成される風車システム起動信号がＯＮになると、直流スイッチ６がＯＮになり、ブレーキ１５がＯＦＦになる。風車１１が回って発電を開始すると、バッテリー５の電圧がバッテリー維持電圧Ｖｂよりも上昇して、直流電圧指令Ｖｄｃ＊以上になるので、系統４に出力可能状態になる。系統連系インバータ１は、系統の正常状態を完全に確認した後に、時間Ｔ２で連系スイッチ３をＯＮにして、風車１１からの発電電力を系統４に出力し、バッテリー５の電圧が直流電圧指令Ｖｄｃ＊に保持される。
前記の確認するための時間Ｔｄ（＝Ｔ２−Ｔ１）は、前述した一定投入遅延時間であり、６０秒以上である。
この一定投入遅延時間が６０秒以上と長くても、バッテリー５があるために、ブレーキ１５のＯＦＦ後に風速が急上昇しても、連系インバータ１に印加される電圧が破壊電圧を超えることはない。
【００１５】
図示しない回路より生成される異常信号が時間Ｔ３でＯＮになると、直流スイッチ６および連系スイッチ３がＯＦＦになるとともに、ブレーキ１５がＯＮになり、発電を停止する。この異常信号とは、装置の故障や系統４の異常である。
この直流スイッチ６をＯＦＦにする理由は、系統連系インバータ１の待機電力によりバッテリ５の電圧が減少するのを防止するためである。
時間Ｔ３でブレーキ１５がＯＮになると、発電電力が得られないので、自己放電によりバッテリー５の電圧が減少する。しかし、絶縁トランス７および電圧維持整流器８を経由した充電電流により、バッテリー５の電圧はバッテリー維持電圧Ｖｂに維持される。
【００１６】
図示しない回路より生成される異常信号が時間Ｔ４でＯＦＦになると、直流スイッチ６がＯＮ、ブレーキ１５がＯＦＦになり、風車１１が回って発電を開始する。一定投入遅延時間Ｔｄ後の時間Ｔ５に連系スイッチ３がＯＮになり、発電電力を系統４に出力する。
【００１７】
図示しない回路より生成される風車システム起動信号がＯＦＦになると、直流スイッチ６および連系スイッチ３がＯＦＦ、ブレーキ１５がＯＮになり、系統４への出力および風車１１が停止する。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上、本発明の実施例では、バッテリー５を備えるために、風車ブレーキ１５をＯＦＦした後に風速が急上昇してもバッテリー５の電圧が急上昇することはない。したがって、連系インバータ１も破壊することはない。
この系統連系インバータの接続方法は、通常の発電状態では、バッテリー５は深い充放電を繰り返さないので、容量の小さなバッテリー５で十分である。
バッテリー５の自己放電を補うために接続される絶縁トランス７および電圧維持整流器８の容量は小さくても良い。
さらに、風の無いときには直流スイッチ６を遮断するので、待機電力はバッテリー５の自己放電分のみとなるので、実用上おおいに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の、系統連系インバータの接続方法を説明するための図である。
【図２】本発明の、系統連系インバータの接続方法のシーケンス動作を説明するための図である。
【図３】従来の系統連系インバータの接続方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２０】
１ 系統連系インバータ
２ コンデンサー
３ 連系スイッチ
４ 系統
５ バッテリー
６ 直流スイッチ
７ 絶縁トランス
８ 電圧維持整流器
１１ 風車
１２ 風力発電装置
１３ 永久磁石型発電機
１４ 発電装置整流器
１５ ブレーキ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流出力する風力発電装置に接続される系統連系インバータにおいて、該風力発電装置の直流出力端子に並列にバッテリーを接続し、前記風力発電装置の直流出力に直列に直流スイッチを接続し、該系統連系インバータの交流出力に並列に絶縁トランスを接続し、該絶縁トランスに直列に電圧維持整流器を接続し、該電圧維持整流器の直流出力を前記風力発電装置の直流出力端子に接続することを特徴とする系統連系インバータの接続方法。
【請求項１】
整流出力する風力発電装置に接続される系統連系インバータにおいて、該風力発電装置の直流出力端子に並列にバッテリーを接続し、前記風力発電装置の直流出力に直列に直流スイッチを接続し、該系統連系インバータの交流出力に並列に絶縁トランスを接続し、該絶縁トランスに直列に電圧維持整流器を接続し、該電圧維持整流器の直流出力を前記風力発電装置の直流出力端子に接続することを特徴とする系統連系インバータの接続方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２７１６１３（Ｐ２００８−２７１６１３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０６７２７（Ｐ２００７−１０６７２７）
【出願日】平成１９年４月１６日（２００７．４．１６）
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１６日（２００７．４．１６）
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
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