蓄電装置と発電装置を備えた電源システム及び電源システムの制御方法
【課題】単独運転中の電源回路において、蓄電装置の運転中に、後から電源回路に並列する発電装置の出力電圧に蓄電装置の出力電圧を合わせた後に、電源回路に発電装置を並列する。
【解決手段】電源システムは、電力系統１０１と負荷１３に接続された電源回路１０２と、負荷１３に並列に接続される蓄電装置１１と、負荷１３に並列に接続される発電装置１２からなる。電源回路１０２には、電源回路１０２の電圧、蓄電装置１１の出力電圧及び発電装置１２の出力電圧を検出する電圧検出部３１〜３３がある。電圧検出部３１〜３３の検出結果は、蓄電装置１１の出力電圧を設定する制御部２１に入力される。蓄電装置１１により電力が供給されている電源回路１０２に発電装置１２を接続する場合、制御部２１により蓄電装置１１の出力電圧を発電装置１２の出力電圧に追従させた後に、発電装置１２を接続する。
【解決手段】電源システムは、電力系統１０１と負荷１３に接続された電源回路１０２と、負荷１３に並列に接続される蓄電装置１１と、負荷１３に並列に接続される発電装置１２からなる。電源回路１０２には、電源回路１０２の電圧、蓄電装置１１の出力電圧及び発電装置１２の出力電圧を検出する電圧検出部３１〜３３がある。電圧検出部３１〜３３の検出結果は、蓄電装置１１の出力電圧を設定する制御部２１に入力される。蓄電装置１１により電力が供給されている電源回路１０２に発電装置１２を接続する場合、制御部２１により蓄電装置１１の出力電圧を発電装置１２の出力電圧に追従させた後に、発電装置１２を接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統が停電となっても、電力を供給し続けなければならない負荷に対し、電力を供給するための蓄電装置と発電装置を備えた電源システム及び電源システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、瞬低・停電時に電力を補償し負荷に安定的に供給する電源装置として、原動機などのエネルギー発生手段を有さず、電力貯蔵手段（電気二重層キャパシタ、ＳＭＥＳ、二次電池、フライホイールなど）に蓄えたエネルギーを放出することにより、短時間（数秒〜数時間）運転の継続が可能な蓄電装置がある。また、蓄電装置に比較して長時間の運転継続が可能な電源装置として、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどの原動機と回転式の発電機を有し、燃料がある限り、継続運転が可能な発電装置がある。また、回転機がない燃料電池も長時間の運転継続が可能な発電装置に含まれる。
【０００３】
蓄電装置や発電装置などの電源装置は、補償できる電力に限りがあり、停電した全電力系統の電力全てを補償するのは効率的でない。そのため、ライフライン等の重要負荷に電力を供給するときには、電力系統と重要負荷及び電源装置が含まれる電源回路の間に設けられた開閉装置を開き、電力系統から電源回路を切り離す。そして、切り離した電源回路に対しては、蓄電装置または発電装置あるいは蓄電装置・発電装置双方から電力を供給する。発電装置が発電を開始するまでの間は、蓄電装置から電力を供給する（例えば、特許文献１〜３を参照。）。
【０００４】
このような従来技術の一例を、図６を用いて説明する。図６において、符号１０１は電力系統、１０２は電源回路であり、１、３、４、５は、これら電力系統１０１、電源回路１０２に設けられた開閉装置、２、６、７、８は同じく変圧器である。１１は、電源回路１０２に接続された蓄電装置、１２は同じく発電装置、１３は同じく負荷、２１は蓄電装置１１の制御部である。制御部２１は、電源回路１０２の電圧を電圧検出部３１より入力すると共に、蓄電装置１１の出力電圧を検出部３２より入力して、これら電圧検出部３１、３２の検出値に基づいて蓄電装置１１の出力電圧を制御する。
【０００５】
このような構成のシステムにおいて、電力系統１０１が正常な場合には、電源回路１０２に負荷１３と蓄電装置１１のみが並列されている。発電装置１２は解列され、停止している。負荷１３は電力系統１０１から電力供給を受けている。蓄電装置１１は、蓄電部（例えば二次電池）の蓄電量を計測し、蓄電量が基準値未満であれば電力系統１０１から充電し、蓄電量を基準範囲に維持する。
【０００６】
電力系統１０１で瞬低または短時間停電が起きた場合について説明する。ここで、瞬低または短時間停電とは、蓄電装置１１から負荷１３へ電力供給を継続できる時間よりも短い時間の瞬時電圧低下または停電を指す。電力供給を継続できる時間は、蓄電部の種類、蓄電部の容量によって異なるが、キャパシタの場合は、数秒程度、ＮＡＳ電池の場合は、数時間である。
【０００７】
瞬低または短時間停電が発生する前、電源回路１０２は、電力系統１０１に接続されており、電源回路１０２には、負荷１３と蓄電装置１１のみが並列されている。発電装置１２は解列され、停止している。負荷１３は電力系統から電力供給を受けている。
【０００８】
電力系統１０１で瞬低または停電が起きると、制御部２１は、電源回路１０２の電圧低下を検出し、開閉装置１を開く。そして、電源回路１０２の電圧を基準値近傍に保つために、蓄電装置１１に放電の指令を出し、負荷１３に電力を供給する。この時、蓄電装置１１からの出力電圧は、電力系統１０１が停電していないときに検出部３１より検出した電源回路１０２の電圧である。
【０００９】
瞬低または短時間停電の場合、蓄電量の方が放電量よりも多いので、電力系統１０１の電圧が復帰し開閉装置１が閉入されるまで、電源回路１０２に対する電力供給は、蓄電装置１１により継続することが可能である。電力系統１０１の電圧が復帰し、開閉装置１が閉入されると負荷１３は電力系統１０１から電力供給を受ける。瞬低または短時間停電の場合、発電装置１２を始動する必要はない。
【００１０】
次に、電力系統１０１で長時間停電が起きた場合について説明する。ここで、長時間停電とは、蓄電装置１１から負荷１３へ電力供給を継続できる時間よりも長い時間の停電を指す。長時間停電の場合、蓄電装置１１から負荷１３へ電力供給を継続することができないので、負荷１３へ電力供給を継続するためには、電源１２を始動し、電源回路１０２に並列する必要がある。
【００１１】
長時間停電が発生する前、電源回路１０２は、電力系統１０１に接続されており、電源回路１０２には、負荷１３と蓄電装置１１のみが並列されている。発電装置１２は解列され、停止している。負荷１３は電力系統１０１から電力供給を受けている。
【００１２】
電力系統１０１で停電が起きると、制御部２１は、電源回路１０２の電圧低下を検出し、開閉装置１を開く。そして、電源回路１０２の電圧を基準値近傍に保つために、蓄電装置１１に放電の指令を出し、負荷１３に電力を供給する。この時、蓄電装置１１からの出力電圧は、電力系統１０１が停電していないときに検出部３１より検出した電源回路１０２の電圧とする。
【００１３】
停電時間が基準時間以上になると、発電装置１２に始動指令が出され、発電装置１２が始動する。発電装置１２の始動時間は、一般的に、普通形非常用発電装置で４０秒以下、即時形非常用発電装置で１０秒以下である。発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍になると、開閉装置４を閉入し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する。発電装置１２を並列に接続させることにより、発電装置１２により負荷１３に対して長時間にわたって電力を供給することが可能になる。
【００１４】
【特許文献１】特開平８−１０３０３７
【特許文献２】特開２００１−６１２３８
【特許文献３】特開２００５−２２９７０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のような従来の電源システムでは、蓄電装置１１によって電力を供給されている電源回路１０２に発電装置１２を並列する際に、発電装置１２の出力電圧と蓄電装置１１の出力電圧の位相、振幅及び周波数が合致していれば、発電装置１２と蓄電装置１１の間で電力の授受は無く、電流が流れない。しかし、発電装置１２の出力電圧と蓄電装置１１の出力電圧の位相、電圧振幅、周波数に差があると、発電装置１２と蓄電装置１１の間で電力を授受し、電流が流れる。発電装置１２と蓄電装置１１の出力電圧の位相差、振幅差、周波数差が大きい場合には、この電流値が大きくなり、この電流値が発電装置１２や蓄電装置１１が装備している保護装置の保護レベルを超えると、発電装置１２や蓄電装置１１が保護停止し、運転を継続できなくなり、負荷１３への電力供給を継続できなくなる。
【００１６】
すなわち、蓄電装置１１から電源回路１０２を介して負荷１３に電力を供給している状態で、後から発電装置１２を電源回路１０２に並列する場合、蓄電装置１１の出力電圧と発電装置１３の出力電圧との位相差、振幅差、周波数差によって、蓄電装置１１と発電装置１２の少なくとも一方が過電流となり、蓄電装置１１と発電装置１２の少なくとも一方が保護停止して、運転を継続できなくなる問題点がある。このような問題点は特許文献１〜３に記載されている発明においても同様である。
【００１７】
例えば、図６の従来技術において、蓄電装置１１から電源回路１０２を介して負荷１３に電力を供給している場合、蓄電装置１１の出力電圧は、電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放される前に電圧検出部３１より検出した電源回路１０２の電圧である。一方、後から発電装置１２を電源回路１０２に並列する場合、発電装置１２の出力電圧は、発電装置１２の定格電圧に設定されている。電源回路１０２の電圧は、電力系統１０１の電圧と負荷１３の状態により決まり、一定とは限らないので、発電装置１２の出力電圧と電源回路１０２に電力を供給する蓄電装置１１の出力電圧には差が生じ、電源装置１２と蓄電装置１１との間で横流が流れ、電圧差が大きい場合には、過電流となり運転を継続できないことになる。
【００１８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するため、蓄電装置の運転時において、後から電源回路に並列する発電装置の出力電圧に蓄電装置の出力電圧を合わせた後に、電源回路に発電装置を並列することにより、過電流を抑制し、蓄電装置と発電装置が保護停止することを防ぐことができる電源システム及び電源システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の目的を達成するために、本発明に係る蓄電装置と発電装置を備えた電源システムでは、電力系統及び負荷に接続された電源回路と、前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される蓄電装置と、前記電源回路に対して前記負荷及び蓄電装置と並列に接続される発電装置と、前記電源回路の前記蓄電装置の出力電圧及び前記発電装置の出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部の検出結果から、前記蓄電装置の出力電圧を設定する制御部を備え、前記電源回路が前記電力系統から切り離された後、前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記制御部により前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させた後に、前記発電装置を接続することを特徴とする。
【００２０】
なお、前記のような構成を有する蓄電装置と発電装置を備えた電源システムにおいて、蓄電装置の出力電圧の位相、振幅、周波数の少なくとも１つを発電装置の出力電圧の位相、振幅、周波数の少なくとも１つに追従させた後に、発電装置を接続することを特徴とする蓄電装置と発電装置を備えた電源システムも本発明の一態様である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、蓄電装置及び発電装置の電圧が合った状態で電源回路に発電装置を並列するので、過電流を抑制し、蓄電装置と発電装置が保護停止することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る蓄電装置と発電装置を備えた電源システムの各実施形態について、図１〜５を参照して説明する。
【００２３】
［第１の実施形態］
［構成］
図１は、第１の実施形態における蓄電装置と発電装置を備えた電源システムの基本的な構成を示す構成図である。図１において、符号１０１は電力系統、１０２は電源回路であり、１、３、４、５は、これら電力系統１０１、電源回路１０２に設けられた開閉装置、２、６、７、８は同じく変圧器である。１１は電源回路１０２に接続された蓄電装置、１２は同じく発電装置、１３は同じく負荷、２１は蓄電装置１１の制御部である。この制御部２１は、電源回路１０２の電圧を電圧検出部３１より入力すると共に、蓄電装置１１の出力電圧を検出部３２より入力して、さらに発電装置１２の出力電圧を検出部３３より検出して、これら電圧検出部３１〜３３の検出値に基づいて蓄電装置１１の出力電圧を制御する。
【００２４】
［作用］
前記のような構成を有する第１の実施形態では、電力系統１０１が正常な場合には、負荷１３は、電力系統１０１から開閉装置１と変圧器２を介して電源回路１０２から電力供給を受けている。このとき、開閉装置３は投入された状態であり、開閉装置４は開放された状態である。電源回路１０２には、負荷１３と蓄電装置１１のみが並列されている。発電装置１２は、停止している。蓄電装置１１は、制御装置からの指令値に応じて、電源回路１０２から充電、または、放電している。
【００２５】
電力系統１０１で停電が起きた場合について説明する。電力系統１０１で、停電が発生すると、電源回路１０２の電圧が低下する。この電源回路１０２の電圧低下を制御部２１で検出し、電力系統１０１と電源回路１０２を切り離すため制御部２１が開閉装置１を開放する。開閉装置１を開放した後に、制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧を制御し、低下した電源回路１０２の電圧を回復させる。蓄電装置１１からは、変圧器６、開閉装置３、開閉装置５、変圧器８を介して負荷１３に電力が供給される。電源回路１０２が電力系統１０１から切り離され、単独運転に移行すると、電力系統１０１の電圧が喪失するため、電源回路１０２の電圧を蓄電装置１１の出力電圧の制御目標値とすることができなくなくなる。そのため、制御部２１は、制御部２１の内部で設定された自走用出力電圧指令値を制御目標値として、蓄電装置１１の出力電圧を制御する。
【００２６】
さらに、停電時間が基準時間以上になると、発電装置１２に始動指令が出され、発電装置１２が始動し、発電を開始する。発電装置１２が発電を開始するまでの時間は、一般的に、普通形非常用発電装置で４０秒以下、即時形非常用発電装置で１０秒以下である。発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する条件が成立すると、制御部２１は、蓄電装置１１の出力電圧の制御目標値を自走用出力電圧指令値から電圧検出部３３で検出した発電装置１２の出力電圧値に切替える。
【００２７】
蓄電装置１１の出力電圧は、発電装置１２の出力電圧に追従するので、電源回路１０２の電圧も発電装置１２の出力電圧に追従する。すなわち、開閉装置４の電源回路１０２側の電圧と、発電装置１２側の電圧が一致することになる。蓄電装置１１の出力電圧が発電装置１２の出力電圧に一致した後、開閉装置４を投入し、蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転を開始する。
【００２８】
［効果］
以上のように、蓄電装置１１の出力電圧及び電源回路１０２の電圧を発電装置１２の出力電圧に一致させた後に、開閉装置４を投入するので、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１と発電装置１２の間の電圧差によって、過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転による給電を継続して行うことが可能になる。
【００２９】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態は、制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧の位相を発電装置１２の位相に合わせる手段を有するものである。
【００３０】
図２は、第２の実施形態における電源システムの制御部２１の構成を示す図である。
符号２１は蓄電装置１１の制御部であり、電圧検出部３２からの蓄電装置１１の出力電圧、電圧検出部３３からの発電装置１２の出力電圧及び電圧検出部３１からの電源回路１０２の電圧を入力する。制御部２１に入力された蓄電装置１１の出力電圧は、制御部２１に設けられた振幅演算部２１ａに入力される。振幅演算部２１ａの出力側には加算部２１ｈが設けられ、この加算部２１ｈには、制御部２１に設けられた電圧指令発生部２１ｃの出力が入力される。加算部２１ｈの出力は、電圧振幅制御部２１ｆを介して、三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。
【００３１】
一方、制御部２１に入力された電圧回路１０２の電圧及び発電装置１２の出力電圧は、内部に切替部２１ｄを有する入力電圧切替部２１ｒを介して、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力される。また、位相基準ＰＬＬ２１ｅには後述するＰＬＬ自走運転指令も入力される。ＰＬＬ自走運転指令が入力されると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードに切替わり、自走用位相基準値を出力する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力は、前記三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。三相電圧指令発生部２１ｇの出力は、蓄電装置１１の出力電圧指令として、制御部２１より出力される。
【００３２】
前記位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力されるＰＬＬ自走運転指令は、本実施形態では、図中の論理図に示すように、発電装置並列条件成立のＮＯＴと、発電装置並列運転中のＮＯＴと、電源回路単独運転（開閉装置１の開）とのＡＮＤ条件が成立した場合に出力される。すなわち、図１の開閉装置１が開になって電源回路１０２が電力系統１０１から切り離された状態において、発電装置並列の条件が不成立で、且つ、発電装置が並列運転していない状態（発電装置の投入前）においては、位相基準ＰＬＬ２１ｅにＰＬＬ自走運転指令が入力される。なお、その他の状態においては、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、前記入力電圧切替部２１ｒからの発電装置１２の出力電圧の位相に追従した位相基準値を出力する。
【００３３】
このような構成の制御部２１を有する第２の実施形態では、電力系統１０１が健全で、電源回路１０２が電力系統１０１に連系されているときは、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードであり、電源回路１０２の電圧の位相に追従した位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。一方、電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、電源回路１０２が単独運転になり、蓄電装置１１のみで電源回路１０２に電力を供給する場合は、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードから自走運転モードに切替えられ、自走用位相基準値を出力する。すなわち、電力系統１０１が停電する直前の電源回路１０２の電圧の周波数で変化する自走用位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。三相電圧指令発生部２１ｇでは、位相と振幅から求められる極座標から三相の交流波形を算出する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力である位相基準値と、電圧振幅制御２１ｆの出力である蓄電装置１１の出力電圧の振幅指令値を入力し、三相の出力電圧指令値に変換する。
【００３４】
電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、蓄電装置１１のみで電力を供給している電源回路１０２に発電装置１２を並列する場合には、入力電圧切替部２１ｒの切替部２１ｄで、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力する電圧を、電源回路１０２の電圧から検出部３３で検出した発電装置１２の出力電圧に切替える。
【００３５】
このような構成の制御部２１を有する第２の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する条件が成立すると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードから追従運転モードに切替えられ、発電装置１２の出力電圧位相に追従した位相基準値を出力する。その結果、蓄電装置１１の出力電圧の位相は、発電装置１２の出力電圧の位相に追従し、電源回路１０２の電圧位相と、発電装置１２の電圧位相を合わせた状態で開閉装置４を投入することができるので、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１と発電装置１２との間で過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転による給電を継続して行うことが可能になる。発電装置１２が並列運転を開始した後も、位相基準ＰＬＬ２１eは、追従運転モードを継続するので、蓄電装置１１の出力電圧の位相は、発電装置１２の出力電圧の位相に追従する。
【００３６】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態は、制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧の振幅を発電装置の出力電圧の振幅に合わせる手段を有するものである。
【００３７】
図３は、第３の実施形態における電源システムの制御部２１の構成を示す図である。
符号２１は制御部であり、電圧検出部３２からの蓄電装置１１の出力電圧、電圧検出部３３からの発電装置１２の出力電圧及び電圧検出部３１からの電源回路１０２の電圧を入力する。制御部２１に入力された蓄電装置１１の出力電圧は、制御部２１に設けられた振幅演算部２１ａに入力される。振幅演算部２１ａの出力側には加算部２１ｈが設けられ、加算部２１ｈの出力は、電圧振幅制御部２１ｆを介して、三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。
【００３８】
一方、制御部２１に入力された発電装置１２の出力電圧は、制御部２１に設けられた振幅演算部２１ａに入力される。振幅演算部２１ａの出力は、内部切替部２１ｄを有する振幅指令切替部２１ｑに入力される。この振幅指令切替部２１ｑには、制御部２１に設けられた電圧指令発生部２１ｃの出力も入力される。振幅指令切替部２１ｑの出力側には前記加算部２１ｈが設けられ、加算部２１ｈの出力は、電圧振幅制御部２１ｆを介して、三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。
【００３９】
また、制御部２１に入力された電圧回路１０２の電圧は、制御部２１に設けられた位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力される。位相基準ＰＬＬ２１ｅにはＰＬＬ自走運転指令も入力され、ＰＬＬ自走運転指令が入力されると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードから自走運転モードに切替り、自走用位相基準値を出力する。また、本実施形態においては、第２の実施形態として図２中に論理図として示した上述の論理条件が整った場合に、位相基準ＰＬＬ２１ｅにＰＬＬ自走運転指令を出力すると同時に、振幅指令切替部２１ｑの内部切替部２１ｄを前記電圧指令発生部２１ｃ側に切り替える切替指令も出力する。また、位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力は、前記三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。三相電圧指令発生部２１ｇの出力は、蓄電装置１１に対する出力電圧指令として、制御部２１より出力される。
【００４０】
このような構成の制御部２１を有する第３の実施形態では、電力系統１０１が健全で、電源回路１０２が電力系統１０１に連系されているときは、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードであり、電源回路１０２の電圧の位相に追従した位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。一方、電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、電源回路１０２が単独運転になり、蓄電装置１１のみで電源回路１０２に電力を供給する場合は、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードに切替えられ、自走用位相基準値を出力する。すなわち、電力系統１０１が停電する直前の電源回路１０２の電圧の周波数で変化する自走用位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。三相電圧指令発生部２１ｇでは、位相と振幅から求められる極座標から三相の交流波形を算出する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力である位相基準値と、電圧振幅制御２１ｆの出力である蓄電装置１１の出力電圧の振幅指令値を入力し、三相の電圧指令信号に変換する。
【００４１】
電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、蓄電装置１１のみで電力を供給している電源回路１０２に発電装置１２を並列する場合には、振幅指令切替部２１ｑからの出力を振幅指令切替部２１ｑの内部の切替部２１ｄで、電圧指令発生部２１ｃの出力から発電装置１２の出力電圧の振幅を演算する振幅演算２１ａの出力に切替えて出力する。
【００４２】
電圧振幅制御２１ｆは、電圧指令発生部２１ｃで設定された電圧指令または発電装置１２の出力電圧の振幅を演算する振幅演算２１ａの出力と、蓄電装置１１の出力電圧から振幅演算２１ａで算出した蓄電装置の出力電圧の振幅の差分をとった値を入力し、差分を０にするよう蓄電装置１１の出力電圧指令を操作する。三相電圧指令発生部２１ｇは、位相と振幅で示される極座標から三相の交流波形を算出する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力である位相基準値と、電圧振幅制御２１ｆの出力である蓄電装置１１の出力電圧の振幅指令値を入力し、三相の出力電圧指令値に変換する。
【００４３】
このような構成の制御部２１を有する第３の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する条件が成立すると、電圧振幅制御部２１ｆで、蓄電装置１１の出力電圧の振幅の値と比較する値を、電圧指令発生部２１ｃの出力から発電装置１２の出力電圧が入力される振幅演算部２１ａからの出力に切替えることにより、蓄電装置１１の出力電圧の振幅を電圧指令発生部２１ｃで設定された振幅でなく、発電装置１２の出力電圧の振幅に追従させることができる。
【００４４】
その結果、開閉装置４の投入時に電源回路１０２の電圧の振幅と、発電装置１２の出力電圧の振幅を合わせることができ、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１または発電装置１２との間で過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の複数台による給電を継続して行うことが可能になる。
【００４５】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態は、前記第２と第３の実施形態を組合せたもので、制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧の位相及び振幅を発電装置１２の出力電圧の位相及び振幅に合わせる方法を有するものである。本発明の第４の実施形態の電源システムの構成を図４に示す。なお、前記第２と第３の実施形態と同一の部分の構成については、同一の符号を付し、説明は省略する。
【００４６】
この第４の実施形態において、電力系統１０１が健全で、電源回路１０２が電力系統１０１に連系されているときは、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードであり、電源回路１０２の電圧の位相に追従した位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。一方、電力系統１０１が停電し、蓄電装置１１のみで電源回路１０２に電力を供給する場合は、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードに切替えられ、電力系統１０１が停電する直前の電源回路１０２の電圧の周波数で変化する自走用位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。
【００４７】
電力系統１０１が停電し、蓄電装置１１により電力を供給している電源回路１０２に発電装置１２を並列させる場合には、入力電圧切替部２１ｒの切替部２１ｄで、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力する電圧を、電源回路１０２の電圧から発電装置１２の出力電圧に切替える。同時に、振幅指令切替部２１ｑの切替部２１ｄで、加算部２１ｈに出力する電圧の振幅を、電圧指令発生部２１ｃの出力から、発電装置１２の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部２１ａの出力へ切替える。
【００４８】
このような構成の第４の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列条件が成立すると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードから追従運転モードに切替えられ、発電装置１２の出力電圧位相に追従した位相基準値を出力する。また、制御部２１が出力する蓄電装置１１に対する電圧振幅指令値は、電圧指令発生部２１ｃの出力に基づいて演算された電圧振幅指令値から、振幅演算部２１ａで演算した電源装置１２の出力電圧の振幅に追従した電圧振幅指令値に切替わる。これにより、蓄電装置１１の出力電圧の位相と振幅を発電装置１２の出力電圧の位相と振幅に追従させることができる。
【００４９】
以上のような第４の実施形態によれば、開閉装置４の投入時に電源回路１０２の電圧の位相及び振幅と、発電装置１２の出力電圧の位相及び振幅を合わせることができる。よって、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１または発電装置１２との間で過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転による給電を継続して行うことが可能になる。
【００５０】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態は、第４の実施形態と同様に制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧の位相及び振幅を発電装置の位相及び振幅に合わせる方法を有するものである。第４の実施形態との差異は、第４の実施形態が三相電圧指令発生部２１ｇで、位相と振幅で示される極座標から三相の交流波形を算出していたのに対し、第５の実施形態では、電圧をｄ軸成分及びｑ軸成分に変換した直交座標より三相の交流波形を算出することである。
【００５１】
本発明の第５の実施形態の構成を図５に示す。
符号２１は制御部であり、電圧検出部３２からの蓄電装置１１の出力電圧、電圧検出部３３からの発電装置１２の出力電圧及び電圧検出部３１からの電源回路１０２の電圧を入力する。制御部２１に入力された蓄電装置１１の出力電圧は、制御部２１に設けられたｄｑ軸電圧制御部２１ｔのｄｑ軸電圧演算部２１ｊに入力される。ｄｑ軸電圧演算部２１ｊから出力されるｄ軸電圧及びｑ軸電圧の演算結果の出力側には、それぞれ加算部２１ｈが設けられる。加算部２１ｈの出力は、ｄ軸電圧振幅制御部２１ｍ及びｑ軸電圧振幅制御部２１ｎを介して、三相電圧指令発生部２１ｐに入力される。
【００５２】
一方、制御部２１に入力された電源回路１０２の電圧は、制御部２１に設けられた内部に切替部２１ｄを有する入力電圧切替部２１ｒを介して、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力される。位相基準ＰＬＬ２１ｅにはＰＬＬ自走運転指令も入力され、ＰＬＬ自走運転指令が入力されると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードから自走運転モードに切替り、自走用位相基準値を出力する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力は、前記ｄｑ軸電圧制御部内部のｄｑ軸電圧演算部２１ｊと三相電圧指令発生部２１ｐに入力される。
【００５３】
さらに、制御部２１に入力された発電装置１２の出力電圧は、前記入力電圧切替部２１ｒとｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓに入力される。ｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓの内部には、ｄｑ軸電圧演算部２１ｊが設けられており、ｄｑ軸電圧演算部２１ｊから出力されるｄ軸電圧及びｑ軸電圧の演算結果の出力側には、ｄｑ軸電圧制御部２１ｔの内部にある加算部２１ｈが設けられる。ｄｑ軸電圧制御部２１ｔの内部にある加算部２１ｈの出力は、ｄ軸電圧振幅制御部２１ｍ及びｑ軸電圧振幅制御部２１ｎを介して、三相電圧指令発生部２１ｐに入力される。
【００５４】
この第５の実施形態において、電力系統１０１が健全で、電源回路１０２が電力系統１０１に連系されているときは、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードであり、電源回路電圧１０２の位相に追従した位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｐに出力する。電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、電源回路１０２が単独運転になると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードに切替えられ、電力系統１０１が停電する直前の電源回路１０２の電圧の周波数で変化する位相基準値をｄｑ軸電圧制御部２１ｔの内部にあるｄｑ軸電圧演算部２１ｊと三相電圧指令発生部２１ｐに出力する。
【００５５】
電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、蓄電装置１１のみで電源回路１０２に電力を供給する場合には、ｄｑ軸電圧制御部２１ｔの内部にあるｄｑ軸電圧演算部２１ｊは、位相基準ＰＬＬ２１ｅから出力される位相基準値と蓄電装置１１の出力電圧を入力し、それぞれをｄ軸電圧とｑ軸電圧とに変換する。変換されたｄ軸電圧とｑ軸電圧は、ｄ軸電圧制御部２１ｍとｑ軸電圧制御部２１ｎに入力される。ｄ軸電圧制御部２１ｍは、ｄ軸電圧指令発生部２１ｃｄで設定されたｄ軸電圧指令と蓄電装置ｄ軸電圧の差分をとった値を入力し、差分を０にするように蓄電装置１１の出力電圧指令を操作する。ｑ軸電圧制御部２１ｎは、ｑ軸電圧指令発生部２１ｃｑで設定されたｑ軸電圧指令と蓄電装置ｑ軸電圧の差分をとった値を入力し、差分を０にするように蓄電装置１１の出力電圧指令を操作する。
【００５６】
ここで、三相電圧指令発生部２１ｐにより、ｄ軸、ｑ軸で示される直交座標から三相の交流波形を算出することは、振幅及び位相を算出することと同じことになる。三相電圧指令発生部２１ｐは、位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力である位相基準値と、ｄ軸電圧制御部２１ｍ及びｑ軸電圧制御部２１ｎの出力であるｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を入力し、三相の電圧指令値、すなわち、蓄電装置１１の出力電圧指令に変換する。
【００５７】
以上により、制御部２１は電力系統１０１で停電が発生すると、蓄電装置１１の出力電圧を位相基準ＰＬＬ２１ｅから出力される自走用位相基準値、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値から三相電圧指令発生部２１ｐにより演算された三相交流電圧に制御する。
【００５８】
電力系統１０１が停電し、蓄電装置１１から開閉装置１が開放され、蓄電装置１１のみで電力を供給している電源回路１０２に発電装置１２を並列する場合には、発電装置１２の出力電圧をｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓの内部にあるｄ、ｑ軸に変換するｄｑ演算部２１ｊにより演算する。ｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓでは、切替部２１ｄにより、ｄ軸電圧指令発生部２１ｃｄ及びｑ軸電圧指令発生部２１ｃｑの出力であるｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令からｄｑ電圧演算部２１ｊの演算結果に切替える。また、入力電圧切替部２１ｒの切替部２１ｄで、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力する電圧を、電源回路１０２電圧から発電装置１２から入力した発電装置の出力電圧に切替えて位相基準ＰＬＬ２１ｅに出力する。
【００５９】
このような構成の制御部２１を有する第５の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路に並列する条件が成立すると、ｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓの内部のｄ軸電圧指令発生部２１ｃｄ及びｑ軸電圧指令発生部２１ｃｑで設定したｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令から、ｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓの内部のｄｑ演算部２１ｊで演算した発電装置１２の出力電圧のｄ軸電圧成分及びｑ軸電圧成分に切替えることにより、蓄電装置１１の出力電圧のｄ、ｑ軸成分を、発電装置１２の出力電圧のｄ、ｑ軸成分に追従させる。
【００６０】
ここで、ｄ、ｑ軸成分に変換した直交座標と、振幅及び位相で表される極座標とは、１対１の関係にある。すなわち、ｄ、ｑ軸成分で制御した結果、蓄電装置１１の出力電圧のｄ、ｑ軸成分と発電装置１２の出力電圧のｄ、ｑ軸成分が、それぞれ一致するということは、蓄電装置１１の出力電圧の位相及び振幅と発電装置１２の出力電圧の位相及び振幅が、それぞれ一致することと等価である。
【００６１】
このような制御部２１を有する第５の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する条件が成立すると、蓄電装置１１の出力電圧の位相及び振幅は、発電装置１２の出力電圧の振幅及び位相に追従する。その結果、電源回路１０２の電圧の位相及び振幅を発電装置の出力電圧の位相及び振幅に合わせた状態で開閉装置４を投入できるので、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１と発電装置１２との間で過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転による給電を継続して行うことが可能になる。
【００６２】
［他の実施形態］
また、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のような他の実施形態も包含する。
（ａ）蓄電装置１１の出力電圧は、各実施形態では、図１に示した開閉装置３と変圧器６の間の電圧を検出しているが、変圧器６と蓄電装置１１の間の電圧を用いてもよい。この場合、必要に応じて変圧器６のインピーダンス分による電圧変化分を電圧指令に加味することができる。
【００６３】
（ｂ）発電装置１１の出力電圧は、各実施形態では、図１に示した開閉装置４と変圧器７の間の電圧を検出しているが、変圧器７と発電装置１１の間の電圧を用いてもよい。この場合、必要に応じて変圧器７のインピーダンス分による電圧変化分を電圧指令に加味することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第５の実施形態の構成を示す回路図である。
【図６】従来の電源システムの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０１…電力系統
１０２…電源回路
１、３、４、５…開閉装置
２、６、７、８…変圧器
１１…蓄電装置
１２…発電装置
１３…負荷
２１…制御部
２１ａ…振幅演算部
２１ｃ…電圧指令発生部
２１ｃｄ…ｄ軸電圧指令発生部
２１ｃｑ…ｑ軸電圧指令発生部
２１ｄ…入力電圧切替部
２１ｅ…位相基準ＰＬＬ
２１ｆ…電圧振幅制御部
２１ｇ…三相電圧指令発生部（極座標→三相電圧）
２１ｈ…加算部
２１ｊ…ｄｑ演算部
２１ｍ…ｄ軸電圧制御部
２１ｎ…ｑ軸電圧制御部
２１ｐ…三相電圧指令発生部（ｄｑ軸→三相電圧）
２１ｑ…振幅指令切替部
２１ｒ…入力電圧切替部
２１ｓ…ｄｑ軸電圧指令切替部
２１ｔ…ｄｑ軸電圧制御部
３１、３２、３３…電圧検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統が停電となっても、電力を供給し続けなければならない負荷に対し、電力を供給するための蓄電装置と発電装置を備えた電源システム及び電源システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、瞬低・停電時に電力を補償し負荷に安定的に供給する電源装置として、原動機などのエネルギー発生手段を有さず、電力貯蔵手段（電気二重層キャパシタ、ＳＭＥＳ、二次電池、フライホイールなど）に蓄えたエネルギーを放出することにより、短時間（数秒〜数時間）運転の継続が可能な蓄電装置がある。また、蓄電装置に比較して長時間の運転継続が可能な電源装置として、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどの原動機と回転式の発電機を有し、燃料がある限り、継続運転が可能な発電装置がある。また、回転機がない燃料電池も長時間の運転継続が可能な発電装置に含まれる。
【０００３】
蓄電装置や発電装置などの電源装置は、補償できる電力に限りがあり、停電した全電力系統の電力全てを補償するのは効率的でない。そのため、ライフライン等の重要負荷に電力を供給するときには、電力系統と重要負荷及び電源装置が含まれる電源回路の間に設けられた開閉装置を開き、電力系統から電源回路を切り離す。そして、切り離した電源回路に対しては、蓄電装置または発電装置あるいは蓄電装置・発電装置双方から電力を供給する。発電装置が発電を開始するまでの間は、蓄電装置から電力を供給する（例えば、特許文献１〜３を参照。）。
【０００４】
このような従来技術の一例を、図６を用いて説明する。図６において、符号１０１は電力系統、１０２は電源回路であり、１、３、４、５は、これら電力系統１０１、電源回路１０２に設けられた開閉装置、２、６、７、８は同じく変圧器である。１１は、電源回路１０２に接続された蓄電装置、１２は同じく発電装置、１３は同じく負荷、２１は蓄電装置１１の制御部である。制御部２１は、電源回路１０２の電圧を電圧検出部３１より入力すると共に、蓄電装置１１の出力電圧を検出部３２より入力して、これら電圧検出部３１、３２の検出値に基づいて蓄電装置１１の出力電圧を制御する。
【０００５】
このような構成のシステムにおいて、電力系統１０１が正常な場合には、電源回路１０２に負荷１３と蓄電装置１１のみが並列されている。発電装置１２は解列され、停止している。負荷１３は電力系統１０１から電力供給を受けている。蓄電装置１１は、蓄電部（例えば二次電池）の蓄電量を計測し、蓄電量が基準値未満であれば電力系統１０１から充電し、蓄電量を基準範囲に維持する。
【０００６】
電力系統１０１で瞬低または短時間停電が起きた場合について説明する。ここで、瞬低または短時間停電とは、蓄電装置１１から負荷１３へ電力供給を継続できる時間よりも短い時間の瞬時電圧低下または停電を指す。電力供給を継続できる時間は、蓄電部の種類、蓄電部の容量によって異なるが、キャパシタの場合は、数秒程度、ＮＡＳ電池の場合は、数時間である。
【０００７】
瞬低または短時間停電が発生する前、電源回路１０２は、電力系統１０１に接続されており、電源回路１０２には、負荷１３と蓄電装置１１のみが並列されている。発電装置１２は解列され、停止している。負荷１３は電力系統から電力供給を受けている。
【０００８】
電力系統１０１で瞬低または停電が起きると、制御部２１は、電源回路１０２の電圧低下を検出し、開閉装置１を開く。そして、電源回路１０２の電圧を基準値近傍に保つために、蓄電装置１１に放電の指令を出し、負荷１３に電力を供給する。この時、蓄電装置１１からの出力電圧は、電力系統１０１が停電していないときに検出部３１より検出した電源回路１０２の電圧である。
【０００９】
瞬低または短時間停電の場合、蓄電量の方が放電量よりも多いので、電力系統１０１の電圧が復帰し開閉装置１が閉入されるまで、電源回路１０２に対する電力供給は、蓄電装置１１により継続することが可能である。電力系統１０１の電圧が復帰し、開閉装置１が閉入されると負荷１３は電力系統１０１から電力供給を受ける。瞬低または短時間停電の場合、発電装置１２を始動する必要はない。
【００１０】
次に、電力系統１０１で長時間停電が起きた場合について説明する。ここで、長時間停電とは、蓄電装置１１から負荷１３へ電力供給を継続できる時間よりも長い時間の停電を指す。長時間停電の場合、蓄電装置１１から負荷１３へ電力供給を継続することができないので、負荷１３へ電力供給を継続するためには、電源１２を始動し、電源回路１０２に並列する必要がある。
【００１１】
長時間停電が発生する前、電源回路１０２は、電力系統１０１に接続されており、電源回路１０２には、負荷１３と蓄電装置１１のみが並列されている。発電装置１２は解列され、停止している。負荷１３は電力系統１０１から電力供給を受けている。
【００１２】
電力系統１０１で停電が起きると、制御部２１は、電源回路１０２の電圧低下を検出し、開閉装置１を開く。そして、電源回路１０２の電圧を基準値近傍に保つために、蓄電装置１１に放電の指令を出し、負荷１３に電力を供給する。この時、蓄電装置１１からの出力電圧は、電力系統１０１が停電していないときに検出部３１より検出した電源回路１０２の電圧とする。
【００１３】
停電時間が基準時間以上になると、発電装置１２に始動指令が出され、発電装置１２が始動する。発電装置１２の始動時間は、一般的に、普通形非常用発電装置で４０秒以下、即時形非常用発電装置で１０秒以下である。発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍になると、開閉装置４を閉入し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する。発電装置１２を並列に接続させることにより、発電装置１２により負荷１３に対して長時間にわたって電力を供給することが可能になる。
【００１４】
【特許文献１】特開平８−１０３０３７
【特許文献２】特開２００１−６１２３８
【特許文献３】特開２００５−２２９７０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のような従来の電源システムでは、蓄電装置１１によって電力を供給されている電源回路１０２に発電装置１２を並列する際に、発電装置１２の出力電圧と蓄電装置１１の出力電圧の位相、振幅及び周波数が合致していれば、発電装置１２と蓄電装置１１の間で電力の授受は無く、電流が流れない。しかし、発電装置１２の出力電圧と蓄電装置１１の出力電圧の位相、電圧振幅、周波数に差があると、発電装置１２と蓄電装置１１の間で電力を授受し、電流が流れる。発電装置１２と蓄電装置１１の出力電圧の位相差、振幅差、周波数差が大きい場合には、この電流値が大きくなり、この電流値が発電装置１２や蓄電装置１１が装備している保護装置の保護レベルを超えると、発電装置１２や蓄電装置１１が保護停止し、運転を継続できなくなり、負荷１３への電力供給を継続できなくなる。
【００１６】
すなわち、蓄電装置１１から電源回路１０２を介して負荷１３に電力を供給している状態で、後から発電装置１２を電源回路１０２に並列する場合、蓄電装置１１の出力電圧と発電装置１３の出力電圧との位相差、振幅差、周波数差によって、蓄電装置１１と発電装置１２の少なくとも一方が過電流となり、蓄電装置１１と発電装置１２の少なくとも一方が保護停止して、運転を継続できなくなる問題点がある。このような問題点は特許文献１〜３に記載されている発明においても同様である。
【００１７】
例えば、図６の従来技術において、蓄電装置１１から電源回路１０２を介して負荷１３に電力を供給している場合、蓄電装置１１の出力電圧は、電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放される前に電圧検出部３１より検出した電源回路１０２の電圧である。一方、後から発電装置１２を電源回路１０２に並列する場合、発電装置１２の出力電圧は、発電装置１２の定格電圧に設定されている。電源回路１０２の電圧は、電力系統１０１の電圧と負荷１３の状態により決まり、一定とは限らないので、発電装置１２の出力電圧と電源回路１０２に電力を供給する蓄電装置１１の出力電圧には差が生じ、電源装置１２と蓄電装置１１との間で横流が流れ、電圧差が大きい場合には、過電流となり運転を継続できないことになる。
【００１８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するため、蓄電装置の運転時において、後から電源回路に並列する発電装置の出力電圧に蓄電装置の出力電圧を合わせた後に、電源回路に発電装置を並列することにより、過電流を抑制し、蓄電装置と発電装置が保護停止することを防ぐことができる電源システム及び電源システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の目的を達成するために、本発明に係る蓄電装置と発電装置を備えた電源システムでは、電力系統及び負荷に接続された電源回路と、前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される蓄電装置と、前記電源回路に対して前記負荷及び蓄電装置と並列に接続される発電装置と、前記電源回路の前記蓄電装置の出力電圧及び前記発電装置の出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部の検出結果から、前記蓄電装置の出力電圧を設定する制御部を備え、前記電源回路が前記電力系統から切り離された後、前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記制御部により前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させた後に、前記発電装置を接続することを特徴とする。
【００２０】
なお、前記のような構成を有する蓄電装置と発電装置を備えた電源システムにおいて、蓄電装置の出力電圧の位相、振幅、周波数の少なくとも１つを発電装置の出力電圧の位相、振幅、周波数の少なくとも１つに追従させた後に、発電装置を接続することを特徴とする蓄電装置と発電装置を備えた電源システムも本発明の一態様である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、蓄電装置及び発電装置の電圧が合った状態で電源回路に発電装置を並列するので、過電流を抑制し、蓄電装置と発電装置が保護停止することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る蓄電装置と発電装置を備えた電源システムの各実施形態について、図１〜５を参照して説明する。
【００２３】
［第１の実施形態］
［構成］
図１は、第１の実施形態における蓄電装置と発電装置を備えた電源システムの基本的な構成を示す構成図である。図１において、符号１０１は電力系統、１０２は電源回路であり、１、３、４、５は、これら電力系統１０１、電源回路１０２に設けられた開閉装置、２、６、７、８は同じく変圧器である。１１は電源回路１０２に接続された蓄電装置、１２は同じく発電装置、１３は同じく負荷、２１は蓄電装置１１の制御部である。この制御部２１は、電源回路１０２の電圧を電圧検出部３１より入力すると共に、蓄電装置１１の出力電圧を検出部３２より入力して、さらに発電装置１２の出力電圧を検出部３３より検出して、これら電圧検出部３１〜３３の検出値に基づいて蓄電装置１１の出力電圧を制御する。
【００２４】
［作用］
前記のような構成を有する第１の実施形態では、電力系統１０１が正常な場合には、負荷１３は、電力系統１０１から開閉装置１と変圧器２を介して電源回路１０２から電力供給を受けている。このとき、開閉装置３は投入された状態であり、開閉装置４は開放された状態である。電源回路１０２には、負荷１３と蓄電装置１１のみが並列されている。発電装置１２は、停止している。蓄電装置１１は、制御装置からの指令値に応じて、電源回路１０２から充電、または、放電している。
【００２５】
電力系統１０１で停電が起きた場合について説明する。電力系統１０１で、停電が発生すると、電源回路１０２の電圧が低下する。この電源回路１０２の電圧低下を制御部２１で検出し、電力系統１０１と電源回路１０２を切り離すため制御部２１が開閉装置１を開放する。開閉装置１を開放した後に、制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧を制御し、低下した電源回路１０２の電圧を回復させる。蓄電装置１１からは、変圧器６、開閉装置３、開閉装置５、変圧器８を介して負荷１３に電力が供給される。電源回路１０２が電力系統１０１から切り離され、単独運転に移行すると、電力系統１０１の電圧が喪失するため、電源回路１０２の電圧を蓄電装置１１の出力電圧の制御目標値とすることができなくなくなる。そのため、制御部２１は、制御部２１の内部で設定された自走用出力電圧指令値を制御目標値として、蓄電装置１１の出力電圧を制御する。
【００２６】
さらに、停電時間が基準時間以上になると、発電装置１２に始動指令が出され、発電装置１２が始動し、発電を開始する。発電装置１２が発電を開始するまでの時間は、一般的に、普通形非常用発電装置で４０秒以下、即時形非常用発電装置で１０秒以下である。発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する条件が成立すると、制御部２１は、蓄電装置１１の出力電圧の制御目標値を自走用出力電圧指令値から電圧検出部３３で検出した発電装置１２の出力電圧値に切替える。
【００２７】
蓄電装置１１の出力電圧は、発電装置１２の出力電圧に追従するので、電源回路１０２の電圧も発電装置１２の出力電圧に追従する。すなわち、開閉装置４の電源回路１０２側の電圧と、発電装置１２側の電圧が一致することになる。蓄電装置１１の出力電圧が発電装置１２の出力電圧に一致した後、開閉装置４を投入し、蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転を開始する。
【００２８】
［効果］
以上のように、蓄電装置１１の出力電圧及び電源回路１０２の電圧を発電装置１２の出力電圧に一致させた後に、開閉装置４を投入するので、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１と発電装置１２の間の電圧差によって、過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転による給電を継続して行うことが可能になる。
【００２９】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態は、制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧の位相を発電装置１２の位相に合わせる手段を有するものである。
【００３０】
図２は、第２の実施形態における電源システムの制御部２１の構成を示す図である。
符号２１は蓄電装置１１の制御部であり、電圧検出部３２からの蓄電装置１１の出力電圧、電圧検出部３３からの発電装置１２の出力電圧及び電圧検出部３１からの電源回路１０２の電圧を入力する。制御部２１に入力された蓄電装置１１の出力電圧は、制御部２１に設けられた振幅演算部２１ａに入力される。振幅演算部２１ａの出力側には加算部２１ｈが設けられ、この加算部２１ｈには、制御部２１に設けられた電圧指令発生部２１ｃの出力が入力される。加算部２１ｈの出力は、電圧振幅制御部２１ｆを介して、三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。
【００３１】
一方、制御部２１に入力された電圧回路１０２の電圧及び発電装置１２の出力電圧は、内部に切替部２１ｄを有する入力電圧切替部２１ｒを介して、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力される。また、位相基準ＰＬＬ２１ｅには後述するＰＬＬ自走運転指令も入力される。ＰＬＬ自走運転指令が入力されると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードに切替わり、自走用位相基準値を出力する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力は、前記三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。三相電圧指令発生部２１ｇの出力は、蓄電装置１１の出力電圧指令として、制御部２１より出力される。
【００３２】
前記位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力されるＰＬＬ自走運転指令は、本実施形態では、図中の論理図に示すように、発電装置並列条件成立のＮＯＴと、発電装置並列運転中のＮＯＴと、電源回路単独運転（開閉装置１の開）とのＡＮＤ条件が成立した場合に出力される。すなわち、図１の開閉装置１が開になって電源回路１０２が電力系統１０１から切り離された状態において、発電装置並列の条件が不成立で、且つ、発電装置が並列運転していない状態（発電装置の投入前）においては、位相基準ＰＬＬ２１ｅにＰＬＬ自走運転指令が入力される。なお、その他の状態においては、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、前記入力電圧切替部２１ｒからの発電装置１２の出力電圧の位相に追従した位相基準値を出力する。
【００３３】
このような構成の制御部２１を有する第２の実施形態では、電力系統１０１が健全で、電源回路１０２が電力系統１０１に連系されているときは、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードであり、電源回路１０２の電圧の位相に追従した位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。一方、電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、電源回路１０２が単独運転になり、蓄電装置１１のみで電源回路１０２に電力を供給する場合は、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードから自走運転モードに切替えられ、自走用位相基準値を出力する。すなわち、電力系統１０１が停電する直前の電源回路１０２の電圧の周波数で変化する自走用位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。三相電圧指令発生部２１ｇでは、位相と振幅から求められる極座標から三相の交流波形を算出する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力である位相基準値と、電圧振幅制御２１ｆの出力である蓄電装置１１の出力電圧の振幅指令値を入力し、三相の出力電圧指令値に変換する。
【００３４】
電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、蓄電装置１１のみで電力を供給している電源回路１０２に発電装置１２を並列する場合には、入力電圧切替部２１ｒの切替部２１ｄで、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力する電圧を、電源回路１０２の電圧から検出部３３で検出した発電装置１２の出力電圧に切替える。
【００３５】
このような構成の制御部２１を有する第２の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する条件が成立すると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードから追従運転モードに切替えられ、発電装置１２の出力電圧位相に追従した位相基準値を出力する。その結果、蓄電装置１１の出力電圧の位相は、発電装置１２の出力電圧の位相に追従し、電源回路１０２の電圧位相と、発電装置１２の電圧位相を合わせた状態で開閉装置４を投入することができるので、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１と発電装置１２との間で過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転による給電を継続して行うことが可能になる。発電装置１２が並列運転を開始した後も、位相基準ＰＬＬ２１eは、追従運転モードを継続するので、蓄電装置１１の出力電圧の位相は、発電装置１２の出力電圧の位相に追従する。
【００３６】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態は、制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧の振幅を発電装置の出力電圧の振幅に合わせる手段を有するものである。
【００３７】
図３は、第３の実施形態における電源システムの制御部２１の構成を示す図である。
符号２１は制御部であり、電圧検出部３２からの蓄電装置１１の出力電圧、電圧検出部３３からの発電装置１２の出力電圧及び電圧検出部３１からの電源回路１０２の電圧を入力する。制御部２１に入力された蓄電装置１１の出力電圧は、制御部２１に設けられた振幅演算部２１ａに入力される。振幅演算部２１ａの出力側には加算部２１ｈが設けられ、加算部２１ｈの出力は、電圧振幅制御部２１ｆを介して、三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。
【００３８】
一方、制御部２１に入力された発電装置１２の出力電圧は、制御部２１に設けられた振幅演算部２１ａに入力される。振幅演算部２１ａの出力は、内部切替部２１ｄを有する振幅指令切替部２１ｑに入力される。この振幅指令切替部２１ｑには、制御部２１に設けられた電圧指令発生部２１ｃの出力も入力される。振幅指令切替部２１ｑの出力側には前記加算部２１ｈが設けられ、加算部２１ｈの出力は、電圧振幅制御部２１ｆを介して、三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。
【００３９】
また、制御部２１に入力された電圧回路１０２の電圧は、制御部２１に設けられた位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力される。位相基準ＰＬＬ２１ｅにはＰＬＬ自走運転指令も入力され、ＰＬＬ自走運転指令が入力されると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードから自走運転モードに切替り、自走用位相基準値を出力する。また、本実施形態においては、第２の実施形態として図２中に論理図として示した上述の論理条件が整った場合に、位相基準ＰＬＬ２１ｅにＰＬＬ自走運転指令を出力すると同時に、振幅指令切替部２１ｑの内部切替部２１ｄを前記電圧指令発生部２１ｃ側に切り替える切替指令も出力する。また、位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力は、前記三相電圧指令発生部２１ｇに入力される。三相電圧指令発生部２１ｇの出力は、蓄電装置１１に対する出力電圧指令として、制御部２１より出力される。
【００４０】
このような構成の制御部２１を有する第３の実施形態では、電力系統１０１が健全で、電源回路１０２が電力系統１０１に連系されているときは、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードであり、電源回路１０２の電圧の位相に追従した位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。一方、電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、電源回路１０２が単独運転になり、蓄電装置１１のみで電源回路１０２に電力を供給する場合は、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードに切替えられ、自走用位相基準値を出力する。すなわち、電力系統１０１が停電する直前の電源回路１０２の電圧の周波数で変化する自走用位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。三相電圧指令発生部２１ｇでは、位相と振幅から求められる極座標から三相の交流波形を算出する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力である位相基準値と、電圧振幅制御２１ｆの出力である蓄電装置１１の出力電圧の振幅指令値を入力し、三相の電圧指令信号に変換する。
【００４１】
電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、蓄電装置１１のみで電力を供給している電源回路１０２に発電装置１２を並列する場合には、振幅指令切替部２１ｑからの出力を振幅指令切替部２１ｑの内部の切替部２１ｄで、電圧指令発生部２１ｃの出力から発電装置１２の出力電圧の振幅を演算する振幅演算２１ａの出力に切替えて出力する。
【００４２】
電圧振幅制御２１ｆは、電圧指令発生部２１ｃで設定された電圧指令または発電装置１２の出力電圧の振幅を演算する振幅演算２１ａの出力と、蓄電装置１１の出力電圧から振幅演算２１ａで算出した蓄電装置の出力電圧の振幅の差分をとった値を入力し、差分を０にするよう蓄電装置１１の出力電圧指令を操作する。三相電圧指令発生部２１ｇは、位相と振幅で示される極座標から三相の交流波形を算出する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力である位相基準値と、電圧振幅制御２１ｆの出力である蓄電装置１１の出力電圧の振幅指令値を入力し、三相の出力電圧指令値に変換する。
【００４３】
このような構成の制御部２１を有する第３の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する条件が成立すると、電圧振幅制御部２１ｆで、蓄電装置１１の出力電圧の振幅の値と比較する値を、電圧指令発生部２１ｃの出力から発電装置１２の出力電圧が入力される振幅演算部２１ａからの出力に切替えることにより、蓄電装置１１の出力電圧の振幅を電圧指令発生部２１ｃで設定された振幅でなく、発電装置１２の出力電圧の振幅に追従させることができる。
【００４４】
その結果、開閉装置４の投入時に電源回路１０２の電圧の振幅と、発電装置１２の出力電圧の振幅を合わせることができ、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１または発電装置１２との間で過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の複数台による給電を継続して行うことが可能になる。
【００４５】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態は、前記第２と第３の実施形態を組合せたもので、制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧の位相及び振幅を発電装置１２の出力電圧の位相及び振幅に合わせる方法を有するものである。本発明の第４の実施形態の電源システムの構成を図４に示す。なお、前記第２と第３の実施形態と同一の部分の構成については、同一の符号を付し、説明は省略する。
【００４６】
この第４の実施形態において、電力系統１０１が健全で、電源回路１０２が電力系統１０１に連系されているときは、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードであり、電源回路１０２の電圧の位相に追従した位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。一方、電力系統１０１が停電し、蓄電装置１１のみで電源回路１０２に電力を供給する場合は、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードに切替えられ、電力系統１０１が停電する直前の電源回路１０２の電圧の周波数で変化する自走用位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｇに出力する。
【００４７】
電力系統１０１が停電し、蓄電装置１１により電力を供給している電源回路１０２に発電装置１２を並列させる場合には、入力電圧切替部２１ｒの切替部２１ｄで、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力する電圧を、電源回路１０２の電圧から発電装置１２の出力電圧に切替える。同時に、振幅指令切替部２１ｑの切替部２１ｄで、加算部２１ｈに出力する電圧の振幅を、電圧指令発生部２１ｃの出力から、発電装置１２の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部２１ａの出力へ切替える。
【００４８】
このような構成の第４の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列条件が成立すると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードから追従運転モードに切替えられ、発電装置１２の出力電圧位相に追従した位相基準値を出力する。また、制御部２１が出力する蓄電装置１１に対する電圧振幅指令値は、電圧指令発生部２１ｃの出力に基づいて演算された電圧振幅指令値から、振幅演算部２１ａで演算した電源装置１２の出力電圧の振幅に追従した電圧振幅指令値に切替わる。これにより、蓄電装置１１の出力電圧の位相と振幅を発電装置１２の出力電圧の位相と振幅に追従させることができる。
【００４９】
以上のような第４の実施形態によれば、開閉装置４の投入時に電源回路１０２の電圧の位相及び振幅と、発電装置１２の出力電圧の位相及び振幅を合わせることができる。よって、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１または発電装置１２との間で過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転による給電を継続して行うことが可能になる。
【００５０】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態は、第４の実施形態と同様に制御部２１が蓄電装置１１の出力電圧の位相及び振幅を発電装置の位相及び振幅に合わせる方法を有するものである。第４の実施形態との差異は、第４の実施形態が三相電圧指令発生部２１ｇで、位相と振幅で示される極座標から三相の交流波形を算出していたのに対し、第５の実施形態では、電圧をｄ軸成分及びｑ軸成分に変換した直交座標より三相の交流波形を算出することである。
【００５１】
本発明の第５の実施形態の構成を図５に示す。
符号２１は制御部であり、電圧検出部３２からの蓄電装置１１の出力電圧、電圧検出部３３からの発電装置１２の出力電圧及び電圧検出部３１からの電源回路１０２の電圧を入力する。制御部２１に入力された蓄電装置１１の出力電圧は、制御部２１に設けられたｄｑ軸電圧制御部２１ｔのｄｑ軸電圧演算部２１ｊに入力される。ｄｑ軸電圧演算部２１ｊから出力されるｄ軸電圧及びｑ軸電圧の演算結果の出力側には、それぞれ加算部２１ｈが設けられる。加算部２１ｈの出力は、ｄ軸電圧振幅制御部２１ｍ及びｑ軸電圧振幅制御部２１ｎを介して、三相電圧指令発生部２１ｐに入力される。
【００５２】
一方、制御部２１に入力された電源回路１０２の電圧は、制御部２１に設けられた内部に切替部２１ｄを有する入力電圧切替部２１ｒを介して、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力される。位相基準ＰＬＬ２１ｅにはＰＬＬ自走運転指令も入力され、ＰＬＬ自走運転指令が入力されると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードから自走運転モードに切替り、自走用位相基準値を出力する。位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力は、前記ｄｑ軸電圧制御部内部のｄｑ軸電圧演算部２１ｊと三相電圧指令発生部２１ｐに入力される。
【００５３】
さらに、制御部２１に入力された発電装置１２の出力電圧は、前記入力電圧切替部２１ｒとｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓに入力される。ｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓの内部には、ｄｑ軸電圧演算部２１ｊが設けられており、ｄｑ軸電圧演算部２１ｊから出力されるｄ軸電圧及びｑ軸電圧の演算結果の出力側には、ｄｑ軸電圧制御部２１ｔの内部にある加算部２１ｈが設けられる。ｄｑ軸電圧制御部２１ｔの内部にある加算部２１ｈの出力は、ｄ軸電圧振幅制御部２１ｍ及びｑ軸電圧振幅制御部２１ｎを介して、三相電圧指令発生部２１ｐに入力される。
【００５４】
この第５の実施形態において、電力系統１０１が健全で、電源回路１０２が電力系統１０１に連系されているときは、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、追従運転モードであり、電源回路電圧１０２の位相に追従した位相基準値を三相電圧指令発生部２１ｐに出力する。電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、電源回路１０２が単独運転になると、位相基準ＰＬＬ２１ｅは、自走運転モードに切替えられ、電力系統１０１が停電する直前の電源回路１０２の電圧の周波数で変化する位相基準値をｄｑ軸電圧制御部２１ｔの内部にあるｄｑ軸電圧演算部２１ｊと三相電圧指令発生部２１ｐに出力する。
【００５５】
電力系統１０１が停電し、開閉装置１が開放され、蓄電装置１１のみで電源回路１０２に電力を供給する場合には、ｄｑ軸電圧制御部２１ｔの内部にあるｄｑ軸電圧演算部２１ｊは、位相基準ＰＬＬ２１ｅから出力される位相基準値と蓄電装置１１の出力電圧を入力し、それぞれをｄ軸電圧とｑ軸電圧とに変換する。変換されたｄ軸電圧とｑ軸電圧は、ｄ軸電圧制御部２１ｍとｑ軸電圧制御部２１ｎに入力される。ｄ軸電圧制御部２１ｍは、ｄ軸電圧指令発生部２１ｃｄで設定されたｄ軸電圧指令と蓄電装置ｄ軸電圧の差分をとった値を入力し、差分を０にするように蓄電装置１１の出力電圧指令を操作する。ｑ軸電圧制御部２１ｎは、ｑ軸電圧指令発生部２１ｃｑで設定されたｑ軸電圧指令と蓄電装置ｑ軸電圧の差分をとった値を入力し、差分を０にするように蓄電装置１１の出力電圧指令を操作する。
【００５６】
ここで、三相電圧指令発生部２１ｐにより、ｄ軸、ｑ軸で示される直交座標から三相の交流波形を算出することは、振幅及び位相を算出することと同じことになる。三相電圧指令発生部２１ｐは、位相基準ＰＬＬ２１ｅの出力である位相基準値と、ｄ軸電圧制御部２１ｍ及びｑ軸電圧制御部２１ｎの出力であるｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を入力し、三相の電圧指令値、すなわち、蓄電装置１１の出力電圧指令に変換する。
【００５７】
以上により、制御部２１は電力系統１０１で停電が発生すると、蓄電装置１１の出力電圧を位相基準ＰＬＬ２１ｅから出力される自走用位相基準値、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値から三相電圧指令発生部２１ｐにより演算された三相交流電圧に制御する。
【００５８】
電力系統１０１が停電し、蓄電装置１１から開閉装置１が開放され、蓄電装置１１のみで電力を供給している電源回路１０２に発電装置１２を並列する場合には、発電装置１２の出力電圧をｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓの内部にあるｄ、ｑ軸に変換するｄｑ演算部２１ｊにより演算する。ｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓでは、切替部２１ｄにより、ｄ軸電圧指令発生部２１ｃｄ及びｑ軸電圧指令発生部２１ｃｑの出力であるｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令からｄｑ電圧演算部２１ｊの演算結果に切替える。また、入力電圧切替部２１ｒの切替部２１ｄで、位相基準ＰＬＬ２１ｅに入力する電圧を、電源回路１０２電圧から発電装置１２から入力した発電装置の出力電圧に切替えて位相基準ＰＬＬ２１ｅに出力する。
【００５９】
このような構成の制御部２１を有する第５の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路に並列する条件が成立すると、ｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓの内部のｄ軸電圧指令発生部２１ｃｄ及びｑ軸電圧指令発生部２１ｃｑで設定したｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令から、ｄｑ軸電圧指令切替部２１ｓの内部のｄｑ演算部２１ｊで演算した発電装置１２の出力電圧のｄ軸電圧成分及びｑ軸電圧成分に切替えることにより、蓄電装置１１の出力電圧のｄ、ｑ軸成分を、発電装置１２の出力電圧のｄ、ｑ軸成分に追従させる。
【００６０】
ここで、ｄ、ｑ軸成分に変換した直交座標と、振幅及び位相で表される極座標とは、１対１の関係にある。すなわち、ｄ、ｑ軸成分で制御した結果、蓄電装置１１の出力電圧のｄ、ｑ軸成分と発電装置１２の出力電圧のｄ、ｑ軸成分が、それぞれ一致するということは、蓄電装置１１の出力電圧の位相及び振幅と発電装置１２の出力電圧の位相及び振幅が、それぞれ一致することと等価である。
【００６１】
このような制御部２１を有する第５の実施形態では、発電装置１２の回転速度が定格回転速度近傍になり、電圧が定格電圧近傍に達し、発電装置１２を電源回路１０２に並列する条件が成立すると、蓄電装置１１の出力電圧の位相及び振幅は、発電装置１２の出力電圧の振幅及び位相に追従する。その結果、電源回路１０２の電圧の位相及び振幅を発電装置の出力電圧の位相及び振幅に合わせた状態で開閉装置４を投入できるので、開閉装置４の投入時に蓄電装置１１と発電装置１２との間で過電流が流れることが無い。このため、蓄電装置１１または発電装置１２の保護装置が作動することが無く、負荷１３に対して蓄電装置１１と発電装置１２の並列運転による給電を継続して行うことが可能になる。
【００６２】
［他の実施形態］
また、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のような他の実施形態も包含する。
（ａ）蓄電装置１１の出力電圧は、各実施形態では、図１に示した開閉装置３と変圧器６の間の電圧を検出しているが、変圧器６と蓄電装置１１の間の電圧を用いてもよい。この場合、必要に応じて変圧器６のインピーダンス分による電圧変化分を電圧指令に加味することができる。
【００６３】
（ｂ）発電装置１１の出力電圧は、各実施形態では、図１に示した開閉装置４と変圧器７の間の電圧を検出しているが、変圧器７と発電装置１１の間の電圧を用いてもよい。この場合、必要に応じて変圧器７のインピーダンス分による電圧変化分を電圧指令に加味することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第５の実施形態の構成を示す回路図である。
【図６】従来の電源システムの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０１…電力系統
１０２…電源回路
１、３、４、５…開閉装置
２、６、７、８…変圧器
１１…蓄電装置
１２…発電装置
１３…負荷
２１…制御部
２１ａ…振幅演算部
２１ｃ…電圧指令発生部
２１ｃｄ…ｄ軸電圧指令発生部
２１ｃｑ…ｑ軸電圧指令発生部
２１ｄ…入力電圧切替部
２１ｅ…位相基準ＰＬＬ
２１ｆ…電圧振幅制御部
２１ｇ…三相電圧指令発生部（極座標→三相電圧）
２１ｈ…加算部
２１ｊ…ｄｑ演算部
２１ｍ…ｄ軸電圧制御部
２１ｎ…ｑ軸電圧制御部
２１ｐ…三相電圧指令発生部（ｄｑ軸→三相電圧）
２１ｑ…振幅指令切替部
２１ｒ…入力電圧切替部
２１ｓ…ｄｑ軸電圧指令切替部
２１ｔ…ｄｑ軸電圧制御部
３１、３２、３３…電圧検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統及び負荷に接続された電源回路と、
前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される蓄電装置と、
前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される発電装置と、
前記電源回路の前記蓄電装置の出力電圧及び前記発電装置の出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の検出結果から、前記蓄電装置の出力電圧を制御する制御部を備えた電源システムにおいて、
前記電源回路が前記電力系統から切離された後、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、
前記制御部により前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させた後に、前記発電装置を接続することを特徴とする蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項２】
前記制御部は、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記蓄電装置の出力電圧の位相を前記発電装置の出力電圧の位相に追従させることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記蓄電装置の出力電圧の振幅を前記発電装置の出力電圧の振幅に追従させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項４】
前記制御部は、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記蓄電装置の出力電圧の周波数を前記発電装置の出力電圧の周波数に追従させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項５】
前記制御部は、
入力電圧切替部により切り替えられる電源回路電圧または発電装置の出力電圧により前記蓄電装置の出力電圧の位相基準を決定する位相基準ＰＬＬと、
前記位相基準ＰＬＬの位相基準情報に基づいて、蓄電装置の三相出力電圧の指令値を出力する三相電圧指令発生部を備えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項６】
前記制御部は、
蓄電装置の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部と、
予め決定された振幅の指令を出力する電圧指令発生部と、
発電装置の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部と、
加算部に入力する振幅の情報を前記電圧指令発生部の出力と発電装置の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部の出力とで切り替える振幅指令切替部と、
前記蓄電装置の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部と前記振幅指令切替部の出力の差分を計算する加算部と、
前記加算部で計算した差分を０にするように前記蓄電装置の出力電圧の振幅を決定する電圧振幅制御部と、
前記電圧振幅制御部の電圧振幅情報により、蓄電装置の三相出力電圧の指令値を出力する三相電圧指令発生部を備えることを特徴とする請求項３または請求項５に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項７】
前記制御部は、
蓄電装置の出力電圧のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を演算するｄｑ軸演算部と、
予め決定されたｄ軸電圧の指令値を出力するｄ軸電圧指令発生部と、
予め決定されたｑ軸電圧の指令値を出力するｑ軸電圧指令発生部と、
発電装置の出力電圧のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を演算するｄｑ軸演算部と、
加算部に入力するｄ軸電圧及びｑ軸電圧の情報を前記ｄ軸電圧指令発生部及びｑ軸電圧指令発生部の出力と発電装置の出力電圧のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を演算するｄｑ軸演算部の出力とで切り替えるｄｑ軸電圧指令切替部と、
前記蓄電装置の出力電圧のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を演算するｄｑ軸演算部と前記ｄｑ軸電圧指令切替部の出力の差分を計算する加算部と、
前記加算部で計算した差分を０にするように蓄電装置の出力電圧のｄ軸電圧を決定するｄ軸電圧制御部と、
前記加算部で計算した差分を０にするように蓄電装置の出力電圧のｑ軸電圧を決定するｑ軸電圧制御部と、
入力電圧切替部により切り替えられる電源回路電圧または発電装置の出力電圧により前記蓄電装置の出力電圧の位相基準を決定する位相基準ＰＬＬと、
前記ｄ軸電圧制御部及びｑ軸電圧制御部と前記位相基準ＰＬＬとの情報により、蓄電装置の出力電圧の指令値を出力する三相電圧指令発生部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項８】
電力系統及び負荷に接続された電源回路と、
前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される蓄電装置と、
前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される発電装置と、
を備える電源システムの制御方法において、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させた後に、前記発電装置を接続することを特徴とする電源システムの制御方法。
【請求項９】
前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させるにあたり、前記蓄電装置の出力電圧の位相を前記発電装置の出力電圧の位相に追従させることを特徴とする請求項８に記載の電源システムの制御方法。
【請求項１０】
前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させるにあたり、前記蓄電装置の出力電圧の振幅を前記発電装置の出力電圧の振幅に追従させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の電源システムの制御方法。
【請求項１１】
前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させるにあたり、前記蓄電装置の出力電圧の周波数を前記発電装置の出力電圧の周波数に追従させることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の電源システムの制御方法。
【請求項１】
電力系統及び負荷に接続された電源回路と、
前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される蓄電装置と、
前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される発電装置と、
前記電源回路の前記蓄電装置の出力電圧及び前記発電装置の出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の検出結果から、前記蓄電装置の出力電圧を制御する制御部を備えた電源システムにおいて、
前記電源回路が前記電力系統から切離された後、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、
前記制御部により前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させた後に、前記発電装置を接続することを特徴とする蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項２】
前記制御部は、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記蓄電装置の出力電圧の位相を前記発電装置の出力電圧の位相に追従させることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記蓄電装置の出力電圧の振幅を前記発電装置の出力電圧の振幅に追従させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項４】
前記制御部は、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記蓄電装置の出力電圧の周波数を前記発電装置の出力電圧の周波数に追従させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項５】
前記制御部は、
入力電圧切替部により切り替えられる電源回路電圧または発電装置の出力電圧により前記蓄電装置の出力電圧の位相基準を決定する位相基準ＰＬＬと、
前記位相基準ＰＬＬの位相基準情報に基づいて、蓄電装置の三相出力電圧の指令値を出力する三相電圧指令発生部を備えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項６】
前記制御部は、
蓄電装置の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部と、
予め決定された振幅の指令を出力する電圧指令発生部と、
発電装置の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部と、
加算部に入力する振幅の情報を前記電圧指令発生部の出力と発電装置の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部の出力とで切り替える振幅指令切替部と、
前記蓄電装置の出力電圧の振幅を演算する振幅演算部と前記振幅指令切替部の出力の差分を計算する加算部と、
前記加算部で計算した差分を０にするように前記蓄電装置の出力電圧の振幅を決定する電圧振幅制御部と、
前記電圧振幅制御部の電圧振幅情報により、蓄電装置の三相出力電圧の指令値を出力する三相電圧指令発生部を備えることを特徴とする請求項３または請求項５に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項７】
前記制御部は、
蓄電装置の出力電圧のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を演算するｄｑ軸演算部と、
予め決定されたｄ軸電圧の指令値を出力するｄ軸電圧指令発生部と、
予め決定されたｑ軸電圧の指令値を出力するｑ軸電圧指令発生部と、
発電装置の出力電圧のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を演算するｄｑ軸演算部と、
加算部に入力するｄ軸電圧及びｑ軸電圧の情報を前記ｄ軸電圧指令発生部及びｑ軸電圧指令発生部の出力と発電装置の出力電圧のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を演算するｄｑ軸演算部の出力とで切り替えるｄｑ軸電圧指令切替部と、
前記蓄電装置の出力電圧のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を演算するｄｑ軸演算部と前記ｄｑ軸電圧指令切替部の出力の差分を計算する加算部と、
前記加算部で計算した差分を０にするように蓄電装置の出力電圧のｄ軸電圧を決定するｄ軸電圧制御部と、
前記加算部で計算した差分を０にするように蓄電装置の出力電圧のｑ軸電圧を決定するｑ軸電圧制御部と、
入力電圧切替部により切り替えられる電源回路電圧または発電装置の出力電圧により前記蓄電装置の出力電圧の位相基準を決定する位相基準ＰＬＬと、
前記ｄ軸電圧制御部及びｑ軸電圧制御部と前記位相基準ＰＬＬとの情報により、蓄電装置の出力電圧の指令値を出力する三相電圧指令発生部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電装置と発電装置を備えた電源システム。
【請求項８】
電力系統及び負荷に接続された電源回路と、
前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される蓄電装置と、
前記電源回路に対して前記負荷と並列に接続される発電装置と、
を備える電源システムの制御方法において、
前記蓄電装置により電力が供給されている前記電源回路に前記発電装置を接続する場合、前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させた後に、前記発電装置を接続することを特徴とする電源システムの制御方法。
【請求項９】
前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させるにあたり、前記蓄電装置の出力電圧の位相を前記発電装置の出力電圧の位相に追従させることを特徴とする請求項８に記載の電源システムの制御方法。
【請求項１０】
前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させるにあたり、前記蓄電装置の出力電圧の振幅を前記発電装置の出力電圧の振幅に追従させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の電源システムの制御方法。
【請求項１１】
前記蓄電装置の出力電圧を前記発電装置の出力電圧に追従させるにあたり、前記蓄電装置の出力電圧の周波数を前記発電装置の出力電圧の周波数に追従させることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の電源システムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１１５０９７（Ｐ２０１０−１１５０９７Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８８１６４（Ｐ２００８−２８８１６４）
【出願日】平成２０年１１月１０日（２００８．１１．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１０日（２００８．１１．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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