電力供給システムおよび電力変換装置
【課題】電力変換器の容量の増大を抑制することを可能とする、電力供給システム、および同電力供給システム用途の電力変換装置を実現する。
【解決手段】電力供給システム１０は、電圧型インバータ１と電力系統２との間に直列に接続されており、かつ、連系リアクトル７および８を備える連系リアクトル回路３を備える。連系リアクトル回路３のリアクタンスは、自立運転を行う場合において、系統連系運転を行う場合よりも小さくする。
【解決手段】電力供給システム１０は、電圧型インバータ１と電力系統２との間に直列に接続されており、かつ、連系リアクトル７および８を備える連系リアクトル回路３を備える。連系リアクトル回路３のリアクタンスは、自立運転を行う場合において、系統連系運転を行う場合よりも小さくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換器および電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを行う電力供給システム、および同電力供給システム用途の電力変換装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３には、インバータまたは交流電源と負荷との間にリアクトルを備え、大電流出力時における該リアクトルのリアクタンスと、小電流出力時における該リアクトルのリアクタンスとを切り替える技術が開示されている。
【０００３】
上記技術に係る具体例として、図６には、特許文献１に開示されている太陽光発電システムの概略構成を示した。
【０００４】
図６に示す太陽光発電システム６０は、スイッチ部（インバータ）６１の出力電流の増減に従って、開閉器６２および６３を操作して、フィルタコイル６４内のインダクタ６５〜６７によるインダクタンスを増減させる構成である。太陽光発電システム６０は、該出力電流の増加でインダクタンスを小さくして、該出力電流に見合ったフィルタ効果を得ることができるため、電流の増減に関わらず電流の歪みを抑制することができる。
【０００５】
ところで、従来、インバータ（電力変換器）および電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、インバータから負荷に電力を供給する自立運転とを行う電力供給システムが知られている。
【０００６】
以下、上記電力供給システムについての説明を行う。
【０００７】
まずは、系統連系運転の概要について、図７を参照して説明する。
【０００８】
図７は、電圧型インバータ７１と電力系統７２とを、連系リアクトル７３を介して接続して構成された、系統連系運転を行うための一般的なシステム７０の一例を示す図である。
【０００９】
電圧型インバータ７１を、連系リアクトル７３を介して電力系統７２に接続した場合の、電圧型インバータ７１の出力電圧と電力系統７２の系統電圧との関係は、下記の数式（１）によって表される。なお、以下、▲ＶＩ・▼は電圧型インバータ７１の出力電圧（ベクトル）であり、▲ＶＳ・▼は電力系統７２の系統電圧（ベクトル）であり、Ｘは連系リアクトル７３のリアクタンスである。
【００１０】
▲ＶＩ・▼＝ｋ・▲ＶＳ・▼（ｃｏｓφ＋ｊｓｉｎφ） ・・・（１）
なお、ｋは電力系統７２の系統電圧▲ＶＳ・▼の振幅Ｖｓに対する、電圧型インバータ７１の出力電圧▲ＶＩ・▼の振幅Ｖｉを制御するための所定の定数であり、ｊは虚数単位である。
【００１１】
このとき、電圧型インバータ７１と電力系統７２との間でやりとりされる電力は、有効電力Ｐが下記の数式（２）によって、無効電力Ｑが下記の数式（３）によって、それぞれ表される。
【００１２】
Ｐ＝ｋ・▲ＶＳ・▼＾２・φ／Ｘ ・・・（２）
Ｑ＝（ｋ・ｃｏｓφ−１）▲ＶＳ・▼＾２／Ｘ ・・・（３）
ここで、φは、電圧型インバータ７１の出力電圧▲ＶＩ・▼と、電力系統７２の系統電圧▲ＶＳ・▼との位相差を示しているが、通常非常に小さい値である。これにより、上記の数式（３）のｃｏｓφの変化は、振幅Ｖｓの変化に対して非常に小さくなる。従って、無効電力Ｑの制御は定数ｋを変化させる（振幅Ｖｉを制御する）ことで行う一方、有効電力Ｐの制御は位相差φを変化させることで行うのが一般的である。
【００１３】
また、連系リアクトル７３のリアクタンスＸを大きくすると、電力系統７２の系統電圧▲ＶＳ・▼の過渡変動に対して、電圧型インバータ７１の過電流が小さくなる。結果、電圧型インバータ７１の出力電流の制御は容易となる。
【００１４】
但し、上記の数式（１）および（３）から明らかであるとおり、連系リアクトル７３のリアクタンスＸを大きくすると、無効電力Ｑの制御に際して、電圧型インバータ７１の出力電圧▲ＶＩ・▼の振幅Ｖｉを大きく変化させる必要が生じる。そして、振幅Ｖｉを大きく変化させるべく、振幅Ｖｉの可変幅を大きくすると、振幅Ｖｉの最大値を増大させる必要があり、これに伴い、電圧型インバータ７１の容量が増大する。
【００１５】
以上のメリットおよびデメリットを考慮すると、連系リアクトル７３のリアクタンスＸは、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの、５〜１５％程度の値とされるのが一般的である。
【００１６】
なお、本願明細書では、全般に渡って、インピーダンスをパーセントインピーダンスで表記しており、リアクタンスをパーセントリアクタンスで表記している。
【００１７】
例えば、連系リアクトル７３のリアクタンスＸを、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの１０％の値とした場合について考える。この場合、電力系統７２にて、定格電圧に対して−１０〜＋１０％の系統電圧▲ＶＳ・▼の過渡変動が発生すると、電圧型インバータ７１からは、定格電流に対して−１００〜＋１００％の過電流が流れることとなる（但し、電圧型インバータ７１の出力電流の制御を行わない場合）。
【００１８】
以上、系統連系運転の概要について説明した。
【００１９】
ところで、近年、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池に代表される、新型二次電池の性能が、著しく向上している。この新型二次電池は、短時間に大容量の放電が可能であるという特性を有している。
【００２０】
そして、上記系統連系運転において、上記新型二次電池の特性を好適に利用したシステムとして、図８に示す電力供給システム８０が考えられている。
【００２１】
図８に示す電力供給システム８０は、図７に示すシステム７０に対して、電圧型インバータ７１に電池（新型二次電池）７４を接続し、電力系統７２と連系リアクトル７３との間にスイッチ７５を直列接続し、連系リアクトル７３とスイッチ７５との間に負荷７６を並列接続して構成されたシステムである。
【００２２】
電力供給システム８０は、電力系統７２の正常時に、系統連系運転により電池７４の放電による負荷７６の平準化を行う一方、電力系統７２の異常時に、電圧型インバータ７１による自立運転により負荷７６への電力供給を継続する、多機能な電池電力貯蔵システムの一例である。ここで、負荷の平準化とは、電力消費が少なく、かつ電力料金が昼間より安い夜間に電池の充電を行い、電力消費が大きい昼間に、充電された電池から負荷に対する放電を行う動作である。
【００２３】
すなわち、電力供給システム８０は、電力系統７２が正常に負荷７６に対する電力供給を行っている場合に、電池７４の放電による電力のピークカットを行う。具体的に、この場合、電力供給システム８０は、スイッチ７５を閉じた状態で、負荷７６に供給すべき電力が、電力会社との契約電力量を超過する分を補うように、電池７４から電流を放電する。このとき放電する電流の値は、数Ｃ程度、例えば１Ｃ〜２Ｃ程度である。なお、「１Ｃ」とは、公称容量値に相当する容量を有する電池のセルから、定電流による放電を行ったときに、ちょうど１時間で放電が完了する電流値を意味する。また、「ｙＣ」とは、１Ｃに相当する電流値のｙ倍の電流値を意味する（ｙは任意の値）。このように、電力供給システム８０は、電力系統７２が正常に負荷７６に対する電力供給を行っている場合に、電圧型インバータ７１および電力系統７２から負荷７６に電力を供給する系統連系運転を行う。
【００２４】
一方、電力供給システム８０は、電力系統７２における瞬時電圧低下（以下、「瞬低」と称する）または停電に起因して、電力系統７２による負荷７６に対する電力供給に異常が発生した場合に、電圧型インバータ７１が単独で負荷７６に電力を供給する。具体的に、この場合、電力供給システム８０は、スイッチ７５が開放されて（開かれて）、電池７４から、負荷７６の容量に応じて系統連系運転時の数倍（例えば、１Ｃの５倍の電流値である５Ｃ）の電流を放電することにより、電圧型インバータ７１が単独で負荷７６に電力を供給するように動作する。このように、電力供給システム８０は、電圧型インバータ７１から負荷７６に電力を供給する自立運転を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平８−１２６３４７号公報（１９９６年５月１７日公開）
【特許文献２】特開平１０−１１６６９０号公報（１９９８年５月６日公開）
【特許文献３】特開平１１−２８９７６６号公報（１９９９年１０月１９日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
ここで、電力供給システム８０の、特に自立運転時における連系リアクトル７３のリアクタンスについて考察する。
【００２７】
上述したとおり、電圧型インバータ７１の出力電流の制御を容易に行うことを考慮すると、連系リアクトル７３のリアクタンスは、電力供給システム８０の系統連系運転時に、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの、５〜１５％の値を確保する必要がある。
【００２８】
一方で、電力供給システム８０の自立運転時において、例えば電池７４が５Ｃの電流を放電する場合、電圧型インバータ７１から出力される電流の値もほぼ５倍となる。これは、電圧型インバータ７１は、系統連系運転の場合と自立運転の場合とで、出力電圧がほぼ同じであり、出力電流のみが放電電力に応じて変化することによる。
【００２９】
電圧型インバータ７１から出力される電流の値が５倍に変化した場合、連系リアクトル７３での電圧降下も５倍となる。換言すれば、電圧型インバータ７１から出力される電流の値がｎ倍に変化すると、連系リアクトル７３のリアクタンスのパーセントリアクタンスは、電流値の変化前のｎ倍に相当することとなる（ｎは正の実数）。
【００３０】
電力供給システム８０の自立運転時に機能する回路は、図９に示したとおりである。連系リアクトル７３のリアクタンスは、１Ｃの放電による系統連系運転時において、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの１０％の値であるとすると、５Ｃの放電による自立運転時においては、電圧型インバータ７１から見て、同定格インピーダンスの５０％の値に相当する。
【００３１】
ここで、負荷７６が純粋な誘導性の負荷であると仮定した場合、負荷７６の端部に印加される電圧（ベクトル）▲ＶＤ・▼の振幅Ｖｄは、自立運転時において、電圧型インバータ７１の出力電圧▲ＶＩ・▼の振幅Ｖｉの２／３にまで低下する。
【００３２】
すなわち、自立運転時において、負荷７６にて降下する電圧値を１００％とした場合、連系リアクトル７３において降下する電圧値は、５０％となる。従って、下記の数式（４）より、振幅Ｖｄが、振幅Ｖｉの２／３にまで低下するのは明らかである。
【００３３】
Ｖｄ＝１００・Ｖｉ／（１００＋５０）＝２・Ｖｉ／３ ・・・（４）
同様の理由より、連系リアクトル７３のリアクタンスを、５Ｃの放電による自立運転時において、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの１０％の値とすると、１Ｃの放電による系統連系運転時において、該リアクタンスは、同定格インピーダンスの２％相当の値となる。このとき、系統連系運転時における該リアクタンスは、電圧型インバータ７１の出力電流の制御を困難とするため、好ましくない。
【００３４】
そして、電圧型インバータ７１の出力電流の制御の容易性を維持しつつ、振幅Ｖｄの低下に対応するためには、電圧型インバータ７１の容量を増大させる必要があるという問題が発生する。
【００３５】
本発明は、上記の問題に鑑みて為された発明であり、その目的は、電力変換器の容量の増大を抑制することを可能とする、電力供給システム、および同電力供給システム用途の電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明の電力供給システムは、上記の問題を解決するために、電力系統との連系運転が可能な電力変換器を備え、上記電力変換器および上記電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを切り替えることが可能な電力供給システムであって、上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路を備え、上記自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくすることを特徴としている。
【００３７】
上記の構成によれば、連系リアクトル回路のリアクタンスは、自立運転を行う場合において、系統連系運転を行う場合よりも小さくなる。これにより、系統連系運転時において、電力変換器の出力電流の制御の容易性を維持しつつ、自立運転時において、連系リアクトル回路での電圧降下を抑制することが可能となる。
【００３８】
従って、本発明の電力供給システムは、自立運転時において、負荷に印加される電圧の振幅の低下を抑制することが可能となるため、電力変換器の容量の増大を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されている２つの上記連系リアクトルと、直列に接続されている２つの上記連系リアクトルの一方に並列に接続されており、かつ、上記自立運転を行う場合に導通する切替回路とを備えることを特徴としている。
【００４０】
上記の構成によれば、自立運転時において、切替回路は、並列に接続されている連系リアクトルの両端を短絡することにより、連系リアクトル回路のリアクタンスを、該連系リアクトルのリアクタンス分小さくすることが可能である。これにより、自立運転時において、連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが容易となる。
【００４１】
また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記電力変換器と上記電力系統との間に並列に接続されている２つの上記連系リアクトルと、並列に接続されている２つの上記連系リアクトルの一方に直列に接続されており、かつ、上記自立運転を行う場合に導通する切替回路とを備えることを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、自立運転時において、切替回路は、直列に接続されている連系リアクトルを導通させることにより、複数の連系リアクトルの並列回路である連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが可能である。これにより、自立運転時において、連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが容易となる。
【００４３】
また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記連系リアクトルとしてのコイルと、磁性体から成り、かつ、上記コイルに対して挿入可能に設けられているコア部とを備え、上記コイルに対する上記コア部の挿入度合を調整することが可能であることを特徴としている。また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記連系リアクトルとしてのコイルと、上記コイルに対して接触可能に設けられている接触子とを備え、上記コイルに対する上記接触子の接触位置を調整することが可能であることを特徴としている。
【００４４】
上記の各構成によれば、連系リアクトル回路は、コイルに対するコア部の挿入度合、または、コイルに対する接触子の接触位置を調整することにより、リアクタンスを連続的に可変させることが可能である。これにより、自立運転時において、連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが容易となる。
【００４５】
また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記連系リアクトルとしての可飽和リアクトルと、上記可飽和リアクトルに接続されており、かつ、電流値が可変である交流電源とを備えることを特徴としている。
【００４６】
上記の構成によれば、連系リアクトル回路は、リアクタンスを可変させることが可能である。これにより、自立運転時において、連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが容易となる。
【００４７】
本発明の電力変換装置は、上記の問題を解決するために、電力変換器と、上記電力変換器に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路とを備え、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記電力変換器および上記連系リアクトル回路に接続されている電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくすることを特徴としている。
【００４８】
上記の構成によれば、連系リアクトル回路のリアクタンスは、上述した本発明の電力供給システムが自立運転を行う場合において、同電力供給システムが系統連系運転を行う場合よりも小さくなる。これにより、同電力供給システムでは、系統連系運転時において、電力変換器の出力電流の制御の容易性を維持しつつ、自立運転時において、連系リアクトル回路での電圧降下を抑制することが可能となる。
【００４９】
このとおり、本発明の電力変換装置は、本発明の電力供給システム用途の電力変換装置として、利用することができる。
【発明の効果】
【００５０】
以上のとおり、本発明の電力供給システムは、電力系統との連系運転が可能な電力変換器を備え、上記電力変換器および上記電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを切り替えることが可能な電力供給システムであって、上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路を備え、上記自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくする。
【００５１】
また、本発明の電力変換装置は、電力変換器と、上記電力変換器に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路とを備え、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記電力変換器および上記連系リアクトル回路に接続されている電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくする。
【００５２】
従って、本発明は、電力変換器の容量の増大を抑制することが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図６】従来技術に係る太陽光発電システムの概略構成を示す回路図である。
【図７】系統連系運転を行うための一般的なシステムの構成を示す回路図である。
【図８】従来技術に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図９】図８に示す電力供給システムの自立運転時に機能する回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本発明を実施するための形態について、図１〜図５を参照して、以下に説明する。
【００５５】
なお、以下に説明する本発明の構成において、同様の機能を有する部材に関しては、共通の符号を用いて示しており、同一部分又は同様な機能を有する部材の詳細な説明は省略している。
【００５６】
〔実施の形態１〕
図１は、本実施の形態に係る電力供給システム１０の構成を示す回路図である。
【００５７】
図１に示す電力供給システム１０は、接続されている負荷６に対して電力を供給するシステムである。電力供給システム１０は、電力系統２との連系運転が可能な電圧型インバータ（電力変換器）１、連系リアクトル回路３、新型二次電池（電池）４、およびスイッチ５を備える構成である。
【００５８】
電力系統２、スイッチ５、連系リアクトル回路３、電圧型インバータ１、および新型二次電池４は、この順序で直列に接続されている。また、負荷６は、スイッチ５と連系リアクトル回路３との間に並列に接続されている。
【００５９】
電圧型インバータ１は、新型二次電池４から印加された直流電圧を、交流電圧に変換する、周知の電力変換器である。なお、電力供給システム１０は、電圧型インバータ１として、周知のＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）インバータ等の、電力変換が可能な種々の装置が適用され得る。
【００６０】
電力系統２は、例えば商用電源により構成されている、一般的な電力系統である。
【００６１】
連系リアクトル回路３は、特にインバータと商用電源とによる系統連系運転を実施する場合に、インバータと商用電源との間に直列に接続する、１または複数のリアクトル（いわゆる、連系リアクトル）を備える回路である。連系リアクトル回路３は、両端の電圧差ならびに位相差を該インバータで調整することによって、該インバータの出力電流の制御を行うことを可能とするために備えられている。
【００６２】
新型二次電池４は、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池に代表される電池であり、短時間に大容量の放電が可能であるという特性を有している。
【００６３】
スイッチ５は、電力系統２と負荷６との間の経路上に設けられており、同経路の電気的接続を形成する場合に閉じられることで導通し、同経路の電気的接続を遮断する場合に開かれることで開放（非導通）する、一般的な切替スイッチである。
【００６４】
負荷６は、電力供給システム１０が電力を供給する対象となるものであり、産業用の製造設備、ならびに計測および制御用電源等の、各種負荷設備が、その一例として挙げられる。
【００６５】
ここで、連系リアクトル回路３は、連系リアクトル７および連系リアクトル８の直列回路と、連系リアクトル７に並列に接続されているスイッチ（切替回路）９とを備える構成である。
【００６６】
連系リアクトル７および８の直列回路のリアクタンスは、電圧型インバータ１の出力電流の制御が容易となり、かつ、電圧型インバータ１から電力系統２に送り込まれる無効電力を制御する場合に、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅の増大を十分に抑制することができている程度の値となる。さらに、連系リアクトル８のリアクタンスは、一般的にスイッチング素子（図示しない）を備える電圧型インバータ１において、該スイッチング素子のスイッチングに起因する高調波成分の除去が可能であるような値となる。但し、連系リアクトル７および８のリアクタンスの数値については、電力供給システム１０の構成に依存して、好適な値が変化することになるため、定量的に言えるものではない。
【００６７】
スイッチ９は、開放（非導通）することにより、連系リアクトル７の両端の短絡を解除する一方、閉じられて、短絡（導通）することにより、連系リアクトル７の両端を短絡する、一般的な切替スイッチである。
【００６８】
スイッチ９が開放して、連系リアクトル７の両端が短絡されていない場合、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、連系リアクトル７および８の直列回路のリアクタンスと略等しくなる。
【００６９】
一方、スイッチ９が短絡して、連系リアクトル７の両端が短絡されている場合、連系リアクトル７のリアクタンスによる電圧降下はほとんど発生せず、連系リアクトル回路３において、連系リアクトル７がバイパスされることとなる。従って、この場合、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、連系リアクトル８のリアクタンスと略等しくなる。
【００７０】
なお、便宜上図示していないが、電力供給システム１０は、負荷６に並列に接続されており、連系リアクトル回路３と共にＬＣフィルタとしての機能を有するフィルタコンデンサを備えている。連系リアクトル回路３およびフィルタコンデンサを組み合わせた構成は、電圧型インバータ１のスイッチング素子のスイッチングに起因する高調波成分の除去が可能である。
【００７１】
電力供給システム１０は、電力系統２が正常に負荷６に対する電力供給を行っている場合に、新型二次電池４の放電による負荷平準、および電力系統２から供給を受ける電力のピークカット等を行う。具体的に、この場合、電力供給システム１０は、スイッチ５を閉じた状態で、負荷６に供給すべき電力が、電力会社との契約電力量を超過する分を補うように、新型二次電池４から電流を放電する（ピークカット）。このように、電力供給システム１０は、電力系統２が正常に負荷６に対する電力供給を行っている場合に、電圧型インバータ１および電力系統２から負荷６に電力を供給する系統連系運転を行う。
【００７２】
より具体的に、電力供給システム１０の系統連系運転では、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅および位相を、電力系統２の出力電圧の振幅および位相と一致（同期）させて、これらを連系させる。この連系させた状態から、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅および／または位相を変化させると、電圧型インバータ１から電流が流れる。また、電力供給システム１０は、電流制御装置（図示しない）を備えており、電圧型インバータ１から流れる電流の位相を、電力系統２の電圧の位相と一致させるように、振幅を調節する（いわゆる、力率１運転）。
【００７３】
さらに、電力供給システム１０の系統連系運転が行われる間、スイッチ９は開放されており、これにより、連系リアクトル７の両端は短絡されない。そしてこのとき、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、連系リアクトル７および８の直列回路のリアクタンスと略等しくなる。従って、電力供給システム１０では、電圧型インバータ１の出力電流の制御が容易となり、かつ、電圧型インバータ１の無効電力を制御する場合に、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅の増大を十分に抑制できる。
【００７４】
一方、電力供給システム１０は、電力系統２における瞬低または停電に起因して、電力系統２による負荷６に対する電力供給に異常が発生した場合に、電圧型インバータ１が単独で負荷６に電力を供給する。具体的に、この場合、電力供給システム１０は、スイッチ５が開放されて、新型二次電池４から、負荷６の容量に応じて系統連系運転時の数倍（例えば、１Ｃの５倍の電流値である５Ｃ）の電流を放電することにより、電圧型インバータ１が単独で負荷６に電力を供給するように動作する。このように、電力供給システム１０は、電圧型インバータ１から負荷６に電力を供給する自立運転を行う。
【００７５】
さらに、電力供給システム１０の自立運転が行われる間、スイッチ９は短絡されており、これにより、連系リアクトル７の両端は短絡される。そしてこのとき、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、連系リアクトル８のリアクタンスと略等しくなる。つまり、電力供給システム１０の自立運転が行われる場合の、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、電力供給システム１０の系統連系運転が行われる場合の、連系リアクトル回路３のリアクタンスよりも小さくなっている。
【００７６】
これにより、電力供給システム１０では、自立運転時における連系リアクトル回路３での電圧降下を抑制することが可能となるため、負荷６の端部に印加される電圧の振幅の低下を抑制することが可能となる。
【００７７】
なお、スイッチ９は、スイッチ５の短絡時に開放し、スイッチ５の開放時に短絡する動作となる。ここで、スイッチ９を短絡させたり開放させたりするための構成は、ハイレベルおよびローレベルをそれぞれ、スイッチ９の短絡および開放に対応させたロジック信号を用いて、スイッチ９の開閉を制御する等が考えられるが、特に限定はされない。また、スイッチ５の短絡および開放と、スイッチ９の短絡および開放とは、互いに独立して行われてもよいし、もちろん互いに連動して行われてもよい。
【００７８】
以上のとおり、電力供給システム１０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム１０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【００７９】
ここで、図８に示した電力供給システム８０の電圧型インバータ７１が必要とする容量と、電力供給システム１０の電圧型インバータ１が必要とする容量とを比較する。なお、電力供給システム８０および電力供給システム１０は共に、系統連系運転時に１Ｃの放電を、自立運転時に５Ｃの放電を、それぞれ行うものとする。
【００８０】
以下の比較では、系統連系運転時において、連系リアクトル７３のリアクタンス、ならびに連系リアクトル回路３のリアクタンスが、対応する電力供給システムの、電圧型インバータの定格インピーダンスの１０％の値であるとする。
【００８１】
そして、連系リアクトル回路３は、系統連系運転時において、連系リアクトル７のリアクタンスが、電圧型インバータ１の定格インピーダンスの９．８％の値であり、連系リアクトル８のリアクタンスが、同定格インピーダンスの０．２％の値であるとした。
【００８２】
まず、電力供給システム８０の具体的な構成例を、以下に示す。
【００８３】
［電力供給システム８０の構成例］
・負荷７６の容量：５００ｋＶＡ（キロボルトアンペア）
・系統連系運転時における、負荷７６のピークカットに必要な容量：最大１００ｋＶＡ
・連系リアクトル７３のリアクタンスの値
系統連系運転時：電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの１０％
自立運転時：電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの５０％
・自立運転時の連系リアクトル７３の容量：５００・５０／１００＝２５０ｋＶＡ
以上の構成例から、電力供給システム８０の電圧型インバータ７１が必要とする容量は、５００ｋＶＡ＋２５０ｋＶＡ＝７５０ｋＶＡであることが分かった。
【００８４】
続いて、電力供給システム１０の具体的な構成例を、以下に示す。
【００８５】
［電力供給システム１０の構成例］
・負荷６の容量：５００ｋＶＡ
・系統連系運転時における、負荷６のピークカットに必要な容量：最大１００ｋＶＡ
・連系リアクトル７のリアクタンスの値
系統連系運転時：電圧型インバータ１の定格インピーダンスの９．８％
自立運転時：連系リアクトル７がバイパスされるため、考慮する必要は無い
・連系リアクトル８のリアクタンスの値
系統連系運転時：電圧型インバータ１の定格インピーダンスの０．２％
自立運転時：電圧型インバータ１の定格インピーダンスの１％
・自立運転時の連系リアクトル回路３の容量：５００・１／１００＝５ｋＶＡ
以上の構成例から、電力供給システム１０の電圧型インバータ１が必要とする容量は、５００ｋＶＡ＋５ｋＶＡ＝５０５ｋＶＡであることが分かった。
【００８６】
このとおり、電力供給システム１０の電圧型インバータ１は、電力供給システム８０の電圧型インバータ７１よりも小さい容量で実現可能であることが分かった。
【００８７】
〔実施の形態２〕
図２は、本実施の形態に係る電力供給システム２０の構成を示す回路図である。
【００８８】
図２に示す電力供給システム２０は、連系リアクトル回路３のかわりに、連系リアクトル回路１３を備える点で、図１に示す電力供給システム１０と異なる構成であり、その他の点で、図１に示す電力供給システム１０と同様の構成である。
【００８９】
連系リアクトル回路１３は、連系リアクトル１７および連系リアクトル１８の並列回路と、連系リアクトル１７に直列に接続されているスイッチ（切替回路）１９とを備える構成である。
【００９０】
連系リアクトル１８のリアクタンスは、連系リアクトル７および８の直列回路（図１参照）のリアクタンスと同様の値となる。さらに、連系リアクトル１７および１８の並列回路のリアクタンスは、連系リアクトル８（図１参照）のリアクタンスと同様の値となる。
【００９１】
スイッチ１９は、開放（非導通）することにより、連系リアクトル１７を連系リアクトル回路１３に対して電気的に切り離す一方、閉じられて、短絡（導通）することにより、連系リアクトル１７を連系リアクトル回路１３に対して電気的に接続する、一般的な切替スイッチである。
【００９２】
スイッチ１９が開放して、連系リアクトル１７が連系リアクトル回路１３に対して電気的に切り離されている場合、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、連系リアクトル１８のリアクタンスと略等しくなる。
【００９３】
一方、スイッチ１９が短絡して、連系リアクトル１７が連系リアクトル回路１３に対して電気的に接続されている場合、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、連系リアクトル１７および１８の並列回路のリアクタンスと略等しくなる。
【００９４】
電力供給システム２０は、電力供給システム１０と同様の運転原理により、系統連系運転および自立運転を行う。
【００９５】
さらに、電力供給システム２０の系統連系運転が行われる間、スイッチ１９は開放されており、これにより、連系リアクトル１７は連系リアクトル回路１３に対して電気的に切り離される。そしてこのとき、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、連系リアクトル１８のリアクタンスと略等しくなる。従って、電力供給システム２０では、電圧型インバータ１の出力電流の制御が容易となり、かつ、電圧型インバータ１から電力系統２に送り込まれる無効電力を制御する場合に、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅の増大を十分に抑制できる。
【００９６】
さらに、電力供給システム２０の自立運転が行われる間、スイッチ１９は短絡されており、これにより、連系リアクトル１７は連系リアクトル回路１３に電気的に接続される。そしてこのとき、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、連系リアクトル１７および１８の並列回路のリアクタンスと略等しくなる。つまり、電力供給システム２０の自立運転が行われる場合の、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、電力供給システム２０の系統連系運転が行われる場合の、連系リアクトル回路１３のリアクタンスよりも小さくなっている。
【００９７】
これにより、電力供給システム２０では、自立運転時における連系リアクトル回路１３での電圧降下を抑制することが可能となるため、負荷６の端部に印加される電圧の振幅の低下を抑制することが可能となる。言い換えれば、電力供給システム２０では、該低下を抑制するための、電圧型インバータ１の容量の増加が少ない。
【００９８】
なお、スイッチ１９は、スイッチ９（図１参照）と同様の構成を適用することができる。かつ、スイッチ５の短絡および開放と、スイッチ１９の短絡および開放とは、互いに独立して行われてもよいし、もちろん互いに連動して行われてもよい。
【００９９】
以上のとおり、電力供給システム２０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路１３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム２０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【０１００】
なお、図１に示した連系リアクトル回路３、および図２に示した連系リアクトル回路１３はいずれも、２つの連系リアクトルと、１つのスイッチとを備える構成となっているが、これに限定されず、３つ以上の連系リアクトルを備える構成であってもよいし、２つ以上のスイッチを備える構成であってもよい。
【０１０１】
〔実施の形態３〕
図３は、本実施の形態に係る電力供給システム３０の構成を示す回路図である。
【０１０２】
図３に示す電力供給システム３０は、連系リアクトル回路３のかわりに、連系リアクトル回路２３を備える点で、図１に示す電力供給システム１０と異なる構成であり、その他の点で、図１に示す電力供給システム１０と同様の構成である。
【０１０３】
連系リアクトル回路２３は、コイル（連系リアクトル）２７と、コア（コア部）２８とを備える構成である。
【０１０４】
コア２８は、フェライト、鉄、アモルファス磁性材料、またはセンダスト合金等の磁性体から成り、かつ、コイル２７に対して挿入可能に設けられている。
【０１０５】
コア２８は、例えば、制御装置（図示しない）のパルス信号によって回転位置を制御される、ステップモータまたは超音波モータ（図示しない）によって、コイル２７への挿入度合を変化させることができるものである。
【０１０６】
電力供給システム３０は、コイル２７に対するコア２８の挿入度合に応じて、連系リアクトル回路２３のリアクタンスを制御することが可能なものである。具体的に、コイル２７に対するコア２８の挿入量が大きい程に、連系リアクトル回路２３のリアクタンスは大きくなり、該挿入量が小さい程に、連系リアクトル回路２３のリアクタンスは小さくなる。
【０１０７】
電力供給システム３０は、電力供給システム１０と同様の運転原理により、系統連系運転および自立運転を行う。
【０１０８】
そして、電力供給システム３０の系統連系運転時には、コイル２７に対するコア２８の挿入量を調整することにより、連系リアクトル回路２３のリアクタンスを、連系リアクトル７および８の直列回路（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１０９】
一方、電力供給システム３０の自立運転時には、コイル２７に対するコア２８の挿入量を小さくすることにより、連系リアクトル回路２３のリアクタンスを、連系リアクトル８（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１１０】
以上のとおり、電力供給システム３０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路２３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム３０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【０１１１】
また、電力供給システム３０は、コイル２７に対するコア２８の挿入度合に応じて、連系リアクトル回路２３のリアクタンスを連続的に変化させることで、きめ細やかなリアクタンスの制御が可能となる。
【０１１２】
〔実施の形態４〕
図４は、本実施の形態に係る電力供給システム４０の構成を示す回路図である。
【０１１３】
図４に示す電力供給システム４０は、連系リアクトル回路３のかわりに、連系リアクトル回路３３を備える点で、図１に示す電力供給システム１０と異なる構成であり、その他の点で、図１に示す電力供給システム１０と同様の構成である。
【０１１４】
連系リアクトル回路３３は、コイル（連系リアクトル）３７と、ドーナツ型のコア３８と、コイル３７に対して接触可能に設けられた接触子３９とを備える構成である。
【０１１５】
連系リアクトル回路３３は、スライダック（登録商標）に代表される、いわゆる単巻可変出力電圧トランスを用いて構成されている。
【０１１６】
スライダックは、コア２８と同様の材料から成るトロイダルコア（コア３８）に銅線（コイル３７）を巻き、それにつまみ（図示しない）を付けた接触子３９を設けて、出力電圧を取り出すものである。スライダックは、つまみを回して、接触子３９の位置を変化させることにより、ほぼ連続的にインダクタンス（リアクタンス）を変えることができる。また、連系リアクトル回路３３は、コア３８が環状になっているので、全体としての体積が比較的小さい。なお、つまみは、例えば、制御装置（図示しない）のパルス信号によって回転位置を制御される、ステップモータまたは超音波モータ（図示しない）によって、回され得る。
【０１１７】
電力供給システム４０は、コイル３７に対する接触子３９の接触位置に応じて、連系リアクトル回路３３のリアクタンスを制御することが可能なものである。
【０１１８】
電力供給システム４０は、電力供給システム１０と同様の運転原理により、系統連系運転および自立運転を行う。
【０１１９】
そして、電力供給システム４０の系統連系運転時には、コイル３７に対する接触子３９の接触位置を調整することにより、連系リアクトル回路３３のリアクタンスを、連系リアクトル７および８の直列回路（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１２０】
一方、電力供給システム４０の自立運転時には、コイル３７に対する接触子３９の接触位置を移動することにより、連系リアクトル回路３３のリアクタンスを、連系リアクトル８（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１２１】
以上のとおり、電力供給システム４０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路３３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム４０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【０１２２】
また、電力供給システム４０は、コイル３７に対する接触子３９の接触位置に応じて、連系リアクトル回路３３のリアクタンスを連続的に変化させることで、きめ細やかなリアクタンスの制御が可能となる。
【０１２３】
〔実施の形態５〕
図５は、本実施の形態に係る電力供給システム５０の構成を示す回路図である。
【０１２４】
図５に示す電力供給システム５０は、連系リアクトル回路３のかわりに、連系リアクトル回路４３を備える点で、図１に示す電力供給システム１０と異なる構成であり、その他の点で、図１に示す電力供給システム１０と同様の構成である。
【０１２５】
連系リアクトル回路４３は、可飽和リアクトル（連系リアクトル）４７と、可飽和リアクトル４７に接続されている交流電源４８とを備える構成である。
【０１２６】
可飽和リアクトル４７は、交流電源４８から供給される交流電流により、鉄芯（図示しない）が飽和することにより、リアクタンスを小さくすることが可能な、周知のリアクトルである。交流電源４８から供給される交流電流が所定の値（振幅）を超えると、鉄芯が飽和し、可飽和リアクトル４７のリアクタンスは小さくすることができる。
【０１２７】
電力供給システム５０は、交流電源４８から可飽和リアクトル４７に供給される電流値に応じて、連系リアクトル回路４３のリアクタンスを制御することが可能なものである。
【０１２８】
電力供給システム５０は、電力供給システム１０と同様の運転原理により、系統連系運転および自立運転を行う。
【０１２９】
そして、電力供給システム５０の系統連系運転時には、交流電源４８から可飽和リアクトル４７に供給される電流値を調整することにより、連系リアクトル回路４３のリアクタンスを、連系リアクトル７および８の直列回路（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１３０】
一方、電力供給システム５０の自立運転時には、交流電源４８から可飽和リアクトル４７に供給される電流値を上昇（鉄芯を飽和）させることにより、連系リアクトル回路４３のリアクタンスを、連系リアクトル８（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１３１】
以上のとおり、電力供給システム５０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路４３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム５０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【０１３２】
さらに、電圧型インバータ１と、連系リアクトル回路３、１３、２３、３３、および４３のうち任意の１つとを備える電力変換装置についても、本発明の範疇に含まれる。この電力変換装置は、本発明の電力供給システム用途の電力変換装置として、好適に用いることができる。
【０１３３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、電力変換器および電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを行う電力供給システム、および同電力供給システム用途の電力変換装置に利用できる。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 電圧型インバータ（電力変換器）
２ 電力系統
３ 連系リアクトル回路
４ 新型二次電池（電池）
５ スイッチ
６ 負荷
７ 連系リアクトル
８ 連系リアクトル
９ スイッチ（切替回路）
１０ 電力供給システム
１３ 連系リアクトル回路
１７ 連系リアクトル
１８ 連系リアクトル
１９ スイッチ（切替回路）
２０ 電力供給システム
２３ 連系リアクトル回路
２７ コイル（連系リアクトル）
２８ コア（コア部）
３０ 電力供給システム
３３ 連系リアクトル回路
３７ コイル（連系リアクトル）
３９ 接触子
４０ 電力供給システム
４３ 連系リアクトル回路
４７ 可飽和リアクトル
４８ 交流電源
５０ 電力供給システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換器および電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを行う電力供給システム、および同電力供給システム用途の電力変換装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３には、インバータまたは交流電源と負荷との間にリアクトルを備え、大電流出力時における該リアクトルのリアクタンスと、小電流出力時における該リアクトルのリアクタンスとを切り替える技術が開示されている。
【０００３】
上記技術に係る具体例として、図６には、特許文献１に開示されている太陽光発電システムの概略構成を示した。
【０００４】
図６に示す太陽光発電システム６０は、スイッチ部（インバータ）６１の出力電流の増減に従って、開閉器６２および６３を操作して、フィルタコイル６４内のインダクタ６５〜６７によるインダクタンスを増減させる構成である。太陽光発電システム６０は、該出力電流の増加でインダクタンスを小さくして、該出力電流に見合ったフィルタ効果を得ることができるため、電流の増減に関わらず電流の歪みを抑制することができる。
【０００５】
ところで、従来、インバータ（電力変換器）および電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、インバータから負荷に電力を供給する自立運転とを行う電力供給システムが知られている。
【０００６】
以下、上記電力供給システムについての説明を行う。
【０００７】
まずは、系統連系運転の概要について、図７を参照して説明する。
【０００８】
図７は、電圧型インバータ７１と電力系統７２とを、連系リアクトル７３を介して接続して構成された、系統連系運転を行うための一般的なシステム７０の一例を示す図である。
【０００９】
電圧型インバータ７１を、連系リアクトル７３を介して電力系統７２に接続した場合の、電圧型インバータ７１の出力電圧と電力系統７２の系統電圧との関係は、下記の数式（１）によって表される。なお、以下、▲ＶＩ・▼は電圧型インバータ７１の出力電圧（ベクトル）であり、▲ＶＳ・▼は電力系統７２の系統電圧（ベクトル）であり、Ｘは連系リアクトル７３のリアクタンスである。
【００１０】
▲ＶＩ・▼＝ｋ・▲ＶＳ・▼（ｃｏｓφ＋ｊｓｉｎφ） ・・・（１）
なお、ｋは電力系統７２の系統電圧▲ＶＳ・▼の振幅Ｖｓに対する、電圧型インバータ７１の出力電圧▲ＶＩ・▼の振幅Ｖｉを制御するための所定の定数であり、ｊは虚数単位である。
【００１１】
このとき、電圧型インバータ７１と電力系統７２との間でやりとりされる電力は、有効電力Ｐが下記の数式（２）によって、無効電力Ｑが下記の数式（３）によって、それぞれ表される。
【００１２】
Ｐ＝ｋ・▲ＶＳ・▼＾２・φ／Ｘ ・・・（２）
Ｑ＝（ｋ・ｃｏｓφ−１）▲ＶＳ・▼＾２／Ｘ ・・・（３）
ここで、φは、電圧型インバータ７１の出力電圧▲ＶＩ・▼と、電力系統７２の系統電圧▲ＶＳ・▼との位相差を示しているが、通常非常に小さい値である。これにより、上記の数式（３）のｃｏｓφの変化は、振幅Ｖｓの変化に対して非常に小さくなる。従って、無効電力Ｑの制御は定数ｋを変化させる（振幅Ｖｉを制御する）ことで行う一方、有効電力Ｐの制御は位相差φを変化させることで行うのが一般的である。
【００１３】
また、連系リアクトル７３のリアクタンスＸを大きくすると、電力系統７２の系統電圧▲ＶＳ・▼の過渡変動に対して、電圧型インバータ７１の過電流が小さくなる。結果、電圧型インバータ７１の出力電流の制御は容易となる。
【００１４】
但し、上記の数式（１）および（３）から明らかであるとおり、連系リアクトル７３のリアクタンスＸを大きくすると、無効電力Ｑの制御に際して、電圧型インバータ７１の出力電圧▲ＶＩ・▼の振幅Ｖｉを大きく変化させる必要が生じる。そして、振幅Ｖｉを大きく変化させるべく、振幅Ｖｉの可変幅を大きくすると、振幅Ｖｉの最大値を増大させる必要があり、これに伴い、電圧型インバータ７１の容量が増大する。
【００１５】
以上のメリットおよびデメリットを考慮すると、連系リアクトル７３のリアクタンスＸは、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの、５〜１５％程度の値とされるのが一般的である。
【００１６】
なお、本願明細書では、全般に渡って、インピーダンスをパーセントインピーダンスで表記しており、リアクタンスをパーセントリアクタンスで表記している。
【００１７】
例えば、連系リアクトル７３のリアクタンスＸを、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの１０％の値とした場合について考える。この場合、電力系統７２にて、定格電圧に対して−１０〜＋１０％の系統電圧▲ＶＳ・▼の過渡変動が発生すると、電圧型インバータ７１からは、定格電流に対して−１００〜＋１００％の過電流が流れることとなる（但し、電圧型インバータ７１の出力電流の制御を行わない場合）。
【００１８】
以上、系統連系運転の概要について説明した。
【００１９】
ところで、近年、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池に代表される、新型二次電池の性能が、著しく向上している。この新型二次電池は、短時間に大容量の放電が可能であるという特性を有している。
【００２０】
そして、上記系統連系運転において、上記新型二次電池の特性を好適に利用したシステムとして、図８に示す電力供給システム８０が考えられている。
【００２１】
図８に示す電力供給システム８０は、図７に示すシステム７０に対して、電圧型インバータ７１に電池（新型二次電池）７４を接続し、電力系統７２と連系リアクトル７３との間にスイッチ７５を直列接続し、連系リアクトル７３とスイッチ７５との間に負荷７６を並列接続して構成されたシステムである。
【００２２】
電力供給システム８０は、電力系統７２の正常時に、系統連系運転により電池７４の放電による負荷７６の平準化を行う一方、電力系統７２の異常時に、電圧型インバータ７１による自立運転により負荷７６への電力供給を継続する、多機能な電池電力貯蔵システムの一例である。ここで、負荷の平準化とは、電力消費が少なく、かつ電力料金が昼間より安い夜間に電池の充電を行い、電力消費が大きい昼間に、充電された電池から負荷に対する放電を行う動作である。
【００２３】
すなわち、電力供給システム８０は、電力系統７２が正常に負荷７６に対する電力供給を行っている場合に、電池７４の放電による電力のピークカットを行う。具体的に、この場合、電力供給システム８０は、スイッチ７５を閉じた状態で、負荷７６に供給すべき電力が、電力会社との契約電力量を超過する分を補うように、電池７４から電流を放電する。このとき放電する電流の値は、数Ｃ程度、例えば１Ｃ〜２Ｃ程度である。なお、「１Ｃ」とは、公称容量値に相当する容量を有する電池のセルから、定電流による放電を行ったときに、ちょうど１時間で放電が完了する電流値を意味する。また、「ｙＣ」とは、１Ｃに相当する電流値のｙ倍の電流値を意味する（ｙは任意の値）。このように、電力供給システム８０は、電力系統７２が正常に負荷７６に対する電力供給を行っている場合に、電圧型インバータ７１および電力系統７２から負荷７６に電力を供給する系統連系運転を行う。
【００２４】
一方、電力供給システム８０は、電力系統７２における瞬時電圧低下（以下、「瞬低」と称する）または停電に起因して、電力系統７２による負荷７６に対する電力供給に異常が発生した場合に、電圧型インバータ７１が単独で負荷７６に電力を供給する。具体的に、この場合、電力供給システム８０は、スイッチ７５が開放されて（開かれて）、電池７４から、負荷７６の容量に応じて系統連系運転時の数倍（例えば、１Ｃの５倍の電流値である５Ｃ）の電流を放電することにより、電圧型インバータ７１が単独で負荷７６に電力を供給するように動作する。このように、電力供給システム８０は、電圧型インバータ７１から負荷７６に電力を供給する自立運転を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平８−１２６３４７号公報（１９９６年５月１７日公開）
【特許文献２】特開平１０−１１６６９０号公報（１９９８年５月６日公開）
【特許文献３】特開平１１−２８９７６６号公報（１９９９年１０月１９日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
ここで、電力供給システム８０の、特に自立運転時における連系リアクトル７３のリアクタンスについて考察する。
【００２７】
上述したとおり、電圧型インバータ７１の出力電流の制御を容易に行うことを考慮すると、連系リアクトル７３のリアクタンスは、電力供給システム８０の系統連系運転時に、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの、５〜１５％の値を確保する必要がある。
【００２８】
一方で、電力供給システム８０の自立運転時において、例えば電池７４が５Ｃの電流を放電する場合、電圧型インバータ７１から出力される電流の値もほぼ５倍となる。これは、電圧型インバータ７１は、系統連系運転の場合と自立運転の場合とで、出力電圧がほぼ同じであり、出力電流のみが放電電力に応じて変化することによる。
【００２９】
電圧型インバータ７１から出力される電流の値が５倍に変化した場合、連系リアクトル７３での電圧降下も５倍となる。換言すれば、電圧型インバータ７１から出力される電流の値がｎ倍に変化すると、連系リアクトル７３のリアクタンスのパーセントリアクタンスは、電流値の変化前のｎ倍に相当することとなる（ｎは正の実数）。
【００３０】
電力供給システム８０の自立運転時に機能する回路は、図９に示したとおりである。連系リアクトル７３のリアクタンスは、１Ｃの放電による系統連系運転時において、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの１０％の値であるとすると、５Ｃの放電による自立運転時においては、電圧型インバータ７１から見て、同定格インピーダンスの５０％の値に相当する。
【００３１】
ここで、負荷７６が純粋な誘導性の負荷であると仮定した場合、負荷７６の端部に印加される電圧（ベクトル）▲ＶＤ・▼の振幅Ｖｄは、自立運転時において、電圧型インバータ７１の出力電圧▲ＶＩ・▼の振幅Ｖｉの２／３にまで低下する。
【００３２】
すなわち、自立運転時において、負荷７６にて降下する電圧値を１００％とした場合、連系リアクトル７３において降下する電圧値は、５０％となる。従って、下記の数式（４）より、振幅Ｖｄが、振幅Ｖｉの２／３にまで低下するのは明らかである。
【００３３】
Ｖｄ＝１００・Ｖｉ／（１００＋５０）＝２・Ｖｉ／３ ・・・（４）
同様の理由より、連系リアクトル７３のリアクタンスを、５Ｃの放電による自立運転時において、電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの１０％の値とすると、１Ｃの放電による系統連系運転時において、該リアクタンスは、同定格インピーダンスの２％相当の値となる。このとき、系統連系運転時における該リアクタンスは、電圧型インバータ７１の出力電流の制御を困難とするため、好ましくない。
【００３４】
そして、電圧型インバータ７１の出力電流の制御の容易性を維持しつつ、振幅Ｖｄの低下に対応するためには、電圧型インバータ７１の容量を増大させる必要があるという問題が発生する。
【００３５】
本発明は、上記の問題に鑑みて為された発明であり、その目的は、電力変換器の容量の増大を抑制することを可能とする、電力供給システム、および同電力供給システム用途の電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明の電力供給システムは、上記の問題を解決するために、電力系統との連系運転が可能な電力変換器を備え、上記電力変換器および上記電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを切り替えることが可能な電力供給システムであって、上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路を備え、上記自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくすることを特徴としている。
【００３７】
上記の構成によれば、連系リアクトル回路のリアクタンスは、自立運転を行う場合において、系統連系運転を行う場合よりも小さくなる。これにより、系統連系運転時において、電力変換器の出力電流の制御の容易性を維持しつつ、自立運転時において、連系リアクトル回路での電圧降下を抑制することが可能となる。
【００３８】
従って、本発明の電力供給システムは、自立運転時において、負荷に印加される電圧の振幅の低下を抑制することが可能となるため、電力変換器の容量の増大を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されている２つの上記連系リアクトルと、直列に接続されている２つの上記連系リアクトルの一方に並列に接続されており、かつ、上記自立運転を行う場合に導通する切替回路とを備えることを特徴としている。
【００４０】
上記の構成によれば、自立運転時において、切替回路は、並列に接続されている連系リアクトルの両端を短絡することにより、連系リアクトル回路のリアクタンスを、該連系リアクトルのリアクタンス分小さくすることが可能である。これにより、自立運転時において、連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが容易となる。
【００４１】
また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記電力変換器と上記電力系統との間に並列に接続されている２つの上記連系リアクトルと、並列に接続されている２つの上記連系リアクトルの一方に直列に接続されており、かつ、上記自立運転を行う場合に導通する切替回路とを備えることを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、自立運転時において、切替回路は、直列に接続されている連系リアクトルを導通させることにより、複数の連系リアクトルの並列回路である連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが可能である。これにより、自立運転時において、連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが容易となる。
【００４３】
また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記連系リアクトルとしてのコイルと、磁性体から成り、かつ、上記コイルに対して挿入可能に設けられているコア部とを備え、上記コイルに対する上記コア部の挿入度合を調整することが可能であることを特徴としている。また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記連系リアクトルとしてのコイルと、上記コイルに対して接触可能に設けられている接触子とを備え、上記コイルに対する上記接触子の接触位置を調整することが可能であることを特徴としている。
【００４４】
上記の各構成によれば、連系リアクトル回路は、コイルに対するコア部の挿入度合、または、コイルに対する接触子の接触位置を調整することにより、リアクタンスを連続的に可変させることが可能である。これにより、自立運転時において、連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが容易となる。
【００４５】
また、本発明の電力供給システムは、上記連系リアクトル回路は、上記連系リアクトルとしての可飽和リアクトルと、上記可飽和リアクトルに接続されており、かつ、電流値が可変である交流電源とを備えることを特徴としている。
【００４６】
上記の構成によれば、連系リアクトル回路は、リアクタンスを可変させることが可能である。これにより、自立運転時において、連系リアクトル回路のリアクタンスを小さくすることが容易となる。
【００４７】
本発明の電力変換装置は、上記の問題を解決するために、電力変換器と、上記電力変換器に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路とを備え、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記電力変換器および上記連系リアクトル回路に接続されている電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくすることを特徴としている。
【００４８】
上記の構成によれば、連系リアクトル回路のリアクタンスは、上述した本発明の電力供給システムが自立運転を行う場合において、同電力供給システムが系統連系運転を行う場合よりも小さくなる。これにより、同電力供給システムでは、系統連系運転時において、電力変換器の出力電流の制御の容易性を維持しつつ、自立運転時において、連系リアクトル回路での電圧降下を抑制することが可能となる。
【００４９】
このとおり、本発明の電力変換装置は、本発明の電力供給システム用途の電力変換装置として、利用することができる。
【発明の効果】
【００５０】
以上のとおり、本発明の電力供給システムは、電力系統との連系運転が可能な電力変換器を備え、上記電力変換器および上記電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを切り替えることが可能な電力供給システムであって、上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路を備え、上記自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくする。
【００５１】
また、本発明の電力変換装置は、電力変換器と、上記電力変換器に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路とを備え、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記電力変換器および上記連系リアクトル回路に接続されている電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくする。
【００５２】
従って、本発明は、電力変換器の容量の増大を抑制することが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図６】従来技術に係る太陽光発電システムの概略構成を示す回路図である。
【図７】系統連系運転を行うための一般的なシステムの構成を示す回路図である。
【図８】従来技術に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。
【図９】図８に示す電力供給システムの自立運転時に機能する回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本発明を実施するための形態について、図１〜図５を参照して、以下に説明する。
【００５５】
なお、以下に説明する本発明の構成において、同様の機能を有する部材に関しては、共通の符号を用いて示しており、同一部分又は同様な機能を有する部材の詳細な説明は省略している。
【００５６】
〔実施の形態１〕
図１は、本実施の形態に係る電力供給システム１０の構成を示す回路図である。
【００５７】
図１に示す電力供給システム１０は、接続されている負荷６に対して電力を供給するシステムである。電力供給システム１０は、電力系統２との連系運転が可能な電圧型インバータ（電力変換器）１、連系リアクトル回路３、新型二次電池（電池）４、およびスイッチ５を備える構成である。
【００５８】
電力系統２、スイッチ５、連系リアクトル回路３、電圧型インバータ１、および新型二次電池４は、この順序で直列に接続されている。また、負荷６は、スイッチ５と連系リアクトル回路３との間に並列に接続されている。
【００５９】
電圧型インバータ１は、新型二次電池４から印加された直流電圧を、交流電圧に変換する、周知の電力変換器である。なお、電力供給システム１０は、電圧型インバータ１として、周知のＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）インバータ等の、電力変換が可能な種々の装置が適用され得る。
【００６０】
電力系統２は、例えば商用電源により構成されている、一般的な電力系統である。
【００６１】
連系リアクトル回路３は、特にインバータと商用電源とによる系統連系運転を実施する場合に、インバータと商用電源との間に直列に接続する、１または複数のリアクトル（いわゆる、連系リアクトル）を備える回路である。連系リアクトル回路３は、両端の電圧差ならびに位相差を該インバータで調整することによって、該インバータの出力電流の制御を行うことを可能とするために備えられている。
【００６２】
新型二次電池４は、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池に代表される電池であり、短時間に大容量の放電が可能であるという特性を有している。
【００６３】
スイッチ５は、電力系統２と負荷６との間の経路上に設けられており、同経路の電気的接続を形成する場合に閉じられることで導通し、同経路の電気的接続を遮断する場合に開かれることで開放（非導通）する、一般的な切替スイッチである。
【００６４】
負荷６は、電力供給システム１０が電力を供給する対象となるものであり、産業用の製造設備、ならびに計測および制御用電源等の、各種負荷設備が、その一例として挙げられる。
【００６５】
ここで、連系リアクトル回路３は、連系リアクトル７および連系リアクトル８の直列回路と、連系リアクトル７に並列に接続されているスイッチ（切替回路）９とを備える構成である。
【００６６】
連系リアクトル７および８の直列回路のリアクタンスは、電圧型インバータ１の出力電流の制御が容易となり、かつ、電圧型インバータ１から電力系統２に送り込まれる無効電力を制御する場合に、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅の増大を十分に抑制することができている程度の値となる。さらに、連系リアクトル８のリアクタンスは、一般的にスイッチング素子（図示しない）を備える電圧型インバータ１において、該スイッチング素子のスイッチングに起因する高調波成分の除去が可能であるような値となる。但し、連系リアクトル７および８のリアクタンスの数値については、電力供給システム１０の構成に依存して、好適な値が変化することになるため、定量的に言えるものではない。
【００６７】
スイッチ９は、開放（非導通）することにより、連系リアクトル７の両端の短絡を解除する一方、閉じられて、短絡（導通）することにより、連系リアクトル７の両端を短絡する、一般的な切替スイッチである。
【００６８】
スイッチ９が開放して、連系リアクトル７の両端が短絡されていない場合、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、連系リアクトル７および８の直列回路のリアクタンスと略等しくなる。
【００６９】
一方、スイッチ９が短絡して、連系リアクトル７の両端が短絡されている場合、連系リアクトル７のリアクタンスによる電圧降下はほとんど発生せず、連系リアクトル回路３において、連系リアクトル７がバイパスされることとなる。従って、この場合、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、連系リアクトル８のリアクタンスと略等しくなる。
【００７０】
なお、便宜上図示していないが、電力供給システム１０は、負荷６に並列に接続されており、連系リアクトル回路３と共にＬＣフィルタとしての機能を有するフィルタコンデンサを備えている。連系リアクトル回路３およびフィルタコンデンサを組み合わせた構成は、電圧型インバータ１のスイッチング素子のスイッチングに起因する高調波成分の除去が可能である。
【００７１】
電力供給システム１０は、電力系統２が正常に負荷６に対する電力供給を行っている場合に、新型二次電池４の放電による負荷平準、および電力系統２から供給を受ける電力のピークカット等を行う。具体的に、この場合、電力供給システム１０は、スイッチ５を閉じた状態で、負荷６に供給すべき電力が、電力会社との契約電力量を超過する分を補うように、新型二次電池４から電流を放電する（ピークカット）。このように、電力供給システム１０は、電力系統２が正常に負荷６に対する電力供給を行っている場合に、電圧型インバータ１および電力系統２から負荷６に電力を供給する系統連系運転を行う。
【００７２】
より具体的に、電力供給システム１０の系統連系運転では、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅および位相を、電力系統２の出力電圧の振幅および位相と一致（同期）させて、これらを連系させる。この連系させた状態から、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅および／または位相を変化させると、電圧型インバータ１から電流が流れる。また、電力供給システム１０は、電流制御装置（図示しない）を備えており、電圧型インバータ１から流れる電流の位相を、電力系統２の電圧の位相と一致させるように、振幅を調節する（いわゆる、力率１運転）。
【００７３】
さらに、電力供給システム１０の系統連系運転が行われる間、スイッチ９は開放されており、これにより、連系リアクトル７の両端は短絡されない。そしてこのとき、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、連系リアクトル７および８の直列回路のリアクタンスと略等しくなる。従って、電力供給システム１０では、電圧型インバータ１の出力電流の制御が容易となり、かつ、電圧型インバータ１の無効電力を制御する場合に、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅の増大を十分に抑制できる。
【００７４】
一方、電力供給システム１０は、電力系統２における瞬低または停電に起因して、電力系統２による負荷６に対する電力供給に異常が発生した場合に、電圧型インバータ１が単独で負荷６に電力を供給する。具体的に、この場合、電力供給システム１０は、スイッチ５が開放されて、新型二次電池４から、負荷６の容量に応じて系統連系運転時の数倍（例えば、１Ｃの５倍の電流値である５Ｃ）の電流を放電することにより、電圧型インバータ１が単独で負荷６に電力を供給するように動作する。このように、電力供給システム１０は、電圧型インバータ１から負荷６に電力を供給する自立運転を行う。
【００７５】
さらに、電力供給システム１０の自立運転が行われる間、スイッチ９は短絡されており、これにより、連系リアクトル７の両端は短絡される。そしてこのとき、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、連系リアクトル８のリアクタンスと略等しくなる。つまり、電力供給システム１０の自立運転が行われる場合の、連系リアクトル回路３のリアクタンスは、電力供給システム１０の系統連系運転が行われる場合の、連系リアクトル回路３のリアクタンスよりも小さくなっている。
【００７６】
これにより、電力供給システム１０では、自立運転時における連系リアクトル回路３での電圧降下を抑制することが可能となるため、負荷６の端部に印加される電圧の振幅の低下を抑制することが可能となる。
【００７７】
なお、スイッチ９は、スイッチ５の短絡時に開放し、スイッチ５の開放時に短絡する動作となる。ここで、スイッチ９を短絡させたり開放させたりするための構成は、ハイレベルおよびローレベルをそれぞれ、スイッチ９の短絡および開放に対応させたロジック信号を用いて、スイッチ９の開閉を制御する等が考えられるが、特に限定はされない。また、スイッチ５の短絡および開放と、スイッチ９の短絡および開放とは、互いに独立して行われてもよいし、もちろん互いに連動して行われてもよい。
【００７８】
以上のとおり、電力供給システム１０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム１０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【００７９】
ここで、図８に示した電力供給システム８０の電圧型インバータ７１が必要とする容量と、電力供給システム１０の電圧型インバータ１が必要とする容量とを比較する。なお、電力供給システム８０および電力供給システム１０は共に、系統連系運転時に１Ｃの放電を、自立運転時に５Ｃの放電を、それぞれ行うものとする。
【００８０】
以下の比較では、系統連系運転時において、連系リアクトル７３のリアクタンス、ならびに連系リアクトル回路３のリアクタンスが、対応する電力供給システムの、電圧型インバータの定格インピーダンスの１０％の値であるとする。
【００８１】
そして、連系リアクトル回路３は、系統連系運転時において、連系リアクトル７のリアクタンスが、電圧型インバータ１の定格インピーダンスの９．８％の値であり、連系リアクトル８のリアクタンスが、同定格インピーダンスの０．２％の値であるとした。
【００８２】
まず、電力供給システム８０の具体的な構成例を、以下に示す。
【００８３】
［電力供給システム８０の構成例］
・負荷７６の容量：５００ｋＶＡ（キロボルトアンペア）
・系統連系運転時における、負荷７６のピークカットに必要な容量：最大１００ｋＶＡ
・連系リアクトル７３のリアクタンスの値
系統連系運転時：電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの１０％
自立運転時：電圧型インバータ７１の定格インピーダンスの５０％
・自立運転時の連系リアクトル７３の容量：５００・５０／１００＝２５０ｋＶＡ
以上の構成例から、電力供給システム８０の電圧型インバータ７１が必要とする容量は、５００ｋＶＡ＋２５０ｋＶＡ＝７５０ｋＶＡであることが分かった。
【００８４】
続いて、電力供給システム１０の具体的な構成例を、以下に示す。
【００８５】
［電力供給システム１０の構成例］
・負荷６の容量：５００ｋＶＡ
・系統連系運転時における、負荷６のピークカットに必要な容量：最大１００ｋＶＡ
・連系リアクトル７のリアクタンスの値
系統連系運転時：電圧型インバータ１の定格インピーダンスの９．８％
自立運転時：連系リアクトル７がバイパスされるため、考慮する必要は無い
・連系リアクトル８のリアクタンスの値
系統連系運転時：電圧型インバータ１の定格インピーダンスの０．２％
自立運転時：電圧型インバータ１の定格インピーダンスの１％
・自立運転時の連系リアクトル回路３の容量：５００・１／１００＝５ｋＶＡ
以上の構成例から、電力供給システム１０の電圧型インバータ１が必要とする容量は、５００ｋＶＡ＋５ｋＶＡ＝５０５ｋＶＡであることが分かった。
【００８６】
このとおり、電力供給システム１０の電圧型インバータ１は、電力供給システム８０の電圧型インバータ７１よりも小さい容量で実現可能であることが分かった。
【００８７】
〔実施の形態２〕
図２は、本実施の形態に係る電力供給システム２０の構成を示す回路図である。
【００８８】
図２に示す電力供給システム２０は、連系リアクトル回路３のかわりに、連系リアクトル回路１３を備える点で、図１に示す電力供給システム１０と異なる構成であり、その他の点で、図１に示す電力供給システム１０と同様の構成である。
【００８９】
連系リアクトル回路１３は、連系リアクトル１７および連系リアクトル１８の並列回路と、連系リアクトル１７に直列に接続されているスイッチ（切替回路）１９とを備える構成である。
【００９０】
連系リアクトル１８のリアクタンスは、連系リアクトル７および８の直列回路（図１参照）のリアクタンスと同様の値となる。さらに、連系リアクトル１７および１８の並列回路のリアクタンスは、連系リアクトル８（図１参照）のリアクタンスと同様の値となる。
【００９１】
スイッチ１９は、開放（非導通）することにより、連系リアクトル１７を連系リアクトル回路１３に対して電気的に切り離す一方、閉じられて、短絡（導通）することにより、連系リアクトル１７を連系リアクトル回路１３に対して電気的に接続する、一般的な切替スイッチである。
【００９２】
スイッチ１９が開放して、連系リアクトル１７が連系リアクトル回路１３に対して電気的に切り離されている場合、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、連系リアクトル１８のリアクタンスと略等しくなる。
【００９３】
一方、スイッチ１９が短絡して、連系リアクトル１７が連系リアクトル回路１３に対して電気的に接続されている場合、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、連系リアクトル１７および１８の並列回路のリアクタンスと略等しくなる。
【００９４】
電力供給システム２０は、電力供給システム１０と同様の運転原理により、系統連系運転および自立運転を行う。
【００９５】
さらに、電力供給システム２０の系統連系運転が行われる間、スイッチ１９は開放されており、これにより、連系リアクトル１７は連系リアクトル回路１３に対して電気的に切り離される。そしてこのとき、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、連系リアクトル１８のリアクタンスと略等しくなる。従って、電力供給システム２０では、電圧型インバータ１の出力電流の制御が容易となり、かつ、電圧型インバータ１から電力系統２に送り込まれる無効電力を制御する場合に、電圧型インバータ１の出力電圧の振幅の増大を十分に抑制できる。
【００９６】
さらに、電力供給システム２０の自立運転が行われる間、スイッチ１９は短絡されており、これにより、連系リアクトル１７は連系リアクトル回路１３に電気的に接続される。そしてこのとき、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、連系リアクトル１７および１８の並列回路のリアクタンスと略等しくなる。つまり、電力供給システム２０の自立運転が行われる場合の、連系リアクトル回路１３のリアクタンスは、電力供給システム２０の系統連系運転が行われる場合の、連系リアクトル回路１３のリアクタンスよりも小さくなっている。
【００９７】
これにより、電力供給システム２０では、自立運転時における連系リアクトル回路１３での電圧降下を抑制することが可能となるため、負荷６の端部に印加される電圧の振幅の低下を抑制することが可能となる。言い換えれば、電力供給システム２０では、該低下を抑制するための、電圧型インバータ１の容量の増加が少ない。
【００９８】
なお、スイッチ１９は、スイッチ９（図１参照）と同様の構成を適用することができる。かつ、スイッチ５の短絡および開放と、スイッチ１９の短絡および開放とは、互いに独立して行われてもよいし、もちろん互いに連動して行われてもよい。
【００９９】
以上のとおり、電力供給システム２０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路１３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム２０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【０１００】
なお、図１に示した連系リアクトル回路３、および図２に示した連系リアクトル回路１３はいずれも、２つの連系リアクトルと、１つのスイッチとを備える構成となっているが、これに限定されず、３つ以上の連系リアクトルを備える構成であってもよいし、２つ以上のスイッチを備える構成であってもよい。
【０１０１】
〔実施の形態３〕
図３は、本実施の形態に係る電力供給システム３０の構成を示す回路図である。
【０１０２】
図３に示す電力供給システム３０は、連系リアクトル回路３のかわりに、連系リアクトル回路２３を備える点で、図１に示す電力供給システム１０と異なる構成であり、その他の点で、図１に示す電力供給システム１０と同様の構成である。
【０１０３】
連系リアクトル回路２３は、コイル（連系リアクトル）２７と、コア（コア部）２８とを備える構成である。
【０１０４】
コア２８は、フェライト、鉄、アモルファス磁性材料、またはセンダスト合金等の磁性体から成り、かつ、コイル２７に対して挿入可能に設けられている。
【０１０５】
コア２８は、例えば、制御装置（図示しない）のパルス信号によって回転位置を制御される、ステップモータまたは超音波モータ（図示しない）によって、コイル２７への挿入度合を変化させることができるものである。
【０１０６】
電力供給システム３０は、コイル２７に対するコア２８の挿入度合に応じて、連系リアクトル回路２３のリアクタンスを制御することが可能なものである。具体的に、コイル２７に対するコア２８の挿入量が大きい程に、連系リアクトル回路２３のリアクタンスは大きくなり、該挿入量が小さい程に、連系リアクトル回路２３のリアクタンスは小さくなる。
【０１０７】
電力供給システム３０は、電力供給システム１０と同様の運転原理により、系統連系運転および自立運転を行う。
【０１０８】
そして、電力供給システム３０の系統連系運転時には、コイル２７に対するコア２８の挿入量を調整することにより、連系リアクトル回路２３のリアクタンスを、連系リアクトル７および８の直列回路（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１０９】
一方、電力供給システム３０の自立運転時には、コイル２７に対するコア２８の挿入量を小さくすることにより、連系リアクトル回路２３のリアクタンスを、連系リアクトル８（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１１０】
以上のとおり、電力供給システム３０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路２３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム３０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【０１１１】
また、電力供給システム３０は、コイル２７に対するコア２８の挿入度合に応じて、連系リアクトル回路２３のリアクタンスを連続的に変化させることで、きめ細やかなリアクタンスの制御が可能となる。
【０１１２】
〔実施の形態４〕
図４は、本実施の形態に係る電力供給システム４０の構成を示す回路図である。
【０１１３】
図４に示す電力供給システム４０は、連系リアクトル回路３のかわりに、連系リアクトル回路３３を備える点で、図１に示す電力供給システム１０と異なる構成であり、その他の点で、図１に示す電力供給システム１０と同様の構成である。
【０１１４】
連系リアクトル回路３３は、コイル（連系リアクトル）３７と、ドーナツ型のコア３８と、コイル３７に対して接触可能に設けられた接触子３９とを備える構成である。
【０１１５】
連系リアクトル回路３３は、スライダック（登録商標）に代表される、いわゆる単巻可変出力電圧トランスを用いて構成されている。
【０１１６】
スライダックは、コア２８と同様の材料から成るトロイダルコア（コア３８）に銅線（コイル３７）を巻き、それにつまみ（図示しない）を付けた接触子３９を設けて、出力電圧を取り出すものである。スライダックは、つまみを回して、接触子３９の位置を変化させることにより、ほぼ連続的にインダクタンス（リアクタンス）を変えることができる。また、連系リアクトル回路３３は、コア３８が環状になっているので、全体としての体積が比較的小さい。なお、つまみは、例えば、制御装置（図示しない）のパルス信号によって回転位置を制御される、ステップモータまたは超音波モータ（図示しない）によって、回され得る。
【０１１７】
電力供給システム４０は、コイル３７に対する接触子３９の接触位置に応じて、連系リアクトル回路３３のリアクタンスを制御することが可能なものである。
【０１１８】
電力供給システム４０は、電力供給システム１０と同様の運転原理により、系統連系運転および自立運転を行う。
【０１１９】
そして、電力供給システム４０の系統連系運転時には、コイル３７に対する接触子３９の接触位置を調整することにより、連系リアクトル回路３３のリアクタンスを、連系リアクトル７および８の直列回路（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１２０】
一方、電力供給システム４０の自立運転時には、コイル３７に対する接触子３９の接触位置を移動することにより、連系リアクトル回路３３のリアクタンスを、連系リアクトル８（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１２１】
以上のとおり、電力供給システム４０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路３３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム４０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【０１２２】
また、電力供給システム４０は、コイル３７に対する接触子３９の接触位置に応じて、連系リアクトル回路３３のリアクタンスを連続的に変化させることで、きめ細やかなリアクタンスの制御が可能となる。
【０１２３】
〔実施の形態５〕
図５は、本実施の形態に係る電力供給システム５０の構成を示す回路図である。
【０１２４】
図５に示す電力供給システム５０は、連系リアクトル回路３のかわりに、連系リアクトル回路４３を備える点で、図１に示す電力供給システム１０と異なる構成であり、その他の点で、図１に示す電力供給システム１０と同様の構成である。
【０１２５】
連系リアクトル回路４３は、可飽和リアクトル（連系リアクトル）４７と、可飽和リアクトル４７に接続されている交流電源４８とを備える構成である。
【０１２６】
可飽和リアクトル４７は、交流電源４８から供給される交流電流により、鉄芯（図示しない）が飽和することにより、リアクタンスを小さくすることが可能な、周知のリアクトルである。交流電源４８から供給される交流電流が所定の値（振幅）を超えると、鉄芯が飽和し、可飽和リアクトル４７のリアクタンスは小さくすることができる。
【０１２７】
電力供給システム５０は、交流電源４８から可飽和リアクトル４７に供給される電流値に応じて、連系リアクトル回路４３のリアクタンスを制御することが可能なものである。
【０１２８】
電力供給システム５０は、電力供給システム１０と同様の運転原理により、系統連系運転および自立運転を行う。
【０１２９】
そして、電力供給システム５０の系統連系運転時には、交流電源４８から可飽和リアクトル４７に供給される電流値を調整することにより、連系リアクトル回路４３のリアクタンスを、連系リアクトル７および８の直列回路（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１３０】
一方、電力供給システム５０の自立運転時には、交流電源４８から可飽和リアクトル４７に供給される電流値を上昇（鉄芯を飽和）させることにより、連系リアクトル回路４３のリアクタンスを、連系リアクトル８（図１参照）のリアクタンスと同様の値とする。
【０１３１】
以上のとおり、電力供給システム５０は、系統連系運転と、短時間かつ大電流の放電を行う自立運転との双方において、連系リアクトル回路４３にて、最適なリアクタンスを得ることが可能となる。これにより、電力供給システム５０は、電圧型インバータ１の容量の増大を抑制することが可能となる。
【０１３２】
さらに、電圧型インバータ１と、連系リアクトル回路３、１３、２３、３３、および４３のうち任意の１つとを備える電力変換装置についても、本発明の範疇に含まれる。この電力変換装置は、本発明の電力供給システム用途の電力変換装置として、好適に用いることができる。
【０１３３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、電力変換器および電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを行う電力供給システム、および同電力供給システム用途の電力変換装置に利用できる。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 電圧型インバータ（電力変換器）
２ 電力系統
３ 連系リアクトル回路
４ 新型二次電池（電池）
５ スイッチ
６ 負荷
７ 連系リアクトル
８ 連系リアクトル
９ スイッチ（切替回路）
１０ 電力供給システム
１３ 連系リアクトル回路
１７ 連系リアクトル
１８ 連系リアクトル
１９ スイッチ（切替回路）
２０ 電力供給システム
２３ 連系リアクトル回路
２７ コイル（連系リアクトル）
２８ コア（コア部）
３０ 電力供給システム
３３ 連系リアクトル回路
３７ コイル（連系リアクトル）
３９ 接触子
４０ 電力供給システム
４３ 連系リアクトル回路
４７ 可飽和リアクトル
４８ 交流電源
５０ 電力供給システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統との連系運転が可能な電力変換器を備え、
上記電力変換器および上記電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを切り替えることが可能な電力供給システムであって、
上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路を備え、
上記自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくすることを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
上記連系リアクトル回路は、
上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されている２つの上記連系リアクトルと、
直列に接続されている２つの上記連系リアクトルの一方に並列に接続されており、かつ、上記自立運転を行う場合に導通する切替回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
上記連系リアクトル回路は、
上記電力変換器と上記電力系統との間に並列に接続されている２つの上記連系リアクトルと、
並列に接続されている２つの上記連系リアクトルの一方に直列に接続されており、かつ、上記自立運転を行う場合に導通する切替回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項４】
上記連系リアクトル回路は、
上記連系リアクトルとしてのコイルと、
磁性体から成り、かつ、上記コイルに対して挿入可能に設けられているコア部とを備え、
上記コイルに対する上記コア部の挿入度合を調整することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項５】
上記連系リアクトル回路は、
上記連系リアクトルとしてのコイルと、
上記コイルに対して接触可能に設けられている接触子とを備え、
上記コイルに対する上記接触子の接触位置を調整することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項６】
上記連系リアクトル回路は、
上記連系リアクトルとしての可飽和リアクトルと、
上記可飽和リアクトルに接続されており、かつ、電流値が可変である交流電源とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項７】
電力変換器と、
上記電力変換器に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路とを備え、
上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記電力変換器および上記連系リアクトル回路に接続されている電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
電力系統との連系運転が可能な電力変換器を備え、
上記電力変換器および上記電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転と、上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転とを切り替えることが可能な電力供給システムであって、
上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路を備え、
上記自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくすることを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
上記連系リアクトル回路は、
上記電力変換器と上記電力系統との間に直列に接続されている２つの上記連系リアクトルと、
直列に接続されている２つの上記連系リアクトルの一方に並列に接続されており、かつ、上記自立運転を行う場合に導通する切替回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
上記連系リアクトル回路は、
上記電力変換器と上記電力系統との間に並列に接続されている２つの上記連系リアクトルと、
並列に接続されている２つの上記連系リアクトルの一方に直列に接続されており、かつ、上記自立運転を行う場合に導通する切替回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項４】
上記連系リアクトル回路は、
上記連系リアクトルとしてのコイルと、
磁性体から成り、かつ、上記コイルに対して挿入可能に設けられているコア部とを備え、
上記コイルに対する上記コア部の挿入度合を調整することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項５】
上記連系リアクトル回路は、
上記連系リアクトルとしてのコイルと、
上記コイルに対して接触可能に設けられている接触子とを備え、
上記コイルに対する上記接触子の接触位置を調整することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項６】
上記連系リアクトル回路は、
上記連系リアクトルとしての可飽和リアクトルと、
上記可飽和リアクトルに接続されており、かつ、電流値が可変である交流電源とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項７】
電力変換器と、
上記電力変換器に直列に接続されており、かつ、１つまたは複数の連系リアクトルを備える連系リアクトル回路とを備え、
上記電力変換器から負荷に電力を供給する自立運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスを、上記電力変換器および上記連系リアクトル回路に接続されている電力系統から負荷に電力を供給する系統連系運転を行う場合の上記連系リアクトル回路のリアクタンスよりも小さくすることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１００５０７（Ｐ２０１２−１００５０７Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４８５９７（Ｐ２０１０−２４８５９７）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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