(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置と、負荷とを備え、
前記電力変換装置は、
電力系統に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して前記電力系統へ出力する第１インバータと、
前記負荷に接続され、前記発電装置から供給される電力を電力変換して前記負荷へ常時出力する第２インバータと、
前記第１インバータまたは前記電力系統からの電力と前記第２インバータからの電力とを切り替えて、前記負荷とは別の負荷へ供給する開閉器と、
前記開閉器を制御することにより、前記電力系統が停電していない場合には前記第１インバータまたは前記電力系統からの電力を前記別の負荷へ供給し、前記電力系統が停電した場合には前記第２インバータからの電力を前記別の負荷へ供給する制御部と
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記発電装置は、
発電機と、前記発電機を駆動する駆動部とを備え、
前記負荷は、
前記駆動部を制御する駆動制御部を含むこと
を特徴とする請求項１に記載の電源システム。 
【請求項３】
前記駆動制御部は、
前記電力系統の電圧が所定値未満となった場合に、前記発電機の発電量を抑えるように前記駆動部を制御すること
を特徴とする請求項２に記載の電源システム。 
【請求項４】
前記開閉器は、
第１自立運転用開閉器および第２自立運転用開閉器を含み
前記電力変換装置は、
前記第１インバータに連系運転用開閉器を介して接続され、前記第１インバータによって電力変換された電力を前記電力系統へ出力する第１端子と、
前記第１インバータに前記第１自立運転用開閉器を介して接続され、かつ、前記第２インバータに前記第２自立運転用開閉器を介して接続され、前記第１インバータまたは前記第２インバータによって電力変換された電力を前記別の負荷に出力する第２端子と、
前記第２インバータに接続され、前記第２インバータによって電力変換された電力を前記負荷へ常時出力する第３端子と
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源システム。 
【請求項５】
前記制御部は、
前記連系運転用開閉器および前記第１自立運転用開閉器が閉状態かつ前記第２自立運転用開閉器が開状態において前記電力系統の電圧が所定値未満となった場合に、前記連系運転用開閉器および前記第１自立運転用開閉器を開状態にする制御信号を前記連系運転用開閉器および前記第１自立運転用開閉器に出力することによって前記第１インバータから前記電力系統への電力供給および前記第１インバータまたは前記電力系統から前記別の負荷への電力供給を停止させ、その後、前記第２自立運転用開閉器を閉状態にする制御信号を前記第２自立運転用開閉器に出力することによって前記第２インバータから前記別の負荷への電力供給を開始させること
を特徴とする請求項４に記載の電源システム。 
【請求項６】
電力系統に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して前記電力系統へ出力する第１インバータと、
負荷に接続され、前記発電装置から供給される電力を電力変換して前記負荷へ常時出力する第２インバータと、
前記第１インバータまたは前記電力系統からの電力と前記第２インバータからの電力とを切り替えて、前記負荷とは別の負荷へ供給する開閉器と、
前記開閉器を制御することにより、前記電力系統が停電していない場合には前記第１インバータまたは前記電力系統からの電力を前記別の負荷へ供給し、前記電力系統が停電した場合には前記第２インバータからの電力を前記別の負荷へ供給する制御部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電源システムおよび電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電システムでは、系統連系運転だけでなく、停電時に特定負荷への電力供給を行う自立運転への切り替えが、防災上の観点等から重要となってきている。
【０００３】
一方、風力や水力等の自然エネルギーを用いて発電を行う発電機においては、風力や水力、地熱等の入力エネルギー自体を制御することは難しく、また、排熱や排ガス等の再生エネルギーを用いて発電を行う発電機においても、元のエネルギーの利用目的に合わせての出力となるため入力エネルギーの制御が難しい。
【０００４】
このような理由から、自然エネルギーや再生エネルギーを用いた発電システムにおいては、系統連系運転および自立運転間の切替時に、発電機への入力エネルギーを停止することは困難である。この状況で切替を行うと発電機は無拘束状態となり、発電機は速度アップするとともに継続すると危険な状況となるおそれがある。
【０００５】
そこで、この解決方法として、たとえば抵抗を挿入し、この抵抗に電流を流して抵抗放熱させることが行われている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１７０３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の解決方法は、エネルギーを浪費することとなるため好ましくない。また、発熱量に比例して容積が決まるため、サイズの大きな抵抗が必要となる場合もある。
【０００８】
なお、上記の抵抗を小さくするために、発電機を停止させて出力を停止させることも考えられるが、風力や水力、地熱等を用いる発電機は停止・再起動することが容易ではなく、また、排熱や排ガス等の熱系エネルギーを用いる発電機は停止・再起動に時間がかかるため、好ましくない。
【０００９】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、連系／自立の切替えをスムーズに短時間で行うことのできる電源システムおよび電力変換装置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】
【００１０】
実施形態の一態様に係る電源システムは、電力変換装置と、負荷とを備える。また、電力変換装置は、第１インバータと、第２インバータとを備える。第１インバータは、電力系統に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して電力系統へ出力する。第２インバータは、負荷に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して負荷へ常時出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る電源システムの構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、各モードにおける第１〜第４開閉器および第６開閉器の状態を示す図である。
【図３】図３は、制御信号および電力変換部の出力の遷移例を示す図である。
【図４】図４は、電力変換装置の制御部が行う処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電源システムおよび電力変換装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
図１は、実施形態に係る電源システムの構成の一例を示す図である。図１に示す電源システム１００は、電力変換装置１と、発電装置２と、駆動制御部３とを有し、電力変換装置１の備えた端子を介して、電力系統４と第１負荷５に接続される。
【００１４】
発電装置２は、発電機２１と、エンジン２２とを備え、エンジン２２は発電機２１を駆動する。駆動制御部３は、エンジンを駆動させるための装置であり、後述する常時電力供給端子１１ｃを介し、電力変換装置１の負荷として接続されている。発電装置２はエンジン発電機に限定されない。
【００１５】
本実施形態に係る電力変換装置１において、発電装置２によって発電された電力は、後述する第１インバータ１２２および第２インバータ１２３に常時供給される。すなわち、本実施形態に係る電力変換装置１では、後述する第５開閉器１５ｅが通常に閉状態であり、コンバータ１２１が、発電装置２によって発電された電力を第１インバータ１２２および第２インバータ１２３へ常時供給する。
【００１６】
電力変換装置１は、図１に示すように、第１端子１１ａ（以下、「連系運転用端子１１ａ」と記載する）と、第２端子１１ｂ（以下、「自立運転用端子１１ｂ」と記載する）と、第３端子１１ｃ（以下、「常時電力供給端子１１ｃ」と記載する）とを備える。また、電力変換装置１は、電力変換部１２と、第１〜第６開閉器１５ａ〜１５ｆと、第１電圧検出部１６ａと、第２電圧検出部１６ｂと、過電圧保護回路１７と、制御部１８とを備える。
【００１７】
連系運転用端子１１ａは、電力系統４と接続するための端子であり、Ｒ相、Ｓ相および中性線Ｎを接続する端子を有する。かかる連系運転用端子１１ａは、後述する連系運転モード時に電力変換部１２が備える第１インバータ１２２からの電力を電力系統４へ出力する。
【００１８】
自立運転用端子１１ｂは、第１負荷５と接続するための端子である。かかる自立運転用端子１１ｂは、後述の連系運転モード時には電力変換部１２が備える第１インバータ１２２からの電力を第１負荷５へ出力し、自立運転モード時には電力変換部１２が備える第２インバータ１２３からの電力を第１負荷５へ出力する。第１負荷５は、例えば、電気機器などである。
【００１９】
常時電力供給端子１１ｃは、第２負荷と接続するための端子である。かかる常時電力供給端子１１ｃは、運転モードに関わらず（常時）、電力変換部１２からの電力を第２負荷へ出力する。
【００２０】
第２負荷は、所定以上の電力を常に消費する負荷（以下、「常時負荷」と記載する）である。本実施形態では、駆動制御部３を常時負荷としている。駆動制御部３は、発電装置２の稼働中において、エンジン２２を駆動するために所定以上の電力を常に消費する。なお、常時負荷は、駆動制御部３に限定されない。
【００２１】
なお、運転準備中（エンジン起動前）における駆動制御部３への電力供給は、電力系統４から電力変換装置１を経由して行われる。具体的には、制御部１８は、後述する第１開閉器１５ａ、第４開閉器１５ｄおよび第６開閉器１５ｆを閉状態とし、第１インバータ１２２および第２インバータ１２３を制御することにより、電力系統４からの電力を第１インバータ１２２および第２インバータ１２３経由で常時電力供給端子１１ｃから駆動制御部３へ供給する。このように、常時電力供給端子１１ｃは、発電装置２の運転中だけでなく、運転準備中（エンジン起動前）においても常時、電力変換部１２からの電力を駆動制御部３へ出力する。
【００２２】
連系運転用端子１１ａ、自立運転用端子１１ｂおよび常時電力供給端子１１ｃは、コンセントなどの配線用差込接続器であるが、駆動制御部３、電力系統４または第１負荷５に接続できる構成であればよく、配線用差込接続器に限られない。
【００２３】
電力変換部１２は、コンバータ１２１と、第１インバータ１２２と、第２インバータ１２３とを備える。かかる電力変換部１２は、制御部１８からの制御信号に基づいて、発電装置２から供給される交流電力を所定の電力へ変換して出力する。制御信号としては、運転信号、出力量を決定する電圧指令信号などがある。
【００２４】
コンバータ１２１は、制御部１８からの制御信号に基づいて、発電装置２から出力される交流電力を直流電力へ変換して直流母線へ出力する。この直流母線には、第１インバータ１２２および第２インバータ１２３が並列に接続されている。なお、発電装置２が直流電源である場合には、コンバータ１２１はＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する電力変換装置が採用される。
【００２５】
第１インバータ１２２および第２インバータ１２３は、それぞれ制御部１８からの制御信号に基づいて、コンバータ１２１から出力される直流電力を交流電力へ変換して出力する。
【００２６】
第１開閉器１５ａ、第６開閉器１５ｆは、連系運転用端子１１ａと第１インバータ１２２との間に接続される開閉器である。具体的には、第１開閉器１５ａは、連系運転用端子１１ａと第６開閉器１５ｆの間に、第６開閉器１５ｆは、第１開閉器１５ａと連系運転用端子１１ａの間に接続される。第２開閉器１５ｂは、一端が自立運転用端子１１ｂに、他端が第１開閉器１５ａと第６開閉器１５ｆの接続線に接続される開閉器である。第３開閉器１５ｃは、自立運転用端子１１ｂと第２インバータ１２３との間に接続される開閉器である。第４開閉器１５ｄは、常時電力供給端子１１ｃと第２インバータ１２３との間に接続される開閉器であり、第５開閉器１５ｅは、発電装置２とコンバータ１２１との間に接続される開閉器である。
【００２７】
これら第１〜第６開閉器１５ａ〜１５ｆの開閉は、制御部１８によって制御される。なお、第１開閉器１５ａは、「連系運転用開閉器」の一例であり、第３開閉器１５ｃは、「自立運転用開閉器」の一例である。
【００２８】
第１電圧検出部１６ａは、第６開閉器１５ｆと連系運転用端子１１ａの間のＲ相およびＳ相間の電圧をそれぞれ検出する。
【００２９】
第２電圧検出部１６ｂは、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の直流母線電圧を検出し、かかる検出値を駆動制御部３へ出力する。
【００３０】
過電圧保護回路１７は、第７開閉器１７１と、抵抗器１７２とを備え、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間に接続される。かかる過電圧保護回路１７は、直流母線電圧が事前に設定した値に達すると第７開閉器１７１が閉状態となり、抵抗器１７２へ直流電力を放電し、過電圧を防止する回路である。
【００３１】
制御部１８は、電力変換部１２の動作および第１〜第６開閉器１５ａ〜１５ｆの開閉の制御を行うことにより、連系運転モードおよび自立運転モードのそれぞれの処理および切り替えの制御を行う。図２は、各モードにおける第１開閉器１５ａ〜第４開閉器１５ｄおよび第６開閉器１５ｆの状態を示す図である。なお、第４開閉器１５ｄは、常時閉状態であり、第５開閉器１５ｅは、運転準備が終了してエンジン２２が起動した後で、制御部１８によって閉状態とされる。
【００３２】
連系運転モードは、連系運転用端子１１ａに接続された第１負荷５に対して発電装置２によって発電された電力または電力系統４からの電力を供給する動作モードである。このモードでは、制御部１８は、図２に示すように、第１開閉器１５ａ、第２開閉器１５ｂ、第４開閉器１５ｄおよび第６開閉器１５ｆに対し閉状態にするＨｉｇｈレベルの制御信号を出力し、かつ、第３開閉器１５ｃに対し開状態にするＬｏｗレベルの制御信号を出力する。これにより、第１インバータ１２２の出力電圧が電力系統４の電圧よりも高い場合には、連系運転用端子１１ａ、自立運転用端子１１ｂ、常時電力供給端子１１ｃを介して、それぞれ電力系統４、第１負荷５、駆動制御部３へ交流電力が供給される。また、第１インバータ１２２の出力電圧が電力系統４の電圧よりも低い場合には、電力系統４からの交流電力が連系運転用端子１１ａ、第６開閉器１５ｆ、第２開閉器１５ｂおよび自立運転用端子１１ｂを介して第１負荷５へ供給されるとともに、発電装置２からの電力が常時電力供給端子１１ｃを介して駆動制御部３へ供給される。かかる連系運転モードにより、電力系統４からの電力の使用を抑制したり、あるいは、ピークカットを実現したりすることができる。
【００３３】
なお、上述したように第１インバータ１２２の出力電圧が電力系統４の電圧よりも高い場合、発電装置２によって発電された電力は電力系統４にも供給される。このように、連系運転モードは、発電装置２によって発電された電力を電力系統４へ供給する動作モードでもある。なお、連系運転モード時おいては、自立運転モード時と比較して、コンバータ１２１から出力される電圧（直流母線電圧）が高めに設定される。
【００３４】
自立運転モードは、第３開閉器１５ｃを介して自立運転用端子１１ｂに接続された第１負荷５へ発電装置２によって発電された電力を供給する動作モードである。このモードでは、制御部１８は、図２に示すように、第１開閉器１５ａ、第２開閉器１５ｂおよび第６開閉器１５ｆに対し開状態にするＬｏｗレベルの制御信号を出力し、かつ、第３開閉器１５ｃに対し閉状態にし、第４開閉器１５ｄに対し連系運転モードからの閉状態を保持するＨｉｇｈレベルの制御信号を出力する。これにより、自立運転用端子１１ｂ、常時電力供給端子１１ｃを介して、それぞれ第１負荷５、駆動制御部３へ交流電力が供給される。
【００３５】
このように、本実施形態に係る電力変換装置１では、第２インバータ１２３が常時運転しており、運転モードに関係なく常時負荷である駆動制御部３に常時交流電力が出力され、かつ運転モードにより経由する開閉器を切り替えるが自立運転用端子１１ｂに接続された第１負荷５にも常時交流電力が出力される。
【００３６】
連系運転モードから自立運転モードへの切替は、たとえば電力系統４に故障（たとえば、以下停電として説明する。）が起こった場合に行われる。
【００３７】
具体的には、制御部１８は、第１電圧検出部１６ａによって検出される連系運転用端子１１ａの電圧から電力系統４の電圧振幅を演算し、電力系統４の電圧振幅が所定値未満となった場合に、電力系統４が停電になったと判定する。
【００３８】
電力系統４が停電になっていると判定すると、制御部１８は、第１インバータ１２２からの電力供給を停止させ、第１開閉器１５ａ、第２開閉器１５ｂおよび第６開閉器１５ｆに対し開状態にする制御信号を出力する。これにより、第１インバータ１２２から電力系統４および第１負荷５への電力供給が停止される。なお、第１開閉器１５ａおよび第２開閉器１５ｂに対して開状態にする制御信号を出力するタイミングと、第６閉器１５ｆに対して開状態にする制御信号を出力するタイミングとは同時でなくてもよい。かかる点については、後述する。
【００３９】
つづいて、制御部１８は、第３開閉器１５ｃに対し閉状態にする制御信号を出力し、自立運転用端子１１ｂから第１負荷用電圧に代えて第２負荷用電圧を出力させる。これにより、第２インバータ１２３から第１負荷５への電力供給が開始される。すなわち、連系運転モードから自立運転モードへ切り替わる。なお、第１負荷用電圧は、駆動制御部３にのみ電力供給を行う場合の出力電圧であり、第２負荷用電圧は、駆動制御部３と第１負荷５の両方に対して電力供給を行う場合の出力電圧である。
【００４０】
このように、本実施形態に係る電力変換装置１では、連系運転モードから自立運転モードへの切り替えを２段階に分けて行う。そして、電力変換装置１では、１段階目と２段階目の間、すなわち、第１インバータ１２２から電力系統４および第１負荷５への電力供給を停止してから第２インバータ１２３から第１負荷５への電力供給を開始するまでの間、発電装置２によって発電された電力を常時電力供給端子１１ｃから駆動制御部３へ常時供給する。これにより、連系／自立の切替えをスムーズに短時間で行うことができる。
【００４１】
この点について具体的に説明する。上記１段階目と２段階目の間、言い換えれば、第１開閉器１５ａおよび第２開閉器１５ｂが開状態となってから第３開閉器１５ｃが閉状態となるまでには、タイムラグ（以下、「モード切替期間」と記載する）が存在する。これは、混触防止のために敢えてタイムラグを設定したり、運転モードの切り替えを手動で行ったりする場合があるためである。
【００４２】
かかるモード切替期間中は、電力系統４および第１負荷５への電力供給が停止された状態となる。従来の電力変換装置では、モード移行期間中にいずれの負荷も接続されていない状態、すなわち、発電装置によって発電される電力を消費する負荷が存在しない状態となるため、かかるモード切替期間中に発電装置を動作させ続けると、急激な電圧上昇が起きてコンバータやインバータを破損させたり、過電圧保護回路１７が動作するおそれがあった。
【００４３】
これに対し、本実施形態に係る電力変換装置１では、モード切替期間中においても、第２インバータ１２３から出力される電力が常時負荷である駆動制御部３に常時供給される。このため、モード切替期間中における電圧上昇を抑えることができる。言い換えれば、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の電圧がこれらコンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３の耐圧を超えるまでの時間を延ばすことができる。
【００４４】
したがって、本実施形態に係る電力変換装置１によれば、電力変換部１２を動作させた状態で、つまり、発電装置２を停止させることなく、連系運転モードから自立運転モードへの移行を行うことができる。また、発電装置２を停止させなくてもよいため、復電時の応答性を高めることもできる。このため、連系／自立の切替えをスムーズ行うことができる。また、モード切替期間を短く設定することも可能であるため、連系／自立の切替えを短時間で行うこともできる。また、発電装置２によって発電される電力を常時負荷である駆動制御部３で消費することでかかる電力を無駄にすることなく利用することができる。
【００４５】
次に、上述の内容について図３を参照して具体的に説明する。図３は、制御部１８から第１〜第４開閉器１５ａ〜１５ｄへ出力される制御信号、第２電圧検出部１６ｂの検出値および発電機２１の発電量の遷移例を示す図である。なお、図３に示すＳ１は、第１開閉器１５ａおよび第２開閉器１５ｂへの制御信号であり、Ｓ２は、第３開閉器１５ｃへの制御信号であり、Ｓ３は、第４開閉器１５ｄへの制御信号である。
【００４６】
制御部１８は、連系運転モードを実行中に停電が発生すると（ｔ１）、第１開閉器１５ａおよび第２開閉器１５ｂを開状態とするＬｏｗレベルの制御信号を出力する。これにより、第１〜第３開閉器１５ａ〜１５ｃが全て開状態となる。
【００４７】
従来の電力変換装置では、発電装置を停止させないと、上記のように第１〜第３開閉器が全て開状態となった場合に、いずれの負荷も接続されていない状態となって急激な電圧上昇が起きる（図３の仮想線Ｌ１参照）。これにより、自立運転モードが開始される前に（ｔ１〜ｔ２）、コンバータおよびインバータ間の電圧がこれらの耐圧を超えてしまうおそれがあった。
【００４８】
このため、従来の電力変換装置では、たとえば抵抗に電流を流し抵抗放熱によって電力を消費したり、高速遮断スイッチを用いてモード切替期間（ｔ１〜ｔ２）を短くしたり、あるいは、発電装置自体を停止したりして、コンバータやインバータの故障を未然に防いでいた。
【００４９】
これに対し、本実施形態に係る電力変換装置１によれば、第１〜第３開閉器１５ａ〜１５ｃが全て開状態となった場合でも、第２インバータ１２３から出力される電力が常時負荷である駆動制御部３に常時供給される。このため、従来の電力変換装置と比較して、モード切替期間（ｔ１〜ｔ２）における電圧上昇を抑えることができる（図３の仮想線Ｌ２参照）。
【００５０】
さらに、本実施形態に係る電源システム１００では、駆動制御部３が、電力系統４に停電が発生した場合に、発電機２１の発電量を抑えるようにエンジン２２の駆動を制御する。
【００５１】
具体的には、駆動制御部３は、第１電圧検出部１６ａによって検出される連系運転用端子１１ａの電圧が所定値未満の状態が所定時間（Δｔ）継続した場合に、電力系統４が停電になったと判定する。なお、上記所定時間（Δｔ）は、ｔ１〜ｔ２のタイムラグよりも短い時間に設定される。
【００５２】
そして、電力系統４が停電になったと判定すると、駆動制御部３は、第２電圧検出部１６ｂによって検出されるコンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の電圧がコンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３の耐圧Ｖｍａｘよりも低い所定の電圧となるようにエンジン２２の駆動を制御する。なお、図３に示す耐圧Ｖｍａｘは、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３の耐圧のうち最も低い耐圧とする。これにより、発電機２１の発電量がＰ１よりも少ないＰ２となり、ｔ１〜ｔ２間における電圧上昇をさらに抑えることができる。
【００５３】
なお、電力変換部１２の最大出力電圧をＶ１、常時負荷である駆動制御部３の電圧をＶ２とすると、電力系統４へ出力可能な最大電圧Ｖ３はＶ１−Ｖ２であり、この電圧Ｖ３が停電時の余剰電圧の最大値である。常時負荷は、電圧Ｖ３がコンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３の耐圧Ｖｍａｘを超えないような電圧Ｖ２の負荷であることが望ましい。
【００５４】
ここでは、連系運転モードから自立運転モードへ切り替える場合のモード切替期間における電源システム１００の動作例について説明したが、復電時において、自立運転モードから連系運転モードへの切り替える場合も上記と同様に２段階で行われる。
【００５５】
自立運転モードから連系運転モードへ切り替える場合、制御部１８は、まず、第３開閉器１５ｃに対し開状態にする制御信号を出力し、自立運転用端子１１ｂから第２負荷用電圧に代えて第１負荷用電圧を出力させる。これにより、第２インバータ１２３から駆動制御部３への電力供給は維持されたまま、第２インバータ１２３から第１負荷５への電力供給が停止する。そして、制御部１８は、第１インバータ１２２からの電力供給を再開させ、第１開閉器１５ａ、第２開閉器１５ｂおよび第６開閉器１５ｆに対し閉状態にする制御信号を出力して、連系運転用端子１１ａから系統用電圧を出力させる。これにより、自立運転モードから連系運転モードへ切り替わる。
【００５６】
かかる自立運転モードから連系運転モードへのモード切替期間においても、発電装置２によって発電された電力が常時電力供給端子１１ｃから駆動制御部３に常時供給される。したがって、電力変換装置１は、自立運転モードから連系運転モードへのモード切替期間においても、連系／自立の切替えをスムーズに短時間で行うことができる。
【００５７】
なお、制御部１８は、第１電圧検出部１６ａによって検出される連系運転用端子１１ａの電圧から演算される電力系統４の電圧振幅が所定値以上となった場合に、電力系統４が復電したと判定する。そして、電力系統４が復電したと判定すると、制御部１８は、第３開閉器１５ｃに対し開状態にする制御信号を出力する。
【００５８】
なお、上述してきた例では、停電が起こった場合に、第１開閉器１５ａ、第２開閉器１５ｂおよび第６開閉器１５ｆを同時に開状態とし、復電した場合に、第１開閉器１５ａ、第２開閉器１５ｂおよび第６開閉器１５ｆを同時に閉状態とすることとしたが、これに限ったものではない。
【００５９】
たとえば、制御部１８は、電力系統４が停電になっていると判定した場合に、電力系統４側の影響をいち早く無くすために、まず、第６開閉器１５ｆに対して開状態にする制御信号を出力し、その後、第１開閉器１５ａおよび第２開閉器１５ｂに対して開状態にする制御信号を出力することとしてもよい。また、電力系統４が復電したと判定した場合には、第１開閉器１５ａ、第２開閉器１５ｂおよび第３開閉器１５ｃの開閉状態が確実に切り替わってから電力系統４との接続を行うために、まず、第１開閉器１５ａおよび第２開閉器１５ｂに対して開状態にする制御信号を出力し、その後、第６開閉器１５ｆに対して開状態にする制御信号を出力してもよい。
【００６０】
また、制御部１８は、電力系統４が停電になっていると判定した場合に、第６開閉器１５ｆに対してのみ開状態にする制御信号を出力することとしてもよい。かかる場合、制御部１８は、手動によりモード切替操作を受け付けた場合に、第１開閉器１５ａおよび第２開閉器１５ｂを開状態にする制御信号を出力し、第３開閉器１５ｃを閉状態にする制御信号を出力すればよい。
【００６１】
また、停電時に第６開閉器１５ｆのみを自動で開状態とする場合、制御部１８は、第１インバータ１２２からの電力供給を停止させることなく第１インバータ１２２を自走させて、第１インバータ１２２から第１開閉器１５ａ、第２開閉器１５ｂおよび自立運転用端子１１ｂを介して第１負荷５へ電力を供給するようにしてもよい。かかる場合、第１インバータ１２２は、たとえば内部に設定された電圧周波数で電力供給を行えばよい。あるいは、停電前に第１電圧検出部１６ａによって取得された連系運転用端子１１ａの電圧から電力系統４の電圧周波数を演算し、この電圧周波数で電力供給を行えばよい。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る電力変換装置１は、第１インバータ１２２と、第２インバータ１２３とを備える。第１インバータ１２２は、電力系統４に接続され、発電装置２から供給される電力を電力変換して電力系統４へ出力する。第２インバータ１２３は、負荷である駆動制御部３に接続され、発電装置２から供給される電力を電力変換して駆動制御部３へ常時出力する。
【００６３】
すなわち、本実施形態に係る電力変換装置１によれば、第２インバータ１２３によって電力変換された交流電力が駆動制御部３に常時出力されるため、モード切替期間中における電圧上昇を抑えることができる。言い換えれば、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の電圧がこれらコンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３の耐圧を超えるまでの時間を延ばすことができる。
【００６４】
したがって、本実施形態に係る電力変換装置１によれば、連系／自立の切替えをスムーズに短時間で行うことができる。
【００６５】
また、本実施形態において駆動制御部３は、連系運転用端子１１ａの電圧が所定値未満となった場合、すなわち、電力系統４に停電が発生した場合に、発電機２１の発電量を抑えるようにエンジン２２を制御する。これにより、発電機２１の発電量が抑えられるため、モード切替期間中における電圧上昇をさらに抑えることができる。
【００６６】
ところで、本実施形態に係る電源システム１００では、電力変換装置１の常時電力供給端子１１ｃに常時負荷を接続し、さらに、駆動制御部３が発電機２１の発電量を制御することで、モード切替期間中における電圧上昇を抑えることとしたが、かかる場合であっても、モード切替期間中に、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の電圧がこれらの耐圧を超えてしまう可能性がある。
【００６７】
そこで、モード切替期間中に、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３の電圧がこれらの耐圧を超えそうな場合には、制御部１８が過電圧保護回路１７（図１参照）を制御して、余剰な電力を過電圧保護回路１７で消費するようにしてもよい。かかる場合の例について図４を参照して説明する。図４は、電力変換装置１の制御部１８が行う処理の一例を示すフローチャートである。
【００６８】
図４に示すように、制御部１８は、第２電圧検出部１６ｂによって検出されるコンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の電圧の変化率が閾値以上となったか否かを判定する（ステップＳ１０１）。上記閾値は、たとえば、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の電圧がモード切替期間の終了時点で耐圧Ｖｍａｘに到達すると仮定した場合の電圧の変化率よりも高い値に設定される。ステップＳ１０１の処理は、電圧の変化率が閾値以上となるまで繰り返し行われる。
【００６９】
そして、電圧の変化率が閾値以上である場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、つまり、モード切替期間中に電圧がＶｍａｘに到達するおそれがある場合、制御部１８は、過電圧保護回路１７の第７開閉器１７１に対して閉状態にする制御信号を出力する（ステップＳ１０２）。
【００７０】
第７開閉器１７１が閉状態となると、コンバータ１２１からの電力が抵抗器１７２に供給され、かかる抵抗器１７２によって消費される。これにより、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３の耐圧以上の電圧が印加されることを防止することができる。
【００７１】
このように、電力変換装置１の制御部１８は、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の電圧の変化率が所定値以上となった場合に、第７開閉器１７１に対し閉状態にする制御信号を出力する。これにより、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３の故障をより確実に防止することができる。
【００７２】
また、電力変換装置１の制御部１８は、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の電圧の変化率が所定値以上となった場合に、第５開閉器１５ｅ（図１参照）に対し開状態にする制御信号を出力してもよい。その場合、第５開閉器１５ｅとエンジンの間に抵抗を設ける必要がある。これによっても、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３の故障をより確実に防止することができる。
【００７３】
なお、ここでは、電圧の「変化率」が所定値以上となった場合に、第７開閉器１７１に対し閉状態にする制御信号を出力することとしたが、これに限ったものではなく、制御部１８は、コンバータ１２１およびインバータ１２２，１２３間の電圧が所定値以上となった場合に、第７開閉器１７１に対し閉状態にする制御信号を出力してもよい。
【００７４】
上述した実施形態では、常時電力供給端子１１ｃに接続される常時負荷が駆動制御部３である場合の例を示したが、常時負荷は、駆動制御部３に限定されない。たとえば、発電装置２のエンジン２２がスターリングエンジン等の熱機関である場合、常時電力供給端子１１ｃに接続される常時負荷は、エンジン２２を冷却するための冷却装置であってもよい。また、常時負荷は、エンジン駆動用のその他の設備（たとえば、油圧ポンプなど）であってもよい。また、常時電力供給端子１１ｃは、駆動制御部３だけでなく、常時負荷である他の電気機器に接続されていてもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態では、発電装置がエンジン発電機である場合の例を示したが、電力変換装置に接続される発電装置は、風力発電機や水力発電機、地熱発電機などの他の発電装置であってもよい。たとえば、発電装置が水力発電機である場合には、水量を調節するゲートやバルブ等が発電機を駆動する駆動部に相当し、駆動制御部は、上記ゲートやバルブ等を制御して水量を調節することによって発電機の発電量を制御する。また、発電装置が風力発電機である場合には、風車が発電機を駆動する駆動部に相当し、駆動制御部は、風車に設けられるフィンの角度を変更して風車の回転速度を調整することによって発電機の発電量を制御する。
【００７６】
このように、電源システムにおいては、停電の有無に関わらず給電できる制御系電源や発電機運転に必要な機器として、たとえば熱系では燃料送りポンプ、排煙ブロア、風車系では軸受け用ポンプ等がある。また、一部の換気扇，送風ファン，ポンプ等は設備・建物・装置等において利用・運用時に必ず運転する。これらを通常の一般負荷と分離し、常時負荷として系統連系、自立運転に関わらず第２インバータ１２３から常時給電すればよい。
【００７７】
また、たとえばリチウムイオン電池等の充電池を第１インバータ１２２および第２インバータ１２３と並列に接続し、発電装置２によって発電された電力を上記の充電池に供給することも有用である。
【００７８】
また、上述した実施形態では、第１〜第３開閉器１５ａ〜１５ｃを、Ｈｉｇｈレベルの制御信号により閉状態となる開閉器として説明したが、Ｌｏｗレベルの制御信号により閉状態となる開閉器であってもよい。
【００７９】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  電力変換装置
２  発電装置（常時負荷）
３  駆動制御部
４  電力系統
５  第１負荷
１１ａ  連系運転用端子（第１端子）
１１ｂ  自立運転用端子（第２端子）
１１ｃ  常時電力供給端子（第３端子）
１２  電力変換部
１２１  コンバータ
１２２  第１インバータ
１２３  第２インバータ
１５ａ〜１５ｆ  第１〜第６開閉器
１７  過電圧保護回路
１７１  第７開閉器
１７２  抵抗器
１８  制御部
１００  電源システム
【要約】
【課題】連系／自立の切替えをスムーズに短時間で行う。
【解決手段】実施形態に係る電源システムは、電力変換装置と、負荷とを備える。また、電力変換装置は、第１インバータと、第２インバータとを備える。第１インバータは、電力系統に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して電力系統へ出力する。第２インバータは、負荷に接続され、発電装置から供給される電力を電力変換して負荷へ常時出力する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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