(57)【要約】【課題】誘導発電機を電力系統に連系させる場合に、過大な突入電流を抑制できるようにする。【解決手段】電力系統１と誘導発電機２の間に接続された遮断器４に対し並列にインバータ３ａ，３ｂを設け、誘導発電機２を電力系統１に連系させる場合、誘導発電機２を定格回転数付近で回転させた状態で、誘導発電機電圧を電力系統電圧と一致させるような電流を、インバータ３ａから誘導発電機２へ流した後に、電力系統１に連系する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続されている負荷に誘導発電機から電力を供給する分散型電源装置において、
前記電力系統と誘導発電機との間に接続される遮断器と並列に、電力系統側の交流電力を直流電力に変換する第１のインバータと、この直流電力を誘導発電機側の交流電力に変換する第２のインバータとを設け、誘導発電機を電力系統に連系するときは、誘導発電機を定格回転数付近で回転させた状態で、誘導発電機電圧を電力系統電圧と同一にするための電流を求め、この電流を第２のインバータから誘導発電機に流した後に電力系統と連系することを特徴とする誘導発電機の起動方式。
【請求項２】
前記誘導発電機電圧を電力系統電圧と同一にするための電流は、誘導発電機電圧と電力系統電圧とから演算することを特徴とする請求項１に記載の誘導発電機の起動方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力や水力、エンジン等で誘導発電機を駆動し電力系統に電力を供給する分散型電源装置において、誘導発電機を電力系統に連系する場合に発生する突入電流を抑制する誘導発電機の起動方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に、例えば特許文献１に開示された従来例を示す。同図において、１は電力系統、２は誘導発電機、３は可変無効電力発生器、４は遮断器を示す。
図３の誘導発電機２は、電力系統１に連系した後、誘導発電機２の回転速度を制御することで発電している。誘導発電機２の回転速度を定格速度（電力系統電圧の周波数相当）より高めにすると、有効電力を電力系統１に供給することができ、これとは逆に定格速度より低めにすると、電力系統１から誘導発電機２に有効電力が供給されることになる。
【０００３】
上記誘導発電機２を電力系統１に連系する場合の起動用として、電力系統１と誘導発電機２の間に、可変無効電力発生器３と遮断器４が設けられる。なお、無効電力発生器３としてはコンデンサとリアクトルを用いるものか、またはインバータを用いている。そして、誘導発電機２を起動するときは、遮断器４を開放したまま、図示されないエンジン等の外部手段により誘導発電機２を同期速度まで回転数を上げ、誘導発電機２の電圧が電力系統１の電圧と等しくなるように、可変無効電力発生器３からの無効電力を調整し、誘導発電機２の位相角と電力系統１の電圧の位相角とがほぼ一致したとき、遮断器４を投入することで突入電流を抑制するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１７８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来方式では誘導発電機の突入電流を抑制するために、電力系統に連系する前に電力系統の電圧と同一の周波数，大きさの電圧を発生させておく必要があることから、周波数はエンジン等の外部手段で調整し、大きさは可変無効電力発生器からの無効電力によって調整している。可変無効電力発生器にはインバータ、またはコンデンサとリアクトルを用いているので、その無効電力を制御することは容易であるが、エンジン等の外部手段で電力系統電圧と同一の周波数にする制御は必ずしも容易ではない。
【０００６】
そこで、従来方式では誘導発電機の電圧と電力系統の電圧の位相角がほぼ一致したときに、遮断器を投入するようにしている。このため、遮断器に投入指令を与えてから実際に遮断器が投入されるまでの遅れ時間によって位相角がずれ、誘導発電機電圧と電力系統電圧の差から過大な電流が流れてしまい、機器の損傷を引き起こす可能性がある。また、位相角がほぼ一致するまで遮断器を投入することができないことから、運転指令が入力されてから、誘導発電機を電力系統に連系させるまでに長大な時間が必要になる場合がある、などの問題が発生する。
【０００７】
したがって、この発明の課題は、遮断器の投入時間を短縮し、過大な突入電流を流さないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、電力系統に接続されている負荷に誘導発電機から電力を供給する分散型電源装置において、
前記電力系統と誘導発電機との間に接続される遮断器と並列に、電力系統側の交流電力を直流電力に変換する第１のインバータと、この直流電力を誘導発電機側の交流電力に変換する第２のインバータとを設け、誘導発電機を電力系統に連系するときは、誘導発電機を定格回転数付近で回転させた状態で、誘導発電機電圧を電力系統電圧と同一にするための電流を求め、この電流を第２のインバータから誘導発電機に流した後に電力系統と連系することを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記誘導発電機電圧を電力系統電圧と同一にするための電流は、誘導発電機電圧と電力系統電圧とから演算することができる（請求項２の発明）。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、電力系統と誘導発電機との間に設けられる遮断器と並列にインバータを設け、誘導発電機を電力系統に連系する場合、誘導発電機を定格回転数近傍で回転させた状態で、誘導発電機電圧を電力系統電圧に一致させる電流を求め、この電流をインバータから誘導発電機に流すことで、誘導発電機電圧を電力系統電圧と同じにすることができるので、過大な突入電流を流すことなく、安定に誘導発電機を電力系統に連系させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１はこの発明の実施の形態を示す回路構成図である。５，６は電圧検出器、７，８，１１は座標変換器、９，１０は電圧調節器、１２は電流調節器を示す。また、３ａ，３ｂはインバータで、その他は図３と同様である。
すなわち、電力系統１と誘導発電機２との間に挿入された遮断器４と並列に、インバータ３ａ，３ｂが接続される。誘導発電機２を電力系統１に連系する場合、インバータ３ｂは、インバータ３ａ，３ｂの間の直流電圧を一定に制御するため、直流電圧が定格電圧以上の場合は有効電力を電力系統１に出力し、直流電圧が定格電圧以下の場合は電力系統１から有効電力を入力するように制御される。この制御は一般的に行なわれているので、その詳細は省略する。
【００１１】
電圧検出器６は電力系統電圧Ｖｓａ，Ｖｓｂ，Ｖｓｃを検出する一方、電圧検出器５は誘導発電機電圧Ｖｇａ，Ｖｇｂ，Ｖｇｃを検出する。系統電圧Ｖｓａ，Ｖｓｂ，Ｖｓｃは、乗算器１５において関数発生器１３からのランプ関数と乗算され、図２に示すような信号Ｖｓａ’，Ｖｓｂ’，Ｖｓｃ’となる。これは、インバータ３ａの出力電圧を急激に変化させないよう、電力系統電圧検出値を零電圧から定格電圧までゆっくりと変化させるためである。
【００１２】
座標変換器７は、乗算器１５の出力Ｖｓａ’，Ｖｓｂ’，Ｖｓｃ’を数１で示す下記（１）式によって３相−２相変換する。
【数１】
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【００１３】
次いで、得られた２相量から、数２で示す下記（２）式により座標軸変換をしてＶｓｄ，Ｖｓｑを求める。
【数２】
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【００１４】
座標変換器８も同様に、検出器５の出力検出電圧値Ｖｇａ，Ｖｇｂ，Ｖｇｃを数１で示す上記（１）式によって３相−２相変換し、得られた２相量から数２で示す上記（２）式により、座標軸変換をしてＶｇｄ，Ｖｇｑを求める。
その後、ＶｓｄとＶｇｑとの差、およびＶｓｑとＶｇｑとの差をそれぞれ求め、これをゲインおよび積分要素などからなる電圧調節器９，１０にそれぞれ入力することで、インバータ３ａの電流指令ＩｄおよびＩｑを得る。
【００１５】
座標変換器１１は、数３で示す下記（３）式による座標軸変換を行なう。
【数３】
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【００１６】
次に、座標変換器１１は、数４で示す下記（４）式によって２相−３相変換し、３相電流指令値Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを得る。
【数４】
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【００１７】
そして、別途変流器を介して検出される３相電流検出値を、座標変換器１１からの出力である３相電流指令値に一致させるよう、電流調節器１２で調節演算することにより、インバータ３ａの出力すべき電圧を求め、誘導発電機２に３相電流指令値通りの電流を流すようにする。なお、（２），（３）式のｃｏｓθ，ｓｉｎθは、発振器１４で電力系統電圧を基準として演算される位相角で、ｃｏｓθは電力系統電圧と同位相の成分、ｓｉｎθは電力系統電圧から９０°位相が遅れた成分をそれぞれ示している。
【００１８】
以上のような構成において、誘導発電機２を電力系統１に連系する場合、遮断器４を「開」
の状態で、図示されないエンジン等の外部手段によって、誘導発電機２の回転速度を電力系統１の電圧周波数とほぼ同一となるように制御する。次に、インバータ３ａ，３ｂを運転させ、電圧検出器５により検出した電力系統電圧に対しランプ関数を乗算し、図２のような電圧を得る。
【００１９】
ランプ関数器１３からの出力が順次増加して１００％になると、誘導発電機が電力系統電圧と等しくなるので、そのときの電流Ｉｄ，Ｉｑを電圧調節器９，１０により求め、これがインバータ３ａの出力電流と等しくなるようにインバータ３ａを制御し、インバータ３ａから誘導発電機２に電流を供給したのち、遮断器４を「閉」にして電力系統１に連系する。
【００２０】
ここで、誘導発電機２の回転速度が電力系統電圧周波数より高い場合、誘導発電機２からインバータ３ａに有効電力が流入し、直流電圧が上昇することになるが、インバータ３ｂによって電力系統１へ回生される。また、誘導発電機２の回転速度が電力系統電圧周波数より低い場合、インバータ３ａから誘導発電機２へ有効電力を供給する。その有効電力量は、誘導発電機２の回転速度と電力系統電圧周波数の差に関係して決まるが、誘導発電機２の回転数制御誤差は１％程度であるため、インバータ３ａ，３ｂの容量を大きくする必要はない。
【００２１】
以上のようにして、誘導発電機２の電圧の大きさ，周波数とも電力系統電圧と同一となるように制御することが可能となり、その後、遮断器４を投入することで突入電流を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態を示す回路図
【図２】図１の乗算器出力の一例を示す説明図
【図３】従来例を示す構成図
【符号の説明】
【００２３】
１…電力系統、２…誘導発電機、３ａ，３ｂ…インバータ、４…遮断器、５，６…電圧検出器、７，８，１１…座標変換器、９，１０…電圧調節器、１２…電流調節器、１３…ランプ関数器、１４…発振器、１５…乗算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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