(57)【要約】【課題】回路構成が簡単で安価にして、直流電源からの電力と商用電源からの電力とを同時に使用できるようにする。【解決手段】商用電源１に、交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ２を接続し、コンバータ２に力率改善回路３を接続し、その力率改善回路３の出力側にインバータ４を介して負荷５を接続する。直流電力を出力する直流電源１１に、直流電圧を昇圧する第２の昇圧回路１２を接続し、第２の昇圧回路１２に第２の整流回路１３を接続し、その第２の整流回路１３の出力側を、第１の整流回路７と並列になるようにインバータ４に接続する。第２の昇圧回路１２からの直流電力の第２の電圧設定値ＶDを力率改善回路３からの直流電力の第１の電圧設定値ＶCよりも大に設定し、商用電源１からの電力に優先して直流電源１１からの電力を負荷５に供給できるように構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源に、交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータを接続し、前記コンバータに力率改善回路を接続し、直流電力を出力する直流電源に、直流電圧を昇圧する昇圧回路を接続し、前記力率改善回路の出力側にインバータを介して負荷を接続し、前記力率改善回路と並列に前記昇圧回路の出力側をインバータに接続し、かつ、前記昇圧回路から出力する直流電力の電圧設定値を前記力率改善回路から出力する直流電力の電圧設定値と異ならせてあることを特徴とする直流連係システム。
【請求項２】
商用電源に、交流電力を直流電力に変換して出力する第１のコンバータを接続し、前記第１のコンバータに第１の力率改善回路を接続し、交流電力を出力する交流電源に、交流電力を直流電力に変換して出力する第２のコンバータを接続し、前記第２のコンバータに、直流電圧を昇圧する第２の力率改善回路を接続し、前記第１の力率改善回路の出力側にインバータを介して負荷を接続し、前記第１の力率改善回路と並列に前記第２の力率改善回路の出力側をインバータに接続し、かつ、前記第１の力率改善回路から出力する直流電力の電圧設定値を前記第２の力率改善回路から出力する直流電力の電圧設定値と異ならせてあることを特徴とする直流連係システム。
【請求項３】
請求項２に記載の直流連係システムにおいて、
直流電力を出力する直流電源に、直流電圧を昇圧する昇圧回路を接続し、第１および第２の力率改善回路と並列に前記昇圧回路の出力側をインバータに接続し、かつ、前記昇圧回路から出力する直流電力の電圧設定値を、第１および第２の力率改善回路から出力する直流電力の電圧設定値よりも低く設定するとともに、前記直流電源の供給可能電力量を、商用電源の停電時に負荷の異常発生を防止するに足る電力量に設定してある直流連係システム。
【請求項４】
請求項３に記載の直流連係システムにおいて、
交流電源と第２のコンバータとの間、または／およびインバータの出力側に負荷を接続し、商用電源の停電時に、直流電源の電力量が供給可能な間に、合計負荷のうちの前記交流電源の定格を越える部分を遮断するものである直流連係システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自家発電の交流電源や直流電源からの電力と、商用電源からの電力とを連係し、同時に使用可能に構成した直流連係システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のシステムとしては、直流電力を交流電力に変換するインバータ部の直流側に、交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、交流電力を直流電力に変換するとともに逆流を阻止する逆阻止型コンバータ部とを並列接続し、コンバータ部の交流側に、回転型原動機に連動連結した同期発電機を接続するとともに、逆阻止型コンバータ部の交流側に商用電源を接続し、かつ、コンバータ部の直流側端子電圧が逆阻止型コンバータ部の直流側端子電圧よりも高くなるように制御し、同期発電機による発電電力を優先的に負荷に供給し、不足したときに商用電力を供給するようにしている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１８７６９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、同期発電機で得られた交流電力に対して、負荷が必要とする電圧、すなわち、インバータからの交流部の出力電圧に応じた電流を流すようにコンバータをスイッチングするようにしている。
【０００５】
しかしながら、負荷が必要とする電圧が商用電源の電圧に近い場合、同期発電機の電源電圧波形のピーク付近でのみのスイッチングによって、コンバータを通じて電流を流すことになるため、出力される電流波形が歪んだものとなり、高調波成分が多くなって電力品質が低下する欠点があった。
【０００６】
また、太陽電池などの直流電源を商用電源と同時に使用できるようにする場合、直流電源からの電圧が低いため、インバータで直流電力を交流電力に変換してから商用電源と連係している。ところが、このような場合、逆潮流を防止するなどの系統連系保護装置といった回路が必要で、高価になる欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明の直流連係システムは、回路構成簡単で安価にして、直流電源からの電力と商用電源からの電力とを同時に使用できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明の直流連係システムは、電力品質を低下させずに、交流電源からの電力と商用電源からの電力とを同時に使用できるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明の直流連係システムは、電力品質を低下させずに、交流電源からの電力と商用電源からの電力とを同時に使用できながら、簡単な構成で、商用電源の瞬時の停電に対処できるようにすることを目的とし、請求項４に係る発明の直流連係システムは、商用電源の長期の停電にも対処できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の直流連係システムは、上述のような目的を達成するために、
商用電源に、交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータを接続し、前記コンバータに力率改善回路を接続し、直流電力を出力する直流電源に、直流電圧を昇圧する昇圧回路を接続し、前記力率改善回路の出力側にインバータを介して負荷を接続し、前記力率改善回路と並列に前記昇圧回路の出力側をインバータに接続し、かつ、前記昇圧回路から出力する直流電力の電圧設定値を前記力率改善回路から出力する直流電力の電圧設定値と異ならせるように構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項１に係る発明の直流連係システムの構成によれば、商用電源からの交流電力を直流電力に変換し、力率改善回路により、歪みの無い状態で設定電圧の直流電流を流し、一方、直流電源からの直流電力を昇圧回路により設定電圧まで高くし、設定電圧の直流電流を流して商用電源からの直流電流と合流させ、インバータで交流電力に変換する。また、力率改善回路からの直流電力の電圧設定値を昇圧回路からの直流電力の電圧設定値と異ならせ、電圧設定値が高い方の直流電力を優先的に出力させることができる。
したがって、商用電源と直流電源とを直流で連係するから、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して商用電源からの交流電力と連係する場合のような位相合わせのために同期させる制御構成や、商用電源による商用電力系統を保護するための系統連系保護装置を不要にでき、回路構成簡単で安価にして、直流電源からの電力と商用電源からの電力とを同時に使用できる。
しかも、直流電源からの直流電力を昇圧回路で高くするから、電源電圧が低い太陽電池などのような直流電源であっても、商用電源に優先して使用するなど、種々の用途に適用でき、極めて有用である。
【００１０】
また、請求項２に係る発明の直流連係システムは、上述のような目的を達成するために、
商用電源に、交流電力を直流電力に変換して出力する第１のコンバータを接続し、前記第１のコンバータに第１の力率改善回路を接続し、交流電力を出力する交流電源に、交流電力を直流電力に変換して出力する第２のコンバータを接続し、前記第２のコンバータに、直流電圧を昇圧する第２の力率改善回路を接続し、前記第１の力率改善回路の出力側にインバータを介して負荷を接続し、前記第１の力率改善回路と並列に前記第２の力率改善回路の出力側をインバータに接続し、かつ、前記第１の力率改善回路から出力する直流電力の電圧設定値を前記第２の力率改善回路から出力する直流電力の電圧設定値と異ならせるように構成する。
【００１１】
（作用・効果）
請求項２に係る発明の直流連係システムの構成によれば、商用電源からの交流電力を直流電力に変換し、第１の力率改善回路により、歪みの無い状態で設定電圧の直流電流を流し、一方、交流電源からの交流電力を第２の力率改善回路により、設定電圧まで高くし、歪みの無い状態で設定電圧の直流電流を流して商用電源からの直流電流と合流させ、インバータで交流電力に変換する。第１の力率改善回路からの直流電力の電圧設定値を第２の力率改善回路からの直流電力の電圧設定値と異ならせ、電圧設定値が高い方の直流電力を優先的に出力させることができる。
したがって、商用電源と交流電源とを直流で連係し、回路構成が簡単で安価にできながら、交流電力の電源電圧の広い範囲でスイッチングして電流を流すことができ、高調波成分を減少することができ、電力品質を低下させずに、交流電源からの電力と商用電源からの電力とを同時に使用できる。
しかも、商用電源からの交流電力と交流電源からの交流電力の大きさの違いのいかんにかかわらず、所定の電源からの出力を優先的に使用でき、商用電源に優先して交流電源を使用するとか、商用電源の停電時に交流電源を使用するなど、種々の用途に適用でき、極めて有用である。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
請求項２に記載の直流連係システムにおいて、
直流電力を出力する直流電源に、直流電圧を昇圧する昇圧回路を接続し、第１および第２の力率改善回路と並列に前記昇圧回路の出力側をインバータに接続し、かつ、前記昇圧回路から出力する直流電力の電圧設定値を、第１および第２の力率改善回路から出力する直流電力の電圧設定値よりも低く設定するとともに、前記直流電源の供給可能電力量を、商用電源の停電時に負荷の異常発生を防止するに足る電力量に設定して構成する。
【００１３】
（作用・効果）
請求項３に係る発明の直流連係システムの構成によれば、直流電源からの直流電力を昇圧回路により設定電圧まで高くし、かつ、その電圧設定値を、第１および第２の力率改善回路それぞれからの直流電力の電圧設定値よりも小さくし、商用電源の停電時に、交流電源からの電力では不足して負荷の異常を発生をする虞のある電力分を、直流電源からの電力で一時的に賄うことができる。
したがって、直流電源からの直流電力を昇圧回路で高くし、商用電源および交流電源と直流で連係するから、交流連係の場合のような位相合わせのために同期させる制御構成や、商用電源による商用電力系統を保護するための系統連系保護装置を不要にできるとともに、電源電圧が低い太陽電池などのような直流電源であっても、商用電源の停電時に負荷の異常発生を防止するに足る電力量に設定して使用でき、電力品質を低下させずに、交流電源からの電力と商用電源からの電力とを同時に使用できながら、簡単な構成で、商用電源の瞬時の停電に対処できる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
請求項３に記載の直流連係システムにおいて、
交流電源と第２のコンバータとの間、または／およびインバータの出力側に負荷を接続し、商用電源の停電時に、直流電源の電力量が供給可能な間に、合計負荷のうちの前記交流電源の定格を越える部分を遮断するように構成する。
【００１５】
（作用・効果）
請求項４に係る発明の直流連係システムの構成によれば、商用電源の停電時に、交流電源からの電力を負荷に供給しながら、その合計負荷に対して定格を越える部分を直流電源からの電力で賄い、直流電源からの電力分を消費する間に、定格を越える分の負荷を遮断し、直流電源からの電力を不要にすることができる。したがって、商用電源の停電にかかわらず、交流電源の定格より小さい負荷に対して継続して電力を供給できるから、商用電源の長期の停電にも良好に対処できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る直流連係システムの第１実施例（請求項１に係る発明の実施例）を示す概略構成図であり、商用電源１に、交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ２が接続されるとともに、コンバータ２に力率改善回路３が接続され、その力率改善回路３の出力側にインバータ４を介して負荷５が接続されている。
【００１８】
力率改善回路３は、チョッパー回路などの第１の昇圧回路６、第１の整流回路７、第１の整流回路７からの直流出力の電圧を測定する第１の電圧計８、第１の制御回路９および第１のスイッチ回路１０から構成されている。
【００１９】
第１の制御回路９では、第１の整流回路７からの直流出力の電圧、すなわち、第１の昇圧回路６からの直流出力の電圧の目標値として所定の第１の電圧ＶCが設定され、第１の電圧計８で測定される電圧値と第１の電圧設定値ＶCとを比較し、測定電圧値が第１の電圧設定値ＶCよりも小さいときには第１の昇圧回路６に対してスイッチング回数を増加させ、一方、測定電圧値が第１の電圧設定値ＶCよりも大きいときには第１の昇圧回路６に対してスイッチング回数を減少させるように第１のスイッチ回路１０に指令信号を出力し、測定電圧値が第１の電圧設定値ＶCになるように制御するようになっている。
【００２０】
直流電力を出力する太陽電池や燃料電池などの直流電源１１に、直流電圧を昇圧する第２の昇圧回路１２が接続されるとともに第２の昇圧回路１２に第２の整流回路１３が接続され、その第２の整流回路１３の出力側が、第１の整流回路７と並列になるようにインバータ４に接続されている。
【００２１】
第２の整流回路１３の出力部分に、第２の整流回路１３からの直流出力の電圧を測定する第２の電圧計１４が付設され、その第２の電圧計１４に第２の制御回路１５が接続されるとともに、その第２の制御回路１５に、第２の昇圧回路１２に対するスイッチング用の第２のスイッチ回路１６が接続されている。
【００２２】
第２の制御回路１５では、第２の整流回路１３からの直流出力の電圧、すなわち、第２の昇圧回路１２からの直流出力の電圧の目標値として所定の第２の電圧ＶDが設定され、第２の電圧計１４で測定される電圧値と第２の電圧設定値ＶDとを比較し、測定電圧値が第２の電圧設定値ＶDよりも小さいときには第２の昇圧回路１２に対してスイッチング回数を増加させ、一方、測定電圧値が第２の電圧設定値ＶDよりも大きいときには第２の昇圧回路１２に対してスイッチング回数を減少させるように第２のスイッチ回路１６に指令信号を出力し、測定電圧値が第２の電圧設定値ＶDになるように制御するようになっている。
【００２３】
第２の電圧設定値ＶDが第１の電圧設定値ＶCよりも大に設定されており、商用電源１からの電力に優先して直流電源１１からの電力を負荷５に供給できるように構成されている。
【００２４】
上記第１実施例において、第１および第２の制御回路９，１５をひとつの制御回路で構成するとともに、第１および第２のスイッチ回路１０，１６をひとつのスイッチ回路で構成し、第１および第２の電圧計８，１４を制御回路に接続するとともに制御回路にスイッチ回路を接続し、ひとつの制御回路において、第１および第２の電圧計８，１４による測定電圧値それぞれと第１および第２の電圧設定値ＶC，ＶDそれぞれとを比較して所定のスイッチングを行わせるように構成しても良い。
【００２５】
図２は、本発明に係る直流連係システムの第２実施例（請求項２に係る発明の実施例）を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
【００２６】
すなわち、第１実施例の直流電源１１に代えて、交流電源としての交流発電機２１が用いられ、その交流発電機２１に、交流電力を直流電力に変換して出力する第２のコンバータ２２が接続されるとともに、第２のコンバータ２２に第２の力率改善回路２３が接続され、その第２の力率改善回路２３の出力側が、第１の力率改善回路３（第１実施例の力率改善回路３）と並列になるようにインバータ４に接続されている。図２では、商用電源１からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ２を第１のコンバータ２とする。
【００２７】
第２の力率改善回路２３は、チョッパー回路などの第３の昇圧回路２４、第３の整流回路２５、第３の整流回路２５からの直流出力の電圧を測定する第３の電圧計２６、第３の制御回路２７および第３のスイッチ回路２８から構成されている。
【００２８】
第３の制御回路２７では、第３の整流回路２５からの直流出力の電圧、すなわち、第３の昇圧回路２４からの直流出力の電圧の目標値として所定の第３の電圧ＶD1が設定され、第３の電圧計２６で測定される電圧値と第３の電圧設定値ＶD1とを比較し、測定電圧値が第３の電圧設定値ＶD1よりも小さいときには第３の昇圧回路２４に対してスイッチング回数を増加させ、一方、測定電圧値が第３の電圧設定値ＶD1よりも大きいときには第３の昇圧回路２４に対してスイッチング回数を減少させるように第３のスイッチ回路２８に指令信号を出力し、測定電圧値が第３の電圧設定値ＶD1になるように制御するようになっている。
【００２９】
第３の電圧設定値ＶD1が第１の電圧設定値ＶCよりも大に設定されており、商用電源１からの電力に優先して交流発電機２１からの発電電力を負荷５に供給できるように構成されている。他の構成は第１実施例と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。
【００３０】
図３は、本発明に係る直流連係システムの第３実施例（請求項３および４に係る発明の実施例）を示す概略構成図であり、第２実施例と異なるところは次の通りである。
【００３１】
すなわち、第１実施例の構成に、次のような構成が付加されている。
直流電力を出力する太陽電池などの直流電源３１に、直流電圧を昇圧する第４の昇圧回路３２が接続されるとともに第４の昇圧回路３２に第４の整流回路３３が接続され、その第４の整流回路３３の出力側が、第１および第３の整流回路７，１５と並列になるようにインバータ４に接続されている。
【００３２】
第４の整流回路３３の出力部分に、第４の整流回路３３からの直流出力の電圧を測定する第４の電圧計３４が付設され、その第４の電圧計３４に第４の制御回路３５が接続されるとともに、その第４の制御回路３５に、第４の昇圧回路３２に対するスイッチング用の第４のスイッチ回路３６が接続されている。
【００３３】
第４の制御回路３５では、第４の整流回路３３からの直流出力の電圧、すなわち、第４の昇圧回路３２からの直流出力の電圧の目標値として所定の第４の電圧ＶHが設定され、第４の電圧計３４で測定される電圧値と第４の電圧設定値ＶHとを比較し、測定電圧値が第４の電圧設定値ＶHよりも小さいときには第４の昇圧回路３２に対してスイッチング回数を増加させ、一方、測定電圧値が第４の電圧設定値ＶHよりも大きいときには第４の昇圧回路３２に対してスイッチング回数を減少させるように第３のスイッチ回路３６に指令信号を出力し、測定電圧値が第４の電圧設定値ＶHになるように制御するようになっている。
【００３４】
交流発電機２１と第２のコンバータ２との間、および、インバータ４の出力側それぞれに、遮断器３７を介して負荷３８が接続されている。負荷５は、単独では交流発電機２１の定格を越えないもので構成され、負荷３８，３８は、負荷５と合計した状態で交流発電機２１の定格を越えるようなもので構成されている。
【００３５】
第４の電圧設定値ＶHが第１および第３の電圧設定値ＶC，ＶD1よりも低い値に設定されており、かつ、直流電源３１の供給可能電力量が、商用電源１の停電時に、負荷５，３８，３８のすべてに電力を供給する状態にあっても、交流発電機２１の定格を越える部分に、所定時間（後述する遮断器３７を切り動作する時間）電力を供給して負荷３８，３８の異常発生を防止するに足る電力量に設定されている。
【００３６】
商用電源１の出力側に、商用電源１の停電を検知して停電信号を出力する停電検知器３９が付設され、その停電検知器３９が第５の制御回路４０に接続されるとともに、第５の制御回路４０に遮断器３７，３７が接続されている。
【００３７】
第５の制御回路４０では、停電検知器３９からの停電信号に応答して遮断器３７，３７に遮断信号を出力し、直流電源３１からの直流電力を負荷３８，３８に供給しきるまでの間に遮断器３７，３７を遮断するように構成されている。他の構成は、第２実施例と同じであり、同一図番を付すことによりその説明は省略する。
【００３８】
この第３実施例の構成によれば、商用電源１の停電が長期にわたっても、交流発電機２１の定格を越えない負荷５に対して交流発電機２１から継続して電力を供給できる。
【００３９】
上記第２および第３実施例において、第１および第３の制御回路１５，２７では、図４の設定電圧と合計出力電流との相関のグラフに示すように、負荷５で要求される電力量、すなわち、商用電源１と交流発電機２１からの合計出力電流が増大するに伴い、商用電源１の定格値ａ付近までは交流発電機２１からの第３の電圧設定値ＶD1を少しづつ減少させ、定格値ａ付近で商用電源１からの第１の電圧設定値ＶCにほぼ一致させ、定格値ａを越えた後は、商用電源１からの第１の電圧設定値ＶCを少しづつ減少させるようになっている。これにより、交流発電機２１を定格の発電電力で運転しながら、電力不足が生じるに伴い、その不足分を補う形で円滑に商用電源１からの電力を供給できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の直流連係システムによれば、商用電源からの交流電力を直流電力に変換し、力率改善回路により、歪みの無い状態で設定電圧の直流電流を流し、一方、直流電源からの直流電力を昇圧回路により設定電圧まで高くし、設定電圧の直流電流を流して商用電源からの直流電流と合流させ、インバータで交流電力に変換し、商用電源と直流電源とを直流で連係するから、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して商用電源からの交流電力と連係する場合のような位相合わせのために同期させる制御構成や、商用電源による商用電力系統を保護するための系統連系保護装置を不要にでき、回路構成簡単で安価にして、直流電源からの電力と商用電源からの電力とを同時に使用できる。
しかも、直流電源からの直流電力を昇圧回路で高くし、力率改善回路からの直流電力の電圧設定値を昇圧回路からの直流電力の電圧設定値と異ならせ、電圧設定値が高い方の直流電力を優先的に出力させることができるようにするから、電源電圧が低い太陽電池などのような直流電源であっても、商用電源に優先して使用するなど、種々の用途に適用でき、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る直流連係システムの第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る直流連係システムの第２実施例を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る直流連係システムの第３実施例を示す概略構成図である。
【図４】設定電圧と合計出力電流との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１…商用電源
２…コンバータ、第１のコンバータ
３…力率改善回路、第１の力率改善回路
４…インバータ
５…負荷
１１…直流電源
１２…第１の昇圧回路（昇圧回路）
２１…交流発電機（交流電源）
２２…第２のコンバータ
２３…第２の力率改善回路
３１…直流電源
３２…第４の昇圧回路（昇圧回路）
３８…負荷
【図１】
2004201433.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004201433.tif 000005
【図４】
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