(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機の定格容量を超過する電力量が電力系統からインバータを介して負荷に供給可能なインバータを備える電源装置において、
インバータは、他の電力源の出力電圧および周波数に合わせて出力を制御する並列運転モードと、予め設定される目標値に出力電圧および周波数を合わせて単独で負荷への電力供給が可能なＣＶＣＦ運転モードとを、切換え可能に備え、
インバータの出力と該負荷との間に接続され、インバータの出力と該負荷との間の導通と遮断とが可能なインバータ出力スイッチと、
発電機の出力と該負荷との間に接続され、発電機の出力と該負荷との間の導通と遮断とが可能な発電機出力スイッチと、
電力系統と該負荷との間をバイパスするように接続され、電力系統と該負荷との間の導通と遮断とが可能なバイパススイッチと、
発電機出力スイッチとバイパススイッチとが同時に導通しないようにインターロックさせ、インバータ出力スイッチのみを導通させているときはインバータをＣＶＣＦ運転モードで運転させ、インバータ出力スイッチと発電機出力スイッチまたはバイパススイッチとを導通させているときはインバータを並列運転モードで運転させる制御手段とを含むことを特徴とするインバータを備える電源装置。
【請求項２】
前記発電機の負荷率を監視する負荷率監視手段をさらに含み、
前記制御手段は、負荷率監視手段によって監視される発電機の負荷率が予め定める高負荷率運転基準を満たしているとき、前記発電機出力スイッチおよび前記インバータ出力スイッチが導通して前記バイパススイッチが遮断し、前記インバータが前記並列運転モードで運転するように切換え、該発電機の負荷率が該高負荷率運転基準を満たさないとき、発電機出力スイッチおよびインバータ出力スイッチが遮断してバイパススイッチが導通し、発電機およびインバータが停止するように切換えることを特徴とする請求項１記載のインバータを備える電源装置。
【請求項３】
前記発電機および前記インバータの発停のタイムスケジュールが予め設定されるスケジュール設定手段をさらに含み、
前記制御手段は、スケジュール設定手段に設定されているタイムスケジュールに従って、発電機およびインバータを運転するとき、前記発電機出力スイッチおよび前記インバータ出力スイッチが導通して前記バイパススイッチが遮断し、インバータが並列運転モードで運転するように切換え、
発電機およびインバータを停止するとき、発電機出力スイッチおよびインバータ出力スイッチが遮断してバイパススイッチが導通し、発電機およびインバータが停止するように切換えることを特徴とする請求項１記載のインバータを備える電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自家発電装置などで、発電機の容量に対する超過電力をインバータを介して電力系統から給電するインバータを備える電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、コジェネレーションシステムなどの自家発電設備では、発電機の故障時の電力供給確保や、発電機の運転効率向上のために、商用電源などの電力系統からも電力の供給を受けるようにしている。電力系統からの電力供給と、発電機からの電力供給とを共通の負荷に対して行うためには、発電機の発電出力を、電力系統から供給される交流電力に、振幅、周波数および位相などを合わせるように制御しながら系統連系運転を行う必要がある。
【０００３】
一方、図６に示すような電源装置では、インバータの機能により、電力系統からインバータの出力に接続された負荷の方向のみに電力を流すことが可能であるため、インバータの出力に接続されるものは発電機を含めてインバータの負荷とみなすことができることから系統連系に対し、単独給電として位置付けられ、インバータの出力が発電機の振幅周波数および位相などに合わせるように制御される。動作としては、発電機１からの出力を負荷２に供給し、さらにインバータ３を介して電力系統４からの電力も負荷２に供給する。インバータ３は電力系統４から入力される電力を一旦直流電力に変換し、さらに変換された直流電力を電源として、発電機１の発電電圧や周波数に対して同期を取って負荷２に電力を供給する。このような発電機１とインバータ３とを並列運転する電源装置のシステムでは、負荷２の容量を、発電機１の定格容量を超過して選定することができ、発電機１の定格容量を超過する電力量をインバータ３から供給することができる。ただし、インバータ３にも定格容量があり、供給可能な電力量は制限される。
【０００４】
電力系統４とインバータ３との間には、遮断機５が設けられ、過大な電流が流れる際などには遮断して電源装置および電力系統４の保護を図ることができる。使用頻度が小さい負荷６などは、電力系統４からのみ電力供給を行うようにすることもできる。
【０００５】
図７は、図６に示すような電源装置で、負荷容量の時間的変化の一例を示す。負荷２の容量は、一般的に時間とともに変化する。たとえば工場では、生産時間に各種動力用や熱源用の電力消費が増大する。また、事務所などでは、執務時間中に冷暖房用の負荷や照明用の負荷で容量が増加する。発電機１の定格容量までは、発電機１から負荷２に電力供給が行われる。負荷２の容量が発電機の定格容量を超えると、超過分はインバータ３を介して電力系統４から電力供給される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示すような発電機１を備える電源装置では、発電機１の負荷率を高めることが重要である。発電機１は負荷率が高い状態で、効率よく発電を行い、省エネルギなどの所期の目的を達成することができる。負荷率が小さくなると、発電効率が低下し、所期の目的を達成することができないとともに、発電に要するコストも上昇してしまう。
【０００７】
図７に示すような負荷曲線で、負荷の容量が小さくなるのは一般に夜間などの時間帯である。発電機の定格容量を小さくしておけば、夜間などでも高負荷率で発電機１を運転することができるけれども、昼間などの負荷２の容量が大きいとき、インバータ３を介して電力系統４から供給する電力量が大きくなってしまう。インバータ３から供給する電力量が大きくなると、インバータ３の容量を大きくしなければならず、コストが上昇してしまう。また、インバータ３の内部では、電力系統４から供給される交流電力を一旦直流電力に変換し、さらに交流電力に変換しているので、変換に伴って損失が生じる。インバータ３を介して供給する電力を大きくすれば、インバータ３での損失も増大してしまう。このため、インバータ３の容量をあまり大きくすることは好ましくはなく、発電機１の定格容量は、負荷２で必要とする容量の主要部分を供給可能な容量としておき、超過分のみをインバータ３を介して電力系統４から供給するようにすることが好ましい。ただし、発電機１の定格容量を負荷２の負荷率が小さいときに比べて大きくしておくと、インバータ３の容量を小さくしておくことができるけれども、この容量が負荷率が小さいときの負荷２の容量に足りない可能性があるときは、負荷２を停止させないで継続的に電力供給を行うために、発電機１を継続的に運転させる必要がある。
【０００８】
また、定期点検などで発電機１を停止させる必要がある場合には、インバータ３の容量が小さいときに、インバータ３をバイパスして電力系統４から負荷２に電力を供給する必要があるけれども、バイパスなどへの切換え時点で負荷２に対しては瞬時停電が発生し、負荷２の停止に至ることも生じ得る。
【０００９】
本発明の目的は、発電機の負荷率を高めるインバータとの並列運転が可能なインバータを備える電源装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発電機の定格容量を超過する電力量が電力系統からインバータを介して負荷に供給可能なインバータを備える電源装置において、
インバータは、他の電力源の出力電圧および周波数に合わせて出力を制御する並列運転モードと、予め設定される目標値に出力電圧および周波数を合わせて単独で負荷への電力供給が可能なＣＶＣＦ運転モードとを、切換え可能に備え、
インバータの出力と該負荷との間に接続され、インバータの出力と該負荷との間の導通と遮断とが可能なインバータ出力スイッチと、
発電機の出力と該負荷との間に接続され、発電機の出力と該負荷との間の導通と遮断とが可能な発電機出力スイッチと、
電力系統と該負荷との間をバイパスするように接続され、電力系統と該負荷との間の導通と遮断とが可能なバイパススイッチと、
発電機出力スイッチとバイパススイッチとが同時に導通しないようにインターロックさせ、インバータ出力スイッチのみを導通させているときはインバータをＣＶＣＦ運転モードで運転させ、インバータ出力スイッチと発電機出力スイッチまたはバイパススイッチとを導通させているときはインバータを並列運転モードで運転させる制御手段とを含むことを特徴とするインバータを備える電源装置である。
【００１１】
本発明に従えば、電源装置は、発電機の定格容量を超過する電力量が電力系統からインバータを介して負荷に供給可能である。インバータは、他の電力源の出力電圧および周波数に合わせて出力を制御する並列運転モードと、予め設定される目標値に出力電圧および周波数を合わせて単独で負荷への電力供給が可能なＣＶＣＦ運転モードとを切換えることができる。インバータの出力と負荷との間には、インバータ出力スイッチが接続され、インバータの出力と負荷との間の導通と遮断とが切換可能である。発電機の出力と負荷との間には発電機出力スイッチが接続され、発電機の出力と負荷との間の導通と遮断とが切換可能である。電力系統と負荷との間にはバイパススイッチが接続され、電力系統と負荷との間の導通と遮断とが切換可能である。制御手段は、発電機出力スイッチとバイパススイッチとが同時に導通しないようにインターロックさせ、インバータ出力スイッチのみが導通しているときはインバータをＣＶＣＦ運転モードで運転させ、インバータ出力スイッチと発電機出力スイッチまたはバイパススイッチとが導通しているときには、インバータを並列運転モードで運転させる。負荷率が高いときには発電機とインバータとを並列運転させ、負荷率が低いときには発電機とインバータを停止させ、インバータをバイパスして電力系統から負荷に電力を直接供給することができるので、発電機は常に高い負荷率で運転させることができる。電力系統のみから負荷に電力を供給する際には、インバータをバイパスするので、インバータ内部での変換に伴う電力損失を避けることができる。
【００１２】
また本発明は、前記発電機の負荷率を監視する負荷率監視手段をさらに含むことが可能であり、
前記制御手段は、負荷率監視手段によって監視される発電機の負荷率が予め定める高負荷率運転基準を満たしているとき、前記発電機出力スイッチおよび前記インバータ出力スイッチが導通して前記バイパススイッチが遮断し、前記インバータが前記並列運転モードで運転するように切換え、該発電機の負荷率が該高負荷率運転基準を満たさないとき、発電機出力スイッチおよびインバータ出力スイッチが遮断してバイパススイッチが導通し、発電機およびインバータが停止するように切換えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、発電機の負荷率は負荷率監視手段によって監視され、制御手段は負荷率監視手段によって監視される発電機の負荷率が予め定める高負荷率基準運転を満たしているときに発電機とインバータとが並列運転モードで運転するように切換える。並列運転では、発電機出力スイッチおよびインバータ出力スイッチが導通してバイパススイッチが遮断し、インバータが並列運転モードで運転する。負荷率が高負荷率運転基準を満たさないときには、発電機出力スイッチおよびインバータ出力スイッチが遮断してバイパススイッチが導通し、発電機およびインバータが停止するように切換える。負荷率を自動的に監視して、高負荷率運転基準を満たすときに発電機とインバータとの並列運転が行われるので、発電機を効率よく運転させることができる。負荷率が高負荷率運転基準を満たさないときには、発電機およびインバータが停止し、電力系統から負荷に対してバイパススイッチを介して電力供給が行われるので、インバータを介して電力供給が行われる際に、インバータ内部で発生する変換損失を避け、低負荷率であっても効率よく電力供給を行うことができる。
【００１４】
また本発明は、前記発電機および前記インバータの発停のタイムスケジュールが予め設定されるスケジュール設定手段をさらに含むことが可能で、
前記制御手段は、スケジュール設定手段に設定されているタイムスケジュールに従って、発電機およびインバータを運転するとき、前記発電機出力スイッチおよび前記インバータ出力スイッチが導通して前記バイパススイッチが遮断し、インバータが並列運転モードで運転するように切換え、
発電機およびインバータを停止するとき、発電機出力スイッチおよびインバータ出力スイッチが遮断してバイパススイッチが導通し、発電機およびインバータが停止するように切換えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、スケジュール設定手段には発電機およびインバータの発停のタイムスケジュールが予め設定される。制御手段は、スケジュール設定手段に設定されているタイムスケジュールに従って、発電機およびインバータの運転の制御を行う。発電機およびインバータを運転するときは、発電機出力スイッチおよびインバータ出力スイッチが導通してバイパススイッチが遮断し、インバータが並列運転モードで運転するように切換える。発電機およびインバータを停止するときは、発電機出力スイッチおよびインバータ出力スイッチが遮断して、バイパススイッチが導通し、発電機およびインバータが停止するように切換える。スケジュール設定手段に予め発電機およびインバータの発停のタイムスケジュールが設定され、設定されたスケジュールに従って発電機とインバータとの並列運転または両方の停止で電力系統から直接負荷に電力供給を行う状態とが自動的に切換えられる。
【００１６】
また本発明において前記制御手段は、前記バイパススイッチのみが前記負荷と導通して、前記発電機およびインバータが停止している状態から、インバータが前記並列運転モードで発電機と並列運転される状態に移行するように切換える際に、
前記インバータ出力スイッチを導通させて、インバータを並列運転モードで電力系統と並列運転させてから、
バイパススイッチを遮断させて、インバータをＣＶＣＦ運転モードで運転させ、
さらに、発電機出力スイッチを導通させて、インバータを並列運転モードで運転させるように制御し、
該並列運転される状態から発電機およびインバータが停止している状態に移行するように切換える際に、
発電機出力スイッチを遮断させて、インバータをＣＶＣＦ運転モードで運転させてから、
バイパススイッチを導通させて、インバータを並列運転モードで運転させ、
さらに、インバータ出力スイッチを遮断させて、発電機およびインバータの運転を停止させるように制御してもよい。
【００１７】
これによって、発電機およびインバータが停止している状態から、インバータが並列運転モードで発電機と並列運転される状態に移行する際に、インバータ出力スイッチ、バイパススイッチおよび発電機出力スイッチの導通または遮断の制御と、インバータの動作モードの切換えとを行い、この際にバイパススイッチとインバータ出力スイッチとが同時に導通することはなく、かつ常に何れかの経路で電力供給が行われ、瞬時停電などが発生しないので、負荷の停止を避けることができる。
【００１８】
さらに本発明において、発電機の定格容量を超過する電力量が電力系統からインバータを介して負荷に供給可能な、インバータを備える電源装置の運転方法であって、
負荷が予め定める高負荷率運転基準を満たすとき、発電機とインバータとを運転し、
負荷が該高負荷率運転基準を満たさないとき、発電機を停止し、電力系統を負荷に直接接続し、インバータを停止するように運転させてもよい。
【００１９】
これによって、発電機の定格容量を超過する電力量が電力系統からインバータを介して負荷に供給可能なインバータを備える電源装置で、負荷が予め定める高負荷率運転基準を満たすとき、発電機とインバータとを運転する。負荷が高負荷率運転基準を満たさないとき、発電機を停止し、電力系統を負荷に直接接続し、インバータを停止するように運転させる。負荷率が小さいときには発電機を停止させるので、発電機の効率低下を避けることができる。負荷には電力系統が直接供給されるので、インバータでの電力損失や、インバータの容量の不足を避けることができる。
【００２０】
また本発明において前記インバータは、他の電力源の出力電圧および周波数に合わせて出力を制御する並列運転モードと、予め設定される目標値に出力電圧および周波数を合わせて出力を制御するＣＶＣＦ運転モードとを切換え可能に備え、
前記発電機とインバータとを運転するときは、インバータを並列運転モードで運転し、
発電機とインバータとが運転停止状態から起動して並列運転状態へ移行する際には、
インバータを電力系統に対する並列運転モードで運転させてから、
電力系統を切離して、インバータをＣＶＣＦ運転モードで運転させ、
さらに、発電機出力を負荷に接続し、インバータを並列運転モードで運転させ、
発電機とインバータとが並列運転の状態から運転停止の状態に移行する際には、
発電機出力を負荷から切離し、インバータをＣＶＣＦ運転モードで運転させてから、
電力系統を直接負荷に接続させて、インバータを並列運転モードで運転させ、
さらに、インバータの出力を負荷から切離してもよい。
【００２１】
これによって、インバータは並列運転モードとＣＶＣＦ運転モードとを切換え可能に備え、発電機とインバータとを並列運転するときにはインバータは並列運転モードで運転し、発電機とインバータとが並列運転の状態から運転停止の状態に移行する際や、発電機とインバータとが運転停止の状態から並列運転の状態に移行する際に、負荷への電力供給が停止して瞬時停電が発生し、負荷の停止に至らないように、インバータの動作モードの切換えを行いながら、状態間の切換えを行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態としての電源装置１０の概略的な電気的構成を示す。電源装置１０は、図６に示す電源装置と同様に、発電機１１、負荷１２およびインバータ１３を備え、インバータ１３は電力系統１４から遮断機１５を介して電力の供給を受ける。本実施形態のインバータ１３は、「並列運転モード」と「ＣＶＣＦ運転モード」の機能を切換え可能に有している。「並列運転モード」とは、インバータ１３の出力する電圧や周波数を、発電機１１や電力系統１４と同期させ、発電機１１とインバータ１３、あるいは電力系統１４とインバータ１３とが同一の負荷１２に対して並列に電力供給が可能な運転モードである。このような並列運転モードでは、負荷１２に供給する電力量が発電機１１の定格容量よりも大きくなっても、定格容量を超過する電力量はインバータ１３から供給される。インバータ１３は、出力側に電力系統１４を接続すれば、電力系統１４との並列運転も可能である。「ＣＶＣＦ運転モード」では、通常のインバータと同様に、予め与えられる目標となる出力電圧と周波数との出力で、負荷を駆動する。なお、「ＣＶＣＦ」は「Constant Voltage Constant Frequency」の省略形である。
【００２３】
インバータ１３の運転モードは、制御ユニット２０によって切換えられる。制御ユニット２０は、バイパススイッチ２１、インバータ出力スイッチ２２および発電機出力スイッチ２３の導通および／または遮断の制御も行う。バイパススイッチ２１は、電力系統１４と負荷１２との間のバイパスラインでインバータ１３をバイパスするように設けられる。インバータ出力スイッチ２２は、インバータ１３の出力と負荷１２との間に設けられる。発電機出力スイッチ２３は、発電機１１と負荷１２との間に設けられる。負荷１２に供給される電力は、検出ユニット２４によって検出され、検出ユニット２４による検出結果は制御ユニット２０に与えられる。制御ユニット２０には、タイムスケジュールユニット２５からのタイムスケジュールの設定内容も入力される。なお、各スイッチ２１，２２，２３は機能上のスイッチとして示す。特にインバータ出力スイッチ２２は、インバータ１３の出力側の機能として備えられている場合も含む。
【００２４】
制御ユニット２０は、インバータ１３が備える並列運転モードとＣＶＣＦ運転モードとの２種類の運転モードを用いて、
▲１▼夜間などの軽負荷時または発電機の定期点検時などには、バイパススイッチ２１を導通させて、負荷１２への電力系統１４からの直接給電を行い、
▲２▼昼間などの高負荷時には、発電機１１とインバータ１３出力との並列運転によって、発電機１１の高負荷率運転を行う。このようなバイパスと並列運転との切換えは、負荷１２を停止させることなく、かつ発電機１１と直接電力系統１４とを連系させる必要はなく、切換えを行うことができる。
【００２５】
図２および図３は、負荷率が低い状態から負荷率が高い状態に切換える手順を示す。図２（１）は低負荷率で電力系統１４からのみ負荷１２に電力供給を行っている状態を示し、図２（２）はインバータ１３を起動する状態を示し、図２（３）はバイパスを開放する状態を示し、図２（４）は発電機１１を起動して投入する状態を示し、図２（５）は発電機１１とインバータ１３とが並列運転を行っている状態を示す。図３は、ステップａ０で開始した後、ステップａ１からステップａ５までの各ステップが、図２（１）から（５）までにそれぞれ対応し、ステップａ６で終了する。
【００２６】
図２（１）およびステップａ１に示すように、夜間などで負荷率の低い場合には、バイパススイッチ２１を導通して、負荷１２へ電力系統１４から電力供給を行う。この際インバータ出力スイッチ２２および発電機出力スイッチ２３はＯＦＦとなるように遮断し、発電機１１とインバータ１３との出力側は開放しておく。発電機１１およびインバータ１３の運転も停止しておく。
【００２７】
図２（２）およびステップａ２は、朝などに発電機１１を起動する際、先ずインバータ１３を起動し、導通しているバイパススイッチ２１を介して供給される電力系統１４との同期時点でインバータ出力スイッチ２２を投入してＯＮとし、インバータを並列運転モードで起動する状態を示す。なお発電機１１を起動する時点は前後してもよい。
【００２８】
図２（３）およびステップａ３では、バイパススイッチ２１を遮断してバイパスラインを開放させ、インバータ１３をＣＶＣＦ運転モードに移行させる。図２（４）およびステップａ４では、インバータ１３を並列運転モードで発電機１１の出力に同期させ、同期が完了した時点で発電機出力スイッチ２３を投入してＯＮとする。図２（５）およびステップａ５は、発電機１１とインバータ１３とが並列運転している状態を示す。発電機１１の定格容量を超過する電力量は、インバータ１３から供給し、発電機１１の高負荷率運転が可能となる。
【００２９】
図４および図５は、発電機１１およびインバータ１３の並列運転状態から運転停止状態への移行の手順を示す。図４（１）および図５のステップｂ１は、発電機１１とインバータ１３とでは、発電機１１およびインバータ１３が並列運転している。軽負荷になったときや夜等に発電機１１を停止する場合は、図４（２）および図５のステップｂ２に示すように、発電機出力スイッチ２３を遮断し、インバータ１３をＣＶＣＦ運転モードに移行させる。次に図４（３）および図５のステップｂ３に示すように、インバータ１３は電力系統１４と同期するような並列運転モードに切換えられ、同期が完了した時点でバイパススイッチ２１が投入されてＯＮ状態となる。図４（４）および図５のステップｂ４では、インバータ出力スイッチ２２が遮断されてＯＦＦ状態となり、インバータ１３が停止し、負荷１２に対しては電力系統１４からのみ直接電力供給を行う状態を示す。この時点では、インバータ１３への供給電源を落としてもかまわない。
【００３０】
以上のような動作で、発電機１１とバイパスラインとが連系運転を行わないためには、発電機１１側の発電機出力スイッチ２３と、バイパススイッチ２１とが同時導入されないためのインタロックが必要となる。
【００３１】
図２〜図６の手順で示すような動作モードや各種スイッチの切換えは、タイムスケジュールユニット２５に予め設定し、タイマなどを用いて自動運転で切換えることができる。または、検出ユニット２４で負荷率を検出して、発電機１１およびインバータ１３の自動発停を行うこともできる。
【００３２】
インバータ１３には、「並列運転モード」と「ＣＶＣＦ運転モード」との機能が持たせてある。インバータ１３の運転モードの切換えは、次の何れかの手段もしくはその他の手段によって行うこともできる。
▲１▼外部からの切換え信号によって行う。
▲２▼内部からの切換え信号によって行う。
▲３▼発電機１１の出力やバイパスラインの電圧や周波数を検出し、自動的に運転モードの切換えを行う。モード切換えを行う際には、負荷停止を防止するため、インバータ１３の切換え速度は高速なものを必要とする。
【００３３】
図１の検出ユニット２４により負荷率を検出して、発電機１１およびインバータ１３の低負荷時停止、高負荷時運転、バイパスラインとの系統切換えを自動で行うシステムが構成される。検出ユニット２４は、負荷１２に供給される電流値もしくは電力値を常に監視し、最低起動負荷率の設定値を超えた場合は、制御ユニット２４によって発電機１１およびインバータ１３の起動を行い、発電機１１とインバータ１３との並列運転によって負荷１２へ給電を行う指令を出す。逆に、停止負荷率の設定値よりも低い負荷率となる場合は、制御ユニット２４から発電機１１およびインバータ１３を停止し、バイパスラインを通じた負荷１２への電力供給を行う指令が出される。
【００３４】
バイパスラインでの切換え手順は次のように行う。負荷率の低い場合には、発電機１１とインバータ１３とを停止し、インバータ出力スイッチ２２および発電機出力スイッチ２３を開放させ、バイパススイッチ２１が閉じた状態で、バイパスラインを通る経路から負荷１２への電力供給を行う。最低起動負荷率の設定値を超えた場合は、インバータ１３および発電機１１を起動し、バイパスラインとの同期時点で、インバータ出力スイッチ２２を投入し、インバータ１３は並列運転モードでバイパスラインとの並列運転を行う。次にバイパススイッチ２１を開放し、インバータ１３はＣＶＣＦ運転モードに切換え、負荷１２への電力供給を行う。次にインバータ１３と発電機１１とが同期を取った時点で、発電機出力スイッチ２３を投入し、発電機１１とインバータ１３との並列運転を行う。この並列運転では、負荷１２への電力供給を、発電機１１の定格容量までは発電機１１から、定格容量超過分の電力はインバータ１３を介して電力系統１４から行う発電機の高負荷率運転が可能となる。
【００３５】
逆に負荷率が低下し、停止負荷率の設定値よりも低い値となる場合は、発電機出力スイッチ２３を開放し、インバータ１３はＣＶＣＦ運転モードで負荷１２への電力供給を行う。引き続きバイパススイッチ２１を投入し、インバータ１３は並列運転モードでインバータ１３とバイパスラインとの並列運転が行われる。最後にインバータ出力スイッチ２２を開放し、バイパスラインから負荷１２への電力供給を行うようにするとともに、発電機１１およびインバータ１３を停止させる。
【００３６】
本発明では、発電機１１の負荷率が低い場合には発電機１１およびインバータ１３を停止し、バイパスラインを通じて商用電力から負荷１２への電力給電が可能となる。また、発電機１１やインバータ１３の定期点検などで発電機１１またはインバータ１３を停止させなくてはならない場合には、発電機１１またはインバータ１３を停止しても、バイパスラインを通じて電力系統１４から負荷１２への電力給電が行えるため、負荷１２を継続的に運転することができる。さらに、発電機１１の高負荷率運転、低負荷時停止に伴う発電機１１とインバータ１３の並列ラインとバイパスラインとの切換えを、負荷停止を伴うことなく行うことができる。
【００３７】
本発明においてタイムスケジュールユニット２５を並用しているのは、急峻な負荷の連続起動がある場合などは、負荷率による自動運転制御ではインバータ容量の制限上、対応が不可能になる場合があるため、タイムスケジュール運転も行えるようにしているからである。
【００３８】
なお、本実施形態の電源装置１０は、発電機１１の単独給電システムと位置付けられるため、本システムを構築することで系統連系時に必要となる各種保護装置の設置や、受電設備の改造費用などが不要となる。さらに、本システムでは、発電機１１の定格容量超過分の電力はインバータ１３を介して電力系統１４から供給することができるため、発電機１１の高負荷率運転が可能である。
【００３９】
以上のことから、本実施形態の電源装置１０では、系統連系を行わずに系統連系と同等の効果を得るシステムを、安価に構築することが可能となる。負荷率を見た発電機１１およびインバータ１３の自動発停運転を行うようにすれば、バイパスライン使用時のロスがほぼ零となり、より効率性の高い運用が可能となる。スケジュール運転を行う場合には、人為的な操作が不要となるため、労力の低減と確実な発電機運用とが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、負荷に発電機とインバータとを並列運転して電力供給を行ったり、電力系統から直接電力供給を行ったりすることが切換え可能であるので、発電機は高負荷率運転が可能なときのみ運転させることができる。また、電力系統から直接負荷に電力供給を行うことができるので、発電機やインバータの定期点検などで、発電機やインバータを停止させる必要があるときに、直接電力系統から負荷に電力供給を行うことができる。
【００４１】
また本発明によれば、発電機の負荷率を監視して、負荷率が高負荷率運転基準を満たすように発電機およびインバータを運転させ、負荷へ供給する電力が発電機の定格容量を超えるときには、超過分をインバータを介して電力系統から供給することができる。
【００４２】
また本発明によれば、予め設定される発電機およびインバータの発停のタイムスケジュールに従って、発電機およびインバータの並列運転の状態と発電機およびインバータを停止して電力系統から負荷に直接電力供給を行う状態とを切換えることができる。
【００４３】
また、発電機およびインバータの並列運転の状態と、発電機およびインバータを停止して電力系統から負荷に直接電力を供給する状態とを切換える際に、瞬時停電などを生じて負荷を停止させることがないように、切換えを行うことも可能となる。
【００４４】
また、発電機を高負荷率運転基準を満たすときのみ運転して、発電機の定格容量を超える負荷への供給電力は、超過分として電力系統からインバータを介して補充し、負荷が小さいときには発電機およびインバータを停止させ、負荷に電力系統を直接接続して、電力供給を行わせることができる。負荷率が小さいときに電力系統からインバータをバイパスして負荷に直接電力供給を行うので、インバータを介する場合に、インバータ内部での変換で発生する電力損失を避けることも可能となる。
【００４５】
また、発電機とインバータとの並列運転状態と、発電機とインバータとを停止し電力系統から負荷に直接電力供給を行う状態との切換えを、瞬時停電の発生などの恐れがない状態で確実に行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態としての電源装置１０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電源装置１０で夜間などで負荷率の低い状態から発電機１１とインバータ１３とを並列運転する状態まで切換える手順を示す図である。
【図３】図２の切換え手順に対応するフローチャートである。
【図４】発電機１１とインバータ１３との並列運転の状態から運転停止の状態まで切換える手順を示す図である。
【図５】図４の切換え手順に対応するフローチャートである。
【図６】従来からの電源装置の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示すような電源装置から負荷に供給する容量の時間的変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  電源
１１  発電機
１２  負荷
１３  インバータ
１４  電力系統
２０  制御ユニット
２１  バイパススイッチ
２２  インバータ出力スイッチ
２３  発電機出力スイッチ
２４  検出ユニット
２５  タイムスケジュールユニット
【図１】
0004667554.tif 000002
【図２】
0004667554.tif 000003
【図３】
0004667554.tif 000004
【図４】
0004667554.tif 000005
【図５】
0004667554.tif 000006
【図６】
0004667554.tif 000007
【図７】
0004667554.tif 000008