(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流制御型自励式インバータの電力貯蔵に直流電源を用いた電力貯蔵装置と同期発電機から構成される自立電源系統の負荷変動を抑制するよう構成した並列運転装置において、
前記インバータの出力電圧の位相を基準として３相電流を３相２相変換して有効電流成分と無効電流成分を検出する３相２相変換手段と、周波数設定値と検出された検出値との偏差信号から有効電流設定値を生成する周波数制御手段と、電圧設定値と検出された検出値との偏差信号から無効電流設定値を生成する電圧制御手段と、前記生成された有効電流設定値と前記３相２相変換手段による検出有効電流との偏差信号、及び前記生成された無効電流設定値と前記検出された検出無効電流との偏差を求め、それぞれ各別に入力してそれぞれ有効電圧分と無効電圧
分を得る電流制御手段と、各電流制御手段の出力を入力し、且つ検出された電圧の位相を基準として２相３相変換してＰＷＭ制御信号を生成する手段とを設けると共に、前記３相２相変換手段による有効電流成分を入力して比例定数を乗算する第１の比例演算部を設け、この比例演算部の出力を前記周波数設定値と検出された検出値との偏差信号に逆極性で加算して周波数制御手段に入力し、さらに前記３相２相変換手段による無効電流成分を入力して比例定数を乗算する第２の比例演算部を設け、この比例演算部の出力を前記電圧設定値と検出された検出値との偏差信号に逆極性で加算して電圧制御手段に入力するよう構成したことを特徴とした系統安定化装置。
【請求項２】
前記各電流制御手段と直列にそれぞれ電流リミッタ回路を接続して構成したことを特徴とした請求項１記載の系統安定化装置。
【請求項３】
前記各比例演算部の入力側にそれぞれローパスフィルタを直列接続して構成したことを特徴とした請求項１又は２記載の系統安定化装置。
【請求項４】
前記直流電源として電気二重層キャパシタを用い、この電気二重層キャパシタの直流電圧検出値と予め設定された直流電圧設定値との偏差信号を求めると共に、少なくとも比例・積分機能を有する直流電圧制御手段を設け、この直流電圧制御手段に前記直流電圧検出値と直流電圧設定値との偏差信号を入力し、その出力信号を前記生成された有効電流設定値と逆極性に加算して前記有効電圧分を得る電流制御手段に入力するよう構成したことを特徴とした請求項１乃至３記載の系統安定化装置。
【請求項５】
前記直流電圧制御手段からの出力を、前記周波数設定値とは逆極性に加算して前記周波数制御手段に入力するよう構成したことを特徴とした請求項４記載の系統安定化装置。
【請求項６】
電圧制御型自励式インバータの電力貯蔵に直流電源を用いた電力貯蔵装置と同期発電機から構成される自立電源系統の負荷変動を抑制するよう構成した並列運転装置において、
前記インバータ出力の無効電力を検出し、この検出された無効電力に応じて垂下演算を実行する垂下演算手段と、この垂下演算手段による演算出力と予め設定された設定値との偏差信号入力及び有効電圧０と固定された２相３相変換手段と、前記自立電源系統の検出された周波数をローパスフィルタを介し入力して位相信号に変換する周波数位相変換手段とを設け、前記２相３相変換手段は周波数位相変換手段にて検出された電圧位相を基準として２相３相変換後、ＰＷＭ制御信号生成手段を介して前記インバータのゲート信号を出力するよう構成したことを特徴とした系統安定化装置。
【請求項７】
前記直流電源を電気二重層キャパシタとし、この直流電圧の検出値と予め設定された直流電圧設定値との偏差を少なくとも比例・積分機能を有する直流電圧制御手段に入力し、その出力信号と前記周波数位相変換手段からの電圧位相との差信号を得て電圧位相基準信号として前記２相３相変換手段に出力するよう構成したことを特徴とした請求項６記載の系統安定化装置。
【請求項８】
電圧制御型自励式インバータの電力貯蔵に直流電源を用いた電力貯蔵装置と同期発電機から構成される自立電源系統の負荷変動を抑制するよう構成した並列運転装置において、
前記インバータ出力の無効電力と有効電力を検出する電力演算部と、この演算部により検出された無効電力に応じて垂下演算を実行する垂下演算手段と、この垂下演算手段による演算出力と予め設定された電圧設定値との偏差信号入力及び有効電圧０と固定された２相３相変換手段と、前記電力演算部により検出された有効電力に応じて垂下演算を実行する垂下演算手段と、この垂下演算手段による演算出力と予め設定された周波数設定値との偏差信号を入力して位相信号を生成して前記２相３相変換手段に出力する位相制御部と、２相３相変換手段は入力された位相信号を基準として２相３相変換後、ＰＷＭ制御信号生成手段を介して前記インバータのゲート信号を出力するよう構成したことを特徴とした系統安定化装置。
【請求項９】
前記直流電源を電気二重層キャパシタとし、この直流電圧の検出値と予め設定された直流電圧設定値との偏差を少なくとも比例・積分機能を有する直流電圧制御手段に入力し、この直流電圧制御手段の出力と前記有効電力に応じて垂下演算を実行する垂下演算手段の出力とを加算するよう構成したことを特徴とした請求項８記載の系統安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自励式インバータを用いた電力貯蔵装置と同期発電機を用いたエンジン発電機から構成される自立電源系統の並列運転時の系統安定化装置に係り、特に負荷の急変や不平衡負荷に対応できる制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
系統から独立して負荷に電力を供給する電源としては、同期発電機を用いたエンジン発電機や、自励式インバータを用いた無停電電源装置がある。同期発電機を用いたエンジン発電機の場合は、励磁機の励磁電流により系統電圧を一定に、エンジンへのトルク入力を制御するガバナにより系統周波数を一定に制御している。同期発電機を運転する場合には発電機間の横流を抑制し負荷分担を適正に保つために、系統電圧及び系統周波数に垂下特性を持たせる。
【０００３】
電源装置に対して、負荷が比較的大きい場合には複数台運転となるが複数の同期発電機を運転する場合、発電機間の横流が発生する。この横流を抑制して負荷分担を適正に保つために系統電圧及び系統周波数に垂下特性を持たせているが、しかし、負荷変動が急峻な場合エンジン発電機の出力制御が充分に追従できないため、発電量と負荷電力のバランスがとれず周波数変動や電圧変動が生じる。
【０００４】
また、自励式インバータを用いた無停電電源装置を複数台接続した場合には、無停電電源装置間で発生する電圧の大きさと位相の同期を図ることで並列運転は可能となるが、直流電源が大きくなり、且つ直流電源として二次電池を用いた場合には、電源供給できる時間が有限となる問題がある。
【０００５】
これらの問題点を考慮して同期発電機と無停電電源装置を並列運転する場合、両者間に発生する横流が問題となる。また、無停電電源装置を電圧制御型として一定電圧、一定周波数の交流電圧を発生する装置とした場合、負荷電力の変動分は無停電電源装置が負うこととなり同期発電機との負荷分担を適正に保つことができない。なお、同期発電機とインバータとの並列運転として系統接続時の安定化を図ることが例えば特許文献１によっても知られている。この文献のものは、風力発電システムにおいて系統電力変動の短周期成分を抽出して自励式インバータ側で補償するものである。
【特許文献１】特開２０００−４５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
同期発電機と自励式インバータの並列運転を従来方法で制御すると、負荷変動分を自励式インバータ側が負担することになり大きい電力貯蔵容量が必要となる。なお、上記した特許文献１にはインバータの制御信号生成時に、垂下特性を有する補正量で電力貯蔵装置の出力量に応じて補正する技術は開示されていない。
【０００７】
本発明の目的は、負荷の変動分を両者で適正に分担することにより小さい電力貯蔵容量で品質のよい電力を供給できる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１は、電流制御型自励式インバータの電力貯蔵に直流電源を用いた電力貯蔵装置と同期発電機から構成される自立電源系統の負荷変動を抑制するよう構成した並列運転装置において、
前記インバータの出力電圧の位相を基準として３相電流を３相２相変換して有効電流成分と無効電流成分を検出する３相２相変換手段と、周波数設定値と検出された検出値との偏差信号から有効電流設定値を生成する周波数制御手段と、電圧設定値と検出された検出値との偏差信号から無効電流設定値を生成する電圧制御手段と、前記生成された有効電流設定値と前記３相２相変換手段による検出有効電流との偏差信号、及び前記生成された無効電流設定値と前記検出された検出無効電流との偏差を求め、それぞれ各別に入力してそれぞれ有効電圧分と無効電圧
分を得る電流制御手段と、各電流制御手段の出力を入力し、且つ検出された電圧の位相を基準として２相３相変換してＰＷＭ制御信号を生成する手段とを設けると共に、前記３相２相変換手段による有効電流成分を入力して比例定数を乗算する第１の比例演算部を設け、この比例演算部の出力を前記周波数設定値と検出された検出値との偏差信号に逆極性で加算して周波数制御手段に入力し、さらに前記３相２相変換手段による無効電流成分を入力して比例定数を乗算する第２の比例演算部を設け、この比例演算部の出力を前記電圧設定値と検出された検出値との偏差信号に逆極性で加算して電圧制御手段に入力するよう構成したことを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の第２は、前記各電流制御手段と直列にそれぞれ電流リミッタ回路を接続して構成したことを特徴としたものである。
【００１０】
本発明の第３は、前記各比例演算部の入力側にそれぞれローパスフィルタを直列接続して構成したことを特徴としたものである。
【００１１】
本発明の第４は、前記直流電源として電気二重層キャパシタを用い、この電気二重層キャパシタの直流電圧検出値と予め設定された直流電圧設定値との偏差信号を求めると共に、少なくとも比例・積分機能を有する直流電圧制御手段を設け、この直流電圧制御手段に前記直流電圧検出値と直流電圧設定値との偏差信号を入力し、その出力信号を前記生成された有効電流設定値と逆極性に加算して前記有効電圧分を得る電流制御手段に入力するよう構成したことを特徴としたものである。
【００１２】
本発明の第５は、前記直流電圧制御手段からの出力を、前記周波数設定値とは逆極性に加算して前記周波数制御手段に入力するよう構成したことを特徴としたものである。
【００１３】
本発明の第６は、電圧制御型自励式インバータの電力貯蔵に直流電源を用いた電力貯蔵装置と同期発電機から構成される自立電源系統の負荷変動を抑制するよう構成した並列運転装置において、
前記インバータ出力の無効電力を検出し、この検出された無効電力に応じて垂下演算を実行する垂下演算手段と、この垂下演算手段による演算出力と予め設定された設定値との偏差信号入力及び有効電圧０と固定された２相３相変換手段と、前記自立電源系統の検出された周波数をローパスフィルタを介し入力して位相信号に変換する周波数位相変換手段とを設け、前記２相３相変換手段は周波数位相変換手段にて検出された電圧位相を基準として２相３相変換後、ＰＷＭ制御信号生成手段を介して前記インバータのゲート信号を出力するよう構成したことを特徴としたものである。
【００１４】
本発明の第７は、前記直流電源を電気二重層キャパシタとし、この直流電圧の検出値と予め設定された直流電圧設定値との偏差を少なくとも比例・積分機能を有する直流電圧制御手段に入力し、その出力信号と前記周波数位相変換手段からの電圧位相との差信号を得て電圧位相基準信号として前記２相３相変換手段に出力するよう構成したことを特徴としたものである。
【００１５】
本発明の第８は、電圧制御型自励式インバータの電力貯蔵に直流電源を用いた電力貯蔵装置と同期発電機から構成される自立電源系統の負荷変動を抑制するよう構成した並列運転装置において、
前記インバータ出力の無効電力と有効電力を検出する電力演算部と、この演算部により検出された無効電力に応じて垂下演算を実行する垂下演算手段と、この垂下演算手段による演算出力と予め設定された電圧設定値との偏差信号入力及び有効電圧０と固定された２相３相変換手段と、前記電力演算部により検出された有効電力に応じて垂下演算を実行する垂下演算手段と、この垂下演算手段による演算出力と予め設定された周波数設定値との偏差信号を入力して位相信号を生成して前記２相３相変換手段に出力する位相制御部と、２相３相変換手段は入力された位相信号を基準として２相３相変換後、ＰＷＭ制御信号生成手段を介して前記インバータのゲート信号を出力するよう構成したことを特徴としたものである。
【００１６】
本発明の第９は、前記直流電源を電気二重層キャパシタとし、この直流電圧の検出値と予め設定された直流電圧設定値との偏差を少なくとも比例・積分機能を有する直流電圧制御手段に入力し、この直流電圧制御手段の出力と前記有効電力に応じて垂下演算を実行する垂下演算手段の出力とを加算するよう構成したことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のとおり、本発明によれば、同期発電機と自励式インバータとで負荷を適正に分担することにより周波数変動と電圧変動を抑制して系統を安定化することができる。また、キャパシタ電圧を一定に制御することによりエネルギーを常時貯蔵しておくことができ、負荷変動に対処できる出力をインバータ側から常時供給できる状態に維持することができる。さらに、インバータを電圧制御型とすることにより逆相電流の一部も補償して同期発電機の分担を低減し同期発電機が渦電流等で加熱されることを防止できる。    
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態を以下に詳述する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す構成図である。１はエンジンなどで駆動される同期発電機、２は変動負荷、３は電流制御型自励式インバータで、自己消弧形のスイッチイグ素子が使用され制御装置５０によりＰＷＭ制御される。自励式インバータ３は、直流電源４を有し、この直流電源４と共に電力貯蔵装置を構成している。そして、この電力貯蔵装置は同期発電機１に並列接続されて変動負荷２へ電力を供給している。
【００２０】
５は変流器、６はトランスで、トランス６で検出した自励式インバータ３の出力電圧は実効値検出回路７と位相同期回路８に出力される。実効値検出回路７では電圧実効値を検出し、また、位相同期回路８により位相と周波数を検出する。９は３相２相変換器で、位相同期回路８で検出した位相信号と変流器５による自励式インバータ出力電流を入力し、電圧位相を基準として、変流器５で検出した自励式インバータ出力電流を３相２相変換器９で変換して有効電流と無効電流を得る。
【００２１】
実効値検出回路７によって得られた電圧実効値は、加算部ＡＤ１において電圧設定値ＶＳとの偏差信号が求められ、また、位相同期回路８により得られた周波数は加算部ＡＤ２において周波数設定値ＦＳとの偏差信号が求められる。３相２相変換器９で変換された無効電流は、加算部ＡＤ６と比例演算回路１１に印加され、また、有効電流は加算部ＡＤ５と比例演算回路１５にそれぞれ印加される。比例演算回路１５では有効電流に一定値が乗算されて有効電流の補正値として加算部ＡＤ３に印加され、加算部ＡＤ２で得られた偏差信号との偏差が求められて周波数制御器１４に入力されて有効電流設定値を得る。比例演算回路１１では無効電流に一定値が乗算されて加算部ＡＤ４に印加され、加算部ＡＤ２で得られた電圧の偏差信号が求められて電流制御器１０に入力されて無効電流設定値を得る。
【００２２】
図２（ａ）は周波数の垂下特性図で、有効電流に比例した補正量を差し引くことによって得ている。このような特性とすることにより有効電流が増加するほど周波数を下げる効果が得られる。図２（ｂ）は電圧の垂下特性図で、無効電流に比例した補正量を差し引くことにより、電圧の垂下特性を得ている。すなわち無効電力出力が増加するほど電圧を下げる効果が得られる。
【００２３】
１７は電流制御器で、周波数制御器１４で得られた有効電流設定値と検出した有効電流との偏差を加算部ＡＤ５によって求めて電流制御器１７に入力して有効電圧が得られる。１３は電流制御器で、電圧制御器１０で得られた無効電流設定値と検出した無効電流との偏差を加算部ＡＤ６で求め、電流制御器１３に入力して無効電圧が得られる。１８は２相３相変換器で、求められたこれら有効電圧と無効電圧、及び位相同期回路８で検出した電圧位相を基準としてこの２相３相変換器１８により変換してＰＷＭ制御信号発生器１９でインバータのゲート信号を生成し、所望のインバータ出力が得られる。ここで、周波数制御器１４、電圧制御器１０及び電流制御器１３、１７は、ＰＩやＰＩＤ等により構成される。また、場合によっては電流制御器１３，１７とそれぞれ直列に電流リミッタ回路１２、１６を設けることによりインバータの過電流をそれぞれ防止することができる。
【００２４】
この実施例によれば電流制御型自励式インバータ出力の有効電力が増加するほど周波数を下げ、また、無効電力が増加するほど電圧を下げる垂下特性を持たせたことにより、同期発電機と自励式インバータを並列運転時に負荷の急峻な変動が発生しても自励式インバータと同様な垂下特性を持つ同期発電機との負荷分担が有効に実施されて系統の電圧と周波数を安定化することができる。すなわち、電力負荷の緩やかな変動成分は同期発電機が分担し、急峻な変動成分を電力貯蔵装置が負うことで、自励式インバータの高速な応答性を生かして自立系統の電力品質の向上を図ることが可能となる。また、自励式インバータを電流制御型としたことで、インバータの過電流防止が電流リミッタ回路により容易に実現可能である。
【００２５】
図３は、本発明の第２の実施形態を示す構成図である。図３において、図１と相違する点は、比例演算回路１１と比例演算回路１５の入力側に、それぞれローパスフィルタ２０とローパスフィルタ２１を追加接続したことである。
【００２６】
比例演算回路１１，１５にローパスフィルタを直列接続した構成にすると、各比例演算回路の比例定数が負荷変動の開始時点で見かけ上小さく、また、時間が経過した定常状態で本来の垂下比例定数と一致する。すなわち垂下特性を図４に示すように時間と共にｔ１からｔ２のように変化させることができる。図４（ａ）は有効電力出力特性を、（ｂ）図は無効電力出力特性を示したものである。また、（ｃ）図は負荷の分担特性を示したもので、実線が同期発電機、点線がインバータ側の分担を示したものである。図４に示すように時刻ｔ１で負荷の急峻な変動が生じた場合、時刻ｔ２までの初期については応答性の速いインバータが主に負荷分担し、時間の経過と共に同期発電機が負荷を負う。従って、この実施例によれば実施例１よりも電圧と周波数の変動をより小さくでき、また、インバータの電力貯蔵容量も少なくて小型化できる利点がある。
【００２７】
すなわち、実施例１においては電力負荷の緩やかな変動成分を同期発電機が分担し、急峻な変動成分を電力貯蔵装置が負うことで、自励式インバータの高速な応答性能を生かして自立系統の電力品質を向上することが可能となる。ただし、実施例１の場合、垂下特性を電力貯蔵装置の有効電力出力、無効電力出力に対して比例する特性としているため、急峻な電力負荷の変動成分も同期発電機と電力貯蔵装置が分担することとなり、電圧変動、周波数変動に関する電力品質を満足できない場合が生じる。これに対して実施例２の場合、電力負荷の急峻な変動成分を電力貯蔵装置に負荷させるため、垂下特性を動的に変化させる。電力貯蔵装置の有効電力出力、無効電力出力の緩やかな変動成分を一次遅れフィルタ２０、２１により検出し、有効電力出力が増加するに従って周波数設定値を下げ、無効電力出力が増加するに従って電圧設定値を下げる垂下特性を持たせる。これにより負荷の急変による周波数変動や電圧変動の急峻な変動成分は電力貯蔵装置が吸収し、緩やかな変動は同期発電機が負うことができる。
【００２８】
図５は、本発明の第３の実施形態を示す構成図である。図５において、図１、図３と相違する点は、直流電源４を電気二重層キャパシタ２４とした場合の実施例である。電気二重層キャパシタ２４は貯蔵されるエネルギーが直流電圧で決まり、その直流電圧を一定に保つ制御機能を追加したものである。
【００２９】
図５では、電気二重層キャパシタ２４の直流電圧設定値ＤＶＳと検出値の偏差を加算部ＡＤ７で求め、偏差信号を直流電圧制御器２５に入力する。直流電圧制御器２５は電流制御器１７と同様にＰＩやＰＩＤ等により構成されるが、電流制御器１７よりも緩やかな応答をするようにパラメータを設定して負荷変動への対応を優先している。直流電圧制御器２５の出力は加算部ＡＤ８において有効電流設定値との偏差が求められ、その偏差信号を電流制御器１７の入力に加えることにより電気二重層キャパシタ２４の直流電圧を一定に保つ構成としている。
【００３０】
また、垂下特性を得るための垂下演算回路２２、２３は実施例１または実施例２のいずれかを用いる。このようにして直流電圧をほぼ一定に制御することにより貯蔵エネルギーの小さい電気二重層キャパシタでも負荷変動に対処することができる。
【００３１】
図６は、本発明の第４の実施形態を示す構成図である。図６において、図５と相違する点は、電気二重層キャパシタ２４の直流電圧を一定に制御するために直流電圧制御器２６の出力を周波数制御器１４の入力に加える構成としたことである。
【００３２】
ここでも、直流電圧制御器２６は、周波数制御器１４と同様にＰＩやＰＩＤ等により構成されるが、周波数制御器よりも緩やかな応答をするようにパラメータを設定して負荷変動への対応を優先する。このような構成にしても実施例３と同じ効果が得られる。
【００３３】
図７は、本発明の第５の実施形態を示す構成図である。図７において、図１と相違する点は、自励式インバータとして高調波電流や不平衡負荷による逆相電流を生成することができる電圧制御型自励式インバータ２７を用いたことである。
【００３４】
自励式インバータを電流制御型として電圧の大きさと周波数を制御する場合、自励式インバータの発生する電流は正相分のみの三相平衡の電流源となるため、自立系統内に高調波負荷や不平衡負荷が存在する場合にはこれらの負荷が必要とする逆相電流は主に同期発電機が負うこととなる。そして、同期発電機に逆相電流が流れた場合には、巻線の加熱等により安定に運転を継続することができなくなる問題がある。
【００３５】
自励式インバータを電圧制御型とすることで、同期発電機のみでなく電力貯蔵装置も逆相電流の供給源とすることが可能となり、同期発電機の逆相電流の負担を軽減することが可能となる。ただし、電圧源である同期発電機と電圧制御型の自励式インバータを並列運転する場合には両者の同期をとることが必要となるため、自励式インバータの発生する電圧の位相を自立系統の交流電圧位相に同期させる。この位相同期はＰＬＬ回路により行なう。
【００３６】
また、自立系統の電圧位相の検出にＬＰＦを用いて大きめの遅れを持たせることにより、急峻な有効電力の負荷変動に対する周波数変動を電力貯蔵装置が抑制するように動作するため、結果的に急峻な有効電力の負荷変動を電力貯蔵装置から供給する事が可能となる。電圧の大きさは、基準値と自励式インバータの出力無効電力に応じて電圧を降下させる垂下特性から決定する。垂下特性は実施例１と同様な比例定数を用いるか、または実施例２と同様のＬＰＦ付きの比例定数を用いる。ＬＰＦ付きの垂下特性を用いることで、急峻な負荷変動に対する電圧変動を電力貯蔵装置が負担し、その後電力貯蔵装置と同期発電機の無効電力の負担を垂下特性に従って適正に保つことができる。
【００３７】
すなわち、変流器５で検出したインバータ出力電流とトランス６で検出した電圧から無効電力演算器２８により無効電力を算出し、垂下演算回路２２を通して電圧基準値ＶＳにフィードバックして無効電圧とする。３０は２相３相変換器で、一方の入力端子には無効電圧が入力されるが、有効電圧は０とされる。また、２相３相変換器３０に入力される電圧位相は、周波数検出回路３１、ローパスフィルタ３２、及び周波数位相変換器３３を介して入力され、この２相３相変換器３０により変換した後、ＰＷＭ制御信号発生器に出力してＰＷＭ制御信号を生成し、自励式インバータ２７のゲートに出力する。ここで、ローパスフィルタ３２を用いることにより、負荷の急激な変動による電圧位相変化を抑制するように自励式インバータが有効電力を供給して周波数の変動を安定化する効果がある。
【００３８】
自励式インバータの発生する系統電圧と同相分の電圧の大きさを電圧設定値で与える。電圧設定値は電圧基準値（固定値）と自励式インバータの出力無効電力の大きさに応じた垂下特性との差分から決定する。垂下特性は比例定数またはＬＰＦ付きの比例定数とする。自励式インバータの発生する系統電圧に対して９０ｄｅｇ遅れの電圧の大きさは零で固定とする。自励式インバータの発生する交流電圧は、２相の直流分として与えられる同相分電圧と９０ｄｅｇ遅れ電圧の大きさを２相３相変換することで得る。２相３相変換に用いる位相は自立系統の電圧位相に同期した位相とする。自立系統の電圧位相の検出はＰＬＬにより行い、検出したＬＰＦにより処理して、自励式インバータの発生する電圧位相が急激に自立系統の位相に追従しないようにして、自立系統内の周波数の安定化を図る。このような構成とすることにより同期発電機が全て負担していた高調波電流や不平衡負荷による逆相電流についてもインバータからも供給することができ、同期発電機の負担を軽減することができる。
【００３９】
図８は、本発明の第６の実施形態を示す構成図である。図８において、図７と相違する点は、直流電源４を電気二重層キャパシタ２４とした場合の実施例である。電気二重層キャパシタ２４は貯蔵されるエネルギーが直流電圧で決まり、その直流電圧を一定に保つ制御機能を追加したものである。
【００４０】
自励式インバータを電圧制御とした場合、有効電力出力は自立系統の電圧位相と自励式インバータの発生する電圧位相の位相差で決まり、自立系統の電圧位相検出にＬＰＦを用いて自立系統の周波数の安定化を図ると、自立系統内の有効電力負荷の急峻な変動を自励式インバータから供給することになる。貯蔵容量を一定に保つためには緩やかに電気二重層キャパシタからの有効電力の供給量を制御する必要がある。
【００４１】
有効電力の供給量を制御するため、基本的な回路構成は実施例４と同様として、電気二重層キャパシタの直流電圧と直流電圧設定値の偏差を零とするよう動作する直流電圧制御器を追加し、自励式インバータの２相３相変換に用いる電圧位相を補正する。直流電圧検出値が直流電圧設定値より上昇した場合には電気二重層キャパシタを放電方向に動作させることで直流電圧を一定に保つことができる。よって、直流電圧が上昇した場合には自励式インバータの発生する電圧位相を自立系統の電圧位相に対して進み方向に動作させる事で電力貯蔵装置を放電方向に動作させることができる。直流電圧制御器は比例制御（Ｐ制御）、進み遅れ補償（ＳＴ１＋１）／（ＳＴ２＋１）等により構成する。
【００４２】
図８では、電気二重層キャパシタの直流電圧設定値ＤＶＳと検出値とを加算部において逆極性に加算して偏差値を求め、その偏差値を直流電圧制御器３４に入力してＰＩ制御、もしくはＰＩＤ制御する。制御器３４の出力は、２相３相変換器３０に入力され、この変換器３０で用いる電圧位相を補正する構成としたものである。この場合も直流電圧制御器３４の応答は緩やかになるように設定して負荷変動への対応を優先する。このようにして直流電圧をほぼ一定に制御することにより貯蔵エネルギーの小さい電気二重層キャパシタでも負荷変動に対処することができる。
【００４３】
図９は、本発明の第７の実施形態を示す。図９において、図７と相違する点は２相３相変換器３０へ入力する位相信号の作り方である。自励式インバータを電圧制御型として運転し、周波数及び電圧の大きさを一定に保つよう制御する。この場合、自励式インバータが発生する周波数を一定とすると自立系統内で生じた有効電力の変動分のほぼ全てを電力貯蔵装置が負う事となるため、電力貯蔵装置の有効電力出力に応じて出力する電圧の発振周波数を垂下させる。
【００４４】
この方式では通常運転において自励式インバータの電圧位相を自立系統の電圧位相に明示的に同期させないため、起動時には同期発電機が確立する自立系統電圧に対して、自励式インバータの発生する電圧の大きさと周波数を制御し、両者の電圧の大きさ、周波数、位相が一致したのを検知して自励式インバータの遮断器を投入する同期投入を行う。同期投入後の通常運転時は発生する電圧の発振周波数と電圧の大きさのみを調整する。発振周波数は自励式インバータの発生する有効電力出力に対する垂下特性により決定し、電圧の大きさは自励式インバータの発生する無効電力出力に対する垂下特性により決定する。垂下特性は実施例１または実施例２の何れかを採用する。
【００４５】
電力貯蔵装置の起動時は、図示省略された遮断器一次側の自立系統母線の電圧と遮断器二次側の自励式インバータの発生する電圧の周波数偏差、電圧偏差を検出してこれを零とするよう自励式インバータの周波数制御と電圧制御を行う。周波数制御器の出力により自励式インバータの発生する電圧の周波数基準値を補正し、位相制御器により位相を生成する。また、電圧制御器の出力により自励式インバータの発生する電圧の電圧基準値を補正する。この電圧に対して９０ｄｅｇ遅れの電圧の大きさは零で固定として２相３相変換し、自励式インバータの発生する交流電圧を決定する。
【００４６】
また同時に同期検定回路により遮断器の一次側、二次側の電圧の大きさ、周波数、位相を比較して全ての絶対値が閾値以下になった場合に同期信号を発生し、遮断器の投入を行うと共に自励式インバータの制御モードを通常運転の制御モードに切り替える。通常運転の制御モードに切り替えた後は、電力貯蔵装置の有効電力出力に応じて周波数基準値を下げる垂下特性により周波数基準値を補正し、無効電力出力に応じて電圧基準値を下げる垂下特性により電圧基準値を補正して自励式インバータの発生する電圧の大きさと位相を制御する。
【００４７】
すなわち、図９では、電力演算器３５により有効電力を算出し、垂下演算回路２３を通して周波数基準値との偏差を位相制御器３６に入力して２相３相変換器の位相信号を得る構成としている。このような構成とすることにより実施例５と同じ効果が得られる。
【００４８】
図１０は、本発明の第８の実施形態を示す構成図である。図１０において、図９と相違する点は、直流電源４を電気二重層キャパシタ２４とした場合の実施例である。電気二重層キャパシタ２４は貯蔵されるエネルギーが直流電圧で決まり、その直流電圧を一定に保つ制御機能を追加したものである。
【００４９】
基本的な回路構成は実施例７と同様として、電気二重層キャパシタの直流電圧と直流電圧設定値の偏差を零とするよう動作する直流電圧制御器を追加し、自励式インバータの発振周波数を補正する。電気二重層キャパシタの容量制御は通常運転時のみ行うことから、補正量の加算部は通常運転時の周波数垂下特性の出力部に設ける。自励式インバータの発振周波数を増加させると有効電力出力を上昇（放電方向）させ、発振周波数を低下させると有効電力出力を下降（充電方向）させるよう動作する。
【００５０】
電気二重層キャパシタの直流電圧検出値が直流電圧設定値より上昇した場合は電気二重層キャパシタを放電方向に動作させることで容量を一定に保つことができる。直流電圧検出値が直流電圧設定値より上昇した場合は、直流電圧制御器への入力である直流電圧偏差は負となり、この場合に電気二重層キャパシタを放電方向に動作させるためには、発振周波数を上昇させるように動作させる。
【００５１】
すなわち、電気二重層キャパシタの直流電圧設定値と検出値の偏差を入力した直流電圧制御器３７の出力で位相制御器３６の入力を補正する構成とし、この場合も位相制御器３６と同様にＰＩやＰＩＤ等により構成されるが、直流電圧制御器３７の方を緩やかな応答となるようにパラメータを設定して負荷変動への対応を優先する。このような構成とすることにより実施例７と同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図。
【図２】インバータ出力の垂下特性を示し、（ａ）は有効電力、（ｂ）は無効電力特性図。
【図３】本発明の第２の実施例を示す構成図。
【図４】垂下特性の時間変化図で、（ａ）は有効電力、（ｂ）は無効電力、（ｃ）は負荷分担説明図。
【図５】本発明の第３の実施例を示す構成図。
【図６】本発明の第４の実施例を示す構成図。
【図７】本発明の第５の実施例を示す構成図。
【図８】本発明の第６の実施例を示す構成図。
【図９】本発明の第７の実施例を示す構成図。
【図１０】本発明の第８の実施例を示す構成図。
【符号の説明】
【００５３】
１…  同期発電機
２…  変動負荷
３…  電流制御型インバータ
４…  直流電源
５…  変流器
６…  トランス
７…  実効値検出回路
８…  位相同期回路
９…  ３相２相変換器
１０…電圧制御器
１１…比例演算回路
１２…電流リミッタ
１３…電流制御器
１４…周波数制御器
１５…比例演算回路
１６…電流リミッタ回路
１７…電流制御器
１８…２相３相変換器
１９…ＰＷＭ制御信号発生器
２０…ローパスフィルタ
２１…ローパスフィルタ
２２…垂下演算回路
２３…垂下演算回路
２４…電気二重層キャパシタ
２５…直流電圧制御器
２６…直流電圧制御器
２７…電圧制御型インバータ
２８…無効電力演算器
３０…２相３相変換器
３１…周波数検出器
３２…ローパスフィルタ
３３…周波数位相変換器
３４…直流電圧制御器
３５…電力演算器
３６…位相制御器
３７…直流電圧制御器
５０…制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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