(57)【要約】【課題】容易に発電機を並入可能とした電力供給システムを提供すること。【解決手段】発電機２ａと静止形変換装置５とが電力系統４に連系されているときに更に発電機２ｂを電力系統４に並入するに際し、静止形電力変換装置５が供給電力を負担するように静止形電力変換装置５を制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に電力を供給する複数の発電機と、
電源からの電力を変換し該変換電力を前記電力系統に供給する静止形電力変換装置と、
前記複数の発電機のうち少なくとも１台と前記静止形電力変換装置とが前記電力系統に連系されているときに更に発電機を前記電力系統に並入するに際し、前記静止形電力変換装置が供給電力を負担するように制御する制御手段とを具備することを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記発電機を前記電力系統に並入するに際し、前記静止形電力変換装置を負荷電流に基づき前記電力系統に連系されている発電機との負荷分担運転を行い、静止形電力変換装置の負荷分担が大きくなるように制御する手段を具備することを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記発電機を前記電力系統に並入するに際し、前記電力系統に連系されている前記発電機の出力電流を検出し、該検出値が小さくなるように前記静止形電力変換装置を制御する手段を具備することを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記発電機を前記電力系統に並入するに際し、前記電力系統の電圧と前記電力系統に並入する発電機の出力電圧の位相差が小さくなるように前記静止形電力変換装置を制御する手段を具備することを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
【請求項５】
電力系統に電力を供給する複数の発電機と、
電源からの電力を変換し該変換電力を前記電力系統に供給する静止形電力変換装置と、
前記複数の発電機のうち少なくとも１台と前記静止形電力変換装置とが前記電力系統に連系されているときに更に発電機を前記電力系統に並入するに際し、当該並入する発電機から前記静止形電力変換装置に電力を供給して、前記電力系統に連系された前記発電機の供給電力と同等の出力となるように制御する制御手段を具備することを特徴とする電力供給システム。
【請求項６】
電力系統に電力を供給する複数の発電機と、
電源からの電力を変換し該変換電力を前記電力系統に供給する静止形電力変換装置と、
前記複数の発電機のうち少なくとも１台と前記静止形電力変換装置とが前記電力系統に連系されているときに更に発電機を前記電力系統に並入するに際し、当該並入する発電機から前記静止形電力変換装置に電力を供給して、前記電力系統に連系された発電機の出力電圧と同等の位相となるように制御する制御手段を具備することを特徴とする電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統に電力を供給する複数の発電機を有する電力供給システムに関り、特に、容易に発電機並入を可能とした電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電力供給システムの従来例を、図８を参照して説明する。
【０００３】
図８は、２台の発電機からなる電力供給システムの構成図である。母線１には、同期発電機の如き発電機２ａ、２ｂが、各々発電機用開閉器３ａ、３ｂを介して接続され、電力系統４に電力を供給する。
【０００４】
ここでは、簡単化のため発電機を２台とし、両機の容量、特性は等しいものとするが、３台以上であっても、また容量、特性が異なる場合でも同様であるので、以下ではその説明を省略する。尚、発電機は原動機もしくは電動機で駆動されるが、図では省略している。
【０００５】
かかる従来の電力供給システムにおいて、発電機２ａと発電機２ｂとを並列運転させるには、両機の出力電圧の周波数、位相、電圧振幅が一致している必要がある。これを実現するために、原動機（電動機）の速度（回転数）制御、極整合、励磁装置による自動電圧調整（ＡＶＲ）が採用される。
【０００６】
また、特許文献１として、発電設備と二次電池設備を構成要素とする電力供給システムがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００３−９２８３１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す電力供給システムにおいて、発電機２ａのみが母線１に連系され、電力系統４に電力を供給していると、図９のベクトル図に示すように、発電機２ａの出力電圧ｖは、その誘導起電力ｅｄに対して負荷電流による発電機のインピーダンス降下が生じ、内部相差角δを有している。
【０００９】
一方、発電機２ｂは無負荷であるので、その出力電圧は誘導起電力ｅｄに等しく、発電機２ａと発電機２ｂの出力電圧には内部相差角δに等しい位相差が生じている。この状態で開閉器３ｂを投入して発電機２ｂを電力系統４に連系すると、両機の電圧位相差による横流が生じ、不安定な運転状態となり、極端な場合には並列運転に入れない場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、容易に発電機を並入可能とした電力供給システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る電力供給システムは、電力系統に電力を供給する複数の発電機と、電源からの電力を変換し該変換電力を前記電力系統に供給する静止形電力変換装置と、前記複数の発電機のうち少なくとも１台と前記静止形電力変換装置とが前記電力系統に連系されているときに更に発電機を前記電力系統に並入するに際し、前記静止形電力変換装置が供給電力を負担するように制御する制御手段を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、静止形電力変換装置が供給電力を負担している状態、結果的に電力系統に連系されている発電機の出力電力は低減され零となり、内部相差角δも零であり、その出力電圧は誘導起電力ｅｄに等しいので、電力系統に並入する発電機の出力電圧と同位相となり、横流を流すことなく発電機を並入することが可能となり、融通性の高い電力供給システムを実現できる。
【００１３】
本発明に係る電力供給システムでは、電力系統に電力を供給する複数の発電機と、電源からの電力を変換し該変換電力を前記電力系統に供給する静止形電力変換装置と、前記複数の発電機のうち少なくとも１台と前記静止形電力変換装置とが前記電力系統に連系されているときに更に発電機を前記電力系統に並入するに際し、当該並入する発電機から前記静止形電力変換装置に電力を供給して、前記電力系統に連系された前記発電機の供給電力と同等の出力となるように制御する制御手段を具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明では、上記のように静止形電力変換装置を制御することで、結果的に電力系統に連系されている発電機の出力電圧と位相が等しくなるので、先の発明と同様の効果が得られる。
【００１５】
本発明に係る電力供給システムでは、電力系統に電力を供給する複数の発電機と、電源からの電力を変換し該変換電力を前記電力系統に供給する静止形電力変換装置と、前記複数の発電機のうち少なくとも１台と前記静止形電力変換装置とが前記電力系統に連系されているときに更に発電機を前記電力系統に並入するに際し、当該並入する発電機から前記静止形電力変換装置に電力を供給して、前記電力系統に連系された発電機の出力電圧と同等の位相となるように制御する制御手段を具備することを特徴とする。
【００１６】
本発明では、上記のように静止形電力変換装置を制御することで、結果的に電力系統に連系されている発電機の出力電圧と位相が等しくなるので、先の発明と同様の効果が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態：請求項１に対応）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムの構成図であり、従来の電力供給システムの構成を示す図８と同一要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１９】
図１は、２台の発電機と静止形電力変換装置からなる電力供給システムの構成図である。母線１には、発電機２ａ、２ｂが各々発電機用開閉器３ａ、３ｂを介して接続され、更に、電源８から電力系統４に電力を供給する静止形電力変換装置５が、連系変圧器６及び変換器用開閉器７を介して接続される。これらを並列運転して電力系統４に電力を供給する。
【００２０】
図１の電力供給システムでは、発電機を２台としているが、３台以上であっても同様であるので、以下ではその説明を省略する。尚、発電機は従来の技術で述べた発電機と同様である。尚、連系変圧器６は必ずしも必要ではなく、母線１の定格電圧と静止形電力変換装置５の定格出力電圧が異なる場合に設置される。
【００２１】
図１における静止形電力変換装置５の一例として、図２に電圧型自励式変換器を用いた構成を示す。
【００２２】
主回路構成を示す図２（ａ）において、順変換器５１は入力変圧器５２を介して電源８に接続され、交流電力を直流電力に変換する。直流コンデンサ５３はエネルギー蓄積要素として機能し、逆変換器５４は出力変圧器５５を介して直流電力を交流電力に変換する。
【００２３】
この様に主回路構成することによって、静止形電力変換装置５は、電源８から電力系統４に電力を供給することが可能となる。尚、ここでは電源８として交流電圧源を想定しているが、他の電源でも差し支えない。また、直流電源でも差し支えなく、この場合には順変換器が不要となり、直流回路に直流電源を設置すれば良い。
【００２４】
順変換器５１は直流電圧Ｅｄが一定値となるように制御される。直流電圧Ｅｄは電圧検出器５１ａにて検出される。制御回路構成を示す図２（ｂ）において、電圧検出器５１ａにて検出された直流電圧Ｅｄは、直流電圧基準ＥｄＲＥＦとの偏差が零となるよう、直流電圧制御回路５１ｂによって入力電流基準ｉｄＲＥＦが演算される。
【００２５】
一方、順変換器５１の入力電流ｉＳは変流器５１ｃにて検出され、ｄ，ｑ変換回路５１ｄによりｄ軸成分ｉｄとｑ軸成分ｉｑとに変換される。このとき、ｄ，ｑ変換に用いられる位相信号θＳは計器用変成器５１ｅにて検出される電源電圧ｖＳから、位相検出回路５１ｆによって得られる。電流制御回路５１ｇは入力電流基準ＩｄＲＥＦに入力電流ｄ軸成分ｉｄが追従し、その偏差が零となるように、また入力電流ｑ軸成分ｉｑは零となるよう、ｄ軸制御電圧Ｖｄ＊とｑ軸制御電圧Ｖｑ＊が制御される。パルス制御回路５１ｈは制御電圧Ｖｄ＊及びＶｑ＊を用いて順変換器５１のゲートパルスを出力するもので、順変換器５１の変調率と電源電圧ｖＳに対する導通角を演算して、順変換器５１のスイッチング素子のオンタイミング、オフタイミングを決定する。このとき位相信号θＳを用いて電源電圧ｖＳに同期させる。
【００２６】
逆変換器５４は、静止形電力変換装置５が出力すべき有効電力基準Ｐｒｅｆと無効電力基準Ｑｒｅｆに追従するように制御される。有効電力基準Ｐｒｅｆと無効電力基準Ｑｒｅｆは電流基準演算回路５４ａに入力され、逆変換器５４の出力電流基準のｄ軸成分ｉｄＲＥＦとｑ軸成分ｉｑＲＥＦとに変換される。
【００２７】
一方、順変換器５４の出力電流ｉＣは、変流器５４ｂにて検出され、ｄ，ｑ変換回路５４ｃによりｄ軸成分ｉｄとｑ軸成分ｉｑとに変換される。このとき、ｄ，ｑ変換に用いられる位相信号θＢは計器用変成器５４ｄにて検出される母線電圧ｖＢから、位相検出回路５４ｅによって得られる。電流制御回路５４ｆは出力電流基準ｉｄＲＥＦ、ｉｑＲＥＦに出力電流ｉｄ、ｉｑが追従し、その偏差が零となるように、ｄ軸制御電圧Ｖｄ＊とｑ軸制御電圧Ｖｑ＊が制御される。パルス制御回路５４ｇは制御電圧Ｖｄ＊及びＶｑ＊を用いて順変換器５４のゲートパルスを出力するもので、逆変換器５４の変調率と電源電圧ｖＢに対する導通角を演算して、逆変換器５４のスイッチング素子のオンタイミング、オフタイミングを決定する。このとき位相信号θＢを用いて電源電圧ｖＢに同期させる。
【００２８】
上記のように構成された本実施形態の電力供給システムにおいては、例えば、発電機２ａと静止形電力変換装置５が母線１に連系され、電力系統４に電力を供給しているものとする。発電機２ａはその出力電圧が一定となるように制御されており、静止形電力変換装置５は前述の如くその出力有効電力基準Ｐｒｅｆと無効電力基準Ｑｒｅｆに追従するように制御されている。
【００２９】
従って、電力系統４の負荷電力と静止形電力変換装置５の出力電力の差が発電機２ａの出力電力となるので、有効電力基準Ｐｒｅｆと無効電力基準Ｑｒｅｆを適切に決定すれば、発電機２ａと静止形電力変換装置５は負荷を分担して出力している状態となる。
【００３０】
上述の運転状態において、発電機２ｂの開閉器３ｂを投入すると、発電機２ａの出力電圧と発電機２ｂの出力電圧には発電機２ａの内部相差角δに等しい位相差が生じているので、発電機２ａと発電機２ｂの間に横流が流れる。
【００３１】
本発明の第１の実施形態では、上述の横流を抑制するため、発電機２ｂを並入する際に、静止形電力変換装置５の出力有効電力基準Ｐｒｅｆを大きくする制御を行い、静止形電力変換装置５の出力電力を増加させることで、発電機２ａの出力電力を低減する。
【００３２】
このように本発明の第１の実施形態では、発電機２ａの出力電力を低減することにより、その内部相差角δを小さくできるので、発電機２ｂを並入する際の横流を抑制することができ、発電機２ｂの並入が容易に行われる融通性の高い電力供給システムを実現できる。
【００３３】
（第２実施形態：請求項２に対応）
図３は、本発明の第２実施形態に係る電力供給システムの構成図であり、従来の電力供給システムの構成を示す図８、第１実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図１及び図２と同一要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。尚、電力供給システムの全体的な動作については、前述した図１及び図２と同様であるのでその説明を省略する。
【００３４】
図３（ａ）の電力供給システムの主回路構成で、電力系統４に供給する負荷電流ｉＬを変流器９を用いて検出し、静止形電力変換装置５の出力電流を決定する。すなわち、図３（ｂ）の制御回路構成にて、逆変換器５４の電流基準演算回路５４ａにより発電機２ａと静止形電力変換装置５の負荷分担を考慮して逆変換器５４の電流基準ｉｄＲＥＦ、ｉｑＲＥＦを決定し、逆変換器の出力電流ｉＣを制御する。
【００３５】
発電機２ｂを並入する際には、電流基準演算回路５４ａにおいて、逆変換器５４の電流基準ｉｄＲＥＦ、ｉｑＲＥＦを大きくする制御を行い、静止形電力変換装置５の出力電力を増加させることで、発電機２ａの出力電力を低減する。
【００３６】
このように本発明の第２の実施形態では、発電機２ａの出力電力を低減することにより、その内部相差角δを小さくできるので、発電機２ｂを並入する際の横流を抑制することができ、発電機２ｂの並入が容易に行われる融通性の高い電力供給システムを実現できる。
【００３７】
（第３実施形態：請求項３に対応）
図４は、本発明の第３実施形態に係る電力供給システムの構成図であり、従来の電力供給システムの構成を示す図８、第１、第２実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図１から図３と同一要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。尚、電力供給システムの全体的な動作については、前述した図１及び図２と同様であるのでその説明を省略する。
【００３８】
図４（ａ）の電力供給システムの主回路構成で、発電機２ｂを並入する際に、変流器１０で検出される発電機２ａの出力電流ｉＧを用いて、図４（ｂ）の制御回路構成で、逆変換器５４の電流基準ｉｄＲＥＦ、ｉｑＲＥＦを大きくする制御を行い、静止形電力変換装置５の出力電力を増加させることで、発電機２ａの出力電力を低減する。これは、発電機電流抑制回路５４ｈにおいて、発電機２ａの出力電流ｉＧを零とするように比例積分制御等を行い、その出力ｉＧｄ、ｉＧｑを加算回路５４ｉにて逆変換器５４の電流基準ｉｄＲＥＦ、ｉｑＲＥＦに加算することで容易に実現可能である。
【００３９】
このように本発明の第３の実施形態では、発電機２ａの出力電力を低減することにより、その内部相差角δを小さくできるので、発電機２ｂを並入する際の横流を抑制することができ、発電機２ｂの並入が容易に行われる融通性の高い電力供給システムを実現できる。
【００４０】
（第４実施形態：請求項４に対応）
図５は、本発明の第４実施形態に係る電力供給システムの構成図であり、従来の電力供給システムの構成を示す図８、第１、第２実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図１から図３と同一要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。尚、電力供給システムの全体的な動作については、前述した図１及び図２と同様であるのでその説明を省略する。
【００４１】
図５（ａ）の電力供給システムの主回路構成で、発電機２ｂを並入する際に、計器用変成器５４ｄにて検出される母線電圧ｖＢと計器用変成器１１で検出される発電機２ｂの出力電圧ｖＧを用い、図５（ｂ）の制御回路構成にて電圧位相差が小さくなるよう静止形電力変換装置５の出力電圧位相を制御する。
【００４２】
これは、位相差抑制回路５４ｊにおいて、母線電圧ｖＢと発電機Ｂ出力電圧ｖＧの位相差を零とするように比例積分制御等を行い、その出力Δθを加算回路５４ｉにてパルス制御回路５４ｇの位相信号θＢに加算することで容易に実現可能である。
【００４３】
この結果として、母線電圧ｖＢすなわち発電機２ａの出力電圧は発電機２ｂの誘起電圧ｅｄ（無負荷時出力電圧）と同位相になる。従って、発電機２ａは無負荷状態となり、静止形電力変換装置５が電力系統４に対して全ての負荷を分担することになる。
【００４４】
このように本発明の第４の実施形態では、発電機２ａの内部相差角δを小さくできるので、発電機２ｂを並入する際の横流を抑制することができ、発電機２ｂの並入が容易に行われる融通性の高い電力供給システムを実現できる。
【００４５】
（第５実施形態：請求項５に対応）
図６は、本発明の第５実施形態に係る電力供給システムの構成図であり、従来の電力供給システムの構成を示す図８、第１、第２実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図１から図３と同一要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４６】
図６（ａ）の電力供給システムの主回路構成で、静止形電力変換装置５を連系変圧器６を介して発電機２ｂに接続し、発電機２ｂを並入する際に、発電機２ｂから静止形電力変換装置５へ供給される電流が、発電機２ａから電力系統４に供給される負荷電流ｉＬと等しくなるよう制御する。すなわち、負荷電流ｉＬを変流器９を用いて検出し、図６（ｂ）の制御回路構成にて逆変換器５４の電流基準演算回路５４ａにて逆変換器５４の電流基準ｉｄＲＥＦ、ｉｑＲＥＦを決定し、逆変換器の出力電流ｉＣを制御する。
【００４７】
このように本発明の第５の実施形態では、発電機２ｂの出力が発電機２ａの出力と等しくなるので、両機の内部相差角δも等しくなる。結果的に両機の出力電圧が同位相となり、発電機２ｂを並入する際の横流を抑制することができ、発電機２ｂの並入が容易に行われる融通性の高い電力供給システムを実現できる。
【００４８】
尚、図６では負荷電流ｉＬを用いて静止形電力変換装置５を制御しているが、発電機２ａの出力電流を用いても同様の動作となり、同じ効果が得られる。
【００４９】
（第６実施形態：請求項６に対応）
図７は、本発明の第６実施形態に係る電力供給システムの構成図であり、従来の電力供給システムの構成を示す図８、第１、第２実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図１から図３、及び第５実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図６と同一要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５０】
図７（ａ）の電力供給システムの主回路構成で、静止形電力変換装置５を連系変圧器６を介して発電機２ｂに接続し、発電機２ｂを並入する際に、静止形電力変換装置５の出力電圧が母線電圧ｖＢの振幅と位相に一致するよう制御する。すなわち、計器用変成器５４ｄにて検出される母線電圧ｖＢを用いて、図７（ｂ）の制御回路構成にて電圧制御回路５４ｋにて逆変換器５４の出力電圧振幅が母線電圧ｖＢの振幅に一致するよう制御すると共に、母線電圧ｖＢの位相信号θＢを用いてパルス制御回路５４ｇにより逆変換器５４の出力電圧位相が母線電圧ｖＢの位相に一致するよう制御する。この結果として、発電機２ｂから静止形電力変換装置５に電力が供給され、発電機２ｂの出力電圧は母線電圧ｖＢすなわち発電機２ａと一致する。
【００５１】
このように本発明の第６の実施形態では、発電機２ｂの出力電圧が発電機２ａの出力電圧と等しくなるので、発電機２ｂを並入する際の横流を抑制することができ、発電機２ｂの並入が容易に行われる融通性の高い電力供給システムを実現できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の発電機と静止形電力変換装置からなり、電力系統に電力を供給するシステムにおいて、少なくとも１台の発電機が電力系統に連系され負荷に電力を供給している状態で、更に発電機を電力系統に並入する際に、静止形電力変換装置を用いてその出力を制御することで発電機の出力電力を調整し、発電機間の電圧差を低減することで発電機を並入することが可能となり、融通性の高い電力供給システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の電力供給システムを示す構成図。
【図２】図１における静止形電力変換装置の構成図。
【図３】本発明の第２実施形態の電力供給システムを示す構成図。
【図４】本発明の第３実施形態の電力供給システムを示す構成図。
【図５】本発明の第４実施形態の電力供給システムを示す構成図。
【図６】本発明の第５実施形態の電力供給システムを示す構成図。
【図７】本発明の第６実施形態の電力供給システムを示す構成図。
【図８】従来の電力供給システムの一例を示す構成図。
【図９】発電機の出力電圧、電流を示すベクトル図。
【符号の説明】
１…母線、２ａ…発電機、２ｂ…発電機、３ａ…発電機用開閉器、３ｂ…発電機用開閉器、４…電力系統、５…静止形電力変換装置、６…連系変圧器、７…変換器用開閉器、８…電源、９…変流器、１０…変流器、１１…計器用変成器、５１…順変換器、５１ａ…電圧検出器、５１ｂ…直流電圧制御回路、５１ｃ…変流器、５１ｄ…ｄ，ｑ変換回路、５１ｅ…計器用変成器、５１ｆ…位相検出回路、５１ｇ…電流制御回路、５１ｈ…パルス制御回路、５２…入力変圧器、５３…直流コンデンサ、５４…逆変換器、５４ａ…電流基準演算回路、５４ｂ…変流器、５４ｃ…ｄ，ｑ変換回路、５４ｄ…計器用変成器、５４ｅ…位相検出回路、５４ｆ…電流制御回路、５４ｇ…パルス制御回路、５４ｈ…発電機電流抑制回路、５４ｉ…加算回路、５４ｊ…位相差抑制回路、５４ｋ…電圧制御回路、５５…出力変圧器。
【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】
2005033870.tif 000009
【図８】
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【図９】
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