(57)【要約】【課題】  電力供給源を切り換える際にも、連続性の十分確保された、安定な交流電力を出力する電源装置を得る。【解決手段】  電力供給源を本体電源部２から発動発電機５に切り換える際は、２つのＤＣ／ＡＣインバータ４１、４２の一方を停止させ、他方を動作させたまま、これに発動発電機５を同期させた後に、発動発電機５を電力ラインに１０接続する。反対に、発動発電機５から本体電源部２に切り換える際は、発動発電機５と２つのＤＣ／ＡＣインバータ４１、４２の一方を発動発電機５と同期させた後に、このＤＣ／ＡＣインバータを電力ライン１０に接続し、発動発電機５を切り離すするとともに、他方のＡＣ／ＤＣインバータとも同期を確立して電力ライン１０に並列接続する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの異なる電力供給源を備え、これらを組合せ、あるいはどちらか一方を選択して負荷に交流電力を供給する電源装置であって、
第１の電力供給源として、所定の電力を蓄電する二次電池を備えた蓄電部と、第１及び第２のＤＣ／ＡＣインバータを有する電力変換部とを備え、前記蓄電部からの直流電力を前記２つのＤＣ／ＡＣインバータに共通の同期信号に基づき互いに位相同期した交流電力に変換してそれぞれに出力する本体電源部と、
第２の電力供給源として、外部との同期が可能な交流電力を出力する発動発電機と、
前記発動発電機からの交流電力を直流電力に変換して前記蓄電部を充電する充電部と、
前記発動発電機、前記本体電源部内の各部、及び充電部からの動作ステータスを受けとって２つの前記電力供給源の作動状況を監視するとともに、監視結果に基づいてどちらか一方の電力供給源の交流電力から他方に切り換えて電力ラインに出力するための制御信号を生成する制御部と、
前記制御部からの制御信号に基づいて、２つの前記電力供給源からの交流電力のどちらか一方を通過させて前記電力ラインに出力するスイッチ部と
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記電力ラインに出力する交流電力を前記第１の電力供給源から前記第２の電力供給源に切り換える際は、
前記電力変換部の２つのＤＣ／ＡＣインバータのどちらか一方の出力を前記電力ラインから切り離し、
これら２つのＤＣ／ＡＣインバータ間の同期を無効にするとともに、他方の前記ＤＣ／ＡＣインバータから前記同期信号を前記第１の電力供給源としての発動発電機に送出して相互の出力する交流電力の位相同期を確立した後に、
この発動発電機が出力する交流電力を前記電力ラインに接続するとともに、前記他方のＤＣ／ＡＣインバータの出力を前記電力ラインから切り離すように、前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記電力ラインに出力する交流電力を前記第２の電力供給源から前記第１の電力供給源に切り換える際は、
前記第１の電力供給源としての発動発電機の同期信号を前記電力変換部の２つのＤＣ／ＡＣインバータのどちらか一方に送出して相互の出力する交流電力の位相同期を確立後、
このＤＣ／ＡＣインバータが出力する交流電力を前記電力ラインに接続するとともに、前記発動発電機が出力する交流電力を前記電力ラインから切り離し、
前記２つのＤＣ／ＡＣインバータ間の同期を有効にして相互の出力する交流電力の位相同期を確立後、
他方の前記ＤＣ／ＡＣインバータが出力する交流電力を前記電力ラインに接続するように、前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
さらに、操作員による前記２つの電力供給源の切り換え操作を受けつけるとともに、前記制御部における監視結果を表示する操作表示部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる複数種の電力供給源を組み合わせてハイブリッド型に構成し、所定の電力を負荷に供給する電源装置が知られている。電力供給源としては、例えば、エンジン等で発電機を駆動して交流電力を供給する発動発電機や、直流電力を充放電する各種の二次電池等が採用される。また、出力も、所定電圧の直流電力の場合や、あるいは商用電源と同様な電圧及び電源周波数を持った交流電力の場合等、種々に構成される。そして、それぞれの目的等に応じて適宜選択した電力供給源を組み合わせて協調動作させ、負荷に適合した電力を供給する。
【０００３】
この種の電源装置の一例として、交流電力を出力する電源装置では、例えば、その電力供給源としては、交流電力を供給する発動発電機と、充放電しながら直流電力を供給する二次電池とを組合せ、発動発電機からの交流電力を直流に変換して二次電池を充電しつつ、二次電池に充電された直流電力をＤＣ／ＡＣインバータにより所望の交流電力に変換して連続的に出力するように構成された事例等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９６９３６号公報（第７ページ、図１）
【特許文献２】特開平１０−１７４４３７号公報（第１１ページ、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、複数の電力供給源を備えた電源装置においては、通常は２つの電力供給源を協調動作させて負荷側に所定の電力を供給しているが、特に、装置内の電力供給源を中心とする構成品の維持整備の際や、電力供給源の動作異常を検出した際などには、例えば、負荷側への給電は継続しながら、どちらか一方の電力供給源を切り離し、他方の電力供給源に切り換えて給電を継続する。
【０００６】
しかしながら、この切り換えの際に、出力電力が瞬断、あるいは低下する虞があった。加えて、交流電力の場合には、切り換えの前後で電源周波数の不連続や位相の非同期等が発生する虞があった。そして、このような電圧変動や周波数の非同期は、電力の供給を受ける負荷装置の動作に影響を及ぼす虞があることも考慮して、切り換え時には負荷装置の動作を一旦停止させるなどの対処が必要であった。このため、電源装置を構成する電力供給源の切り換えを必要とする事象が発生した際にも、負荷装置を停止させる必要がなく、負荷装置側から見て、電力ラインの連続性が十分に確保された電力供給が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、電力供給源を切り換える際にも、連続性の十分確保された、安定な交流電力を出力する電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本実施形態の電源装置は、２つの異なる電力供給源を備え、これらを組合せ、あるいはどちらか一方を選択して負荷に交流電力を供給する電源装置であって、第１の電力供給源として、所定の電力を蓄電する二次電池を備えた蓄電部と、第１及び第２のＤＣ／ＡＣインバータを有する電力変換部とを備え、前記蓄電部からの直流電力を前記２つのＤＣ／ＡＣインバータに共通の同期信号に基づき互いに位相同期した交流電力に変換してそれぞれに出力する本体電源部と、第２の電力供給源として、外部との同期が可能な交流電力を出力する発動発電機と、前記発動発電機からの交流電力を直流電力に変換して前記蓄電部を充電する充電部と、前記発動発電機、前記本体電源部内の各部、及び充電部からの動作ステータスを受けとって２つの前記電力供給源の作動状況を監視するとともに、監視結果に基づいてどちらか一方の電力供給源の交流電力から他方に切り換えて電力ラインに出力するための制御信号を生成する制御部と、前記制御部からの制御信号に基づいて、２つの前記電力供給源からの交流電力のどちらか一方を通過させて前記電力ラインに出力するスイッチ部とを備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る電源装置の構成の一例を示すブロック図。
【図２】図１に例示した電源装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図３】電力供給源を本体電源部２から発動発電機５に切り換える際の手順を説明するための説明図。
【図４】電力供給源を発動発電機５から本体電源部２に切り換える際の手順を説明するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態に係る電源装置を実施するための最良の形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本実施形態に係る電源装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に例示したように、この電源装置１は、２つの異なる電力供給源を備えており、そのどちらか一方を選択して負荷に交流電力を供給するように構成されている。すなわち、第１の電力供給源としての本体電源部２、第２の電力供給源としての発動発電機５、充電部６、スイッチ部７、制御部８、及び操作表示部９から構成されている。
【００１２】
本体電源部２は、蓄電部３、及び電力変換部４を備え、蓄電部３に蓄電された直流電力を電力変換部４で交流電力に変換して出力する電力供給源として機能する。蓄電部３は、例えば複数の単位電池セルを多直列多並列に接続して、所定の容量の直流電力を蓄電するように構成された二次電池を含んで構成されている。また、電力変換部４は、２つのＤＣ／ＡＣインバータ（＃１）４１、及びＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２を備えている。これらは、いずれも蓄電部３からの直流電力を受けて交流電力に変換し出力するが、その際に同期信号（図１中には同期線Ａとして例示）を授受して互いに位相同期した交流電力を出力する。位相同期した交流電力の出力は、並列接続することが可能である。なお、同期信号については、後述の発動発電機５とも授受し（図１中には同期線Ｂとして例示）、互いに位相同期した交流電力を出力する。
【００１３】
発動発電機５は、電力供給源として、内蔵する発動機で発電機を駆動し、所定の交流電力を発電して出力する。また、外部機器等と同期信号を授受して、これら外部機器の交流電力と互いに位相同期した交流電力を出力できる。本実施例においては、上述した同期線Ｂにより、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２との間で同期信号を授受するように構成されている。
【００１４】
充電部６は、動作中の発動発電機５から交流電力を受けとって直流電力に変換し、本体電源部２に送出する。変換された直流電力は、本体電源部２内の蓄電部３を充電するとともに、電力変換部４にも送られ、その直流電力の容量の範囲内で電力変換部４により交流電力に変換される。
【００１５】
スイッチ部７は、後述する制御部８からの制御信号に基づいて、２つの電力供給源である本体電源部２と発動発電機５のどちらか一方を選択してその交流電力を通過させ、電力ライン１０に出力する。本実施例においては、スイッチ部７は、ＳＰＤＴ型のＳＷ１、ならびにＳＰＳＴ型のＳＷ２、及びＳＷ３の３つのスイッチから構成されている事例を示している。電力供給源の選択・切り換え時におけるこれら３つのスイッチの動作については、後段にて詳述する。
【００１６】
制御部８は、本電源装置１の各部が出力する動作ステータスを受けとって２つの電力供給源を含む装置全体の動作を監視するとともに、監視の結果、いずれかの電力供給源に異常を検出した際は、スイッチ部７における電力供給源の選択・切り換えのための制御信号を含む、装置内各部に対する制御信号を生成し送出する。また、本実施例においては、後述の操作表示部９を備えており、操作員等による電力供給源の切り換え操作等も可能にしている。
【００１７】
操作表示部９は、操作員等が行う電力供給源の切り換え操作等を含む、本電源装置１に対する各種操作を受けつけて制御部８に転送するとともに、制御部８から送られてくる監視結果等を含む各種の表示情報を表示する。
【００１８】
次に、前出の図１、ならびに図２のフローチャート及び図３〜４の説明図を参照して、上述のように構成された本実施形態の電源装置の動作について説明する。図１に例示したこの電源装置１は、交流電力を出力する２つの電力供給源を備えており、そのどちらか一方から交流電力を選択・切り換えて負荷装置等に供給するが、以下の説明においては、本体電源部２からの交流電力を選択して出力している動作状態を、通常運転と称している。このときに、発動発電機５も稼働している場合は、その出力電力で本体電源部２内の蓄電部３を充電しながら、動作を継続する。一方、発動発電機５からの交流電力を選択して出力している動作状態を、切換運転と称している。
【００１９】
図２は、図１に例示した電源装置１の動作を説明するためのフローチャートである。まず、電源装置１が動作を開始し、通常運転に入る。通常運転においては、上記のように本体電源部２による交流電力が選択され、負荷１１に出力される。すなわち、スイッチ部７内の各スイッチの状態は、ＳＷ１はＡ端子側、ＳＷ２は開、そしてＳＷ３は閉とするように制御部８からの制御信号によって制御され、電力変換部４内の２つのＤＣ／ＡＣインバータ４１、及び４２のそれぞれの交流電力が並列接続されて、電力ライン１０に出力される。なお、このときに発動発電機５が稼働していれば、その交流出力が充電部６で直流に変換されて蓄電部３は充電されるが、同期線Ｂによる発動発電機２とＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２との交流電力の同期は、特に必要としない（ＳＴ２０１）。
【００２０】
この通常運転の状態において、装置内各部の動作ステータスが制御部８に送られる。制御部８は、これら各部からの動作ステータス、及び操作表示部９からの操作入力を読み取って、通常運転から切換運転への切換要件が発生したか否かを判定する（ＳＴ２０２）。切換要件とは、例えば、本体電源部２の動作異常や整備等のための操作員等による要求を含む、非選択の電力供給源である発動発電機５への切換要求である。そして、この切換要件が発生しておらず（ＳＴ２０２のＮ）、また装置の動作終了が指示されなければ（ＳＴ２０３のＮ）、ＳＴ２０１の動作ステップの通常運転を継続する。
【００２１】
一方、切換要件が発生した場合は（ＳＴ２０２のＹ）、制御部８において、電力供給源を本体電源部２から発動発電機５に切り換えるための制御信号が生成される。本実施例では、この切り換えを、次の手順で行う。すなわち、出力が並列接続されて動作していた２つのＤＣ／ＡＣインバータ（＃１〜＃２）４１及び４２のうち、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃１）４１の出力を電力ライン１０から切り離す一方、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２の出力は電力ライン１０との接続を維持した上で、両者間の同期信号である同期線Ａを無効にするとともに、同期線Ｂを有効にしてＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２と発動発電機５との交流電力の位相同期を確立する。そして、同期が確立された後に、発動発電機５の出力を電力ライン１０に接続するとともに、それまで接続が維持されていたＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２を電力ライン１０から切り離す。
【００２２】
本実施例では、制御部８が生成する制御信号によって上記の切換手順が進められるが、その動作の一例を、さらに図３を参照して詳述する。図３は、電力供給源を本体電源部２から発動発電機５に切り換える際の手順をモデル化して説明するための説明図である。
【００２３】
まず、制御部８からスイッチ部７に対して、閉状態だったＳＷ３を開状態に設定する制御信号が送出され、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃１）の出力が電力ライン１０から切り離される。あわせて、開状態だったＳＷ２を閉状態にする制御信号が送出され、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２の出力は、ＳＷ１の状態に関係なく電力ライン１０との接続が維持される。
【００２４】
次いで、制御部８から電力変換部４に対して、同期線Ａを無効にする制御信号が送出されると同時に、同期線Ｂを有効するための制御信号が、電力変換部４及び発動発電機５に送出される。同期線Ｂが有効化されたときに、発動発電機５は必ずしも稼働しているとは限らず、また稼働していても、発動発電機５とＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２とは、その出力電圧が一致し且つ位相が同期しているとは限らない。このため、必要に応じて制御部８から発動発電機５に対して稼働開始や再起動等の制御がなされた後、両者の位相同期が確立され、動作ステータスによって確認される。
【００２５】
次いで、制御部８からスイッチ部７に対して、ＳＷ１をＢ端子側に切り換える制御信号が送出されて、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２と同期した発動発電機５からの交流出力が、電力ライン１０に接続される。あわせて、閉状態だったＳＷ２を開状態に設定する制御信号が送出され、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２の出力が電力ライン１０から切り離される。
【００２６】
このような手順で、電力ライン１０に出力する交流電力を、本体電源部２から発動発電機５に切り換えることによって、切り換え時における電圧の瞬時低下や電源周波数の非同期などの不連続性を減らし、安定した交流電力を負荷１１に対して供給することができる（ＳＴ２０４）。
【００２７】
電力供給源が発動発電機５に切り換えられた後は、切換運転に入る。切換運転においては、スイッチ部７内の各スイッチの状態は、直前の動作ステップで制御部８からの制御により、ＳＷ１はＢ端子側、ＳＷ２及びＳＷ３はいずれも開状態に設定されて動作を継続する（ＳＴ２０５）。
【００２８】
次いで、制御部８は、装置各部の動作や操作を監視しながら切換運転から通常運転への復帰要件の発生を判定する。復帰要件とは、本実施例では、例えば、発動発電機５の稼働状態の異常や、燃料減少による意図的な停止要求、操作員等による要求等を含む、本体電源部２への切換要求である。そして、この復帰要件が発生しておらず（ＳＴ２０６のＮ）、また装置の動作終了が指示されなければ（ＳＴ２０７のＮ）、ＳＴ２０５の動作ステップに示した切換運転を継続する。
【００２９】
一方、復帰要件が発生した場合は（ＳＴ２０６のＹ）、制御部８において、電力供給源を発動発電機５から本体電源部２に切り換えるための制御信号が生成される。本実施例ではこの切換を、次の手順で行う。すなわち、同期線Ｂを有効にして、電力変換部４内の２つのＤＣ／ＡＣインバータ（＃１〜＃２）４１及び４２のうち、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２と発動発電機５との交流電力出力の位相同期を確立後、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２の出力を電力ライン１０に直接接続するとともに、発動発電機５の出力を電力ラインから切り離す。あわせて、同期線Ａを有効にして、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２とＤＣ／ＡＣインバータ（＃１）４１との出力の位相同期を確立し、確立後は、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃１）４１とＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２の出力を並列接続状態にして、２つのＤＣ／ＡＣインバータの出力する交流電力を電力ライン１０に接続する。
【００３０】
本実施例における、上記した制御部８による電力供給源の切換手順の一例について、さらに図４を参照して詳述する。図４は、電力供給源を発動発電機５から本体電源部２に切り換える際の手順をモデル化して説明するための説明図である。
【００３１】
まず、制御部８から発動発電機５、及びＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２に対して、同期線Ｂを有効にするための制御信号が送出される。両者の出力の位相同期が確立し、それぞれの動作ステータスによって確認されると、制御部８からスイッチ部７に対して、開状態だったＳＷ２を閉状態にする制御信号が送出され、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２の出力は、ＳＷ１の状態に関係なく電力ライン１０に接続される状態となる。あわせて、ＳＷ１をＢ端子からＡ端子に切り換える制御信号が送出されて、発動発電機５の出力が電力ラインから切り離される。
【００３２】
次いで、制御部８から電力変換部４に対して、同期線Ａを有効にする制御信号が送出され、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃１）４１とＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２の相互の交流電力出力の位相同期の確立が図られる。そして、動作ステータスによって位相同期の確立が確認されると、制御部８からスイッチ部７に対して、開状態だったＳＷ３を閉状態に設定する制御信号が送出されて、２つのＤＣ／ＡＣインバータ４１及び４２の出力が並列に接続された上で、ＳＷ１を通過して電力ライン１０に接続される。さらに、閉状態だったＳＷ２を開状態に設定する制御信号が送出され、電力変換部４から電力ライン１０への接続経路は、ＳＷ１を通過する経路に一本化される。
【００３３】
このようにして、電力ライン１０に出力する交流電力を、発動発電機５から本体電源部２に切り換えることによって、ＳＴ２０４での動作ステップでの切り換えと同様に、電力供給源の切り換え時における電圧の瞬時低下や電源周波数の非同期などの不連続性を減らし、安定した交流電力を負荷１１に対して供給することができる（ＳＴ２０８）。
【００３４】
そして、再び通常運転に復帰した後は、上述したＳＴ２０１からの動作ステップが繰り返される。また、運転中に動作終了が指示された場合には、装置の動作を終了する（ＳＴ２０３のＹ、またはＳＴ２０７のＹ）。
【００３５】
以上説明したように、本実施例においては、交流電力を出力する電力供給源として、本体電源部２と発動発電機５とを備え、電力供給源を本体電源部２から発動発電機５に切り換える（切換運転）際は、本体電源部２内の並列動作している２つのＤＣ／ＡＣインバータの一方であるＤＣ／ＡＣインバータ（＃１）４１を停止して電力ライン１０から切り離し、もう一方のＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２はそのまま動作を継続させながら、発動発電機５を駆動させ、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２と発動発電機５のそれぞれの交流出力の同期を確立する。そして、両者の同期が確立された後、発動発電機５の出力を電力ライン１０に接続するとともに、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２を電力ライン１０から切り離している。
【００３６】
また、その反対に発動発電機５から本体電源部２に切り換える（通常運転）際は、発動発電機５とＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２のそれぞれの交流出力の同期を確立する。そして、両者の同期が確立された後、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２を電力ライン１０に接続するとともに、発動発電機５を電力ラインから切り離している。さらに、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃２）４２ともう一方のＤＣ／ＡＣインバータ（＃１）４１との同期を確立し、両者の同期が確立された後、ＤＣ／ＡＣインバータ（＃１）４１を電力ライン１０に並列接続している。
【００３７】
これによって、電力供給源の切り換え時に、出力側の電力ラインに発生する虞のある電圧の低下や瞬停、それに電源周波数の非同期などの不連続性を抑え、十分に連続性の確保・維持された安定な交流電力を供給することができる。
【００３８】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１  電源装置
２  本体電源部
３  蓄電部
４  電力変換部
５  発動発電機
６  充電部
７  スイッチ部
８  制御部
９  操作表示部
１０  電力ライン
１１  負荷
４１、４２  ＤＣ／ＡＣインバータ
【図１】
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【図２】
2017038494.tif 000004
【図３】
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【図４】
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