(57)【要約】【課題】商用電力系統からの電力供給が停止しても、特別な制御を行うことなしに重要負荷への電力供給を継続可能な給電システムを提供する。【解決手段】交流発電機１の交流出力を順変換器２を用いて設定電圧の直流電力に変換し、直流電力を第１インバータ３を介して商用電力系統５に連系し、第１インバータ３よりも商用電力系統５側に接続された一般負荷４に交流電力を供給する給電システム１００であって、整流器６とダイオード７と第２インバータ８と重要負荷９とを更に備え、整流器６の入力側を商用電力系統５と第１インバータ３との間に接続し、ダイオード７の入力側を順変換器２と第１インバータ３との間に接続し、整流器６の出力側及びダイオード７の出力側を第２インバータ８の直流側に接続し、第２インバータ８の交流側を重要負荷８に接続してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流発電機と順変換器と第１インバータと一般負荷とを備え、前記交流発電機の交流出力を前記順変換器を用いて設定電圧の直流電力に変換し、当該直流電力を前記第１インバータを介して商用電力系統に連系し、前記第１インバータよりも前記商用電力系統側に接続された前記一般負荷に交流電力を供給する給電システムであって、
整流器とダイオードと第２インバータと重要負荷とを更に備え、
前記整流器の入力側を前記商用電力系統と前記第１インバータとの間に接続し、
前記ダイオードの入力側を前記順変換器と前記第１インバータとの間に接続し、
前記整流器の出力側及び前記ダイオードの出力側を前記第２インバータの直流側に接続し、
前記第２インバータの交流側を前記重要負荷に接続してある給電システム。
【請求項２】
前記整流器の入力側に変圧器を直列接続してある請求項１記載の給電システム。
【請求項３】
前記整流器の出力側にＤＣ／ＤＣコンバータを直列接続してある請求項１記載の給電システム。
【請求項４】
前記第２インバータの直流側に電力を供給可能なパワーキャパシタを接続してある請求項１〜３の何れか一項に記載の給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電力系統及び交流発電機の両方から重要負荷に給電可能な給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電力系統の停電時に電力供給が停止されても構わない照明機器などの一般負荷と、停電時であっても電力供給が継続されるよう要求されるコンピュータなどの重要負荷と、一般負荷及び重要負荷に電力を供給可能な交流発電機とが設けられた給電システムがある。このような給電システムでは、商用電力系統が停電をすると、重要負荷のみに電力供給が行われるように一般負荷を切り離すなどの制御が行われる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載されている給電システムの概略的な回路図である。図４に示す給電システム４００には、一般負荷１０８と重要負荷１０５とが設けられている。一般負荷１０８及び重要負荷１０５のそれぞれは、直流母線１１２に対してインバータ１０７及びインバータ１０６を介して接続されている。インバータ１０６及びインバータ１０７は制御手段１１０によって制御される。この直流母線１１２に対しては、電力供給元としての交流発電機１０１及び商用電力系統１０２のそれぞれが、順変換器１０３及び順変換器１０４を介して接続されている。また、直流母線１１２には、直流母線１１２の電圧を維持するためのパワーキャパシタ１１１が接続されている。
【０００４】
図４に示した給電システム４００は、直流母線１１２の電圧を検知する電圧検知手段１０９を備えている。そして、制御手段１１０は、電圧検知手段１０９の検知結果に基づいて、商用電力系統１０２の停電などにより直流母線１１２の電圧が低下したと判定すると、インバータ１０７を制御して一般負荷１０８に電力を供給しないようにする。その結果、商用電力系統１０２からの電力供給が停止しても、交流発電機１０１から供給される電力が、重要負荷１０５に優先的に供給される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３８６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に示したような従来の給電システムにおいて、商用電力系統からの電力供給が停止したとしても重要負荷に優先的に電力を供給するためには、直流母線の電圧を常時監視しておく必要がある。そして、制御手段が、直流母線の電圧低下を検出したとき、インバータを制御して一般負荷に電力が供給されないようにする必要がある。
このように、従来の給電システムは、商用電力系統及び交流発電機の両方から電力供給が行われる状態と、交流発電機のみから電力供給が行われる状態との過渡期において、一般負荷を切り離す制御、及び、停電からの復帰後に再接続する制御などの煩雑な制御を行わねばならない点で問題がある。
【０００７】
また、図４に示したような従来の給電システムでは、一般負荷及び重要負荷を含めた全負荷に対して直流母線からインバータを介して電力を供給するため、インバータ容量が巨大になるという問題もある。また、インバータロスも大きくなるので、省エネルギの観点からも好ましくない。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、商用電力系統からの電力供給が停止しても、特別な制御を行うことなしに重要負荷への電力供給を継続可能な給電システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る給電システムの特徴構成は、交流発電機と順変換器と第１インバータと一般負荷とを備え、前記交流発電機の交流出力を前記順変換器を用いて設定電圧の直流電力に変換し、当該直流電力を前記第１インバータを介して商用電力系統に連系し、前記第１インバータよりも前記商用電力系統側に接続された前記一般負荷に交流電力を供給する給電システムであって、
整流器とダイオードと第２インバータと重要負荷とを更に備え、
前記整流器の入力側を前記商用電力系統と前記第１インバータとの間に接続し、
前記ダイオードの入力側を前記順変換器と前記第１インバータとの間に接続し、
前記整流器の出力側及び前記ダイオードの出力側を前記第２インバータの直流側に接続し、
前記第２インバータの交流側を前記重要負荷に接続してある点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、整流器の出力側及びダイオードの出力側が第２インバータの直流側に接続されているので、重要負荷に電力を供給する第２インバータには、商用電力系統から整流器を介して直流電力が供給され、及び、交流発電機から順変換器及びダイオードを介して直流電力が供給される。つまり、ダイオードの入力側には交流発電機が接続され、ダイオードの出力側には商用電力系統が接続されているとみなせる。よって、ダイオードの入力側の電圧が出力側の電圧よりも高いときには、ダイオードがオンして、交流発電機からの電力がダイオードを介して重要負荷に供給される。また、ダイオードの出力側の電圧が入力側の電圧よりも高いときには、ダイオードがオフして、商用電力系統からの電力が重要負荷に供給される。従って、本特徴構成によれば、商用電力系統及び交流発電機の少なくとも一方から電力が供給されていれば、重要負荷には電力が供給され、商用電力系統からの電力供給が停止しても、特別な制御を行うことなしに重要負荷への電力供給を継続可能である。
【００１１】
本発明に係る給電システムの別の特徴構成は、前記整流器の入力側に変圧器を直列接続してある点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、商用電力系統から供給される電力を整流器の入力側で昇圧できる。よって、第２インバータを通過するときに電圧降下が起こるとしても、予め昇圧しておくことで、重要負荷に供給される電力の電圧を確保できる。
【００１３】
本発明に係る給電システムの別の特徴構成は、前記整流器の出力側にＤＣ／ＤＣコンバータを直列接続してある点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、商用電力系統から供給される電力を整流器の出力側で昇圧できる。よって、第２インバータを通過するときに電圧降下が起こるとしても、予め昇圧しておくことで、重要負荷に供給される電力の電圧を確保できる。
【００１５】
本発明に係る給電システムの別の特徴構成は、前記第２インバータの直流側に電力を供給可能なパワーキャパシタを接続してある点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、商用電力系統から第２インバータの直流側に供給される電力の電圧、及び、交流発電機から第２インバータの直流側に供給される電力の電圧が変動しても、パワーキャパシタによってその電圧の変動が抑制される。よって、重要負荷には安定した電圧の電力を供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して本発明の給電システムについて説明する。
図１は、本発明の給電システムの概略的な回路図である。給電システム１００は、交流発電機１と順変換器２と第１インバータ３と一般負荷４とを備え、交流発電機１の交流出力を順変換器２を用いて設定電圧の直流電力に変換し、当該直流電力を第１インバータ３を介して商用電力系統５に連系し、第１インバータ３よりも商用電力系統５側に接続された一般負荷４に交流電力を供給するように構成されている。また、給電システム１００は、整流器６とダイオード７と第２インバータ８と重要負荷９とを更に備え、整流器６の入力側を商用電力系統５と第１インバータ３との間に接続し、ダイオード７の入力側を順変換器２と第１インバータ３との間に接続し、整流器６の出力側及びダイオード７の出力側を第２インバータ８の直流側に接続し、第２インバータ８の交流側を重要負荷９に接続してある。重要負荷９の消費電力の大きさは、交流発電機１の発電電力以下に設定されている。
【００１８】
交流発電機１は、エンジン（図示せず）に連結され、そのエンジンの回転駆動力を用いて発電する同期発電機を用いて実現できる。このとき、一台のエンジンから回転駆動力を受けるように構成してもよく、或いは、複数台のエンジンから回転駆動力を受けるように構成してもよい。何れの場合も、交流発電機１の交流出力の電圧が概ね一定となるように、エンジンの回転速度が一定に制御される。
【００１９】
順変換器２は、交流発電機１の三相交流出力をスイッチング制御してノードＢにおける直流電力の電圧を設定電圧とするような回路で構成される。このノードＢには、ダイオード７の入力側及び第１インバータ３も接続されている。ダイオード７は、電流の方向をノードＢからノードＣへ向かう方向に制限するために設けてある。
【００２０】
商用電力系統５が接続されているノードＡには、整流器６の入力側、一般負荷４及び第１インバータ３が接続されている。整流器６は、例えば三相整流ブリッジ回路などを用いて構成されるダイオード整流器であり、商用電力系統５から供給される電力を三相交流から直流に変換するために設けてある。
【００２１】
以上のように、ノードＣには整流器６の出力側及びダイオード７の出力側が接続される。また、ノードＣには第２インバータ８が接続されている。この第２インバータ８によって直流電力が交流電力に変換され、重要負荷９に交流電力が供給される。つまり、重要負荷９は、商用電力系統５から、ノードＡ、整流器６、ノードＣ及び第２インバータ８を介して電力を供給可能であり、及び、交流発電機１から、順変換器２、ノードＢ、ダイオード７、ノードＣ及び第２インバータ８を介して電力を供給可能である。
【００２２】
給電システム１００の回路構成において、ダイオード７の入力側（ノードＢ側）には交流発電機１が接続され、ダイオード７の出力側（ノードＣ側）には商用電力系統５が接続されているとみなせる。よって、ダイオード７の入力側の電圧が出力側の電圧よりも高いときには、ダイオード７がオンして、交流発電機１からの電力がダイオード７を介して優先的に重要負荷９に供給される。また、ダイオード７の出力側の電圧が入力側の電圧よりも高いときには、ダイオード７がオフして、商用電力系統５からの電力が優先的に重要負荷９に供給される。つまり、商用電力系統５及び交流発電機１の少なくとも一方から電力が供給されていれば、重要負荷９には電力が供給される。従って、商用電力系統５からの電力供給が停止しても、特別な制御を行うことなしに重要負荷９への電力供給を継続可能である。また、ダイオード７及び整流器６の存在によって、上流側の電圧低下の影響がノードＣには及ばないようにできる。
【００２３】
第２インバータ８の直流側に電力を供給可能なパワーキャパシタ１０を接続してある。よって、商用電力系統５から第２インバータ８の直流側に供給される電力の電圧、及び、交流発電機１から第２インバータ８の直流側に供給される電力の電圧が変動しても、パワーキャパシタ１０によってその電圧の変動が抑制される。従って、重要負荷９には安定した電圧の電力を供給できる。
また、ノードＢには平滑化用の平滑化コンデンサ１１が接続されている。よって、交流発電機１の出力を順変換器２によって直流電力に変換した後の直流電圧の揺動を抑制出来る。
【００２４】
以上のように、本発明に係る給電システム１００では、商用電力系統５及び交流発電機１の少なくとも一方から電力が供給されていれば、重要負荷９には電力が供給され、商用電力系統５からの電力供給が停止しても、特別な制御を行うことなしに重要負荷９への電力供給を継続できる。
【００２５】
＜別実施形態＞
＜１＞
図２は、別実施形態の給電システムの概略的な回路図である。この給電システム２００は、整流器６の入力側に変圧器１２を直列接続してある点で上記実施形態の給電システム１００と異なっている。
給電システム２００では、変圧器１２によって、商用電力系統５から供給される電力を整流器６の入力側で昇圧できる。よって、第２インバータ８を通過するときに電圧降下が起こるとしても、予め昇圧しておくことで、重要負荷９に供給される電力の電圧を確保できる。
【００２６】
＜２＞
図３は、別実施形態の給電システムの概略的な回路図である。この給電システム３００は、整流器６の出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ１３を直列接続してある点で上記実施形態の給電システム１００と異なっている。
給電システム３００では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３によって、商用電力系統５から供給される電力を整流器６の出力側で昇圧できる。よって、第２インバータ８を通過するときに電圧降下が起こるとしても、予め昇圧しておくことで、重要負荷９に供給される電力の電圧を確保できる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力設定電圧をダイオード７の出口電圧すなわち、ノードＢの電圧の付近に維持することによって重要負荷への供給源がノードＢからノードＡに、またはノードＡからノードＢに変わった時の変動を抑えることができ、パワーキャパシタを、容量を小さくあるいは不要にすることができる。
【００２７】
＜３＞
図１〜図３に例示した給電システムに、他の回路要素を追加で設けてもよい。例えば、遮断器を設けてもよい。具体的には、交流発電機１と順変換器２との間に遮断器を設けた場合、交流発電機１の運転停止時や故障時などには遮断器を開いて、交流発電機１を回路から切り離すことができる。また、商用電力系統５の停電時などにおいて商用電力系統５を給電システムから切り離すための遮断器を設けてもよい。
また、給電システムに高調波抑制回路を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、商用電力系統及び交流発電機の両方から重要負荷に給電可能、即ち、商用電力系統に停電が発生しても重要負荷に給電可能な無停電電源として機能させることができる給電システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】給電システムの概略的な回路図
【図２】別実施形態の給電システムの概略的な回路図
【図３】別実施形態の給電システムの概略的な回路図
【図４】従来の給電システムの概略的な回路図
【符号の説明】
【００３０】
１  交流発電機
２  順変換器
３  第１インバータ
４  一般負荷
５  商用電力系統
６  整流器
７  ダイオード
８  第２インバータ
９  重要負荷
１０  パワーキャパシタ
１２  変圧器
１３  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１００、２００、３００  給電システム
【図１】
2009225582.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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