JP4701689B2 - 電力システム - Google Patents

Description

本発明は、発電機と直流電源との少なくとも一方から負荷に電力を供給する電力システムに関し、特に、電力システムの信頼性を向上させる技術に関するものである。

図１１は、発電機及び直流電源の両方から負荷に電力を供給可能な電力システムの従来技術を示している。
図において、１０は同期機、誘導機、直流機等の発電機であり、図示されていない内燃機関等の駆動源から与えられる機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。この電気エネルギーはコンバータ２０により所望の直流電力に変換され、負荷（直流負荷）３０に供給される。
また、外部の駆動源が停止していて発電機１０が駆動源から機械エネルギーを得られない場合や、発電機１０が駆動源から得る機械エネルギーを低減したい場合には、負荷３０の消費電力の一部または全部を直流電源５０から得ることができるように構成されている。
このような電力システムにより、負荷３０に直流電力を常時供給することができる。なお、４０はコンバータ２０と直流電源５０との間の直流電圧部、Ｐは直流電圧部４０の正極、Ｎは負極である。

図１２は、上記電力システムの主要部の構成の一例を示す回路図である。
図１１に示した発電機１０が三相の交流機である場合、コンバータ２０としては、還流ダイオード２２が逆並列接続された半導体スイッチング素子２１を２個直列接続したアームを三相分備えてなる三相コンバータを用いることができる。なお、２３はコンバータ２０の直流出力側に接続されたコンデンサ、２４はスイッチング素子２１のオン・オフ制御信号を出力する制御回路である。
また、直流電源５０としては、交流電源に接続されたダイオード５１からなるダイオードブリッジを用いることができる。

図１２に示した構成によれば、コンバータ２０によって直流電圧部４０の電圧を制御することができ、直流電圧部４０の電圧を交流電源の線間電圧のピーク値以上に制御しておけば直流電源５０から電流が流入することはなく、すべての負荷電力を発電機１０から供給することができる。また、前述したように発電機１０の発電電力が少なくなる場合には、直流電圧部４０の電圧を交流電源の線間電圧のピーク値よりも低くすることにより、直流電源５０から一部または全部の負荷電力を得ることが可能である。

なお、上述したような電力システムは、例えば下記の特許文献１に記載されている。

特開２００３−１６１５４１号公報（［００２７］〜［００３０］、図２，図３等）

図１１，図１２に示した従来技術において、コンバータ２０または直流電源５０が故障した場合には以下のような問題を生じる。
コンバータ２０が、直流電圧部４０を短絡するような状態を招く故障モードになった場合（例えば上下アームの同時オンなど）、直流電圧部４０の電圧は負荷３０へ電力を供給するために十分な値を保持できなくなり、最悪の場合には、直流電源５０からコンバータ２０に過大な電流が流入し、これに伴う過熱によって直流電源５０自体も故障に至る。この状態では、もはや負荷３０に所望の電力を供給することはできない。
特に、負荷３０の連続運転が必須の場合、例えば、負荷３０が発電機１０の駆動源としての内燃機関の冷却用電機品である場合などには、上記電力システムでは信頼性に欠けることになる。

直流電源５０についても同様であり、直流電源５０が直流電圧部４０を短絡するようなモードで故障した場合、コンバータ２０は故障するか保護機能により運転を停止するかの何れかの状態となり、前記同様に負荷３０への電力供給は不可能になる。

そこで本発明の解決課題は、コンバータまたは直流電源の一方の故障が他方に波及して負荷への電力供給が不可能になるのを未然に防止し、信頼性を向上させた電力システムを供給することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、発電機と、この発電機による発電電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータの出力側に直流電圧部を介して接続された直流電源と、前記直流電圧部に接続された負荷と、を備えた電源システムにおいて、
前記コンバータの出力端子の正負極間に小容量のスナバコンデンサを接続すると共に、前記直流電圧部としてその正負極間に大容量の電圧平滑用コンデンサを接続し、
前記コンバータと直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記スナバコンデンサの一端と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、
前記直流電圧部の電圧に基づいて過電圧の判定を行い、かつ、前記コンバータの直流出力電圧に基づいて前記発電機の電流または発電量を制御する制御回路を備えたものである。

請求項２に記載した発明は、発電機と、この発電機による発電電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータの出力側に直流電圧部を介して接続された直流電源と、前記直流電圧部に接続された負荷と、を備えた電源システムにおいて、
前記コンバータの出力端子の正負極間に小容量のスナバコンデンサを接続すると共に、前記直流電圧部としてその正負極間に大容量の電圧平滑用コンデンサを接続し、
前記コンバータと直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記スナバコンデンサの一端と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、かつ、前記直流電源と直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記直流電源の正極または負極と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記直流電源から前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、
前記直流電圧部の電圧に基づいて過電圧の判定を行い、かつ、前記コンバータの直流出力電圧に基づいて前記発電機の電流または発電量を制御する制御回路を備えたものである。

請求項３に記載した発明は、発電機と、この発電機による発電電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータの出力側に直流電圧部を介して接続された直流電源と、前記直流電圧部に接続された負荷と、を備えた電源システムにおいて、
前記コンバータの出力端子の正負極間に小容量のスナバコンデンサを接続すると共に、前記直流電圧部としてその正負極間に大容量の電圧平滑用コンデンサを接続し、
前記コンバータと直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記スナバコンデンサの一端と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、
前記直流電圧部の直流電圧に基づいて、過電圧を判定し、かつ、前記発電機が常に発電を行って前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給することにより前記ダイオードが常時導通状態となるように前記発電機の電流または発電量を制御する制御回路を備えたものである。

請求項４に記載した発明は、発電機と、この発電機による発電電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータの出力側に直流電圧部を介して接続された直流電源と、前記直流電圧部に接続された負荷と、を備えた電源システムにおいて、
前記コンバータの出力端子の正負極間に小容量のスナバコンデンサを接続すると共に、前記直流電圧部としてその正負極間に大容量の電圧平滑用コンデンサを接続し、
前記コンバータと直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記スナバコンデンサの一端と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、かつ、前記直流電源と直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記直流電源の正極または負極と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記直流電源から前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、
前記直流電圧部の直流電圧に基づいて、過電圧を判定し、かつ、前記発電機が常に発電を行って前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給することにより前記ダイオードが常時導通状態となるように前記発電機の電流または発電量を制御する制御回路を備えたものである。

請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載した電力システムにおいて、前記発電機は、電磁石または永久磁石からなる界磁手段を備えていることを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載した電力システムにおいて、前記コンバータの制御回路の電源を前記直流電圧部から供給するものである。

請求項７に記載した発明は、請求項６に記載した電力システムにおいて、前記制御回路の電源を、前記直流電圧部の直流電圧を所定電圧に変換する安定化回路を介して供給するものである。

本発明によれば、コンバータ−直流電圧部間または直流電源−直流電圧部間の直流母線にダイオードを接続するだけで、コンバータまたは直流電源の一方の故障時にその故障が他方に波及するのを防止することができ、負荷への安定した電力供給を可能にして信頼性の高い電力システムを実現することができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示す構成図であり、図１１と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
図１において、コンバータ２０と直流電圧部４０との間の正側直流母線６０Ｐ及び負側直流母線６０Ｎには、コンバータ２０から直流電圧部４０に電力を供給する方向に正極側ダイオード７０Ｐ及び負極側ダイオード７０Ｎがそれぞれ接続されている。

上記構成により、コンバータ２０がその出力端子を短絡させるようなモードで故障したとしても、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎの作用により直流電源５０から直流電圧部４０を介してコンバータ２０側へ電流が流入するのが防止される。このため、コンバータ２０の短絡故障が直流電源５０側に波及することがなく、例えば直流電源５０からコンバータ２０側に過電流が流れて直流電源５０が過熱により故障するのを防止することができる。
よって、コンバータ２０の故障時には、負荷３０への電力を直流電源５０から供給することが可能になる。
なお、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎは必ずしも両方必要ではなく、何れか一方を挿入するだけでも上記と同様の作用を果たすことができる。

次に、図２は本発明の第２実施形態を示す構成図である。
この実施形態は、直流電源５０と直流電圧部４０との間の直流母線６０Ｐ，６０Ｎに、直流電源５０から直流電圧部４０に電力を供給する方向に正極側ダイオード８０Ｐ、負極側ダイオード８０Ｎをそれぞれ接続した例である。なお、Ｐ_Ｓは直流電源５０の正極、Ｎ_Ｓは同じく負極を示す。

本実施形態では、直流電源５０がその出力端子を短絡させるようなモードで故障したとしても、ダイオード８０Ｐ，８０Ｎの作用により直流電源５０の短絡故障がコンバータ２０側に波及することがなく、例えばコンバータ２０から直流電圧部４０を介し直流電源５０側に過電流が流れてコンバータ２０が過熱により故障するのを防止することができる。
すなわちこの実施形態では、直流電源５０の故障時に負荷３０への電力をコンバータ２０から供給することが可能である。
なお、ダイオード８０Ｐ，８０Ｎは、前記同様に何れか一方を挿入するだけでも良い。

図３は、本発明の第３実施形態を示す構成図である。
この実施形態は第１，第２実施形態を組み合わせたものに相当しており、コンバータ２０側、直流電源５０側の直流母線６０Ｐ，６０Ｎにダイオード７０Ｐ，７０Ｎ，８０Ｐ，８０Ｎが接続されている。
本実施形態によれば、コンバータ２０または直流電源５０の何れか一方がその出力端子を短絡させるモードで故障したとしても、その故障が他方に波及することはないため、他方から負荷３０に対して電力を供給することができる。
この実施形態でも、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎの何れか一方、及び、ダイオード８０Ｐ，８０Ｎの何れか一方を挿入するだけでも良い。

次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図１または図３の構成において、コンバータ２０として図１３に示すように直流出力端子にコンデンサ２３が接続されたものを用いる場合、発電機１０が停止している状態でシステムを起動する際に、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎの存在によって直流電源５０からコンバータ２０に電流が流入することはできない。このため、上記コンデンサ２３が充電されず、コンバータ２０を起動することができない。

そこで、この第４実施形態は、発電機１０が電磁石や永久磁石からなる界磁子を有するものである場合、発電機１０が駆動源により回転することによって固定子巻線に無負荷誘起電圧が発生するので、この電圧を用いればコンデンサ２３を充電できる点に着目したものである。
すなわち、発電機１０から無負荷誘起電圧が発生すれば、コンバータ２０の全てのスイッチング素子がオフしていても、これらのスイッチング素子に逆並列接続されたダイオードが整流器として動作してコンバータ２０のコンデンサ２３が充電されることになり、コンバータ２０の起動が可能になる。

図４は、本発明の第５実施形態を示す構成図である。この実施形態は、図３の実施形態において、コンバータ２０の制御回路２５の電源を直流電圧部４０から供給するようにしたものである。なお、図４の制御回路２５に付した記号ａ，ｂは電源端子を示す。

電力システムの運転中は、コンバータ２０または直流電源５０の何れか一方が故障している場合も含めて、直流電圧部４０の電圧は負荷３０に電力を供給している限り維持されている。従って、コンバータ２０の制御回路２５の消費電力（電源）を直流電圧部４０から得ることにより、故障時を含めてコンバータ２０の制御回路２５を動作させることができ、システムの信頼性を向上させることができる。
なお、本実施形態のようにコンバータ２０の制御回路２５の電源を直流電圧部４０から供給する着想は、図１，図２の実施形態にも適用可能である。

図５は、本発明の第６実施形態を示す構成図である。この実施形態は、コンバータ２０の制御回路２６内に安定化回路２７を設けてその電源端子ａ，ｂを介して直流電圧部４０の電圧を供給し、安定化回路２７から出力される一定の直流電源電圧を制御回路２６の電源として使用するものである。
ここで、安定化回路２７は、入力直流電圧に変動があっても一定の直流電圧を出力するスイッチングレギュレータ等により構成されている。

例えば、図４の実施形態において、直流電源５０が短絡故障し、しかもコンバータ２０が停止している状態では、発電機１０が駆動源により回転して無負荷誘起電圧が発生すると、コンバータ２０内の還流ダイオードによって整流された電圧がダイオード７０Ｐ，７０Ｎを介して直流電圧部４０に印加される。このとき、直流電源５０側への電流の流入はダイオード８０Ｐ，８０Ｎによって阻止されている。

ここで、発電機１０の回転速度が低いと、この回転速度に依存する無負荷誘起電圧も低い値となり、直流電圧部４０の電圧も通常動作時の値よりも低い値となる。従って、図４における制御回路２５を、通常動作時の直流電圧部４０の電圧を電源電圧として構成すると、制御回路２５の正常動作が保証されず、コンバータ２０が正常に起動しない。

そこで、図５に示す如く直流電圧部４０の電圧を安定化回路２７に取り込み、その入力電圧を所定値まで昇圧し安定化して制御回路２６内に供給すれば、制御回路２６の正常動作が可能になり、コンバータ２０を支障なく起動することができる。その後はコンバータ２０を制御可能になるため、スイッチング素子の動作により発電機１０の発電電力を直流電力に変換して直流電圧部４０の電圧を所定値にまで昇圧し、通常運転に移行することが可能である。

上記各実施形態において、直流電圧部４０の電圧を常に安定させるためには、図示されていないコンデンサを直流電圧部４０に並列に接続しても良い。または、負荷３０の入力側にコンデンサを並列に接続しても同様の効果を得ることができる。

次に、図６は本発明の第７実施形態の構成図である。図６において、前述した各実施形態及び図１３の従来技術と同一の構成要素には同一の番号を付してある。なお、２０Ａは半導体スイッチング素子２１及び還流ダイオード２２からなるコンバータを示す。
この実施形態において、直流電圧部４０の正負極間には電圧平滑用コンデンサ４１が接続されている。直流電源５０は交流電源電圧をダイオードブリッジにより整流して直流電圧を得ているため、整流によるリプル分を平滑化するために電圧平滑用コンデンサ４１が必要となる。通常、この用途には体積当たりの容量の大きい電解コンデンサが用いられることが多く、電解コンデンサは一般に容量が大きいことから、例えば交流電源が停電した場合に、蓄積した電荷によって負荷へ電力を供給するという機能も担っている。

一方、コンバータ２０Ａの出力端子の正負極間には、スナバコンデンサ２８が接続されている。このスナバコンデンサ２８は、コンバータ２０Ａのスイッチング動作と配線インダクタンスの影響により、コンバータ２０Ａを構成するスイッチング素子２１に過大な電圧が印加されるのを防ぐために設けられている。通常、この用途には、高周波特性が良好なフィルムコンデンサやＱＰコンデンサ等が用いられる。

なお、発電機１０及びコンバータ２０Ａが発電動作をしており、すなわちコンバータ２０Ａから直流電圧部４０に連続的に電流が流れている状態では、コンバータ２０Ａと直流電圧部４０との間に設けられたダイオード７０Ｐ，７０Ｎが導通し、電圧平滑用コンデンサ４１とスナバコンデンサ２８の電圧は等しくなる。
このような構成とすることにより、コンバータ２０Ａの上下アームが誤動作によって同時にオン状態となった場合でも、スイッチング素子２１が過電流により過熱して瞬時に破壊することを防止することができる。すなわち、通常のコンバータのように直流出力端子の正負極間に大容量の電圧平滑用コンデンサが接続されている場合には、コンバータの上下アームが同時にオンすると電圧平滑用コンデンサが短絡されるため、スイッチング素子に瞬時に過電流が流れて過熱し、破壊に至る。

しかし、本実施形態ではコンバータ２０Ａの上下アームが同時にオンしても、短絡されるのは小容量のスナバコンデンサ２８のみであり、大容量の電圧平滑用コンデンサ４１はダイオード７０Ｐ，７０Ｎによって遮断されるため、コンバータ２０Ａのスイッチング素子２１に過電流が流れることはない。
このように本実施形態によれば、コンバータ２０Ａの上下アームが同時にオン状態となっても瞬時にスイッチング素子２１の破壊に至らないため、システムの信頼性を高めることができる。

図７は、本発明の第８実施形態の構成図である。
この実施形態における電力システムの主回路の構成は図６と同一であり、本実施形態ではコンバータ２０Ａの制御回路９０に特徴がある。
制御回路９０は、発電機電流または発電量（発電電力）制御部９１と、過電圧判定部９２とを備えている。発電機電流または発電量制御部９１は、コンバータ２０Ａの出力電圧検出値を入力し、これが目標値を維持するような発電機１０の電流または発電量を計算し、発電機１０がこの発電量または電流を出力するようにコンバータ２０Ａを制御する。
一方、過電圧判定部９２は、直流電圧部４０（電圧平滑用コンデンサ４１）の電圧検出値が規定値以上となった場合に過電圧を判定する。そして、過電圧を判定した場合には、コンバータ２０Ａの運転を停止して発電動作を停止する等の処理が行われる。

ここで、発電機電流または発電量制御部９１がコンバータ２０Ａの出力端子電圧に基づいて制御を行い、過電圧判定部９２が直流電圧部４０の電圧に基づいて制御を行っているのは、次のような理由による。
まず、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎの作用により、コンバータ２０Ａの出力端子電圧よりも直流電圧部４０の電圧が低くなることがあるが、その逆はあり得ない。よって、仮に発電機電流または発電量制御部９１が直流電圧部４０の電圧に基づいて制御を行うと、直流電圧部４０の電圧が目標値よりも高くなった場合に、当該電圧を下げるために発電量を負、つまりコンバータ２０Ａ側から発電機１０へ電力を送るような発電量ないし発電機電流の指令値を設定してしまう。しかし、この場合、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎの作用によって直流電圧部４０からコンバータ２０Ａには電力を供給できないため、スナバコンデンサ２８のみから発電機１０へ電力を供給しようとする。しかし、スナバコンデンサ２８の容量は本来小さいため、その電圧が急激に低下し、コンバータ２０Ａの動作を正しく維持できなくなる。

上記の不都合を回避するためには、図７に示すようにコンバータ２０Ａの出力端子電圧に基づいて発電量を制御すればよい。これにより、スナバコンデンサ２８の電圧は目標値に維持され、かつ、直流電圧部４０の電圧が一時的に上昇した場合でも負荷３０や制御回路９０が電力を消費することによって電圧は徐々に低下し、やがてスナバコンデンサ２８の電圧に一致することになる。

一方、過電圧の判定をコンバータ２０Ａの出力端子電圧に基づいて行うと、直流電圧部４０の電圧だけが高くなってもこれを検知できず、最悪の場合には過電圧となって電圧平滑用コンデンサ４１や直流電源５０内のダイオードブリッジを破壊してしまう。過電圧の判定を直流電圧部４０の電圧に基づいて行えば、この問題は解決可能である。

なお、図８は前記発電機電流または発電量制御部９１の構成を示すブロック図である。 すなわち、検出された電圧の目標値に対する偏差を加算器９１１により計算し、これを調節器９１２に入力すると共に、調節器９１２の出力をコンバータ２０Ａへの指令値（発電機電流指令値または発電量指令値）とし、コンバータ２０Ａはこの指令値に従って発電機１０を制御し、コンバータ２０Ａの出力端子に直流電流を発生させる。加算器９１３により上記直流電流から直流負荷電流を差し引いたものがスナバコンデンサ２８に流入し、スナバコンデンサ２８の電圧を変化させる。なお、９１４はコンバータ２０Ａの出力電圧検出値（スナバコンデンサ２８の電圧検出値）からノイズ成分を除去するノイズ除去フィルタであり、このフィルタ９１４を介した電圧検出値が前記加算器９１１に入力される。

ここで、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎが導通している場合と非導通の場合とでは、コンデンサのゲインが大きく異なる点に注意が必要である。
すなわち、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎが導通している場合には、コンバータ２０Ａ側から見たコンデンサ容量は電圧平滑用コンデンサ４１を含む大容量である一方、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎが非導通（直流電圧部４０の電圧＞コンバータ２０Ａの出力端子電圧）の場合には、コンバータ２０Ａ側から見たコンデンサ容量はスナバコンデンサ２８のみで小容量となる。

従って、コンバータ２０Ａが出力する同じ直流電流に対するコンバータ２０Ａの出力端子電圧の変動は、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎの導通時には小さく、非導通時には大きい。
これは、コンデンサのゲインが前者では小さく、後者では大きいと言い換えることができる。すなわち、導通時に合わせて調節器９１２のゲインを設定しておくと、非導通時に制御系が不安定となる。
上記の問題を回避するには、例えばダイオード７０Ｐ，７０Ｎの導通状態を何らかの方法で検知するか、あるいは、直接的に直流電圧部４０の電圧とコンバータ２０Ａの出力端子電圧とを比較し、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎが非導通である場合には調節器９１２のゲインを下げる等の手段を講じればよい。

次いで、図９は本発明の第９実施形態の構成図であり、図１０は図９における制御回路９０Ａ内の発電機電流または発電量制御部９１Ａの構成を示すブロック図である。
この実施形態では、直流電圧部４０の電圧のみを検出し、この電圧検出値を発電機電流または発電量の制御と過電圧判定の両方に用いる。これにより、電圧検出器が単一で済むため、低コスト化とシステムの簡素化を図ることができる。

この実施形態の動作として、過電圧判定部９２の動作は第８実施形態と同様であるが、発電機電流または発電量制御部９１Ａの動作が異なっている。
本実施形態では、直流電圧部４０の電圧検出値を発電機電流または発電量の制御に用いているので、前述したように直流電圧部４０の電圧が目標値よりも高くなった場合に問題が生じる。この問題の対策としては、発電機１０が常に発電を行い、コンバータ２０Ａから直流電圧部４０に電力を供給することにより、ダイオード７０Ｐ，７０Ｎが常時導通状態となるようにすればよい。そのためには、図１０に示すごとく、調節器９１２が出力する発電量指令値が常にゼロ以上（非負）となるような発電量下限値リミッタ９１５を設ければよい。また、調節器９１２の出力が発電機電流指令値である場合には、結果として得られる発電量が非負となるような電流指令値を設定すればよい。

上記のように構成することにより、コンバータ２０Ａの出力端子電圧（スナバコンデンサ２８の電圧）が直流電圧部４０の電圧よりも継続的に低くなることがなくなるため、前述したような制御上の問題は解決する。

なお、直流負荷３０が無負荷であって発電量が正である場合には、コンバータ２０Ａから直流電圧部４０に送られた電力は消費されないため、電圧平滑用コンデンサ４１の電圧が上昇し続けてしまう。このことを図１０に照らしてみれば、「直流負荷電流」がゼロであってコンバータ２０Ａが出力する直流電流が正の場合には、積分要素である電圧平滑用コンデンサ４１の電圧が上昇し続ける、と解釈することができる。

この場合、直流電圧部４０の過電圧はいずれは過電圧判定部９２によって判定されるため、その時点でコンバータ２０Ａの運転を停止させることによって問題は解決する。ただし、過電圧判定部９２における過電圧判定レベルに至る前に直流電圧部４０の電圧上昇を止めたい場合には、もう一つ別の過電圧判定レベルを設けておき、直流電圧部４０の電圧検出値がこの過電圧判定レベルに至った場合にコンバータ２０Ａの運転を停止するようにすればよい。
なお、直流負荷３０の最低消費電力が決まっており、かつ発電量の下限値をこの最低消費電力未満に設定しておく場合には、上記のような問題は生じない。

なお、上述した各実施形態では、発電機１０として三相交流機、コンバータ２０または２０Ａとして三相コンバータを用いる場合を中心に説明したが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
例えば、発電機として直流機を用い、コンバータとしてチョッパ回路を用いる場合にも本発明を適用可能である。また、発電機として交流機を用いる場合にも、その相数は任意であり、更に、発電機に応じたコンバータの相数やその構成についても、発電機の出力を電力変換して直流を出力するものであれば、特に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態を示す構成図である。 本発明の第２実施形態を示す構成図である。 本発明の第３実施形態を示す構成図である。 本発明の第５実施形態を示す構成図である。 本発明の第６実施形態の主要部を示す構成図である。 本発明の第７実施形態を示す構成図である。 本発明の第８実施形態を示す構成図である。 図７における主要部の構成図である。 本発明の第９実施形態を示す構成図である。 図９における主要部の構成図である。 従来技術を示す構成図である。 図１１における主要部の一例を示す回路図である。

符号の説明

１０：発電機
２０，２０Ａ：コンバータ
２５，２６：制御回路
２５Ａ：電源線
２７：安定化回路
２８：スナバコンデンサ
３０：負荷
４０：直流電圧部
４１：電圧平滑用コンデンサ
５０：直流電源
６０Ｐ，６０Ｎ；直流母線
７０Ｐ，７０Ｎ，８０Ｐ，８０Ｎ：ダイオード
９０，９０Ａ：制御回路
９１，９１Ａ：発電機電流または発電量制御部
９１１，９１３：加算器
９１２：調節器
９１４：ノイズ除去フィルタ
９１５：発電量下限値リミッタ
９２：過電圧判定部

Claims (7)

1. 発電機と、この発電機による発電電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータの出力側に直流電圧部を介して接続された直流電源と、前記直流電圧部に接続された負荷と、を備えた電源システムにおいて、
   前記コンバータの出力端子の正負極間に小容量のスナバコンデンサを接続すると共に、前記直流電圧部としてその正負極間に大容量の電圧平滑用コンデンサを接続し、
   前記コンバータと直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記スナバコンデンサの一端と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、
   前記直流電圧部の電圧に基づいて過電圧の判定を行い、かつ、前記コンバータの直流出力電圧に基づいて前記発電機の電流または発電量を制御する制御回路を備えたことを特徴とする電力システム。
2. 発電機と、この発電機による発電電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータの出力側に直流電圧部を介して接続された直流電源と、前記直流電圧部に接続された負荷と、を備えた電源システムにおいて、
   前記コンバータの出力端子の正負極間に小容量のスナバコンデンサを接続すると共に、前記直流電圧部としてその正負極間に大容量の電圧平滑用コンデンサを接続し、
   前記コンバータと直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記スナバコンデンサの一端と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、かつ、前記直流電源と直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記直流電源の正極または負極と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記直流電源から前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、
   前記直流電圧部の電圧に基づいて過電圧の判定を行い、かつ、前記コンバータの直流出力電圧に基づいて前記発電機の電流または発電量を制御する制御回路を備えたことを特徴とする電力システム。
3. 発電機と、この発電機による発電電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータの出力側に直流電圧部を介して接続された直流電源と、前記直流電圧部に接続された負荷と、を備えた電源システムにおいて、
   前記コンバータの出力端子の正負極間に小容量のスナバコンデンサを接続すると共に、前記直流電圧部としてその正負極間に大容量の電圧平滑用コンデンサを接続し、
   前記コンバータと直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記スナバコンデンサの一端と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、
   前記直流電圧部の直流電圧に基づいて、過電圧を判定し、かつ、前記発電機が常に発電を行って前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給することにより前記ダイオードが常時導通状態となるように前記発電機の電流または発電量を制御する制御回路を備えたことを特徴とする電力システム。
4. 発電機と、この発電機による発電電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータの出力側に直流電圧部を介して接続された直流電源と、前記直流電圧部に接続された負荷と、を備えた電源システムにおいて、
   前記コンバータの出力端子の正負極間に小容量のスナバコンデンサを接続すると共に、前記直流電圧部としてその正負極間に大容量の電圧平滑用コンデンサを接続し、
   前記コンバータと直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記スナバコンデンサの一端と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、かつ、前記直流電源と直流電圧部との間の正側直流母線または負側直流母線の少なくとも一方の母線上であって、前記直流電源の正極または負極と前記電圧平滑用コンデンサの一端との間に、前記直流電源から前記直流電圧部に電力を供給する方向にダイオードを接続し、
   前記直流電圧部の直流電圧に基づいて、過電圧を判定し、かつ、前記発電機が常に発電を行って前記コンバータから前記直流電圧部に電力を供給することにより前記ダイオードが常時導通状態となるように前記発電機の電流または発電量を制御する制御回路を備えたことを特徴とする電力システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載した電力システムにおいて、
   前記発電機は、電磁石または永久磁石からなる界磁手段を備えていることを特徴とする電力システム。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載した電力システムにおいて、
   前記コンバータの制御回路の電源を前記直流電圧部から供給することを特徴とする電力システム。
7. 請求項６に記載した電力システムにおいて、
   前記制御回路の電源を、前記直流電圧部の直流電圧を所定電圧に変換する安定化回路を介して供給することを特徴とする電力システム。

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