JP5992342B2 - 発電機システム - Google Patents

Description

本発明は、発電機の過負荷耐量の範囲で、最大の出力が得られるような発電機の運転を行うことができる発電機システムに関するものである。

発電機システムでは、発電機からの電力を電動機に供給し、当該電動機を駆動させる。発電機システムの一種として、界磁に電磁石を用いた電磁石同期発電機と電池群とから構成される分散型電源システムを構成することも考えられる。図５は、電磁石同期発電機と電池群とから構成される分散型電源システムの概略構成を示す図である。

当該図５の構成例では、アナログの界磁励磁制御のための発電機運転装置（界磁制御装置）により、電磁石同期発電機における出力電圧を制御している。また、電磁石同期発電機で発生した電圧は、整流器において交流から直流に変換される。また、インバータにおいて、直流から交流に変換され、交流電力が電動機へと供給される。なお、電池は、充放電可能である。

なお、本発明に関連する従来技術として、たとえば特許文献１が存在する。当該特許文献１に係る技術では、過負荷が投入されたときでも、エンジンを停止させることなく大きな負荷に対応させることができる。

特開平６−１７８５９９号公報

さて、図５に示した分散型電源システムにおいても、急峻で大きな負荷変動が発生することが想定される。上記分散型電源システムにおいて、系統側（電動機側）での大きな負荷変動が発生した場合に、電磁石同期発電機の過負荷耐量を超えた発電を防止する対策が必要となる。当該対策として、たとえば、前記場合には回路保護機器をオフに制御し、電磁石同期発電機を系統から切離す方法が考えられる。

なお、図６は、図５にシステムにおける信号系統図である。図６では、発電機運転装置（界磁制御装置）から界磁電流信号により、電磁石同期発電機における出力電圧を制御している様子、発電機運転装置（界磁制御装置）からのＯＮ／ＯＦＦ信号により、回路保護機器がオフ（トリップ）制御する様子等が示されている。

また、図７は、負荷変動および発電機電流等の時系列的変化を示す図である。発電機の出力電圧は一定に保たれて制御されているところ、負荷変動により系統電圧が減少すると、これに応じて、発電機出力電流が上昇する。また、図７では、発電機出力電流の上昇により、回路保護機器がオフに制御される様子も図示している。

しかしながら、上記の場合では、回路保護機器をオフにするまでには数十ｍｓ以上の時間がかかるため、電磁石同期発電機の過負荷耐量を超えてしまうことがある。また、回路保護機器を頻繁にオフにすることは好ましくない。

よって、従来では、大きな負荷変動が想定される場合には、電磁石同期発電機を過負荷量の範囲で使用するために、発電機側において、予め出力電圧を限定又は絞った運転がなされていた。

つまり従来では、大きな負荷変動に備えて、発電機の性能を減縮した活用が行われており、発電機の性能を最大限に活用することができなかった。

そこで、発電機の出力を最大限にした状態で、当該発電機を運転することができる発電機システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る発電機システムは、永久磁石による界磁を利用している永久磁石発電機と、前記永久磁石発電機に配設され、スイッチング機能を有し、交流を直流に変換する整流機能を有するスイッチ式整流器とを備え、前記スイッチ式整流器の出力として発電機出力電圧が得られ、前記スイッチ式整流器の出力に発電機側回路保護器及び電力回路線を介して接続され、前記電力回路線上の電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電動機と、前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する制御装置とを、備えており、前記制御装置は、前記電動機に供給される電圧である前記電力回路線上の系統電圧の変化に応じて、前記系統電圧の低下に従い前記発電機出力電圧が低下するように前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する。

本発明に係る発電機システムは、永久磁石による界磁を利用している永久磁石発電機と、前記永久磁石発電機に配設され、スイッチング機能を有し、交流を直流に変換する整流機能を有するスイッチ式整流器とを備え、前記スイッチ式整流器の出力として発電機出力電圧が得られ、前記スイッチ式整流器の出力に発電機側回路保護器及び電力回路線を介して接続され、前記電力回路線上の電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電動機と、前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する制御装置とを、備えており、前記制御装置は、前記電動機に供給される電圧である前記電力回路線上の系統電圧の変化に応じて、前記系統電圧の低下に従い前記発電機出力電圧が低下するように前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する。

したがって、本発明に係る発電機システムでは、系統電圧の変化に応じて、永久磁石発電機からの出力電圧を調整することができる。つまり、本発明に係る発電機システムでは、負荷変動に応じて、発電機出力電圧を変化させることができる。よって、大きな負荷変動に備えて、永久磁石発電機の性能を減縮した活用を行う必要がなく、発電機側回路保護機器などのトリップをさせることなく、当該発電機の性能を最大限に活用することができる。

実施の形態に係る発電機システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る発電機システムにおける信号系統の様子を示すブロック図である。 実施の形態に係る発電機システムにおける制御の動作を説明するためのブロック図である。 系統電圧Ｖ_Ｌ、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}および発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}の時系列的変化を示した図である。 電磁石同期発電機と電池群とから構成される分散型電源システムの概略構成を示す図である。 電磁石同期発電機と電池群とから構成される分散型電源システムにおける信号系統図である。 負荷変動および発電機電流等の時系列的変化を示す図である。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態＞
図１は、本実施の形態に係る発電機システムの構成を示すブロック図である。図１から分かるように、本実施の形態に係る発電機システムは、二重化（冗長化）された、電池群と発電機とからなる分散型電源システムである。

当該発電機システムは、永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２、発電機側回路保護機器ＣＢ１，ＣＢ２、電池側回路保護機器ＣＢ３，ＣＢ４、電池ＢＴ１，ＢＴ２、インバータＩＮＶ１および電動機Ｍから構成されている。

なお、上記したように、電源系統は、第一の電源系統Ｇ１，ＴＨＹ１，ＤＶ１，ＣＢ１，ＣＢ３，ＢＴ１と、第二の電源系統Ｇ２，ＴＨＹ２，ＤＶ２，ＣＢ２，ＣＢ４，ＢＴ２とで、二重化されている。通常運転では、第一の電源系統Ｇ１，ＴＨＹ１，ＤＶ１，ＣＢ１，ＣＢ３，ＢＴ１と、第二の電源系統Ｇ２，ＴＨＹ２，ＤＶ２，ＣＢ２，ＣＢ４，ＢＴ２とは、同じ動作が行われることにより、両電源系統から電動機Ｍへの電源供給が行われている。一方、何れかの電源系統で不具合が生じた場合は、正常な電源系統のみから電動機Ｍへの電源供給が行われる。

図１に示す構成例では、永久磁石同期発電機Ｇ１の電力出力部は、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１の入力側に接続されており、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１の出力側は、発電機側回路保護機器ＣＢ１の一方側に接続されている。また、発電機側回路保護機器ＣＢ１の他方側は、系統側（母線側）において、ノードＮ１およびノードＮ３を介して、インバータＩＮＶ１の入力側に接続される。また、電池ＢＴ１の電力出力部は、電池側回路保護機器ＣＢ３の一方側に接続されており、電池側回路保護機器ＣＢ３の他方側は、系統側（母線側）において、ノードＮ１およびノードＮ３を介して、インバータＩＮＶ１の入力側に接続される。

同様に、永久磁石同期発電機Ｇ２の電力出力部は、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ２の入力側に接続されており、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ２の出力側は、発電機側回路保護機器ＣＢ２の一方側に接続されている。また、発電機側回路保護機器ＣＢ２の他方側は、系統側（母線側）において、ノードＮ２およびノードＮ３を介して、インバータＩＮＶ１の入力側に接続される。また、電池ＢＴ２の電力出力部は、電池側回路保護機器ＣＢ４の一方側に接続されており、電池側回路保護機器ＣＢ４の他方側は、系統側（母線側）において、ノードＮ１およびノードＮ２を介して、インバータＩＮＶ１の入力側に接続される。

また、系統側（母線側）において、インバータＩＮ１の出力部は、電動機Ｍの電力入力側に接続されている。

また、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１のゲート端子は、制御装置ＤＶ１に接続されており、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ２のゲート端子は、制御装置ＤＶ２に接続されている。

永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２は、界磁に永久磁石を用いた同期発電機である。永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２は、電磁石同期発電機で必要であった、界磁励磁のための発電機運転装置が不要である。

また、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２は、交流を直流に変換する整流機能を有している。また、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２は、ゲート端子から入力される制御信号に応じて、導通のオン・オフの切替えを行うスイッチ機能も有している。

制御装置ＤＶ１，ＤＶ２は、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２のスイッチング機能を制御する。具体的に、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２は、前記スイッチ機能を制御する制御信号を生成し、当該制御信号を、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２のゲート端子に対して出力する。制御装置ＤＶ１，ＤＶ２は、系統側の電圧（電動機Ｍに供給される電圧と把握できる）の変化に応じて、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２のスイッチング機能を制御する。

上記から分かるように、電磁石同期発電機では、界磁励磁制御のための発電機運転装置により、発電・出力電圧を変化させるが、本実施の形態では、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２のスイッチング機能を制御することにより（ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により）、永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２側から出力される電圧を変化させる。ここで、界磁制御による電磁石同期発電機に比べて、本実施の形態の永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２の方が、制御応答性が向上する。

発電機側回路保護回路ＣＢ１，ＣＢ２は、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}が、所定の値を超えたときに、トリップ（遮断）する。また、電池側回路保護回路ＣＢ３，ＣＢ４は、電池出力電流Ｉ_Ｂが、所定の値を超えたときに、トリップ（遮断）する。ここで、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｒｅｆ}は、ラインＬ１，Ｌ２（ラインＬ１，Ｌ２は、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２と発電機側回路保護機器ＣＢ１，ＣＢ２とを接続する電力線である）上を流れる電流値であり、電池出力電流Ｉ_Ｂは、ラインＬ３，Ｌ４（ラインＬ３，Ｌ４は、電池ＢＴ１，ＢＴ２と電池側回路保護機器ＣＢ３，ＣＢ４とを接続する電力線である））上を流れる電流値である。

また、電池ＢＴ１，ＢＴ２は、充放電が可能な蓄電池群から成る。また、インバータＩＮＶ１は、直流を交流に変換する。また、電動機Ｍは、モータ等であり、電力供給側（永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２および電池ＢＴ１，ＢＴ２）供給される電気エネルギーを、機械エネルギーに変換する。

図２は、本実施の形態に係る発電機システムにおける信号系統の様子を示すブロック図である。

ここで、図２において、太い線は電力回路線であり、細い線は信号線である。なお、図２では、図面簡略化のために、各回路保護機器ＣＢ１〜ＣＢ４の図示は省略している。図２に示すように、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２において、各種信号が入力されており、制御信号が出力されている。

具体的に、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２には、系統電圧Ｖ_Ｌが入力されている。ここで、系統電圧Ｖ_Ｌは、母線側における電圧値であり、たとえば図１におけるラインＬ５（ラインＬ５は、系統側（母線側）の電力線であり、インバータＩＮＶ１に接続される電力線である）上における電圧値である。

また、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２には、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}および発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}が入力されている。ここで、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}および発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}は、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２の出力側の電圧値および当該出力側の電流値であり、たとえば図１におけるラインＬ１，Ｌ２上における電圧値および電流値である。

また、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２には、電池電圧Ｖ_Ｂおよび電池電流Ｉ_Ｂが入力されている。ここで、電池電圧Ｖ_Ｂおよび電池電流Ｉ_Ｂは、電池ＢＴ１，ＢＴ２の出力側の電圧値および電流値であり、たとえば図１におけるラインＬ３，Ｌ４上における電圧値および電流値である。

また、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２は、入力信号を用いた演算を行い、制御信号（ＰＷＭ信号）を生成する。そして、当該制御信号は、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２から、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２のゲート端子に対して出力される。

次に、本実施の形態に係る発電機システムの動作について、図３および図４を用いて説明する。

ここで、図３は、本実施の形態に係る発電機システムにおける制御の様子を示すブロック図である。また、図４は、系統電圧Ｖ_Ｌ、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}および発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}の時系列的変化を例示した図である。

なお、上述したように、本実施の形態に係る発電機システムは、二重化（冗長化）されており、通常運転では、第一の電源系統Ｇ１，ＴＨＹ１，ＤＶ１，ＣＢ１，ＣＢ３，ＢＴ１と、第二の電源系統Ｇ２，ＴＨＹ２，ＤＶ２，ＣＢ２，ＣＢ４，ＢＴ２とは、同じ動作が行われる（何れかの電源系統で不具合が生じた場合は、正常な電源系統のみでの電源供給が実施される）。

よって、説明簡略化ために、以下では、第一の電源系統Ｇ１，ＴＨＹ１，ＤＶ１，ＣＢ１，ＣＢ３，ＢＴ１のみに着目して、動作の説明を行う。なお、上記のように、第二の電源系統Ｇ２，ＴＨＹ２，ＤＶ２，ＣＢ２，ＣＢ４，ＢＴ２においても同様の動作が適用される。

図３において、過電流検出ブロックＢ１０には、閾値変化率が予め設定されており、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１から出力される電流の変化率（つまり、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}の変化率）が、当該閾値変化率以上となったか否かを判断している。また、電圧検出ブロックＢ２０では、永久磁石同期発電機Ｇ１から出力された電圧（つまり、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}）を検出する。また、電流値検出ブロックＢ３０では、永久磁石同期発電機Ｇ１から出力された電流（つまり、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}）を検出する。

なお、図３における、過電流検出ブロックＢ１０、発電機出力制御ブロックＢ４０、発電機出力電流制限による発電機基準電圧の補正ブロック（以下、補正ブロックと称する）Ｂ５０および発電機電圧制御ブロックＢ６０は、制御装置ＤＶ１内の機能ブロックである。

ここで、制御装置ＤＶ１には、発電機基準出力ＫＷ_{Ｇ−ｒｅｆ}が予め設定されている。発電機基準出力ＫＷ_{Ｇ−ｒｅｆ}は、永久磁石同期発電機Ｇ１の最大限出力である。また、発電機基準出力ＫＷ_{Ｇ−ｒｅｆ}は、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}×発電機基準電流Ｉ_{Ｇ−ｒｅｆ}で、固定値である（発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}および発電機基準電流Ｉ_{Ｇ−ｒｅｆ}は、変動値である）。

図４を参照して、０〜時間ｔ１までの間は、系統電圧Ｖ_Ｌは定常であり、図３に示したフィードバック制御により、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}および発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}は、同じ値で一定である。なお、図４に示すように、０〜時間ｔ１までの期間は、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}も一定である。

さて、時間ｔ１において、負荷変動により、系統電圧Ｖ_Ｌが減少し始めたとする。ここで、系統電圧Ｖ_Ｌが減少し始めたとしても、その時点では、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}は、図３に示したフィードバック制御により直ぐには変化しない。したがって、図４に示すように、時間ｔ１において、系統電圧Ｖ_Ｌの減少に応じて、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}が上昇し始める。

さらに、時間ｔ１では、図３に示すフィードバック制御により、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}も変化し始める（減少し始める）。具体的なフィードバック制御の動作は、以下の通りである。

制御装置ＤＶ１において、予め設定されている発電機基準出力ＫＷ_{Ｇ−ｒｅｆ}と、フィードバック発電機出力ＫＷ_{Ｇ−ｆｂｋ}との差分をとる。ここで、フィードバック発電機出力ＫＷ_{Ｇ−ｆｂｋ}は、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}×発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}であり、図３に示すように、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}は、電圧検出ブロックＢ２０で検出された、ラインＬ１における発電機出力電圧値であり、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}は、電流検出ブロックＢ３０で検出された、ラインＬ１上を流れる発電機出力電流値である。

次に、上記差分の結果は、制御装置ＤＶ１内の発電機出力制御ブロックＢ４０に送られる。発電機出力制御ブロックＢ４０では、比例積分制御等の演算を行い、発電機基準出力ＫＷ_{Ｇ−ｒｅｆ}とフィードバック発電機出力ＫＷ_{Ｇ−ｆｂｋ}との差分に応じた、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}を生成し、出力する。そして、当該発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}は、制御装置ＤＶ１内の補正ブロックＢ５０に送られる。

当該補正ブロックＢ５０では、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}が急激に上昇し、発電機側回路保護機器ＣＢ１がトリップしないように、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}を補正する。つまり、補正ブロックＢ５０では、予め定められている発電機出力電流の上限を超えないように、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}を補正する。

具体的に、補正ブロックＢ５０では、ラインＬ３上における電池電圧Ｖ_Ｂ、系統電圧Ｖ_Ｌおよび発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}をも取得し、これらの値を用いて、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}を補正する演算を行う。当該演算の結果、補正ブロックＢ５０は、発電機補正基準電圧Ｖ’_{Ｇ−ｒｅｆ}を生成し、発電機補正基準電圧Ｖ’_{Ｇ−ｒｅｆ}を出力する。

次に、制御装置ＤＶ１内において、発電機補正基準電圧Ｖ’_{Ｇ−ｒｅｆ}と発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}との差分をとる。当該差分の結果は、制御装置ＤＶ１内の発電機電圧制御ブロックＢ６０に送られる。

発電機電圧制御ブロックＢ６０では、比例積分制御等の演算を行い、発電機補正基準電圧Ｖ’_{Ｇ−ｒｅｆ}と発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}との差分に応じた、制御信号（ＰＷＭ信号）を生成し、出力する。そして、当該制御信号は、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１のゲート端子に送られる。

半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１では、制御信号に基づきスイッチングを行い、永久磁石同期発電機Ｇ１からの発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}が調整される。

図３のフィードバック制御により、図４に示すように、系統電圧Ｖ_Ｌの減少に応じて、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}が減少し始める。具体的に、電動機Ｍ等の大きな負荷変動により、系統電圧Ｖ_Ｌが低下すると、即座（時間ｔ１から数ｍｓ程度）に、電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}が減少し始める。そして、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}に応じて、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}は、時間差をおいて、減少し始める。そして、図３のフィードバック制御により、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}と発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}とは同じ値となり、その後、系統電圧Ｖ_Ｌの減少に応じて、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}と発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}とは同じ値で、減少する（図４参照）。

なお、発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}が発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}と一致するように減少する変化に応じて、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}は減少する（図４参照）。発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}と発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}とは同じ値となった後において、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}は定常状態に戻る（図４参照）。

ここで、図３に示すフィードバック制御において、発電機側回路保護機器ＣＢ１のトリップ抑制の観点から、補正ブロックＢ５０が設けられているが、当該補正ブロックＢ５０は省略可能である。

また、図３に示す一連のフィードバック制御は、時間ｔ１だけなく、全ての時間において常に実施されている。

また、図３に示すフィードバック制御によっても、負荷変動があまりに急峻な場合等には、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}は、系統電圧Ｖ_Ｌの急激な減少に応じて、急激に増加することもある。その場合に備えて、本実施の形態に係る発電機システムは、図３に示すように、制御装置ＤＶ１内において過電流検出ブロックＢ１０を備えている。

過電流検出ブロックＢ１０は、上記したように、閾値変化率が予め設定されており、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}の変化率を常に監視している。また、過電流検出ブロックＢ１０では、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}の変化率が、上記閾値変化率以上となったか否かを判断している。

発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}の変化率が上記閾値変化率以上となったとき、制御装置ＤＶ１（より具体的には、過電流検出ブロックＢ１０）は、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１に対して、ゲートオフの制御信号を送信し、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１をゲートオフにする。

以上のように、本実施の形態に係る発電機システムでは、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２は、電動機Ｍに供給される電圧（系統電圧Ｖ_Ｌ）の変化に応じて、永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２と電動機Ｍとの間に配設されている半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２のスイッチ機能を制御している。

したがって、本実施の形態に係る発電機システムでは、系統電圧Ｖ_Ｌの変化に応じて、永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２からの出力電圧（発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}）を調整することができる。このように、本実施の形態に係る発電機システムでは、負荷変動に応じて発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}を変化させることができる。よって、大きな負荷変動に備えて、永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２の性能を減縮した活用を行う必要がなく、発電機側回路保護機器ＣＢ１，ＣＢ２のトリップをさせることなく、当該発電機Ｇ１，Ｇ２の性能を最大限に活用することができる。

また、本実施の形態に係る発電機システムでは、発電機として、永久磁石による界磁を利用している永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２を採用し、電磁石同期発電機に対する界磁励磁制御でなく、永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２と電動機Ｍとの間に配設されている半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２のスイッチ機能を制御することにより、発電機出力電圧の調整を行っている。

したがって、本実施の形態に係る発電機システムでは、電磁石同期発電機を採用したときと比べて、出力電圧の制御応答性の向上を図ることができる。

また、本実施の形態に係る発電機システムでは、発電機出力電流の上限を超えないように、発電機基準電圧Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ}を補正する補正ブロックＢ５０を備えている。よって、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}が急激に上昇し、発電機側回路保護機器ＣＢ１，ＣＢ２がトリップすることを抑制することが可能となる。

また、本実施の形態に係る発電機システムでは、制御装置ＤＶ１，ＤＶ２は、発電機出力電流Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ}の変化率が閾値変化率以上となったとき、半導体スイッチ式整流器ＴＨＹ１，ＴＨＹ２をゲートオフにする。

したがって、永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２の出力電圧（発電機出力電圧Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ}）が追従できないような急峻な系統の負荷変動が発生したとしても、発電機Ｇ１，Ｇ２の過負荷トリップや発電機側回路保護機器ＣＢ１，ＣＢ２のトリップ等を防止することができ、急峻な負荷変動から永久磁石同期発電機Ｇ１，Ｇ２を保護することができる。

なお、上記では、二重化（冗長化）された、電池群と発電機とからなる分散型電源システム（図１）を例に挙げて、本発明について説明した。しかしながら、本発明に係る発電機システムは、当該図１の構成例に限定されない。たとえば、図１の構成例において、電池ＢＴ１，ＢＴ２を省略することも可能であり、二重化を採用しない構成（第一の電源系統または第二の電源系統のみから成る構成）も採用可能である。

Ｇ１，Ｇ２ 永久磁石同期発電機
ＴＨＹ１，ＴＨＹ２ 半導体スイッチ式整流器
ＤＶ１，ＤＶ２ 制御装置
ＣＢ１，ＤＢ２ 発電機側回路保護機器
ＣＢ３，ＣＢ４ 電池側回路保護機器
ＢＴ１，ＢＴ２ 電池
ＩＮＶ１ インバータ
Ｍ 電動機
Ｂ１０ 過電流検出ブロック
Ｂ２０ 電圧検出ブロック
Ｂ３０ 電流検出ブロック
Ｂ４０ 発電機出力制御ブロック
Ｂ５０ 発電機出力電流制限による発電機基準電圧の補正ブロック（補正ブロック）
Ｂ６０ 発電機電圧制御ブロック
ＫＷ_{Ｇ−ｒｅｆ} 発電機基準出力
Ｖ_{Ｇ−ｒｅｆ} 発電機基準電圧
Ｖ’_{Ｇ−ｒｅｆ} 発電機補正基準電圧
Ｉ_{Ｇ−ｒｅｆ} 発電機基準電流
ＫＷ_{Ｇ−ｆｂｋ} フィードバック発電機出力
Ｖ_{Ｇ−ｆｂｋ} 発電機出力電圧
Ｉ_{Ｇ−ｆｂｋ} 発電機出力電流
Ｖ_Ｌ 系統電圧
Ｖ_Ｂ 電池電圧
Ｉ_Ｂ 電池電流

Claims (2)

1. 永久磁石による界磁を利用している永久磁石発電機と、
   前記永久磁石発電機に配設され、スイッチング機能を有し、交流を直流に変換する整流機能を有するスイッチ式整流器とを備え、前記スイッチ式整流器の出力として発電機出力電圧が得られ、
   前記スイッチ式整流器の出力に発電機側回路保護器及び電力回路線を介して接続され、前記電力回路線上の電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電動機と、
   前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する制御装置とを、備えており、
   前記制御装置は、
   前記電動機に供給される電圧である前記電力回路線上の系統電圧の変化に応じて、前記系統電圧の低下に従い前記発電機出力電圧が低下するように前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する、
   ことを特徴とする発電機システム。
2. 前記制御装置は、
   前記スイッチ式整流器から出力される電流の変化率が、予め設定されている閾値変化率以上となったとき、前記スイッチ式整流器をオフにする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電機システム。

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