特開 2023-23619 負荷回生システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023023619

(43)【公開日】2023-02-16

(54)【発明の名称】負荷回生システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/10 20060101AFI20230209BHJP

   B66C 25/00 20060101ALI20230209BHJP

   H02P 103/20 20150101ALN20230209BHJP

【ＦＩ】

H02P9/10

B66C25/00

H02P103:20

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021129293

(22)【出願日】2021-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】荏本 俊樹

【テーマコード（参考）】

5H590

【Ｆターム（参考）】

5H590AA01

5H590AA02

5H590AA03

5H590AA21

5H590AB01

5H590CA16

5H590CB03

5H590CC01

5H590CD01

5H590CD03

5H590CE01

5H590CE05

5H590EB02

5H590EB13

5H590EB16

5H590EB21

5H590FC11

5H590FC21

5H590FC22

5H590FC25

5H590GA02

5H590GA04

5H590GA06

5H590GA09

5H590GB05

5H590HA02

5H590HA09

5H590JA02

5H590JB10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】回生可能なＭＧセットが用いられた設備において、システムの安定度の向上、及び設備の性能の向上を、コンパクトな装置で実現する。
【解決手段】負荷回生システムは、商用電源に接続された誘導電動機と同期発電機とが軸直結され、エネルギーを商用電源に回生可能なＭＧセットと、同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出器と、同期発電機の出力側に接続された回生要求のある負荷と、負荷と並列に接続され、電圧検出器によって検出される電圧値に応じて動作する回生電力消費装置と、回生電力消費装置に接続され、回生電力消費装置の動作に応じて回生電力を消費する抵抗器と、を備え、回生電力消費装置は、負荷からの回生要求に対し、ＭＧセットよりも高速に応答するコンバータと、負荷からの回生要求に対し、ＭＧセットよりも高速に応答し、抵抗器の電流を制御する抵抗器電流制御手段と、コンバータと抵抗器電流制御手段とを制御する制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用電源に接続された誘導電動機と同期発電機とが軸直結され、エネルギーを前記商用電源に回生可能なＭＧセットと、
前記同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出器と、
前記同期発電機の出力側に接続された回生要求のある負荷と、
前記負荷と並列に接続され、前記電圧検出器によって検出される電圧値に応じて動作する回生電力消費装置と、
前記回生電力消費装置に接続され、前記回生電力消費装置の動作に応じて回生電力を消費する抵抗器と、
を備え、
前記回生電力消費装置は、
前記負荷からの前記回生要求に対し、前記ＭＧセットよりも高速に応答するコンバータと、
前記負荷からの前記回生要求に対し、前記ＭＧセットよりも高速に応答し、前記抵抗器の電流を制御する抵抗器電流制御手段と、
前記コンバータと前記抵抗器電流制御手段とを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする負荷回生システム。

【請求項2】

請求項１に記載の負荷回生システムにおいて、
前記制御部は、前記コンバータの力率を略１且つ、前記コンバータの直流電圧が所定の直流電圧基準に追従するように前記コンバータの動作を制御するとともに、前記電圧値に応じて前記回生電力を前記抵抗器に出力するよう前記抵抗器電流制御手段の動作を制御し、
前記抵抗器は、前記抵抗器電流制御手段の動作に応じて前記回生電力を消費する
ことを特徴とする負荷回生システム。

【請求項3】

請求項２に記載の負荷回生システムにおいて、
前記制御部は、前記電圧値が所定の閾値を超えたときに、前記電圧値と前記閾値の差分に応じた電力指令値を出力し、前記抵抗器電流制御手段の出力電流が、前記電力指令値から変換された電流指令値に追従するように前記抵抗器電流制御手段の動作を制御し、
前記抵抗器は、前記抵抗器電流制御手段の前記出力電流に応じて前記回生電力を消費する
ことを特徴とする負荷回生システム。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の負荷回生システムにおいて、
前記負荷は、前記ＭＧセットの応答速度よりも急峻な力行及び回生の要求のある荷役機械である
ことを特徴とする負荷回生システム。

【請求項5】

商用電源に接続された誘導電動機と同期発電機とが軸直結され、エネルギーを前記商用電源に回生可能なＭＧセットと、
前記同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出器と、
前記同期発電機の出力側に接続された回生要求のある負荷と、
前記負荷と並列に接続され、前記電圧検出器によって検出される電圧値に応じて動作する回生電力蓄積装置と、
前記回生電力蓄積装置に設けられ、前記回生電力蓄積装置の動作に応じて回生電力を充電又は放電する蓄電装置と、
を備え、
前記回生電力蓄積装置は、
前記負荷からの前記回生要求に対し、前記ＭＧセットよりも高速に応答するコンバータと、
前記コンバータの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記コンバータの力率を略１で動作するように制御するとともに、前記電圧値が前記同期発電機の定格電圧より高い所定の第一閾値を超えたとき、前記電圧値と前記第一閾値との差に対応した電力で前記蓄電装置を充電するように前記コンバータを制御し、
前記電圧値が前記同期発電機の定格電圧より低い所定の第二閾値より低いとき、前記第二閾値と前記電圧値との差に対応した電力で前記蓄電装置を放電するように前記コンバータを制御し、
前記電圧値が前記第一閾値と前記第二閾値との間にあるときは、前記蓄電装置の充電率が所定充電率以下となるように前記コンバータを制御する
ことを特徴とする負荷回生システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回生可能なＭＧセットに用いられる負荷回生システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、荷役機械として、巨大なものや重いものを吊り上げて運ぶクレーンや、バース（岸壁）においてばら積み貨物を陸揚げするためのアンローダや、重量物を引き上げたり引き寄せたりするのに用いられる巻上機（ウインチ）などが知られている。このような荷役機械は、荷物を上方に巻上げるときは大きな電力を要し（力行）、巻下げるときはこの巻下げたエネルギーを放出する（回生）という特異性を有する。

【0003】

そして、このような荷役機械は、電源事情により専用発電機を電源として電動機で駆動される場合も多いが、この巻下げるとき放出されるエネルギーを何かで消費しなければ、発電機や電動機等を始め、設備やシステムに影響を及ぼす場合がある。このため、巻下げるとき放出されるエネルギー、すなわち回生エネルギー（回生電力）を消費できる回生電力吸収装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開昭６２－６８４９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の回生電力吸収装置は、負荷に並列に接続したサイリスタと抵抗器の直列回路、及び負荷の大きさを検出する検出器を備え、検出器の出力で当該サイリスタを制御し、抵抗により回生電力を消費する。しかし、特許文献１の回生電力吸収装置では、回生電力は全て抵抗で消費されるため、大きな抵抗を用意しなければならず、コンパクトな装置とすることができない。

【0006】

また、特許文献１では、サイリスタを用いているため、リアクトルも設けられており、余分な無効電力を吸収して消費してしまう。しかし、一般に、電源装置は、基本的に出せる無効電力量が決まっているため、有効電力以外に無効電力を多く消費してしまうと、システムの安定性を欠くことになる。

【0007】

また、特許文献１では、電源装置としてエンジン発電機が利用されている。しかし、エンジン発電機によると、回生エネルギーを再利用することができないため、エネルギー効率が悪く不経済である。このため、例えば、回生要求のあるクレーン試験設備等では、電源装置として、エネルギーを回生可能な電動発電機（以下、「ＭＧセット（Motor-Generator Set）」という。）が用いられている。エネルギーを回生可能なＭＧセットが用いられることで、例えば、クレーンの巻下げ時に発生する回生エネルギー（回生電力）を電源に戻すことが可能となるため、効率よくエネルギーを利用することができ、省エネルギー（省エネ）に繋げることができる。

【0008】

しかし、例えば、上記のような試験設備において、回生可能なＭＧセットが用いられた場合であっても、回生エネルギーが急峻であると当該ＭＧセットでは制御しきれず、過電圧となるなどシステムに異常を来すこともあった。このため、このような試験設備においては、システムの安定化のため、故意に負荷を軽くして回生エネルギーの速度を遅くしたり、試験項目を制限したりして、発電機系統や設備に異常が出ないような運用がなされ、そのために試験性能が制限されることがあった。

【0009】

そこで、本件開示は、回生可能なＭＧセットが用いられた設備において、急峻な回生エネルギーを時間遅れ無く吸収することによる、発電機系統への影響の軽減、システムの安定度の向上、及び設備の性能の向上を、コンパクトな装置で実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

一態様によれば、負荷回生システムは、商用電源に接続された誘導電動機と同期発電機とが軸直結され、エネルギーを商用電源に回生可能なＭＧセットと、同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出器と、同期発電機の出力側に接続された回生要求のある負荷と、負荷と並列に接続され、電圧検出器によって検出される電圧値に応じて動作する回生電力消費装置と、回生電力消費装置に接続され、回生電力消費装置の動作に応じて回生電力を消費する抵抗器と、を備え、回生電力消費装置は、負荷からの回生要求に対し、ＭＧセットよりも高速に応答するコンバータと、負荷からの回生要求に対し、ＭＧセットよりも高速に応答し、抵抗器の電流を制御する抵抗器電流制御手段と、コンバータと抵抗器電流制御手段とを制御する制御部と、を備える。

【0011】

別の態様によれば、負荷回生システムは、商用電源に接続された誘導電動機と同期発電機とが軸直結され、エネルギーを商用電源に回生可能なＭＧセットと、同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出器と、同期発電機の出力側に接続された回生要求のある負荷と、負荷と並列に接続され、電圧検出器によって検出される電圧値に応じて動作する回生電力蓄積装置と、回生電力蓄積装置に設けられ、回生電力蓄積装置の動作に応じて回生電力を充電又は放電する蓄電装置と、を備え、回生電力蓄積装置は、負荷からの回生要求に対し、ＭＧセットよりも高速に応答するコンバータと、コンバータの動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、コンバータの力率を略１で動作するように制御するとともに、電圧値が同期発電機の定格電圧より高い所定の第一閾値を超えたとき、電圧値と第一閾値との差に対応した電力で蓄電装置を充電するようにコンバータを制御し、電圧値が同期発電機の定格電圧より低い所定の第二閾値より低いとき、第二閾値と電圧値との差に対応した電力で蓄電装置を放電するようにコンバータを制御し、電圧値が第一閾値と第二閾値との間にあるときは、蓄電装置の充電率が所定充電率以下となるようにコンバータを制御する。

【発明の効果】

【0012】

本件開示によれば、回生可能なＭＧセットが用いられた設備において、急峻な回生エネルギーを時間遅れ無く吸収することによる、発電機系統への影響の軽減、システムの安定度の向上、及び設備の性能の向上を、コンパクトな装置で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態に係る負荷回生システムの構成例を示す図である。

【図2】図１に示す負荷回生システムにおける電力と電圧との関係の一例を説明するグラフである。

【図3】図１に示す負荷回生システムにおける電力と時間との関係の一例を説明するグラフである。

【図4】図１に示す負荷回生システムにおける動作の一例を示すタイムチャートである。

【図5】別の実施形態に係る負荷回生システムの構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本件開示の負荷回生システムの実施形態について、図面を用いて説明する。

【0015】

＜一実施形態＞
図１は、一実施形態に係る負荷回生システム１の構成例を示す図である。

【0016】

図１において、負荷回生システム１は、例えば、クレーンやアンローダや巻上機等の荷役機械が使用される設備で用いられる。なお、本明細書では、負荷回生システム１が、荷役機械が使用される設備の一例として、クレーン試験設備４０で用いられている場合を例にとって説明する。

【0017】

負荷回生システム１は、クレーン試験設備４０等で用いられ、商用電源１１と、遮断器１２と、変圧器１３と、電動機駆動装置２０と、ＭＧセット（電動発電機）３０とを有する。また、負荷回生システム１は、遮断器５１と、変圧器５２と、計器用変圧器５３と、電圧検出器５４と、励磁制御回路５５と、回生電力消費装置６０と、抵抗器６４とを有する。

【0018】

例えば、クレーン試験設備４０等の急峻な回生と力行とが頻繁に繰り返される設備では、回生可能なＭＧセット３０が用いられた場合であっても、応答遅れが生ずるＭＧセット３０では回生エネルギーを制御しきれないことがあるためである。なお、以下、本明細書のＭＧセット３０は、特に断りが無い限り、エネルギーを回生可能なものであるとする。

【0019】

図１に示すとおり、負荷回生システム１において、商用電源１１と、遮断器１２と、変圧器１３と、電動機駆動装置２０と、ＭＧセット３０とは、直列に接続される。

【0020】

商用電源１１は、電力会社から、工場、ビル、一般家庭等に送電される交流電力の電力系統であり、周波数は、日本では、５０Ｈｚと６０Ｈｚの２種類である。

【0021】

遮断器１２は、負荷回生システム１における電源設備等の正常動作時の負荷電流を開閉するとともに、不図示の保護継電器と連携して事故電流などを遮断することにより負荷側の設備を保護し、上流側への事故波及を防止する開閉器である。

【0022】

変圧器１３は、例えば、商用電源１１の電圧を所定の電圧に変換する。

【0023】

電動機駆動装置２０は、変圧器１３と、ＭＧセット３０との間に配置され、フィルタ２１と、コンバータ２２と、インバータ２３と、制御部２４とを有する。電動機駆動装置２０は、制御部２４がコンバータ２２とインバータ２３とを動作させることによって、ＭＧセット３０の動作を制御する。例えば、電動機駆動装置２０は、ＭＧセット３０が、クレーン試験設備４０へ電力を供給する力行運転と、商用電源１１へ電源回生を行う回生運転とを切り替えて運転する動作を制御する。

【0024】

フィルタ２１は、インバータ２３が発生させた高調波が商用電源１１の電源系統に流れないよう高調波成分を除去するフィルタとして機能する。

【0025】

コンバータ２２は、商用電源１１とインバータ２３との間に配置され、商用電源１１とインバータ２３との間の電力変換を行う。コンバータ２２は、自励式変換装置であり、順変換器として動作するだけでなく、例えば、電源回生コンバータとしても動作し、交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から交流電力への変換の双方向の電力変換を行うことができる。

【0026】

インバータ２３は、コンバータ２２とＭＧセット３０における後述の誘導電動機３１との間に配置され、例えば、誘導電動機３１を所定の速度で動かすため、直流又は交流から、交流を発生させる自励式変換装置である。インバータ２３は、例えば、その出力交流電力の電圧と周波数とを任意に制御する手法である可変電圧可変周波数制御（ＶＶＶＦ制御：Variable voltage variable frequency control）を行う。

【0027】

電動機駆動装置２０において、コンバータ２２とインバータ２３とが組み合わされていることにより、力行運転時には、コンバータ２２は、商用電源１１から供給される交流電力を直流電力へ変換する。そして、インバータ２３は、コンバータ２２によって変換された直流電力を交流電力へ変換して誘導電動機３１へ供給し、誘導電動機３１を駆動する。

【0028】

一方、回生運転時には、インバータ２３は、誘導電動機３１の減速によって誘導電動機３１に生じる誘導起電力を直流電力へ変換するように内部のスイッチング素子を駆動し、直流電力をコンバータ２２へ供給する。そして、コンバータ２２は、インバータ２３から供給される直流電力を交流電力へ変換して商用電源１１へ供給することによって電源回生を行う。

【0029】

制御部２４は、例えば、プログラムを実行することにより動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の不図示のプロセッサを有する。制御部２４は、例えば、不図示の記憶部に記憶された所定のプログラムを実行することにより不図示のプロセッサを動作させて、電動機駆動装置２０やＭＧセット３０の動作を統括的に制御する。制御部２４は、直流電圧一定制御回路２５と、速度制御回路２６とを有する。

【0030】

直流電圧一定制御回路２５は、コンバータ２２の直流電圧が所定の直流電圧基準に追従するようにコンバータ２２の入力電流を制御する。

【0031】

速度制御回路２６は、後述の速度センサ３３からの速度フィードバック信号が所定の速度基準に追従するようにインバータ２３の出力電圧を制御する。例えば、速度フィードバック信号が、同期発電機３２の出力周波数が所定の周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）となる回転速度となるようインバータ２３を制御する。

【0032】

ＭＧセット（電動発電機）３０は、誘導電動機３１と同期発電機３２とを有し、誘導電動機３１と同期発電機３２とを軸３０ａを介して同軸で軸直結して電力を変換することを目的とする電力機器である。ＭＧセット３０は、商用電源１１から変換元の電力（電気エネルギー）を誘導電動機３１が受け、誘導電動機３１の回転運動（機械エネルギー）を同軸上の同期発電機３２に伝達する。そして、同期発電機３２は、誘導電動機３１から受けた回転運動（機械エネルギー）を変換先の電力（電気エネルギー）に戻す。すなわち、同期発電機３２は、誘導電動機３１から受けた回転エネルギーによって発電する。

【0033】

ＭＧセット３０は、電力、電圧、位相、周波数の変換にも使用される。すなわち、ＭＧセット３０は、例えば、誘導電動機３１の回転数を制御することで、同期発電機３２からの出力周波数を自由に設定することができ、高調波のない綺麗な正弦波で出力することができる。このため、ＭＧセット３０は、例えば、製造地と使用地とで電源周波数の異なる製品の試験をする場合や、電力会社が供給する電力とは異なる周波数の電力が必要な場合に用いられる。例えば、後述のクレーン４６が、６０Ｈｚ地区で製作されて、５０Ｈｚ地区で使用されるものである場合、製作された６０Ｈｚ地区において、性能試験用に５０Ｈｚの電源が必要な場合がある。例えば、このような場合に、電源設備として、ＭＧセット３０が用いられ、製作された６０Ｈｚ地区において、使用される５０Ｈｚでの性能試験が行われる。

【0034】

なお、本明細書におけるＭＧセット３０は、上述のとおり、エネルギーを回生可能なものであるため、誘導電動機３１と同期発電機３２とは、可逆に動作する。すなわち、ＭＧセット３０は、回生時には、同期発電機３２が電動機として動作し、誘導電動機３１が発電機として動作する。これにより、ＭＧセット３０は、例えば、後述のクレーン４６が巻き下げるときなどに放出されるエネルギーを吸収する（電源系統へ戻す）。なお、誘導電動機３１と同期発電機３２とは、力行時と回生時とで、回転方向は同一であり、電圧と電流の位相が略１８０度相違する。

【0035】

誘導電動機３１（ＩＭ：Induction Motor）は、軸３０ａを介して同期発電機３２と同軸で軸直結されるとともに、速度センサ３３とも接続される。誘導電動機３１は、速度センサ３３によって測定される速度が、所定の速度、例えば、同期発電機３２の出力周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に見合う速度となるよう電動機駆動装置２０によって制御される。

【0036】

同期発電機（ＳＧ：Synchronous Generator）３２は、例えば、誘導電動機３１の回転数に同期した周波数の正弦波の電力を負荷（クレーン試験フィーダ４１）に供給する。同期発電機３２は、商用電源１１とは異なる周波数の電源を歪の少ない綺麗な正弦波で供給することができる。なお、同期発電機３２は、軸３０ａを介して誘導電動機３１と同軸で軸直結されるとともに、励磁制御回路５５により制御される。

【0037】

速度センサ（ＳＳ：Speed Sensor）３３は、誘導電動機３１と接続され、誘導電動機３１の回転速度を測定して、速度フィードバック信号を速度制御回路２６に出力する。

【0038】

また、図１に示すとおり、ＭＧセット３０の出力側には、クレーン試験設備４０における例えば複数のクレーン試験フィーダ４１が接続される。なお、本実施形態において、ＭＧセット３０の出力側は、クレーン試験設備４０には限られず、力行と回生とが行われる装置や設備であれば適用可能である。

【0039】

クレーン試験設備４０は、クレーン試験フィーダ４１と、遮断器４２と、クレーン試験場４３とを有する。クレーン試験設備４０では、クレーン試験場４３に配置された後述のクレーン４６の性能試験や動作試験が行われる。例えば、クレーン試験設備４０では、クレーン４６の出荷前や修理後等に、クレーン４６の上昇性、下降性、スピード、制御性、又は安全性などについて種々の試験や測定が行われ、クレーン４６の性能確認や動作確認等が行われる。なお、クレーン試験設備４０、クレーン試験フィーダ４１及びクレーン４６は、請求項の「負荷」又は「回生要求のある負荷」の一例である。

【0040】

クレーン試験フィーダ４１は、一端がＭＧセット３０の同期発電機３２の出力と接続され、他端がクレーン試験場４３と接続される。クレーン試験フィーダ４１は、ＭＧセット３０から供給される電力をクレーン試験場４３に供給する。また回生時には、クレーン試験フィーダ４１は、クレーン試験場４３から供給される電力をＭＧセット３０や後述の回生電力消費装置６０に供給する。

【0041】

遮断器４２は、同期発電機３２の出力とクレーン試験場４３との間に設けられ、例えば、クレーン試験設備４０で試験が行われているときの負荷電流を開閉するとともに、不図示の保護継電器と連携して事故電流などを遮断する。これにより、遮断器４２は、ＭＧセット３０側やクレーン試験場４３側の設備へ流れる事故電流を遮断し、これらの設備への事故波及が防止される。

【0042】

クレーン試験場４３には、電動機駆動装置４４を介して誘導電動機４５を有する試験対象のクレーン４６が配置される。図１に示すとおり、本実施形態においては、クレーン試験場４３には、一例として、３台のクレーン４６ａ、４６ｂ、４６ｃが配置されているが、設備の面積や機能等により、試験対象のクレーン４６の台数等は、適宜変更される。同様に、クレーン４６に付随する電動機駆動装置４４と誘導電動機４５との台数も適宜変更される。

【0043】

電動機駆動装置４４は、クレーン試験場４３において、クレーン４６の台数や、面積、機能等に応じてクレーン試験フィーダ４１と誘導電動機４５との間にそれぞれ配置され、上述の電動機駆動装置２０と同様の構成を有し、同様の動作を行う。すなわち、例えば、電動機駆動装置４４は、不図示のフィルタとコンバータとインバータと制御部とを有し、誘導電動機４５が、クレーン４６へ電力を供給する力行運転と、ＭＧセット３０へ電源回生を行う回生運転とを切り替えて運転する動作を制御する。電動機駆動装置４４を構成するコンバータとインバータも自励式変換装置である。

【0044】

誘導電動機（ＩＭ）４５は、クレーン４６に付随するものであり、上述の誘導電動機３１と同様の構成を有し、同様の動作を行う。すなわち、誘導電動機４５は、力行時には電動機として動作し、回生時には発電機として動作して電源回生を行う。これにより、誘導電動機４５は、例えば、クレーン４６が巻き下げるときなどに放出されるエネルギーを、電動機駆動装置４４を介してＭＧセット３０側に回生する。

【0045】

クレーン４６は、誘導電動機４５を有するものであり、誘導電動機４５を介して、上述のとおり、荷物を上方に巻上げるときは大きな電力を要し（力行）、巻下げるときはこの巻下げたエネルギーを放出する（回生）という特異性を有する荷役機械である。なお、クレーン４６は、このような荷役機械の一例であり、例えば、アンローダや巻上機等であってもよい。例えば、通常のブロア、ポンプ、圧延装置なども存在するが、これらの機械は、クレーン４６等とは異なり急峻な回生が行われることはほとんど無い。一方、クレーン４６等は、急峻な力行と回生とが連続して行われるため、通常のモータ等と比べると特異性を有する機械である。

【0046】

本実施形態において、クレーン４６からの回生エネルギーは、ＭＧセット３０が吸収するが、ＭＧセット３０を構成する誘導電動機３１や同期発電機３２は回転機であり、慣性もあるため、力行から回生には所定の応答時間を要し、例えば１～２秒を要する。一方、クレーン試験設備４０において、誘導電動機４５とＭＧセット３０との間には、不図示のコンバータとインバータとを有する電動機駆動装置４４が配置されている。電動機駆動装置４４が有する不図示のコンバータとインバータとは高速応答性を有し、例えば、０．１秒前後で応答するため、電動機駆動装置４４パワーの上げ下げの要求に、例えば１～２秒を要するＭＧセット３０の応答速度がついていけない。このため、本実施形態では、ＭＧセット３０よりも早く回生エネルギーを吸収するための下記の構成を有する。

【0047】

図１に示すとおり、ＭＧセット３０の同期発電機３２の出力側には、上述の例えば複数のクレーン試験フィーダ４１と並列に、遮断器５１と、変圧器５２と、回生電力消費装置６０と、抵抗器６４とが直列に接続される。また、同期発電機３２の出力側には、計器用変圧器５３と、電圧検出器５４とが、同期発電機３２の出力電圧を計測可能に接続される。そして、電圧検出器５４（又は、計器用変圧器５３及び電圧検出器５４）は、励磁制御回路５５と、回生電力消費装置６０とに、電圧検出信号Ｖｆを送信可能に信号線で接続される。

【0048】

遮断器５１は、同期発電機３２の出力と変圧器５２との間に設けられ、例えば、同期発電機３２やクレーン試験設備４０からの負荷電流を開閉するとともに、不図示の保護継電器と連携して事故電流などを遮断する。これにより、遮断器４２は、ＭＧセット３０側や回生電力消費装置６０側の設備へ流れる事故電流を遮断し、これらの設備への事故波及が防止される。

【0049】

変圧器５２は、ＭＧセット３０やクレーン試験設備４０からの電圧を所定の電圧に変換する。

【0050】

計器用変圧器（ＶＴ：Voltage Transformer）５３は、同期発電機３２の出力電圧を、制御回路に使用しやすい電圧（例えば、ＡＣ１１０Ｖ等）に降圧させ、例えば電圧計等の計器や保護継電器を動作させるために配置される。以下、本明細書において、計器用変圧器５３を「ＶＴ５３」とも称する。ＶＴ５３は、電圧検出器５４が同期発電機３２の出力側の電圧を測定可能な位置に配置される。

【0051】

電圧検出器５４は、ＶＴ５３を介して降圧された電圧を検出し、検出された電圧値に基づく電圧検出信号Ｖｆを、励磁制御回路５５と、回生電力消費装置６０の後述の電力指令設定回路７２とに出力する。なお、電圧値が問題となるのは、ＭＧセット３０の応答遅れの短い時間（例えば、１～２秒）に関するものであるため、電圧検出器５４によって検出される電圧値は、例えば、実効値である。なお、ＶＴ５３及び電圧検出器５４は、請求項の「電圧検出器」の一例である。以下、ＶＴ５３と電圧検出器５４とを合わせて電圧検出器５４とも称する。

【0052】

励磁制御回路５５は、電圧検出器５４からの電圧検出信号Ｖｆに基づき、当該電圧検出信号Ｖｆが所定の交流電圧値になるよう同期発電機３２の励磁電流（界磁）を制御する。なお、以下、電圧検出信号Ｖｆは、「検出値Ｖｆ」とも称される。なお、電圧検出信号Ｖｆ及び検出値Ｖｆは、請求項の「電圧値」の一例である。

【0053】

回生電力消費装置６０は、フィルタ６１と、コンバータ６２と、インバータ６３と、制御部７０とを有し、抵抗器（抵抗）６４と接続される。回生電力消費装置６０は、電圧検出信号Ｖｆに基づいてインバータ６３を動作させ、クレーン試験フィーダ４１からの回生電力を、ＭＧセット３０よりも高速応答性を有するコンバータ６２とインバータ６３とを介して時間遅れ無く抵抗器６４に吸収（消費）させる。例えばコンバータ６２およびインバータ６３は自励式変換器である。

【0054】

フィルタ６１は、例えば、インバータ６３が発生させた高調波がＭＧセット３０側に流れないよう高次の高調波成分を除去するフィルタとして機能する。

【0055】

コンバータ６２は、ＭＧセット３０の出力側とインバータ６３との間に配置され、ＭＧセット３０又はクレーン試験フィーダ４１とインバータ６３との間の電力変換を行う。コンバータ６２は、上述のコンバータ２２と同様に、順変換器として動作するだけでなく、例えば、電源回生コンバータとしても動作し、交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から交流電力への変換の双方向の電力変換を行うものであってもよい。コンバータ６２は、後述の直流電圧一定制御回路７１によって制御される。コンバータ６２は、ＭＧセット３０よりも高速に応答する。コンバータ６２は自励式変換器であるので、略力率１（例えば力率１）で運転することが可能であり、無効電力消費がなくＭＧセット３０の出力側（同期発電機３２の出力側）の不安定性が減少する。なお、コンバータ６２は、２現象である必要は無く、ダイオード整流器であってもよい。この場合、若干の無効電力消費はあるが直流電圧一定制御回路７１は省略可能である。

【0056】

インバータ６３は、上述のインバータ２３と同様に、直流又は交流から、周波数の異なる交流を発生させる電源回路である。インバータ６３は、コンバータ６２と抵抗器６４との間に配置され、電圧検出信号Ｖｆに応じて制御部７０によって動作が制御され、クレーン試験フィーダ４１から回生された電力を、抵抗器６４に吸収（消費）させる。例えば、電圧検出信号Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超えた場合、インバータ６３は、制御部７０の制御に従って動作し、クレーン試験フィーダ４１から回生された電力を、抵抗器６４に出力し、抵抗器６４に当該電力を吸収（消費）させる。インバータ６３は、ＭＧセット３０よりも高速に応答する。

【0057】

抵抗器（抵抗）６４は、例えば、電圧検出信号Ｖｆに基づいてインバータ６３から出力された電力（電気エネルギー）を熱エネルギーに変換して吸収（消費）する。

【0058】

制御部７０は、例えば、プログラムを実行することにより動作するＣＰＵ等の不図示のプロセッサを有し、不図示の記憶部に記憶された所定のプログラムを実行することにより当該プロセッサを動作させて、回生電力消費装置６０の動作を統括的に制御する。制御部７０は、直流電圧一定制御回路７１と、電力指令設定回路７２と、換算回路７３と、電流制御回路７４とを有する。

【0059】

直流電圧一定制御回路７１は、コンバータ６２の直流電圧が所定の直流電圧基準に追従するようにコンバータ６２の入力電流を制御する。

【0060】

電力指令設定回路７２は、例えば、電圧検出器５４から電圧検出信号（検出値）Ｖｆを取得して、取得した検出値Ｖｆに基づいて電力指令値を換算回路７３に出力する。

【0061】

図１に示すとおり、図中、電力指令設定回路７２のボックス内には、電力指令（縦軸）と検出値Ｖｆ（横軸）との関係を表すグラフが示されている。電力指令設定回路７２は、取得した検出値Ｖｆに応じて、当該グラフに基づいて、電力指令値を換算回路７３に出力する。なお、当該グラフ中Ｖｃは、所定の閾値（所定値）である。

【0062】

例えば、当該グラフに示されるように、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ以下（Ｖｆ≦Ｖｃ）である場合、電力指令設定回路７２から出力される電力指令値はゼロである。すなわち、この場合、電力指令は、電力指令設定回路７２から換算回路７３に出力されない。一方、例えば、当該グラフに示されるように、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超えた（Ｖｆ＞Ｖｃ）場合、電力指令値は、検出値Ｖｆと閾値Ｖｃとの差分に応じて出力する。例えば、電力指令値は、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ（Ｖｆ－Ｖｃ）に比例して電力指令設定回路７２から換算回路７３に出力される。

【0063】

換言すれば、電力指令設定回路７２が電圧検出器５４から電圧検出信号Ｖｆを取得した場合において、制御部７０が、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ以下（Ｖｆ≦Ｖｃ）であると判定したときは、電力指令設定回路７２は、電力指令を換算回路７３に出力しない。一方、制御部７０が、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超えた（Ｖｆ＞Ｖｃ）と判定したときは、電力指令設定回路７２は、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ（Ｖｆ－Ｖｃ）に比例した電力指令値を換算回路７３に出力する。

【0064】

換算回路７３は、電力指令設定回路７２から出力された電力指令値を電流指令値に変換し、電流制御回路７４に出力する。

【0065】

電流制御回路７４は、換算回路７３から出力された電流指令値にインバータ６３の出力電流が追従するようにインバータ６３を制御する。すなわち、これらの制御部７０及び制御部７０内の電力指令設定回路７２と換算回路７３と電流制御回路７４とにより、検出値Ｖｆに基づいて、インバータ６３は、動作が制御される。

【0066】

なお、インバータ６３自身が、制御部７０の機能を有していてもよい。すなわち、インバータ６３自身が検出値Ｖｆを取得し、インバータ６３自身が、上述の制御部７０と同様に、検出値Ｖｆの大きさを判定し、検出値Ｖｆに基づいて動作してもよい。また、電力指令設定回路７２において、ハンチング防止のため、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ（Ｖｆ－Ｖｃ）にヒステリス特性を持たせてもよい。

【0067】

図２は、図１に示す負荷回生システム１における電力と電圧との関係の一例を説明するグラフである。図２において、縦軸は、力行又は回生の電力（上側が力行電力Ｐ、下側が回生電力－Ｐ）であり、横軸は、電圧検出器５４で検出されたＭＧセット３０の二次側電圧（出力電圧）Ｖｆである。

【0068】

図１で説明したとおり、本実施形態では、電圧検出器５４で検出された検出値Ｖｆは、回生電力消費装置６０の制御部７０における電力指令設定回路７２によって取得される。そして、電力指令設定回路７２が電圧検出器５４から検出値Ｖｆを取得した場合において、制御部７０が、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超えたと判定したときは、電力指令設定回路７２は、Ｖｆ－Ｖｃに比例した電力指令値を換算回路７３に出力する。換算回路７３は、電力指令設定回路７２から受けた電力指令値を電流指令値に変換し、電流制御回路７４に出力する。電流制御回路７４は、換算回路７３から受けた電流指令値にインバータ６３の出力電流が追従するようにインバータ６３を制御する。すなわち、これらの電力指令設定回路７２と換算回路７３と電流制御回路７４とにより（すなわち、制御部７０により）、検出値Ｖｆに基づいて、インバータ６３は、動作が制御される。

【0069】

この場合において、図２に示すとおり、ＭＧセット３０の２次側すなわち同期発電機３２の出力電圧Ｖｆは、通常は所定の１００％の電圧値すなわち定格電圧に保たれている。しかし、クレーン４６の巻下げ等により回生エネルギー（回生電力）が発生すると、当該電圧値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超過する。これにより、回生電力消費装置６０の制御部７０が、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超えたと判定し、インバータ６３を動作させて、抵抗器６４に電流を通電し、当該回生エネルギー（回生電力）を吸収（消費）させる（－Ｐ）。

【0070】

図３は、図１に示す負荷回生システム１における電力と時間との関係の一例を説明するグラフである。図３において、縦軸は、力行又は回生の電力（上側が力行電力Ｐ、下側が回生電力－Ｐ）であり、横軸は、時間Ｔである。

【0071】

図３に示すとおり、本実施形態において、急峻な回生が生じたときは、回生エネルギーは、抵抗器（抵抗）６４で吸収される（図３中斜線部分）。そして、回生エネルギーは、時間の経過とともに徐々に抵抗６４で吸収される量が少なくなり、ＭＧセット３０から電源へ回生される量が多くなる。そして、所定時間（例えば、１～２秒）が経過すると、抵抗６４で吸収される回生電力が完全に無くなり、全ての回生エネルギーが、ＭＧセット３０から電源へ回生される（図３中斜線の無い部分）。

【0072】

本実施形態において、クレーン試験フィーダ４１等の負荷からの回生エネルギーは、上述のとおり、通常時は、ＭＧセット３０から電源へ回生される。しかし、ＭＧセット３０を構成する誘導電動機３１や同期発電機３２は回転機であるため、力行から回生に要する応答時間が決まっており、例えば１～２秒の応答遅れが生ずる。このため、このような応答遅れが生ずるＭＧセット３０では、クレーン試験フィーダ４１等の負荷からの急峻な回生エネルギーを制御しきれない。

【0073】

しかし、本実施形態において、負荷回生システム１は、ＭＧセット３０よりも高速応答性を有する（例えば、０．１秒前後で応答する）コンバータ６２とインバータ６３とを有するため、回生エネルギーを時間遅れ無く吸収することができる。そして、図３に示すとおり、ＭＧセット３０の動作が追従し、ＭＧセットの二次側電圧が所定の閾値Ｖｃ以下になれば、抵抗６４での回生エネルギー吸収は無くなるように制御される。このため、残りの緩徐な回生エネルギーはＭＧセット３０によって電源に戻される。

【0074】

これにより、本実施形態では、設備（クレーン試験設備４０）の性能を下げる必要もなく、また、抵抗６４や回生電力消費装置６０などの負荷回生システム１は、従来よりも小型（コンパクト）でよく、システムの効率化を図ることが可能となる。次に、本実施形態の動作について、タイムチャートに基づいて説明する。

【0075】

＜一実施形態の動作＞
図４は、図１に示す負荷回生システム１における動作の一例を示すタイムチャートである。図４（ａ）は、負荷と時間との関係を示すタイムチャートである。図４（ｂ）は、ＭＧセット３０の出力側電圧と時間との関係を示すタイムチャートである。図４（ｃ）は、回生電力消費装置６０（抵抗器６４）の吸収電力と時間との関係を示すタイムチャートである。図４（ｄ）は、ＭＧセット３０の出力側電力と時間との関係を示すタイムチャートである。

【0076】

図４（ａ）において、縦軸は、負荷の力行（電動）と回生とを示し、縦軸の上側が、クレーン４６が力行（電動機巻上げあるいは、巻下げ加速状態）していることを示し、縦軸の下側が、クレーン４６が回生（電動機巻下げ定速状態）していることを示す。

【0077】

図４（ｂ）において、縦軸は、ＭＧセット３０の出力側電圧のパーセンテージ、すなわち、電圧検出器５４による検出値Ｖｆを示す。ＭＧセット３０は、通常（クレーン４６の力行時）は出力１００％の電圧で動作しているが、回生がかかると、出力側電圧のパーセンテージ、すなわち、電圧検出器５４による検出値Ｖｆが上昇する。図４においては、電圧（検出値Ｖｆ）が所定の値、例えば１２０％を超えると、システムの過電圧による保護リレーが動作すると仮定する。この場合、ＭＧセット３０の出力側電圧（検出値Ｖｆ）が、当該１２０％を超えない値、例えば１１０％を超えないように制御されるように、出力側電圧（検出値Ｖｆ）の所定の閾値Ｖｃが例えば１０５％に設定されたものとする。

【0078】

図４（ｃ）において、縦軸は、回生電力消費装置６０（抵抗器６４）によって吸収（消費）される電力の量を示す。縦軸の下側が、電力が回生電力消費装置６０（抵抗器６４）によって吸収（消費）されていることを示す。

【0079】

図４（ｄ）において、縦軸は、ＭＧセット３０の出力側電力の発電と吸収（回生）とを示し、縦軸の上側がＭＧセット３０によって発電されていることを示し、縦軸の下側がＭＧセット３０によって電力が吸収（回生）されていることを示す。

【0080】

なお、図４（ａ）～（ｄ）において、横軸は、共通の時間ｔ（ｔ０～ｔ７）を示す。

【0081】

時間ｔ０～ｔ１において、クレーン４６の誘導電動機４５は巻上げを行っており（図４（ａ））、ＭＧセット３０の出力側電圧の検出値Ｖｆは、１００％である（図４（ｂ））。この場合、制御部７０は取得した検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ（１０５％）以下（Ｖｆ≦Ｖｃ）であると判定し、電力指令設定回路７２は電力指令を出力しないため、回生電力消費装置６０は動作せず、電力は吸収されていない（図４（ｃ））。また、このとき、ＭＧセット３０は、発電を行っている（図４（ｄ））。

【0082】

時間ｔ１～ｔ２において、クレーン４６の誘導電動機４５は巻上げを減速しており（図４（ａ））、ＭＧセット３０の出力側電圧の検出値Ｖｆは、１００％である（図４（ｂ））。この場合、制御部７０は取得した検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ（１０５％）以下（Ｖｆ≦Ｖｃ）であると判定し、電力指令設定回路７２は電力指令を出力しないため、回生電力消費装置６０は動作せず、電力は吸収されていない（図４（ｃ））。また、このとき、ＭＧセット３０は、発電を行っているが、発電量が減少している（図４（ｄ））。

【0083】

時間ｔ２～ｔ３において、クレーン４６の誘導電動機４５は巻上げから巻下げに転じており（図４（ａ））、ＭＧセット３０の出力側電圧の検出値Ｖｆは、１００％から上昇を始めている（図４（ｂ））。この場合においても、制御部７０は、取得した検出値Ｖｆがまだ所定の閾値Ｖｃ（１０５％）以下（Ｖｆ≦Ｖｃ）であると判定し、電力指令設定回路７２は電力指令を出力しないため、回生電力消費装置６０は動作せず、電力は吸収されていない（図４（ｃ））。また、このとき、ＭＧセット３０は、発電を停止している（図４（ｄ））。

【0084】

時間ｔ３～ｔ４において、クレーン４６の誘導電動機４５は巻下げを加速しており（図４（ａ））、ＭＧセット３０の出力側電圧の検出値Ｖｆは、所定の閾値Ｖｃである１０５％を超え始める（図４（ｂ））。

【0085】

この場合、制御部７０は、取得した検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超えた（Ｖｆ＞Ｖｃ）と判定し、電力指令設定回路７２は、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ（Ｖｆ－Ｖｃ）に比例した電力指令値を出力する。そして、換算回路７３は、電力指令設定回路７２から出力された電力指令値を電流指令値に変換し、電流制御回路７４に出力する。そして、電流制御回路７４は、換算回路７３から出力された電流指令値にインバータ６３の出力電流が追従するようにインバータ６３を制御する。

【0086】

これにより、ＭＧセット３０よりも高速応答性を有するコンバータ６２とインバータ６３とが電力指令値（電流指令値）に応じて時間遅れ無く動作し、抵抗器６４によって、電力指令値（電流指令値）に比例した量の電力が時間遅れ無く吸収（消費）される。すなわち、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超えた（Ｖｆ＞Ｖｃ）場合、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ（Ｖｆ－Ｖｃ）に比例した量の電力が、回生電力消費装置６０を介して、抵抗器６４によって時間遅れ無く吸収（消費）される（図４（ｃ））。

【0087】

なお、このとき、ＭＧセット３０は、検出値Ｖｆを取得した励磁制御回路５５の制御によって発電から回生に転じようとしているが、応答遅れ（例えば、１～２秒）があるためまだ回生に転じることが出来ていない（図４（ｄ））。

【0088】

時間ｔ４～ｔ５において、クレーン４６の誘導電動機４５は巻下げが一定速度に落ち着いている（図４（ａ））。そして、ＭＧセット３０の出力側電圧の検出値Ｖｆは、所定の閾値Ｖｃである１０５％を超えているが、回生電力消費装置６０（抵抗器６４）による電力の吸収により、１１０％には到達していない値で落ち着いている（図４（ｂ））。

【0089】

この場合、制御部７０は、取得した検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超えた（Ｖｆ＞Ｖｃ）と判定し、回生電力消費装置６０の各要素は、時間ｔ３～ｔ４と同様の動作を行う。これにより、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ（Ｖｆ－Ｖｃ）に比例した量の電力が、回生電力消費装置６０を介して、抵抗器６４によって時間遅れ無く吸収（消費）される。なお、時間ｔ４～ｔ５では、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ（Ｖｆ－Ｖｃ）が一定であるため、これと比例して、抵抗器６４によって吸収（消費）される電力も一定である（図４（ｃ））。

【0090】

なお、このとき、ＭＧセット３０は、検出値Ｖｆを取得した励磁制御回路５５の制御によって発電から回生に転じようとしているが、応答遅れ（例えば、１～２秒）があるため、まだ回生に転じることが出来ていない（図４（ｄ））。

【0091】

時間ｔ５～ｔ６において、クレーン４６の誘導電動機４５は巻下げが一定速度に落ち着いている（図４（ａ））。そして、ＭＧセット３０の出力側電圧の検出値Ｖｆは、所定の閾値Ｖｃである１０５％を超えているが、ここにきて徐々に低下してきている（図４（ｂ））。

【0092】

この場合、制御部７０は、取得した検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃを超えた（Ｖｆ＞Ｖｃ）と判定し、回生電力消費装置６０の各要素は、時間ｔ３～ｔ４及び時間ｔ４～ｔ５と同様の動作を行う。これにより、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ（Ｖｆ－Ｖｃ）に比例した量の電力が、回生電力消費装置６０を介して、抵抗器６４によって時間遅れ無く吸収（消費）される。なお、時間ｔ５～ｔ６では、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ（Ｖｆ－Ｖｃ）が徐々に低下してきているため、これに比例して、抵抗器６４によって吸収（消費）される電力の量も減少している（図４（ｃ））。

【0093】

なお、このとき、ＭＧセット３０は、応答遅れ（例えば、１～２秒）の時間が経過したことにより、検出値Ｖｆを取得した励磁制御回路５５の制御によって発電から回生に転じ始め、電力を回生（吸収）して電源系統に戻し始めている（図４（ｄ））。

【0094】

時間ｔ６～ｔ７において、クレーン４６の誘導電動機４５は巻下げが一定速度に落ち着いており（図４（ａ））、ＭＧセット３０の出力側電圧の検出値Ｖｆも低下し続け、所定の閾値Ｖｃである１０５％を下回ってきている（図４（ｂ））。この場合、制御部７０は取得した検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ（１０５％）以下（Ｖｆ≦Ｖｃ）であると判定し、電力指令設定回路７２は電力指令を出力しないため、回生電力消費装置６０は動作せず、電力は吸収されていない（図４（ｃ））。

【0095】

このとき、ＭＧセット３０は、検出値Ｖｆを取得した励磁制御回路５５の制御により、電力を回生（吸収）して電源系統に戻している。なお、ＭＧセット３０は、速度センサ３３による速度フィードバック信号に基づいて、速度制御回路２６によって、出力側電圧の検出値Ｖｆが所定の出力側電圧（１００％）となるよう制御されている。これにより、ｔ６～ｔ７では、ＭＧセット３０の回生（吸収）電力の量は一定であるが（図４（ｄ））、検出値Ｖｆは１００％に戻りつつある（図４（ｂ））。

【0096】

時間ｔ７以降において、クレーン４６の誘導電動機４５は巻下げが一定速度に落ち着いており（図４（ａ））、ＭＧセット３０の出力側電圧の検出値Ｖｆは平時の１００％に戻っている（図４（ｂ））。この場合、制御部７０は取得した検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ（１０５％）以下（Ｖｆ≦Ｖｃ）であると判定し、電力指令設定回路７２は電力指令を出力しないため、回生電力消費装置６０は動作せず、電力は吸収されていない（図４（ｃ））。また、ＭＧセット３０は、検出値Ｖｆを取得した励磁制御回路５５の制御により、一定の量の電力を回生（吸収）して電源に戻しており（図４（ｄ））、検出値Ｖｆは１００％を保っている（図４（ｂ））。

【0097】

＜一実施形態の作用効果＞
以上、図１から図４に示す実施形態によれば、負荷回生システム１は、電源装置としてエネルギーを回生可能なＭＧセット３０と抵抗器６４とを備える。このため、例えばエンジン発電機等の回生不可能な電源装置と抵抗とを用いた場合と異なり、回生電力が全て抵抗で消費されるわけではなく、抵抗器６４で消費されなかった電力をＭＧセット３０が電源系統に戻すことができる。また、負荷回生システム１は、すべての回生エネルギーを処理するわけではなく、ＭＧセット３０が追従するまでの短時間の回生エネルギーを処理すればよい。これにより、図１から図４に示す実施形態によれば、省エネやシステムの効率化に貢献することができ、回生不可能な電源装置と抵抗とを用いた場合よりも抵抗器６４などのシステムを小型（コンパクト）にすることができる。

【0098】

また、図１から図４に示す実施形態によれば、負荷回生システム１は、ＭＧセット３０と、コンバータ６２とインバータ６３とを有する回生電力消費装置６０と、抵抗器６４とを備える。コンバータ６２とインバータ６３とは、ＭＧセット３０よりも高速応答性を有するため、回生電力が急峻であったとしても、コンバータ６２とインバータ６３とを動作させることで、抵抗器６４で電力を時間遅れ無く吸収することができる。また、残りの緩徐な回生電力は、ＭＧセット３０を介して電源系統に戻すことができる。これにより、故意に回生エネルギーの速度を遅くすることでシステムに異常が出ないように運用する必要もなく、そのために試験性能が制限されることもないようにすることができる。

【0099】

また、図１から図４に示す実施形態によれば、負荷回生システム１は、ＶＴ５３及び電圧検出器５４と、これらにより検出された検出値Ｖｆに応じて抵抗器６４に電力を消費させる回生電力消費装置６０とを備える。これにより、回生電力が全て抵抗器６４で消費されるわけではなく、抵抗器６４で消費されなかった電力をＭＧセット３０が電源系統に戻すことができる。これにより、省エネやシステムの効率化に貢献することができる。

【0100】

また、図１から図４に示す実施形態によれば、回生電力消費装置６０は、制御部７０が、検出値Ｖｆが閾値Ｖｃを超えたか否かを判定し、検出値Ｖｆが閾値Ｖｃを超えたときにのみ、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃに比例した量の電力を抵抗器６４によって消費させる。これにより、ＭＧセット３０が吸収できなかった分の電力だけ抵抗器６４に消費させることができ、ＭＧセット３０が回生を始めた後は、ＭＧセット３０が電力を電源系統に戻すことができる。これにより、上記の制御がなされない場合よりも、省エネやシステムの効率化に貢献することができ、短時間定格で良くなるため、抵抗器６４や回生電力消費装置６０などの負荷回生システム１全体を小型（コンパクト）にすることができる。

【0101】

また、図１から図４に示す実施形態によれば、負荷回生システム１は、コンバータ６２とインバータ６３とを有する回生電力消費装置と、抵抗器６４とを備える。このため、例えばリアクトルとサイリスタとを用いた場合よりも、高調波を少なくすることができ、また、コンバータ６２を略力率１（例えば力率１）で運転することができるため、無効電力の消費も少なくすることができる。これにより、リアクトルとサイリスタとを用いた場合よりも、システムの安定化を図ることができる。

【0102】

以上より、図１から図４に示す実施形態によれば、急峻な回生エネルギーを時間遅れ無く吸収することによる、発電機系統への影響の軽減、システムの安定度の向上、及び設備の性能の向上を、コンパクトな装置で実現することができる。

【0103】

＜別の実施形態＞
図５は、別の実施形態に係る負荷回生システム１Ａの構成例を示す図である。図５において、図１から図４に示す実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0104】

図５において、負荷回生システム１Ａは、図１から図４に示す実施形態における回生電力消費装置６０と抵抗器６４との代わりに、回生電力蓄積装置８０を有する。このため、以下、回生電力蓄積装置８０を中心に説明する。

【0105】

図５に示すとおり、回生電力蓄積装置８０は、フィルタ８１と、コンバータ８２と、二次電池８５と、制御部９０とを有する。回生電力蓄積装置８０は、電圧検出信号Ｖｆに基づいてコンバータ８２を動作させ、クレーン試験フィーダ４１から回生された電力を、ＭＧセット３０よりも高速応答性を有するコンバータ８２を介して時間遅れ無く二次電池８５に充電（蓄電）又は放電させる。

【0106】

フィルタ８１は、上述のフィルタ６１と同様の構成及び機能を有し、例えば、コンバータ８２又は二次電池８５が発生させた高調波がＭＧセット３０側に流れないよう高次の高調波成分を除去するフィルタとして機能する。

【0107】

コンバータ８２は、ＭＧセット３０の出力側と二次電池８５との間に配置され、上述のコンバータ６２と同様の構成及び機能を有し、ＭＧセット３０又はクレーン試験フィーダ４１と二次電池８５との間の電力変換を行う。コンバータ８２は、ＭＧセット３０よりも高速に応答する。なお、コンバータ８２は、電圧検出信号（検出値）Ｖｆに応じて制御部９０によって動作が制御され、クレーン試験フィーダ４１から回生された電力を、二次電池８５に充電又は放電させる。

【0108】

例えば、電圧検出信号（検出値）Ｖｆが同期発電機３２の定格電圧（クレーン試験フィーダ４１の定格電圧）より高い所定の閾値Ｖｃ１を超えた場合、コンバータ８２は、制御部９０の制御に従って動作し、クレーン試験フィーダ４１から回生された電力を、二次電池８５に充電させる。また、例えば、電圧検出信号Ｖｆが同期発電機３２の定格電圧（クレーン試験フィーダ４１の定格電圧）より低い所定の閾値Ｖｃ２未満だった場合、コンバータ８２は、制御部９０の制御に従って動作し、二次電池８５に充電された電力を放電させて、クレーン試験フィーダ４１に供給する。なお、電圧検出信号Ｖｆ又は検出値Ｖｆは、請求項の「電圧値」の一例であり、閾値Ｖｃ１は、請求項の「第一閾値」の一例であり、閾値Ｖｃ２は、請求項の「第二閾値」の一例である。

【0109】

二次電池８５は、充電を行うことにより繰り返し使用することが出来る電池（化学電池）のことであり、蓄電池、充電池又はバッテリーとも言われる。二次電池８５は、例えば、電圧検出信号Ｖｆに基づいてコンバータ８２から出力された電力（電気エネルギー）を充電し、又は二次電池８５に充電された電力をコンバータ８２に向けて放電する。

【0110】

制御部９０は、例えば、プログラムを実行することにより動作するＣＰＵ等の不図示のプロセッサを有し、不図示の記憶部に記憶された所定のプログラムを実行することにより当該プロセッサを動作させて、回生電力蓄積装置８０の動作を統括的に制御する。制御部９０は、電力指令設定回路９２と、換算回路９３と、電流制御回路９４とを有する。

【0111】

電力指令設定回路９２は、例えば、電圧検出器５４から電圧検出信号（検出値）Ｖｆを取得して、取得した検出値Ｖｆに基づいて電力指令値を換算回路９３に出力する。

【0112】

図５に示すとおり、図中、電力指令設定回路９２のボックス内には、電力指令（縦軸）と検出値Ｖｆ（横軸）との関係を表すグラフが示されている。電力指令設定回路９２は、取得した検出値Ｖｆに応じて、当該グラフに基づいて、電力指令値を換算回路９３に出力する。なお、当該グラフ中Ｖｃ１及びＶｃ２は、所定の閾値（所定の第一閾値及び所定の第二閾値）である。

【0113】

例えば、当該グラフに示されるように、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ２以上Ｖｃ１以下（Ｖｃ２≦Ｖｆ≦Ｖｃ１）である場合、電力指令設定回路９２から出力される電力指令値はゼロである。すなわち、この場合、電力指令は、電力指令設定回路９２から換算回路９３に出力されない。

【0114】

一方、例えば、当該グラフに示されるように、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ１を超える（Ｖｆ＞Ｖｃ１）場合、二次電池８５に充電させる電力指令が、検出値Ｖｆと閾値Ｖｃ１の差（Ｖｆ－Ｖｃ１）に対応する値、例えば比例する値が、電力指令設定回路９２から換算回路９３に出力される。また、例えば、当該グラフに示されるように、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ２未満（Ｖｃ２＞Ｖｆ）である場合、二次電池８５に放電させる電力指令が、閾値Ｖｃ２と検出値Ｖｆとの差（Ｖｃ２－Ｖｆ）に対応する値、例えば比例する値が、電力指令設定回路９２から換算回路９３に出力される。

【0115】

換言すれば、電力指令設定回路９２が電圧検出信号Ｖｆを取得した場合において、制御部９０が、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ２以上Ｖｃ１以下（Ｖｃ２≦Ｖｆ≦Ｖｃ１）であると判定したときは、電力指令設定回路９２は、後述のＳＯＣ（充電率）を所定の値に維持する場合を除いて、電力指令を換算回路９３に出力しない。ここで、出力しないとは電力指令が零であることを示す。尚、二次電池を充電するときは、電力指令は正の値とし、放電するときは、電力指令は負の値とする様にしてもよい。

【0116】

一方、制御部９０が、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ１を超える（Ｖｆ＞Ｖｃ１）と判定したときは、電力指令設定回路９２は、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ１（Ｖｆ－Ｖｃ１）に比例した二次電池８５に充電させる旨の電力指令値を、換算回路９３に出力する。また、制御部９０が、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ２未満（Ｖｃ２＞Ｖｆ）であると判定したときは、電力指令設定回路９２は、閾値Ｖｃ２－検出値Ｖｆ（Ｖｃ２－Ｖｆ）に比例した二次電池８５に放電させる旨の電力指令値を、換算回路９３に出力する。

【0117】

換算回路９３は、電力指令設定回路９２から出力された電力指令値を電流指令値に変換し、電流制御回路９４に出力する。

【0118】

電流制御回路９４は、換算回路９３から出力された電流指令値にコンバータ８２の直流の出力電流が追従するようにコンバータ８２を制御する。すなわち、これらの制御部９０及び制御部９０内の電力指令設定回路９２と換算回路９３と電流制御回路９４とにより、検出値Ｖｆに基づいて、コンバータ８２は、動作が制御され、その結果として二次電池８５の充電および放電が制御される。

【0119】

なお、コンバータ８２自身が、制御部９０の機能を有していてもよい。すなわち、コンバータ８２自身が検出値Ｖｆを取得し、コンバータ８２自身が、上述の制御部９０と同様に、検出値Ｖｆの大きさを判定し、検出値Ｖｆに基づいて動作してもよい。また、電力指令設定回路９２において、ハンチング防止のため、検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ１（Ｖｆ－Ｖｃ１）及び閾値Ｖｃ２－検出値Ｖｆ（Ｖｃ２－Ｖｆ）にヒステリス特性を持たせてもよい。

【0120】

＜別の実施形態の作用効果＞
以上、図５に示す実施形態によれば、図１から図４に示す実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、図５に示す実施形態によれば、急峻な回生エネルギーを時間遅れ無く吸収することによる、発電機系統への影響の軽減、システムの安定度の向上、及び設備の性能の向上を、コンパクトな装置で実現することができる。

【0121】

また、図５に示す実施形態によれば、負荷回生システム１Ａは、ＭＧセット３０と、コンバータ８２と二次電池８５とを有する回生電力蓄積装置８０を備える。コンバータ８２は、ＭＧセット３０よりも高速応答性を有するため、回生電力が急峻であったとしても、コンバータ８２を動作させることで、二次電池８５で電力を時間遅れ無く充電することができる。また、残りの緩徐な回生電力は、ＭＧセット３０を介して電源系統に戻すことができる。これにより、故意に回生エネルギーの速度を遅くすることでシステムに異常が出ないように運用する必要もなく、そのために試験性能が制限されることもないようにすることができる。

【0122】

また、図５に示す実施形態によれば、負荷回生システム１Ａは、ＶＴ５３及び電圧検出器５４と、これらにより検出された検出値Ｖｆに応じて二次電池８５に電力を充電又は放電させる回生電力蓄積装置８０とを備える。これにより、図１から図４に示す実施形態のように、回生電力が全て抵抗器６４で消費されるわけではなく、二次電池８５によって放電されるため再利用することができる。これにより、図１から図４に示す実施形態よりも、さらに電力の無駄を省くことができ、省エネやシステムの効率化に貢献することができる。

【0123】

また、図５に示す実施形態によれば、回生電力蓄積装置８０は、制御部９０が、検出値Ｖｆが閾値Ｖｃ１を超えたと判定したときにのみ検出値Ｖｆ－閾値Ｖｃ１に比例した量の電力を二次電池８５に充電させる。これにより、ＭＧセット３０が吸収できなかった分の電力だけ二次電池８５に充電させることができ、ＭＧセット３０が回生を始めた後は、ＭＧセット３０が電力を電源系統に戻すことができる。また、回生電力蓄積装置８０は、制御部９０が、検出値Ｖｆが所定の閾値Ｖｃ２未満であると判定したときにのみ閾値Ｖｃ２－検出値Ｖｆに比例した量の電力を二次電池８５から放電させる。これにより、上記の制御がなされない場合よりも、省エネやシステムの効率化に貢献することができ、短時間定格で良くなるため、回生電力蓄積装置８０などの負荷回生システム１Ａ全体を小型（コンパクト）にすることができる。

【0124】

また、図５に示す実施形態によれば、試験におけるクレーンの回生電力量は試験内容から予測可能であり、また、ＭＧセット３０において力行から回生に対する応答遅れも実測等により、あらかじめ把握することが可能である。即ち、二次電池８５に回生すべき電力量（すなわち図３における斜線部に相当する電力量）は試験開始前に把握可能である。従って、試験開始前に、二次電池８５の放電を行い、クレーン試験における回生電力蓄積装置８０の回生動作中に二次電池８５の充電率が１００％を超えない様に所定充電率以下になる様に制御するようにしてもよい。例えば、検出値Ｖｆが閾値Ｖｃ１と閾値Ｖｃ２との間にあるときは、二次電池８５の充電率が所定充電率以下となるようにコンバータを制御するようにしてもよい。このときの放電電力量はクレーン試験フィーダ―４１の電圧に影響を与えない様な電力、例えば、コンバータ８２の定格より十分低い予め定められた値、例えば１０％で放電するようにしてもよい。

【0125】

一方、図１から図４に示す実施形態によれば、負荷回生システム１は、ＭＧセット３０よりも高速応答性を有する（例えば、０．１秒前後で応答する）コンバータ６２とインバータ６３とを有する回生電力消費装置６０と抵抗器６４とを備える。また、図５に示す実施形態によれば、負荷回生システム１Ａは、ＭＧセット３０よりも高速応答性を有する（例えば、０．１秒前後で応答する）コンバータ８２と二次電池８５とを有する回生電力蓄積装置８０を備える。これにより、図１から図４及び図５に示す実施形態では、回生エネルギーを時間遅れ無く吸収することができるため、故意に回生エネルギーの速度を遅くすることでシステムに異常が出ないように運用する必要もなく、そのために試験性能が制限されることもない。

【0126】

＜実施形態の補足事項＞
以上、図１から図４に示す実施形態によれば、コンバータ６２は、直流電圧一定制御回路７１によって制御され、インバータ６３は、電流制御回路７４によって制御されているが、これには限られない。コンバータ６２が電流制御回路７４によって制御され、インバータ６３が直流電圧一定制御回路７１によって制御されていてもよい。すなわち、制御部７０による制御方式が、検出値Ｖｆに応じて抵抗器６４に出力される電力が調整可能な方式であればよい。

【0127】

また、図１から図４に示す実施形態によれば、インバータ６３を備えるが、これには限られず、例えば、チョッパであってもよい。抵抗器６４に出力される電力は直流であっても交流であってもよく、インバータ６３以外であっても、抵抗器６４に出力される電力が調整可能なものであれば何でもよい。なお、チョッパによる制御は、電流のオンオフを繰り返すことによって直流または交流の電源から、実効値として任意の電圧や電流を擬似的に作り出す電源回路の制御方式である。例えば、入力電圧より下げる制御は、「降圧チョッパ」と呼ばれ、スイッチング時に発生するスパイク電流を用いて入力電圧より上げる制御は、「昇圧チョッパ」と呼ばれる。チョッパによりこのような制御が行われることによって、電圧検出信号Ｖｆに応じて抵抗器６４に出力される電力が調整される。インバータ６３やチョッパは、請求項の「抵抗器電流制御手段」の一例である。

【0128】

また、図５に示す実施形態によれば、回生電力蓄積装置８０は、二次電池８５を備えるが、これには限られず、例えば、スーパーキャパシタやウルトラキャパシタあるいはその他のコンデンサ（キャパシタ）であってもよい。二次電池あるいはコンデンサは、請求項の「蓄電装置」の一例である。

【0129】

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。

【符号の説明】

【0130】

１，１Ａ…負荷回生システム；１１…商用電源；１２…遮断器；１３…変圧器；２０…電動機駆動装置；２１…フィルタ；２２…コンバータ；２３…インバータ；２４…制御部；２５…直流電圧一定制御回路；２６…速度制御回路；３０…ＭＧセット（電動発電機）；３０ａ…軸；３１…誘導電動機（ＩＭ）；３２…同期発電機（ＳＧ）；３３…速度センサ（ＳＳ）；４０…クレーン試験設備；４１…クレーン試験フィーダ；４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…遮断器；４３…クレーン試験場；４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ…電動機駆動装置；４５，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…誘導電動機（ＩＭ）；４６，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ…クレーン；５１…遮断器；５２…変圧器；５３…計器用変圧器（ＶＴ）；５４…電圧検出器；５５…励磁制御回路；６０…回生電力消費装置；６１…フィルタ；６２…コンバータ；６３…インバータ；６４…抵抗器（抵抗）；７０…制御部；７１…直流電圧一定制御回路；７２…電力指令設定回路；７３…換算回路；７４…電流制御回路；８０…回生電力蓄積装置；８１…フィルタ；８２…コンバータ；８５…二次電池；９０…制御部；９２…電力指令設定回路；９３…換算回路；９４…電流制御回路；１４０…クレーン試験設備；１４１…クレーン試験フィーダ；Ｐ…電力；Ｔ，ｔ，ｔ０～ｔ７…時間；Ｖ…電圧（二次側電圧、出力電圧）；Ｖｃ…閾値；Ｖｃ１…閾値（第一閾値）；Ｖｃ２…閾値（第二閾値）；Ｖｆ…電圧検出信号（検出値、電圧値、二次側電圧、出力電圧）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】