特開 2024-87725 電源システム及び電源システムの制御方法

(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】P2024087725

(43)【公開日】2024-07-01

(54)【発明の名称】電源システム及び電源システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20240624BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240624BHJP

【ＦＩ】

H02J9/06 110

H02J3/38 180

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022202670

(22)【出願日】2022-12-19

(71)【出願人】

【識別番号】000003942

【氏名又は名称】日新電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(74)【代理人】

【識別番号】100227673

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 光起

(72)【発明者】

【氏名】柏原 弘典

(72)【発明者】

【氏名】河▲崎▼ 吉則

【テーマコード（参考）】

5G015

5G066

【Ｆターム（参考）】

5G015GA06

5G015JA01

5G015JA21

5G015JA52

5G066HB04

5G066HB09

5G066JB03

(57)【要約】

【課題】系統電圧が変化して機械式スイッチを投入した場合、電力変換器からの短絡電流が発生することによって電力変換器が破損することを防ぐ。
【解決手段】電源系統１０から負荷２０に給電するための電力線Ｌ１に設けられ、電力線Ｌ１を開閉する機械式スイッチ３と、電力線Ｌ１に設けられ、直流電力を交流電力に変換して負荷２０に給電する電力変換器５と、機械式スイッチ３に流れる電流であるスイッチ電流Ｉ_ＳＷを測定するスイッチ電流測定部８１と、機械式スイッチ３及び電力変換器５を制御する制御部９とを備え、制御部９は、電源系統１０の異常が発生した場合に、機械式スイッチ３を開放し、電力変換器５が負荷２０の電圧を補償する補償制御を行い、電源系統１０が復電して機械式スイッチ３を投入した後に、スイッチ電流Ｉ_ＳＷの目標値であるスイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１及びスイッチ電流Ｉ_ＳＷに基づいて、電力変換器５が出力する電流である変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを制御する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源系統から負荷に給電するための電力線に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、
前記電力線に設けられ、直流電力を交流電力に変換して前記負荷に給電する電力変換器と、
前記機械式スイッチに流れる電流であるスイッチ電流を測定するスイッチ電流測定部と、
前記機械式スイッチ及び前記電力変換器を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記電源系統の異常が発生した場合に、前記機械式スイッチを開放し、前記電力変換器が前記負荷の電圧を補償する補償制御を行い、
前記電源系統が復電して前記機械式スイッチを投入した後に、前記スイッチ電流の目標値であるスイッチ電流目標値及び前記スイッチ電流に基づいて、前記電力変換器が出力する電流である変換器電流を制御する、電源システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記機械式スイッチの投入が完了した時点から、前記スイッチ電流目標値を０から前記負荷の電流へと徐々に移行させる、請求項１記載の電源システム。

【請求項3】

前記変換器電流を測定する変換器電流測定部をさらに備え、
前記制御部は、前記機械式スイッチの投入が完了した時点から、前記変換器電流に基づいて、前記変換器電流の目標値である変換器電流目標値を０に移行させる、請求項１記載の電源システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記電源系統が復電した場合で前記機械式スイッチの投入が完了する前に、前記電力変換器が前記機械式スイッチに補償する電圧を０とするように前記電力変換器を制御し、前記機械式スイッチの投入が完了した後に、前記スイッチ電流目標値及び前記スイッチ電流に基づいて、前記変換器電流を制御する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電源システム。

【請求項5】

電源系統の正常時に当該電源系統から負荷に給電し、前記電源系統の異常時に前記電源系統から前記負荷への給電を遮断して前記負荷の電圧を補償し、その後前記電源系統の復電を行う電源システムの制御方法であって、
前記電源システムは、
前記電源系統から前記負荷に給電するための電力線に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、
前記機械式スイッチに流れる電流であるスイッチ電流を測定するスイッチ電流測定部と、
前記電力線に設けられ、直流電力を交流電力に変換して前記負荷に給電する電力変換器とを備えるものであり、
前記電源系統の異常が発生した場合に、前記機械式スイッチを開放するとともに、前記電力変換器が前記負荷の電圧を補償し、
前記電源系統が復電して前記機械式スイッチを投入した後に、前記スイッチ電流の目標値であるスイッチ電流目標値及び前記スイッチ電流に基づいて、前記電力変換器が出力する電流である変換器電流を制御する、電源システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源システム及び電源システムの制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の電源システムでは、例えば特許文献１に示すように、正常時において、電源系統から負荷へと電力線を介して給電している。また異常時において、電力線に設けられた遮断器が開放されることによって、電源系統から負荷への給電が遮断されるとともに、インバータが負荷へと給電することによって、負荷の電圧を補償している。その後、電源系統の電圧である系統電圧が復電されると、遮断器を投入して、再び電源系統から負荷へと給電を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１４０７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上記の電源システムでは、負荷への電圧供給を継続させるために、インバータは、負荷の電圧が定格電圧となるように負荷に給電している。すなわち、インバータは、系統電圧の低下分を補償している。したがって、系統電圧が低下して遮断器を投入した場合、インバータはその系統電圧の低下分を補償するので、遮断器に電位差が生じてしまう。その結果、遮断器が設けられた電力線において、インバータからの短絡電流が発生するので、インバータの破損を生じる恐れがある。

【0005】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、系統電圧が変化して遮断器を投入した場合、インバータからの短絡電流が発生することによってインバータが破損することを防ぐことを主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

すなわち本発明に係る電源システムは、電源系統から負荷に給電するための電力線に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、前記電力線に設けられ、直流電力を交流電力に変換して前記負荷に給電する電力変換器と、前記機械式スイッチに流れる電流であるスイッチ電流を測定するスイッチ電流測定部と、前記機械式スイッチ及び前記電力変換器を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電源系統の異常が発生した場合に、前記機械式スイッチを開放し、前記電力変換器が前記負荷の電圧を補償する補償制御を行い、前記電源系統が復電して前記機械式スイッチを投入した後に、前記スイッチ電流の目標値であるスイッチ電流目標値及び前記スイッチ電流に基づいて、前記電力変換器が出力する電流である変換器電流を制御することを特徴とする。
また、本発明に係る電源システムの制御方法は、電源系統の正常時に当該電源系統から負荷に給電し、前記電源系統の異常時に前記電源系統から前記負荷への給電を遮断して前記負荷の電圧を補償し、その後前記電源系統の復電を行う電源システムの制御方法であって、前記電源システムは、前記電源系統から前記負荷に給電するための電力線に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、前記機械式スイッチに流れる電流であるスイッチ電流を測定するスイッチ電流測定部と、前記電力線に設けられ、直流電力を交流電力に変換して前記負荷に給電する電力変換器とを備えるものであり、前記電源系統の異常が発生した場合に、前記機械式スイッチを開放するとともに、前記電力変換器が前記負荷の電圧を補償し、前記電源系統が復電して前記機械式スイッチを投入した後に、前記スイッチ電流の目標値であるスイッチ電流目標値及び前記スイッチ電流に基づいて、前記電力変換器が出力する電流である変換器電流を制御することを特徴とする。

【0007】

このような構成であれば、スイッチ電流測定部が機械式スイッチに流れる電流を測定するとともに、電源系統が復電して機械式スイッチが投入された後に、制御部がスイッチ電流目標値及びスイッチ電流に基づいて変換器電流を制御するので、電力変換器から機械式スイッチへと供給される電流が制御されることとなる。したがって、系統電圧が変化して例えば定格電圧といった電圧指令値と系統電圧との間に電位差が生じた場合であっても、変換器電流を制御することによって電力変換器からの短絡電流が発生しないように制御して、電力変換器の破損を防ぐことができる。

【0008】

前記制御部は、前記機械式スイッチの投入が完了した時点から、前記スイッチ電流目標値を０から前記負荷の電流へと徐々に移行させることが好ましい。

【0009】

このような構成であれば、機械式スイッチの投入が完了した時点から、制御部は、スイッチ電流目標値を０から負荷の電流へと移行させ、そのスイッチ電流目標値及びスイッチ電流に基づいて変換器電流を制御するので、スイッチ電流は負荷の電流と同等に制御される。したがって、系統電圧が変化した場合であっても、スイッチ電流と負荷の電流とが同等に制御されるので、機械式スイッチの投入が完了した場合、電力変換器及び機械式スイッチにより構成される回路に流れる電流は０となる。その結果、電源系統からの電流は、機械式スイッチを通って負荷へと流れ、系統電圧が変化しても電源系統と負荷との間に電位差は発生しないので、電力変換器からの短絡電流が発生することなく、電力変換器の破損を防ぐことができる。
また、制御部は、スイッチ電流目標値を負荷の電流へと徐々に移行させるので、負荷への給電を電力変換器から電源系統へと円滑に切り替えることができる。

【0010】

前記変換器電流を測定する変換器電流測定部をさらに備え、前記制御部は、前記機械式スイッチの投入が完了した時点から、前記変換器電流に基づいて、前記変換器電流の目標値である変換器電流目標値を０に移行させるものが挙げられる。

【0011】

このような構成であれば、制御部は、変換器電流に基づいて変換器電流目標値を算出し、その変換器電流目標値を０に移行させるので、電力変換器から機械式スイッチに供給される電流は０となり、スイッチ電流は負荷の電流と同等になる。したがって、制御部はスイッチ電流を測定せずとも変換器電流を制御することができ、制御を容易にすることができる。

【0012】

前記制御部は、前記電源系統が復電した場合で前記機械式スイッチの投入が完了する前に、前記電力変換器が前記機械式スイッチに補償する電圧を０とするように前記電力変換器を制御し、前記機械式スイッチの投入が完了した後に、前記スイッチ電流目標値及び前記スイッチ電流に基づいて、前記変換器電流を制御することが望ましい。

【0013】

このような構成であれば、機械式スイッチの投入が完了する前において、電力変換器が機械式スイッチに補償する電圧は０に制御される。その結果、系統電圧が変化して機械式スイッチの投入が完了する前であっても、電力変換器は、その変化分の系統電圧を機械式スイッチに補償しないので、機械式スイッチの電位差が発生することを防ぐことができ、機械式スイッチの過電流をより抑制することができる。
また、機械式スイッチの投入が完了した後において、制御部は、スイッチ電流目標値及びスイッチ電流に基づいて変換器電流を制御するので、系統電圧が変化して例えば定格電圧といった電圧指令値と系統電圧との間に電位差が生じた場合であっても、変換器電流を制御することによって電力変換器からの短絡電流が発生しないように制御して、電力変換器の破損を防ぐことができる。

【発明の効果】

【0014】

このように構成した本発明によれば、系統電圧が変化して機械式スイッチを投入した場合、電力変換器からの短絡電流が発生することによって電力変換器が破損することを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態における電源システムの構成を示す模式図である。

【図2】本実施形態における電源システムの制御部のブロック図である。

【図3】本実施形態におけるスイッチ電流目標値の生成を示すブロック図である。

【図4】本実施形態におけるスイッチ電流目標値の経時変化を示すグラフである。

【図5】本実施形態における電源システムのシミュレーション結果を示す実験例である。

【図6】従来例における電源システムのシミュレーション結果を示す実験例である。

【図7】他の実施形態における電源システムの制御部のブロック図である。

【図8】他の実施形態における変換器電流目標値の経時変化を示すグラフである。

【図9】他の実施形態における電源システムのシミュレーション結果を示す実験例である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明に係る電源システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し、又は、誇張して模式的に描かれている場合がある。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

【0017】

＜１．装置構成＞
本実施形態における電源システム１００は、図１に示すように、電源系統１０と負荷２０との間に設けられる。この電源システム１００は、電源系統１０の正常時に電源系統１０から負荷２０に給電する。また、電源系統１０の短絡事故等により生じる電源系統１０の異常時において、電源システム１００は、電源系統１０から負荷２０への給電を遮断して、蓄電部４から負荷２０に給電する。その後、電源系統１０が復帰すると、電源システム１００は電源系統１０から負荷２０への給電を再開する。なお、本実施形態における電源システム１００は、一相であるが、三相であってもよく、相の数は特に限定されない。

【0018】

具体的に電源システム１００は、電源系統１０から負荷２０への給電を開閉によって切り替える機械式スイッチ３と、直流電力を交流電力に変換して電力線Ｌ１に給電する電力変換器５と、電源系統１０の電圧である系統電圧Ｖ_Ｓを測定する系統電圧測定部７と、電源システム１００に流れる電流を測定する電流測定部８と、機械式スイッチ３及び電力変換器５を制御する制御部９とを備える。

【0019】

機械式スイッチ３は、電源系統１０から負荷２０に給電するための電力線Ｌ１に設けられ、機械的な動作で電力線Ｌ１の開閉を切り替えるものである。機械式スイッチ３は、電源系統１０の異常が発生した場合に、電源系統１０から負荷２０への給電をより速く遮断するために、電源系統１０よりも負荷２０側に設けられることが好ましいが、これに限定されない。

【0020】

また、本実施形態において、機械式スイッチ３は、駆動回路（不図示）によって開閉される。駆動回路は、機械式スイッチ３の開放が完了した場合にスイッチ開放完了信号を制御部９に出力し、機械式スイッチ３の投入が完了した場合にスイッチ投入完了信号を制御部９に出力する。

【0021】

蓄電部４は、例えば、二次電池（蓄電池）などの電力貯蔵装置（蓄電デバイス）である。この蓄電部４は、直流電力を貯蔵しており、電源系統１０の異常が検出された場合、蓄電部４に貯蔵された直流電力は、電力変換器５へと給電される。

【0022】

電力変換器５は、機械式スイッチ３と並列に電力線Ｌ１に接続されている。具体的に電力変換器５は、電力線Ｌ１と接続点Ａ、Ｂ（接続点Ａは接続点Ｂよりも電源系統１０側に位置する。）で接続されている。その結果、機械式スイッチ３、電力変換器５、及び、接続点Ａ、Ｂによる閉回路Ｃが形成されている。なお、電力変換器５は、注入トランスＴを介して電力線Ｌ１に接続されており、蓄電部４の直流電力を交流電力に変換して電力線Ｌ１に給電する。

【0023】

また、電力変換器５と電力線Ｌ１との間には、電力変換器５の出力を安定させるインピーダンス素子６が設けられる。具体的にインピーダンス素子６は、電力変換器５に接続され、交流電流を安定にする連系リアクトル６１と、連系リアクトル６１に接続され、電圧を安定にするコンデンサ６２とを備える。

【0024】

系統電圧測定部７は、系統電圧Ｖ_Ｓを測定して、系統電圧Ｖ_Ｓを制御部９に出力するものである。具体的に系統電圧測定部７は、接続点Ａよりも電源系統１０側に位置する。なお、系統電圧測定部７は、測定した系統電圧Ｖ_Ｓを測定値として制御部９に出力してもよく、信号として制御部９に出力してもよい。

【0025】

電流測定部８は、電源システム１００に流れる電流を測定し、その測定された電流を制御部９に出力するものである。具体的に電流測定部８は、機械式スイッチ３に流れる電流であるスイッチ電流Ｉ_ＳＷを測定するスイッチ電流測定部８１と、負荷２０に流れる電流である負荷電流Ｉ_Ｘを測定する負荷電流測定部８２と、電力変換器５に流れる電流である変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを測定する変換器電流測定部８３とを備える。なお、電流測定部８は、測定した電流を測定値として制御部９に出力してもよく、信号として制御部９に出力してもよい。

【0026】

より詳細にはスイッチ電流測定部８１は、閉回路Ｃに設けられており、本実施形態において、スイッチ電流測定部８１は、接続点Ａ、Ｂの間の電力線Ｌ１に設けられる。なお、スイッチ電流測定部８１は、閉回路Ｃにおける機械式スイッチ３を流れる電流を測定できればよく、例えば、接続点Ａ、Ｂと電力変換器５との間の閉回路Ｃ上に設けられていてもよい。

【0027】

さらに、負荷電流測定部８２は、接続点Ｂよりも負荷２０側の電力線Ｌ１に設けられる。変換器電流測定部８３は、電力変換器５の出力側に設けられ、接続点Ａ、Ｂと電力変換器５との間の閉回路Ｃ上に設けられる。

【0028】

そして、制御部９は、電源系統１０の異常が発生した場合に、機械式スイッチ３及び電力変換器５を制御するものである。制御部９は、系統電圧Ｖ_Ｓが所定範囲外である場合に、電源系統１０の異常と判断して、機械式スイッチ３及び電力変換器５の制御を開始する。ここで言う系統電圧Ｖ_Ｓの所定範囲外とは、系統電圧Ｖ_Ｓが例えば定格電圧の２０％以下又は１０７％以上の場合を言う。なお、本実施形態において、制御部９は、電力変換器５のオンとオフを繰り返してスイッチングを行い、電力変換器５から出力される電圧を制御するＰＷＭ制御を行うものであるが、制御部９が電力変換器５に対して行う制御方法はＰＷＭ制御に限られない。以下、電源系統１０の異常が発生した場合における制御部９の制御動作について、図２を参照しつつ説明する。

【0029】

電源系統１０の異常が発生した場合、制御部９は、機械式スイッチ３を開放し、電力変換器５が負荷２０を補償する補償制御を行う。具体的に制御部９は、機械式スイッチ３を開放するスイッチ開放信号を駆動回路に出力し、機械式スイッチ３を制御する。また、制御部９は、負荷電圧を定格電圧とする負荷電圧の目標値Ｖ_ｒｅｆと系統電圧Ｖ_Ｓとの差に基づいて、負荷電圧を補償する補償電圧Ｖ_ＳＷを出力し、電力変換器５を制御する。さらに、制御部９は、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖに基づいて、インピーダンス素子６を介して低下する電圧である低下電圧Ｖ_Ｌを出力し、電力変換器５を制御する。

【0030】

系統電圧Ｖ_Ｓが復電した後、制御部９は、機械式スイッチ３を投入する。具体的に制御部９は、系統電圧測定部７により測定された系統電圧Ｖ_Ｓに基づいて、電源系統１０の復電を判定する。制御部９が電源系統１０の復電と判定した場合、制御部９は、機械式スイッチ３を投入するスイッチ投入信号を駆動回路に出力して、駆動回路は機械式スイッチ３を投入する。なお、ここで言う系統電圧Ｖ_Ｓの復電とは、系統電圧Ｖ_Ｓが定格電圧と同等である状態が一定時間継続することを言う。

【0031】

しかして、制御部９は、系統電圧Ｖ_Ｓが復電して機械式スイッチ３を投入した後に、スイッチ電流Ｉ_ＳＷの目標値であるスイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１及びスイッチ電流Ｉ_ＳＷに基づいて、電力変換器５が出力する電流である変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを制御する。具体的に制御部９は、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１、スイッチ電流Ｉ_ＳＷ、及び、負荷電圧の目標値Ｖ_ｒｅｆの位相に基づいて、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１及びスイッチ電流Ｉ_ＳＷのｄｑ変換を行う。制御部９は、ｄｑ変換されたスイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１及びスイッチ電流Ｉ_ＳＷの差を変換器電流Ｉ_Ｉｎｖとして、変換器電流Ｉ_ＩｎｖをＰＩ制御する。制御部９は、負荷電圧の目標値Ｖ_ｒｅｆの位相に基づいて、ＰＩ制御された変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを三相座標系に変換して、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを制御する。なお、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖに対する制御はＰＩ制御に限られず、ＰＩＤ制御等の他の制御であってもよい。

【0032】

本実施形態において、制御部９は、機械式スイッチ３の投入が完了した時点から、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１を０から負荷電流Ｉ_Ｘへと徐々に移行させる。具体的には、図３に示すように、制御部９は、機械式スイッチ３の投入が完了した時点において、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１を０から移行させる時点である電流移行トリガを出力する。制御部９は、電流移行トリガに基づいて、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１のランプ信号を出力する。そして、制御部９は、負荷電流Ｉ_Ｘ及びスイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１のランプ信号に基づいて、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１を０から負荷電流Ｉ_Ｘへと徐々に移行させるランプ関数を生成する。なお、図３に示すように、制御部９は、電流移行トリガ及びスイッチ投入完了信号に基づいて、ランプ信号を出力してもよい。

【0033】

制御部９は、このように生成されたランプ関数に基づいて、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１を出力する。具体的には、図４に示すように、制御部９は、系統電圧Ｖ_Ｓの復電と判定されて（時間ｔ０）から電流移行トリガが出力される（時間ｔ４）までの間、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１を０に制御する。制御部９は、時間ｔ４から、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１を０から負荷電流Ｉ_Ｘへと徐々に移行させる。スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１と負荷電流Ｉ_Ｘとが同等となった場合、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１とスイッチ電流Ｉ_ＳＷとの差が０となるので、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖは０となる。その後、系統電圧Ｖ_Ｓが復電し、かつ、機械式スイッチ３の投入が完了した場合、制御部９は、電力変換器５を停止させる。

【0034】

ここで、時間ｔ４は、機械式スイッチ３の投入が完了したと判断できる時点であればいつでもよい。例えば図４に示すように、時間ｔ４は、制御部９が系統電圧Ｖ_Ｓの復電を判定した時点（時間ｔ０）、制御部９がスイッチ投入信号を出力した時点（時間ｔ１）、スイッチ電流測定部８１がスイッチ電流Ｉ_ＳＷを測定した時点（時間ｔ２）、駆動回路がスイッチ投入完了信号を出力した時点（時間ｔ３）のいずれかの時間から所定の時間が経過した時点であればよい。

【0035】

＜２．実験例＞
上述した制御を行う制御部９のシミュレーション結果を示す実験例、及び、従来の制御によるシミュレーション結果を示す実験例をそれぞれ図５及び図６に示す。なお、図５、６において、横軸は時間、縦軸は、系統電圧、系統電圧実効値、スイッチ電流、負荷電圧、負荷電流、変換器電圧、変換器電流である。

【0036】

図５に示すように、系統電圧Ｖ_Ｓの復電と判定され、例えば系統電圧Ｖ_Ｓが１０％低下した後に、機械式スイッチ３が投入される（時間ｓ１）。機械式スイッチ３の投入が完了し、電流移行トリガが出力されると（時間ｓ２）、制御部９は、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１及びスイッチ電流Ｉ_ＳＷに基づいて、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを制御する。これにより、時間ｓ２以降では、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１が０から負荷電流Ｉ_Ｘに徐々に移行するので、スイッチ電流Ｉ_ＳＷは負荷電流Ｉ_Ｘに徐々に移行して、やがて負荷電流Ｉ_Ｘと同等になり、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖは０に収束する。その結果、スイッチ電流Ｉ_ＳＷ及び負荷電流Ｉ_Ｘは発散しない。

【0037】

これに対し、図６に示すように、従来の制御では、系統電圧Ｖ_Ｓが低下した後に機械式スイッチ３を投入する（時間ｓ１）と、電力変換器５が系統電圧Ｖ_Ｓの低下を補償するように出力するので、機械式スイッチ３に電位差が生じる。その結果、機械式スイッチ３及び電力変換器５に過電流が流れ、スイッチ電流Ｉ_ＳＷ、負荷電流Ｉ_Ｘ、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖは発散し、機械式スイッチ３及び電力変換器５が破損する恐れがある。

【0038】

＜３．本実施形態の効果＞
本実施形態によれば、
スイッチ電流測定部８１が機械式スイッチ３に流れる電流を測定するとともに、電源系統１０が復電して機械式スイッチ３が投入された後に、制御部９がスイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１及びスイッチ電流Ｉ_ＳＷに基づいて変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを制御するので、電力変換器５から機械式スイッチ３へと供給される電流が制御されることとなる。したがって、系統電圧Ｖ_Ｓが変化して例えば定格電圧といった電圧指令値と系統電圧Ｖ_Ｓとの間に電位差が生じた場合であっても、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを制御することによって電力変換器５からの短絡電流が発生しないように制御して、電力変換器５の破損を防ぐことができる。

【0039】

特に本実施形態によれば、機械式スイッチ３の投入が完了した時点から、制御部９は、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１を０から負荷電流Ｉ_Ｘへと移行させ、そのスイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１及びスイッチ電流Ｉ_ＳＷに基づいて変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを制御するので、スイッチ電流Ｉ_ＳＷは負荷電流Ｉ_Ｘと同等に制御される。したがって、系統電圧Ｖ_Ｓが変化した場合であっても、スイッチ電流Ｉ_ＳＷと負荷電流Ｉ_Ｘとが同等に制御されるので、機械式スイッチ３の投入が完了した場合、電力変換器５及び機械式スイッチ３により構成される回路に流れる電流は０となる。その結果、電源系統１０からの電流は、機械式スイッチ３を通って負荷へと流れ、系統電圧Ｖ_Ｓが変化しても電源系統１０と負荷２０との間に電位差は発生しないので、電力変換器５からの短絡電流が発生することなく、電力変換器５の破損を防ぐことができる。
また、制御部９は、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１を負荷電流Ｉ_Ｘへと徐々に移行させるので、負荷２０への給電を電力変換器５から電源系統１０へと円滑に切り替えることができる。

【0040】

＜４．その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0041】

前記実施形態において、制御部９は、機械式スイッチ３の投入が完了した時点から、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１を０から負荷電流Ｉ_Ｘへと徐々に移行させるものであったが、制御部９の構成はこれに限られない。例えば、図７及び図８に示すように、制御部９は、機械式スイッチ３の投入が完了した時点から、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖに基づいて、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖの目標値である変換器電流目標値Ｉ_ｒｅｆ２を０に移行させるものであってもよい。

【0042】

制御部９が変換器電流目標値Ｉ_ｒｅｆ２を０に移行させる場合のシミュレーション結果を図９に示す。制御部９が復電と判定して（時間ｓ０）、機械式スイッチ３が投入された（時間ｓ１）後に、制御部９が電流移行トリガを出力する（時間ｓ２）。そして、時間ｓ２以降では、制御部９が、変換器電流目標値Ｉ_ｒｅｆ２を変換器電流Ｉ_Ｉｎｖから徐々に０に移行するので、電力変換器５から機械式スイッチ３に供給される電流は０となり、スイッチ電流Ｉ_ＳＷは負荷電流Ｉ_Ｘと同等になる。したがって、制御部９が変換器電流目標値Ｉ_ｒｅｆ２を０に移行させる場合、制御部９はスイッチ電流Ｉ_ＳＷを測定せずとも変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを制御することができ、制御を容易にすることができる。

【0043】

前記実施形態に加えて、電源系統１０が復電した場合で機械式スイッチ３の投入が完了する前に、制御部９が、電力変換器５が電力線Ｌ１に補償する電圧を０とするように電力変換器５を制御し、機械式スイッチ３の投入が完了した後に、制御部９が、スイッチ電流目標値Ｉ_ｒｅｆ１及びスイッチ電流Ｉ_ＳＷに基づいて、変換器電流Ｉ_Ｉｎｖを制御してもよい。この場合、機械式スイッチ３の投入が完了する前において、電力変換器５が機械式スイッチ３に補償する電圧は０に制御される。その結果、系統電圧Ｖ_Ｓが変化して機械式スイッチ３の投入が完了する前であっても、電力変換器５は、その変化分の系統電圧Ｖ_Ｓを機械式スイッチ３に補償しないので、機械式スイッチ３の電位差が発生することを防ぐことができ、機械式スイッチ３の過電流をより抑制することができる。

【0044】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0045】

１００・・・電源システム
１０ ・・・電源系統
２０ ・・・負荷
３ ・・・機械式スイッチ
４ ・・・蓄電部
５ ・・・電力変換器
６ ・・・インピーダンス素子
７ ・・・系統電圧測定部
８ ・・・電流測定部
８１ ・・・スイッチ電流測定部
８２ ・・・負荷電流測定部
８３ ・・・変換器電流測定部
９ ・・・制御部
Ｌ１ ・・・電力線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】