(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-20
(45)【発行日】2023-07-28
(54)【発明の名称】電力変動緩和システム
(51)【国際特許分類】
H02J 3/32 20060101AFI20230721BHJP
H02J 1/00 20060101ALI20230721BHJP
【ＦＩ】
H02J3/32
H02J1/00 306L
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2023047743
(22)【出願日】2023-03-24
【審査請求日】2023-03-28
【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、実施許諾の用意がある。
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】523108522
【氏名又は名称】湯谷 浩次
(74)【代理人】
【識別番号】110002871
【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】湯谷 浩次
【審査官】辻丸 詔
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０３７０８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１３５８８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０６０７９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ３／３２
Ｈ０２Ｊ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電源に接続されて交流／直流変換を行う複数の第１コンバータと、複数の前記第１コンバータのそれぞれに対応して設けられる複数の直流中間コンデンサと、
複数の前記第１コンバータのそれぞれに前記直流中間コンデンサを介して接続されて直流／交流変換を行い交流負荷に給電する複数のインバータと、
前記交流電源に接続されて交流／直流変換を行う第２コンバータと、
前記第２コンバータの直流出力電力により充電可能な蓄電装置と、
複数の前記直流中間コンデンサのそれぞれと前記蓄電装置との間に接続されて直流電力変換を行う一のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記交流負荷の変動に伴う前記インバータの出力変動時に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを起動して得た直流電力を複数の前記直流中間コンデンサのそれぞれに補償電力として供給する、
ことを特徴とする電力変動緩和システム。
【請求項2】
前記第１コンバータの直流出力電力と前記補償電力との和が、前記交流負荷によって要求されている交流電力に等しくなるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する直流電力補償制御装置を備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の電力変動緩和システム。
【請求項3】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを起動するタイミングを、前記第１コンバータの入力電力又は前記インバータの出力電力に基づいて決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の電力変動緩和システム。
【請求項4】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは直流電力を双方向に変換可能であり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力電力により、前記蓄電装置を充電可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の電力変動緩和システム。
【請求項5】
複数の前記交流負荷が同時に電力変動を生じたときに、前記第１コンバータは出力を定格電力よりも低い電力に制限する、ことを特徴とする請求項１に記載の電力変動緩和システム。
【請求項6】
前記蓄電装置がキャパシタ又は電解コンデンサである、ことを特徴とする請求項１に記載の電力変動緩和システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変動緩和システムに関する。
【背景技術】
【0002】
電力の変動を緩和して交流電力系統を安定化させる従来の技術として、制御に応じて充電あるいは放電を行うことにより、電力系統の電力の変動を抑制する蓄電装置と、蓄電装置よりも制御に対する充放電の応答が速く、制御に応じて充電あるいは放電を行うことにより、電力系統の電力の変動を抑制するキャパシタ装置と、蓄電装置の充電又は放電が発生する回数を少なく抑えるように、蓄電装置及びキャパシタ装置を制御する制御装置と、を有する系統安定化システムが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５８１６２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、例えば負荷が大規模計算機システムであり、様々な計算ジョブが並列的に実行される場合には、急峻かつ複雑な負荷変動が頻繁に発生する。このような場合、ＳＯＣ（Ｓtate Ｏf Ｃharge：充電率、蓄電残量）及び電力損失の測定、並びにオフセット量の演算などに多くの時間を必要として制御応答に遅れが生じ、電力系統の電力変動を迅速に抑制・緩和することが難しい、という問題がある。
【0005】
そこで本発明は、１つの側面では、交流負荷の急変などに起因する電力系統の定格電力を超える電力変動を制御遅れなく抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明に係る電力変動緩和システムは、交流電源に接続されて交流／直流変換を行う複数の第１コンバータと、複数の前記第１コンバータのそれぞれに対応して設けられる複数の直流中間コンデンサと、複数の前記第１コンバータのそれぞれに前記直流中間コンデンサを介して接続されて直流／交流変換を行い交流負荷に給電する複数のインバータと、前記交流電源に接続されて交流／直流変換を行う第２コンバータと、前記第２コンバータの直流出力電力により充電可能な蓄電装置と、複数の前記直流中間コンデンサのそれぞれと前記蓄電装置との間に接続されて直流電力変換を行う一のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記交流負荷の変動に伴う前記インバータの出力変動時に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを起動して得た直流電力を補償電力として供給する、ようにしてもよい。
【0007】
本発明に係る電力変動緩和システムは、前記第１コンバータの直流出力電力と前記補償電力との和が、前記交流負荷によって要求されている交流電力に等しくなるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する直流電力補償制御装置を備えた、ようにしてもよい。
【0008】
本発明に係る電力変動緩和システムは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを起動するタイミングを、前記第１コンバータの入力電力又は前記インバータの出力電力に基づいて決定する、ようにしてもよい。
【0009】
本発明に係る電力変動緩和システムは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは直流電力を双方向に変換可能であり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力電力により、前記蓄電装置を充電可能である、ようにしてもよい。
【0010】
本発明に係る電力変動緩和システムは、複数の前記交流負荷が同時に電力変動を生じたときに、前記第１コンバータは出力を定格電力よりも低い電力に制限する、ようにしてもよい。
【0011】
本発明に係る電力変動緩和システムは、前記蓄電装置がキャパシタ又は電解コンデンサである、ようにしてもよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、１つの側面では、交流負荷の急変などに起因する電力系統の定格電力を超える電力変動を制御遅れなく抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【0015】
（全体構成）
図１は、本発明に係る電力変動緩和システムの具体的な構成態様の一例としての、実施の形態に係る電力変動緩和システム１の概略構成図である。
図１は、本発明に係る電力変動緩和システムの具体的な構成態様の一例としての、実施の形態に係る電力変動緩和システム１の概略構成図である。
【0016】
交流電源部１０は、電力系統（高圧系統）の電圧を降圧する電源変圧器１１と、電源変圧器１１の二次側（二次巻線）と絶縁変圧器２０の一次側（一次巻線）との間に接続された遮断器１２と、電源変圧器１１の二次側（二次巻線）と交流給電部４０との間に接続された遮断器１３とを備える。
【0017】
交流電源部１０には配電線１４を介して交流給電部４０が接続され、交流給電部４０が、出力側に接続されている交流負荷７０に対して交流電力を供給している。交流負荷７０の一例は、急峻かつ複雑な負荷変動が頻繁に発生する計算機システムである。
【0018】
交流給電部４０は、交流入力電圧を交流／直流／交流変換して負荷（具体的には、交流負荷７０）に供給する一般的な構成及び機能を備えており、具体的には、交流電源部１０の遮断器１３の出力側と交流負荷７０との間に順次接続された、交流電源部１０側の遮断器４２、入力側ＬＣフィルタ４３、電磁接触器４４、第１コンバータ４５、直流中間コンデンサ６５、インバータ４６、出力側ＬＣフィルタ４７、電磁接触器４８、及び交流負荷７０側の遮断器４９を備える。
【0019】
直流中間コンデンサ６５を含み、直流中間コンデンサ６５に対して第１コンバータ４５の出力側とインバータ４６の入力側とが接続される回路を「直流中間回路６７」とも称する。
【0020】
第１コンバータ４５やインバータ４６の回路構成は、特に限定されず、半導体スイッチング素子の動作により交流／直流変換や直流／交流変換が可能であればよく、第１コンバータ４５、直流中間コンデンサ６５、及びインバータ４６により、全体として交流／直流／交流変換を行うインバータ装置を構成していればよい。直流中間コンデンサ６５は、例えば、電解コンデンサにより構成されてよい。
【0021】
交流給電部４０のうちの交流電源部１０側の遮断器４２の入力側に第１電流・電圧測定器４１が設けられ、また、第１コンバータ４５の出力側に直流中間コンデンサ６５の電圧を計測する電圧測定器６６が設けられる。さらに、交流負荷７０側の遮断器４９の出力側に第２電流・電圧測定器５４が設けられる。第１電流・電圧測定器４１、電圧測定器６６、及び第２電流・電圧測定器５４による測定値は、制御装置５５に対して出力される。
【0022】
制御装置５５は、第１電流・電圧測定器４１、電圧測定器６６、及び第２電流・電圧測定器５４のそれぞれから出力される測定値に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐulse Ｗidth Ｍodulation）された制御信号を第１コンバータ４５及びインバータ４６に対して出力する。これにより、第１コンバータ４５は、直流中間コンデンサ６５の電圧（つまりは、直流中間回路６７の電圧）が定格値になるように動作する。この動作により、第１コンバータ４５は、直流中間回路６７を介して、交流負荷７０に対して電力を供給する。また、インバータ４６は、交流負荷７０の入力電圧が定格値になるように動作する。
【0023】
なお、交流給電部４０内の第１コンバータ４５及びインバータ４６の制御方式は、上記のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御には限定されない。
【0024】
第１コンバータ４５、直流中間コンデンサ６５、及びインバータ４６の相互接続点は、双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータ５１及び直流の遮断器５２を介して直流給電線６４に接続される。
【0025】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流電力を双方向に変換可能で、入力と出力とが変圧器により絶縁された絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータによって構成され、直流電力変換を行う。
【0026】
直流給電線６４に、蓄電ブロック６０が接続される。蓄電ブロック６０は、直流給電線６４側から遮断器６１、抵抗６８、初期充電回路６２（具体的には、スイッチと限流抵抗との並列回路）、及び蓄電装置６３の直列接続回路によって構成される。
【0027】
蓄電装置６３としては、例えば、リチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）、電気二重層キャパシタ、又は大容量の電解コンデンサなどの容量性蓄電素子を多数直列に接続したものが好ましいものの、鉛蓄電池などの充電可能な化学電池（二次電池）を使用してもよい。蓄電装置６３は、後述する交流／直流変換部３０の第２コンバータ３４の直流出力電力により、交流給電部４０の直流中間回路６７の電圧よりも低い電圧に充電される。
【0028】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５１と直流の遮断器５２との間に第３電流・電圧測定器５３が設けられる。第３電流・電圧測定器５３の測定値は、制御装置５５に対して出力される。
【0029】
制御装置５５は、適宜な伝送手段を介して、第１電流・電圧測定器４１、電圧測定器６６、第２電流・電圧測定器５４、及び第３電流・電圧測定器５３の測定値を、直流電力補償制御装置５６及び監視装置５７へと順次（適時、随時）伝送する。
【0030】
直流電力補償制御装置５６は、制御装置５５から順次（適時、随時）伝送される測定値を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御するための制御信号を生成し、生成した制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ５１に対して出力する。
【0031】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流電力補償制御装置５６によって生成されて出力される制御信号により、蓄電ブロック６０の蓄電装置６３に蓄えられている電力を交流給電部４０の直流中間回路６７に供給する。
【0032】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、直流の遮断器５２、第２・第３電流・電圧測定器５４，５３、制御装置５５、及び直流電力補償制御装置５６などは、同一の配電盤５０に実装されている。
【0033】
絶縁変圧器２０の二次側（二次巻線）に、交流／直流変換部３０が接続される。交流／直流変換部３０は、絶縁変圧器２０の二次側（二次巻線）と直流給電線６４との間に順次接続された、絶縁変圧器２０側の遮断器３１、電磁接触器３２、ＬＣフィルタ３３、第２コンバータ３４、及び気中遮断器３５を備える。
【0034】
第２コンバータ３４は、順変換により電力系統（高圧系統、交流電源部１０）の交流電力を直流電力に変換して直流給電線６４に供給する。第２コンバータ３４から直流給電線６４に供給される電力は、蓄電ブロック６０の蓄電装置６３の充電に用いられるとともに、直流給電線６４に接続されている直流負荷に供給される。
【0035】
第２コンバータ３４は、また、逆変換により直流給電線６４の直流電力を交流電力に変換して電力系統（高圧系統）側に供給することも可能であり、交流／直流変換部３０はパワーコンディショナシステム（ＰＣＳ）として機能する。
【0036】
第２コンバータ３４を制御するための制御信号は、直流電力補償制御装置５６により生成される。直流電力補償制御装置５６は、交流／直流変換部３０に異常が発生したときに、交流給電部４０の直流中間回路６７の電力を用いて、蓄電ブロック６０の蓄電装置６３を充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ５１を動作させることもできる。
【0037】
（ＤＣ／ＤＣコンバータに纏わる構成）
図１では、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１が接続される配電線１４を１本にまとめて表示しているが、実際には、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１が複数の配電線１４に対して接続される。図２は、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１が複数の配電線１４に対して接続される構成を説明する図である。図２では、図１に図示している構成のうちの一部の構成の図示を省略している。なお、直流給電線６４に対して、図２に示す構成が複数設けられるようにしてもよい。
図１では、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１が接続される配電線１４を１本にまとめて表示しているが、実際には、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１が複数の配電線１４に対して接続される。図２は、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１が複数の配電線１４に対して接続される構成を説明する図である。図２では、図１に図示している構成のうちの一部の構成の図示を省略している。なお、直流給電線６４に対して、図２に示す構成が複数設けられるようにしてもよい。
【0038】
すなわち、交流電源部１０に、複数の配電線１４を介して、第１コンバータ４５、直流中間コンデンサ６５、及びインバータ４６を含む組合せが複数組接続され、これら複数組の組合せが各々の出力側に接続されている交流負荷７０それぞれに対して交流電力を供給している。
【0039】
実施の形態に係る電力変動緩和システム１は、交流電源部１０に接続されて交流／直流変換を行う複数の第１コンバータ４５と、複数の第１コンバータ４５のそれぞれに対応して設けられる複数の直流中間コンデンサ６５と、複数の第１コンバータ４５のそれぞれに直流中間コンデンサ６５を介して接続されて直流／交流変換を行い交流負荷７０に給電する複数のインバータ４６と、交流電源部１０に接続されて交流／直流変換を行う第２コンバータ３４と、第２コンバータ３４の直流出力電力により充電可能な蓄電装置６３と、複数の直流中間コンデンサ６５のそれぞれと蓄電装置６３との間に接続されて直流電力変換を行う一のＤＣ／ＤＣコンバータ５１と、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、交流負荷７０の変動に伴うインバータ４６の出力変動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動して得た直流電力を補償電力として供給する、ようにしている。
【0040】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流電力を双方向に変換可能な絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、直流給電線６４と配電線１４側の交流負荷７０とを相互に電気的に絶縁するため、直流給電線６４からの直流電力を交流電力に変換するインバータ５１１と当該インバータ５１１の交流出力を直流出力に変換するコンバータ５１２とを絶縁変圧器５１３で結合して構成される。
【0041】
絶縁変圧器５１３は、直流給電線６４側のインバータ５１１の交流側と接続する巻き線と、配電線１４側のコンバータ５１２の交流側と接続する巻き線と、を有する。絶縁変圧器５１３のこれら２つの巻き線は、相互に電気的に絶縁されているとともに磁気的に結合されている。インバータ５１１とコンバータ５１２とは、絶縁変圧器５１３の２つの巻き線を介して、電気的な絶縁状態で、交流電力の授受が可能である。
【0042】
（動作）
実施の形態に係る電力変動緩和システム１は、複数の、第１コンバータ４５、直流中間コンデンサ６５、及びインバータ４６の相互接続点の各々に対して１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１及び蓄電ブロック６０が接続されていることにより、複数の交流負荷７０各々の変動に伴う複数のインバータ４６の各々の出力変動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動して得た直流電力を補償電力として直流中間コンデンサ６５の各々に供給する。実施の形態に係る電力変動緩和システム１は、具体的には下記のように動作する。
実施の形態に係る電力変動緩和システム１は、複数の、第１コンバータ４５、直流中間コンデンサ６５、及びインバータ４６の相互接続点の各々に対して１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１及び蓄電ブロック６０が接続されていることにより、複数の交流負荷７０各々の変動に伴う複数のインバータ４６の各々の出力変動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動して得た直流電力を補償電力として直流中間コンデンサ６５の各々に供給する。実施の形態に係る電力変動緩和システム１は、具体的には下記のように動作する。
【0043】
まず、交流／直流変換部３０を運転し、その直流出力を用いて蓄電ブロック６０内の蓄電装置６３を、直流中間回路６７の定格電圧値よりも低い電圧値に初期充電しておく。
【0044】
次に、直流給電線６４とＤＣ／ＤＣコンバータ５１との間の直流の遮断器５２をオン（尚、蓄電ブロック６０内の遮断器６１、及び初期充電回路６２のスイッチはどちらもオン）すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１に蓄電装置６３が接続された状態となる。すなわち、直流の遮断器５２をオンしてＤＣ／ＤＣコンバータ５１に蓄電装置６３を接続することにより、交流給電部４０の複数の直流中間回路６７それぞれに、電力変動緩和装置（具体的には、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１及び蓄電装置６３を備える）が接続されていることになる。
【0045】
図３は、交流給電部４０と電力変動緩和装置８０とについて、交流給電部４０の直流中間回路６７並びにその入力側及び出力側における電力の状態と、電力変動緩和装置８０による補償電力とを概念的に示した図である。なお、図３において、符号８０は、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１及び蓄電装置６３を備えた電力変動緩和装置を示している。図４は、図３における各部の電力の状態を、時間軸を揃えて図示したものである。
【0046】
図３及び図４は、交流給電部４０の複数の直流中間回路６７のうちの或る一の直流中間回路６７（言い換えると、第１コンバータ４５、直流中間コンデンサ６５、及びインバータ４６を含む複数の組合せのうちの或る一の組合せ）並びにその入力側及び出力側における電力の状態と、当該の或る一の直流中間回路６７に対する電力変動緩和装置８０による補償電力との関係であり、また、交流給電部４０の複数の直流中間回路６７（言い換えると、第１コンバータ４５、直流中間コンデンサ６５、及びインバータ４６を含む複数の組合せ）並びにその入力側及び出力側における電力の合計の状態と、これら複数の直流中間回路６７に対する電力変動緩和装置８０による補償電力の合計との関係でもある。
【0047】
図３において、複数の交流負荷７０のいずれも大きさに変動がない定常状態にあるとき、交流給電部４０の複数の直流中間回路６７それぞれは、交流電源部１０の電力を変換した電力を、交流負荷７０に供給する。すなわち、交流給電部４０の直流中間回路６７並びにその入力側及び出力側における各電力は、交流給電部４０の内部損失を無視すればほぼ等しくなっている。このとき、複数の直流中間コンデンサ６５それぞれの電圧は、各第１コンバータ４５の働きにより、定格値に維持されている。また、複数の交流負荷７０それぞれの入力電圧は、各インバータ４６の働きにより、定格値に維持されている。
【0048】
図３の時刻ｔ１～ｔ２に複数の交流負荷７０のうちの少なくとも１つの大きさが急変（具体的には、急増）して交流給電部４０の出力側の電力が増加した場合で、特に複数の交流負荷７０のうちの少なくとも１つの電力が各第１コンバータ４５の定格電力を超える場合を想定する。
【0049】
この場合、大きさが急変した交流負荷７０と電気的につながる第１コンバータ４５は、出力可能な最大電力としての定格電力を直流中間回路６７に供給する。そして、当該の第１コンバータ４５の定格電力を超える電力は、電力変動緩和装置８０から、当該の第１コンバータ４５を含む直流中間回路６７に供給される。このとき、複数の第１コンバータ４５及び１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流中間回路６７それぞれの電圧が定格値になるように動作している。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、例えばスイッチ（図示していない）と配線との機構により、複数の直流中間回路６７のうちのいずれの直流中間回路６７に対して電力を供給するかを選択可能であるように構成されている。
【0050】
電力変動緩和装置８０から直流中間回路６７それぞれに供給される電力は、各第１コンバータ４５の最大入力電力を定格電力に制限して電力系統（高圧系統）における過大な電力変動を抑制するための補償電力である。
【0051】
ここで、第１コンバータ４５及びインバータ４６は、制御装置５５により生成された制御信号に基づいて動作している。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流電力補償制御装置５６により生成された制御信号に基づいて動作している。
【0052】
制御装置５５は、第１・第２電流・電圧測定器４１，５４及び電圧測定器６６の測定値を用いて、第１コンバータ４５及びインバータ４６の制御信号を生成する。また、直流電力補償制御装置５６は、上記測定値に加えて、第３電流・電圧測定器５３の測定値を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の制御信号を生成する。
【0053】
図３の電力の状態において、直流中間回路６７に係る、時刻ｔ１～ｔ２における、符号ＰＡは、交流給電部４０の第１コンバータ４５から供給される電力である。なお、図３及び図４では、符号ＰＡは、或る一の第１コンバータ４５から供給される電力でもあり、複数の第１コンバータ４５から供給される電力の合計でもある。
【0054】
また、符号ＰＢは、電力変動緩和装置８０のＤＣ／ＤＣコンバータ５１から供給される電力である。なお、図３及び図４では、符号ＰＢは、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１から或る一の直流中間回路６７に供給される電力でもあり、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１から複数の直流中間回路６７に供給される電力の合計でもある。
【0055】
【0056】
直流電力補償制御装置５６は、第１コンバータ４５それぞれの直流出力電力（ＰＡ）と当該の第１コンバータ４５を含む直流中間回路６７にＤＣ／ＤＣコンバータ５１から供給される補償電力（ＰＢ）との和が、当該の第１コンバータ４５と電気的につながる交流負荷７０によって要求されている交流電力（ＰＣ）に等しくなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する。
【0057】
ここで、図２における、第１コンバータ４５それぞれの直流出力電力ＰＡの大きさは第１コンバータ４５それぞれで相互に異なり、また、直流中間回路６７それぞれに供給される補償電力ＰＢの大きさは直流中間回路６７それぞれで相互に異なり、また、交流負荷７０それぞれによって要求されている交流電力ＰＣの大きさは交流負荷７０それぞれで相互に異なる（但し、いずれも、偶々同じになることはありうる）。
【0058】
図３の電力の状態について、時刻ｔ１～ｔ２に交流給電部４０の出力電力が増加しても、上述したように、第１コンバータ４５及び電力変動緩和装置８０の働きにより、直流中間回路６７を介して定格電力を超えた分の電力が補充される。その結果、交流給電部４０の入力側では、符号ＰＡにより示すように、定格電力を超える電力変動は表れない。
【0059】
なお、蓄電ブロック６０の蓄電装置６３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の停止後、第２コンバータ３４によって充電される。第２コンバータ３４による充電電力は、第１コンバータ４５の定格電力よりも十分に小さい電力である。そのため、蓄電装置６３の充電電力は、電力系統（高圧系統）の電力変動に影響を与えない。
【0060】
次に、図５は、交流負荷７０の急変時における交流給電部４０の第１コンバータ４５の入力電力ＰＡ（図５では、或る一の第１コンバータ４５の入力電力でもあり、複数の第１コンバータ４５の入力電力の合計でもある）、電力変動緩和装置８０による補償電力ＰＢ（図５では、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１から或る一の直流中間回路６７に供給される補償電力でもあり、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５１から複数の直流中間回路６７に供給される補償電力の合計でもある）、及び交流給電部４０のインバータ４６の出力電力ＰＣ（図５では、或る一のインバータ４６の出力電力でもあり、複数のインバータ４６の出力電力の合計でもある）を概念的に示した波形図である。図５中の各電力ＰＡ，ＰＢ，ＰＣは、図３中の各電力ＰＡ，ＰＢ，ＰＣとそれぞれ対応する。なお、第１コンバータ４５、インバータ４６、及びＤＣ／ＤＣコンバータ５１における内部損失は無視するものとする。
【0061】
各電力ＰＡ，ＰＢ，ＰＣの間にはＰＡ＋ＰＢ＝ＰＣという関係があり、交流給電部４０のインバータ４６の出力電力ＰＣは図５における包絡線波形に相当する。なお、複数の直流中間回路６７の各々に関連してＰＡ＋ＰＢ＝ＰＣという関係がある。
【0062】
交流負荷７０への給電時には、交流給電部４０の入力電力ＰＡ（具体的には、複数の第１コンバータ４５それぞれの入力電力）がその定格（１００％とする）を超えないように制御することが必要であり、負荷の急変を考慮した場合、余裕を見込んで、交流給電部４０の入力電力ＰＡ（具体的には、複数の第１コンバータ４５それぞれの入力電力）を例えば定格の９０％程度に抑えることが考えられる。
【0063】
この場合、図５に示すように、交流給電部４０の入力電力ＰＡ（具体的には、複数の第１コンバータ４５それぞれの入力電力のうちの少なくとも１つ）が定格の９０％を超えた時刻Ｔ１で電力変動緩和装置８０のＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動し、その後、交流給電部４０の入力電力ＰＡ（具体的には、複数の第１コンバータ４５それぞれの入力電力のすべて）が定格の９０％以下になってからオフディレイ時間ｔｄを経過した後の時刻Ｔ２でＤＣ／ＤＣコンバータ５１を停止する。
【0064】
すなわち、直流電力補償制御装置５６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間ｔｃだけ運転するように、制御信号を生成すればよい。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動するタイミングは、第１コンバータ４５の入力電力（ＰＡ）に基づいて決定されるようにしてよく、或いは、インバータ４６の出力電力（ＰＣ）に基づいて決定されるようにしてよい。
【0065】
なお、交流給電部４０の入力電力ＰＡ（具体的には、複数の第１コンバータ４５それぞれの入力電力のうちの少なくとも１つ）が定格の９０％を超えてからＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動するまでに若干の（例えば、ミリ秒程度の）時間遅れが許容される場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電圧（つまり、直流中間コンデンサ６５の電圧）に微小幅の不感帯を設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電圧が不感帯の最低値に低下するまでＤＣ／ＤＣコンバータ５１の起動を遅らせてもよい。
【0066】
上記の時刻Ｔ１，Ｔ２等については、直流電力補償制御装置５６が、第１・第２電流・電圧測定器４１，５４による各測定値から交流給電部４０の入力電力ＰＡ（具体的には、複数の第１コンバータ４５それぞれの入力電力）を演算可能であるから、演算された入力電力ＰＡに基づいて決定すればよい。
【0067】
また、直流電力補償制御装置５６が第１・第２・第３電流・電圧測定器４１，５４，５３による各測定値から各電力ＰＡ，ＰＢ，ＰＣを演算して監視装置５７へと伝送し、監視装置５７では、伝送された各電力ＰＡ，ＰＢ，ＰＣに基づいて電力変動緩和装置８０の動作を監視するとともにその機能を評価することが可能である。
【0068】
また、交流給電部４０の複数の直流中間回路６７で同時に交流負荷７０の電力変動が発生した場合（言い換えると、複数の交流負荷７０で電力変動が同時に発生した場合）には、交流給電部４０の入力電力ＰＡ（具体的には、複数の第１コンバータ４５それぞれの入力電力）を、定格電力又は定格電力の９０％の電力よりも更に低い電力に制限することが望ましい。このようにすれば、電力系統（高圧系統）の電力変動を一層抑制することができる。
【0069】
また、図５では、時刻Ｔ１～Ｔ２に複数の交流負荷７０のうちの少なくとも１つが第１コンバータ４５の定格電力の９０％以上に急増した場合にＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動させる実施形態について説明したが、複数の交流負荷７０のすべてが第１コンバータ４５の定格電力の９０％よりも小さい電力領域でも、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動させるようにしてもよい。例えば、図５における、第１コンバータ４５の定格電力の９０％に設定された閾値を、例えば過去の実績や想定に基づいて予め設定された定常状態の電力量に第１コンバータ４５の定格電力の１０％に相当する電力量を加えた電力に置き替えてＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動させるようにしてもよい。この場合は、第１コンバータ４５の定格電力よりも小さい電力領域でも、電力系統（高圧系統）の電力変動を抑制することができる。
【0070】
（作用効果）
実施の形態に係る電力変動緩和システム１によれば、交流負荷７０の変動に伴うインバータ４６の出力変動時にＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動して得た直流電力を補償電力として供給するようにしているので、交流負荷７０の急変などに起因する電力系統（交流電源部１０）の定格電力を超える電力変動を制御遅れなく抑制することが可能となる。
実施の形態に係る電力変動緩和システム１によれば、交流負荷７０の変動に伴うインバータ４６の出力変動時にＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動して得た直流電力を補償電力として供給するようにしているので、交流負荷７０の急変などに起因する電力系統（交流電源部１０）の定格電力を超える電力変動を制御遅れなく抑制することが可能となる。
【0071】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成態様は上記の実施の形態に限定されるものではなく、上記の実施の形態に、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変形や変更などが加えられた形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【0072】
１ 電力変動緩和システム
１０ 交流電源部
１１ 電源変圧器
１２ 絶縁変圧器側の遮断器
１３ 交流給電部側の遮断器
１４ 配電線
２０ 絶縁変圧器
３０ 交流／直流変換部
３１ 絶縁変圧器側の遮断器
３２ 電磁接触器
３３ ＬＣフィルタ
３４ 第２コンバータ
３５ 気中遮断器
４０ 交流給電部
４１ 第１電流・電圧測定器
４２ 交流電源部側の遮断器
４３ 入力側ＬＣフィルタ
４４ 電磁接触器
４５ 第１コンバータ
４６ インバータ
４７ 出力側ＬＣフィルタ
４８ 電磁接触器
４９ 交流負荷側の遮断器
５０ 配電盤
５１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５１１ インバータ
５１２ コンバータ
５１３ 絶縁変圧器
５２ 直流の遮断器
５３ 第３電流・電圧測定器
５４ 第２電流・電圧測定器
５５ 制御装置
５６ 直流電力補償制御装置
５７ 監視装置
６０ 蓄電ブロック
６１ 遮断器
６２ 初期充電回路
６３ 蓄電装置
６４ 直流給電線
６５ 直流中間コンデンサ
６６ 電圧測定器
６７ 直流中間回路
６８ 抵抗
７０ 交流負荷
８０ 電力変動緩和装置
１０ 交流電源部
１１ 電源変圧器
１２ 絶縁変圧器側の遮断器
１３ 交流給電部側の遮断器
１４ 配電線
２０ 絶縁変圧器
３０ 交流／直流変換部
３１ 絶縁変圧器側の遮断器
３２ 電磁接触器
３３ ＬＣフィルタ
３４ 第２コンバータ
３５ 気中遮断器
４０ 交流給電部
４１ 第１電流・電圧測定器
４２ 交流電源部側の遮断器
４３ 入力側ＬＣフィルタ
４４ 電磁接触器
４５ 第１コンバータ
４６ インバータ
４７ 出力側ＬＣフィルタ
４８ 電磁接触器
４９ 交流負荷側の遮断器
５０ 配電盤
５１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５１１ インバータ
５１２ コンバータ
５１３ 絶縁変圧器
５２ 直流の遮断器
５３ 第３電流・電圧測定器
５４ 第２電流・電圧測定器
５５ 制御装置
５６ 直流電力補償制御装置
５７ 監視装置
６０ 蓄電ブロック
６１ 遮断器
６２ 初期充電回路
６３ 蓄電装置
６４ 直流給電線
６５ 直流中間コンデンサ
６６ 電圧測定器
６７ 直流中間回路
６８ 抵抗
７０ 交流負荷
８０ 電力変動緩和装置
【要約】
【課題】交流負荷の急変などに起因する電力系統の定格電力を超える電力変動を制御遅れなく抑制する。
【解決手段】交流電源部１０に接続されて交流／直流変換を行う複数の第１コンバータ４５と、複数の直流中間コンデンサ６５と、複数の第１コンバータ４５のそれぞれに直流中間コンデンサ６５を介して接続されて直流／交流変換を行い交流負荷７０に給電する複数のインバータ４６と、交流電源部１０に接続されて交流／直流変換を行う第２コンバータ３４の直流出力電力により充電可能な蓄電装置６３と、複数の直流中間コンデンサ６５のそれぞれと蓄電装置６３との間に接続されて直流電力変換を行う一のＤＣ／ＤＣコンバータ５１と、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、交流負荷７０の変動に伴うインバータ４６の出力変動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動して得た直流電力を補償電力として供給する。
【選択図】図１
【解決手段】交流電源部１０に接続されて交流／直流変換を行う複数の第１コンバータ４５と、複数の直流中間コンデンサ６５と、複数の第１コンバータ４５のそれぞれに直流中間コンデンサ６５を介して接続されて直流／交流変換を行い交流負荷７０に給電する複数のインバータ４６と、交流電源部１０に接続されて交流／直流変換を行う第２コンバータ３４の直流出力電力により充電可能な蓄電装置６３と、複数の直流中間コンデンサ６５のそれぞれと蓄電装置６３との間に接続されて直流電力変換を行う一のＤＣ／ＤＣコンバータ５１と、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、交流負荷７０の変動に伴うインバータ４６の出力変動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を起動して得た直流電力を補償電力として供給する。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
