特許 7569976 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-10

(45)【発行日】2024-10-21

(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 20060101AFI20241011BHJP

   H02H 3/06 20060101ALI20241011BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20241011BHJP

【ＦＩ】

H02J9/06 110

H02H3/06 C

H02J3/38 180

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022202669

(22)【出願日】2022-12-19

(65)【公開番号】P2024087724

(43)【公開日】2024-07-01

【審査請求日】2024-06-20

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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

【審査官】山口 大

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２２９６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２４６６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６９７３０３７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開平１１－１７８３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１３－０１２８１７７（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ９／０６

Ｈ０２Ｈ ３／０６

Ｈ０２Ｊ ３／３８

(57)【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、
前記機械式スイッチと並列に前記電力線に接続される並列回路と、
前記並列回路に設けられ、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を補償する補償制御を行い、
前記電源系統が復電した後に、前記機械式スイッチを投入するとともに、前記機械式スイッチが投入された状態における前記並列回路の電圧を０とするように前記電力変換器を制御する、電源システム。

【請求項2】

前記電源系統の電圧である系統電圧を測定する系統電圧測定部をさらに備え、
前記制御部は、
前記電源系統が復電した後に、定格電圧である電圧指令値と前記系統電圧との差に関わらず、前記電力変換器が前記機械式スイッチに対して補償する電圧を０とする、請求項１記載の電源システム。

【請求項3】

前記並列回路に設けられるインピーダンス素子をさらに備え、
前記電力変換器は、前記インピーダンス素子を介して前記並列回路に設けられ、
前記制御部は、
前記補償制御において、前記負荷の電圧を補償するとともに、前記インピーダンス素子を介して低下する電圧を前記電力変換器が補償する制御を行い、
前記電源系統が復電した後に、前記電力変換器が出力する電圧を０とする、請求項２記載の電源システム。

【請求項4】

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をさらに備え、
前記制御部は、前記スイッチ電流が所定値以上である場合に、前記電力変換器から前記電力線への給電を停止する停止制御を行う、請求項１記載の電源システム。

【請求項5】

前記制御部は、前記スイッチ電流が所定値以上である場合に、前記機械式スイッチが投入された状態における前記並列回路の電圧を０とするように前記電力変換器を制御する、請求項４記載の電源システム。

【請求項6】

前記制御部は、前記スイッチ電流が所定値以上であり、かつ、前記機械式スイッチの投入開始から所定の時間を経過した後に前記停止制御を行う、請求項４又は５記載の電源システム。

【請求項7】

前記制御部は、前記電源系統が復電して所定の時間が経過した後に、前記電力変換器から前記電力線への給電を停止する停止制御を行う、請求項１記載の電源システム。

【請求項8】

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、
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、
前記機械式スイッチと並列に前記電力線に接続される並列回路と、
前記並列回路に設けられ、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を補償する補償制御を行い、
前記電源系統が復電した後に、前記機械式スイッチを投入するとともに、前記機械式スイッチが投入された状態における前記並列回路の電圧を０とするように前記電力変換器を制御する、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。

【0003】

また、上記の電源システムにおいて、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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】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】

【0005】

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、系統電圧が復電されて遮断器の投入が完了する前には、インバータが負荷の電圧を補償している。そして、遮断器の投入が完了した場合、インバータを停止して、電源系統から負荷へと給電を行う。したがって、遮断器の投入を開始してから完了するまでに系統電圧が再度低下した場合、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。

【0006】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、遮断器が投入されてからインバータが停止するまでに系統電圧が変化した場合、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の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】

【0007】

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、前記機械式スイッチと並列に前記電力線に接続される並列回路と、前記並列回路に設けられ、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を補償する補償制御を行い、前記電源系統が復電した後に、前記機械式スイッチを投入するとともに、前記機械式スイッチが投入された状態における前記並列回路の電圧を０とするように前記電力変換器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、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、前記機械式スイッチと並列に前記電力線に接続される並列回路と、前記並列回路に設けられ、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を補償する補償制御を行い、前記電源系統が復電した後に、前記機械式スイッチを投入するとともに、前記機械式スイッチが投入された状態における前記並列回路の電圧を０とするように前記電力変換器を制御することを特徴とする。

【0008】

このような構成であれば、電源系統が復電した後に、制御部は機械式スイッチを投入するとともに、機械式スイッチが投入された状態における並列回路の電圧を０とするように電力変換器を制御するので、機械式スイッチが投入された状態では、並列回路及び機械式スイッチの電圧は０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発生した場合であっても、電力変換器がその電位差を補償しないので、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おいて、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。

【0009】

前記電源システムは、前記電源系統の電圧である系統電圧を測定する系統電圧測定部をさらに備え、前記制御部は、前記電源系統が復電した後に、定格電圧である電圧指令値と前記系統電圧との差に関わらず、前記電力変換器が前記機械式スイッチに対して補償する電圧を０とすることが好ましい。

【0010】

このような構成であれば、電源系統が復電した後において、制御部は、電圧指令値と系統電圧との差に関わらず、電力変換器が機械式スイッチに対して補償する電圧を０とする。その結果、例えば電力変換器と電力線との間にインピーダンス素子が接続されている場合、電源系統からはインピーダンス素子の出力側において短絡が発生しているように見える。これにより、機械式スイッチの投入が完了するまでの間において、電源系統からの電流は、並列回路を経由して負荷に流れ、負荷の電圧と系統電圧とが等しくなる。また、機械式スイッチの投入が完了した場合においても、電力変換器の出力端の電圧は０であるので、並列回路の電圧は０となり、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る。したがって、機械式スイッチの投入が完了する前後において、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、電力変換器と機械式スイッチとの間で短絡電流が発生することを防ぐことができ、電力変換器の破損を防ぐことができる。

【0011】

前記電源システムは、前記並列回路に設けられるインピーダンス素子をさらに備え、前記電力変換器は、前記インピーダンス素子を介して前記並列回路に設けられ、前記制御部は、前記補償制御において、前記負荷の電圧を補償するとともに、前記インピーダンス素子を介して低下する電圧を前記電力変換器が補償する制御を行い、前記電源系統が復電した後に、前記電力変換器が出力する電圧を０とするものであることが好ましい。

【0012】

このような構成であれば、電源系統が復電した後に、電力変換器が出力する電圧は０となるので、電力変換器の出力端の電圧が０になる。すなわち、電源系統が復電した後において、電源系統からは電力変換器の出力端において短絡が発生しているように見える。したがって、機械式スイッチの投入が完了するまでの間において、電源系統からの電流は、並列回路を経由して負荷に流れ、負荷の電圧には、系統電圧からインピーンダンス素子を介して低下した電圧を差し引いた電圧が印加される。また、機械式スイッチの投入が完了した場合においても電力変換器の出力端の電圧は０であるので、並列回路の電圧は０となり、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る。その結果、機械式スイッチの投入が完了する前後において、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、電力変換器及び機械式スイッチの間で短絡電流は発生せず、短絡電流による電力変換器の破損を防ぐことができる。

【0013】

前記電源システムは、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をさらに備え、前記制御部は、前記スイッチ電流が所定値以上である場合に、前記電力変換器から前記電力線への給電を停止する停止制御を行うことが挙げられる。

【0014】

このような構成であれば、スイッチ電流が所定値以上である場合に、機械式スイッチの投入が完了したと判定される。したがって、電力変換器は、機械式スイッチの投入が完了した後に停止されるので、機械式スイッチの投入が開始されてから完了するまでの間、電力変換器を制御することにより負荷への給電を行い、機械式スイッチの投入が完了した後、電源系統から負荷への給電を行うこととなる。その結果、本発明に係る電源システムは、負荷への電圧供給を継続して行うことができる。

【0015】

前記制御部は、前記スイッチ電流が所定値以上である場合に、前記機械式スイッチが投入された状態における前記並列回路の電圧を０とするように前記電力変換器を制御するものが挙げられる。

【0016】

このような構成であれば、スイッチ電流が所定値以上である場合に、機械式スイッチの投入が完了したと判定される。電力変換器は、機械式スイッチの投入が完了した後に並列回路の電圧を０にするので、機械式スイッチの投入が完了して系統電圧が変動しても電力変換器からの短絡電流は流れず、電力変換器の破損を防ぐことができる。

【0017】

前記制御部は、前記スイッチ電流が所定値以上であり、かつ、前記機械式スイッチの投入開始から所定の時間を経過した後に前記停止制御を行うものが好ましい。

【0018】

機械式スイッチの投入後ただちに電力変換器を停止すると、例えば電力変換器にコンデンサが接続されている場合、コンデンサから電力変換器を介して放電電流が発生してしまう。したがって、機械式スイッチの投入開始から所定の時間を要してコンデンサの電位を０にした後に電力変換器を停止することによって、放電電流の発生を抑制することができる。

【0019】

制御部が停止制御を行うタイミングとして、前記制御部は、前記電源系統が復電して所定の時間が経過した後に前記停止制御を行うことも考えられる。

【0020】

このような構成であれば、系統電圧の復電が判定されてから所定の時間が経過した後に電力変換器に停止信号を出力するので、スイッチ電流によらず電力変換器を停止させることができ、停止制御を簡易にすることができる。なお、電源系統が復電してから所定の時間とは、機械式スイッチの投入が完了している時間を言う。

【発明の効果】

【0021】

このように構成した本発明によれば、機械式スイッチが投入されてから電力変換器が停止するまでに系統電圧が変化した場合、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のを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【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4】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5】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6】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9】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10】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。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

＜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３０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。

【0025】

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、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４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５と、機械式スイッチ３と並列に電力線Ｌ１に接続される並列回路６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７と、機械式スイッチ３及び電力変換器７を制御する制御部９とを備える。

【0026】

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。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。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。

【0027】

系統電圧測定部４は、系統電圧Ｖ_Ｓを測定し、その測定された系統電圧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４は、図１に示すように、系統変圧器を介して電力線Ｌ１に接続されており、機械式スイッチ３よりも電源系統１０側の電圧を測定している。なお、系統電圧測定部４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。

【0028】

スイッチ電流測定部５は、スイッチ電流Ｉ_ＳＷを測定し、その測定されたスイッチ電流Ｉ_ＳＷを制御部９に出力するものである。具体的にスイッチ電流測定部５は、図１に示すように、並列回路６と電力線Ｌ１との接続点Ａ及び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５は、測定したスイッチ電流Ｉ_ＳＷ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。

【0029】

蓄電部３０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３０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３０に貯蔵された直流電力は、電力変換器７へと給電される。

【0030】

電力変換器７は、機械式スイッチ３と並列に電力線Ｌ１に接続された並列回路６に設けられている。具体的に電力変換器７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３０の直流電力を交流電力に変換して電力線Ｌ１に給電する。

【0031】

また、電力変換器７と電力線Ｌ１との間には、電力変換器７の出力を安定させるインピーダンス素子８が設けられる。具体的にインピーダンス素子８は、電力変換器７に接続され、交流電流を安定にするリアクトル素子８１と、リアクトル素子８１に接続され、電圧を安定にするコンデンサ８２と、インピーダンス素子８に流入する電流を測定するインピーダンス電流測定部８３を備える。

【0032】

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７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７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９３％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７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７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７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。

【0033】

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７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指令を駆動回路に出力して機械式スイッチ３を制御する。また、制御部９は、負荷電圧が定格電圧である負荷電圧の電圧指令値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を出力して電力変換器７を制御し、電力変換器７は、補償電圧Ｖ_ＳＷを機械式スイッチ３に供給する。

【0034】

しかして、系統電圧Ｖ_Ｓが復電した後に、制御部９は、機械式スイッチ３を投入し、並列回路６を短絡させるように電力変換器７を制御する。具体的に制御部９は、系統電圧測定部４が測定した系統電圧Ｖ_Ｓに基づいて、電源系統１０の復電を判定する。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。

【0035】

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。

【0036】

また、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が投入された状態における並列回路６の電圧を０とするように電力変換器７を制御する。本実施形態において、制御部９は、電源系統１０が復電した後に、電圧指令値V_ｒｅｆと系統電圧Ｖ_Ｓとの差に関わらず、補償電圧Ｖ_ＳＷを０とする電圧ゼロ信号Ｃを出力して、電力変換器７を制御する。

【0037】

さらに、制御部９は、インピーダンス素子８を介して低下する電圧を補償するように電力変換器７を制御する。具体的に制御部９は、インピーダンス電流測定部８３が測定したインピーダンス素子８に流入するインピーダンス電流Ｉ_ｉｎｖを取得し、インピーダンス電流Ｉ_ｉｎｖ及びインピーダンス素子８のリアクタンスＬに基づいて、インピーダンス素子８を介して低下する電圧である低下電圧Ｖ_Ｌを算出して電力変換器７を制御する。

【0038】

制御部９は、電圧ゼロ信号Ｃ及び低下電圧Ｖ_Ｌにより構成される電圧指令信号を電力変換器７に出力する。この電圧指令信号に基づいて、電力変換器７は、インピーダンス素子８の電圧低下分を補償する電圧を電力線Ｌ１に供給するとともに、機械式スイッチ３に対して電圧を補償しない。その結果、電源系統１０から見て、並列回路６は、あたかも注入トランスＴの一次側で短絡しているかのように見える。

【0039】

すなわち、系統電圧Ｖ_Ｓが変化しても、制御部９は、電力変換器７からの補償電圧V_ＳＷを０に制御するので、系統電圧Ｖ_Ｓと負荷電圧が等しくなる。その結果、機械式スイッチの投入が完了する前において、電源系統１０からの電流は並列回路６を通って負荷２０へと流れるので、電力変換器７と機械式スイッチ３との間で短絡電流が発生することはない。また、機械式スイッチ３の投入が完了した場合、電力変換器７からの補償電圧V_ＳＷは０であり、機械式スイッチ３が設けられる回路の方が、並列回路６よりもインピーダンスが小さいので、電源系統１０からの電流は、機械式スイッチ３から負荷２０へと流れ、並列回路６に流れるのを抑制する。

【0040】

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７から電力線Ｌ１への給電を停止する停止制御を行う。具体的に制御部９は、スイッチ電流測定部５が測定したスイッチ電流Ｉ_ＳＷを取得して、スイッチ電流Ｉ_ＳＷの絶対値が所定値以上であるかどうかを判定する。スイッチ電流Ｉ_ＳＷが所定値以上である場合、制御部９は、機械式スイッチ３の投入が完了したと判定する。そして、機械式スイッチ３の投入が完了したと判定し、かつ、系統電圧Ｖ_Ｓが復電された場合をトリガーとして、制御部９は、電力変換器７を停止させる電力変換器停止信号を出力する。電力変換器７は、電力変換器停止信号の出力を受けて停止される。

【0041】

＜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３及び図４に示す。なお、図３、４において、横軸は時間、縦軸は、系統電圧、スイッチ電流、負荷電圧、負荷電流、スイッチ電圧、電力変換器電流である。

【0042】

図３に示すように、例えば瞬低が５０ｍｓ発生するといった、電源系統１０の異常が発生すると、機械式スイッチ３が開放されて、スイッチ電流は０となり、制御部９が電力変換器７に対し負荷２０の電圧を補償する補償制御を行う。

【0043】

系統電圧が復電されると、制御部９は機械式スイッチ３を投入し、電圧ゼロ信号Ｃを電力変換器７に出力して、電力変換器７を制御する（時間ｔ１）。電圧ゼロ信号Ｃにより、補償電圧Ｖ_ＳＷは出力されなくなるので、系統電圧が低下した場合（時間ｔ２）であっても、系統電圧Ｖ_Ｓ及び負荷電圧は等しくなり、電力変換器７から短絡電流が流れることはない。

【0044】

これに対し、従来の制御では、系統電圧が低下すると（時間ｔ２）、電力変換器が系統電圧の低下を補償するように制御されるので、機械式スイッチ３に電位差が生じる。その結果、図４に示すように、機械式スイッチ３及び電力変換器７に過電流が流れ、機械式スイッチ３及び電力変換器７が破損してしまう。

【0045】

＜３．本実施形態の効果＞
本実施形態によれば、電源系統１０が復電した後に、制御部９は機械式スイッチ３を投入するとともに、機械式スイッチ３が投入された状態における並列回路６の電圧を０とするように電力変換器７を制御するので、機械式スイッチ３が投入された状態では、並列回路６及び機械式スイッチ３の電圧は０となる。したがって、系統電圧Ｖ_Ｓが変化して電圧指令値Ｖ_ｒｅｆと系統電圧Ｖ_Ｓとの間に電位差が発生した場合であっても、電力変換器７がその電位差を補償しないので、電力変換器７及び機械式スイッチ３により構成される回路において短絡電流が発生することなく、短絡電流による電力変換器７の破損を防ぐことができる。

【0046】

特に本実施形態によれば、電源系統１０が復電した後において、制御部９は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆと系統電圧Ｖ_Ｓとの差に関わらず、電力変換器７が機械式スイッチ３に対して補償する補償電圧Ｖ_ＳＷを０とする。その結果、電源系統１０からはインピーダンス素子８の出力側において短絡が発生しているように見える。これにより、機械式スイッチ３の投入が完了するまでの間において、電源系統１０からの電流は、並列回路６を経由して負荷２０に流れ、負荷電圧と系統電圧Ｖ_Ｓとが等しくなる。また、機械式スイッチ３の投入が完了した場合においても、電力変換器７の出力端の電圧は０であるので、並列回路６の電圧は０となり、電源系統１０からの電流は、よりインピーダンスの小さい機械式スイッチ３を通って負荷２０へと流れる。したがって、機械式スイッチ３の投入が完了する前後において、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７と機械式スイッチ３との間で短絡電流が発生することを防ぐことができ、電力変換器７の破損を防ぐことができる。

【0047】

＜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。

【0048】

本実施形態において、制御部９は、系統電圧Ｖ_ｓが復電した後、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆと系統電圧Ｖ_Ｓとの差に関わらず、補償電圧Ｖ_ＳＷを０とするものであったが、制御部９の構成はこれに限られない。具体的には、図５に示すように、系統電圧Ｖ_ｓが復電した後、制御部９は、電力変換器７が出力する電圧を０とする電圧ゼロ信号Ｃを出力して電力変換器７を制御してもよい。これにより、電源系統１０が復電した後に、電力変換器７が出力する電圧は０となるので、電力変換器７の出力端の電圧が０になる。すなわち、電源系統が復電した後において、電源系統からは電力変換器の出力端において短絡が発生しているように見える。

【0049】

この場合、機械式スイッチの投入が完了するまでの間において、電源系統１０からの電流は、並列回路６を経由して負荷２０に流れ、負荷電圧には、系統電圧Ｖ_Ｓからインピーンダンス素子８を介して低下した電圧Ｖ_Ｌを差し引いた電圧が印加される。また、機械式スイッチ３の投入が完了した場合においても、電力変換器７の出力端の電圧は０であるので、並列回路６の電圧は０となり、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る。その結果、機械式スイッチ３の投入が完了する前後において、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７及び機械式スイッチ３の間で短絡電流は発生せず、短絡電流による電力変換器７の破損を防ぐことができる。

【0050】

本実施形態において、制御部９は、系統電圧Ｖ_Ｓの復電と判定した後に電圧ゼロ信号Ｃを出力するものであったが、図６に示すように、制御部９は、系統電圧Ｖ_Ｓの復電と判定し、かつ、スイッチ電流Ｉ_ＳＷが所定のしきい値以上の場合に電圧ゼロ信号Ｃを出力するものとしてもよい。この場合、制御部９は、機械式スイッチ３の投入が完了した後に補償電圧Ｖ_ＳＷを０とするので、系統電圧Ｖ_Ｓが変動しても電力変換器７から短絡電流は流れず、電力変換器７の破損を防ぐことができる。

【0051】

本実施形態において、制御部９は、系統電圧Ｖ_Ｓが復電され、かつ、機械式スイッチ３の投入が完了した場合に、電力変換器停止信号を出力するものであったが、電力変換器停止信号を出力するタイミングはこれに限られない。具体的には、図７に示すように、制御部９は、スイッチ電流Ｉ_ＳＷが所定のしきい値を超えた場合において、スイッチ投入開始から所定の時間経過後に電力変換器停止信号を出力する遅延回路を設けてもよい。これにより、図８に示すように、スイッチ投入開始の時間ｔ１から経過した所定の時間ｔ３に電力変換器７を停止することで、コンデンサ８２からの放電電流を抑制することができる。なお、ここで言うスイッチ投入開始とは、スイッチ投入信号が出力された時点を言う。

【0052】

また、図９に示すように、制御部９は、系統電圧Ｖ_Ｓの復電と判定してから所定の時間経過後に電力変換器停止信号を出力する遅延回路を設けてもよい。これにより、制御部９は、スイッチ電流Ｉ_ＳＷを測定せずとも電力変換器７の停止制御を行うことができ、停止制御を簡易にすることができる。なお、電源系統１０が復電してから所定の時間とは、機械式スイッチ３の投入が完了している時間を言う。

【0053】

本実施形態において、制御部９は、補償電圧Ｖ_ＳＷを０とするものであったが、制御部９は、補償電圧Ｖ_ＳＷを０としなくてもよい。例えば図１０に示すように、系統電圧Ｖ_Ｓが復電した後、制御部９は、補償電圧Ｖ_ＳＷを所定の値に制限するリミッタ部を設けてもよい。補償電圧Ｖ_ＳＷを所定の値に制限する制限値は、インピーダンス素子８の合成インピーダンス及び機械式スイッチ３と電力変換器７とに流れる電流の許容値により算出される。

【0054】

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】

【0055】

１００・・・電源システム
１０ ・・・電源系統
２０ ・・・負荷
３ ・・・機械式スイッチ
４ ・・・系統電圧測定部
５ ・・・スイッチ電流測定部
６ ・・・並列回路
７ ・・・電力変換器
８ ・・・インピーダンス素子
９ ・・・制御部
Ｌ１ ・・・電力線
Ｃ ・・・電圧ゼロ信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】