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公開番号2024146788
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2024032898
出願日2024-03-05
発明の名称電力システム及び電気機器
出願人ダイキン工業株式会社,国立大学法人東京大学
代理人個人
主分類H02J 3/01 20060101AFI20241004BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】系統連系インバータの動作に応じて、脈動電力成分を調整する電力システム及び電気機器を提供する。
【解決手段】電力システム1は、直流リンク部20と、直流リンク部20に接続され、単相交流電源と接続可能に構成され、単相交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に供給する順潮流動作及び直流リンク部から供給される直流電力を交流電力に変換して単相交流電源に供給する逆潮流動作を備えた系統連系インバータ10と、直流リンク部に接続された1又は複数の直流電源40、50と、平滑コンデンサ30と、1又は複数の電気機器60と、を備える。電気機器60は、系統連系インバータ10の動作と、単相交流電源の電圧位相とに応じて、電気機器60が消費する直流電力における、単相交流電源の電源周波数の2以上の整数倍の周波数成分である脈動電力成分を調整する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
直流リンク部と、
前記直流リンク部に接続され、単相交流電源と接続可能に構成され、当該単相交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して当該直流リンク部に供給する順潮流動作と、当該直流リンク部から供給される直流電力を交流電力に変換して当該単相交流電源に供給する逆潮流動作と、を備えた系統連系インバータと、
前記直流リンク部に接続され、直流電力を当該直流リンク部に供給できるように構成された１又は複数の直流電源と、
前記直流リンク部に接続され、当該直流リンク部の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記直流リンク部に接続され、当該直流リンク部から供給される直流電力を消費する１又は複数の電気機器と、
を備えた電力システムであって、
前記電気機器は、前記系統連系インバータの動作と、前記単相交流電源の電圧位相とに応じて、当該電気機器が消費する直流電力における、当該単相交流電源の電源周波数の２以上の整数倍の周波数成分である脈動電力成分を調整する脈動電力調整機能を有する
電力システム。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記系統連系インバータは、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いずれも行わない解列動作を備え、
前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、
前記系統連系インバータが解列動作のとき、
前記脈動電力成分が零に近づくように調整する、又は前記脈動電力成分を調整しない請求項１に記載の電力システム。
【請求項３】
前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、
前記直流リンク部から前記直流電源又は前記平滑コンデンサに供給される直流電力において、前記脈動電力成分に含まれる前記電源周波数の２倍の周波数成分が低減するように当該脈動電力成分を調整する請求項１又は２に記載の電力システム。
【請求項４】
前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、
前記脈動電力成分に含まれる前記電源周波数の２倍の周波数成分の振幅、及び前記単相交流電源の電圧と当該脈動電力成分に含まれる当該電源周波数の２倍の周波数成分との位相差を調整する請求項１又は２に記載の電力システム。
【請求項５】
前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、
前記系統連系インバータが、前記直流リンク部から当該系統連系インバータに第１直流電力を供給する逆潮流動作のとき、
前記電気機器が消費する直流電力が、前記直流電源が供給する直流電力から前記第１直流電力を引いた直流電力に近付くように、前記脈動電力成分を調整する第１制御モードを有する
請求項１又は２に記載の電力システム。
【請求項６】
前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、
前記系統連系インバータが、当該系統連系インバータから前記直流リンク部に第２直流電力を供給する順潮流動作のとき、
前記電気機器が消費する直流電力が、前記直流電源が供給する直流電力と前記第２直流電力との和の直流電力に近付くように、前記脈動電力成分を調整する第２制御モードを有する
請求項１又は２に記載の電力システム。
【請求項７】
前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、
前記直流リンク部から前記系統連系インバータに供給される直流電力を第１直流電力としたとき、前記電気機器が消費する直流電力が、前記直流電源が供給する直流電力から当該第１直流電力を引いた直流電力に近付くように、前記脈動電力成分を調整する第１制御モードと、
前記系統連系インバータから前記直流リンク部に供給される直流電力を第２直流電力としたとき、前記電気機器が消費する直流電力が、前記直流電源が供給する直流電力と当該第２直流電力との和の直流電力に近付くように、前記脈動電力成分を調整する第２制御モードと、
前記脈動電力成分が零に近付づくように調整する、又は前記脈動電力成分を調整しない第３制御モードと、
を有する請求項１に記載の電力システム。
【請求項８】
前記系統連系インバータは、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いずれも行わない解列動作を備え、
前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、
前記系統連系インバータが逆潮流動作であって、
前記脈動電力成分が所定の閾値を超えるとき、前記第１制御モードにて機能し、
前記脈動電力成分が前記閾値以下のとき、前記第３制御モードにて機能し、
前記系統連系インバータが順潮流動作であって、
前記脈動電力成分が前記閾値を超えるとき、前記第２制御モードにて機能し、
前記脈動電力成分が前記閾値以下のとき、前記第３制御モードにて機能し、
前記系統連系インバータが解列動作のとき、
前記第３制御モードで機能する
請求項７に記載の電力システム。
【請求項９】
前記系統連系インバータは、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いずれも行わない解列動作を備え、
前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、
前記系統連系インバータが逆潮流動作のとき、前記第１制御モードにて機能し、
前記系統連系インバータが順潮流動作のとき、前記第２制御モードにて機能し、
前記系統連系インバータが解列動作のとき、前記第３制御モードにて機能する
請求項７に記載の電力システム。
【請求項１０】
前記電気機器は、
回転電機を備え、当該回転電機の回転数またはトルクを調整することで前記脈動電力成分を調整する
請求項１又は２に記載の電力システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力システム及び電気機器に関する。
続きを表示（約 6,300 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、コンデンサと、インバータ部と、制御部とを含む電力変換装置であって、インバータ部は、入力された電圧をスイッチングして出力し、コンデンサは、インバータ部の入力側または出力側の何れかに接続されており、制御部は、電圧制御部と、電流制御部と、リプル補償部とを含み、電圧制御部は、コンデンサの端子電圧信号が入力され、端子電圧信号を指令値に合わせるための電力指令信号を演算して出力し、電流制御部は、電力指令信号に基づいて得られた電流指令信号と、電流検出信号との誤差として得られた指令信号が入力され、指令信号に基づいて、インバータ部にパルス幅変調制御を与え、リプル補償部は、電流制御部より前段において、端子電圧によって誘導されるリプル成分に応答して、リプル成分をキャンセルする電力変換装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平１１－３０８８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽光パネルなどの直流電源からの直流電力を系統連系インバータにより交流化し、自家消費した後の余剰電力を電力系統に逆潮流させる構成が知られている。電力系統には、電源周波数の２倍の周波数の脈動電力成分が含まれるため、脈動電力成分の低減が必要である。系統連系インバータを、交流電力を直流電力に変換する順潮流、及び直流電力を交流電力に変換する逆潮流のいずれの動作においても、脈動電力成分を調整する技術が求められている。
【０００５】
本開示は、系統連系インバータの動作に応じて、脈動電力成分を調整することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点の電力システムは、直流リンク部と、前記直流リンク部に接続され、単相交流電源と接続可能に構成され、当該単相交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して当該直流リンク部に供給する順潮流動作と、当該直流リンク部から供給される直流電力を交流電力に変換して当該単相交流電源に供給する逆潮流動作と、を備えた系統連系インバータと、前記直流リンク部に接続され、直流電力を当該直流リンク部に供給できるように構成された１又は複数の直流電源と、前記直流リンク部に接続され、当該直流リンク部の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記直流リンク部に接続され、当該直流リンク部から供給される直流電力を消費する１又は複数の電気機器と、を備えた電力システムであって、前記電気機器は、前記系統連系インバータの動作と、前記単相交流電源の電圧位相とに応じて、当該電気機器が消費する直流電力における、当該単相交流電源の電源周波数の２以上の整数倍の周波数成分である脈動電力成分を調整する脈動電力調整機能を有する。これにより、系統連系インバータの動作に応じて、脈動電力成分が調整できる。
第２の観点の電力システムは、第１の観点の電力システムであって、前記系統連系インバータは、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いずれも行わない解列動作を備え、前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、前記系統連系インバータが解列動作のとき、前記脈動電力成分が零に近付くように調整する、又は前記脈動電力成分を調整しない。これにより、系統連系インバータの解列動作に応じて、脈動電力成分が調整できる。
第３の観点の電力システムは、第１の観点又は第２の観点の電力システムであって、前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、前記直流リンク部から前記直流電源又は前記平滑コンデンサに供給される直流電力において、前記脈動電力成分に含まれる前記電源周波数の２倍の周波数成分が低減するように当該脈動電力成分を調整する。これにより、単相交流において発生する脈動電力成分が調整できる。
第４の観点の電力システムは、第１の観点又は第２の観点の電力システムであって、前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、前記脈動電力成分に含まれる前記電源周波数の２倍の周波数成分の振幅、及び前記単相交流電源の電圧と当該脈動電力成分に含まれる当該電源周波数の２倍の周波数成分との位相差を調整する。これにより、脈動電力成分の調整が容易になる。
第５の観点の電力システムは、第１の観点乃至第４の観点のいずれか１つの電力システムであって、前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、前記系統連系インバータが、前記直流リンク部から当該系統連系インバータに第１直流電力を供給する逆潮流動作のとき、前記電気機器が消費する直流電力が、前記直流電源が供給する直流電力から前記第１直流電力を引いた直流電力に近付くように、前記脈動電力成分を調整する第１制御モードを有する。これにより、直流電源の出力を抑制することを要しない。
第６の観点の電力システムは、第１の観点乃至第５の観点のいずれか１つの電力システムであって、前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、前記系統連系インバータが、当該系統連系インバータから前記直流リンク部に第２直流電力を供給する順潮流動作のとき、前記電気機器が消費する直流電力が、前記直流電源が供給する直流電力と前記第２直流電力との和の直流電力に近付くように、前記脈動電力成分を調整する第２制御モードを有する。これにより、直流電源の出力を抑制することを要しない。
第７の観点の電力システムは、第１の観点の電力システムであって、前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、前記直流リンク部から前記系統連系インバータに供給される直流電力を第１直流電力としたとき、前記電気機器が消費する直流電力が、前記直流電源が供給する直流電力から当該第１直流電力を引いた直流電力に近付くように、前記脈動電力成分を調整する第１制御モードと、前記系統連系インバータから前記直流リンク部に供給される直流電力を第２直流電力としたとき、前記電気機器が消費する直流電力が、前記直流電源が供給する直流電力と当該第２直流電力との和の直流電力に近付くように、前記脈動電力成分を調整する第２制御モードと、前記脈動電力成分が零に近付づくように調整する、又は前記脈動電力成分を調整しない第３制御モードと、を有する。これにより、系統連系インバータの動作に応じて、脈動電力成分が調整できる。
第８の観点の電力システムは、第７の観点の電力システムであって、前記系統連系インバータは、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いずれも行わない解列動作を備え、前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、前記系統連系インバータが逆潮流動作であって、前記脈動電力成分が所定の閾値を超えるとき、前記第１制御モードにて機能し、前記脈動電力成分が前記閾値以下のとき、前記第３制御モードにて機能し、前記系統連系インバータが順潮流動作であって、前記脈動電力成分が前記閾値を超えるとき、前記第２制御モードにて機能し、前記脈動電力成分が前記閾値以下のとき、前記第３制御モードにて機能し、前記系統連系インバータが解列動作のとき、前記第３制御モードで機能する。これにより、電気機器が消費する電力の脈動を少なくできる。
第９の観点の電力システムは、第７の観点の電力システムであって、前記系統連系インバータは、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いずれも行わない解列動作を備え、前記電気機器が有する前記脈動電力調整機能は、前記系統連系インバータが逆潮流動作のとき、前記第１制御モードにて機能し、前記系統連系インバータが順潮流動作のとき、前記第２制御モードにて機能し、前記系統連系インバータが解列動作のとき、前記第３制御モードにて機能する。これにより、平滑コンデンサの容量を小さくできる。
第１０の観点の電力システムは、第１の観点乃至第９の観点のいずれか１つの電力システムであって、前記電気機器は、回転電機を備え、当該回転電機の回転数またはトルクを調整することで前記脈動電力成分を調整する。これにより、電力脈動の影響が顕在化しない。
第１１の観点の電力システムは、第１の観点乃至第９の観点のいずれか１つの電力システムであって、前記電気機器は、ヒートポンプ回路を備えたヒートポンプ機器である電力システムである。これにより、電力脈動の影響が顕在化しない。
第１２の観点の電力システムは、第１の観点乃至第１１の観点のいずれか１つの電力システムであって、前記直流電源は、太陽電池装置である。これにより、電力系統との連系が容易になる。
第１３の観点の電力システムは、第１の観点乃至第１１の観点のいずれか１つの電力システムであって、前記直流電源は、蓄電装置である。これにより、電力系統との連系が容易になる。
第１４の観点の電気機器は、直流リンク部から供給される直流電力を消費する電気機器であって、単相交流電源と接続され、当該単相交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記直流リンク部に供給する順潮流動作と、当該直流リンク部から供給される直流電力を交流電力に変換して当該単相交流電源に供給する逆潮流動作と、を備えた系統連系インバータの動作と、当該単相交流電源の電圧位相と、に応じて、前記電気機器が消費する直流電力における、当該単相交流電源の電源周波数の２以上の整数倍の周波数成分である脈動電力成分を調整する脈動電力調整機能を有する。これにより、系統連系インバータの動作に応じて、脈動電力成分が調整できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本実施の形態における電力システムの一例を示す図である。
系統連系インバータの逆潮流動作と順潮流動作とにおけるエネルギフローの概要を説明する図である。（ａ）は、逆潮流動作、（ｂ）は、順潮流動作である。
平滑コンデンサが吸収する脈動電力成分と、直流負荷が消費する脈動電力成分とを説明する表である。
制御パタン１のエネルギフローを説明する図である。（ａ）は、エネルギフロー、（ｂ）は、系統連系インバータの電力、（ｃ）は、平滑コンデンサの電力、（ｄ）は、直流負荷の電力である。
制御パタン２のエネルギフローを説明する図である。（ａ）は、エネルギフロー、（ｂ）は、系統連系インバータの電力、（ｃ）は、平滑コンデンサの電力、（ｄ）は、直流負荷の電力である。
制御パタン３のエネルギフローを説明する図である。（ａ）は、エネルギフロー、（ｂ）は、系統連系インバータの電力、（ｃ）は、平滑コンデンサの電力、（ｄ）は、直流負荷の電力である。
制御パタン４のエネルギフローを説明する図である。（ａ）は、エネルギフロー、（ｂ）は、系統連系インバータの電力、（ｃ）は、平滑コンデンサの電力、（ｄ）は、直流負荷の電力である。
制御パタン５のエネルギフローを説明する図である。（ａ）は、エネルギフロー、（ｂ）は、直流負荷の電力である。
変形例の電力システムのエネルギフローを説明する図である。（ａ）は、エネルギフロー、（ｂ）は、系統連系インバータの電力、（ｃ）は、平滑コンデンサの電力、（ｄ）は、直流負荷群の電力である。
平滑コンデンサが吸収する脈動電力成分と、直流負荷が消費する脈動電力成分とを説明する表である。
制御パタン６のエネルギフローを説明する図である。（ａ）は、エネルギフロー、（ｂ）は、系統連系インバータの電力、（ｃ）は、平滑コンデンサの電力、（ｄ）は、直流負荷の電力である。
制御パタン７のエネルギフローを説明する図である。（ａ）は、エネルギフロー、（ｂ）は、系統連系インバータの電力、（ｃ）は、平滑コンデンサの電力、（ｄ）は、直流負荷の電力である。
制御パタン６における、位相関係を説明する図である。
制御パタン７における、位相関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して実施の形態について詳細に説明する。
［電力システム１］
図１は、本実施の形態における電力システム１の一例を示す図である。
電力システム１は、系統連系インバータ１０と、直流リンク部２０と、平滑コンデンサ３０と、太陽光パネル４０と、蓄電池５０と、空調機６０とを備える。電力システム１は、単相交流電源１００に接続されている。単相交流電源１００は、電力系統である。図においては、系統連系インバータ１０を系統連系ＩＮＶと表記する。電力システム１が備える、系統連系インバータ１０、太陽光パネル４０、蓄電池５０、及び空調機６０を略して機器と表記する。直流リンクは、ＤＣリンクと表記されることがある。太陽光パネル４０は、太陽電池装置の一例である。蓄電池５０は、蓄電装置の一例である。
【０００９】
系統連系インバータ１０は、電力が入出力される２つの入出力部を有する。系統連系インバータ１０の一方の入出力部は、単相交流電源１００に接続可能に構成されている。系統連系インバータ１０の他方の入出力部は、直流リンク部２０に接続されている。平滑コンデンサ３０は、直流リンク部２０に接続されている。太陽光パネル４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を介して直流リンク部２０に接続されている。蓄電池５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して、直流リンク部２０に接続されている。空調機６０は、直流リンク部２０に接続されている。単相交流電源１００が接続された交流電流経路を交流ライン（図１では、ＡＣラインと表記）とし、直流リンク部２０、太陽光パネル４０、蓄電池５０、及び空調機６０が接続された直流電流経路を直流ライン（図１では、ＤＣラインと表記）とする。系統連系インバータ１０は、交流ラインと直流ラインとの間に設けられている。
【００１０】
系統連系インバータ１０は、順潮流動作、逆潮流動作、及び解列動作を行う。言い換えると、本開示における系統連系インバータ１０の動作は、順潮流動作、逆潮流動作、及び解列動作である。順潮流動作は、交流電力を直流電力に変換して、単相交流電源１００側から直流リンク部２０側に電力を供給する。逆潮流動作は、直流電力を交流電力に変換して、直流リンク部２０側から単相交流電源１００側に電力を供給する。系統連系インバータ１０は、電力を双方向に供給できるインバータである。逆潮流動作及び順潮流動作では、系統連系インバータ１０を介して、交流ライン側と直流ライン側とが並列して動作する。解列動作は、直流電力を交流電力に変換する逆潮流動作、及び交流電力を直流電力に変換する順潮流動作のいずれも行わない動作である。解列動作では、交流ライン側と直流ライン側とが切り離されて動作する。系統連系インバータ１０は、交流電力の系統（ここでは、電力系統である。）と直流電力の系統とを連系させる。
（【００１１】以降は省略されています）

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