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公開番号2025110793
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-29
出願番号2024004835
出願日2024-01-16
発明の名称発電システム
出願人株式会社SOKEN,株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02P 9/04 20060101AFI20250722BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力系統に対して電力を適正に出力する。
【解決手段】発電システム10において、遊星歯車機構23の第1軸には水車11が接続され、第2軸には第1回転電機21が接続され、第3軸には第2回転電機22が接続されている。水車11の回転により第1回転電機21が発電し、発電した交流電力が電力系統90に出力される。発電システム10は、第1回転電機21から出力される交流電力を直流電力に変換する第1インバータ51と、第1インバータから出力される直流電力を交流電力に変換する第2インバータ52とを備える。発電制御装置15は、第1回転電機21の回転状態を示すパラメータを取得する取得部41と、そのパラメータに基づいて、各インバータの操作による第2回転電機22の回転状態で第3軸の回転数を制御し、その回転数制御により第1回転電機21の回転数を調整する回転制御部42と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１軸、第２軸及び第３軸を有する遊星歯車機構（２３）と、
前記第１軸に接続され、流体の流れにより回転する回転体（１１）と、
前記第２軸に接続され、当該第２軸の回転により発電する第１回転電機（２１）と、
前記第３軸に接続された第２回転電機（２２）と、
を備え、前記回転体の回転により前記第１回転電機の交流発電を行わせ、発電された交流電力を、前記第１回転電機から延びる交流電力線（５６）を介して電力系統（９０）に出力可能としており、
前記交流電力線に接続され、前記第１回転電機から出力される交流電力を直流電力に変換する第１インバータ（５１）と、
前記第１インバータに対して高電位側及び低電位側の直流端子どうしが接続されており、前記第１インバータから出力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力により前記第２回転電機を回転させる第２インバータ（５２）と、
前記第１回転電機の回転状態を示すパラメータを取得する取得部（４１）と、
前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて、前記各インバータの操作による前記第２回転電機の回転状態で前記第３軸の回転数を制御し、その回転数制御により前記第１回転電機の回転数を調整する回転制御部（４２）と、
を備える、発電システム（１０）。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記回転制御部は、前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて前記各インバータの操作により前記第２回転電機の回転数制御を行うことで、前記第３軸の回転数を制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記遊星歯車機構の前記第３軸には駆動軸（２５）を介して前記第２回転電機が接続されており、
前記駆動軸の回転に対して制動力を付与するブレーキ装置（１１１）を備え、
前記回転制御部は、前記各インバータの操作により前記第２回転電機が回転状態であり、かつ前記ブレーキ装置により前記駆動軸に所定の制動力が付与されている場合に、前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて前記ブレーキ装置の制動力を増加又は減少させることで、前記第３軸の回転数を制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項４】
前記取得部は、前記パラメータとして、前記第１回転電機の回転の機械的若しくは電気的な周波数、又は前記第１回転電機の交流出力の周波数、電圧、電流若しくは電力を取得し、
前記回転制御部は、前記第１回転電機の回転の機械的若しくは電気的な周波数、又は交流出力電圧の周波数又は位相を、前記電力系統の系統電圧周波数により規定された規定周波数又は位相に一致させるように前記第３軸の回転数を制御する、請求項１～３のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項５】
前記第２インバータにおいて交流電力を出力する交流端子には、スイッチ（１２１）を介して抵抗負荷（１２２）が接続されており、
前記回転体の回転に伴う前記第１回転電機による発電状態下において、前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて、前記第２インバータの交流端子から前記抵抗負荷が切り離された第１状態と、前記第２インバータの交流端子に前記抵抗負荷が接続された第２状態とを切り替える切替制御部（１２３）を備え、
前記回転制御部は、前記第２状態である場合に、前記各インバータの操作により前記抵抗負荷を通電することで、前記第３軸の回転数を制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項６】
前記遊星歯車機構は、サンギア（３１）と、前記サンギアと同軸で回転するリングギア（３２）と、前記サンギア及び前記リングギアの双方に噛み合う複数のピニオンギア（３３）と、前記ピニオンギアの回転に伴い前記サンギアと同軸で回転するプラネタリキャリア（３４）とを有し、
前記サンギアが前記第２軸として前記第１回転電機に接続され、前記リングギアが前記第３軸として前記第２回転電機に接続され、前記プラネタリキャリアが前記第１軸として前記回転体に接続されており、
前記回転制御部は、前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて、前記第２回転電機により前記リングギアの回転数を制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項７】
前記遊星歯車機構と、前記第１回転電機と、前記第２回転電機とは、ハイブリッド車両においてトランスアクスル（１３）として搭載されていた車載部品であり、
前記トランスアクスルにおいて前記遊星歯車機構の前記第１軸に、前記ハイブリッド車両のエンジンに代えて、前記回転体が接続されており、
前記第１インバータ及び前記第２インバータは、前記ハイブリッド車両において、前記第１回転電機及び前記第２回転電機に対するそれぞれの電力の入出力を調整する電力変換器である、請求項１に記載の発電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、水力や風力等をエネルギー源として発電する発電システムに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、水力や風力等の再生可能エネルギーにより発電する発電システムが各種提案されている。例えば特許文献１に記載の水力発電システムでは、源流の水位変化又は取水口からの取水による水圧変化を水圧センサにより検出し、検出した取水の変化に応じて、水車の流量調整器の開度を調整して制御するとともに、調整された開度に応じて、水車の回転数を制御するようにしている。そしてこの構成により、出力電力が最適となる水車の回転数に制御できるものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－７１１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発電システムにおいて、水車の回転に伴い生じる発電機の発電電力を電力系統に直接出力することが考えられる。この場合、水圧変化等により水車の回転が変動すると、発電機の出力電圧が系統電圧の周波数（例えば５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）から乖離してしまい、系統連系ができなくなることが懸念される。そのため、系統電圧出力を行う発電システムにおいて改善の余地がある。
【０００５】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電力系統に対して電力を適正に出力することができる発電システム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】
本開示の発電システムは、
第１軸、第２軸及び第３軸を有する遊星歯車機構と、
前記第１軸に接続され、流体の流れにより回転する回転体と、
前記第２軸に接続され、当該第２軸の回転により発電する第１回転電機と、
前記第３軸に接続された第２回転電機と、
を備え、前記回転体の回転により前記第１回転電機の交流発電を行わせ、発電された交流電力を、前記第１回転電機から延びる交流電力線を介して電力系統に出力可能としており、
前記交流電力線に接続され、前記第１回転電機から出力される交流電力を直流電力に変換する第１インバータと、
前記第１インバータに対して高電位側及び低電位側の直流端子どうしが接続されており、前記第１インバータから出力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力により前記第２回転電機を回転させる第２インバータと、
前記第１回転電機の回転状態を示すパラメータを取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて、前記各インバータの操作による前記第２回転電機の回転状態で前記第３軸の回転数を制御し、その回転数制御により前記第１回転電機の回転数を調整する回転制御部と、
を備える。
【０００７】
上記構成の発電システムでは、遊星歯車機構の３軸（第１軸、第２軸及び第３軸）に、流体の流れにより回転する回転体と、第１回転電機と、第２回転電機とがそれぞれ接続されており、回転体の回転により第１回転電機を駆動し発電を行わせることが可能となっている。また、第１回転電機により発電された交流電力が交流電力線を介して電力系統に出力される構成になっている。また、第２回転電機は、第１回転電機の交流電力線から第１インバータ及び第２インバータを介して供給される電力によって駆動可能となっている。
【０００８】
遊星歯車機構では、２つの軸の回転数によって残り１つの軸の回転数が定まるため、流体の流れに伴う回転体の回転により第１軸が回転する場合に、第２軸に接続された第１回転電機（発電機）の回転数を、第３軸の回転数により増減させることができる。この場合特に、第１回転電機の回転状態を示すパラメータに基づいて、各インバータの操作による第２回転電機の回転状態で第３軸の回転数を制御し、その回転数制御により第１回転電機の回転数を調整するようにした。これにより、例えば水や空気等からなる流体の流速変化により回転体の回転数が変動しても、第１回転電機の回転数を所望の回転数に調整でき、ひいては、系統電圧の周波数を適正な周波数で維持することが可能となる。その結果、電力系統に対して電力を適正に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
発電システムの全体構成図。
トランスアクスルの構成例を示すスケルトン図。
ハイブリッド車両の概略構成を示す図。
遊星歯車機構の動作態様を示す共線図。
遊星歯車機構の３軸の回転数の変化を示す共線図。
発電システムにおける発電制御の処理手順を示すフローチャート。
第２実施形態において発電システムの全体構成図。
第２実施形態において発電制御の処理手順を示すフローチャート。
遊星歯車機構の３軸の回転数の変化を示す共線図。
第３実施形態において発電システムの全体構成図。
第３実施形態において発電制御の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
以下、本開示に係る発電システムを具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の発電システム１０は、使用済みのハイブリッド車両から取り外したトランスアクスルと電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）とを用いて構築された水力発電システムであり、再生可能エネルギーである水力エネルギーにより発電し、発電電力を系統電力として出力するものとなっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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