JP2016158407A - Power generating system - Google Patents

Power generating system Download PDF

Info

Publication number
JP2016158407A
JP2016158407A JP2015034897A JP2015034897A JP2016158407A JP 2016158407 A JP2016158407 A JP 2016158407A JP 2015034897 A JP2015034897 A JP 2015034897A JP 2015034897 A JP2015034897 A JP 2015034897A JP 2016158407 A JP2016158407 A JP 2016158407A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
power
generation system
inverter
power generation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015034897A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6453107B2 (en
Inventor
豊田 勝
Masaru Toyoda
勝 豊田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority to JP2015034897A priority Critical patent/JP6453107B2/en
Publication of JP2016158407A publication Critical patent/JP2016158407A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6453107B2 publication Critical patent/JP6453107B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized and inexpensive power generating system.SOLUTION: A small hydraulic power generating system comprises: a water turbine 11 rotationally driven by flowing water; an AC power generator 7 that includes a rotor 9 coupled with a rotating shaft of the water turbine 11 to rotate at the same rotation speed as that of the water turbine 11, and outputs AC voltage VAC1 having a frequency corresponding to the rotation speed of the water turbine 11; a converter 13 for converting the AC voltage VAC1 into DC voltage VDC1; a boost chopper 14 for boosting the DC voltage VDC1 to DC voltage VDC2 having a predetermined value; and an inverter 16 for converting the DC voltage VDC2 into AC voltage having a commercial frequency. Absence of an amplification device for increasing the rotation speed of the rotating shaft of the water turbine 11 to transfer the speed to the rotor 9 makes it possible to implement a small-sized and inexpensive power generating system.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は発電システムに関し、特に、河川、水路などに流れる水のエネルギーを用いて電力を発生する発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation system, and more particularly to a power generation system that generates electric power using the energy of water flowing in rivers, waterways, and the like.

特許文献1には、超低落差水位エネルギーなどを用いて電力を発生する発電システムが開示されている。この発電システムでは、超低落差水位回収機の回転軸の回転速度が増速装置によって増速されて直流発電機の回転軸に伝達される。直流発電機から出力される直流電圧と、太陽電池から出力される直流電圧とが、直流電圧バランス部を介してインバータに供給され、インバータによって交流電圧に変換されて負荷および商用電力系統に供給される。   Patent Document 1 discloses a power generation system that generates electric power using ultra-low drop water level energy or the like. In this power generation system, the rotational speed of the rotating shaft of the ultra-low head water level recovery machine is increased by the speed increasing device and transmitted to the rotating shaft of the DC generator. The DC voltage output from the DC generator and the DC voltage output from the solar battery are supplied to the inverter via the DC voltage balance unit, converted into AC voltage by the inverter, and supplied to the load and the commercial power system. The

特開2002−262462号公報JP 2002-262462 A

しかし、従来の発電システムでは、超低落差水位回収機の回転軸の回転速度を増速して直流発電機の回転軸に伝達する増速装置が設けられていたので、システムが大型化し、コスト高になるという問題があった。   However, the conventional power generation system is equipped with a speed increasing device that increases the rotational speed of the rotating shaft of the ultra-low-drop water level recovery machine and transmits it to the rotating shaft of the DC generator. There was a problem of becoming high.

それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で低コストの発電システムを提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a small-sized and low-cost power generation system.

この発明に係る発電システムは、流水によって回転駆動される水車と、水車の回転軸に結合されて水車と同じ回転速度で回転する回転子を含み、水車の回転速度に応じた周波数の第1の交流電圧を出力する交流発電機と、第1の交流電圧を第1の直流電圧に変換するコンバータと、第1の直流電圧を昇圧して予め定められた値の第2の直流電圧を生成する第1の昇圧チョッパと、第2の直流電圧を第2の交流電圧に変換するインバータとを備えたものである。   The power generation system according to the present invention includes a water wheel that is rotationally driven by running water, and a rotor that is coupled to a rotation shaft of the water wheel and rotates at the same rotation speed as the water wheel, and has a first frequency having a frequency corresponding to the rotation speed of the water wheel. An AC generator that outputs an AC voltage, a converter that converts the first AC voltage into a first DC voltage, and a second DC voltage having a predetermined value are generated by boosting the first DC voltage. A first step-up chopper and an inverter that converts the second DC voltage into a second AC voltage are provided.

この発明に係る発電システムでは、増速装置を設けることなく、交流発電機の回転子を水車の回転軸と同じ回転速度で回転させる。したがって、増速装置を設けていた従来と比べ、システムの小型化、低コスト化を図ることができる。さらに、コンバータとインバータの間に第1の昇圧チョッパを設けたので、交流発電機の出力電圧が変動する場合でも、インバータの入力電圧を所定値に維持することができる。   In the power generation system according to the present invention, the rotor of the AC generator is rotated at the same rotational speed as the rotating shaft of the water turbine without providing a speed increasing device. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the system as compared with the conventional case where the speed increasing device is provided. Furthermore, since the first step-up chopper is provided between the converter and the inverter, the input voltage of the inverter can be maintained at a predetermined value even when the output voltage of the AC generator varies.

この発明の実施の形態1による小水力発電システムの構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the small hydroelectric power generation system by Embodiment 1 of this invention. 図1に示した昇圧チョッパの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the pressure | voltage rise chopper shown in FIG. 実施の形態1の変更例を示す回路ブロック図である。FIG. 6 is a circuit block diagram illustrating a modification of the first embodiment. 実施の形態1の他の変更例を示す回路ブロック図である。FIG. 10 is a circuit block diagram illustrating another modification of the first embodiment. この発明の実施の形態2による発電システムの構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the electric power generation system by Embodiment 2 of this invention.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による小水力発電システムの構成を示す回路ブロック図である。この小水力発電システムは、河川、水路などに流れる水のエネルギーを用いて三相交流電力を生成し、その三相交流電力を商用電力系統31および負荷32に供給するものである。図1では、図面および説明の簡単化のため、一相分の回路のみが示されている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of a small hydraulic power generation system according to Embodiment 1 of the present invention. This small hydroelectric power generation system generates three-phase AC power using the energy of water flowing in a river, a water channel, etc., and supplies the three-phase AC power to a commercial power system 31 and a load 32. In FIG. 1, only a circuit for one phase is shown for simplification of the drawing and description.

図1において、この小水力発電システムは、遮断器1,19,20、絶縁変圧器2,18、電流検出器3、電圧検出器4、電磁コンタクタ5、励磁装置6、交流発電機7、連結器10、水車11、リアクトル12、コンバータ13、昇圧チョッパ14、電解コンデンサ15、インバータ16、出力フィルタ17、および制御装置21を備える。   In FIG. 1, this small hydroelectric power generation system includes circuit breakers 1, 19, 20, isolation transformers 2, 18, current detector 3, voltage detector 4, electromagnetic contactor 5, excitation device 6, AC generator 7, connection A water vessel 10, a water wheel 11, a reactor 12, a converter 13, a boost chopper 14, an electrolytic capacitor 15, an inverter 16, an output filter 17, and a control device 21 are provided.

遮断器1の一方端子は商用電力系統31からの商用周波数の交流電圧を受け、その他方端子は絶縁変圧器2の1次側端子に接続される。絶縁変圧器2の2次側端子は電磁コンタクタ5を介して励磁装置6に接続される。遮断器1は、通常時はオンされ、過電流が流れた場合にオフされて小水力発電システムを保護する。絶縁変圧器2は、1次側端子に与えられた交流電圧に応じた電圧値の交流電圧を2次側端子に出力する。   One terminal of the circuit breaker 1 receives a commercial frequency AC voltage from the commercial power system 31, and the other terminal is connected to the primary terminal of the isolation transformer 2. The secondary terminal of the isolation transformer 2 is connected to the excitation device 6 via the electromagnetic contactor 5. The circuit breaker 1 is normally turned on and is turned off when an overcurrent flows to protect the small hydropower generation system. The insulation transformer 2 outputs an AC voltage having a voltage value corresponding to the AC voltage applied to the primary side terminal to the secondary side terminal.

電流検出器3は、絶縁変圧器2の出力電圧の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置21に与える。電圧検出器4は、絶縁変圧器2の出力電流の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置21に与える。電磁コンタクタ5は、制御装置21によって制御され、小水力発電を行なう場合にオンされ、小水力発電を停止する場合にオフされる。   The current detector 3 detects an instantaneous value of the output voltage of the isolation transformer 2 and gives a signal indicating the detected value to the control device 21. The voltage detector 4 detects an instantaneous value of the output current of the isolation transformer 2 and gives a signal indicating the detected value to the control device 21. The electromagnetic contactor 5 is controlled by the control device 21 and is turned on when performing small hydraulic power generation, and is turned off when stopping small hydraulic power generation.

交流発電機7は、同期発電機であり、励磁巻線(固定子巻線)8および回転子9を含む。励磁装置6は、制御装置21によって制御され、絶縁変圧器2から電磁コンタクタ5を介して供給される交流電力によって駆動され、励磁巻線8に励磁電流を流す。回転子9は、連結器10を介して水車11の回転軸に結合されている。   The AC generator 7 is a synchronous generator and includes an excitation winding (stator winding) 8 and a rotor 9. The excitation device 6 is controlled by the control device 21, is driven by AC power supplied from the insulation transformer 2 via the electromagnetic contactor 5, and causes excitation current to flow through the excitation winding 8. The rotor 9 is coupled to the rotation shaft of the water wheel 11 via the coupler 10.

水車11は、河川、水路などに流れる水のエネルギーによって回転駆動される。水車11の回転速度は、水の流速、水量などに応じて変化する。水車11が回転駆動されると、水車11の回転軸の回転速度(rpm)が連結器10を介して回転子9に伝達される。回転子9は、水車11と同じ回転速度(rpm)で回転する。   The water turbine 11 is rotationally driven by the energy of water flowing in a river, a water channel or the like. The rotation speed of the water wheel 11 changes according to the flow rate of water, the amount of water, and the like. When the water wheel 11 is driven to rotate, the rotation speed (rpm) of the rotation shaft of the water wheel 11 is transmitted to the rotor 9 via the coupler 10. The rotor 9 rotates at the same rotational speed (rpm) as the water wheel 11.

励磁巻線8に励磁電流が流されているときに回転子9が回転駆動されると、回転子9に含まれる回転子巻線に交流電圧VAC1が発生する。励磁電流を増大させると、交流電圧VAC1の振幅値が増大する。交流電圧VAC1は、水車11の回転速度(rpm)に応じた値の周波数を有する。制御装置21は、交流電圧VAC1の瞬時値を検出し、その検出結果に基づいて励磁装置6を制御し、励磁巻線8に流れる励磁電流を調整する。   When the rotor 9 is driven to rotate while an excitation current is flowing through the excitation winding 8, an AC voltage VAC <b> 1 is generated in the rotor winding included in the rotor 9. When the excitation current is increased, the amplitude value of the AC voltage VAC1 increases. The AC voltage VAC1 has a frequency with a value corresponding to the rotational speed (rpm) of the water turbine 11. The control device 21 detects the instantaneous value of the AC voltage VAC1, controls the excitation device 6 based on the detection result, and adjusts the excitation current flowing through the excitation winding 8.

交流発電機7の回転子9から出力される交流電圧VAC1は、リアクトル12を介してコンバータ13に与えられる。リアクトル12は、低域通過フィルタを構成し、交流電圧VAC1を通過させ、コンバータ13で発生するスイッチング周波数の信号が交流発電機7側に通過することを防止する。   The AC voltage VAC1 output from the rotor 9 of the AC generator 7 is given to the converter 13 via the reactor 12. Reactor 12 forms a low-pass filter, passes AC voltage VAC1, and prevents a signal having a switching frequency generated by converter 13 from passing to AC generator 7 side.

コンバータ13は、複数のスイッチング素子および複数のダイオードを含む。スイッチング素子としては、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられる。制御装置21は、交流電圧VAC1に同期してコンバータ13を制御する。コンバータ13は、制御装置21によって制御され、交流電圧VACを直流電圧VDC1に変換する。   Converter 13 includes a plurality of switching elements and a plurality of diodes. As the switching element, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used. Control device 21 controls converter 13 in synchronization with AC voltage VAC1. Converter 13 is controlled by control device 21 to convert AC voltage VAC to DC voltage VDC1.

昇圧チョッパ14は、制御装置21によって制御され、直流電圧VDC1を昇圧して予め定められた値の直流電圧VDC2を生成する。昇圧チョッパ14は、図2に示すように、入力端子T1,T2、出力端子T3,T4、リアクトルL1、ダイオードD1、およびNチャネルMOSトランジスタQ1を含む。   Boost chopper 14 is controlled by control device 21 to boost DC voltage VDC1 and generate DC voltage VDC2 having a predetermined value. As shown in FIG. 2, boost chopper 14 includes input terminals T1, T2, output terminals T3, T4, a reactor L1, a diode D1, and an N-channel MOS transistor Q1.

直流電圧VDC1は、入力端子T1,T2間に与えられる。リアクトルL1の一方端子は入力端子T1に接続される。ダイオードD1のアノードはリアクトルL1の他方端子に接続され、そのカソードは出力端子T3に接続される。トランジスタQ1のドレインはダイオードD1のアノードに接続され、そのソースは端子T2,T4に接続される。トランジスタQ1のゲートは、制御装置21からのPWM(pulse width modulation)信号φ1を受ける。電解コンデンサ15は、出力端子T3,T4間に接続される。直流電圧VDC2は、出力端子T3,T4間に出力される。   DC voltage VDC1 is applied between input terminals T1 and T2. One terminal of the reactor L1 is connected to the input terminal T1. The anode of the diode D1 is connected to the other terminal of the reactor L1, and the cathode is connected to the output terminal T3. The drain of the transistor Q1 is connected to the anode of the diode D1, and the source thereof is connected to the terminals T2 and T4. The gate of transistor Q1 receives a PWM (pulse width modulation) signal φ1 from control device 21. The electrolytic capacitor 15 is connected between the output terminals T3 and T4. The DC voltage VDC2 is output between the output terminals T3 and T4.

PWM信号φ1が「H」レベルにされると、トランジスタQ1がオンし、入力端子T1からリアクトルL1およびトランジスタQ1を介して入力端子T2に電流が流れ、リアクトルL1に電磁エネルギーが蓄えられる。PWM信号φ1が「L」レベルにされると、トランジスタQ1がオフし、リアクトルL1の電磁エネルギーが放出され、入力端子T1からリアクトルL1、ダイオードD1、および電解コンデンサ15を介して入力端子T2に電流が流れ、電解コンデンサ15が充電される。VDC2はVDC1にリアクトルL1の端子間電圧を加算した電圧となり、VDC2>VDC1となる。   When PWM signal φ1 is set to “H” level, transistor Q1 is turned on, current flows from input terminal T1 through reactor L1 and transistor Q1 to input terminal T2, and electromagnetic energy is stored in reactor L1. When the PWM signal φ1 is set to the “L” level, the transistor Q1 is turned off, the electromagnetic energy of the reactor L1 is released, and a current flows from the input terminal T1 to the input terminal T2 via the reactor L1, the diode D1, and the electrolytic capacitor 15. Flows, and the electrolytic capacitor 15 is charged. VDC2 is a voltage obtained by adding the voltage across the terminals of reactor L1 to VDC1, and VDC2> VDC1.

PWM信号φ1は、所定周波数を有する。PWM信号φ1が「H」レベルにされる時間と1周期の時間との比はデューティ比と呼ばれる。デューティ比を大きくするほど直流電圧VDC2の値が増大する。デューティ比を調整することにより、直流電圧VDC2を所望の電圧値にすることが可能となっている。制御装置21は、直流電圧VDC2が所定値になるように、PWM信号φ1のデューティ比を制御する。   The PWM signal φ1 has a predetermined frequency. The ratio between the time for which the PWM signal φ1 is set to the “H” level and the time for one cycle is called a duty ratio. The value of the DC voltage VDC2 increases as the duty ratio increases. By adjusting the duty ratio, the DC voltage VDC2 can be set to a desired voltage value. Control device 21 controls the duty ratio of PWM signal φ1 so that DC voltage VDC2 becomes a predetermined value.

図1に戻って、昇圧チョッパ14によって生成された直流電圧VDC2は、直流母線Ldcを介してインバータ16に供給される。電解コンデンサ15は、直流母線Ldcの直流電圧VDC2を平滑化および安定化させる。   Returning to FIG. 1, the DC voltage VDC2 generated by the step-up chopper 14 is supplied to the inverter 16 via the DC bus Ldc. Electrolytic capacitor 15 smoothes and stabilizes DC voltage VDC2 of DC bus Ldc.

インバータ16は、複数のスイッチング素子および複数のダイオードを含む。スイッチング素子としては、たとえばIGBTが用いられる。制御装置21は、電圧検出器4によって検出される交流電圧に同期してインバータ16を制御する。インバータ16は、制御装置21によって制御され、直流電圧VDC2を商用周波数の交流電圧に変換する。インバータ16で生成された交流電圧は、出力フィルタ17を介して絶縁変圧器18の1次側端子に与えられる。   Inverter 16 includes a plurality of switching elements and a plurality of diodes. For example, an IGBT is used as the switching element. The control device 21 controls the inverter 16 in synchronization with the AC voltage detected by the voltage detector 4. The inverter 16 is controlled by the control device 21 and converts the DC voltage VDC2 into an AC voltage having a commercial frequency. The AC voltage generated by the inverter 16 is given to the primary side terminal of the isolation transformer 18 via the output filter 17.

出力フィルタ17は、コンデンサおよび複数のリアクトルを含む。出力フィルタ17は、低域通過フィルタであり、インバータ16の出力電圧のうちの商用周波数成分を通過させ、インバータ16で発生するスイッチング周波数の信号が絶縁変圧器18側に通過することを防止する。換言すると、出力フィルタ17は、インバータ16によって生成された交流電圧を正弦波状の交流電圧VAC2に変換する。   The output filter 17 includes a capacitor and a plurality of reactors. The output filter 17 is a low-pass filter that passes a commercial frequency component of the output voltage of the inverter 16 and prevents a signal having a switching frequency generated by the inverter 16 from passing to the insulating transformer 18 side. In other words, the output filter 17 converts the AC voltage generated by the inverter 16 into a sinusoidal AC voltage VAC2.

絶縁変圧器18は、1次側端子に与えられた交流電圧VAC2に応じた電圧値の交流電圧を2次側端子に出力する。絶縁変圧器18の2次側端子から出力される交流電圧の位相および電圧値は、商用電力系統31から供給される交流電圧の位相および電圧値と一致している。   The insulation transformer 18 outputs an AC voltage having a voltage value corresponding to the AC voltage VAC2 applied to the primary side terminal to the secondary side terminal. The phase and voltage value of the AC voltage output from the secondary terminal of the insulation transformer 18 match the phase and voltage value of the AC voltage supplied from the commercial power system 31.

遮断器19は絶縁変圧器18の2次側端子と負荷32との間に接続され、遮断器20は商用電力系統31と負荷32の間に接続される。小水力発電システムによって生成された交流電力のみによって負荷32を駆動させる場合は、遮断器19がオンされるとともに遮断器20がオフされる。   The circuit breaker 19 is connected between the secondary terminal of the isolation transformer 18 and the load 32, and the circuit breaker 20 is connected between the commercial power system 31 and the load 32. When the load 32 is driven only by the AC power generated by the small hydraulic power generation system, the circuit breaker 19 is turned on and the circuit breaker 20 is turned off.

小水力発電システムのメンテナンス時などにおいて商用電力系統31から供給される交流電力のみによって負荷32を駆動させる場合は、遮断器19がオフされるとともに遮断器20がオンされる。小水力発電システムによって生成される交流電力が負荷32の消費電力よりも大きい場合は、遮断器19,20がともにオンされ、小水力発電システムの余剰電力が商用電力系統31に供給される。   When the load 32 is driven only by the AC power supplied from the commercial power system 31 at the time of maintenance of the small hydraulic power generation system, the circuit breaker 19 is turned off and the circuit breaker 20 is turned on. When the AC power generated by the small hydropower generation system is larger than the power consumption of the load 32, both the circuit breakers 19 and 20 are turned on, and surplus power of the small hydropower generation system is supplied to the commercial power system 31.

次に、この実施の形態1の動作について説明する。遮断器1,19,20はともにオンされているものとする。水車11は流水によって回転駆動され、水車11の回転軸の回転速度が連結器10によって交流発電機7の回転子9に伝達され、回転子9は水車11と同じ回転速度で回転している。   Next, the operation of the first embodiment will be described. The circuit breakers 1, 19 and 20 are both turned on. The water turbine 11 is rotationally driven by running water, and the rotational speed of the rotating shaft of the water turbine 11 is transmitted to the rotor 9 of the AC generator 7 by the coupler 10, and the rotor 9 rotates at the same rotational speed as the water turbine 11.

電磁コンタクタ5がオンされると、商用電力系統31からの交流電力が遮断器1、絶縁変圧器2、および電磁コンタクタ5を介して励磁装置6に供給され、励磁装置6によって励磁巻線8に励磁電流が流され、回転子9において交流電力が発生する。回転子9から出力される交流電圧VAC1は、リアクトル12を介してコンバータ13に供給され、コンバータ13によって直流電圧VDC1に変換される。   When the electromagnetic contactor 5 is turned on, AC power from the commercial power system 31 is supplied to the excitation device 6 through the circuit breaker 1, the insulation transformer 2, and the electromagnetic contactor 5, and the excitation device 6 supplies the excitation winding 8. Excitation current is passed, and AC power is generated in the rotor 9. The AC voltage VAC1 output from the rotor 9 is supplied to the converter 13 via the reactor 12, and is converted into the DC voltage VDC1 by the converter 13.

直流電圧VDC1は昇圧チョッパ14によって所定値の直流電圧VDC2に変換され、インバータ16によって商用周波数の交流電圧に変換される。インバータ16で生成された交流電圧は、出力フィルタ17によって正弦波状の交流電圧VAC2に変換される。交流電圧VAC2は、絶縁変圧器18および遮断器19を介して負荷32に供給される。負荷32は、小水力発電システムから供給される交流電力によって駆動される。小水力発電システムの余剰電力は、遮断器20を介して商用電力系統31に供給される。   The DC voltage VDC1 is converted into a DC voltage VDC2 having a predetermined value by the step-up chopper 14, and is converted into an AC voltage having a commercial frequency by the inverter 16. The AC voltage generated by the inverter 16 is converted by the output filter 17 into a sinusoidal AC voltage VAC2. The AC voltage VAC2 is supplied to the load 32 via the insulation transformer 18 and the circuit breaker 19. The load 32 is driven by AC power supplied from the small hydropower generation system. Surplus power of the small hydropower generation system is supplied to the commercial power system 31 via the circuit breaker 20.

この実施の形態1では、水車11の回転軸の回転速度を増速して回転子9に伝達する増速装置は設けられていない。したがって、増速装置が設けられていた従来と比べ、システムの小型化、低コスト化を図ることができる。   In the first embodiment, a speed increasing device for increasing the rotational speed of the rotating shaft of the water turbine 11 and transmitting it to the rotor 9 is not provided. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the system as compared with the conventional case where the speed increasing device is provided.

また、交流発電機7から出力される交流電圧VAC1をコンバータ13および昇圧チョッパ14によって直流電圧VDC2に変換した後、その直流電圧VDC2をインバータ16および出力フィルタ17によって商用周波数の交流電圧VAC2に変換するので、水車11の回転速度に関係なく商用周波数の交流電圧VAC2を生成することができる。   Further, after the AC voltage VAC1 output from the AC generator 7 is converted into the DC voltage VDC2 by the converter 13 and the step-up chopper 14, the DC voltage VDC2 is converted into the AC voltage VAC2 of the commercial frequency by the inverter 16 and the output filter 17. Therefore, the AC voltage VAC2 having a commercial frequency can be generated regardless of the rotational speed of the water turbine 11.

さらに、コンバータ13とインバータ16の間に昇圧チョッパ14を設けたので、水車11の回転速度が低下してコンバータ13の出力電圧VDC1が低下した場合でも、インバータ16の入力電圧VDC2を所定値に維持することができる。   Further, since the step-up chopper 14 is provided between the converter 13 and the inverter 16, the input voltage VDC2 of the inverter 16 is maintained at a predetermined value even when the rotation speed of the water turbine 11 decreases and the output voltage VDC1 of the converter 13 decreases. can do.

なお、本実施の形態1では、本願発明が三相交流電力を発生する小水力発電システムに適用された場合について説明したが、本願発明は単相交流電力を発生する小水力発電システムにも適用可能である。   In the first embodiment, the case where the present invention is applied to a small hydropower generation system that generates three-phase AC power has been described. However, the present invention is also applicable to a small hydropower generation system that generates single-phase AC power. Is possible.

図3は、実施の形態1の変更例を示す回路ブロック図であって、図1と対比される図である。図3を参照して、この小水力発電システムは、図1の小水力発電システムに蓄電池22および電磁コンタクタ23を追加したものである。蓄電池22は、電磁コンタクタ23を介して直流母線Ldcに接続される。電磁コンタクタ23は、通常はオンされ、蓄電池22のメンテナンス時などにオフされる。   FIG. 3 is a circuit block diagram showing a modification of the first embodiment, and is a diagram to be compared with FIG. With reference to FIG. 3, this small hydroelectric power generation system is obtained by adding a storage battery 22 and an electromagnetic contactor 23 to the small hydroelectric power generation system of FIG. Storage battery 22 is connected to DC bus Ldc via electromagnetic contactor 23. The electromagnetic contactor 23 is normally turned on and turned off when the storage battery 22 is maintained.

商用電力系統31から交流電力が供給されている通常時には、昇圧チョッパ14から出力される直流電力の一部が蓄電池22に供給され、蓄電池22は所定値の直流電圧VDC2に充電される。商用電力系統31からの交流電力の供給が停止された停電時には、蓄電池22の直流電力が電磁コンタクタ23および直流母線Ldcを介してインバータ16に供給され、インバータ16によって交流電力に変換される。停電時には、遮断器20がオフされる。したがって、停電が発生した場合でも、蓄電池22に直流電力が蓄えられている期間は負荷32の運転を継続することができる。   During normal times when AC power is supplied from the commercial power system 31, a part of the DC power output from the boost chopper 14 is supplied to the storage battery 22, and the storage battery 22 is charged to the DC voltage VDC2 having a predetermined value. In the event of a power failure when the supply of AC power from the commercial power system 31 is stopped, the DC power of the storage battery 22 is supplied to the inverter 16 via the electromagnetic contactor 23 and the DC bus Ldc, and is converted into AC power by the inverter 16. At the time of a power failure, the circuit breaker 20 is turned off. Therefore, even when a power failure occurs, the operation of the load 32 can be continued during the period in which the DC power is stored in the storage battery 22.

図4は、実施の形態1の他の変更例を示す回路ブロック図であって、図1と対比される図である。図4を参照して、この小水力発電システムは、図1の小水力発電システムに電気二重層コンデンサ24を追加したものである。電気二重層コンデンサ24は、直流母線Ldcに接続される。商用電力系統31から交流電力が供給されている通常時には、昇圧チョッパ14から出力される直流電力の一部が電気二重層コンデンサ24に供給され、電気二重層コンデンサ24は所定値の直流電圧VDC2に充電される。商用電力系統31から供給される交流電圧が瞬間的に低下した場合(いわゆる瞬停時)には、電気二重層コンデンサ24の直流電力が直流母線Ldcを介してインバータ16に供給され、インバータ16によって交流電力に変換される。したがって、瞬停が発生した場合でも、負荷32の運転を継続することができる。   FIG. 4 is a circuit block diagram showing another modification of the first embodiment, which is compared with FIG. Referring to FIG. 4, this small hydroelectric power generation system is obtained by adding an electric double layer capacitor 24 to the small hydroelectric power generation system of FIG. Electric double layer capacitor 24 is connected to DC bus Ldc. During normal times when AC power is supplied from the commercial power system 31, a part of the DC power output from the step-up chopper 14 is supplied to the electric double layer capacitor 24, and the electric double layer capacitor 24 has a DC voltage VDC2 having a predetermined value. Charged. When the AC voltage supplied from the commercial power system 31 drops instantaneously (so-called instantaneous power failure), the DC power of the electric double layer capacitor 24 is supplied to the inverter 16 via the DC bus Ldc. Converted to AC power. Therefore, even when a momentary power failure occurs, the operation of the load 32 can be continued.

[実施の形態2]
図5は、この発明の実施の形態2による発電システムの構成を示す回路ブロック図であって、図3と対比される図である。図5を参照して、この発電システムが図3の小水力発電システムと異なる点は、商用電力系統31と切り離され、遮断器1が除去され、複数組(図5では3組)の太陽電池パネル25および昇圧チョッパ26と、電磁コンタクタ27とが追加されている点である。太陽電池パネル25および昇圧チョッパ26は1組でも構わない。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a circuit block diagram showing the configuration of the power generation system according to Embodiment 2 of the present invention, and is compared with FIG. Referring to FIG. 5, this power generation system is different from the small hydropower generation system of FIG. 3 in that it is disconnected from commercial power system 31, circuit breaker 1 is removed, and a plurality of sets (three sets in FIG. 5) of solar cells. A panel 25, a step-up chopper 26, and an electromagnetic contactor 27 are added. One set of the solar cell panel 25 and the boost chopper 26 may be used.

負荷32は、遮断器19を介して絶縁変圧器18の2次側端子に接続されるとともに、遮断器20を介して絶縁変圧器2の1次側端子に接続される。遮断器20は、通常はオンされ、過電流が流れた場合にオフされる。各太陽電池パネル25は、対応する昇圧チョッパ26と電磁コンタクタ27を介して直流母線Ldcに接続される。電磁コンタクタ23は、通常はオンされ、太陽電池パネル25のメンテナンス時などにオフされる。   The load 32 is connected to the secondary side terminal of the insulation transformer 18 through the circuit breaker 19 and is connected to the primary side terminal of the insulation transformer 2 through the circuit breaker 20. The circuit breaker 20 is normally turned on and turned off when an overcurrent flows. Each solar cell panel 25 is connected to the DC bus Ldc via a corresponding boost chopper 26 and electromagnetic contactor 27. The electromagnetic contactor 23 is normally turned on, and is turned off when the solar cell panel 25 is maintained.

各太陽電池パネル25は、太陽光を受けて太陽光エネルギーを直流電力に変換する。各昇圧チョッパ26は、対応する太陽電池パネル25から出力される直流電圧を所定値の直流電圧VDC2に変換する。各昇圧チョッパ26から出力される直流電力は、蓄電池22に蓄えられるとともに、インバータ16によって交流電力に変換されて負荷32および励磁装置6に供給される。   Each solar battery panel 25 receives sunlight and converts the solar energy into DC power. Each step-up chopper 26 converts the DC voltage output from the corresponding solar cell panel 25 into a DC voltage VDC2 having a predetermined value. The DC power output from each boost chopper 26 is stored in the storage battery 22, converted into AC power by the inverter 16, and supplied to the load 32 and the excitation device 6.

発電システムを起動させるときに必要となる直流電力は、太陽電池パネル25で生成される。すなわち、発電システムを設置して交流発電機7を起動させる場合は、太陽電池パネル25および昇圧チョッパ26によって蓄電池22を所定値の直流電圧VDC2に充電した後、蓄電池22の直流電力をインバータ16によって交流電力に変換し、その交流電力によって励磁装置6を起動させ、励磁巻線8に励磁電流を流す。   The DC power necessary for starting the power generation system is generated by the solar cell panel 25. That is, when the AC generator 7 is started by installing the power generation system, the storage battery 22 is charged to the DC voltage VDC2 having a predetermined value by the solar battery panel 25 and the boost chopper 26, and then the DC power of the storage battery 22 is supplied by the inverter 16. The AC power is converted to AC power, the exciter 6 is activated by the AC power, and an exciting current is passed through the exciting winding 8.

これにより、交流発電機7によって交流電力が生成され、その交流電力がコンバータ13、昇圧チョッパ14、およびインバータ16によって商用周波数の交流電力に変換され、その交流電力が励磁装置6に供給されて発電システムが起動される。発電システムが起動された後に負荷32の電源スイッチをオンすれば、負荷32を駆動することができる。   As a result, AC power is generated by the AC generator 7, and the AC power is converted into AC power of commercial frequency by the converter 13, the step-up chopper 14, and the inverter 16, and the AC power is supplied to the excitation device 6 to generate power. The system is started. If the power switch of the load 32 is turned on after the power generation system is activated, the load 32 can be driven.

この実施の形態2では、蓄電池22を充電するための太陽電池パネル25および昇圧チョッパ26を設けたので、商用電力系統から交流電力が供給されていない地域においても商用周波数の交流電力を生成して負荷32を駆動させることができる。   In the second embodiment, since the solar battery panel 25 and the boost chopper 26 for charging the storage battery 22 are provided, AC power having a commercial frequency is generated even in an area where AC power is not supplied from the commercial power system. The load 32 can be driven.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1,19,20 遮断器、2,18 絶縁変圧器、3 電流検出器、4 電圧検出器、5,23,27 電磁コンタクタ、6 励磁装置、7 交流発電機、10 連結器、11 水車、12 リアクトル、13 コンバータ、14,26 昇圧チョッパ、Ldc 直流母線、15 電解コンデンサ、16 インバータ、17 出力フィルタ、21 制御装置、T1,T2 入力端子、T3,T4 出力端子、L1 リアクトル、D1 ダイオード、Q1 NチャネルMOSトランジスタ、22 蓄電池、24 電気二重層コンデンサ、25 太陽電池パネル。   1, 19, 20 Circuit breaker, 2, 18 Insulation transformer, 3 Current detector, 4 Voltage detector, 5, 23, 27 Electromagnetic contactor, 6 Excitation device, 7 Alternator, 10 coupler, 11 Turbine, 12 Reactor, 13 Converter, 14, 26 Boost chopper, Ldc DC bus, 15 Electrolytic capacitor, 16 Inverter, 17 Output filter, 21 Controller, T1, T2 input terminal, T3, T4 output terminal, L1 reactor, D1 diode, Q1 N Channel MOS transistor, 22 storage battery, 24 electric double layer capacitor, 25 solar panel.

Claims (6)

流水によって回転駆動される水車と、
前記水車の回転軸に結合されて前記水車と同じ回転速度で回転する回転子を含み、前記水車の回転速度に応じた周波数の第1の交流電圧を出力する交流発電機と、
前記第1の交流電圧を第1の直流電圧に変換するコンバータと、
前記第1の直流電圧を昇圧して予め定められた値の第2の直流電圧を生成する第1の昇圧チョッパと、
前記第2の直流電圧を第2の交流電圧に変換するインバータとを備える、発電システム。
A water wheel that is rotationally driven by running water;
An alternator including a rotor coupled to a rotation shaft of the water wheel and rotating at the same rotation speed as the water wheel, and outputting a first AC voltage having a frequency corresponding to the rotation speed of the water wheel;
A converter for converting the first AC voltage into a first DC voltage;
A first boost chopper that boosts the first DC voltage to generate a second DC voltage having a predetermined value;
A power generation system comprising: an inverter that converts the second DC voltage into a second AC voltage.
さらに、前記第1の昇圧チョッパで生成された前記第2の直流電圧を前記インバータに供給するための直流母線と、
前記直流母線に接続され、前記第2の直流電圧に充電される電力貯蔵装置とを備え、
前記インバータで使用される直流電力が不足する場合は不足分の直流電力が前記電力貯蔵装置から前記インバータに供給される、請求項1に記載の発電システム。
Further, a DC bus for supplying the inverter with the second DC voltage generated by the first boost chopper;
A power storage device connected to the DC bus and charged to the second DC voltage;
2. The power generation system according to claim 1, wherein when the DC power used by the inverter is insufficient, a shortage of DC power is supplied from the power storage device to the inverter.
前記電力貯蔵装置は蓄電池である、請求項2に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 2, wherein the power storage device is a storage battery. 前記電力貯蔵装置は電気二重層コンデンサである、請求項2に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 2, wherein the power storage device is an electric double layer capacitor. さらに、太陽光を受けて第3の直流電圧を出力する太陽電池と、
前記第3の直流電圧を昇圧して前記第2の直流電圧を生成し、生成した前記第2の直流電圧を前記直流母線に出力する第2の昇圧チョッパとを備える、請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載の発電システム。
A solar cell that receives sunlight and outputs a third DC voltage;
A second boost chopper that boosts the third DC voltage to generate the second DC voltage and outputs the generated second DC voltage to the DC bus. 5. The power generation system according to any one of up to 4.
前記交流発電機は前記回転子および励磁巻線を含む同期発電機であり、
さらに、前記インバータおよび商用電力系統のうちの少なくともいずれか一方から供給される交流電力によって駆動され、前記励磁巻線に励磁電流を供給する励磁装置を備える、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の発電システム。
The AC generator is a synchronous generator including the rotor and an excitation winding,
Furthermore, any one of Claim 1-5 provided with the excitation apparatus which is driven by the alternating current power supplied from at least any one of the said inverter and a commercial power system, and supplies excitation current to the said excitation winding. The power generation system according to claim 1.
JP2015034897A 2015-02-25 2015-02-25 Power generation system Active JP6453107B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015034897A JP6453107B2 (en) 2015-02-25 2015-02-25 Power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015034897A JP6453107B2 (en) 2015-02-25 2015-02-25 Power generation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016158407A true JP2016158407A (en) 2016-09-01
JP6453107B2 JP6453107B2 (en) 2019-01-16

Family

ID=56826901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015034897A Active JP6453107B2 (en) 2015-02-25 2015-02-25 Power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6453107B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019075885A (en) * 2017-10-16 2019-05-16 東芝三菱電機産業システム株式会社 Wave force power generation system

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0638599A (en) * 1992-07-21 1994-02-10 Mitsubishi Electric Corp Pumped-storage power generating apparatus
JP2002017044A (en) * 2000-06-30 2002-01-18 Kansai Electric Power Co Inc:The Power fluctuation smoothing apparatus and method for controlling distributed power supply system comprising the same
JP2002155846A (en) * 2000-11-24 2002-05-31 Hitachi Engineering & Services Co Ltd Power recovery hydraulic power generation device
JP2002262462A (en) * 2001-03-02 2002-09-13 Hitachi Ltd Waterlevel energy recovering hybrid system
JP2003009537A (en) * 2001-06-27 2003-01-10 Hitachi Ltd Power converter
JP2003088190A (en) * 2001-09-13 2003-03-20 Meidensha Corp Power generating facility
US20030137149A1 (en) * 2001-10-29 2003-07-24 Northrup G. William Segmented arc generator
JP2003299396A (en) * 2002-04-03 2003-10-17 Ebara Densan Ltd Wind power generating set
JP2005176498A (en) * 2003-12-11 2005-06-30 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Water-power generation system using squirrel-cage induction generator
JP2007074783A (en) * 2005-09-05 2007-03-22 Cosmo Plant Kk Fluid-powered generation plant
JP2008131736A (en) * 2006-11-21 2008-06-05 Yaskawa Electric Corp Distributed power system and step-up/step-down chopper device
JP2010161889A (en) * 2009-01-09 2010-07-22 Kochi Univ Of Technology Power-generating apparatus
JP2013225972A (en) * 2012-04-20 2013-10-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Natural energy power generation facility and initiation method thereof

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0638599A (en) * 1992-07-21 1994-02-10 Mitsubishi Electric Corp Pumped-storage power generating apparatus
JP2002017044A (en) * 2000-06-30 2002-01-18 Kansai Electric Power Co Inc:The Power fluctuation smoothing apparatus and method for controlling distributed power supply system comprising the same
JP2002155846A (en) * 2000-11-24 2002-05-31 Hitachi Engineering & Services Co Ltd Power recovery hydraulic power generation device
JP2002262462A (en) * 2001-03-02 2002-09-13 Hitachi Ltd Waterlevel energy recovering hybrid system
JP2003009537A (en) * 2001-06-27 2003-01-10 Hitachi Ltd Power converter
JP2003088190A (en) * 2001-09-13 2003-03-20 Meidensha Corp Power generating facility
US20030137149A1 (en) * 2001-10-29 2003-07-24 Northrup G. William Segmented arc generator
JP2003299396A (en) * 2002-04-03 2003-10-17 Ebara Densan Ltd Wind power generating set
JP2005176498A (en) * 2003-12-11 2005-06-30 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Water-power generation system using squirrel-cage induction generator
JP2007074783A (en) * 2005-09-05 2007-03-22 Cosmo Plant Kk Fluid-powered generation plant
JP2008131736A (en) * 2006-11-21 2008-06-05 Yaskawa Electric Corp Distributed power system and step-up/step-down chopper device
JP2010161889A (en) * 2009-01-09 2010-07-22 Kochi Univ Of Technology Power-generating apparatus
JP2013225972A (en) * 2012-04-20 2013-10-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Natural energy power generation facility and initiation method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019075885A (en) * 2017-10-16 2019-05-16 東芝三菱電機産業システム株式会社 Wave force power generation system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6453107B2 (en) 2019-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9698715B2 (en) Generating auxiliary power for a wind turbine
CA2826437C (en) Voltage control in a doubly-fed induction generator wind turbine system
US20150349687A1 (en) Electric Power Generation and Distribution for Islanded or Weakly-Connected Systems
US20070228836A1 (en) Power generation system and method
EP2589799B1 (en) Wind power generation system and wind power generation system controlling method
CN204559455U (en) Switching magnetic-resistance wind power generator control system
Belila et al. Control methodology and implementation of a Z-source inverter for a stand-alone photovoltaic-diesel generator-energy storage system microgrid
CN104660129A (en) Switch reluctance wind driven generator control system and method
US20150048623A1 (en) Method for operating an electric unit for a pumped-storage power plant
JP2014023421A (en) Wind turbine generator system and control method of exciting synchronous generator
JPWO2013108288A1 (en) Wind power generation system
US10998760B2 (en) System and method for controlling uninterruptible power supply of electrical power systems
US9455568B2 (en) Energy storage system for renewable energy source
JP2005269843A (en) Parallel operation device
US20210320601A1 (en) System and method for controlling wind turbine converters during high voltage ride through events
JP6453107B2 (en) Power generation system
JP5409197B2 (en) Secondary excitation type power generation system
WO2021205700A1 (en) Power conversion device
US10855215B2 (en) Power generation system technical field
CN109617476B (en) High-voltage direct-current system of multifunctional switched reluctance generator
Bubalo et al. Optimized isolated operation of a WECS-powered microgrid with a battery-assisted qZSI
JP2008271613A (en) Connecting method for system interconnection inverter
Inomata et al. Enhanced fault ride through capability of matrix converter for wind power system
WO2014073030A1 (en) Electricity generation system and wind-powered electricity generation system
WO2015186232A1 (en) Rotating electric machine system or rotating electric machine system control method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170301

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171108

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171114

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180529

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180703

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181211

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181212

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6453107

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250