JP2013034295A - 発電設備に設けられた電圧安定化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電設備において外部電力系統から切り離された状態においても外部負荷の変動に対応して電圧を迅速且つ確実に安定化させる。
【解決手段】本発明に係る発電設備１に設けられた電圧安定化装置２は、発電装置３と、発電装置３で発電された電力を変換するコンバータ４と、コンバータ４で変換された直流電圧を交流電圧へと変換するインバータ５とを備えている発電設備１に設けられていて、外部負荷６に出力される電力の電圧を安定化させるものであって、電圧安定化装置２は、発電装置３とコンバータ４との間の電力供給ライン、コンバータ４とインバータ５との間の電力供給ライン、インバータ５と外部負荷６との間の電力供給ラインのいずれかに設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電設備に設けられた電圧安定化装置に関する。

病院、公共機関、離島や山間の住宅などにおいては、自家発電設備（電力系統から切り離された自立的な発電設備）が設けられることがある。
このような自家発電設備が設けられた電力供給係では、電力供給先にある設備や電化製品などのＯＮ／ＯＦＦに応じて電力供給系に接続された外部負荷が短時間に大きく変動しやすい。外部負荷が大きく変動すると、自家発電設備自体の供給電圧も不安定になりやすく、安定した電圧の発電電力を供給することが困難になる。

ところで、発電設備において発電された電力は、電力会社などの系統（外部電力系統と呼ぶ）に売電されることがある。そのため、発電設備が外部電力系統に常に繋がった状態となっていることがある。このような発電設備を外部電力系統に接続された発電設備と呼ぶ。
外部電力系統に接続された発電設備において生じる様々なトラブルに対応する技術が幾つか開発されている。

例えば、特許文献１には、「加熱媒体との熱交換により作動媒体を蒸発させる蒸気発生器と、前記蒸気発生器で蒸発した作動媒体を膨張させて機械的動力を得る膨張機と、冷却媒体との熱交換により前記膨張機で膨張した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記膨張機で得られた機械的動力により駆動されて発電する発電機と、前記発電機で発電した電力あるいは商用電力により作動し、前記冷却媒体を前記凝縮器に導入する冷却媒体導入手段と、前記膨張機及び前記発電機の運転条件が所定の値を超えないように前記冷却媒体導入手段に送電する電力を制御する制御装置と、を備える発電装置」が開示されている。

また、特許文献２には、燃料流量によって出力制御可能なガスタービンに、永久磁石式同期発電機が連結されるタービン発電機と、タービン発電機に接続されるコンバータと、コンバータと負荷との間に接続されるインバータと、交流連系系統に接続される変圧手段と、変圧手段とインバータとの間に接続される整流手段と、コンバータからの出力部である直流部に接続される回生抵抗とを含み、タービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第１電圧値以下の状態では、変圧手段および整流手段を介して交流連系系統からインバータに給電し、タービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第２電圧値以上の状態では、回生抵抗によって余剰電力を消費するように構成されることを特徴とするタービン発電装置が開示されている。

特開２００７−００６６８３号公報 特開２００５−２１８１６３号公報

ところで、上述した特許文献１や特許文献２の発電装置は、電力会社などが提供する外部電力系統に常に接続した状況下で出力電圧を安定化するものである。
例えば、特許文献１の発電装置は、停電などによって接続された外部電力系統からの電力供給が停止した際に、発電機のロータが高速回転し続け、過回転速度により発電機が破損することを防止するために、発電機から冷却媒体導入手段に送電する電力を調整するものである。

また、特許文献２の発電装置も、外部電力系統からの電力供給が停止した際に、別途電力蓄積要素を設けることなく余剰電力を回生抵抗で消費させて、負荷の変動に対する優れた出力応答性を実現するものである。
つまり、特許文献１や特許文献２の発電装置は、多大な電力を供給する外部電力系統との接続下において電圧を安定化させるものであり、外部電力系統とは異なる小規模な自家発電設備（外部電力系統から切り離された自立的な発電設備）とは技術が全く異なるものである。言い換えれば、特許文献１や特許文献２では、離島などで用いられる自家発電設備において外部負荷の変動に対応し電圧を安定化させることができないのが実情である。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、電力系統から切り離された状態においても外部負荷の変動に対応して電圧を迅速且つ確実に安定化させることができる発電装置の電圧安定化装置及び電圧安定化方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
すなわち、本発明の発電設備に設けられた電圧安定化装置は、発電装置を備えた発電設備に設けられていて、外部負荷に出力される出力電圧を安定化させる電圧安定化装置であって、前記電圧安定化装置は、発電装置と外部負荷との間の電力供給ラインに設けられていることを特徴とするものである。

好ましくは、発電装置と、発電装置で発電された電力を変換するコンバータと、コンバータで変換された直流電圧を交流電圧へと変換するインバータとを備えている発電設備に設けられていて、前記電圧安定化装置は、発電装置とコンバータとの間の電力供給ライン、コンバータとインバータとの間の電力供給ライン、インバータと外部負荷との間の電力供給ラインのいずれかに設けられているとよい。

好ましくは、前記電圧安定化装置は、前記電力供給ラインの極間に設けられた抵抗と、当該極間の電圧を測定する電圧測定器と、電圧測定器で測定された電圧が所定の電圧となっているか否かを判断する比較部と、比較部での比較結果に応じて前記抵抗を流れる電流のＯＮ／ＯＦＦを行っているスイッチング部と、を備えているとよい。
好ましくは、前記スイッチング部は、前記比較部での比較結果に応じて指令を発する指令部と、この指令部の信号が入力されることによりスイッチングされるスイッチング素子と、を備えているとよい。

好ましくは、前記スイッチング素子は、ＩＧＢＴ、ＳＳＲ、ＳＳＣのいずれかであるとよい。
好ましくは、前記電圧安定化装置は、整流部を有し、前記整流部において電力供給ラインからの電流を整流すると共に、前記電圧測定器にて極間の電圧を測定するように構成されているとよい。

好ましくは、前記発電装置は、液体の作動媒体を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器で生成された作動媒体の蒸気を用いて発電を行う発電機と、この発電機で発電に用いられた作動媒体の蒸気を凝縮させる凝縮器と、凝縮器で液状とされた作動媒体を圧送するポンプと、を備えていて、前記作動媒体を蒸発器から発電機及び凝縮器を経由して蒸発器に帰還させつつ発電機で発電を行う構成とされているとよい。

好ましくは、電圧安定化装置での電圧安定処理に連動して、発電機を通過する作動媒体の循環量を制御するように構成されているとよい。

本発明の発電設備に設けられた電圧安定化装置及び電圧安定化方法によれば、外部電力系統から切り離された状態においても外部負荷の変動に対応して電圧を迅速且つ確実に安定化させることができる。

電圧安定化装置の設置位置を示す図である。 第１実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第２実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第３実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第４実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第５実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第６実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第７実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第８実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第９実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第１０実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第１１実施形態の電圧安定化装置が設けられた発電装置の説明図である。 第１２実施形態の電圧安定化装置を示す説明図である。

以下、本発明に係る発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の実施形態を示している。
本発明の電圧安定化装置２は、外部電力系統（電力会社などの系統）から切り離された自立的な発電設備１に設けられている。
図１には、本実施形態の発電設備１（自立的な発電設備１）が示されている。

この発電設備１は、所定の電力（例えば、所定電圧の三相電力）を発電可能な発電装置３と、この発電装置３で発電された電力を変換するコンバータ４、インバータ５を有している。具体的には、発電装置３で発電された所定電圧の三相電力は、コンバータ４に送られ直流に変換される。コンバータ４で変換された直流はインバータ５へ送られ、外部負荷６に応じた電力（例えば、三相２００Ｖ、６０Ｈｚ）へと変換される。

ところで、このような自立的な発電設備１においては、外部負荷６が大きく変動すると供給電圧が不安定になりやすく、安定した電圧の発電電力を供給することが困難になる。この問題に対応するために、本発明の発電設備１には、電圧安定化装置２が備えられている。
電圧安定化装置２は、インバータ５と外部負荷６との間の電力供給ライン（図１に示すＡの位置）、コンバータ４とインバータ５との間の電力供給ライン（図１に示すＢの位置）、発電機９とコンバータとの間の電力供給ライン（図１に示すＣの位置）のいずれかに配備されている。加えて、各位置に配備される電圧安定化装置２の仕組みにも複数のものが採用可能である。以下、これらを第１実施形態〜第１２実施形態として、順に説明する。

なお、発電装置に用いられる機構としては、タービン発電機、ディーゼル発電機、風力発電機、水力発電機を用いたなどが考えられるが、本実施形態ではバイナリ発電機を例示して説明する。
［第１実施形態］
図２には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第１実施形態が示されている。

この図に示すように、本実施形態の発電装置は、バイナリ発電装置であり、設備外の熱を熱源として利用して発電を行うものであって、液体の作動媒体を蒸発させる蒸発器８と、この蒸発器８で生成された作動媒体の蒸気を用いて膨張機のタービン（例えば、スクリュ膨張機のスクリュタービン）を回転させて発電を行う発電機９と、この発電機９で発電に用いられた作動媒体の蒸気を凝縮させる凝縮器１０とを有している。これらの蒸発器８、発電機９、凝縮器１０は作動媒体を循環させる閉ループ状の循環配管１１により接続されており、この循環配管１１には作動媒体（例えば、水より沸点の低い低沸点有機媒体など）を蒸発器８から発電機９・凝縮器１０を経由して蒸発器８に帰還する順に循環させる媒体循環ポンプ１２が備えられている。

図２に示すように、第１実施形態の電圧安定化装置２は、インバータ５から出力（外部負荷６）までの交流配線（図１に示すＡの位置の電力供給ライン）であって、インバータ５から出力された３相の交流配線に対して、３相（３極）のうち２相間（２極間）を結ぶ配線、言い換えればｓ−ｒ間、ｓ−ｔ間、ｒ−ｔ間にそれぞれ設けられていて、これらの相間を流れる電流を調整することで各相間の電圧を調整している。

それぞれの相間に設けられる電圧安定化装置２は、相間（極間）を結ぶ配線上に設けられた抵抗１３と、相間の電圧を測定する電圧測定器１４とを有している。さらに、電圧安定化装置２は、電圧測定器１４で測定された電圧が所定の電圧となっているか否かを比較（判断）する比較部１５と、比較部１５での判断の結果に応じて作動するスイッチング部１６とを備えている。スイッチング部１６は、高周波ゲート指令部１７（指令部）とこの高周波ゲート指令部１７の信号がゲートに入力されるＩＧＢＴ１８（パワースイッチング素子）とを備えている。なお、相間を結ぶ配線上には、スイッチング部と並列に整流子が設けられていてもよい。

次に、電圧安定化装置２を構成する抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５及びスイッチング部１６について詳しく説明する。
抵抗１３は、２相間を結ぶ配線上に配備されている。この抵抗１３には予め定められた抵抗値が与えられており、一方の配線から他方の配線に所定の電流が流れて電力を消費することによって２相間の電圧を所望の値に調整できるようになっている。

電圧測定器１４は、２相間の電圧を計測する電圧計である。電圧測定器１４で測定された電圧の測定値は比較部１５に出力される。
比較部１５は、電圧測定器１４で測定された電圧が所定の電圧となっているか否かを比較・判断するものであり、コンパレータなどから構成されている。比較部１５では、電圧の測定値が予め定められた電圧範囲を逸脱した際にスイッチング部１６に比較結果（信号）を送る。

比較部１５からの比較結果は高周波ゲート指令部１７に入力され、高周波ゲート指令部１７では、例えば２０ｋＨｚの高周波数で、比較部１５からの信号に基づいてＩＧＢＴを制御する。具体的には、比較部１５で２相間の電圧の測定値が予め定められた電圧範囲（閾値）を逸脱したと判断された際には、高周波ゲート指令部１７はＩＧＢＴ１８のゲートに対してスイッチング動作させるために電圧を印加する。ＩＧＢＴ１８がスイッチング動作すると（オン動作）、ＩＧＢＴ１８のコレクタ〜エミッタ間に電流が流れると共に抵抗１３にも電流が流れるようになり、２相間の電圧が低くなり、２相間の電圧を変更することができる。スイッチング動作は、高周波ゲート指令部１７により高周波数で行われるため、２相間の電圧を所望の値に調整できるようになる。なお、ＩＧＢＴ１８には、スイッチング時の電流の向きとは反対向きに電流が流れることを許容する整流子がスイッチング部１６と並列に設けられていても良い。

このように、第１実施形態の電圧安定化装置２を用いれば、発電設備１のインバータ５から出力された３相の交流のうちｓ−ｒ間、ｓ−ｔ間、ｒ−ｔ間の電圧をそれぞれ所定範囲内に納めることができ、外部負荷６の変動に迅速に対応して出力電圧を常に一定なものとすることができ、発電設備１からの品質に優れた電力の供給が可能となる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の電圧安定化装置２を説明する。

図３には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第２実施形態が示されている。
図３に示すように、第２実施形態の電圧安定化装置２は、第１実施形態と同様に、インバータ５から外部負荷６までの交流配線（図１に示すＡの位置の電力供給ライン）であって、インバータ５から出力された３相の交流配線にそれぞれ設けられていて、これらの相間を流れる電流を調整することで各相間の電圧を調整している。
それぞれの相間に設けられる電圧安定化装置２は、第１実施形態と同様に抵抗１３、電圧測定器１４及び比較部１５に加え、比較部１５での判断の結果に応じて抵抗１３を流れる電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング部１６を備えている。このスイッチング部１６には、第１実施形態とは異なりＳＳＲ１９（Solid State Relay）が用いられている。

次に、第２実施形態の電圧安定化装置２を構成する比較部１５及びスイッチング部１６について詳しく説明する。
第１実施形態の電圧安定化装置２と同様に、電圧測定器１４は、抵抗１３の前後における電圧、具体的には２相間の電圧を計測している。電圧測定器１４で測定された電圧の測定値は比較部１５に出力される。比較部１５は、電圧測定器１４で測定された電圧が所定の電圧となっているか否かを比較・判断するものであり、コンパレータなどから構成されている。比較部１５では、電圧の測定値が予め定められた電圧範囲を逸脱した際に、スイッチング部１６に比較結果（信号）を送っている。

比較部１５からの比較結果（信号）はスイッチング部１６に入力される。スイッチング部１６では、比較部１５からの信号に基づいてＳＳＲ１９を制御する。具体的には、比較部１５で２相間の電圧の測定値が予め定められた電圧範囲（閾値）を逸脱したと判断された際には、比較部１５からスイッチング部１６のＳＳＲ１９にスイッチをＯＦＦ→ＯＮにする信号が出力される。すると、抵抗に電流が流れるようになり、２相間の電圧が低くなり、２相間の電圧を変更することができる。

このＳＳＲ１９は各相間における一つのスイッチング部１６につき複数（本実施形態の場合は３つ）用いることができ、複数のＳＳＲ１９を用いる場合は並列にして設けるのが良い。例えば、図例では３つのＳＳＲ１９が並列に設けられており、３つのＳＳＲ１９のいずれかをＯＮにすること（ＯＮにする組合せ）で２相間の電圧を複数の設定値に合わせて調整することができる。なお、上述したスイッチング部１６には、ＳＳＲ１９ではなくコンタクタ（ＳＳＣ）を用いても良い。

このように、第２実施形態の電圧安定化装置２を用いれば、発電設備１のインバータ５から出力された３相の交流のうちｓ−ｒ間、ｓ−ｔ間、ｒ−ｔ間の電圧をそれぞれ所定範囲内に納めることができ、外部負荷６の変動に迅速に対応して出力電圧を各相ごとに常に一定なものとすることができ、発電設備１からの品質に優れた電力の供給が可能となる。
上述したＳＳＲ１９でのスイッチングは、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えに０．１ｓ程度、出力変動に応答するのに６０Ｈｚの場合で８．５ｍｓ〜０．１ｓが必要であり、第１実施形態の場合より応答速度が遅い。しかし、抵抗１３での消費電力を０．１ｋＷ、０．２ｋＷ、０．４ｋＷ、０．８ｋＷ、１．６ｋＷ、３．２ｋＷ、６．４ｋＷ、１２．８ｋＷと倍数で上げていくと、０．１ｋＷをＬＳＢ、１２．８ＫＷをＭＳＢとし、二進数をＭＳＢから順次ＯＮしていく方法で、抵抗切換ができ、電圧変化が少なく、早く電圧を所定の値とすることが可能となる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の電圧安定化装置２を説明する。

図４には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第３実施形態が示されている。
第３実施形態の電圧安定化装置２は、第１実施形態と同様にスイッチング部１６にＩＧＢＴ１８を用いている点は同じである。しかしながら、各相からの出力を整流する点が第１実施形態と異なっている。
ＩＧＢＴ１８は、順方向に電流が流れる際にはスイッチングが可能でも、逆方向に電流が流れる際にはスイッチングができない。そこで、第３実施形態の整流回路２０を用いて予め交流の相間電流を全波整流し、全波整流後の電流（順方向の電流）を用いて相間の電圧を調整するようにしている。

具体的には、第３実施形態の整流回路２０は、ダイオード２１を直列に２個接続した配線を互いに並列に２線備えていて、それぞれの配線におけるダイオード２１、２１間には２相の交流配線の何れかがそれぞれ接続されている。
本実施形態の電圧安定化装置２は、整流回路２０、抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５、スイッチング部１６をそれぞれ３つ備えることになる。

この電圧安定化装置２においては、電圧測定器１４は２相間の電圧を測定し、その結果は比較部１５に出力される。比較部１５からの比較結果（信号）は、高周波ゲート指令部（指令部）１７に入力され、高周波ゲート指令部１７はＩＧＢＴ１８を制御する。高周波ゲート指令部１７によるスイッチングの指令は高周波数で行われるため、本実施形態においても２相間の電圧を所望の値に調整できるようになる。

このように、第３実施形態の電圧安定化装置２を用いれば、発電設備１のインバータ５から出力された３相の交流のうちｓ−ｒ間、ｓ−ｔ間、ｒ−ｔ間の電圧を所定範囲内に納めることができ、外部負荷６の変動に迅速に対応して出力電圧を常に一定なものとすることができ、発電設備１からの品質に優れた電力の供給が可能となる。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態の電圧安定化装置２を説明する。

図５には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第４実施形態が示されている。
第４実施形態の電圧安定化装置２は、第３実施形態と同様にスイッチング部１６にＩＧＢＴ１８を用いている点は同じである。しかしながら、出力を整流することを「全相」において実施する点が第３実施形態と異なっている。
第４実施形態の整流回路２０は、ダイオード２１を直列に２個接続した配線を互いに並列に３線備えていて、それぞれの配線におけるダイオード２１、２１間には３相の交流配線の何れかがそれぞれ接続されている。

そして、第４実施形態の電圧測定手段１４は３相の交流配線のうちいずれか２相間の電圧を電圧測定器１４にて測定し、その結果は比較部１５に出力される。
比較部１５からの結果は、高周波ゲート指令部１７（指令部）に入力され、高周波ゲート指令部１７はＩＧＢＴ１８を制御する。高周波ゲート指令部１７によるスイッチングの指令は高周波数で行われるため、本実施形態においては全相の電圧を所望の値に調整できるようになる。また、第３実施形態のように、各相間の電圧をそれぞれ計測して調整するものではないので、相間の電圧不均衡が是正されるといった効果は期待できないものの、制御に必要とされるスイッチング部１６（高周波ゲート指令部１７及びＩＧＢＴ１８）は１つで済むため、製作コストを抑えることができる。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態の電圧安定化装置２を説明する。

上述した第１実施形態〜第４実施形態は電圧安定化装置２がインバータ５と外部負荷６との間に設けられた例であったが、次に示す第５実施形態〜第８実施形態は電圧安定化装置２が発電機９とコンバータ４との間（図１に示すＣの位置の電力供給ライン）に配備された例を示している。
図６には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第５実施形態が示されている。

第５実施形態の電圧安定化装置２は、第１実施形態の電圧安定化装置２と同様に抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５、スイッチング部１６で構成されており、このスイッチング部１６は高周波ゲート指令部１７及びＩＧＢＴ１８で構成されていて、回路の構成自体は第１実施形態と同じである。
この第５実施形態の電圧安定化装置２では、発電機９とインバータ５との間における３相の交流配線に対して、３相のうち２相間を結ぶように電圧安定化装置２が設けられていて、２相間の電圧を所望の値に調整できるようになっている。

それゆえ、第５実施形態の電圧安定化装置２でも、発電設備１から出力された３相の交流のうちｓ−ｒ間、ｓ−ｔ間、ｒ−ｔ間の２相間のそれぞれの電圧を所定範囲内に納めることができ、外部負荷６の変動に迅速に対応して出力電圧を常に一定なものとすることができ、発電設備１からの品質に優れた電力の供給が可能となる。
加えて、第５実施形態の電圧安定化装置２では、電圧安定化装置２と外部負荷６との間にコンバータ４やインバータ５などが設けられており、出力との間にコンデンサやコイルなどが多く含まれている。そのため、発電設備１から出力される電力にＩＧＢＴ１８のスイッチング動作によってノイズが載った場合でも、コンバータ４やインバータ５を介して電圧調整された電力が外部負荷６へ供給されるため、ＩＧＢＴ１８のスイッチング動作によるノイズの影響が軽減されるといった効果を期待できる。

なお、図６に点線で示すように、第５実施形態の電圧安定化装置２は、各２相間の電圧に基づいて電圧調整するものに代えて、コンバータ４とインバータ５との間に配備される直流配線の電圧に基づいて、ｓ−ｒ間、ｓ−ｔ間、ｒ−ｔ間の２相間の電圧を所定範囲内に納める構成とすることもできる。具体的には、上述した電圧安定化装置２を構成する部材のうち、抵抗１３及びＩＧＢＴ１８をインバータ５と発電機９との間に配備したまま、電圧測定器１４、比較部１５、高周波ゲート指令部１７（指令部）のみをコンバータ４とインバータ５との間の直流配線に設ける。そして、コンバータ４とインバータ５との間の直流配線を流れる電圧に基づいて高周波ゲート指令部１７から３つのＩＧＢＴ１８のゲートに指令を送ってもよい。

このようにすれば、制御に必要とされる電圧測定器１４、比較部１５、高周波ゲート指令部１８などが１つで済むため、製作コストを抑えることができる。
［第６実施形態］
次に、第６実施形態の電圧安定化装置２を説明する。
図７には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第６実施形態が示されている。

第６実施形態の電圧安定化装置２は、第２実施形態の電圧安定化装置２と同様に抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５、ＳＳＲ１９（スイッチング部１６）で構成されており、回路の構成自体は第２実施形態と同じである。
この第６実施形態の電圧安定化装置２では、発電機９とコンバータ４との間における３相の交流配線に対して、３相のうち２相間を結ぶように電圧安定化装置２が設けられていて、２相間の電圧を所望の値に調整できるようになっている。

第６実施形態の電圧安定化装置２でも、発電設備１から出力された３相の交流のうちｓ−ｒ間、ｓ−ｔ間、ｒ−ｔ間の２相間のそれぞれの電圧を所定範囲内に納めて、外部負荷６の変動に迅速に対応して出力電圧を常に一定なものとすることができる。また、発電設備１から出力される電力にＳＳＲ１９のスイッチング動作によるノイズが載った場合でも、コンバータ４やインバータ５を介して電圧調整された電力が外部負荷６へ供給されるため、ＳＳＲ１９のスイッチング動作によるノイズの影響が軽減されるといった効果を期待できる。

なお、図７に点線で示すように、第６実施形態の電圧安定化装置２でも、電圧安定化装置２を構成する部材のうち、抵抗１３及びＳＳＲ１９を発電機９とコンバータ４との間に配備したまま、電圧測定器１４、比較部１５のみをコンバータ４とインバータ５との間の直流配線に設けて、コンバータ４とインバータ５との間の直流配線を流れる電圧に基づいて比較部１５から３つのＳＳＲ１９にスイッチングの指令（ＯＮ／ＯＦＦの指令）を送ってもよい。

このようにすれば、制御に必要とされる電圧測定器１４、比較部１５（指令部）などが１つで済むため、製作コストを抑えることができる。
なお、上述したスイッチング部１６には、ＳＳＲ１９ではなくコンタクタ（ＳＳＣ）を用いても良い。
［第７実施形態］
次に、第７実施形態の電圧安定化装置２を説明する。

図８には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第７実施形態が示されている。
第７実施形態の電圧安定化装置２は、第３実施形態の電圧安定化装置２と同様に抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５、ＩＧＢＴ１８を用いたスイッチング部１６から構成されており、またダイオード２１を直列に２個接続した配線を互いに並列に２線有する整流回路２０を、各２相間のそれぞれに備えている。

第７実施形態の整流回路２０を用いた場合にも、第３実施形態の電圧安定化装置２と同様に予め交流の相間電流を全波整流し、全波整流後の電流（順方向の電流）を用いて相間の電圧を調整することが可能となる。また、発電設備１から出力される電力にＩＧＢＴ１８のスイッチング動作によってノイズが載った場合でも、そのノイズの影響が軽減できるという効果も期待できる。

第７実施形態の電圧安定化装置２における上述したもの以外の構成及び作用効果は、第３実施形態と同じであるので、説明は省略する。
［第８実施形態］
次に、第８実施形態の電圧安定化装置２を説明する。
図９には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第８実施形態が示されている。

第８実施形態の電圧安定化装置２は第４実施形態と同様にスイッチング部１６にＩＧＢＴ１８を用いたものであって、出力を整流することを「全相」において実施する点においては第４実施形態と同じものとなっている。
第８実施形態の電圧安定化装置２が第４実施形態と異なっている点は、電圧安定化装置２が発電機９とコンバータ４との間に配備されていて、出力電力に対するノイズの影響を軽減できるという効果が発揮される点である。

第８実施形態の電圧安定化装置２における上述したもの以外の構成及び作用効果は、第４実施形態と同じであるので、説明は省略する。
［第９実施形態］
次に、第９実施形態の電圧安定化装置２を説明する。
上述した第１実施形態〜第８実施形態は電圧安定化装置２がインバータ５と外部負荷６との間、または発電機９とコンバータ４との間に設けられた例であったが、次に示す第９実施形態及び第１０実施形態は電圧安定化装置２がコンバータ４とインバータ５との間（図１に示すＢの位置の電力供給ライン）、言い換えれば、ＤＣラインに配備された例を示している。

図１０には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第９実施形態が示されている。
第９実施形態の電圧安定化装置２は、第１実施形態及び第５実施形態の電圧安定化装置２と同様に抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５、スイッチング部１６で構成されており、このスイッチング部１６は高周波ゲート指令部１７（指令部）及びＩＧＢＴ１８で構成されていて、回路の構成自体は第１実施形態や第５実施形態と同じである。

この第９実施形態の電圧安定化装置２では、上述した３相交流とは異なり、コンバータ４とインバータ５との間における直流配線間を結ぶように電圧安定化装置２が１つだけ設けられていて、電圧安定化装置２の設置位置及び設置数が第１実施形態や第５実施形態とは異なっている。
第９実施形態の電圧安定化装置２では、第１実施形態や第５実施形態と同様に高周波ゲート指令部１７による高周波数の指令に基づいて作動するＩＧＢＴ１８を用いているため、ＩＧＢＴ１８のスイッチング動作により直流配線間の電圧を低くすることにより、電圧を所望の値に調整でき、発電設備１からの品質に優れた電力の供給が可能となる。

また、第１実施形態や第５実施形態に比べれば、制御に必要とされる抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５、スイッチング部１６（高周波ゲート指令部１７及びＩＧＢＴ１８）は１つで済むため、製作コストを抑えることができる。なお、抵抗１３に常時一定の電流が流れるようにしておけば、外部負荷６による電圧の上昇と下降との両方ともに追随させることが可能となる。
［第１０実施形態］
次に、第１０実施形態の電圧安定化装置２を説明する。

図１１には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第１０実施形態が示されている。
第１０実施形態の電圧安定化装置２は、第２実施形態及び第６実施形態の電圧安定化装置２と同様に抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５、ＳＳＲ１８（スイッチング部１６）で構成されており、回路の構成自体は第２実施形態や第６実施形態と同じである。

第１０実施形態の電圧安定化装置２では、コンバータ４とインバータ５との間における直流配線間を結ぶようにスイッチング部１６が１箇所だけ設けられていて、電圧安定化装置２の設置位置及びスイッチング部１６の設置数が上述した実施形態と異なっている。
第１０実施形態の電圧安定化装置２でも、第９実施形態のＩＧＢＴ１８の場合と同様に、ＳＳＲ１９のスイッチング動作によって直流配線間の電圧を所望の値に調整することができる。また、制御に必要とされる抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５、スイッチング部１６が１つで済むため、製作コストを抑えることができる。
［第１１実施形態］
次に、第１１実施形態の電圧安定化装置２を説明する。

図１２には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第１１実施形態が示されている。
第１１実施形態の電圧安定化装置２は、バイナリ発電の作動媒体を循環させている媒体循環ポンプ１２などの補機を作動させる電力に、電流安定化後の出力電力の一部を帰還させた例である。この補機には、媒体循環ポンプ１２以外にも、比較部１５などのような制御用の機器や凝縮器１０に冷却水を循環させるポンプ（図示略）を挙げることができる。

具体的には、第１１実施形態の電圧安定化装置２は、抵抗１３、電圧測定器１４、比較部１５、ＩＧＢＴ１８を用いたスイッチング部１６で構成されており、発電機９とコンバータ４との間の２相間（ｓ−ｒ間、ｓ−ｔ間、ｒ−ｔ間の２相間）にそれぞれ設けられている。そして、コンバータ４から外部負荷６に向かう直流の出力配線にインバータ５が（並列に）接続されていて、インバータ５で直流から交流に変換された出力を補機を運転させる電源として用いている。

このように補機の電源を自ら発電した電力によって補うようにすれば、外部の電力系統と系統連系されていなくても、また系統連係されていて外部の電力系統が停電しても、自家発電した電力だけで自立的にかつ安定した電力供給を続けることができる。
なお、上述した例は、電圧安定化装置２が発電機９とコンバータ４との間（図１に示すＣの位置）に設けられた例であったが、電圧安定化装置２はインバータ５と外部負荷６との間（図１に示すＡの位置）やコンバータ４とインバータ５との間（図１に示すＢの位置の電力供給ライン）に配備してもよい。

また、インバータ５を経由して補機に供給される交流の電力は、単相でもよいし、三相でもよい。
［第１２実施形態］
次に、第１２実施形態の電圧安定化装置２を説明する。
図１３には、発電設備１に設けられた電圧安定化装置２の第１２実施形態が示されている。

第１２実施形態の電圧安定化装置２は、抵抗１３を流れる電流またはＩＧＢＴ１８など（スイッチング素子）のＯＮ時間（Ｄｕｔｙ）を測定し、その測定値に追従させて発電装置３の発電機９に流れ込む作動媒体の量を変更させるものである。言い換えれば、第１２実施形態の電圧安定化装置２は、電圧安定化装置２での電圧安定処理に連動して、発電機９の膨張機部分を通過する作動媒体の循環量を制御するものである。

具体的には、第１２実施形態の電圧安定化装置２には、発電装置３の発電機９が設けられた部分の循環配管１１に対して、発電機９を通る循環配管１１と並列になるようなバイパス配管２２が複数（図例では３本）設けられている。これらのバイパス配管２２には、バイパス配管２２を通過する作動媒体の流量を調整するバイパス弁２３が設けられており、それぞれのバイパス弁２３を開閉することにより発電機９に流れ込む作動媒体の量を調整できるようになっている。

一方、電圧安定化装置２には、抵抗１３を流れる電流を計測可能な電流計２４が設けられており、電流計２４で測定された電流値はバイパス弁指令部２５に入力されている。バイパス弁指令部２５は、電流の測定値に基づいてそれぞれのバイパス弁２３に指令を送ってバイパス弁２３を開閉できるようになっている。
上述したように各相の電圧を各々一定値（ある閾値内）になるよう、各相間に設置した抵抗１３への電流値を制限することで、数十μsecの応答性が得られるが、抵抗１３への電流値をそのまま維持すると、次回の負荷変動時は、たとえば、抵抗１３への電流値が最大となってしまった場合、抵抗１３への電流制限だけでは、出力電圧を一定にする制御ができなくなってしまう。

そこで、上述の電圧の制御に加えて、抵抗１３へ流れている電流を測定し、この電流値が所定の値になるようにバイパス弁２３の制御を数秒かけて追従させることで、抵抗１３への電流が所定の値となり、抵抗１３への電流値が最大となった場合に起こる出力電圧の制御不能を抑制することができるようになる。
なお、上述した例では、電圧安定化装置２の抵抗１３を流れる電流を計測する例を挙げたが、電流値に代えてＩＧＢＴ１８やトランジスタがＯＮされている時間の割合（on duty）を測定し、測定し結果を利用してバイパス弁２３を制御してもよい。

また、上述した例はバイパス配管２２を複数設けた例であったが、複数の段階に亘って開度を調整可能なバイパス弁２３を用いる場合には、バイパス弁２３の開度を電流値やスイッチング素子がＯＮされている時間に基づいて制御してもよい。
また、上述した図では外部負荷６への出力は三相交流とされているが、電圧安定化装置２と外部負荷６との間からインバータ５を除けば直流の電力を外部負荷６へ供給することもできる。

また、バイパス弁が通常の状態（制御前の状態）から全開状態となった場合等のように、次回の負荷変動時にバイパス弁をそれ以上変更することができない事態が想定される。このような事態に対応するため、開いているバイパス弁の数やバイパス弁の開度に応じて、作動媒体ポンプ１２の回転数を変化させるようにしてもよい。このようにすることで、数分かけて徐々にバイパス弁を通常の状態に戻す制御ができるようになる。

なお、今回開示された実施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。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 発電設備
２ 電圧安定化装置
３ 発電装置
４ コンバータ
５ インバータ
６ 外部負荷
８ 蒸発器
９ 発電機
１０ 凝縮器
１１ 循環配管
１２ 媒体循環ポンプ
１３ 抵抗
１４ 電圧測定器
１５ 比較部
１６ スイッチング部
１７ 高周波ゲート指令部
１８ ＩＧＢＴ
１９ ＳＳＲ
２０ 整流回路
２１ ダイオード
２２ バイパス配管
２３ バイパス弁
２４ 電流計
２５ バイパス弁指令部

Claims (8)

1. 発電装置を備えた発電設備に設けられていて、外部負荷に出力される出力電圧を安定化させる電圧安定化装置であって、
   前記電圧安定化装置は、発電装置と外部負荷との間の電力供給ラインに設けられていることを特徴とする発電設備に設けられた電圧安定化装置。
2. 前記発電設備は、前記発電装置で発電された電力を変換するコンバータと、コンバータで変換された直流電力を交流電力へと変換するインバータとを備えていて、
   前記電圧安定化装置は、発電装置とコンバータとの間の電力供給ライン、コンバータとインバータとの間の電力供給ライン、インバータと外部負荷との間の電力供給ラインのいずれかに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発電設備に設けられた電圧安定化装置。
3. 前記電圧安定化装置は、前記電力供給ラインの極間に設けられた抵抗と、抵抗間の電圧を測定する電圧測定器と、電圧測定器で測定された電圧が所定の電圧となっているか否かを判断する比較部と、比較部での比較結果に応じて前記抵抗を流れる電流のＯＮ／ＯＦＦを行っているスイッチング部と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧安定化装置。
4. 前記スイッチング部は、前記比較部での比較結果に応じて指令を発する高周波指令部と、この高周波指令部の信号が入力されることによりスイッチングされるスイッチング素子と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載の電圧安定化装置。
5. 前記スイッチング部は、ＩＧＢＴ、ＳＳＲ、ＳＳＣのいずれかからなることを特徴とする請求項３又は４に記載の電圧安定化装置。
6. 前記電圧安定化装置は、整流部を有し、前記整流部において電力供給ラインからの電流を整流した上で、前記電圧測定器にて抵抗間の電圧を測定するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電圧安定化装置。
7. 前記発電装置は、液体の作動媒体を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器で生成された作動媒体の蒸気を用いて発電を行う発電機と、この発電機で発電に用いられた作動媒体の蒸気を凝縮させる凝縮器と、凝縮器で液状とされた作動媒体を圧送するポンプと、を備えていて、前記作動媒体を蒸発器から発電機及び凝縮器を経由して蒸発器に帰還させつつ発電機で発電を行う構成とされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電圧安定化装置。
8. 電圧安定化装置での電圧安定処理に連動して、発電機を通過する作動媒体の循環量を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電圧安定化装置。

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