JP2004248342A - 系統連系発電装置、制御方法、制御プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

系統連系発電装置、制御方法、制御プログラムおよび記録媒体 Download PDF

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康弘 牧野
Tomohide Funakoshi
智英 船越
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圭吾 鬼塚
Isao Morita
功 森田
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Abstract

【課題】インバータ装置への過電圧印加を抑制し、長期間にわたってコージェネレーションシステムを停止させることなく稼働させる。
【解決手段】コントローラ110は、ガスエンジン13あるいは発電機14の回転数、回転数増加率、発電機14の出力電圧あるいは出力電圧増加率を測定し、電力変換装置への入力電流量の制限あるいは遮断を行う。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジン等をエネルギー源として発電した電力を商用電力と連系するための電力変換を行う系統連系発電装置、制御方法、制御プログラム及び記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガスエンジンにより発電機を駆動し、発生した熱および電力の双方の利用を行うコージェネレーションシステムが普及しつつある。このコージェネレーションシステムにおいては、ガスエンジンによる発電電力を商用電力へ連系し、構内負荷へ供給することにより、効率的なエネルギー利用を図る系統連系発電装置として機能するものも知られている。例えば、このようなコージェネレーションシステムとして、特許文献1に開示されているものなどが挙げられる。
【0003】
このような系統連系発電装置では、発電した電力をインバータ装置を介して商用電力に対応する周波数、位相および電圧に変換し、商用電力と連系して構内負荷へ電力を供給することとなる。
【0004】
【特許文献1】
特開2001―161098号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のコージェネレーションシステムにおいては、インバータ装置と発電機(ひいてはガスエンジン)とは互いに独立して動作しており、ガスエンジンの吹き上がりなど、通常動作範囲内で考慮していない動作状態においては、インバータ装置に負荷がかかりすぎてしまい、コージェネレーションシステム全体が停止してしまう可能性があった。
【0006】
より具体的には、インバータ装置を構成する電力変換用の電解コンデンサが過電圧により破損してしまい、商用電力に連系することができなくなってしまうなどの可能性があった。
【0007】
そこで、本発明の目的は、インバータ装置への過電圧印加を抑制し、長期間にわたってコージェネレーションシステムを停止させることなく稼働させることが可能な系統連系発電装置、制御方法、制御プログラム及び記録媒体を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置は、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数が、前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数を超過する状態になったか否かを検出する発電状態検出部と、前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流部と、前記ロータの回転数が前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数である制限回転数を超過する状態になった場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限部と、を備えたことを特徴としている。
【0009】
上記構成によれば、発電状態検出部は、エンジンあるいは発電機のロータの回転数が、発電機の所定の出力電圧に相当する回転数を超過する状態になったか否かを検出する。
【0010】
また、整流部は、発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する。
【0011】
これらと並行して、入力制限部は、ロータの回転数が前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数である制限回転数を超過する状態になった場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する。
【0012】
この場合において、前記ロータの回転数が前記制限回転数より高い値に設定された遮断回転数を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断部を備え、前記発電状態検出部は、前記ロータの回転数が前記遮断回転数を超過する状態になったか否かを検出するようにしてもよい。
【0013】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置は、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数増加率が、所定の制限回転数増加率を超過したか否かを検出する発電状態検出部と、前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流部と、前記回転数増加率が前記制限回転数増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限部と、を備えたことを特徴としている。
【0014】
上記構成によれば、発電状態検出部は、エンジンあるいは発電機のロータの回転数増加率が、所定の制限回転数増加率を超過したか否かを検出する。
【0015】
整流部は、発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する。
【0016】
これらと並行して、入力制限部は、回転数増加率が基準回転数増加率を超過した場合に電力変換装置への整流電流の入力量を制限する。
【0017】
この場合において、前記回転数増加率が前記制限回転数より高い値に設定された遮断回転数増加率を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断部を備え、前記発電状態検出部は、前記回転数増加率が前記遮断回転数増加率を超過する状態になったか否かを検出するようにしてもよい。
【0018】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置は、前記発電機の電圧増加率が、所定の制限電圧増加率を超過したか否かを検出する発電状態検出部と、前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流部と、前記発電機の電圧増加率が前記制限電圧増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限部と、を備えたことを特徴としている。
【0019】
上記構成によれば、発電状態検出部は、発電機の電圧増加率が、所定の制限電圧増加率を超過したか否かを検出する。
【0020】
整流部は、発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する。
【0021】
これらと並行して、入力制限部は、前記発電機の電圧増加率が前記制限電圧増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する。
【0022】
この場合において、前記電圧増加率が前記制限電圧増加率より高い値に設定された遮断電圧増加率を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断部を備え、前記発電状態検出部は、前記電圧増加率が前記遮断電圧増加率を超過する状態になったか否かを検出するようにしてもよい。
【0023】
また、前記入力制限部は、前記整流電流の入力量の制限時に前記整流電流を分流してバイパスするバイパス部を備えるようにしてもよい。
【0024】
さらに、前記電力変換装置は、前記発電による電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するようにしてもよい。
【0025】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置の制御方法は、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数が、前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数を超過する状態になったか否かを検出する発電状態検出過程と、前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流過程と、前記ロータの回転数が前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数である制限回転数を超過する状態になった場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限過程と、を備えたことを特徴としている。
【0026】
この場合において、前記ロータの回転数が前記制限回転数より高い値に設定された遮断回転数を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断過程を備え、前記発電状態検出過程は、前記ロータの回転数が前記遮断回転数を超過する状態になったか否かを検出するようにしてもよい。
【0027】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置の制御方法は、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数増加率が、所定の制限回転数増加率を超過したか否かを検出する発電状態検出過程と、前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流過程と、前記回転数増加率が前記制限回転数増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限過程と、を備えたことを特徴としている。
【0028】
この場合において、前記回転数増加率が前記制限回転数より高い値に設定された遮断回転数増加率を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断過程を備え、前記発電状態検出過程は、前記回転数増加率が前記遮断回転数増加率を超過する状態になったか否かを検出するようにしてもよい。
【0029】
エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置の制御方法は、前記発電機の電圧増加率が、所定の制限電圧増加率を超過したか否かを検出する発電状態検出過程と、前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流過程と、前記発電機の電圧増加率が前記制限電圧増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限過程と、を備えたことを特徴としている。
【0030】
この場合において、前記電圧増加率が前記制限電圧増加率より高い値に設定された遮断電圧増加率を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断部を備え、前記発電状態検出部は、前記電圧増加率が前記遮断電圧増加率を超過する状態になったか否かを検出する、ことを特徴としている。
【0031】
この場合において、前記入力制限過程は、前記整流電流の入力量の制限時に前記整流電流を分流してバイパスするバイパス過程を備えるようにしてもよい。
【0032】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムは、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数が、前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数を超過する状態になったか否かを検出させ、前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力させ、前記ロータの回転数が前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数である制限回転数を超過する状態になった場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限させる、ことを特徴としている。
【0033】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムは、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数増加率が、所定の制限回転数増加率を超過したか否かを検出させ、前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力させ、
前記回転数増加率が前記制限回転数増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限させる、ことを特徴としている。
【0034】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムは、前記発電機の電圧増加率が、所定の制限電圧増加率を超過したか否かを検出させ、前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力させ、前記発電機の電圧増加率が前記制限電圧増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限させる、ことを特徴としている。
【0035】
また、コンピュータ読取可能な記録媒体に上記各制御プログラムを記録するようにしてもよい。
【0036】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【0037】
[1]第1実施形態
図1は、第1実施形態の電力供給を主体としたコージェネレーションシステムの一部破断斜視図である。
【0038】
コージェネレーションシステム100は、大別すると、機械室1と、蓄熱室2と、放熱室3とを備えている。
【0039】
機械室1内には、ベース部材10上に底板11が取り付けられ、この底板11には、通気口12が設けられている。そして、この底板11に、内燃機関であるガスエンジン(駆動源)13およびこのガスエンジン13の駆動力で駆動される発電機14とが配設されている。この発電機14は、本実施形態では、三相交流電力を発電する。
【0040】
また、機械室1内には、冷却水ポンプ15と、排ガス装置16と、図示しない燃料供給装置とが納められ、機械室1は外装パネル20および外装パネル21により覆われている。
【0041】
また、蓄熱室2は、図1に示すように、ベース部材10上にアングルで固定された給湯槽17が納められ、蓄熱室2は、外装パネル25と、外装パネル26と、天面パネル24とにより覆われている。
【0042】
さらに、放熱室3は、機械室1の上部に鋼材18a〜18cおよび鋼材19に支持されている。この放熱室3の底面には、ドレンパン31が設けられており、蓄熱室2側の側壁には、仕切板27が取り付けられている。また、放熱室3内には、放熱器32と、制御ボックス33と、送風機34とが納められている。
【0043】
さらにまた、放熱室3は、外装パネル22と、スリット35が設けられた外装パネル23と、排気トップ30および吹出しグリル28が取り付けられた吹出し口29を有した天面パネル24とにより覆われている。
【0044】
ここで、放熱器32は、ガスエンジン13の冷却水を流通させて放熱させる。
【0045】
また、制御ボックス33は、コージェネレーションシステム100の制御を行なうコントローラ、発電した電力の供給を行なうインバータ装置を有する制御装置40およびボックス内温度センサ41を内蔵している。
【0046】
さらに、送風機34(送風機部)は、各部を冷却するための送風を行う。
【0047】
放熱器32は、放熱室3の1つの面に側して配設され、制御ボックス33は、そのケース上の前面にスリット42と、裏面にスリット43とが設けられて、放熱器32と対向した面へ配設され、送風機34は、この放熱室3の天面の天面パネル24に設けられた吹出し口29の直下に位置して配設されている。
【0048】
図2は、実施形態のコージェネレーションシステムの概要構成ブロック図である。図2において、図1と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
【0049】
コージェネレーションシステム100は、大別すると、ガスエンジン13、動力伝達機構部51、発電機14、インバータ52、エンジン制御部53、負荷60、排熱利用部61、分電盤54、電力積算計55、メインブレーカ56、負荷ブレーカ58、インバータブレーカ59およびコントローラ110を備えている。
【0050】
ガスエンジン13は、エンジン制御部53の制御下で、都市ガスなどの一次エネルギー源62を燃焼させてタイミングベルトおよびプーリなどで構成される動力伝達機構部51を介して発電機14を駆動する。これと並行してガスエンジン13は、発生した熱を排熱として図示しない給湯器などの排熱利用部61に供給する。
【0051】
発電機14は、動力伝達機構部51を介してガスエンジン13により駆動され、三相交流電力を発電する。
【0052】
図3は、制御装置40およびその周辺の詳細構成図である。
【0053】
制御装置40内のインバータ52は、コントローラ110内のIGBT駆動回路から供給されるスイッチング信号に応じて、発電機14から供給される交流電力電力を、商用電源59と同じ周波数(例えば50Hz又は60Hz)の交流電力に変換する。本実施形態におけるインバータ52の出力は、系統と連系できる電力品質を実現している。
【0054】
この場合において、エンジン制御部53は、ガスエンジンの回転数を負荷60への供給電力量に対応させて設定している。そこで、インバータ52のコントローラ110には、発電機14の回転数あるいはガスエンジン13の回転数に対応する信号が入力されている。
【0055】
図4は、コントローラの入力回路の概要構成ブロック図である。
【0056】
ここで、図4を参照して、コントローラ110における発電機14の回転数あるいはガスエンジン13の回転数に対応する周波数を有する信号(交流波形)の入力回路について説明する。
【0057】
コントローラ110の入力回路は、入力端子TINを介して発電機14の回転数あるいはガスエンジン13の回転数に対応する周波数を有する信号が入力されると、抵抗R1 および抵抗R2 で構成される分圧回路により信号電圧が分圧され、コンパレータ110Aの信号端子に対応する分圧電圧が印加される。
【0058】
これによりコンパレータ110Aは、基準電圧Vrefと分圧電圧を比較し、回転数に対応するパルス数を有するパルス信号に変換してフォトカプラ110Bに出力する。
【0059】
そして、発電機14の回転数あるいはガスエンジン13の回転数に対応するパルス信号は、入力端子TINとは電気的に絶縁され、かつ、コンデンサ110Cによりノイズが除去された状態でコントローラ110のマイクロプロセッサユニット(MPU)110Dに入力される。
【0060】
これにより、MPU110Dは、発電機14の回転数あるいはガスエンジン13の回転数をパルス信号のパルス数をカウントすることにより把握することとなる。
【0061】
そして、発電機14の回転数あるいはガスエンジン13の回転数に対応する信号が入力され、発電機14の回転数あるいはガスエンジン13の回転数を検出すると、コントローラ110は、発電機14の回転数あるいはガスエンジン13の回転数に対応する供給電力量をそのまま、あるいは、発電機14の回転数あるいはガスエンジン13の回転数に対応する供給電力量から所定のマージン電力量を考慮した電力量を当該インバータの目標出力電力量(整合電力の電力量)として設定し、当該インバータ52全体を制御することとなる。
【0062】
より詳細には、インバータ52は、設定された目標出力電力量に対して不足する場合には、自己の出力電流値を増加させて供給電力量を増大させ、目標出力電力が得られた場合には、その状態を維持することとなる。
【0063】
ここで、再び図3を参照してインバータ52の詳細動作を説明する。
【0064】
制御装置40は、図3に示すように、マイクロコンピュータを備えたコントローラ110を有している。このコントローラ110には、内蔵した図示しないIGBT駆動回路を介してインバータ52が接続されている。
【0065】
一方、インバータ52は、電解コンデンサ116を有し、発電機14によって発電された電力(3相交流電力)は、3相(U相、V相、W相)ブリッジ回路114を介して、交流/直流変換がなされ、直流電力として出力される。そして、出力された直流電力は、昇圧回路115を介して昇圧された後、電解コンデンサ116に蓄えられるようになっている。
【0066】
昇圧回路115は、平滑用コンデンサ115A、昇圧用リアクトル115B、IGBT115Cおよびダイオード115Dを備えている。
【0067】
また、インバータ52は、インバータ回路117を備えており、このインバータ回路117は、コントローラ110内のIGBT駆動回路から供給されるスイッチング信号に応じて、発電機14側から供給される直流電力を、商用電源と同じ周波数(例えば50Hz又は60Hz)の交流電力に変換する。
【0068】
インバータ回路117により変換された交流電力は、コンデンサ118及び平滑用リアクトル119、120、インバータブレーカ57、スイッチ121、122(解列コンダクタ)を介して分電盤54に出力されることとなる。
【0069】
このとき、インバータ回路117から出力された交流電力は、コンデンサ118及び平滑用リアクトル119、120を通過することにより、PWM(Puls Width Modulation)状波から正弦波の交流電力として出力される。
【0070】
また、コントローラ110は、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDB(=電解コンデンサ115Aの端子間電圧V115A)、電解コンデンサ116の端子間電圧V116、商用電力のR相電圧、O相電圧、T相電圧を監視して、インバータ回路117から出力される交流電力の電圧、位相および周波数が商用電力の電圧、位相、周波数に整合するように制御している。
【0071】
一方、エンジン制御部53は、インバータ52からの供給電力量が負荷電力をまかなえるように、ガスエンジン13ひいては発電機14の回転数を増加させるべく制御行うこととなる。
【0072】
さらに、エンジン制御部53は、ガスエンジン13ひいては発電機14の回転数を増加させてもインバータ52からの供給電力量がいまだ不足する場合には、商用電源59側からの電力を得ることで負荷60に供給することとなる。この場合には、コントローラ110は、商用電源59の電圧、周波数、位相を検出し、当該インバータ52の動作を制御して出力する交流電力を商用電源59からの電力に整合させることとなる。
【0073】
従って、インバータ52を含むガスエンジン13側の最大電力供給能力を供給対象の負荷の要求電力量とほぼ等しく、あるいは、要求電力量よりも小さく設定することも可能となり、商用電源59側からの電力を使用するのは、インバータ52の供給電力が不足している場合などに限定される。これにより、コージェネレーションシステムの利用効率も向上し、特に電力供給コストが商用電源側からの電力供給コストと比較して安価な場合には、トータルなシステム運用コストを削減できることとなり、ユーザにとって系統連系発電装置を導入するメリットが大きいこととなる。
【0074】
以上においては、コージェネレーションシステム100の機能の内、系統連系発電装置としての機能について述べたが、ガスエンジン13を冷却する冷却水経路上に熱回収部としての廃熱利用部61が設けられており、給湯槽17への熱回収がなされて給湯が行われており、本来のコージェネレーションシステム100の機能も提供されている。
【0075】
次に上記動作を行う場合における回路保護の動作を説明する。
【0076】
図5はガスエンジン13の回転数の時間的変化の一例である。また、図6は、コントローラ110の保護処理のフローチャートである。
【0077】
まず、コントローラ110は、ガスエンジン13の回転数RENが制限回転数RLIMを超過したか否かを判別する(ステップS1)。
【0078】
ステップS1の判別において、ガスエンジン13の回転数RENが制限回転数RLIM以下である場合には(ステップS1;No)、昇圧回路115を含む後段の回路(以下、電力変換装置という。)への入力電流の供給を継続し、あるいは、以下に、詳述するように既に入力電流の供給が制限されている場合には制限解除を行い(ステップS6)、処理を再びステップS1に移行する。
【0079】
ステップS1の判別において、ガスエンジン13の回転数RENが制限回転数RLIMを超過した場合には(ステップS1;Yes)、入力制限回路124(=入力制限部)により電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流(=整流電流)の入力量を制限し、あるいは、既に電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限している場合には、制限を継続することとなる(ステップS2)。
【0080】
より具体的には、図5の時刻t1 に示すように3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが制限電圧VLIMを超過した場合には、入力制限回路124は、コントローラ110の制御下でトランジスタ124Aをオン状態とし、電流制限抵抗124Bを介して、3相ブリッジ回路114の出力電流をバイパスし、昇圧回路115を含む後段の回路への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を所定電流範囲内に制限することとなる。また、既に電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限している場合には、制限を継続することとなる。
【0081】
次にコントローラ110は、ガスエンジン13の回転数RENが遮断回転数RCUTを超過したか否かを判別する(ステップS3)。
【0082】
ステップS3の判別において、ガスエンジン13の回転数RENが遮断回転数RCUT以下である場合には(ステップS3;No)、3相ブリッジ回路114への発電機14からの入力電流の供給を継続し、あるいは、以下に、詳述するように既に入力電流が遮断されている場合には遮断解除を行い(ステップS5)、処理を再びステップS1に移行する。
【0083】
ステップS3の判別において、ガスエンジン13の回転数RENが遮断回転数RCUTを超過した場合には(ステップS3;Yes)、遮断回路123により、発電機14から3相ブリッジ回路114への入力電流を遮断し、処理を再びステップS3に移行することとなる。
【0084】
より具体的には、コントローラ110は、時刻t2に示すようにガスエンジン13の回転数RENが遮断回転数RCUTを超過した場合には、遮断回路123を構成する電磁スイッチをすべてオフ状態として、発電機14から3相ブリッジ回路114への入力電流を遮断することとなる。
【0085】
以上の説明のように、本第1実施形態によれば、ガスエンジン13の回転数が上昇し、発電機14によりインバータ52を構成する各回路に過電圧が印加される状況になっても、昇圧回路115を含む3相ブリッジ回路114の後段の回路である電力変換装置への入力電流を制限し、あるいは、3相ブリッジ回路114を発電機14から遮断状態とするので、インバータ装置が過電圧により破損することなく、長期間にわたって連続的にコージェネレーションシステムを稼働させることが可能となる。
【0086】
[2]第2実施形態
以上の第1実施形態の説明においては、ガスエンジン13の回転数RENに基づいて制御を行っていたが、本第2実施形態は、ガスエンジン13の回転数増加率dRENに基づいて制御する場合の実施形態である。
【0087】
第2実施形態の装置構成は第1実施形態と同様であるので、その説明を援用するとともに、第2実施形態の回路保護の動作を説明する。
【0088】
図7はガスエンジン13の回転数増加率dRENの時間的変化の一例である。また、図8は、コントローラ110の保護処理のフローチャートである。
【0089】
まず、コントローラ110は、ガスエンジン13の回転数増加率dRENが制限回転数増加率dRLIMを超過したか否かを判別する(ステップS11)。
【0090】
ステップS11の判別において、ガスエンジン13の回転数増加率dRENが制限回転数増加率dRLIM以下である場合には(ステップS11;No)、電力変換装置への入力電流の供給を継続し、あるいは、既に入力電流の供給が制限されている場合には制限解除を行い(ステップS16)、処理を再びステップS11に移行する。
【0091】
ステップS11の判別において、ガスエンジン13の回転数増加率dRENが制限回転数増加率dRLIMを超過した場合には(ステップS11;Yes)、入力制限回路124により電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限し、あるいは、既に電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限している場合には、制限を継続することとなる(ステップS12)。
【0092】
より具体的には、図7の時刻t11に示すようにガスエンジン13の回転数増加率dRENが制限回転数増加率dRLIMを超過した場合には、入力制限回路124は、コントローラ110の制御下でトランジスタ124Aをオン状態とし、電流制限抵抗124Bを介して、3相ブリッジ回路114の出力電流をバイパスし、昇圧回路115を含む後段の回路への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を所定電流範囲内に制限することとなる。また、既に電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限している場合には、制限を継続することとなる。
【0093】
次にコントローラ110は、ガスエンジン13の回転数増加率dRENが遮断回転数増加率dRCUTを超過したか否かを判別する(ステップS13)。
【0094】
ステップS13の判別において、ガスエンジン13の回転数増加率dRENが遮断回転数増加率dRCUT以下である場合には(ステップS13;No)、3相ブリッジ回路114への発電機14からの入力電流の供給を継続し、あるいは、既に入力電流が遮断されている場合には遮断解除を行い(ステップS15)、処理を再びステップS11に移行する。
【0095】
ステップS13の判別において、ガスエンジン13の回転数増加率dRENが遮断回転数増加率dRCUTを超過した場合には(ステップS13;Yes)、遮断回路123により、発電機14から3相ブリッジ回路114への入力電流を遮断し、処理を再びステップS13に移行することとなる。
【0096】
より具体的には、コントローラ110は、時刻t12に示すようにガスエンジン13の回転数増加率dRENが遮断回転数増加率dRCUTTを超過した場合には、遮断回路123を構成する電磁スイッチをすべてオフ状態として、発電機14から3相ブリッジ回路114への入力電流を遮断することとなる。
【0097】
以上の説明のように、本第2実施形態によれば、ガスエンジン13の回転数の増加率が上昇し、発電機14による発電電圧が急激に上昇してインバータ52を構成する各回路に過電圧が印加されそうな状況になっても、昇圧回路115を含む3相ブリッジ回路114の後段の回路である電力変換装置への入力電流を制限し、あるいは、3相ブリッジ回路114を発電機14から遮断状態とするので、インバータ装置が過電圧により破損することなく、長期間にわたって連続的にコージェネレーションシステムを稼働させることが可能となる。
【0098】
[3]第3実施形態
本第3実施形態は、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBに基づいて制御する場合の実施形態である。
【0099】
第3実施形態の装置構成は第1実施形態と同様であるので、その説明を援用するとともに、以下、第3実施形態における回路保護の動作を説明する。
【0100】
図9は3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBの時間的変化の一例である。また、図10は、コントローラ110の保護処理のフローチャートである。
【0101】
まず、コントローラ110は、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが制限電圧VLIMを超過したか否かを判別する(ステップS21)。
【0102】
ステップS21の判別において、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが制限電圧VLIM以下である場合には(ステップS21;No)、昇圧回路115を含む後段の回路(以下、電力変換装置という。)への入力電流の供給を継続し、あるいは、既に入力電流の供給が制限されている場合(以下に、詳述する)には制限解除を行い(ステップS26)、処理を再びステップS21に移行する。
【0103】
ステップS21の判別において、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが制限電圧VLIMを超過した場合には(ステップS21;Yes)、入力制限回路124(=入力制限部)により電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流(=整流電流)の入力量を制限し、あるいは、既に電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限している場合には、制限を継続することとなる(ステップS22)。
【0104】
より具体的には、図9の時刻t21 に示すように3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが制限電圧VLIMを超過した場合には、入力制限回路124は、コントローラ110の制御下でトランジスタ124Aをオン状態とし、電流制限抵抗124Bを介して、3相ブリッジ回路114の出力電流をバイパスし、昇圧回路115を含む後段の回路への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を所定電流範囲内に制限することとなる。また、既に電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限している場合には、制限を継続することとなる。
【0105】
次にコントローラ110は、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが遮断電圧VCUTを超過したか否かを判別する(ステップS23)。
【0106】
ステップS23の判別において、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが遮断電圧VCUT以下である場合には(ステップS23;No)、3相ブリッジ回路114への発電機14からの入力電流の供給を継続し、あるいは、既に入力電流が遮断されている場合(以下に、詳述する)には遮断解除を行い(ステップS25)、処理を再びステップS21に移行する。
【0107】
ステップS23の判別において、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが遮断電圧VCUTを超過した場合には(ステップS23;Yes)、遮断回路123により、発電機14から3相ブリッジ回路114への入力電流を遮断し、処理を再びステップS23に移行することとなる。
【0108】
より具体的には、コントローラ110は、時刻t22に示すように3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが遮断電圧VCUTを超過した場合には、遮断回路123を構成する電磁スイッチをすべてオフ状態として、発電機14から3相ブリッジ回路114への入力電流を遮断することとなる。
【0109】
以上の説明のように、本第3実施形態によれば、発電機14によりインバータ52を構成する各回路に過電圧が印加される状況になっても、昇圧回路115を含む3相ブリッジ回路114の後段の回路である電力変換装置への入力電流を制限し、あるいは、3相ブリッジ回路114を発電機14から遮断状態とするので、インバータ装置が過電圧により破損することなく、長期間にわたって連続的にコージェネレーションシステムを稼働させることが可能となる。
【0110】
以上の説明においては、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBを直接測定する構成を採っていたが、出力電圧VDBを間接的に測定したり、発電機14の出力電圧あるいは発電機14の出力電圧に比例する電圧を測定するように構成することも可能である。
【0111】
[4]第4実施形態
本第4実施形態は、3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBに基づいて制御する場合の実施形態である。
【0112】
第4実施形態の装置構成も第1実施形態と同様であるので、その説明を援用するとともに、以下、第4実施形態における回路保護の動作を説明する。
【0113】
図11は3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBの時間的変化の一例である。また、図12は、コントローラ110の保護処理のフローチャートである。
【0114】
まず、コントローラ110は、3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBが制限電圧VLIMを超過したか否かを判別する(ステップS31)。
【0115】
ステップS31の判別において、3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBが制限出力電圧変化率dVDBLIM以下である場合には(ステップS31;No)、電力変換装置への入力電流の供給を継続し、あるいは、既に入力電流の供給が制限されている場合には制限解除を行い(ステップS36)、処理を再びステップS31に移行する。
【0116】
ステップS31の判別において、3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBが制限出力電圧変化率dVLIMを超過した場合には(ステップS31;Yes)、入力制限回路124により電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限し、あるいは、既に電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限している場合には、制限を継続することとなる(ステップS32)。
【0117】
より具体的には、図11の時刻t31 に示すように3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBが制限出力電圧変化率dVLIMを超過した場合には、入力制限回路124は、コントローラ110の制御下でトランジスタ124Aをオン状態とし、電流制限抵抗124Bを介して、3相ブリッジ回路114の出力電流をバイパスし、昇圧回路115を含む後段の回路への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を所定電流範囲内に制限することとなる。また、既に電力変換装置への3相ブリッジ回路114の出力電流の入力量を制限している場合には、制限を継続することとなる。
【0118】
次にコントローラ110は、3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBが遮断出力電圧変化率dVCUTを超過したか否かを判別する(ステップS33)。
【0119】
ステップS33の判別において、3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBが遮断出力電圧変化率dVCUT以下である場合には(ステップS33;No)、3相ブリッジ回路114への発電機14からの入力電流の供給を継続し、あるいは、既に入力電流が遮断されている場合には遮断解除を行い(ステップS35)、処理を再びステップS31に移行する。
【0120】
ステップS33の判別において、3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBが遮断出力電圧変化率dVCUTを超過した場合には(ステップS33;Yes)、遮断回路123により、発電機14から3相ブリッジ回路114への入力電流を遮断し、処理を再びステップS33に移行することとなる。
【0121】
より具体的には、コントローラ110は、時刻t32に示すように3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBが遮断出力電圧変化率dVCUTを超過した場合には、遮断回路123を構成する電磁スイッチをすべてオフ状態として、発電機14から3相ブリッジ回路114への入力電流を遮断することとなる。
【0122】
以上の説明のように、本第4実施形態によれば、3相ブリッジ回路の出力電圧変化率が急激に増加し、発電機14によりインバータ52を構成する各回路に過電圧が印加されそうな状況になっても、昇圧回路115を含む3相ブリッジ回路114の後段の回路である電力変換装置への入力電流を制限し、あるいは、3相ブリッジ回路114を発電機14から遮断状態とするので、インバータ装置が過電圧により破損することなく、長期間にわたって連続的にコージェネレーションシステムを稼働させることが可能となる。
【0123】
[5]実施形態の変形例
また、以上の説明においては、ガスエンジンを用いた発電機について説明したが、電力変換装置が必要な他の発電装置についても同様に適用が可能である。
【0124】
さらに、以上の説明においては、動力源として内燃機関の場合について述べたが、これに限られるものではなく、例えば、外燃機関であっても適用が可能である。
【0125】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータ装置への過電圧印加を抑制し、長期間にわたってコージェネレーションシステムを停止させることなく稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のコージェネレーションシステムの一部破断図である。
【図2】実施形態のコージェネレーションシステムの概要構成ブロック図である。
【図3】制御装置40およびその周辺の詳細構成図である。
【図4】コントローラの入力回路の概要構成ブロック図である。
【図5】ガスエンジン13の回転数の時間的変化の一例である。
【図6】第1実施形態のコントローラ110の保護処理のフローチャートである。
【図7】ガスエンジン13の回転数増加率dRENの時間的変化の一例である。
【図8】第2実施形態のコントローラ110の保護処理のフローチャートである。
【図9】3相ブリッジ回路114の出力電圧VDBの時間的変化の一例である。
【図10】第3実施形態のコントローラ110の保護処理のフローチャートである。
【図11】3相ブリッジ回路114の出力電圧変化率dVDBの時間的変化の一例である。
【図12】第4実施形態のコントローラ110の保護処理のフローチャートである。
【符号の説明】
1 機械室
2 蓄熱室
3 放熱室
13 ガスエンジン(内燃機関)
14 発電機
52 インバータ
53 エンジン制御部
54 分電盤
55 電力積算計
56 メインブレーカ
57 インバータブレーカ
58 負荷ブレーカ
59 商用電源
100 コージェネレーションシステム
110 コントローラ

Claims (19)

  1. エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置において、
    前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数が、前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数を超過する状態になったか否かを検出する発電状態検出部と、
    前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流部と、
    前記ロータの回転数が前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数である制限回転数を超過する状態になった場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限部と、
    を備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
  2. 請求項1記載の系統連系発電装置において、
    前記ロータの回転数が前記制限回転数より高い値に設定された遮断回転数を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断部を備え、
    前記発電状態検出部は、前記ロータの回転数が前記遮断回転数を超過する状態になったか否かを検出する、
    ことを特徴とする系統連系発電装置。
  3. エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置において、
    前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数増加率が、所定の制限回転数増加率を超過したか否かを検出する発電状態検出部と、
    前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流部と、
    前記回転数増加率が前記制限回転数増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限部と、
    を備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
  4. 請求項3記載の系統連系発電装置において、
    前記回転数増加率が前記制限回転数より高い値に設定された遮断回転数増加率を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断部を備え、
    前記発電状態検出部は、前記回転数増加率が前記遮断回転数増加率を超過する状態になったか否かを検出する、
    ことを特徴とする系統連系発電装置。
  5. エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置において、
    前記発電機の電圧増加率が、所定の制限電圧増加率を超過したか否かを検出する発電状態検出部と、
    前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流部と、
    前記発電機の電圧増加率が前記制限電圧増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限部と、
    を備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
  6. 請求項5記載の系統連系発電装置において、
    前記電圧増加率が前記制限電圧増加率より高い値に設定された遮断電圧増加率を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断部を備え、
    前記発電状態検出部は、前記電圧増加率が前記遮断電圧増加率を超過する状態になったか否かを検出する、
    ことを特徴とする系統連系発電装置。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の系統連系発電装置において、
    前記入力制限部は、前記整流電流の入力量の制限時に前記整流電流を分流してバイパスするバイパス部を備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
  8. 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の系統連系発電装置において、
    前記電力変換装置は、前記発電による電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換することを特徴とする系統連系発電装置。
  9. エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置の制御方法において、
    前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数が、前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数を超過する状態になったか否かを検出する発電状態検出過程と、
    前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流過程と、
    前記ロータの回転数が前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数である制限回転数を超過する状態になった場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限過程と、
    を備えたことを特徴とする制御方法。
  10. 請求項8記載の制御方法において、
    前記ロータの回転数が前記制限回転数より高い値に設定された遮断回転数を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断過程を備え、
    前記発電状態検出過程は、前記ロータの回転数が前記遮断回転数を超過する状態になったか否かを検出する、
    ことを特徴とする制御方法。
  11. エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置の制御方法において、
    前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数増加率が、所定の制限回転数増加率を超過したか否かを検出する発電状態検出過程と、
    前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流過程と、
    前記回転数増加率が前記制限回転数増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限過程と、
    を備えたことを特徴とする制御方法。
  12. 請求項11記載の制御方法において、
    前記回転数増加率が前記制限回転数より高い値に設定された遮断回転数増加率を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断過程を備え、
    前記発電状態検出過程は、前記回転数増加率が前記遮断回転数増加率を超過する状態になったか否かを検出する、
    ことを特徴とする制御方法。
  13. エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置の制御方法において、
    前記発電機の電圧増加率が、所定の制限電圧増加率を超過したか否かを検出する発電状態検出過程と、
    前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力する整流過程と、
    前記発電機の電圧増加率が前記制限電圧増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限する入力制限過程と、
    を備えたことを特徴とする制御方法。
  14. 請求項13記載の制御方法において、
    前記電圧増加率が前記制限電圧増加率より高い値に設定された遮断電圧増加率を超過する状態になった場合に前記発電機の出力電流の前記整流部への入力を遮断する入力遮断部を備え、
    前記発電状態検出部は、前記電圧増加率が前記遮断電圧増加率を超過する状態になったか否かを検出する、
    ことを特徴とする系統連系発電装置。
  15. 請求項9ないし請求項14のいずれかに記載の制御方法において、
    前記入力制限過程は、前記整流電流の入力量の制限時に前記整流電流を分流してバイパスするバイパス過程を備えたことを特徴とする制御方法。
  16. エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムにおいて、
    前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数が、前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数を超過する状態になったか否かを検出させ、
    前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力させ、
    前記ロータの回転数が前記発電機の所定の出力電圧に相当する回転数である制限回転数を超過する状態になった場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限させる、
    ことを特徴とする制御プログラム。
  17. エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムにおいて、
    前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数増加率が、所定の制限回転数増加率を超過したか否かを検出させ、
    前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力させ、
    前記回転数増加率が前記制限回転数増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限させる、
    を備えたことを特徴とする制御プログラム。
  18. エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムにおいて、
    前記発電機の電圧増加率が、所定の制限電圧増加率を超過したか否かを検出させ、
    前記発電機の出力電流を整流して整流電流を出力させ、
    前記発電機の電圧増加率が前記制限電圧増加率を超過した場合に前記電力変換装置への前記整流電流の入力量を制限させる、
    ことを特徴とする制御プログラム。
  19. 請求項16ないし請求項18のいずれかに記載の制御プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読取可能な記録媒体。
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