JPH0884445A - Energy charging/discharging apparatus with flywheel - Google Patents
Energy charging/discharging apparatus with flywheelInfo
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、商用電力から電気エ
ネルギーを供給される電力回路の受電設備をできるだけ
経済的に押さえたい電力システムや、またはディーゼル
エンジン、ガスタービン等の駆動機械によって駆動され
る発電機によって、電気エネルギーを供給される電力シ
ステムに最適な用途、例えば、圧延機、溶接機等の負荷
の場合のように急激に過大な電力の供給を要求される場
合にも、電力負荷装置に安定に電力を供給できるように
したフライホイールによるエネルギー貯蔵放出装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is driven by a power system for which the power receiving equipment of a power circuit supplied with electric energy from commercial power is desired to be kept as economical as possible, or a driving machine such as a diesel engine or a gas turbine. A power load device that is most suitable for a power system that is supplied with electrical energy by a generator, for example, when a sudden excessive power supply is required such as a load of a rolling mill or a welding machine. The present invention relates to an energy storage and emission device using a flywheel capable of stably supplying electric power to a vehicle.
【0002】[0002]
【従来の技術】工場設備等においては、商用電力を所定
受電能力を備えた受電設備によって受電し、構内の電力
回路に電気エネルギーを供給するようにしている電力シ
ステムがある。また、ディーゼルエンジン、ガスタービ
ン等の内燃機関のような駆動機械によって駆動される発
電機によって電気エネルギーが供給される電力システム
がある。上述のような電力システムは、例えば、図4の
ように構成されている。図4(A)は商用電力の受電シ
ステムの例を示すもので、同図において、1は変圧器や
遮断器および計器類等を備えた受電設備、2は商用電力
の系統電力配電線である。受電設備1の出力は構内の電
力回路である構内配電線3によって構内に配電される。
構内配電線3は遮断器4を経由して電力負荷装置5に接
続されている。なお、同図(A)においては、電力シス
テムの制御要素や開閉器等の記載は省略している。ま
た、構内配電線3には複数の電力負荷装置が接続される
が、同図においては1組だけを代表して記している。図
4(B)は自家発電システム等の駆動機械によって発電
機を駆動する閉回路の電力システムの例を示すもので、
同図において、6は交流発電機、7は交流発電機を駆動
する駆動機械である。交流発電機6の発電電力は構内の
電力回路である構内配電線8によって構内に配電され
る。構内配電線8は遮断器9を経由して電力負荷装置1
0に接続されている。同図(B)においては、電力シス
テムの制御要素や開閉器等の記載は省略している。ま
た、構内配電線8には複数の電力負荷装置が接続される
が、同図においては1組だけを代表して記している。2. Description of the Related Art In factory facilities and the like, there is a power system in which commercial power is received by a power receiving facility having a predetermined power receiving capability and electric energy is supplied to a power circuit in a premises. Further, there is a power system in which electric energy is supplied by a generator driven by a driving machine such as an internal combustion engine such as a diesel engine or a gas turbine. The above power system is configured as shown in FIG. 4, for example. FIG. 4 (A) shows an example of a commercial power receiving system. In the figure, 1 is a power receiving facility including a transformer, a circuit breaker, meters and the like, and 2 is a commercial power grid power distribution line. . The output of the power receiving equipment 1 is distributed to the premises by a premises distribution line 3 which is a power circuit in the premises.
The premises distribution line 3 is connected to a power load device 5 via a circuit breaker 4. It should be noted that, in FIG. 7A, description of control elements, switches, and the like of the power system is omitted. Although a plurality of power load devices are connected to the local distribution line 3, only one set is shown as a representative in the figure. FIG. 4B shows an example of a closed-circuit power system in which a generator is driven by a driving machine such as a private power generation system.
In the figure, 6 is an AC generator, and 7 is a drive machine for driving the AC generator. The power generated by the AC generator 6 is distributed to the premises by a premises distribution line 8 which is a power circuit in the premises. The local distribution line 8 is connected to the power load device 1 via the circuit breaker 9.
Connected to 0. In FIG. 1B, the description of the control elements of the electric power system, switches, etc. is omitted. Further, although a plurality of power load devices are connected to the local distribution line 8, only one set is shown as a representative in the figure.
【0003】また、電源または負荷が不安定な場合に安
定な電源を保証するためにフライホイールを使用する手
段がある。フライホイールまたはフライホイール効果を
電力システムに使用する技術としては、例えば、特開昭
55−58785号公報、特開昭55−82316号公
報、特開平4−185233号公報、特開平4−275
027号公報、特開平5−153732号公報、特開平
5−274049号公報等に記載のものがある。特開昭
55−58785号公報に記載のものは、原子炉容器内
のインターナルポンプモータへ電力を供給する母線に、
慣性定数の大きい同期機を接続することにより、所内電
源停電時にも炉心の熱除去を行い、燃料体の健全性を維
持しようとするものである。また、特開昭55−823
16号公報に記載のものは、フライホイールを有する同
期機を常時は電動機として移相のため運転し、電源喪失
時には発電機として周波数変換装置母線に給電を行うこ
とにより回転機および回路の費用を低減し得るバッファ
を構成しようとするものである。また、特開平4−18
5233号公報に記載のものは、一定周波数の電力系統
に接続され運転される風力発電設備において、風力発電
の出力が大きいときは電動機となり、風力発電機の出力
が小さいときは発電機となりフライホイールに蓄えられ
た運動エネルギーを電力として出力して、可変出力運転
の出力変動を平滑化しようとするものである。また、特
開平4−275027号公報に記載のものは、原動機に
直結して原動機の回転数が変動しても常に商用周波数の
電力を発生させる交流励磁同期機と、変動エネルギーの
蓄積と放出とを行うフライホイール付交流励磁同期機と
を組み合わせ、フライホイール付交流励磁同期機のエネ
ルギー放蓄により負荷に安定した電力を供給しようとす
るものである。また、特開平5−153732号公報に
記載のものは、可変速同期機とフライホイールを用いて
電力系統の安定度を向上させようとするものである。さ
らに、特開平5−274049号公報に記載のものは、
電源安定化のためにインバータでフライホイールを備え
たモータを定常運転し、回生エネルギーを蓄積し、各種
設備機器の運転中に瞬時電圧降下が発生したとき高速応
答電圧降下検出リレーによる検出信号によってインバー
タの出力周波数を低下させ、モータの回生エネルギーを
電源回生コンバータによって3相交流電源側に回生する
ことによって電源電圧を昇圧し、定常電圧に復帰させよ
うとするものである。There are also means to use flywheels to ensure a stable power supply when the power supply or load is unstable. Techniques for using a flywheel or a flywheel effect in an electric power system include, for example, JP-A-55-58785, JP-A-55-82316, JP-A-4-185233, and JP-A-4-275.
No. 027, JP-A-5-153732, JP-A-5-274049 and the like. Japanese Patent Laid-Open No. 55-57885 discloses a busbar that supplies electric power to an internal pump motor in a reactor vessel.
By connecting a synchronous machine with a large inertia constant, the heat of the core is removed even in the case of a power outage in the plant, and the soundness of the fuel body is maintained. In addition, JP-A-55-823
The device described in Japanese Patent No. 16 operates a synchronous machine having a flywheel as an electric motor for phase shifting at all times, and when the power supply is lost, power is supplied to the frequency converter bus as a generator, thereby reducing the cost of the rotating machine and the circuit. It is intended to construct a buffer that can be reduced. In addition, JP-A-4-18
The thing described in Japanese Patent No. 5233 is a flywheel that is an electric motor when the output of wind power generation is large and a generator when the output of the wind power generator is small in a wind power generation facility that is operated by being connected to a power system of a constant frequency. The kinetic energy stored in is output as electric power in order to smooth the output fluctuation in the variable output operation. Further, the one described in JP-A-4-275027 discloses an AC excitation synchronous machine that is directly connected to a prime mover and constantly generates electric power at a commercial frequency even if the rotation speed of the prime mover fluctuates, and stores and releases fluctuating energy. By combining with an AC excitation synchronous machine with a flywheel for performing the above, it is intended to supply stable power to a load by energy storage of the AC excitation synchronous machine with a flywheel. Further, the one disclosed in JP-A-5-153732 is intended to improve the stability of the electric power system by using a variable speed synchronous machine and a flywheel. Further, the one described in JP-A-5-274049 is
In order to stabilize the power supply, the motor equipped with a flywheel is constantly operated by the inverter, accumulates regenerative energy, and when an instantaneous voltage drop occurs during the operation of various equipment, the inverter responds with the detection signal from the high-speed response voltage drop detection relay. The output frequency is reduced and the regenerative energy of the motor is regenerated to the three-phase AC power source side by the power source regenerative converter to boost the power source voltage and restore the steady voltage.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来の電力システムの場合には、次のような問題点が
あった。 急峻な負荷変動に耐えるためには、定常負荷の2倍程
度の負荷にも耐えるような発電機や受電能力が必要にな
る。何故なら、そのようにしないと瞬間的に受電能力を
超過したり、発電機の電圧または/および周波数を変動
して電力品質を低下させる恐れがあるからである。 負荷機械にフライホイールを装備した前述の各公報記
載の先行技術のものも、上述した問題点を解決したもの
ではない。例えば、特開平4−185233号公報に記
載のものは、その実施例にも見られるように風力発電機
の出力変動を検知して動作するものであって、出力の不
安定な発電装置には対応できるが、負荷の急変動には対
応ができない。また、特開平5−274049号公報に
記載のものは、電力系統において、負荷の変動によって
電源電圧が急落するのを補償するためのものであって、
AVR(Automatic Voltage Reg
ulator)が機能しているから電圧が安定している
システムにおける負荷の変動には対応できない。本発明
は従来のものの上記課題(問題点)を解決し、構成が簡
単で、しかも特性の良い電力エネルギーを得るためのフ
ライホイールによるエネルギー貯蔵放出装置を提供する
ことを目的とする。The conventional electric power system as described above has the following problems. In order to withstand a sudden load change, a generator and power receiving capability that can withstand a load that is about twice the steady load are required. This is because, if this is not done, the power receiving capacity may be momentarily exceeded, or the voltage or / and frequency of the generator may fluctuate, and the power quality may deteriorate. The prior art disclosed in the above-mentioned respective publications in which the load machine is equipped with the flywheel does not solve the above-mentioned problems. For example, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-185233 operates by detecting an output fluctuation of a wind power generator as seen in its embodiment, and is suitable for a power generator having an unstable output. It can handle it, but it cannot handle sudden changes in load. Further, the one described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-274049 is for compensating for a sudden drop in the power supply voltage due to a load change in the power system.
AVR (Automatic Voltage Reg
It is not possible to cope with load fluctuations in a system in which the voltage is stable because the ululator) is functioning. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems (problems) of the conventional one, and to provide an energy storage and emission device by a flywheel for obtaining electric power energy having a simple structure and good characteristics.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に基づくフライホイールによるエネルギー貯
蔵放出装置においては、電力回路にフライホイールを結
合した誘導機を双方向性インバータを介して接続し、電
源が備える出力能力に対応する予め設定した所定電気エ
ネルギー未満の電力負荷条件においては、双方向性イン
バータの出力周波数を予め設定した所定周波数以上の周
波数として双方向性インバータから供給する電力により
誘導機を電動機として作動し、誘導機に結合するフライ
ホイールに回転エネルギーを蓄勢貯蔵し、電源が備える
出力能力に対応する予め設定した所定電気エネルギー以
上の電力負荷条件においては、双方向性インバータの出
力周波数を予め設定した所定周波数よりも低い周波数に
して、誘導機をフライホイールの回転速度で駆動される
発電機として作動させ、誘導機に結合するフライホイー
ルに蓄勢された回転エネルギーを電気エネルギーに変換
して双方向性インバータに放出し、これを双方向性イン
バータを介して電力回路に供給するようにした。上述し
た電源が備える出力能力に対応する予め設定した所定電
気エネルギー未満の電力負荷条件において定める双方向
性インバータの出力周波数は、フライホイールの回転速
度に対応する所定周波数より所定値だけ高くし、および
/または、電源の備える出力能力に対応する予め設定し
た所定電気エネルギー以上の電力負荷条件において定め
る双方向性インバータの出力周波数は、フライホイール
の回転速度に対応する所定周波数より所定値だけ低くす
るようにするのが望ましい。In order to solve the above problems, in a flywheel energy storage and emission device according to the present invention, an induction machine having a flywheel coupled to a power circuit is connected through a bidirectional inverter. However, under the power load condition of less than the preset predetermined electric energy corresponding to the output capacity of the power supply, the output frequency of the bidirectional inverter is set to a frequency equal to or higher than the preset preset frequency by the power supplied from the bidirectional inverter. The bidirectional inverter operates under the condition that the flywheel connected to the induction machine is operated as an electric motor to store and store the rotational energy, and the preset load is equal to or higher than a preset electric energy corresponding to the output capacity of the power source. Set the output frequency of the (A) Operate as a generator driven by the rotational speed of the wheel, convert the rotational energy stored in the flywheel connected to the induction machine into electrical energy, and release it to the bidirectional inverter, which is then output by the bidirectional inverter. The power circuit is supplied via the. The output frequency of the bidirectional inverter, which is determined under a power load condition of less than a predetermined electric energy set in advance corresponding to the output capacity of the power supply described above, is set higher than a predetermined frequency corresponding to the rotation speed of the flywheel by a predetermined value, and Or, the output frequency of the bidirectional inverter determined under a power load condition equal to or higher than a predetermined electric energy set in advance corresponding to the output capacity of the power supply should be lower than the predetermined frequency corresponding to the rotation speed of the flywheel by a predetermined value. Is desirable.
【0006】[0006]
【作用】本発明のものでは、上述のように構成するよう
にしたので、電力負荷量が所定量未満の場合は双方向性
インバータの周波数を高くするので、誘導機は電動機と
して機能し余剰電力エネルギーが誘導機に結合し、駆動
されるフライホイールに回転エネルギーとして蓄勢して
貯蔵される。また、急激に負荷が過大になった場合等、
負荷電力量が増大し、電源装置の出力許容量よりも大き
くなった場合には、双方向性インバータの周波数を低く
するのでフライホイールによって駆動され回転する回転
速度よりも印加電力の周波数が低くなった誘導機は発電
機として作動し、フライホイールに回転エネルギーとし
て貯蔵された回転エネルギーを電気エネルギーに変換
し、電源から供給される電力に重畳して電力負荷に供給
される。また、電力負荷量の小さい場合には、双方向性
インバータの出力周波数をフライホイールの回転速度に
対応する所定周波数より所定値だけ高くすることによ
り、および/または、電力負荷量の大きい場合には双方
向性インバータの出力周波数をフライホイールの回転速
度に対応する所定周波数より所定値だけ低くすることに
より、フライホイールの現在の回転速度に対応してフラ
イホイールのエネルギー貯蔵能力を有効に活用でき、効
率のよいエネルギー貯蔵放出装置が実現できる。In the present invention, since the configuration is as described above, the frequency of the bidirectional inverter is increased when the power load amount is less than the predetermined amount, so that the induction machine functions as an electric motor and surplus power is consumed. Energy is coupled to the induction machine and stored and stored as rotational energy in a driven flywheel. Also, if the load suddenly becomes excessive,
When the amount of load power increases and exceeds the output allowable amount of the power supply device, the frequency of the bidirectional inverter is lowered, so the frequency of the applied power becomes lower than the rotation speed driven and rotated by the flywheel. The induction machine operates as a generator, converts the rotational energy stored in the flywheel as rotational energy into electric energy, superimposes it on the electric power supplied from the power source, and supplies the electric power to the electric load. When the power load is small, the output frequency of the bidirectional inverter is set higher than the predetermined frequency corresponding to the rotation speed of the flywheel by a predetermined value, and / or when the power load is large. By lowering the output frequency of the bidirectional inverter by a predetermined value from the predetermined frequency corresponding to the rotation speed of the flywheel, the energy storage capacity of the flywheel can be effectively utilized according to the current rotation speed of the flywheel. An efficient energy storage and emission device can be realized.
【0007】[0007]
【実施例】本発明に基づくフライホイールによるエネル
ギー貯蔵放出装置を図1を参照して説明する。なお、同
図において、従来技術のものに対応する構成については
図4(A)と同一の符号を使用して示してある。図1に
おいて、1は変圧器や遮断器等を備えた受電設備、2は
商用電力の系統電力配電線である。受電設備1の出力は
構内の電力回路である構内配電線3によって構内に配電
される。構内配電線3には遮断器4を経由して電力負荷
装置5に接続されている。また、構内配電線3は開閉器
11を経由して双方向性インバータ12の第1の入出力
端子aに接続されている。双方向性インバータ12の第
2の入出力端子bには誘導機13が接続され、誘導機1
3の回転軸にはフライホイール14が結合されている。
図1には、発電システムの制御要素や図示以外の開閉器
や遮断機等の記載は省略し、各接続線も1本の線で簡略
化して記している。また、構内配電線3には複数の電力
負荷装置が接続されるが、同図においては1組だけを代
表して記している。図1に示した実施例では、従来例の
図4(A)に示した電力システムに相当する電力システ
ムに本発明を適用した例を示したが、さらに本発明を図
4(B)に示した電力システムに適用する場合にも図1
と同様に電力回路を構成する構内配電線8に開閉器11
を経由して双方向性インバータ12の第1の入出力端子
aを接続し、双方向性インバータ12の第2の入出力端
子bにフライホイール14を結合した誘導機13を接続
すれば同様に適用できる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A flywheel energy storage and discharge device according to the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the components corresponding to those of the prior art are denoted by the same reference numerals as those in FIG. In FIG. 1, 1 is a power receiving facility including a transformer, a circuit breaker, and the like, and 2 is a grid power distribution line for commercial power. The output of the power receiving equipment 1 is distributed to the premises by a premises distribution line 3 which is a power circuit in the premises. The premises distribution line 3 is connected to a power load device 5 via a circuit breaker 4. Further, the local distribution line 3 is connected to the first input / output terminal a of the bidirectional inverter 12 via the switch 11. The induction machine 13 is connected to the second input / output terminal b of the bidirectional inverter 12.
A flywheel 14 is coupled to the rotating shaft of 3.
In FIG. 1, description of the control elements of the power generation system, switches and circuit breakers other than those shown in the figure is omitted, and each connection line is also simplified by a single line. Although a plurality of power load devices are connected to the local distribution line 3, only one set is shown as a representative in the figure. The embodiment shown in FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to a power system corresponding to the power system shown in FIG. 4 (A) of the conventional example, and the present invention is further shown in FIG. 4 (B). Fig. 1 when applied to a power system
In the same way as the above, a switch 11 is attached to the local distribution line 8 that constitutes the power circuit.
If the first input / output terminal a of the bidirectional inverter 12 is connected to the second input / output terminal b of the bidirectional inverter 12 and the induction machine 13 with the flywheel 14 is connected, Applicable.
【0008】双方向性インバータ12は、例えば、第1
の入出力端子aに接続される構内配電線3の周波数であ
る受電交流入力を直流に変換するコンバータ機能と、後
述する第2のコンバータ/インバータ12bから供給さ
れる直流を構内配電線3の周波数、即ち、受電交流電力
の周波数に変換して第1の入出力端子aに出力する機能
を相互に実行する機能を備えた第1のコンバータ/イン
バータ12aと、第1のコンバータ/インバータ12a
が変換した直流を誘導機13とフライホイール14の特
性に適応させて定めた周波数の交流に変換して第2の入
出力端子bに出力する機能と、この変換周波数を低くし
て誘導機13を交流発電機として機能させた場合、第2
の入出力端子bから入力するこの発電交流を直流に変換
して前述した第1のコンバータ/インバータ12aに供
給する機能を備えた第2のコンバータ/インバータ12
bによって構成され、また、詳細を後述する制御機能と
を備えている。The bidirectional inverter 12 is, for example, the first
The converter function of converting the incoming AC input, which is the frequency of the indoor distribution line 3 connected to the input / output terminal a, into a direct current, and the direct current supplied from the second converter / inverter 12b described later to the frequency of the internal distribution line 3 That is, the first converter / inverter 12a and the first converter / inverter 12a having a function of mutually executing the function of converting the frequency of the received AC power and outputting the frequency to the first input / output terminal a.
The function of converting the direct current converted by the AC into an AC of a frequency determined according to the characteristics of the induction machine 13 and the flywheel 14 and outputting the AC to the second input / output terminal b, and reducing the conversion frequency to induce the induction machine 13 If the is operated as an AC generator, the second
The second converter / inverter 12 having a function of converting this power generation AC input from the input / output terminal b of the above into DC and supplying it to the above-mentioned first converter / inverter 12a.
b, and has a control function, the details of which will be described later.
【0009】次に、図2を参照して誘導機13の本発明
に活用する概要特性を説明する。図2において横軸は誘
導機の回転速度、縦軸の上半分には誘導機の出力トル
ク、縦軸の下半分には誘導機の入力(吸収)トルクを示
している。なお、図2に示す横軸の半ばに記した縦軸部
は誘導機に供給される交流電力の周波数、即ち、図1に
示す双方向性インバータ12から入力する交流周波数に
よって定まる誘導機13の同期速度であって、同期速度
の左側は機械的負荷量によって定まるすべり速度に対応
する電動機領域を示し、同期速度の右側は誘導機が機械
的に強制的に回転させられることによって生じるすべり
速度に対応する発電機領域を示している。即ち、誘導機
は誘導機に機械的負荷が結合され、電力が供給されると
誘導機の特性と機械的負荷量によって定まるすべり速度
mで回転する電動機として機械的負荷を駆動する。逆
に、誘導機に結合される機構部から強制的に回転され
て、その回転速度が同期速度より早くなると誘導機は誘
導機の特性と電気的負荷量によって定まるすべり速度g
で回転する発電機として機能し、接続された電力回路に
電力を供給する。Next, the general characteristics of the induction machine 13 used in the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the rotational speed of the induction machine, the upper half of the vertical axis represents the output torque of the induction machine, and the lower half of the vertical axis represents the input (absorption) torque of the induction machine. The vertical axis shown in the middle of the horizontal axis of FIG. 2 indicates the frequency of the AC power supplied to the induction machine, that is, the AC frequency input from the bidirectional inverter 12 shown in FIG. Synchronous speed, where the left side of the synchronous speed shows the motor area corresponding to the sliding speed determined by the mechanical load, and the right side of the synchronous speed is the sliding speed caused by the forced mechanical rotation of the induction machine. The corresponding generator area is shown. That is, the induction machine has a mechanical load coupled to the induction machine, and when electric power is supplied, the induction machine drives the mechanical load as an electric motor that rotates at a sliding speed m determined by the characteristics of the induction machine and the mechanical load amount. On the contrary, when the rotation speed of the induction machine is forced to rotate from the mechanism connected to the induction machine and becomes faster than the synchronous speed, the induction machine will have a sliding speed g determined by the characteristics of the induction machine and the electrical load.
It functions as a generator that rotates at and supplies power to the connected power circuit.
【0010】次に、図3を参照して図1に示した実施例
における本発明の働きを説明する。図3は図1に示した
電力負荷装置5の変動状況例を示した図で、同図の横軸
に時間を、縦軸に負荷量(負荷電力量)を示している。
また、縦軸の中間部に記した横線はこの電力システムの
条件で定まる基準負荷レベルを記している。例えば、図
1に示した受電設備1の受電契約量に対応する負荷量で
あって、通常ではこの基準負荷量以上に負荷が電力を吸
収することが認められない量である。また、図4(B)
に示した駆動機械により駆動される発電機によって電力
が供給される自家発電システム等の電力システムの場合
は、通常ではこの基準負荷量以上には発電機から発電さ
せることができない電力負荷量である。図1において、
構内配電線3に電力が供給されている状態で開閉器11
が投入され、図3に示すように負荷量が基準負荷量未満
であると、構内配電線3から電力が双方向性インバータ
12の第1の入出力端子aに供給され、図示しない双方
向性インバータ12の制御機能の働きによって、第2の
コンバータ/インバータ12bは、フライホイール14
の回転速度を誘導機13の同期速度とする周波数よりも
誘導機13の回転特性に対応して予め設定したすべり速
度分高い周波数を出力して誘導機13に供給する。従っ
て、誘導機13はフライホイールを機械的負荷として電
動機領域で回転し、構内配電線3の電気エネルギーの余
剰分がフライホイールの回転エネルギーとして蓄勢貯蔵
される。Next, the function of the present invention in the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of a variation state of the power load device 5 shown in FIG. 1, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the load amount (load power amount).
The horizontal line in the middle of the vertical axis indicates the reference load level determined by the conditions of this power system. For example, it is a load amount corresponding to the power receiving contract amount of the power receiving facility 1 shown in FIG. 1, and is usually an amount that does not allow the load to absorb power more than the reference load amount. Also, FIG. 4 (B)
In the case of a power generation system such as an in-house power generation system in which electric power is supplied by a generator driven by the drive machine shown in Fig. 6, the amount of electric power that cannot be generated by the generator is normally above this reference load amount. . In FIG.
Switch 11 with power being supplied to the distribution line 3
Is turned on and the load amount is less than the reference load amount as shown in FIG. 3, power is supplied from the local distribution line 3 to the first input / output terminal a of the bidirectional inverter 12, and the bidirectional power (not shown) is supplied. Due to the function of the control function of the inverter 12, the second converter / inverter 12b is operated by the flywheel 14
The frequency that is higher than the frequency at which the rotation speed of the induction machine is the synchronous speed of the induction machine 13 by a slip speed that is preset corresponding to the rotation characteristics of the induction machine 13 is output and supplied to the induction machine 13. Therefore, the induction machine 13 rotates in the electric motor region by using the flywheel as a mechanical load, and the surplus of the electric energy of the local distribution line 3 is stored as the rotational energy of the flywheel.
【0011】次に、電力負荷装置5が、例えば圧延工場
を含んでいて、複数のローラを駆動する複数の電動機に
同時に電源が投入される等の場合には、図3のc点に示
すように負荷量が基準負荷レベルよりも超過したこと
を、受電設備1に装置した図示しない予め設置した、例
えば、受電電力量と基準負荷(電力)量との差電力から
判定する負荷変動検知機能が検知すると、図示しない双
方向性インバータ12の制御機能の働きによって、第2
のコンバータ/インバータ12bは、フライホイール1
4の回転速度を誘導機13の同期速度とする周波数より
も誘導機13の回転特性に対応して予め設定したすべり
速度分低い周波数を出力して誘導機13に供給する。従
って、誘導機13はフライホイールを駆動源として発電
機領域で回転する。従って、誘導機13の発電電力は第
2のコンバータ/インバータ12bに入力して直流に変
換され、さらに、第1のコンバータ/インバータ12a
によって系統電力配電線2の周波数に変換して双方向性
インバータ12の第1の入出力端子aから構内配電線3
に供給し、系統電力配電線2から供給される受電電力に
重畳して電力負荷の不足分を負担する。即ち、フライホ
イール14に貯蔵された回転エネルギーが電気エネルギ
ーに変換されて放出される。Next, when the power load device 5 includes, for example, a rolling mill, and a plurality of electric motors for driving a plurality of rollers are simultaneously turned on, as shown at point c in FIG. In addition, a load fluctuation detection function for determining that the load amount exceeds the reference load level, which is installed in advance in the power receiving equipment 1 (not shown), for example, based on the power difference between the received power amount and the reference load (power) amount, is provided. When detected, the control function of the bidirectional inverter 12 not shown causes the second
The converter / inverter 12b of the flywheel 1
A frequency lower than the frequency at which the rotational speed of No. 4 is the synchronous speed of the induction machine 13 by a slip speed preset corresponding to the rotation characteristic of the induction machine 13 is output and supplied to the induction machine 13. Therefore, the induction machine 13 rotates in the generator region using the flywheel as a drive source. Therefore, the electric power generated by the induction machine 13 is input to the second converter / inverter 12b and converted into direct current, and further, the first converter / inverter 12a.
Is converted to the frequency of the grid power distribution line 2 from the first input / output terminal a of the bidirectional inverter 12 to the local distribution line 3
And superimpose it on the received power supplied from the grid power distribution line 2 to bear the shortage of the power load. That is, the rotational energy stored in the flywheel 14 is converted into electric energy and emitted.
【0012】上述の説明は本発明の技術思想を実現する
ための基本手段と構成を示したものであって、この電力
システムの規模と条件および電力負荷の条件等に対応し
て適切な要素機能を選定し、構成するとともに作動する
ようにすれば良い。例えば、負荷電力の変動を、受電設
備1に装置した受電電力量と基準負荷(電力)量との差
電力から判定する負荷変動検知機能によって検知するよ
うに説明したが、電力システムの電源が内燃機関により
駆動される発電機等の場合で、AVRの応答速度が十分
に早い場合は、内燃機関の応答遅れによる発電周波数の
変動から検知するようにし、一方、AVRの応答速度が
遅い場合または不足する場合には構内発電電圧の変動か
ら検知するようにし、または発電機の出力電流値または
発電電力量を計測して検知する等の適切な手段を設定す
ればよい。また、電力負荷機能の操作状況から定めるよ
うにしても良い。また、双方向性インバータ12から誘
導機13に供給する周波数をフライホイール14の回転
速度に対応して設定するように説明したが、過大または
過小な周波数になるのを防止するには、周波数の設定上
限または/および設定下限を予め設定しておけば良い。
また、フライホイール14の回転速度に関係なく、誘導
機の特性と対応させて、誘導機13を電動機領域で駆動
する予め設定した所定値の高い周波数か、誘導機13を
発電機領域で駆動する予め設定した所定値の低い周波数
を出力するようにしても良い。また、フライホイールの
回転速度に対応する周波数の設定と予め設定した所定の
周波数を条件に対応して適切に定めるようにしても良
い。上述した双方向性インバータ12を第1のコンバー
タ/インバータ12a、第2のコンバータ/インバータ
12bおよび図示しない制御機能によって構成している
ように説明したが、上述の実施例に示したように双方向
の特性を備えて所望される周波数の交流を出力すること
ができれば、その他の任意適切な構成にしても良い。ま
た、本発明を適用する場合に使用する誘導機としては、
かご型誘導機を使用するのが、信頼性およびコスト上か
らも有効であるが、巻線型誘導機を使用し、2次電流の
制御を上記の制御条件に付加するようにしても良い。The above description shows the basic means and configuration for realizing the technical idea of the present invention, and appropriate element functions corresponding to the scale and conditions of this power system and the conditions of power load. Should be selected, configured, and activated. For example, although it has been described that the fluctuation of the load power is detected by the load fluctuation detection function that determines from the difference power between the received power amount and the reference load (electric power) amount installed in the power receiving equipment 1, the power source of the power system is the internal combustion engine. In the case of a generator driven by an engine, if the response speed of the AVR is fast enough, it is detected from the fluctuation of the power generation frequency due to the response delay of the internal combustion engine, while the response speed of the AVR is slow or insufficient. In such a case, detection may be performed from the fluctuation of the power generation voltage on the premises, or an appropriate means such as measuring and detecting the output current value or the generated power amount of the generator may be set. Alternatively, it may be determined based on the operation status of the power load function. Further, although the frequency supplied from the bidirectional inverter 12 to the induction machine 13 is set according to the rotation speed of the flywheel 14, it is necessary to prevent the frequency from being excessively high or low. The setting upper limit and / or the setting lower limit may be set in advance.
Further, regardless of the rotation speed of the flywheel 14, the induction machine 13 is driven in the electric motor area at a high frequency of a predetermined value set in advance to drive the induction machine 13 in the electric motor area in accordance with the characteristics of the induction machine. You may make it output the low frequency of the preset predetermined value. Further, the setting of the frequency corresponding to the rotation speed of the flywheel and the preset predetermined frequency may be appropriately determined in accordance with the conditions. Although it has been described that the above-described bidirectional inverter 12 is configured by the first converter / inverter 12a, the second converter / inverter 12b, and the control function (not shown), the bidirectional inverter 12 can be configured as shown in the above-described embodiment. Any other suitable configuration may be used as long as it can output an alternating current of a desired frequency with the characteristics of. Further, as the induction machine used when applying the present invention,
Although it is effective to use a squirrel cage induction machine from the viewpoint of reliability and cost, a winding type induction machine may be used and the secondary current control may be added to the above control conditions.
【0013】[0013]
【発明の効果】本発明は、上述のように構成し、作用す
るようにしたので、次のような優れた効果を有する。 フライホイールに貯蔵された回転エネルギーを負荷の
急変時等に電気エネルギーに変換して放出し、発電電力
に重畳することによって電力負荷量を平準化することが
できる。 従って、受電設備または発電設備を最大負荷に対応さ
せる必要がなく、経済的である。 電源が自家発電システムのように、バックパワーの小
さい場合、電力負荷量を平準化することができたので、
負荷変動により生じる恐れのある電圧や周波数の変動を
なくし、良質の電源を得ることができる。 双方向性インバータの出力周波数をフライホイールの
回転速度に対応して定めるようにすると、フライホイー
ルに貯蔵するエネルギー量をフライホイール機能および
/または誘導機の特性を最大限に高めるとともに、その
貯蔵エネルギーを有効に活用できる。Since the present invention is constructed and operates as described above, it has the following excellent effects. The rotational load stored in the flywheel is converted into electric energy when the load suddenly changes, and the electric energy is emitted and superposed on the generated electric power, so that the electric power load can be leveled. Therefore, it is economical because there is no need for the power receiving facility or the power generating facility to handle the maximum load. When the power source is a small amount of back power, such as an in-house power generation system, the amount of power load could be leveled, so
It is possible to obtain a high-quality power supply by eliminating voltage and frequency fluctuations that may occur due to load fluctuations. When the output frequency of the bidirectional inverter is determined according to the rotation speed of the flywheel, the amount of energy stored in the flywheel is maximized to maximize the characteristics of the flywheel function and / or the induction machine, and the stored energy is also stored. Can be effectively utilized.
【図1】本発明に基づくフライホイールによるエネルギ
ー貯蔵放出装置の実施例を説明する電力システムの概要
構成ブロック図である。FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of an electric power system for explaining an embodiment of an energy storage and emission device using a flywheel according to the present invention.
【図2】本発明の機能を説明する誘導機の概略特性図で
ある。FIG. 2 is a schematic characteristic diagram of an induction machine for explaining the function of the present invention.
【図3】本発明の機能を説明する負荷の変動状況例を示
す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a load fluctuation situation for explaining the function of the present invention.
【図4】本発明を適用する従来の電力システム例を示す
概要構成ブロック図であって、同図(A)は受電電力シ
ステムの例、同図(B)は自家発電システム等の例を示
している。FIG. 4 is a schematic configuration block diagram showing an example of a conventional power system to which the present invention is applied, where FIG. 4 (A) shows an example of a received power system, and FIG. 4 (B) shows an example of a private power generation system and the like. ing.
1:受電設備 2:系統電力配電線 3:構内配電線 4:遮断器 5:電力負荷装置 11:開閉器 12:双方向性インバータ 13:誘導機 14:フライホイール 1: Power receiving equipment 2: Grid power distribution line 3: Premises distribution line 4: Circuit breaker 5: Power load device 11: Switch 12: Bidirectional inverter 13: Induction machine 14: Flywheel
Claims (2)
ネルギーを供給される電力回路において、当該電力回路
にフライホイールを結合した誘導機を双方向性インバー
タを介して接続し、上記電源が備える出力能力に対応す
る予め設定した所定電気エネルギー未満の電力負荷条件
においては、上記双方向性インバータの出力周波数を予
め設定した所定周波数または該所定周波数以上の周波数
として上記双方向性インバータから供給する電力により
前記誘導機を電動機として作動し、該誘導機に結合する
フライホイールに回転エネルギーとして蓄勢貯蔵し、上
記電源が備える出力能力に対応する予め設定した所定電
気エネルギー以上の電力負荷条件においては、上記双方
向性インバータの出力周波数を予め設定した上記所定周
波数よりも低い周波数にして前記フライホイールに結合
する誘導機を該フライホイールにより駆動される発電機
として作動させ、該フライホイールに蓄勢された回転エ
ネルギーを電気エネルギーに変換して前記双方向性イン
バータに放出し、これを該双方向性インバータを介して
当該電力回路で消費するようにしたことを特徴とするフ
ライホイールによるエネルギー貯蔵放出装置。1. In a power circuit supplied with electric energy from a power source having a predetermined output capability, an induction machine having a flywheel coupled to the power circuit is connected through a bidirectional inverter, and the power source is provided. Electric power supplied from the bidirectional inverter as a preset frequency or a frequency equal to or higher than a preset frequency of the output frequency of the bidirectional inverter under a power load condition of less than a preset predetermined electric energy corresponding to the output capacity. By operating the induction machine as an electric motor, stored in the flywheel coupled to the induction machine as rotational energy is stored, in the power load conditions above a predetermined electric energy corresponding to the output capacity of the power supply, in the power load conditions, The output frequency of the bidirectional inverter is lower than the preset predetermined frequency. A number of inductors coupled to the flywheel to operate as a generator driven by the flywheel, converting the rotational energy stored in the flywheel into electrical energy and discharging it to the bidirectional inverter. An energy storage and emission device by a flywheel, characterized in that it is consumed in the power circuit via the bidirectional inverter.
め設定した所定電気エネルギー未満の電力負荷条件にお
いて定める双方向性インバータの出力周波数は、前記フ
ライホイールの回転速度に対応する周波数より所定値だ
け高くし、および/または、上記電源の備える出力能力
に対応する予め設定した所定電気エネルギー以上の電力
負荷条件において定める双方向性インバータの出力周波
数は、前記フライホイールの回転速度に対応する周波数
より所定値だけ低くするようにした請求項1記載のフラ
イホイールによるエネルギー貯蔵放出装置。2. The output frequency of the bidirectional inverter determined under a power load condition of less than a predetermined electric energy set in advance corresponding to the output capacity of the power source is a predetermined value from the frequency corresponding to the rotation speed of the flywheel. The output frequency of the bidirectional inverter is set higher than the frequency corresponding to the rotation speed of the flywheel, and the output frequency of the bidirectional inverter is set higher than the predetermined frequency corresponding to the output capacity of the power source. The energy storage and emission device according to claim 1, wherein the energy storage and emission device is reduced by a value.
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JP24077194A JP3572676B2 (en) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | Energy storage and discharge device by flywheel |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6326591B1 (en) | 1998-02-17 | 2001-12-04 | Illinois Tool Works Inc. | Method and apparatus for short arc welding |
JP2018007343A (en) * | 2016-06-28 | 2018-01-11 | 中国電力株式会社 | Power supply system and power supply method |
-
1994
- 1994-09-09 JP JP24077194A patent/JP3572676B2/en not_active Expired - Fee Related
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US6653595B2 (en) | 1998-02-17 | 2003-11-25 | Illinois Tool Works Inc. | Method and apparatus for welding with output stabilizer |
US6800832B2 (en) | 1998-02-17 | 2004-10-05 | Illinois Tool Works Inc. | Method and apparatus for welding |
US6987243B2 (en) | 1998-02-17 | 2006-01-17 | Illinois Tool Works Inc. | Method and apparatus for welding |
US7598474B2 (en) | 1998-02-17 | 2009-10-06 | Illinois Tool Works Inc. | Method and apparatus for short arc welding |
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