(57)【要約】  瞬低補償容量≫負荷平準化容量の場合でも小型、安価なシステムを可能とした交直変換装置を提供するために、商用電源と負荷間に高速スイッチを接続し、この高速スイッチと負荷間に電力貯蔵部、交直変換器及び連系変圧器を有するＰＣＳを接続して構成したものにおいて、電力貯蔵部を構成する容量の一部をＮａＳ電池とし、残る他の大半の容量を電気二重層キャパシタとする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源と負荷間に高速スイッチを接続し、この高速スイッチと負荷間に電力貯蔵部、交直変換器及び連系変圧器を有するＰＣＳを接続して構成したものにおいて、
前記電力貯蔵部を構成する容量の一部を二次電池とし、他の容量を電気二重層キャパシタとしたことを特徴とした交直変換装置。
【請求項２】
前記二次電池と電気二重層キャパシタの電力量の構成比率を、ＮａＳ電池を３０％以下とし、且つ電気二重層キャパシタ７０％以上としたことを特徴とした請求項１記載の交直変換装置。
【請求項３】
前記交流変換器は複数の単位変換器より構成されたことを特徴とした請求項１又は２記載の交直変換装置。
【請求項４】
前記交流変換器は複数の単位変換器より構成され、各単位変換器は各別に個別制御部を備えたことを特徴とした請求項３記載の交直変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交直変換装置に係り、特に瞬時電圧低下・停電対策機能を有する交直変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵装置を有する交直変換装置を用いて、電力負荷の少ない深夜電力を貯蔵し、その貯蔵した電力を昼間のピーク時に放電して負荷の平準化を図り、併せて瞬時電圧低下・停電対策機能を持たせることが行われている。【０００３】
図２は、このような瞬時電圧低下・停電対策機能を有する交直変換装置を示したものである。１はＤＣ／ＡＣコンバータからなる交直変換器で、複数の単位変換器１ａ〜１ｄから構成されている。交直変換器１の直流側にはＮａＳ電池（ナトリウム−硫黄電池）等の二次電池を使用した電力貯蔵部２が接続されている。３は連系変圧器で、その出力は連系遮断器４を介して重要負荷側線路に接続される。５は高速スイッチ、６は受電遮断器、７はバイパス遮断器、８は負荷側遮断器で、これら１〜８によってＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）９が構成されている。【０００４】
負荷に対しては、通常、電力系統から電力を供給しているが、何らかの理由によって瞬時電圧低下や停電が発生した場合、制御回路は高速スイッチ５を開路し、電力貯蔵部２に蓄えられた電力を交直変換器１、連系変圧器３及連系遮断器４を介して負荷に供給されるよう構成される。このような装置は、例えば特許文献１などによって公知となっている。【０００５】
上記のような交直変換装置に使用される電力貯蔵用の電池はＮａＳ電池が使用されるが、このＮａＳ電池は、通常は定格容量の充放電を行うが、短時間に限定すると、定格の３倍出力で放電可能となっている。その能力を利用して、定格１倍で負荷平準化運転を実施し、且つ定格３倍での瞬低補償運転を実施している。【０００６】
そして、このような用途で使用されるＮａＳ電池は、通常５０ｋＷのモジュールを多数直並列に接続して電力貯蔵部が構成される。５０ｋＷモジュールの構成方法としては、単電池３８４本、又は３２０本を用いて、
（１）８直列×８直列×６並列＝３８４本
（２）８直列×４直列×１２並列＝３８４本
（３）８直列×４直列×１０直列＝３２０本
の３通りが行われており、通常は（１）（２）の方法で構成される場合が多いが、高出力に対応する場合には（３）の方法が実施されている。これは、並列接続すると単電池の内部抵抗の不均一により各単電池間に横流が流れて出力低下するのを防止するために直列接続したものである。【０００７】
しかし、（３）の構成の場合、直列接続されるため１本の単電池が故障するとモジュール全体が使用できなくなり、システム全体の信頼性を低下させている。
一方、信頼性向上のために、標準的な（１）または（２）の構成のものを使用すると、瞬低補償容量≫負荷平準化容量の場合、大きな容量の電池を導入せざるを得なくなり、価格が大幅に増加する。
【特許文献１】日本国の公開特許公報である特開２００４−２３８６０号公報
【発明の開示】
【０００８】
そこで、本発明が目的とするところは、瞬低補償容量≫負荷平準化容量の場合でも小型、安価なシステムを可能とした交直変換装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の一つの観点によれば、商用電源と負荷間に高速スイッチを接続し、この高速スイッチと負荷間に電力貯蔵部、交直変換器及び連系変圧器を有するＰＣＳを接続して構成したものにおいて、前記電力貯蔵部を構成する容量の一部を二次電池とし、他の容量を電気二重層キャパシタとしたことを特徴としたものである。
【００１０】
また、本発明の別の観点によれば、前記ＮａＳ電池と電気二重層キャパシタの電力量の構成比率を、ＮａＳ電池を３０％以下とし、且つ電気二重層キャパシタ７０％以上としたことを特徴としたものである。
【００１１】
さらに、本発明の別の観点によれば、前記交流変換器は複数の単位変換器より構成されたことを特徴としたものである。
【００１２】
さらにまた、本発明の別の観点によれば、前記交流変換器は複数の単位変換器より構成され、各単位変換器は各別に個別制御部を備えたことを特徴としたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施例を示す構成図で、図２との同一部分もしくは相当する部分には同一符号を付している。１０は電気二重層キャパシタよりなる第２の電力貯蔵部で、複数のモジュール１０ａ〜１０ｎより構成されている。図１では４並列の場合を示したもので、第１の電力貯蔵部２としてはエネルギー密度が高く、自己放電の少ないＮａＳ電池等の二次電池が使用される。図１では、二次電池としてＮａＳ電池が使用され、必要とする電力の大半以上を賄うための第２の電力貯蔵部１０としての電気二重層キャパシタが接続される。ここでは、必要とする電力量のうち２５％（３０％以下）をＮａＳ電池とし、残る７５％（７０％以上）に電気二重層キャパシタが使用され、それらが１０ａ〜１０ｃに分割されてそれぞれ単位変換器１ｂ〜１ｄに接続されている。【００１４】
すなわち、本発明は、電力貯蔵部をＮａＳ電池と電気二重層キャパシタによるハイブリッド構成としたものである。このような構成とすることによって、電気二重層キャパシタはＮａＳ電池と比較して安価なことから瞬低補償容量≫負荷平準化容量の場合でも、システム全体として安価となり、その適用比率もＮａＳ電池を３０％以下とし、電気二重層キャパシタを７０％以上とすることにより機能的にも価格的にも有利となるものである。【００１５】
なお、分割された単位変換器１ａ〜１ｄに対する制御部は共通としてもよいが、複数の単位変換器毎に個別の電気二重層キャパシタや連系変圧器が接続されていることにより、各々内部インピーダンスや充放電特性が異なってくることが考えられる。この点を考慮すれば、各単位変換器毎に個別の制御部を設ける方がより実用的になる。【００１６】
次にその動作を説明する。
通常は、各遮断器４〜８は投入状態となって、商用電源から負荷側へと電力が供給されている。この状態で何らかの理由により商用電源側で瞬時電圧低下が生じ、その電圧低下率が所定値以上となったとき、高速スイッチ５が直ちにオフ状態となり、予め定められた電圧低下率に対応した交直変換器１の単位変換器１ａ〜１ｄの何れか１台、若しくは組み合わせでインバータ動作を開始し、ＮａＳ電池２及び電気二重層キャパシタ１０に蓄積されたエネルギーを電源として連系変圧器３、遮断器４及び８を介して重要負荷側へ所定の電力を供給する。この供給は高速スイッチ５と商用電源間の電圧が復旧するまで継続される。【００１７】
商用電源側で停電発生の場合もＰＣＳから瞬時電圧低下時と同様にして重要負荷へ電力供給が行われるが、この場合、瞬時電圧低下の検出レベルを超えた所定の停電検出レベルに達した時に停電と判断し、高速スイッチ５と共に電源側遮断器６及びバイパス遮断器７もオフ状態として電力貯蔵部２、１０、交直変換器１、連系変圧器３、及び８を介して重要負荷へ電力供給が行われる。【００１８】
以上のような本発明の実施形態によれば、電力貯蔵部をＮａＳ電池と電気二重層キャパシタによるハイブリッド構成としたものである。このような構成とすることによって、電気二重層キャパシタはＮａＳ電池と比較して安価なことから瞬低補償容量≫負荷平準化容量の場合でも、システム全体として小型、安価となるものである。【００１９】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図である。
【図２】従来の交直変換装置を示す構成図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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