(57)【要約】【課題】分散型電源装置からの直流電力を利用して、寿命の長い小形の無停電電源装置を提供することである。【解決手段】無停電電源装置は、商用電力系統の交流電力を一旦整流器により直流電力に変換して直流回路に出力するとともに上記直流電力をインバータにより交流電力に変換して重要負荷に供給する無停電電源装置において、上記直流回路は、カソードが上記直流回路に接続されているダイオードを介して外部の直流電力が供給され、上記整流器は、上記商用電力系統が正常なとき、上記外部から供給される直流電力の電圧より大きい電圧の直流電力を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統の交流電力を一旦整流器により直流電力に変換して直流回路に出力するとともに上記直流電力をインバータにより交流電力に変換して重要負荷に供給する無停電電源装置において、
上記直流回路は、カソードが上記直流回路に接続されているダイオードを介して外部の直流電力が供給され、
上記整流器は、上記商用電力系統が正常なとき、上記外部から供給される直流電力の電圧より大きい電圧の直流電力を出力することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
上記外部から供給される直流電力が分散型電源装置から供給されることを特徴とする請求項１に記載する無停電電源装置。
【請求項３】
上記分散型電源装置は、ナトリウム−硫黄電池、レドックスフロー電池、超電導コイル電力貯蔵装置、フライホイール電力貯蔵装置、電気二重層コンデンサまたはリチウムイオン二次電池からなることを特徴とする請求項２に記載する無停電電源装置。
【請求項４】
上記整流器は、所定の電圧になるように上記直流回路の電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載する無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、構内系統の交流電力を負荷に必要な交流電力に変換する無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無停電電源装置は、常時は商用系統からの交流電力を直送ラインによって直接または整流器とインバータとを介してコンピュータや通信機器等の重要負荷に供給し、停電時は鉛酸蓄電池からの直流電力がインバータで交流電力に変換されて該重要負荷に供給されることによって停電による重要負荷のトラブルを防止するものである。このような無停電電源装置における鉛酸蓄電池は、常に商用系統からの交流電力を整流器で整流した直流電力によって浮動充電されて満充電状態が維持されるように構成され、不意の停電時のバックアップが確実に行われるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２１７４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、鉛酸蓄電池は通常の寿命が６〜７年であるので、他の主要部品と比べ寿命が短くなり、その交換のためのメンテナンス費用がかさんでしまうという問題がある。
また、鉛酸蓄電池は体積エネルギー密度が小さいので、大きな床面積を専有してしまうという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、分散型電源装置からの直流電力を利用して、寿命の長い小形の無停電電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる無停電電源装置は、商用電力系統の交流電力を一旦整流器により直流電力に変換して直流回路に出力するとともに上記直流電力をインバータにより交流電力に変換して重要負荷に供給する無停電電源装置において、上記直流回路は、カソードが上記直流回路に接続されているダイオードを介して外部の直流電力が供給され、上記整流器は、上記商用電力系統が正常なとき、上記外部から供給される直流電力の電圧より大きい電圧の直流電力を出力する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の効果は、負荷平準化機能を有した近在の分散型電源装置から直流電力の供給をＡＣ２１０系統が停電したときだけ受けることができるので、平常時は分散型電源装置の運用を損なうことなく、無停電電源装置と蓄電池部分を共用化出来る。分散型電源装置として用いているナトリウム−硫黄電池の寿命が１５年以上であるのに対し、従来の鉛酸蓄電池の寿命が６〜７年であるので交換の頻度が３分の１位となり、メンテナンスに要するコストを減少することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる無停電電源装置が配備されているＡＣ２１０Ｖ系統の様子を示す図である。図２は、実施の形態１に係わる無停電電源装置と分散型電源装置のそれぞれの直流回路の電圧の変化の様子を示す図である。
無停電電源装置１が配備されているＡＣ２１０Ｖ系統２は、所内系統３に変圧器４を介して接続されている。そして、所内系統３は、６．６ｋＶの商用系統５に連系用遮断器６を介して接続されている。
【０００９】
この実施の形態１に係わる無停電電源装置１は、ケーブル８を介して直流電力の供給を行うことのできる分散型電源装置１０の近傍に配置されている。そして、この分散型電源装置１０は、負荷平準化機能を具備しており、夜間の間に分散型電源としてのナトリウム−硫黄電池１１に直流電力を充電し、昼間にその充電された直流電力を放電し、所内系統３から一般負荷９に電力を供給することにより、商用系統５からの受電電力を平準化することができ、電気料金の削減を図ることができる。
【００１０】
この無停電電源装置１は、図１に示すように、電力の供給の断絶を極力避ける必要がある重要負荷１２に電力を供給している。そして、ＡＣ２１０Ｖ系統２が活きているとき、ＡＣ２１０Ｖ系統２から昇圧変圧器１５、ダイオード整流器１６、インバータ１７および降圧変圧器１８を動作して重要負荷１２に電力を供給している。また、ＡＣ２１０Ｖ系統２が活きているが、昇圧変圧器１５、ダイオード整流器１６、インバータ１７または降圧変圧器１８が故障したとき、無瞬断切換スイッチ２０をバイパス回路２１側に切り換えてＡＣ２１０Ｖ系統２からバイパス回路２１を介して重要負荷１２に電力を供給する。また、所内系統３が活きていて、ＡＣ２１０Ｖ系統２が停電になっているとき、分散型電源装置１０の直流回路２４から供給される直流電力をインバータ１７により交流電力に変換して重要負荷１２に電力を供給する。また、所内系統３およびＡＣ２１０Ｖ系統２が停電になっているとき、ナトリウム−硫黄電池１１から直流電力を放電し、その直流電力をインバータ１７により交流電力に変換して重要負荷１２に電力を供給する。
【００１１】
そして、無停電電源装置１は、ＡＣ２１０Ｖ系統２から主回路１９を開閉する系統側主開閉器２６、系統側主開閉器２６の負荷側に接続され、ダイオード整流器１６の入力に適した電圧に昇圧する昇圧変圧器１５、昇圧変圧器１５の２次側に接続され、所定の電圧の直流電力を直流回路２７に出力するダイオード整流器１６、直流回路２７に接続され、直流電力を交流電力に変換するインバータ１７、インバータ１７の交流側に接続され、重要負荷１２の所望の電圧まで交流電力を降圧する降圧変圧器１８、ＡＣ２１０Ｖ系統２からバイパス回路２１を開閉する系統側バイパス開閉器２８、系統側バイパス開閉器２８の負荷側に接続されているバイパス回路２１、重要負荷１２の接続先を主回路１９またはバイパス回路２１に切り換える無瞬断切換スイッチ２０、カソードが直流回路２７に接続されているダイオード３０から構成されている。
ところで、ダイオード３０のアノードに分散型電源装置１０の直流回路２４からケーブル８を介して直流電力が供給されている。
【００１２】
次に、無停電電源装置１に直流電力を供給する分散型電源装置１０について説明する。
分散型電源装置１０は、設備用遮断器３２を介して所内系統３に接続されている変圧器３３、変圧器３３で電圧が降圧された交流電力を直流電力に変換して直流回路２４に出力し、また、直流回路２４からの直流電力を交流電力に変換して変圧器３３に出力する交直変換装置３４、直流電力が充放電される分散型電源としてのナトリウム−硫黄電池１１から構成されている。なお、直流回路２４には、直流電力が出力される出力端子３５が設けられている。
【００１３】
なお、分散型電源は、ナトリウム−硫黄電池１１以外にもレドックスフロー電池、超電導コイル電力貯蔵装置、フライホイール電力貯蔵装置、電気二重層コンデンサ、リチウムイオン二次電池など商用系統５から電力を受電して貯蔵し、逆に電力を放電して一般負荷９に供給できるものであれば、この発明をナトリウム−硫黄電池１１と同様に適用することができる。
特に、ナトリウム−硫黄電池１１、超電導コイル電力貯蔵装置、フライホイール電力貯蔵装置、電気二重層コンデンサは、その寿命が１５年以上と長いので、メンテナンス費用を考慮すると好ましい。
【００１４】
そして、変圧器３３は、６．６ｋＶの交流電力を２７０Ｖの交流電力に降圧している。また、交直変換装置３４は、電池充電中は２７０Ｖの交流電力をオープン端子電圧として５８０〜７８０Ｖの直流電力に変換している。そして、ナトリウム−硫黄電池１１に直流電力を充電すると、図２の実線で示したように、端子電圧ＶＢＡＴが５８０Ｖから７８０Ｖまで上昇し、逆にナトリウム−硫黄電池１１から直流電力を放電すると、端子電圧ＶＢＡＴが６６５Ｖから４８０Ｖまで降下する。このように、分散型電源装置１０の直流回路２４の電圧ＶＢＡＴは、充放電に伴って４８０Ｖと７８０Ｖとの間の値を示している。
【００１５】
次に、分散型電源装置１０から直流電圧が４８０Ｖから７８０Ｖまでの直流電力が供給される無停電電源装置１の回路定数について説明する。
無停電電源装置１が分散型電源装置１０から直流電力の供給を受けなければならないのは、ＡＣ２１０Ｖ系統２が停電しているときであり、それ以外のときはダイオード３０により遮断されていなければならない。そのためには、無停電電源装置１の直流回路２７の電圧Ｖｄｃが少なくとも電池放電中または電池待機中は分散型電源装置１０の直流回路２４の電圧ＶＢＡＴより高くして、ダイオード３０に逆電圧が掛かるようにしておかなければならない。
そこで、上述のように分散型電源装置１０の直流回路２４の直流電圧ＶＢＡＴが電池放電中または電池待機中は６６５Ｖ以下であるので、無停電電源装置１の直流回路２７の電圧Ｖｄｃを電圧設定値６８０Ｖ以上に設定することが必要である。
このように設定することで、電池充電中において直流回路２４の電圧が直流回路２７の電圧よりも高くなる場合があるが、この場合は交直変換装置３４が交流電力から変換した直流電力を無停電電源装置１に供給している状態であり、ナトリウム−硫黄電池１１からは無停電電源装置１へ電力を供給していないので問題が発生しない。
【００１６】
そして、無停電電源装置１の直流回路２７の電圧Ｖｄｃが電池放電中または電池待機中の分散型電源装置１０の直流回路２４の電圧ＶＢＡＴを下回らないように設定されているので、ＡＣ２１０Ｖ系統２が停電したとき、無停電電源装置１の直流回路２７の電圧Ｖｄｃが降下して分散型電源装置１０の直流回路２４の電圧ＶＢＡＴより低くなるとダイオード３０に順方向の電圧が加わり、分散型電源装置１０から直流電力が無停電電源装置１の直流回路２７に供給される。このときの無停電電源装置１の直流回路２７の電圧Ｖｄｃは、図２の点線で示されているように、分散型電源装置１０の直流回路２４の電圧ＶＢＡＴとほぼ等しい。
【００１７】
逆に、ＡＣ２１０Ｖ系統２が停電から復帰して直流回路２７の電圧Ｖｄｃが上昇して分散型電源装置１０の直流回路２４の電圧ＶＢＡＴより高くなるとダイオード３０に逆方向の電圧が加わり、分散型電源装置１０からの直流電力の供給が遮断される。そして、無停電電源装置１の直流回路２７の電圧Ｖｄｃは、電圧設定値６８０Ｖに復帰する。
【００１８】
このような無停電電源装置１は、負荷平準化機能を有した近在の分散型電源装置１０から直流電力の供給をＡＣ２１０系統が停電したときだけ受けることができるので、平常時は分散型電源装置１０の運用を損なうことなく、無停電電源装置１と蓄電池部分を共用化できる。分散型電源装置１０として用いているナトリウム−硫黄電池１１の寿命が１５年以上であるのに対し、従来の鉛酸蓄電池の寿命が６〜７年であるので交換の頻度が３分の１位となり、メンテナンスに要するコストを減少することができる。
【００１９】
また、寿命に達した鉛酸蓄電池を再処理することは、有害物質として処理を行わなければならないので、再処理費用が多くかかってしまっているが、ナトリウム−硫黄電池１１の処理は無公害物質の処理に該当するので、再処理費用が比較的安価ですむ。
【００２０】
また、ダイオードに掛かる電圧が逆方向から順方向に変化するだけで、分散型電源装置１０から電力の供給を受けることができるので、電圧に基づいてスイッチを切り換える動作の必要性がなく、構造が簡単な無停電電源装置１を提供することができる。
【００２１】
なお、ＡＣ２１０Ｖ系統から重要負荷１２に電力を供給している例について説明したが、系統電圧はこれに限るものではない。また、ナトリウム−硫黄電池１１の充電条件に関しても、ナトリウム−硫黄電池１１のモジュール構成によって分散型電源装置１０の直流回路２４の電圧変動範囲が変わるため、これに対する無停電電源装置１の直流回路２７の電圧を適切に設定することができる。
【００２２】
また、実施の形態１において分散型電源装置１０から直流電力の供給を受ける例について説明したが、他の重要負荷のために配備されている他の無停電電源装置から直流電力の供給を受けてもよい。
【００２３】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係わる無停電電源装置が配備されたＡＣ２１０Ｖ系統の様子を示す図である。
この発明の実施の形態２に係わる無停電電源装置１Ｂは、実施の形態１に係わる無停電電源装置１のダイオード整流器１６の替わりにＩＧＢＴ整流器２２が備えられていることが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
【００２４】
このＩＧＢＴ整流器２２は、半導体素子としてＩＧＢＴが用いられており、直流回路２７の電圧が所定の値になるように電圧制御を行う。
このように直流回路２７の電圧がＩＧＢＴ整流器２２により制御されるので、重要負荷１２の電力が変動しても、直流回路２７の電圧が分散型電源装置１０の直流回路２４の電圧より低くなることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる無停電電源装置が配備されているＡＣ２１０Ｖ系統の様子を示す図である。
【図２】無停電電源装置と分散型電源装置のそれぞれの直流回路の電圧の変化の様子を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係わる無停電電源装置が配備されているＡＣ２１０Ｖ系統の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１、１Ｂ  無停電電源装置、２  ＡＣ２１０Ｖ系統、３  所内系統、４、３３  変圧器、５  商用系統、６  連系用遮断器、８  ケーブル、９  一般負荷、１０  分散型電源装置、１１  ナトリウム−硫黄電池、１２  重要負荷、１５  昇圧変圧器、１６  ダイオード整流器、１７  インバータ、１８  降圧変圧器、１９  主回路、２０  無瞬断切換スイッチ、２１  バイパス回路、２２  ＩＧＢＴ整流器、２４、２７  直流回路、２６  系統側主開閉器、２８  系統側バイパス開閉器、３０  ダイオード、３２  設備用遮断器、３４  交直変換装置、３５  出力端子。
【図１】
2006271125.tif 000003
【図２】
2006271125.tif 000004
【図３】
2006271125.tif 000005