(57)【要約】【課題】消費電力のピーク時間帯の電力量を縮小して、契約受電電力を1ランク下げて電気料金の削減をねらった受電システムを提供する。【解決手段】  ２次電池などの蓄電手段、これの直流を交流に変換する電力変換手段とで形成した交流電力貯蔵手段および、蓄電手段へ直流を制御して供給する制御充電手段、交流電力貯蔵手段の交流出力と商用電力との切替え手段を具備し、受電電力量を検知し前記切替え手段を制御する切替え制御装置とを有し、交流電力貯蔵手段が負荷に対して受電電力の不足電力量を補給して供給することで契約電力を越える受電電力量を縮小して、電力貯蔵と電力縮小受電のシステムとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力受電手段、電気二重層コンデンサまたは２次電池などの蓄電手段、該蓄電手段の直流を交流に変換する直交変換手段および、該蓄電手段と該直交変換手段とで形成される交流電力貯蔵手段および、
蓄電手段へ直流を制御して供給する制御充電手段と、
受電電力量を検知し負荷接続切替え手段を制御する負荷接続切替え制御装置とを具備し、契約電力を越えない軽負荷受電時は該充電制御手段が蓄電手段へ直流を制御して供給し、重負荷時は、契約電力を越えた受電電力量を縮小受電するよう、負荷に対して契約電力を越えた受電電力に見合う不足電力を交流電力貯蔵手段が補給して供給することを特徴とした電力貯蔵と電力縮小受電のシステム。
【請求項２】
商用電力を負荷に供給する単相３線式受電手段と、電気二重層コンデンサまたは２次電池などの蓄電手段、該蓄電手段の直流を交流に変換する直交変換手段と、該蓄電手段と該直交変換手段とで形成される交流電力貯蔵手段および、蓄電手段へ直流を制御して供給する制御充電手段、負荷接続切替え手段と、トライアック等の半導体スイッチング素子による停電時バックアップ出力を商用受電配線から切離す高速遮断手段と、商用電源が停電時に該交流電力貯蔵手段の交流出力をバックアップ負荷に接続する停電時バックアップ接続手段、受電電力量を検知し前記負荷接続切替え手段を制御する負荷接続切替え制御装置とを具備し、契約電力を越えた受電電力量を縮小受電するよう、負荷に対して契約電力を越えた受電電力に見合う不足電力を交流電力貯蔵手段が補給すると共に、商用電源が停電時に前記交流電力貯蔵手段の交流出力をバックアップ負荷に供給することを特徴とした電力貯蔵と電力縮小受電のシステム。
【請求項３】
前記制御充電手段が、
商用電力を受けて蓄電手段の直流電圧の近似電圧を供給するよう、蓄電手段に接続された出力端子と蓄電手段からの直流出力が接続される直流入力端子とが共通の端子であり、交直・直交の双方向に変換する双方向変換手段を時間シェアで交直変換作用させ充電電流制御又は、充電電圧制御する、制御回路を有する制御充電手段である
ことを特徴とした請求項１乃至２記載の電力貯蔵とピーク電力縮小受電のシステム。
【請求項４】
前記直交変換手段が、
商用電力を受けて蓄電手段の直流電圧の近似電圧を供給するよう、蓄電手段に接続された出力端子と蓄電手段からの直流出力が接続される直流入力端子とが共通の端子であり、ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続体でブリッジ接続構成された交直・直交の双方向に変換する双方向変換手段を時間シェアで直流を交流に変換作用させる直交変換手段である
ことを特徴とした請求項１乃至３記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステム。
【請求項５】
負荷接続切替え制御装置が、
直交変換手段の交流出力と商用電力との切替え手段を作動させる負荷接続切替え制御装置であり、
ピーク受電電力を縮小し、縮小分の電力を電力貯蔵手段から補給して特定負荷に供給するよう、負荷接続切替えの判断機能を遂行するＣＰＵを具備した負荷接続切替え制御装置である
ことを特徴とした請求項１乃至４記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステム。
【請求項６】
太陽電池パネルが、
前記蓄電手段に並列接続され、蓄電手段へ直流を供給する充電手段であり、ピーク受電電力を縮小し、交流電力貯蔵手段から、縮小した電力分を補給して特定負荷に供給する時間を増加させ延長可能とし、且つ、商用電力が停電時のバックアップ時間の延長機能を有することを特徴とした請求項１乃至５記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステム。
【請求項７】
商用電力受電手段として、高圧受電盤を含む高圧・低圧変圧手段とを具備し、太陽電池パネルが、前記蓄電手段に並列接続され、蓄電手段へ直流を供給する充電手段であり、ピーク受電電力を縮小し、交流電力貯蔵手段から、縮小した電力分を補給して特定負荷に供給する電力補給量を増やし、且つ、商用電力購入料金を節減する機能を有することを特徴とした請求項１乃至６記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステム。
【請求項８】
商用電力受電手段として、高圧受電盤を含む高圧・低圧変圧手段とを具備し、燃料電池が前記蓄電手段に並列接続され、蓄電手段へ直流を供給する充電手段であり、ピーク受電電力を縮小し、交流電力貯蔵手段から、縮小した電力分を補給して特定負荷に供給する電力補給量を増やし、且つ、商用電力購入料金を節減する機能を有することを特徴とした請求項１乃至６記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消費電力変動の大きい設備の受電ピーク容量を低減する受電システムに関し、空調設備等のピーク電力の通電時間を狙い、契約電力量を超過した電力量をこのシステムから補給して、受電する契約電力量を低減するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧受電は低圧受電より電力料金が安価に設定されている。小規模店舗などの小規模の受電現場に於いても、配電線の電力ロス低減の見地から、高圧受電への切替え契約が加速する傾向にある。買電は季節変動を含めた最大電力で契約電力容量を設定している。実負荷が契約容量を越えそうな時、このシステムから補給して平準化し、ピーク電力をカットして、受電電力の最大値を低減させて、１ランク縮小した契約電力で、従来の２００Ｖ単相３線式から高圧受電に切替え契約をしたいときに、使用されるシステムを提供したい。
【０００３】
従来の受電ピーク電力低減技術は、特許文献１に次の記述がある。段落（０００５）に「三相変圧器の負荷側交流出力を直流に変換する交直変換器と、前記交直変換器の直流出力を交流に変換する直交変換器と、直交変換器の交流出力を変圧して電鉄負荷に単相交流電力を供給する単相変圧器とを具備したこと、」、さらに段落（０００５）に、「交直変換器と直交変換器との接続点に、電力貯蔵装置を接続し、無負荷又は軽負荷時に電源側又は負荷側から電力貯蔵装置を充電して有負荷時に負荷側に放電して供給電力を補うことを特徴とする」との、大掛かりな変圧器を有する仕掛けとなっている。
【０００４】
また、事務所などの需要家のピーク電力を抑制するデマンドコントロール技術は、特許文献２に次の記述がある。段落（０００２）に、従来は、「ピーク電力を自動的に抑制するデマンドコントロールを行っているが、例えば冷房の温度を少し上げたり、不要不急の電気装置を一時的に停止するといった犠牲を伴うものである。」の記述があり、さらに、段落（０００５）に、「全負荷電力量が基本契約電力量に近付いたことを検知すると照明電流制御装置を他の機器に優先させて制御し、照明負荷電流値を減少させることにより、全負荷電力量が基本契約電力量を越えることの無いように制御する」「電流値が３０％減少しても多少暗くなったと気付くことはあっても不自由を感じないから、その範囲に明るさを落としても実害はまったく無い」段落（００１１）に、「このシステムを広く普及させる事により電気事業者にとって夏季正午に於けるピーク電力の抑制を無理なく実現する」と、社会貢献実現すると記載されている。以上のように大掛かりな電鉄用の変圧器を有する仕掛けとなっていた。或いは、需要家の節約に期待して快適性を犠牲にしていた。
【０００５】
【特許文献１】「特開２０００−６９７６３号」公報、名称「電鉄用電力供給装置」
【特許文献２】「特開平８−１２６２００号」公報、名称「デマンドコントロールシステム」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
６．６ｋＶ高電圧の電力料金が従来の単相３線式１００Ｖ／２００Ｖ受電より安価になる傾向から、受電設備の経済性向上が可能であれば空調用電力ウエイトが大きい小規模店舗などで、高圧受電方式への切替え契約の需要が増加するというニーズが出てきた。夏場の冷房設備のピーク電力が重なる受電電力を低減させて、１ランク低い電力で、低圧受電より経済的な電力料金の高圧受電契約を結びたい、高圧受電設備を安価に導入する為に、受電電力を平準化して受電最大電力を１ランク低減したい欲求がでてきた。この欲求に応えるための、ピーク受電電力を低減させる電力貯蔵手段と受電手段との複合システムとして、総合して経済的な受電システムを提供することが本発明の課題である。加えて、商用電力の停電時に信頼性の高いバックアップ無停電機能を付加させることが本発明の副次的な目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
単相３線式の負荷を運転する場合、夏場のピーク電力を２次電池などの電力貯蔵手段から補い、軽負荷になれば商用電力で賄う。軽負荷時の電力を基準として高圧受電設備の契約電力容量を決めたい。このことに着目し、ピーク消費電力を例えば１１時から１５時までの１日当り４時間程度の電力貯蔵手段を具備するものとし、２４時間中の４時間は[電力貯蔵手段の電力ＰＰ＋経済的な軽負荷電力容量ＬＰ]にＰＰとＬＰを経済設計で決定し、前記軽負荷時の容量との合計電力{ＰＰ＋ＬＰ}がピーク時の最大消費電力となる。但し、ＬＰの値はピーク発生の４時間を除いた１日の中の、負荷最大値を満足させることとする。停電時の供給電力は２次電池などの電力貯蔵手段で賄うが、設定した４時間を越える停電にも対処する為の発電手段として太陽電池パネルと逆流防止手段とを前記電力貯蔵手段に接続する事によって停電時のバックアップの信頼性が高まる。
【０００８】
請求項１に関しては、電気二重層コンデンサまたは２次電池などの蓄電手段、該蓄電手段の直流を交流に変換する直交変換手段と、蓄電手段と直交変換手段とで形成した交流電力貯蔵手段および、蓄電手段へ直流を制御して供給する制御充電手段、交流電力貯蔵手段の交流出力と商用電力との切替え手段を具備、受電電力量を検知し前記切替え手段を制御する切替え制御装置とを具備し、契約電力を越えた受電電力量を縮小して、交流電力貯蔵手段が負荷に対して受電電力の不足電力量を補給して供給することを特徴とした電力貯蔵と電力縮小受電のシステムとした。
【０００９】
請求項２に関しては、商用電力を負荷に供給する単相３線式受電手段と、停電時バックアップ接続手段を具備した交流電力貯蔵手段、とトライアックによる停電時バックアップ出力と商用受電配線とを切離す高速遮断手段、電気二重層コンデンサまたは２次電池などの蓄電手段、該蓄電手段の直流を交流に変換する直交変換手段と、直交変換手段の交流出力と商用電力との切替え手段、商用電源が停電時に直交変換手段の交流出力をバックアップ負荷に接続する停電時バックアップ接続手段を具備した交流電力貯蔵手段および、蓄電手段へ直流を制御して供給する充電手段、受電電力量を検知し前記切替え手段を制御する切替え制御装置とを具備し、契約電力を越えた受電電力量を縮小して、交流電力貯蔵手段が負荷に対して受電電力の不足電力量を補給して供給することを特徴とした電力貯蔵と電力縮小受電のシステムとした。
【００１０】
請求項３に関しては、前記充電手段が、商用電力を受けて蓄電手段の直流電圧の近似電圧を供給するよう、蓄電手段に接続された出力端子と蓄電手段からの直流出力が接続される直流入力端子とが共通の端子であり、交直・直交の双方向に変換する双方向変換手段を時間シェアで作用させる事ができる制御装置を有する充電手段であることを特徴とした請求項１乃至２記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステム。
【００１１】
請求項４に関しては、前記直交変換手段が、商用電力を受けて蓄電手段の直流電圧の近似電圧を供給するよう、蓄電手段に接続された出力端子と蓄電手段からの直流出力が接続される直流入力端子とが、共通の端子であり交直・直交の双方向に変換する双方向変換手段を時間シェアで作用させる事ができる直交変換手段であることを特徴とした請求項１乃至３記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステムとした。
【００１２】
請求項５に関しては、切替え制御装置が直交変換手段の交流出力と商用電力との切替え手段を作動させる前記切替え制御装置が、『ピーク受電電力をカットし、ピーク電力を電力貯蔵手段から補給して負荷に供給する』切替えの判断機能を遂行するＣＰＵを具備した切替え制御装置であり、受電電力を所定の値に抑えることを特徴とした請求項１乃至４記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステムとした。
【００１３】
請求項６に関しては、太陽電池パネルが前記蓄電手段に並列接続され、該蓄電手段の電力を交流に変換する直交変換手段と、直交変換手段の交流出力と商用電力との切替え手段を具備した交流電力貯蔵手段および、蓄電手段へ直流を供給する充電手段、商用電力を需要家内負荷に供給する高圧受電盤を含む高圧・低圧変圧手段とを具備し、ピーク受電電力をカットし、ピーク電力を補給して負荷に供給し、商用電力が停電時のバックアップ時間の延長機能を有することを特徴とした請求項１乃至５記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステムとした。
【００１４】
請求項７に関しては、商用電力受電手段として、高圧受電盤を含む高圧・低圧変圧手段とを具備し、太陽電池パネルが、前記蓄電手段に並列接続され、蓄電手段へ直流を供給する充電手段であり、ピーク受電電力を縮小し、交流電力貯蔵手段から、縮小した電力分を補給して特定負荷に供給する電力補給量を増やし、且つ、商用電力購入料金を節減する機能を有することを特徴とした請求項１乃至６記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステムとした。
【００１５】
請求項８に関しては、商用電力受電手段として、高圧受電盤を含む高圧・低圧変圧手段とを具備し、燃料電池が前記蓄電手段に並列接続され、蓄電手段へ直流を供給する充電手段であり、ピーク受電電力を縮小し、交流電力貯蔵手段から、縮小した電力分を補給して特定負荷に供給する電力補給量を増やし、且つ、商用電力購入料金を節減する機能を有することを特徴とした請求項１乃至６記載の電力貯蔵と電力縮小受電のシステムとした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、需要家の照明、エアコン、電子機器など合計した全負荷が契約電力量を超えないときは商用電力で賄われるが、夏季の昼間のピーク電力が契約電力量を超過しようとした場合は蓄電手段から直交変換動作で双方向変換手段を経て交流がバックアップ負荷に放電され、商用電源から受電する電力量は契約電力量内に抑制される。ピーク電力時間帯を過ぎて全負荷が契約電力量以下で推移する時は、受電電力が交直変換動作で双方向変換手段を経て蓄電手段を充電しながら需要家の照明、エアコン、電子機器など全負荷荷供給されるから、ピーク電力消費の時間帯以外は蓄電手段から放電による電力消費がなく、充電されて翌日のピークに備える。一日の受電電力が平準化されるから、電力を供給する電力会社にとってはピークの為の発電設備がいらない。需要家にとっては契約電力量を縮小して契約でき、電気代、設備費ともに経済的である。さらに負荷が電子レジスタなどの電子機器が突然の停電による損害が発生するものに対しては、停電バックアップ負荷として扱われるから、小規模ショップなどで、電子レジスタなど電子機器に不具合発生が無く副次的な利益がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明による第１実施の形態を示す回路図。図２は本発明による第２実施の形態を示す回路図である。図２を補足しつつ、図１に従って説明すると、蓄電手段１は、２次電池や電気二重層コンデンサである。太陽電池パネル２や燃料電池３が開閉手段２１、３１を介して蓄電手段１に並列に接続される場合がある。４は特定負荷でピーク電力を生じる機器がこれに当てられ、５は双方向変換手段であり蓄電手段１へ直流を制御して供給する制御充電手段１７および該蓄電手段１の直流を交流に変換する直交変換手段として時間シェアで二機能を遂行する。６は重要負荷であり、停電時バックアップ給電される。７は直流入出力端子（＋極）であり時間シェアで入力端子と出力端子となる。８は直流入出力端子（−極）であり時間シェアで入力端子と出力端子とに作用する。９は一般負荷（停電時のバックアップなしの負荷）４０は商用電力受電手段で高圧受電盤４１を含む単相３線式の受電手段を示している。例えば,6.6ｋVの三相高圧を単相三線式の200Ｖ／100Ｖに変圧受電する設備である。１１は開閉手段、１２は電力メータであり、購入する受電電力量を計測している。２２は高速遮断手段であり、トライアックなどの半導体スイッチング素子で形成される。蓄電手段１と双方向変換手段５とで形成される交流電力貯蔵手段１０および、受電電力量を検知し負荷接続切替え手段１５、１６を制御する負荷接続切替え制御装置１４とを具備する。
【００１８】
負荷接続切替え制御装置１４の機能は、契約電力を越えない軽負荷受電時は該制御充電手段１７が蓄電手段１へ直流を制御して供給し、契約電力を越えそうな重い負荷時は、受電電力量を縮小受電するよう、特定負荷４に対して契約電力を越えるピーク電力に見合う不足受電分を交流電力貯蔵手段１０が供給するように負荷接続切替え手段１６を双方向変換手段５の出力端子７に接続し、直交変換手段として双方向変換手段５を動作させる。契約電力を越えそうな受電電力になった事を監視するのは、電力メータ１２に付属させたピーク接近検知手段１３である。
【００１９】
図２に従って第２の実施形態を説明すると、蓄電手段１は、２次電池や電気二重層コンデンサである。逆流防止手段付き太陽電池パネル２が開閉手段２１を介して蓄電手段１に並列に接続される場合があり、燃料電池３が開閉手段３１を介して蓄電手段１に並列に接続される場合がある。需要家の照明、エアコン、電子機器など合計した全負荷が契約電力量を超えない軽負荷のときは商用受電電力の範囲内で賄われるが、夏季の昼間などのピーク電力が契約電力量を超過しようとした場合は蓄電手段１から放電し、直交変換動作で双方向変換手段５を経て交流が特定負荷４に対して給電され、商用電源から受電する電力量は契約電力量内に抑制される。ピーク電力時間帯を過ぎて全負荷が契約電力量以下で推移する時は、受電電力が交直変換動作で双方向変換手段を経て蓄電手段１を充電しながら需要家の照明、エアコン、電子機器など全負荷荷供給されるから、ピーク電力消費の時間帯以外は蓄電手段１から放電による電力消費がなく、充電されて翌日の電力ピークに備える。太陽電池パネル２が、蓄電手段に並列接続され、蓄電手段１へ直流を供給する充電手段であり、ピーク受電電力を縮小し、交流電力貯蔵手段１０から、縮小した分の電力を補給して特定負荷４に供給可能時間を延長可能とし、且つ、商用電力が停電時にはバックアップ時間を延長させる機能をもつ。
【００２０】
負荷接続切替え制御装置１４は、直交変換手段１８の交流出力と商用受電配線２３との切替えをする接続切替え手段１５を作動させる。ピーク受電電力を縮小し、ピーク電力を交流電力貯蔵手段１０から補給する様に直交変換手段１８を作動させて特定負荷４に交流を供給する、切替えの判断機能と、直交変換手段１８に駆動信号を与える指令を遂行するＣＰＵを具備した制御装置である。駆動信号回路Ｔ１から高速遮断手段２２に駆動信号を出力し，駆動信号回路Ｔ２から接続切替え手段１６に駆動信号を出力し特定負荷４に対し交流電力貯蔵手段１０から補給する交流を供給する。直交変換手段１８は、商用電力を受けて蓄電手段１の直流電圧の近似電圧を供給するよう、蓄電手段１に接続された出力端子７、８と蓄電手段１からの直流出力が接続される直流入力端子７、８とが共用される端子であり、ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続体でブリッジ接続構成された交直と直交の双方向に変換する双方向変換手段５を時間シェアで直流を交流に変換作用させる電力変換手段である。停電検知器２０が商用電源の停電を検知した時は、重要負荷６にバックアップ電源を接続する接続切替手段１５が受電から停電に切りわってもトライアックの高速遮断手段２２で商用配電線２３側から接続するので停電時にも無停電で給電され、このシステムの副次的利点である。
【００２１】
図１、図２に示す回路図で停電時の動作を説明する。商用電力を負荷に供給する単相３線式受電手段と、停電時バックアップ給電される重要負荷６に接続手段として接続切替え手段１５具備した。トライアックによる停電時バックアップ出力端子７、と商用受電配線２３とを切離す高速遮断手段２２と、これに直列接続された開閉手段１９とを具備し逆潮流を防止した。蓄電手段１、該蓄電手段の直流を交流に変換する直交変換手段１８と、これの交流出力と商用電力との切替える接続切替え手段１５を具備し、交流電力貯蔵手段１０から重要負荷６にバックアップ給電する。
【００２２】
図３に本発明実施形態の動作説明図を示す、Ｘ軸は経過時間、Ｙ軸は受電設備の消費する電力量である。１１時から１５時までがピーク時間帯である。点Ｐ、点Ｒは契約電力量であって、この値によって電気料金と設備費が変わる。１ランクでも下げて合理化したい。斜線部分Ｑは、本システムで貯蔵した電力から補給して特定負荷に給電する、契約電力量ＲをＰ点まで縮小する効果を発揮させるのが本システムである。
【００２３】
一層合理化を進めるには、高圧受電盤４１を含む高圧・低圧変圧手段を具備し高圧受電契約する。燃料電池３が前記蓄電手段１に並列接続され、蓄電手段１へ直流を供給する方法も有効である。交流電力貯蔵手段１０から、ピーク電力の大きい特定負荷４に供給する電力補給量を増やし、低い受電電力量へと平準化をして、商用電力料金を節減する機能が強化できた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明による実施形態によれば、需要家の電気代節減と、電力供給側のピーク電力設備の節減にも貢献でき地球環境保全に寄与でき、さらに重要負荷にたいして無停電電源として作動する効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による第１実施の形態を示す回路図。
【図２】本発明による第２実施の形態を示す回路図。
【図３】本発明による実施の動作説明図。
【符号の説明】
【００２６】
１    蓄電手段
２    太陽電池パネル
３    燃料電池
４    特定負荷
５    双方向変換手段
６    重要負荷（バックアップ給電される負荷）
７    出力端子（＋極）（時間シェアで入力端子）
８    出力端子（−極）（時間シェアで入力端子）
９    一般負荷
１０    交流電力貯蔵手段
１１    開閉手段
１２    電力メータ
１３    ピーク接近検知手段
１４    負荷接続切替え制御装置
１５    接続切替え手段（重要負荷用）
１６    接続切替え手段（特定負荷用）
１７    制御充電手段
１８    直交変換手段
１９    開閉手段
２０    停電検知器
２１    開閉手段
２２    高速遮断手段（トライアック）
２３    商用受電配線
３１    開閉手段
４０    商用電力受電手段
４１    高圧受電盤
【図１】
2006230147.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006230147.tif 000005