(57)【要約】【課題】電源異常が発生したときに好適に負荷電力に対する電力アシストを行って動力負荷のピーク電力を削減することが可能な電力供給補助装置を実現する。【解決手段】電力供給補助装置を、交流電力系統の電流値を取得する取得部と、交流電力系統に対するピークアシスト放電の電力を蓄積する蓄電部と、蓄電部と交流電力系統との接続および切断を切り替える接続切替部と、取得部により取得された電流値から得られる電圧波形における所定次数の高調波の含有の程度を示す値を算出する含有率演算部と、算出された値が第１の閾値を超えるか否かを判別する判別演算部と、算出された値が第１の閾値を超えたと判別された場合に、接続切替部によって蓄電部と交流電力系統とを接続し、蓄電部から交流電力系統へのピークアシスト放電を可能な状態とする電力制御部とを備える構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力系統の電流値を取得する取得部と、
前記交流電力系統に対するピークアシスト放電の電力を蓄積する蓄電部と、
前記蓄電部と前記交流電力系統との接続および切断を切り替える接続切替部と、
前記取得部により取得された電流値から得られる電圧波形における所定次数の高調波の含有の程度を示す値を算出する含有率演算部と、
前記算出された値が第１の閾値を超えるか否かを判別する判別演算部と、
前記算出された値が前記第１の閾値を超えたと判別された場合に、前記接続切替部によって前記蓄電部と前記交流電力系統とを接続し、前記蓄電部から前記交流電力系統へのピークアシスト放電を可能な状態とする電力制御部と
を備える電力供給補助装置。
【請求項２】
前記所定次数の高調波の含有の程度を示す値は、前記電圧波形の所定の時間における前記所定次数の高調波の含有率である請求項１に記載の電力供給補助装置。
【請求項３】
前記所定次数の高調波の含有の程度を示す値は、前記電圧波形の所定の時間幅における前記所定次数の高調波の含有率の変動率である請求項１に記載の電力供給補助装置。
【請求項４】
前記所定次数の高調波は、少なくとも５次または７次の高調波を含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力供給補助装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力供給補助装置と、
前記交流電力系統の電流値を検知する検知部と、
を備え、
前記取得部が取得する前記交流電力系統の電流値は、前記検知部が検知する前記交流電力系統の電流値である
電力供給補助システム。
【請求項６】
蓄電部から交流電力系統へのピークアシスト放電を可能にする電力供給補助方法であって、
前記交流電力系統の電力値を取得するステップと、
前記取得した電力値から得られる電圧波形における所定次数の高調波の含有の程度を示す値を算出するステップと、
前記算出した値が第２の閾値を超えるか否かを判別するステップと、
前記算出した値が前記第２の閾値を超えると判別された場合に、前記蓄電部と前記交流電力系統とを接続し、前記蓄電部から前記交流電力系統へのピークアシスト放電を可能な状態とするステップと
を備える電力供給補助方法。
【請求項７】
前記所定次数の高調波の含有の程度を示す値は、前記電圧波形の所定の時間における前記所定次数の高調波の含有率である請求項６に記載の電力供給補助方法。
【請求項８】
前記所定次数の高調波の含有の程度を示す値は、前記電圧波形の所定の時間幅における前記所定次数の高調波の含有率の変動率である請求項６に記載の電力供給補助方法。
【請求項９】
前記所定次数の高調波は、少なくとも５次または７次の高調波を含む請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の電力供給補助方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷電力に対して電力アシストする電力供給補助装置、電力供給補助システムおよび電力供給補助方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、商用電源から供給される電力を監視する電源監視装置が利用されている（特許文献１）。当該電源監視装置では、商用電源から供給される電流値を検出し、電流値の変化から得られる電流波形に基づいて商用電源の周波数に基づく基本波および基本波に対する高調波のスペクトルを算出し、算出されたスペクトルを記憶することで、スペクトルを商用電源の品質管理に利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６７５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
商用電源の品質管理として、ピーク電力（電流）のアシストが挙げられる。このピーク電力（電流）のアシストは、商用電源の電力を使用する動力負荷の始動電流におけるピーク電力を削減することを目的とする。しかし、上記の電源監視装置において常時スペクトルを追跡し、蓄電池によるピークアシスト放電を常時待機状態にしておくと、商用電源から動力負荷へのピーク電力（電流）が発生したときに装置内の蓄電池を用いて負荷電力をアシストするまでに不要な待機電力が消費されることになる。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、適切なタイミングで蓄電池によるピークアシスト放電の準備を行うことで、当該ピークアシスト放電に伴う不要な待機電力の消費を抑制しつつ、商用電源からのピーク電力（電流）が発生したときに負荷電力に対する電力アシストを行って動力負荷のピーク電力を削減することが可能な電力供給補助装置、電力供給補助システムおよび電力供給補助方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本件開示の電力供給補助装置は、交流電力系統の電流値を取得する取得部と、交流電力系統に対するピークアシスト放電の電力を蓄積する蓄電部と、蓄電部と交流電力系統との接続および切断を切り替える接続切替部と、取得部により取得された電流値から得られる電圧波形における所定次数の高調波の含有の程度を示す値を算出する含有率演算部と、算出された値が第１の閾値を超えるか否かを判別する判別演算部と、算出された値が第１の閾値を超えたと判別された場合に、接続切替部によって蓄電部と交流電力系統とを接続し、蓄電部から交流電力系統へのピークアシスト放電を可能な状態とする電力制御部とを備える。
【０００７】
これにより、蓄電池のピークアシスト放電を常時待機状態にすることなく、交流電力系統から供給される電力を監視して、必要な場合に交流電力系統と接続される動力負荷の始動時のピーク電流に対してピークアシスト放電を実行し、電力供給補助装置において不要な待機電力の消費を抑えることができる。
【０００８】
また、本件開示の電力供給補助装置において、所定次数の高調波の含有の程度を示す値
は、電圧波形の所定の時間における所定次数の高調波の含有率としてもよい。あるいは、所定次数の高調波の含有の程度を示す値は、電圧波形の所定の時間幅における所定次数の高調波の含有率の変動率としてもよい。さらに、所定次数の高調波は、少なくとも５次または７次の高調波を含むこととしてもよい。
【０００９】
さらに、本件開示の電力供給補助システムは、上記の電力供給補助装置と、交流電力系統の電流値を検知する検知部とを備え、取得部が取得する交流電力系統の電流値は、検知部が検知する交流電力系統の電流値である。
【００１０】
そして、本件開示の電力供給補助方法は、蓄電部から交流電力系統へのピークアシスト放電を可能にする電力供給補助方法であって、交流電力系統の電力値を取得するステップと、取得した電力値から得られる電圧波形における所定次数の高調波の含有率を示す値を算出するステップと、算出した値が第２の閾値を超えるか否かを判別するステップと、算出した値が第２の閾値を超えると判別された場合に、蓄電部と交流電力系統とを接続し、蓄電部から交流電力系統へのピークアシスト放電を可能な状態とするステップとを備える。
【００１１】
また、本件開示の電力供給補助方法において、所定次数の高調波の含有の程度を示す値は、電圧波形の所定の時間における所定次数の高調波の含有率としてもよい。あるいは、所定次数の高調波の含有の程度を示す値は、電圧波形の所定の時間幅における所定次数の高調波の含有率の変動率としてもよい。さらに、所定次数の高調波は、少なくとも５次または７次の高調波を含むこととしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本件開示の技術によれば、適切なタイミングで蓄電池によるピークアシスト放電の準備を行うことで、当該ピークアシスト放電に伴う不要な待機電力の消費を抑制しつつ、商用電源からのピーク電力（電流）が発生したときに負荷電力に対する電力アシストにより動力負荷のピーク電力を削減することが可能な電力供給補助装置、電力供給補助システムおよび電力供給補助方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電流供給補助装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】図２は、一実施形態に係る電力供給補助装置の機能ブロックを示す図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｃ）は、交流電源の電力をインバータを用いて動力負荷に伝達する一般的な回路例を示す図であり、図３（ｂ）および図３（ｄ）は、図（ａ）および図３（ｃ）において得られる電圧波形をそれぞれ模式的に示す図である。
【図４】図４は、一実施形態に係る電力供給補助装置が実行する処理のフローチャートである。
【図５】図５は、一実施形態に係る電力供給補助装置が実行する処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る電力供給補助装置について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、電力供給補助装置の一例を示すものであって、以下に説明する構成に限定されるものではない。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の電力供給補助装置１は、制御部１０、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、蓄電部１３、スイッチ１４を備える。制御部１
０は、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）１０ａ、ＣＰＵ１０ｂ、メモリ１０ｃを備える。制御部１０は、分電盤２に供給される商用電源４から供給される供給電力の電流値を計測する。具体的には、制御部１０は、センサ３により測定された商用電源４から供給される交流電流の電流値を、ＡＤＣ１０ａを介して取得する。なお、商用電源４が交流電力系統の一例に相当する。また、センサ３が検知部の一例に相当する。
【００１６】
また、ＣＰＵ１０ｂは、メモリ１０ｃに格納されている種々のプログラムおよびデータを読み出して実行することにより、以下に説明する各種処理を実行する。制御部１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１およびＤＣ／ＤＣコンバータ１２の駆動を制御することにより、蓄電部１３の充放電を実行する。蓄電部１３には、例えば充放電可能な電気二重層コンデンサが用いられる。
【００１７】
さらに、図１に示すように、制御部１０は、スイッチ１４を制御して、分電盤２の主幹ブレーカ２０と分岐ブレーカ２１、２２、２３との間の配線との接続または切断を実行する。本実施形態では、制御部１０は、センサ３を介して検知した電流値に基づいて、蓄電池１３によるピークアシスト放電を行うか否かを判別する。ピークアシスト放電が不要であると判別されている間は、制御部１０は、スイッチ１４をオフにして、電力供給補助装置１と分電盤２とを切断した状態にする。スイッチ１４がオフにされている間は、電力供給補助装置１ではピークアシスト放電の準備が行われないため、不要な待機電力の発生を抑えることができる。
【００１８】
以下に説明するように、ピークアシスト放電が必要であると判別されると、制御部１０は、スイッチ１４をオンにして電力供給補助装置１によるピークアシスト放電の準備を行う。一般に、ピーク電力（電流）が発生してから分電盤２によって電力が遮断されるまでには数秒間かかる。このため、本実施形態では、電力供給補助装置１によるピークアシスト放電の準備が完了する前に商用電源４から供給される電流がピーク電流となったとしても、分電盤２によって電力が遮断されるまでにはピークアシスト放電の準備を完了させることができる。
【００１９】
スイッチ１４はＡＣ／ＤＣコンバータ１１と接続されており、スイッチ１４がオンにされると、蓄電部１３の電力が分電盤２に供給される。なお、本実施形態において、制御部１０は、あらかじめスイッチ１４をオンにしてＡＣ／ＤＣコンバータ１１およびＤＣ／ＤＣコンバータ１２を介して蓄電部１３に対して必要な電力を充電してスイッチ１４をオフにする。なお、スイッチ１４が接続切替部の一例に相当する。
【００２０】
分電盤２は、主幹ブレーカ２０、３つの分岐ブレーカ２１、２２、２３を備える。主幹ブレーカ２０は各分岐ブレーカ２１、２２、２３にそれぞれ接続されている。なお、図１には、３つの分岐ブレーカを図示したが、任意の数の分岐ブレーカにより分電盤２を構成することができる。本実施形態では、一例として電力供給補助装置１を５０ｋｗ未満の低圧連系に使用する場合を考える。すなわち、分電盤２に接続される動力負荷として、例えばエレベータ一基等程度の負荷が想定される。
【００２１】
次に、図２に示す機能ブロック図を参照しながら、本実施形態における電力供給補助装置１の制御部１０が実現する各ブロックについて説明する。図２に示すように、制御部１０は、センサ入力部１０１、含有率演算部１０２、記憶部１０３、判別演算部１０４、電力制御部１０５、内部センサ部１０６を備える。
【００２２】
センサ入力部１０１には、センサ３が計測した電流値が入力される。なお、センサ入力部１０１が取得部の一例に相当する。センサ入力部１０１は、センサ３から入力される電流値を電圧値に変換して含有率演算部１０２に送る。含有率演算部１０２は、センサ入力
部１０１から入力された電圧値に対してＦＦＴ（fast Fourier transform）等の演算を行い、５次高調波および７次高調波を抽出し、これらの高調波の高調波全体に占める含有率を算出する。そして、含有率演算部１０２は、算出した５次高調波および７次高調波の各含有率の値を記憶部１０３に送る。
【００２３】
記憶部１０３は、含有率演算部１０２から送られる５次高調波および７次高調波の各含有率の値を時系列で保存する。判別演算部１０４は、記憶部１０３に保存された各含有率の値を所定の閾値と比較し、含有率が増加したか否かを判別する。判別演算部１０４は、含有率が所定の閾値以上増加したと判別した場合に、電力制御部１０５に各部の動作の制御を開始するトリガとなる指示を送る。
【００２４】
電力制御部１０５は、判別演算部１０４からの指示に従って内部センサ部１０６の制御を開始する。内部センサ部１０６は、電力制御部１０５の制御によって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１２との間のバス電圧の電圧値を計測する。また、電力制御部１０５は、スイッチ１４をオンにして蓄電部１３の電力を分電盤２に供給する。
【００２５】
ここで、図３を参照しながら、本実施形態における電圧波形の５次および７次高調波の含有率の計算について説明する。説明の便宜上、図３の単線結線図に示す回路を用いて説明する。図３に示す回路では、交流電源２００に計器用変圧器２０１が接続されている。また、計器用変圧器２０１には遮断器２０２が接続されている。遮断器２０２にはインバータ２０３が接続されている。インバータ２０３はスイッチ２０４を介してモータ２０５と接続されている。さらに、遮断器２０２とインバータ２０３の間の配線にはコンデンサ２０６が接続され、コンデンサ２０６は抵抗器２０７を介して接地されている。
【００２６】
交流電源２００は、計器用変圧器２０１および遮断器２０２を介してインバータ２０３に電力を供給する。コンデンサ２０６は、いわゆる力率改善に用いられる低圧対応の進相コンデンサである。スイッチ２０４がオンにされると、インバータ２０３により交直変換された電力がモータ２０５に供給される。また、図３（ａ）に示す状態におけるＶ点での電圧波形は、図３（ｂ）に示すように滑らかな正弦波を描く。
【００２７】
次に、図３（ｃ）に、図３（ａ）に示す回路において遮断器２０２を制御して交流電源２００とインバータ２０３を接続した状態を示す。このときのＶ点での電圧波形は図３（ｄ）に示すように、正弦的な変化を示すもののひずみが生じた状態となる。これは、互いに異なる次数の高調波が合成されるためである。そして、モータ２０５が駆動されていない状態でも、Ｖ点での電圧波形において、高調波成分の５次および７次成分が増加することがわかっている。
【００２８】
そこで、本実施形態では、電力供給補助装置１の制御部１０が、センサ３の検出結果を用いて上記の高調波成分のうち５次および７次成分の含有率を計算し、これら含有率の時間変化に基づいて、電力供給補助装置１の各部の制御を行う。なお、高調波の各次成分の含有率は、高調波電圧の実効値、総合電圧ひずみ率、高調波電圧含有率をそれぞれ求めることで算出できる。高調波電圧の実効値、総合電圧ひずみ率、高調波電圧含有率の算出方法は周知であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２９】
図４及び図５に、本実施形態において、図２に示す制御部１０の各部が実行する演算処理のフローチャートを示す。なお、以下の説明において、ステップをＳと略記する。なお、図４の「１」は図５の「１」に、図５の「２」は図４の「２」にそれぞれ繋がっている。Ｓ１０１において、センサ入力部１０１は、センサ３から、商用電源４から分電盤２に供給される電流の電流値の測定結果を受け取る。また、センサ入力部１０１は、センサ３から受け取った電流値を電圧値に変換する。次いで、処理はＳ１０２に進められる。Ｓ１
０２では、含有率演算部１０２は、センサ入力部１０１により変換された電圧値に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を施し、センサ３が計測している電流に含まれる基本波の電圧の実効値と各次の高調波の電圧の実効値を算出する。そして、含有率演算部１０２は、算出した各実効値を用いて各次の高調波の含有率を算出する。次いで、処理はＳ１０３に進められる。
【００３０】
Ｓ１０３において、記憶部１０３は、Ｓ１０２において算出された５次および７次高調波の各含有率の合計をＫｔとして記憶する。なお、記憶部１０３は、含有率Ｋｔを現在時刻とともに記憶してもよい。現在時刻としては、例えば、センサ３が電流値計測時の時刻情報を出力できる場合はその時刻情報、ＣＰＵ１０ｂがリアルタイムクロック（図示せず）等から現在時刻情報を取得できる場合は、センサ入力部１０１がセンサ３から電流値を受け取った時や含有率演算部１０２が含有率を算出した時にＣＰＵ１０ｂから取得した時刻情報等が挙げられる。
【００３１】
上記の通り、制御部１０は、周期的にセンサ３から電流値を取得して含有率を算出する。したがって、制御部１０は、Ｓ１０３の処理が完了してから所定時間が経過した後に処理をＳ１０４に進める。ここで、所定時間には、センサ３が一定の時間間隔で電流値を出力する場合はセンサ３の出力間隔、ＣＰＵ１０ｂのＣＰＵクロックを用いて計時される時間等、周知の技術により決定することができる時間を用いることができる。
【００３２】
Ｓ１０４〜Ｓ１０６において、制御部１０は、センサ３が新たに計測した電流値を用いて、Ｓ１０１〜Ｓ１０３と同様の処理をする。そして、Ｓ１０６において、記憶部１０３は、Ｓ１０５において算出された５次および７次高調波の各含有率の合計をＫｔ＋１として記憶する。次いで、処理はＳ１０７に進められる。
【００３３】
Ｓ１０７において、判別演算部１０４は、記憶部１０３に記憶された含有率ＫｔおよびＫｔ＋１を用いてＥ＝Ｋｔ＋１−Ｋｔを演算する。次いで、処理はＳ１０８に進められる。Ｓ１０８では、判別演算部１０４は、Ｓ１０７における演算により得られるＥの値が閾値ｔｈよりも大きいか否かを判別する。本実施形態では、図３を用いて説明したように、遮断器２０２により交流電源２００とインバータ２０３が接続されると、５次および７次高調波の含有率が増加する。このとき、一般には５次および７次高調波の含有率は、およそ１０％から３０〜５０％まで上昇することがわかっている。このことを踏まえ、本実施形態では、閾値ｔｈを２５〜３０％としてあらかじめ設定し、判別演算部１０４は設定された閾値ｔｈを用いてＳ１０８の判別処理を実行する。
【００３４】
Ｓ１０８において、判別演算部１０４によりＥの値が閾値ｔｈよりも大きいと判別された場合は（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、処理はＳ１１０に進められる。処理がＳ１０８からＳ１１０に進められる場合としては、例えば、分電盤２にインバータを有する動力負荷（図示せず）が接続されており、動力負荷の電源がオンにされて動力負荷への電力供給が開始される場合が挙げられる。この場合、すなわち動力負荷の始動時は、図３（ｄ）のグラフに示すように高調波、特に５次および７次の高調波の含有率が増加し、その増加量は上記の閾値ｔｈを超える。一方、Ｓ１０８において、判別演算部１０４によりＥの値が閾値ｔｈを超えないと判別された場合は（Ｓ１０８：Ｎｏ）、処理はＳ１０９に進められる。
【００３５】
Ｓ１０９では、Ｓ１０３において記憶部１０３が記憶した前回演算時の含有率Ｋｔが、Ｓ１０６において記憶部１０３が記憶した今回の演算により算出されたＫｔ＋１で置き換えられて、記憶部１０３に記憶される。Ｓ１０９の処理が完了すると、処理はＳ１０４に戻される。
【００３６】
Ｓ１１０では、判別演算部１０４が電力制御部１０５に電力供給補助装置１の各部の制
御を行う指示を送る。次いで処理は、Ｓ１１１に進められる。Ｓ１１１において、電力制御部１０５は、Ｓ１１０において判別演算部１０４から受け取った指示をトリガとして、内部センサ部１０６の動作を開始し、蓄電部１３からＤＣ／ＤＣコンバータ１２およびＡＣ／ＤＣコンバータ１１を介して分電盤２への電力供給の準備を行う。次いで処理はＳ１１２に進められる。Ｓ１１２において、制御部１０は、スイッチ１４をオンにする。これにより、蓄電部１３による分電盤２に対するピークアシスト放電の準備が完了する。そして、処理はＳ１１３に進み、蓄電部１３の放電が開始され、蓄電部１３の電力が分電盤２に供給される。
【００３７】
上記のフローチャートの処理が実行されることで、商用電源４から分電盤２を経由して供給される電力を監視して、適切なタイミングで電力供給補助装置１において蓄電部１３の放電を利用したピークアシスト放電を可能な状態とし、動力負荷の始動時のピーク電流に対してピークアシスト放電を実行することができる。これにより、商用電源４から供給される電流のピーク値の上昇が好適に抑制されるため、上記の処理を行わずピークアシスト放電を行わない場合に比べて分電盤２のブレーカ容量を削減することができる。また、分電盤２のブレーカ容量を削減することで、商用電源４の電力供給会社との契約料金の低廉化も期待できる。
【００３８】
また、本実施形態の電力供給補助装置１は、商用電源４から供給される電流を監視し、５次および７次高調波の含有率に基づいて分電盤２に対するピークアシスト放電が必要と判断した場合に蓄電部１３の放電が実行されるように制御するため、蓄電部１３の充放電を常時制御する必要はなく、ピークアシスト放電に伴う不要な待機電力が発生する懸念もない。
【００３９】
以上が本実施形態に関する説明であるが、上記の電力供給補助装置などの構成や処理は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想と同一性を失わない範囲内において種々の変更が可能である。例えば、蓄電部として、上記の電気二重層コンデンサの他、電力を蓄電し管理することが可能な装置であれば、リチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）あるいはリチウムイオンバッテリ等、任意の蓄電装置を採用することができる。
【００４０】
また、上記の説明では、判別演算部は、周期的に算出される５次および７次高調波の含有率の変化率が閾値を超えるか否かに基づいて、電力制御部の制御の要否を判別しているが、１回の演算で算出された５次および７次高調波の含有率の値が別の閾値を超えるか否かに基づいて判別する構成としてもよい。また、上記の説明では、５次および７次の高調波の含有率を算出しているが、５次および７次の少なくとも一方の次数の高調波の含有率を算出する構成としてもよいし、他の次数の高調波の含有率を算出する場合にも上記の構成を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１    電力供給補助装置
２    分電盤
３    センサ
４    商用電源
１０    制御部
１０ｂ    ＣＰＵ
１０ｃ    メモリ
１３    蓄電部
１４    スイッチ
１０１    センサ入力部
１０２    含有率演算部
１０３    記憶部
１０４    判別演算部
１０５    電力制御部
１０６    内部センサ部
【図１】
2015177639.tif 000003
【図２】
2015177639.tif 000004
【図３】
2015177639.tif 000005
【図４】
2015177639.tif 000006
【図５】
2015177639.tif 000007