(57)【要約】【課題】整流負荷装置に適用して好適であり且つ複雑な制御等を必要としない電力補償装置の提供。【解決手段】交流電源１３と負荷装置１４，１５との間に設けられる電力補償装置２０において、交流電源１３による交流を直流に整流する整流器２３と、この整流器２３の直流側に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータ２６及びリアクトル２５と、このＤＣ／ＤＣコンバータ２６及びリアクトル２５を介して充放電される電力蓄積手段２４と、整流器２３の直流電力に応じて電力蓄積手段２４を充放電するべくＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御する制御回路２７とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷装置との間に設けられる電力補償装置において、
前記交流電源による交流を直流に整流する整流器と、
この整流器の直流側に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータ及びリアクトルと、
このＤＣ／ＤＣコンバータ及びリアクトルを介して充放電される電力蓄積手段と、
前記整流器の直流電力に応じて前記電力蓄積手段を充放電するべく前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを具備することを特徴とする電力補償装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びリアクトルの直流出力電力を電流及び電圧の検出によって算出し、該算出した直流出力電力に応じて前記電力蓄積手段を充放電するべく前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項１記載の電力補償装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びリアクトルの直流入力電力を電流及び電圧の検出によって算出し、該算出した直流入力電力に応じて前記電力蓄積手段を充放電するべく前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項１記載の電力補償装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びリアクトルの直流出力電力を推定し、該推定した直流出力電力に応じて前記電力蓄積手段を充放電するべく前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項１記載の電力補償装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びリアクトルの直流入力電力を推定し、該推定した直流入力電力に応じて前記電力蓄積手段を充放電するべく前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項１記載の電力補償装置。
【請求項６】
前記負荷装置は前記交流電源に直接に接続される負荷を有し、前記制御手段は、前記整流器に入力される有効電力を電流及び電圧の検出によって算出し、該算出した有効電力に応じて前記電力蓄積手段を充放電するべく前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項１記載の電力補償装置。
【請求項７】
前記負荷装置は前記交流電源に直接に接続される負荷を有し、前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びリアクトルの直流出力電力を電流及び電圧の検出によって算出し、前記負荷の有効交流電力を電流及び電圧の検出によって算出し、該算出した前記直流出力電力及び有効交流電力に応じて前記電力蓄積手段を充放電するべく前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項１記載の電力補償装置。
【請求項８】
前記整流器の出力側に並列接続されるコンデンサを具備することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の電力補償装置。
【請求項９】
前記電力蓄積手段に直列接続されるヒューズを具備することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項記載の電力補償装置。
【請求項１０】
前記電力蓄積手段は、二次電池を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項記載の電力補償装置。
【請求項１１】
前記電力蓄積手段は、電気二重層キャパシタを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項記載の電力補償装置。
【請求項１２】
交流電源に接続される負荷装置の電力を補償する方法において、
前記交流電源による交流を整流器により整流した出力に応じて電力蓄積手段を充放電するべく、前記整流器の直流側に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする電力補償方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力蓄積手段を備えた電力補償装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電力蓄積手段を備えた電力補償装置を、電力調整装置に適用した図１１を参照して説明する。
【０００３】
図１１において、交流電源１と負荷装置２，３との間に電力補償装置４が設けられる。この電力補償装置４は、電力蓄積手段５、インバータ６、リアクトル７、インバータ６を駆動するための制御回路８、電力蓄積手段４の電圧を検出する電圧検出器９、インバータ６の交流電流を検出する電流検出器１０、系統電圧を検出する電圧検出器１１及び負荷電流を検出する電流検出器１２からなる。
【０００４】
従来の電力補償装置４においては、電力蓄積手段５の直流電力をインバータ６にて交流電力に変換し、リアクトル７を介して交流電源１と連系する。制御回路８は負荷２，３の消費電力に応じて電力補償装置４の出力を決定するため、電圧検出器１１と電流検出器１２の検出値を用いて負荷の消費電力を演算する。これに対して電圧検出器１１と電流検出器１０と、さらに電圧検出器９の検出値からインバータ６の入出力を制御し、電力蓄積手段５を充放電して所要の補償電力を得る。
【０００５】
これにより、負荷が要求する消費電力に対して、電力の一部もしくは全部を電力補償装置４から補償することで電源電力のピーク値を軽減し、電源容量や設備容量の低減が可能となる。
【０００６】
また、ＡＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、バッテリーの直流電力を直流電圧に変換してＡＣ／ＤＣコンバータの出力端子に接続するＤＣコンバータを有する直流電源装置において、充電制御レベルと負荷分担制御レベルを観測し、並列給電や交流事故時のバックアップ給電を行うものが知られている（特許文献１）。
【０００７】
さらに交流電力を直流電力に変換して直流電力を出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータの入力に接続されるＤＣコンバータと、ＤＣコンバータを介してＤＣ／ＤＣコンバータに電力を供給する直流電力蓄積手段とを備えた電源装置が知られている（特許文献２）。
【０００８】
さらに、交流を直流に変換する整流器、直流中間回路から蓄電池への充電および蓄電池から直流中間回路への放電を行う昇降圧チョッパ、蓄電池を制御する制御回路を備えた無停電電源装置が知られている（特許文献３）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１７１６９２号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２０００−１９７３４７号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２００１−１８６６８９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の電力補償装置や特許文献１〜３のものでは、負荷に対する電力調整を交流で行っているため、インバータ等の電力変換装置及びその制御回路等はＰＭＷ等の複雑な波形制御を必要とし、結果的に複雑な構成を招いていた。
【００１３】
ところが最近は交流入力の直後に整流器を用いて直流電圧に変換してから使用する負荷、つまり整流負荷装置が多くあり、かかる整流負荷装置に好適に適用できる電力補償装置の出現が待たれていた。
【００１４】
本発明の目的は、整流負荷装置に適用して好適であり且つ複雑な制御等を必要としない電力補償装置及び方法を提供することにある。
【００１５】
【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は、交流電源と負荷装置との間に設けられる電力補償装置において、
前記交流電源による交流を直流に整流する整流器と、
この整流器の直流側に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータ及びリアクトルと、
このＤＣ／ＤＣコンバータ及びリアクトルを介して充放電される電力蓄積手段と、
前記整流器の直流電力に応じて前記電力蓄積手段を充放電するべく前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
また、上記課題を解決するために本発明は、交流電源に接続される負荷装置の電力を補償する方法において、
前記交流電源による交流を整流器により整流した出力に応じて電力蓄積手段を充放電するべく、前記整流器の直流側に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、負荷に対する電力調整を直流で行われ、該調整はＤＣ／ＤＣコンバータの通流率の変化で行うことができるので、複雑な制御を必要としなく、構成の複雑化を招かない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態：請求項１，２に対応）
図１において、交流電源１３と整流負荷装置１４，１５との間に電力補償装置２０が設けられる。この電力補償装置２０は、交流入力部２１及び直流出力部２２を備え、整流器２３を交流入力部２１と直流出力部２２との間に接続し、整流器２３と直流出力部２２との間に、鉛蓄電池やリチウムイオン等の二次電池又は電気二重層キャパシタ等である電力蓄積手段２４、リアクトル２５及びＤＣ／ＤＣコンバータ２６からなる直列回路を並列接続している。電力補償装置２０は、制御回路２７を有し、該制御回路２７は、直流出力の電圧を検出する電圧検出器２８、直流出力の電流を検出する電流検出器２９、電力蓄積手段２４の電圧を検出する電圧検出器３０、電力蓄積手段２４の電流を検出する電流検出手段３１からの検出値に基づき、電力蓄積手段２４の充放電を行うべく、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の通流率を変化させる。すなわち、制御回路２７は、電圧検出器２８と電流検出器２９の検出値から直流出力電力を演算で求め、この直流出力電力に応じて電圧検出器３０と電流検出器３１の検出値から得られる電力蓄電手段２４の充放電電力値が目的量になるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６の通流率を変化させるものとなっている。
【００１９】
このような本実施形態は、交流電源１３に接続される負荷装置１４，１５の電力を補償するに際し、交流電源１３による交流を整流器２３により整流した出力に応じて電力蓄積手段２４を充放電するべく、整流器２３の直流側に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータ２６の通流率を制御する。
【００２０】
ここに、整流負荷装置１４は、整流器１６と負荷１７からなり、通常は交流電圧を直流電圧に変換したのち、負荷１７に直流電力を給電する。整流負荷装置１５も同様に、整流器１８と負荷１９からなり、負荷１９に直流電力を給電する。
【００２１】
以上のように本実施形態によれば、整流負荷装置１４に対する電力調整を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の通流率を変化することにより実施しているため、制御回路２７は簡単な制御で済み、全体として簡単な構成であり、装置の低コスト化やメンテナンス性の点で有利となる。
【００２２】
なお、図１では、単相交流回路について記載したが交流電源１３は三相交流回路でもよい。
【００２３】
（第２実施形態：請求項１，３，１２に対応）
次に、図１と同一部分には同一符号を付した図２を参照して第２実施形態の電力補償装置を説明する。
【００２４】
本実施形態は、第１実施形態が制御回路２７により算出した直流出力電力等によりＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御したものであるに対し、直流入力電力等によりＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御するものとなっている。
【００２５】
すなわち、電流検出器３２は、整流器２３の出力直流電流を検出し、制御回路２７は電圧検出器２８と電流検出器３２の検出値から直流入力電力を演算で求め、この直流入力電力に応じて電力蓄積手段の電圧検出器３０と電流検出器３１の検出値から得られる電力蓄電手段２４の充放電電力値が目的量になるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６の通流率を変化させる。
【００２６】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる上に、入力電力を監視することから、交流電源１３に対して適切な電力補償動作を行うことが可能で、一層、簡単な構成および制御回路で負荷の消費電力を補償することができ、装置の低コスト化やメンテナンス性の点で有利となる。
【００２７】
（第３実施形態：請求項１，４に対応）
次に、図１と同一部分には同一符号を付した図３を参照して第３実施形態の電力補償装置を説明する。
【００２８】
本実施形態を示す図２では、図１における直流出力の電圧を検出する電圧検出器２８を省略している。交流入力電圧が一定であるなら直流電圧の動作範囲は限定でき、また回路状態が特定できるなら直流出力電流値で直流電圧相当は推定できる。よって制御回路２７にて電流検出器２９の検出値を取り込み、負荷電力相当を演算して出力電流値に応じて電力蓄積手段２４の電圧検出器３０と電流検出器３１の検出値から得られる電力蓄電手段２４の充放電電力値が目的量になるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６の通流率を変化させる。
【００２９】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる上に、更に一層、構成および制御回路を簡素化でき、装置の低コスト化やメンテナンス性の点で有利となる。
【００３０】
（第４実施形態：請求項１，５に対応）
次に、図２と同一部分には同一符号を付した図４を参照して第４実施形態の電力補償装置を説明する。
【００３１】
本実施形態を示す図４では、図２における直流出力の電圧を検出する電圧検出器２８を省略している。第３実施形態と同様に、交流入力電圧が一定であるなら直流電圧の動作範囲は限定でき、また回路状態が特定できるなら直流出力電流値で直流電圧相当は推定できる。よって制御回路２７にて電流検出器３２の検出値を取り込み、負荷電力相当を演算し、整流器直流電流値に応じて電力蓄積手段２４の電圧検出器３０と電流検出器３１の検出値から得られる電力蓄電手段２４の充放電電力値が目的量になるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６の通流率を変化させる。
【００３２】
本実施形態によれば、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる上に、更に一層、構成および制御回路を簡素化でき、装置の低コスト化やメンテナンス性の点で有利となる。
【００３３】
（第５実施形態：請求項１，６に対応）
本実施形態は、図１〜図４と同一部分には同一符号を付した図５に示すように、負荷装置として、整流負荷装置のみならず通常の負荷装置も含めて電力補償動作を行うものである。すなわち、負荷装置として、整流負荷装置１４と、通常の負荷装置３３とがあり、交流出力部３４の交流入力の電圧を、電圧検出器３５検出し、交流電流を電流検出器３６で検出する。よって、制御回路２７は電圧検出器３５と電流検出器３６の検出値から有効電力を演算で求め、この有効電力に応じて電力蓄積手段２４の電圧検出器３０と電流検出器３１の検出値から得られる電力蓄電手段２４の充放電電力値が目的量になるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６の通流率を変化させる。
【００３４】
本実施形態によれば、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができる上に、多様な負荷装置の電力補償が可能となる。
【００３５】
（第６実施形態：請求項１，７に対応）
本実施形態も、図１〜図５と同一部分には同一符号を付した図６に示すように、負荷装置として、整流負荷装置のみならず通常の負荷装置も含めて電力補償動作を行うものである。すなわち、負荷装置として、整流負荷装置１４と、通常の負荷装置３３とがあり、交流出力部３４の電圧を電圧検出器３７で検出し、交流出力部３４の電流を電流検出器３８により検出する。よって、制御回路２７は電圧検出器２８と電流検出器２９の検出値から直流出力電力を演算で求め、また電圧検出器３７と電流検出器３８の検出値から出力有効電力を演算で求め、この直流出力電力と交流有効電力に応じて電力蓄積手段２４の電圧検出器３０と電流検出器３１の検出値から得られる電力蓄電手段２４の充放電電力値が目的量になるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６の通流率を変化させる。
【００３６】
これにより、整流器負荷装置のみならず通常の負荷装置も含めて正確な電力補償動作を行うことができ、簡単な構成および制御回路で負荷の消費電力を補償し、装置の低コスト化やメンテナンス性の点で有利となる。
【００３７】
（第７実施形態：請求項１，８に対応）
次に、図１と同一部分には同一符号を付した図７を参照して第７実施形態の電力補償装置を説明する。
【００３８】
本実施形態を示す図７は、コンデンサ３９を、図１における整流器２３の出力側に並列に接続した構成である。
【００３９】
整流器２３の出力直流電圧リプルが大きいときでも、整流器２３の出力直流電圧と並列にコンデンサ３９を接続していることにより、整流器２３およびＤＣ／ＤＣコンバータ２６の出力電圧を平滑化することが可能となる。
【００４０】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる上に、負荷の電圧平滑要素に関わらずに直流電圧を一定平滑にすることができる。
【００４１】
（第８実施形態：請求項１，９に対応）
次に、図１と同一部分には同一符号を付した図８を参照して第８実施形態の電力補償装置を説明する。
【００４２】
本実施形態を示す図８は、ヒューズ４０を、図１における電力蓄積手段２４と直列に接続した構成である。
【００４３】
ヒューズ４０を電力蓄積手段２４と直列に接続していることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の素子短絡や直流出力の短絡による過電流から電力蓄積手段２４を保護することができる。
【００４４】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる上に、電力蓄積手段２４の過電流を防止することができる。
【００４５】
（第９実施形態：請求項１，１０に対応）
次に、図１と同一部分には同一符号を付した図９を参照して第９実施形態の電力補償装置を説明する。
【００４６】
本実施形態を示す図９は、図１における電力蓄積手段２４を、二次電池４１としたものである。
【００４７】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる上に、
二次電池４１を電力蓄電手段とすることで、低コストで電気を貯えることができるようになる。
【００４８】
（第１０実施形態：請求項１，１１に対応）
次に、図１と同一部分には同一符号を付した図８を参照して第１０実施形態の電力補償装置を説明する。
【００４９】
本実施形態を示す図１０は、図８における電力蓄積手段２４を、電気二重層キャパシタ４２としたものである。
【００５０】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる上に、
電気二重層キャパシタ４２により小容量ながらも短時間に大きな電力を充放電することができ、電力蓄積手段の小型化を図ることができる。また二次電池に比べて高使用頻度に強く、寿命も長いことからメンテナンス性が向上する。
【００５１】
上記において、整流器の出力側にコンデンサを並列接続する構成、電力蓄積手段にヒューズを直列接続する構成、電力蓄積手段を二次電池とする構成、電力蓄積手段を電気二重層キャパシタとする構成は、全ての実施形態に適用することができる。
【００５２】
なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、整流負荷装置に適用して好適であり且つ複雑な制御等を必要としない電力補償装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の電力補償装置の構成図。
【図２】本発明の第２実施形態の電力補償装置の構成図。
【図３】本発明の第３実施形態の電力補償装置の構成図。
【図４】本発明の第４実施形態の電力補償装置の構成図。
【図５】本発明の第５実施形態の電力補償装置の構成図。
【図６】本発明の第６実施形態の電力補償装置の構成図。
【図７】本発明の第７実施形態の電力補償装置の構成図。
【図８】本発明の第８実施形態の電力補償装置の構成図。
【図９】本発明の第９実施形態の電力補償装置の構成図。
【図１０】本発明の第１０実施形態の電力補償装置の構成図。
【図１１】従来例の電圧補償装置の構成図。
【符号の説明】
１…交流電源、２，３…負荷装置、５…電力蓄積手段、６…インバータ、
７…リアクトル、８…制御回路、９…電圧検出器、１０…電流検出器、１１…電圧検出器、１２…電流検出器、１３…交流電源、１４…整流負荷装置、１５…整流負荷装置、１６…整流器、１７…負荷、１８…整流器、１９…負荷、２０…電力補償装置、２１…交流入力、２２…直流出力、２３…整流器、２４…電力蓄積装置、２５…リアクトル、２６…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２７…制御回路、２８…電圧検出器、２９…電流検出器、３０…電圧検出器、３１…電流検出器、３２…電流検出器、３３…負荷装置、３４…交流出力、３５…電圧検出器、３６…電流検出器、３７…電圧検出器、３８…電流検出器、３９…コンデンサ、４０…ヒューズ、４１…二次電池、４２…電気二重層キャパシタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004336888.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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