(57)【要約】【課題】中小マンション等における３相２００［Ｖ］系統において、電力のピークカットを安価に行い、かつ、契約電力の縮小を行うことが可能な電力貯蔵装置を提供すること。【解決手段】夜間に単相１００［Ｖ］系統から、電力変換装置２を介して電池１の充電を行い、昼間に３相２００［Ｖ］系統で、受電電力が増加し契約電力を超えそうな場合には、電池１に蓄えられた電力を、電力変換装置３を介して３相２００［Ｖ］系統に放電する。現状、昼間の電力料金の１／４程度と安い単相１００［Ｖ］系統の夜間電力を利用し、昼間の３相２００［Ｖ］系統のピークカットを行う。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を貯蔵する機能を持つ蓄電手段と、この蓄電手段に蓄えた電力を必要時に放電する電力変換装置を備えた電力貯蔵システムにおいて、単相１００［Ｖ］の売電系統からの電力により前記蓄電手段に充電する機能を持つ第１の電力変換装置と、前記蓄電手段に貯えた電力を３相２００［Ｖ］の売電系統に放電する機能を持つ第２の電力変換装置を備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項２】
電力を貯蔵する機能を持つ蓄電手段と、この蓄電手段に蓄えた電力を必要時に放電する電力変換装置を備えた電力貯蔵システムにおいて、定格電圧を１４４［Ｖ］よりも小さく設定された前記蓄電手段に、単相１００［Ｖ］の売電系統からの電力を充電する降圧機能を持つ第１の電力変換装置と、前記蓄電手段に貯えた電力を３相２００［Ｖ］の売電系統に放電する昇圧機能を持つ第２の電力変換装置を備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記３相２００［Ｖ］の売電系統からの受電電力を検出する電力検出手段と、この電力検出手段の出力に応じて前記第２の電力変換装置を起動する手段とを備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記第１及び／又は第２の電力変換装置を、評価関数に応じて起動する制御手段を備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項５】
請求項４において、前記評価関数は、時刻，電池の充電量，又は負荷の状況を含むことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項６】
請求項１、３〜５のいずれかにおいて、前記第１の電力変換装置は、整流器又は双方向に交直変換可能なコンバータを備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項７】
請求項２において、前記第１の電力変換装置は、整流器とこの整流器によって交直変換した電圧を降圧する降圧回路の組合せ、又は双方向に交直変換可能なコンバータと昇降圧回路の組合せを備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項８】
請求項１、３〜６のいずれかにおいて、前記第２の電力変換装置は、インバータ又は双方向に交直変換可能なコンバータを備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項９】
請求項２又は７において、前記第２の電力変換装置は、蓄電手段の電圧を昇圧する昇圧回路とインバータの組合せ、又は昇降圧回路と双方向に交直変換可能なコンバータの組合せを備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、前記第１及び／又は第２の電力変換装置をアクティブフィルタとして制御する制御手段を備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかにおいて、前記蓄電手段は、充電が可能な鉛電池，ニッケル水素電池，ニッカド電池，リチウムイオン電池，又はコンデンサであることを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項１２】
電力を貯蔵する機能を持つ蓄電池と、この蓄電池に蓄えた電力を必要時に放電する電力変換装置を備えた電力貯蔵システムにおいて、単相１００［Ｖ］の売電系統と前記蓄電池との間に接続された第１の電力変換装置と、夜間に単相１００［Ｖ］の売電系統からの電力を前記蓄電池に充電するように前記第１の電力変換装置を制御する第１の制御手段と、前記蓄電池と３相２００［Ｖ］の売電系統との間に接続された第２の電力変換装置と、３相２００［Ｖ］の売電系統からの受電電力を検出する電力検出手段と、この電力検出手段が予定の受電電力を検出したことに応動して、前記蓄電池に貯えた電力を３相２００［Ｖ］の売電系統に供給するように前記第２の電力変換装置を制御する第２の制御手段を備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単相１００［Ｖ］及び３相２００［Ｖ］売電系統から受電する中小マンション等における電力貯蔵システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
商用電源の電力料金は、電力使用量と契約電力から決定されるのが一般的である。契約電力は、使用電力の最大値を規定するものであり、それを超えると通常はブレーカ等により電力の供給が遮断される。このため、電力の遮断を引起こさないようにするためには、稀にしか発生しない消費電力の過渡的なピークに合わせて契約電力を決定する必要がある。このため、使用電力が少ない時間に２次電池に電力を蓄電しておき、消費電力の過渡的なピーク時に、蓄電した電力を放電することにより、ブレーカによる電力遮断を避ける受電電力のピークカット（電力平準化）の技術が導入されつつある。（１）特開平６−２３３４６３号公報、（２）特開２００１−２５８１５８号公報、及び（３）特開２００１−２９８８６４号公報には、単相商用電源において、夜間電力を貯蔵し、昼間の電力ピークカットに利用する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、単相１００［Ｖ］の売電系統（分類上は“電灯”）に関する記載のみである。中小マンション等で使用される３相２００［Ｖ］の売電系統は、“低圧電力”と呼ばれる分類に属し、単相１００［Ｖ］売電系統とは分類が異なる。上記の従来技術には、３相３線式の２００［Ｖ］の売電系統については全く触れられていない。現状、単相１００［Ｖ］売電系統と３相２００［Ｖ］売電系統は、それぞれ個別にピークカットを考慮している。
【０００４】
本発明の目的は、単相１００［Ｖ］及び３相２００［Ｖ］の両売電系統から受電する中小マンション等において、３相２００［Ｖ］売電系統の電力ピークカットを容易に実現し、契約電力を低減できる電力貯蔵装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
単相１００［Ｖ］系統と３相２００［Ｖ］の系統を比較した場合、夜間電力についても事情が異なる。つまり、単相１００［Ｖ］系統の夜間電力料金は昼間の電力よりも安く設定されているのに対し、３相２００［Ｖ］系統の電力料金は昼夜同一の料金となっている。
【０００６】
本発明の特徴とするところは、電力を貯蔵する機能を持つ蓄電手段と、この蓄電手段に蓄えた電力を必要時に放電する電力貯蔵システムにおいて、単相１００［Ｖ］の売電系統からの電力により蓄電手段に充電する機能を持つ第１の電力変換装置と、この蓄電手段に貯えた電力を３相２００［Ｖ］の売電系統に放電する機能を持つ第２の電力変換装置を備えることである。
【０００７】
本発明の他の特徴とするところは、夜間に単相１００［Ｖ］の売電系統から第１の電力変換装置を介して蓄電手段の充電を行い、一方、昼間に３相２００［Ｖ］売電系統からの受電電力が増加し、契約電力を超えそうな場合には、蓄電手段に蓄えられた電力を、第２の電力変換装置を介して３相２００［Ｖ］売電系統に供給することである。
【０００８】
現状、単相１００［Ｖ］の系統の夜間電力料金が、昼間の電力料金の１／４程度であり、一方、３相２００［Ｖ］の系統は、昼間の電力で比較すると単相１００［Ｖ］の系統よりも割安であるが、昼夜の料金が同一である。この現状において、夜間では単相１００［Ｖ］系統の電力料金の方が安価である。
【０００９】
したがって、上記の本発明の構成により、中小マンション等における３相２００［Ｖ］系統の電力のピークカットを安価に行うことができ、かつ、契約電力の縮小が可能な電力貯蔵装置を実現できる。
【００１０】
本発明のその他の目的及び特徴は以下の実施例の説明で明らかにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第一実施例による電力貯蔵装置の構成図である。蓄電手段として電池１を備え、単相（１φ）１００［Ｖ］売電系統との間に電力変換装置２が接続され、一方、３相（３φ）２００［Ｖ］売電系統との間に電力変換装置３が接続されている。各売電系統からの受電電力は、それぞれ電力検出器（電力検出手段）４及び５によって検出される。また、各電力変換装置２及び３を制御するために、それぞれ第１、第２のコントローラ（制御手段）６及び７を備えている。
【００１３】
これらの装置は、マンション等の中小ビル内に設置されているものとする。まず、夜間に、単相１００［Ｖ］の売電系統から、電力変換装置２を介して電池１の充電を行う。そして、昼間には、３相２００［Ｖ］売電系統からの受電電力が増加し、契約電力を超えそうな場合に、電池１に蓄えられた電力を、電力変換装置３を介して３相２００［Ｖ］売電系統に供給する。
【００１４】
中小マンションでは、一般的に、単相１００［Ｖ］系統（電灯）と３相２００［Ｖ］系統（低圧電力）が併設されている。３相２００［Ｖ］系統は、共用部分の照明やエレベータ等に使用される。夜間電力料金に着目した場合、単相１００［Ｖ］系統は、昼間の電力料金と比較して大幅に安くなるのに対して、３相２００［Ｖ］系統では昼夜一律の金額である。このため、図１のように、安価な単相１００［Ｖ］の夜間電力を利用することにより、３相２００［Ｖ］系統のピークカットを安価に実行できる。
【００１５】
単相１００［Ｖ］側電力変換装置２のコントローラ６は、時刻、或いは電池１の充電状態、或いは１００［Ｖ］系統の電力状況からなる評価関数に従い、電力変換装置２を駆動させるための信号を出力する。
【００１６】
図２は、本発明の第一の実施例におけるコントローラ６の処理フロー図である。図２では、評価関数として時刻、電池１の充電状態を用いており、コントローラ６の内部には図示していない時計機能を有している。ステップ２０１において、前記時計機能により、夜間、例えば午後１１時になると時刻信号を発生し、早朝、例えば午前７時になると時刻信号の発生を停止する。ステップ２０２において、時刻信号の有無を確認し、時刻信号がない場合にはルーチンを終了する。時刻信号がある場合には、ステップ２０３において電池１の充電状態を確認し、満充電状態であるならば、ステップ２０２に戻る。電池１が満充電状態でない場合には、ステップ２０４に移り、単相１００［Ｖ］側電力変換装置２に駆動信号を出力する。駆動信号を受けた単相１００［Ｖ］側電力変換装置２は、電池１の充電動作を行う。この充電制御は、良く知られているように、マイナーＡＣＲとして充電電流リミッタ付の直流出力電圧一定制御系を用いることができる。ステップ２０４の後、ステップ２０２に移り、上記動作を繰返すことにより、夜間のみ電池１の充電を行うことができる。
【００１７】
第２の電力変換装置３のコントローラ７は、電力検出器５により、３相２００［Ｖ］系統からの受電電力を検知している。この受電電力量が契約量を超えそうな場合には、第２の電力変換装置３を起動させ、電池１に蓄えている電力を２００［Ｖ］系統に出力（放電）する。また、昼間の時間帯において、電池１の充電量が著しく低下している場合には、第２の電力変換装置のコントローラ７は、２００［Ｖ］系統から電池１を充電するように、電力変換装置３を制御することもできる。
【００１８】
また、単相１００［Ｖ］側電力変換装置２、３相２００［Ｖ］側電力変換装置３をアクティブフィルタとして動作させ、系統安定化の手段として用いても良い。これは、各系統の負荷変動を電力検出器４や５により検出し、それに応じて、電力変換装置２や３を制御することにより実現できる。つまり、本実施例の構成は、単相１００［Ｖ］および３相２００［Ｖ］のそれぞれの系統にアクティブフィルタを設置し、共通電池１を使用することで電池の数を低減している。
【００１９】
図３は、本発明の第一の実施例における１００［Ｖ］側電力変換装置２の回路構成図である。単相１００［Ｖ］の系統から、整流器２１を介して交流電力を直流電力に変換する。さらに、短時間にオンオフを繰返すスイッチ素子２２、ダイオード２３、インダクタンス２４からなる降圧チョッパ回路２５により、電圧を降圧させる。スイッチ素子２２は、第１の電力変換装置２のコントローラ６より駆動信号を受け、信号が発せられている場合にはオンオフ動作をし、信号が発せられていない場合にはオフ状態になる。降圧チョッパ回路２５の両端には電圧安定化のために平滑コンデンサ２６及び２７を接続している。ここで、電圧を降圧させている理由は、電池１の容積を小さくするためである。つまり、一般的な電池１は、数［Ｖ］から十数［Ｖ］のセル電池を直列に接続することにより構成しているため、電圧を降圧させることにより、直列接続するセル電池の数が少なくて済み、コスト低減に効果がある。
【００２０】
この場合の電圧Ｖ２は、スイッチ素子２２がオンしている時間をＴｏｎ、スイッチ素子２２がオフしている時間をＴｏｆｆとすると、
Ｖ２＝Ｔｏｎ・Ｖ１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）
の関係式で決定する。
【００２１】
また、第１の電力変換装置２は、単純に整流器２１のみであっても良い。この場合には、降圧しない分だけ電池１の容積は大型化するが、チョッパ回路２５を使用しないため、回路構成を簡略化できる。
【００２２】
このように、この実施例においては、第１の電力変換装置２は、整流器２１単独、あるいは整流器２１とこの整流器によって交直変換した電圧を降圧する降圧回路２５の組合せによって構成している。
【００２３】
図４は、本発明の第一の実施例における２００［Ｖ］側電力変換装置３の回路構成図である。電池１の電圧を、昇圧チョッパ回路３１により昇圧し、インバータ３２により直流電力を交流電力に変換する。昇圧チョッパ回路３１は、短時間にオンオフを繰返すスイッチ素子３３、ダイオード３４、インダクタンス３５からなる。スイッチ素子３３は、第２の電力変換装置３のコントローラ７より駆動信号を受け、信号が発せられている場合にはオンオフ動作をし、信号が発せられていない場合にはオフ状態になる。スイッチ素子３３は、オンオフ時間の割合を変化させることによって昇圧する。この場合の電圧Ｖ３は、スイッチ素子がオンしている時間をＴｏｎ、スイッチ素子がオフしている時間をＴｏｆｆとすると、
Ｖ３＝（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）・Ｖ２／Ｔｏｆｆ
の関係式で決定する。また、昇圧チョッパ回路３１の両端には電圧安定化のために平滑コンデンサ３６及び３７を接続している。この構成によって、電池１側の電圧Ｖ２が２００［Ｖ］よりも小さい場合においても、３相２００［Ｖ］売電系統への電力供給を行うことが可能になる。
【００２４】
また、第２の電力変換装置３は、単純にインバータ３２のみであっても良い。この場合には、昇圧しない分だけ電池１の容積は大型化するが、昇圧チョッパ回路３１を使用しないため、回路構成を簡略化できる。
【００２５】
このように、この実施例においては、第２の電力変換装置３は、インバータ３２単独、あるいは蓄電手段１の電圧を昇圧する昇圧回路３１とインバータ３２の組合せによって構成している。
【００２６】
図５は、本発明の第二の実施例における１００［Ｖ］側電力変換装置２の回路構成図である。ここでは、図３の降圧チョッパ回路２５の代わりに昇降圧チョッパ回路２８を使用し、かつ、整流器の代わりに、インダクタンス２９１を含むＰＷＭコンバータ２９を使用している。また、図３と同様に、Ｖ１＞Ｖ２としており、セル電池の個数の低減を図っている。図３の降圧チョッパ回路２５では、電力を伝達する方向は、単相１００［Ｖ］系統から電池１への１方向であったのに対し、図５では、単相１００［Ｖ］系統と電池１の間を双方向に電力を授受させることができる。つまり、夜間に電池１を充電する場合には、コンバータ２９は整流器として動作せ、昇降圧チョッパ回路２８は、スイッチ素子２２１をオフ状態でスイッチ素子２２をオンオフ駆動させることにより降圧動作をする。
【００２７】
一方、電池１から単相１００［Ｖ］系統に電力を放電する場合には、昇降圧チョッパ回路２８は、スイッチ素子２２をオフ状態でスイッチ素子２２１をオンオフ駆動させることにより昇圧動作を行う。また、コンバータ２９は単相インバータとして動作させる。
【００２８】
この回路によって、単相１００［Ｖ］系統で受電電力が大きくなった場合においても、同一の電池１でピークカット動作を行うことができる。また、コンバータ２９をアクティブフィルタとして動作させ、単相１００［Ｖ］系統の系統安定化の手段として用いても良い。これは、単相１００［Ｖ］系統の負荷変動に応じて、コンバータ２９を入切りし、電池１へ電力を充放電することにより実現できる。
【００２９】
このように、この実施例においては、第１の電力変換装置２は、双方向に交直変換可能なコンバータ２９と昇降圧回路２８の組合せによって構成している。
【００３０】
図６は、本発明の第二の実施例における２００［Ｖ］側電力変換装置３の回路構成図である。ここでは、図４の昇圧チョッパ回路３１の代わりに昇降圧チョッパ回路３８を使用し、かつ、インバータ３２の代わりに、インダクタンス３９１を含むＰＷＭコンバータ３９を使用している。また、図４と同様に、Ｖ３＞Ｖ２としており、セル電池の個数の低減を図っている。図４の昇圧チョッパ回路３１では電力を伝達する方向は、電池１から３相２００［Ｖ］系統への１方向であったのに対し、図６では、電池１と３相２００［Ｖ］系統との間を双方向に電力を授受させることができる。つまり、電池１から３相２００［Ｖ］系統に電力を放電する場合には、昇降圧チョッパ回路３８は、スイッチ素子３３１をオフ状態でスイッチ素子３３をオンオフ駆動することにより昇圧動作をし、コンバータ３９はインバータとして動作させる。また、３相２００［Ｖ］系統から電池１に電力を充電する場合には、昇降圧チョッパ回路３８は、スイッチ素子３３をオフ状態でスイッチ素子３３１をオンオフ駆動することにより降圧動作をし、コンバータ３９は整流器として動作させる。
【００３１】
この回路によって、３相２００［Ｖ］系統に接続した負荷から電力を回生する場合には、回生電力を電池１に充電することができ、省エネルギー化に効果がある。また、コンバータ３９をアクティブフィルタとして動作させ、３相２００［Ｖ］系統の系統安定化の手段として用いても良い。
【００３２】
このように、この実施例においては、第２の電力変換装置３は、昇降圧回路３８と双方向に交直変換可能なコンバータ３９の組合せによって構成している。
【００３３】
図７は、本発明の第三の実施例における１００［Ｖ］側電力変換装置２の回路構成図である。ここでは、コンバータ２９とインダクタンス２９１のみの双方向に交直変換可能なＰＷＭコンバータ単独で第１の電力変換装置２を構成している。このため、電池側電圧Ｖ１を、Ｖ１＞１４４［Ｖ］（＝ＡＣ１００［Ｖ］の整流電圧）としており、電池１の電圧値を大きくしたため、セル電池の個数を増加させる必要がある。しかし、図５と比較して、第１の電力変換装置２の回路構成を簡単にできる効果がある。
【００３４】
図８は、本発明の第三の実施例における２００［Ｖ］側電力変換装置３の回路構成図である。ここでは、コンバータ３９とインダクタンス３９１のみの双方向に交直変換可能なＰＷＭコンバータ単独で第２の電力変換装置３を構成している。このため、電池側電圧Ｖ３を、Ｖ３＞２８８Ｖ（＝ＡＣ２００［Ｖ］の整流電圧）としている。つまり、電池１の電圧値を２８８［Ｖ］よりも大きくした構成にしている。この場合には、図７と同様に、セル電池の個数を増加させる必要があるが、図６と比較して、第２の電力変換装置３の回路構成を簡単にできる効果がある。
【００３５】
また、夜間に充電をしているにも拘わらず、昼間の条件によっては電池の充電量が著しく低下する場合が想定される。この場合には、図５、図６、図７、或いは図８の回路を使用し、負荷状態の小さいタイミングを見計らって、単相１００［Ｖ］系統或いは３相２００［Ｖ］系統から充電電力を供給することにより、電池１の充電切れの心配はなくなる。
【００３６】
また、蓄電手段１は、充電が可能な鉛電池，ニッケル水素電池，ニッカド電池又はリチウムイオン電池が好適であるが、電池に限らず、蓄電機能を有する媒体、例えば、コンデンサなどでも代用できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、単相１００［Ｖ］及び３相２００［Ｖ］の両売電系統から受電する中小マンション等において、３相２００［Ｖ］売電系統の電力ピークカットを容易に実現し、契約電力を低減できる電力貯蔵装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例による電力貯蔵装置の構成図。
【図２】本発明の第一の実施例におけるコントローラ６の処理フロー図。
【図３】本発明の第一の実施例における１００［Ｖ］側電力変換装置の回路構成図。
【図４】本発明の第一の実施例における２００［Ｖ］側電力変換装置の回路構成図。
【図５】本発明の第二の実施例における１００［Ｖ］側電力変換装置の回路構成図。
【図６】本発明の第二の実施例における２００［Ｖ］側電力変換装置の回路構成図。
【図７】本発明の第三の実施例における１００［Ｖ］側電力変換装置の回路構成図。
【図８】本発明の第三の実施例における２００［Ｖ］側電力変換装置の回路構成図。
【符号の説明】
１…電池、２…１００［Ｖ］売電側（第１の）電力変換装置、２１…整流器、２２，２２１，３３，３３１…スイッチ素子、２３，３４…ダイオード、２４，２９１，３５，３９１…インダクタンス、２５…降圧チョッパ、２６，２７，３６，３７…平滑コンデンサ、２８，３８…昇降圧チョッパ、２９，３９…コンバータ、３…２００［Ｖ］売電側（第２の）電力変換装置、３１…昇圧チョッパ、３２…インバータ、４，５…電力検出器、６，７…第１，第２のコントローラ（制御手段）。
【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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