(57)【要約】【課題】商用電源の瞬低発生時、負荷電圧を確保すると共に、二次電池から商用電源へ故障電流が流れることを抑制することにある。【解決手段】商用電源１と電力貯蔵装置１８を重要負荷６に対して並列に接続して商用電源１あるいは電力貯蔵装置１８のいずれかにより重要負荷６の駆動電圧を選択的に供給する並列補償型の電力貯蔵システムにおいて、商用電源１と重要負荷６との間に、直流リアクトル３１と整流回路３２で構成され、かつ、補償機能と限流機能の両方を備えた高速遮断器２７を設ける。高速遮断器２７は、交流側端子の一端にサイリスタ３３、その他端にダイオード３４がそれぞれ接続された単相混合ブリッジ３５と、その単相混合ブリッジ３５の直流側端子に接続された直流リアクトル３１とからなり、単相混合ブリッジ３５の交流側端子を系統に直列に接続した構成とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源と電力貯蔵装置を重要負荷に対して並列に接続して前記商用電源あるいは電力貯蔵装置のいずれかにより重要負荷の駆動電圧を選択的に供給する並列補償型の電力貯蔵システムにおいて、前記商用電源と重要負荷との間に、直流リアクトルと整流回路で構成され、かつ、補償機能と限流機能の両方を備えた高速遮断器を設けたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項２】
前記高速遮断器は、交流側端子の一端にサイリスタ、その他端にダイオードが接続された単相混合ブリッジと、その単相混合ブリッジの直流側端子に接続された直流リアクトルとからなり、前記単相混合ブリッジの交流側端子を系統に直列に接続した構成であることを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
【請求項３】
前記電力貯蔵装置は、放電機能と充電機能を有する双方向型の電力変換器とその直流側に接続された充放電可能な二次電池とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力貯蔵システムに関し、詳しくは、商用電源を有する電力系統と負荷を連系するに際して、商用電源の瞬時電圧低下対策として、電力貯蔵装置を商用電源に並列接続してその電力貯蔵装置に貯蔵された電力を負荷に供給し得る電力貯蔵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、電力系統では、落雷、地絡事故や相間短絡事故などに起因した商用電源の瞬時電圧低下（停電や瞬断を含む）による障害が問題となっている。このため、銀行のオンライン、交通管制、コンピュータ制御や産業用製造設備、計測・制御用電源などの重要負荷では、商用電源に発生した瞬時電圧低下（以下、単に瞬低と称す）を速やかに検出して重要負荷に供給すべき駆動電圧を補償するための瞬低対策が必要となっている。
【０００３】
この電力系統における瞬低対策として、例えば電力系統に電力貯蔵装置を設けた電力貯蔵システムが挙げられる。この電力貯蔵システムには、商用電源と負荷との間に電力貯蔵装置を直列に接続した直列補償型と、商用電源と負荷との間に電力貯蔵装置を並列に接続した並列補償型とがある。この電力貯蔵装置は、電力変換器とその直流側に接続された二次電池とで構成されている。
【０００４】
まず、直列補償型の電力貯蔵システムは、図３に示すように商用電源１と負荷６との間に電力貯蔵装置８を直列に接続した構成を具備する。この電力貯蔵装置８は、コンバータ３およびインバータ５からなる電力変換器２と二次電池４で構成され、商用電源１にコンバータ３を接続し、そのコンバータ３の直流側に二次電池４を接続すると共に、インバータ５を負荷６に接続し、そのインバータ５の直流側に二次電池４を接続している。なお、商用電源１と電力変換器２との間には、商用電源１の瞬低発生時にその商用電源１を系統から切り離すための遮断器７が配設されている。
【０００５】
この電力貯蔵システムでは、商用電源１の正常時、商用電源１からの交流電力をコンバータ３により直流変換して二次電池４に充電し、その二次電池４に充電された直流電力をインバータ５により交流変換して負荷６に供給する。商用電源１の瞬低が発生すると、その商用電源電圧を計器用変圧器（図示せず）で検出し、不足電圧継電器で電圧低下の可否を判別した後に遮断器７を開放した上で、二次電池４に充電された直流電力をインバータ５により交流変換して負荷６に供給するようにしている。
【０００６】
この直列補償型の電力貯蔵システムでは、コンバータ３およびインバータ５からなる電力変換器２と二次電池４で構成された電力貯蔵装置８を、商用電源１と負荷６との間に直列に接続した構成であることから、商用電源１の瞬低が発生していなくても、電力変換器２のコンバータ３およびインバータ５を常時稼動させて給電していることから、図４（ａ）に示す商用電源電圧における瞬低発生時点Ａから、同図（ｂ）に示すように負荷電圧が連続的に発生することになり、負荷電圧が瞬間的に遮断されることはない。つまり、商用電源１による給電から二次電池４による給電への移行に際して、負荷電圧を無瞬断で補償することができる。
【０００７】
しかしながら、前述した直列補償型の電力貯蔵システムでは、電力変換器２のコンバータ３だけでなく、インバータ５も商用電源１の瞬低発生の有無にかかわらず常時稼動させているため、コンバータ３およびインバータ５の両者の運転損失が常時発生することになり、電力貯蔵システム全体としての総合効率が悪く、電力貯蔵システムの大容量化が困難であった。
【０００８】
これに対して、並列補償型の電力貯蔵システムは、図５に示すように商用電源１と負荷６との間に電力貯蔵装置１８を並列に接続した構成を具備する。この電力貯蔵装置１８は、電力変換器１２とその直流側に接続された二次電池１４とで構成されている。電力変換器１２は、放電機能と充電機能を有する双方向形交直変換器で、商用電源１からの交流電力を直流変換して二次電池１４に充電するコンバータ運転と、二次電池１４に充電された直流電力を交流変換して負荷６に給電するインバータ運転とに切り換え制御される。
【０００９】
この電力貯蔵システムでは、商用電源１の正常時、商用電源１からの交流電力を負荷６に供給すると共に、電力貯蔵装置１８の電力変換器１２のコンバータ運転により交流電力を直流変換して二次電池１４に充電する。なお、この二次電池１４の充電が完了すれば、電力変換器１２はそのコンバータ運転を停止する。一方、商用電源１の瞬低が発生すると、その商用電源電圧を計器用変圧器（図示せず）で検出し、不足電圧継電器で電圧低下の可否を判別した後に遮断器７を開放すると共に、電力変換器１２のインバータ運転により二次電池１４に充電された直流電力を交流変換して負荷６に供給するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−３２７０８２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した並列補償型の電力貯蔵システムでは、商用電源１の正常時、商用電源１からの交流電力を電力貯蔵装置１８を介さずに負荷６に供給すると共に電力貯蔵装置１８の二次電池１４に充電している。その電力貯蔵装置１８の二次電池１４の充電が完了すれば、電力変換器１２はそのコンバータ運転を停止することになる。商用電源１に瞬低が発生した場合には、遮断器７を開放して商用電源１を系統から切り離し、電力変換器１２をインバータ運転させて二次電池１４に充電された直流電力を交流変換して負荷６に供給する。
【００１２】
このように並列補償型の電力貯蔵システムでは、商用電源１の正常時に電力変換器１２をコンバータ運転させ、商用電源１の瞬低時に電力変換器１２をインバータ運転させるので、前述した直列補償型の電力貯蔵システムのように電力変換器１２のコンバータ運転とインバータ運転の両者の運転損失が常時発生することがないので、電力貯蔵システム全体としての総合効率が向上して電力貯蔵システムの大容量化が図れる。
【００１３】
しかしながら、この並列補償型の電力貯蔵システムでは、図６（ａ）に示す商用電源電圧の瞬低発生時点Ａから、同図（ｂ）に示すように遮断器７が開放して電力変換器１２のインバータ運転により二次電池１４の充電電圧が負荷６に供給開始される時点Ｂまで、例えば３サイクル程度の遅れが生じるために負荷電圧を連続的に発生させることが困難で、負荷電圧が瞬間的に遮断される。つまり、商用電源１による給電から二次電池１４による給電への移行に際して、負荷電圧を無瞬断で補償することが困難である。
【００１４】
このように遮断器７を設けた電力貯蔵システム（特許文献１の図２参照）では、前述したような問題があることから、図７に示すように遮断器７の代わりにサイリスタを逆並列接続した半導体スイッチ１７を設けた電力貯蔵システム（特許文献１の図１参照）がある。この電力貯蔵システムでは、遮断器７を有する電力貯蔵システム（図５参照）と比較して、図８（ａ）に示す商用電源電圧の瞬低発生時点Ａから、図８（ｂ）に示すように半導体スイッチ１７が開放して電力変換器１２のインバータ運転により二次電池１４の充電電圧が負荷６に供給開始される時点Ｃまで、即ち負荷電圧低下の継続時間を例えば１／２サイクル程度まで短縮することが可能である。
【００１５】
しかしながら、半導体スイッチ１７を設けた電力貯蔵システムでは、商用電源電圧の瞬低発生時点Ａから電力変換器１２のインバータ運転により二次電池１４の充電電圧が負荷６に供給開始されるまでの時間を短縮しただけである。つまり、この半導体スイッチ１７を設けた電力貯蔵システム、および遮断器７を設けた電力貯蔵システムの両方とも、商用電源電圧の瞬低発生時点Ａから、遮断器７あるいは半導体スイッチ１７が開放して電力変換器１２のインバータ運転により二次電池１４の充電電圧が負荷６に供給開始される時点Ｂ，Ｃまでの間で、二次電池１４から商用電源側へ故障電流が流れる。
【００１６】
この商用電源側への故障電流の流出により、遮断器７あるいは半導体スイッチ１７により商用電源１を系統から切り離すまでの間で負荷電圧が低下するのでその負荷電圧を補償することが困難となる。この負荷電圧低下の継続時間が、半導体スイッチ１７を設けた電力貯蔵システムの場合のように１／２サイクル程度と短くても、一般的に負荷側に接続される重要負荷用の電磁開閉器やパワーエレクトロニクス応用製品である可変速モータに不具合が生じる。
【００１７】
なお、これら電磁開閉器や可変速モータでは、負荷電圧低下の継続時間が１／２サイクルよりも小さいことが要求されており、電圧低下度が電磁開閉器では５０％以内、可変速モータでは１５％以内であれば、その動作が支障なく継続できることがわかっている。
【００１８】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、商用電源の瞬低発生時、負荷電圧を確保すると共に、二次電池から商用電源へ流れる故障電流を抑制し得る電力貯蔵システムを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、商用電源と電力貯蔵装置を重要負荷に対して並列に接続して前記商用電源あるいは電力貯蔵装置のいずれかにより重要負荷の駆動電圧を選択的に供給する並列補償型の電力貯蔵システムにおいて、前記商用電源と重要負荷との間に、直流リアクトルと整流回路で構成され、かつ、補償機能と限流機能の両方を備えた高速遮断器を設けたことを特徴とする。なお、電力貯蔵装置は、放電機能と充電機能を有する双方向型の電力変換器とその直流側に接続された充放電可能な二次電池とで構成することが可能である。ここで、「重要負荷」とは、落雷、地絡事故や相間短絡事故などに起因した商用電源の瞬低による障害が問題となる負荷、例えば銀行のオンライン、交通管制、コンピュータ制御や産業用製造設備、計測・制御用電源などの負荷を意味する。
【００２０】
前記構成からなる本発明の電力貯蔵システムでは、商用電源の瞬低が発生すると、その瞬低を適宜の手段により検出して高速遮断器を瞬時に開放すると共に、電力貯蔵装置の電力変換器のインバータ運転により二次電池に充電された直流電力を交流変換して負荷に供給する。これにより、負荷電圧を確保して重要負荷を商用電源の瞬低から確実に保護する。また、直流リアクトルと整流回路で構成された高速遮断器の直流リアクトルが大きなインピーダンスを呈することで、その直流リアクトルの限流作用により二次電池から商用電源側へ故障電流が流れることを抑制することができる。
【００２１】
前記構成からなる本発明の高速遮断器は、交流側端子の一端にサイリスタ、その他端にダイオードがそれぞれ接続された単相混合ブリッジと、その単相混合ブリッジの直流側端子に接続された直流リアクトルとからなり、前記単相混合ブリッジの交流側端子を系統に直列に接続した構成とすることが望ましい。
【００２２】
この高速遮断器では、サイリスタによる高速遮断で商用電源を即座に切り離すことにより、商用電源の瞬低が重要負荷にもたらす悪影響を抑制することができる。また、直流リアクトルを使用していることから、常時における直流リアクトルのインピーダンスは零を呈し、商用電源の瞬低発生時に二次電池から商用電源へ流れる故障電流が急増することに伴って直流リアクトルのインダクタンスが現出して大きくなる。これにより商用電源の瞬低時に発生する故障電流を抑制する限流効果を発揮する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電力貯蔵システムの実施形態を以下に詳述する。なお、図１に示す実施形態において、図７の電力貯蔵システムと同一部分には同一参照符号を付す。
【００２４】
この実施形態の電力貯蔵システムは、図１に示すように商用電源１と負荷６との間に電力貯蔵装置１８を並列に接続した並列補償型で、その電力貯蔵装置１８は、電力変換器１２とその直流側に接続された二次電池１４とで構成されている。電力変換器１２は、放電機能と充電機能を有する双方向形交直変換器で、商用電源１からの交流電力を直流変換して二次電池１４に充電するコンバータ運転と、二次電池１４に充電された直流電力を交流変換して負荷６に給電するインバータ運転とに切り換え制御される。また、二次電池１４としては、例えばＮＡＳ電池、ＲＦ電池、鉛電池などが使用可能である。
【００２５】
なお、負荷６は、落雷、地絡事故や相間短絡事故などに起因した商用電源の瞬低による障害が問題となる負荷、例えば銀行のオンライン、交通管制、コンピュータ制御や産業用製造設備、計測・制御用電源などの重要負荷である。
【００２６】
この実施形態の電力貯蔵システムが図７の電力貯蔵システムと相違する点は、商用電源１と重要負荷６との間に、直流リアクトル３１と整流回路３２で構成され、かつ、補償機能と限流機能の両方を備えた高速遮断器２７を設けた点にある。この高速遮断器２７は、交流側端子の一端にサイリスタ３３、その他端にダイオード３４をそれぞれ接続された単相混合ブリッジ３５と、その単相混合ブリッジ３５の直流側端子に接続された直流リアクトル３１とからなり、前記単相混合ブリッジ３５の交流側端子を系統に直列に接続した構成を具備する。
【００２７】
この並列補償型の電力貯蔵システムでは、商用電源１の正常時、商用電源１からの交流電力を負荷６に供給すると共に、電力貯蔵装置１８の電力変換器１２のコンバータ運転により交流電力を直流変換して二次電池１４に充電する。なお、この二次電池１４の充電が完了すれば、電力変換器１２はそのコンバータ運転を停止する。
【００２８】
このように、商用電源１の正常時、商用電源１からの交流電力を電力貯蔵装置１８を介さずに負荷６に供給すると共に電力貯蔵装置１８の二次電池１４に充電している。その電力貯蔵装置１８の二次電池１４の充電が完了すれば、電力変換器１２はそのコンバータ運転を停止することになる。従って、商用電源１の正常時に電力変換器１２をコンバータ運転させ、商用電源１の瞬低時に電力変換器１２をインバータ運転させるので、図３に示す直列補償型の電力貯蔵システムのように電力変換器１２のコンバータ運転とインバータ運転の両者の運転損失が常時発生することがないので、電力貯蔵システム全体としての総合効率が向上して電力貯蔵システムの大容量化が図れる。
【００２９】
商用電源１の瞬低が発生すると、その商用電源電圧を計器用変圧器（図示せず）で検出し、不足電圧継電器で電圧低下の可否を判別した後に高速遮断器２７を瞬時に開放すると共に、電力貯蔵装置１８の電力変換器１２のインバータ運転により二次電池１４に充電された直流電力を交流変換して負荷６に供給する。これにより、負荷電圧を確保して負荷６を商用電源１の瞬低から確実に保護する。また、直流リアクトル３１と整流回路３２で構成された高速遮断器２７の直流リアクトル３１が大きなインピーダンスを呈することで、その直流リアクトル３１の限流作用により二次電池１４から商用電源側へ故障電流が流れることを抑制することができる。
【００３０】
この高速遮断器２７では、サイリスタ３３による高速遮断で商用電源１を即座に切り離すことにより、商用電源１の瞬低が負荷６にもたらす悪影響を抑制することができる。つまり、図２（ａ）に示す商用電源電圧の瞬低発生時点Ａから、同図（ｂ）に示すように高速遮断器２７が開放して電力変換器１２のインバータ運転により二次電池１４の充電電圧が負荷６に供給される時点Ｄまでの間、即ち、負荷電圧低下の継続時間が１／４サイクル程度と非常に短いことから、一般的に負荷側に接続される重要負荷用の電磁開閉器やパワーエレクトロニクス応用製品である可変速モータに対する影響で満足すべき条件、つまり、負荷電圧低下の継続時間が１／２サイクルよりも小さいことを満足するため、これら電磁開閉器や可変速モータでは、不具合が生じることはない。
【００３１】
また、高速遮断器２７に直流リアクトル３１を使用していることから、商用電源１の正常時における直流リアクトル３１のインピーダンスは零を呈し、商用電源１の瞬低発生時に二次電池１４から商用電源１へ流れる故障電流が急増することに伴って直流リアクトル３１のインダクタンスが現出して大きくなる。この直流リアクトル３１のインダクタンスの増加により高速遮断器２７が限流機能を発揮することでもって、商用電源１の瞬低時に二次電池１４から商用電源側へ流れる故障電流を抑制することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、商用電源と重要負荷との間に、直流リアクトルと整流回路で構成され、かつ、補償機能と限流機能の両方を備えた高速遮断器を設けたことにより、商用電源の瞬低が発生した場合でも、その瞬低の検出に基づいて高速遮断器を瞬時に開放すると共に、電力貯蔵装置の電力変換器のインバータ運転により二次電池に充電された直流電力を交流変換して負荷に供給するので、負荷電圧を確保して重要負荷を商用電源の瞬低から確実に保護することができる。また、直流リアクトルと整流回路で構成された高速遮断器の直流リアクトルが大きなインピーダンスを呈することで、その直流リアクトルの限流機能により二次電池から商用電源へ故障電流が流れることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力貯蔵システムの実施形態を示す回路構成図である。
【図２】（ａ）は図１の電力貯蔵システムにおける商用電源電圧の波形図である。
（ｂ）は図１の電力貯蔵システムにおける負荷電圧の波形図である。
【図３】直列補償型の電力貯蔵システムの従来例を示す回路構成図である。
【図４】（ａ）は図３の電力貯蔵システムにおける商用電源電圧の波形図である。
（ｂ）は図３の電力貯蔵システムにおける負荷電圧の波形図である。
【図５】遮断器を使用した並列補償型の電力貯蔵システムの従来例を示す回路構成図である。
【図６】（ａ）は図５の電力貯蔵システムにおける商用電源電圧の波形図である。
（ｂ）は図５の電力貯蔵システムにおける負荷電圧の波形図である。
【図７】半導体スイッチを使用した並列補償型の電力貯蔵システムの従来例を示す回路構成図である。
【図８】（ａ）は図７の電力貯蔵システムにおける商用電源電圧の波形図である。
（ｂ）は図７の電力貯蔵システムにおける負荷電圧の波形図である。
【符号の説明】
１  商用電源
６  重要負荷
１２  電力変換器
１４  二次電池
１８  電力貯蔵装置
２７  高速遮断器
３１  直流リアクトル
３２  整流回路
３３  サイリスタ
３４  ダイオード
３５  単相混合ブリッジ
【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】
2004201413.tif 000008
【図７】
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【図８】
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