(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の負荷に接続される商用電源を備える系統と、第２の負荷に接続される燃料電池との間に挿入される瞬時電圧低下補償装置であって、
電力の充放電を行う充放電手段と、
前記商用電源から自瞬時電圧低下補償装置に出力される電圧の低下を検出して瞬時電圧低下情報を出力する電圧低下検出手段と、
入力する交流電流を直流電流に変換して、前記充放電手段へ出力するとともに、前記充放電手段から出力する直流電流を交流電流に変換して出力するインバータと、
前記商用電源から自瞬時電圧低下補償装置に出力されている電圧に対して、前記インバータから出力する電圧を加えて前記第２の負荷及び前記燃料電池に出力する電圧印加手段と、
前記電圧低下検出手段から前記瞬時電圧低下情報が出力された場合に、前記充放電手段に蓄電されている電力を利用して、低下分の電圧を前記インバータを介して前記電圧印加手段に加えて前記第２の負荷および前記燃料電池側に出力するように制御する制御手段と
を備え、
前記充放電手段は、電圧低下検出手段から前記瞬時電圧低下情報が出力された場合に、前記燃料電池から自瞬時電圧低下補償装置に流入する電流を利用して充電を行うことを特徴とする瞬時電圧低下補償装置。
【請求項２】
前記充放電手段は、前記低下分の電圧を所定時間加えることができ、かつ、前記電流を所定時間吸収することができる電力を予め蓄電することを特徴とする請求項１に記載の瞬時電圧低下補償装置。
【請求項３】
前記電流により充電する前記充放電手段の容量が、前記充放電手段の最大の充電可能容量を超えた場合に、前記電流を利用する電力消費手段を更に有することを特徴とする請求項２に記載の瞬時電圧低下補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞬時電圧低下補償装置、特に、商用電源の瞬時電圧低下の影響が、燃料電池等に及ぶことを防止するための瞬時電圧低下補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来から使用されている瞬時電圧低下補償システムの概略構成図である。この瞬時電圧低下補償システムは、商用電源１、燃料電池２、負荷３、負荷４、瞬時電圧低下補償装置１０を備えている。
商用電源１は、電力会社から供給される電力を使用した電源である。負荷３は、電気需要家が利用する負荷であり、商用電源１に瞬時電圧低下が発生した場合でも、瞬時電圧低下を補償し電力を供給する必要のない負荷である。
また、負荷４は、電気需要家が利用する負荷であり、商用電源１に瞬時電圧低下が発生した場合に、瞬時電圧低下を補償し電力の供給を継続する必要がある通信機器などに使用される負荷である。また、燃料電池２は、電気需要家が設置する電源であり、商用電源１に瞬時電圧低下が発生した場合に、瞬時電圧低下を補償し電力の供給を継続する必要がある通信機器などに使用される電源である。
【０００３】
瞬時電圧低下補償装置１０は、商用電源１から負荷４に供給される電圧が瞬時的に低下した場合であっても、電圧が低下し負荷４の動作に影響を与えないように一定の電圧を負荷４に対して供給するための機器である。
【０００４】
図６は、従来から使用されている燃料電池２（図５）の概略構成図である。燃料電池２は、電気需要家が所有する電源である。なお、電気需要家は、燃料電池２を利用して自家発電を行うものをいう。
燃料電池２は、改質部２１、発電部２２、電力変換部２３を有する。改質部２１は、燃料や都市ガスなどを改質することにより水素を生成する。発電部２２は、改質部２１で生成された水素と、酸素との化学反応を利用することにより、直流電流の発電を行う。電力変換部２３は、発電部２２により発電した直流電流を交流電流に変換して負荷４に供給する。この燃料電池２の電力変換部２３は電圧の変動に弱く、燃料電池２が接続されている回路に瞬時的な電圧の低下が発生すると、商用電源が接続されている系統から燃料電池２を電気的に切り離すことにより発電を停止する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来から使用されていた瞬時電圧低下補償システムでは、図５に示すように、商用電源１と燃料電池２とが電気的に直接接続されていたため、商用電源１に瞬時的な電圧の低下が発生した場合に、燃料電池２の電力変換部２３がその影響を受け、燃料電池２により発電ができなくなることがあった。この場合、燃料電池２を所有する電気需要家は、負荷４を駆動し続けるために、商用電源１から電力の供給を受ける必要があり、電力会社に支払う料金（主に３０分平均値により算出される基本料金）が増加するという問題があった。
なお、電力変換部２３として、電圧の変動に強いものを使用することにより、上記の問題を解決することも考えられるが、コストが増加するとともに、燃料電池２３の外形が大きくなり、燃料電池２の取り扱いが不便になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、商用電源から供給される電圧が瞬時的に低下した場合であっても、燃料電池やその燃料電池に接続される負荷に電圧の変動の影響が及ぶことを防ぐことができる瞬時電圧低下補償装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、第１の負荷に接続される第１の電源を備える系統と、第２の負荷に接続される第２の電源との間に挿入される瞬時電圧低下補償装置であって、電力の充放電を行う充放電手段と、前記第１の電源から自瞬時電圧低下補償装置に出力される電圧の低下を検出する電圧低下検出手段と、前記電圧の低下を検出した場合に、前記第１の電源から自瞬時電圧低下補償装置に出力されている電圧に対して、前記充放電手段から前記低下分の電圧を加えて前記第２の負荷に出力する電圧印加手段とを有することを特徴とする瞬時電圧低下補償装置である。
【０００８】
また、本発明は、前記充放電手段は、電圧検出手段が前記第１の電源の瞬時電圧低下を検出した場合に、前記第２の電源から自瞬時電圧低下補償装置に流入する電流を利用して充電を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記充放電手段は、前記低下分の電圧を所定時間加えることができ、かつ、前記電流を所定時間吸収することができる電力を予め蓄電することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記電流により充電する前記充放電手段の容量が、前記充放電手段の最大の充電可能容量を超えた場合に、前記電流を利用する電力消費手段を更に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、電力の充放電を充放電手段により行い、商用電源から自瞬時電圧低下補償装置に出力される電圧の低下を電圧低下検出手段により検出し、電圧の低下を検出した場合に、商用電源から自瞬時電圧低下補償装置に出力されている電圧に対して、充放電手段から低下分の電圧を加えて第２の負荷および第２の負荷に接続される燃料電池に電圧印加手段により出力するようにした。
これにより、商用電源の電圧が瞬時的に低下した場合であっても、その電圧の低下が、燃料電池や第２の負荷に伝わることを防ぐことができる。よって、燃料電池を構成する電力変換部が、商用電源の瞬時的な電圧の低下の影響を受けて、発電を停止することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態による瞬時電圧低下補償システムの概略構成図である。この瞬時電圧低下発生システムは、商用電源１（第１の電源）、燃料電池２（第２の電源）、負荷３（第１の負荷）、負荷４（第２の負荷）、瞬時電圧低下補償装置１０ａを有する。
商用電源１は、電力会社から供給される電力を使用した電源であり、負荷３と、瞬時電圧低下補償装置１０ａの一方の端子とに接続されている。燃料電池２（ＦＣ：Fuel Cell）は、電気需要家が所有する設備（電源）であり、負荷４と、瞬時電圧低下補償装置１０ａの他方の端子とに接続されている。
なお、本実施形態では、電源２を燃料電池２として説明するが、例えば、エンジン等の電源でもよく、燃料電池に限定されない。
【００１３】
負荷３は、電気需要家が利用する負荷であり、商用電源１に瞬時電圧低下が発生した場合でも、その瞬時電圧低下の補償を行う必要のない負荷である。負荷３は、商用電源１と、瞬時電圧低下補償装置１０ａの一方の端子とに接続されている。
負荷４は、電気需要家が利用する負荷であり、商用電源１に瞬時電圧低下が発生した場合に、瞬時電圧低下の補償を行い電力の供給を継続する必要がある通信機器などの負荷である。また、負荷４は、燃料電池２と、瞬時電圧低下補償装置１０ａの他方の端子とに接続されている。
【００１４】
図２は、本発明の実施形態による瞬時電圧低下補償装置１０ａの構成を示すブロック図である。この瞬時電圧低下補償装置１０ａは、変圧部１１（電圧印加手段）、インバータ１２、コンデンサ１３（充放電手段）、整流器１４、電圧低下検出部１５（電圧低下検出手段）、制御部１６を有する。
変圧部１１は、直列トランスなどにより構成され、負荷３に接続される商用電源１を備える系統に接続される端子５０と、負荷４および、燃料電池２に接続される端子５１と、インバータ１２の一方の端子とに接続されている。変圧部１１は、インバータ１２から出力される電圧を上昇し端子５０の電圧に加えることで、端子５１に所定の電圧を出力させる。
【００１５】
インバータ１２は、一方の端子が変圧部１１に接続され、他方の端子がコンデンサ１３の一方の端子と整流器１４とに接続されている。インバータ１２は、変圧部１１が出力する交流電流を直流電流に変換してコンデンサ１３に出力する。また、インバータ１２は、制御部１６の制御に基づいて、コンデンサ１３に蓄電されている電力を取り出し、直流電流を交流電流に変換して変圧部１１に出力する。
コンデンサ１３は、一方の端子がインバータ１２と整流器１４とに接続され、他方の端子が接地されている。コンデンサ１３は、整流器１４又はインバータ１２から出力される電流により充電される。また、コンデンサ１３は、蓄電した電力をインバータ１２へ出力する。
整流器１４は、インバータ１２とコンデンサ１３の一方の端子とに接続されている。整流器１４は、コンデンサ１３を初期充電する場合などに使用する。
電圧低下検出部１５は、端子５０の電圧を監視し、その電圧が所定電圧から瞬時的に低下した場合に、電圧が所定電圧から瞬時的に低下したか否かについての瞬時電圧低下情報を制御部１６へ出力する。
制御部１６は、電圧低下検出部１５から瞬時電圧低下情報が出力された場合に、インバータ１２に対して、低下分の電圧が補償可能な電力をコンデンサ１３から出力させる。また、制御部１６は、インバータ１２が直流電流から交流電流に変換した電流を利用して、瞬時電圧低下により低下した分の電圧を、端子５１から出力する電圧に加えることにより、端子５１から所定電圧を出力させる。
【００１６】
図３は、本発明の実施形態によるコンデンサ１３の初期充電の方法について説明するための図である。図３において、横軸は時間を示しており、縦軸はコンデンサ１３の容量を示している。本実施形態では、容量がＣＭＩＮ〜ＣＭＡＸの範囲で充放電可能なコンデンサを用いている。コンデンサ１３の容量がＣＭＩＮの状態は、コンデンサ１３が完全に放電された状態である。また、コンデンサ１３の容量がＣＭＡＸの状態は、コンデンサ１３が完全に充電されている状態である。
【００１７】
本実施形態では、コンデンサ１３を所定の時刻ｔ０から変圧部１１に対して放電した場合に所定時間ｔＳだけ放電可能な容量であって、かつ、変圧部１１から出力される電流を所定の時刻ｔ０からコンデンサ１３で蓄電する場合に所定時間ｔＳだけ放電可能な容量を、コンデンサ１３の初期容量ＣＳとして整流器１４から出力される電流により充電するようにしている。
【００１８】
図４は、本発明の実施形態による瞬時電圧低下補償装置１０ａの処理の一例を示すフローチャートである。図４のフローチャートによる処理を行う前提として、瞬時電圧低下補償装置１０ａは、本実施形態による瞬時電圧低下補償システムの管理者等により、負荷３に接続される商用電源１を備える系統と、負荷４および燃料電池２との間に挿入される。
始めに、瞬時電圧低下補償装置１０ａは、コンデンサ１３を、整流器１４から出力される電流により容量ＣＳ（図３参照）まで充電する（ステップＳ１）。そして、瞬時電圧低下補償装置１０ａは、電圧低下検出部１５により端子５０の電圧を監視することで、端子５０の電圧が、商用電源１の電圧から瞬時的に低下しているか否かについて判定する（ステップＳ２）。
【００１９】
端子５０の電圧が瞬時的に低下していない場合には、ステップＳ２で「ＮＯ」と判定し、端子５０の電圧の監視を継続する。
一方、端子５０の電圧が瞬時的に低下した場合には、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判定する。具体的には、電圧低下検出部１５から制御部１６に瞬時電圧低下情報が出力される。
そして、瞬時電圧低下補償装置１０ａの制御部１６は、商用電源１の電圧から瞬時的に低下している端子５０の電圧に対して、コンデンサ１３に蓄電されている電力を利用して、その低下分の電圧を、インバータ１２を介して変圧部１１に加えることにより、商用電源１の電圧を端子５１から負荷４および燃料電池２側に出力するように制御する（ステップＳ３）。
【００２０】
すなわち、端子５１から電流が流出し、且つ上記電圧低下検出部１５により検出された瞬時電圧低下が発生している場合には、コンデンサ１３に充電されている電力よりインバータ１２を介して電流を流出し（ステップＳ３）、その後ステップＳ１へ戻り、コンデンサ１３を所定容量まで充電する。
また、瞬時電圧低下補償装置１０ａは、端子５１に電流が流入している場合には、端子５１から流入する電流を、インバータ１２を介してコンデンサ１３に出力することにより、コンデンサ１３の充電を行う（ステップＳ４）。そして、コンデンサ１３が充電されると、コンデンサ１３内部の抵抗により所定容量になるまで放電して（ステップＳ５）、ステップＳ２の処理へ戻り端子５０の電圧の監視を継続する。
なお、上記した端子５１への流出は、例えば端子５０と電圧低下検出部１５との間に電流検出部を設け、端子５０側から端子５１側へ電流が流れているかを検出し、コンデンサ１３から放電するようにしてもよい。
【００２１】
上述した本発明の実施形態による瞬時電圧低下補償装置１０ａを使用すれば、商用電源１の電圧が瞬時的に低下した場合であっても、その電圧の変動が、燃料電池２や負荷４に伝わることを防ぐことができる。よって、燃料電池２を構成する電力変換部が、商用電源１の瞬時的な電圧の低下の影響を受けて、発電を停止することを防ぐことができる。
【００２２】
なお、上述した実施形態において、インバータ１２と整流器１４との間に、コンデンサ１３と並行に、図示しない電力消費部（電力消費手段）を挿入してもよい。この電力消費部は、例えば、直列に接続された整流器及び負荷により構成される。そして、図４のステップＳ５の処理を行っている場合であって、コンデンサ１３の容量がＣＭＡＸに達したときに、インバータ１２からコンデンサ１３に出力している電流の出力先を電力消費部へ切り替えることにより、前記所定容量を超えた電力を消費するようにしてもよい。このような構成にすれば、コンデンサ１３が、端子５１から流入する電流により容量ＣＭＡＸまで充電された場合であっても、端子５１から流入する電流を電流消費部の負荷で利用することができる。よって、燃料電池２から瞬時電圧低下補償装置１０ａの端子５１に流入する電流を無駄にすることなく利用することができる。
【００２３】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態による瞬時電圧低下補償システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態による瞬時電圧低下補償装置１０ａの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態によるコンデンサ１３の初期充電の方法について説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態による瞬時電圧低下補償装置１０ａの処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】従来から使用されている瞬時電圧低下補償システムの概略構成図である。
【図６】従来から使用されている燃料電池２（図５）の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１・・・商用電源、２・・・燃料電池、３・・・負荷、４・・・負荷、１０・・・瞬時電圧低下補償装置、１０ａ・・・瞬時電圧低下補償装置、１１・・・変圧部、１２・・・インバータ、１３・・・コンデンサ、１４・・・整流器、１５・・・電圧低下検出部、１６・・・制御部、２１・・・改質部、２２・・・発電部、２３・・・電力変換部
【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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