(57)【要約】【課題】自然エネルギで発電する交流発電機の発生電力を安定的にかつ簡便に負荷に供給することできる電源装置を提供する。【解決手段】負荷５に交流電力を供給する電源装置４において、自然エネルギで発電を行う交流発電機３から出力される交流電力を整流して直流電力に変換する第１変換手段６と、商用電源２の交流電力を所定の電圧の直流電力に変換する第２変換手段７と、第１変換手段６および第２変換手段７からの各直流電力を重畳して出力する重畳部１２と、重畳部１２から出力される直流電力を交流電力に変換し負荷５に供給する第３変換手段９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に交流電力を供給する電源装置において、
自然エネルギで発電を行う交流発電機から出力される交流電力を整流して直流電力に変換する第１変換手段と、
商用電源の交流電力を所定の電圧の直流電力に変換する第２変換手段と、
上記第１変換手段および第２変換手段からの各直流電力を重畳して出力する重畳部と、
上記重畳部から出力される直流電力を交流電力に変換し上記負荷に供給する第３変換手段とを備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
上記第２変換手段は、上記商用電源の交流電力を整流する整流手段と、上記重畳部に重畳される上記直流電力が上記所定の電圧となるように電圧調整する第２調整手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
上記第１変換手段は、整流後の実効電圧が上記所定の電圧より高くなるように調整する第１調整手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
上記重畳部は、太陽電池あるいは他の直流電源からの直流電力をさらに重畳することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
上記交流発電機は、小規模水力発電機であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自然エネルギで発電する交流発電機の発生電力を安定的にかつ簡便に負荷に供給することできる電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ水力等の発電機が自然エネルギで発電した電力は不安定・不均一な傾向にあり、また負荷によって発電電圧が変動するため負荷への供給電力が不安定になっていた。よって、従来の電源装置は、この対策として交流電力を直流電力に変換し蓄電池に電力を貯蔵し、一定量の電力を取り出す方式や電力系統に交流電力で連系して変動を吸収する方式が採用されていた（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】エフテック株式会社、２０１０年３月発行、カタログ、「太陽光と風力のエコ発電用ハイブリッドコントローラ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電源装置は、小規模水力等の自然エネルギで発電した電力は常に電力が変動する傾向にあり、また永久磁石発電機を使用した風力・水力発電は負荷により発電電圧が変化するため、負荷への供給する電力が不安定になるという問題点があった。そこで、従来の電源装置は商用電源の系統に連系してこの問題を解決してきた。しかしながら、系統連系する場合は連系保護等の特殊保護が必要となり高価かつ電力系統所有会社と連系協議が必要になり導入が煩雑になるという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、自然エネルギで発電する交流発電機の発生電力を安定的にかつ簡便に負荷に供給することできる電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、負荷に交流電力を供給する電源装置において、
自然エネルギで発電を行う交流発電機から出力される交流電力を整流して直流電力に変換する第１変換手段と、
商用電源の交流電力を所定の電圧の直流電力に変換する第２変換手段と、
上記第１変換手段および第２変換手段からの各直流電力を重畳して出力する重畳部と、
上記重畳部から出力される直流電力を交流電力に変換し上記負荷に供給する第３変換手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の電源装置は、負荷に交流電力を供給する電源装置において、
自然エネルギで発電を行う交流発電機から出力される交流電力を整流して直流電力に変換する第１変換手段と、
商用電源の交流電力を所定の電圧の直流電力に変換する第２変換手段と、
上記第１変換手段および第２変換手段からの各直流電力を重畳して出力する重畳部と、
上記重畳部から出力される直流電力を交流電力に変換し上記負荷に供給する第３変換手段とを備えたので、
自然エネルギで発電する交流発電機の発生電力を安定的にかつ簡便に負荷に供給することできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１の電源装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した電源装置の動作を説明するための図である。
【図３】図１に示した電源装置の交流発電機の特性を示した図である。
【図４】この発明の実施の形態１の他の電源装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１の他の電源装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における電源装置の構成を示す図、図２は図１に示した電源装置の動作を説明するための図、図３は図１に示した電源装置の交流発電機の特性を示した図である。図において、本発明の電源装置４は、電力会社等の商用電源２から電力を受ける需要側１の設備に適用するものである。需要側１は小規模の自然エネルギにて発電する交流発電機３と、電源装置４と、負荷５とにて構成されている。交流発電機３は自然エネルギを電力に変換する装置であり、水力・風力等により交流発電を行うものがあるが、ここでは水力により水車が発電機を回転して交流電力を発電する水力発電機に基づいて説明する。そして、負荷５は需要側１で電力を消費する設備であり、電灯・モータ等である。
【００１０】
電源装置４は、交流発電機３から出力される交流電力を整流して直流電力に変換する第１変換手段６と、商用電源２の交流電力を所定の電圧の直流電力に変換する第２変換手段７と、第１変換手段６、および、第２変換手段７からの各直流電力を重畳して出力する（ａ点）重畳部１２と、重畳部１２から出力された直流電力を交流電力に変換し、負荷５に供給する第３変換手段９とにて構成されている。
【００１１】
そして、第１変換手段６は、交流電力を直流に整流する第１整流手段６０と、整流後に実効電圧が所定の電圧より高くなるように調整する第１調整手段１０とを有する。そして、第２変換手段７は、商用電源２の交流電力を整流する整流手段としての第２整流手段７０と、重畳部１２に重畳される直流電力が所定の電圧となるように電圧調整する第２調整手段８とを有する。そして、第２調整手段８は、負荷５の量が変動した際に余分となった電力を消費する負荷消費機能（抵抗）を有している。そして、第１整流手段６０および第２整流手段７０は例えばダイオードブリッジ等を使用した全電力を直流変換する整流器や変換電力量を制御できるサイリスタ・トランジスタ整流器で構成されている。
【００１２】
上記のように構成された実施の形態１の電源装置４の負荷５への電力の供給の動作について、図２に示した電源装置４の時間経過における負荷５の負荷電力Ｚとの関係を用いて説明する。交流発電機３からの供給量、および負荷５の負荷電力Ｚは時間経過とともに変動する。本発明では、発電電圧を一定に保つことにより負荷５に電力を安定的に供給している。図２に示すように、交流発電機３からの供給量Ａ、Ｃは、時間経過とともに山谷の変動が発生している。そして、重畳部１２において商用電源２の電圧が所定の電圧に設定されている。よって、交流発電機３の出力が負荷電力Ｚより少ない時間帯、０からｔ１、ｔ３以後のような場合は、重畳部１２の電圧が低下するため、この電圧低下分、すなわち交流発電機３の電力で不足する電力供給分Ｂが商用電源２から加算して供給され、重畳部１２の電圧が維持される。また、交流発電機３の出力電圧が負荷電力Ｚより多い時間帯、ｔ１からｔ２の場合は、交流発電機３から発電された負荷電力Ｚより多い供給分Ｃの電力部分を第１調整手段１０の負荷消費機能にて消費する。また、交流発電機３の出力電圧が負荷電力Ｚと同一の時間帯、ｔ２からｔ３の場合は、商用電源２から供給されることなく、交流発電機３からの電力のみが供給される。このようにして、負荷５への電力が安定的に供給される。
【００１３】
図３に基づいて電源装置４の制御について説明する。図３は１種類の小規模水力発電機にてなる交流発電機３の特性を示している。交流発電機３は水力により回転する水車と、この水車の回転により回転する発電機とにて構成されている。そして、図において、縦軸が交流発電機３（発電機）の出力電圧、横軸が出力電力である。そして、縦軸に示している２００ｒ／ｍｉｍなどのｒ／ｍｉｍにて示された数字は交流発電機３の発電機の回転数値の特性を示したものであり、それら各数字から斜めに伸びている点線にて、各回転数値における出力が確認できる。また、ｈ１からｈ５は、交流発電機３の設置される箇所の水位における出力電力のそれぞれの場合を示したグラフである。一般的に、水位が高いほど、出力される電力が大きくなる。ｈ１は入り口側の水位が０．９９ｍ出口側の水位が０．２４ｍ、ｈ２は入り口側の水位が０．９９ｍ出口側の水位が０．３３６ｍ、ｈ３は入り口側の水位が０．８９ｍ出口側の水位が０．２２９ｍ、ｈ４は入り口側の水位が０．８ｍ出口側の水位が０２２９ｍ、ｈ２は入り口側の水位が０．８ｍ出口側の水位が０．２５ｍの場合の例をそれぞれ示している。
【００１４】
そして、商用電源２の交流電力を所定の電圧は、５０Ｖｄｃに設定されている。この所定の電圧の値は、交流発電機３が効率よく重畳部１２に流れ込むように、設定されたもので、電圧上限値を超えない用に設定される。よって、先に示したｈ１からｈ５の特性値の内、所定の電圧以上は重畳部１２に流れ込む。また、交流発電機３の発電機の定格電流は１３Ａであり、この流れ込む際の電流が最大許容電流１５Ａを超えないように設定されているものである。また、第１調整手段１０において、負荷５より出力電力が多くなった場合の電力消費のための負荷消費機能としての抵抗は、８．８Ωに設定されており、余分電力を消費することができる。
【００１５】
上記のように構成された実施の形態１の電源装置によれば、交流発電機と商用電源とそれぞれを直流電力に変換して重畳することで、交流発電機から商用電源への逆電力の供給がなく、負荷に電力を供給することができるため、連系保護手段が不要となり、商用電源の電力会社との連系のための個別協議が不要になり、導入し易くなる
また、商用電源が所定の電圧となるように電圧調整されてるため、交流発電機の電流が効率よく重畳部に流れ、交流発電機の発電利用率を向上させることができる。
また、交流発電機においては、整流後の実効電圧が上記所定の電圧より高くなるように調整する第１調整手段を有しているため、交流発電機の電流がより一層効率よく重畳部に流れ、交流発電機の発電利用率をより一層向上させることができる。
交流発電機は、小規模水力発電機にて形成するため、通常、発電を常時行うことができ、電源装置の制御が簡便となる。
【００１６】
尚、上記実施の形態１では、交流発電機３および商用電源２を直流電力に変換して重畳する例を示したが、これに限られることはなく、例えば図４に示すように、重畳部１２は、太陽電池あるいは他の直流電源１５からの直流電力をさらに重畳することにより行ってもよい。
【００１７】
また、各変換手段６、７に各調整手段を備えた例を示したが、例えば図５に示すように構成しても、交流発電機３と商用電源２とは電気的に接続されていないので、系統連系することなく負荷５に電力を供給することができる。
【００１８】
また、上記実施の形態１においては、交流発電機３を１台設置する例にて示したが、これに限られることはなく、複数台の交流発電機を設置しても、上記実施の形態１と同様に行うことができる。
【符号の説明】
【００１９】
１  需要側、２  商用電源、３  交流発電機、４  電源装置、５  負荷、
６  第１変換手段、７  第２変換手段、８  第２調整手段、９  第３変換手段、
１０  第１調整手段、１２  重畳部、１５  直流電源、６０  第１整流手段、
７０  第２整流手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012186967.tif 000006
【図５】
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