(57)【要約】【課題】蓄電設備を備えることなく、エネルギー蓄積のための設置スペースが少なく、メンテナンスの必要性が少ない電力平準化装置及び方法を提供する。【解決手段】駆動モータ２１で駆動するフライホィール２２を有する機械装置２０を用いた電力系統の電力平準化装置１０であって、電力系統３０から電力を受電する受電装置１２と、電力を駆動モータ２１に適した直流又は交流に変換する電力変換装置１４と、電力変換装置１４を制御する速度指令装置１６とを備える。電力系統の電力が不足する時に、速度指令装置１６により駆動モータ２１への電力供給を停止し、電力系統の電力が不足しない時に、速度指令装置１６によりフライホィール２２の回転速度を常用速度まで加速する。【選択図】図１
2012005274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータで駆動するフライホィールを有する機械装置を用いた電力系統の電力平準化装置であって、
電力系統から電力を受電する受電装置と、
前記電力を前記駆動モータに適した直流又は交流に変換する電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御する速度指令装置とを備え、
電力系統の電力が不足する時に、前記速度指令装置により、前記駆動モータへの電力供給を停止し、
電力系統の電力が不足しない時に、前記速度指令装置により、前記フライホィールの回転速度を常用速度まで加速する、ことを特徴とする電力平準化装置。
【請求項２】
前記駆動モータは、発電可能なモータジェネレータであり、
前記受電装置と電力変換装置は、前記駆動モータから電力系統へ電力回生が可能であり、
電力系統の電力が不足する時に、前記速度指令装置により、フライホィールの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力系統へ電力を供給する、ことを特徴とする請求項１に記載の電力平準化装置。
【請求項３】
駆動モータで駆動するフライホィールを有する機械装置を用いた電力系統の電力平準化方法であって、
受電装置により電力系統から電力を受電し、
電力変換装置により前記電力を前記駆動モータに適した直流又は交流に変換し、
速度指令装置により前記電力変換装置を制御し、
電力系統の電力が不足する時に、前記速度指令装置により、前記駆動モータへの電力供給を停止し、
電力系統の電力が不足しない時に、前記速度指令装置により、前記フライホィールの回転速度を常用速度まで加速する、ことを特徴とする電力平準化方法。
【請求項４】
前記駆動モータは、発電可能なモータジェネレータであり、
前記受電装置と電力変換装置は、前記駆動モータから電力系統へ電力回生が可能であり、
電力系統の電力が不足する時に、前記速度指令装置により、フライホィールの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力系統へ電力を供給する、ことを特徴とする請求項３に記載の電力平準化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動モータで駆動するフライホィールを有する機械装置を用いた電力系統の電力平準化装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能な自然エネルギーを利用して発電する発電設備（例えば風力発電や太陽光発電）が注目されている。しかし、これらの自然エネルギー発電は、天候や気象の変化により発電量が急変するという性質を有している。
そのため、自然エネルギーを利用する発電設備に蓄電設備（例えば蓄電池や電気二重層キャパシタ）を付加し、発電量が急変したときにそれを補償し、発電量を平準化することが開示されている（例えば特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９８１６９０号公報、「総括風力発電システム」
【特許文献２】特開２００８−２１１５２号公報、「電気機器運転制御方法及びシステム」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力系統の電力を平準化させるために蓄電設備（例えば蓄電池や電気二重層キャパシタ）を備えると、設置スペースや費用が増大する。また、蓄電設備は経年劣化するので、保守や交換も必要である問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、蓄電設備を備えることなく、電力系統の電力を平準化することができ、かつエネルギー蓄積のための設置スペースが少なく、メンテナンスの必要性が少ない電力平準化装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、駆動モータで駆動するフライホィールを有する機械装置を用いた電力系統の電力平準化装置であって、
電力系統から電力を受電する受電装置と、
前記電力を前記駆動モータに適した直流又は交流に変換する電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御する速度指令装置とを備え、
電力系統の電力が不足する時に、前記速度指令装置により、前記駆動モータへの電力供給を停止し、
電力系統の電力が不足しない時に、前記速度指令装置により、前記フライホィールの回転速度を常用速度まで加速する、ことを特徴とする電力平準化装置が提供される。
【０００７】
本発明の実施形態によれば、前記駆動モータは、発電可能なモータジェネレータであり、
前記受電装置と電力変換装置は、前記駆動モータから電力系統へ電力回生が可能であり、
電力系統の電力が不足する時に、前記速度指令装置により、フライホィールの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力系統へ電力を供給する。
【０００８】
また本発明によれば、駆動モータで駆動するフライホィールを有する機械装置を用いた電力系統の電力平準化方法であって、
受電装置により電力系統から電力を受電し、
電力変換装置により前記電力を前記駆動モータに適した直流又は交流に変換し、
速度指令装置により前記電力変換装置を制御し、
電力系統の電力が不足する時に、前記速度指令装置により、前記駆動モータへの電力供給を停止し、
電力系統の電力が不足しない時に、前記速度指令装置により、前記フライホィールの回転速度を常用速度まで加速する、ことを特徴とする電力平準化方法が提供される。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、前記駆動モータは、発電可能なモータジェネレータであり、
前記受電装置と電力変換装置は、前記駆動モータから電力系統へ電力回生が可能であり、
電力系統の電力が不足する時に、前記速度指令装置により、フライホィールの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力系統へ電力を供給する。
【発明の効果】
【００１０】
上記本発明の装置及び方法によれば、駆動モータで駆動するフライホィールを有する機械装置を用いており、前記電力変換装置を制御する速度指令装置を備えるので、電力系統の電力が不足しない時に、前記速度指令装置により、前記フライホィールの回転速度を常用速度まで加速することによりフライホィールにエネルギーを蓄積することができ、電力系統の電力が不足する時に、前記速度指令装置により、前記駆動モータへの電力供給を停止することにより、電力不足時の電力系統の負荷を軽減することができる。
【００１１】
従って、蓄電設備を備えることなく、電力系統の電力を平準化することができる。
また、蓄電設備を備えず、フライホィールにエネルギーを蓄積するので、エネルギー蓄積のための設置スペースが少なく、メンテナンスの必要性が少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による電力平準化装置の第１実施形態図である。
【図２】本発明による電力平準化装置の第２実施形態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明による電力平準化装置の第１実施形態図である。この図において、本発明の電力平準化装置１０は、駆動モータ２１で駆動するフライホィール２２を有する機械装置２０を用いた電力平準化装置である。
【００１４】
機械装置２０は、この例では機械プレスであり、駆動モータ２１、フライホィール２２、クラッチ２３、スライド駆動機構２４、スライド２５及びクラッチ接続指令器２６を有する。
【００１５】
なお、本発明において、機械装置２０は、機械プレスに限定されず、駆動モータ２１で駆動するフライホィール２２を有する機械装置であればよい。
以下、機械装置２０が機械プレスである場合を説明する。
【００１６】
駆動モータ２１は、この例では発電可能なモータジェネレータである。
【００１７】
フライホィール２２は、駆動モータ２１と機械的に連結されており、駆動モータ２１とフライホィール２２は一定の回転数比で回転する。
この例では、駆動モータ２１とフライホィール２２の間は、プーリにかけたベルトにより連結されている。
駆動モータ２１が力行中は駆動モータ２１からフライホィール２２へ動力が伝達され、駆動モータ２１が回生中はフライホィール２２から駆動モータ２１へ動力が伝達される。
【００１８】
クラッチ２３は、フライホィール２２からスライド駆動機構２４への動力の伝達（接続）／非伝達（非接続）を切り替える。クラッチ２３は、例えば、空気もしくは油で冷却される多板式クラッチである。
【００１９】
スライド駆動機構２４は、回転運動をスライド２５の上下動に変換する。スライド駆動機構２４は、例えば、クランク式、クランクレス式、エキセン式、リンク式などである。
スライド駆動機構２４に回転運動を減速させるためのギア式の減速器を組み込んでもよい。
【００２０】
スライド２５の下面には上金型（図示せず）が固定されており、スライド２５が下降すると、下金型（図示せず）との間でプレス成形が行われる。
【００２１】
クラッチ接続指令器２６は、機械プレス２０のクラッチ２３へクラッチ接続指令４，５（接続指令又は切断指令）を出力し、機械プレス２０のスライド動作を指令する。
【００２２】
上述した構成により、フライホィール２２の回転がクラッチ２３を介してスライド駆動機構２４に伝わり、上下方向の直線運動に変換される。クラッチ２３が接続されている間、フライホィール２２が回転するとそれにつれてスライド２５が上下動する。クラッチ２３が非接続の間、スライド２５はブレーキ（図示せず）により制動・停止される。
【００２３】
図１において、本発明の電力平準化装置１０は、受電装置１２、電力変換装置１４及び速度指令装置１６を備える。
【００２４】
受電装置１２は、電圧変換や絶縁のためのトランス、高調波低減や力率改善のためのフィルタ、などから構成され、電力系統３０から電力を受電する。
また、この例で、受電装置１２は、電力系統３０への電力回生が可能な双方向の動作可能なものとなっている。
【００２５】
電力系統３０には、好ましくは、風力発電装置や太陽電池発電装置（図示せず）が接続されている。また。この例で、電力系統３０は３相交流である。
しかし、本発明はこれに限定されず、その他の発電設備に接続された電力系統であってもよく、単相交流でも直流でもよい。
【００２６】
電力変換装置１４は、受電装置１２を介して受電した電力を駆動モータ２１に適した直流又は交流に変換する。また、この例で、電力変換装置１４は、駆動モータ２１から電力系統へ電力回生が可能になっている。
駆動モータ２１と電力変換装置１４の実現手段としては、例えば以下のような組み合わせがある。
Ａ  駆動モータは、交流誘導電動機もしくは交流同期電動機であり、電力変換装置は交流を直流に変換する回生可能なコンバータと、直流を交流に変換する回生可能なインバータとから構成され、両者が直流バスで電気的に接続されている。
Ｂ  駆動モータは交流誘導電動機もしくは交流同期電動機であり、電力変換装置は交流を交流に変換する回生可能なマトリクスコンバータである。
Ｃ  駆動モータは直流電動機であり、電力変換装置はサイリスタレオナード方式である。
【００２７】
Ａ，Ｂにおいて、回生可能なコンバータ、回生可能なインバータは、例えば、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴやＧＴＯなどの電力制御半導体素子をＰＷＭ変調することにより実現される。高調波を低減するため多レベルのコンバータ・インバータを用いてもよい。
【００２８】
速度指令装置１６は、電力変換装置１４を制御する。
速度指令装置１６は、電力が不足する時に、駆動モータ２１への電力供給を停止し、フライホィール２２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力系統３０へ電力を供給するようになっている。
また、速度指令装置１６は、電力が不足しない時に、フライホィール２２の回転速度を常用速度まで加速するようになっている。
【００２９】
速度指令装置１６は、この例において、電力指令発生器６０からの回生指令信号１のオン／オフに応じて、以下のようにモータ速度指令値２を生成する。ここで、以下の２つの値は、パラメータである。
常用速度：プレス成形に適したモータ速度
最低速度：プレス成形が可能な最低のモータ速度
なお、常用速度は最低速度より高速とする。
【００３０】
速度指令装置１６による制御内容は、以下のケース１、２Ａ，２Ｂによる。
【００３１】
（ケース１）：回生指令信号１がオフのとき
モータ速度指令値２がすでに常用速度であれば、常用速度のままとする。
モータ速度指令値２が常用速度より低い場合、常用速度まで一定レートで上げていく。
【００３２】
（ケース２Ａ）：回生指令信号１がオン、かつ、モータ速度指令値が最低速度より高いとき
モータ速度指令値２を最低速度まで下げていく。ここで、速度低下のレートは、所望の回生電力が得られるレートとする。
【００３３】
すなわち、速度指令装置１６は、回生指令信号１が入力（オン）されているときは、駆動モータ２１から回生が行われるよう、現在のモータ速度から減速させるような（モータが回転方向と逆方向のトルクを発生するような）速度指令を出力する。また、フライホィール２２が一定速で回転している状態であれば減速するような速度指令を出力し、プレス成形中でフライホィール２２が自然に減速している場合には、自然な減速よりもさらに減速するような速度指令を出力する。
モータ速度が最低速度より高いので、機械装置２０（本実施例では機械プレス）の動作が可能である。すなわち、クラッチ２３を接続し、フライホィール２２の回転をスライド駆動機構２４に伝えることにより、フライホィール２２の回転につれてスライド２５が上下動し、プレス成形を行うことが可能である。
【００３４】
（ケース２Ｂ）：回生指令信号１がオン、かつ、モータ速度指令値２が最低速度まで低下しているとき
モータ速度指令値２を最低速度のままとする。
【００３５】
図１において、４０は電力系統状態データサーバ、５０は通信回線、６０は電力指令発生器である。
【００３６】
電力系統状態データサーバ４０は、電力系統３０の状態を示す各種データを格納しており、電力系統３０の電力の過不足状態がわかるようになっている。
【００３７】
通信回線５０は、例えばインターネット網であり、これを介して電力指令発生器６０が電力系統状態データサーバ４０へ継続的ないし断続的にアクセスしてデータを取得する。
【００３８】
電力指令発生器６０は、電力データサーバ４０から取得したデータにもとづき、電力系統３０の電力が不足しているかどうかを判定する。
例えば、売買電価格データが格納されている場合、需要家から電力系統への売電価格があるしきい値よりも高くなったら、電力系統の電力が不足していると判定する。
電力系統の電力が不足していれば速度指令装置１６への回生指令信号１をオンとし、電力が不足していなければ回生指令信号１をオフとする。
【００３９】
以下、本発明による電力平準化装置の動作を説明する。
Ａ．電力系統３０で電力が不足しているとき
Ａ１．フライホィール２２の回転速度が最低速度より高い場合
フライホィール２２の回転速度を下げることにより、機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力系統へ電力を回生（供給）する。
【００４０】
Ａ２．フライホィール２２の回転速度が最低速度まで下がっている場合
フライホィール２２の回転速度をそのままとすることにより、電力系統３０への電力回生はできないが、電力系統３０からの受電量を小さくする。
【００４１】
Ｂ．電力系統で電力が不足していないとき
フライホィール２２の回転速度を常用速度まで高める。フライホィール２２を加速するため、電力系統３０からの受電量は大きくなるが、電力系統３０には発電装置（図示せず）から十分に電力が供給されている。
【００４２】
図２は、本発明による電力平準化装置の第２実施形態図である。
上述した第１実施形態の構成を複数台並べてもよいが、図２に示すように、電力指令発生器６０、受電装置１２を一つとしてもよい。
駆動モータと電力変換装置の実現手段は、複数台の機械装置２０で同じであってもよいし、異なっていてもよい。
またこの場合、常用速度、最低速度は、機械装置１台ごとに異なってもよい。
【００４３】
上述した本発明の装置及び方法によれば、駆動モータ２１で駆動するフライホィール２２を有する機械装置２０を用いており、電力変換装置１４を制御する速度指令装置１６を備えるので、電力系統の電力が不足しない時に、速度指令装置１６により、フライホィール２２の回転速度を常用速度まで加速することによりフライホィール２２にエネルギーを蓄積することができる。また、電力系統の電力が不足する時に、速度指令装置１６により、駆動モータ２１への電力供給を停止することにより、電力不足時の電力系統３０の負荷を軽減することができる。
【００４４】
従って、蓄電設備を備えることなく、電力系統の電力を平準化することができる。
また、蓄電設備を備えず、フライホィール２２にエネルギーを蓄積するので、エネルギー蓄積のための設置スペースが少なく、メンテナンスの必要性が少ない。
【００４５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１  回生指令信号、２  モータ速度指令値、
４  接続指令、５  切断指令、
１０  電力平準化装置、１２  受電装置、
１４  電力変換装置、１６  速度指令装置、
２０  機械装置（機械プレス）、
２１  駆動モータ（モータジェネレータ）、
２２  フライホィール、２３  クラッチ、
２４  スライド駆動機構、２５  スライド、
２６  クラッチ接続指令器、
３０  電力系統、
４０  電力系統状態データサーバ、
５０  通信回線、
６０  電力指令発生器
【図１】
2012005274.tif 000003
【図２】
2012005274.tif 000004