(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
このコンバータより出力される直流電力により充電される蓄電池と、
前記コンバータより出力される直流電力をスイッチングして出力する第１のスイッチング素子及び前記蓄電池より出力される直流電力をスイッチングして出力する第２のスイッチング素子を有し、これら第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子のスイッチングにより得られる直流電力を合成して出力するコンポジット回路と、
このコンポジット回路の出力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、
前記コンバータより前記コンポジット回路に流入する直流電流及び前記蓄電池より前記コンポジット回路に流入する直流電流をそれぞれ計測する電流計測手段と、
前記インバータの入力電圧を計測する電圧計測手段と、
前記電流計測手段により計測された各電流計測信号及び前記電圧計測手段により計測された電圧計測信号が入力され、これら電流計測信号及び電圧計測信号をもとに設定されるコンポジット比率により前記コンポジット回路の前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子を排他的にスイッチング制御する制御手段と
を備え、負荷変動に対して前記商用電源の電力変動を抑制することを特徴とする交流入力平準型電源システム。
【請求項２】
請求項１記載の交流入力平準型電源システムにおいて、
前記コンバータより出力される直流電力を充電制御して前記蓄電池に充電するスイッチング素子を有する充電回路を設け、
前記制御手段は、前記コンポジット回路の前記第１のスイッチング素子と前記充電回路の前記スイッチング素子を排他的にスイッチング制御することを特徴とする交流入力平準型電源システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の交流入力平準型電源システムにおいて、
前記制御手段は、前記コンバータより前記コンポジット回路に流入する直流電流が電流設定値を超えたとき該直流電流が電流設定値以下になるように前記蓄電池の負担を決定してコンポジット比率を設定することを特徴とする交流入力平準型電源システム。
【請求項４】
請求項２記載の交流入力平準型電源システムにおいて、
前記制御手段は、前記コンバータより前記コンポジット回路に流入する直流電流が設定電流値よりも少ないときその差分を前記充電回路のスイッチング素子をスイッチング制御して前記蓄電池を充電することを特徴とする交流入力平準型電源システム。
【請求項５】
請求項３記載の交流入力平準型電源システムにおいて、
前記制御手段は、前記電圧計測手段により計測されたインバータの入力電圧が一時的な負荷の増大により低下したときは前記電流設定値を徐々に上げて蓄電池側の負担を減らし、商用電源側の負担を徐々に増加するコンポジット比率に変更することを特徴とする交流入力平準型電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に交流電源を供給する交流入力平準型電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷に交流電源を供給する電源システムで、蓄電池を利用しピークカットを主体とする電源装置では、負荷の電力需要が電力会社との契約電力量を超えると、負荷を商用電源から分離し、この分離された単独の負荷に対して蓄電池からの直流をインバータで交流に変換して電力を供給していた。
【０００３】
しかし、このような電源システムにおいて、負荷ピークカットを目的としたインバータの運転は蓄電池の大型化を避けるため、瞬低又は数分から３０分程度の短時間運転となっているため、負荷ピークの一部はカットできるが、商用電源及び蓄電池を電源とする全体の平準化を図ることはできなかった。
【０００４】
そこで、かかる問題を解消するための交流電源システムとしては、商用電源からの交流入力電流をコンバータ制御により直流に変換した後、蓄電池から出力される直流を加算した後、インバータ制御により交流に変換して負荷に供給する方式のものがある（特許文献１）。
【０００５】
すなわち、この方式の交流電源システムは、商用電源から一定の契約電力が供給されるコンバータを、負荷に供給する電力量の平均値に相当する電力を常時出力するように制御し、負荷の電力需要が平均値以上の場合にはコンバータ出力の余剰電力を蓄電池に充電し、負荷の需要電力が平均値以上の場合には不足電力を蓄電池よりインバータに入力し、このインバータにより交流に変換された電力を負荷に供給するようにしたものである。
【特許文献１】特願２００３−２５９５６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような方式の交流電源システムでは、負荷の平均値を算出してコンバータの入力電源を制御するため、工場負荷のように負荷変動パターンが生産量などにより毎日変化するような場合には、負荷に電力を供給できなくなるなどの不具合が生じる。
【０００７】
例えば、負荷パターンが同じでも前日と当日のピークが２倍あるような場合では、コンバータの電力供給量が少なく、負荷に電力が供給することができなくなり、電圧低下により負荷が停止するという問題がある。
【０００８】
また、蓄電池は、充電状況により内部インピーダンスが変化するため、蓄電池に充電される電流は、
蓄電池充電電流＝コンバータ出力電流−負荷電流
とはならず、
蓄電池充電電流＝コンバータ出力電流×（負荷インピーダンス／（蓄電池インピーダンス＋負荷インピーダンス）
となる。
【０００９】
この場合、負荷に供給する電流が不足することがあり、負荷の動作が不安定になる。
【００１０】
本発明は、上記のような問題を解消するためになされたものであり、商用電源と蓄電池電力を設定比率で合成して出力することにより、時間帯により負荷変動があっても最小の蓄電池設備で、商用電力の負担変動を抑制することができ、しかも負荷を安定に動作させることができると共に、ピーク電流も抑制することができる交流入力平準型電源システム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】
【００１１】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により交流入力平準型電源システムを構成する。
【００１２】
請求項１に対応する発明は、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータより出力される直流電力により充電される蓄電池と、前記コンバータより出力される直流電力をスイッチングして出力する第１のスイッチング素子及び前記蓄電池より出力される直流電力をスイッチングして出力する第２のスイッチング素子を有し、これら第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子のスイッチングにより得られる直流電力を合成して出力するコンポジット回路と、このコンポジット回路の出力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、前記コンバータより前記コンポジット回路に流入する直流電流及び前記蓄電池より前記コンポジット回路に流入する直流電流をそれぞれ計測する電流計測手段と、前記インバータの入力電圧を計測する電圧計測手段と、前記電流計測手段により計測された各電流計測信号及び前記電圧計測手段により計測された電圧計測信号が入力され、これら電流計測信号及び電圧計測信号をもとに設定されるコンポジット比率により前記コンポジット回路の前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子を排他的にスイッチング制御する制御手段とを備える。
【００１３】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明の交流入力平準型電源システムにおいて、前記コンバータより出力される直流電力を充電制御して前記蓄電池に充電するスイッチング素子を有する充電回路を設け、前記制御手段は、前記コンポジット回路の前記第１のスイッチング素子と前記充電回路の前記スイッチング素子を排他的にスイッチング制御する。
【００１４】
請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２記載の交流入力平準型電源システムにおいて、前記制御手段は、前記コンバータより前記コンポジット回路に流入する直流電流が電流設定値を超えたとき該直流電流が電流設定値以下になるように前記蓄電池の負担を決定してコンポジット比率を設定する。
【００１５】
請求項４に対応する発明は、請求項２に対応する発明の交流入力平準型電源システムにおいて、前記制御手段は、前記コンバータより前記コンポジット回路に流入する直流電流が設定電流値よりも少ないときその差分を前記充電回路のスイッチング素子をスイッチング制御して前記蓄電池を充電する。
【００１６】
請求項５に対応するは発明は、請求項３に対応する発明の交流入力平準型電源システムにおいて、前記制御手段は、前記電圧計測手段により計測されたインバータの入力電圧が一時的な負荷の増大により低下したときは前記電流設定値を徐々に上げて蓄電池側の負担を減らし、商用電源側の負担を徐々に増加するコンポジット比率に変更する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、時間帯により負荷変動があっても最小の蓄電池設備で、商用電力の負担変動を抑制することができ、しかも負荷を安定に動作させることができると同時にピーク電流も抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明による交流入力平準型電源システムの第１の実施形態を示す回路構成図である。
【００２０】
図１において、１は商用電源、２はこの商用電源１より入力される交流電力を直流電力に変換するコンバータ、３はこのコンバータ２より出力される直流電力を蓄電池４に充電するスイッチング素子３−１を備えた充電回路である。
【００２１】
また、５はコンバータ２より出力される直流電力と蓄電池４より出力される直流電力がそれぞれ入力され、これら両直流電力を設定比率で合成して出力するコンポジット回路で、このコンポジット回路５はコンバータ２の出力側に対応する第１のスイッチング素子５−１と蓄電池４の出力側に対応する第２のスイッチング素子５−２を備えている。
【００２２】
さらに、６はコンポジット回路５より出力される直流電力を交流電力に変換して負荷７に供給するインバータである。
【００２３】
一方、８ａはコンバータ２よりコンポジット回路５に入力される直流電流を計測する第１の電流計測器、８ｂは蓄電池４よりコンポジット回路５に入力される直流電流を計測する第２の電流計測器、９はコンポジット回路５よりインバータ６に入力される直流電圧を計測する電圧計測器である。
【００２４】
また、１０は第１の電流計測器８ａ及び第２の電流計測器８ｂでそれぞれ計測されたコンポジット入力電流信号と、電圧計測器９で計測されたインバータ入力電圧信号とが入力される制御回路で、この制御回路１０はこれらコンポジット入力電流信号及びインバータ入力電圧信号をもとに設定されるコンポジット比率でコンポジット回路５の第１のスイッチング素子５−１及び第２のスイッチング素子５−２をゲート制御すると共に、充電回路３のスイッチング素子３−１をゲート制御するものである。
【００２５】
次にこのように構成された交流入力平準型電源トステムの作用を図２に示すタイムチャートを参照しながら説明する。
【００２６】
まず、制御回路１０の制御機能について述べるに、コンポジット回路５のコンバータ２の出力側に対応するスイッチング素子５−１と蓄電池４の出力側に対応するスイッチング素子５−２とを排他的にゲート制御する。すなわち、コンポジット回路５の蓄電池４の出力側に対応するスイッチング素子５−２をＯＮしているときは、充電回路３のスイッチング素子３−１をＯＮにない。また、双方のスイッチング素子５−２とスイッチング素子３−１を同時にＯＦＦすることは可能である。
【００２７】
また、コンポジット回路５のコンバータ２の出力側に対応するスイッチング素子５−１は商用電源１の交流電力をコンバータ２により変換した直流電力に対してＯＮ，ＯＦＦし、蓄電池４の出力側に対応するスイッチング素子５−２は蓄電池４から出力される直流電力に対してＯＮ，ＯＦＦする。このとき、スイッチング素子５−１とスイッチング素子５−２は排他的に制御し、スイッチング素子５−１がＯＮの時スイッチング素子５−２はＯＦＦとなり、スイッチング素子５−２がＯＮの時スイッチング素子５−１はＯＦＦとする。
【００２８】
さらに、制御回路１０はコンポジット比率によりコンポジット回路５のスイッチング素子５−１とスイッチング素子５−２のＯＮ，ＯＦＦ比率を設定する。これにより商用電源１の交流電力をコンバータ２により変換した直流電力と蓄電池４から出力される直流電力の分担比が決定される。
【００２９】
この場合、スイッチング素子５−１とスイッチング素子５−２のゲート制御周期は数ｋＨｚとする。
【００３０】
このような制御機能を有する制御回路１０によりコンポジット回路５のスイッチング素子５−１とスイッチング素子５−２をコンポジット比率によりＯＮ，ＯＦＦ制御することにより、インバータ６には商用電源１の交流電力をコンバータ２により変換した直流電力と蓄電池４から出力される直流電力が合成された直流電力をコンスタントに供給することができる。
【００３１】
いま、電流計測手段８ａにより計測された直流電流が電流設定値を超えると該直流電流が電流設定値以下になるように蓄電池４の負担を決定してコンポジット比率を設定し、このコンポジット比率によりコンポジット回路５の第１のスイッチング素子５−１とスイッチング素子５−２を前述したように排他的にスイッチング制御する。
【００３２】
また、電流計測手段８ａにより計測された直流電流が電流設定値より少ないときは、コンポジット回路５の第１のスイッチング素子５−１をＯＮとし、第２のスイッチング素子５−２はＯＦＦとした状態で充電回路３のスイッチング素子３−１をスイッチング制御して直流電流と電流設定値との差分に相当する直流電流を蓄電池４に充電する。
【００３３】
さらに、コンポジット回路５の第１のスイッチング素子５−１とスイッチング素子５−２がコンポジット比率によりスイッチング制御されているとき、負荷が一時的に大きくなると、蓄電池４の容量の低下により蓄電池４の直流電圧が徐々に低下する。これにより、電圧計測器９により計測されたインバータ入力電圧が低下してきたときは、電流設定値を徐々に上げることにより、商用電源側、つまりコンバータ２側の直流電力と蓄電池４側の直流電力の分担比率が変更されて蓄電池４側の負担を減らし、商用電源１側の負担を徐々に増加させることができる。
【００３４】
このようにすれば、負荷を安定に動作させることができると同時にピーク電流も抑制することができる。
【００３５】
以上述べた第１の実施形態によれば、商用電源から供給される交流電力をコンバータ２により変換された直流電力と蓄電池４より出力される直流電力をコンポジット回路５に流入する直流電流をもとに設定されるコンポジット比率によりコンポジット回路５の第１のスイッチング素子５−１と第２のスイッチング素子５−２のスイッチング制御により得られる直流電力を合成して出力するようにしたので、時間帯により負荷変動のある負荷に電力を供給する場合に最小の蓄電池設備で、商用電力の負担変動を抑制することができる。
【００３６】
また、コンバータ２より出力される直流電力と蓄電池４より出力される直流電力の合成比率を変更して商用電力の負荷変動と蓄電池容量のバランスを調整することにより、最小の蓄電池設備で、商用電力の負担変動を抑制することができ、設備費用を抑制することができる。
【００３７】
さらに、蓄電池４の出力と商用電源１の出力、つまりコンバータ２の出力は見掛け上合成されているにも関わらず、互いに絶縁された状態となっているので、蓄電池４の出力が商用電源１に回り込むことがない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による交流入力平準型電源システムの第１の実施形態を示す回路構成図。
【図２】同実施形態のコンポジット制御の作用を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
【００３９】
１…交流電源、２…コンバータ、３…充電回路、３−１…スイッチング素子、４…充電池、５…コンポジット回路、５−１…第１のスイッチング素子、５−２…第２のスイッチング素子、６…インバータ、７…負荷、８ａ，８ｂ…電流計測器、９…電圧計測器、１０…制御回路
【図１】
0004932653.tif 000002
【図２】
0004932653.tif 000003