(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に交流電源を供給する交流電源供給システムであって、
商用交流電力を供給する商用電源と、
蓄電池と、前記商用電源出力を直流電力に変換して前記蓄電池を充電するコンバータと、該コンバータ出力及び前記蓄電池出力を安定な交流電力に変換するインバータとを有し、負荷に交流電力を供給する交流電源装置と、
前記交流電源装置から負荷に供給される交流電力を計測する電力計測手段と、
前記電力計測手段の出力を取り込み、前記負荷に供給される交流電力の一日の需要電力の平均値を演算し、前記コンバータが該平均値に相当する直流電力を出力するように前記コンバータを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする交流電源供給システム。
【請求項２】
負荷に交流電源を供給する交流電源供給システムであって、
商用交流電力を負荷に供給する商用電源と、
蓄電池と、前記商用電源出力を直流電力に変換して前記蓄電池を充電し、または該蓄電池出力を交流電力に変換して負荷に交流電力を供給する電力変換手段とを有する交流電源装置と、
前記交流電源装置から負荷に供給される交流電力を計測する電力計測手段と、
前記電力計測手段の出力を取り込み、前記負荷に供給される交流電力の一日の需要電力の平均値を演算し、前記負荷が要求する電力量に応じて前記電力変換手段の電力出力の出力方向の切替及び出力電力量を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記負荷の要求する電力量が前記平均値以上となる時点で前記電力変換手段が前記蓄電池出力を交流電力に変換し、前記負荷の要求する電力量が前記平均値未満となる時点で前記電力変換手段が前記商用電源出力を直流電力に変換して蓄電池に充電するように前記電力変換手段の出力方向を切り替え、かつ前記平均値を基準とした出力指令値を与えることにより前記負荷の要求する電力量を該負荷に供給するように前記電力変換手段を制御することを特徴とする交流電源供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は負荷に交流電源を供給する交流電源供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無停電の電力供給を要求する通信用、コンピュータ用等の負荷に対しては、図５に示すような商用電源が停電した場合にも負荷に安定に電力供給を行う交流電源装置が備えられている。
【０００３】
図５において、交流電源装置１２’は、商用電源１０と、商用電源１０の交流出力を安定した所定のレベルの交流電力に変換し、負荷２０に出力する。交流電源装置１２’は、商用電源１０の交流出力を直流電力に変換するコンバータ１２１と、蓄電池１２２と、商用電源１の交流出力を直流電力に変換して蓄電池１２２を充電する充電器１２３と、コンバータ１２１の直流電力または蓄電池１２２の蓄電池出力を安定した交流電力に変換し、負荷２０に出力するインバータ１２４と、特定の期間以外に蓄電池１２２における充放電を停止させるためのダイオード１２５とを有している。
【０００４】
交流電源装置１２’は、商用電源１０が正常動作時にはコンバータ１２１は商用電源１０の交流出力を安定な直流電力に変換すると共にインバータ１２４を介して負荷２０へ電力供給を行う。また、商用電源１０の交流出力を充電器１２３にて安定な直流電力に変換して蓄電池１２２を充電する。さらに、商用電源１０停電時には、インバータ１２４は蓄電池１２２出力を安定な電力に変換して負荷２０に供給する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成からなる交流電源装置の動作を図６（Ｂ）を参照して簡単に説明する。図６（Ｂ）は図５に示す交流電源装置１２’の各部の動作状態を負荷２０の電力需要特性Ｑ’と共に示している。
通常、コンバータ１２１は、タイマの設定により負荷２０からの電力需要が電力会社の契約電力より多くなる時間帯ｔ２0≦ｔ≦ｔ21にコンバータ１２０の運転を停止し、かつ負荷２０からの電力需要が契約電力以下の時間帯ｔ＜ｔ２0、ｔ＞21では運転状態となるように制御される。
【０００６】
時間帯ｔ２0≦ｔ≦ｔ21では、蓄電池１２２出力をインバータ１２４が安定した交流電力に変換し、負荷２０に供給する。このときの蓄電池１２２の放電により消費した蓄電池電力を補充するために負荷２０の電力需要が低下した時間帯ｔ22≦ｔ≦ｔ23で充電器１２３を動作状態とし、コンバータ１２１は、負荷２０の電力需要Ｑ’に応じた交流電力をインバータ１２４を介して供給すると共に、充電器１２３を介して蓄電池１２２に充電を行う。
このように、蓄電池１２２の充電時には、負荷に供給する電力と蓄電池に充電する電力を同時に供給するため商用電源１０からの供給電力が大きくなる。
【０００７】
したがって、負荷の電力需要が最大となる電力量と電力会社との契約電力量との差を大きくする、すなわちより契約電力量を低く設定すると、コンバータ１２１の運転動作、運転停止動作に伴い、負荷の電力需要特性に応じて電力供給する際に蓄電池が余分に充放電される電力量が大きくなり、商用電源１０からの供給電力が増大するので、図６（Ｂ）に示すように契約電力量を低く設定することができないという問題が有った。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、商用電源側のピーク電力を抑制すると共に、負荷に安定な電力を供給する交流電源供給システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、負荷に交流電源を供給する交流電源供給システムであって、商用交流電力を供給する商用電源と、蓄電池と、前記商用電源出力を直流電力に変換して前記蓄電池を充電するコンバータと、該コンバータ出力及び前記蓄電池出力を安定な交流電力に変換するインバータとを有し、負荷に交流電力を供給する交流電源装置と、前記交流電源装置から負荷に供給される交流電力を計測する電力計測手段と、前記電力計測手段の出力を取り込み、前記負荷に供給される交流電力の一日の需要電力の平均値を演算し、前記コンバータが該平均値に相当する直流電力を出力するように前記コンバータを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、負荷に交流電源を供給する交流電源供給システムであって、商用交流電力を負荷に供給する商用電源と、蓄電池と、前記商用電源出力を直流電力に変換して前記蓄電池を充電し、または該蓄電池出力を交流電力に変換して負荷に交流電力を供給する電力変換手段とを有する交流電源装置と、前記交流電源装置から負荷に供給される交流電力を計測する電力計測手段と、前記電力計測手段の出力を取り込み、前記負荷に供給される交流電力の一日の需要電力の平均値を演算し、前記負荷が要求する電力量に応じて前記電力変換手段の電力出力の出力方向の切替及び出力電力量を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記負荷の要求する電力量が前記平均値以上となる時点で前記電力変換手段が前記蓄電池出力を交流電力に変換し、前記負荷の要求する電力量が前記平均値未満となる時点で前記電力変換手段が前記商用電源出力を直流電力に変換して蓄電池に充電するように前記電力変換手段の出力方向を切り替え、かつ前記平均値を基準とした出力指令値を与えることにより前記負荷の要求する電力量を該負荷に供給するように前記電力変換手段を制御することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムの構成を図１に示す。同図において、本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムは、商用交流電力を供給する商用電源１０と、負荷に交流電力を供給する交流電源装置１２と、交流電源装置１２から負荷２０に供給される交流電力を計測する電力計測手段としての出力電力計１４と、出力電力計１４の出力を取り込み、負荷２０に供給される交流電力の平均値を演算し、コンバータ１２０が該平均値に相当する直流電力を出力するようにコンバータ１２０を制御する制御手段としての制御回路１６とを有している。
【００１２】
交流電源装置１２は、蓄電池１２２と、商用電源出力を直流電力に変換して蓄電池１２２を充電するコンバータ１２０と、該コンバータ１２０出力及び蓄電池１２２出力を安定な交流電力に変換するインバータ１２４とを有している。
ここで、電力会社との契約電力、すなわち、商用電源の電力容量は５０ｋＷであり、負荷の需要電力の最大値は１００ｋＷ、したがって、インバータ１２４の出力容量は１００ｋＷであるものとする。
【００１３】
上記構成からなる本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムの動作を、図３を参照して説明する。図３は負荷２０の電力需要特性と、本実施形態に係る交流電源供給システムの運転状態との関係を示している。図３において、曲線Ｑ１は負荷２０の電力需要特性を示している。
交流電源装置１２が運転され、負荷２０に交流電力が供給されると、出力電力計１４により交流電源装置１２より負荷２０に供給される交流電力が計測され、その計測値は制御回路１６に入力される。
【００１４】
制御回路１６は、入力される出力電力計１４の計測値（負荷２０に供給される交流電力）の平均値を演算し、該平均値に相当する直流電力を出力させるための制御信号（出力指令）をコンバータ１２０に出力する。この結果、コンバータ１２０からは、常に演算された平均値に相当する直流電力Ｐ0を出力する。
一方、負荷２０は１日のうちで特定の時間帯（ｔ1≦ｔ≦ｔ2）で電力需要が高く、ｔ＜ｔ1、ｔ＞ｔ2の時間帯で電力需要が低い電力需要特性Ｑ１を有している。
【００１５】
また、インバータ１２４は、電力需要特性Ｑ１に応じた交流電力を負荷２０に出力する。したがって、ｔ＜ｔ1、ｔ＞ｔ2の時間帯では、負荷２０の需要電力は平均値の電力Ｐ0を下回り、この電力Ｐ0と負荷２０の需要電力との差分に相当する電力は矢印Ｃで示されるように蓄電池１２２に充電される。
【００１６】
これに対して、時間帯ｔ1≦ｔ≦ｔ2では、負荷２０の需要電力は平均値の電力Ｐ0を上回り、負荷２０の需要電力と電力Ｐ0との差分に相当する電力は矢印Ｂで示されるように放電することにより蓄電池１２２からインバータ１２４に供給され、インバータ１２４では、コンバータ１２０から供給される直流電力Ｐ0と、蓄電池１２２から供給される直流電力とを加算した直流電力を交流電力に変換し、負荷２０に供給する。なお、コンバータ１２０、インバータ１２４の効率は１００％ではないので、実際にはこれらの効率を考慮した値の電力を入力する必要があるが、説明の便宜上、省略してある。
【００１７】
本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムは、商用電源が停電しても瞬断が発生しないので、瞬断が発生することが許容されないような負荷に対して使用するのに適している。
【００１８】
本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムによれば、商用電源１０から一定の契約電力が供給されるコンバータ１２０を、負荷２０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２０の電力需要が前記平均値以下の場合にはコンバータ出力の余剰電力を蓄電池１２２に充電し、負荷２０の電力需要が前記平均値以上の場合には不足電力を蓄電池１２２より出力（放電）させ、インバータ１２４に入力するようにしたので、山上や僻地等不便な地域においても安定して負荷に電力を供給することができると共に、図６に示すように従来に比して契約電力の値を大幅に低く設定することができ、電力損失の少ない交流電源供給システムを実現することができる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムの構成を図２に示す。同図において、本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムは、商用交流電力を負荷２０に供給する商用電源１０と、負荷に交流電力を供給する交流電源装置３０と、交流電源装置３０から負荷２０に供給される交流電力を計測する電力計測手段としての出力電力計３２と、出力電力計３２の出力を取り込み、負荷２０が要求する電力量に応じて交流電源装置３０内の電力変換手段として機能するＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００の電力出力の出力方向の切替及び出力電力量を制御する制御手段としての制御回路３４とを有している。
【００２０】
交流電源装置３０は、蓄電池３０２と、商用電源１０の出力を直流電力に変換して蓄電池３０２を充電し、または該蓄電池３０２の出力を交流電力に変換して負荷２０に交流電力を供給するＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００とを有している。ここで、電力会社との契約電力、すなわち、商用電源の電力容量は５０ｋＷであり、負荷の需要電力の最大値は１００ｋＷ、したがって、ＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００の出力容量は１００ｋＷであるものとする。商用電源１０からは常時、５０ｋＷの電力が負荷２０に供給されている。
【００２１】
上記構成からなる本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムの動作を、図４を参照して説明する。図４は負荷２０の電力需要特性と、本実施形態に係る交流電源供給システムの運転状態との関係を示している。図４において、曲線Ｑ２は負荷２０の電力需要特性を示している。負荷２０は１日のうちで特定の時間帯（ｔ10≦ｔ≦ｔ11）で電力需要が高く、ｔ＜ｔ10、ｔ＞ｔ11の時間帯で電力需要が低い電力需要特性Ｑ２を有している。
【００２２】
商用電源１０からは既述したように、常時、契約電力Ｐ0（５０ｋＷ）が負荷２０に供給されている。この状態下において、交流電源装置３０が運転され、商用電源１０及び交流電源装置３０より負荷２０に交流電力が供給されると、出力電力計３２により負荷２０に供給される交流電力が計測され、その計測値は制御回路３４に入力される。
【００２３】
制御回路３４は、入力される出力電力計３２の計測値（負荷２０に供給される交流電力）の平均値を演算し、負荷２０の要求する電力量が前記平均値以上となる時点でＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００が蓄電池３０２出力を交流電力に変換して負荷２０に供給し、負荷２０の要求する電力量が前記平均値以下となる時点でＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００が商用電源１０出力を直流電力に変換して蓄電池３０２に充電するようにＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００の出力方向を切り替えるための制御信号と、前記平均値を基準とした出力指令値を与えることにより前記負荷の要求する電力量を該負荷に供給するようにＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００を制御する。
【００２４】
すなわち、制御回路はＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００の出力方向の切替制御を行うための制御信号と、負荷２０の需要電力を供給するために商用電源１０から負荷２０に供給される交流電力に加えてＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００から負荷２０に対して出力すべき交流電力の出力指令をＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００に出力する。
【００２５】
ｔ＜ｔ10の時間帯では、負荷２０の需要電力は平均値の電力Ｐ0（商用電源１０出力）を下回っており、このときＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００の出力方向は制御回路３４の制御下に、蓄電池３０２側、すなわち、矢印Ｃ’で示すように商用電源１０の交流電力出力の一部を直流電力に変換して蓄電池３０２に充電する方向（矢印Ｃ’方向）に切り替えられている。そして、平均値の電力Ｐ0と負荷２０の需要電力との差分に応じた電力量だけ蓄電池３０２に充電するように制御回路３４よりＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００に出力指令が出力される。
【００２６】
次いで、時刻ｔ10以降の時間帯では、負荷２０の需要電力は平均値の電力Ｐ0を超えるので、制御回路３４よりＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００に出力方向を負荷側に、すなわち蓄電池３０２が放電状態となり、蓄電池３０２出力を交流電力に変換して負荷に出力する方向（矢印Ｂ’方向）に切り替えるための制御信号が出力され、これと同時に平均値の電力Ｐ0と負荷２０の需要電力との差分に応じた電力量だけ蓄電池３０２出力を交流電力に変換するように制御回路３４よりＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００に出力指令が出力される。この状態は、ｔ10≦ｔ＜ｔ11において、継続する。
【００２７】
さらに、時刻ｔ11以降の時間帯では、ｔ＜ｔ10の時間帯と同様に負荷２０の需要電力は平均値の電力Ｐ0を下り、このときＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００の出力方向は制御回路３４の制御下に、蓄電池３０２側、すなわち、矢印Ｃ’で示すように商用電源１０の交流電力出力の一部を直流電力に変換して蓄電池３０２に充電する方向（矢印Ｃ’方向）に切り替えられている。
【００２８】
そして、平均値の電力Ｐ0と負荷２０の需要電力との差分に応じた電力量だけ蓄電池３０２に充電するように制御回路３４よりＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００に出力指令が出力される。
このようにして、負荷２０には図４に示すように、全ての時間帯にわたって負荷の電力需要特性Ｑ２に従った電力量が供給されることとなる。
【００２９】
なお、本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムは、商用電源が停電した場合に、ＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００の出力方向が切り替えられた場合に瞬断が発生することがあるので、瞬断が発生することが許容されるような負荷に対して使用するのが好ましい。
【００３０】
以上に説明したように、本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムによれば、制御回路３４は、前記負荷に供給される交流電力の平均値を演算し、負荷の要求する電力量が前記平均値以上となる時点でＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００が蓄電池３０２出力を交流電力に変換し、負荷２０が要求する電力量が前記平均値未満となる時点でＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００が商用電源１０を直流電力に変換して蓄電池３０２に充電するようにＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００の出力方向を切り替え、かつ前記平均値を基準とした出力指令値を与えることにより前記負荷の要求する電力量を該負荷に供給するようにＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ３００を制御するようにしたので、山上や僻地等不便な地域においても安定して負荷に電力を供給することができると共に、図６に示すように、従来に比して契約電力の値を大幅に低く設定することができ、電力損失の少ない交流電源供給システムを実現することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、山上や僻地等不便な地域においても商用電源停電時に安定して負荷に電力を供給することができると共に、従来に比して契約電力の値を低く設定することができ、電力損失の少ない交流電源供給システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムの構成を示すブロック図。
【図２】  本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムの構成を示すブロック図。
【図３】  図１に示した第１の実施形態に係る交流電源供給システムにおける負荷の電力需要特性と、交流電源供給システムの運転状態との関係を示す説明図。
【図４】  図２に示した第２の実施形態に係る交流電源供給システムにおける負荷の電力需要特性と、交流電源供給システムの運転状態との関係を示す説明図。
【図５】  従来の交流電源供給システムの構成を示すブロック図。
【図６】  本発明に係る交流電源供給システムと従来の交流電源供給システムとの効果の差異を示す説明図。
【符号の説明】
１０…商用電源、１２、３０…交流電源装置、１４、３２…出力電力計、１６、３４…制御回路、２０…負荷、１２０…コンバータ、１２２、３０２…蓄電池、３００…ＡＣ／ＤＣ双方向コンバータ
【図１】
0003795414.tif 000002
【図２】
0003795414.tif 000003
【図３】
0003795414.tif 000004
【図４】
0003795414.tif 000005
【図５】
0003795414.tif 000006
【図６】
0003795414.tif 000007