CN1494190A - 分散供电系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种采用风力发电装置、太阳能发电装置、燃料电池、蓄电池B以及商用交流电源，给交直流两用负载分散供电的分散供电系统，可将变动因素很大的自然能电力与深夜电力及燃料电池等稳定电力相结合，通过以接近100％的利用率共同利用的电子变压器给负载提供稳定电力。风力、太阳能发电装置及燃料电池FC成为额定电压与蓄电池B额定电压统一的直流电源，在蓄电池利用该直流电源满充电前，由商用交流电源向交直流两用负载供电，在满充电时，则蓄电池供电，一接近蓄电池放电结束期，则由交流电源供电。

Description

分散供电系统
技术领域
本发明与分散供电系统有关。进而言之，本发明与把自然能源和燃料电池及夜晚/深夜电力的蓄电电能组合在一起，用于分散供电，尤其与通过电子变压器、二极管开关电路把复数个交直流电源彼此连接，可高效给负载提供电力的新型分散供电系统有关。
背景技术
作为一种清洁能源的典型，太阳能发电正日益普及。此外，风力发电也在部分地区得以实施。由于这些自然能源要受天气及气象条件的影响，使日照时间及风车的转动时间比例，以及产生的电力均处于变化之中，很难提供稳定的电力，目前的现状是大多数仍以商用电力为主，而只把其作为辅助能源使用。
然而，为了控制地球的温室化效应，对于21世纪的供电系统正在进行全球性的研究，在原子能发电、火力发电、水力发电之类的集中发电之外，对于与用电地区密切相关的分散供电方式的高效供电手段也进行了种种研究。
此外，在上述集中发电方式之中，为了使白天与晚上的用电量的大幅度变化平均化以谋求发电与输变电系统的有效运用，夜晚的夜间电力的有效利用的制度也已建立。
另一方面，在电源电子领域开发出了采用现有的铜铁变压器未能实现的交直流两用的电子变压器，不论电源是交流还是直流均可进行电力变换。因此，像商用电源及风力发电之类的交流电力及太阳能、燃料电池、夜间电力蓄电电池之类的直流电力通过电子变压器连接，利用各种能源的开闭，交流电力与直流电力作为允许半周以内的瞬断的无停电电源可用于各个家庭、事务所等处。
目前在国内已普及的家用电器之中，作为可交直流两用的机种有电灯泡、变流器式日光灯、电动工具等，空调、冰箱、电炉灶、吸尘器、个人电脑、传真机等，除部分配置了倍压整流电路及交流保护电路的机种外，只要是变流器型，原则上均可使用。另一方面，目前的现状是采用可控硅相位控制方式的调光器及采暖设备、电饭煲仍不能使用直流。因此，  目前存在交流专用的电器和交直流两用的家用电器不得不分别使用各自的室内配线系统的不便之处。
然而，现用的方式由于通常均是通过变换器把直流电力逆变换为交流电力，在实际负载内再次变换为直流，进而变换为高频变换器及变频交流电力，驱动电动机及压缩机的，因而变换损耗很大。
图1是在低压配电系统中，把交直流电源使用于分散供电系统中时的现用的家用电器可否适用交直流的分类图，示出这些设备与变换效率的关系。例如当利用太阳能发电使日光灯点亮时的效率为η1、η2、η3，使个人电脑及传真机动作时为η1、η2、η3、η4。
此外，图2示出在低压配电系统中，把交直流电源直接提供给负载时的太阳能发电和风力发电的现用事例。正如该图2所示，由于现用的太阳能发电系统是通过系统联系变换器(通称：电源调节器)直接把电力提供给商用交流电源和负载两方，而风力发电由于发电的时间变化剧烈，先储存到蓄电池中之后再通过具有充放电功能的双向变换器与系统连接的各自构成独立的系统。关于太阳能电力，白天的有效发电时间即使是晴天也只有6～8小时，而风力发电的一个星期内或一个月内的发电时间比例因季节与地区不同也有很大差别，但日本的平均发电时间比例比太阳能发电时间还要低，这也正是与欧美相比其普及率低的原因之一。
如果对每台这种发电时间比例很低的电源都安装变换器等控制装置，又会使系统成本上升，这也是阻碍其普及的原因之一。
发明内容
因此，正是鉴于以上事实，本发明的目的在于提供一种新型的分散供电系统，该系统可把上述变化因素很大的自然能电力与深夜电力及燃料电池等稳定电力相结合，通过以基本接近100％的利用率共同利用的电子变压器，给负载提供稳定的电力，提高整个系统的性能价格比，来促进分散供电的普及及省能化。
首先本发明提供的分散供电系统是为了解决上述问题，使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种和蓄电池，商用交流电源，给交直流两用负载分散供电的分散供电系统，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池形成将各自的电力电压统一到蓄电池的额定电压上的直流电源；在蓄电池利用该直流电源达到满充电之前，把商用交流电源的交流电力提供给交直流两用负载，而在蓄电池满充电时，直接给交直流两用负载提供蓄电池的直流电力，一接近电池的放电结束期，则变为给交直流两用负载提供商用交流电源的交流电力。
其次，本发明提供的分散供电系统是使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种和蓄电池，商用交流电源经由或不经由二绕组电子变压器，给交直流两用负载分散供电的分散供电系统，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池形成将各自的额定电力电压统一到蓄电池的额定电压之上的直流电源；二绕组电子变压器具有交直流两用的两个双向输入输出端子；该二绕组电子变压器的一侧的双向输入输出端子与直流电源的输出端子连接，另一侧的双向输入输出端子T型连接在商用交流电源和交直流两用负载之间；在蓄电池利用直流电源达到满充电之前，不经过二绕组电子变压器给交直流两用负载提供商用交流电源的交流电力；在蓄电池满充电时或商用交流电源停电时，经过二绕组电子变压器给交直流两用负载提供直流电源及蓄电池的直流电力；在蓄电池进行放电时，由燃料电池补充电力；在夜晚/深夜供电时间段，给交直流两用负载提供商用交流电源的交流电力，同时利用二绕组电子变压器具有的双向性和交直流变换功能给蓄电池充电。
第三，本发明提供的分散供电系统是使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种和蓄电池、商用交流电源，经由三绕组电子变压器给交直流两用负载分散供电的分散供电系统，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池形成将各自的额定电力电压统一到蓄电池的额定电压上的直流电源；三绕组电子变压器具有交直流两用的三个双向输入输出端子；直流电源及蓄电池和商用交流电源和交直流两用负载通过该三绕组电子变压器彼此绝缘并互相连接；在蓄电池利用直流电源达到满充电之前，经由三绕组电子变压器给交直流两用负载提供商用交流电源的交流电力；在蓄电池满充电时或商用交流电源停电时，经由三绕组电子变压器给交直流两用负载提供直流电源及蓄电池的直流电力；在蓄电池进行放电时，由燃料电池补充电力；在夜晚/深夜供电时间段，给交直流两用负载提供商用交流电源的交流电力，同时利用三绕组电子变压器具有的双向性和交直流变换功能给蓄电池充电。
第四，本发明提供的分散供电系统是使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种和蓄电池、商用交流电源，经由或不经由双向DC-DC变换器以及二绕组电子变压器，给交流专用负载分散供电的分散供电系统，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池形成将各自的额定电力电压统一到蓄电池的额定电压上的直流电源；二绕组电子变压器具有交直流两用的两个双向输入输出端子，并具有高频变压器和设置在其蓄电池侧及负载侧的调制解调半导体开关；该二绕组电子变压器的一侧的双向输入输出端子与直流电源的输出端连接，另一侧的双向输入输出端子T型连接在商用交流电源和交流专用负载之间；在蓄电池利用直流电源达到满充电之前，不经由双向DC-DC变换器以及二绕组电子变压器，给交流专用负载提供商用交流电源的交流电力；在蓄电池满充电时或商用交流电源停电时，把蓄电池的直流电力通过双向DC-DC变换器的半周期正弦波调制变换为单相全波整流波形之后，在每个商用频率的半周期交替逆转构成设置在二绕组电子变压器的高频变压器的蓄电池侧的调制解调开关的两个或两对单向半导体开关的高频调制相位，通过设置在二绕组电子变压器的高频变压器的负载侧的调制解调半导体开关解调之后提取正弦波交流输出，提供给交流专用负载；在蓄电池进行放电时，由燃料电池补充电力；在夜晚/深夜供电时间段，给交流专用负载提供商用交流电源的交流电力，同时一并使用二绕组电子变压器具有的双向性及交直流变换功能及其双向DC-DC变换器的充电时的升压型高功率因数整流动作，给蓄电池充电；在低负载、蓄电池接近满充电且商用交流电源未停电时，利用二绕组电子变压器的能量双向传输特性，把直流电力变换为交流，使之与商用交流电源侧自动相位同步后逆潮流运行。
第五，本发明提供的分散供电系统是使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种和蓄电池、商用交流电源，经由或不经由双向DC-DC变换器以及三绕组电子变压器给交流专用负载分散供电的分散供电系统，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池形成将各自的额定电力电压统一到蓄电池的额定电压上的直流电源；三绕组电子变压器具有交直流两用的三个双向输入输出端子，并具有高频变压器和设置在商用交流电源侧及蓄电池侧及负载侧的调制解调半导体开关；直流电源及蓄电池、商用交流电源、交流专用负载通过该三绕组电子变压器彼此绝缘并互相连接，在蓄电池利用直流电源达到满充电之前，经由三绕组电子变压器给交流专用负载提供商用交流电源的交流电力；畜电池满充电时或商用交流电源停电时，通过双向DC-DC变换器的半周期正弦波调制，把直流电源及蓄电池的直流电力变换为单相全波整流波形之后，在每个商用频率的半周期，交替逆转构成设置在三绕组电子变压器的高频变压器的蓄电池侧的调制解调半导体开关的两个或两对单向半导体开关的高频调制相位；通过设置在三绕组电子变压器的高频变压器的负载侧的调制解调半导体开关解调之后提取正弦波交流输出，提供给交流专用负载；在蓄电池放电时，由燃料电池补充电力；在夜晚/深夜供电时间段给交流专用负载提供商用交流电源的交流电力，同时一并使用三绕组电子变压器具有的双向性及交直流变换功能以及双向DC-DC变换器充电时的升压型高功率因数整流动作，给蓄电池充电；低负载、蓄电池接近满充电且商用交流电源未停电时，利用三绕组电子变压器的能量双向传输特性，把直流电力变换为交流，使之与商用交流电源侧自动相位同步后逆潮流运行。
第六，本发明提供的分散供电系统，其特征在于：可储藏上述燃料电池用的压缩氢。
若采用如上所述的本发明，正如图3所示，给负载直接提供交流、直流电源的情况下，与现用的方式相比，除变换器的效率η1之外的部分均可改善其效率。此外，出于安全方面的考虑还可在商用交流电源与分散发电机之间插入兼有绝缘与变压功能的设备，在此情况下，虽然有必要重新考虑η1′的效率，但包含绝缘功能的数千瓦以下的DC-AC变换器的效率η1大约在90％左右，由于同一容量的电子变压器的效率η1′在94～95％左右，η1＜η1′，因而证明本发明的系统要好。
附图说明
图1是在低压配电系统之中，把交直流电源使用于分散供电系统中时的现用的家用电器可否适用交直流供电的分类图。
图2是在低压配电系统之中，把直流电源直接提供给负载时的太阳能发电和风力发电的现用方式的图示。
图3是用来说明依据本发明连接了供电系统和交直流两用负载时的例示图。
图4是本发明的第1实施方式的示意图。
图5是本发明的第2实施方式的示意图。
图6是本发明的第3实施方式的示意图。
图7是本发明的第4实施方式的示意图。
图8是本发明的第5实施方式的示意图。
图9是本发明的图7的实施方式中的双向DC-DC变换器的动作说明图。
图10是本发明的图7的实施方式中的双向DC-DC变换器的动作说明图。
图11是表示本发明的第1具体实施例
图12是表示本发明的第2具体实施例
图13是表示本发明的第3具体实施例
图14是表示本发明的第4具体实施例
图15是用来简要介绍三绕组电子变压器的动作的说明图。
图16是用来说明三绕组电子变压器的直流变换动作原理的说明图。
(图中标号说明)
Lac/dc、交直流两用负载，Lac、交流专用负载，Utility、商用交流电源，WTG、风力发电装置，PV、太阳能发电装置，FC、燃料电池，B、蓄电池，Conv、双向DC-DC变换器，S7、S8、单向半导体开关，D7、D8、二极管，C5、C6、电容器，CH、扼流圈，1、充电器CHG，2、二绕组电子变压器，2a、2b、4a、4b、双向输入输出端子，HFT、高频变压器，N2～N4、绕组，F2、滤波器，SW2、SW3、调制解调半导体开关，S3、S4、双向半导体开关，S5、S6、单向半导体开关，D5、D6、二极管，C3、C4、电容器，3、三绕组电子变压器，3a、3b、3c、5a、5b、5c、双向输入输出端子，HFT、高频变压器，N1～N4、线圈，F1、F2、滤波器，SW1～SW3、调制解调半导体开关，S1～S4、双向半导体开关，S5、S6、单向半导体开关，D5、D6、二极管，C1～C4、电容器，单向全波或二相半波的直流输出电压，D1～D4、二极管，SW、开关，RL、交流继电器，CT1、CT2、CT3、交流继电器接点，TM、计时器，CONT-1、风力发电控制装置，CONT-2、分散供电控制装置，T、端子板，COMP、压缩机，Fuel、燃料电池用的燃料，AC、交流，DC、直流，TC、充电电流，I INV、变换器电流，IB、蓄电池电流，EB、蓄电池电压。
具体实施方式
(第1实施方式)
图4示出本发明的第1实施方式。
在该图4所示的第1实施方式之中，首先组合使用了风力发电装置WTG(Wind Turbine Generator)、太阳能发电装置PV(Photo Voltaic)以及燃料电池FC(Fuel cell)，形成将各自的额定电力电压统一到蓄电池B(Battery)之上的直流电源。并在蓄电池利用上述直流电源WTG、PV、FC达到满充电之前，给交直流两用负载Lac/dc提供商用交流电源Utility的交流电力，蓄电池一达到满充电，即给交直流两用负载Lac/dc提供该蓄电池B的直流电力，当蓄电池B经过放电一接近放电末期，即改由商用交流电源Utility给交直流两用负载Lac/dc提供交流电力，通过(未图示的)控制电路进行直流供电和交流供电的切换。
蓄电池B的充电通常利用风力发电装置WTG以及太阳能发电装置PV进行，当上述发电装置所产生的电力不足时，如果是白天可利用燃料电池FC充电，如果是夜晚，也就是说如果是比白天的电价低的深夜供电时间段，则可采用充电器CHG1利用夜间电力进行充电。
蓄电池B一达到满充电，即按照控制电路的指令，打开开关SW，交流继电器RL恢复，切换为直流电源，给交直流两用负载Lac/dc继续提供直流电力。
一接近蓄电池B的放电末期，即按照控制电路的指令，关闭开关SW，恢复为利用商用交流电源供电。
(第2实施方式)
图5示出本发明的第2实施方式。
在图5所示的实施方式之中，配置了双向DC-DC变换器Conv以及二绕组电子变压器2；二绕组电子变压器2由具有整合与绝缘蓄电池侧的电压和负载侧的电压功能的高频变压器HFT、连接在该蓄电池侧的绕组及负载侧的绕组上的以10～50KHZ动作的调制解调半导体开关SW3、SW2、以及连接在负载侧的滤波器F2构成。
该二绕组电子变压器2具有交直流两用的两个双向输入输出端子2a、2b，一侧的双向输入输出端子2a与直流电源的输出端连接，另一侧的双向输入输出端子2b，T型连接在商用交流电源Utility和交直流两用负载Lac/dc之间。
在此种电路构成之中，在蓄电池B利用直流电源WTG、PV、FC达到满充电之前，不经由二绕组电子变压器2，给交直流两用负载Lac/dc提供商用交流电源Utility的交流电力，在蓄电池满充电时或商用交流电源Utility停电时，经由二绕组电子变压器2给交直流两用负载Lac/dc提供直流电源WTG、PV、FC以及蓄电池B的直流电力，在蓄电池进行放电时，由燃料电池FC补充电力，在夜晚/深夜供电时间段，给交直流两用负载Lac/dc提供商用交流电源Utility的交流电力的同时，利用二绕组电子变压器具有的双向性和交直流变换功能，给蓄电池B充电。
而且，伴随充放电的蓄电池的电压变动，不论是充电时还是放电时，均可通过双向DC-DC变换器Conv的电压调整功能调整蓄电池B的电压变动，给交直流两用负载Lac/dc提供稳定的电压。
此外，二绕组电子变压器2，由于可利用双向性和交直流变换功能进行正向与反向的能量传输，因而可与双向变换器Conv连动，起到夜间电力的充电器(图1中的CHG)的作用。
(第3实施方式)
图6示出本发明的第3实施方式。
在该图6所示的实施方式之中，为了调整商用交流电源Utility和交直流两用负载Lac/dc间的绝缘与电源电压的变动，配置了具有交直流两用的三个双向输入输出端子3a、3b、3c的三绕组电子变压器3；采用了彼此绝缘性连接直流电源WTG、PV、FC以及蓄电池B、商用交流电源Utility、交直流两用负载Lac/dc的构成。三绕组电子变压器3由具有整合蓄电池侧的电压和负载侧的电压的功能和绝缘功能的高频变压器HFT、与该商用交流电源侧的绕组以及蓄电池侧的绕组和负载侧的绕组连接的以10～50kHz动作的调制解调半导体开关SW1、SW3、SW2、以及与商用交流电源侧及负载侧连接的滤波器F1、F2构成。
在此种电路构成之中，在蓄电池B利用直流电源WTG、PV、FC达到满充电之前，经由三绕组电子变压器给交直流两用负载Lac/dc提供商用交流电源Utility的交流电力，在蓄电池B满充电时或商用交流电源Utility停电时，经由三绕组电子变压3给交直流两用负载Lac/dc提供直流电源WTG、PV、FC以及蓄电池B的直流电力，蓄电池进行放电时，由燃料电池FC补充电力，在夜晚/深夜供电时间段，给交直流两用负载Lac/dc提供商用交流电源Utility的交流电力的同时，利用三绕组电子变压器3具有的双向性和交直流变换功能，给蓄电池B充电。
在这儿，对于商用交流电源Utility的电压变动，可通过调制解调半导体开关SW1、SW2的脉宽调制(PWM)控制或脉相调制(PPM)控制进行电压调整，对于商用交流电源Utility以及直流电源WTG、PV、FC的变动，可提供稳定的负载电压，此外，同时还可以通过调制解调半导体开关SW1、SW3，利用夜晚/深夜电力进行充电。
在以上的图5及图6的实施方式之中，采用了通过交流继电器RL的接点CT1、CT2、CT3，切换交流电力或直流电力，给交直流两用负载Lac/dc提供电力的电路构成，经由蓄电池B，即可不必使之与商用交流电源侧反潮流(加入系统)运行，在负载侧消费。
(第4实施方式)
图7及图8分别是本发明的又一种实施方式。在图7及图8所示的实施方式之中，通过直接连接蓄电池B和双向DC-DC变换器Conv，使逆潮流运行成为可能。现在，在日本的电力销售合同之中，虽然不允许使夜间的深夜电力逆潮流运行，但关于风力发电、太阳能发电，逆潮流运行却得到承认，关于燃料电池发电时的逆潮流运行虽然尚不明朗，但从纯技术的角度而言，逆潮流运行完全可以办到。
在本实施方式之中，首先在蓄电池B利用直流电源WTG、PV、FC满充电之前，图7中为不经由双向DC-DC变换器Conv及二绕组电子变压器4，图8为经由三绕组电子变压器5，给交流专用负载Lac提供商用交流电源Utility的交流电力。在蓄电池满充电时或商用交流电源Utility停电时，通过双向DC-DC变换器Conv的半周期正弦波调制，把直流电源WTG、DV、FC以及蓄电池的直流电力变换为单相全波整流波形之后，将构成二绕组电子变压器4(图7)、三绕组电子变压器5(图8)的高频变压器HFT的蓄电池一端所连接的调制解调半导体开关SW3的两个或两对(合计4个)的单向半导体开关(未图示)的高频调制相位在每个商用频率的半周期交替逆转，通过高频变压器HFT的负载端所连接的调制解调半导体开关SW2解调之后，提取正弦波交流输出，提供给交流专用负载Lac。蓄电池B进行放电时，由燃料电池FC补充电力。在夜晚/深夜供电时间段，给交流专用负载Lac提供商用交流电源Utility的交流电力的同时，一并使用二绕组电子变压器4(图7)和三绕组电子变压器5(图8)具有的双向性以及交直流变换功能和双向DC-DC变换器Conv的充电时的升压型高功率因数整流动作，给蓄电池B进行充电。进而在轻负载、蓄电池接近满充电时且商用交流电源Utility未停电时，利用二绕组电子变压器4(图7)、三绕组电子变压器5(图8)具有的能量双向传输特性，把直流电力变换为交流，使之与商用交流电源侧自动相位同步后，逆潮流运行。
在这儿，用图9及图10进一步具体介绍图7的实施方式中的双向DC-DC变换器Conv的驱动方式。图9示出在夜晚/深夜供电时间段进行充电时，图10示出由蓄电池B给交直流两用负载Lac/dc或商用交流电源Utility逆潮流运行时的变换器动作。
在两图之中，构成双向DC-D变换器Conv(参照图7)的开关S7、S8和二极管D7、D8采用与后述的图11～图14中的电路元件相同的标号。其它的标号与图4～图8相同。二绕组电子变压器4内的蓄电池侧的调制解调半导体开关SW3(参照图7)，正如所述的图13所示，在两个单向半导体开关S5、S6或电桥的情况下，可由两对(共计4个)单向半导体开关(未图示)构成。此外，负载侧的调制解调半导体开关SW2(参照图7)，正如图13所示，可由两个开关S3、S4构成。
在蓄电池侧的调制解调半导体开关SW3由两个单向半导体开关S5、S6构成的情况下，通过将单向半导体开关S5、S6(参照图13)在商用频率的每个半周期切换调制波的驱动相位，负载侧以及商用交流电源侧的开关S3、S4(参照图13)为正弦波交流时，在双向DC-DC变换器Conv的电容器C6的两端产生二相半波的直流输出电压6(参照图9、图13)。而且使用普通的升压型功率因数改善专用IC(PFC-IC)驱动图9中的开关S8，另一方面，关闭开关S7、通过二极管D7，用储存在扼流圈CH中的电能给蓄电池充电。蓄电池B的充电电压因升压动作，产生比二绕组电子变压器4的输出最大振幅还要高的电压，完全可以充电。
另一方面，在由蓄电池B产生正弦波交流的变换器动作的情况下，正如图10所示，通过正弦波调制的PWM信号驱动开关S7，使之在由扼流圈CH和电容器C6构成的滤波器输出端产生2相半波或单相全波整流输出6。
将该输出通过调制解调半导体开关SW3的单向半导体开关S5、S6(参照图7、图13)，进行高频调制(10k～50kHz)，但在此时，为了在调制解调半导体开关SW2的开关S3、S4(参照图7、图13)一侧形成正弦波，使之在单向半导体开关S5、S6(参照图7、图13)一侧，商用频率的每一半周期反转调制脉冲的驱动相位。这样即可在二绕组电子变压器4的输出端，即负载端及商用交流电源端提取出正弦波交流输出。
此外，以完全相同的手法，采用图8的三绕组电子变压器，即可使商用交流电源Utility、交流专用负载Lac以及蓄电池完全绝缘，在整合各自的电压的绕组比之中，高频变压器HFT可成为全部是正弦波商用交流频率的包络线调制动作，而负载可全部使用现用的交流专用负载Lac。
上述的实施方式虽然是把风力发电装置WTG、太阳能发电装置PV以及燃料电池FC三者全部组合时的方法，但是无论是在使用其中一种的情况下还是组合其中任意二种的情况下，自然也可适用本发明，形成同样好的分散供电系统。
(实施例)
(例1)
图11示出比图5的实施方式更具体的实施例。由于使用的标号与图5中的标号相同，因而此处仅就新增加的标号加以说明。
首先，TM是用于直流供电及深夜电力充电的计时器，受控制电路CONT-2的控制。CONT-1是风力发电装置WTG的控制电路，风力发电装置WTG为交流的情况下，象汽车发动机那样整流，直流的情况下，形成直接进行电压调整的众所周知的控制电路。S3、S4是双向半导体开关，正如图中的放大图所示，将两个单向半导体开关背对背(Back to Back Connection)安装，进行交直流两用的开关动作。S5～S8是单向半导体开关，D5～D8是安装在内部或外部的二极管，C1～C6是电容器，CH是扼流圈。N2～N4是高频变压器HFT的绕组。
在该图11的实施例中，在使用商用交流电源Utility的交流供电时，关闭单向半导体开关S5、S6、S7，打开双向半导体开关S3、S4和高频变压器HFT及二极管D5、D6，在电容器C6的两端产生直流电压。通过半导体开关S8以及二极管D7调整该直流电压后即可给蓄电池B充电，与此同时，给交直流两用负载Lac/dc提供交流电力。以白天的太阳能发电及无特定时间段的风力发电为主，利用商用交流电源的充电则退居次要位置或者说即使为零也无大碍。商用交流电源Utility停电时，通过交流继电器复位，直接切换为直流电源WTG、PV、FC以及蓄电池B的直流供电，通过二绕组电子变压器2给负载端提供直流电力，交直流两用负载Lac/dc持续动作。这时，只有单向半导体开关S8停止动作，用单向半导体开关S7以及二极管D8控制直流电压，即进行降压调整。此外，随着蓄电池B的放电，使燃料电池FC动作同样可进行放电。
以上介绍的是商用交流电源Utility停电时间长的情况，但即使不停电，在蓄电池B达到满充电时，根据控制电路CONT-2的指令，通过计时器TM关闭开关SW，切换为直流供电，即可实现利用自然能源及燃料电池的分散供电。
(实施例2)
图12示出比图6的实施方式更具体的实施例。在该图12的实施例之中，在把电子变压器作为三绕组，使各个电源和负载绝缘，进而通过PWM或PPM控制使商用交流电源Utility的变动稳定化方面与上述相同。这种情况下的三绕组电子变压器3的动作概要如下。
图15(a)、(b)、(c)是用来说明三绕组电子变压器3各自的动作的波形图。在图15(a)中左侧的波形表示输入的商用交流电压通过滤波器F1之后，即三绕组电子变压器3的交流输入一侧的端子电压。通过由该输入波形C1、C2、S1、S2构成的半电桥电路，正如图15(a)的中央部所示，被高频环调制，加入高频变压器HFT的初级绕组N1之中。现在，在次级绕组N2的圈数与初级绕组N1的圈数相同的情况下，通过由S3、S4、C3、C4构成的半电桥(这种情况下作为倍压电路动作)，解调次级绕组N2上产生的电压的二倍电压。这种情况下的开关的驱动时间设定为S1和S3、S2和S4以相同的时间驱动。也就是说，通过高频调制解调技术，在解调一侧可直接再现原信号的正弦波交流波形，通过高频调制，只有变压器被小型轻量化，与商用变压器相比，效率也提高了。自不待言，这时可一并进行把在线圈N3、N4上产生的高频交流电力，用二极管D5、D6整流，以及通过双向DC-DC变换器Conv给蓄电池B充电。
下面，在商用交流电源Utility停电时或者蓄电池B满充电时，通过高频变压器HFT的绕组N3、N4和半导体开关S5、S6由推挽的变换器电路产生高频的矩形波信号，但此时通过S3、S4在绕组N2上产生的矩形波电压，通过倍压电路形成具有2倍电压值的直流，给交直流两用负载Lac/dc提供直流电力。也就是说，靠高频调制解调动作的电子变压器，不论交流还是直流，均可变换电压。
图15(b)的中央部示出直流输入被施加到绕组N3、N4上时的高频变压器HFT的电压。图15(c)示出对次级绕组一侧的S3、S4开关实施众所周知的PWM控制，调整负载侧的电压时的一例，虽然例示的是交流调制解调时的情况，不过不言而喻，直流输入时也可进行完全相同的控制。
作为负载的一部分，若把燃料电池FC使用的压缩燃料Fuel(主要是氢)在低负载时，通过利用压缩机COMP预先制成并储存，用于家庭发电以及电动车辆，对于减少蓄电池的容量和负载的平均化以及环保型发动机时代的环境改善也将作出贡献。
(实施例3)
图13及图14分别是比图7、图8实施方式更为具体的实施例，消除了图11、图12中的交直流两用负载Lac/dc的制约，重视与交流专用的现有设备的整合性，同时可从直流源通过电子变压器逆潮流运行到商用交流电源Utility一侧，图13为仅通过蓄电池B一侧的二绕组电子变压器4，与商用交流电源Utility以及交流专用负载Lac连接时的设备，图14是通过三绕组电子变压器5彼此绝缘并相互连接直流电源WTG、PV、FC以及蓄电池和商用交流电源Utility，交流专用负载Lac时的设备。
与图11、图12相比，最大的不同点在于：单向半导体开关S5、S6无论是充电时还是放电时均在动作。此外，正如图9、图10所示，在双向DC-DC变换器Conv之中，把蓄电池电压和2相半波或单相全波整流输出6变换为正反双向，在单向半导体开关S5、S6之中，进行交流调制或解调变换，使之在二绕组电子变压器4、三绕组电子变压器5之中，一直只以交流调制成分动作。这样一来，在交流专用负载侧，不论是交流供电还是直流供电，一直可提取交流输出。
为了实现该动作，正如图16(a)、(b)中所例示，通过在商用交流电源Utility正半周期和负半周期期间，交替逆转三绕组电子变压器5的开关S1～S6的驱动脉冲相位，即可使V1和V2一直以交流正弦波形动作，在直流电路V3端子上一直产生单相全波或2相半波的直流输出的同时，三绕组电子变压器5的磁力线的变化可使之一直进行上述图15(a)所示的交流调制动作。
不言而喻，在图13的二绕组变压器4的情况下，在图16的例中相当于没有N1的情况，其它的动作则完全相同。
总而言之，在二绕组电子变压器4、三绕组电子变压器5的两组或3组的输入输出端子间，电能的双向传输可从直流到数百Hz的交流，与商用电源交压器相比，有很大区别。这也正是本发明的系统构成的基本特征。
此外，本发明的另一特征在于：只要商用交流电源Utility不停电，即可从蓄电池侧通过二绕组电子变压器4、三绕组电子变压器5，朝商用交流电源侧逆潮流运行。而且，这种情况下，自然应安装停电时的变换器动作用的振荡器。
当然，本发明并不局限于上述实施方式及实施例，在细微部分可采用多种方式。
正如以上详细介绍过的那样，本发明可提供一种新型分散供电系统，该系统可将变动因素很大的自然能电力与深夜电力及燃料电池等稳定电力相结合，通过以接近100％的利用率共同利用的电子变压器给负载提供稳定电力，提高整个系统的价格性能比，促进分散供电的普及及省能化。

Claims (6)

1、一种分散供电系统，使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种，及蓄电池和商用交流电源，给交/直流两用负载分散供电，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置、以及燃料电池成为各自的额定电力电压与蓄电池的额定电压相统一的直流电源，在蓄电池利用该直流电源达到满充电之前，把商用交流电源的交流电力提供给交直流两用负载，而在蓄电池满充电时，将该蓄电池的直流电力提供给交直流两用负载，一接近蓄电池的放电结束期，则变为商用交流电源提供交流电力给交直流两用负载。
2、一种分散供电系统，使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种，及蓄电池和商用交流电源，经由或不经由二绕组电子变压器，给交/直流两用负载进行分散供电，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池形成各自的额定电力电压与蓄电池的额定电压相统一的直流电源；二绕组电子变压器具有交直流两用的两个双向输入输出端子；该二绕组电子变压器的一方的双向输入输出端子与直流电源的输出端连接，另一方的双向输入输出端子T型连接在商用交流电源和交直流两用负载之间；在蓄电池利用直流电源达到满充充电之前，不经由二绕组电子变压器给交/直流两用负载提供商用交流电源的交流电力；在蓄电池满充电时或商用交流电源停电时，经由二绕组电子变压器给交/直流两用负载提供直流电源及蓄电池的直流电力；在蓄电池进行放电时，由燃料电池补充电力；在夜间/深夜供电时间段，给交直流两用负载提供商用交流电源的交流电力，同时利用二绕组电子变压器具有的双向性和交/直流变换功能给蓄电池充电。
3、一种分散供电系统，使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种，及蓄电池和商用交流电源，经由三绕组电子变压器给交/直流两用负载进行分散供电，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置以及燃料电池形成各自的额定电力电压与蓄电池的额定电压相统一的直流电源；三绕组电子变压器具有交直流两用的三个双向输入输出端子；直流电源及蓄电池和商用交流电源和交直流两用负载通过该三绕组电子变压器彼此绝缘并互相连接；在蓄电池利用直流电源达到满充电之前，经由三绕组电子变压器给交直流两用负载提供商用交流电源的交流电力；在蓄电池满充电时或商用交流电源停电时，经由三绕组电子变压器给交直流两用负载提供直流电源及蓄电池的直流电力；在蓄电池进行放电时，由燃料电池补充电力；在夜晚/深夜供电时间段，给交直流两用负载提供商用交流电源的交流电力，同时通过三绕组电子变压器具有的双向性和交直流变换功能给蓄电池充电。
4、一种分散供电系统，使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种，及蓄电池和商用交流电源，经由或不经由双向DC-DC变换器以及二绕组电子变压器，给交流专用负载分散供电，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池形成将各自的额定电力电压统一到蓄电池的额定电压上的直流电源；二绕组电子变压器具有交直流两用的两个双向输入输出端子，并具有高频变压器和设置在其蓄电池侧及负载侧的调制解调半导体开关；该二绕组电子变压器的一方的双向输入输出端子与直流电源的输出端连接，另一方的双向输入输出端子T型连接在商用交流电源和交流专用负载之间；在蓄电池利用直流电源达到满充电之前，不经由双向DC-DC变换器以及二绕组电子变压器，给交流专用负载提供商用交流电源的交流电力；在蓄电池满充电时或商用交流电源停电时，把蓄电池的直流电力通过双向DC-DC变换器的半周期正弦波调制变换为单相全波整流波形之后，在每个商用频率的半周期，交替逆转设置在二绕组电子变压器的高频变压器的蓄电池侧的调制解调半导体开关的两个或两对单向半导体开关的高频调制相位，通过设置在二绕线电子变压器的高频变压器的负载侧的调制解调半导体开关解调之后提取正弦波交流输出，提供给交流专用负载；在蓄电池进行放电时，由燃料电池补充电力；在夜晚/深夜供电时间段，在给交流专用负载提供商用交流电源的交流电力，同时一并使用二绕组变压器具有的双向性及交直流变换功能、及双向DC-DC变换器的充电时的升压型高功率因数整流作用进行蓄电池的充电；在低负载、蓄电池接近满充电且商用交流电源未停电时，利用二绕组电子变压器的能量双向传输特性，把直流电力变换为交流；使之在商用交流电源侧自动相位同步后逆潮流运行。
5、一种分散供电系统，使用风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池中的至少一种，及蓄电池和商用交流电源，经由双向DC-DC变换器及三绕组电子变压器给交流专用负载分散供电，其特征在于：风力发电装置、太阳能发电装置及燃料电池形成将各自的额定电力电压统一到蓄电池的额定电压上的直流电源；三绕组电子变压器具有交直流两用的三个双向输入输出端子，并具有高频变压器和设置在其商用交流电源侧及蓄电池侧及负载侧的调制解调半导体开关；直流电源及蓄电池、商用交流电源、交流专用负载通过该三绕组电子变压器彼此绝缘并互相连接；在蓄电池利用直流电源达到满充电之前，经由三绕组电子变压器给交流专用负载提供商用交流电源的交流电力；蓄电池满充电时或商用交流电源停电时，通过双向DC-DC变换器的半周期正弦波调制，把直流电源及蓄电池的直流电力变换为单相全波整流波形之后，在每个商用频率的半周期，交替逆转设置在三绕组电子变压器的高频变压器的蓄电池侧的调制解调半导体开关的两个或两对单向半导体开关的高频调制相位；通过设置在三绕组电子变压器的高频变压器的负载侧的调制解调半导体开关解调之后提取正弦波交流输出，提供给交流专用负载；在蓄电池进行放电时，由燃料电池补充电力；在夜晚/深夜供电时间段，给交流专用负载提供商用交流电源的交流电力，同时一并使用三绕组电子变压器具有的双向性及交直流变换功能及双向DC-DC变换器的充电时的升压型高功率因数整流动作给蓄电池充电；低负载、蓄电池接近满充电且商用交流电源未停电时，利用三绕组电子变压器的能量双向传输特性，把直流电力变换为交流，使之在商用交流电源侧自动相位同步后逆潮流运行。
6、根据权利要求1至5任一项所述的分散供电系统，其特征在于：可储藏燃料电池用的压缩氢。
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