JP2001504318A - モジュラー電力管理システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 すぐれたリップルフィルター作用と、接地に対する理想的な経路とを与える、等価キャパシタンスがきわめて高い蓄電池機構（Ｍ）と、ＤＣ遮断作用と、接地に対して制限されたＡＣ経路とを与えるフィルターコンデンサー機構（ＦＣ）とを有する配電システムおよび方法において、蓄電池本体（ＳＢ）がスイッチングの調節を含む、ＤＣ給電による充電機能を維持する。本システムおよび方法は、ＤＣおよびＡＣの両者に対して二重加電圧機能を与える。この場合、遮断器（１０、１２、１４、１５）を同時に作動するように連結してもよく、あるいは固有ＤＣ回路（ＤＢＤ）をループ化して、電流搬送能力を強めることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】 モジュラー電力管理システムおよび方法関連出願に対するクロスリファレンス 本出願は、１９９４年１０月２４日に出願され、１９９６年３月１９日に特許 第５，５００，５６１号明細書として発行される予定の、本出願人による先願で ある米国特許出願第０８／３２８，５７４号の一部継続出願である。また、上記 先願は、現在は放棄されているが、１９９３年９月２９日に出願された特許出願 第０８／１２９，５７５号のファイルラッパー継続出願であり、さらに現在は放 棄されているが、１９９２年９月１４日に出願された特許出願第０７／９４４， ７８６号のファイルラッパー継続出願であり、さらに現在は放棄されているが、 １９９１年１月１８日に出願された原特許出願第０７／６３８，６３７号のファ イルラッパー継続出願である。 特許第５，５００，５０１号および本出願人による先願の開示は、ここでも参 考として利用している。発明の背景および要約 特許明細書や技術文献における電気用語一部の混乱やしばしば見受けられる誤 解を招きやすい使用法、あるいは不正確な使用法の点からみて、そして上記米国 特許第５，５００，５６１号公報でルーズに用いられている用語から区別するた めに、“インバーター”またはインバーター手段、“コンバーター”またはコン バーター手段、および“固有ＤＣ負荷”または固有ＤＣ負荷手段などの用語につ いては、本明細書で使用する限りにおいて、次のように定義し直す。即ち、イン バーターまたはインバーター手段については、ＤＣ電力源から付勢したときに、 ＡＣ電力を搬送する装置、回路またはシステムを意味するものとする。換言すれ ば、整流とは逆である。コンバーターまたはコンバーター手段については、ＡＣ がエネルギー流れにおける中間過程として発生されるＤＣ電力を受け取り、かつ 発生する装置、回路またはシステムを意味するものとする。固有ＤＣ負荷または 固有ＤＣ負荷手段については、ＤＣ電力入力に応答してＤＣ負荷として変動する ＤＣ装置、回路またはシステムを意味するものとする。 上記米国特許第５，５００，５０１号は顧客側電力管理システムおよび方法に 関するもので、電気事業体や公益事業体が予想される最大電気需要量をはるかに 超える発電容量を維持する必要がある場合に、実質的な緩和を実現するいくつか の実施例を開示している。一般的にいって、本出願人による特許および先願は、 電力管理システムに組み込んだ蓄電池としての直流電力供給手段を作動して、電 気事業体にかかる過剰な電力需要量を緩和するシステムに関するものである。 要約すると、本出願人による特許出願において取り組んだ問題の核心は、顧客 によって電気事業体に課せられる電力需要量は時刻、曜日、季節及び／又はどの ような顧客かを始めとする、需要に影響するその他の要因に大きく依存して変動 する事実にある。いわゆる無停電電力供給も提案されているが、一般に、この問 題を適切かつ効率よく緩和するのには不十分である。このようなシステムは、１ ９９４年２月２２日に出願された、Ｌａｖｉｎなどを発明者とする米国特許第５ ，２８９，０４５号に例示されている。また、本出願人による先願に対して引用 例として引用された文献に注意を喚起している。 このＣＩＰ出願は、全体として配電に関し、特に、例えば住宅に適用される配 電に関する。後者の場合、よく知られているように、ＡＣの形で、通常は、２つ の１２０ＶのＡＣ回路として、そして２４０ＶのＡＣ回路として利用できるよう に、ビルに２つの１２0ＶのＡＣ相を送ることを意味する分相の形で、公益事業 体または電気事業体から電気エネルギーを分配する。このような３線システムで は、事業体が施工する２つの電力導電線および中性電線を使用する。これら導電 線は、通常の施工法によれば、顧客の配電箱に配線し、その内部において、適当 な遮断器手段を介して２つの電力母線に接続するとともに、配電箱内に収容した 中性母線に直接接続する。また、配電箱には、配電箱の外部に延設する電線接続 部を設けるとともに、接地母線にアースポテンシャルを設定するアースポールと の電気接続部に接続する。 本ＣＩＰ出願は、電力を効率良く使用及び／又は利用できるようにすることを 課題とし、その方法にも関する。特に、本願は、対象とする位置で、この対象位 置において重加電圧能力を設定することによってＤＣ電力を効率良く利用できる ようにすることを課題とする。 本発明の一つの目的は、米国やその他世界中において見られるように、共通の ビル配線に２種類の異なる給電システム、即ち一つはＤＣシステム、もう一つは ＡＣシステムを共用できるようにすることである。 本発明の他の目的は、ＤＣ電力で作動し、かつＡＣ電力でも作動する互換性の ある電力配線システムに変更を加えることなく、この電力配線システムを共通の ビル配線電力アウトレットから共存させることである。このように互換性がある と、例えば、２４ボルトＤＣなどの低電圧で作動する電気機器、特に固有ＤＣ負 荷または固有ＤＣ負荷手段として現在作動するか、あるいは近い将来に作動する 電気機器、および通常の１２０ボルトＤＣ機器として作動する電気機器を同じビ ルスペース内で、既設のケーブルや配線を使用して利用できる。 本発明の他の目的は、電力配線システムに連結遮断器手段の基本的考えを導入 することである。 本発明の他の目的は、ＡＣ電圧回路網だけでなくＤＣ電圧回路網の“高圧”側 および“低圧”側を中断する機能の連結遮断器手段に重加電圧能力を付与するこ とである。 言い換えれば、上記の目的のためには、ＡＣ経路に一つの遮断器手段を、そし てＤＣ電流経路に第２の遮断器手段を利用することができる。 本発明の他の目的は、ＤＣ電源の一方の側に接続する一方の遮断器手段を介し て、そしてＤＣ電力源の他方の側に接続する第２遮断器手段を介して配線をルー プ化する固有ＤＣ負荷手段を提供することである。 本発明の他の目的は、複数のＤＣ電源手段、即ち発電機手段、光起電力手段、 風力タービン手段などからのＤＣエネルギー入力で、それぞれ単独で機能する各 種の方法で機能するように、居住区か（移動式か固定式の）住宅に配電箱を取り 付けた後は、単純な入力接続のみが必要な装置を提供することである。 本発明の他の目的は、フィルターコンデンサー手段と蓄電池手段を電気的に並 列に組合せた装置であって、上記フィルターコンデンサー手段が接地に対して制 限されたＡＣ経路として機能し、静電容量を調節することによって、６０Ｈｚに おいて接地に対して低インピーダンス経路を確保し、そして上記蓄電池手段が電 流を逆方向に流し、接地に対するＡＣ導電の必要性を満足する装置を提供するこ とである。即ち、蓄電池手段およびその関連ＤＣ電源が接地に対するＤＣ分離経 路および接地に対するＡＣ連続経路の両者を与える一方で、フィルターコンデン サー手段が接地に対して制限されたＡＣ経路を与える。 本発明の他の目的は、配電箱内部にフィルターコンデンサー手段を配線接続す るとともに、本発明のモジュールユニット内に蓄電池手段を収容した、前記各目 的を満足するシステムを提供することである。 本発明の他の目的は、中性母線手段、電力母線手段、接地母線手段、および静 電容量が制限され、かつ容量が小さいため、接地に対して制限されたＡＣ経路を 与えるフィルターコンデンサー手段を収容した配線箱と、上記フィルターコンデ ンサー手段に比較してキャパシタンスがかなり小さく、また容量が大きいため、 電流を逆方向に導電でき、接地に対してＡＣ導電を行なうことができる蓄電池手 段を収容したモジュラー電力システムモジュールユニットとを組合せたものを提 供することである。 本発明の他の目的は、固有ＤＣ装置または負荷に建物側ＤＣ電力を給電する実 際的な方法を提供することである。 本発明の他の目的は、山側をクリップし、かつ谷側を均一とするために、蓄電 池手段を使用することによって、顧客の最大電力需要量を最小限に抑えることで ある。 本発明の他の目的は、静電容量および容積がきわめて大きい、電池等価容量を 与える蓄電池手段を有し、この蓄電池手段を、蓄電池の充電レベルを制御する電 圧調節器手段またはコンバーター手段と組合せたモジュラーユニットを提供する ことである。 本発明の他の目的は、蓄電池手段の蓄電容量を利用する固有ＤＣ負荷手段と組 合せる、前記各目的を満足するシステムを提供することである。 本発明の他の目的は、再充電可能な蓄電池手段を使用するモジュラーシステム において、この蓄電池手段を過充電または充電不足による損傷から保護するフィ ルター作用および電圧調節を目的とする臨界変換回路の必須要素として上記蓄電 池手段を使用するとともに、上記蓄電池手段により電力を固有ＤＣ負荷手段に供 給するモジュラーシステムを提供することである。 本発明の他の目的は、中性母線手段、電力母線手段、接地母線手段、および静 電容量が制限され、かつ容積が小さいため、接地に対して制限されたＡＣ経路を 与え、かつＤＣを遮断するフィルターコンデンサー手段を収容した配線箱と、上 記フィルターコンデンサー手段に比較して静電容量がかなり小さく、また容量が 大きい蓄電池手段、および上記蓄電池手段の蓄電容量を引き出す固有ＤＣ負荷手 段を収容したモジュラー電力システムモジュールユニットとを組合せたものを提 供することである。 本発明の第１５目的は、接地に対して理想的なＡＣ経路に合わせて、上記蓄電 池手段の電池等価容量をきわめて大きくし、そして上記フィルターコンデンサー の静電容量を接地に対する制限されたＡＣ経路に合わせてきわめて小さくするが 、十分な電流を流して、最悪な事態における漏電を衝撃による危険レベルよりも かなり低く維持するとともに、十分な電流を流して、短絡が生じた場合に、適切 な遮断器を作動できる程度には大きくすることである。 本発明の他の目的は、エネルギー流れにおける中間過程として高周波ＡＣを発 生し、この高周波ＡＣの電圧スパイクを吸収する特殊なコンデンサー手段を設け たコンバーター手段と組合せる、前記各目的を満足する構成を提供することであ る。図面の簡単な説明 図１は、本発明の二重電圧に関する基本的考え、連結遮断器手段の基本的考え 、およびモジュラーの基本的考えを示す図である。 図２は、蓄電池手段の充電レベルを制御する一つの手段として、本出願人によ る先願に開示されている線形電圧調節器および制御インターフェースを利用した 本発明を示す図である。 図３は、遮断器手段の使用状態、およびＤＣ発光回路だけでなく、関連する補 助ＤＣ装置およびインバーターのループ化状態を示す図であるが、配電箱は単純 化して図示してある。 図４は、整流器からＤＣ給電し、蓄電池手段に出力を与えるコンバーターを示 す図で、フィルターコンデンサーを電気的に並列配置してある。発明の詳細な説明 図１ まず、図１について説明する。図１は、本発明の部分回路図で、通常の３線シ ステムまたは分相システムを示す。このシステムは、電気事業体ＥＵが配線する ことができる電気事業体電力線電線Ｌ１およびＬ２と中性電線Ｎとを有し、これ ら電線は、（移動式か固定式の）住居、住宅などの配電箱ＥＤＢまで延設する。 図示の配電箱はかなり簡単な形で示してある。配電箱ＥＤＢについては、電気事 業体からのケーブルまたは電線、あるいは他の事業体への、または他の事業体か らのケーブルまたは電線を貫通する通常のノックアウト式開口を備え、電線Ｌ１ およびＬ２を電力会社または電気事業体の遮断器１０および１２に接続すること によって、内部の電力母線Ｐ１およびＰ２、ＡＣ配電箱ＤＢＡ内の住宅回路ＡＬ およびＤＣ配電箱ＤＢＤ内に接続した住宅回路固有負荷手段ＬＭを、電気事業体 ＥＵからの過剰な電圧またはサージから保護するようになっていることを述べれ ば十分である。また、中性電線Ｎは、配電箱ＥＤＢの内部接地母線ＧＢに直接接 続しない中性母線ＮＢに内部で接続する。 図示の通常の電気アウトレットＥＯ１の電気プラグ穴２０、２２および２４を 配電箱ＥＤＢのノックアウト式開口に挿入する電線Ｗ２０、Ｗ２２およびＷ２４ によって接続するとともに、それぞれ遮断器１４、中性母線ＮＢおよび接地母線 ＧＢに接続する。なお、上記遮断器１０および１２は、配電箱ＥＤＢの通常のヒ ンジ式フロントパネルを開いた時に、スナップ嵌めする通常の形式の遮断器であ る。これは、従来より使用されているヒューズレセプタクルよりもはるかに好ま しいものである。いずれにせよ、本発明のモジュラー特性のために、図示のよう に、接地母線ＧＢに接続する配電箱ＥＤＢ内に貫通する接地母線配線ＧＢ３０と の接続部Ｊ１をもつ配線Ｂ２６によって接続した正端子をもつ蓄電池手段ＳＢを 使用することができる。蓄電池手段ＳＢの負端子は配線Ｂ２８によって接続する が、この配線の中性母線配線ＮＢ３２との接続部Ｊ２は配電箱ＥＤＢの内部で、 図示のように、中性母線ＮＢに接続する。 電線接続Ｗ２０、Ｗ２２およびＷ２４が図示のようになっているため、電気プ ラグＰＬ１の差し込み突起部２０’、２２’および２４’を使用して、ＡＣ負荷 ＡＬに配電箱ＤＢＡによって電力を供給することができる。同様に、電気プラグ ＰＬ２を使用して、固有ＤＣ負荷手段に配電箱ＤＢＤによって電力を供給するこ とができる。 図１は、配電箱ＥＤＢの外部にあるため、次に説明するいくつかの驚くべき利 点を実現する基本モジュラーユニットＭを示す図である。この基本モジュラーユ ニットＭは再充電可能な蓄電池手段ＳＢからなり、ＤＣ電力を消費負荷が利用で きなくなると、蓄電池容量が引き出される。この蓄電池手段ＳＢは深い充電サイ クルで電解質の沸騰開始点に達する充電値に充電可能であるため、電池充電手段 はこのような充電値を実現できるものでなければならない。換言すれば、この充 電水準を過充電や充電不足を招くことなく実現できなければならない。 本発明の重要な特徴は、フィルターコンデンサーＦＣに関連して、蓄電池手段 ＳＢに固有な“電池等価静電容量”を複合的に利用する点にある。蓄電池手段Ｓ Ｂが示す単位容量当たりの“電池等価静電容量”は著しい大きさを持つ。この点 を説明するために、標準的なフィルターコンデンサーはμＦ単位の測定静電容量 （即ち、５０μＦ）をもち、かつ配電箱ＤＢに簡単に装着できる容量を持つもの とする。この場合、蓄電池手段は電池等価静電容量が少なくとも１０，０００Ｆ となるはずである。蓄電池手段のこの高い電池等価静電容量はＡＣリップルフィ ルター作用にとってはきわめて有効であるが、配電箱ＥＤＢ内に組み込むには容 量が大きすぎる。さらに重要なことは、接地に対して理想的なＡＣ経路になるこ とである。蓄電池手段ＳＢを取り外した場合、たとえ一時的であっても、フィル ターコンデンサーによって与えられる接地に対する制限されたＡＣ経路が接地に 対して十分なＡＣ経路を与えるには不十分になるが、ＤＣ電源ＤＣＰＳやその等 価物が存在すると、十分な経路が形成することになる。また、１２ボルトの深い 充放電サイクルの鉛−酸電池手段ＳＢ、即ち容量が１立方フィートの電池手段Ｓ Ｂで置き換えると、相対的な“電池等価静電容量”が少なくとも１０，０００Ｆ になる。言い換えれば、このような蓄電池手段ＳＢは、引き出される電流に一致 する大きさの接地に対してきわめて大きくかつ十分なＡＣ経路を与えるとともに 、フィルターコンデンサーＦＣが与える接地に対する制限されたＡＣ経路が、依 然として、各地の電気法令を満足するために本質的に必要である。これら２つの コンデンサーは相互に関連して作動し、そしていずれも各地の電気法令を満足す る ために本質的に必要である。電池手段ＳＢは逆方向に電流を流し、これに対応し て、接地に対するＡＣ導電およびその関連するＤＣ電源がさらに接地からのＤＣ 分離経路を与える必要性を満足する。また、フィルターコンデンサーＦＣが、電 池手段ＳＢが作動不能になった場合に、第２の、制限されたＡＣ経路を与える。 後者の場合は、フィルターコンデンサーＦＣの静電容量を調節して、容量性リア クタンスＸｃを十分に低くし、十分な電流を流すことによって、最悪な事態にお ける漏電を衝撃による危険性よりもかなり低く抑えるとともに、器具の短絡が発 生した場合には、十分な電流を流して対応する遮断器を作動する。 なお、通常、配電箱ＥＤＢ内にフィルターコンデンサーＦＣを配線接続するが 、蓄電池手段と平行にモジュールユニットＭ内に組み込んでもよい。 図１から理解できるように、電力母線Ｐ２にはＡＣ電力が供給されているので 、配線Ｗ２０およびＷ２２ではＡＣ電位を利用することができ、また蓄電池手段 ＳＢが存在するため、配線Ｗ２２および配線Ｗ２４ではＤＣ電位を利用できる。 従って、プラグ穴２０および２２を電気プラグＰＬ１の差し込み突起部２０’お よび２２’を介して配電箱ＤＢＡのＡＣ負荷手段ＡＬに接続することができ、ま たプラグ穴２２および２４を電気プラグＰＬ２の差し込み突起部２２’’および ２４’’を介して配電箱ＤＢＤの固有ＤＣ負荷手段ＬＭに接続することができる 。 前述したように、図１をいくぶん簡略化して描いてある理由は、ただ一つのＡ Ｃ電力母線Ｐ２のみを接続しているからである。なお、他の異なる接続も図示す ることは可能である。また、図示によれば、配線Ｗ２２およびＷ２４の間で、た だ一つのＤＣ電力を利用できる。なお、電気出力ＥＯ１をさらに複雑にすること もでき、ＡＣ電力出力およびＤＣ電力出力をかなり高くすることができる。これ らについては、以下に詳しく説明する。 図２ 図２について説明すると、図示の回路は、整流をダイオード８２および８４に よって行なう本出願人による上記先願明細書に添付した図３とほぼ同じである。 これらダイオードは、制御インターフェース（図でも同様）と関連して作動する 電圧調節器部分（図でも同様）のＴＥＥ回路９４、９０、９２に給電して、接続 部ＡでＤＣを出力する。このように、本発明の重要な特徴、即ち、図２における ４６などの固有ＤＣ負荷手段や図３における電子的に（ＤＣ）安定化した蛍光発 光回路ＦＬを作動する蓄電池の充電レベルを所望レベルに維持することが実現で きる。なお、米国特許第５，５００，５０１号明細書に記載されているように、 ３種類の作動モードがある。 ＡＣ入力があると、図２に示す電圧調節器が、モジュールユニットＭ内に収容 され、かつ接続部Ｊ１およびＪ２（図１を参照）に接続された、蓄電池手段ＳＢ の充電レベルを維持する一つの手段として作用する。いうまでもなく、電灯負荷 ４６は、接地母線ＧＢと、図３の場合と同様に、中性母線ＮＢに接続された遮断 器Ｂ５およびＢ６との間でループ化されたループ化電灯回路ＦＬなどの固有ＤＣ 負荷手段である。図１のＤＣ電源ＤＣＰＳは図２の光起電力パネル手段ＰＶであ り、そして図１および図２のいずれにもインバーター手段ＩＮＶを図示してある 。また、図２には、配電箱ＥＤＢを完全には示していないが、これは図示の混乱 を避けるために、図示を単純化したためである。 図３ 図３に単純化し、かつ整理した形で示した配電箱ＥＤＢは、主に、連結遮断器 の基本的な考え、固有ＤＣ負荷手段のループ化の基本的な考え、および負荷源手 段の使用の基本的考えを示す図である。配電箱ＥＤＢについては概略を示し、接 地母線ＧＢ、中性母線ＮＢおよび電力母線Ｐ２はいずれも図示してある。ＤＣ安 定化蛍光発光固有ＤＣ負荷手段ＦＬは、配電箱ＥＤＢから生じる配電器盤ＤＢＤ の一つの実施例を有する。各ループ化ＷＤＢＤ５４およびＷＤＢＤ５６は中性母 線ＮＢ（−ＤＣ）の間にあり、遮断器Ｂ５およびＢ６を通って接地母線ＧＢ（＋ ＤＣ）に接続する。４つの電気出力手段ＥＯ１、ＥＯ２、ＥＯ３およびＥＯ４を 図示しており、いずれも同一である。ただ、２つの配線Ｗ２０については、それ ぞれ遮断器手段Ｂ１およびＢ３を介して電力母線Ｐ２に接続する。２つの配線Ｗ ２２についても同様で、それぞれ遮断器手段Ｂ２およびＢ４を介して中性母線Ｎ Ｂに接続する。２つの遮断器Ｂ１およびＢ３それぞれは図１の遮断器１４に対応 し、一方２つの遮断器Ｂ２およびＢ４それぞれは図１の遮断器１３に対応する。 遮断器Ｂ１およびＢ２はそれぞれＡＣ経路およびＤＣ経路に“属す”ものである 。 電気プラグＰＬ１及び／又はＰＬ２は、前述したように、差し込み突起部２０ ’、２２’、２４’及び／又は２０’’、２２’’、２４’’を用いて、電気出 力に差し込むことができる。 ＤＣ電源ＤＣＰＳはＤＣ発電機および光起電力パネル手段ＰＶとして図示して ある。光起電力パネル手段は、調節器４０で調節した後、分離ダイオードＤ２を 介して接続部Ａまで延長し、この接続部Ａには、分離ダイオードＤ１を介してＤ Ｃ発電機ＤＣＰＳの正側を接続する。接続部Ａについては、遮断器Ｂ８を介して 接地母線ＧＢに接続する。一方、インバーター５０からのＡＣ入力については、 配線Ｗ５０によって中性母線ＮＢに、そして配線Ｗ５２を介して遮断器Ｂ７に接 続する。固有ＤＣ負荷手段のループ化によって、対応する配線の電流搬送能が倍 加する。一方、ＡＣ経路およびＤＣ経路を遮断器手段に対して連結すると、二重 加電圧を実施できるので、安全性が高くなる。 上記を反復するためには、本発明のモジュラーの基本的な考えが、蓄電池手段 ＳＢおよびフィルターコンデンサー手段ＦＣである別々な手段を設けるという点 で、きわめて重要である。蓄電池手段ＳＢは、接地に対するすぐれたＡＣ経路を 表し、きわめて大きな電池等価静電容量をもつ。また、フィルターコンデンサー 手段ＦＣは、接地に対して制限されたＡＣ経路を表す、きわめて小さな静電容量 をもつ。このフィルターコンデンサー手段ＦＣについては、静電容量を調節して 、容量性リアクタンスＸｃを十分に小さくし、十分な電流を流すことによって、 最悪な事態における漏電を衝撃による危険性よりもかなり低く抑えるとともに、 器具の短絡が発生した場合には、十分な電流を流して対応する遮断器（複数の場 合もある）を作動する。既に述べたように、フィルターコンデンサーＦＣの静電 容量は５０μＦ程度である。 図４ 図４は、効率がきわめて高い切り替え式コンバーターを具体化した、好ましい 形式のコンバーターである回路を示す図である。この形式のＤＣ対ＤＣ給電装置 が高い効率を同時に達成できるからである。図４に入力機構を示すが、そのうち の一部は参照符号では示していないが、機能については図示してある。また、図 示の出力機構については、いずれも参照符号では示していないが、機能について は図示してある。いずれの場合も、意味するところが明白であるため、これら機 構の追加的な詳しい説明や参照符号は必要ないと考えられる。 点線で囲み、参照符号５０１で示すブロックは、コンデンサー５０５に接続部 ５０１’で給電する代表的な全波整流器ブリッジ回路（即ち、インバーターの逆 である）である。これの目的は、回路５０１の整流リップル成分を減らし、接続 部５０１’と導線５０１ｖとの間に存在するフィルター処理入力電圧をコンバー ター手段に送ることである。 整流器回路５０１の下流にあり、整流器回路５０１からのフィルター処理ＤＣ が給電されている、図示のコンバーター回路は、部分５２１内に接続部５２１’ および５２１’’を有する。これら接続部間に抵抗／コンデンサー対５２１ｒお よび５２１ｃを接続する。この対はさらに接続部５２１’’’を有する。接続部 ５２１’’’は、パルス幅変調回路（ＰＷＭ）５０３に正の電圧Ｖｃｃを供給す る導線５２１ｖに接続する。この接続部により、ダイオード５２１ｄ２と接続部 ５２１’’との間に接続した、並列抵抗／コンデンサーとの接続部をもつダイオ ード５２１ｄ１に給電する。 このコンバーターはパルス幅変調回路（ＰＷＭ）５０３を利用して、スイッチ ングトランジスタ回路５０８を制御して、サイクル電流までの変圧器５０６の一 次側を介して導線５０８ｖに存在する過渡電圧スパイクを変圧器５０６の一次巻 線Ｌ１およびＬ２に印加し、これによって“コンバーター”を定義する際に上記 したように、“エネルギー流れにおける中間過程としてＡＣが発生する”。変圧 器５０６の二次側は巻線Ｌ３およびＬ４によって表す。 回路５０９は、パルス幅変調回路５０３と変圧器５０６の二次側にある制御手 段５２２との間にある光学的絶縁リンクであり、変圧器５０６の一次側のパルス 幅変調回路５０３から発生する導線５Ｏ９ｖの制御電圧が二次側の制御手段５２ ２に入力を与え、パルス幅変調回路ＰＷＭ５０３に影響を与えるが、二次回路か らの漏電はない。例えば、変圧器５０６による変換周波数は２０，０００〜１０ ０，０００Ｈｚであり、これら過渡電圧を吸収するために特殊なコンデンサー５ １７が必要であること示している。なお、コンデンサー５１７を使用する場合、 そのキャパシタンスは例えば約１μＦである。 二次巻線Ｌ４が回路５１４を駆動し、整流器５０１にコンデンサー５０５を加 えてフィルター作用の場合と同様に、制御手段５２２に導線５１４ｖにおいてＤ Ｃ出力、この場合には適正なＤＣ入力を与える。制御手段５２２は出力導線５２ ２２ｏを光学的リンク５１０に接続して、本出願人による先願に従って電圧制御 の３つの作動モードを制御する。即ち、光学的アイソレーター５１０リンクが“ オン”の場合には、光起電力手段５２０からＤＣ電流を流すモードが作動する。 即ち、光起電力手段５２０のみからＤＣ電力入力のいずれか、あるいは両者が得 られ、また光起電力手段５２０から部分的または共用ＤＣ電力入力が得られる。 光学的アイソレーター５１０リンクが“オフ”の場合には、別な電源からのみＤ Ｃ電力入力が得られる（即ち光起電力入力はない）残りのモードが作動する。 上記モードは、接続部Ｊ１およびＪ２を横断するＤＣ電圧によって、（あるい はこれら接続部に接続した蓄電池手段などの再充電可能なＤＣ機構の存在によっ て）制御する。この場合、現在の趨勢としては、モード１で再充電可能なＤＣ機 構にのみＤＣ電力を入力し、モード２で共用ＤＣ電力を入力し、そしてモード３ で再充電可能なＤＣ機構にＤＣ電力を入力しない。即ち、導線５２３および５２ ４を図４に示したＤＣ源のいずれかに接続するか、図１または図３のＤＣＰＳな どのＤＣ電源に接続すると、システムの作動は十分になり、意図した作用効果を 満足する。 言い換えれば、蓄電池手段に印加されるＤＣ電圧は、図２の抵抗３６、４２、 ４３、４４、４５、６８、７０、７４および７６の、あるいは図４の５１１、５ １２、５１３および５１５を始めとする抵抗の影響を受けるフィードバックに依 存するものである。 これは、本発明によるシステムへの入力が微弱な場合にも当てはまる。例えば 、ＡＣ電力かＤＣ電力のいずれかの利用できる時間が限られている場合には、あ るいは機構からのみ離れている場所で利用できる場合には、蓄電池手段にＤＣ電 力を供給するために、図に示したいくつの構成が有効である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，Ｔ Ｊ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ウイルヘルム ウイリアム ジー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11950 マスティック フォレストール ドライ ブ 39

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．モジュラー電力管理システムにおいて、 配電パネル、 該配電パネル内部に収容され、電力母線手段、中性母線手段および接地母線手 段を有する母線システム、 該配電パネルの外部に蓄電池手段を有し、かつ上記中性母線手段および上記接 地母線手段に接続するモジュールユニット、 該配電パネルによる給電のための外部回路手段、および 該外部回路手段に対応し、かつ同時に動作できるように連結した少なくとも一 対の遮断器を有する遮断器手段からなるモジュラー電力管理システム。 ２．前記一対の遮断器の一方にＤＣ外部回路手段を接続するとともに、他方にＡ Ｃ外部回路手段を接続したことを特徴とする請求項１記載のモジュラー電力管理 システム。 ３．ＤＣ給電装置手段を該モジュールユニットに接続して、これによって該蓄電 池手段にＤＣ電力を供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載のモジュ ラー電力管理システム。 ４．該ＤＣ給電装置手段が、該蓄電池手段を所望の電圧範囲内に維持する電圧調 節器手段であることを特徴とする請求項３記載のモジュラー電力管理装置。 ５．該ＤＣ給電装置手段がコンバーター手段であることを特徴とする請求項３記 載のモジュラー電力管理システム。 ６．該外部回路の一つが固有ＤＣ負荷手段であることを特徴とする請求項３記載 のモジュラー電力管理システム。 ７．該一対の遮断器の一方にＤＣ外部回路を接続するとともに、他方にＡＣ外部 回路を接続したことを特徴とする請求項３記載のモジュラー電力管理システム。 ８．該一対の遮断器の一方にＤＣ外部回路を接続するとともに、他方にＡＣ外部 回路を接続したことを特徴とする請求項７記載のモジュラー電力管理システム。 ９．該外部回路の一つが固有ＤＣ負荷手段であることを特徴とする請求項８記載 のモジュラー電力管理システム。 １０．現場における電力の管理方法において、現場においてＡＣ電力出力および ＤＣ電力出力の両者を出力し、ＤＣエネルギーを保存する蓄電池手段を設け、該 蓄電池手段にＤＣ電力を供給して、該蓄電池手段の電圧レベルを完全充電レベル 以下に維持し、そしてＡＣ電力経路およびＤＣ電力経路に遮断器手段を設けると ともに、同時に作動できるように、該遮断器手段を連結することからなることを 特徴とする現場における電力の管理方法。 １１．該蓄電池手段と電気的に並列にフィルターコンデンサー手段を設ける工程 を有し、接地に対して理想的なＡＣ経路に合わせて、該蓄電池手段の電池等価静 電容量をきわめて大きくし、そして該フィルターコンデンサーの静電容量を接地 に対する制限されたＡＣ経路に合わせてきわめて小さくするが、十分な電流を流 して、最悪な事態における漏電を衝撃による危険レベルよりもかなり低く維持す るとともに、十分な電流を流して、短絡が生じた場合に、適切な遮断器を作動で きる程度には大きくできるようにしたことを特徴とする請求項１０記載の現場に おける電力の管理方法。 １２．現場における電力の管理方法において、ＤＣエネルギーを保存する蓄電池 手段を設け、該蓄電池手段にＤＣ電力を供給し、そして該蓄電池手段と電気的に 並列にフィルターコンデンサー手段を設けることからなり、接地に対して理想的 なＡＣ経路に合わせて、該蓄電池手段の電池等価キャパシタンスをきわめて大き くし、そして該フィルターコンデンサーの静電容量を接地に対する制限されたＡ Ｃ経路に合わせてきわめて小さくするが、十分な電流を流して、最悪な事態にお ける漏電を衝撃による危険レベルよりもかなり低く維持するとともに、十分な電 流を流して、短絡が生じた場合に、適切な遮断器を作動できる程度には大きくで きるようにしたことを特徴とする現場における電力の管理方法。 １３．ＡＣ電力経路およびＤＣ電力経路に遮断器手段を設けるとともに、同時に 作動できるように、該遮断器手段を連結することからなることを特徴とする請求 項１２記載の現場における電力の管理方法。 １４．電力管理システムにおいて、蓄電池手段と、接地に対するＡＣ導電経路お よび接地からのＤＣ分離経路の両者を与えるフィルターコンデンサー手段と、該 蓄電池手段の充電レベルを制御する手段とを組合せた電力管理システムにおいて 、該フィルターコンデンサー手段が６０Ｈｚで接地に対して低インピーダンス経 路 を確保する大きさのキャパシタンスを与えるとともに、該蓄電池手段がいずれか の方向の電流の流れにおいて接地に対する導電性を確保する大きさの静電容量を 与えることを特徴とする電力管理システム。 １５．該蓄電池手段の充電レベルを制御する手段が電圧調節器手段で、この電圧 調節器手段にＤＣ入力を与える整流器手段を備えていることを特徴とする請求項 １４記載の電力管理システム。 １６．該蓄電池手段の充電レベルを制御する手段がコンバーター手段で、このコ ンバーター手段にＤＣ入力を与える整流器手段を備えていることを特徴とする請 求項１４記載の電力管理システム。 １７．電力管理システムにおいて、配電箱とモジュラーユニットとの組合せから なり、該配電箱が電力母線手段、中性母線手段、接地母線手段、および該中性母 線手段と該接地母線手段との間に接続した、静電容量および容積が比較的小さい ＡＣバイパスフィルターコンデンサー手段を収容し、そして該モジュラーユニッ トが該ＡＣバイパスフィルターコンデンサー手段の静電容量および容積よりもは るかに大きい電池等価静電容量および容積を与える蓄電池手段を収容し、該蓄電 池手段を該モジュラーユニット手段に収容するとともに、該中性母線手段および 該接地母線手段を横断して接続したことを特徴とする電力管理システム。 １８．該蓄電池手段にＤＣエネルギーを供給するＤＣ給電装置手段と、該蓄電池 手段による給電のために、該接地母線手段と該中性母線手段との間に接続した固 有ＤＣ負荷手段とを有することを特徴とする請求項１７記載の電力管理システム 。 １９．同時に作動できるように、連結した連結遮断器手段を有することを特徴と する請求項１８記載の電力管理システム。 ２０．該ＤＣ給電装置手段が発電手段、光起電力手段、および代替ＤＣ源からな る群から選択した装置を有することを特徴とする請求項１９記載の電力管理シス テム。 ２１．該蓄電池手段の充電レベルを維持する電圧調節器手段、および該調節器手 段にＤＣ入力を与える整流器手段を有することを特徴とする請求項１７記載の電 力管理システム。 ２２．該蓄電池手段の充電レベルを維持するコンバーター手段、および該コンバ ーター手段にＤＣ入力を与える整流器手段を有することを特徴とする請求項１７ 記載の電力管理システム。 ２３．同時に作動できるように、連結した連結遮断器手段を有する請求項２１の 電力管理システム。 ２４．該ＤＣ給電装置手段が発電手段、光起電力手段、および代替ＤＣ源からな る群から選択した装置を有することを特徴とする請求項２３記載の電力管理シス テム。 ２５．同時に作動できるように、連結した連結遮断器手段を有することを特徴と する請求項２２記載の電力管理システム。 ２８．該ＤＣ給電装置手段が発電手段、光起電力手段、および代替ＤＣ源からな る群から選択した装置を有することを特徴とする請求項２５記載の電力管理シス テム。 ２７．電力管理システムにおいて、蓄電池手段と、接地に対するＡＣ導電経路お よび接地からのＤＣ分離経路の両者を与えるフィルターコンデンサー手段と、該 蓄電池手段の充電レベルを制御する手段とを組合せたものであり、該フィルター コンデンサー手段が６０Ｈｚで接地に対して低インピーダンス経路を確保する大 きさの静電容量を与えるとともに、該蓄電池手段が電流流れのいずれかの方向に おいて接地に対する導電を確保する大きさの静電容量を与え、そして該蓄電池手 段の充電レベルを制御する該手段が、該蓄電池手段を該システムから取り外した 場合に、接地に対する該ＡＣ導電経路を維持するのに有効であることを特徴とす る電力管理システム。 ２８．該充電レベルの制御手段がＤＣ電源手段を有することを特徴とする請求項 ２７記載の電力管理システム。 ２９．該充電レベルの制御手段が電圧調節器手段を有することを特徴とする請求 項２８記載の電力管理システム。 ３０．該充電レベルの制御手段が、エネルギー流れにおいて中間過程として高周 波ＡＣを発生するコンバーター手段を有することを特徴とする請求項２８の電力 管理システム。 ３１．該高周波ＡＣの電圧スパイクを吸収する特殊なフィルターコンデンサー手 段を有することを特徴とする請求項３０記載の電力管理システム。