JP2003348768A - 無停電電源装置 - Google Patents
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- Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、前述した種々の独立型電源と商用
電源からの出力を用いたＵＰＳにおいて、不安定な自然
エネルギを安定した電源として利用し、従来の常時イン
バータ給電方式ＵＰＳの欠点であった、コンバータとイ
ンバータとで発生する損出を補うとともに、ピークカッ
ト等の省エネルギ、夜電力の活用、余剰エネルギの売電
を組合わせること等により経済最適エネルギマネジメン
トを実現し、商用電力の使用を抑制すること。 【解決手段】 交流商用電源の停電時において、独立型
電源からの出力と二次電池出力とが交流変換されて出力
端に出力されるとともに、交流商用電源受電時、停電時
にかかわらず、独立型電源からの出力が所望とする電力
量に相当する出力から余剰が生じた場合において、切替
器により直流電圧調整回路を経由し、前記余剰電力を前
記電力・停電検出回路兼回生回路を介して交流商用電源
に回生すること。
電源からの出力を用いたＵＰＳにおいて、不安定な自然
エネルギを安定した電源として利用し、従来の常時イン
バータ給電方式ＵＰＳの欠点であった、コンバータとイ
ンバータとで発生する損出を補うとともに、ピークカッ
ト等の省エネルギ、夜電力の活用、余剰エネルギの売電
を組合わせること等により経済最適エネルギマネジメン
トを実現し、商用電力の使用を抑制すること。 【解決手段】 交流商用電源の停電時において、独立型
電源からの出力と二次電池出力とが交流変換されて出力
端に出力されるとともに、交流商用電源受電時、停電時
にかかわらず、独立型電源からの出力が所望とする電力
量に相当する出力から余剰が生じた場合において、切替
器により直流電圧調整回路を経由し、前記余剰電力を前
記電力・停電検出回路兼回生回路を介して交流商用電源
に回生すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池パネル、
燃料電池等の外部直流電源およびエンジン発電装置、フ
ライホイール等の交流電源といった独立型電源と交流商
用電源と連立運転させ、接続された負荷機器へ電力を供
給する無停電電源装置（以下、ＵＰＳとする）に関する
ものである。
燃料電池等の外部直流電源およびエンジン発電装置、フ
ライホイール等の交流電源といった独立型電源と交流商
用電源と連立運転させ、接続された負荷機器へ電力を供
給する無停電電源装置（以下、ＵＰＳとする）に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の常時インバータ給電方式のＵＰＳ
は、交流商用電源の受電時には常にコンバータ回路及び
インバータ回路を介して接続された負荷機器へ電力を供
給している。また、交流商用電源の停電時には交流商用
電源に代わり内蔵された二次電池を電源としＵＰＳに接
続された負荷機器へ電力を供給する機能を有していた。
は、交流商用電源の受電時には常にコンバータ回路及び
インバータ回路を介して接続された負荷機器へ電力を供
給している。また、交流商用電源の停電時には交流商用
電源に代わり内蔵された二次電池を電源としＵＰＳに接
続された負荷機器へ電力を供給する機能を有していた。
【０００３】近年、環境技術へのニーズの高まりから、
太陽電池、風力発電等の自然界に存在するエネルギーを
有効利用するために、これらの独立型電源をＵＰＳに商
用電源以外の電源を併設する事例もあった。また、他の
独立型電源としての燃料電池、フライホイールをＵＰＳ
に併設することにより、商用電力の使用を抑制し、電力
消費を平準化するということが検討されてきた。
太陽電池、風力発電等の自然界に存在するエネルギーを
有効利用するために、これらの独立型電源をＵＰＳに商
用電源以外の電源を併設する事例もあった。また、他の
独立型電源としての燃料電池、フライホイールをＵＰＳ
に併設することにより、商用電力の使用を抑制し、電力
消費を平準化するということが検討されてきた。
【０００４】ところが、このような独立型電源は出力が
不安定であったり、急激な出力変動に追従できないとい
った課題がある。
不安定であったり、急激な出力変動に追従できないとい
った課題がある。
【０００５】また、交流商用電源の受電時には交流商用
電源から入力された電力がコンバータとインバータを常
時介した状態で負荷機器に給電されるため、ＵＰＳ内部
での損失電力が発生し運転費用が嵩むという課題もあっ
た。
電源から入力された電力がコンバータとインバータを常
時介した状態で負荷機器に給電されるため、ＵＰＳ内部
での損失電力が発生し運転費用が嵩むという課題もあっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した種
々の独立型電源と商用電源からの出力を用いたＵＰＳに
おいて、不安定な自然エネルギを安定した電源として利
用し、従来の常時インバータ給電方式ＵＰＳの欠点であ
った、コンバータとインバータとで発生する損出を補う
とともに、ピークカット等の省エネルギ、夜電力の活
用、余剰エネルギの売電を組合わせること等により経済
最適エネルギマネジメントを実現し、商用電力の使用を
抑制することを目的とする。
々の独立型電源と商用電源からの出力を用いたＵＰＳに
おいて、不安定な自然エネルギを安定した電源として利
用し、従来の常時インバータ給電方式ＵＰＳの欠点であ
った、コンバータとインバータとで発生する損出を補う
とともに、ピークカット等の省エネルギ、夜電力の活
用、余剰エネルギの売電を組合わせること等により経済
最適エネルギマネジメントを実現し、商用電力の使用を
抑制することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために本発明の請求項１に係る発明は、交流商用電源を
電力・停電検出回路兼回生回路を介して第１のＡＣ／Ｄ
Ｃコンバータに入力し、変換した直流電力を直流電圧調
整回路を介してＤＣ／ＡＣインバータに入力し交流電力
に逆変換し、切替器を介して出力端より交流出力すると
ともに、単数もしくは複数の独立型電源を有し、前記独
立型電源からの出力を直流電力に変換する第２のコンバ
ータを有し、前記第２のコンバータからの出力を前記直
流電圧調整回路に入力し、前記独立型電源の出力を用い
た交流電力を出力端に出力し、前記直流電圧調整回路の
出力の一部を充電回路を介して二次電池を充電し、前記
交流商用電源の停電時において、前記独立型電源からの
出力と前記二次電池出力とが交流変換されて前記出力端
に出力されるとともに、交流商用電源受電時、停電時に
かかわらず、前記独立型電源からの出力が前記出力端に
おいて所望とする電力量に相当する出力を上回り余剰出
力が生じた場合、前記切替器により直送回路を経由し、
前記余剰出力を前記電力・停電検出回路兼回生回路を介
して交流商用電源に回生することを特徴とする無停電電
源装置を示すものである。
ために本発明の請求項１に係る発明は、交流商用電源を
電力・停電検出回路兼回生回路を介して第１のＡＣ／Ｄ
Ｃコンバータに入力し、変換した直流電力を直流電圧調
整回路を介してＤＣ／ＡＣインバータに入力し交流電力
に逆変換し、切替器を介して出力端より交流出力すると
ともに、単数もしくは複数の独立型電源を有し、前記独
立型電源からの出力を直流電力に変換する第２のコンバ
ータを有し、前記第２のコンバータからの出力を前記直
流電圧調整回路に入力し、前記独立型電源の出力を用い
た交流電力を出力端に出力し、前記直流電圧調整回路の
出力の一部を充電回路を介して二次電池を充電し、前記
交流商用電源の停電時において、前記独立型電源からの
出力と前記二次電池出力とが交流変換されて前記出力端
に出力されるとともに、交流商用電源受電時、停電時に
かかわらず、前記独立型電源からの出力が前記出力端に
おいて所望とする電力量に相当する出力を上回り余剰出
力が生じた場合、前記切替器により直送回路を経由し、
前記余剰出力を前記電力・停電検出回路兼回生回路を介
して交流商用電源に回生することを特徴とする無停電電
源装置を示すものである。
【０００８】また、本発明の請求項２に係る発明は請求
項１の構成を有した無停電電源装置において、前記第１
のＡＣ／ＤＣコンバータの運転を休止制御し、前記独立
型電源の出力と前記二次電池からの出力を交流電力に変
換して前記出力端に出力することによって、前記交流商
用電源からの供給電力を抑制制御することを特徴とする
ものである。
項１の構成を有した無停電電源装置において、前記第１
のＡＣ／ＤＣコンバータの運転を休止制御し、前記独立
型電源の出力と前記二次電池からの出力を交流電力に変
換して前記出力端に出力することによって、前記交流商
用電源からの供給電力を抑制制御することを特徴とする
ものである。
【０００９】さらに、本発明の請求項３に係る発明は、
請求項１、２もしくは３の構成を備えた無停電電源装置
において、交流商用電源受電時に前記二次電池の放電負
荷をモニターするとともに、時刻毎の電力価格を記憶し
た電力価格記憶手段を備え、電力価格が高い時間帯には
前記交流商用電源からの二次電池の充電を休止し、電力
価格が低い時間帯に充電を行うよう制御するエネルギマ
ネジメント機能を有することを特徴とする無停電電源装
置を示すものである。
請求項１、２もしくは３の構成を備えた無停電電源装置
において、交流商用電源受電時に前記二次電池の放電負
荷をモニターするとともに、時刻毎の電力価格を記憶し
た電力価格記憶手段を備え、電力価格が高い時間帯には
前記交流商用電源からの二次電池の充電を休止し、電力
価格が低い時間帯に充電を行うよう制御するエネルギマ
ネジメント機能を有することを特徴とする無停電電源装
置を示すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による無停電
電源装置の構成を図１に示す。
電源装置の構成を図１に示す。
【００１１】図１に示したように交流商用電源１からの
交流電力は電力・停電検出兼回生回路２を経て第１のＡ
Ｃ／ＤＣコンバータ３で直流電力（電圧Ｖ1）に変換さ
れ、直流電圧調整回路４に入力される。この直流電圧調
整回路４にはこの交流商用電源１の他に単数または複数
の独立型電源８からの交流または直流出力がそれぞれに
対応した第２のコンバータ９を介し電圧をＶ2に変換し
て入力され、直流電圧調整回路４に入力される事例を示
している。
交流電力は電力・停電検出兼回生回路２を経て第１のＡ
Ｃ／ＤＣコンバータ３で直流電力（電圧Ｖ1）に変換さ
れ、直流電圧調整回路４に入力される。この直流電圧調
整回路４にはこの交流商用電源１の他に単数または複数
の独立型電源８からの交流または直流出力がそれぞれに
対応した第２のコンバータ９を介し電圧をＶ2に変換し
て入力され、直流電圧調整回路４に入力される事例を示
している。
【００１２】ここで独立型電源としては燃料電池、太陽
光発電装置、風力発電装置等の直流電源、もしくはエン
ジン発電機、フライホイール等の交流電源を用いる。直
流電圧調整回路４からの出力はインバータ５および充電
回路１０へ入力される。インバータ５へ入力された直流
電力は交流電力に変換されて切替器６を介し交流出力７
へ供給される。充電回路１０には二次電池１２が接続さ
れてこの二次電池１２を充電するとともに、二次電池１
２の出力は必要に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介
して直流電圧Ｖ3に変換して直流電圧調整装置４に入力
される。
光発電装置、風力発電装置等の直流電源、もしくはエン
ジン発電機、フライホイール等の交流電源を用いる。直
流電圧調整回路４からの出力はインバータ５および充電
回路１０へ入力される。インバータ５へ入力された直流
電力は交流電力に変換されて切替器６を介し交流出力７
へ供給される。充電回路１０には二次電池１２が接続さ
れてこの二次電池１２を充電するとともに、二次電池１
２の出力は必要に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介
して直流電圧Ｖ3に変換して直流電圧調整装置４に入力
される。
【００１３】出力電力が少なく第２のコンバータ９の発
生する電力が余剰となる場合は、切替器１３を介して直
送回路１４を経て回生回路兼電力停電検出２に余剰電力
が戻される。
生する電力が余剰となる場合は、切替器１３を介して直
送回路１４を経て回生回路兼電力停電検出２に余剰電力
が戻される。
【００１４】次に図１に示した無停電電源装置の動作に
ついてその一例を説明する。
ついてその一例を説明する。
【００１５】交流商用電源受電時
交流商用電源１から独立した単数または複数の外部交流
または直流電源８からの交流または直流出力が第２のコ
ンバータ９により出力端７において所要とされる交流出
力を賄うことができる場合には、第１のＡＣ／ＤＣコン
バータ３からは電力を供給しないように制御回路１３が
第１のＡＣ／ＤＣコンバータ３、直流電圧調整回路４お
よび第２のコンバータ９を制御する。さらに、独立型電
源８からの出力が出力端７への交流出力を賄っても余剰
の電力が生じる場合には、切替器６により直送回路１４
を経由して電力・停電検出兼回生回路２を介して交流商
用電源１に戻す。
または直流電源８からの交流または直流出力が第２のコ
ンバータ９により出力端７において所要とされる交流出
力を賄うことができる場合には、第１のＡＣ／ＤＣコン
バータ３からは電力を供給しないように制御回路１３が
第１のＡＣ／ＤＣコンバータ３、直流電圧調整回路４お
よび第２のコンバータ９を制御する。さらに、独立型電
源８からの出力が出力端７への交流出力を賄っても余剰
の電力が生じる場合には、切替器６により直送回路１４
を経由して電力・停電検出兼回生回路２を介して交流商
用電源１に戻す。
【００１６】また、独立型電源８から出力でだけ所要交
流出力が賄えない場合には、第１のＡＣ／ＤＣコンバー
タ３から不足分に見合う電力を供給するように第１のＡ
Ｃ／ＤＣコンバータ３、直流電圧調整回路４および第２
のコンバータ９を制御回路１３で制御する。このように
独立型電源から供給される電力を最大限に利用するた
め、商用電源の使用電力を削減でき、運用にかかる費用
を低減することができる。また、第１のＡＣ／ＤＣコン
バータ３は常時動作しないので、従来の常時コンバータ
が動作する無停電電源装置に比較して電力損出を抑制す
ることができる。
流出力が賄えない場合には、第１のＡＣ／ＤＣコンバー
タ３から不足分に見合う電力を供給するように第１のＡ
Ｃ／ＤＣコンバータ３、直流電圧調整回路４および第２
のコンバータ９を制御回路１３で制御する。このように
独立型電源から供給される電力を最大限に利用するた
め、商用電源の使用電力を削減でき、運用にかかる費用
を低減することができる。また、第１のＡＣ／ＤＣコン
バータ３は常時動作しないので、従来の常時コンバータ
が動作する無停電電源装置に比較して電力損出を抑制す
ることができる。
【００１７】交流商用電源停電時
交流商用電源１が停電した場合、第２のコンバータ９を
介した独立型電源８からの出力が出力端７での所要交流
出力を賄うことができる場合には二次電池１２からは電
力を供給しないように直流電圧調整回路４、第２のコン
バータ９を制御する。また、二次電池１２の出力電圧と
直流電圧調整回路への入力電圧の差分を補償するため
に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を用いる場合にはこのＤ
Ｃ／ＤＣコンバータも同時に制御する。一方、独立型電
源８からの出力のみでは所要交流出力を賄うことができ
ない場合は、二次電池１２から不足分に見合う電力を供
給できるように直流電圧調整回路４、第２のコンバータ
９およびＤＣ／ＤＣコンバータ１１を関連付けて制御回
路１３で制御する。
介した独立型電源８からの出力が出力端７での所要交流
出力を賄うことができる場合には二次電池１２からは電
力を供給しないように直流電圧調整回路４、第２のコン
バータ９を制御する。また、二次電池１２の出力電圧と
直流電圧調整回路への入力電圧の差分を補償するため
に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を用いる場合にはこのＤ
Ｃ／ＤＣコンバータも同時に制御する。一方、独立型電
源８からの出力のみでは所要交流出力を賄うことができ
ない場合は、二次電池１２から不足分に見合う電力を供
給できるように直流電圧調整回路４、第２のコンバータ
９およびＤＣ／ＤＣコンバータ１１を関連付けて制御回
路１３で制御する。
【００１８】ピークカット時
独立型電源８からの出力が出力端７での所要交流出力に
対して充分でなく、交流商用電源１からの入力電力が予
め設定された電力（例えば電力会社との契約電力）より
も大きくなる場合や、ピークカットの要請があった場合
には、第１のＡＣ／ＤＣコンバータ３を停止し、第２の
コンバータ９およびのＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御
回路１３が関連付けて制御することにより、交流商用電
源の供給を断った状態で独立型電源８からの出力を優先
的に、不足分に見合う電力を二次電池１２から出力端７
に交流出力を供給する。
対して充分でなく、交流商用電源１からの入力電力が予
め設定された電力（例えば電力会社との契約電力）より
も大きくなる場合や、ピークカットの要請があった場合
には、第１のＡＣ／ＤＣコンバータ３を停止し、第２の
コンバータ９およびのＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御
回路１３が関連付けて制御することにより、交流商用電
源の供給を断った状態で独立型電源８からの出力を優先
的に、不足分に見合う電力を二次電池１２から出力端７
に交流出力を供給する。
【００１９】以上のように、独立型電源８から供給され
る電力を優先的に最大限利用するため、交流商用電源１
の停電時には内蔵された二次電池１２のみで交流出力を
供給していた従来の方法よりもバックアップ時間の延長
が可能となる。また、従来と同じバックアップ時間の場
合にはより容量の小さな二次電池を用いることができ、
装置全体の価格を低減することもできる。
る電力を優先的に最大限利用するため、交流商用電源１
の停電時には内蔵された二次電池１２のみで交流出力を
供給していた従来の方法よりもバックアップ時間の延長
が可能となる。また、従来と同じバックアップ時間の場
合にはより容量の小さな二次電池を用いることができ、
装置全体の価格を低減することもできる。
【００２０】また、複数の独立型電源８を設け、それぞ
れ独立した第２のコンバータ９を具備すれば、各々の電
力料金等発生費用に応じた優先順位を持たせ交流出力７
と充電回路１０に電力を供給することもできる。
れ独立した第２のコンバータ９を具備すれば、各々の電
力料金等発生費用に応じた優先順位を持たせ交流出力７
と充電回路１０に電力を供給することもできる。
【００２１】制御回路１３は、ピークカットで二次電池
１２が放電されたような場合、その放電の程度に応じ、
昼間は独立型電源８のみで充電し、料金の低廉な深夜電
力を利用して充電するための制御もできる。また、昼間
の電力使用を意図的に低減したい場合には、制御回路１
３の制御により強制的に第２のコンバータ９およびＤＣ
／ＤＣコンバータ１１のみから交流出力７に電力を供給
することもできる。
１２が放電されたような場合、その放電の程度に応じ、
昼間は独立型電源８のみで充電し、料金の低廉な深夜電
力を利用して充電するための制御もできる。また、昼間
の電力使用を意図的に低減したい場合には、制御回路１
３の制御により強制的に第２のコンバータ９およびＤＣ
／ＤＣコンバータ１１のみから交流出力７に電力を供給
することもできる。
【００２２】また、ここで制御回路内には計時手段と、
時間帯別の電力価格データを記憶した手段を備えてお
き、電力価格の高い時間帯には独立型電源８から二次電
池１２への充電、また、電力価格の低い時間帯には交流
商用電源１から二次電池１２の充電を行えばよい。
時間帯別の電力価格データを記憶した手段を備えてお
き、電力価格の高い時間帯には独立型電源８から二次電
池１２への充電、また、電力価格の低い時間帯には交流
商用電源１から二次電池１２の充電を行えばよい。
【００２３】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明による無
停電電源装置は、太陽電池、風力発電等の不安定な自然
エネルギを有効に活用することにより商用電源の受電時
には商用電力の消費量を削減するために、複数の交流、
直流電源のプラットフォームとして機能する。また、ピ
ークカット機能、深夜電力の利用、余剰エネルギの売電
機能等で経済最適を実現し商用電源費用を低減すること
もできる。商用電源が停電した場合には、自然エネルギ
の活用を優先し二次電池の放電量を削減もできれば、燃
料電池等の外部電源からの給電も可能である。さらに、
蓄電池の電力貯蔵機能をピークカットに有効利用するこ
とができるので、省エネルギ効果をも得ることができ工
業上極めて有用である。
停電電源装置は、太陽電池、風力発電等の不安定な自然
エネルギを有効に活用することにより商用電源の受電時
には商用電力の消費量を削減するために、複数の交流、
直流電源のプラットフォームとして機能する。また、ピ
ークカット機能、深夜電力の利用、余剰エネルギの売電
機能等で経済最適を実現し商用電源費用を低減すること
もできる。商用電源が停電した場合には、自然エネルギ
の活用を優先し二次電池の放電量を削減もできれば、燃
料電池等の外部電源からの給電も可能である。さらに、
蓄電池の電力貯蔵機能をピークカットに有効利用するこ
とができるので、省エネルギ効果をも得ることができ工
業上極めて有用である。
【図１】本発明による無停電電源装置を示す図
１ 交流商用電源
２ 電力停電検出回路兼回生回路
３ 第１のＡＣ／ＤＣコンバータ
４ 直流電圧調整回路
５ ＤＣ／ＡＣインバータ
６ 切替器
７ 出力端
８ 独立型電源
９ 第２のＤＣ／ＤＣコンバータ
１０ 充電回路
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ 二次電池
１３ 制御回路
１４ 直送回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 若松 正史
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 5G003 AA01 AA06 AA07 BA01 CC02
DA05 DA18 GB03 GB06
5G015 FA08 GA04 HA13 HA16 JA04
JA21 JA52
Claims (3)
- 【請求項１】 交流商用電源を電力・停電検出回路兼回
生回路を介して第１のＡＣ／ＤＣコンバータに入力し、
変換した直流電力を直流電圧調整回路を介してＤＣ／Ａ
Ｃインバータに入力し交流電力に逆変換し、切替器を介
して出力端より交流出力するとともに、単数もしくは複
数の独立型電源を有し、前記独立型電源からの出力を直
流電力に変換する第２のコンバータを有し、前記第２の
コンバータからの出力を前記直流電圧調整回路に入力
し、前記独立型電源の出力を用いた交流電力を出力端に
出力し、前記直流電圧調整回路の出力の一部を充電回路
を介して二次電池を充電し、前記交流商用電源の停電時
において、前記独立型電源からの出力と前記二次電池出
力とが交流変換されて前記出力端に出力されるととも
に、交流商用電源受電時、停電時にかかわらず、前記独
立型電源からの出力が前記出力端において所望とする電
力量に相当する出力を上回り、余剰出力が生じた場合、
前記切替器により直送回路を経由し、前記余剰出力を前
記電力・停電検出回路兼回生回路を介して交流商用電源
に回生することを特徴とする無停電電源装置。 - 【請求項２】 前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの運転
を休止制御し、前記独立型電源の出力と前記二次電池か
らの出力を交流電力に変換して前記出力端に出力するこ
とによって、前記交流商用電源からの供給電力を抑制制
御することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装
置。 - 【請求項３】 前記交流商用電源受電時において、前記
二次電池の放電負荷をモニターするとともに、時刻毎の
電力価格を記憶した電力価格記憶手段を備え、電力価格
が高い時間帯には前記交流商用電源からの二次電池の充
電を休止し、電力価格が低い時間帯に充電を行うよう制
御するエネルギマネジメント機能を有することを特徴と
する請求項１もしくは２に記載の無停電電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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