JP2006320099A

JP2006320099A - 電力貯蔵システム

Info

Publication number: JP2006320099A
Application number: JP2005139535A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Ninomiya; 守二宮; Hiroshi Kashiwagi; 博柏木; Kazuhiro Shimizu; 一広清水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】本発明は夜間の電気料金が安価な時間帯に二次電池を充電し、昼間の電力需要が大きい時間帯に二次電池からの放電電力を商用系統に連係させる電力貯蔵システムに関するものであり、停電時に電力供給する負荷を限定することで使用する二次電池の容量を小さくし小型で安価な電力貯蔵システムを提供する。
【解決手段】制御手段１０４によって商用系統の停電を検出した場合、第１切替手段１０５はＯＦＦ、第２切替手段１１０はＯＮ、充電回路兼チョッパ回路１０７は放電状態に制御手段１０４によって制御され充電回路兼チョッパ回路１０７は放電状態に制御されているため、二次電池１０８からの直流電力は充電回路兼チョッパ回路１０７、双方向インバータ１０６により交流電力に変換されるが、第１切替手段１０５がＯＦＦ制御のため、一般負荷１０２へは電力供給されず重要負荷１０９のみに二次電池１０８から変換された交流電力が供給されるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛蓄電池等の二次電池を使用した電力貯蔵装置システムで、特に、商用系統停電時における接続機器への電力供給の制御に関するものである。

従来、この種の電力貯蔵システムは、図４に示されるような構成を有していた。

図４は従来の電力貯蔵システムのブロック図である。

非停電時は、商用系統電源を整流器２０１、電流可逆チョッパー制御部２０２で変換された直流電力を第一インバータ２０４で交流電源に変換し、出力される交流電力を圧縮機（空気調和機の室外機に含まれる圧縮機）２０５に供給している。

また、電力需要が小さい時間帯には、整流器２０１および電流可逆チョッパー制御部２０２を通して商用系統電源から二次電池２０３に対する充電を行い、電力需要が大きい時間帯には二次電池２０３からの放電電力を電流可逆チョッパ制御部２０２および第一インバータ２０４を通して圧縮機２０５に供給することで、ピークカット、ピークシフトなど電力の平準化を行っている。

停電時には、ＡＣ切り替えスイッチ２０８で停電を検出し、第二インバータ２０７が動作状態に制御され、二次電池２０３からの直流電力を電流可逆チョッパー制御部２０２および第一インバータ２０４を通して圧縮機２０５に供給すると共に、電流可逆チョッパー制御部２０２および第二インバータ２０７を通してＡＣ出力２０９から出力し、圧縮機２０５以外の別の電気機器（例えば、冷凍庫、店頭の看板や照明、非常口表示灯、サーバマシンなど）を動作させることができる。

このような従来の技術としては、下記特許文献１に記載されたものが知られている。
特開２００１−９５１７５号公報

しかしながら、上記従来の構成では第一インバータ２０４と第二インバータ２０７が２つ必要になり、商用系統の停電時には、二次電池２０３から第一インバータ２０４を介し、消費電力の大きい圧縮機２０５に電力供給すると共に、第二インバータ２０７を介し、圧縮機２０５以外の電気機器にも電力供給するため、大容量の二次電池２０３が必要になる。即ち、使用する二次電池２０３が多くなるため、電力貯蔵システムが非常に大きく、高価になるという問題を有していた。

本発明は上記問題点を解決するもので、停電時に二次電池からの電力を停止することが許されない重要負荷と停電時のみに働く負荷に限定供給することで、使用する二次電池の容量を小さくし、小型で安価な電力貯蔵システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電力貯蔵システムは、高圧系統と、前記高圧系統を商用系統に変換する高圧受電盤と、商用系統に連系され、夜間の電気料金が安価な時間帯に二次電池を充電し、昼間の電力需要が大きい時間帯に二次電池からの放電電力を前記商用系統に連係させる電力貯蔵装置において、双方向インバータと、前記双方向インバー
タと商用系統間に配置される第１切替手段と、前記双方向インバータに接続され充電時は充電回路として働き放電時はチョッパ回路として働く充電回路兼チョッパ回路と、この充電回路兼チョッパ回路に接続された二次電池と、前記高圧受電盤と前記第１切替手段間の停電の有無を検出し、前記第１切替手段を制御する制御手段とを備え、一般負荷は商用系統に直列に接続され、重要負荷は前記第１切替手段と前記双方向インバータ間に接続されており、通常時は制御手段により前記第１切替手段をＯＮ制御し、前記一般負荷と前記重要負荷に商用系統から電力を供給し、停電時は制御手段により前記第１切替手段をＯＦＦ制御し、前記双方向インバータから前記重要負荷のみに二次電池からの電力を供給することで、単一の双方向インバータにより通常時も停電時も二次電池からの電力を前記重要負荷に供給するように構成したことを特徴としている。

この構成により、停電時には一般負荷には二次電池からの電力を供給せず、停止することが許されない重要負荷のみに二次電池からの電力を供給するため使用する二次電池の容量を小さくすることが可能である。

また、通常時の電力需要が大きい時間帯の二次電池から一般負荷および重要負荷への放電（電力平準化）も、停電時の二次電池から重要負荷への放電も単一の双方向インバータで行うため、インバータが１つで構成でき、システムの小型化が可能である。

以上のように本発明の電力貯蔵システムによると、停電時には一般負荷には二次電池からの電力を供給せず、停止することが許されない重要負荷のみに二次電池からの電力を限定供給する構成にしているため、電池からの放電電力を減少させることができ、使用する二次電池の容量低減に繋がるうえ、インバータも１つであるため、電力貯蔵システムのピークカット、ピークシフトによる省エネ効果に加え、高圧受電盤により変圧ロスの低減も可能であり、更に小型・低コストの実現という極めて実用性の高い効果を奏するものである。

本発明によれば、高圧系統と、高圧系統を商用系統に変換する高圧受電盤と、商用系統に連系され、夜間の電気料金が安価な時間帯に二次電池を充電し、昼間の電力需要が大きい時間帯に二次電池からの放電電力を商用系統に連係させる電力貯蔵装置において、
電力貯蔵装置は、双方向インバータと、双方向インバータと商用系統間に配置される第１切替手段と、双方向インバータに接続され充電時は充電回路として働き放電時はチョッパ回路として働く充電回路兼チョッパ回路と、この充電回路兼チョッパ回路に接続された二次電池と、高圧受電盤と第１切替手段間の停電の有無を検出し、第１切替手段を制御する制御手段とを備え、一般負荷は商用系統に直列に接続され、重要負荷は第１切替手段と双方向インバータ間に接続されており、
通常時は、制御手段により第１切替手段をＯＮ制御し、一般負荷と重要負荷に商用系統から電力を供給し、停電時は制御手段により第１切替手段をＯＦＦ制御し、双方向インバータから重要負荷のみに二次電池からの電力を供給することで、単一の双方向インバータにより通常時も停電時も二次電池からの電力を重要負荷に供給するように構成したことを特徴としている。

この構成により、停電時には一般負荷には二次電池からの電力を供給せず、停止することが許されない重要負荷のみに二次電池からの電力を供給するため、二次電池からの放電電力を減少させることができる、すなわち使用する二次電池の容量を小さくすることができ、電力貯蔵システムの小型・低コストの実現という効果を奏する。

また、重要負荷と並列に制御手段により制御される第２切替手段を配置し、第２切替手
段に直列に非常時用負荷が接続され、
通常時は、第２切替手段をＯＦＦ制御することで非常時用負荷には電力供給を行わず、停電時は第２切替手段をＯＮ制御することで停電時にのみ非常時用負荷に電力供給を行うという構成にしてもよい。

この構成により、停電時のみに非常時用の負荷（例えば、照明など）を動作させることができるという効果を奏する。

（実施の形態）
以下、本発明の一実施形態における電力貯蔵システムについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態における電力貯蔵システムのブロック図である。

図１において、高圧受電盤１０１は高圧系統を商用系統に変換する装置であり、電力貯蔵装置１０３は変換された商用系統に連系接続されている。

電力貯蔵装置１０３は、双方向インバータ１０６と、前記双方向インバータ１０６と商用系統間に配置される第１切替手段１０５と、双方向インバータ１０６に接続され充電時は充電回路として働き放電時はチョッパ回路として働く充電回路兼チョッパ回路１０７と、この充電回路兼チョッパ回路１０７に接続された二次電池１０８と、高圧受電盤１０１と第１切替手段間１０５の停電の有無を検出し、第１切替手段１０５を制御する制御手段１０４とを備えている。

一般負荷１０２は商用系統に直列に接続され、重要負荷１０９は第１切替手段１０５と双方向インバータ１０６間に接続されている。また、重要負荷１０９と並列に第２切替手段１１０を配置し、第２切替手段１１０に直列に非常時用負荷１１１が接続されている。

次に、上記構成における電力貯蔵システムの動作について説明する（表１参照）。

図示しないデマンドコントローラにより、電気料金の安い時間帯（例えば、東京電力では、２２：００〜８：００）を検出した場合、条件（Ａ）のように、第１切替手段１０５はＯＮ、第２切替手段１１０はＯＦＦ、充電回路兼チョッパ回路１０７は充電動作に制御手段１０４によって制御される。従って、一般負荷１０２と重要負荷１０９へは商用系統から電力を直接供給し、同時に双方向インバータ１０６、充電回路兼チョッパ回路１０７を通して二次電池１０８の充電を行う。また、第２切替手段１１０はＯＦＦ制御されているため、非常時用負荷１１１への電力供給は行わない。

図示しないデマンドコントローラにより、昼間電力時間帯（例えば、東京電力では、８：００〜２２：００）で電力需要が小さい時を検出した場合、条件（Ｂ）のように、第１
切替手段１０５はＯＮ、第２切替手段１１０はＯＦＦ、充電回路兼チョッパ回路１０７は待機状態に制御手段１０４によって制御される。従って、一般負荷１０２と重要負荷１０９に商用系統から電力を直接供給するが、充電回路兼チョッパ回路１０７は待機状態に制御されているため、二次電池１０８は充電も放電も行われない。また、第２切替手段１１０はＯＦＦ制御されているため、非常時用負荷１１１への電力供給は行わない。

図示しないデマンドコントローラにより、昼間電力時間帯（例えば、東京電力では、８：００〜２２：００）で電力需要が大きい時を検出した場合、条件（Ｃ）のように、第１切替手段１０５はＯＮ、第２切替手段１１０はＯＦＦ、充電回路兼チョッパ回路１０７は制御手段１０４によって放電状態とされる。

従って、一般負荷１０２と重要負荷１０９に商用系統から電力を直接供給すると共に、充電回路兼チョッパ回路１０７は放電状態に制御されているため、二次電池１０８からの直流電力を充電回路兼チョッパ回路１０７、双方向インバータ１０６により交流電力に変換し、変換された交流電力を一般負荷１０２と重要負荷１０９が消費する電力の一部として供給することが可能である。また、第２切替手段１１０はＯＦＦ制御されているため、非常時用負荷１１１への電力供給は行わない。

電力需要が大きい時を検出した場合の二次電池１０８からの放電方法には、図示しないデマンドコントローラを利用したピークシフト方法とピークカット方法がある。このピークシフト方法は、図２に示すように一定時間に一定電力の放電を行うことにより、電力系統からの電力供給を電池からの供給にシフトする方法である。この場合、予め放電する時間帯を設定する必要がある。一般的には、電力需要のピーク時である正午前後の時間に設定し、設定時間になると制御手段１０４は充電回路兼チョッパ回路１０７を放電状態に制御し、二次電池１０８からの直流電力を充電回路兼チョッパ回路１０７、双方向インバータ１０６により交流電力に変換し、変換された交流電力を一般負荷１０２と重要負荷１０９が消費する電力の一部として供給する。

ピークカット方法は、図３に示すように、予め設定した電力量を超えた場合、越えた電力分のみ電池から電力供給する方法である。高圧電力の電気料金は、基本料金と電気量料金などで構成され、基本料金の契約電力はその月を含む前１１ヶ月中の最大需要電力により決定される。図示しないデマンドコントローラに予め設定された設定電力量を超えた場合、制御手段１０４は充電回路兼チョッパ回路１０７を放電状態に制御し、二次電池１０８からの直流電力を充電回路兼チョッパ回路１０７、双方向インバータ１０６により交流電力に変換し、変換された交流電力を一般負荷１０２と重要負荷１０９が消費する電力の一部として供給する。

電力貯蔵装置１０３は、一日の積算放電電力をカウントし、二次電池１０８の能力以上の放電は行わないよう制御する。また、併せて電池電圧の監視も行い、設定値以下に電池電圧が下がった場合、放電を停止するように制御する。こうすることで、二次電池１０８の過放電を防ぐことが可能であり、電池寿命の向上に効果を奏する。

制御手段１０４によって、商用系統の停電を検出した場合、条件（Ｄ）のように、第１切替手段１０５はＯＦＦ、第２切替手段１１０はＯＮ、充電回路兼チョッパ回路１０７は放電状態に制御手段１０４によって制御される。充電回路兼チョッパ回路１０７は放電状態に制御されているため、二次電池１０８からの直流電力は充電回路兼チョッパ回路１０７、双方向インバータ１０６により交流電力に変換されるが、第１切替手段１０５がＯＦＦ制御のため、一般負荷１０２へは電力供給されず、重要負荷１０９のみに二次電池１０８から変換された交流電力が供給される。また、第２切替手段１１０はＯＮに制御されるため、非常時用負荷１１１へも併せて電力供給が行われる。この非常時用負荷１１１とし
て、照明設備を接続すれば、夜間の停電時にも照明が作動し、周囲を明るく照らすため、安全に活動することが可能となる。

本発明の電力貯蔵システムは、停電時に電力供給する負荷を限定することで使用する二次電池の容量を小さくすることができ、システムを小型化・低コスト化することができるという効果を有し、コンビニエンスストア、ファストフード店などの小規模店舗に設置される電力貯蔵システムとして有用である。

本発明の一実施の形態における電力貯蔵システムのブロック図ピークシフト方法を説明する概略図ピークカット方法を説明する概略図従来の電力貯蔵システムのブロック図

符号の説明

１０１高圧受電盤
１０２、１０９，１１１負荷機器
１０３電力貯蔵装置
１０４制御手段
１０５、１１０切替手段
１０６双方向インバータ
１０７充電回路兼チョッパ回路
１０８二次電池

Claims

高圧系統と、前記高圧系統を商用系統に変換する高圧受電盤と、商用系統に連系され、夜間の電気料金が安価な時間帯に二次電池を充電し、昼間の電力需要が大きい時間帯に二次電池からの放電電力を前記商用系統に連係させる電力貯蔵装置において、
前記電力貯蔵装置は、双方向インバータと、前記双方向インバータと商用系統間に配置される第１切替手段と、前記双方向インバータに接続され充電時は充電回路として働き放電時はチョッパ回路として働く充電回路兼チョッパ回路と、この充電回路兼チョッパ回路に接続された二次電池と、前記高圧受電盤と前記第１切替手段間の停電の有無を検出し、前記第１切替手段を制御する制御手段とを備え、
一般負荷は商用系統に直列に接続され、重要負荷は前記第１切替手段と前記双方向インバータ間に接続されており、
通常時は、制御手段により前記第１切替手段をＯＮ制御し、前記一般負荷と前記重要負荷に商用系統から電力を供給し、
停電時は、制御手段により前記第１切替手段をＯＦＦ制御し、前記双方向インバータから前記重要負荷のみに二次電池からの電力を供給することで、単一の双方向インバータにより通常時も停電時も二次電池からの電力を前記重要負荷に供給するように構成したことを特徴とする電力貯蔵システム。
前記重要負荷と並列に制御手段により制御される第２切替手段を配置し、前記第２切替手段に直列に非常時用負荷が接続され、
通常時は、前記第２切替手段をＯＦＦ制御することで非常時用負荷には電力供給を行わず、停電時は前記第２切替手段をＯＮ制御することで停電時にのみ非常時用負荷に電力供給を行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。