JP2008092722A - 電力貯蔵システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電力貯蔵システムの構成を単純にし、小形化するとともに、変換効率を向上させ、既設の交流入力機器にも電力を供給できるフライホイール式電力貯蔵システムを提供する。
【解決手段】系統電源1の電源電圧を検出するセンサ2を有し、マトリクスコンバータ4は、電源電圧の実効値が予め設定した第1の閾値以上の場合には、系統電源1の電力をフライホイール6に回転エネルギーとして貯蔵するようモータ5を制御し、電源電圧の実効値が第1の閾値未満の値に予め設定した第2の閾値以下の場合には、フライホイール6から系統電源1へ電力を回生するようモータ5を制御し、電源電圧の実効値が第1の閾値未満で第2の閾値を越える場合には、フリーランするようにモータ5を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】系統電源1の電源電圧を検出するセンサ2を有し、マトリクスコンバータ4は、電源電圧の実効値が予め設定した第1の閾値以上の場合には、系統電源1の電力をフライホイール6に回転エネルギーとして貯蔵するようモータ5を制御し、電源電圧の実効値が第1の閾値未満の値に予め設定した第2の閾値以下の場合には、フライホイール6から系統電源1へ電力を回生するようモータ5を制御し、電源電圧の実効値が第1の閾値未満で第2の閾値を越える場合には、フリーランするようにモータ5を制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、電力系統から供給される電力をできるだけ経済的に押さえたい装置・設備や、太陽光、風力、水力、ディーゼルエンジン、ガスタービン等の発電によって電力を供給される分散電源システムや、エレベータ等の回生電力を頻繁に発生する電力負荷装置に、安定に電力を供給するフライホイール式の電力貯蔵システムに関する。
従来のフライホイール式の電力貯蔵システムは、特許文献1乃至4で提案されているように、交流を一旦直流へ変換し、直流からフライホイールを駆動する交流へ変換するものが多い。
すなわち、特許文献1で提案されている電力貯蔵システムでは、系統の交流を直流へ変換するコンバータと、直流を交流へ変換し負荷へ供給するインバータと、直流を交流へ変換しフライホイールを駆動するインバータと、フライホイールからの交流電力を直流へ変換するコンバータを持ち、かなり複雑な構成となっている。
また、特許文献2で提案されている電力貯蔵システムでは、交流を双方向コンバータで直流へ変換し、直流を双方向インバータで交流へ変換してフライホールを回転させる誘導機を駆動する。
また、特許文献3で提案されている電力貯蔵システムでは、複数の電力コントローラを用いて電力調整を行っている。
また、特許文献4で提案されている電力貯蔵システムでは、直流バスへ発電装置や電力貯蔵装置が接続される。
特開昭60−066632号公報(第2図)
特開平08−084445号公報(第1図)
特開2000−318939号公報(第2図)
特開2003−339118号公報(第1図)
すなわち、特許文献1で提案されている電力貯蔵システムでは、系統の交流を直流へ変換するコンバータと、直流を交流へ変換し負荷へ供給するインバータと、直流を交流へ変換しフライホイールを駆動するインバータと、フライホイールからの交流電力を直流へ変換するコンバータを持ち、かなり複雑な構成となっている。
また、特許文献2で提案されている電力貯蔵システムでは、交流を双方向コンバータで直流へ変換し、直流を双方向インバータで交流へ変換してフライホールを回転させる誘導機を駆動する。
また、特許文献3で提案されている電力貯蔵システムでは、複数の電力コントローラを用いて電力調整を行っている。
また、特許文献4で提案されている電力貯蔵システムでは、直流バスへ発電装置や電力貯蔵装置が接続される。
しかしながら、従来のフライホイール式の電力貯蔵システムは、交流から一旦直流へ変換し、直流を交流へ変換して負荷へ供給する構成になっていたので、大形のACリアクトルを備えた電力変換装置が2台必要となり、構成が複雑になるとともに形状が大きくなるという問題と、電力の伝送線上に複数の変換器が直列につながるので変換効率が悪くなってしまうという問題があった。
また、直流バスを利用する方法は、直流バスに対応できる機器に限定され、既設の交流入力の機器が使えないという問題があった。
また、直流バスを利用する方法は、直流バスに対応できる機器に限定され、既設の交流入力の機器が使えないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電力貯蔵システムの構成を単純にし、形状を小形化するとともに、電圧変動の抑制と変換効率の向上が図れ、既設の交流入力機器にも電力を供給でき、電力系統から供給される電力を経済的に押さえることができるフライホイール式の電力貯蔵システムを提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、系統電源に並列接続されたマトリクスコンバータと、前記マトリクスコンバータの出力に接続されフライホイールを駆動するモータと、を備え、前記系統電源から負荷系統へ電力を供給する電力貯蔵システムにおいて、前記系統電源の電源電圧を検出するセンサを有し、前記マトリクスコンバータは、前記電源電圧の実効値が予め設定した第1の閾値以上の場合には、前記系統電源の電力を前記フライホイールに回転エネルギーとして貯蔵するよう前記モータを制御し、前記電源電圧の実効値が前記第1の閾値未満の値に予め設定した第2の閾値以下の場合には、前記フライホイールから前記系統電源へ電力を回生するよう前記モータを制御し、前記電源電圧の実効値が前記第1の閾値未満で前記第2の閾値を越える場合には、フリーランするように前記モータを制御することを特徴としている。
請求項1に記載の発明は、系統電源に並列接続されたマトリクスコンバータと、前記マトリクスコンバータの出力に接続されフライホイールを駆動するモータと、を備え、前記系統電源から負荷系統へ電力を供給する電力貯蔵システムにおいて、前記系統電源の電源電圧を検出するセンサを有し、前記マトリクスコンバータは、前記電源電圧の実効値が予め設定した第1の閾値以上の場合には、前記系統電源の電力を前記フライホイールに回転エネルギーとして貯蔵するよう前記モータを制御し、前記電源電圧の実効値が前記第1の閾値未満の値に予め設定した第2の閾値以下の場合には、前記フライホイールから前記系統電源へ電力を回生するよう前記モータを制御し、前記電源電圧の実効値が前記第1の閾値未満で前記第2の閾値を越える場合には、フリーランするように前記モータを制御することを特徴としている。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電力貯蔵システムにおいて、前記マトリクスコンバータは、前記系統電源の電圧変動の時間的な変動率を演算し、前記変動率の絶対値が予め設定された第3の閾値を超えると、前記第3の閾値を超えた時の前記系統電源の電圧値と検出した前記系統電源の現在の電源電圧との差分に基づいて前記マトリクスコンバータの電流指令を生成し電流制御する制御器を備えたことを特徴としている。
また、請求項3に記載の発明は、系統電源に並列接続されたマトリクスコンバータと、前記マトリクスコンバータの出力に接続されフライホイールを駆動するモータと、を備え、前記系統電源から負荷系統へ電力を供給する電力貯蔵システムにおいて、前記系統電源から前記負荷系統への電流を検出するセンサを有し、前記マトリクスコンバータは、前記電流の実効値が予め設定した第4の閾値以下の場合には、前記系統電源の電力を前記フライホイールに回転エネルギーとして貯蔵するよう前記モータを制御し、前記電流の実効値が前記第4の閾値を越える値に予め設定した第5の閾値以上の場合には、前記フライホイールから前記系統電源へ電力を回生するよう前記モータを制御し、前記電流の実効値が前記第4の閾値以上で前記第5の閾値未満の場合には、フリーランするように前記モータを制御することを特徴としている。
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の電力貯蔵システムにおいて、前記マトリクスコンバータは、前記系統電源の電流変動の時間的な変動率を演算し、前記変動率の絶対値が予め設定された第6の閾値を超えると、前記第6の閾値を超えた時の前記系統電源の電流値と検出した前記系統電源の現在の電流との差分に基づいて前記マトリクスコンバータの電流指令を生成し電流制御する制御器を備えたことを特徴としている。
また、請求項5に記載の発明は、請求項2または4に記載の電力貯蔵システムにおいて、前記制御器は、前記電流指令の変動幅を監視し、前記変動幅が予め設定された第7の閾値以下になった場合に、前記電流制御を停止することを特徴としている。
また、請求項6に記載の発明は、フライホイールと、前記フライホイールを駆動するモータと、を備え、系統電源から負荷系統へ電力を供給する電力貯蔵システムにおいて、前記モータは、それぞれ120°位相差のある3つの巻線から成る駆動巻線と発電巻線を有する6相モータであり、前記系統電源と前記駆動巻線の間に設けられ、前記系統電源からの電力を前記フライホイールに回転エネルギーとして貯蔵するよう前記モータを制御する第1のマトリクスコンバータと、前記負荷系統と前記発電巻線の間に設けられ、前記フライホイールの回転エネルギーを電力に変換して前記負荷系統へ供給するよう前記モータを制御する第2のマトリクスコンバータと、を備えたことを特徴としている。
また、請求項7に記載の発明は、フライホイールと、前記フライホイールを駆動するモータと、を備え、系統電源から負荷系統へ電力を供給する電力貯蔵システムにおいて、前記モータは、それぞれ軸が直結された第1、第2のモータから成る結合体であり、前記系統電源と前記第1のモータの巻線との間に設けられ、前記系統電源からの電力を前記フライホイールに回転エネルギーとして貯蔵するよう前記第1のモータを制御する第1のマトリクスコンバータと、前記負荷系統と前記第2のモータの巻線との間に設けられ、前記フライホイールの回転エネルギーを電力に変換して前記負荷系統へ供給するよう前記第2のモータを制御する第2のマトリクスコンバータと、を備えたことを特徴としている。
また、請求項8に記載の発明は、請求項6または7に記載の電力貯蔵システムにおいて、前記系統電源の電源電圧を検出するセンサを有し、前記電源電圧の実効値が予め設定した第1の閾値以上になると、前記系統電源の電力を前記フライホイールへ回転エネルギーとして貯蔵し、前記電源電圧の実効値が前記第1の閾値未満の値に予め設定した第2の閾値以下になると、前記フライホイールから前記系統電源へ電力を回生するように前記第1、第2のマトリクスコンバータを制御することを特徴としている。
また、請求項9に記載の発明は、請求項6または7に記載の電力貯蔵システムにおいて、前記系統電源から前記負荷系統への電流を検出するセンサを有し、前記電流の実効値が予め設定した第4の閾値以下になると、前記系統電源の電力を前記フライホイールへ回転エネルギーとして貯蔵し、前記電流の実効値が前記第4の閾値を越える値に予め設定した第5の閾値以上になると、前記フライホイールから前記系統電源へ電力を回生するように前記第1、第2のマトリクスコンバータを制御することを特徴としている。
また、請求項10に記載の発明は、請求項1、3、6、7のいずれか1項に記載の電力貯蔵システムにおいて、前記系統電源の電気料金の安価な深夜電力を用いて前記フライホイールへの蓄電を行うように充電時間を制限する充電可能時間制御装置を備えたことを特徴としている。
請求項1に記載の発明によると、マトリクスコンバータは、駆動モータの電流制御を行うよう構成され、マトリクスコンバータの電流指令の力行および回生を切替えることで、電力の力行・回生を制御することができるため、電力貯蔵システムの構成を単純にし、形状を小形化するとともに、変換効率を向上させ、既設の交流入力機器にも電力を供給できる。さらに、第1の閾値および第2の閾値を3相交流電源の電圧指令として用い、測定した3相交流電圧との差分をPI制御へ入力し電流指令を生成すれば、電力貯蔵システムを3相交流電源の変動範囲を第1の閾値から第2の閾値の間に安定化させる安定化装置としても機能させることができる。
また、請求項2に記載の発明によると、3相交流電源の配線インピーダンスが大きく負荷が急変するような場合の電圧変動を抑制することができる。
また、請求項3に記載の発明によると、負荷電力が少ない場合や負荷からの回生時に、電力をフライホイールへ貯蔵し、負荷電力が多い場合には、電力をフライホイールから回生することで、3相交流電源から供給される電力の変動を安定化することができる。
また、請求項4に記載の発明によると、3相交流電源の電流変動を抑制することができる。
また、請求項5に記載の発明によると、3相交流電源の配線インピーダンスが大きく負荷が急変するような場合の電圧変動を抑制することができ、電流指令値の変動幅を監視し、変動幅が閾値以下になった場合に電圧変動抑制動作を停止することで、抑制動作が必要なくなった時点を自動的に検出し動作を停止することができる。
また、請求項6に記載の発明によると、1つのモータを用いて、フライホイールの駆動および発電が可能となり、3相交流電源と負荷との絶縁も可能となり、小形のシステムとすることができる。
また、請求項7に記載の発明によると、3相交流電源と負荷との絶縁も可能となり、小形のシステムとすることができる。
また、請求項8に記載の発明によると、系統電源の電圧により、電力の力行・回生を制御することができるため、電力貯蔵システムの構成を単純にし、形状を小形化するとともに、変換効率を向上させ、既設の交流入力機器にも電力を供給できる。
また、請求項9に記載の発明によると、系統電源の電流により、電力の力行・回生を制御することができるため、電力貯蔵システムの構成を単純にし、形状を小形化するとともに、変換効率を向上させ、既設の交流入力機器にも電力を供給できる。
また、請求項10に記載の発明によると、充電を安価な深夜電力で行うことによってランニングコストを低減でき電力系統から供給される電力を経済的に押さえることができる。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施例を示す電力貯蔵システムの構成図である。
図1において、1は系統電源である3相の交流電源、2はセンサであり3相交流電源の電圧または電流センサ、3は負荷または負荷系統、4はマトリクスコンバータなどの直接形電力変換回路、5はフライホイールの駆動モータ、6はフライホイールである。
また図2は、第1実施例の電力貯蔵システムにおいて系統電源電圧による制御を行う場合の閾値の関係を示す説明図である。
以下、図1、2を用いて本実施例の電力貯蔵システムの構成および動作を説明する。
先ず、図1に示すセンサ2として電圧センサを用いた場合を説明する。センサ2が電圧センサの場合は、単純に3相の相電圧を測定する。電力貯蔵システムは予め設定した閾値Aと閾値Bを有しており、その値の大きさの関係は閾値A>閾値Bである。3相の相電圧の実効値が図2に示すように、閾値A以上の場合は、3相交流電源1からフライホイール6へ電力を貯蔵するよう、マトリクスコンバータ4にてフライホイール6の駆動モータ5を力行駆動させる。
また、3相の相電圧の実効値が閾値B以下の場合は、フライホイール6から3相交流電源1へ電力を回生するよう、マトリクスコンバータ4にてフライホイール6の駆動モータ5を回生駆動させる。
また、3相の相電圧の実効値が閾値Aと閾値Bの間である場合は、マトリクスコンバータ4による駆動モータ5の力行および回生動作を停止しフリーラン状態とする。
マトリクスコンバータ4は、駆動モータ5の電流制御を行うよう構成され、マトリクスコンバータ4の電流指令の力行および回生を上記のように切替えることで、電力の力行・回生を制御する。
また、閾値Aおよび閾値Bを3相交流電源1の電圧指令として用い、測定した3相交流電圧との差分をPI制御へ入力し電流指令を生成すれば、本実施例の電力貯蔵システムは、3相交流電源1の変動範囲を閾値Aから閾値Bの間に安定化させる安定化装置としても機能させることができる。
図1において、1は系統電源である3相の交流電源、2はセンサであり3相交流電源の電圧または電流センサ、3は負荷または負荷系統、4はマトリクスコンバータなどの直接形電力変換回路、5はフライホイールの駆動モータ、6はフライホイールである。
また図2は、第1実施例の電力貯蔵システムにおいて系統電源電圧による制御を行う場合の閾値の関係を示す説明図である。
以下、図1、2を用いて本実施例の電力貯蔵システムの構成および動作を説明する。
先ず、図1に示すセンサ2として電圧センサを用いた場合を説明する。センサ2が電圧センサの場合は、単純に3相の相電圧を測定する。電力貯蔵システムは予め設定した閾値Aと閾値Bを有しており、その値の大きさの関係は閾値A>閾値Bである。3相の相電圧の実効値が図2に示すように、閾値A以上の場合は、3相交流電源1からフライホイール6へ電力を貯蔵するよう、マトリクスコンバータ4にてフライホイール6の駆動モータ5を力行駆動させる。
また、3相の相電圧の実効値が閾値B以下の場合は、フライホイール6から3相交流電源1へ電力を回生するよう、マトリクスコンバータ4にてフライホイール6の駆動モータ5を回生駆動させる。
また、3相の相電圧の実効値が閾値Aと閾値Bの間である場合は、マトリクスコンバータ4による駆動モータ5の力行および回生動作を停止しフリーラン状態とする。
マトリクスコンバータ4は、駆動モータ5の電流制御を行うよう構成され、マトリクスコンバータ4の電流指令の力行および回生を上記のように切替えることで、電力の力行・回生を制御する。
また、閾値Aおよび閾値Bを3相交流電源1の電圧指令として用い、測定した3相交流電圧との差分をPI制御へ入力し電流指令を生成すれば、本実施例の電力貯蔵システムは、3相交流電源1の変動範囲を閾値Aから閾値Bの間に安定化させる安定化装置としても機能させることができる。
次に、図1に示すセンサ2として電流センサを用いた場合を説明する。
図3は、本発明の第1実施例の電力貯蔵システムにおける電流センサの配置図である。また図4は、本発明の第1実施例の電力貯蔵システムにおいて系統電源の電流による制御を行う場合の閾値の関係を示す説明図である。
電流センサ2は図3に示すように配置され、3相交流電源1への電流の出入りを監視する。そして、図4のように電力貯蔵システムは予め設定した閾値Cと閾値Dを有しており、その値の大きさの関係は閾値D>閾値Cである。電流センサによって測定した3相交流電源1の電流の実効値が閾値C以下の場合には、3相交流電源1からフライホイール6へ電力を貯蔵するよう、マトリクスコンバータ4にてフライホイール駆動モータ5を力行駆動させる。
また、閾値D以上の場合は、フライホイール6から3相交流電源1へ電力を回生するよう、マトリクスコンバータ4にてフライホイール駆動モータ5を回生駆動させる。これによって、負荷電力が少ない場合や負荷からの回生時に、電力をフライホイール6へ貯蔵し、負荷電力が多い場合には、電力をフライホイール6から回生することで、3相交流電源1から供給される電力の変動を安定化することができる。
また、電流の実効値が閾値Cと閾値Dの間である場合は、マトリクスコンバータ4による駆動モータ5の力行および回生動作を停止しフリーラン状態とする。
図4では、3相交流電源1から電流が負荷側へ流れ込む方向を正として図示した場合であり、閾値C、Dは共に正であるが、電流極性の基準の取り方によって、閾値の値と極性は変わるものである。
図3は、本発明の第1実施例の電力貯蔵システムにおける電流センサの配置図である。また図4は、本発明の第1実施例の電力貯蔵システムにおいて系統電源の電流による制御を行う場合の閾値の関係を示す説明図である。
電流センサ2は図3に示すように配置され、3相交流電源1への電流の出入りを監視する。そして、図4のように電力貯蔵システムは予め設定した閾値Cと閾値Dを有しており、その値の大きさの関係は閾値D>閾値Cである。電流センサによって測定した3相交流電源1の電流の実効値が閾値C以下の場合には、3相交流電源1からフライホイール6へ電力を貯蔵するよう、マトリクスコンバータ4にてフライホイール駆動モータ5を力行駆動させる。
また、閾値D以上の場合は、フライホイール6から3相交流電源1へ電力を回生するよう、マトリクスコンバータ4にてフライホイール駆動モータ5を回生駆動させる。これによって、負荷電力が少ない場合や負荷からの回生時に、電力をフライホイール6へ貯蔵し、負荷電力が多い場合には、電力をフライホイール6から回生することで、3相交流電源1から供給される電力の変動を安定化することができる。
また、電流の実効値が閾値Cと閾値Dの間である場合は、マトリクスコンバータ4による駆動モータ5の力行および回生動作を停止しフリーラン状態とする。
図4では、3相交流電源1から電流が負荷側へ流れ込む方向を正として図示した場合であり、閾値C、Dは共に正であるが、電流極性の基準の取り方によって、閾値の値と極性は変わるものである。
図5は、本発明の第2実施例を示す電力貯蔵システムの構成図である。
図5において、7は制御器である。尚、図1と同じ説明符号のものは図1と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
以下、図5を用いて第2の実施例を説明する。先ず、センサ2が電圧センサの場合を説明する。
センサ2として電圧センサを用いた場合は、図5のように専用の制御器7を用いて、電圧変動(dV)の時間(dt)的な変動率(dV/dt)を演算し、変動率の絶対値|dV/dt|が、予め設定した閾値Eを超えると、閾値Eを超えた時の電圧値(Vdet)を電圧指令として用い、測定した3相交流電圧との差分をPI制御へ入力し電流指令を生成し、マトリクスコンバータ4を電流制御する。このようにすることで、3相交流電源1の配線インピーダンスが大きく負荷急変などで大幅に電圧変動が発生するような場合でも電圧変動を抑制することができる。
また、電流指令値の変動幅(dip)を監視し、dipが予め設定した閾値F以下になった場合に電圧変動抑制動作を停止することで、抑制動作が必要なくなった時点を自動的に検出し動作を停止することができる。
尚、専用の制御器7の代わりにマトリクスコンバータ4の内部にあるマクロプロセッサを用いても良い。
図5において、7は制御器である。尚、図1と同じ説明符号のものは図1と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
以下、図5を用いて第2の実施例を説明する。先ず、センサ2が電圧センサの場合を説明する。
センサ2として電圧センサを用いた場合は、図5のように専用の制御器7を用いて、電圧変動(dV)の時間(dt)的な変動率(dV/dt)を演算し、変動率の絶対値|dV/dt|が、予め設定した閾値Eを超えると、閾値Eを超えた時の電圧値(Vdet)を電圧指令として用い、測定した3相交流電圧との差分をPI制御へ入力し電流指令を生成し、マトリクスコンバータ4を電流制御する。このようにすることで、3相交流電源1の配線インピーダンスが大きく負荷急変などで大幅に電圧変動が発生するような場合でも電圧変動を抑制することができる。
また、電流指令値の変動幅(dip)を監視し、dipが予め設定した閾値F以下になった場合に電圧変動抑制動作を停止することで、抑制動作が必要なくなった時点を自動的に検出し動作を停止することができる。
尚、専用の制御器7の代わりにマトリクスコンバータ4の内部にあるマクロプロセッサを用いても良い。
次に、センサ2として電流センサを用いた場合を説明する。
専用の制御器7を用いて、電流変動(di)の時間(dt)的な変動率(di/dt)を演算し、変動率の絶対値|di/dt|が、予め設定した閾値Gを超えると、閾値Gを超えた時の電流値(idet)を電流指令として用い、測定した3相交流電流との差分をPI制御へ入力しマトリクスコンバータ4の電流指令を生成し、マトリクスコンバータ4を電流制御する。このようにすることで、3相交流電源の電流変動を抑制することができる。
また、マトリクスコンバータ4の電流指令値の変動幅(dip)を監視し、dipが予め設定した閾値F以下になった場合に電流変動抑制動作を停止することで、抑制動作が必要なくなった時点を自動的に検出し動作を停止することができる。
尚、専用の制御器7の代わりにマトリクスコンバータ4の内部にあるマクロプロセッサを用いても良い。
専用の制御器7を用いて、電流変動(di)の時間(dt)的な変動率(di/dt)を演算し、変動率の絶対値|di/dt|が、予め設定した閾値Gを超えると、閾値Gを超えた時の電流値(idet)を電流指令として用い、測定した3相交流電流との差分をPI制御へ入力しマトリクスコンバータ4の電流指令を生成し、マトリクスコンバータ4を電流制御する。このようにすることで、3相交流電源の電流変動を抑制することができる。
また、マトリクスコンバータ4の電流指令値の変動幅(dip)を監視し、dipが予め設定した閾値F以下になった場合に電流変動抑制動作を停止することで、抑制動作が必要なくなった時点を自動的に検出し動作を停止することができる。
尚、専用の制御器7の代わりにマトリクスコンバータ4の内部にあるマクロプロセッサを用いても良い。
図6は、本発明の第3実施例を示す電力貯蔵システムの構成図である。
図6において、1は3相の交流電源、3は負荷、4aおよび4bはマトリクスコンバータなどの直接形電力変換回路、5はフライホイールの駆動モータ、5aはフライホイールの駆動モータ5の駆動巻線、5bはフライホイールの駆動モータ5の発電巻線、6はフライホイールである。
以下、図6を用いて本実施例の電力貯蔵システムの構成について詳細に説明する。
マトリクスコンバータ4aによって3相交流電源1の電流をコントロールし、マトリクスコンバータ4bによって負荷3の電流をコントロールする。図7では、フライホイール6の駆動モータ5として6相のモータを使い、6相ある巻線のうち120°位相差のある3つの巻線をマトリクスコンバータ4aへ接続し、他の120°位相差のある3つの巻線をマトリクスコンバータ4bへ接続する。
このようにすることで、1つのモータを用いて、フライホイール6の駆動および発電が可能となり、また3相交流電源1と負荷3との絶縁も可能となり、小形のシステムとすることができる。
尚、駆動モータ5として3相モータ二台を結合し一台としたものを利用してもよい。
図6に示す構成とすることで、3相交流電源1の電圧・電流はマトリクスコンバータ4aによって計測でき、負荷3の電圧・電流はマトリクスコンバータ4bによって計測でき、それらの電圧・電流と駆動モータ5の各巻線の電圧・電流はそれぞれのマトリクスコンバータ4a、4bが駆動モータ5のリアクトル成分を使って制御できるので、制御の自由度が第1実施例および第2実施例よりも向上する。また、3相交流電源1の電力および負荷電力の調整は、フライホイール6の回転数によって制御できる。従って、閾値を設け第1実施例および第2実施例と同様に本実施例においても、3相交流電源1の電圧および電力の安定化が可能となる。このように、3相交流電源1と負荷3との絶縁をモータ巻線5a、5bを使って行うことで、従来絶縁システムに必要であった大形の交流トランスが不要となり、装置の小形化ができる。
図6において、1は3相の交流電源、3は負荷、4aおよび4bはマトリクスコンバータなどの直接形電力変換回路、5はフライホイールの駆動モータ、5aはフライホイールの駆動モータ5の駆動巻線、5bはフライホイールの駆動モータ5の発電巻線、6はフライホイールである。
以下、図6を用いて本実施例の電力貯蔵システムの構成について詳細に説明する。
マトリクスコンバータ4aによって3相交流電源1の電流をコントロールし、マトリクスコンバータ4bによって負荷3の電流をコントロールする。図7では、フライホイール6の駆動モータ5として6相のモータを使い、6相ある巻線のうち120°位相差のある3つの巻線をマトリクスコンバータ4aへ接続し、他の120°位相差のある3つの巻線をマトリクスコンバータ4bへ接続する。
このようにすることで、1つのモータを用いて、フライホイール6の駆動および発電が可能となり、また3相交流電源1と負荷3との絶縁も可能となり、小形のシステムとすることができる。
尚、駆動モータ5として3相モータ二台を結合し一台としたものを利用してもよい。
図6に示す構成とすることで、3相交流電源1の電圧・電流はマトリクスコンバータ4aによって計測でき、負荷3の電圧・電流はマトリクスコンバータ4bによって計測でき、それらの電圧・電流と駆動モータ5の各巻線の電圧・電流はそれぞれのマトリクスコンバータ4a、4bが駆動モータ5のリアクトル成分を使って制御できるので、制御の自由度が第1実施例および第2実施例よりも向上する。また、3相交流電源1の電力および負荷電力の調整は、フライホイール6の回転数によって制御できる。従って、閾値を設け第1実施例および第2実施例と同様に本実施例においても、3相交流電源1の電圧および電力の安定化が可能となる。このように、3相交流電源1と負荷3との絶縁をモータ巻線5a、5bを使って行うことで、従来絶縁システムに必要であった大形の交流トランスが不要となり、装置の小形化ができる。
以上述べたように、本実施例に係わるフライホイール式の蓄電貯蔵システムは、マトリクスコンバータ4を利用し、電圧・電流調整をモータの力行と回生運転によって制御するようにしているので、システムの完全AC化と変換効率の向上を実現し、従来のフライホイール式電力貯蔵システムに必要であった大形のACリアクトルが不要となりシステムの小形化が可能となる。また、マトリクスコンバータ2台とモータ巻線を利用した絶縁形システムによって、系統の電力変動を抑制することができるパワーコンディショナまたは電力平準化システムを実現できる。さらに、電力貯蔵を行う充電時間を制限する充電可能時間制御装置(図示せず)を備えることにより、系統電気料金の安価な深夜電力によってフライホイール6への蓄電を行うこともでき、システムの経費を削減することができる。
本発明は電力の貯蔵と絶縁を小形の装置で可能としているので、系統負荷電力変動を吸収、すなわち平準化し系統電源の絶縁を行う分散形の電力平準化・絶縁システムや、無停電電源装置という用途にも適用できる。
1 系統電源である3相交流電源
2 センサ(電圧または電流センサ)
3 負荷または負荷系統
4 直接形交流電力変換装置(マトリクスコンバータ)
5 フライホイールの駆動モータ
6 フライホイール
7 制御器
2 センサ(電圧または電流センサ)
3 負荷または負荷系統
4 直接形交流電力変換装置(マトリクスコンバータ)
5 フライホイールの駆動モータ
6 フライホイール
7 制御器
Claims (10)
- 系統電源(1)に並列接続されたマトリクスコンバータ(4)と、
前記マトリクスコンバータ(4)の出力に接続されフライホイール(6)を駆動するモータ(5)と、
を備え、前記系統電源(1)から負荷系統(3)へ電力を供給する電力貯蔵システムにおいて、
前記系統電源(1)の電源電圧を検出するセンサ(2)を有し、
前記マトリクスコンバータ(4)は、
前記電源電圧の実効値が予め設定した第1の閾値(A)以上の場合には、前記系統電源(1)の電力を前記フライホイール(6)に回転エネルギーとして貯蔵するよう前記モータ(5)を制御し、
前記電源電圧の実効値が前記第1の閾値(A)未満の値に予め設定した第2の閾値(B)以下の場合には、前記フライホイール(6)から前記系統電源(1)へ電力を回生するよう前記モータ(5)を制御し、
前記電源電圧の実効値が前記第1の閾値(A)未満で前記第2の閾値(B)を越える場合には、フリーランするように前記モータ(5)を制御することを特徴とする電力貯蔵システム。 - 前記マトリクスコンバータ(4)は、
前記系統電源(1)の電圧変動の時間的な変動率を演算し、前記変動率の絶対値が予め設定された第3の閾値(E)を超えると、前記第3の閾値(E)を超えた時の前記系統電源(1)の電圧値と検出した前記系統電源(1)の現在の電源電圧との差分に基づいて前記マトリクスコンバータ(4)の電流指令を生成し電流制御する制御器(7)を備え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。 - 系統電源(1)に並列接続されたマトリクスコンバータ(4)と、
前記マトリクスコンバータ(4)の出力に接続されフライホイール(6)を駆動するモータ(5)と、
を備え、前記系統電源(1)から負荷系統(3)へ電力を供給する電力貯蔵システムにおいて、
前記系統電源(1)から前記負荷系統(3)への電流を検出するセンサ(2)を有し、
前記マトリクスコンバータ(4)は、
前記電流の実効値が予め設定した第4の閾値(C)以下の場合には、前記系統電源(1)の電力を前記フライホイール(6)に回転エネルギーとして貯蔵するよう前記モータ(5)を制御し、
前記電流の実効値が前記第4の閾値(C)を越える値に予め設定した第5の閾値(D)以上の場合には、前記フライホイール(6)から前記系統電源(1)へ電力を回生するよう前記モータ(5)を制御し、
前記電流の実効値が前記第4の閾値(C)以上で前記第5の閾値(D)未満の場合には、フリーランするように前記モータ(5)を制御することを特徴とする電力貯蔵システム。 - 前記マトリクスコンバータ(4)は、
前記系統電源(1)の電流変動の時間的な変動率を演算し、前記変動率の絶対値が予め設定された第6の閾値(G)を超えると、前記第6の閾値(G)を超えた時の前記系統電源(1)の電流値と検出した前記系統電源(1)の現在の電流との差分に基づいて前記マトリクスコンバータ(4)の電流指令を生成し電流制御する制御器(7)を備えたことを特徴とする請求項3に記載の電力貯蔵システム。 - 前記制御器(7)は、前記電流指令の変動幅を監視し、前記変動幅が予め設定された第7の閾値(F)以下になった場合に、前記電流制御を停止することを特徴とする請求項2または4に記載の電力貯蔵システム。
- フライホイール(6)と、
前記フライホイール(6)を駆動するモータ(5)と、
を備え、系統電源(1)から負荷系統(3)へ電力を供給する電力貯蔵システムにおいて、
前記モータ(5)は、
それぞれ120°位相差のある3つの巻線から成る駆動巻線(5a)と発電巻線(5b)を有する6相モータであり、
前記系統電源(1)と前記駆動巻線(5a)の間に設けられ、前記系統電源(1)からの電力を前記フライホイール(6)に回転エネルギーとして貯蔵するよう前記モータ(5)を制御する第1のマトリクスコンバータ(4a)と、
前記負荷系統(3)と前記発電巻線(5b)の間に設けられ、前記フライホイール(6)の回転エネルギーを電力に変換して前記負荷系統(3)へ供給するよう前記モータ(5)を制御する第2のマトリクスコンバータ(4b)と、を備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。 - フライホイール(6)と、
前記フライホイール(6)を駆動するモータ(5)と、
を備え、系統電源(1)から負荷系統(3)へ電力を供給する電力貯蔵システムにおいて、
前記モータ(5)は、それぞれ軸が直結された第1、第2のモータから成る結合体であり、
前記系統電源(1)と前記第1のモータの巻線との間に設けられ、前記系統電源(1)からの電力を前記フライホイール(6)に回転エネルギーとして貯蔵するよう前記第1のモータを制御する第1のマトリクスコンバータ(4a)と、
前記負荷系統(3)と前記第2のモータの巻線との間に設けられ、前記フライホイール(6)の回転エネルギーを電力に変換して前記負荷系統(3)へ供給するよう前記第2のモータを制御する第2のマトリクスコンバータ(4b)と、を備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。 - 前記系統電源(1)の電源電圧を検出するセンサ(2)を有し、
前記電源電圧の実効値が予め設定した第1の閾値(A)以上になると、前記系統電源(1)の電力を前記フライホイール(6)へ回転エネルギーとして貯蔵し、
前記電源電圧の実効値が前記第1の閾値(A)未満の値に予め設定した第2の閾値(B)以下になると、前記フライホイール(6)から前記系統電源(1)へ電力を回生するように前記第1、第2のマトリクスコンバータ(4a、4b)を制御することを特徴とする請求項6または7に記載の電力貯蔵システム。 - 前記系統電源(1)から前記負荷系統(3)への電流を検出するセンサ(2)を有し、
前記電流の実効値が予め設定した第4の閾値(C)以下になると、前記系統電源(1)の電力を前記フライホイール(6)へ回転エネルギーとして貯蔵し、
前記電流の実効値が前記第4の閾値(C)を越える値に予め設定した第5の閾値(D)以上になると、前記フライホイール(6)から前記系統電源(1)へ電力を回生するように前記第1、第2のマトリクスコンバータ(4a、4b)を制御することを特徴とする請求項6または7に記載の電力貯蔵システム。 - 前記系統電源(1)の電気料金の安価な深夜電力を用いて前記フライホイール(6)への蓄電を行うように充電時間を制限する充電可能時間制御装置を備えたことを特徴とする請求項1、3、6、7のいずれか1項に記載の電力貯蔵システム。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006272605A JP2008092722A (ja) | 2006-10-04 | 2006-10-04 | 電力貯蔵システム |
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JP2006272605A Pending JP2008092722A (ja) | 2006-10-04 | 2006-10-04 | 電力貯蔵システム |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011012644A (ja) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Nagaoka Univ Of Technology | 熱機関サイクル装置 |
JP2011012645A (ja) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Nagaoka Univ Of Technology | 熱機関サイクル多連結システム |
JP2012114994A (ja) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Sanken Electric Co Ltd | 蓄電装置 |
JP2014107987A (ja) * | 2012-11-28 | 2014-06-09 | Ihi Aerospace Co Ltd | 電力変換装置 |
JP2018029479A (ja) * | 2013-03-13 | 2018-02-22 | トランスオーシャン セドコ フォレックス ベンチャーズ リミテッド | 電力システム耐障害性のためのブレーカ設計 |
JP7001303B1 (ja) * | 2021-09-07 | 2022-01-19 | 株式会社シグマエナジー | 充放電システム |
-
2006
- 2006-10-04 JP JP2006272605A patent/JP2008092722A/ja active Pending
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