JP3708498B2 - 交流電源供給システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は負荷に交流電源を供給する交流電源供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無停電の電力供給を要求する通信用、コンピュータ用等の負荷に対しては、図５に示すような商用電源が停電した場合にも負荷に安定に電力供給を行う交流電源装置が備えられている。
図５において、交流電源装置６０は、商用電源５０の交流出力を安定した所定のレベルの交流電力に変換し、負荷７０に出力する。交流電源装置６０は、商用電源５０の交流出力を直流電力に変換するコンバータ６００と、蓄電池６０２と、コンバータ６００の直流電力または蓄電池６０２の蓄電池出力を安定した交流電力に変換し、負荷７０に出力するインバータ６０４と、コンバータ６００をスケジュール運転するためのタイマ６０６とを有している。
【０００３】
交流電源装置６０は、商用電源５０が正常動作時にはコンバータが商用電源５の交流出力を安定な直流電力に変換すると共にインバータ６０４を介して負荷７０へ電力供給を行う。また、商用電源５０の交流出力を安定な直流電力に変換して蓄電池６０２を充電する。さらに、商用電源５０停電時には、インバータ６０４は蓄電池６０２出力を安定な電力に変換して負荷７０に供給する。
一方、電力需要の多い昼間の時間帯の所定期間においてコンバータ６００の動作をタイマ６０６により設定された時間だけ停止させ、この時間帯で蓄電池６０２の出力をインバータ６０４で変換した交流出力を負荷７０に供給するように制御される。
【０００４】
上述した従来の交流電源供給システムの運転特性を図６に示す。同図において、曲線Ｑ’は需要家の電力需要特性である。タイマ６０６に設定された電力需要の多い昼間の特定の時間帯ｔ11≦ｔ≦ｔ12においてはコンバータ６００の動作は停止され、蓄電池６０２の放電により供給される直流電力をインバータ６０４により交流電力に変換し、負荷７０に供給する。タイマ６０６によりｔ10≦ｔ≦ｔ12の時間帯において蓄電池６０２の放電により得られる交流電力を負荷７０に供給するようにすれば、使用電力量Ｐがデマンド制御装置に予め設定された目標値（デマンド値）Ｐdを超えることはないが、タイマ６００に設定される時間帯が負荷の電力需要特性におけるデマンド値Ｐdを超える時間帯とがずれた場合には図６に示すように、ｔ10≦ｔ＜ｔ11の時間帯において使用電力量Ｐがデマンド値Ｐdを超えてしまい、ひいては契約電力を超えることとなる。ここにデマンド値とは、需要家全体の電力量について設定される値である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上述した従来の交流電源供給システムでは、所定の時間帯に蓄電池６０２の放電により負荷７０に電力供給を行うには、タイマ６０６によるスケジュール運転を行うことしかできなかった。すなわち、図７に示すように、需要家の電力需要特性Ｑaに対してタイマ６０６により設定された時間帯ｔn≦ｔ≦ｔ(ｎ＋１)において、コンバータ６００の動作を停止させ、かつ蓄電池６０２を放電させて蓄電池出力により負荷７０に電力供給するようにタイマ６０６によりスケジュール運転をしていた。
【０００６】
したがって、図８に示すように需要家の電力需要Ｑｂが急激に増大するような時間帯（ｔm≦ｔ≦ｔ(m＋1)，ｔ(m＋2)≦ｔ≦ｔ(m＋3)）が有り、これらの時間帯がタイマ制御による蓄電池６０２の放電を行う際に、タイマ６０６の設定時間帯に含まれない場合には使用電力量Ｐはデマンド値Ｐd（デマンド値Ｐdは契約電力Ｐxより低く設定される。）を超え、ひいては契約電力Ｐxをも超えることとなり、電力使用料が高くなり、不経済であるという問題が有った。
【０００７】
また、蓄電池６０２の残容量が少ない場合には、例え、需要家の電力需要Ｑｂが急激に増大するような時間帯がタイマ６０６の設定時間帯に含まれていても、蓄電池６０２の放電により負荷への電力供給を行うことはできない、という問題が有った。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、負荷への電力供給量（電力使用量）がデマンド値を超えることがなく、かつ経済的な交流電力供給システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、図９に示すように、昼間の時間帯（ｔi≦ｔ≦ｔ(i＋2)）では需要家の電力需要Ｑｃがデマンド値Ｐdを超える場合には、制御手段（デマンド制御装置）の制御下に蓄電池を放電させて負荷に電力供給を行うことにより使用電力量がデマンド値を超えないように制御するものである。また、昼間の時間帯の終了時刻に近い時間帯（ｔ(i＋1)）≦ｔ≦ｔ(ｉ＋2)）では蓄電池の残容量を使い切ることにより使用電力量の低減を図る。
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、負荷に交流電源を供給する交流電源供給システムであって、商用交流電力を供給する商用電源と、蓄電池と、前記商用電源出力を直流電力に変換するコンバータと、該コンバータ出力及び前記蓄電池出力を安定な交流電力に変換するインバータと、前記蓄電池の充放電を制御するタイマとを有し、負荷に交流電力を供給する交流電源装置と、前記商用電源の交流出力電力を計測する電力計測手段と、前記電力計測手段の出力を取り込み、前記商用電源の交流出力電力が所定の目標値を超える時間帯では前記コンバータの動作を停止させ、前記蓄電池出力を入力とする前記インバータから出力される交流電力を前記負荷に供給するように制御する第１の制御手段と、電力需要の高い昼間の時間帯において前記蓄電池出力による前記負荷への電力供給を前記第１の制御手段による制御と、タイマによる制御とにより行う電力供給において前記負荷より優先度の低いデマンド制御用負荷への電力供給状態に基づいて切り替えるように制御する第２の制御手段とを有し、前記第１の制御手段は、前記負荷とは異なる該負荷より電力供給において優先度の低い複数のデマンド制御用負荷への商用電源からの電力供給を、前記商用電源から出力される交流電力が前記目標値を超えないように制限するデマンド制御装置であり、前記商用電源の交流出力電力が前記目標値を超える時点で出力される制御信号に基づいて前記インバータへの入力を前記コンバータ出力から前記蓄電池出力に切り替えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の交流電源供給システムにおいて、前記第２の制御手段は、夜間の時間帯において前記蓄電池を充電するようにタイマによる制御に切り替えるように制御することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の交流電源供給システムにおいて、前記第２の制御手段は、前記蓄電池の残容量及び前記デマンド負荷への電力供給状態に基づいて前記目標値を変更することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムの構成を図１に示す。同図において、本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムは、商用交流電力を供給する商用電源１０と、負荷に交流電力を供給する交流電源装置１２と、商用電源１０の交流出力電力を計測する電力計測手段としての電力検出器１４と、電力検出器１４の出力を取り込み、商用電源１０の交流出力電力が所定の目標値（デマンド値）を超える時間帯では交流電源装置１２内のコンバータの動作を停止させ、蓄電池１２２の出力を入力とする交流電源装置１２内のインバータから出力される交流電力を負荷２２に供給するように制御する制御手段としてのデマンド制御装置１６とを有している。
【００１５】
また、交流電源装置１２は、前記商用電源出力を直流電力に変換するコンバータ１２０と、蓄電池１２２と、コンバータ１２０出力及び蓄電池１２２出力を安定な交流電力に変換するインバータ１２４と、蓄電池１２２を充電する充電器１２６と、ダイオード１２８とを有している。
【００１６】
さらに、商用電源１０の商用交流電力は負荷２２より電力供給において優先度の低いデマンド制御用負荷１８−１、１８−２、…、１８−ｎに対してスイッチ群２０を介して供給されるようになっている。このデマンド制御用負荷１８−１、１８−２、…、１８−ｎの使用電力量は、例えば、デマンド制御用負荷１８−１がこれらの負荷のうち最も使用電力量が高く、１８−２、…、１８−ｎの順に使用電力量が低いものとする。また、本実施形態に係る交流電源供給システムでは、交流電源装置１２自体を負荷とみなし、負荷を商用電源１０から切り離す際に、切り離す順位は最下位とする。
【００１７】
デマンド制御装置１６は、上述した制御、すなわち、蓄電池１２２の放電制御機能に加えて、電力検出器１４の出力を取り込み、商用電源１０の交流電力出力がデマンド値を超える時点でデマンド制御用負荷のうち使用電力量の高い負荷をスイッチ群２０を制御することにより電力供給系統から切り離し、商用電源１０の交流電力出力がデマンド値を超えないように制御する機能をも有している。
【００１８】
上記構成からなる本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムの動作を、図２を参照して説明する。図２は負荷２２の電力需要特性と、本実施形態に係る交流電源供給システムの運転状態との関係を示している。図２において、曲線Ｑは負荷２０の電力需要特性を示している。
交流電源装置１２が運転され、負荷２２に交流電力が供給されると、電力検出器１４により商用電源１０より供給される交流電力量が計測され、その計測値はデマンド制御装置１６に入力される。
【００１９】
商用電源１０の電力需要がデマンド値Ｐdを超えない状態下ではコンバータ１２０の出力をインバータ１２４により交流電力に変換され、負荷２２に供給される。
一方、商用電源１０の電力需要が増大し、デマンド値Ｐdを超える時点ｔ1では、デマンド制御用負荷がすべて商用電源１０から電力供給を受けている状態である場合にデマンド制御装置１６により最も使用電力量の高いデマンド制御用負荷１８−１、１８−２、…の順にスイッチ２０−１、２０−２、…をオフ状態にすることにより、デマンド値以下になるように商用電源１０の出力側に接続される負荷を調整すると共に、スイッチ２０−ｎをオフ状態にした後に出力される制御信号によりコンバータ１２０の動作を停止させる。
【００２０】
この結果、蓄電池１２２が放電状態となり、蓄電池１２２の出力がインバータ１２４により交流電力に変換され、負荷２２に供給される。この状態は、時刻ｔ2まで継続する。すなわち、商用電源１０の電力需要が減少し、交流電源装置１２にデマンド制御装置１６より出力される制御信号がオフ状態、すなわち交流電源装置１２を商用電源１０の出力側に接続して電力供給しても使用電力量Ｐがデマンド値Ｐdを超えないレベルに達した時点ｔ2でデマンド制御装置１６によりコンバータ１２０は起動される。
【００２１】
この結果、蓄電池１２２の放電状態は停止され、以降はコンバータ１２４の出力をインバータ１２４に変換された交流電力が負荷２２に供給される。
本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムによれば、商用電源の交流電力出力がデマンド値を超える場合にデマンド用制御負荷を商用電源から切り離すための制御信号に基づいてコンバータの動作を停止させ、かつ蓄電池を放電させるようにしたので、負荷への電力供給量（電力使用量）がデマンド値を超える状態を回避できる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムの構成を図３に示す。本実施形態に係る交流電源供給システムが第１の実施形態に係る交流電源供給システムと構成上、異なるのは蓄電池からの放電による負荷への電源供給を第１の制御手段としてのデマンド制御装置による制御と、タイマによる制御とを時間帯により切り換えるようにしたこと、及び目標値（デマンド値）を負荷への電力供給状態に応じて変更するように構成した点であり、それ以外は基本的に第１実施形態と同様である。
【００２３】
図３において、本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムは、商用交流電力を供給する商用電源１０と、負荷２２に交流電力を供給する交流電源装置１２Ａと、商用電源１０の交流出力電力を計測する電力計測手段としての電力検出器１４と、第１の制御手段としてのデマンド制御装置１６と、第２の制御手段としてのコントローラ３０とを有している。
【００２４】
交流電源装置１２Ａは、蓄電池１２２と、商用電源１０の出力を直流電力に変換するコンバータ１２０と、該コンバータ１２０出力及び蓄電池１２２の出力を安定な交流電力に変換するインバータ１２４と、蓄電池１２２の充放電を制御するタイマ１２５と、充電器１２６と、コンバータ１２０の動作状態を制御するための制御信号を選択的に切り替えるセレクタ１２７と、ダイオード１２８とを有している。
【００２５】
また、商用電源１０の商用交流電力は負荷２２より電力供給において優先度の低いデマンド制御用負荷１８−１、１８−２、…、１８−ｎに対してスイッチ群２０を介して供給されるようになっている。このデマンド制御用負荷１８−１、１８−２、…、１８−ｎの使用電力量は、例えば、デマンド制御用負荷１８−１がこれらの負荷のうち最も使用電力量が高く、１８−２、…、１８−ｎの順に使用電力量が低いものとする。
【００２６】
デマンド制御装置１６は、電力検出器１４の出力を取り込み、商用電源１０の交流出力電力が所定の目標値を超える時間帯では負荷１８−１、１８−２、…、１８−ｎの順に負荷を商用電源１０に対して切り離した後に制御信号信号を出力し、コンバータ１２０の動作を停止させ、蓄電池１２２の出力を入力とするインバータ１２４から出力される交流電力を負荷２２に供給するように制御する。
【００２７】
また、コントローラ３０は、電力需要の高い昼間の時間帯において蓄電池１２２の出力による負荷２２への電力供給をデマンド制御装置１６による制御と、タイマによる制御とに、電力供給において負荷２２より優先度の低いデマンド制御用負荷への電力供給状態に基づいて切り替えるように制御する。
さらに、コントローラ３０は、夜間の時間帯において前記蓄電池を充電するようにタイマによる制御に切り替えるように制御する。
【００２８】
また、コントローラ３０は、蓄電池１２２の残容量及びデマンド制御用負荷への電力供給状態に基づいてデマンド制御装置１６に設定される目標値（デマンド値）を変更するように制御する。
【００２９】
上記構成からなる第２の実施形態に係る交流電源供給システムの動作を、図４を参照して説明する。なお、図４には示していないが、昼間の時間帯ではデマンド値をデマンド制御用負荷への電力供給状態及び商用電力の使用電力量に応じて変更する以外は、図１に示した第１の実施形態に係る交流電源供給システムと同一であるので、重複する説明はできる限り省略する。
【００３０】
本実施形態に係る交流電源供給システムでは、昼間の時間帯では、コントローラ３０の制御下にセレクタ１２７によりデマンド制御装置１６の制御信号がコンバータ１２０に選択的に出力されるように動作し、通常の状態、すなわち商用電源１０から供給され電力検出器１４により検出される使用電力量がデマンド値を超えない状態ではコンバータ１２０を動作状態とするための制御信号がデマンド制御装置１６よりコンバータ１２０に出力されている。
【００３１】
そして、使用電力量Ｐがデマンド値Ｐdを超えると、デマンド制御装置１６は、まず、デマンド制御用負荷の切り離しを行い、それでも使用電力量Ｐがデマンド値Ｐdを超えると、コンバータ１２０の動作を停止させ、充電器１２６を非動作状態とし、蓄電池１２２からの放電出力により負荷２２に電力供給を行うように制御する（図４（Ｂ），（Ｃ），（Ｆ））。
本実施形態に係る交流電源供給システムでは、夜間となるｔ105〜ｔ102の時間帯(22時〜翌日の8時)では、タイマ１２５より充電器１２６を動作状態とする制御信号が出力され、この結果、蓄電池１２２は電力料金の廉価な夜間の時間帯（ｔ105〜ｔ102）で充電される（図４（Ａ），（Ｆ））。
【００３２】
図４において昼間時間帯におけるｔ103（使用電力量がデマンド値を超えないと想定される時刻）〜ｔ104（蓄電池１２２の残容量が零となる時刻）の時間帯では、コントローラ３０の制御下にセレクタ１２７を介してタイマ１２５よりコンバータ１２０に該コンバータ１２０の動作を停止させるための制御信号が出力される。この結果、蓄電池１２２の放電出力がインバータ１２４で交流電力に変換され、負荷２２に供給され、蓄電池１２２の残容量が零になった時点で、タイマ１２５は、コンバータ１２０の動作を停止させるための制御信号の出力を停止し、タイマ１２５による蓄電池１２２の放電は停止される（図４（Ｅ），（Ｆ））。
【００３３】
以上のようにして使用電力量が電力料金の高い昼間の時間帯にデマンド値を超える場合には蓄電池を放電させて、蓄電池出力により負荷に電力供給し、デマンド値を超えない場合にも昼間の時間帯の終了時点に近い時間帯では蓄電池の残容量を使いきるように蓄電池を放電させ、電力料金の廉価な夜間の時間帯には蓄電池を充電させるように制御する。
このようにして本実施形態に係る交流電源供給システムの一日における蓄電池１２２の残容量は図４（Ｄ）のように変化することとなる。
【００３４】
また、コントローラ３０は、蓄電池１２２の残容量を常時、監視し、電力使用量がデマンド値を超える頻度が高い場合に蓄電池の残容量及びデマンド制御用負荷への電力供給状態、すなわち、各デマンド制御用負荷が商用電源１０の出力側に接続されている状態に応じて目標値であるデマンド値を変更することにより蓄電池の残容量が零になる状態を回避するように制御する。
【００３５】
本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムによれば、蓄電池からの放電による負荷への電源供給をデマンド制御装置による制御と、タイマによる制御とを時間帯により切り換えるようにし、かつ目標値（デマンド値）を負荷への電力供給状態に応じて変更するようにしたので、負荷への電力供給量（電力使用量）がデマンド値を超えることがなく、かつ蓄電池出力を有効に使用でき、経済的な交流電力供給システムが得られる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷への電力供給量（電力使用量）がデマンド値を超えることがなく、かつ経済的な交流電力供給システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る交流電源供給システムの構成を示すブロック図。
【図２】 図１に示した第１の実施形態に係る交流電源供給システムにおける負荷の電力需要特性と、交流電源供給システムの運転状態との関係を示す説明図。
【図３】 本発明の第２の実施形態に係る交流電源供給システムの構成を示すブロック図。
【図４】 図３に示した第２の実施形態に係る交流電源供給システムの動作説明をするためのシーケンス図。
【図５】 従来の交流電源供給システムの構成を示すブロック図。
【図６】 図５に示した従来の交流電源供給システムにおける負荷の電力需要特性と、交流電源供給システムの運転状態との関係を示す説明図。
【図７】 従来の交流電源供給システムの運転特性の一例を示す説明図。
【図８】 従来システムにおいて負荷の電力需要がデマンド値を超える状態が生じることを示す説明図。
【図９】 本発明に係る交流電源供給システムの動作特性の概略を示す説明図。
【符号の説明】
１０…商用電源、１２、１２Ａ…交流電源装置、１４…電力検出器、１６…デマンド制御装置、１８−１〜１８−ｎ…デマンド制御用負荷、２０…スイッチ群、２２…負荷、３０…コントローラ、１２０…コンバータ、１２２…蓄電池、１２４…インバータ、１２６…充電器、１２７…セレクタ

Claims (3)

1. 負荷に交流電源を供給する交流電源供給システムであって、
   商用交流電力を供給する商用電源と、
   蓄電池と、前記商用電源出力を直流電力に変換するコンバータと、該コンバータ出力及び前記蓄電池出力を安定な交流電力に変換するインバータと、前記蓄電池の充放電を制御するタイマとを有し、負荷に交流電力を供給する交流電源装置と、
   前記商用電源の交流出力電力を計測する電力計測手段と、
   前記電力計測手段の出力を取り込み、前記商用電源の交流出力電力が所定の目標値を超える時間帯では前記コンバータの動作を停止させ、前記蓄電池出力を入力とする前記インバータから出力される交流電力を前記負荷に供給するように制御する第１の制御手段と、
   電力需要の高い昼間の時間帯において前記蓄電池出力による前記負荷への電力供給を前記第１の制御手段による制御と、タイマによる制御とにより行う電力供給において前記負荷より優先度の低いデマンド制御用負荷への電力供給状態に基づいて切り替えるように制御する第２の制御手段とを有し、
   前記第１の制御手段は、前記負荷とは異なる該負荷より電力供給において優先度の低い複数のデマンド制御用負荷への商用電源からの電力供給を、前記商用電源から出力される交流電力が前記目標値を超えないように制限するデマンド制御装置であり、前記商用電源の交流出力電力が前記目標値を超える時点で出力される制御信号に基づいて前記インバータへの入力を前記コンバータ出力から前記蓄電池出力に切り替えることを特徴とする交流電源供給システム。
2. 前記第２の制御手段は、夜間の時間帯において前記蓄電池を充電するようにタイマによる制御に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１に記載の交流電源供給システム。
3. 前記第２の制御手段は、前記蓄電池の残容量及び前記デマンド負荷への電力供給状態に基づいて前記目標値を変更することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の交流電源供給システム。

Images