JP5662713B2 - 電動車両用充電機能付き電力系統無効電力補償装置、および電力系統無効電力補償機能付き電動車両用充電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電力系統の電圧変動を抑制するための無効電力補償装置に、電気自動車などの電動車両用の充電機能を付加したシステムと、その装置に関するものである。
また、逆に、電気自動車などの電動車両用の充電器に、電力系統の電圧変動を抑制するための無効電力補償機能を付加したシステムと、その装置に関するものである。
また、逆に、電気自動車などの電動車両用の充電器に、電力系統の電圧変動を抑制するための無効電力補償機能を付加したシステムと、その装置に関するものである。
電力系統、特に配電系統においては、配電線の電圧を負荷変動に影響にされることなく安定に制御することが重要である。このため、従来では配電変電所の負荷時タップ切替装置（ＬＲＴタップ：Load Ratio control Transfomer）による送り出し電圧の調整、および、配電線の必要な箇所に接続された自動電圧調整器（ＳＶＲ：Step Voltage Regulator）などにより、配電線の電圧安定化を図るようにしてきた。
しかし、近年では、地球温暖化や化石燃料の枯渇などの問題から、クリーンな自然エネルギーとして風力発電や太陽光発電などの分散電源が増加しており、これらの分散電源が配電系統へ大量に設置されると、配電系統の逆潮流の問題や、気候変動時の急峻な出力変動による電圧変動の問題などが大きくなると予測されている。
しかし、近年では、地球温暖化や化石燃料の枯渇などの問題から、クリーンな自然エネルギーとして風力発電や太陽光発電などの分散電源が増加しており、これらの分散電源が配電系統へ大量に設置されると、配電系統の逆潮流の問題や、気候変動時の急峻な出力変動による電圧変動の問題などが大きくなると予測されている。
この対策として、前記したＬＲＴやＳＶＲによる電圧調整だけではなく、急峻な電圧変動対策用として無効電力補償装置（ＳＶＣ：Static Var Compensator）の設置が必要となる。
また、自動車分野においては、バッテリーを搭載した電気自動車の開発および実用化が進んできている。そして、電気自動車の普及とともにバッテリーを充電するための急速充電器や充電スタンドなどの電気自動車用充電器のインフラ整備が進められている。
なお、特許文献１には電気自動車用充電器と無効電力補償装置を組み合わせた技術が開示されている。
また、自動車分野においては、バッテリーを搭載した電気自動車の開発および実用化が進んできている。そして、電気自動車の普及とともにバッテリーを充電するための急速充電器や充電スタンドなどの電気自動車用充電器のインフラ整備が進められている。
なお、特許文献１には電気自動車用充電器と無効電力補償装置を組み合わせた技術が開示されている。
しかしながら、電力系統の特に配電系統に設置される無効電力補償装置は、今後の大規模な普及が望まれる設備であるものの、設置箇所に制約があるため普及が阻害されることがある。特に配電系統の電圧変動抑制用に設置される無効電力補償装置は、一般住宅地などにも設置されるため、設置スペースの確保が難しいとう問題がある。
また、電柱上に設置する場合においても、重量・サイズ・騒音などの面から環境への配慮が必要となり、設置場所の選定においても課題がある。
また、電柱上に設置する場合においても、重量・サイズ・騒音などの面から環境への配慮が必要となり、設置場所の選定においても課題がある。
また、電気自動車用充電器は、現状では設置台数が少なく、今後、電気自動車が普及していく為には、充分な台数を確保していく必要があるという課題がある。
それとともに電気自動車用の台数が少ない状況下において、電気自動車用充電器の設置に係る設備投資が厳しいという問題がある。
それとともに電気自動車用の台数が少ない状況下において、電気自動車用充電器の設置に係る設備投資が厳しいという問題がある。
また、特許文献１に開示された技術のように、電気自動車に搭載されるバッテリーが充電器に接続された状態で、バッテリーの電源を利用して電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置もあるが、これは、電気自動車と充電器が接続された状態にないと無効電力補償装置として使用できず、常用の無効電力補償装置として使用できないという問題がある。
そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、無効電力補償装置の一般住宅地などにおける充分な設置場所の確保と、電動車両用充電器の充分な台数を確保することである。
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、電力系統の電圧変動を抑制するための電力系統無効電力補償装置において、さらに、電動車両用の充電器を備え、電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償機能と、電動車両用の充電機能と、を併せ持つ。
また、電動車両を充電する電動車両用充電装置において、さらに、電力系統の電圧変動を抑制するための無効電力補償器を備え、電動車両の充電機能と、電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償機能と、を併せ持つ
すなわち、電力系統の電圧変動を抑制するための電力系統無効電力補償装置において、さらに、電動車両用の充電器を備え、電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償機能と、電動車両用の充電機能と、を併せ持つ。
また、電動車両を充電する電動車両用充電装置において、さらに、電力系統の電圧変動を抑制するための無効電力補償器を備え、電動車両の充電機能と、電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償機能と、を併せ持つ
かかる構成により、電力系統無効電力補償装置に電気自動車（電動車両）用の充電機能が備えられる、もしくは電気自動車（電動車両）用充電装置に電力系統の電圧変動を抑制するための無効電力補償機能が備えられるので、電気事業者などが、無効電力補償装置をガソリンスタンド（充電スタンド）はじめ、共同駐車場や公共スペースに設置しやすくなる。それとともに、電気自動車用充電スタンドの設備投資が軽減されて、電気自動車用の充電器がガソリンスタンドをはじめ、共同駐車場や公共スペースに設置され、充分な台数が確保されやすくなる。
本発明によれば、無効電力補償装置の一般住宅地などにおける充分な設置場所が確保され、かつ電動車両用充電器の充分な台数が確保できる可能性が高まる。
（第１の実施形態）
本発明の電気自動車（電動車両）用充電機能付き電力系統無効電力補償装置の第１の実施形態を、図１を参照して説明する。
図１は第１の実施形態と、電力系統、および電気自動車用充電スタンドにおける電気自動車との関連を示す構成図である。
図１において、実線２１Ａで囲まれた中の回路が第１の実施形態である電気自動車用充電機能付き電力系統無効電力補償装置（以下、「無効電力補償装置」と略す）２１Ａである。
本発明の電気自動車（電動車両）用充電機能付き電力系統無効電力補償装置の第１の実施形態を、図１を参照して説明する。
図１は第１の実施形態と、電力系統、および電気自動車用充電スタンドにおける電気自動車との関連を示す構成図である。
図１において、実線２１Ａで囲まれた中の回路が第１の実施形態である電気自動車用充電機能付き電力系統無効電力補償装置（以下、「無効電力補償装置」と略す）２１Ａである。
電力系統の配電変電所１１から配電線路１２を介して、各負荷１３に電力が供給されており、電力系統のＡ点には配電線路１０３を通って、無効電力補償装置２１Ａが接続されている。
無効電力補償装置（電気自動車用充電機能付き電力系統無効電力補償装置）２１Ａの直流電力出力端子１１１、１１２には電気自動車４１のバッテリー４２が接続されている。
無効電力補償装置（電気自動車用充電機能付き電力系統無効電力補償装置）２１Ａの直流電力出力端子１１１、１１２には電気自動車４１のバッテリー４２が接続されている。
＜無効電力補償装置の構成と機能の概略＞
次に、無効電力補償装置の構成と機能の概略について説明する。
図１において、無効電力補償装置２１Ａは設置点であるＡ点の電圧を、あらかじめ設定された電圧指令基準値２３と同じ電圧となるように、電圧検出回路２２、ＰＷＭ制御回路２６、電流制御回路２５、電圧制御回路２４などの制御回路と、変圧器２７、スイッチング変換回路２８、コンデンサ２９を備えて構成されている。
次に、無効電力補償装置の構成と機能の概略について説明する。
図１において、無効電力補償装置２１Ａは設置点であるＡ点の電圧を、あらかじめ設定された電圧指令基準値２３と同じ電圧となるように、電圧検出回路２２、ＰＷＭ制御回路２６、電流制御回路２５、電圧制御回路２４などの制御回路と、変圧器２７、スイッチング変換回路２８、コンデンサ２９を備えて構成されている。
電力系統におけるＡ点の電圧を配電線路１０１を通して計器用変成器１０２で計測し、電圧検出回路２２を経た出力と、電圧指令基準値２３とを電圧制御回路２４で比較して同じ電圧となるように信号を出力する。
また、Ａ点に接続され、無効電力を伝送する配電線路１０３から計器用変流器１０４で電流を計測し、この計測値を電流制御回路２５に、前記した電圧制御回路２４の出力とともに入力する。
また、Ａ点に接続され、無効電力を伝送する配電線路１０３から計器用変流器１０４で電流を計測し、この計測値を電流制御回路２５に、前記した電圧制御回路２４の出力とともに入力する。
電流制御回路２５は前記２つの入力信号を基に所望の制御を行う信号をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御回路２６に出力する。
また、ＰＷＭ制御回路２６の制御出力で、スイッチング変換回路２８を高速かつ適切に制御すること、およびコンデンサ２９がスイッチング変換回路２８の出力側に接続されていることで、等価的に無効電力（５１）を発生させる。
この無効電力（５１）を変圧器２７で電圧を調整して、さらにＡ点を経由して無効電力５１を電力系統（Ａ点）に注入し、配電系統の電圧を一定に保つ作用をする。
また、ＰＷＭ制御回路２６の制御出力で、スイッチング変換回路２８を高速かつ適切に制御すること、およびコンデンサ２９がスイッチング変換回路２８の出力側に接続されていることで、等価的に無効電力（５１）を発生させる。
この無効電力（５１）を変圧器２７で電圧を調整して、さらにＡ点を経由して無効電力５１を電力系統（Ａ点）に注入し、配電系統の電圧を一定に保つ作用をする。
＜スイッチング変換回路の構成、およびコンデンサとの作用＞
なお、スイッチング変換回路２８の回路例を図示したものが図４である。図４において、スイッチング変換回路２８はスイッチング素子である絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor、以下ＩＧＢＴと略す）２０１〜２０６で構成される。
ＩＧＢＴ２０１はコレクタが正極端子１１１に接続され、エミッタはＵ相の入出力端子２２１に接続されている。ＩＧＢＴ２０２はエミッタが負極端子１１２に接続され、コレクタはＵ相の入出力端子２２１に接続されている。
ＩＧＢＴ２０３はコレクタが正極端子１１１に接続され、エミッタはＶ相の入出力端子２３４に接続されている。ＩＧＢＴ２０４はエミッタが負極端子１１２に接続され、コレクタはＶ相の入出力端子２３４に接続されている。
ＩＧＢＴ２０５はコレクタが正極端子１１１に接続され、エミッタはＷ相の入出力端子２５６に接続されている。ＩＧＢＴ２０６はエミッタが負極端子１１２に接続され、コレクタはＷ相の入出力端子２５６に接続されている。
なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相によって三相交流が構成されている。
なお、スイッチング変換回路２８の回路例を図示したものが図４である。図４において、スイッチング変換回路２８はスイッチング素子である絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor、以下ＩＧＢＴと略す）２０１〜２０６で構成される。
ＩＧＢＴ２０１はコレクタが正極端子１１１に接続され、エミッタはＵ相の入出力端子２２１に接続されている。ＩＧＢＴ２０２はエミッタが負極端子１１２に接続され、コレクタはＵ相の入出力端子２２１に接続されている。
ＩＧＢＴ２０３はコレクタが正極端子１１１に接続され、エミッタはＶ相の入出力端子２３４に接続されている。ＩＧＢＴ２０４はエミッタが負極端子１１２に接続され、コレクタはＶ相の入出力端子２３４に接続されている。
ＩＧＢＴ２０５はコレクタが正極端子１１１に接続され、エミッタはＷ相の入出力端子２５６に接続されている。ＩＧＢＴ２０６はエミッタが負極端子１１２に接続され、コレクタはＷ相の入出力端子２５６に接続されている。
なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相によって三相交流が構成されている。
また、ＩＧＢＴ２０１〜２０６の各入力端子（ゲート端子）にはＰＷＭ制御回路２６の制御信号がそれぞれ接続されている。
なお、ＩＧＢＴ２０１〜２０６の各エミッタ、コレクタ間には過電圧を防止する保護用のダイオード２１１〜２１６がそれぞれ接続されている。
また、正極端子１１１、負極端子１１２間には大容量（電力容量と静電容量が大きく、電力容量としては概ね１００ＫＶＡ以上）のコンデンサ２９が接続されている。
なお、ＩＧＢＴ２０１〜２０６の各エミッタ、コレクタ間には過電圧を防止する保護用のダイオード２１１〜２１６がそれぞれ接続されている。
また、正極端子１１１、負極端子１１２間には大容量（電力容量と静電容量が大きく、電力容量としては概ね１００ＫＶＡ以上）のコンデンサ２９が接続されている。
ＰＷＭ制御回路２６によって、ＩＧＢＴ２０１〜２０６のゲートをそれぞれ適切な制御信号でオン・オフ（ＯＮ、ＯＦＦ）させることにより、三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を正極端子１１１、負極端子１１２間へ直流電力に変換することができる。このとき変換された直流電力はコンデンサ２９に蓄積される。これは交流電力を直流電力に変換する機能である。なお、変換された直流電力は充電器としての直流電源となる。
また、ＰＷＭ制御回路２６によって、ＩＧＢＴ２０１〜２０６のゲートをそれぞれ適切な別の制御信号でオン・オフ（ＯＮ、ＯＦＦ）させることにより、三相交流（Ｕ相２２１、Ｖ相２３４、Ｗ相２５６）側と大容量（概ね１００ＫＶＡ以上）のコンデンサ２９が接続された正極端子１１１、負極端子１１２間とが電気的に相互作用をし、三相交流（Ｕ相２２１、Ｖ相２３４、Ｗ相２５６）側に大容量のコンデンサ２９が接続されたのと等価の作用をして、コンデンサ２９による無効電力の発生をさせることができる。このとき、発生した無効電力（５１）は、まず変圧器２７、配電線路１０３、Ａ点を経由して電力系統に注入し、三相交流の位相（力率）を変えることにより、配電系統（電力系統）の電圧を一定に保つ作用をする。これは無効電力補償機能である。
このように、ＰＷＭ制御回路２６によって、ＩＧＢＴ２０１〜２０６のゲートをそれぞれ適切な制御信号でオン・オフ（ＯＮ、ＯＦＦ）させることにより、スイッチング変換回路２８は等価的に様々な機能、作用を有する。
なお、これらの機能は基本的にはＰＷＭ制御回路２６とスイッチング変換回路２８とコンデンサ２９とによって行われるので、図１において、電気自動車４１が充電しているか否かに関わらず、前記した交流電力を直流電力に変換する機能（変換された直流電力を電源とする充電機能）と、前記した電力系統の無効電力補償機能が作用する。
なお、これらの機能は基本的にはＰＷＭ制御回路２６とスイッチング変換回路２８とコンデンサ２９とによって行われるので、図１において、電気自動車４１が充電しているか否かに関わらず、前記した交流電力を直流電力に変換する機能（変換された直流電力を電源とする充電機能）と、前記した電力系統の無効電力補償機能が作用する。
＜比較例＞
なお、比較例１として、三相交流、もしくは単相交流をスイッチング素子とコンデンサを用いたコンバータによって交流電力を直流電力に変換して電気自動車の充電に用いる電気自動車用充電器も従来にはある。しかし、この方法は自動車を充電する直流電力を得るのが目的であるので、コンデンサの容量は概ね数１０ＫＶＡ未満である。
これに対して、前記したコンデンサ２９は電力系統の無効電力を発生するのが主たる目的であるので、概ね１００ＫＶＡ以上、場合によっては概ね３００ＫＶＡの大容量のコンデンサが用いられる。
なお、比較例１として、三相交流、もしくは単相交流をスイッチング素子とコンデンサを用いたコンバータによって交流電力を直流電力に変換して電気自動車の充電に用いる電気自動車用充電器も従来にはある。しかし、この方法は自動車を充電する直流電力を得るのが目的であるので、コンデンサの容量は概ね数１０ＫＶＡ未満である。
これに対して、前記したコンデンサ２９は電力系統の無効電力を発生するのが主たる目的であるので、概ね１００ＫＶＡ以上、場合によっては概ね３００ＫＶＡの大容量のコンデンサが用いられる。
このように従来の自動車の充電のみの場合の充電器のコンデンサと、本実施形態のように電力系統の無効電力補償装置の無効電力補償機能のコンデンサ２９ではコンデンサの容量が格段に異なる。また、前記した従来の電気自動車の充電に用いる電気自動車用充電器におけるスイッチング素子の制御回路の制御方法と、本実施形態の電力系統の無効電力補償装置の無効電力補償装置のスイッチング変換回路２８の制御方法は異なる。
また、比較例２として、無効電力補償機能用のコンデンサとして、大容量（例えば３００ＫＶＡ）を電力系統に遮断器のみを介して接続する場合には、使用するか否かの選択しかない。このとき、３００ＫＶＡの無効電力補償機能用のコンデンサが電力系統に接続される場合と、されない場合とでは、発生する無効電力や、それによって電力系統の電圧は大きく変動してしまう。
それに対して、図１と図４におけるスイッチング変換回路２８と大容量（例えば３００ＫＶＡ）のコンデンサ２９の組み合わせによる無効電力補償機能ではスイッチング変換回路２８の制御（ＰＷＭ制御回路）によって、コンデンサ２９の等価的な容量を０〜３００ＫＶＡまで連続的に可変することができるので、電力系統への無効電力の供給と電圧の改善が適正に行える。
＜電気自動車用充電機能＞
次に、無効電力補償装置２１Ａに電気自動車用充電機能を付加した場合について説明する。
図１においては、前記したように三相交流電力をスイッチング変換回路２８、ＰＷＭ制御回路２６、コンデンサ２９によって、直流電力に変換する機能を有している。さらに接続状態検出回路３０を備えている。
したがって、図１の構成において、無効電力補償装置（電気自動車用充電機能付き電力系統無効電力補償装置）２１Ａに、電気自動車４１が充電のための接続または接続準備に取り掛かると、接続状態検出回路３０により、それを検知し、前記した無効電力補償機能に加えて、電気自動車４１のバッテリー４２への充電を開始することができる。
次に、無効電力補償装置２１Ａに電気自動車用充電機能を付加した場合について説明する。
図１においては、前記したように三相交流電力をスイッチング変換回路２８、ＰＷＭ制御回路２６、コンデンサ２９によって、直流電力に変換する機能を有している。さらに接続状態検出回路３０を備えている。
したがって、図１の構成において、無効電力補償装置（電気自動車用充電機能付き電力系統無効電力補償装置）２１Ａに、電気自動車４１が充電のための接続または接続準備に取り掛かると、接続状態検出回路３０により、それを検知し、前記した無効電力補償機能に加えて、電気自動車４１のバッテリー４２への充電を開始することができる。
また、無効電力補償機能と電気自動車のバッテリーへの充電機能は、どちらか一方の機能を優先させることも、両方の機能を同時に実施することも可能である。また、条件の設定などによって、両方の機能分担の重み付けをすることも可能である。
なお、電気自動車用充電器もしくは電気自動車用充電装置としては、前記したことから、接続状態検出回路３０と、それ以外に無効電力補償装置２１Ａのスイッチング変換回路２８、ＰＷＭ制御回路２６、コンデンサ２９、直流電力出力端子１１１、１１２が兼ねて、相当している。
なお、電気自動車用充電器もしくは電気自動車用充電装置としては、前記したことから、接続状態検出回路３０と、それ以外に無効電力補償装置２１Ａのスイッチング変換回路２８、ＰＷＭ制御回路２６、コンデンサ２９、直流電力出力端子１１１、１１２が兼ねて、相当している。
（第２の実施形態）
次に、本発明の電気自動車（電動車両）用充電機能付き電力系統無効電力補償装置（無効電力補償装置）の第２の実施形態を、図２を参照して説明する。
図２の無効電力補償装置２１Ｂは、図１における無効電力補償装置２１Ａの中に、さらに充電用のバッテリー３１を備えたものである。充電用のバッテリー３１を取り付けることによって、電気自動車が接続された際にも、電気自動車のバッテリー４２へは、無効電力補償装置２１Ｂ内の充電用のバッテリー３１に蓄えられた電力によって充電するため、一定期間は無効電力補償機能に必要な容量を低減することなく、動作させることが可能である。充電用のバッテリー３１への充電は、電気自動車４１が接続されていない間に充電すればよい。
次に、本発明の電気自動車（電動車両）用充電機能付き電力系統無効電力補償装置（無効電力補償装置）の第２の実施形態を、図２を参照して説明する。
図２の無効電力補償装置２１Ｂは、図１における無効電力補償装置２１Ａの中に、さらに充電用のバッテリー３１を備えたものである。充電用のバッテリー３１を取り付けることによって、電気自動車が接続された際にも、電気自動車のバッテリー４２へは、無効電力補償装置２１Ｂ内の充電用のバッテリー３１に蓄えられた電力によって充電するため、一定期間は無効電力補償機能に必要な容量を低減することなく、動作させることが可能である。充電用のバッテリー３１への充電は、電気自動車４１が接続されていない間に充電すればよい。
あるいは、またスイッチング変換回路２８と大容量（例えば３００ＫＶＡ）のコンデンサ２９の組み合わせによる無効電力補償機能ではスイッチング変換回路２８の制御により、コンデンサ２９の等価的な容量を０〜３００ＫＶＡまで可変することができるので、電力系統の状態がコンデンサ２９の等価的な容量を３００ＫＶＡまで必要としない場合に、その余力分によって充電用のバッテリー３１を充電することもできる。
これによって、電力系統への無効電力補償機能と、電気自動車用への充電機能とを併せて実施する機能の自由度と能力がさらに高まるという効果がある。
なお、コンデンサ２９が前記した大容量を有することによって、電力系統への無効電力補償機能と、電気自動車用への充電機能とを併せもつことを、より有効にする。
これによって、電力系統への無効電力補償機能と、電気自動車用への充電機能とを併せて実施する機能の自由度と能力がさらに高まるという効果がある。
なお、コンデンサ２９が前記した大容量を有することによって、電力系統への無効電力補償機能と、電気自動車用への充電機能とを併せもつことを、より有効にする。
（第３の実施形態）
次に、本発明の電気自動車（電動車両）用充電機能付き電力系統無効電力補償装置（無効電力補償装置）の第３の実施形態を、図３を参照して説明する。
図３の無効電力補償装置２１Ｃは、図１における無効電力補償装置２１Ａの出力回路に電気自動車のバッテリー４２に適した電圧に変換するための電圧変換回路３２をさらに備えたものである。
様々な仕様や形態によっては、無効電力補償装置２１のコンデンサ２９の電圧と電気自動車４１のバッテリー４２の充電電圧は一致しない場合がある。このときには、電圧変換回路３２によって、適正な電圧に変換して無効電力補償装置２１Ｃから電気自動車４１のバッテリー４２へ充電する。
次に、本発明の電気自動車（電動車両）用充電機能付き電力系統無効電力補償装置（無効電力補償装置）の第３の実施形態を、図３を参照して説明する。
図３の無効電力補償装置２１Ｃは、図１における無効電力補償装置２１Ａの出力回路に電気自動車のバッテリー４２に適した電圧に変換するための電圧変換回路３２をさらに備えたものである。
様々な仕様や形態によっては、無効電力補償装置２１のコンデンサ２９の電圧と電気自動車４１のバッテリー４２の充電電圧は一致しない場合がある。このときには、電圧変換回路３２によって、適正な電圧に変換して無効電力補償装置２１Ｃから電気自動車４１のバッテリー４２へ充電する。
また、図１または図３におけるコンデンサ２９が、前記したように例えば３００ＫＶＡのような大容量であった場合には、電気自動車４１のバッテリー４２に直接接続すると、過電流が流れる危険性もある。このような場合には電圧変換回路３２があると、前記した危険性が少なくなる効果もある。
したがって、この電圧変換回路３２を備えることによって、電力系統への無効電力補償機能と、電気自動車用への充電機能とを、併せて実施する機能の適用範囲が広がるという効果がある。
したがって、この電圧変換回路３２を備えることによって、電力系統への無効電力補償機能と、電気自動車用への充電機能とを、併せて実施する機能の適用範囲が広がるという効果がある。
（電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置としての発明）
以上においては、電力系統無効電力補償機能と電気自動車（電動車両）用充電機能を有する装置を、電力系統無効電力補償装置を主体とした観点からの発明であった。
しかし、ガソリンスタンド（充電スタンド）等に設置する電気自動車（電動車両）用充電装置に電力系統無効電力補償機能を設けることを主体とする観点もある。ガソリンスタンドに電気自動車用充電装置を設置して充電スタンドとする場合において、設備投資が問題となることがある。このときに、電力会社と提携することにより、設置費用の負担を軽減し、設備投資の観点から、より設置しやすくする場合もある。
以上においては、電力系統無効電力補償機能と電気自動車（電動車両）用充電機能を有する装置を、電力系統無効電力補償装置を主体とした観点からの発明であった。
しかし、ガソリンスタンド（充電スタンド）等に設置する電気自動車（電動車両）用充電装置に電力系統無効電力補償機能を設けることを主体とする観点もある。ガソリンスタンドに電気自動車用充電装置を設置して充電スタンドとする場合において、設備投資が問題となることがある。このときに、電力会社と提携することにより、設置費用の負担を軽減し、設備投資の観点から、より設置しやすくする場合もある。
このとき、ガソリンスタンド（充電スタンド）側の観点が主となることもあり、電気的仕様や形状やデザインが電気自動車用充電装置を優先して選択されることがある。この場合には電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置となる。
なお、前記したように電気自動車（電動車両）用充電装置に電力系統無効電力補償機能を設けることを主体とする観点の場合には、充電器を充電装置と表記し、無効電力補償装置を無効電力補償器と表記することもある。
なお、前記したように電気自動車（電動車両）用充電装置に電力系統無効電力補償機能を設けることを主体とする観点の場合には、充電器を充電装置と表記し、無効電力補償装置を無効電力補償器と表記することもある。
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、図１の第１の実施形態と基本的には同じ構成であるが、電気的仕様や形状やデザインを、より電気自動車（電動車両）用充電機能に重点をおいた電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置である。
第４の実施形態は、図１の第１の実施形態と基本的には同じ構成であるが、電気的仕様や形状やデザインを、より電気自動車（電動車両）用充電機能に重点をおいた電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置である。
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、図２の第２の実施形態と基本的には同じ構成であるが、電気的仕様や形状やデザインを、より電気自動車（電動車両）用充電機能に重点をおいた電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置である。
第５の実施形態は、図２の第２の実施形態と基本的には同じ構成であるが、電気的仕様や形状やデザインを、より電気自動車（電動車両）用充電機能に重点をおいた電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置である。
（第６の実施形態）
第６の実施形態は、図３の第３の実施形態と基本的には同じ構成であるが、電気的仕様や形状やデザインを、より電気自動車（電動車両）用充電機能に重点をおいた電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置である。
第６の実施形態は、図３の第３の実施形態と基本的には同じ構成であるが、電気的仕様や形状やデザインを、より電気自動車（電動車両）用充電機能に重点をおいた電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置である。
（その他の実施形態）
以上の実施形態においては、電動車両用充電機能、あるいは電動車両用充電器、あるいは電動車両用充電装置を、電気自動車での充電を行うものとして説明したが、電気自動車のみならず、ハイブリッド車において備えられたバッテリーにプラグイン充電する場合にも有効である。また、駆動力をバッテリーによって得られるものであれば自動車に限らない。ハイブリッドのバイクや電動機付自転車でもよい。
以上の実施形態においては、電動車両用充電機能、あるいは電動車両用充電器、あるいは電動車両用充電装置を、電気自動車での充電を行うものとして説明したが、電気自動車のみならず、ハイブリッド車において備えられたバッテリーにプラグイン充電する場合にも有効である。また、駆動力をバッテリーによって得られるものであれば自動車に限らない。ハイブリッドのバイクや電動機付自転車でもよい。
また、電動車両は前記した道路を走行するものに限らない。鉄道においてもディーゼルとのハイブリッド鉄道車両などへの適用が可能である。
また、電動車両以外にも、プラグイン充電する船舶や航空機にも適用可能である。
また、スイッチング変換回路２８の回路例を図４に示したが、前記した変換機能が構成できれば他の回路構成でもよい。また、スイッチング素子としてＩＧＢＴを示したが、スイッチング機能と耐圧性が満たされれば他の素子でもよい。
また、図１〜図３において、ＰＷＭ制御回路２６は電流制御回路２５の信号によって制御される回路を示したが、電圧制御回路２４の出力と電流制御回路２５の出力を別々に入力する回路構成にしてもよい。このときには、機能の制御において、より複雑な制御が可能となる。
また、図１〜図３において、ＰＷＭ制御回路２６は電流制御回路２５、電圧制御回路２４の出力信号によって制御される回路を示したが、これらの信号以外に電力系統無効電力補償機能と電気自動車用充電機能の優先度と割合を制御する信号をＰＷＭ制御回路２６に加えてもよい。このときには、機能の制御において、さらに複雑で自由度の高い制御が可能となる。
また、電圧制御回路２４、電流制御回路２５、ＰＷＭ制御回路２６等における回路は、ハードウェアでも、ソフトウェアでも、またそれらの混成によって構成してもよい。
以上、本発明は、一つの装置が電力系統の電圧変動を抑制するための電力系統無効電力補償機能と、電気自動車の充電機能と、を併せ持つものである。
これにより、一般住宅地などにおいて設置スペースの確保が難しかった、あるいは重量・サイズ・騒音などの面から環境への配慮で設置場所の選定が難しかった電力系統無効電力補償装置が、ガソリンスタンドや、共同駐車場や、公共スペースにおいても新たに設置できる可能性が増大する。
これにより、一般住宅地などにおいて設置スペースの確保が難しかった、あるいは重量・サイズ・騒音などの面から環境への配慮で設置場所の選定が難しかった電力系統無効電力補償装置が、ガソリンスタンドや、共同駐車場や、公共スペースにおいても新たに設置できる可能性が増大する。
また、電気自動車の普及ために電気自動車用充電器は不可欠であるが、現状では設置台数が少なく、充分な台数を確保していく必要がある。しかしながら、電気自動車用の台数が少ない状況下において、電気自動車用充電器の設置に係る設備投資が採算の観点から厳しい。そこで、電力系統無効電力補償機能をつけることによって、電力会社との共同出資が可能となり、設置台数の拡大が容易となる可能性がある。
つまり、電力系統無効電力補償機能と、電気自動車の充電機能とを併せ持たせた装置を提供することにより、電力系統無効電力補償装置と電気自動車用充電器との設置が、急速に拡大する可能性を提示するものである。
１１ 配電変電所
１２ 配電線路（線路インピーダンス）
１３ 負荷
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 電気自動車（電動車両）用充電機能付き電力系統無効電力補償装置、無効電力補償装置、電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置
２２ 電圧検出回路
２３ 電圧指令基準値
２４ 電圧制御回路
２５ 電流制御回路
２６ ＰＷＭ制御回路
２７ 変圧器
２８ スイッチング変換回路
２９ コンデンサ
３０ 接続状態検出回路
３１ バッテリー、充電用のバッテリー
３２ 電圧変換回路、無効電力補償装置に取り付けた電圧変換回路
４１ 電気自動車（電動車両）
４２ バッテリー、電気自動車（電動車両）のバッテリー
５１ 無効電力
１０１、１０３ 配電線路
１０２ 計器用変成器
１０４ 計器用変流器
１１１ 正極端子、直流電力出力端子
１１２ 負極端子、直流電力出力端子
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６ ＩＧＢＴ、（スイッチング素子）
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６ ダイオード
２２１ Ｕ相（三相交流）、Ｕ相の入出力端子
２３４ Ｖ相（三相交流）、Ｖ相の入出力端子
２５６ Ｗ相（三相交流）、Ｗ相の入出力端子
１２ 配電線路（線路インピーダンス）
１３ 負荷
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 電気自動車（電動車両）用充電機能付き電力系統無効電力補償装置、無効電力補償装置、電力系統無効電力補償機能付き電気自動車（電動車両）用充電装置
２２ 電圧検出回路
２３ 電圧指令基準値
２４ 電圧制御回路
２５ 電流制御回路
２６ ＰＷＭ制御回路
２７ 変圧器
２８ スイッチング変換回路
２９ コンデンサ
３０ 接続状態検出回路
３１ バッテリー、充電用のバッテリー
３２ 電圧変換回路、無効電力補償装置に取り付けた電圧変換回路
４１ 電気自動車（電動車両）
４２ バッテリー、電気自動車（電動車両）のバッテリー
５１ 無効電力
１０１、１０３ 配電線路
１０２ 計器用変成器
１０４ 計器用変流器
１１１ 正極端子、直流電力出力端子
１１２ 負極端子、直流電力出力端子
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６ ＩＧＢＴ、（スイッチング素子）
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６ ダイオード
２２１ Ｕ相（三相交流）、Ｕ相の入出力端子
２３４ Ｖ相（三相交流）、Ｖ相の入出力端子
２５６ Ｗ相（三相交流）、Ｗ相の入出力端子
Claims (2)
- 電力系統の電圧変動を抑制するための電力系統無効電力補償装置において、
さらに、
電動車両用の充電器を備えるとともに、前記充電器の出力端子に並列に接続され、前記充電器が前記電力系統無効電力補償装置として機能している際に前記電動車両用への充電を前記充電器に代わって行える電源用のバッテリーを備え、
前記電力系統無効電力補償装置は、
電力系統の電圧を変換する変圧器と、該変圧器の変換された交流電圧が整流されて生成した直流電圧間をスイッチングするスイッチング変換回路と、該スイッチング変換回路のスイッチングを制御する制御回路と、前記直流電圧の両端に接続された１００ＫＶＡ以上の電力容量のコンデンサと、を含んで構成されて、前記充電器を兼ね、
前記コンデンサは、前記スイッチング変換回路とにより無効電力補償を行うものであり、
前記電源用のバッテリーは、
前記スイッチング変換回路の出力側において、該スイッチング変換回路と並列に接続され、
前記電力系統無効電力補償装置は、前記スイッチング変換回路の出力によって、前記電源用のバッテリーを充電するとともに、
当該電力系統無効電力補償装置の無効電力補償機能による前記電力系統の電圧変動の抑制と、前記電動車両用への充電機能による前記電動車両への充電と、を併せて行うことを特徴とする電動車両用充電機能付き電力系統無効電力補償装置。 - 電動車両を充電する電動車両用充電装置において、
さらに、
電力系統の電圧変動を抑制するための電力系統無効電力補償器を備えるとともに、前記電動車両用充電装置の出力端子に並列に接続され、前記電動車両用充電装置が前記電力系統無効電力補償器として機能している際に前記電動車両用への充電を前記電動車両用充電装置に代わって行える電源用のバッテリーを備え、
前記電力系統無効電力補償器は、
電力系統の電圧を変換する変圧器と、該変圧器の変換された交流電圧が整流されて生成した直流電圧間をスイッチングするスイッチング変換回路と、該スイッチング変換回路のスイッチングを制御する制御回路と、前記直流電圧の両端に接続された１００ＫＶＡ以上の電力容量のコンデンサと、を含んで構成されて、前記電動車両用充電装置を兼ね、
前記コンデンサは、前記スイッチング変換回路とにより無効電力補償を行うものであり、
前記電源用のバッテリーは、
前記スイッチング変換回路の出力側において、該スイッチング変換回路と並列に接続され、
前記電力系統無効電力補償器は、前記スイッチング変換回路の出力によって、前記電源用のバッテリーを充電し、
前記電動車両用充電装置は、前記電動車両用への充電機能による前記電動車両への充電と、前記電力系統無効電力補償器の無効電力補償機能による前記電力系統の電圧変動の抑制と、を併せて行うことを特徴とする電力系統無効電力補償機能付き電動車両用充電装置。
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| DE102009038033A1 (de) * | 2009-08-19 | 2011-02-24 | Wobben, Aloys | Elektrische Ladevorrichtung |
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- 2010-06-29 JP JP2010147175A patent/JP5662713B2/ja active Active
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