JP7264303B1 - power system - Google Patents
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Abstract
【課題】電力系統が非常時のみならず正常時においても電力系統との連系が可能な電源システムを提供する。
【解決手段】電力系統にスイッチ、第１母線及び無停電電源を介して接続される負荷に対する電源システムであって、前記第１母線に接続され、前記スイッチがオンの場合に前記電力系統に連系されるパワーコンディショナーと、燃料電池を含む電源からの電力が第２母線を介して入出力される前記パワーコンディショナーを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記スイッチがオンの場合、所定の指示に基づいて、前記電力系統に前記電源の電力が入出力されるよう前記パワーコンディショナーを制御し、前記スイッチがオフの場合、前記第１母線に前記電源の電力が出力されるよう、前記パワーコンディショナーを制御する、電源システム。
【選択図】図１
A power supply system that can be interconnected with a power system not only when the power system is in an emergency but also when the power system is normal.
A power supply system for a load connected to a power system via a switch, a first bus and an uninterruptible power supply, the load being connected to the first bus and connected to the power system when the switch is on. and a control device for controlling the power conditioner to which power from a power source including a fuel cell is input and output via a second bus, wherein the control device controls the switch when the switch is on. and controlling the power conditioner to input/output the power of the power source to/from the power system based on a predetermined instruction, and outputting the power of the power source to the first bus when the switch is off. , a power system for controlling the power conditioner.
[Selection drawing] Fig. 1
Description
本発明は、電源システムに関する。 The present invention relates to power systems.
電力系統の異常時に、電力系統から需要家の負荷を切り離し、負荷に電力を供給するための電源システムが知られている。 2. Description of the Related Art There is known a power supply system for disconnecting a consumer's load from the power system and supplying power to the load when there is an abnormality in the power system.
例えば、特許文献１には、電力系統の異常時に、燃料電池システムから負荷に電力を供給することができる非常用電源システムが開示されている。この技術では、電力系統に異常が発生した際に燃料電池システムが起動される。
For example,
特許文献１に記載された技術では、燃料電池システムは、電力系統の正常時には駆動していない。そのため、この技術においては、電力系統の正常時に電力系統と連系することができず、非常用電源システムから電力系統へ電力を供給することができない。
In the technique described in
本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、電力系統が非常時のみならず正常時においても電力系統との連系が可能な電源システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a power supply system that can be interconnected with a power system not only when the power system is in an emergency but also when the power system is normal.
上記目的を達成するための一の発明は、電力系統にスイッチ、第１母線及び無停電電源を介して接続される負荷に対する電源システムであって、前記第１母線に接続され、前記スイッチがオンの場合に前記電力系統に連系されるパワーコンディショナーと、燃料電池を含む電源からの電力が第２母線を介して入出力される前記パワーコンディショナーを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記スイッチがオンの場合、所定の指示に基づいて、前記電力系統に前記電源の電力が入出力されるよう前記パワーコンディショナーを制御し、前記スイッチがオフの場合、前記第１母線に前記電源の電力が出力されるよう、前記パワーコンディショナーを制御する、電源システムである。本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。 One invention for achieving the above object is a power supply system for a load connected to a power system via a switch, a first bus, and an uninterruptible power supply, wherein the load is connected to the first bus and the switch is turned on. and a control device for controlling the power conditioner to which power from a power source including a fuel cell is input and output via a second bus, wherein the control device controls the power conditioner so that the power of the power supply is input to and output from the power system based on a predetermined instruction when the switch is on, and controls the power conditioner to input/output the power of the power supply to the power system when the switch is off; A power supply system for controlling the power conditioner to output power from a power supply. Other features of the present invention will become apparent from the description of this specification.
本発明によれば、電力系統が非常時のみならず正常時においても電力系統との連系が可能な電源システムを提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a power supply system that can be interconnected with a power system not only when the power system is in an emergency but also when it is normal.
＝＝第１実施形態＝＝
＜＜電源システム＞＞
図１は、本実施形態の電源システム２が設けられた電力系統１の一例を説明する図である。電源システム２は、電力系統１の正常時は、電力系統１と系統連系し、電力系統１と電力の授受を行うシステムである。電源システム２は、また、電力系統１の異常時は、電力系統１の送電線１０（後述）からスイッチ１２により切り離され、電源３（後述）によって生成された電力を、自立運転により負荷に対して供給するシステムである。
== 1st embodiment ==
<< power supply system >>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a
以下、電力系統１、電力系統１に接続される負荷、負荷に対して設けられる無停電電源（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）、電源システム２、電源３の順に説明する。
A
＜電力系統１＞
電力系統１は、送電線１０と、変圧器１１と、スイッチ１２とを含む。図１には、一の送電線１０のみが示されている。変圧器１１は、送電線１０に接続されている。なお、電力系統１において、送電線１０に代えて配電線であってもよい。
<
A
スイッチ１２は、変圧器１１を介して送電線１０に接続されている。スイッチ１２は、例えば遮断器である。なお、スイッチは、送電線１０と、変圧器１１との間に接続されてもよい。
Switch 12 is connected to
＜負荷＞
負荷は、電力系統１に、交流母線６０（「第１母線」に相当）を介して接続されている。交流母線６０は、変圧器１１及びスイッチ１２を介して電力系統１の送電線１０に接続されている。
<Load>
A load is connected to the
負荷は、交流母線６０に、無停電電源（後述）を介して接続されているものと、無停電電源を介さずに接続されているものとを含む。
The loads include those connected to the
本実施形態では、無停電電源４０を介して電力系統１に接続される負荷として、停電時に１０ｍｓ以下の瞬断にて電力供給が求められるデータセンター５に配置される計算機設備５０を含む。
In this embodiment, the load connected to the
また、無停電電源を介さずに電力系統１に接続されている負荷として、数秒～数１０秒程度の停電が許容される空調設備５１を含む。空調設備５１は、データセンター５において高温化した計算機設備５０を冷却するための設備である。
In addition, loads connected to the
＜無停電電源４０＞
無停電電源４０は、電力系統１の異常時において、データセンター５の計算機設備５０に電力を供給するための電源である。無停電電源４０は、ＡＣ－ＤＣコンバータ４０ａと、ＤＣ－ＡＣインバータ４０ｂと、バッテリ４０ｃとを備える。
<
The
ＡＣ－ＤＣコンバータ４０ａは、交流母線６０からの交流電圧を直流電圧に変換してＤＣ－ＡＣインバータ４０ｂに出力する。
The AC-
ＤＣ－ＡＣインバータ４０ｂは、ＡＣ－ＤＣコンバータ４０ａからの直流電圧を交流電圧（例えば、商用周波数の交流電圧）に変換し、計算機設備５０に供給する
The DC-
バッテリ４０ｃは、電力系統１の異常時に計算機設備５０への電力の供給を行う。バッテリ４０ｃは、ＡＣ－ＤＣコンバータ４０ａの出力と、ＤＣ－ＡＣインバータ４０ｂの入力との間に接続されている。バッテリ４０ｃによって生成された電力は、ＤＣ－ＡＣインバータ４０ｂによって交流電圧に変換されて計算機設備５０に供給される。
The
＜電源システム２＞
電源システム２は、電力系統１の正常時は、電力系統１と系統連系し、電力系統１と直流母線７０との間で電力の授受を行う。電源システム２は、電力系統１の異常時は、電力系統１の送電線１０からスイッチ１２により切り離され、電源３（後述）によって生成された電力を、自立運転により負荷に対して供給する。電源システム２は、パワーコンディショナー２０と、制御装置２１と、を備える。
<
The
［パワーコンディショナー２０］
パワーコンディショナー２０は、電力系統１の正常時は、電力系統１の送電線１０と連系し、電力系統１と直流母線７０との間で電力の授受を行う。また、パワーコンディショナー２０は、電力系統１の異常時は、電力系統１の送電線１０からスイッチ１２により切り離され、電源３（後述）によって生成された電力を、負荷に対して供給する。
[Power conditioner 20]
When the
パワーコンディショナー２０は、交流母線６０に接続されている。従って、パワーコンディショナーは、スイッチ１２がオンの場合に電力系統１の送電線１０に連系される。また、パワーコンディショナーは、スイッチ１２がオフの場合に電力系統１の送電線１０から切り離される。
電力系統１の異常時は、パワーコンディショナー２０には、電源３からの電力が直流母線７０（「第２母線」に相当）を介して入力される。以下、電源３について説明する。
When there is an abnormality in the
＜電源３＞
電源３は、本実施形態においては、太陽電池３０と、二次電池３１と、燃料電池３２とを含む。
<
The
なお、本実施形態では、電源３は太陽電池３０を含む態様を示したが、他の再生可能エネルギー発電設備であってもよい。つまり、太陽電池３０に代えて、例えば風力発電設備等の他の再生可能エネルギー発電設備としてもよい。
In addition, although the
また、詳細は後述するが、本実施形態の電源システム２において用いられる二次電池３１のＣレートは、０．５Ｃ以下であることが好ましい。ここで、「Ｃレート」とは、電池の全容量を１時間で満充電または満放電する電流値を１Ｃとするときに、電池が充電または放電が可能な電流値の比率をいう。
Further, although the details will be described later, the C rate of the
例えば、０．５Ｃの電池では１Ｃの電池の１／２倍の電流値で充電または放電可能であるので、満充電または満放電に少なくとも２時間を要する。電池のＣレートは、電池そのものの発熱を抑え、十分に安全性を確保できる電流値で決定されても良いし、あるいは電池から電気エネルギーを取り出すのに必要な装置（例えば後述のＤＣ－ＤＣコンバータ３１ａ）の仕様に基づいても良い。 For example, a 0.5C battery can be charged or discharged at half the current value of a 1C battery, so it takes at least two hours to fully charge or fully discharge. The C rate of the battery may be determined by a current value that suppresses the heat generation of the battery itself and sufficiently ensures safety, or a device necessary for extracting electric energy from the battery (for example, a DC-DC converter described later) 31a) specification.
電力系統１の正常時において、二次電池３１は、太陽電池３０の発電電力の平準化だけでなく、系統連系時には、電力系統１に対する電力調整力として機能する。燃料電池３２も発電電力を調整することで、電力系統１に対する電力調整力として機能する。
When the
電力系統１の異常時において、燃料電池３２は、データセンター５に供給するための電力を出力する。燃料電池３２から出力された直流電力は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３２ａおよびパワーコンディショナー２０により交流電力に変換され、交流母線６０を介してデータセンター５に供給される。
The
燃料電池３２の起動には時間がかかるので、二次電池３１からの放電により、電源３の起動時間の短縮を行う。
Since it takes a long time to start the
また、燃料電池３２が負荷急変に応答できない場合、二次電池３１への充放電により、直流母線７０の出力を補償する。
Also, when the
太陽電池３０と、二次電池３１と、燃料電池３２との夫々は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０ａ～３２ａを介して直流母線７０に接続されている。
電力系統１の正常時において、パワーコンディショナー２０は、電力系統１に対する調整力として動作する。そのために、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０ａは太陽電池３０の発電電力を調整し、ＤＣ－ＤＣコンバータ３１ａは二次電池３１への充放電を行い、ＤＣ－ＤＣコンバータ３２ａは燃料電池３２の発電電力を調整する。ＤＣ－ＤＣコンバータ３０ａ～３２ａは、制御装置２１（後述）により制御される。
When the
電力系統１の異常時において、電源システム２がスイッチ１２にて電力系統１の送電線１０から切り離されたあとに、パワーコンディショナー２０は自立運転を行い、負荷への電力供給を行う。
In the event of an abnormality in the
このとき、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０ａは太陽電池３０の発電電力が最大になるように動作し、ＤＣ－ＤＣコンバータ３１ａは二次電池３１への充放電を行い、ＤＣ－ＤＣコンバータ３２ａは燃料電池３２の発電電力を直流母線７０に出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ３０ａ～３２ａは、制御装置２１（後述）により制御される。
At this time, the DC-
［制御装置２１］
制御装置２１は、パワーコンディショナー２０を制御する装置である。以下、制御装置２１のハードウェア構成及び制御装置２１の機能ブロックの順に説明する。
[Control device 21]
The
・制御装置２１のハードウェア構成
図２は、本発明の一実施形態である制御装置２１のハードウェア構成を説明する図である。制御装置２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０と、メモリ２１１と、通信装置２１２と、記憶装置２１３と、入力装置２１４と、出力装置２１５と、記録媒体読取装置２１６とを有するコンピュータである。
·Hardware Configuration of
［ＣＰＵ２１０］
ＣＰＵ２１０は、メモリ２１１や記憶装置２１３に記憶された情報処理プログラムを実行することにより、制御装置２１が有する様々な機能を実現する。
[CPU 210]
The
［メモリ２１１］
メモリ２１１は、例えばＲＡＭ（Random-Access Memory）等であり、様々なプログラムやデータ等の一時的な記憶領域として用いられる。
[Memory 211]
The
［通信装置２１２］
通信装置２１２は、ネットワークＮＷを介して、他のコンピュータと各種プログラムやデータの受け渡しを行う。
[Communication device 212]
The
［記憶装置２１３］
記憶装置２１３は、ＣＰＵ２１０によって、実行または処理される各種データを格納する非一時的な（例えば不揮発性の）記憶装置である。
[Storage device 213]
The
［入力装置２１４］
入力装置２１４は、ユーザによるコマンドやデータの入力を受け付ける装置であり、キーボード、タッチパネルディスプレイ上でのタッチ位置を検出するタッチセンサなどの入力インタフェースを含む。
[Input device 214]
The
［出力装置２１５］
出力装置２１５は、例えばディスプレイやプリンタなどの装置である。
[Output device 215]
The
［記録媒体読取装置２１６］
記録媒体読取装置２１６は、ＳＤカードやＤＶＤ、ＣＤＲＯＭ等の記録媒体Ｍに記録されたプログラム等の様々なデータを読み取り、記憶装置２１３に格納する。
[Recording medium reader 216]
The recording
・制御装置２１の機能ブロック
制御装置２１は、電力系統１が正常であるか異常であるかを検出する装置である。また、制御装置２１は、電力系統１が正常である場合には連系運転モードで運転させるようパワーコンディショナー２０を制御し、電力系統１が異常である場合には自立運転モードで運転させるようパワーコンディショナー２０を制御する装置である。
- Functional block of the
図３は、制御装置２１の機能ブロックを説明する図である。制御装置２１は、異常検出部２１７と、指令演算部２１８と、運転制御部２１９とを含む。
FIG. 3 is a diagram illustrating functional blocks of the
［異常検出部２１７］
異常検出部２１７は、電力系統１の状態が正常であるか異常であるかを検出する。異常検出部２１７は、例えば、電力系統１と、電源システム２との連系点１ａにおける電圧を常時監視し、これに基づいて正常であるか異常であるかを検出する。
[Abnormality detection unit 217]
このとき、異常検出部２１７は、連系点１ａにおける電圧、電圧の周波数を計測する。異常検出部２１７は、所定の基準に基づいて、電圧及び周波数の過不足の有無を判定する。異常検出部２１７は、これらのいずれかに過不足が生じている場合に、電力系統１が異常であると検出する。
At this time, the
あるいは、連系点１ａに、過電圧継電器、不足電圧継電器、過電圧継電器及び過周波数継電器が設置されている場合、異常検出部２１７は、これらの継電器からの検出信号を監視してもよい。この場合、異常検出部２１７は、検出信号に基づいて、正常であるか異常であるかを検出する。
Alternatively, if an overvoltage relay, an undervoltage relay, an overvoltage relay, and an overfrequency relay are installed at the
異常検出部２１７は、スイッチ１２がオンの状態において電力系統１の状態が異常であると検出すると、スイッチ１２をオフに切り替える。
When the
また、異常検出部２１７は、スイッチ１２がオフの状態において電力系統１の状態が正常である（つまり、電力系統１が復旧した）と検出すると、スイッチ１２をオンに切り替える。
Further, when the
［指令演算部２１８］
指令演算部２１８は、スイッチ１２がオンの場合（つまり、電力系統が正常の場合）において、パワーコンディショナー２０を、連系運転モードで運転させるよう制御する。具体的には、指令演算部２１８は、スイッチ１２がオンの場合において、例えば連系点１ａにおける有効電力が所定の値になるように、パワーコンディショナー２０の出力電流を制御する。
[Command calculation unit 218]
The
本実施形態では、指令演算部２１８は、所定の指示に基づいて、電力系統１に電源３の電力が出力されるようパワーコンディショナー２０を制御する。
In this embodiment, the
ここで、「所定の指示」とは、例えば、アグリゲータからの指令信号Ｓ（図１）である。アグリゲータとは、電力会社からの電力供給に基づいて需要家の電力需要を制御するデマンドレスポンスにおいて、電力会社と需要者との間で電力の需給バランスを制御する事業者である。 Here, the "predetermined instruction" is, for example, the command signal S (FIG. 1) from the aggregator. An aggregator is a business entity that controls the power supply and demand balance between the electric power company and the consumer in the demand response that controls the electric power demand of the consumer based on the electric power supply from the electric power company.
［運転制御部２１９］
運転制御部２１９は、スイッチ１２がオフの場合、交流母線６０に電源３の電力が出力されるよう、パワーコンディショナー２０を制御する。
[Operation control unit 219]
The
運転制御部２１９は、スイッチ１２がオフの場合（つまり、電力系統が異常の場合）において、パワーコンディショナー２０を、自立運転モードで運転させるよう制御する。具体的には、運転制御部２１９は、スイッチ１２がオフの場合において、例えば交流母線６０における交流電圧が所定の値になるようにパワーコンディショナー２０を制御する。
The
以上、本実施形態の電源システム２について説明したが、以下では、一般的な非常用電源システムについて説明する。その上で、本実施形態の電源システム２と、一般的な非常用電源システムとの比較を行う。
The
＜＜一般的な非常用電源システム８＞＞
図４は、一般的な非常用電源システム８を説明する図である。この例において、電力系統１には、スイッチ１４を介して交流母線６１が接続されている。交流母線６１には、この例における負荷であるデータセンター５の計算機設備５０及び空調設備５１が、夫々無停電電源４１及び４２を介して接続されている。
<<General emergency
FIG. 4 is a diagram illustrating a general emergency
ここでの無停電電源４１及び４２と、計算機設備５０と、空調設備５１とは、上述の本実施形態の電源システム２の説明したものと同様である。
The
先ず、スイッチ１４がオンであり、スイッチ１５がオフである場合について説明する。この場合は、電力系統１の状態は正常である。つまり、電力系統１の正常時においては、計算機設備５０及び空調設備（以下、計算機設備５０及び空調設備５１をまとめて「データセンター５」と称する場合がある）は電力系統１に接続されており、非常用電源システム８は電力系統１から切り離されている。
First, the case where the
このとき、計算機設備５０及び空調設備５１は、電力系統１から供給される電力によって動作する。
At this time, the
つぎに、図４に示すように、電力系統１に異常が発生すると、スイッチ１４がオフに切り替わるとともに、スイッチ１５がオンに切り替わる。つまり、電力系統１の異常時においては、データセンター５は電力系統１から切り離され、非常用電源システム８より、無停電電源４２、無停電電源４３を介して電力が供給される。
Next, as shown in FIG. 4, when an abnormality occurs in the
この図に示す非常用電源システム８は、燃料電池８１と、バッテリ８２と、抵抗器８３とを備えている。
The emergency
燃料電池８１と、バッテリ８２と、抵抗器８３とは夫々、ＤＣ－ＤＣコンバータ８１ａと、８２ａと、スイッチ８３ａとを介して直流母線７１に接続されている。直流母線７１には、ＤＣ－ＡＣインバータ８０が接続されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ８１ａは、燃料電池８１からの直流電力を、ＤＣ－ＡＣインバータ８０に供給するための所定の直流電圧に変換する。
燃料電池８１は、電力系統１の異常時において、データセンター５に供給するための電力を出力する。燃料電池８１から出力された直流電力は、ＤＣ－ＡＣインバータ８０により交流電力に変換され、交流母線６１を介してデータセンター５に供給される。
The
燃料電池８１は、電力系統１の正常時においては駆動を停止しており、電力系統１に異常が発生すると、スイッチ１５がオンになるとともに起動する。
The
バッテリ８２は、燃料電池８１を起動させる際に要する電力を出力する。このとき、バッテリ８２が要するＣレートは、例えば３Ｃ程度以上である。
The
バッテリ８２及び抵抗器８３は、負荷の変動に伴う直流母線７１における電圧の変動を抑制するための機能を有する。直流母線７１における電圧が上昇した場合、スイッチ８３ａを制御して抵抗器８３に電流を流すことで、電圧の上昇を抑制する。直流母線７１における電圧が下降した場合、バッテリ８２からの出力により、電圧の下降を抑制する。
The
非常用電源システム８は、このようにして直流母線７１における電圧の変動を抑制することにより、ＤＣ－ＡＣインバータ８０が出力する交流電力の品質を維持する。
Emergency
＜本実施形態の電源システム２と、一般的な非常用電源システム８との比較＞
本実施形態の電源システム２と、一般的な非常用電源システム８とを比較する。なお、電源システム２と、一般的な非常用電源システム８との比較においては、電源システム２は、電源３（太陽電池３０、二次電池３１及び燃料電池３２）、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０ａ，３１ａ及び３２ａを含むものとして説明する。
<Comparison between the
The
［電圧変動を抑制するための付帯設備について］
非常用電源システム８は、燃料電池８１の出力変動に伴う直流母線７１の電圧変動を抑制するために、バッテリ８２や抵抗器８３といった付帯設備を要する。
[Auxiliary equipment for suppressing voltage fluctuation]
The emergency
具体的には、非常用電源システム８は、燃料電池８１が負荷急増に対して応答が遅れ、電力供給が不足し、直流母線７１の電圧低下が生じうる場合に備え、電力を放電するバッテリ８２を要する。また、非常用電源システム８は、燃料電池８１が負荷急減に対して応答が遅れ、電力供給が過剰になり、直流母線７１の電圧上昇が生じうる場合に備え、電力を消費する抵抗器８３を要する。
Specifically, the emergency
しかし、本実施形態の電源システム２においては、そのような付帯設備を要しない。
However, the
本実施形態の電源システム２が用いる二次電池３１は、太陽電池３０の発電電力を平準化するため、かつまたは電力系統１に対する需給調整力を提供するために設けられている。更に、電源システム２が用いる二次電池３１は、非常用電源システム８のバッテリ８２とは仕様が異なるものである。
The
太陽電池３０の出力変動は、天候の変動に伴うため、数時間程度の時間スケールで生じる。また、電力系統１に接続される他の再生可能エネルギーも同様に出力変動が数時間程度の時間スケールで生じる。そのため、電力系統１から求められる需給調整力の時間スケールも、数時間程度の時間スケールで生じうる。太陽電池３０の出力変動が、例えば２時間程度以上であるとすると、二次電池３１は、２時間程度以上に亘って所望の電流で充放電できることを要する。従って、二次電池３１は大容量のため、所定の電池容量に対して０．５Ｃ程度以下のＣレートとなる。
Output fluctuations of the
本実施形態の電源システム２が用いる二次電池３１は、太陽電池３０の発電電力を平準化するために設けられているが、大容量であるため、燃料電池３２の負荷急変に対し、直流母線７１の電圧変動を抑制するために十分な電力を充放電できる。
The
そのため、一般的な非常用電源システム８の燃料電池８１の出力変動に伴う直流母線７１の電圧変動を抑制するためのバッテリ８２や抵抗器８３に相当する付帯設備は、本実施形態の電源システム２には要しない。
Therefore, auxiliary equipment corresponding to the
［燃料電池の起動のためのバッテリについて］
非常用電源システム８においては、燃料電池８１を起動させるためのバッテリ８２を要する。燃料電池８１の動作温度はその種類により常温よりも数十度から数百度高い。燃料電池８１が停止時の常温から起動時の動作温度に達するまで熱を供給する必要があり、その熱を供給するヒーターの電力負荷を供給するためにバッテリ８２が用いられる。例えば燃料電池の出力に対して２０～３０分程度の時間を放電できるバッテリ８２を要する。ここでのバッテリ８２として、通常は二次電池が用いられる。
[About the battery for starting the fuel cell]
The emergency
一方、本実施形態の電源システム２においては、太陽電池３０の発電電力を平準化する二次電池３１があるため、燃料電池３２を起動させるためのバッテリを共用することができる。つまり、電源システム２においては、非常用電源システム８のバッテリ８２に相当する設備を要しない。
On the other hand, in the
前述のように、非常用電源システム８のバッテリ８２は、燃料電池８１の起動に必要なヒーターに電力を供給する役割も担っている。燃料電池８１を起動するには、一般に２０～３０分程度の時間を要する。そのため、起動時間を早くするために、バッテリ８２は、燃料電池８１が起動するまでの間の２０～３０分程度に亘って、所望の電流で放電できることを要する。従って、バッテリ８２は、所定の電池容量に対して２Ｃ～３Ｃ程度のＣレートを要する。
As described above, the
本実施形態の電源システム２が用いる二次電池３１は、太陽電池３０の発電電力を平準化するために設けられているが、大容量であるため、燃料電池３２が起動するまでの間の２０～３０分程度に亘って、所望の電流で放電できる。そのため、本実施形態の電源システム２は、燃料電池３２の起動のための二次電池が追加される必要はない。
The
［無停電電源について］
一般的な非常用電源システム８が停電してから運転に切り替えると、無停電電源４１、無停電電源４２は交流母線６１の電圧が復電するのを検出し、ＡＣ／ＤＣコンバータの整流器動作（交流母線６１から無停電電源４１，４２用バッテリ側へ電流を供給）を開始する。そのときＡＣ／ＤＣコンバータの消費電力を０から急激に増加させてしまうと前述の負荷急増をさらに悪化させるおそれがある。一般的には無停電電源４１，４２のＡＣ／ＤＣコンバータの消費電力が徐々に立ち上がるように電力の変化率を制限する。そのため、無停電電源４１、無停電電源４２のバックアップ時間は５分以上を要する。
[About uninterruptible power supply]
When the general emergency
一方、本実施形態の電源システム２においては、二次電池３１の電池容量が大きいので、停電から復電により無停電電源４０の消費電力が早く立ち上がっても、前述の負荷急増による直流母線７１の電圧降下の影響は小さい。電源システム２の起動時間はパワーコンディショナー２０が系統連系運転から自立運転に切り替わる動作の時間を見ればよく、１０秒程度と短いため、無停電電源４１、無停電電源４２のバックアップ時間は、１分程度と短くてよい。
On the other hand, in the
近年のデータセンターは、計算機設備５０がサーバー室に高密度に設置されており、サーバー室の空気が短時間で高温になる。そのため、空調設備５１の停電時間を、数１０秒程度に抑えることが望まれている。
In a recent data center, the
しかしながら、一般的な非常用電源システム８においては、無停電電源４１，４２復電時の負荷急増の影響を抑えるために、復電後の無停電電源４１，４２の負荷電力上昇を制限する必要があり、非常用電源システム８の起動に要する時間のために、停電時間が数１０秒程度となるおそれがある。従って、非常用電源システム８においては、空調設備５１に対しても無停電電源４２を要する。
However, in the general emergency
本実施形態の電源システム２においては、前述のように、二次電池３１の電池容量が大きく電源システム２の起動時間が１０秒程度と短くできる。そのため、停電時間を１０秒程度に抑えることが可能である。
In the
つまり、電源システム２は、一般的な非常用電源システム８に比べて、停電時間を短く抑えることができる。従って、電源システム２は、一般的な非常用電源システム８に比べて、バックアップ時間の短い無停電電源を用いることができる。
In other words, the
あるいは、電源システム２の停電時間が、負荷が許容する停電時間よりも短い場合、無停電電源を省略することができる。前述のように、電源システム２は、一般的な非常用電源システム８に比べて停電時間を短く抑えることができるため、無停電電源を省略しやすい。
Alternatively, if the power failure time of the
［系統連系について］
一般的な非常用電源システム８においては、電力系統１に対する連系が考慮されていない。しかし、本実施形態の電源システム２は、電力系統１に対して連系が可能であるため、
電力系統１に対する調整力として機能する。
[Regarding grid connection]
In the general emergency
It functions as a regulating force for the
近年発電電力が不安定な再エネの増加により、電力系統１に対する調整力が求められている。本実施形態の電源システム２は、電力系統１に連系するため、電力系統１に対する調整力として機能可能である。電力調整のためには、二次電池３１への充放電、燃料電池３２の発電量の調整が活用できる。
In recent years, due to the increase in renewable energy whose generated power is unstable, the
また、二次電池３１が「電力調整用の蓄電池」、「燃料電池の起動時間短縮や負荷急変対応の蓄電池」、「停電補償用の蓄電池」、「太陽電池３０の発電電力の平準化」の機能を共用することで、二次電池３１の利用率を向上させることが可能になる。
In addition, the
＜＜制御装置２１が実行する処理＞＞
図５は、本実施形態の制御装置２１が実行する処理を説明する図である。制御装置２１が実行する処理は、ステップＳ１０１～Ｓ１０６を含む。以下の説明では、初期の電力系統１の状態が正常であるとして説明する。
<<Process Executed by
FIG. 5 is a diagram illustrating processing executed by the
電力系統１の正常時において、指令演算部２１８は、パワーコンディショナー２０を連系運転モードで運転させるよう制御している（ステップＳ１０１）。本実施形態では、指令演算部２１８は、アグリゲータからの指令信号Ｓ（図１）に基づいて、電力系統１に電源３からの電力が出力されるようパワーコンディショナー２０を制御している。
When the
異常検出部２１７は、電力系統１が正常であるか異常であるかを常時監視している（ステップＳ１０２）。異常検出部２１７が、異常を検出せず、正常であると検出した場合（ステップＳ１０２：Ｎ）、ステップＳ１０１に戻り、指令演算部２１８は、パワーコンディショナー２０に連系運転モードの運転を維持させる。異常検出部２１７が、異常であると検出した場合（ステップＳ１０２：Ｙ）、ステップＳ１０３に進む。
The
ステップＳ１０３において、異常検出部２１７は、スイッチ１２をオフに切り替える。これによって、データセンター５及び電源システム２が電力系統１から切り離される。
In step S103, the
次いで、ステップＳ１０４において、運転制御部２１９は、パワーコンディショナー２０を自立運転モードで運転させるよう制御する。
Next, in step S104, the
異常検出部２１７は、電力系統１の異常時においても、電力系統１が正常であるか否かを監視している（ステップＳ１０５）。つまり、異常検出部２１７は、電力系統１が復旧したか否かを監視している。
The
ステップＳ１０５において、異常検出部２１７が、異常である（電力系統１が復旧していない）と検出した場合（ステップＳ１０５：Ｎ）、ステップＳ１０４に戻り、運転制御部２１９は、パワーコンディショナー２０に自立運転モードの運転を維持させる。
In step S105, when the
ステップＳ１０５において、異常検出部２１７が、正常である（電力系統１が復旧した）と検出した場合（ステップＳ１０５：Ｙ）、ステップＳ１０６に進む。
In step S105, when the
ステップＳ１０６において、異常検出部２１７は、スイッチ１２をオンに切り替える。その後、ステップＳ１０１に戻り、指令演算部２１８は、パワーコンディショナー２０を連系運転モードで運転させるよう制御を再開する。
In step S106, the
以上説明した本実施形態の電源システム２によれば、電力系統が非常時のみならず正常時においても電力系統１との連系が可能となる。
According to the
＝＝第２実施形態＝＝
図６は、電源システム２の他の適用例を説明する図である。本実施形態は、第１実施形態と比べると、水電解装置３３と、水素タンク３４とを更に用いる点で異なっている。なお、本実施形態では、燃料電池３２は、水電解装置３３からの水素を燃料として動作する燃料電池である。
== Second Embodiment ==
FIG. 6 is a diagram illustrating another application example of the
水電解装置３３は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３３ａを介して直流母線７０に接続されている。水電解装置３３は、電源３からの電力により駆動する。水電解装置３３は、水を電気分解することにより水素を生成し、水素タンク３４に貯蔵する。水素タンク３４に貯蔵された水素は、燃料電池３２に供給される。
The
電力系統１の異常時において、電源システム２がスイッチ１２にて電力系統１の送電線１０から切り離されたあとに、燃料電池３２は、水素を燃料に長時間の停電補償を行う。
In the event of an abnormality in the
このような態様であっても、電源システム２は、電力系統が非常時のみならず正常時においても電力系統１との連系が可能となる。更に、燃料となる水素を自給自足することができ、水素を調達するためのコストを削減することができる。
Even in such a mode, the
＝＝その他＝＝
第１及び第２実施形態では、電源３（太陽電池３０、二次電池３１及び燃料電池３２）が電源システム２の構成に含まれない態様を示した。しかし、この態様に限らず、電源システム２に対し、太陽電池３０、二次電池３１及び燃料電池３２を含めた電源システムとしてもよい。
== other ==
In the first and second embodiments, the configuration of the
＝＝まとめ＝＝
以上、実施形態の電源システム２は、電力系統１にスイッチ１２、交流母線６０及び無停電電源４０を介して接続される負荷に対する電源システムであって、交流母線６０に接続され、スイッチ１２がオンの場合に電力系統１に連系されるパワーコンディショナー２０と、燃料電池３２を含む電源３からの電力が直流母線７０を介して入出力されるパワーコンディショナー２０を制御する制御装置２１と、を備え、制御装置２１は、スイッチ１２がオンの場合、所定の指示に基づいて、電力系統１に電源３の電力が入出力されるようパワーコンディショナー２０を制御し、スイッチ１２がオフの場合、交流母線６０に電源３の電力が出力されるよう、パワーコンディショナー２０を制御する。
==Summary==
As described above, the
このような構成によれば、スイッチ１２がオンのときは、電力系統１に電源システム２が連系され、燃料電池３２の発電量の調整により、電力系統１に対する電力調整力として機能可能である。
According to such a configuration, when the
また、電源３は、再生可能エネルギー発電設備を含む。このような構成によれば、燃料電池３２を常時駆動させる必要が無く、燃料電池３２に供給する燃料のために要するコストを抑制することができる。
The
また、電源３は、二次電池３１を含む。このような構成によれば、燃料電池３２及び再生可能エネルギーの出力変動に伴う直流母線７０における電圧の変動を、二次電池３１が吸収することができる。従って、直流母線７０における電圧が安定し、高品質の電力を負荷に供給することができる。
Also, the
また、二次電池３１のＣレートは、０．５Ｃ以下である。つまり、二次電池３１は、２～３時間程度に亘って、所望の電流で放電できる。このような構成によれば、再生可能エネルギーの出力変動に伴う直流母線７０における電圧の変動を、二次電池３１が効果的に吸収することができる。従って、直流母線７０における電圧が更に安定し、高品質の電力を負荷に供給することができる。
Also, the C rate of the
また、負荷は、データセンター５に配置される計算機設備５０を含む。このような構成によれば、無停電電源４０の放電が終了する前に計算機設備５０に電力を供給することができる。
The load also includes
また、交流母線６０には、データセンター５に配置される空調設備５１が接続される。このような構成によれば、無停電電源４０の放電が終了する前においても空調設備５１に電力を供給することができる。更に、電源システム２によれば停電時間を数秒程度に抑えることができるため、空調設備５１に対する無停電電源を要しない。
Also, the
また、燃料電池３２は、水電解装置からの水素を燃料として動作するものであってもよい。このような構成によれば、燃料としての水素を自給自足することができる。そのため、遠方から水素を供給するためのパイプラインの敷設や、車両等での水素の運搬といった、水素の調達コストを削減することができる。また、系統連系時に、水電解装置３３の水素発生量を、電力系統に対する調整要素として活用することができる。
Further, the
また、変形例の電源システムとして、電力系統１にスイッチ１２、交流母線６０及び無停電電源４０を介して接続される負荷に対する電源システムであって、交流母線６０に接続され、スイッチ１２がオンの場合に電力系統１に連系されるパワーコンディショナー２０と、パワーコンディショナー２０に直流母線７０を介して接続され、燃料電池３２を含む電源３と、スイッチ１２がオンの場合、所定の指示に基づいて、電力系統１に電源３の電力が出力されるようパワーコンディショナー２０を制御し、スイッチ１２がオフの場合、交流母線に電源３の電力が出力されるよう、パワーコンディショナー２０を制御する制御装置２１と、を備える電源システムであってもよい。
Further, as a power supply system of a modification, a power supply system for a load connected to the
このような構成によれば、電力系統１に異常が発生した際に、スイッチ１２をオフに切り替えるとともに燃料電池３２を起動することを要しない。そのため、燃料電池３２を起動するためのバッテリ８２等の付帯設備を要しない。従って、電力系統が非常時のみならず正常時においても電力系統１との連系が可能となる。
According to such a configuration, it is not necessary to turn off the
１：電力系統
１０：送電線
１１：変圧器
１２：スイッチ
１３：変圧器
１４：スイッチ
１５：スイッチ
２：電源システム
２０：パワーコンディショナー
２１：制御装置
２１０：ＣＰＵ
２１１：メモリ
２１２：通信装置
２１３：記憶装置
２１４：入力装置
２１５：出力装置
２１６：記録媒体読取装置
２１７：異常検出部
２１８：指令演算部
２１９：運転制御部
３：電源
３０：太陽電池
３０ａ：ＤＣ－ＤＣコンバータ
３１：二次電池
３１ａ：ＤＣ－ＤＣコンバータ
３２：燃料電池
３２ａ：ＤＣ－ＤＣコンバータ
３３：水電解装置
３３ａ：ＤＣ－ＤＣコンバータ
３４：水素タンク
４０：無停電電源
４１：無停電電源
４２：無停電電源
４０ａ：ＡＣ－ＤＣコンバータ
４０ｂ：ＤＣ－ＡＣインバータ
４０ｃ：バッテリ
５：データセンター
５０：計算機設備
５１：空調設備
６０：交流母線
６１：交流母線
７０：直流母線
７１：直流母線
８：非常用電源システム
８０：ＤＣ－ＡＣインバータ
８１：燃料電池
８１ａ：ＤＣ－ＤＣコンバータ
８２：バッテリ
８２ａ：ＤＣ－ＤＣコンバータ
８３：抵抗器
1: Power System 10: Transmission Line 11: Transformer 12: Switch 13: Transformer 14: Switch 15: Switch 2: Power Supply System 20: Power Conditioner 21: Control Device 210: CPU
211: Memory 212: Communication device 213: Storage device 214: Input device 215: Output device 216: Recording medium reading device 217: Abnormality detection unit 218: Command calculation unit 219: Operation control unit 3: Power supply 30:
Claims (4)
前記第１母線に接続されるパワーコンディショナーと、
前記パワーコンディショナーに第２母線を介して接続され、燃料電池と二次電池とを含む電源と、
前記スイッチがオンの場合、前記第１母線を介して前記電力系統と前記電源とを連系させるとともに、前記第１母線を介して前記電源の電力が前記無停電電源と前記空調設備とに供給されるように前記パワーコンディショナーを制御し、前記スイッチがオフの場合、前記第１母線を介して前記電源の電力が前記無停電電源と前記空調設備とに供給されるように前記パワーコンディショナーを制御する制御装置と、
を備える電源システム。 Power is supplied via the first bus to computer equipment connected to the power system via a switch, a first bus, and an uninterruptible power supply, and to air conditioning equipment connected to the first bus to cool the computer equipment. A power system that supplies a
a power conditioner connected to the first bus;
a power supply connected to the power conditioner via a second bus and including a fuel cell and a secondary battery ;
When the switch is on, the power system and the power supply are interconnected via the first bus, and the power of the power supply is supplied to the uninterruptible power supply and the air conditioner via the first bus. and when the switch is off, control the power conditioner so that the power of the power supply is supplied to the uninterruptible power supply and the air conditioner through the first bus. a controller for
Power system with
前記電源は、再生可能エネルギー発電設備を含む、
電源システム。 The power system of claim 1, comprising:
the power source includes a renewable energy power generation facility;
power system.
前記二次電池のＣレートは、０．５Ｃ以下である、
電源システム。 The power system of claim 1 , comprising:
C rate of the secondary battery is 0.5C or less,
power system.
前記第１母線または前記第２母線に接続される水電解装置を更に備え、
前記燃料電池は、前記水電解装置からの水素を燃料として動作する、
電源システム。 The power system of claim 1, comprising:
Further comprising a water electrolysis device connected to the first bus or the second bus,
The fuel cell operates using hydrogen from the water electrolysis device as fuel,
power system.
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