JPH04325832A - 多機能電力変換システム - Google Patents

多機能電力変換システム

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JPH04325832A
JPH04325832A JP3122748A JP12274891A JPH04325832A JP H04325832 A JPH04325832 A JP H04325832A JP 3122748 A JP3122748 A JP 3122748A JP 12274891 A JP12274891 A JP 12274891A JP H04325832 A JPH04325832 A JP H04325832A
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高永　敏行
Yasuo Taguchi
田口　保夫
Seiji Sadayoshi
定由　征次
Mikio Kato
加藤　幹男
Kazuo Kuroki
一男 黒木
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多機能電力変換システム
に関し、詳しくは、電力系統に連係される電力変換装置
と蓄電池とを組合せ、商用電源の状況や負荷の受電状況
に応じて電力変換装置の動作モードを適宜選択すること
により、電力変換装置にアクティブフィルタ動作、ＵＰ
Ｓ（無停電電源装置）動作、非常用発電動作、ピークカ
ット発電動作、蓄電池充電動作等を行なわせるようにし
た多機能電力変換システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、エレクトロニクス応用機器の増加
により、負荷機器に占める整流負荷の割合は増大の一途
をたどっているが、反面、これらの整流機器は、周知の
ように電力系統に高調波電流を生じさせ、また、無効電
流の発生源ともなっている。高調波電流は電力系統のコ
ンデンサ等、電力機器の焼損、系統電圧の歪みによる各
種ハイテク機器の誤動作、通信障害等の原因ともなり、
無効電流は力率の低下による送電損失の増加や系統電圧
の変動を引き起こす。このため、現在では、交流ＬＣフ
ィルタ等のパッシブフィルタや電力変換装置を用いたア
クティブフィルタを系統に接続し、上記高調波電流等を
抑制している。
【０００３】また、コンピュータ等の電子機器では電源
の瞬時停止や電源電圧の瞬時低下によりシステムの停止
等、大きな被害を生じ、これが情報通信、サービス分野
等において大規模な混乱を招くことになる。従って、前
述したように高調波電流及び無効電流の除去、電圧の安
定化並びに安定供給を実現して電力の品質を向上させる
ことが急務となっている。
【０００４】一方、近年における社会活動の情報化、高
度化、生産活動の大規模化等に起因して、電気エネルギ
ーに対する依存度は年々上昇の一途を辿っている。この
ため、電力会社では原子力発電等を推進して電力供給量
の増大を図っているほか、社会全体が、安全で化石燃料
を用いないクリーンな電源装置として蓄電池、太陽電池
、燃料電池等に注目している。
【０００５】しかるに、電力需要には季節や時間帯によ
ってアンバランスが存在し、例えば、最近の傾向として
は夏季の昼間に電力需要量がピークを迎えることは余り
にも有名な話である。このような電力需要のアンバラン
スは電力供給側の設備利用率を変動させ、大きな経済的
損失の原因となるものであるから、電力需要の平準化が
望まれており、例えば、各電力会社では平準化を考慮し
た電気料金体系を整備し、また、需要家が積極的に需要
電力のピークカットを行なえば、需給調整契約により電
気料金を割引くといった制度を設けている。
【０００６】更に、最近では、前述したように太陽電池
や燃料電池等の新エネルギーを用いた比較的小容量の電
源設備が徐々に実用化されつつあり、このような電源設
備を分散配置形電源として個々の需要家に設置するシス
テムも、今後、増加する傾向にある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、電力の
高品質化、安定供給は極めて重要な問題であることに鑑
み、従来からアクティブフィルタや商用電源／ＵＰＳ並
列給電システム等が提供されてきているが、これら単独
では何れもすべての要請に応えることはできず、特に、
需要電力のピークカット対策まで考慮したシステムは従
来、皆無であった。同時に、化石燃料を用いずに省エネ
ルギーや環境保護を図り、しかも各需要家ごとに設置し
て使用可能な簡易な電源システムの実現が望まれている
。
【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、単一のシステムに
てアクティブフィルタ動作、ＵＰＳ動作、非常用発電動
作、ピークカット発電動作、蓄電池充電動作を行なうこ
とができ、電力の高品質化、安定供給及び電力需要の平
準化に寄与すると共に、環境保護に配慮し、また分散配
置形電源としても最適な多機能電力変換システムを提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明は、系統に接続されて順逆変換動作が可能なイ
ンバータ等の電力変換装置と、この電力変換装置の直流
側に接続された蓄電池等の直流エネルギー蓄積装置と、
商用電源の停電または電圧低下等の異常を検出する高感
度電圧低下継電器等の商用電源異常検出手段とを備え、
商用電源の健全時には、電力変換装置を順変換動作させ
てアクティブフィルタとして運転し、かつ、必要に応じ
て、直流エネルギー蓄積装置を充電すると共に電力変換
装置を逆変換動作させて商用電源に対するピークカット
のための発電運転を行ない、商用電源の異常時には、こ
れを商用電源異常検出手段により検出して系統連係用の
交流スイッチをオフし、電力変換装置を逆変換動作に切
り換えて無停電電源装置として運転することにより、重
要負荷に対し無瞬断で交流電力を供給するものである。
【００１０】
【作用】本発明は、商用電源の状態や負荷の状況に応じ
て電力変換装置を順変換または逆変換動作させることに
より、アクティブフィルタ動作、ピークカット発電動作
、直流エネルギー蓄積装置の充電動作、ＵＰＳ動作や非
常用発電動作を行なう多機能電力変換システムとして作
用する。これにより、単一のシステムにより、電力の高
品質化、安定供給、電力需要の平準化、環境保護等の要
請に応え、かつ分散配置形電源にも最適な電源システム
を実現することができる。
【００１１】
【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明する
。図１は、第１実施例にかかる多機能電力変換システム
１０Ａを含む電力系統の構成図を単線図にて示したもの
である。なお、この実施例は、母線が低圧系であって比
較的小容量の系統に適用される。図において、ＡＣは商
用電源であり、この電源ＡＣには遮断器ＣＢ２及び変流
器ＣＴ３を介して母線Ｂが接続されている。また、商用
電源ＡＣ側の母線Ｂには、遮断器ＣＢ３，ＣＢ４を介し
て照明負荷や電動機負荷等の一般負荷ＬＤ１，ＬＤ２が
接続されている。
【００１２】一方、多機能電力変換システム１０Ａにお
いて、母線Ｂには商用電源ＡＣ側から高感度電圧低下（
不足電圧）継電器ＲＹ１、半導体スイッチからなる交流
スイッチＳＷ１、変流器ＣＴ２，ＣＴ１が順次接続され
、これらの変流器ＣＴ２，ＣＴ１間の母線Ｂには、遮断
器ＣＢ１を介して、順逆変換動作可能な電力変換装置と
してのインバータＩＮＶの交流側が接続されている。こ
のインバータＩＮＶは例えば自励式電圧形インバータで
あり、その直流側には、変流器ＣＴ４を介して直流エネ
ルギー蓄積装置としての蓄電池ＢＴが接続されている。
【００１３】また、電力変換システム１０Ａよりも商用
電源ＡＣから遠い母線Ｂには、遮断器ＣＢ５を介して非
常用負荷ＬＤ３が、更に、遮断器ＣＢ６を介して重要負
荷ＬＤ４がそれぞれ接続されている。ここで、非常用負
荷ＬＤ３とは消防法や建築基準法等により義務付けられ
た防災用負荷を含む負荷であり、通常、１０秒程度の停
電は許容されているものをいう。また、重要負荷ＬＤ４
とは、コンピュータ負荷のように電源電圧の瞬時低下や
瞬断も許されない負荷をいう。
【００１４】次に、この実施例の動作を説明する。まず
、商用電源ＡＣの健全時には、交流スイッチＳＷ１がオ
ンしており、非常用負荷ＬＤ３及び重要負荷ＬＤ４には
商用電源ＡＣから交流電力が供給されている。この時、
電力変換システム１０Ａ内のインバータＩＮＶは、整流
負荷等に起因して変流器ＣＴ１に流れる高調波電流を検
出し、これと逆位相の電流を流すように動作して変流器
ＣＴ２に流れる電流を高調波の少ない電流とする。同時
に、変流器ＣＴ１に流れる無効電流も制御して、変流器
ＣＴ２に流れる電流が無効分のない力率１の電流になる
ように動作する。すなわち、この場合、インバータＩＮ
Ｖは順変換動作によりアクティブフィルタ運転及び無効
電力抑制運転を行なう。
【００１５】次いで負荷が増大し、商用電源ＡＣ側の変
流器ＣＴ３により検出される電流または電力に基づき、
需要電力が設定値を越えたことを検出した場合には、イ
ンバータＩＮＶが蓄電池ＢＴの直流電力を受けて逆変換
動作し、系統と連係して増加した負荷分の電力を供給す
る。この場合、電力変換システム１０Ａがピークカット
発電動作することにより、商用電源ＡＣに対する需要電
力の平準化を図ることができる。なお、蓄電池ＢＴの電
力が減少し、あるいは需要電力が設定値以下に低下した
場合には、前述のアクティブフィルタ動作に戻る。
【００１６】また、上述のようにピークカット運転を行
なうと蓄電池ＢＴが放電するため、その充電が必要にな
る。この充電動作は、ピークカット運転終了後のアクテ
ィブフィルタ運転時に行なわれる。すなわち、インバー
タＩＮＶの直流側の変流器ＣＴ４による検出電流が規定
値以上に流れないように電流制限をかけながらインバー
タＩＮＶの直流電圧を制御することにより、所定の充電
動作が可能になる。また、この充電動作は、タイマー等
を用いて比較的安価な夜間（深夜）電力を利用すること
が望ましい。
【００１７】更に、商用電源ＡＣの停電や電圧の瞬時低
下が発生すると、高感度電圧低下継電器ＲＹ１が瞬時に
動作し、交流スイッチＳＷ１を即時にオフして商用電源
ＡＣ側を系統から切り離す。そして、インバータＩＮＶ
をアクティブフィルタとしての順変換動作から逆変換動
作に瞬時に切り換え、非常用負荷ＬＤ３及び重要負荷Ｌ
Ｄ４に交流電力を無瞬断で供給する。すなわち、この場
合には、インバータＩＮＶがＵＰＳまたは非常用電源と
して動作している。なお、交流スイッチＳＷ１を即時に
オフさせるのは、インバータＩＮＶから出力される交流
電力が系統に給電されて過負荷になるのを防止するため
である。
【００１８】図３は上記動作のスケジュールを示すフロ
ーチャートである。図において、まずメインスイッチの
オンによりシステムの運転を開始し、商用電源ＡＣが健
全であれば（ステップＳ１，ＹＥＳ）タイマーにて一定
時限を確認し（Ｓ２）、次いで交流スイッチＳＷ１をオ
ンする（Ｓ３）。これにより、負荷ＬＤ３，ＬＤ４に対
して商用電源ＡＣから交流電力が供給される。
【００１９】システムはこの状態で需要電力を常時監視
しており、これが設定値以内であれば（Ｓ４，ＮＯ）、
次に現在の蓄電池ＢＴの放電（または充電）状態を判断
し、放電量が小であれば（Ｓ５，ＮＯ）アクティブフィ
ルタ運転及び無効電力抑制運転を行なう（Ｓ６）。そし
て、放電量が大であれば（Ｓ５，ＹＥＳ）前述したアク
ティブフィルタ運転及び無効電力抑制運転を行なうと共
に蓄電池ＢＴを直ちに充電する（Ｓ８）。なお、充電を
深夜電力により行なう場合にはタイマーをオンし（Ｓ７
）、このタイマーの指令によって充電動作に入る。
【００２０】また、前記ステップＳ１において、商用電
源ＡＣの停電や電圧の瞬時低下等の異常が発生した場合
には（Ｓ１，ＮＯ）、交流スイッチＳＷ１を直ちにオフ
し（Ｓ８）、ＵＰＳ運転（非常用発電）を行なう（Ｓ９
）。この運転により蓄電池ＢＴが放電するが、放電が終
止するまではＵＰＳ運転を継続し（Ｓ１０，ＮＯ）、終
止した時点で運転を停止する（Ｓ１０，ＹＥＳ）。更に
、前記ステップＳ４において、需要電力が大きくなって
設定値を越えた場合には（Ｓ４，ＹＥＳ）、予め選択可
能なピークカット運転の要否に従い（Ｓ１１）、ピーク
カット運転を行なう（Ｓ１２）か、あるいはステップＳ
５の判断に移行する。
【００２１】図２は本発明の第２実施例を示す系統構成
図であり、この実施例は、母線が高圧系であって比較的
大容量の系統に適用されるものである。図２において、
図１と同一の構成要素には同一の符号を付して詳述を省
略し、以下、異なる部分を中心に説明する。すなわちこ
の実施例の多機能電力変換システム１０Ｂでは、変流器
ＣＴ１，ＣＴ２間の母線Ｂに遮断器ＣＢ１、トランスＴ
１及び交流スイッチＳＷ１を介してインバータＩＮＶが
接続され、また、インバータＩＮＶの交流側に設けられ
た線路Ｂ′に変流器ＣＴ５が接続されている。
【００２２】更に、前記線路Ｂ′には遮断器ＣＢ６を介
して重要負荷ＬＤ４が接続され、また、遮断器ＣＢ５及
び切換スイッチＳＷ２を介して非常用負荷ＬＤ３が接続
されている。一方、母線Ｂには遮断器ＣＢ７、トランス
Ｔ２及び切換スイッチＳＷ２を介して前記非常用負荷Ｌ
Ｄ３が接続され、トランスＴ２の二次側には定格電圧継
電器ＲＹ２及び電圧低下継電器ＲＹ３が接続されている
。
【００２３】次に、この動作を説明する。まず、商用電
源ＡＣが健全である場合のインバータＩＮＶのアクティ
ブフィルタ運転、ピークカット運転、蓄電池ＢＴの充電
動作等は図１の実施例と同様である。なお、アクティブ
フィルタ運転時には、インバータＩＮＶは変流器ＣＴ１
，ＣＴ５に流れる高調波電流と逆位相の電流を流し、変
流器ＣＴ２に流れる電流を高調波分の少ない電流とする
と共に、同時に、変流器ＣＴ１，ＣＴ５に流れる無効電
流も制御して変流器ＣＴ２に流れる電流を無効分のない
力率１の電流となるように制御する。また、これらの運
転モードにおいて、切換スイッチＳＷ２は定格電圧継電
器ＲＹ２の動作により商用系（トランスＴ２側）に接続
されており、非常用負荷ＬＤ３には商用電源ＡＣから給
電されている。
【００２４】商用電源ＡＣの停電時または電圧の瞬時低
下時には、高感度電圧低下継電器ＲＹ１が瞬時に動作し
て交流スイッチＳＷ１が即時にオフし、インバータＩＮ
Ｖが直ちに逆変換動作へ切り換わることにより、重要負
荷ＬＤ４に交流電力を無瞬断で供給する。また、非常用
負荷ＬＤ３は商用電源ＡＣの停電により給電が一旦停止
するが、電圧低下継電器ＲＹ３の動作により切換スイッ
チＳＷ２がインバータ側（遮断器ＣＢ５側）に切り換わ
り、インバータＩＮＶから交流電力が供給される。この
スイッチＳＷ２の切り換えは短時間にて行なわれるため
、非常用負荷ＬＤ３の性質上、何ら不都合はない。
【００２５】この実施例では、切換スイッチＳＷ２が商
用系またはインバータ系の何れか一方にのみ投入される
ようにインターロックをとることが必要である。なお、
この実施例における動作スケジュールは図３に示したも
のと基本的に同一であるため、重複を避けるために図示
及び説明を省略する。
【００２６】この実施例によれば、トランスＴ１の二次
側に設けられた交流スイッチＳＷ１に加わる電圧が母線
電圧よりも低く、しかも交流スイッチＳＷ１には非常用
負荷ＬＤ３の電流が流れないため、交流スイッチＳＷ１
として低耐圧かつ電流容量の小さいものを使用すること
ができ、コストの低減を図ることができる。
【００２７】上記各実施例において、直流エネルギー蓄
積装置としてはチョッパを介して太陽電池を接続したも
のを用いてもよく、また、蓄電池や太陽電池、燃料電池
等を並列的に接続して用いてもよい。更に、本発明は電
力系統の相数を問わず適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明では、商用電源の状
態や負荷の状況に応じて電力変換装置を順変換または逆
変換動作させることにより、単一のシステムによってア
クティブフィルタ動作、ピークカット発電動作、蓄電池
等の充電動作、ＵＰＳ動作や非常用発電動作を行なわせ
ることができる。従って、高調波電流や無効電流の除去
による電力の高品質化、無瞬断給電や電圧安定化による
電力の安定供給、並びに、ピークカット運転による電力
需要の平準化、化石燃料を用いない非常時のクリーンな
発電システムの実現が可能になる。また、本発明は構成
が簡単であるから、比較的小容量の分散配置形電源とし
て最適であるといった効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す系統構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す系統構成図である。
【図３】各実施例における動作スケジュールを示すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ　　多機能電力変換システムＩＮＶ　　
インバータ ＢＴ　　蓄電池 ＲＹ１　　高感度電圧低下継電器 ＲＹ２　　定格電圧継電器 ＲＹ３　　電圧低下継電器 ＳＷ１　　交流スイッチ ＳＷ２　　切換スイッチ ＣＴ１〜ＣＴ５　　変流器 ＣＢ１〜ＣＢ７　　遮断器 Ｔ１，Ｔ２　　トランス ＡＣ　　商用電源 Ｂ　　母線 Ｂ′　　線路 ＬＤ１，ＬＤ２　　一般負荷 ＬＤ３　　非常用負荷 ＬＤ４　　重要負荷

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　無瞬断給電が必要な重要負荷を有する
    電力系統に連係され、この系統の商用電源に交流スイッ
    チを介して接続された電力変換システムにおいて、系統
    に接続されて順逆変換動作が可能な電力変換装置と、こ
    の電力変換装置の直流側に接続された直流エネルギー蓄
    積装置と、商用電源の停電または電圧低下等の異常を検
    出する商用電源異常検出手段とを備え、商用電源の健全
    時には、電力変換装置を順変換動作させてアクティブフ
    ィルタとして運転し、かつ、必要に応じて、直流エネル
    ギー蓄積装置を充電すると共に電力変換装置を逆変換動
    作させて商用電源に対するピークカットのための発電運
    転を行ない、商用電源の異常を商用電源異常検出手段に
    より検出した時には、前記交流スイッチをオフし、電力
    変換装置を逆変換動作に切り換えて無停電電源装置とし
    て運転することにより、重要負荷に対し無瞬断で交流電
    力を供給することを特徴とする多機能電力変換システム
    。
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