JPH09312935A - 電力貯蔵式電源システムおよび電力貯蔵方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 システム全体の効率の向上を図るとともに、
設備容量を低減することができる電力貯蔵式電源システ
ムおよび電力貯蔵方法を提供することである。 【解決手段】 負荷１０に供給される交流電流を生成す
る交流発電機２と、電力を蓄える畜電池４と、交流発電
機２からの交流電流を直流電流に変換するコンバータ１
２と、蓄電池４からの直流電流を交流電流に変換するイ
ンバータ１４と、インバータ１４およびコンバータ１２
を制御する制御手段２２と、を具備する電力貯蔵式電源
システム。制御手段２２は、負荷１０の電力消費量が特
定値より小さいとき交流発電機２からの交流電流の一部
を蓄電池４に蓄え、負荷１０の電力消費量が特定値を越
えると蓄電池４に蓄えられた電力を負荷１０に供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力を貯蔵する電
力貯蔵式電源システムおよび電力貯蔵方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】工場、ビルなどにおいて、近年、独立形
態の電力供給システムの導入が検討されている。これ
は、電気事業法の規制緩和に伴い、一般電気事業者以外
のものの電気事業への参入が認められたことによる。こ
のような電気事業への参入形態として、たとえば、電気
を供給する地域を限定した特定地点供給があげられる。
このような場合には、電気を供給する供給業者は、事故
または定期点検などのバックアップのとき以外は一般電
気事業者からの電気供給を受けることはできない。それ
ゆえに、その特定地域の電気供給業者は、電気需要に応
じて全て供給する義務があり、したがってこのようなシ
ステムを提供しようとする業者は、故障等の特別な場合
を除いて商用電源からの電力を受けなくて運転される形
態の電源供給システム、すなわち基本的に商用電源に頼
らない受電ゼロの系統連係形態の電源供給システムを採
用する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような電源システ
ムの場合、平常時に商用電力を使用しないため、システ
ム全体の供給能力（電源容量）を最大電力消費量に合わ
せなければならない。しかしながら、電力消費量は、た
とえば、春夏秋冬の季節によって変動（季節変動）し、
また一日のうち昼と夜によって変動（昼夜変動）する。
それ故に、電源システムの供給能力をこれらの変動の最
大電力消費量に合わせた場合、発電設備が非常に大型化
し、その設備のための投資も多額となる問題がある。

【０００４】本発明の目的は、システム全体の効率の向
上を図るとともに、設備容量を低減することができる電
力貯蔵式電源システムおよび電力貯蔵方法を提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、負荷に供給さ
れる交流電流を生成する交流発電機と、電力を蓄える畜
電池と、交流発電機からの交流電流を直流電流に変換す
るコンバータと、蓄電池からの直流電流を交流電流に変
換するインバータと、インバータおよびコンバータを制
御する制御手段と、を具備し、制御手段は、負荷による
電力消費量が特定値より小さいとき交流発電機からの交
流電流の一部を蓄電池に蓄えるためにコンバータを作動
させ、負荷による電力消費量が特定値を越えると蓄電池
に蓄えられた電力を負荷に供給するためにインバータを
作動させることを特徴とする電力貯蔵式電源システムで
ある。また本発明は、負荷に供給される交流電流を生成
する交流発電機および電力を蓄える蓄電池を備える電源
システムにおける電力貯蔵方法において、負荷による電
力消費量が特定値より小さいとき、交流発電機からの交
流電流の一部を直流に変換して蓄電池に充電し、一方負
荷による電力消費量が特定値を越えると、蓄電池に蓄え
られた電力を放電し、蓄電池からの直流電流を交流電流
に変換して負荷に供給することを特徴とする電力貯蔵方
法である。

【０００６】これら本発明に従えば、交流発電機からの
電力が余剰であるときには、その交流電流の一部が蓄電
池に蓄えられ、交流発電機が発生する電力が不足してい
るときには、蓄電池からの電力が負荷に供給されるた
め、最大電力消費量を賄う大型の交流発電機を必要とせ
ず、設備容量を低減することができる。また、このよう
なシステム、電力貯蔵方法では、蓄電地に蓄えられた電
力を利用し、負荷が非常に少ないとき発電機を停止させ
て蓄電地のみの電力供給が可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある電源システムおよびその制御系を簡略的に示すブロ
ック図である。なお、図１において、太線で示すライン
は電流が流れるラインであり、細線矢印で示すラインの
は信号が流れるラインである。

【０００８】図１において、図示の電源システムは、交
流発電機２および蓄電池４を備えている。この交流発電
機２にはガバナ６が付設されており、ガバナ６はガス供
給源８に接続されている。ガスタンクでよいガス供給源
８には、燃料となるガスが収容されている。ガス供給源
８からのガスはガバナ６に供給され、ガバナ６の作用に
より交流発電機２に送給されるガス供給量が制御され
る。交流発電機２は、たとえば、ガスタービンを備える
それ自体公知のものでよく、商用電力と実質上同一の電
圧、周波数および位相の電流を生成し、システムの負荷
８としての特定の地域の電気機器、電気装置等に供給さ
れる。

【０００９】蓄電池４は、たとえば鉛蓄電池等でよく、
この蓄電池４と負荷１０との間にコンバータ１２および
インバータ１４が配設されている。コンバータ１２は、
交流電流を直流電流に変換するものであり、負荷１０に
供給される交流電流の一部を蓄電池４に蓄えるときに作
動される。また、インバータ１４は、直流電流を交流電
流に変換するものであり、蓄電池４に蓄えた電力を負荷
１０に供給するときに作動される。

【００１０】発電機２と負荷１０との間には、同期投入
装置１６によって作動される第１の開閉スイッチ１８が
設けられ、またインバータ１４と負荷１０との間には、
同期投入装置１６によって作動される第２の開閉スイッ
チ２０が配設されている。同期投入装置１６は、交流発
電機２から負荷１０に電流を供給しているときにインバ
ータ１４からの交流電流を負荷１０に供給するとき、あ
るいはインバータ１４から負荷１０に電流を供給してい
るときにさらに交流発電機２からの交流電流を負荷１０
に供給するときに作動される。この同期装置１６は、交
流発電機２からの交流電流とインバータ１４からの交流
電流の電圧、周波数および位相を検出してそれらがほぼ
一致したときに第１の開閉スイッチ１８（インバータ１
４からの電流に加えて交流発電機２からの電流を供給す
るとき）または第２の開閉スイッチ２０（交流発電機２
からの電流に加えてインバータ１４からの電流を供給す
るとき）を閉（ＯＮ）にする。

【００１１】この電源システムは、制御手段２２によっ
て作動制御される。負荷１０の電力消費状況が制御手段
２２に送給される。制御手段２２は、この負荷１０から
の消費信号に応じて、交流発電機２、ガバナ６、コンバ
ータ１２、インバータ１４および同期投入装置１６を作
動制御する。すなわち、制御手段２２は、交流発電機に
関連して、これを作動させるときには作動信号生成し、
またガバナ６に関連し、交流発電機２の出力を大きくす
るときには増加信号を、交流発電機２の出力を小さくす
るときには減少信号をそれぞれ生成する。さらに、この
制御手段２２は、コンバータ１２に関連して、発電機２
からの交流電流を蓄電池４に蓄えるときには貯蔵信号を
生成し、またインバータ１４に関連して、蓄電池４に蓄
えられた電力を負荷１０に送給するときには送給信号を
生成する。さらにまた、発電機２からの電流に加えて蓄
電池４からの電流を負荷１０に供給するとき、または蓄
電池４からの電流に加えて発電機２からの電流を負荷１
０に供給するときには、制御手段２２は投入信号を生成
し、同期投入装置１６に送給する。

【００１２】かくのとおりの電源システムは、それ自体
独立したシステムとして用いられるが、システムの点
検、故障等の通常運転が不可能な場合には、図示してい
ないが、一般の商用電源に電気的に接続され、商用電源
からの電流が負荷１０に供給されるようになっている。

【００１３】次に、制御手段２２による制御について説
明する。なお、実施の形態では、交流発電機２は通常最
大出力運転され、負荷１０の電力消費量が交流発電機２
の最大出力（この最大出力が特定値となる）より小さい
とき、交流発電機２からの余剰電力が蓄電池４に蓄えら
れ、負荷１０の電力消費量が上記最大出力を越えると蓄
電池４からの電流が負荷１０に供給されるようになって
いる（したがって、通常、第１の開閉スイッチ１８は閉
状態に維持され、第２の開閉スイッチ２０が負荷１０の
状況に応じて開閉される）。

【００１４】詳述すると、負荷１０の消費電力量が交流
発電機２の最大出力と等しい場合には、交流発電機２に
て発生する電力と負荷１０の消費電力とが等しいので、
発電機２からの電流は全て負荷１０に供給され、負荷１
０にて消費される。それ故に、制御手段２２は貯蔵信号
および送給信号を生成することはなく、コンバータ１２
およびインバータ１４は非作動状態にある。

【００１５】負荷１０の消費電力が交流発電機２の最大
出力より小さくなる（たとえば夜間の電力小使用期間と
なる）と、制御手段２２は貯蔵信号を生成してコンバー
タ１２に送給する。かくすると、コンバータ１２が作動
し、発電機２からの電流のうち余剰の交流電流が直流電
流に変換され、変換された電流が蓄電池４に充電され
る。なお、蓄電池４が充分に充電されると、蓄電池４か
ら満充電信号が制御手段２２に送給され、この満充電信
号に基づいて制御手段２２は貯蔵信号の生成を終了し、
これによって蓄電池４への充電が停止する。蓄電池４へ
の充電が完了した後は、負荷１０の増減に応じて（この
増減は発電機２の最大出力より小さい範囲内における増
減である）制御手段２２は増加信号、減少信号を生成す
る。増加信号（または減少信号）が生成されると、ガバ
ナ６によるガスの送給量が増加（または減少）し、交流
発電機２の発電量が増大（または減少）し、交流発電機
２は負荷１０の電力消費量に対応した電力発生する。

【００１６】一方、負荷１０の消費電力が交流発電機２
の最大出力より大きくなる（たとえば昼間の電力大使用
期間になる）と、制御手段２２は、送給信号を生成して
インバータ１４に送給する。かくすると、インバータ１
４が作動され、蓄電池４からの直流電流が交流電流に変
換される。また、このとき、制御手段２２は投入信号を
生成し、この投入信号を同期投入装置１６に送給する。
かくすると、同期投入装置１６が作動し、交流発電機２
からの交流電流とインバータ１４からの交流電流の電
圧、周波数および位相を検出してこれらが一致すると第
２の開閉スイッチ２０を閉にする（この第２の開閉スイ
ッチ２０は、インバータ１４からの電流の供給が停止す
ると開（ＯＦＦ）になる）。第２の開閉スイッチ２０が
閉になると、交流発電機２からの電流回路とインバータ
１４からの電流回路とが電気的に接続され、交流発電機
２からの交流電流に加えてインバータ１４からの交流電
流が負荷１０に送給され、発電機２からの出力不足量が
蓄電池４からの電力によって補充される。かくして、発
電機２と蓄電池４を組合わせて発電機２の能力不足分を
蓄電池４により補充するようにしているので、発電機２
自体の能力、すなわち発電機およびそれに関連する設備
を小さくすることができ、システム全体のコストダウン
を図ることができる。

【００１７】システムをより効率的に運用するには、次
のとおりにするのが好ましい。すなわち、負荷１０の消
費電力が非常に小さいとき（たとえば深夜の電力極小使
用期間になる）には、交流発電機２を停止して蓄電池４
から電流を供給するのが望ましい。このとき、制御手段
２２は、作動信号の生成を停止する一方、送給信号を生
成してこれをインバータ１４に送給する。作動信号が生
成されなくなると、交流発電機２の作動が停止し、交流
発電機２からの電流の供給が終了する。また、作動信号
の送給停止によって同期投入装置１６は第１の開閉スイ
ッチ１８を開（ＯＦＦ）に切換え、発電機２の回路と負
荷１０の回路の電気的接続が解除される。また、送給信
号が送給されると、上述したとおり、インバータ１４が
作動され、蓄電池４からの直流電流が交流電流に変換さ
れる。このとき、制御手段２２はさらに投入信号を生成
し、同期投入装置１６は、交流発電機２からの交流電流
とインバータ１４からの交流電流の電圧、周波数および
位相がほぼ一致したとき第２の開閉スイッチ２０を閉に
し、インバータ１４からの交流電流が負荷１０に送給さ
れる。なお、インバータ１４による電流供給の前に交流
発電機２の作動を停止すると電流が供給されない期間が
生じるので、この発電機２の作動停止はインバータ１４
による電流供給開始後に行うのが望ましい。

【００１８】上述した状態から負荷１０の電力使用量が
増大すると、制御手段２２は作動信号および投入信号を
生成し、しかる後送給信号の生成に代えて貯蔵信号を生
成する。作動信号が生成されると、ガバナ６はガス供給
源８から燃料用ガスを交流発電機２がに送給し、発電機
２が作動して交流電流を生成する。また投入信号が生成
されると、同期投入装置１６は、交流発電機２からの交
流電流とインバータ１４からの交流電流の電圧、周波数
および位相がほぼ一致したとき第１の開閉スイッチ１８
を閉にし、交流発電機２にて発生した交流電流が負荷１
０に送給される。一方、送給信号の生成が停止すると、
インバータ１４が非作動状態となり、これに伴って第２
の開閉スイッチ２０が開（ＯＦＦ）になり、蓄電池４か
らの電流の供給が終了する。また、蓄電池４が放電され
ているので、発電機２による電流供給開始後制御手段２
２にて貯蔵信号が生成され、コンバータ１２が作動さ
れ、発電機２からの交流電流の一部が蓄電池４に蓄えら
れる。したがって、負荷１０の消費電力が増大すると、
蓄電池４に代えて交流発電機２により電流が供給され
る。

【００１９】上記実施の形態では、発電機２の燃料とし
てガスを利用しているが、これに限定されることなく、
燃料として石油等を利用することもできる。また、ガス
タービンに代えて内燃機関を利用することもできる。

【００２０】また、実施の形態では、負荷１０の消費電
力が非常に小さいときには、発電機２の運転に代えて蓄
電池４から電流を供給するようにしているが、常時発電
機２を運転する場合には、インバータ１４の回路の第２
の開閉スイッチ２０を省略することができる。

【００２１】また、実施の形態では、交流発電機２の最
大出力を基準にし、負荷１０の消費量がこの最大出力よ
り小さいときには電力を蓄電池４に蓄える一方、負荷１
０の消費量が上記最大出力より大きくなると蓄電池４か
らの電力を負荷１０に供給しているが、これに限定され
ず、交流発電機２の所定稼働率（たとえば最も効率のよ
い運転が可能となる稼働率としたときには７０〜８０％
の稼働率となる）のときの出力（この出力が特定値とな
る）を基準にして制御するようにしてもよい。すなわ
ち、負荷１０の消費量がこの出力より小さいときには電
力を蓄電池４に蓄える一方、負荷１０の消費量が上記出
力より大きいくなると蓄電池４から電力を供給するよう
にしてもよい。なお、かかる場合において負荷１０の電
力消費量が上記出力を越えたときには、蓄電池４からの
電力の送給に加えて、交流発電機２の出力を上昇させて
その供給電力を増加させ、これらにより負荷１０の電力
不足を補うことができる。このときにも、発電機２から
の供給電力と蓄電池４からの供給電力の比を、たとえ
ば、７対３または８対２程度の割合に設定することがで
きる。

【００２２】また、一日の負荷の消費パターンを認識
し、この消費パターンに基づいて制御手段２２によって
発電機２からの電力供給と蓄電池４からの電力供給を制
御し、これによって効率のよい計画的なシステムの運転
を行うこともできる。さらに、発電機２を複数台設置
し、複数台の発電機２と蓄電地４によって電力供給を制
御することもできる（複数台の発電機２については、作
動する発電機２の台数制御とその出力制御の双方を行
う）。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、交流発電機からの電力
が余剰であるときには、その交流電流の一部が蓄電池に
蓄えられ、交流発電機が発生する電力が不足していると
きには、蓄電池からの電力が負荷に供給されるため、最
大電力消費量を賄う大型の交流発電機を必要とせず、設
備容量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う電力貯蔵式電源システムの実施の
一形態およびその制御系を簡略的に示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

２ 交流発電機 ４ 蓄電池 １０ 負荷 １２ コンバータ １４ インバータ １６ 同期投入装置 ２２ 制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷に供給される交流電流を生成する交
   流発電機と、電力を蓄える畜電池と、前記交流発電機か
   らの交流電流を直流電流に変換するコンバータと、前記
   蓄電池からの直流電流を交流電流に変換するインバータ
   と、前記インバータおよび前記コンバータを制御する制
   御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記負荷による
   電力消費量が特定値より小さいとき前記交流発電機から
   の交流電流の一部を前記蓄電池に蓄えるために前記コン
   バータを作動させ、前記負荷による電力消費量が前記特
   定値を越えると前記蓄電池に蓄えられた電力を前記負荷
   に供給するために前記インバータを作動させることを特
   徴とする電力貯蔵式電源システム。
2. 【請求項２】 負荷に供給される交流電流を生成する交
   流発電機および電力を蓄える蓄電池を備える電源システ
   ムにおける電力貯蔵方法において、 前記負荷による電力消費量が特定値より小さいとき、前
   記交流発電機からの交流電流の一部を直流に変換して前
   記蓄電池に充電し、一方前記負荷による電力消費量が前
   記特定値を越えると、前記蓄電池に蓄えられた電力を放
   電し、前記蓄電池からの直流電流を交流電流に変換して
   前記負荷に供給することを特徴とする電力貯蔵方法。