JP3708498B2 - 交流電源供給システム - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。
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