JP3810887B2

JP3810887B2 - 補助電源装置併用給電システム

Info

Publication number: JP3810887B2
Application number: JP13967097A
Authority: JP
Inventors: 政章山岸; 雅彦清水; 清美山崎; 廸夫岡村
Original assignee: Kyushu Electric Power Co Inc
Current assignee: Kyushu Electric Power Co Inc
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: JPH10336900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源等より充電して電力を貯蔵する電力貯蔵装置等を補助電源装置として用い、これと併用して商用電源その他の主要電源から給電する補助電源装置併用給電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
現在の電力供給各社の最大の関心事の１つは、夏場の午後（１〜４時）に電力消費がピークに達し、電力供給能力の限界に近くなっていることである。このような電力消費のピーク時間帯においても、常に電力供給能力の範囲内で給電を行えるようにするため、有効な対策として、例えば大手の需要家に対してピークをむかえる季節の時間帯の操業の縮小を要請し、また、例えば自動販売機を午前中に十分に過冷却し、ピーク時間帯に冷凍機の運転を止める仕組みに対して補助金を交付するなどの措置が講じられている。
【０００３】
かかる状況にあって、一般の電力需要者の立場からは、短時間のみピーク電流を必要とする装置を稼働する場合、契約は、そのピーク電流に対応する大電流の契約が必要となるが、このような契約が難しくなってきている。また、契約できたとしても、大電流の契約となるために基本料金がアップし、そのため、ギリギリの低い電流容量で契約すると、電圧が低下して正常に動作しなかったり、満足な性能が得られないことになる。
【０００４】
長寿命で高効率な電力貯蔵装置として、電気二重層コンデンサと電子回路を組み合わせた電力貯蔵装置ＥＣＳが提案（例えば電子技術１９９４１２月号
ｐ１〜３、電気学会論文誌Ｂ１１５巻５号平成７年ｐ５０４〜５１０）されている。この電力貯蔵装置ＥＣＳは、電気二重層コンデンサに貯蔵した電力を取り出す出力回路に降圧／昇圧スイッチングレギュレータを用いた電流ポンプを設けて供給電流を制御することにより、電気二重層コンデンサに貯蔵した電力を満充電時の電圧の１／４の電圧まで取り出してその９０％以上を利用できるようにしたものである（例えば特開平８−１６８１８２号公報参照）。
【０００５】
しかし、この電力貯蔵装置ＥＣＳを実用的な装置として応用する場合、そこで蓄えた電力を必要に応じて放出して電気機器や装置を運転するのがこれまでの一般的な使い方である。その際に負荷となる装置や機器が必要とする電力は、例えば１ｋＷの家庭用エアコンであれば、その１ｋＷの電力を１００％電力貯蔵装置ＥＣＳから供給できるように設計するのが通常の従来の手法であった。これでは、夜間電力を貯蔵して昼間に使う場合、その負荷となる装置を賄えるだけの出力容量を備えた電力貯蔵装置ＥＣＳを用意する必要があり、装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、消費電力のピークカット、電力の平準化、電力貯蔵装置ＥＣＳ等の補助電源装置の小型化を図るものである。
【０００７】
そのために本発明は、補助電源装置を商用電源に並列に接続して前記商用電源を主電源として負荷に電力を供給する補助電源装置併用給電システムであって、前記補助電源装置は、電気二重層コンデンサバンクと、前記電気二重層コンデンサバンクを充電する充電装置と、電流の設定に従い前記電気二重層コンデンサバンクから所定の電流を前記負荷に供給する電流ポンプとを備えると共に、時計と、前記負荷の電流を検出する負荷電流検出装置と、前記充電装置及び前記電流ポンプを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記時計による時間から夜間か昼間か及び昼間のピーク時間帯かを判断して、前記夜間には、前記電気二重層コンデンサバンクを充電するように前記充電装置を制御し、前記昼間には、前記ピーク時間帯以外の時間帯において前記検出された前記負荷の電流が少ないときに前記電気二重層コンデンサバンクを充電するように前記充電装置を制御し、前記ピーク時間帯において前記検出された前記負荷の電流に応じて負荷に所定の電流を供給するように前記供給する電流を設定して前記電流ポンプを制御することを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記制御装置は、前記供給する電流を一定の電流に設定し、或いは前記供給する電流を前記検出された前記負荷の電流に対して一定の割合の電流に設定することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る補助電源装置併用給電システムの実施の形態を示す図であり、１は商用電源、２は電力貯蔵装置ＥＣＳ、３はインバータエアコン、４は充電装置、５は電気二重層コンデンサバンク、６は電流ポンプ、７は整流部、８はインバータ部、９はコンプレッサ及び熱交換機を示す。
【００１０】
図１において、電力貯蔵装置ＥＣＳ２は、商用電源１に接続される充電装置４とこの充電装置４の出力により充電される電気二重層コンデンサバンク５とこの電気二重層コンデンサバンク５から負荷に供給する電流を制御する電流ポンプ６からなる補助電源装置である。充電装置４は、商用電源１からの夜間電力を電気二重層コンデンサバンク５に充電するものであり、電流ポンプ６は、所定の設定電流により電気二重層コンデンサバンク５に貯蔵した電力を負荷に供給するものである。負荷のインバータエアコン３は、商用電源１に接続される整流部７とこの整流出力を変換するインバータ部８とこのインバータ部８の出力により運転されるコンプレッサ及び熱交換機９からなる市販のインバータエアコンであり、インバータ部８の入力側に整流部７の出力と並列に電力貯蔵装置ＥＣＳ２の電流ポンプ６の出力が接続され、商用電源１と電力貯蔵装置ＥＣＳ２から並列給電されるものである。
【００１１】
上記構成の補助電源装置併用給電システムでは、商用電源１から夜間電力を利用して電力貯蔵装置ＥＣＳ２の充電装置４を介して電気二重層コンデンサバンク５に電力が貯蔵され、負荷のインバータエアコン３が運転される昼間に、その一部が電力貯蔵装置ＥＣＳ２から給電される。電力貯蔵装置ＥＣＳ２において、電流ポンプ６の出力は電流源となるので、単純にインバータエアコン３の整流部７の整流出力に電流加算することができる。したがって、ピーク時間帯に電力貯蔵装置ＥＣＳ２からの給電を行うことにより、商用電源１のピークカットを実現することができ、しかも、インバータエアコン３の要求する全電力を電力貯蔵装置ＥＣＳ２から供給する場合に比べて電流ポンプ６の電力容量と電気二重層コンデンサバンク５の出力密度を大幅に小さくすることができる。例えば電力貯蔵装置ＥＣＳ２の電流ポンプ６の出力を１Ａ、３００Ｖで設計すると、電力貯蔵装置ＥＣＳ２の出力容量は、１Ａ×３００Ｖ＝３００Ｗとなるので、インバータエアコン３の消費電力を１ｋＷとすれば、その１／３程度の出力容量を前提とした設計で必要な夜間電力の貯蔵と昼間の利用が実現できる。
【００１２】
すなわち、電力貯蔵装置ＥＣＳを用いて余剰となる夜間電力を貯蔵しておき、その電力を昼間の負荷ピーク時に給電して用いようとする場合を考えると、昼間の負荷ピーク時における商用電源からの電力消費を必ずしもゼロにする必要はない。しかも、例えば１ｋＷｈの貯蔵量があったとした場合に、午後１時から３時までの２時間の消費電力を５００Ｗずつ減少させることは、午後１時から２時までの１時間の消費電力を１ｋＷ減少させるのと同程度の効果が期待できる。この場合、電力貯蔵装置ＥＣＳは、後者が１ｋＷの出力容量が必要となるのに対し、前者は半分の５００Ｗで済むことになる。その結果、電力貯蔵装置ＥＣＳでは、その構造上電流ポンプ（もしくは出力コンバータ）と呼ばれる、出力側のスイッチングコンバータの容量に直接関係すると同時に、コンデンサを流れる電流が前者では後者の半分となるため、内部抵抗の大きな（出力密度の小さな）容量の小さい（エネルギ密度の大きな）コンデンサを使用することができるので、装置の体積、重量、価格の面で大幅な改善を可能にする。
【００１３】
図２は本発明に係る補助電源装置併用給電システムの他の実施の形態を示す図であり、１１は負荷電流検出装置、１２は時計、１３は充電制御部を示す。制御部１３は、負荷電流検出装置１１により検出される負荷の消費電流（消費電力）と時計１２により判断される時間帯により電力貯蔵装置ＥＣＳ２の充電装置４及び電流ポンプ６を制御することにより、充電装置４のオン／オフ、充電電流の設定、電流ポンプから供給する電流の設定を行うものである。そのため、負荷電流検出装置１１により検出される負荷の消費電流では、軽負荷か重負荷かを判断し、時計１２による時間では、夜間か昼間か、昼間の場合にも午後のピーク時間帯かピーク時間帯以外の時間帯かを判断する。そして、制御部１３では、例えば夜間充電モードや、逐次充電モード、一定負担モード、一定割合モードを選択可能とし、その選択モードに従って充電制御、電流制御を行うものとする。勿論、これらのいずれかのモードに固定して動作するものであってもよい。
【００１４】
ここで、夜間充電モードは、夜間電力を利用して電気二重層コンデンサバンク５に充電を行うモードである。これに対し、逐次充電モードは、夜間電力を利用して電気二重層コンデンサバンク５に充電を行うと共に、昼間においても、ピーク時間帯かそれ以外の時間帯かに応じて負荷の消費電流が少ない時に充電を行うモードであり、充電電流を低く設定して夜間に比べ時間をかけて充電を行う。また、一定負担モードは、電流ポンプ６から供給する電流の値を常に一定にするモードであり、一定割合モードは、電力貯蔵装置ＥＣＳ２による負担の割合が一定になるように負荷の消費電流に応じて電流ポンプ６から供給する電流の値を設定するモードである。さらに、これらのモードによる負担は、電力のピークカットを目的とすることから、午後（１〜４時）のピーク時間帯に限り、或いはこの時間帯以降に行うようにしてもよい。
【００１５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、商用電源の夜間電力を利用して電力貯蔵装置ＥＣＳを充電するものを説明したが、太陽光発電や風力発電、潮力発電、エンジンなどの内燃機関を使用した発電による出力その他の電力を利用して充電してもよいし、これらを主電源としてもよい。さらには、主電源と電力貯蔵装置ＥＣＳの充電電源を同一にしたが、これらを別々の電源として組み合わせるようにしてもよい。例えばエンジンなどの内燃機関を使用した発電による出力を主電源として使い、これとは別に商用電源や太陽光発電、風力発電、潮力発電、エンジンなどの内燃機関を使用した発電による出力その他の電力を利用して充電した電力貯蔵装置ＥＣＳを組み合わせるようにしてもよい。電力貯蔵装置ＥＣＳの電流ポンプより供給する電流も、負荷の消費電力に対して一定の値に設定するだけでなく、一定の割合になるように設定してもよい。また、負荷として家庭用の市販されているインバータエアコンに適用した例で説明したが、他の各種の電気機器、言い換えれば電力貯蔵装置ＥＣＳの負荷になりうるあらゆる装置に適用できることはいうまでもない。この場合に必要な条件は、主電源が同時に使用できることである。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、補助電源装置は、電気二重層コンデンサバンクと、電気二重層コンデンサバンクを充電する充電装置と、電流の設定に従い電気二重層コンデンサバンクから所定の電流を負荷に供給する電流ポンプとを備えると共に、時計と、負荷の電流を検出する負荷電流検出装置と、充電装置及び電流ポンプを制御する制御装置とを備え、制御装置は、時計による時間から夜間か昼間か及び昼間のピーク時間帯かを判断して、夜間には、電気二重層コンデンサバンクを充電するように充電装置を制御し、昼間には、ピーク時間帯以外の時間帯において検出された負荷の電流が少ないときに電気二重層コンデンサバンクを充電するように充電装置を制御し、ピーク時間帯において検出された負荷の電流に応じて負荷に所定の電流を供給するように供給する電流を設定して電流ポンプを制御するので、商用電源から供給するピーク電力をカットすることができると同時に、補助電源装置の容量を負荷の定格より低く抑えることができるので、装置の小型化することができる。しかも、需要の少ない夜間電力及び昼間の軽負荷時の電力を有効に利用して昼間のピーク電力をカットすることができるので、電力の平準化に大きく寄与することができる。また、従来の二次電池ではサイクル寿命が短くてコスト高になるが、電力貯蔵装置として電気二重層コンデンサバンクを使用することにより、寿命や効率、安全性の高いシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る補助電源装置併用給電システムの実施の形態を示す図である。
【図２】本発明に係る補助電源装置併用給電システムの他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１…商用電源、２…電力貯蔵装置ＥＣＳ、３…インバータエアコン、４…充電装置、５…電気二重層コンデンサバンク、６…電流ポンプ、７…整流部、８…インバータ部、９…コンプレッサ及び熱交換機

Claims

補助電源装置を商用電源に並列に接続して前記商用電源を主電源として負荷に電力を供給する補助電源装置併用給電システムであって、
前記補助電源装置は、電気二重層コンデンサバンクと、前記電気二重層コンデンサバンクを充電する充電装置と、電流の設定に従い前記電気二重層コンデンサバンクから所定の電流を前記負荷に供給する電流ポンプとを備えると共に、
時計と、前記負荷の電流を検出する負荷電流検出装置と、前記充電装置及び前記電流ポンプを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記時計による時間から夜間か昼間か及び昼間のピーク時間帯かを判断して、前記夜間には、前記電気二重層コンデンサバンクを充電するように前記充電装置を制御し、前記昼間には、前記ピーク時間帯以外の時間帯において前記検出された前記負荷の電流が少ないときに前記電気二重層コンデンサバンクを充電するように前記充電装置を制御し、前記ピーク時間帯において前記検出された前記負荷の電流に応じて負荷に所定の電流を供給するように前記供給する電流を設定して前記電流ポンプを制御することを特徴とする補助電源装置併用給電システム。
前記制御装置は、前記供給する電流を一定の電流に設定することを特徴とする請求項１記載の補助電源装置併用給電システム。
前記制御装置は、前記供給する電流を前記検出された前記負荷の電流に対して一定の割合の電流に設定することを特徴とする請求項１記載の補助電源装置併用給電システム。