JP3934518B2 - 電力需給システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統・電源システムに設置され、直流による電力の送電と蓄積とを複合的に行なう電力需給システムに係り、特に、システムの効率化を図った電力需給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力を長距離送電したり、また、異なる周波数の電力系統を接続し、その潮流制御を行なう目的で、いわゆる直流送電システムが用いられてきた。直流送電システムは、交流電力を送電用変換装置で直流電力に変換し、直流線路を経由して送電されてきた交流電力を受電用変換装置で再び交流電力に変換して他の電力系統または負荷系統に電力を供給するシステムである。
【０００３】
このように構成された直流送電システムは、離島送電のような長距離送電システムにあっては交流送電より損失の少ない送電ができること、また、周波数の異なる系統同志にあっては、簡単に系統同志の連携が行えることなどのメリットがある。更に、変換装置の制御により、迅速な潮流制御を行なうことができることが共通したメリットである。
【０００４】
直流送電システムに適用される変換装置には、従来から、いわゆる他励式変換装置が用いられてきたが、最近になって自励式変換装置も用いられるようになってきた。自励式変換装置を用いると、弱小の交流系統や無電源系統にも安定に送電することができるなどのメリットがある。
【０００５】
送電系統の融通性を更に高めるためには、系統内に電力蓄積装置を設置する考え方がある。この考え方は、例えば特許文献１や、特許文献２に示されている。特許文献１においては、受電用変換装置の交流出力側に電力蓄積装置を設置した電力需給システムが示されており、また、特許文献２には、直流線路部分に電力蓄積装置を設置した電力需給システムが示されている。このように、直流送電システムと電力蓄積装置とを組み合わせて使用すると、送電側でのシステム故障などのトラブルに強い電力需給システムの構成が可能となるが、この電力需給システムの効率化、合理化技術についても考慮すべき問題である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３１２９３４号公報（図１）
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−３００６５８号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の直流送電システムにおいては、送電電力と受電電力とを常に一致させなければならないという制約があった。したがって、受電側負荷系統の電力需要のピーク値に見合った容量を有する設備が送電側に必要であった。
【０００９】
また、従来の電力蓄積システムにおいては、電力を送電する電力系統と負荷系統とが交流で連系されており、電力系統と負荷系統とが海で隔てられ遠距離にある場合、あるいは、電力系統と負荷系統の周波数が異なる場合には、電力融通ができないという課題があった。
【００１０】
また、上記課題を解決するためには、直流送電と電力蓄積システムの両方を設置すれば良いが、この場合、変換装置が冗長となり、送電ロスが大となるなど、経済性の点で不利になるという問題があった。
【００１１】
また、システム経済性の観点から考えると、直流線路の電圧をなるべく高くすることが望ましいが、この場合には、直流部分に設置する電力蓄積装置との電圧マッチングを採る必要がある。
【００１２】
更に、このような構成の電力需給システムでは、受電側変換装置の信頼性が極めて重要になるが、稼動率を向上させるような合理的システムをどう実現するか等の課題がある。
【００１３】
従って、本発明は上記課題に対して為されたもので、効率的で合理的な電力需給システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する受電用変換装置と、前記直流線路に接続された電力蓄積装置から構成され、前記送電用変換装置の容量を、前記電力蓄積装置及び前記受電用変換装置の容量より小さくしたことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側を夫々直列に接続し、交流側回路は互いに並列に接続したことを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側を夫々直列に接続し、交流側回路は夫々の受電用変換装置内の変圧器の２次巻線を夫々直列に接続したことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側及び交流回路側を夫々互いに並列に接続したことを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側を互いに並列に接続し、交流回路側は異なる負荷に該当の対が個々に電力を供給する構成としたことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、効率的で合理的な電力需給システムを提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
(第１の実施の形態)
以下に本発明による電力需給システムの第１の実施の形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明に係る電力需給システムのブロック構成図である。
【００２１】
電力系統１の交流電力を送電用変換装置２で直流に変換し、直流線路３を介して受電用変換装置４で再び交流に変換し、負荷系統５に給電する構成としている。
【００２２】
直流線路３には、電力蓄積装置６が接続されている。ここで、送電用変換装置２の変換容量は、受電用変換装置４及び電力蓄積装置６の何れの容量よりも小さく選定する。
【００２３】
送電用変換装置２は、変圧器２１により所望の電圧を得、複数個のパワーデバイス２２をブリッジ接続して構成される変換器によって直流に変換する。この直流出力は直流コンデンサ２３によって平滑される。尚、受電用変換装置４の内部構成は、以上説明した送電用変換装置４と基本的に同一であるのでその説明は省略する。これらの変換装置に用いるパワーデバイス２２には、ＩＧＢＴなどの自己消弧デバイスを用い、自励式変換装置を構成するようにしているが、ダイオード整流素子やサイリスタ素子などを用いた他励式変換装置を採用しても良い。また、図１に示したような２レベルの変換装置だけでなく、３レベル以上の変換装置を用いても良い。尚、自励式変換装置や、サイリスタ素子を用いた一部の他励式変換装置を用いれば、電力の流れを逆方向に制御することも可能となる。
【００２４】
図２に、二次電池を用いた電力蓄積装置６の一例を示す。ここでは、昇降圧チョッパ６１を用いて、二次電池６２の充放電を行なう構成を示している。昇降圧チョッパ６１は、電圧平滑用の直流コンデンサ６３、通電率制御用のパワーデバイス６４、及び電流平滑用のリアクトル６５から構成されている。
【００２５】
図３には、超電導コイルを用いた電力蓄積装置６の他の実施の形態を示してある。この実施の形態にあっても、昇降圧チョッパ６１を用いて、超電導コイル６６の充放電を行なっている。昇降圧チョッパ６１は、電圧平滑用の直流コンデンサ６３及び通電率制御用のパワーデバイス６４から構成されている。
【００２６】
図２及び図３における昇降圧チョッパ６１の動作は、「パワーエレクトロニクス回路」(電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編、オーム社)の第７章「直流変換回路」などに解説されているように、パワーデバイス６４の通電率を制御することにより所望の直流電圧を得るようにしている。
【００２７】
尚、図１では負荷系統は、３相で給電される構成を示しているが、これは単相給電でも良い。この場合、受電用変換装置４は、単相変換器で構成される。以下の各実施の形態においても、３相給電される構成を示すが、この第１の実施の形態と同様、単相給電の構成でも良い。さらに、電力系統１と負荷系統５の周波数は異なっても良い。
【００２８】
以下、図１の電力需給システムの基本動作について説明する。
【００２９】
送電用変換装置２は、電力系統１の交流電力を直流電力に変換し、直流線路３に送り出す。この電力は、受電用変換装置４で直流電力から交流電力に変換され、負荷系統５に供給すると同時に、電力蓄積装置６を充電する。これは電力蓄積装置６が充電モードの場合であるが、この逆に電力蓄積装置６が放電モードの場合は、送電用変換装置２からの電力と電力蓄積装置６からの放電電力とを受電用変換装置４を介して、負荷系統５に供給する。
【００３０】
負荷系統５が例えば離島にある場合、電力需要の小さい夜間に電力系統１から送電用変換装置２、直流線路３を介して、電力蓄積装置６を充電しておく。負荷系統５の電力需要が増加する昼間には、電力蓄積装置６から放電する。このように運転することで、昼間の電力需要の大きな電力系統１から、さらに送電電力を増加することなく、負荷系統の電力需要増加をまかなうことができる。
【００３１】
今、電力需要の小さい夜間に、電力系統１から送電用変換装置２、直流線路３を介して、電力蓄積装置６を、電力蓄積装置の容量のｋ(ｋ＜１)倍の比率で充電しておくものとする。負荷系統５の電力需要が増加する昼間には、電力蓄積装置６から定格電力で放電する。受電時間をｔｃ、放電時間をｔｄとしたとき、以下の不等式が成立するように運転する。
【００３２】
ｋ×ｔｃ×η＞ｔｄ… （１）
ただし、ここでηは電力蓄積装置６の効率である。
【００３３】
このように運転すれば、送電用変換装置２、及び直流線路３の扱う電力は、常に受電用電力変換装置４、電力蓄積装置６より小さくなる。
【００３４】
また、負荷系統５が、例えば頻繁に運転停止を行なう産業プラントのような変動負荷から構成され、間欠的に大電力を消費する特性を有する場合に、瞬時の大電力を電力蓄積装置６からの電力を受電用変換装置４により負荷系統５に供給することで、電力系統１から供給される電力変動を緩和し、電力系統１の電圧変動などの悪影響を受けないようにすることもできる。
【００３５】
さらに、電力系統１あるいは送電用変換装置２が故障などで運転できない場合でも、電力蓄積装置６から受電用変換装置４を介して、負荷系統５への電力供給を継続することができる。
【００３６】
本発明によれば、常に、遠隔地あるいは周波数の異なる負荷系統５への送電を行なうという条件の下、負荷変動による送電側の電力系統１の擾乱を緩和し、また、送電側の電力系統１における発電設備のピーク容量を低減できる。
【００３７】
また、電力系統１あるいは送電用変換装置２が故障などで運転できない場合でも、負荷系統５への電力供給を継続することができ、電力供給の稼動率を向上できる。
【００３８】
更に、送電用変換装置２、直流線路３の容量を小さくできるので、経済的なシステムが構築できる。特に、離島への送電などでは送電用のケーブルの定格を小さく選定できるので、経済性向上効果が期待でき、効率的な電力需給システムを提供することができる。
【００３９】
(第２の実施の形態)
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、直流線路３の距離が長いシステム構成の場合に、電力蓄積装置６を受電用変換装置４の近傍に配置した点である。
【００４０】
離島への送電などの場合、直流線路３（送電用ケーブル）の距離が長くなるので、事故発生確率が高くなる。事故が発生すると、復旧には時間がかかるが、この様に電力蓄積装置６を受電用変換装置４の近傍に配置することにより、その間も電力蓄積装置６から負荷系統５への電力供給を継続できるので、離島の電力供給の稼動率を合理的に向上することができる。
【００４１】
(第３の実施の形態)
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第３の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第３の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、直流線路３と電力蓄積装置６との間に、電圧変換装置７を追加した点である。電圧変換装置７としては、電力蓄積装置６の説明に用いた図２に示したような昇降圧チョッパなどが適用できる。
【００４２】
電力蓄積装置６を充電する場合、電圧変換装置７は、直流線路３の定格電圧から電力蓄積装置６の定格電圧に電圧変換を行ない充電する。一般に、電力蓄積装置６の電圧は、直流線路３電圧定格に比較し小さいので、電圧変換としては降圧動作を行なう。
【００４３】
この逆に電力蓄積手段６から放電する場合、電圧変換装置７は、直流線路３の定格電圧へ電力蓄積装置６の定格電圧から電圧変換を行なうことになるが、この場合は昇圧動作の電圧変換となる。
【００４４】
以上の第３の実施の形態に係る電力需給システムにおいては、送電用変換装置２、直流線路３の電圧を高く設定できるので、送電容量が同じ場合、電流定格を小さく選定できる。電圧を高くしても、直流線路３に使用されるケーブルの経済性への影響は少なく、電流を小さくした方が経済的に良い傾向があるので、離島送電のようにケーブル長が長い場合は電圧変換装置６を追加しても、それ以上にケーブルが廉価になり、システム全体としての経済性向上が期待できる。従って、効率的な直流電源システムを提供することが可能となる。
【００４５】
(第４の実施の形態)
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第４の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第４の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、受電用変換装置４と電力蓄積装置６とを複数個に分割し、その分割された夫々の受電用変換装置４と電力蓄積装置６とで対を形成し、その複数個の対の直流回路側を直列に接続し、交流出力側は受電用変換装置４の出力を並列接続する構成とした点である。
【００４６】
この様な構成を採用すると、特に、電力蓄積装置６と受電用変換装置４の各対は、電力送電装置４の出力電圧すなわち直流線路３の電圧を分圧して動作する。従って、ｎ個の対がある場合は、一対当たり扱う電力は、送電電力の１／ｎ倍の電力となる。受電用変換装置４の出力は交流側で並列合成され負荷系統５に供給されるので、その電力は送電電力に電力蓄積装置６からの充放電電力を加味した電力に等しくなる。
【００４７】
また、ある一対が事故などで使用できない状態でも、その対をバイパスし、電力送電装置２の運転電圧を(ｎ−１)／ｎ倍に低減し、残りの対により負荷に電力を供給する運転が可能である。
【００４８】
以上説明したように、図６に示したような電力蓄積装置６と受電用変換装置４の分割構成を採用すれば、電力送電装置２及び直流線路３の電圧を高く設定できるので、直流線路３の電流容量を低減し、経済性の良い効率的な電力需給システムが得られる。
【００４９】
また、ある一対が使用できない状態でも、残りの対により、負荷系統に電力供給を継続するので、合理的にシステムの稼動率を向上することができる。
【００５０】
(第５の実施の形態)
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第５の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第５の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、受電用変換装置４と電力蓄積装置６とを複数個に分割し、その分割された夫々の受電用変換装置４と電力蓄積装置６とで対を形成し、その複数個の対の直流回路側を直列に接続し、交流出力側は受電用変換装置４の出力変圧器の２次側を直列接続する構成とした点である。
【００５１】
尚、図7では、分割された受電用変換装置４が夫々変圧器を有する構成としているが、変換装置側にｎ巻線を有する１台の変圧器で構成しても良い。
【００５２】
以上説明したように、図７に示したような電力蓄積装置６と受電用変換装置４の分割構成を採用すれば、電力送電装置２及び直流線路３の電圧を高く設定できるので、直流線路３の電流容量を低減し、経済性の良い効率的な電力需給システムが得られる。
【００５３】
また、ある一対が使用できない状態でも、残りの対により、負荷系統に電力供給を継続するので、合理的にシステムの稼動率を向上することができる。
【００５４】
(第６の実施の形態)
図８は、本発明の第６の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第６の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第６の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、受電用変換装置４と電力蓄積装置６とを複数個に分割し、その分割された夫々の受電用変換装置４と電力蓄積装置６とで対を形成し、その複数個の対の直流回路側は並列に接続し、交流出力側は受電用変換装置４の出力を並列接続する構成とした点である。
【００５５】
この第５の実施の形態に係る電力需給システムは、直流回路側が並列接続しているので、送電用変換装置２からの電力は、ｎ台の電力蓄積装置６と受電用変換装置４に分配される。従って、ｎ個の各対は、異なる電力を扱うことができる。また、ある一対が事故などで使用できない状態でも、残りの対により負荷に電力を供給することが可能となる。
【００５６】
以上説明したように、図８に示したような電力蓄積装置６と受電用変換装置４の分割構成を採用すれば、電力蓄積装置６と受電用変換装置４の容量を自由に選定できるので、経済性の良い効率的な電力需給システムが得られる。また、ある一対が使用できない状態でも、残りの対により負荷に電力を供給することができるので、合理的にシステムの稼動率を向上することができる。
【００５７】
(第７の実施の形態)
図９は、本発明の第７の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第７の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第７の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、受電用変換装置４と電力蓄積装置６とを複数個に分割し、その分割された夫々の受電用変換装置４と電力蓄積装置６とで対を形成し、その複数個の対の直流回路側は並列に接続し、交流出力側は、各々の対に１つの負荷系統を個々に接続する構成とした点である。
【００５８】
このような構成を採用すると、電力送電装置２に電力蓄積装置６と受電用変換装置４の対が並列接続しているので、送電用変換装置２から供給される電力は、ｎ台の電力蓄積装置６と受電用変換装置４に分配され、対応する個別の負荷に給電される。
【００５９】
この第７の実施の形態に係る電力需給システムにおいて、前記各対は、異なる電力を扱うことができると共に、異なる負荷系統５の夫々に必要な電力を供給する。また、各対同志の間で電力を授受することも可能である。例えば、第１の負荷系統で電力消費が大となり、第２の負荷系統で電力消費が小となる場合、第２の負荷系統に送電していた電力を第１の負荷系統に振り向けることもできる。更に、第２の負荷系統に接続する第２の電力蓄積装置６からも第１の負荷系統に電力を放電し、第１の負荷系統の電力消費に対し、供給電力を確保する動作も可能となる。
【００６０】
以上説明したように、図９に示したような電力蓄積装置６と受電用変換装置４の分割構成を採用すれば、電力蓄積装置６と受電用変換装置４の容量を複数個の負荷に応じて選定することができ、効率的な電力需給システムが得られる。また、各対の間で電力を授受できるので、複数個の負荷系統の電力需要変動の平均化を行なうことができる合理的な電力需給システムを供給することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、効率的で合理的な電力需給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】 本発明の第１の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図２】 電力蓄積装置の一例を示すブロック図。
【図３】 電力蓄積装置の他の一例を示すブロック図
【図４】 本発明の第２の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図５】 本発明の第３の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図６】 本発明の第４の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図７】 本発明の第５の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図８】 本発明の第６の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図９】 本発明の第７の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【符号の説明】
１・・・電力系統
２・・・送電用変換装置
３・・・直流線路
４・・・受電用変換装置
５・・・負荷系統
６・・・電力蓄積装置
７・・・電圧変換装置
２１・・・変圧器
２２・・・パワーデバイス
２３・・・直流コンデンサ
６１・・・昇降圧チョッパ
６２・・・２次電池
６３・・・直流コンデンサ
６４・・・パワーデバイス
６５・・・リアクトル
６６・・・超電導コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統・電源システムに設置され、直流による電力の送電と蓄積とを複合的に行なう電力需給システムに係り、特に、システムの効率化を図った電力需給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力を長距離送電したり、また、異なる周波数の電力系統を接続し、その潮流制御を行なう目的で、いわゆる直流送電システムが用いられてきた。直流送電システムは、交流電力を送電用変換装置で直流電力に変換し、直流線路を経由して送電されてきた交流電力を受電用変換装置で再び交流電力に変換して他の電力系統または負荷系統に電力を供給するシステムである。
【０００３】
このように構成された直流送電システムは、離島送電のような長距離送電システムにあっては交流送電より損失の少ない送電ができること、また、周波数の異なる系統同志にあっては、簡単に系統同志の連携が行えることなどのメリットがある。更に、変換装置の制御により、迅速な潮流制御を行なうことができることが共通したメリットである。
【０００４】
直流送電システムに適用される変換装置には、従来から、いわゆる他励式変換装置が用いられてきたが、最近になって自励式変換装置も用いられるようになってきた。自励式変換装置を用いると、弱小の交流系統や無電源系統にも安定に送電することができるなどのメリットがある。
【０００５】
送電系統の融通性を更に高めるためには、系統内に電力蓄積装置を設置する考え方がある。この考え方は、例えば特許文献１や、特許文献２に示されている。特許文献１においては、受電用変換装置の交流出力側に電力蓄積装置を設置した電力需給システムが示されており、また、特許文献２には、直流線路部分に電力蓄積装置を設置した電力需給システムが示されている。このように、直流送電システムと電力蓄積装置とを組み合わせて使用すると、送電側でのシステム故障などのトラブルに強い電力需給システムの構成が可能となるが、この電力需給システムの効率化、合理化技術についても考慮すべき問題である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３１２９３４号公報（図１）
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−３００６５８号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の直流送電システムにおいては、送電電力と受電電力とを常に一致させなければならないという制約があった。したがって、受電側負荷系統の電力需要のピーク値に見合った容量を有する設備が送電側に必要であった。
【０００９】
また、従来の電力蓄積システムにおいては、電力を送電する電力系統と負荷系統とが交流で連系されており、電力系統と負荷系統とが海で隔てられ遠距離にある場合、あるいは、電力系統と負荷系統の周波数が異なる場合には、電力融通ができないという課題があった。
【００１０】
また、上記課題を解決するためには、直流送電と電力蓄積システムの両方を設置すれば良いが、この場合、変換装置が冗長となり、送電ロスが大となるなど、経済性の点で不利になるという問題があった。
【００１１】
また、システム経済性の観点から考えると、直流線路の電圧をなるべく高くすることが望ましいが、この場合には、直流部分に設置する電力蓄積装置との電圧マッチングを採る必要がある。
【００１２】
更に、このような構成の電力需給システムでは、受電側変換装置の信頼性が極めて重要になるが、稼動率を向上させるような合理的システムをどう実現するか等の課題がある。
【００１３】
従って、本発明は上記課題に対して為されたもので、効率的で合理的な電力需給システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する受電用変換装置と、前記直流線路に接続された電力蓄積装置から構成され、前記送電用変換装置の容量を、前記電力蓄積装置及び前記受電用変換装置の容量より小さくしたことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側を夫々直列に接続し、交流側回路は互いに並列に接続したことを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側を夫々直列に接続し、交流側回路は夫々の受電用変換装置内の変圧器の２次巻線を夫々直列に接続したことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側及び交流回路側を夫々互いに並列に接続したことを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の電力需給システムは、交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側を互いに並列に接続し、交流回路側は異なる負荷に該当の対が個々に電力を供給する構成としたことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、効率的で合理的な電力需給システムを提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
(第１の実施の形態)
以下に本発明による電力需給システムの第１の実施の形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明に係る電力需給システムのブロック構成図である。
【００２１】
電力系統１の交流電力を送電用変換装置２で直流に変換し、直流線路３を介して受電用変換装置４で再び交流に変換し、負荷系統５に給電する構成としている。
【００２２】
直流線路３には、電力蓄積装置６が接続されている。ここで、送電用変換装置２の変換容量は、受電用変換装置４及び電力蓄積装置６の何れの容量よりも小さく選定する。
【００２３】
送電用変換装置２は、変圧器２１により所望の電圧を得、複数個のパワーデバイス２２をブリッジ接続して構成される変換器によって直流に変換する。この直流出力は直流コンデンサ２３によって平滑される。尚、受電用変換装置４の内部構成は、以上説明した送電用変換装置４と基本的に同一であるのでその説明は省略する。これらの変換装置に用いるパワーデバイス２２には、ＩＧＢＴなどの自己消弧デバイスを用い、自励式変換装置を構成するようにしているが、ダイオード整流素子やサイリスタ素子などを用いた他励式変換装置を採用しても良い。また、図１に示したような２レベルの変換装置だけでなく、３レベル以上の変換装置を用いても良い。尚、自励式変換装置や、サイリスタ素子を用いた一部の他励式変換装置を用いれば、電力の流れを逆方向に制御することも可能となる。
【００２４】
図２に、二次電池を用いた電力蓄積装置６の一例を示す。ここでは、昇降圧チョッパ６１を用いて、二次電池６２の充放電を行なう構成を示している。昇降圧チョッパ６１は、電圧平滑用の直流コンデンサ６３、通電率制御用のパワーデバイス６４、及び電流平滑用のリアクトル６５から構成されている。
【００２５】
図３には、超電導コイルを用いた電力蓄積装置６の他の実施の形態を示してある。この実施の形態にあっても、昇降圧チョッパ６１を用いて、超電導コイル６６の充放電を行なっている。昇降圧チョッパ６１は、電圧平滑用の直流コンデンサ６３及び通電率制御用のパワーデバイス６４から構成されている。
【００２６】
図２及び図３における昇降圧チョッパ６１の動作は、「パワーエレクトロニクス回路」(電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編、オーム社)の第７章「直流変換回路」などに解説されているように、パワーデバイス６４の通電率を制御することにより所望の直流電圧を得るようにしている。
【００２７】
尚、図１では負荷系統は、３相で給電される構成を示しているが、これは単相給電でも良い。この場合、受電用変換装置４は、単相変換器で構成される。以下の各実施の形態においても、３相給電される構成を示すが、この第１の実施の形態と同様、単相給電の構成でも良い。さらに、電力系統１と負荷系統５の周波数は異なっても良い。
【００２８】
以下、図１の電力需給システムの基本動作について説明する。
【００２９】
送電用変換装置２は、電力系統１の交流電力を直流電力に変換し、直流線路３に送り出す。この電力は、受電用変換装置４で直流電力から交流電力に変換され、負荷系統５に供給すると同時に、電力蓄積装置６を充電する。これは電力蓄積装置６が充電モードの場合であるが、この逆に電力蓄積装置６が放電モードの場合は、送電用変換装置２からの電力と電力蓄積装置６からの放電電力とを受電用変換装置４を介して、負荷系統５に供給する。
【００３０】
負荷系統５が例えば離島にある場合、電力需要の小さい夜間に電力系統１から送電用変換装置２、直流線路３を介して、電力蓄積装置６を充電しておく。負荷系統５の電力需要が増加する昼間には、電力蓄積装置６から放電する。このように運転することで、昼間の電力需要の大きな電力系統１から、さらに送電電力を増加することなく、負荷系統の電力需要増加をまかなうことができる。
【００３１】
今、電力需要の小さい夜間に、電力系統１から送電用変換装置２、直流線路３を介して、電力蓄積装置６を、電力蓄積装置の容量のｋ(ｋ＜１)倍の比率で充電しておくものとする。負荷系統５の電力需要が増加する昼間には、電力蓄積装置６から定格電力で放電する。受電時間をｔｃ、放電時間をｔｄとしたとき、以下の不等式が成立するように運転する。
【００３２】
ｋ×ｔｃ×η＞ｔｄ… （１）
ただし、ここでηは電力蓄積装置６の効率である。
【００３３】
このように運転すれば、送電用変換装置２、及び直流線路３の扱う電力は、常に受電用電力変換装置４、電力蓄積装置６より小さくなる。
【００３４】
また、負荷系統５が、例えば頻繁に運転停止を行なう産業プラントのような変動負荷から構成され、間欠的に大電力を消費する特性を有する場合に、瞬時の大電力を電力蓄積装置６からの電力を受電用変換装置４により負荷系統５に供給することで、電力系統１から供給される電力変動を緩和し、電力系統１の電圧変動などの悪影響を受けないようにすることもできる。
【００３５】
さらに、電力系統１あるいは送電用変換装置２が故障などで運転できない場合でも、電力蓄積装置６から受電用変換装置４を介して、負荷系統５への電力供給を継続することができる。
【００３６】
本発明によれば、常に、遠隔地あるいは周波数の異なる負荷系統５への送電を行なうという条件の下、負荷変動による送電側の電力系統１の擾乱を緩和し、また、送電側の電力系統１における発電設備のピーク容量を低減できる。
【００３７】
また、電力系統１あるいは送電用変換装置２が故障などで運転できない場合でも、負荷系統５への電力供給を継続することができ、電力供給の稼動率を向上できる。
【００３８】
更に、送電用変換装置２、直流線路３の容量を小さくできるので、経済的なシステムが構築できる。特に、離島への送電などでは送電用のケーブルの定格を小さく選定できるので、経済性向上効果が期待でき、効率的な電力需給システムを提供することができる。
【００３９】
(第２の実施の形態)
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、直流線路３の距離が長いシステム構成の場合に、電力蓄積装置６を受電用変換装置４の近傍に配置した点である。
【００４０】
離島への送電などの場合、直流線路３（送電用ケーブル）の距離が長くなるので、事故発生確率が高くなる。事故が発生すると、復旧には時間がかかるが、この様に電力蓄積装置６を受電用変換装置４の近傍に配置することにより、その間も電力蓄積装置６から負荷系統５への電力供給を継続できるので、離島の電力供給の稼動率を合理的に向上することができる。
【００４１】
(第３の実施の形態)
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第３の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第３の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、直流線路３と電力蓄積装置６との間に、電圧変換装置７を追加した点である。電圧変換装置７としては、電力蓄積装置６の説明に用いた図２に示したような昇降圧チョッパなどが適用できる。
【００４２】
電力蓄積装置６を充電する場合、電圧変換装置７は、直流線路３の定格電圧から電力蓄積装置６の定格電圧に電圧変換を行ない充電する。一般に、電力蓄積装置６の電圧は、直流線路３電圧定格に比較し小さいので、電圧変換としては降圧動作を行なう。
【００４３】
この逆に電力蓄積手段６から放電する場合、電圧変換装置７は、直流線路３の定格電圧へ電力蓄積装置６の定格電圧から電圧変換を行なうことになるが、この場合は昇圧動作の電圧変換となる。
【００４４】
以上の第３の実施の形態に係る電力需給システムにおいては、送電用変換装置２、直流線路３の電圧を高く設定できるので、送電容量が同じ場合、電流定格を小さく選定できる。電圧を高くしても、直流線路３に使用されるケーブルの経済性への影響は少なく、電流を小さくした方が経済的に良い傾向があるので、離島送電のようにケーブル長が長い場合は電圧変換装置６を追加しても、それ以上にケーブルが廉価になり、システム全体としての経済性向上が期待できる。従って、効率的な直流電源システムを提供することが可能となる。
【００４５】
(第４の実施の形態)
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第４の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第４の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、受電用変換装置４と電力蓄積装置６とを複数個に分割し、その分割された夫々の受電用変換装置４と電力蓄積装置６とで対を形成し、その複数個の対の直流回路側を直列に接続し、交流出力側は受電用変換装置４の出力を並列接続する構成とした点である。
【００４６】
この様な構成を採用すると、特に、電力蓄積装置６と受電用変換装置４の各対は、電力送電装置４の出力電圧すなわち直流線路３の電圧を分圧して動作する。従って、ｎ個の対がある場合は、一対当たり扱う電力は、送電電力の１／ｎ倍の電力となる。受電用変換装置４の出力は交流側で並列合成され負荷系統５に供給されるので、その電力は送電電力に電力蓄積装置６からの充放電電力を加味した電力に等しくなる。
【００４７】
また、ある一対が事故などで使用できない状態でも、その対をバイパスし、電力送電装置２の運転電圧を(ｎ−１)／ｎ倍に低減し、残りの対により負荷に電力を供給する運転が可能である。
【００４８】
以上説明したように、図６に示したような電力蓄積装置６と受電用変換装置４の分割構成を採用すれば、電力送電装置２及び直流線路３の電圧を高く設定できるので、直流線路３の電流容量を低減し、経済性の良い効率的な電力需給システムが得られる。
【００４９】
また、ある一対が使用できない状態でも、残りの対により、負荷系統に電力供給を継続するので、合理的にシステムの稼動率を向上することができる。
【００５０】
(第５の実施の形態)
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第５の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第５の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、受電用変換装置４と電力蓄積装置６とを複数個に分割し、その分割された夫々の受電用変換装置４と電力蓄積装置６とで対を形成し、その複数個の対の直流回路側を直列に接続し、交流出力側は受電用変換装置４の出力変圧器の２次側を直列接続する構成とした点である。
【００５１】
尚、図7では、分割された受電用変換装置４が夫々変圧器を有する構成としているが、変換装置側にｎ巻線を有する１台の変圧器で構成しても良い。
【００５２】
以上説明したように、図７に示したような電力蓄積装置６と受電用変換装置４の分割構成を採用すれば、電力送電装置２及び直流線路３の電圧を高く設定できるので、直流線路３の電流容量を低減し、経済性の良い効率的な電力需給システムが得られる。
【００５３】
また、ある一対が使用できない状態でも、残りの対により、負荷系統に電力供給を継続するので、合理的にシステムの稼動率を向上することができる。
【００５４】
(第６の実施の形態)
図８は、本発明の第６の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第６の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第６の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、受電用変換装置４と電力蓄積装置６とを複数個に分割し、その分割された夫々の受電用変換装置４と電力蓄積装置６とで対を形成し、その複数個の対の直流回路側は並列に接続し、交流出力側は受電用変換装置４の出力を並列接続する構成とした点である。
【００５５】
この第５の実施の形態に係る電力需給システムは、直流回路側が並列接続しているので、送電用変換装置２からの電力は、ｎ台の電力蓄積装置６と受電用変換装置４に分配される。従って、ｎ個の各対は、異なる電力を扱うことができる。また、ある一対が事故などで使用できない状態でも、残りの対により負荷に電力を供給することが可能となる。
【００５６】
以上説明したように、図８に示したような電力蓄積装置６と受電用変換装置４の分割構成を採用すれば、電力蓄積装置６と受電用変換装置４の容量を自由に選定できるので、経済性の良い効率的な電力需給システムが得られる。また、ある一対が使用できない状態でも、残りの対により負荷に電力を供給することができるので、合理的にシステムの稼動率を向上することができる。
【００５７】
(第７の実施の形態)
図９は、本発明の第７の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図である。この第７の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力需給システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第７の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、受電用変換装置４と電力蓄積装置６とを複数個に分割し、その分割された夫々の受電用変換装置４と電力蓄積装置６とで対を形成し、その複数個の対の直流回路側は並列に接続し、交流出力側は、各々の対に１つの負荷系統を個々に接続する構成とした点である。
【００５８】
このような構成を採用すると、電力送電装置２に電力蓄積装置６と受電用変換装置４の対が並列接続しているので、送電用変換装置２から供給される電力は、ｎ台の電力蓄積装置６と受電用変換装置４に分配され、対応する個別の負荷に給電される。
【００５９】
この第７の実施の形態に係る電力需給システムにおいて、前記各対は、異なる電力を扱うことができると共に、異なる負荷系統５の夫々に必要な電力を供給する。また、各対同志の間で電力を授受することも可能である。例えば、第１の負荷系統で電力消費が大となり、第２の負荷系統で電力消費が小となる場合、第２の負荷系統に送電していた電力を第１の負荷系統に振り向けることもできる。更に、第２の負荷系統に接続する第２の電力蓄積装置６からも第１の負荷系統に電力を放電し、第１の負荷系統の電力消費に対し、供給電力を確保する動作も可能となる。
【００６０】
以上説明したように、図９に示したような電力蓄積装置６と受電用変換装置４の分割構成を採用すれば、電力蓄積装置６と受電用変換装置４の容量を複数個の負荷に応じて選定することができ、効率的な電力需給システムが得られる。また、各対の間で電力を授受できるので、複数個の負荷系統の電力需要変動の平均化を行なうことができる合理的な電力需給システムを供給することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、効率的で合理的な電力需給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】 本発明の第１の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図２】 電力蓄積装置の一例を示すブロック図。
【図３】 電力蓄積装置の他の一例を示すブロック図
【図４】 本発明の第２の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図５】 本発明の第３の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図６】 本発明の第４の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図７】 本発明の第５の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図８】 本発明の第６の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【図９】 本発明の第７の実施の形態に係る電力需給システムのブロック構成図。
【符号の説明】
１・・・電力系統
２・・・送電用変換装置
３・・・直流線路
４・・・受電用変換装置
５・・・負荷系統
６・・・電力蓄積装置
７・・・電圧変換装置
２１・・・変圧器
２２・・・パワーデバイス
２３・・・直流コンデンサ
６１・・・昇降圧チョッパ
６２・・・２次電池
６３・・・直流コンデンサ
６４・・・パワーデバイス
６５・・・リアクトル
６６・・・超電導コイル
Claims (7)
- 交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、
この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する受電用変換装置と、
前記直流線路に接続された電力蓄積装置から構成され、
前記送電用変換装置の容量を、前記電力蓄積装置及び前記受電用変換装置の容量より小さくしたことを特徴とする電力需給システム。 - 前記電力蓄積装置を前記受電用変換装置の近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電力需給システム。
- 前記電力蓄積装置は、電圧変換装置を介して前記直流線路に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力需給システム。
- 交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、
この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、
前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、
電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側を夫々直列に接続し、交流側回路は互いに並列に接続したことを特徴とする電力需給システム。 - 交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、
この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、
前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、
電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側を夫々直列に接続し、交流側回路は夫々の受電用変換装置内の変圧器の２次巻線を夫々直列に接続したことを特徴とする電力需給システム。 - 交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、
この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、
前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、
電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側及び交流回路側を夫々互いに並列に接続したことを特徴とする電力需給システム。 - 交流電力を直流電力に変換する送電用変換装置と、
この送電用変換装置の出力である直流電力を受け、直流線路を介して再び交流に変換する複数台の受電用変換装置と、
前記直流線路に接続された複数台の電力蓄積装置から構成され、
電力蓄積装置と受電用変換装置とで複数個の対を形成させ、その複数個の対の直流回路側を互いに並列に接続し、交流回路側は異なる負荷に該当の対が個々に電力を供給する構成としたことを特徴とする電力需給システム。
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