JP2002199588A

JP2002199588A - 電源システム

Info

Publication number: JP2002199588A
Application number: JP2000397282A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kubo; 謙二久保
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-12
Also published as: US6380715B1

Abstract

(57)【要約】【課題】急峻に変化する負荷電力に対してその電力ピ
ークを抑制するように電力蓄積手段から電力を放電し、
電源容量を平準化した容量に見合った値に低減すること
にある。【解決手段】電源１と、電源から電力の供給を受ける
負荷２と、負荷に電力を放出し、電源からの電力を蓄積
する蓄電池４と、電源の供給電力を検出する電力検出手
段５と、蓄電池の充放電する電力を電力変換する電力変
換手段３と、電力変換手段の電力変換する電力を制御す
る電力制御手段６を備え、電源から負荷に供給する電力
検出値が所定の電力上限値を超えたとき、前記電力検出
値と前記電力上限値の偏差に基づいて電力制御６０３に
より電力変換器３０１に対する電流指令値Ｉｒを演算
し、蓄電池から負荷に電力を放電する。また、電源から
負荷に供給する電力検出値が蓄電池の充電しきい値以下
のときは、充電指令値に基づいて電力変換器を制御し、
電源から蓄電池に充電電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流あるいは直流
の電源システムに係り、特に、負荷の大きさが時間的に
変化するとき、電源から見た負荷の大きさを平準化する
電源システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電源に対する負荷の大きさが変化
する系を負荷平準化する方式として、特開平９―１８２
３１６号公報に記載のように、電源系統に連係された電
力変換器を設け、夜間など負荷が小さい時に電力変換器
を介して電力蓄積手段に電力を蓄積し、昼間のピーク負
荷時のように負荷が大きい時などに電力蓄積手段に蓄積
した電力を放電する分散電源方式が知られている。ま
た、電源系統が停電した場合には、電力蓄積手段の電力
を電力変換器を介して負荷に供給することにより、停電
時でも負荷を継続して運転する。このような分散電源方
式では、負荷に供給される電力を監視し、負荷電力の大
きさに応じて電源系統に出力する電力の大きさを演算
し、その値に従って電力蓄積手段から電力を放電する。
一方、監視中の負荷電力が小さい値の場合には電源系統
から見た余剰電力の大きさを同様に演算し、その値に従
って電力蓄積手段に対して電力を蓄積する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような方式では、
負荷側の電力の大きさを検出、監視し、その値に応じて
放電あるいは充電する電力を決定する。このため、昼間
と夜間の電力の変化を平準化する場合のように、比較的
ゆっくりした電力変化の場合は、十分速く、放電する電
力を制御できる。しかし、例えば、家庭内の負荷で電子
レンジや電磁調理器あるいはエアコンの起動時のよう
に、負荷の大きさが機器の使用状態によって頻繁に、急
峻に変化する場合には、負荷電力を検出してから放電電
力を演算したのでは、負荷の変化に見合った電力を精度
よく供給できない。このため、放電電力のずれ分だけ、
負荷に対して電源系統から電力を供給する必要がある。
また、電力蓄積手段からの放電電力は、電力変換器を介
して電源系統に出力される。このため、電力変換器の損
失の影響で放電電力の精度が劣化する。ここで、電力蓄
積手段の放電電力は、放電電流だけでなく、電力蓄積手
段の電圧にも依存する。一般に、電力蓄積手段からの放
電によりその電圧は低下する。これらが放電電力制御の
誤差要因となる。このように、電力蓄積手段や電力変換
器の制御誤差により、電力蓄積手段からの放電電力と平
準化したい負荷電力とのずれが発生し、負荷電力のピー
クを十分抑制できない。また、電力蓄積手段からの放電
電力が負荷電力より大きくなってしまった場合には、放
電電力が電源系統に逆潮流するという問題点がある。負
荷電力を平準化することにより、電源系統の電源容量を
ピーク負荷値に合わせて用意する必要はなく、平準化し
た電力に見合った電源容量にすることができる。しか
し、このような従来技術では、放電電力の制御遅れや誤
差により、電源側から誤差分のピーク電力を供給できる
ようにしておく必要があり、電源容量を低減することが
できない。

【０００４】本発明の課題は、急峻に変化する負荷電力
に対してその電力ピークを抑制するように電力蓄積手段
から電力を放電し、電源容量を平準化した容量に見合っ
た値に低減することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、電源と、電源から電力の供給を受ける負荷と、負荷
に電力を放出し、電源からの電力を蓄積する蓄電池と、
電源の供給電力を検出する電力検出手段と、蓄電池の充
放電する電力を電力変換する電力変換手段と、電力変換
手段の電力変換する電力を制御する電力制御手段を備
え、電源から負荷に供給する電力の検出値が所定の電力
上限値を超えたとき、電力の検出値と電力上限値の偏差
に基づいて蓄電池から負荷に放電する電力を制御する。
また、電源と、電源から電力の供給を受ける負荷と、負
荷に電力を放出し、電源からの電力を蓄積する蓄電池
と、電源の供給電力を検出する電力検出手段と、蓄電池
の充放電を制御する直流電力変換手段と、直流電力変換
手段の出力電圧を蓄電池の充放電に関わらず一定に制御
する電力変換手段と、蓄電池の充放電する電力を制御す
る電力制御手段を備え、電源から負荷に供給する電力の
検出値が所定の電力上限値を超えたとき、電力の検出値
と前記電力上限値の偏差に基づいて蓄電池から負荷に放
電する電力を制御する。ここで、電源から負荷に供給す
る電力の検出値が所定のしきい値以下のときは、電源か
ら蓄電池に充電電力を供給する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の電源システムの第
一の実施形態を示す。図１において、単相三線２００Ｖ
電源１に対して単相三線負荷２が接続されている。電源
システムは、電源１と負荷２との間に接続され、負荷２
に対して電力を供給したり、電源１からの電力を蓄電池
４に蓄積したりする電力変換手段３、二次電池から構成
される蓄電池４、電源１の電力を検出するための電力検
出手段５、電力変換手段３から負荷２に放出される電力
あるいは電源１から蓄電池４に蓄積される電力を制御す
る電力制御手段６により構成される。ここで、負荷２
は、電源１に対して接続される単相三線２００Ｖ負荷を
纏めて表したものであり、照明、冷蔵庫、エアコン、電
子レンジ、電磁調理器等の負荷から構成されている。

【０００７】まず、電力検出手段５は、単相三線２００
Ｖ電源１のａ相電流を検出するための交流電流変成器５
０１、ｂ相電流を検出するための交流電流変成器５０
２、ａｂ相間の線間電圧を検出するための同期変圧器５
０３、相電流検出値と線間電圧検出値を乗算するための
乗算器５０４，５０６、フィルタ５０５，５０７、加算
器５０８、電源１の電圧に同期した位相信号を演算する
位相同期５０９より構成される。これにより、電源１か
ら負荷２に供給される電力を検出する。そのときの動作
波形を図２（１）に示す。ここで、一般的な負荷として
力率０．７の遅れ負荷とした。まず、電流変成器５０１
により検出されたａ相電流検出値と係数（１／２）をか
けた同期変圧器５０３で検出された線間電圧を乗算器５
０４で乗算することによりａ相電力が演算され、また、
電流変成器５０２で検出されたｂ相電流と係数（−１／
２）をかけた同期変圧器５０３で検出された線間電圧を
乗算器５０６で乗算することによりｂ相電力が演算され
る。両者の和が単相三線２００Ｖの瞬時電力となる。図
２（１）に示すように、単相電力の瞬時値は、電源周波
数の２倍で交番する。そこで、相電流と線間電圧の積に
より演算した瞬時電力検出値を電源周波数の２倍を固有
周波数とする帯域除去フィルタ５０５，５０７で交番す
る周波数成分を除去することにより、電源１から負荷２
に供給される電力の大きさ（フィルタ出力値）を検出で
きる。ここで、帯域除去フィルタの構成を図２（２）に
示す。コンデンサと抵抗の定数の設計により、電源周波
数の２倍の周波数成分を帯域除去するアナログフィルタ
を構成できる。フィルタの伝達関数を（１）式で表した
とき、コンデンサ値、抵抗値との関係は（２）式とな
る。

【数１】伝達関数＝（Ｓ²＋ω²）／（Ｓ²＋２・ζｎ・ωｎ＋ω²）（１）

【数２】Ｃ１＝２・Ｃ２，Ｒ１＝２・Ｒ２のとき、 ωｎ＝１／（２・Ｃ２・Ｒ２），ζｎ＝２（２）

【０００８】次に、電力変換手段３は、ＩＧＢＴ（Ｉｎ
ｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ）をスイッチング素子とする単相三線出力
の電圧形インバータであり、平滑コンデンサ３０５，３
０６側の直流電力と電源系統側の交流電力とを電力変換
器３０１により双方向に変換する。その出力は、リアク
トル３０２，３０３およびコンデンサ３０４を介して電
源１に系統連係されている。平滑コンデンサ３０５，３
０６には蓄電池４が接続され、蓄電池４の電力を電力変
換器３０１を介して電源系統に放電あるいは電源系統の
電力を電力変換器３０１を介して蓄電池４に充電する。
蓄電池４は、複数個の二次電池を多直列接続し、各二次
電池の充電状態によって全体電圧は変化する。蓄電池４
の全体電圧は、電源系統電圧の波高値より大きいことが
必要であり、以下の関係を満足するように蓄電池４の全
体電圧を設定する。

【数３】蓄電池電圧＞√２×２００Ｖ＝２８０Ｖ（３）電力変換器３０１は、電流検出器３０７により検出され
た相電流が電源系統電圧と同期した所定の交流電流とな
るように交流電流制御３０８により制御される。

【０００９】このときの動作波形を図３に示す。単相三
線２００Ｖのａｂ相線間電圧に対し、実効値が３０Ａの
交流電流を線間電圧に対して力率１で放電した場合の波
形を示す。ａ相電流とｂ相電流は位相が１８０度ずれた
波形となる。また、系統電力を蓄電池４に充電する場合
は、線間電圧と交流電流の位相は図３の場合に対して反
転する。ここで、交流電流制御３０８は、蓄電池４の直
流電圧の変化によらず、電力変換器３０１の相電流が図
３の関係を保ち、その相電流の大きさが電力制御手段６
により演算される電流指令値Ｉｒとなるように電力変換
器３０１のスイッチング素子のゲート信号を制御する。
このため、電流検出器３０７によるａ相、ｂ相電流検出
値および電力検出手段５の位相同期５０９で演算された
電圧位相信号を帰還入力し、交流電流制御３０８を実行
する。

【００１０】電力制御手段６は、電力検出手段５で検出
された電源１側の電力検出値に基づき、電力変換手段３
に対する電流指令値Ｉｒを演算する。ここで、蓄電池４
の電力を電源系統に放電する場合は電流指令値Ｉｒは正
であり、また、切替器６０４は（１）側に接続されてい
る。一方、蓄電池４に充電する場合は電流指令値は負で
あり、切替器６０４は（２）側に接続されている。その
切替えは判別器６０６により実行される。まず、減算器
６０１により電力検出値と電力上限値との偏差を演算す
る。ここで、電力上限値は、電源１の電力の上限を指令
するものであり、電源１の電力が電力上限値を超えない
ように電力変換手段３からの放電電力を制御する。判別
器６０６は、偏差が所定の負の値より大きい場合には切
替器６０４を（１）側に接続する。偏差が所定の負の値
より小さい場合には切替器６０４を（２）側に接続す
る。電力制御６０３は積分制御であり、電源１の電力検
出値が電力上限値より大きい場合には、電力検出値と電
力上限値との偏差を積分し、交流電流制御３０８に対す
る電流指令値Ｉｒを演算する。電力変換器３０１は、電
流指令値Ｉｒに従い、蓄電池４の直流電力を交流電力と
して電源系統に放電する。この交流電力は負荷２に供給
されるため、電力変換器３０１からの放電電力だけ、電
源１の電力検出値が低減する。負荷２の電力が電力上限
値を超えた量と電力変換器３０１からの放電電力が一致
した状態で電力検出値と電力上限値との偏差がゼロとな
り、電流指令値Ｉｒは一定値となる。一方、この状態
で、負荷２の電力が低減した場合には、電源１の電力検
出値は電力上限値より小さくなり、減算器６０１で演算
される偏差は負となる。電力制御６０３は積分制御のた
め、電流指令値Ｉｒは減少し、最終的にはゼロとなる。
これに従い、電力変換器３０１からの放電電力も減少
し、最終的にはゼロとなる。一方、電力制御６０３の出
力が負になった場合は、非線形ゲイン６０５により電流
制御６０３の出力が負以下にならないように、減算器６
０２により電力制御６０３の出力を減算する。これによ
り、電力検出値から電力上限値を減算した結果が負の場
合でも、、電力制御６０３の出力が負になることはな
い。また、非線形ゲイン６０５は、電力制御６０３の出
力が正の場合はゲインがゼロとなるため、他の動作に影
響は与えない。

【００１１】このときの動作波形を図４に示す。図４
（１）に負荷２の電力が時間０．１ｓにおいて１４ｋＷ
から２１ｋＷに増加した場合について示す。ここで、単
相の場合には、瞬時電力値が商用周波数の２倍の周波数
で交番する。ここでは、その瞬時電力の平均値を電力検
出値として扱う。図４（２）に力上限値を１５ｋＷに設
定した場合の、電源１の瞬時電力波形を示し、また、図
４（３）に電源システムから出力される交流電流波形を
示す。電源１から負荷２に供給される電力が電力上限値
である１５ｋＷを超過した時点で、蓄電池４の直流電力
が電力変換器３０１により交流電力に変換されて電源系
統に放電される。積分制御を実行する電力制御６０３
は、積分制御の応答に応じて放電電力を増加させる。一
方、電源１側の電力は電源システムからの放電により軽
減され、電力上限値の設定値である１５ｋＷまで低減さ
れた時点で、負荷の電力より電源システムから出力され
る電力を引いた値が電力上限値の設定値である１５ｋＷ
に釣合う。電力制御６０３は積分制御のため、電源１か
ら負荷２に供給される電力が電力上限値の設定値である
１５ｋＷに釣合った時点で、電力変換器３０１に対する
電流指令値Ｉｒを所定の値に保持する。このような閉ル
ープ制御により、電池電圧や電力変換器５の電力損失な
どに依らず、恒に、電源１の電力が電力上限値の設定値
と一致するように制御される。一方、負荷２の電力が低
下し、電力上限値より小さくなった場合には、電力制御
６０３の出力の極性に応じた非線形ゲイン６０５によ
り、電力制御６０３の出力がゼロなるように制御され
る。これにより、電源１の電力が負荷２の負荷状態に依
らず、電力上限値以下になるように制御できる。また、
電源１の出力電力が十分小さくなり、電源１の電力演算
値から電力上限値を減算した値が所定の負の値以下の場
合は、電源１の電力を蓄電池４の充電に用いる。充電電
流は、蓄電池７の特性に応じて任意の一定値に設定す
る。すなわち、電源側電力の検出値が電力上限値より所
定の値以上小さい場合には、判別器６０６が切替器６０
４を放電側（１）から充電側（２）に切り替える。ここ
で、充電指令値は、電源側の電力に依らず一定値であ
り、電源側の電力が小さい領域で蓄電池に対して一定電
流で充電する。ここで、蓄電池４からの放電あるいは充
電においては、蓄電池４のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆ
Ｃｈａｒｇｅ，充電状態）を常時監視し、放電中であっ
てもＳＯＣが所定の値以下になった場合は、蓄電池４か
らの放電を停止し、また、充電中であってもＳＯＣが所
定の値以上になった場合は、充電を停止する。

【００１２】負荷電力が変動した場合の電源システムか
らの出力電力および電源１の出力電力の挙動を図５に示
す。負荷電力が電力上限値を超える場合は、電源１の出
力電力が電力上限値になるように制御される。このた
め、電源システムからは負荷電力が電力上限値を超える
電力が出力される。一方、負荷電力が電力上限値より小
さく、また、両者の差が充電しきい値より大きいとき、
電源システムは電源１の電力を蓄電池に充電する。この
ように、本実施形態では、電源１の出力電力を電力上限
値以下に抑制できるだけでなく、負荷が小さく、電源１
の出力電力に余裕のある場合には、電源１の電力を電源
システムに蓄積することができる。

【００１３】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、電源１側の電力が任意に設定可能な電力上限値を超
えないように、フィードバッグ制御により蓄電池４から
の放電電力を制御するため、高応答かつ高精度に電源１
の電力を制御できる。また、電力変換器３０１の交流電
流制御３０８により、蓄電池４の放電あるいは充電を直
接制御できるため、蓄電池４の充放電を高効率に実行で
きるという利点もある。

【００１４】図６は、本発明の第二の実施形態を示す。
図１に示す第一の実施形態との相違点は、蓄電池４が電
力変換手段３の平滑コンデンサ３０６側に接続されてい
る点にある。このため、蓄電池４の充放電に伴う平滑コ
ンデンサ３０５と３０６の電圧不平衡を平衡化する電力
変換回路３０９が設けられている。ここで、電力変換回
路３０９はＩＧＢＴとリアクトルから構成され、平滑コ
ンデンサ３０５と３０６の各電圧を検出し、電圧制御３
１０により各ＩＧＢＴのスイッチングの通流率を制御す
ることで平滑コンデンサ３０５，３０６の電圧が等しく
なるようにする。ここで、蓄電池４は平滑コンデンサ３
０６側に接続されているため、図１に示す第一の実施形
態の場合に比べ、蓄電池４の全体電圧を半分にできる。
すなわち、蓄電池４の全体電圧は、

【数４】蓄電池電圧＞（√２×２００Ｖ）／２＝１４０Ｖ（４）の関係を満足すればよい。以上、述べたように、本実施
形態によれば、蓄電池４の全体電圧を小さくでき、蓄電
池４を構成する二次電池の個数を低減できるという利点
がある。

【００１５】図７は、本発明の第三の実施形態を示す。
図１に示す第一の実施形態との相違点は、蓄電池４の充
放電制御のための直流電力変換手段７を設けたところに
ある。直流電力変換手段７は双方向チョッパ７０１、リ
アクトル７０２、平滑コンデンサ７０３、電流検出器７
０４、電流制御７０５により構成される。また、電力変
換手段３は、第一、第二の実施形態の場合と同様な構成
であり、直流電圧制御３１１が追加されている。図７に
おいて、電力変換手段３は、平滑コンデンサ３０５，３
０６の電圧が等しく、かつ、蓄電池４の充放電に関わら
ず一定になるように制御される。このため、直流電圧制
御３１１は、平滑コンデンサ３０５，３０６の電圧を検
出し、この電圧が所定の設定値より大きい場合には、交
流電流制御３０８により電力変換器３０１から電源系統
に対して交流電力を放電する。これにより、平滑コンデ
ンサ３０５，３０６の電圧を所定の一定値に制御する。
また、平滑コンデンサ３０５，３０６の電圧が所定の一
定値より小さい場合には、同様な動作により電源系統か
ら交流電力を充電し、同様に、平滑コンデンサ３０５，
３０６の電圧を所定の一定値に制御する。一方、電力制
御手段６により演算される電流指令値Ｉｒは、直流電力
変換手段７に指令される。直流電力変換手段７は、電流
指令値Ｉｒに従って蓄電池４からの放電電流あるいは蓄
電池４への充電電流を制御する。ここで、双方向チョッ
パ７０１はＩＧＢＴによって構成され、スイッチングの
通流率を制御することにより、蓄電池４から平滑コンデ
ンサ３０５，３０６への放電、あるいは、平滑コンデン
サ３０５，３０６から蓄電池４への充電をそれぞれ制御
する。電流制御７０５は、電流検出器７０４で検出され
た電流が電流指令値Ｉｒと一致するように双方向チョッ
パ７０１の通流率を制御する。ここで、リアクトル７０
２と平滑コンデンサ７０３は、双方向チョッパ７０１の
スイッチング動作に伴う電流リプルを平滑化するために
設けられている。蓄電池４から放電された電力は、平滑
コンデンサ３０５，３０６の電圧を上昇させる。直流電
圧制御３１１は平滑コンデンサ３０５，３０６の電圧を
所定の一定値に保つように制御するため、蓄電池４から
放電された電力は電力変換器３０１により交流電力に変
換され、電源系統側に放電される。一方、蓄電池４が充
電される場合には、平滑コンデンサ３０５，３０６の電
圧が低下する方向に動作する。このため、直流電圧制御
３１１は電源系統の交流電力を平滑コンデンサ３０５，
３０６側に充電するよう電力変換器３０９を制御する。
以上、述べたように、本実施形態によれば、蓄電池４の
充放電のための専用の直流電力変換手段７を設けるた
め、平滑コンデンサ３０５，３０６の電圧を蓄電池４の
電圧に関わらず一定に設定できる。このとき、蓄電池４
の全体電圧は、

【数５】蓄電池電圧＜平滑コンデンサ３０５，３０６加算電圧（５）の関係を満足すればよい。従って、蓄電池４の全体電圧
が小さい場合でも、蓄電池４の直流電力を電源系統に対
して放電、あるいは、電源系統の電力を蓄電池４に対し
て充電できるという利点がある。更に、電力変換手段３
は蓄電池４の充電あるいは放電動作に関わらず、平滑コ
ンデンサ３０５，３０６の電圧を一定にする制御でよい
ため、制御系の調整、メンテナンスが容易という利点が
ある。

【００１６】次に、図８は、本発明の第四の実施形態を
示す。図７に示す第三の実施形態との相違は、交流電力
出力手段８を設け、負荷２に対して追加された負荷９に
対して交流電力を供給できるようにした点と、電流制御
７０５に電流電圧制御７０５’として電流制御と電圧制
御の両機能を持たせることにある。ここで、負荷９は単
相二線１００Ｖ負荷であり、電源１が正常な場合は、継
電器１０は（３）側に接続され、負荷９には電源１より
電力が供給される。一方、電源１が異常な場合は、継電
器１０は（４）側に接続され、負荷９に対しては交流電
力出力手段８から電力が供給される。ここで、電源１の
電圧は同期変圧器５０３により検出され、その検出電圧
から停電検出５１０により電源１の正常/異常を判別す
る。その判別は電圧の大きさや電源周波数等により実行
される。また、交流電力出力手段８は、電力変換器８０
１、リアクトル８０２、コンデンサ８０３、交流電圧制
御８０４から構成され、電力変換器８０１は平滑コンデ
ンサ３０５，３０６の電圧をＩＧＢＴのスイッチング制
御により交流電圧に変換する。リアクトル８０２、コン
デンサ８０３はＩＧＢＴのスイッチング電圧を平滑化す
る。交流電圧制御８０４はコンデンサ８０３の電圧、す
なわち、交流電力出力手段８の交流出力電圧を検出し、
その値が所定の交流電圧となるように電力変換器８０４
のスイッチングを制御する。停電検出５１０により電源
１の電圧低下を検出した場合には、交流電力出力手段８
を動作させ、交流電圧が確立するのを待って継電器を
（３）から（４）に切替える。このとき、電力変換手段
３、直流電力変換手段７は、電源１が正常な場合と同様
な動作を継続する。これに対し、電源１の電圧が更に低
下し、電力変換手段３の運転を継続できなくなった場合
には、電力変換手段３の運転は停止し、一方、交流電力
出力手段８の動作は継続する。また、停電検出５１０に
より、電流電圧制御７０５’の動作を電流制御から電圧
制御に切り替え、双方向チョッパ７０１の出力電圧を検
出し、平滑コンデンサ３０５，３０６の電圧が一定にな
るように制御する。これにより、電源１が停電した場合
でも、蓄電池４の直流電力を交流電力出力手段８により
交流電圧に変換して負荷９に供給する。このため、負荷
９は、電源１の電圧が低下した場合、あるいは、電源１
が停電した場合でも、瞬断することなく、単相二線１０
０Ｖを供給することができる。ここで、これら一連の運
転モードの切替えは、停電検出５１０により実行され
る。以上、詳述したように、本実施形態によれば、電源
１の電力を電力上限値を超えることなく制御するだけで
なく、電源１の電圧が低下した場合や、電源１が停電し
た場合でも、特定の負荷９に対して安定した交流電圧を
無瞬断で供給できるという利点がある。ここで、電源１
が正常な場合には、交流電力出力手段８は運転を停止
し、継電器１０により電源１の電力が負荷９に供給され
るため、電力変換器８０１の運転によるスイッチング損
失等は発生しないという利点もある。

【００１７】ここで、本実施形態では、継電器１０につ
いて、電源１が正常な場合は（３）側に接続され、一
方、電源１が停電（異常）の場合は（４）側に接続さ
れ、また、電源１が正常な場合には、交流電力出力手段
８の運転を停止するとして説明したが、本実施形態の他
のケースとして、電源１の正常、停電（異常）に関わら
ず、継電器１０を常時（４）側に接続しておき、また、
交流電力出力手段８を常時運転するケースについて説明
する。このケースでは、電源１が正常な場合には、電源
１から供給される電力変換手段３の出力電力を交流電力
出力手段８を介して特定の負荷９に供給し、一方、電源
１が停電（異常）の場合には蓄電池４の直流電力を交流
電力出力手段８を介して特定の負荷９に供給する。この
ケースでは、電源１の停電の有無に関わらず、特定の負
荷９には安定した電力を交流電力出力手段８から供給で
きるという利点がある。

【００１８】図９は、本発明の第五の実施形態を示す。
図９において、直流電源１１に対して直流負荷１３が接
続されている。直流電源１１の電圧は４８Ｖであり、負
荷１３において４８Ｖを１２Ｖ，５Ｖ等の電圧に変換
し、ハードディスクやマイコンなどの電源として使用さ
れている。直流電源１１は、単相１００Ｖ電源１１０１
をダイオードブリッジ１１０２で整流し、平滑コンデン
サ１１０３でＤＣ１４０Ｖの直流電圧に変換する。その
電圧をパワーＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅ
ＧａｔｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ
ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１１０５により
チョッパ制御し、その電圧を高周波トランス１１０４で
降圧し、ダイオード１１０６、リアクトル１１０７、平
滑コンデンサ１１０８により４８Ｖの直流電圧を出力す
る。ここで、出力電圧を絶縁回路１１０９を介して検出
し、出力電圧が一定になるように電圧制御１１１０によ
りパワーＭＯＳＦＥＴのスイッチング通流率を制御す
る。電源システムは、直流電源１１と直流負荷１３の間
に接続される。電源システムは、電源側の出力電力を演
算するための電力検出手段１２、電力変換手段７、蓄電
池４、電力制御手段６により構成される。電源側の電流
と電圧の検出値を乗算器１２０３で乗算することにより
電源側の電力を演算する。減算器６０１により電力演算
値と電力上限値との偏差を演算し、その値が正のとき、
電力制御６０３により蓄電池４に対する電流指令値Ｉｒ
を演算する。電流電圧制御７０５’は電流制御として動
作し、電力変換器７０１をチョッパ制御し、蓄電池４の
放電電流が電流指令値Ｉｒどおり出力されるように制御
する。電力変換器７０１から出力される電力は負荷１３
に供給される。この結果、同じ負荷電力の場合でも直流
電源１１から負荷１３に出力される電力は減少する。こ
こで、電力制御６０３は積分制御を実行する。従って、
電源側の電力が電力上限値に一致するまで放電電流指令
値が増加し、その状態で平衡する。このように、電源側
電力を検出および監視することにより、負荷１３の電力
ピークを平準化することができる。一方、直流電源側の
電力が減少して電力上限値より小さくなった場合には、
電力制御６０３の出力、すなわち、電流指令値Ｉｒは減
少し、負の値までに至る。ここで、電力制御６０３の出
力が負になった時点で、非線形フィードバック６０５に
より電力変換器７０１に対する電流指令値がゼロにな
る。これにより、蓄電池４からの放電が休止状態とな
る。また、電源側の電力が電力上限値の設定値より十分
小さくなった場合、切替器６０４を放電側（１）から充
電側（２）に切り替える。これにより、電力変換器７０
１は電源側の電力をチョッパ制御し、充電指令値に蓄電
池４を充電する。更に、単相１００Ｖ電源１１０１の停
電により、直流電源１１の出力電圧が低下した場合は、
絶縁回路１１０９を介して検出された出力電圧により停
電検出１１１１で停電を検出する。停電の検出により電
流電圧制御７０５’を電流制御から電圧制御に切り替
え、電力変換手段７の出力電圧を電圧検出７０７により
検出し、平滑コンデンサ７０６の電圧が一定になるよう
に制御する。一方、停電検出１１１１の出力により切替
器１４をオフし、直流電源１１の出力を遮断する。これ
により、蓄電池４の電力を平滑コンデンサ７０６を介し
て負荷１３に供給する。このように、直流電源１１がダ
ウンした場合でも、電源システムにより負荷１３をバッ
クアップ運転し、この機能により、負荷１３を構成して
いるサーバやデータ端末、パソコンに無停電で給電する
ことができる。以上、述べたように、本実施形態によれ
ば、直流電源の場合であっても、第１の実施形態である
交流電源の場合と同様に、負荷１３のピークを電源シス
テムにより補うことができ、直流電源１１の電源容量を
負荷のピーク値より低減できる。また、負荷１３の急峻
な電力変動は電源システムにより補償できるので、直流
電源１１の電圧制御特性がよくない場合でも、負荷に対
して安定に直流電力を供給できる。また、直流電源１１
の停電の場合には、電源システムを無停電直流電源とし
て動作させ、負荷１３への給電を継続できるという利点
がある。

【００１９】なお、以上述べた本発明の各実施形態にお
いて、電源１の電力を監視し、短時間毎の電力平均値と
長時間毎の電力平均値とを演算することにより、短時間
毎の平均値でピークカット後の電源１の電力の時間変化
が、長時間毎の平均値でピークカット後の電力の平均値
がそれぞれ求まる。両者の差は、ピークカット後の電力
の平準度を表しており、両者の差が小さくなるようにピ
ークカット制御に用いる電力上限値を調整することによ
り、電力上限値の設定値を最適化することができる。こ
こで、短時間毎の平均値を演算する周期は０．１秒〜
１．０秒、長時間毎の平均値を演算する周期は１０分〜
１時間程度に設定できる。また、本発明の各実施形態に
おいて、電源１のピークカット制御に用いる電源システ
ムの容量は数ｋＷ級以下であり、特に１〜１０ｋＷ級で
あることを特徴とする。このような電源容量は、数ｋ〜
数１０ｋＷ級の電源に対するピークカット制御に適して
おり、家庭用や業務用の電源システムに適用するのに適
している。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電源に対する負荷の大きさが大きく変化する場合でも、
電源側から出力する電力が恒に電力上限値を超えないよ
うに、フィードバッグ制御により蓄電池からの放電電力
を制御するため、高応答かつ高精度に電源の電力を制御
することができ、負荷の電力ピークを平準化することが
できる。また、負荷が小さいとき、電源の電力を蓄電池
に蓄積できるため、電源の電力容量を最大限に有効に活
用することができる。この結果、電源容量を平準化した
容量に見合った値に低減することができる。また、蓄電
池の充放電に伴う２個の平滑コンデンサの電圧不平衡を
平衡化する電力変換回路を設けることにより、蓄電池の
全体電圧を小さくでき、蓄電池を構成する二次電池の個
数を低減することができる。また、蓄電池の充放電のた
めの専用の直流電力変換手段を設けるため、蓄電池の全
体電圧が小さい場合でも、蓄電池の直流電力を電源系統
に対して放電あるいは電源系統の電力を蓄電池に対して
充電することができる。更に、電力変換手段は蓄電池の
充電あるいは放電動作に関わらず、平滑コンデンサの電
圧を一定にする制御でよいため、制御系の調整、メンテ
ナンスを容易に行うことができる。また、電源の電圧が
低下した場合や電源が停電した場合、負荷や特定の負荷
に対して無停電で安定した給電を継続することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源システムの第一の実施形態の構成
図

【図２】本発明の電力検出の動作波形図（１）と帯域除
去フィルタの構成図（２）

【図３】本発明の電力変換器の動作波形図

【図４】本発明のピークカットの動作波形図

【図５】本発明の負荷が変動した場合の動作波形図

【図６】本発明の第二の実施形態の構成図

【図７】本発明の第三の実施形態の構成図

【図８】本発明の第四の実施形態の構成図

【図９】本発明の第五の実施形態の構成図

【符号の説明】

１…電源、２…負荷、３…電力変換手段、４…蓄電池、
５…電力検出手段、６…電力制御手段、７…直流電力変
換手段、８…交流電力出力手段、９…負荷、１０…継電
器、１１…直流電源、１３…負荷、１４…切替器、３０
１…電力変換器、３０９…電力変換回路、３１０…電圧
制御、３１１…直流電圧制御、３０８…交流電流制御、
５０９…位相同期、５１０…停電検出、６０３電力制
御、６０４…切替器、６０５…非線形ゲイン、６０６…
判別器、７０１…双方向チョッパ、７０５…電流制御、
７０５’…電流電圧制御、８０１電力変換器、８０４…
交流電圧制御、１１１１…停電検出

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源と、前記電源から電力の供給を受け
る負荷と、前記負荷に電力を放出し、前記電源からの電
力を蓄積する蓄電池と、前記電源の供給電力を検出する
電力検出手段と、前記蓄電池の充放電する電力を電力変
換する電力変換手段と、前記電力変換手段の電力変換す
る電力を制御する電力制御手段を備え、前記電源から前
記負荷に供給する電力の検出値が所定の電力上限値を超
えたとき、前記電力の検出値と前記電力上限値の偏差に
基づいて前記蓄電池から前記負荷に放電する電力を制御
することを特徴とする電源システム。
【請求項２】請求項１において、前記電源から前記負
荷に供給する電力の検出値が所定のしきい値以下のとき
は、前記電源から前記蓄電池に充電電力を供給すること
を特徴とする電源システム。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記
電力変換手段に接続された２個の平滑コンデンサの一方
に前記蓄電池を接続すると共に、前記２個の平滑コンデ
ンサの各電圧を検出し、前記蓄電池の充放電に伴う前記
２個の平滑コンデンサの電圧不平衡を平衡化する電力変
換回路を設けることを特徴とする電源システム。
【請求項４】請求項１または請求項２において、前記
電源の停電検出手段を設け、前記電源が停電したとき、
前記蓄電池から前記負荷に電力を供給することを特徴と
する電源システム。
【請求項５】電源と、前記電源から電力の供給を受け
る負荷と、前記負荷に電力を放出し、前記電源からの電
力を蓄積する蓄電池と、前記電源の供給電力を検出する
電力検出手段と、前記蓄電池の充放電を制御する直流電
力変換手段と、前記直流電力変換手段の出力電圧を前記
蓄電池の充放電に関わらず一定に制御する電力変換手段
と、前記蓄電池の充放電する電力を制御する電力制御手
段を備え、前記電源から前記負荷に供給する電力の検出
値が所定の電力上限値を超えたとき、前記電力の検出値
と前記電力上限値の偏差に基づいて前記蓄電池から前記
負荷に放電する電力を制御することを特徴とする電源シ
ステム。
【請求項６】請求項５において、前記電源から前記負
荷に供給する電力の検出値が所定のしきい値以下のとき
は、前記電力変換手段から前記直流電力変換手段を介し
て前記蓄電池に電力を充電することを特徴とする電源シ
ステム。
【請求項７】請求項５または請求項６において、前記
電源に接続された前記負荷と並列に切替手段を介して特
定の負荷を接続し、前記特定の負荷と前記直流電力変換
手段の間に接続する交流電力出力手段と、前記電源の停
電検出手段を設け、前記電源が停電したとき、前記切替
手段を前記交流電力出力手段に切り替え、前記蓄電池の
直流電力を前記交流電力出力手段を介して交流電圧に変
換し、前記特定の負荷に電力を供給することを特徴とす
る電源システム。
【請求項８】請求項５または請求項６において、特定
の負荷と、前記特定の負荷と前記直流電力変換手段及び
前記電力変換手段の接続点との間に接続する交流電力出
力手段と、前記電源の停電検出手段を設け、前記電源が
正常のとき、前記電力変換手段の出力電力を前記交流電
力出力手段を介して交流電圧に変換し、一方、前記電源
が停電したとき、前記蓄電池の直流電力を前記交流電力
出力手段を介して交流電圧に変換し、前記特定の負荷に
電力を供給することを特徴とする電源システム。
【請求項９】請求項１または請求項５において、前記
電力上限値は、前記電源の電力の短時間毎の平均値と長
時間毎の平均値とを求め、両者の差が小さくなるように
調整して設定することを特徴とする電源システム。