JP5539094B2 - Emergency power supply - Google Patents

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Description

この発明は、キャパシタを有する非常用電源装置に関する。   The present invention relates to an emergency power supply device having a capacitor.

従来、キャパシタを電源とする瞬低補償装置として、通常時は商用電源から高速遮断スイッチを通して負荷へ電力が供給されていると共に、商用電源からインバータを介してキャパシタを定格電圧で充電し、商用電源に瞬低が生じると、瞬時に高速遮断スイッチを開放し、キャパシタに蓄えられた電力をインバータを介して負荷へ供給するものがある(特許文献1参照)。   Conventionally, as a voltage sag compensator using a capacitor as a power source, power is normally supplied from the commercial power source to the load through a high-speed cutoff switch, and the capacitor is charged from the commercial power source through the inverter at the rated voltage. When an instantaneous drop occurs, there is one that opens a high-speed cutoff switch instantaneously and supplies power stored in a capacitor to a load via an inverter (see Patent Document 1).

特開2006‐74903号公報JP 2006-74903 A

上記のような瞬低補償装置等の非常用電源装置におけるキャパシタは、瞬低に備えて常に最大数百Vの定格電圧で保持されている。ところが、キャパシタは充電電圧が高くなるほど寿命が短くなる性質があり、例えば、1セルあたりの充電電圧が0.1V上がると寿命が半減してしまうので、キャパシタの劣化が大きいという問題点があった。また、キャパシタのセル電圧を高めるほどリーク電流も大きくなるので、定格電圧で充電されることによって電力の損失も大きくなるという問題点もあった。   Capacitors in emergency power supply devices such as the voltage sag compensator as described above are always held at a rated voltage of several hundred volts at maximum in preparation for voltage sag. However, the capacitor has a property that the life is shortened as the charging voltage is increased. For example, when the charging voltage per cell is increased by 0.1 V, the life is halved. . In addition, since the leakage current increases as the cell voltage of the capacitor increases, there is a problem in that power loss increases due to charging at the rated voltage.

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、キャパシタの劣化が少ない非常用電源装置を得るものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides an emergency power supply apparatus with little deterioration of a capacitor.

この発明に係る非常用電源装置は、商用電源と負荷との間に接続され、通常時は商用電源から負荷へ給電し、商用電源が瞬低または停電する非常時はキャパシタから負荷へ給電する非常用電源装置であって、キャパシタの充放電を制御するキャパシタ制御装置を備え、このキャパシタ制御装置は、通常時にキャパシタのセル電圧を定格電圧である平均2.7Vよりも平均1セルあたり0.4Vから0.2V低い電圧レベルで保持する第一のモードに制御し、非常時予測信号に基づいてキャパシタを定格電圧レベルで保持する第二のモードに制御するようにしたものである。 The emergency power supply apparatus according to the present invention is connected between a commercial power source and a load, and normally supplies power from the commercial power source to the load. Power supply device, comprising a capacitor control device for controlling charge and discharge of a capacitor, and this capacitor control device has an average cell voltage of a capacitor of 0.4 V per cell rather than an average of 2.7 V that is a rated voltage. The first mode is maintained at a voltage level lower than 0.2V from the first, and the second mode is maintained based on the emergency prediction signal to maintain the capacitor at the rated voltage level.

この発明によれば、キャパシタを定格電圧で保持する時間を極力短くして、キャパシタの劣化が少なく、所望の機能を発揮できる非常用電源装置を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain an emergency power supply device that can shorten the time for holding the capacitor at the rated voltage as much as possible, can reduce the deterioration of the capacitor, and exhibit a desired function.

この発明の実施の形態1に係る非常用電源装置を示す構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the emergency power supply device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る非常用電源装置に停電が起きた場合の運転状況のタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the time chart of the driving | running condition when a power failure occurs in the emergency power supply device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る非常用電源装置に停電が起きた場合の商用電源、負荷、キャパシタおよび発電機の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of a commercial power source, a load, a capacitor, and a generator at the time of a power failure occurring in the emergency power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態2係る非常用電源装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the emergency power supply device which concerns on Embodiment 2 of this invention.

実施の形態1.
図1ないし3は、この発明を実施するための実施の形態1に係る非常用電源装置を示すものであって、図1はその構成を示す図、図2は停電が起きた場合の運転状況のタイムチャートを示す図、図3は停電が起きた場合の商用電源、負荷、キャパシタおよび発電機の時間変化を示す図である。
Embodiment 1 FIG.
1 to 3 show an emergency power supply apparatus according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. FIG. 1 is a diagram showing the configuration, and FIG. 2 is an operating situation when a power failure occurs. FIG. 3 is a diagram showing changes over time in commercial power, load, capacitor, and generator when a power failure occurs.

非常用電源装置1は、図1に示すように、商用電源8と負荷15との間に設置され、商用電源8の瞬低または停電を検出する停電検出回路9と、該回路9により瞬低または停電が検出された場合に商用電源8を解列するリレー回路10と、前記電源8から供給される交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータ11と、該コンバータ11と交流負荷15aとの間に設けられ、該コンバータ11によって変換された直流電力を所定の交流電力に再変換するインバータ13と、前記コンバータ11と直流負荷15bとの間に設けられ、前記コンバータ11によって変換された直流電力を所定の直流電力に再変換するDC/DCコンバータ14とを備えている。また、非常用電源装置1は、商用電源8から供給される電力を貯蔵するキャパシタ2と、このキャパシタ2を充放電する双方向DC/DCコンバータ3と、該コンバータ3の充放電電圧を制御し、且つキャパシタ2の保持電圧をモニターするキャパシタ制御装置4と、非常用電源装置1の外部に位置する指令装置6から発令される非常時予測信号を前記制御装置4に伝達する通信手段5と、停電時に電力を発電し、負荷15およびキャパシタ2へ供給する100KW級ディーゼルエンジンを備えた発電機17と、該発電機17およびキャパシタ2から負荷15へ供給する電力を平滑化する平滑コンデンサ12と、非常用電源装置1全体を制御する制御装置7とを備えている。   As shown in FIG. 1, the emergency power supply device 1 is installed between a commercial power supply 8 and a load 15, and a power failure detection circuit 9 that detects an instantaneous drop or a power failure of the commercial power supply 8, Alternatively, when a power failure is detected, a relay circuit 10 that disconnects the commercial power supply 8, an AC / DC converter 11 that converts AC power supplied from the power supply 8 into DC power, the converter 11, and an AC load 15 a Between the converter 11 and the DC load 15 b and converted by the converter 11. The inverter 13 is provided between the converter 11 and reconverts the DC power converted by the converter 11 into predetermined AC power. And a DC / DC converter 14 for reconverting the electric power into predetermined direct-current power. The emergency power supply 1 controls the capacitor 2 that stores power supplied from the commercial power supply 8, the bidirectional DC / DC converter 3 that charges and discharges the capacitor 2, and the charge / discharge voltage of the converter 3. And a capacitor control device 4 for monitoring the holding voltage of the capacitor 2, and a communication means 5 for transmitting an emergency prediction signal issued from a command device 6 located outside the emergency power supply device 1 to the control device 4, A generator 17 having a 100 KW class diesel engine that generates power during a power failure and supplies the load 15 and the capacitor 2; a smoothing capacitor 12 that smoothes the power supplied from the generator 17 and the capacitor 2 to the load 15; And a control device 7 for controlling the entire emergency power supply device 1.

上記の非常時予測信号は、非常用電源装置1に瞬低または停電が発生する非常時が予測された場合に発令される信号であり、非常用電源装置のこれまでの運用実績から、ほとんどの場合、落雷時に瞬低または停電が発生していることが分かっているので、非常用電源装置1を設置する場所の商用電源8の管理区域内に雷雨が近付いた場合に発令される。なお、雷雨に見舞われるのは夏場の夕方の1時間程度である場合が多く、このような雷雨は年間を通じて50回程度の頻度で発生するので、キャパシタ2が放電する可能性が高いのは年間を通じて約50時間でありその他の約8000時間は放電する可能性が低い。   The above emergency prediction signal is a signal issued when an emergency in which an instantaneous power failure or power failure occurs in the emergency power supply device 1 is predicted. In this case, it is known that an instantaneous power failure or a power failure has occurred during a lightning strike, so that it is issued when a thunderstorm approaches the management area of the commercial power supply 8 where the emergency power supply device 1 is installed. In many cases, thunderstorms occur in the summer evening for about an hour, and such thunderstorms occur at a frequency of about 50 times throughout the year, so the capacitor 2 is likely to be discharged annually. Through about 50 hours and the other about 8000 hours are unlikely to discharge.

キャパシタ2は、1MW1.2秒、即ち1.2MJの電力貯蔵能力を有しており、20セルモジュールを16モジュール直列に接続した合計320セルのキャパシタセルで構成されている。このキャパシタセルは、1200F級の電気二重層キャパシタであって、その有効貯蔵電力は約3.5kJである。また、この電気二重層キャパシタの定格電圧は2.7Vであり、1.2〜2.7Vの電圧範囲で使用する。
なお、キャパシタ2の電圧が1/2に低下した場合、電流を2倍に増やさなければ同じ電力を取り出すことができないが、電流を大幅に増やすには双方向DC/DCコンバータ3の最大許容電流を上げる必要があり、最大許容電流を上げるためには該コンバータ3のスイッチング素子を並列化しなければならず、コストが増大してしまう。また、電流の2乗に比例して配線ロスも増えることになる。したがって、通常は1.2V以下の貯蔵電力は取り出さない。
The capacitor 2 has a power storage capacity of 1 MW 1.2 seconds, that is, 1.2 MJ, and is composed of a total of 320 capacitor cells in which 20 cell modules are connected in series. This capacitor cell is a 1200 F class electric double layer capacitor, and its effective storage power is about 3.5 kJ. Moreover, the rated voltage of this electric double layer capacitor is 2.7V, and it uses it in the voltage range of 1.2-2.7V.
When the voltage of the capacitor 2 decreases to ½, the same power cannot be extracted unless the current is doubled. However, the maximum allowable current of the bidirectional DC / DC converter 3 is required to greatly increase the current. In order to increase the maximum allowable current, the switching elements of the converter 3 must be parallelized, which increases the cost. Also, the wiring loss increases in proportion to the square of the current. Therefore, normally, stored power of 1.2 V or less is not taken out.

次に動作について説明する。
通常時において、商用電源8から供給された交流電力は、停電検出回路9およびリレー回路10を通してAC/DCコンバータ11に伝達されて直流電力に変換される。この直流電力は、インバータ13およびDC/DCコンバータ14に伝達され、インバータ13で交流電力に再変換された後に交流負荷15aに供給され、DC/DCコンバータ14で直流電力に再変換された後に直流負荷15bに供給される。
Next, the operation will be described.
In normal times, AC power supplied from the commercial power supply 8 is transmitted to the AC / DC converter 11 through the power failure detection circuit 9 and the relay circuit 10 and converted to DC power. This direct current power is transmitted to the inverter 13 and the DC / DC converter 14, reconverted to alternating current power by the inverter 13, supplied to the alternating current load 15 a, and then reconverted to direct current power by the DC / DC converter 14. It is supplied to the load 15b.

また、商用電源8から供給された電力は、双方向DC/DCコンバータ3に伝達され、キャパシタ制御装4により該コンバータ3の出力電圧が調整されてキャパシタ2に給電され、キャパシタ2は、セル電圧が平均2.5Vに充電される。充電後は、キャパシタ2のセル電圧が自己放電により平均2.3V以下に低下するまで再充電せず、平均2.3V以下に低下したときに再び平均2.5Vまで充電するようにキャパシタ制御装置4により双方向DC/DCコンバータ3は制御される。
このように、キャパシタ2を定格電圧よりも低い電圧レベルで保持するモードを、以下、第一のモードと称する。
The power supplied from the commercial power supply 8 is transmitted to the bidirectional DC / DC converter 3, and the output voltage of the converter 3 is adjusted by the capacitor control device 4 to be fed to the capacitor 2. Is charged to an average of 2.5V. After charging, the capacitor control device does not recharge until the cell voltage of the capacitor 2 decreases to an average of 2.3V or less by self-discharge, and charges again to an average of 2.5V when the cell voltage decreases to an average of 2.3V or less. 4 controls the bidirectional DC / DC converter 3.
The mode in which the capacitor 2 is held at a voltage level lower than the rated voltage in this way is hereinafter referred to as a first mode.

次に、非常用電源装置1を設置する場所の商用電源8の管理区域内に雷雨が近付いて落雷の危険性が高まると、外部の指令装置6から非常時予測信号が発令され通信手段5を介してキャパシタ制御装置4に送信される。これを受けたキャパシタ制御装置4は、図2に示すように、キャパシタ2のセル電圧が平均2.7Vになるように双方向DC/DCコンバータ3を制御し(A点)、充電が完了して瞬低または停電に備える(B点)。
このように、キャパシタ2を定格電圧レベルで保持するモードを、以下、第二のモードと称する。
Next, when a thunderstorm approaches the management area of the commercial power supply 8 where the emergency power supply 1 is installed and the risk of lightning strikes increases, an emergency prediction signal is issued from the external commanding device 6 and the communication means 5 is connected. Is transmitted to the capacitor control device 4. Upon receiving this, the capacitor control device 4 controls the bidirectional DC / DC converter 3 (point A) so that the cell voltage of the capacitor 2 becomes 2.7V on average as shown in FIG. Prepare for a momentary drop or a power failure (point B).
Thus, the mode in which the capacitor 2 is held at the rated voltage level is hereinafter referred to as a second mode.

そして、落雷が起こって停電が発生すると(C点)、停電検出回路9はこれを検出してリレー回路10を切って商用電源8を解列し、キャパシタ2から負荷15への給電が開始する。この時、図3に示すように、発電機17の電源がONされ、停電発生から2秒後(D点)に発電機17のエンジンが起動されアイドル運転状態を経て停電発生から8秒後(E点)に発電を開始し、負荷15およびキャパシタ2への給電が始まり、キャパシタ2は部分充電される。発電開始直後には、発電機17は最大出力で運転し、その後、最大出力運転から高効率運転への移行を開始し(F点)、移行後(G点)は高効率運転を継続する。このとき、発電機17が供給する電力に対して負荷15が消費する電力が大きい場合には、キャパシタ2を放電し、発電機17から供給される電力とキャパシタ2から供給される電力とを合成して負荷15へ供給することで負荷を平準化する。そして、商用電源8が復電すると(H点)、商用電源8から負荷15およびキャパシタ2への給電が再開される。この時点で発電機17は発電を停止して再びアイドル運転状態に維持される。そして、キャパシタ2の充電が完了して第二のモードへ移行(I点)した後に、発電機17を停止させる(J点)。   When a lightning strike occurs and a power failure occurs (point C), the power failure detection circuit 9 detects this, cuts off the relay circuit 10 and disconnects the commercial power supply 8 and starts supplying power from the capacitor 2 to the load 15. . At this time, as shown in FIG. 3, the power source of the generator 17 is turned on, the engine of the generator 17 is started 2 seconds after the occurrence of the power failure (point D), and 8 seconds after the occurrence of the power failure through the idle operation state ( Power generation is started at point E), power supply to the load 15 and the capacitor 2 starts, and the capacitor 2 is partially charged. Immediately after the start of power generation, the generator 17 is operated at the maximum output, and then the transition from the maximum output operation to the high efficiency operation is started (point F), and the high efficiency operation is continued after the transition (point G). At this time, when the power consumed by the load 15 is larger than the power supplied by the generator 17, the capacitor 2 is discharged, and the power supplied from the generator 17 and the power supplied from the capacitor 2 are combined. Then, the load is leveled by supplying it to the load 15. When the commercial power supply 8 recovers (point H), power supply from the commercial power supply 8 to the load 15 and the capacitor 2 is resumed. At this point, the generator 17 stops generating electricity and is maintained in the idle operation state again. Then, after the charging of the capacitor 2 is completed and the mode is shifted to the second mode (point I), the generator 17 is stopped (point J).

その後、瞬低または停電が発生する危険性が低下して非常時が解消されると、外部の指令装置6から通常時を示す信号が発令され通信手段5を介してキャパシタ制御装置4に送信される。これを受けたキャパシタ制御装置4は、第二のモードから第一のモードに切り替える。   Thereafter, when the risk of an instantaneous voltage drop or power failure is reduced and the emergency is resolved, a signal indicating normal time is issued from the external command device 6 and transmitted to the capacitor control device 4 via the communication means 5. The Receiving this, the capacitor control device 4 switches from the second mode to the first mode.

なお、上記の瞬低は2秒以内で終わることが多く、2秒以内の瞬低が発生した場合には、キャパシタ2のみから負荷15へ電力を供給し、発電機17は電源をONにするのみでエンジンは起動させない。
また、キャパシタ2を第一のモードに制御している際に瞬低または停電が発生しても、平均2.5Vのセル電圧で充電したキャパシタ2の貯蔵電力は、平均2.7Vのセル電圧で充電した貯蔵電力の約80%に相当し、1MWを1.0秒、すなわち1MJの電力を出力するので、十分にその機能を発揮することができる。
Note that the above-mentioned voltage drop often ends within 2 seconds, and when a voltage drop within 2 seconds occurs, power is supplied only from the capacitor 2 to the load 15, and the generator 17 turns on the power. Just do not start the engine.
In addition, even when a voltage sag or power failure occurs while controlling the capacitor 2 to the first mode, the stored power of the capacitor 2 charged with an average cell voltage of 2.5V is an average cell voltage of 2.7V. This corresponds to about 80% of the stored power charged in step 1, and 1 MW is output for 1.0 second, that is, 1 MJ, so that the function can be fully exhibited.

本実施の形態によれば、通常時は、キャパシタ2を定格電圧よりも低い電圧レベルに保持する第一のモードに制御し、瞬低または停電が発生する非常時が予測された場合は、この非常時の予測に基づいて発令される非常時予測信号に応じて、キャパシタ2を定格電圧レベルに保持する第二のモードに切り替えるように制御しているので、瞬低または停電のリスクが低い大部分の時間は低い電圧レベルで保持されてキャパシタ2の劣化が低減され、瞬低または停電のリスクが高い時間は定格電圧レベルで保持されて所望の機能を発揮できる非常用電源装置を得ることができる。また、リーク電流による電力損失を低減することができる。   According to the present embodiment, during normal times, the capacitor 2 is controlled to the first mode that maintains a voltage level lower than the rated voltage, and when an emergency in which an instantaneous drop or power failure occurs is predicted, Since the control is performed so as to switch to the second mode in which the capacitor 2 is held at the rated voltage level in accordance with the emergency prediction signal issued based on the emergency prediction, the risk of instantaneous voltage drop or power failure is low. A part of time is held at a low voltage level to reduce the deterioration of the capacitor 2, and an emergency power supply device capable of performing a desired function by holding at a rated voltage level during a time when there is a high risk of instantaneous voltage drop or power outage is obtained. it can. In addition, power loss due to leakage current can be reduced.

また、第一のモードにおいて、キャパシタ2のセル電圧を平均2.5Vで充電した後、
自己放電により平均2.3V以下に低下するまで再充電せず、平均2.3V以下に低下したときに再び平均2.5Vまで充電するようにしているので、充電を継続することによるリーク電流を少なくして電力損失をさらに低減することができる。さらに、キャパシタ2のセル電圧を0.1V低くすると寿命が2倍になるので、平均2.5Vのセル電圧で保持することにより、定格電圧である平均2.7Vのセル電圧で保持する場合と比較して寿命を4倍にすることができる。
In the first mode, after charging the cell voltage of the capacitor 2 at an average of 2.5 V,
Recharging is not performed until the average voltage drops to 2.3 V or less due to self-discharge, and when the average voltage drops to 2.3 V or less, charging is performed again to an average of 2.5 V. Less power loss can be further reduced. Furthermore, since the life is doubled when the cell voltage of the capacitor 2 is lowered by 0.1V, by holding the cell voltage at an average of 2.5V, the cell voltage at the average voltage of 2.7V is maintained. In comparison, the lifetime can be quadrupled.

また、停電時において、発電機17から供給される電力とキャパシタ2から供給される電力とを合成して負荷15へ電力を供給し、負荷を平準化するようにしたので、負荷の変動に伴う発電機17の無理な変動運転を抑止して、発電機17の劣化を防止することができる。さらに、変動運転の抑止によりディーゼルエンジンの排ガス触媒の条件を一定に保てるので、不完全燃焼による煤およびCOの発生や、過剰空気によるNOの発生を抑えてクリーンな排ガスに保つとともに、騒音を小さくすることができる。 Further, in the event of a power failure, the power supplied from the generator 17 and the power supplied from the capacitor 2 are combined and supplied to the load 15 so that the load is leveled. Forcibly fluctuating operation of the generator 17 can be suppressed and deterioration of the generator 17 can be prevented. Furthermore, since the conditions of the exhaust gas catalyst of diesel engines can be kept constant by suppressing the variable operation, the generation of soot and CO due to incomplete combustion, and the generation of NO X due to excess air are suppressed, and the exhaust gas is kept clean and noise is reduced. Can be small.

また、落雷による瞬低は2秒以内で終わる場合が多く、発電機17を起動させても負荷15への給電を行う可能性は低いので、2秒後にエンジンを起動しスタンバイ状態として、8秒後に発電を開始することで、起動によってディーゼルエンジン発電機17の寿命が劣化することを防止することができると共に、スタンバイ状態を確保することでエンジンの起動を僅かではあるが早めることができる。   In addition, the instantaneous drop due to lightning often ends within 2 seconds, and even if the generator 17 is started, the possibility of supplying power to the load 15 is low. Therefore, after 2 seconds, the engine is started and the standby state is set to 8 seconds. By starting the power generation later, it is possible to prevent the life of the diesel engine generator 17 from deteriorating due to the start-up, and it is possible to speed up the engine start-up slightly by securing the standby state.

なお、雷雨以外にも、雷雲や台風の接近、地震、非常用電源装置1が設置されている地域での火災など、商用電源8に影響を与える可能性のある場合に瞬低または停電が発生する危険性が高くなるので、このような場合においても、外部の指令装置6から非常時予測信号が発令され、第一のモードから第二のモードへ切り替える。
また、太陽電池の普及が進んだ地域では、瞬低または停電が発生する危険性が高い。マイクログリッドまたはスマートグリッドと呼ばれる系統連携によって系統の安定性を保つ努力がなされているが、太陽が南中する正午前後の時間帯において晴天に雲がある場合には、太陽が雲に隠れると発電電力が急激に低下し、太陽が雲から出ると急激に発電電力が回復するので、太陽電池の出力変動が大きくなり、系統が安定化しきれずに瞬低または停電が発生してしまう恐れがある。このような場合においても、外部の指令装置6から非常時予測信号が発令され、第一のモードから第二のモードへ切り替える。
In addition to thunderstorms, an instantaneous drop or power failure occurs when there is a possibility of affecting the commercial power supply 8, such as the approach of thunderclouds or typhoons, an earthquake, or a fire in the area where the emergency power supply 1 is installed. Therefore, even in such a case, an emergency prediction signal is issued from the external command device 6 to switch from the first mode to the second mode.
In areas where solar cells have become popular, there is a high risk of instantaneous voltage drop or power outage. Efforts have been made to maintain the stability of the grid by grid connection called micro grid or smart grid, but if there is a cloud in the clear sky in the time zone after noon when the sun is in the south, power generation will occur if the sun is hidden in the cloud. When power drops sharply and the sun comes out of the clouds, the generated power recovers rapidly, so the output fluctuation of the solar cell increases, and the system may not stabilize and there is a risk of instantaneous voltage drop or power failure . Even in such a case, an emergency prediction signal is issued from the external command device 6 to switch from the first mode to the second mode.

また、外部の指令装置6は、非常用電源装置1のメーカーに設置することができる。このようにすることで、メーカーはユーザーへのサービスとして局所的な天気予報を監視し、前記装置1が設置されている地域が雷雨に見舞われる危険性が生じた場合に非常時予測信号を発令し、無線、携帯電話またはインターネットなどを介して、第一のモードから第二のモードへ切り替えることができる。また、外部の指令装置6は、非常用電源装置1のユーザーが自ら設置して運用しても良く、天気予報サービス会社等から提供される気象情報に基づき非常時予測信号を発令し、これに応じて第一のモードから第二のモードへ切り替えるようにしてもよい。また、非常用電源装置1の運転状況を通信手段5を介して外部の指令装置6に伝達し、この情報を該電源装置1のメンテナンスに利用するようにしてもよい。   Further, the external command device 6 can be installed in the manufacturer of the emergency power supply device 1. In this way, the manufacturer monitors the local weather forecast as a service to the user, and issues an emergency forecast signal when there is a risk of a thunderstorm in the area where the device 1 is installed. Then, it is possible to switch from the first mode to the second mode via a radio, a mobile phone, the Internet, or the like. The external command device 6 may be installed and operated by the user of the emergency power supply device 1 and issues an emergency prediction signal based on weather information provided by a weather forecast service company or the like. Accordingly, the first mode may be switched to the second mode. Alternatively, the operating status of the emergency power supply device 1 may be transmitted to the external command device 6 via the communication means 5 and this information may be used for maintenance of the power supply device 1.

なお、キャパシタ2の充放電を行う際に、充電電流を放電電流よりも小さくするようにしてもよい。キャパシタは、充電時には発熱し放電時には吸熱する性質と、その温度が7℃上昇すると寿命が半減する性質とを有しているので、このようにすることで、キャパシタ2の充電に伴う温度上昇を抑制し、劣化を防止することができる。   When charging / discharging the capacitor 2, the charging current may be made smaller than the discharging current. Since the capacitor has a property of generating heat during charging and absorbing heat during discharging, and a property of reducing the lifetime by half when its temperature rises by 7 ° C., in this way, the temperature rise associated with charging of the capacitor 2 is increased. It can be suppressed and deterioration can be prevented.

また、通常時において、負荷15の消費電力が規定値よりも高くなった場合には、キャパシタ2に貯蔵されている電力を負荷15へ供給するようにしてもよい。このようにすることで、契約電力の増加を防ぐことができ、大きなユーザーメリットが得られる。負荷15の消費電力が契約電力を超えるのは、夏場の昼頃にエアコンを運転することが原因となる場合が多く、年間を通して数日であり、その時間は1〜2時間である。さらに、キャパシタ2に貯蔵されている電力を負荷15へ供給すると共に、発電機17を起動させて、発電機17からの電力も負荷15へ供給するようにしてもよい。このようにすることで、負荷15の消費電力が規定値を大きく超えた場合でも、契約電力の増加を防ぐことができる。   Further, in normal times, when the power consumption of the load 15 becomes higher than a specified value, the power stored in the capacitor 2 may be supplied to the load 15. By doing in this way, the increase in contract power can be prevented and a great user merit can be obtained. The power consumption of the load 15 exceeds the contract power in many cases due to the operation of the air conditioner around noon in summer, which is several days throughout the year, and the time is 1 to 2 hours. Furthermore, the electric power stored in the capacitor 2 may be supplied to the load 15, and the generator 17 may be activated to supply the electric power from the generator 17 to the load 15. By doing in this way, even if the power consumption of the load 15 greatly exceeds the specified value, it is possible to prevent an increase in contract power.

また、停電時において、負荷15の消費電力が、発電機17から供給される電力とキャパシタ2から供給される電力とを合成した電力供給量を超える場合には、制御装置7によってインバータ13およびDC/DCコンバータ14の出力電圧を下げるように制御し、負荷15への供給電圧を下げるようにしてもよい。100V系の場合、電圧低下に伴って消費電力が下がる負荷や、90Vを下回ると動作不能になる負荷もあるので、このようにすることで、負荷が軽減され、電圧が低下しても動作可能である負荷の使用を継続することができる。さらに、停電を許容できない負荷には昇圧コンバータを設け、負荷への供給電圧が低下した際に、この昇圧コンバータで供給電圧を昇圧して動作を継続するようにしてもよい。   When the power consumption of the load 15 exceeds the amount of power supplied by combining the power supplied from the generator 17 and the power supplied from the capacitor 2 at the time of a power failure, the control device 7 causes the inverter 13 and the DC The output voltage of the DC converter 14 may be controlled so as to decrease the supply voltage to the load 15. In the case of the 100V system, there are loads that reduce power consumption as the voltage drops, and loads that become inoperable when the voltage drops below 90V. By doing so, the load is reduced and operation is possible even when the voltage drops. Can continue to use the load. Further, a boost converter may be provided for a load that cannot tolerate a power failure, and when the supply voltage to the load decreases, the supply voltage may be boosted by this boost converter to continue the operation.

また、停電時において、負荷15の消費電力が発電機17から供給される電力とキャパシタ2から供給される電力とを合成した電力供給量を超える場合には、直流負荷15bへの電力供給を交流負荷15aへの電力供給に優先して行うようにしてもよい。このようにすることで、LED照明やパソコンなどの直流電力で動作可能な負荷の信頼性を高めることができる。さらに、非常時においても動作を継続させたい負荷は予め直流配電に接続しておくという選択肢が生まれるので、ユーザーの利便性が増す。   In the event of a power failure, if the power consumption of the load 15 exceeds the amount of power supplied by combining the power supplied from the generator 17 and the power supplied from the capacitor 2, the power supply to the DC load 15b is changed to AC. You may make it give priority to the electric power supply to the load 15a. By doing in this way, the reliability of the load which can operate | move with DC electric power, such as LED lighting and a personal computer, can be improved. Furthermore, the user's convenience is increased because the option of connecting the load to continue operation even in an emergency to the DC power distribution in advance is born.

実施の形態2.
図4は、この発明を実施するための実施の形態2に係る非常用電源装置1Bの構成を示す図である。実施の形態1では、非常用電源装置1を商用電源8と負荷15との間に設置する構成を示したが、図4に示すように、非常用電源装置1Bを商用電源8および太陽電池18と負荷15との間に設置するようにしてもよい。非常用電源装置1Bは、太陽電池18から供給された電力を変換するDC/DCコンバータ19と、該コンバータ19に接続され、太陽電池18への電力の逆流を防止するダイオード20とを備え、これらを制御装置7で制御するように構成されており、その他の構成は実施の形態1と同様である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an emergency power supply device 1B according to Embodiment 2 for carrying out the present invention. In the first embodiment, the configuration in which the emergency power supply device 1 is installed between the commercial power supply 8 and the load 15 is shown. However, as shown in FIG. 4, the emergency power supply device 1B is replaced with the commercial power supply 8 and the solar cell 18. And the load 15 may be installed. The emergency power supply device 1B includes a DC / DC converter 19 that converts the power supplied from the solar battery 18 and a diode 20 that is connected to the converter 19 and prevents a reverse flow of power to the solar battery 18. Are controlled by the control device 7, and other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に動作を説明する。
太陽電池18から供給された電力は、DC/DCコンバータ19で所定の直流電力に変換された後、商用電源8から供給された電力と合成される。この合成された電力は、インバータ13およびDC/DCコンバータ14を介して負荷15へ供給されると共に、双方向DC/DCコンバータ3を介してキャパシタ2に供給される。
Next, the operation will be described.
The power supplied from the solar cell 18 is converted into predetermined direct current power by the DC / DC converter 19 and then combined with the power supplied from the commercial power source 8. The combined power is supplied to the load 15 via the inverter 13 and the DC / DC converter 14 and is also supplied to the capacitor 2 via the bidirectional DC / DC converter 3.

太陽電池18から供給される電力は天候状態によって急激に変化し、この急激な変化がそのまま商用電源8に逆流すると、高調波成分が悪影響を与えて不具合が生じる恐れがあるので、通常時において、キャパシタ制御装置4は、キャパシタ2を第一のモードに制御すると共に、太陽電池18の発電する電力が急激に減少した場合には、この減少分の電力をキャパシタ2から負荷15へ供給し、太陽電池18の発電する電力が急激に増加した場合には、この増加分の電力をキャパシタ2に充電するように制御することで太陽電池18の出力電力を平準化する。   The electric power supplied from the solar cell 18 changes suddenly depending on the weather conditions, and if this rapid change flows back to the commercial power supply 8 as it is, there is a risk that the harmonic component will have an adverse effect and a malfunction may occur. The capacitor control device 4 controls the capacitor 2 to the first mode, and when the electric power generated by the solar cell 18 is suddenly reduced, supplies the reduced electric power from the capacitor 2 to the load 15. When the power generated by the battery 18 suddenly increases, the output power of the solar battery 18 is leveled by controlling the capacitor 2 to charge this increased power.

本実施の形態によれば、キャパシタ2は、太陽電池18の出力電力の急激な変化分を充放電して平準化しているので、太陽電池18の商用電源8に対する急激な変化の影響が緩和され、電力会社にとって大きなメリットが生じる。   According to the present embodiment, the capacitor 2 is leveled by charging and discharging the sudden change in the output power of the solar cell 18, so that the influence of the sudden change on the commercial power supply 8 of the solar cell 18 is mitigated. , There are significant benefits for power companies.

なお、太陽電池18の出力電力をキャパシタ2に充放電する場合も、充電電流を放電電流よりも小さくするようにしてもよい。このようにすることで、キャパシタ2の充電に伴う温度上昇を抑制し、劣化を防止することができる。   In addition, also when charging / discharging the output power of the solar cell 18 to the capacitor 2, the charging current may be made smaller than the discharging current. By doing in this way, the temperature rise accompanying charge of the capacitor 2 can be suppressed and deterioration can be prevented.

なお、上記各実施の形態では、キャパシタ2として320セルの電気二重層キャパシタを直列に繋いだ構成を示したが、リチウムイオンキャパシタや、ハイブリッドキャパシタ、リチウムイオン電池とリチウムイオンキャパシタとをセル内部で複合化した複合型キャパシタなどの各種キャパシタを用いても同様の効果を得ることができる。また、非常用電源装置の非常時の電源としてキャパシタ2および発電機17を用いる構成を示したが、これに加えて、リチウムイオン電池や、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ナトリウム硫黄電池などの各種バッテリを非常用電源装置に設けて非常時の電源とする構成としてもよい。また、発電機としては、直流発電機であるディーゼルエンジンを備えた発電機17を用いた構成を示したが、誘導機や同期機などの交流発電機を交流側に接続する構成としてもよく、この交流発電機はコンバータを介して直流側に接続しても良い。   In each of the above-described embodiments, a configuration in which 320 cells of electric double layer capacitors are connected in series as the capacitor 2 is shown. However, a lithium ion capacitor, a hybrid capacitor, a lithium ion battery, and a lithium ion capacitor are provided inside the cell. The same effect can be obtained even if various capacitors such as a composite capacitor are used. Moreover, although the structure which uses the capacitor 2 and the generator 17 as an emergency power supply of an emergency power supply device was shown, in addition to this, various batteries, such as a lithium ion battery, a lead storage battery, a nickel hydrogen battery, and a sodium sulfur battery May be provided in the emergency power supply device to serve as an emergency power source. Moreover, as a generator, although the structure using the generator 17 provided with the diesel engine which is a direct current generator was shown, it is good also as a structure which connects alternating current generators, such as an induction machine and a synchronous machine, to an alternating current side, This AC generator may be connected to the DC side via a converter.

1、1B 非常用電源装置
2 キャパシタ
3 双方向DC/DCコンバータ
4 キャパシタ制御装置
8 商用電源
15 負荷
17 発電機
18 太陽電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1B Emergency power supply device 2 Capacitor 3 Bidirectional DC / DC converter 4 Capacitor control device 8 Commercial power supply 15 Load 17 Generator 18 Solar cell

Claims (5)

商用電源と負荷との間に接続され、通常時は前記商用電源から負荷へ給電し、前記商用電源が瞬低または停電する非常時はキャパシタから負荷へ給電する非常用電源装置であって、
前記キャパシタの充放電を制御するキャパシタ制御装置を備え、
前記キャパシタ制御装置は、通常時に前記キャパシタのセル電圧を定格電圧である平均2.7Vよりも平均1セルあたり0.4Vから0.2V低い電圧レベルで保持する第一のモードに制御し、非常時予測信号に基づいて前記キャパシタを前記定格電圧レベルで保持する第二のモードに制御することを特徴とする非常用電源装置。
An emergency power supply device connected between a commercial power supply and a load, normally supplying power from the commercial power supply to the load, and supplying power from the capacitor to the load in the event of an emergency when the commercial power supply is instantaneously reduced or blackout,
A capacitor control device for controlling charge and discharge of the capacitor;
The capacitor control device controls the cell voltage of the capacitor to a first mode in which the cell voltage is maintained at a voltage level lower by 0.4V to 0.2V per cell than an average of 2.7V, which is a rated voltage , An emergency power supply apparatus that controls to a second mode in which the capacitor is held at the rated voltage level based on a time prediction signal.
前記非常時予測信号は、雷情報に基づいて生成されることを特徴とする請求項1に記載の非常用電源装置。   The emergency power supply device according to claim 1, wherein the emergency prediction signal is generated based on lightning information. 前記商用電源から前記負荷への給電が遮断されたときに前記負荷および前記キャパシタに給電する発電機を設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の非常用電源装置。   3. The emergency power supply device according to claim 1, further comprising a generator that supplies power to the load and the capacitor when power supply from the commercial power supply to the load is interrupted. 前記負荷およびキャパシタに給電する太陽電池を設けたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の非常用電源装置。   The emergency power supply apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a solar battery that feeds power to the load and the capacitor. 前記キャパシタ制御装置は、通常時において、前記太陽電池により発電された電力の急激な増加分をキャパシタに充電し、前記太陽電池により発電された電力の急激な減少分を前記キャパシタから負荷へ放電するように制御することを特徴とする請求項4に記載の非常用電源装置。   The capacitor control device charges the capacitor with a sudden increase in the power generated by the solar cell and discharges the rapid decrease in the power generated by the solar cell from the capacitor to the load at normal times. The emergency power supply apparatus according to claim 4, wherein the emergency power supply apparatus is controlled as follows.
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