JP5931346B2 - 無停電電源システム - Google Patents

Description

この発明は、入力される交流電力を順変換し直流電力を生成し、当該生成した直流電力または外部からの直流電力を逆変換し交流電力を生成し、当該生成した交流電力を負荷側へ出力する無停電電源システムに関するものである。

無停電電源装置に関する従来技術として、たとえば非特許文献１に開示されているものが存在する。他方、太陽光発電装置に関する従来技術として、たとえば特許文献１に開示されているものが存在する。

図９に示すように、従来の無停電電源装置２６は、交流電力を直流電力に変換する順変換部であるコンバータ回路１６と、直流電力を交流電力に変換する逆変換部であるインバータ回路２０とを、有する構成が一般的である。また、当該無停電電源装置２６には、蓄電池１８が接続され、当該蓄電池１８により、無停電電源装置２６は外部より直流電力が供給される。

図９に示す無停電電源装置２６では、一方向性のコンバータ回路１６において、電力系統電源１からの商用電源を、交流電力から直流電力に変換する。当該変換後の直流電力は、インバータ回路２０および蓄電池１８等に供給される。また、インバータ回路２０では、コンバータ回路１６からの出力直流電力または蓄電池１８からの直流電力を、一定の周波数及び一定の電圧の交流電力に変換し、当該変換後の交流電力を負荷１３に供給している。なお、正常時における当該一連の電力の流れを、図９において実線矢印Ｄ１にて示している。

電力系統電源１からの商用電源の異常（瞬低、停電、電圧変動等）発生時には、蓄電池１８から直流電力がインバータ回路２０に供給される。これにより、商用電源の異常発生時には、蓄電池１８のエネルギー保有時間内において、無停電電源装置２６は、無停電で負荷１３に交流電力を供給する。なお、商用電源の異常発生時における当該一連の電力の流れを、図９において点線矢印Ｄ２にて示している。

ここで、図９に示した無停電電源装置２６では、コンバータ回路１６は一方向性の回路、つまり、力行方向のみで、電力系統電源１への回生機能を有することが出来ない回路が、適用される。

上記から分かるように、電力は、電力系統電源１から、コンバータ回路１６およびインバータ回路２０を介して（商用電源の異常発生時には、蓄電池１８も介する）、負荷１３へと流れる。当該電力の流れより分かるように、従来の無停電電源装置２６では、負荷１３への給電において、常にコンバータ回路１６を介することとなる。

他方、太陽光発電装置では、太陽電池パネルは、他の自然エネルギー利用の発電方式と異なり、建設物の屋根や壁面に容易に設置することができ、騒音その他の公害の心配もない。このため、太陽光発電装置は、無公害発電システムとして期待されている。また近年、太陽光発電装置は、電力系統と連系運転を行うことが可能となり、一般家庭で太陽光発電を行うときには、系統連系用インバータを使って商用電源と系統連系を行う。

特許文献１に開示されているように、太陽光発電装置１２は、図１０に示すような構成が採用される。図１０に示すように、当該太陽光発電装置１２は、接続箱８とパワーコンディショナ１１より構成される。

図１０に示す太陽光発電装置１２において、複数ブロックの太陽電池パネル２０１からの出力は、屋外に設置した接続箱８に配設された各昇圧チョッパ３０１に供給される。昇圧チョッパ３０１では、最大電力点追従制御（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ、以下ＭＰＰＴ制御という）を行い、太陽電池パネル２０１から供給された電力を所定の電圧に昇圧する。当該昇圧された直流電力は、接続箱８において集電され、屋内に設置されたパワーコンディショナ１１に対して出力される。

パワーコンディショナ１１に配設されている、電力系統電源１と連携運転を行うインバータ９は、接続箱８から給電された直流電力を、交流電力に逆変換する。そして、インバータ９は、系統連系保護機能１０により、逆変換後の交流電力を、電力系統電源１と共に負荷１３に供給する。つまり、インバータ９は、電力系統電源１との連携運転により、電力系統電源１側への回生機能を有している。

太陽電池パネル２０１における大発電時には、負荷１３には、太陽光発電装置１２からの交流電力のみが供給され、余剰交流電力は電力系統電源１側へと流れる。また、太陽電池パネル２０１における小発電時には、負荷１３には、太陽光発電装置１２からの交流電力および電力系統電源１からの交流電力の両方が供給される。そして、太陽電池パネル２０１における無発電時には、負荷１３には、電力系統電源１からの交流電力のみが供給される。

特開２００３−１３４６６７号公報

三菱電機株式会社、三菱ＵＰＳ（無停電電源装置）三相出力７．５−２００ｋＶＡ ＭＥＬＵＰＳ ２０３３Ｂ製品カタログ

無停電電源装置２６は、上記のように構成されているので、次のような問題があった。つまり、従来の無停電電源装置２６では、上記の通り、電力系統電源１から負荷１３への給電は常にコンバータ回路１６を介して行われる。このように、当該給電の際には常にコンバータ回路１６を通るので、当該コンバータ回路１６において、パワー素子の損失である固定損失が発生する。つまり、従来の無停電電源装置２６では、給電効率が低下するという問題があった。ここで、当該固定損失は、通電電流量に比例して生じる。

他方、太陽光発電装置１２は、上記のように構成されているので、次のような問題があった。つまり、従来の太陽光発電装置１２では、上記の通り、インバータ９は、電力系統電源１との連携運転により、電力系統電源１側への回生機能を有している。したがって、電力系統電源１が、停電等の電源異常が生じた場合には、負荷１３に対する交流電力供給が停止する、すなわち、停電するという問題点があった。

また、当該無停電電源装置２６では、電力系統電源１の停電に対する補償は、蓄電池１８の放電時間定格（蓄積エネルギー量）にのみ依存しており、停電の際のエネルギー供給が不十分であるという問題があった。

さらには、無停電電源装置を利用したシステムの既設設備への拡張性も要求されている。

そこで、本発明は、電力系統電源において停電等が生じたとしても、負荷への給電を停止することなく、かつ十分に行うことができ、さらに、当該負荷への給電を高効率で実施できる無停電電源システムを提供することを目的とする。また、既設設備への拡張性も可能な無停電電源システムを提供することも目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る無停電電源システムは、電力系統と負荷との間に配設される無停電電源装置と、太陽光を利用した発電を行い、当該発電した電力を直流電力として出力する太陽光発電システムとを、備えており、前記太陽光発電システムは太陽光を利用した発電を行う太陽電池パネルと、前記太陽光パネルから供給される電力を昇圧して前記直流電力を得る昇圧チョッパとを含み、前記無停電電源装置は、前記電力系統より供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路の出力側と接続され、直流電力を交流電力に変換し、当該変換後の交流電力を前記負荷側に出力するインバータ回路とを、備えており、前記太陽光発電システムから出力された前記直流電力は、前記コンバータ回路と前記インバータ回路との間に供給され、前記コンバータ回路は、前記太陽光発電システムから出力された前記直流電力を交流電力に変換し、当該変換後の交流電力を前記電力系統側に供給する電力回生機能を有する、双方向性コンバータ回路である。また、前記無停電電源装置は、前記コンバータ回路と前記インバータ回路との間と接続され、外部との間で直流電力の授受が可能な直流電力入出力端子部を、さらに備えている。
さらに、前記無停電電源装置内の直流電圧は、一定値になる様に制御されており、前記コンバータ回路は、前記一定値を超えた直流電力を、前記電力回生機能により、交流電力に変換し、変換後の交流電力を前記電力系統電源側へと供給し、当該コンバータ回路と前記インバータ回路との間の直流電圧が一定値になるように制御している。

本発明に係る無停電電源システムは、電力系統と負荷との間に配設される無停電電源装置と、太陽光を利用した発電を行い、当該発電した電力を直流電力として出力する太陽光発電システムとを、備えており、前記無停電電源装置は、前記電力系統より供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路の出力側と接続され、直流電力を交流電力に変換し、当該変換後の交流電力を前記負荷側に出力するインバータ回路とを、備えており、前記太陽光発電システムから出力された前記直流電力は、前記コンバータ回路と前記インバータ回路との間に供給され、前記コンバータ回路は、前記太陽光発電システムから出力された前記直流電力を交流電力に変換し、当該変換後の交流電力を前記電力系統側に供給する電力回生機能を有する、双方向性コンバータ回路である。

したがって、太陽光発電システムから出力された直流電力は、コンバータ回路を介さずに、負荷に供給することができる。つまり、負荷に対する電力供給の全てがコンバータ回路を介するわけではないので、負荷に対する給電時における、当該コンバータ回路での固定損失の発生を抑制できる。つまり、本発明に係る無停電電源システム４２は、給電を高効率で実施できる。

また、本発明に係る無停電電源システムは、電力系統において停電等の電源異常が生じた場合においても、太陽光発電システムで発電した電力を、負荷に提供し続けることができる。つまり、電力系統において停電等の電源異常が生じた場合においても、負荷への給電が停止されることはない。

また、電力系統において停電が発生した場合には、負荷に対する給電は、蓄電池からの放電電力のみならず、太陽光発電システムで発電した電力も寄与する。したがって、電力系統において停電が発生した場合に、本発明に係る無停電電源システムは、十分に負荷に対して電力供給を行うことができる。

さらに、本発明に係る無停電電源システムでは、太陽光発電システムで発電した電力が余剰したとき、余剰分の電力を、双方向性コンバータ回路３４により電力系統側に回生することができる。したがって、電力系統からの電力の供給を低減することができ、無停電電源システムの交流電源入力容量に対する運転総合効率を向上させることができる。

また、本発明に係る無停電電源システムでは、無停電電源装置は、コンバータ回路とインバータ回路との間と接続され、外部との間で直流電力の授受が可能な直流電力入出力端子部を、さらに備えている。

したがって、従来の無停電電源装置の外部直流電力源としても使用でき、既設等のシステム拡大が容易に実現できる。さらに、外部電源・機器とのインターフェースが可能となり、他の太陽電池以外の自然エネルギーを利用した発電システム装置とも接続可能となる。

実施の形態１に係る無停電電源システム４２の全体構成を示す図である。 直流電力余剰時における、実施の形態１に係る無停電電源システム４２における電力の流れを示す図である。 太陽光発電不足時における、実施の形態１に係る無停電電源システム４２における電力の流れを示す図である。 電力系統電源１停電時における、実施の形態１に係る無停電電源システム４２における電力の流れを示す図である。 要求交流出力４３が「０」のときの、実施の形態１に係る無停電電源システム４２における電力の流れを示す図である。 直流電力端子部５３を介した直流電力の授受（入出力）の様子を示す図である。 実施の形態２に係る無停電電源システム４２Ａの全体構成を示す図である。 実施の形態２に係る無停電電源システム４２Ａにおける、バイパス回路ＳＣを介した電力の流れを示す図である。 従来の無停電電源装置の構成を示す図である。 従来の太陽光発電装置の構成を示す図である。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る無停電電源システム４２の構成を示す図である。

図１に示すように、無停電電源システム４２は、太陽光発電システム１７と無停電電源装置４１と蓄電池３６とから構成されている。

無停電電源装置４１は、電力系統電源１と負荷１３との間に配設されている。無停電電源装置４１には、電力系統電源１からの交流電力（商用電源からの交流電力もしくは自家用発電機で発電した交流電力）が入力（供給）される。そして、無停電電源装置４１からは、負荷１３に対して、所望の一定電圧で所望の一定周波数である交流電力（要求交流出力）４３が出力される。さらに、本発明では、無停電電源装置４１は、無停電電源システム４２の外部との間で、直流電力の入出力も行う。

当該無停電電源装置４１内には、遮断機３２、交流リアクトル３３、コンバータ回路３４、インバータ回路３８、変圧器３９、コンタクタ４０、コンタクタ３５、電解コンデンサ３７および遮断機４９が配設されている。

無停電電源装置４１内において、遮断機３２、交流リアクトル３３、コンバータ回路３４、インバータ回路３８、変圧器３９およびコンタクタ４０が当該順に、電力系統電源１から負荷１３側に向かって、直列に接続されている。

また、コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間には、接続点Ｎ１、接続点Ｎ２および接続点Ｎ３が、当該順に存在している。コンバータ回路３４側の接続点Ｎ１には、コンタクタ３５を介して蓄電池３６が接続されている。また、接続点Ｎ２には、太陽光発電システム１７の電力出力部と接続されている。さらに、インバータ回路３８側の接続点Ｎ３には、電解コンデンサ３７が接続されている。

さらに、接続点Ｎ１は、遮断機４９の一方端とも接続されており、当該遮断機４９の他方端は、無停電電源装置４１に設けられた直流電力入出力端子部５３と接続されている。換言すれば、コンバータ回路３４とインバータ回路３８とを接続する配線は、遮断機４９を介して、直流電力入出力端子部５３とも接続されている。なお、遮断機４９は、無停電電源装置４１の保護用遮断機である。

ここで、当該直流電力入出力端子部５３には、無停電電源システム４２の外部に存する外部電源、外部機器または外部システムなどが接続される。直流電力入出力端子部５３では、当該外部電源・外部機器・外部システムとの間で、直流電力の授受（入出力）が行われる。

たとえば、直流電力入出力端子部５３に外部直流電源、大容量の工場用蓄電池または直流発電機が接続された場合には、コンバータ回路３４とインバータ回路３８とを接続する配線には、外部直流電源、工場用蓄電池または直流発電機から当該直流電力入出力端子部５３を介して、直流電力が供給される。他方、直流電力入出力端子部５３に外部機器などの直流負荷が接続された場合には、コンバータ回路３４とインバータ回路３８とを接続する配線から、当該直流電力入出力端子部５３を介して、当該直流負荷に対して直流電力が供給される。

遮断機３２は、無停電電源装置４１の保護用遮断機である。また、交流リアクトル３３は、波形成形用フィルタである。

コンバータ回路３４は、電力系統電源１からの交流電力を直流電力に順変換するため整流器機能と、太陽光発電システム１７から出力された直流電力が余剰したとき、当該直流電力を交流電力に逆変換し、当該逆変換後の交流電力を電力系統電力１側に供給する電力回生機能（または、逆変換装置機能とも称することができる）を有する。つまり、本願発明におけるコンバータ回路３４は、電力回生機能としての逆変換機能を備えた双方向性コンバータ回路である。

当該コンバータ回路３４は、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とダイオードとを逆並列に接続した並列回路を複数有する。

また、図１には明記されていないが、コンバータ回路３４には、接続点Ｎ３の直流電圧がフィードされている。また、コンバータ回路３４には、所定の設定直流電圧が設定されている。コンバータ回路３４は、当該構成により、フィードされる接続点Ｎ３の直流電圧と設定直流電圧とを比較し、当該接続点Ｎ３の直流電圧が設定直流電圧で一定となるように、制御している。

つまり、太陽光発電システム１７から出力された直流電力および直流電力入出力端子部５３から入力される直流電力等により、当該接続点Ｎ３の直流電圧が設定直流電圧よりも高くなったとき、コンバータ回路３４は、電力回生機能により、余剰した直流電力を交流電力に逆変換し、当該逆変換後の交流電力を電力系統電力１側に供給（回生）する。換言すれば、本願発明では、コンバータ回路３４は、力行回生制御している。

電解コンデンサ３７は、コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間における直流電力を、平滑するための平滑コンデンサである。ここで、蓄電池３６の電位は、当該電解コンデンサ３７の電位よりも、常に低くなるように設定されている。

インバータ回路３８は、コンバータ回路３４から出力された直流電力、太陽光発電システム１７から出力された直流電力、蓄電池３６から出力された直流電力、および直流電力入出力端子部５３から入力された直流電力を、一定周波数および一定電圧の交流電力に変換する。ここで、当該インバータ回路３８は、電力系統電源１との連携運転を行わず、電力系統電源１側への回生機能も有さない。

変圧器３９は、ステップアップ変圧器である。コンタクタ４０は、無停電電源装置４１で生成された交流電力を、負荷１３側へ出力するためのものである。また、コンタクタ３５は、無停電電源装置４１と蓄電池３６の接続のためのものであり、蓄電池３６の保護のために配設されている。

一方、太陽光発電システム１７は、複数の太陽電池パネル２０１と接続箱３１とで構成されている。

各太陽電池パネル２０１は、自然エネルギーである太陽光を利用した発電を行う。また、接続箱３１内には、各太陽電池パネル２０１に対応して、昇圧チョッパ３０１が夫々配設されている。つまり、太陽電池パネル２０１の出力は各々、対応する昇圧チョッパ３０１の入力端子に接続されている。

昇圧チョッパ３０１では、ＭＰＰＴ制御を行い、太陽電池パネル２０１から供給された電力を所定の電圧に昇圧する。各昇圧チョッパ３０１の出力端子は、一つの出力部として集約されている。したがって、各昇圧チョッパ３０１で昇圧された直流電力は、接続箱８において集電される。そして、当該集電された直流電力は、無停電電源装置４１内（つまり、コンバータ回路３４とインバータ回路３８とを接続する配線の接続点Ｎ２）に供給される。

上記から分かるように、本実施の形態に係る無停電電源システム４２では、無停電電源装置４１のコンバータ回路３４とインバータ回路３８との間において、太陽光発電システム１７の出力が接続されている。そして、当該無停電電源装置４１は、力行のみならず、電力回生機能を有したコンバータ回路３４を具備している。

なお、太陽光パネル２１０および接続箱８は屋外に設置され、無停電電源装置４１および蓄電池３６は屋内に設置される。

次に、本実施の形態に係る無停電電源システム４２の動作について説明する。

運転指令を受け、コンバータ回路３４は運転する。同様に、運転指令を受けて、各昇圧チョッパ３０１も運転する。接続箱８内の各昇圧チョッパ３０１は、各太陽電池パネル２０１により同時刻に得られる電力をそれぞれ取得する。そして、当該各昇圧チョッパ３０１は、当該取得した電力に対してＭＰＰＴ制御を行って昇圧し、昇圧後の直流電力を集約し、無停電電源装置４１に対して供給する。

接続箱８から供給された直流電力は、接続点Ｎ２に入力され、コンバータ回路３４から出力される直流電力と合わせて、蓄電池３６および電解コンデンサ３７の充電に寄与する。

また、運転指令を受けて、インバータ回路３８も同様に運転する。一方、上述のように、接続箱８からは、無停電電源装置４１の要求交流出力４３に関係なく直流電力が接続点Ｎ２に入力される。したがって、無停電電源システム４２の直流電力が、要求交流出力４３の電力量より多くなる場合がある。つまり、無停電電源装置４１内（より具体的、コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間の配線）において、直流電力の余剰（つまり、接続点Ｎ３での直流電位が設定直流電圧より高くなること）が発生する。

ここで、コンバータ回路３４は、無停電電源装置４１内に供給される直流電圧が一定になる様に制御している。つまり、コンバータ回路３４は、コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間における直流電圧が一定（設定直流電圧で一定）となるように制御している。したがって、上記直流電力の余剰が発生する場合には、コンバータ回路３４は、当該余剰分の直流電力を、電力系統電源１に対して回生供給する。直流電力の余剰発生時の電力の流れを、図２において矢印を用いて示す。図２に示す電力の流れが生じる動作を、詳述すると次の通りである。

太陽光発電システム１７から供給される直流電力は、電解コンデンサ３７の充電に寄与する。そして、太陽光発電システム１７から供給される直流電力は、無停電電源装置４１内のインバータ回路３８に供給され、インバータ回路３８におけるＤＣ−ＡＣ変換および変圧器３９における昇圧後、交流電力として負荷１３に対して供給される。

太陽電池パネル２０１での発電量が多くなり、接続箱８からの直流電力供給により電解コンデンサ３７が過充電となると、コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間における直流電圧が上昇する。その結果、コンバータ回路３４は、上記の通り、無停電電源装置４１内（コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間）の直流電圧が一定値になる様に制御しているため、当該一定値を超えた直流電力は、コンバータ回路３４の電力回生機能により、当該直流電力は交流電力に逆変換され、変換後の交流電力は電力系統電源１側へと供給される（図２参照）。

また、図２に示すように、太陽光発電システム１７から供給される直流電力は、蓄電池３６の充電に寄与することもできる。さらに、直流電力入出力端子部５３に、直流外部負荷（図示せず）などが接続されている場合には、図２に示すように、太陽光発電システム１７から供給される直流電力は、当該直流外部負荷に対して供給されることもできる。

一方、太陽電池パネル２０１での発電量が、要求交流出力４３よりも少なくなることも想定される。当該想定の場合には、太陽光発電システム１７からの直流電力により電解コンデンサ３７は充電されるため、太陽光発電システム１７から直流電力を供給したとしても、コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間における直流電圧が下降する。つまり、負荷１３への交流電力の供給が、不足する。

コンバータ回路３４は、上記の通り、無停電電源装置４１内（コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間）の直流電圧が一定値になる様に制御している。したがって、上記負荷１３への電力供給不足時には、コンバータ回路３４の電力力行機能により、当該コンバータ回路３４において電力系統電源１から供給された交流電力は直流電力に順変換される。そして、当該順変換後の直流電力は、インバータ回路３８により交流電力に変換され、上記供給不足を補うために、変換後の交流電力は負荷１３側へと供給される（図３参照）。

なお、図３に示すように、電力系統電源１から供給され、コンバータ回路３４により順変換された直流電力は、蓄電池３６の充電に寄与することもできる。

また、図３には図示していないが、直流電力入出力端子部５３に外部直流負荷が接続されている場合には、電力系統電源１から交流電力として供給され、コンバータ回路３４により順変換された直流電力は、当該外部直流負荷に供給されても良い。他方、図３には図示していないが、直流電力入出力端子部５３に外部直流電源等が接続されている場合には、当該外部直流電源等から出力された直流電力をインバータ回路３８で逆変換し、当該逆変換処理後の交流電力を負荷１３側に供給しても良い。

また、電力系統電源１において電源異常等で瞬低等が発生し、当該電力系統電源１からの電源供給が停止し、さらに太陽電池パネル２０１での発電量が、要求交流出力４３よりも少なくなることも想定される。当該想定の場合には、太陽光発電システム１７からの直流電力により電解コンデンサ３７は充電されるため、太陽光発電システム１７から直流電力を供給したとしても、コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間における直流電圧が下降する。つまり、負荷１３への交流電力の供給が、不足する。

コンバータ回路３４は、上記の通り、無停電電源装置４１内（コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間）の直流電圧が一定値になる様に制御している。しかしながら、電力系統電源１における停電等により、当該電力系統電源１からの電源供給が停止されている。そこで、上記負荷１３への電力供給不足時には、蓄電池３６は放電状態となる。これにより、蓄電池３６より放電された直流電力は、インバータ回路３８により交流電力に変換され、上記供給不足を補うために、変換後の交流電力は負荷１３側へと供給される（図４参照）。

なお、図４には図示していないが、直流電力入出力端子部５３に外部直流電源等が接続されている場合には、当該外部直流電源等から出力された直流電力をインバータ回路３８で逆変換し、当該逆変換処理後の交流電力を負荷１３側に供給しても良い。

また、インバータ回路３８が停止しているか、あるいは要求交流出力４３が「０」となることも想定される。当該想定の場合には、太陽光発電システム１７からの直流電力により電解コンデンサ３７は充電され、さらに太陽光発電システム１７から直流電力が供給し続けると、電解コンデンサ３７が過充電状態となる。つまり、コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間における直流電圧が、上昇する。

コンバータ回路３４は、上記の通り、無停電電源装置４１内（コンバータ回路３４とインバータ回路３８との間）の直流電圧が一定値になる様に制御している。したがって、当該一定値を超えた直流電力は、コンバータ回路３４の電力回生機能により、当該直流電力は交流電力に逆変換され、変換後の交流電力は電力系統電源１側へと供給される（図５参照）。

また、図５に示すように、太陽光発電システム１７から供給される直流電力は、蓄電池３６の充電に寄与することもできる。さらに、直流電力入出力端子部５３に、直流外部負荷（図示せず）などが接続されている場合には、図５に示すように、太陽光発電システム１７から供給される直流電力は、当該直流外部負荷に対して供給されることもできる。

以上のように、本実施の形態に係る無停電電源システム４２は、太陽光発電システム１７から出力された直流電力は、無停電電源装置４１内におけるコンバータ回路３４とインバータ回路３８との間に供給される。そして、当該コンバータ回路３４は、交流電力を直流電力に順変換するだけでなく、直流電力を交流電力に逆変換し、当該逆変換後の交流電力を電力系統電源１側に供給する電力回生機能を有する。

したがって、太陽光発電システム１７から出力された直流電力は、コンバータ回路３４を介さずに、インバータ回路３８で交流電力に変換し、負荷１３に供給することができる。つまり、負荷１３に対する電力供給の全てがコンバータ回路３４を介するわけではないので、負荷１３に対する給電時における、当該コンバータ回路３４での固定損失の発生を抑制できる。つまり、図９に示す従来の無停電電源装置２６よりも、本実施の形態に係る無停電電源システム４２の方が、給電を高効率で実施できる。

また、本実施の形態に係る無停電電源システム４２では、太陽光発電システム１７から出力された直流電力は、無停電電源装置４１内のインバータ回路３８において、交流電力に変換されている。ここで、本発明では、インバータ回路３８は、電力系統電源１との連携運転を行わず、電力系統電源１側への回生機能も有さない。

したがって、図１０に示す構成と異なり、電力系統電源１において停電等の電源異常が生じた場合においても、太陽光発電システム１７で発電した電力を、負荷１３に提供し続けることができる。つまり、電力系統電源１において停電等の電源異常が生じた場合においても、負荷１３への給電が停止されることはない（太陽光発電システム１７の無停電化）。

さらに、電力系統電源１において停電が発生した場合には、図４に示したように、負荷１３に対する給電は、蓄電池３６からの放電電力のみならず、太陽光発電システム１７で発電した電力も寄与する。したがって、電力系統電源１において停電が発生した場合に、本実施の形態に係る無停電電源システム４２は、十分に負荷１３に対して電力供給を行うことができる。

さらに、本実施の形態に係る無停電電源システム４２では、太陽光発電システム１７で発電した電力が、要求交流出力４３に対して余剰したとき、余剰分の電力を、双方向性コンバータ回路３４により、電力系統電源１側に回生することができる。また、直流電力入出力端子部５３に他の発電機等から供給される直流電力が入力し、接続点Ｎ３の直流電池が設定直流電圧より高くなったときにおいても、余剰分の電力を、双方向性コンバータ回路３４により、電力系統電源１側に回生することも可能である。

したがって、電力系統電源１からの電力の供給を低減することができ、無停電電源システム４２の交流電源入力容量に対する運転総合効率を向上させることができる。つまり、本実施の形態に係る無停電電源システム４２では、高効率の給電が可能である。

さらに、本実施の形態に係る無停電電源システム４２では、無停電電源装置４１には、コンバータ回路３４とインバータ回路３８とを接続する配線と接続した直流電力入出力端子部５３が配設されている。

したがって、直流電力入出力端子部５３に外部直流負荷を接続することにより、無停電電源システム４２から当該外部直流負荷へと直流電力を供給することができる（図６参照）。他方、直流電力入出力端子部５３に、たとえば太陽光発電システム１７以外の自然エネルギーを利用した発電システムが接続されたとする。この場合には、たとえば太陽光発電システム１７の発電が困難な夜間においても、無停電電源システム４２内に直流電力を供給できる（図６参照）。つまり、本実施の形態に係る無停電電源システム４２では、より効率の良い給電が可能となる。

さらには、本実施の形態に係る無停電電源システム４２では、直流電力の無停電供給も可能となる。

また、無停電電源装置４１には直流電力入出力端子部５３が配設されている。したがって、当該無停電電源装置４１を、直流電力を出力する外部直流電力源としても使用できる。無停電電源システム４２を用いて、既設等のシステム拡大が容易に実現できる。

また、たとえば、一方の無停電電源システム４２の直流電力入出力端子部５３と他方の無停電電源システム４２の直流電力入出力端子部５３とを接続する構成も可能である。この場合には、一方の無停電電源システム４２の直流電力入出力端子部５３から出力された直流電力は、他方の無停電電源システム４２の直流電力入出力端子部５３へと入力される。

なお、図１の構成では、本実施の形態に係る無停電電源システム４２は、単相システムに適用されていた。しかしながら、本実施の形態に係る無停電電源システム４２は、当然、三相システムに対して適用できる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態に係る無停電電源システム４２Ａの構成を、図７に示す。図１と図７との比較から分かるように、本実施の形態に係る無停電電源システム４２Ａは、実施の形態１に係る無停電電源システム４２に、バイパス回路ＳＣを加えた構成である。当該バイパス回路ＳＣは、無停電電源装置４１内に配設されており、電力系統電源１から供給される交流電力を、コンバータ回路３４およびインバータ回路３８を介さず、直接、負荷１３へと供給する回路である。

具体的に、遮断機３２からコンタクタ４０までの間の回路構成に対して、バイパス回路ＳＣは並列に接続されている。バイパス回路ＳＣは、遮断機２３と機械スイッチ４４と半導体スイッチ４５とから構成されている。ここで、機械スイッチ４４と半導体スイッチ４５とは並列に接続されている。

遮断機２３は、機械スイッチ４４と半導体スイッチ４５の保護用の遮断機である。電力系統電源１から出力された交流電力を、ＯＮ状態の遮断機２３を介して、各スイッチ４４，４５側に供給される。

機械スイッチ４４は、電力系統電源１から供給される電力を、遮断機３２からコンタクタ４０までの回路３２，３３，３４，３８，３９，４０を介して負荷１３に供給するか、バイパス回路ＳＣを介して負荷１３に供給するかを、切り替えるための回路である。また、半導体スイッチ４５は、無瞬断での前記切り替えを実現するための回路である。

電力系統電源１からの電力が、コンバータ回路３４およびインバータ回路３８等を介して、負荷１３側に供給されている。このとき、遮断機３２は閉状態であり、機械スイッチ４４および半導体スイッチ４５は開状態である。当該状態において、インバータ回路３８が故障等で停止状態となったとする。

この場合には、機械スイッチ４４および半導体スイッチ４５を同時に投入する。ここで、機械スイッチ４４は、機械動作のため、当該投入から閉状態までの間に数十ｍｓの時間を要する。他方、半導体スイッチ４５は、当該投入から閉状態に移行するまでの時間が瞬時である。そこで、バイパス回路ＳＣを通した負荷１３側への電力供給を無瞬断で切り換えるために、機械スイッチ４４が完全に閉状態となるまでの間、半導体スイッチ４５を介して、電力系統電源１からの交流電力を負荷１３に供給する。そして、機械スイッチ４４が導通すれば、半導体スイッチ４５は開放させる。したがって、その後は、電力系統電源１からの交流電力は、機械スイッチ４４を介して、負荷１３に供給される。

なお、図８は、コンバータ回路３４およびインバータ回路３８を通さず、電力系統電源１からバイパス回路ＳＣを介して、負荷１３へと供給される電力の流れを示した図である。

無停電電源システム４２Ａにおいて、上記バイパス回路ＳＣ以外の構成は、実施の形態１に係る無停電電源システム４２の構成と同じである。したがって、当該同じ構成に関する説明、および同じ構成に起因した動作の説明は、実施の形態１で説明した内容と同じである。

実施の形態１に係る無停電電源システム４２では、電力系統電源１からの交流電力は全て、コンバータ回路３４およびインバータ回路３８等を介して負荷１３に供給している。したがって、インバータ回路３８が故障等で停止状態となった場合には、当該無停電電源システム４２では、電力系統電源１からの電力供給は、停電状態となる。

そこで、本実施の形態に係る無停電電源システム４２Ａでは、回路３２，３３，３４，３８，３９，４０に対して並列に、バイパス回路ＳＣが配設されている。つまり、本実施の形態に係る無停電電源装置４１は、コンバータ回路３４およびインバータ回路３８等を介することなく、電力系統電源１と負荷１３とを直接接続するバイパス回路ＳＣを有している。

したがって、インバータ回路３８等に異常が生じたとしても、電力系統電源１からの交流電力を、当該インバータ回路３８等を介すること無く、バイパス回路ＳＣを通して負荷１３に供給することができる。さらには、バイパス回路ＳＣは、瞬時の開閉動作が可能な半導体スイッチ４５を備える。よって、当該バイパス回路ＳＣを介した負荷１３への交流電力供給を、無遮断にて実行することが可能である。

なお、図７の構成では、本実施の形態に係る無停電電源システム４２Ａは、単相システムに適用されていた。しかしながら、本実施の形態に係る無停電電源システム４２Ａは、当然、三相システムに対して適用できる。

１ 電力系統電源
８ 接続箱
１３ 負荷
１７ 太陽光発電システム
２３，３２，４９ 遮断機
３３ 交流リアクトル
３４ コンバータ回路
３５，４０ コンタクタ
３６ 蓄電池
３７ 電解コンデンサ
３８ インバータ回路
３９ 変圧器
４１ 無停電電源装置
４２，４２Ａ 無停電電源システム
４３ 要求交流出力
４４ 機械スイッチ
４５ 半導体スイッチ
５３ 直流電力入出力部
２０１ 太陽電池パネル
３０１ 昇圧チョッパ
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ 接続点
ＳＣ バイパス回路

Claims (2)

1. 電力系統と負荷との間に配設される無停電電源装置と、
   太陽光を利用した発電を行い、当該発電した電力を直流電力として出力する太陽光発電システムとを、備えており、
   前記太陽光発電システムは
   太陽光を利用した発電を行う太陽電池パネルと、
   前記太陽光パネルから供給される電力を昇圧して前記直流電力を得る昇圧チョッパとを含み、
   前記無停電電源装置は、
   前記電力系統より供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
   前記コンバータ回路の出力側と接続され、直流電力を交流電力に変換し、当該変換後の交流電力を前記負荷側に出力するインバータ回路とを、備えており、
   前記太陽光発電システムから出力された前記直流電力は、
   前記コンバータ回路と前記インバータ回路との間に供給され、
   前記コンバータ回路は、
   前記太陽光発電システムから出力された前記直流電力を交流電力に変換し、当該変換後の交流電力を前記電力系統側に供給する電力回生機能を有する、双方向性コンバータ回路であり、
   前記無停電電源装置は、
   前記コンバータ回路と前記インバータ回路との間と接続され、外部との間で直流電力の授受が可能な直流電力入出力端子部を、さらに備えており、
   前記無停電電源装置内の直流電圧は、
   一定値になる様に制御されており、
   前記コンバータ回路は、
   前記一定値を超えた直流電力を、前記電力回生機能により、交流電力に変換し、変換後の交流電力を前記電力系統電源側へと供給し、当該コンバータ回路と前記インバータ回路との間の直流電圧が一定値になるように制御している、
   ことを特徴とする無停電電源システム。
2. 前記無停電電源装置は、
   前記電力系統から供給される交流電力を、前記コンバータ回路および前記インバータ回路を介さず、直接前記負荷へと供給するバイパス回路を、さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム。

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