CN105052005A - 电源控制系统、控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

确切地进行停电时投入的外部电源装置和设置在住宅或设施中的内部电源装置的同步运转。经由双投开关(7)将商用电源系统(A)和外部电源装置(1)连接到设置在住宅等中的电源线。在住宅等中设置包括蓄电池(2)、燃料电池(3)、太阳能发电装置(4)等多个电源的内部电源装置(B)，经由电源线将内部电源装置B连接到负荷(5)。控制装置(6)的电源监视部(61)如果检测到商用电源系统(A)的停电，则控制部(65)停止各内部电源的运转，并且将双投开关(7)从商用电源系统(A)切换到外部电源装置(1)。外部电源装置(1)连接到电源线后，控制部(65)如蓄电池(2)、燃料电池(3)、太阳能发电装置(4)那样从输出容量的变动少的电源依次开始追踪运转，将其连接到外部电源装置(1)。

Description

电源控制系统、控制装置以及控制方法
技术领域
本发明的实施方式涉及适合于对在商用电源系统停电时投入的外部电源装置连接设置在住宅、设施中的多种类的电源的情况的电源控制系统、控制装置以及控制方法。
背景技术
众所周知，在商用电源系统停电了的情况下投入应急用的电源装置。例如，在各个住宅、集合式住宅、医院和其它设施中预先设置应急用的电源装置，在系统停电时，通过投入该应急用的电源装置，能够进行对住宅、设施的电力供给。应急用的电源装置在停电时以外与住宅、设施的负荷是分开的，所以被称为外部电源装置。
作为外部电源装置，以往使用引擎发电机，但是最近由于电池性能的提高、与发电机相比较容易保养这样的理由，所以关注大容量的蓄电池。使用了蓄电池的外部电源装置从商用电源系统直接被充电，并在商用电源系统停电时放电，从而代替商用电源系统而向住宅、设施供给电力。因此，使用了蓄电池的外部电源装置具有与商用电源系统的联合运转功能和用于独自供给电力的独立运转功能。
最近，在住宅、设施中设置太阳能发电装置、风力发电装置、燃料电池等自家发电装置的情况也变多，在这些自家发电装置中也采用用于蓄存剩余电力的蓄电池。与上述那样的在停电时投入的外部电源装置不同，这些自家发电装置以发电了的电力为主而在被设置的住宅、设施内使用，所以被称为内部电源装置B。在商用电源系统停电时，也将来自这些内部电源装置B的电力供给到住宅、设施，提出了如在专利文献1至专利文献3中示出的现有技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-041783号公报
专利文献2：日本特开2005-318665号公报
专利文献3：日本特开平11-069661号公报
发明内容
发明要解决的问题
外部电源装置估计商用电源系统停电时的使用，所以在其蓄电容量上也有限制，不能供给用于使与其连接的住宅、设施内的所有负荷动作的足够的电力。因此，可以考虑在停电时将在各家庭、设施中使用的内部电源装置B与外部电源装置联合运转，从而能够进行需要的电力供给。
然而，内部电源装置B中包含如太阳能发电装置、风力发电装置那样、由于天气等原因而输出容量变动的电源。如果对外部电源装置连接太阳能发电装置等输出变动的装置，则在太阳能发电装置等的输出变动时交流输出电压变动，在变动大的情况下有时外部电源装置停止。该现象在与外部电源装置的输出相比、输出容量变动的内部电源装置B的容量占比较大的比例的情况下变得特别显著。其结果，有时在外部电源装置和与其连接的各种自家发电装置之间不能同步运转。
本发明的实施方式的目的在于提供一种电源控制系统、控制装置以及控制方法，能够在将具备了如太阳能发电装置那样的输出容量变动的电源以及蓄电池等输出变动少的电源的内部电源装置B连接到在商用电源系统停电时投入的外部电源装置的情况下，确切地进行外部电源装置和内部电源装置B的同步运转。
解决问题的方案
本发明的实施方式的电源控制系统、控制装置以及控制方法的特征在于，对在商用电源系统停电时投入的外部电源装置，首先连接蓄电池等输出容量可以调整的电源而动作，然后连接输出变动小的燃料电池等电源而动作，最后连接太阳能发电装置等输出变动大的电源而动作。
即本发明的实施方式具有如下结构。(1)具备：在商用电源系统停电时动作的外部电源装置；在停电和复电时切换商用电源系统和外部电源装置的开关；具备多个内部电源的内部电源装置；连接到这些电源的负荷；以及控制这些电源的运转停止的控制装置。(2)所述内部电源装置具备输出容量稳定了的电源、以及与其相比输出容量的变动大的其它电源，各内部电源具备对商用电源系统和外部电源装置的追踪功能，通过该追踪功能，各内部电源和商用电源系统与外部电源装置进行联合运转。(3)在商用电源系统停电时，所述控制装置将所述开关从商用电源系统切换到外部电源装置，将来自外部电源装置的电力供给到所述负荷。(4)所述控制装置在外部电源装置的切换后，使输出容量稳定了的电源与外部电源装置联合运转后，使与其相比输出容量的变动大的其它电源与外部电源装置联合运转。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的框图；
图2是本发明的实施方式中的外部电源装置的框图；
图3是本发明的实施方式中的内部电源装置的蓄电池的框图；
图4是本发明的实施方式中的控制装置的框图；
图5是说明本发明的实施方式的动作的流程图；
图6是示出本发明的其它实施方式的框图；
图7是示出本发明的另外其它实施方式的框图。
符号说明
A：商用电源系统；B：内部电源装置；1：外部电源装置；11：蓄电池；12：逆变器部；13：独立运转控制部；14：联合运转控制部；15：通信部；2：蓄电池；21：电池部；22：通信部；23：控制部；24：逆变器部；3：燃料电池；4：太阳能发电装置；5：负荷；6：控制装置；61：电源监视部；62～64：通信部；65：控制部；66：显示部；67：操作部；7：双投开关；71：开关；7a、7b：接点；S2～S4：运转停止装置。
具体实施方式
(1)第1实施方式
(1-1)结构
如图1所示，本实施方式的电源控制装置具有商用电源系统A、外部电源装置1、内部电源装置B以及控制它们的切换运转的控制装置6。内部电源装置B例如包括蓄电池2、燃料电池3以及太阳能发电装置4。
这些内部电源装置B经由电源线连接到设置在住宅、设施中的负荷5。负荷5是在设置了自家发电装置的家庭、设施中设置的空调等家电产品、马达等动力等一般的负荷。商用电源系统A和外部电源装置1经由双投开关7和电源线连接到负荷5。
双投开关7通过控制装置6的指令或人工操作来被切换，并且是用于将商用电源系统A和外部电源装置1选择性地连接到内部电源装置B和负荷5的开关。双投开关7在商用电源系统A没有停电的状态下将商用电源系统A连接到内部电源装置B和负荷5，在商用电源系统A停电时将外部电源装置1连接到内部电源装置B和负荷5。
如图2所示，外部电源装置1具备蓄电池11、逆变器12、独立运转控制部13、联合运转控制部14以及通信部15。蓄电池11的输出和容量没有能够提供与其连接的住宅、设施的所有电力那样大，通过与各个住宅或设施中设置的内部电源装置B一起使用来对设置在住宅、设施中的负荷5供给需要的电力。
独立运转控制部13在商用电源系统A停电时进行动作，输出50Hz等标准频率，并实现使逆变器12与商用电源系统A无关地动作的独立运转功能。联合运转控制部14使设置在外部电源装置1中的逆变器12与商用电源系统A联合地动作。通信部15发送接收针对独立运转控制部13、联合运转控制部14的运转指令等。
在本实施方式中，外部电源装置1如蓄电池那样与商用电源系统A始终同步地动作，但是也可以如引擎发电机那样仅在停电时运转。另外，外部电源装置1也可以在商用电源系统非停电时对内部电源装置B进行充放电，从而具有将内部电源装置B的负荷平均化的峰值削减/峰值偏移功能。
如图3所示，内部电源装置B的蓄电池2具备电池部21、通信部22、控制部23以及逆变器部24。电池部21抑制太阳能发电装置4的太阳能变动、负荷5的变动，具有不向外部电源装置1传递变动的程度的容量和输出。蓄电池2能够经由通信部22根据来自控制装置6的控制指令被进行动作和停止的控制。控制部23抑制逆变器部24的动作和停止，并且具有取得和外部交流电源的交流输出、即商用电源系统A与其停电时的外部电源装置1的交流输出的同步的追踪功能。
燃料电池3是基于燃气热电联供等的发电机，并且是交流输出的。在该燃料电池3中，从控制装置6以通信指示其动作和停止。虽然未图示，但是燃料电池3也与蓄电池2一样，具备发电部、通信部、控制部以及逆变器部，具有取得和商用电源系统A与其停电时的外部电源装置1的交流输出的同步的追踪功能。
太阳能发电装置4是基于太阳能电池(solarcell)的发电机，并且是交流输出的。该太阳能发电装置4的输出受太阳的光量(天气/季节)影响而不稳定，如果在输出为小容量时负荷变重，则高谐波多而波形混乱，在变阴凉的情况下有时变得不输出交力输出。虽然未图示，但是太阳能发电装置4也与蓄电池2、燃料电池3一样，具备发电部、通信部、控制部以及逆变器部，具有取得和商用电源系统A与其停电时的外部电源装置1的交流输出的同步的追踪功能。
如图4所示，控制装置6具有检测商用电源系统A的停电、并且检测外部电源装置1是否动作的电源监视部61。电源监视部61通过设置在商用电源系统A和住宅、设施内的电源线上的未图示的电流/电压传感器，来检测是否正在对商用电源系统A、电源线供给交流电力，根据该检测结果判定商用电源系统A的停电和来自外部电源装置1的输出的有无。电源监视部61也可以通过与通信部15的通信来检测外部电源装置1的动作。
控制装置6具有：发送控制蓄电池2的动作的指令的通信部62；发送控制燃料电池3的动作的指令的通信部63；发送控制太阳能发电装置4的动作的指令的通信部64；以及具备控制各部分的计算机程序的控制部65。另外，具有显示蓄电池2、燃料电池3和太阳能发电装置4的运转状态的显示部66、以及作为各设备的初始设定用而能够进行基于触摸板等的输入的操作部67。另外，这些显示部66和输入操作部67不是本实施方式中必不可少的。
(1-2)作用
通过图5的流程图来说明本实施方式的动作。在本实施方式的装置运转时，设置在控制装置6中的电源监视部61始终监视商用电源系统A的运转(步骤1)。在商用电源系统A没有停电的状态下，控制装置6将双投开关7设定为将商用电源系统A连接到内部电源装置B和负荷5。因此，设置在住宅、设施中的蓄电池2、燃料电池3和太阳能发电装置4通过设置在各自中的追踪功能，在监视商用电源系统A的交流输出的频率、相位、电压的同时与商用电源系统A联合运转。
如果电源监视部61检测到商用电源系统A停电了(步骤1的是)，则控制装置6经由其通信部62～64对所有内部电源发送运转的停止指令。同时，电源监视部61判定外部电源装置1是否能够输出基于独立运转的交流电力(步骤2)。在外部电源装置1没有运转的情况下，在变为能够输出交流电力的状态之前待机。
即在外部电源装置1为蓄电池的情况下，与商用电源系统A始终协作地进行蓄电池的充放电，因此能够在商用电源系统A停电了的情况下立即向外部电源装置1切换，但是在外部电源装置1如引擎发电机等那样在输出开始之前需要某种程度的启动时间的情况下，需要在确认其能够输出之后进行切换。因此，在步骤2中，电源监视部61判定能够进行外部电源装置1的交流输出。是否能够进行外部电源装置1的输出的判定是通过将外部电源装置1的运转状况的监视数据从外部电源装置1的通信部15发送到控制装置6的通信部62来进行的。
在能够进行外部电源装置1的交流输出的情况(步骤2的是)下，通过切换双投开关7(步骤3)，从内部电源装置B、负荷5分离商用电源系统A，并连接外部电源装置1。由此，在住宅、设施内部，通过外部电源装置1电源恢复，能够进行对负荷5的电力供给。该双投开关7的切换可以根据控制部65的指令自动地进行，也可以由住宅、设施的管理者人工地进行。
在外部电源装置1的连接完成后，电源监视部61从通信部62对蓄电池2的通信部22输出联合运转的开始指令，蓄电池2的控制部23接收该开始指令，开始与外部电源装置1的联合运转(步骤4)。通过追踪由外部电源装置1供给的交流输出的频率、电压等，蓄电池2的控制部23控制逆变器部24来进行该联合运转。
在输出蓄电池2的联合运转指令后，电源监视部61监视蓄电池2是否正在稳定地输出交流电力(步骤5)，在蓄电池2的联合运转稳定之前的期间，控制装置6不进入燃料电池3、太阳能发电装置4的联合运转而待机(步骤5的否)。
在蓄电池2中，其输出电力稳定，所以在开始与外部电源装置1的联合动作的情况下，在住宅、设施内部的电源线中不发生高谐波失真等，联合后也进行稳定的电力供给。蓄电池2是输出容量可以调整的电源，具有缓和其它内部电源的输出变动、负荷的变动的能力。从电源恢复到该蓄电池2的联合运转开始为止的时间设为t1。
由电源监视部61确认了蓄电池2正在稳定地输出交流电力后(步骤5的是)，控制装置6通过通信部63对燃料电池3发送联合运转的开始指令。燃料电池3接收该开始指令，开始联合运转。从电源恢复到该燃料电池3的联合运转开始为止的时间设为t2。在该情况下，在外部电源装置1中仅连接有输出容量稳定了的蓄电池2，所以不发生电源线中的电压变动。因此，燃料电池3具有的追踪功能不受先前连接的蓄电池2的影响，能够进行与外部电源装置1的联合运转。
同样地，控制装置6通过通信部64对太阳能发电装置4发送联合运转的开始指令，太阳能发电装置4接收该开始指令，开始联合运转(步骤6)。从电源恢复到该太阳能发电装置4的联合运转开始为止的时间设为t3。燃料电池3也与蓄电池一样，容量输出稳定，所以不产生电源线中的电压变动。太阳能发电装置4能够取得流经电源线的交流输出的信息，能够进行确切的联合运转。
在控制装置6中，从电源恢复到蓄电池2、燃料电池3和太阳能发电装置4的联合运转开始为止的时间t1、t2、t3设定为t1<t2<t3，所以存在输出容量的变动、在联合运转时容易发生电源电压的变动的内部电源在之后进行与外部电源装置1的联合运转。其结果，消除了在将设置在住宅、设施内部的多个电源装置连接到外部电源装置1的情况下，由于先前连接的电源的影响而之后连接的电源的联合运转变得困难这样的不便。
如果电源监视部61检测到商用电源系统A复电，则在停止外部电源装置1和内部电源装置B的运转后，控制部65将双投开关7切换到商用电源系统A侧。之后，控制部65在确认了商用电源系统A正被供给到电源线后，与投入了外部电源装置1的情况一样，按照蓄电池2、燃料电池3和太阳能发电装置4的顺序开始联合运转。在该情况下，各内部电源也通过各自具有的追踪功能来进行与商用电源系统A的联合运转。
(1-3)效果
根据本实施方式，在构成内部电源装置B的各种电源的连接时，能够抑制来自外部电源装置1的输出波形的混乱等，所以能够有效地利用各种电源具有的追踪功能，即使将如太阳能发电装置4那样的输出变动大的电源连接到外部电源装置，也确切地实施外部电源装置1与各内部电源的联合运转。
在本实施方式中，检测出断开了对电源线的供电而自动地停止各内部电源的运转，所以在停电时的与外部电源装置1的联合运转、复电时的与商用电源系统A的联合运转时，能够检测出来自外部电源装置1、商用电源系统A的交流输出、并使各内部电源追踪，联合运转能够顺利地进行。
(2)第2实施方式
图6是示出本发明的第2实施方式的结构的框图。本实施方式的特征在于，不设置第1实施方式中的控制装置6，而由住宅、设施的管理者人工地进行控制装置6进行的操作。
在本实施方式中，在构成内部电源装置B的蓄电池2、燃料电池3和太阳能发电装置4的各自中设置有检测到电源线中没有供电的情况下的运转停止装置S2～S4。因此，如果商用电源系统A停电而断开对电源线的供电，则各运转停止装置S2～S4检测该情况并停止所有内部电源装置。如果管理者通过负荷的停止、另外设置的应急灯等而知道停电发生了，则管理者人工地切换双投开关7，将外部电源装置1连接到电源线。
如果向电源线供给了来自外部电源装置1的电力，则管理者人工地解除蓄电池2的运转停止装置S2，开始蓄电池2的运转。在蓄电池2中设置有追踪功能，所以蓄电池2开始与外部电源装置1的联合运转。以下同样地，管理者依次解除燃料电池3的运转停止装置S3、太阳能发电装置4的运转停止装置S4，从而进行所有内部电源装置B与外部电源装置1的联合运转。
在本实施方式中，存在输出容量的变动、在联合运转时容易发生输出变动等的内部电源在之后进行与外部电源装置1的联合运转。其结果，消除了在将多个电源装置连接到外部电源装置1的情况下，由于先前连接的电源的影响而之后连接的电源的联合运转变得困难这样的不便。
(3)其它实施方式
本实施方式不被原样地限定为上述实施方式，在实施阶段可以在不脱离其要旨的范围内对构成要素进行变形而具体化。另外，可以通过上述实施方式中公开的多个构成要素的适当的组合来形成各种发明。例如，也可以从实施方式中示出的全部构成要素中删除一些构成要素。另外，也可以将不同的实施方式的构成要素适当组合。例如，如下其它实施方式也包含在本发明中。
(a)由于外部电源装置1独立运转，基于负荷5的增减的电压变动可以基本上由外部电源装置1吸收，所以蓄电池2自身不需要特别的吸收电压变动的功能。但是，通过对蓄电池2侧赋予吸收电压变动的功能，外部电源装置1中的独立运转的控制变容易。
(b)作为内部电源中设置的输出容量的变动少的电源，使用了蓄电池2，但是也可以代替蓄电池2而使用燃料电池4或使用连接在住宅、设施中的电动汽车的蓄电池等其它种类的电源。
(c)在第1实施方式中，作为检测商用电源系统A停电了的手段，从控制装置6将停止指令输出到各内部电源，但是也可以如第2实施方式那样对各内部电源设置运转停止装置S2～S4。同样地，也可以将第1实施方式和第2实施方式的一部分组合而构成系统。
(d)由双投开关7进行商用电源系统A和外部电源装置1的切换，但是不一定需要使用双投开关，也可以将多个开关适当组合地使用。
(e)在由蓄电池构成外部电源装置1的情况下，可以在商用电源系统A运转时，由商用电源系统A对外部电源装置1充电，在商用电源系统A停电时在内部电源装置B侧存在剩余电力的情况下，由内部电源装置B对外部电源装置1充电。
(f)在上述实施方式中，将外部电源装置1和开关7设置在住宅、公寓等集合式住宅的外部，但是也可以将外部电源装置1和开关7设置在住宅、公寓等集合式住宅的内部。另外，也可以如第1实施方式那样由控制装置6进行开关7的开关控制。
(g)在上述实施方式中，由引擎发电机、蓄电池构成外部电源装置1，但是也可以由太阳能发电装置、燃料电池构成外部电源装置1。另外如图7所示，也可以并列地设置由引擎发电机、蓄电池构成的外部电源装置1和太阳能发电装置4。另外，也可以在系统和外部电源1或太阳能发电4之间设置开关71，在检测到系统的停电的情况下，在双投开关7的系统侧的接点7a使系统与内部电源装置的电连接成为开状态，并且使开关71成为开状态，经由双投开关7的接点7b连接来自外部电源1和太阳能发电装置4的电力，以与内部电源装置联合。另外，也可以如第1实施方式那样由控制装置6进行双投开关7和开关71的开关控制。

Claims (8)

1.一种电源控制系统，具备：在商用电源系统停电时动作的外部电源装置；在停电和复电时切换商用电源系统和外部电源装置的开关；具备多个内部电源的内部电源装置；连接到这些电源的负荷；以及控制这些电源的运转停止的控制装置，其特征在于，
所述内部电源装置具备输出容量稳定了的电源以及与其相比输出容量的变动大的其它电源，
各所述内部电源具备对所述商用电源系统和所述外部电源装置的追踪功能，通过该追踪功能各内部电源与商用电源系统以及外部电源装置进行联合运转，
所述控制装置在商用电源系统停电时，将所述开关从所述商用电源系统切换到所述外部电源装置，将来自外部电源装置的电力供给到所述负荷，
所述控制装置在所述外部电源装置的切换后，使输出容量稳定了的电源与所述外部电源装置联合运转后，使与其相比输出容量的变动大的其它电源与所述外部电源装置联合运转。
2.根据权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于，
所述输出容量稳定了的电源是蓄电池或燃料电池，与其相比输出容量的变动大的其它电源是太阳能发电装置。
3.根据权利要求1或2所述的电源控制系统，其特征在于，
所述内部电源装置和/或所述外部电源装置针对各个住宅或设施的每个或者针对多个住宅或设施的每个而设置。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电源控制系统，其特征在于，
所述控制装置在检测到所述商用电源系统和/或所述外部电源装置的停止时，停止构成所述内部电源装置的各内部电源的运转。
5.根据权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于，
所述外部电源装置由蓄电池构成，在所述商用电源系统运转时，由商用电源系统对所述外部电源装置充电，在商用电源系统停电时在所述内部电源装置侧存在剩余电力的情况下，由所述内部电源装置对所述外部电源装置充电。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电源控制系统，其特征在于，
在所述商用电源系统非停电时，使所述外部电源装置动作以使负荷平均化。
7.一种电源控制装置，具备：在商用电源系统停电时动作的外部电源装置；在停电和复电时切换商用电源系统和外部电源装置的开关；具备多个内部电源的内部电源装置；连接到这些电源的负荷；以及控制这些电源的运转停止的控制装置，其特征在于，
所述内部电源装置具备输出容量稳定了的电源以及与其相比输出容量的变动大的其它电源，
各所述内部电源具备对所述商用电源系统和所述外部电源装置的追踪功能，通过该追踪功能各内部电源与商用电源系统以及外部电源装置进行联合运转，
所述控制装置具有：
检测所述商用电源系统的停电的电源监视部；以及
控制部，将所述开关从所述商用电源系统切换到所述外部电源装置，将来自外部电源装置的电力供给到所述负荷，在所述外部电源装置切换后，使输出容量稳定了的电源与所述外部电源装置联合运转后，使与其相比输出容量的变动大的其它电源与所述外部电源装置联合运转。
8.一种电源控制方法，具备：在商用电源系统停电时动作的外部电源装置；在停电和复电时切换商用电源系统和外部电源装置的开关；具备多个内部电源的内部电源装置；以及连接到这些电源的负荷，其特征在于，
在所述商用电源系统停电时，通过所述开关进行从所述商用电源系统向所述外部电源装置的切换，
之后，对连接到所述负荷的所述外部电源装置首先连接输出容量的变动少的电源，进行该电源和所述外部电源装置的联合运转，之后，连接输出容量变动的电源，进行该电源和所述外部电源装置的联合运转。
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