JP2002199592A

JP2002199592A - 分散電源システム

Info

Publication number: JP2002199592A
Application number: JP2000398017A
Authority: JP
Inventors: Makoto Onoe; 誠尾上; Masaki Eguchi; 政樹江口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-12
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP4570245B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１つのインバータ回路で交流電力に変換する
構成であっても、逆潮流を行なわない直流電力供給手段
の供給電力が商用系統電源に逆潮流することなく、逆潮
流を行なう直流電力供給手段の供給電力が逆潮流を行な
うことができる分散電源システムを提供する。【解決手段】逆潮流を行なう太陽電池１からの出力電
力と逆潮流を行なわない燃料電池２からの出力電力を結
合してインバータ主回路３で交流電力に変換し、交流負
荷５に供給する。逆潮流を行なわない燃料電池２の出力
電力の合計と交流負荷５の消費電力とを電力比較手段８
で比較し、燃料電池２の出力の合計が交流負荷５の消費
電力の合計より大きくならないように燃料電池２の出力
制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は分散電源システム
に関し、特に、商用系統電源に連系した複数の直流電力
供給手段の供給する直流出力をインバータ回路により交
流に変換して交流電力を供給する分散電源システムの出
力制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小規模ながら太陽電池や燃料電池
などのクリーンな発電方式が脚光を浴びており、その直
流出力を交流電力に変換し、商用系統電源と連系して運
転する分散電源システムが一部実用化されている。ま
た、これらの新しい直流電力供給手段を組合せた分散電
源システムが注目されるようになった。

【０００３】太陽電池１を利用した分散電源システム１
００は、図４に示すように、太陽電池１の出力が、ＤＣ
／ＤＣコンバータ１１に与えられて電圧が調整され、イ
ンバータ主回路３によって交流電力に変換され、商用系
統電源２０へと連系運転される。太陽電池１の出力電力
は直流電力計測手段６によって計測され、制御部１３に
送出され、該制御部１３によって太陽電池１が最大動作
点で動作するように制御される。

【０００４】一方、燃料電池２を利用した分散電源シス
テム２００は、燃料電池２の出力がＤＣ／ＤＣコンバー
タ１２に与えられて電圧が調整され、インバータ主回路
４にて交流電力に変換され、商用系統電源２０と連系運
転される。インバータ主回路４の出力電力は交流負荷５
へ供給され、商用系統電源２０へ逆潮流を行なわないよ
うに交流電力計測手段９において電力が計測されて制御
部１４に送出され、インバータ主回路４の出力を制御す
るように構成されている。燃料電池２の出力電力は直流
電力計測手段７によって計測され、制御部１４に送出さ
れ、制御部１４によって燃料電池２が最適な動作点で動
作するように制御される。

【０００５】また、図５に示すような複数の太陽電池１
ａ，１ｂを商用系統電源２０と逆潮流ありの連系を行な
うシステムが知られている。このシステムでは、複数の
太陽電池１ａ，１ｂの出力が設置場所などにより異なる
システムに適用されている。各太陽電池１ａ，１ｂの出
力はそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ，１１ｂによ
って電圧が調整され、インバータ主回路４の入力側にて
結合され、インバータ主回路４によって交流電力に変換
され、商用系統電源２０と連系し、逆潮流を行なう構成
となっている。

【０００６】各々の太陽電池１ａ，１ｂの出力電力は、
各々の直流電力計測手段６ａ，６ｂにおいて計測され、
制御部１５に送出されて各々の太陽電池１ａ，１ｂが最
大動作点で動作するように制御される。このシステムで
は複数の太陽電池１ａ，１ｂに対して、１つのインバー
タ主回路４での交流電力供給が可能となる。

【０００７】さらに、複数の電力供給システムよりエネ
ルギ需要家の負荷に電力を供給するシステムが特開平８
−１８６９３７号公報に開示されている。このシステム
では、太陽電池と商用系統電源が連系されており、燃料
を使用する発電装置は商用系統電源とは分離されてい
る。エネルギ需要家の負荷の消費電力が燃料を使用する
発電装置の最大発電量以下の場合、このシステムは燃料
を使用する発電装置を稼動し、エネルギ需要家の負荷の
電力は燃料を使用する発電装置により供給し、太陽電池
で発電される電力はエネルギ需要家の負荷には接続せ
ず、すべて商用系統電源に逆潮流するような制御が行な
われる。

【０００８】また、エネルギ需要家の負荷の消費電力が
燃料を使用する発電装置の最大発電量より大きい場合、
このシステムは太陽電池で発電される電力と商用系統電
源からの電力をエネルギ需要家の負荷に供給するように
制御を行なう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、太陽電池や燃料
電池などのさまざまな直流電力供給手段の普及に伴な
い、複数の直流電力供給手段を用いた分散電源システム
が開発されている。上述の特開平８−１８６９３７号公
報に記載されたシステムにおいては、燃料を使用する発
電装置が直流出力であり、エネルギ需要家の負荷が交流
負荷の場合、燃料を使用する発電装置の出力電力を交流
に変換するインバータ回路が必要となる。燃料を使用す
る発電装置は、太陽電池や商用系統電源と分離されてい
るため、燃料を使用する発電装置用のインバータ回路
は、太陽電池用のインバータ回路を用いることができな
い。

【００１０】また、複数の直流電力供給手段を図４に示
すように、太陽電池１と燃料電池２の出力をそれぞれ別
のインバータ主回路３，４で交流に変換し、商用系統電
源２０と連系しても、インバータ主回路４は太陽電池と
燃料電池の台数分必要になる。

【００１１】そこで、図５に示すような１つのインバー
タ主回路４で交流電力に変換する構成としてコストダウ
ンおよび小型化を図ることが可能である。

【００１２】しかしながら、太陽電池１と燃料電池２の
混成システムは、図５に示すような１台のインバータ主
回路４を用いるようなシステム構成にすると、燃料電池
２の出力が商用系統電源に逆潮流してしまう可能性があ
る。

【００１３】それゆえに、この発明の主たる目的は、１
つのインバータ回路で交流電力に変換する構成であって
も、逆潮流を行なわない直流電力供給手段の供給電力が
商用系統電源に逆潮流することなく、逆潮流を行なう直
流電力供給手段の供給電力は逆潮流を行なうことができ
る分散電源システムを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の直流
電力供給手段を有する分散電源システムにおいて、複数
の直流電力供給手段のうち、商用系統電源への逆潮流を
行なわない直流電力供給手段の出力電力の合計と交流負
荷の消費電力とを比較する電力比較手段と、電力比較手
段の比較出力に基づいて、逆潮流を行なわない各直流電
力供給手段の出力電力の合計が交流負荷の消費電力より
大きくならないように、該逆潮流を行なわない直流電力
供給手段の出力を制御する出力制御手段とを含む。

【００１５】さらに、逆潮流を行なわない直流電力供給
手段の出力に接続され、直流電力供給手段から出力され
る電力を所定の電力に調整する電力調整手段を含むこと
を特徴とする。

【００１６】さらに、逆潮流を行なわない直流電力供給
手段の出力電力の合計を計測する第１の計測手段および
交流負荷の消費電力を計測する第２の計測手段と、逆潮
流を行なう直流電力供給手段の出力電力の合計を計測す
る第３の計測手段および商用系統電源への逆潮流電力を
計測する第４の計測手段とのいずれか一方を備え、電力
比較手段は各計測手段からの計測値を用いて逆潮流を行
なわない各直流電力供給手段の出力電力の合計と交流負
荷の消費電力との比較を行なうことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施形態
の太陽電池と燃料電池を有する分散電源システムの構成
を示すブロック図である。このシステムは、逆潮流を行
なう太陽電池１と、逆潮流を行なわない燃料電池２と、
これらの直流出力を商用周波数の交流電力に変換して商
用系統電源２０と接続する系統連系インバータ１６と、
この系統連系インバータ１６の出力側に接続される一般
家庭などの交流負荷５と、交流負荷５の消費電力Ｐ₄を
検出する交流電力計測手段９と、燃料電池２の燃料や空
気の流量を制御し、燃料電池出力電力Ｐ₂を制御する燃
料電池出力制御手段１０とから構成される。

【００１８】系統連系インバータ１６について詳細に説
明すると、太陽電池１の出力はＤＣ／ＤＣコンバータ１
１によって商用系統電源と連系するために、所定の電圧
に調整される。燃料電池２の出力も同様にしてＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ１２によって電圧の調整が行なわれる。Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ１１，１２は、たとえば昇圧チョッ
パで構成され、昇圧チョッパ内のスイッチング素子のオ
ン時間とオフ時間とのデューティによって電力の調整が
行なわれる。

【００１９】ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力とＤＣ／
ＤＣコンバータ１２の出力は並列接続して結合され、イ
ンバータ主回路３に入力される。インバータ主回路３は
結合された電力を商用周波数の交流電力に変換して商用
系統電源２０に接続する。

【００２０】図２は図１に示したシステムの動作を説明
するためのフローチャートである。次に、図２を参照し
て図１の動作について説明する。燃料電池２の出力電力
Ｐ₂は直流電力計測手段６によって出力電圧と電流が検
出される。直流電力計測手段６では、この検出値をもと
に燃料電池出力電力Ｐ₂を算出し、燃料電池出力電力デ
ータＤ₂として電力比較手段８へ出力する。複数の燃料
電池が接続されたシステムにおいては、各燃料電池出力
電力Ｐ₂の合計を燃料電池出力データＤ₂とする。

【００２１】また、交流電力計測手段９は交流負荷５の
消費する電圧と電流を検出し、この検出値をもとに交流
負荷消費電力Ｐ₄を算出し、交流負荷消費電力データＤ₄
として電力比較手段８へ出力する。電力比較手段８は燃
料電池出力電力データＤ₂と交流負荷の消費電力データ
Ｄ₄とを比較するため、交流負荷５の消費電力から燃料
電池２の出力電力を減算し、電力比較結果Ｓ₁を制御信
号発生手段１７に出力する。

【００２２】ここで、電力比較結果Ｓ₁は第（１）式で
示される。Ｓ₁＝Ｄ₄−Ｄ₂……（１）制御信号発生手段１７は電力比較結果Ｓ₁が負であるか
否かを判別し、負でない場合燃料電池２の出力を現在の
状態に保ち、負の場合には出力を抑制するように、燃料
電池出力制御手段１０に対して燃料電池出力制御信号Ｓ
₂を出力する。

【００２３】上述の一連の動作において、図１に示した
太陽電池１の出力は１ｋＷであり、燃料電池２の出力は
１ｋＷであり、交流負荷５の消費電力が３ｋＷの場合、
系統連系インバータ１６において直流電力計測手段６は
燃料電池２の出力１ｋＷを計測し、電力比較手段８に送
出する。

【００２４】太陽電池１の出力１ｋＷと燃料電池２の出
力１ｋＷが結合され、２ｋＷの電力となり、インバータ
主回路３によって商用周波数の交流電力に変換される。
この変換された２ｋＷの電力は商用系統電源２０に連系
され、交流負荷５に供給される。交流負荷５は３ｋＷの
電力を消費するため、不足分の１ｋＷについては、商用
系統電源２０から供給を受ける。このとき、交流電力計
測手段９は交流負荷５の消費電力３ｋＷを計測し、電力
比較手段８に送出する。電力比較手段８においては、各
電力計測手段６，９で計測された燃料電池２の出力電力
１ｋＷと交流負荷５の消費電力３ｋＷを用いて、電力比
較結果Ｓ₁＝３−１＝２を得る。

【００２５】制御信号発生回路１７において、この電力
比較結果Ｓ₁が負でないと判断され、燃料電池出力調整
回路１０に対して現在の出力を維持するように燃料電池
出力制御信号Ｓ₂が送出される。燃料電池出力調整回路
１０は燃料電池出力制御信号Ｓ₂を受け、出力を維持す
るように運転する。

【００２６】次に、上述の運転条件において、交流負荷
５の消費電力が１．５ｋＷに減少した場合、太陽電池１
の出力１ｋＷと燃料電池２の出力１ｋＷは、上述の説明
と同様に２ｋＷの交流電力に変換される。この変換され
た２ｋＷの電力は商用系統電源２０に連系され、交流負
荷５に供給される。

【００２７】交流負荷５は１．５ｋＷの電力しか消費し
ないため、余剰分の０．５ｋＷについては、商用系統電
源２０へ逆潮流を行なう。交流電力計測手段９は交流負
荷５の消費電力が１．５ｋＷに減少したことを検出し、
電力比較手段８に送出する。電力比較手段８では、電力
比較結果Ｓ₁＝１．５−１＝０．５が得られ、燃料電池
２は上述の説明と同様にして現在の出力を維持する。

【００２８】次に、上述の運転条件において、交流負荷
５の消費電力が０．５ｋＷに減少した場合、太陽電池１
の出力１ｋＷと燃料電池２の出力１ｋＷが、同様にして
２ｋＷの交流電力に変換される。変換された２ｋＷの電
力は商用系統電源２０に連系され、交流負荷５に供給さ
れる。交流負荷５は０．５ｋＷの電力しか消費しない。

【００２９】このとき、交流電力計測手段９は交流負荷
５の消費電力が０．５ｋＷに減少したことを検出し、電
力比較手段８に送出する。電力比較手段８においては、
各電力計測手段６，９で計測された燃料電池２の出力電
力１ｋＷと交流負荷５の消費電力０．５ｋＷを用いて、
電力比較結果Ｓ₁＝０．５−１＝−０．５を得る。

【００３０】制御信号発生手段１７において、この電力
比較結果Ｓ₁は負であると判別され、燃料電池出力制御
手段１０に対して電力比較結果Ｓ₁の０．５ｋＷ分だけ
出力を減少するように、燃料電池出力制御信号Ｓ₂を送
出する。

【００３１】燃料電池出力制御手段１０はその燃料電池
出力制御信号Ｓ₂を受け、出力を０．５ｋＷに減少して
運転する。その結果、太陽電池１が１ｋＷを出力し、燃
料電池２が０．５ｋＷを出力し、交流負荷５が０．５ｋ
Ｗの電力を消費する状態となる。太陽電池１の出力１ｋ
Ｗと燃料電池２の出力０．５ｋＷは、上述の説明と同様
にして１．５ｋＷの交流電力に変換される。この変換さ
れた１．５ｋＷの電力は商用系統電源２０に連系され、
交流負荷５に供給される。

【００３２】交流負荷５は０．５ｋＷの電力しか消費し
ないため、余剰分の１ｋＷについては、商用系統電源２
０へ逆潮流を行なう。交流電力計測手段９は交流負荷５
の消費電力が０．５ｋＷであることを検出し、電力比較
手段８に送出する。電力比較手段８では電力比較結果Ｓ
₁＝０．５−０．５＝０が得られ、燃料電池２は上述と
同じように現在の出力０．５ｋＷを維持する。

【００３３】これにより、燃料電池２の出力は商用系統
電源２０に逆潮流することなく、交流負荷５で消費され
なかった太陽電池１の出力は商用系統電源２０に逆潮流
を行なうことができる。

【００３４】図３はこの発明の第２の実施形態の分散電
源システムの構成を示すブロック図である。このシステ
ムでは、直流電力計測手段６と交流電力計測手段９が検
出電力および燃料電池２の出力を調整する手段が、図１
と異なっている。すなわち、このシステムでは、直流電
力計測手段６が太陽電池１の出力電力Ｐ₁を検出し、交
流電力計測手段９が商用系統電源２０への逆潮流電力Ｐ
₃を検出する。ここで、検出された太陽電池出力電力Ｐ₁
は太陽電池出力電力データＤ₁として、逆潮流電力Ｐ₃は
逆潮流電力データＤ₃として電力比較手段８へ出力され
る。

【００３５】電力比較手段８は太陽電池出力電力データ
Ｄ₁と逆潮流電力データＤ₃を比較するため、商用系統電
源２０への逆潮流電力から太陽電池１の出力電力を減算
し、電力比較結果Ｓ₁を制御信号発生手段１７に出力す
る。

【００３６】ここで、電力比較Ｓ₁は第（２）式で表わ
される。Ｓ₁＝Ｄ₁−Ｄ₃……（２）ここで、第（１）式と第（２）式とにおいて、電力比較
結果Ｓ₁は太陽電池出力電力データＤ₁と逆潮流電力デー
タＤ₃の比較結果と、燃料電池出力電力データＤ₂と交流
負荷消費電力データＤ₄の比較結果となるが、各電力間
には次の第（３）式の関係があるため、比較対象が異な
るだけで値は同じなる。

【００３７】Ｐ₁＋Ｐ₂＝Ｐ₃＋Ｐ₄……（３）制御信号発生手段１７は電力比較結果Ｓ₁が負であるか
否かを判別し、負でない場合には太陽電池２の出力を現
在の状態に保ち、負の場合には出力を抑制するようにＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ制御信号Ｓ₃をＤＣ／ＤＣコンバー
タ１１に出力し、電力を調整する。

【００３８】第１の実施形態において、直流電力計測手
段６が太陽電池１の出力電力Ｐ₁を検出し、かつ交流電
力計測手段９が商用系統電源２０への逆潮流電力Ｐ₃の
電力を検出するような構成とすることもできる。

【００３９】また、図３に示したシステムは、第１の実
施形態に記載の燃料電池出力制御手段１０を備えるよう
にしてもよく、制御信号発生手段１７は燃料電池出力制
御手段１０に対して燃料電池出力制御信号Ｓ₂を出力
し、燃料電池２の出力制御を行なうこともできる。

【００４０】また、インバータ主回路３にＤＣ／ＤＣコ
ンバータを備え、結合された電力をＤＣ／ＤＣコンバー
タ制御信号Ｓ₃によって制御することもできる。

【００４１】また、太陽電池１は複数の太陽電池アレイ
を含むようにしてもよく、燃料電池２は複数接続するこ
ともでき、燃料電池出力制御手段１０を各燃料電池ごと
に設けてもよい。

【００４２】また、系統連系インバータ１６は直流電力
計測手段６と電力比較手段８とＤＣ／ＤＣコンバータ１
１と制御信号発生手段１７をそれぞれ独立して外部に設
けるようにしてもよい。

【００４３】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、逆潮
流を行なわない直流電力供給手段の出力電力の合計と交
流負荷の消費電力とを直接もしくは間接的に計測し、そ
の計測値を電力比較手段において比較し、その比較結果
をもとに逆潮流を行なわない直流電力供給手段の出力の
合計が交流負荷の消費電力より大きくならないように、
逆潮流を行なわない直流電力供給手段の出力電力を制御
することができる。

【００４５】これによって、逆潮流を行なわない直流電
力供給手段は、交流負荷で消費される電力より多くの電
力の供給を行なうことなく、逆潮流を行なう電力のみを
商用系統電源に逆潮流することができる。

【００４６】さらに、複数の直流電力供給手段からの供
給電力を結合し、１つのインバータにて交流に変換する
ことができるため、装置の簡略化を図ることができる。

【００４７】また、逆潮流を行なわない直流電力供給手
段について逆潮流を行なわない直流電力供給手段の出力
が制御できない、もしくは制御に対する応答が悪い、あ
るいは制御を行なうと電力供給効率が低下するなどの場
合に、交流負荷の消費電力に応じてインバータ主回路に
入力する電力を制御することができ、システム全体とし
ての効率を下げることなく電力の供給を行なうことがで
きる。

【００４８】さらに、直流電力と交流電力の電力検出点
を複数から選択することにより、電力検出点をできるだ
け少なくするように選択でき、装置の簡略化および低コ
スト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態の分散電源システ
ムの構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示した分散電源システムの動作を説明
するためのフローチャートである。

【図３】この発明の第２の実施形態の分散電源システ
ムの構成を示すブロック図である。

【図４】従来の太陽電池および燃料電池を用いた分散
電源システムの構成を示すブロック図である。

【図５】従来の複数の太陽電池を有する分散電源シス
テムの構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１太陽電池、２燃料電池、３インバータ主回路、
５交流負荷、６，７直流電力計測手段、８電力比較
手段、９交流電力計測手段、１０燃料電池出力制御
手段、１１，１２ＤＣ／ＤＣコンバータ、１３，１
４，１５制御部、１６系統連系インバータ、１７
制御信号発生手段、２０商用系統電源、１００，２０
０分散電源システム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の直流電力供給手段を有する分散電
源システムにおいて、前記複数の直流電力供給手段のうち、商用系統電源への
逆潮流を行なわない直流電力供給手段の出力電力の合計
と交流負荷の消費電力とを比較する電力比較手段と、前記電力比較手段の比較出力に基づいて、前記逆潮流を
行なわない各直流電力供給手段の出力電力の合計が前記
交流負荷の消費電力より大きくならないように、該逆潮
流を行なわない直流電力供給手段の出力を制御する出力
制御手段とを備えた、分散電源システム。
【請求項２】さらに、前記逆潮流を行なわない直流電
力供給手段の出力に接続され、前記直流電力供給手段か
ら出力される電力を所定の電力に調整する電力調整手段
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の分散電源シ
ステム。
【請求項３】前記逆潮流を行なわない直流電力供給手
段の出力電力の合計を計測する第１の計測手段および前
記交流負荷の消費電力を計測する第２の計測手段と、逆潮流を行なう直流電力供給手段の出力電力の合計を計
測する第３の計測手段および前記商用系統電源への逆潮
流電力を計測する第４の計測手段とのいずれか一方を備
え、前記電力比較手段は各計測手段からの計測値を用いて前
記逆潮流を行なわない各直流電力供給手段の出力電力の
合計と前記交流負荷の消費電力との比較を行なうことを
特徴とする、請求項１または２に記載の分散電源システ
ム。