JP2010068652A

JP2010068652A - 直流給電システム及び蓄電装置

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Publication number: JP2010068652A
Application number: JP2008233560A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Ise; 敏史伊瀬; Hiroaki Kakigano; 浩明柿ヶ野; Toshishige Momose; 敏成百瀬; Hideki Hayakawa; 秀樹早川
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP5297127B2

Abstract

【課題】商用電力系統の停電時及び非停電時の何れにおいても、蓄電装置を用いて直流母線の電圧維持を行うことができる直流給電システムを提供する。
【解決手段】制御手段１４は、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たす場合において、直流母線４の電圧が連系時基準電圧になるように整流器２の作動を制御すると共に、直流母線４の電圧が連系時基準電圧より大きい連系時上限電圧以上であるとき蓄電装置１を充電作動させ、及び、直流母線４の電圧が連系時基準電圧より小さい連系時下限電圧以下であるとき蓄電装置１を放電作動させ、並びに、商用電力系統３の電圧が所定の正常運転条件を満たさない場合において、整流器２の作動を停止させると共に、直流母線４の電圧が自立運転時基準電圧より大きいとき蓄電装置１を充電作動させ、及び、直流母線４の電圧が自立運転時基準電圧より小さいとき蓄電装置１を放電作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電力消費ユニット及び複数の電力供給ユニットが共通して接続され、及び、商用電力系統が整流器を介して接続されている直流母線を備える直流給電システム及びそのような直流給電システムで用いられる蓄電装置に関する。

複数の電力消費ユニット及び複数の電力供給ユニットが共通して接続され、及び、商用電力系統が整流器を介して接続されている直流母線を備える直流給電システムにおいて、その直流母線に蓄電装置を接続したものがある。例えば、特許文献１に記載の直流給電システムでは、直流母線の電圧は、整流器を介して接続される商用電力系統からの電力、及び、蓄電装置からの電力を用いて一定電圧（直流電圧Ｖｄｃ）に維持される。具体的には、整流器が制御目標とする直流母線の電圧と、蓄電装置が制御目標とする直流母線の電圧とは同じである。

特開２００５−２２４００９号公報（図１、段落００１０）

特許文献１に記載の直流給電システムでは、直流母線が整流器を介して商用電力系統に連系されているときにも、蓄電装置は、整流器と同様に直流母線の電圧を維持する役割を担っている。蓄電装置をこのように運用している場合、蓄電装置は、直流母線の電圧維持を主目的に動作しているため、その充電率が適正な値に維持されているとは限らない。そのため、商用電力系統に停電が発生すると、直流母線の電圧を維持する役割を蓄電装置のみが担わなければならないが、充電率が適正ではない場合にはその役割を果たすことはできない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、商用電力系統の停電時及び非停電時の何れにおいても、蓄電装置を用いて直流母線の電圧維持を行うことができる直流給電システム及びそのような直流給電システムで用いられる蓄電装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る直流給電システムの特徴構成は、直流母線に対して共通して接続される、複数の電力消費ユニット、複数の電力供給ユニット及び蓄電装置と、商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して前記直流母線に供給する整流器と、前記蓄電装置及び前記整流器の作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記商用電力系統の電圧が、前記商用電力系統から直流母線に対して充分な電力を供給できるか否かを判定するための正常運転条件を満たす場合において、前記直流母線の電圧が連系時基準電圧になるように前記整流器の作動を制御すると共に、前記直流母線の電圧が前記連系時基準電圧より大きい連系時上限電圧以上であるとき前記蓄電装置を充電作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記連系時基準電圧より小さい連系時下限電圧以下であるとき前記蓄電装置を放電作動させ、並びに、
前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たさない場合において、前記整流器の作動を停止させると共に、前記直流母線の電圧が自立運転時基準電圧より大きいとき前記蓄電装置を充電作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記自立運転時基準電圧より小さいとき前記蓄電装置を放電作動させるように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、商用電力系統から正常に電力が供給されることで商用電力系統の電圧が正常運転条件を満たしているとき、整流器を作動させることで直流母線の電圧を連系時基準電圧に制御できる。また、電力消費ユニットによる負荷が、整流器を介して供給される電力と運転中の電力供給ユニットから供給される電力とでは賄いきれないほど急激に増大した場合、或いは、電力消費ユニットによる負荷が電力供給ユニットから供給される電力以下まで急激に減少した場合等により、直流母線の電圧が連系時上限電圧以上及び連系時下限電圧以下になると、蓄電装置を充電作動又は放電作動させることで、直流母線の電圧を連系時上限電圧又は連系時下限電圧に制御できる。つまり、整流器を用いて直流母線の電圧を連系時基準電圧に制御させつつ、蓄電装置を用いて直流母線の電圧が連系時上限電圧より大きくなること又は連系時下限電圧より小さくなることを抑制している。
一方で、商用電力系統から正常に電力が供給されないとき、蓄電装置を充電作動又は放電作動させることで、直流母線の電圧を自立運転時基準電圧に制御できる。
従って、商用電力系統の停電時及び非停電時の何れにおいても、蓄電装置を用いて直流母線の電圧維持を行うことができる直流給電システムを提供できる。

本発明に係る直流給電システムの別の特徴構成は、前記自立運転時基準電圧は、前記連系時下限電圧以上及び前記連系時上限電圧以下である点にある。

上記特徴構成によれば、停電などで商用電力系統から正常に電力が供給されないときであっても、直流母線の電圧を、商用電力系統から正常に電力が供給されているときと同程度の範囲の電圧（つまり、連系時下限電圧以上及び連系時上限電圧以下の電圧）に制御することができる。

本発明に係る直流給電システムの別の特徴構成は、前記制御手段は、前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たし、且つ、前記直流母線の電圧が前記連系時下限電圧より大きく且つ前記連系時上限電圧より小さい場合において、前記蓄電装置の蓄電量が設定下限値より小さくなると前記蓄電装置を充電作動に切り換え、前記蓄電装置の蓄電量が設定上限値より大きくなると前記蓄電装置を放電作動に切り換える点にある。

上記特徴構成によれば、商用電力系統から正常に電力が供給されることで商用電力系統の電圧が正常運転条件を満たしているとき、直流母線の電圧が上記連系時下限電圧より大きく且つ上記連系時上限電圧より小さい場合には、整流器によって直流母線の電圧の維持が適切に行われているので、蓄電装置は直流母線の電圧維持を行うために作動しなくてよい。よって、制御部は、蓄電装置の蓄電量が設定下限値より小さくなると蓄電装置を充電作動に切り換え、蓄電装置の蓄電量が設定上限値より大きくなると蓄電装置を放電作動に切り換えることで、蓄電装置の蓄電量を設定下限値以上且つ設定上限の間に保つことができる。その結果、その後に商用電力系統に停電が発生したとしても、蓄電装置を用いて直流母線の電圧を維持することができる。

本発明に係る直流給電システムの別の特徴構成は、前記複数の電力供給ユニットが、設定最小出力と設定最大出力との間での運転状態又は停止状態に制御される複数の発電装置であり、
前記制御手段は、前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たさない場合において、
前記蓄電装置を充電作動させるとき、前記複数の発電装置の合計電力供給量が前記設定最大出力以下の量だけ前記複数の電力消費ユニットの合計電力消費量よりも大きくなるように、前記発電装置の運転台数を制御し、及び、
前記蓄電装置を放電作動させるとき、前記複数の発電装置の合計電力供給量が前記発電装置の前記設定最大出力以下の量だけ前記複数の電力消費ユニットの合計電力消費量よりも小さくなるように、前記発電装置の運転台数を制御する点にある。

上記特徴構成によれば、合計電力消費量と合計電力供給量との差、即ち、充放電量が、発電装置の設定最大出力以下となるように、発電装置の運転台数が調整される。その結果、蓄電ユニットの過剰な充放電を回避できる。

上記目的を達成するための本発明に係る蓄電装置の特徴構成は、複数の電力消費ユニット及び複数の電力供給ユニットが共通して接続され、及び、商用電力系統が整流器を介して接続されている直流母線を備える直流給電システムにおいて、前記直流母線に接続される蓄電部と、前記直流母線から前記蓄電部への充電作動及び前記蓄電部から前記直流母線への放電作動を制御する制御手段とを備える蓄電装置であって、
前記整流器は、前記商用電力系統の電圧が正常運転条件を満たす場合において前記直流母線の電圧が連系時基準電圧になるように動作し、及び、前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たさない場合において動作を停止し、
前記制御手段は、
前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たす場合において、前記直流母線の電圧が前記連系時基準電圧より大きい連系時上限電圧以上であるとき前記蓄電部を充電作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記連系時基準電圧より小さい連系時下限電圧以下であるとき前記蓄電部を放電作動させ、並びに、
前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たさない場合において、前記直流母線の電圧が自立運転時基準電圧より大きいとき前記蓄電部を充電作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記自立運転時基準電圧より小さいとき前記蓄電部を放電作動させる点にある。

上記特徴構成によれば、整流器が直流母線の電圧を連系時基準電圧に制御しているとき、電力消費ユニットによる負荷が、整流器を介して供給される電力と運転中の電力供給ユニットから供給される電力とでは賄いきれないほど急激に増大した場合、或いは、電力消費ユニットによる負荷が電力供給ユニットから供給される電力以下まで急激に減少した場合等により、直流母線の電圧が連系時上限電圧以上及び連系時下限電圧以下になると、蓄電装置を充電作動又は放電作動させることで、直流母線の電圧を連系時上限電圧又は連系時下限電圧に制御できる。つまり、直流母線の電圧を連系時基準電圧に制御する役割は整流器が担っている間、蓄電装置を用いて直流母線の電圧が連系時上限電圧より大きくなること又は連系時下限電圧より小さくなることを抑制している。
一方で、商用電力系統から正常に電力が供給されないとき、蓄電装置を充電作動又は放電作動させることで、直流母線の電圧を自立運転時基準電圧に制御できる。
従って、商用電力系統の停電時及び非停電時の何れにおいても、直流母線の電圧維持を行うことができる蓄電装置を提供できる。

本発明に係る蓄電装置の別の特徴構成は、前記自立運転時基準電圧は、前記連系時下限電圧以上及び前記連系時上限電圧以下である点にある。

本発明に係る蓄電装置の別の特徴構成は、前記制御手段は、前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たし、且つ、前記直流母線の電圧が前記連系時下限電圧より大きく且つ前記連系時上限電圧より小さい場合において、前記蓄電部の蓄電量が設定下限値より小さくなると前記蓄電部を充電作動に切り換え、前記蓄電部の蓄電量が設定上限値より大きくなると前記蓄電部を放電作動に切り換える点にある。

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態の直流給電システム及びその直流給電システムで用いられる蓄電装置について説明する。
図１は、第１実施形態の直流給電システムＳ１の構成を説明する図である。図示するように、直流給電システムＳ１は、直流母線４に対して共通して接続される、複数の電力消費ユニットとしての電力消費装置１２、１３、複数の電力供給ユニットとしての発電装置９及び蓄電装置１と、商用電力系統３から供給される交流電力を直流電力に変換して直流母線４に供給する整流器２と、蓄電装置１及び整流器２の作動を制御する制御手段１４とを備える。整流器２は遮断器５を介して商用電力系統３に接続されている。本実施形態では、電力消費ユニットが、交流負荷としての電力消費装置１２と、直流負荷としての電力消費装置１３とで構成される場合を例示する。電力消費装置１２は、インバータ１１を介して直流母線４に接続されて交流電力の供給を受ける。電力消費装置１３は、直流母線４に接続されて直流電力の供給を受ける。

発電装置９は、直流発電装置又は交流発電装置を用いて構成される。直流発電装置としては、燃料電池などがある。また、交流発電装置としては、ガスエンジンの駆動力を用いたガスエンジン発電装置などがある。発電装置９が直流発電装置の場合、その発電装置９はＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換器８を介して直流母線４に接続される。発電装置９が交流発電装置の場合、その発電装置は整流器などの電力変換器８を介して直流母線４に接続される。

上記燃料電池及び上記ガスエンジン発電装置は何れも、熱と電気とを併せて発生させることのできる熱電併給装置である。本実施形態では、発電装置９として上記燃料電池及び上記ガスエンジン発電装置を用いた場合を想定しているので、発電装置９から供給される熱を消費する熱消費装置１０を設けている。熱消費装置１０としては、給湯装置や暖房装置などがある。また、発電装置９から回収した熱エネルギを湯水の形態で貯蔵する貯湯装置を熱消費装置１０の一例として考えることもできる。

蓄電装置１は、化学電池とキャパシタとフライホイールとのうちの少なくとも一つを備えて構成される。本実施形態では、蓄電装置１としての電気二重層キャパシタ１ｂ（ＥＤＬＣ）がＤＣ／ＤＣコンバータ１ａを介して直流母線４に接続された構成を例示する。よって、蓄電装置１の蓄電量は、そのキャパシタ１ｂの出力端子間電圧（以下、「キャパシタ電圧：Ｖ_EDLC」と表記することもある）に相当する。

本実施形態において、直流給電システムＳ１の制御目標は、電力消費装置１２、１３に対して充分な電力を供給することである。よって、制御手段１４は、直流母線４の電圧が適正な値になるように、少なくとも蓄電装置１及び整流器２の作動を制御する。

次に、図２〜図４に示すフローチャートを参照して、制御手段１４による、蓄電装置１、整流器２及び発電装置９の作動制御について説明する。図２は、商用電力系統３が正常であるか否かに応じて、直流給電システムＳ１を連系運転モード又は自立運転モードに切り換えるときの制御を示すフローチャートである。図３は、上記連系運転モードのときに直流給電システムＳ１で実施される制御のフローチャートであり、図４は、上記自立運転モードのときに直流給電システムＳ１で実施される制御のフローチャートである。

図２に示すように、工程＃１０において制御手段１４は、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たしているか否かを判定する。正常運転条件は、商用電力系統３から直流母線４に対して充分な電力を供給できるか否かを判定するための条件である。本実施形態では、制御手段１４は、電圧計６を用いて商用電力系統３の電圧を監視する。そして、制御手段１４は、商用電力系統３の電圧が所定の判定電圧以上に維持される期間が交流電圧の２周期分継続した場合には上記正常運転条件を満たすと判定し、工程＃２０に移行して後述する連系運転モード制御で直流給電システムＳ１の作動を制御する。一方で、制御手段１４は、商用電力系統３の電圧が上記判定電圧より低い期間が交流電圧の２周期分継続した場合には上記正常運転条件を満たさないと判定し、工程＃３０に移行して後述する自立運転モード制御で直流給電システムＳ１の作動を制御する。また、制御手段１４は、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たさなくなると遮断器５を解列作動させることもできる。

〔連系運転モード制御〕
制御手段１４は、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たしているとき、即ち、商用電力系統３から直流母線４に対して充分な電力を供給できるとき、図３に例示する連系運転モード制御で直流給電システムＳ１の作動を制御する。以下、図３を参照して、連系運転モード制御について説明する。

連系運転モード制御が行われているとき、制御手段１４は、発電装置９に対して、各熱消費装置１０の熱需要に見合った熱量を発生するような運転を許容している。つまり、各発電装置９から直流母線４に供給される電力は制御されておらず様々である。但し、制御手段１４は、連系運転モード制御において、直流母線４の電圧が連系時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}になるように整流器２の作動を制御する。よって、各発電装置９の運転状態に拘わらず、直流母線４の電圧は連系時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}から大きく外れることはない。

しかし、電力消費装置１２、１３における消費電力の急上昇又は急低下、或いは、発電装置９における発電電力の急上昇又は急低下が発生すると、整流器２における電圧制御が間に合わず、直流母線電圧：Ｖ_DCが連系時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}から大きく外れる可能性がある。よって、制御手段１４は、工程＃２１において、直流母線４の電圧を計測する電圧計７の監視結果を参照して、直流母線電圧：Ｖ_DCの値を確認する。
そして、制御手段１４は、直流母線電圧：Ｖ_DCが連系時下限電圧：Ｖ_{DC_LL}以下の場合には工程＃２２に移行して、キャパシタ１ｂから直流母線４へ電力を供給させる。具体的には、制御手段１４は、直流母線電圧：Ｖ_DCが連系時下限電圧：Ｖ_{DC_LL}を下回らないように、キャパシタ１ｂを放電モードで作動させる。
一方で、制御手段１４は、直流母線電圧：Ｖ_DCが連系時上限電圧：Ｖ_{DC_UL}以上の場合には工程＃２３に移行して、キャパシタ１ｂによって直流母線４から電力を回収させる。具体的には、制御手段１４は、直流母線電圧：Ｖ_DCが連系時上限電圧：Ｖ_{DC_UL}を上回らないように、キャパシタ１ｂを充電モードで作動させる。
制御手段１４が上述のような制御を行うことで、直流母線電圧：Ｖ_DCが、少なくとも、連系時下限電圧：Ｖ_{DC_LL}より大きく、且つ、連系時上限電圧：Ｖ_{DC_UL}より小さい範囲で安定する。但し、本実施形態において、Ｖ_{DC_LL}＜Ｖ_{DC_ref}＜Ｖ_{DC_UL}である。

制御手段１４は、工程＃２１において、直流母線電圧：Ｖ_DCが、連系時下限電圧：Ｖ_{DC_LL}より大きく、且つ、連系時上限電圧：Ｖ_{DC_UL}より小さい範囲にあると判定したとき、工程＃２４に移行する。ここで、直流母線電圧：Ｖ_DCが、連系時下限電圧：Ｖ_{DC_LL}より大きく、且つ、連系時上限電圧：Ｖ_{DC_UL}より小さい範囲にあるということは、整流器２による直流母線４の電圧制御が確実に行われており、直流母線４の電圧制御にキャパシタ１ｂを運用する必要がないことを意味している。よって、制御手段１４は、直流母線４の電圧制御とは無関係に、キャパシタ１ｂの充電量を適当な範囲内（設定下限値：Ｖ_{IC_LL}以上且つ設定上限値：Ｖ_{IC_UL}以下）に維持することを目的としてキャパシタ１ｂを充電又は放電させる。つまり、制御手段１４は、直流母線４の電圧が急変動したとしても、その際に蓄電装置１を運用することで直流母線４の電圧を適正に保つことができるように、キャパシタ電圧Ｖ_EDLCが設定下限電圧値Ｖ_{IC_LL}以上且つ設定上限電圧値Ｖ_{IC_UL}以下の設定電圧範囲内にあるようにする。

具体的には、制御手段１４は、工程＃２４において、電圧計（図示せず）を用いて計測されるキャパシタ電圧：Ｖ_EDLCの値を検証する。そして、制御手段１４は、キャパシタ電圧：Ｖ_EDLCが設定下限値：Ｖ_{IC_LL}よりも小さくなると、工程＃２５に移行して、キャパシタ１ｂが充電作動するように充電モードに切り換える。一方で、制御手段１４は、キャパシタ電圧：Ｖ_EDLCが設定上限値：Ｖ_{IC_LL}よりも大きくなると、工程＃２６に移行して、キャパシタ１ｂが放電作動するように放電モードに切り換える。制御手段１４は、キャパシタ電圧：Ｖ_EDLCが設定下限値：Ｖ_{IC_LL}以上且つ設定上限値：Ｖ_{IC_UL}以下であれば、モードの切り換えを行わず、現状の充電モード又は放電モードを維持する。

制御手段１４は、以上のような連系運転モード制御が終了すると、図２に示した制御フローにリターンする。そして、制御手段１４は、図２に示した制御フローで、再度、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たしているか否かの判定を行う。

〔自立運転モード制御〕
制御手段１４は、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たしていないとき、即ち、商用電力系統３から直流母線４に対して充分な電力を供給できないとき、図４に例示する自立運転モード制御で直流給電システムＳ１の作動を制御する。以下、図４を参照して、自立運転モード制御について説明する。

この場合、直流母線４に対して商用電力系統３から電力は供給されないので、整流器２が直流母線電圧：Ｖ_DCを連系時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}とするように制御することはできない。よって、制御手段１４は、キャパシタ１ｂから直流母線４へ放電する電力及びキャパシタ１ｂが直流母線４から充電する電力を利用して直流母線電圧：Ｖ_DCを連系時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}とするべく、キャパシタ１ｂの作動を制御する。

工程＃３１において制御手段１４は、直流母線４の電圧を計測する電圧計７の監視結果を参照して、直流母線電圧：Ｖ_DCの値を確認する。制御手段１４は、直流母線電圧：Ｖ_DCが自立運転時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}から逸脱していれば、Ｖ_DC＝Ｖ_{DC_ref}となるようにキャパシタ１ｂの充放電を制御する。具体的には、制御手段１４は、直流母線電圧：Ｖ_DCが自立運転時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}よりも小さい場合、工程＃３２に移行してＶ_DC＝Ｖ_{DC_ref}となるようにキャパシタ１ｂを放電モードで作動させる。一方で、制御手段１４は、直流母線電圧：Ｖ_DCが自立運転時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}よりも大きい場合、工程＃３３に移行してＶ_DC＝Ｖ_{DC_ref}となるようにキャパシタ１ｂを充電モードで作動させる。
本実施形態では、連系時基準電圧と自立運転時基準電圧とは、Ｖ_{DC_ref}で同じに設定されている。よって、商用電力系統３から正常に電力が供給されるときと、停電などで商用電力系統３から正常に電力が供給されないときとで、直流母線４の電圧を同じ電圧に制御することができる。但し、自立運転時基準電圧は、連系時下限電圧以上及び連系時上限電圧以下の電圧に設定されていればよい。そうすれば、停電などで商用電力系統３から正常に電力が供給されないときであっても、直流母線４の電圧を、商用電力系統３から正常に電力が供給されているときと同程度の電圧（つまり、連系時下限電圧以上及び連系時上限電圧以下の電圧）に制御することができる。

尚、直流母線４に対して商用電力系統３から充分な電力が供給されないので、発電装置９から直流母線４に供給される電力と電力消費装置１２、１３による消費電力とが大きくかけ離れていると、必然的にキャパシタ１ｂの充電量又は放電量が大きくなってしまう。そこで、制御手段１４は、自立運転モード制御において、キャパシタ１ｂからの出力（充電量又は放電量）が適切な範囲となるように、電力消費装置１２、１３及び発電装置９の少なくとも一方の作動を制御する。

具体的には、工程＃３４において制御手段１４は、キャパシタ１ｂからの出力が設定下限出力値以上且つ設定上限出力値以下の設定範囲内にあるか否かを判定する。ここで、キャパシタ１ｂからの出力は、複数の電力消費装置１２、１３の合計電力消費量から、複数の発電装置９の合計電力供給量を減算した値である。よって、キャパシタ１ｂからの出力が正の値であれば、キャパシタ１ｂから放電されていることを意味し、キャパシタ１ｂからの出力が負の値であれば、キャパシタ１ｂに充電されていることを意味する。

従って、制御手段１４は、工程＃３３で設定された充電モードでキャパシタ１ｂを作動させる場合、キャパシタ１ｂへの充電が行われるように、複数の電力消費装置１２、１３の合計電力消費量より、複数の発電装置９の合計電力供給量が大きくなるように、電力消費装置１２、１３及び発電装置９の少なくとも一方の作動を制御する。また、制御手段１４は、工程＃３２で設定された放電モードでキャパシタ１ｂを作動させる場合、キャパシタ１ｂからの放電が行われるように、複数の電力消費装置１２、１３の合計電力消費量より、複数の発電装置９の合計電力供給量が小さくなるように、電力消費装置１２、１３及び発電装置９の少なくとも一方の作動を制御する。

発電装置９は、その発電出力が可変である場合、設定最小出力と設定最大出力との間での運転状態又は停止状態に制御される。或いは、発電装置９の発電出力が可変でない場合（つまり、上述の場合において設定最小出力と設定最大出力とが同じ値であると見なす）、発電装置９は、定格出力（＝設定最小出力＝設定最大出力）での運転状態又は停止状態に制御される。
以下の説明では、発電装置９の発電出力が可変でない場合を例示する。この場合、発電装置９は、定格出力で運転されるか、或いは、停止しているかの何れかであり、発電装置９の定格出力が何れも３００Ｗである場合を例示する。よって、発電装置９のそれぞれが出力し得る電力は０Ｗ又は３００Ｗである。
従って、制御手段１４は、合計電力消費量より合計電力供給量が大きくなるようにするためには、幾つかの発電装置９を始動して、合計電力供給量を大きくすればよい。また、制御手段１４は、合計電力消費量より合計電力供給量が小さくなるようにするためには、幾つかの発電装置９を停止して、合計電力供給量を小さくすればよい。

よって、放電モードにおいて、キャパシタ１ｂからの出力Ｐ_EDLCがＰ_EDLC＞３００Ｗ（以下、簡単のため、Ｐ_EDLCの不等式において、単位Ｗを省略する）であるとき、定格出力が３００Ｗである発電装置９を１台又は複数台始動させると、キャパシタ１ｂからの出力が０≦Ｐ_EDLC≦３００になる。
また、充電モードにおいて、キャパシタ１ｂからの出力Ｐ_EDLCがＰ_EDLC＜−３００であるとき、定格出力が３００Ｗである発電装置９を１台又は複数台停止させると、キャパシタ１ｂからの出力が−３００≦Ｐ_EDLC≦０の間になる。

以上のように、工程＃３４において制御手段１４は、充電モードのときには−３００≦Ｐ_EDLC≦０であるか否かの判定を行い、放電モードのときには０≦Ｐ_EDLC≦３００であるか否かの判定を行う。制御手段１４は、Ｐ_EDLCが上限値をオーバーしているとき（即ち、充電モードにおいて０＜Ｐ_EDLCであるとき、及び、放電モードにおいてＰ_EDLC＞３００であるとき）、工程＃３７に移行する。つまり、充電モードにおいてキャパシタ１ｂへの充電量が不足しているとき、キャパシタ１ｂへの充電量を増加させるべく、発電装置９の運転台数を増加させる。また、放電モードにおいてキャパシタ１ｂからの放電量が過剰であるとき、キャパシタ１ｂからの放電量を減少させるべく、発電装置９の運転台数を増加させる。

また、制御手段１４は、Ｐ_EDLCが下限値をオーバーしているとき、（即ち、充電モードにおいてＰ_EDLC＜−３００であるとき、及び、放電モードにおいてＰ_EDLC＜０であるとき）、工程＃３５に移行する。つまり、充電モードにおいてキャパシタ１ｂへの充電量が過剰であるとき、キャパシタ１ｂへの充電量を減少させるべく、発電装置９の運転台数を減少させる。また、放電モードにおいてキャパシタ１ｂからの放電量が不足しているとき、キャパシタ１ｂからの放電量を増加させるべく、発電装置９の運転台数を減少させる。

一方で、制御手段１４は、Ｐ_EDLCが下限値及び上限値の間にあるとき（即ち、充電モードにおいて−３００≦Ｐ_EDLC≦０であるとき、及び、放電モードにおいて０≦Ｐ_EDLC≦３００であるとき）、工程＃３９に移行する。

つまり、制御手段１４は、キャパシタ１ｂ（蓄電装置１）を充電作動させるとき、発電装置９の合計電力供給量が発電装置９の定格出力（或いは、発電出力可変のときには設定最大出力）以下の量だけ電力消費装置１２、１３の合計電力消費量よりも大きくなるように発電装置９の運転台数を制御し、及び、蓄電装置１を放電作動させるとき、発電装置９の合計電力供給量が発電装置９の定格出力（或いは、発電出力可変のときには設定最大出力）以下の量だけ電力消費装置１２、１３の合計電力消費量よりも小さくなるように、発電装置９の運転台数を制御する。
本実施形態では、制御手段１４は、発電出力が可変ではない発電装置９の定格出力が何れも３００Ｗである場合において、放電モードではキャパシタ１ｂからの出力Ｐ_EDLCが０≦Ｐ_EDLC≦３００となるように発電装置９の運転台数を制御し、充電モードでは−３００≦Ｐ_EDLC≦０となるように発電装置９の運転台数を制御している。その結果、過剰な放電や充電が行われないようにできる。

工程＃３５において制御手段１４は、少なくとも１つの発電装置９を停止可能か否かを判定する。制御手段１４は、少なくとも１つの発電装置９を停止可能であるときには工程＃３６に移行して停止させ、停止不可能であるときには工程＃３９に移行する。
工程＃３７において制御手段１４は、少なくとも１つの発電装置９を始動可能か否かを判定する。制御手段１４は、少なくとも１つの発電装置９を始動可能であるときには工程＃３８に移行して始動させ、始動不可能であるときには工程＃３９に移行する。
工程＃３９において制御手段１４は、発電装置９の運転状態を維持するべく、発電装置９の始動及び停止を新たに行わない。

また、図４のフローチャートにおいて、電力消費装置１２、１３の作動を制御することで、合計電力消費量より合計電力供給量が小さくなるように、又は、合計電力消費量より合計電力供給量が大きくなるようにしてもよい。その場合、工程＃３５〜工程＃３９において、発電装置９の稼動状態はそのままで、電力消費装置１２、１３の消費電力を変更するように改変すればよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の直流給電システムは、蓄電装置及び整流器のそれぞれが自立して作動を制御するように構成されている点で、第１実施形態に示した直流給電システムと異なっている。以下に、第２実施形態の直流給電システム及び蓄電装置の構成について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図５は、第２実施形態の直流給電システムＳ２の構成を説明する図である。
本実施形態において、整流器２は、整流回路２ａと制御手段２ｂとを備える。この制御手段２ｂは、整流器２の作動のみを独立して制御する。具体的には、制御手段２ｂは、電圧計６及び電圧計７の計測結果を参照して、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たす場合において直流母線４の電圧：Ｖ_DCが連系時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}になるように整流回路２ａを作動させ、及び、商用電力系統３の電圧が所定の正常運転条件を満たさない場合において整流回路２ａの作動を停止させる。
つまり、整流器２は、商用電力系統３から直流母線４に対して充分な電力を供給できるとき、商用電力系統３から供給される電力を利用して、直流母線４の電圧：Ｖ_DCを連系時基準電圧：Ｖ_{DC_ref}とするように整流回路２ａの作動を制御する。一方で、整流器２は、商用電力系統３から直流母線４に対して充分な電力を供給できないとき作動を停止する。
整流器２の制御手段２ｂが行う、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たすか否かの判定については、第１実施形態と同様である。

蓄電装置１は、蓄電部としてのキャパシタ１ｂがＤＣ／ＤＣコンバータ１ａを介して直流母線４に接続された構成であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ａの作動は蓄電装置１が備える制御手段１ｃによって制御される。つまり、制御手段１ｃがＤＣ／ＤＣコンバータ１ａの作動を制御することで、キャパシタ１ｂの充電作動及び放電作動が制御される。この制御手段１ｃは、電圧計６及び電圧計７の計測結果を参照して、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たす場合において、直流母線４の電圧が連系時基準電圧より大きい連系時上限電圧以上であるときキャパシタ１ｂを充電作動させ、及び、直流母線４の電圧が連系時基準電圧より小さい連系時下限電圧以下であるときキャパシタ１ｂを放電作動させる。また、制御手段１ｃは、商用電力系統３の電圧が所定の正常運転条件を満たさない場合において、直流母線４の電圧が自立運転時基準電圧より大きいときキャパシタ１ｂを充電作動させ、及び、直流母線４の電圧が自立運転時基準電圧より小さいときキャパシタ１ｂを放電作動させる。
蓄電装置１の制御手段１ｃが行う、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たすか否かの判定、及び、連系時基準電圧と自立運転時基準電圧との関係については、第１実施形態と同様である。

加えて、蓄電装置１が備える制御手段１ｃは、商用電力系統３の電圧が正常運転条件を満たし、且つ、直流母線４の電圧が連系時下限電圧より大きく且つ連系時上限電圧より小さい場合において、キャパシタ１ｂの蓄電量が設定下限値より小さくなるとキャパシタ１ｂを充電作動に切り換え、キャパシタ１ｂの蓄電量が設定上限値より大きくなるとキャパシタ１ｂを放電作動に切り換える。

直流給電システムＳ２の制御手段１５は、蓄電装置１の制御手段１ｃ及び整流器２の制御手段２ｂと連係して動作することもできる。例えば、直流給電システムＳ２の制御手段１５は、蓄電装置１が充電モードでキャパシタ１ｂを作動させている場合、キャパシタ１ｂへの充電が行われるように、複数の電力消費装置１２、１３の合計電力消費量より、複数の発電装置９の合計電力供給量が大きくなるように、電力消費装置１２、１３及び発電装置９の少なくとも一方の作動を制御する。また、制御手段１５は、蓄電装置１が放電モードでキャパシタ１ｂを作動させる場合、キャパシタ１ｂからの放電が行われるように、複数の電力消費装置１２、１３の合計電力消費量より、複数の発電装置９の合計電力供給量が小さくなるように、電力消費装置１２、１３及び発電装置９の少なくとも一方の作動を制御する。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、商用電力系統が正常であるか否かの判定基準（正常運転条件）は適宜変更できる。

＜２＞
上記実施形態において、自立運転時基準電圧を、連系時基準電圧よりも低い電圧に設定することで、停電などで商用電力系統３から正常に電力が供給されないときの直流母線の電圧を低く維持して、蓄電装置の放電を長続きさせることができる。

＜３＞
上記実施形態において、電力消費装置、発電装置及び蓄電装置の数は適宜変更できる。また、１つの電力消費ユニット、電力供給ユニット及び蓄電ユニットは、それぞれ１台の電力消費装置、発電装置及び蓄電装置で構成されている場合や、複数台の電力消費装置、発電装置及び蓄電装置で構成されている場合などがある。或いは、１台の発電装置の電力供給量を設定出力毎にステップ状に変化させることで複数台の発電装置の動作を模擬し、見かけ上、複数の電力供給ユニットを１台の発電装置で構成することもできる。

本発明に係る直流給電システム及び蓄電装置は、直流母線の電圧を適正に維持して、電力消費装置に対して充分な電力を供給するために利用できる。

第１実施形態の直流給電システムの構成を説明する図直流給電システムを連系運転モード又は自立運転モードに切り換えるときの制御を示すフローチャート連系運転モードのときに直流給電システムで実施される制御のフローチャート自立運転モードのときに直流給電システムで実施される制御のフローチャート第２実施形態の直流給電システムの構成を説明する図

符号の説明

１蓄電装置
１ｃ制御手段
１ｂ蓄電部（キャパシタ）
２整流器
３商用電力系統
４直流母線
９発電装置（電力供給ユニット）
１２、１３電力消費装置（電力消費ユニット）
１４制御手段
Ｓ１、Ｓ２直流給電システム

Claims

直流母線に対して共通して接続される、複数の電力消費ユニット、複数の電力供給ユニット及び蓄電装置と、商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して前記直流母線に供給する整流器と、前記蓄電装置及び前記整流器の作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記商用電力系統の電圧が、前記商用電力系統から直流母線に対して充分な電力を供給できるか否かを判定するための正常運転条件を満たす場合において、前記直流母線の電圧が連系時基準電圧になるように前記整流器の作動を制御すると共に、前記直流母線の電圧が前記連系時基準電圧より大きい連系時上限電圧以上であるとき前記蓄電装置を充電作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記連系時基準電圧より小さい連系時下限電圧以下であるとき前記蓄電装置を放電作動させ、並びに、
前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たさない場合において、前記整流器の作動を停止させると共に、前記直流母線の電圧が自立運転時基準電圧より大きいとき前記蓄電装置を充電作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記自立運転時基準電圧より小さいとき前記蓄電装置を放電作動させるように構成されている直流給電システム。
前記自立運転時基準電圧は、前記連系時下限電圧以上及び前記連系時上限電圧以下である請求項１記載の直流給電システム。
前記制御手段は、前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たし、且つ、前記直流母線の電圧が前記連系時下限電圧より大きく且つ前記連系時上限電圧より小さい場合において、前記蓄電装置の蓄電量が設定下限値より小さくなると前記蓄電装置を充電作動に切り換え、前記蓄電装置の蓄電量が設定上限値より大きくなると前記蓄電装置を放電作動に切り換える請求項１又は２記載の直流給電システム。
前記複数の電力供給ユニットが、設定最小出力と設定最大出力との間での運転状態又は停止状態に制御される複数の発電装置であり、
前記制御手段は、前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たさない場合において、
前記蓄電装置を充電作動させるとき、前記複数の発電装置の合計電力供給量が前記発電装置の前記設定最大出力以下の量だけ前記複数の電力消費ユニットの合計電力消費量よりも大きくなるように、前記発電装置の運転台数を制御し、及び、
前記蓄電装置を放電作動させるとき、前記複数の発電装置の合計電力供給量が前記発電装置の前記設定最大出力以下の量だけ前記複数の電力消費ユニットの合計電力消費量よりも小さくなるように、前記発電装置の運転台数を制御する請求項３記載の直流給電システム。
複数の電力消費ユニット及び複数の電力供給ユニットが共通して接続され、及び、商用電力系統が整流器を介して接続されている直流母線を備える直流給電システムにおいて、前記直流母線に接続される蓄電部と、前記直流母線から前記蓄電部への充電作動及び前記蓄電部から前記直流母線への放電作動を制御する制御手段とを備える蓄電装置であって、
前記整流器は、前記商用電力系統の電圧が、前記商用電力系統から直流母線に対して充分な電力を供給できるか否かを判定するための正常運転条件を満たす場合において前記直流母線の電圧が連系時基準電圧になるように動作し、及び、前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たさない場合において動作を停止し、
前記制御手段は、
前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たす場合において、前記直流母線の電圧が前記連系時基準電圧より大きい連系時上限電圧以上であるとき前記蓄電部を充電作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記連系時基準電圧より小さい連系時下限電圧以下であるとき前記蓄電部を放電作動させ、並びに、
前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たさない場合において、前記直流母線の電圧が自立運転時基準電圧より大きいとき前記蓄電部を充電作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記自立運転時基準電圧より小さいとき前記蓄電部を放電作動させる蓄電装置。
前記自立運転時基準電圧は、前記連系時下限電圧以上及び前記連系時上限電圧以下である請求項５記載の蓄電装置。
前記制御手段は、前記商用電力系統の電圧が前記正常運転条件を満たし、且つ、前記直流母線の電圧が前記連系時下限電圧より大きく且つ前記連系時上限電圧より小さい場合において、前記蓄電部の蓄電量が設定下限値より小さくなると前記蓄電部を充電作動に切り換え、前記蓄電部の蓄電量が設定上限値より大きくなると前記蓄電部を放電作動に切り換える請求項５又は６記載の蓄電装置。