JP2013085459A - 電力貯蔵システムおよびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のインバータが並列に備えられ、負荷の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）に応じて前記インバータを選択的に駆動することにより、システムの消費電力を低減し、インバータの効率を高める電力貯蔵システムおよび制御方法を提供する。
【解決手段】交流電力を負荷に提供する電力貯蔵システムにおいて、直流電力を提供するバッテリと、前記直流電力を交流電力に変換し、前記バッテリと負荷との間に並列に連結された複数のインバータと、前記負荷の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）に応じて前記インバータを選択的に駆動する制御器とが含まれることを特徴とする電力貯蔵システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力貯蔵システムおよびその制御方法に関する。
環境破壊、資源枯渇などが問題になるにつれ、電力を貯蔵し、貯蔵された電力を効率的に活用できるシステムへの関心が高まっている。また、これと共に、太陽光、風力、潮力などの無限に供給される天然資源を利用し、発電過程で公害を誘発しない新再生エネルギーが重要性を増している。
電力貯蔵システムは、このような新再生エネルギー、電力を貯蔵するバッテリ、そして、既存の系統電力を連係させるシステムであって、最近の環境変化に合わせて多くの研究開発が行われている。
大韓民国特許公開第２０１１−００６８１８０号 大韓民国特許公開第２０１１−００７２９１１号 大韓民国特許公開第２０１１−００３６７９２号
本発明の実施形態は、電力貯蔵システムに関し、特に、より効率的な電力の出力のために複数のインバータを用いる電力貯蔵システムおよびその駆動方法に関する。
従来の電力貯蔵システムは、１つのシステムに対して定格容量（ｒａｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ）を備えた１つのインバータのみを備え、容量に応じて電流を制限して出力するシステムであって、一例として、３ｋＷシステムの場合、１つのインバータで負荷の消費電力（ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）に応じて無負荷から３ｋＷまで出力しなければならないが、これは、負荷が低い場合、効率が低下し、システム素子の電力使容量が多くなるという欠点があった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、システムの消費電力を低減し、インバータの効率を高める電力貯蔵システムおよび制御方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、交流電力を負荷に提供する電力貯蔵システムにおいて、直流電力を提供するバッテリと、前記直流電力を交流電力に変換し、前記バッテリと負荷との間に並列に連結された複数のインバータと、前記負荷の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）に応じて前記インバータを選択的に駆動する制御器とが含まれることを特徴とする電力貯蔵システムが提供される。
前記複数のインバータそれぞれとバッテリとの間に位置し、当該複数のインバータにそれぞれ連結され、前記複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータを選択的に直流電力に連結させる複数のスイッチがさらに含まれ、前記制御器は、前記負荷の要求電力に応じて前記少なくとも１つのスイッチを制御してもよい。
前記制御器は、前記負荷の要求電力に対する情報を受信する負荷情報受信部と、前記受信された情報に対応して、前記複数のインバータのうちの少なくとも１つを選択するように前記複数のスイッチを制御するスイッチ制御部とが含まれてもよい。
前記制御器は、前記選択された少なくとも１つのインバータに対する駆動電力の提供を制御してもよい。
前記負荷の要求電力を測定し、前記測定された負荷の要求電力を前記制御器に提供する電力測定部がさらに備えられていてもよい。
前記負荷の要求電力を予測する電力予測部がさらに備えられていてもよい。
前記制御器は、前記インバータを選択的に駆動するために、少なくとも１つの基準値と前記負荷の要求電力とを比較し、前記比較結果に基づいて選択的に駆動する少なくとも１つのインバータを決定してもよい。
前記少なくとも１つの基準値を超える負荷量も、前記選択された少なくとも１つのインバータの定格容量の和より小さくてもよい。
前記複数のインバータは、すべて同一の定格容量を有し、前記負荷の要求電力が増加するにつれ、前記制御器によって選択するインバータの個数も増加してもよい。
前記制御器は、負荷の要求電力に対応し、かつ、インバータの個数を最小化するように制御してもよい。
前記複数のインバータは、互いに異なる定格容量を有し、前記制御器は、負荷の要求電力に対応し、かつ、定格容量の和が最小になる少なくとも１つのインバータを選択するように制御してもよい。
前記インバータは、双方向インバータで実現されてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、直流電力を提供するバッテリと、前記直流電力を交流電力に変換し、前記バッテリと負荷との間に並列に連結された複数のインバータとが含まれ、前記交流電力を負荷に提供する電力貯蔵システムの制御方法において、前記負荷の要求電力に応じて前記複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータが選択的に駆動されるステップが含まれることを特徴とする電力貯蔵システムの制御方法が提供される。
前記電力貯蔵システムは、前記複数のインバータそれぞれとバッテリとの間に位置し、当該複数のインバータにそれぞれ連結され、前記複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータを選択的に直流電力に連結させる複数のスイッチがさらに含まれ、
前記インバータが選択的に駆動されることは、前記負荷の要求電力に応じて前記少なくとも１つのスイッチが制御されることによってもよい。
前記負荷の要求電力を測定するステップがさらに含まれてもよい。
前記負荷の要求電力を予測するステップがさらに含まれてもよい。
前記インバータを選択的に駆動するために、少なくとも１つの基準値と前記負荷の要求電力とを比較するステップと、前記比較結果に基づいて選択的に駆動する少なくとも１つのインバータを決定するステップとがさらに含まれてもよい。
前記複数のインバータは、すべて同一の定格容量を有し、前記負荷の要求電力が増加するにつれ、前記選択されるインバータの個数も増加してもよい。
前記負荷の要求電力に対応し、かつ、インバータの個数を最小化するように制御されてもよい。
前記複数のインバータは、互いに異なる定格容量を有し、前記負荷の要求電力に対応し、かつ、定格容量の和が最小になる少なくとも１つのインバータが選択されるように制御されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、複数のインバータが備えられ、負荷の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）に応じて並列に連結された前記複数のインバータを選択的に駆動し、それぞれの出力を最大に利用することにより高い効率を実現することができ、システムの消費電力を負荷に応じて可変するため、全体的なシステムの消費電力を低減することが可能である。
本発明の実施形態にかかる電力貯蔵システムの構成を示すブロック図である。 図１に示された制御器の構成を概略的に示すブロック図である。 図１に示された実施形態にかかる電力貯蔵システムの制御方法を示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１は、本発明の実施形態にかかる電力貯蔵システムの構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示された制御器の構成を概略的に示すブロック図である。
ただし、各構成モジュールは、例示したものに限定されず、当業者が設計変更できる範囲内で多様になり得る。
図１を参照すれば、本発明の実施形態にかかる電力貯蔵システム１は、発電システム２、系統３と連係して負荷４に電力を供給する。
発電システム２は、エネルギー源、一例として、再生可能なエネルギー源を用いて電力を生産するシステムである。発電システム２は、生産した電力を電力貯蔵システム１に供給する。発電システム２は、太陽光発電システム、風力発電システム、潮力発電システムなどであり得、その他、太陽熱や地熱などの新再生エネルギーを用いて電力を生産する発電システムをすべて含むことができる。
特に、太陽光を用いて電気エネルギーを生産する太陽電池は、各家庭または工場などへの設置が容易で、各家庭に分散した電力貯蔵システム１に適用するのに好適である。発電システム２は、複数の発電モジュールを並列に備えて発電モジュールごとに電力を生産することにより、大容量エネルギーシステムを構成することができる。
系統３は、発電所、変電所、送電線などを備える。系統３は、正常状態の場合、電力貯蔵システム１または負荷４に電力を供給し、電力貯蔵システム１から供給された電力を受ける。系統３が異常状態の場合、系統３から電力貯蔵システム１または負荷４への電力供給は中断され、電力貯蔵システム１から系統３への電力供給も中断される。
負荷４は、発電システム２から生産された電力、バッテリ４０に貯蔵された電力、または系統３から供給された電力を消費するものであって、例えば、家庭、工場などであり得る。この時、前記負荷４に供給される電力は、交流（ＡＣ）電力である。
電力貯蔵システム１は、発電システム２で発電した電力をバッテリ４０に貯蔵し、発電した電力を系統３に送ることができる。また、電力貯蔵システム１は、バッテリ４０に貯蔵された電力を系統３に伝達するか、系統３から供給された電力をバッテリ４０に貯蔵することができる。さらに、電力貯蔵システム１は、異常状況、例えば、系統３の停電発生時には、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）動作を行って負荷４に電力を供給することができ、系統３が正常な状態でも発電システム２が発電した電力やバッテリ４０に貯蔵されている電力を負荷４に供給することができる。
電力貯蔵システム１は、電力変換部１０と、ＤＣリンク部２０と、インバータ３０と、バッテリ４０と、バッテリ管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＢＭＳ）４１と、コンバータ５０と、系統連係器６０と、電力測定部７０と、電力予測部（Ｐｏｗｅｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）７４と、制御器８０とを含む。
この時、前記インバータ３０およびコンバータ５０は、それぞれ双方向インバータ３０および双方向コンバータ５０で実現可能であり、図１に示された実施形態では、それぞれ双方向インバータ３０および双方向コンバータ５０が備えられることを例として説明する。
また、本発明の実施形態は、前記双方向インバータ３０が並列に連結された複数の双方向インバータ３１〜３３から構成され、前記それぞれの双方向インバータ３１〜３３とＤＣリンク部２０との間に複数のスイッチ９１〜９３が備えられることを、構成上の特徴とする。
ただし、本発明の実施形態では、前記双方向インバータが第１ないし第３双方向インバータ３１、３２、３３で実現されることを説明するが、これは、一実施形態であって、本発明の実施形態がこれに限定されるものではない。
電力変換部１０は、前記発電システム２と第１ノードＮ１との間に連結され、発電システム２で生産された電力（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ）を第１ノードＮ１のＤＣ電圧に変換する役割を果たす。電力変換部１０の動作は、発電システム２で発電する電力によって変化する。例えば、発電システム２がＡＣ電圧を発電する場合、電力変換部１０は、前記ＡＣ電圧を第１ノードＮ１のＤＣ電圧に変換する。また、発電システム２でＤＣ電圧を発電する場合、前記ＤＣ電圧を第１ノードＮ１のＤＣ電圧に昇圧または減圧する。
例えば、発電システム２が太陽発電システムの場合に、前記電力変換部１０は、太陽光による日射量の変化や太陽熱による温度の変化に応じて最大電力点を検出し、電力を生産するＭＰＰＴコンバータ（Ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であり得る。これ以外にも、電力変換部１０として、多様な種類のコンバータ（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）または整流器（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）が使用できる。
ＤＣリンク部２０は、第１ノードＮ１と双方向インバータ３０との間に連結され、第１ノードＮ１の直流リンク電圧Ｖｌｉｎｋを一定に維持させる。
発電システム２または系統３の瞬時電圧降下、負荷４におけるピーク負荷の発生などにより、第１ノードＮ１での電圧レベルが不安定になり得る。しかし、第１ノードＮ１の電圧は、双方向インバータ３０および双方向コンバータ５０の安定的な動作のために一定に維持される必要がある。このために、ＤＣリンク部２０は、例えば、アルミニウム電解キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、高圧用フィルムキャパシタ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、高圧大電流用積層チップキャパシタ（Ｍｕｌｔｉ Ｌａｙｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＭＬＣＣ）などのキャパシタが使用できる。
バッテリ４０は、発電システム２で生産された電力または系統３の電力を受けて貯蔵し、負荷４または系統３に貯蔵している電力を供給する。この時、前記バッテリ４０で供給する電力は、直流（ＤＣ）電力である。
バッテリ４０は、少なくとも１つ以上のバッテリセルからなり得、各バッテリセルは、複数のベアセルを含むことができる。このようなバッテリ４０は、多様な種類のバッテリセルで実現可能であり、例えば、ニッケル−カドミウム電池（ｎｉｋｅｌ−ｃａｄｍｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ）、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池（ＮｉＭＨ：ｎｉｃｋｅｌ ｍｅｔａｌ ｈｙｄｒｉｄｅ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウム−イオン電池（ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウムポリマー電池（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｏｌｙｍｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ）などであり得る。
バッテリ４０は、電力貯蔵システム１で要求される電力容量、設計条件などに応じてその個数を決定することができる。例えば、負荷４の消費電力が大きい場合には、複数のバッテリ４０を備えることができ、負荷４の消費電力が小さい場合には、１つのバッテリ４０のみを備えることもできる。
ＢＭＳ４１は、バッテリ４０に連結され、制御器８０の制御によってバッテリ４０の充電および放電動作を制御する。ＢＭＳ４１は、バッテリ４０を保護するために、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セルバランシング（ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）機能などを果たすことができる。このために、ＢＭＳ４１は、バッテリ４０の電圧、電流、温度、残余電力量、寿命、充電状態などをモニタリングし、関連情報を制御器８０に伝送することができる。本実施形態では、ＢＭＳ４１がバッテリ４０と分離されて備えられているが、ＢＭＳ４１とバッテリ４０とが一体となったバッテリパックで構成できることはもちろんである。
双方向コンバータ５０は、バッテリ４０から出力された電力の電圧を、双方向インバータ３０で要求する電圧レベル、つまり、直流リンク電圧ＶｌｉｎｋにＤＣ−ＤＣ変換する。また、双方向コンバータ５０は、第１ノードＮ１を介して流入する充電電力を、バッテリ４０で要求する電圧レベルにＤＣ−ＤＣ変換する。ここで、充電電力は、例えば、発電システム２で生産された電力または系統３から双方向インバータ３０を介して供給される電力である。
双方向インバータ３０は、第１ノードＮ１と負荷４または系統連係器６０が連結された第２ノードＮ２との間に備えられる電力変換器である。双方向インバータ３０は、発電システム２またはバッテリ４０から出力された直流リンク電圧Ｖｌｉｎｋを系統３の交流電圧に変換して出力する。また、双方向インバータ３０は、系統３の電力をバッテリ４０に貯蔵するために、系統３の交流電圧を整流して直流リンク電圧Ｖｌｉｎｋに変換して出力する。双方向インバータ３０は、系統３に出力される交流電圧から高調波を除去するためのフィルタを含むことができ、無効電力の発生を抑制するために、双方向インバータ３０から出力される交流電圧の位相と系統３の交流電圧の位相とを同期化させるための位相同期ループ（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路を含むことができる。その他、双方向インバータ３０は、電圧変動範囲の制限、力率改善、直流成分の除去、過渡現象（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）保護などのような機能を果たすことができる。
特に、本発明の実施形態は、前記双方向インバータ３０が、並列に連結された複数の双方向インバータ３１〜３３で実現され、前記それぞれの双方向インバータ３１〜３３とＤＣリンク部２０との間に複数のスイッチ９１〜９３が備えられることを、構成上の特徴とする。
既存の電力貯蔵システムは、前記双方向インバータが単数で備えられ、容量に応じて電流を制限して出力したが、これは、負荷の消費電力、つまり、負荷量が低い場合、インバーティング効率が低下し、システム素子の電力使容量が多くなるという欠点がある。
このような欠点を克服するために、本発明の実施形態は、既存の単数で備えられる双方向インバータを、並列に連結される複数の双方向インバータシステムで実現し、負荷４の消費電力に応じて前記インバータ３１、３２、３３を選択的に駆動することにより、それぞれの出力を最大に利用するようになって高い効率を実現することができ、システムの消費電力を負荷に応じて可変するため、全体的なシステムの消費電力を低減することができる。
ここで、前記それぞれの双方向インバータ３１、３２、３３およびスイッチ９１、９２、９３は、制御器８０によって制御されて動作するものであって、説明の便宜のために、以下では、負荷４の最大消費電力（Ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）が３ｋＷで、前記双方向インバータおよびスイッチがそれぞれ３個で実現されることを例として説明するが、本発明の実施形態がこれに限定されるものではない。
系統連係器６０は、電力系統３と双方向インバータ３０との間に連結される。系統連係器６０は、電力系統３に異常状況が発生した場合、制御器８０の制御に基づき電力貯蔵システム１と電力系統３との連係を遮断する。
系統連係器６０は、スイッチング素子で実現可能であり、接合型トランジスタ（ＢＪＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などであり得る。
図示しないが、双方向インバータ３０と負荷４との間にスイッチがさらに連結され得る。前記スイッチは、前記系統連係器６０と直列に連結され、制御器８０の制御下に負荷４に流れる電力を遮断する。前記スイッチは、接合型トランジスタ（ＢＪＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などで実現できる。
電力測定部７０は、負荷４での消費電力、つまり、負荷量を測定する。電力測定部７０は、負荷量測定のために、負荷４に印加される電圧を測定する電圧測定部７１と、負荷４に供給される電流を測定する電流測定部７２とを含んで構成され、それぞれ測定された電圧値と電流値を乗算して負荷４の消費電力を計算することができる。つまり、前記電力測定部は、前記負荷の要求電力を測定する役割を果たす。
この時、前記測定された電圧値および電流値が制御器８０に伝送されるか、または前記負荷４の消費電力、つまり、負荷量が計算されてその値が制御器８０に伝送され得る。つまり、負荷４の負荷量計算は、前記電力測定部７０または制御器８０で実行できるのである。
また、電力予測部（Ｐｏｗｅｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）７４は、負荷４での消費電力（負荷量）（ｌｏａｄ ａｍｏｕｎｔ）または負荷の要求量（ｌｏａｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）を予測する動作を行うものであって、これは、前記負荷４の電力使用データ（一例として、ここ１年間の負荷電力使用データ）をルックアップテーブル（ＬＵＴ）形態で格納し、これを通じて、負荷４での消費電力または負荷の要求量を予測することができる。つまり、前記電力予測部は、前記負荷の要求電力を予測する役割を果たす。
ただし、電力予測が要請された時、前記電力予測部は、一般的な予測負荷量対比１０％〜２０％程度の変動量を反映してより柔軟に対処することもできる。
図１では、前記電力測定部７０と電力予測部７４は別途の構成要素として示されているが、これは１つに統合できる。一例として、スマートメーターは、前記電力測定部と電力予測部の動作をすべて実現することができる。
したがって、本発明の実施形態では、前記電力測定部７０で測定された負荷の負荷量、または電力予測部７４で算出される負荷の予想負荷量、つまり、負荷の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）に基づいて、これに対応するインバータ３１、３２、３３を選択的に駆動することを特徴とする。
制御器８０は、発電システム２、系統３、バッテリ４０、および負荷４の状態をモニタリングし、モニタリング結果に応じて、電力変換部１０、双方向インバータ３０、ＢＭＳ４１、双方向コンバータ５０、系統連係器６０を制御する。
また、制御器８０は、前記電力測定部７０で測定した負荷４の負荷量を受信したり、前記負荷の電圧値および電流値を受信し、これを乗算して負荷４の負荷量を計算する。
さらに、制御器８０は、前記電力予測部７４で算出した負荷４の予想負荷量を受信することができる。
つまり、図１および図２を参照すれば、本発明の実施形態にかかる制御器８０は、電力測定部７０で測定した負荷４の負荷情報として、負荷の電圧値および電流値または負荷４での消費電力、つまり、負荷量値を受信したり、前記電力予測部７４で算出された負荷４の予想負荷量を受信する負荷情報受信部８２と、前記受信された負荷情報、つまり、負荷の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）に基づいて、並列に備えられた複数の双方向インバータ３１、３２、３３のうちの少なくとも１つを選択するように前記それぞれの双方向インバータに連結された複数のスイッチ９１、９２、９３の動作を制御するスイッチ制御部８４とが含まれて構成される。
これにより、本発明の実施形態にかかる制御器８０は、前記負荷４の負荷情報に応じて、並列に連結された複数の第１ないし第３双方向インバータ３１、３２、３３、およびそれぞれの双方向インバータに対応して備えられた第１ないし第３スイッチ９１、９２、９３の動作を制御し、前記双方向インバータを選択的に駆動する。
また、前記制御器８０は、前記選択された少なくとも１つのインバータに対する駆動電力の提供を制御する動作を行うことができる。
この時、前記複数の双方向インバータ３１、３２、３３は、それぞれ同一の定格容量（ｒａｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ）を有するか、互いに異なる定格容量を有するように実現できる。また、前記各インバータのうちの一部は同一の定格容量を有し、残りのインバータがこれと異なる定格容量を有することもできる。
まず、前記複数の双方向インバータが同一の定格容量（一例として、１ｋＷ）を有する場合の動作を簡略に説明すると次のとおりであり、具体的な制御方法は、図３を通じて説明する。
一例として、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）、つまり、負荷の測定負荷量または予想負荷量が１ｋＷ以下であれば、１つのスイッチ、つまり、第１スイッチ９１がターンオンされ、残りの第２、第３スイッチ９２、９３はターンオフされる。つまり、第１スイッチ９１に連結された第１双方向インバータ３１が駆動し、前記第２、第３スイッチ９２、９３に連結された第２、第３双方向インバータ３２、３３は動作しない。
また、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）が１ｋＷより大きく２ｋＷより小さい場合であれば、２個のスイッチ、つまり、第１、第２スイッチ９１、９２がターンオンされ、残りの第３スイッチ９３はターンオフされる。つまり、第１、第２スイッチ９１、９２に連結された第１、第２双方向インバータ３１、３２が駆動し、前記第３スイッチ９３に連結された第３双方向インバータ３３は動作しない。
最後に、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）が２ｋＷより大きい場合であれば、すべてのスイッチ、つまり、第１、第２、第３スイッチ９１、９２、９３がターンオンされ、これに連結された第１、第２、第３双方向インバータ３１、３２、３３がすべて駆動するようになる。
つまり、複数の双方向インバータが同一の定格容量を有する場合には、前記負荷の要求電力が増加するにつれ、前記制御器によって選択するインバータの個数も増加するもので、このような動作を通じて、既存のシステムにおける、単数で備えられた双方向インバータに比べて、小容量を有する双方向インバータの出力を最大に利用できるようになって高い効率を実現することができる。
ただし、この場合、前記制御器８０は、負荷の要求電力に対応し、かつ、インバータの個数を最小化するように制御することが好ましい。
つまり、インバータの効率は、定格使容量でない場合に減少するが、複数のインバータを用いると、それぞれの定格使容量をすべて使用できるようになって効率の変動なくシステムロス（ｌｏｓｓ）を最小化して使用が可能になる。
ただし、このように、前記双方向インバータ３１、３２、３３の定格容量がすべて１ｋＷと同一であれば、一例として、負荷の要求電力が１ｋＷよりはるかに小さい０．３ｋＷの場合、インバータの効率がやや低下するという欠点があり得る。
そこで、本発明の他の実施形態では、前記双方向インバータの定格容量を互いに異なって設定することにより、このような欠点を克服することができる。
つまり、一例として、第１双方向インバータ３１の定格容量を０．５ｋＷ、第２双方向インバータ３２の定格容量を１ｋＷ、第３双方向インバータ３３の定格容量を２ｋＷとして実現すると、広い範囲における負荷の負荷量に対応して前記複数のインバータを選択駆動できるため、結果的に前記インバータの効率低下を最小化することができる。
より具体的には、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）、つまり、負荷の測定負荷量または予想負荷量が０．５ｋＷ以下であれば、第１スイッチ９１がターンオンされ、残りの第２、第３スイッチ９２、９３はターンオフされる。つまり、第１スイッチ９１に連結された第１双方向インバータ３１が駆動し、前記第２、第３スイッチ９２、９３に連結された第２、第３双方向インバータ３２、３３は動作しない。
また、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）が０．５ｋＷより大きく１ｋＷより小さい場合であれば、第２スイッチ９２がターンオンされ、残りの第１、第３スイッチ９１、９３はターンオフされる。つまり、第２スイッチ９２に連結された第２双方向インバータ３２が駆動し、前記第１、第３スイッチ９１、９３に連結された第１、第３双方向インバータ３１、３３は動作しない。
また、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）が１ｋＷより大きく１．５ｋＷより小さい場合であれば、第１、第２スイッチ９１、９２がターンオンされ、残りの第３スイッチ９３はターンオフされる。つまり、第１、第２スイッチ９１、９２に連結された第１、第２双方向インバータ３１、３２が駆動し、前記第３スイッチ９３に連結された第３双方向インバータ３３は動作しない。
また、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）が１．５ｋＷより大きく２ｋＷより小さい場合であれば、第３スイッチ９３がターンオンされ、残りの第１、第２スイッチ９１、９２はターンオフされる。つまり、第３スイッチ９３に連結された第３双方向インバータ３３が駆動し、前記第１、第２スイッチ９１、９２に連結された第１、第２双方向インバータ３１、３２は動作しない。
また、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）が２ｋＷより大きく２．５ｋＷより小さい場合であれば、第１、第３スイッチ９１、９３がターンオンされ、残りの第２スイッチ９２はターンオフされる。つまり、第１、第３スイッチ９１、９３に連結された第１、第３双方向インバータ３１、３３が駆動し、前記第２スイッチ９２に連結された第２双方向インバータ３２は動作しない。
また、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）が２．５ｋＷより大きく３ｋＷより小さい場合であれば、第２、第３スイッチ９２、９３がターンオンされ、残りの第１スイッチ９１はターンオフされる。つまり、第２、第３スイッチ９２、９３に連結された第２、第３双方向インバータ３２、３３が駆動し、前記第１スイッチ９１に連結された第１双方向インバータ３１は動作しない。
最後に、負荷４の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）が３ｋＷより大きい場合であれば、すべてのスイッチ、つまり、第１、第２、第３スイッチ９１、９２、９３がターンオンされ、これに連結された第１、第２、第３双方向インバータ３１、３２、３３がすべて駆動するようになる。
つまり、前記複数のインバータは、互いに異なる定格容量を有する場合、前記制御器８０は、負荷の要求電力に対応し、かつ、定格容量の和が最小になる少なくとも１つのインバータを選択するように制御することが好ましい。
ただし、前記多様な負荷の要求電力量をそれぞれの基準値とする場合、少なくとも１つの基準値を超える負荷量（負荷の要求電力）も、前記選択された少なくとも１つのインバータの定格容量の和よりは小さく実現されることが好ましい。
また、本発明の実施形態による場合、消費電力を負荷に応じて可変することができ、既存のシステムに比べてシステムの消費電力量が減少するという利点がある。
つまり、一例として、システムの消費電力をシステム発熱の面からすると、Ｐ（発熱）＝Ｉ２（電流）＊Ｒ（抵抗）であるため、電流の量の２倍になる場合、発熱量は４倍になるが、単数のインバータを用いる場合、電流量は、３個のインバータを用いる時より最大発熱量が３２である９倍の差があり、発熱の面で大きな損失がある。
したがって、本発明の実施形態のように、複数のインバータを用いると、発熱量が減少し、発熱対策、一例として、ヒートシンクの具備などに対する費用を低減することができる。
ただし、前記制御器８０は、発電システム２、系統３、バッテリ４０、および負荷４の状態をモニタリングし、モニタリング結果に応じて、ＢＭＳ４１、双方向インバータ３０、双方向コンバータ５０、系統連係器６０を制御する動作も行うが、これに対する構成は説明の便宜上省略する。
図３は、本発明の実施形態にかかる電力貯蔵システムの制御方法を示すフローチャートであって、これは、双方向インバータ３１、３２、３３の定格容量がすべて１ｋＷと同一の場合を例として説明する。
図１ないし図３を参照すれば、まず、電力測定部７０により負荷４に印加される電圧および負荷４に供給される電流を測定するか、電力予測部（Ｐｏｗｅｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）７４により負荷４での消費電力、つまり、負荷量が予測される。
また、前記電力測定部７０は、それぞれ測定された電圧値と電流値を乗算して負荷４の負荷量を計算することができる。
この時、前記測定された電圧値および電流値が制御器８０に伝送されるか、または前記負荷４の負荷量が計算されてその値が制御器８０に伝送され得る。つまり、負荷４の負荷量計算は、前記電力測定部７０または制御器８０で実行できるのである。
つまり、電力測定部７０で測定した負荷４の負荷量、または前記電力予測部７４で予測された負荷４の予想負荷量としての負荷の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）が算出される（Ｓ１００）。
次に、前記算出された負荷の要求電力が制御器８０に送信される（Ｓ１１０）。
つまり、前記制御器８０は、前記電力測定部７０で測定した負荷４の負荷量、および／または電力予測部７４で予測された負荷４の予想負荷量情報を受信する。
以後、制御器８０は、前記負荷４の要求電力を基準値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）と比較（Ｓ１２０）し、これに基づいて、並列に連結された複数の第１ないし第３双方向インバータ３１、３２、３３、およびそれぞれの双方向インバータに対応して備えられた第１ないし第３スイッチ９１、９２、９３の動作を制御（Ｓ１３０）し、前記双方向インバータを選択的に駆動する（Ｓ１４０）。
この時、前記基準値は、双方向インバータの定格容量より低く設定されることが好ましい。
一例として、負荷４の要求電力が第１基準値（例、９００Ｗ）以下の場合（Ｓ１２１）、１つのスイッチ、つまり、第１スイッチ９１がターンオンされ、残りの第２、第３スイッチ９２、９３はターンオフされる（Ｓ１３１）。つまり、第１スイッチ９１に連結された第１双方向インバータ３１が駆動し、前記第２、第３スイッチ９２、９３に連結された第２、第３双方向インバータ３２、３３は動作しない（Ｓ１４１）。
また、負荷４の要求電力が第１基準値より大きく第２基準値（例、１８００Ｗ）より小さい場合（Ｓ１２２）、２個のスイッチ、つまり、第１、第２スイッチ９１、９２がターンオンされ、残りの第３スイッチ９３はターンオフされる（Ｓ１３２）。つまり、第１、第２スイッチ９１、９２に連結された第１、第２双方向インバータ３１、３２が駆動し、前記第３スイッチ９３に連結された第３双方向インバータ３３は動作しない（Ｓ１４２）。
次に、負荷４の要求電力が第２基準値より大きい場合であれば（Ｓ１２３）、すべてのスイッチ、つまり、第１、第２、第３スイッチ９１、９２、９３がターンオン（Ｓ１３３）され、これに連結された第１、第２、第３双方向インバータ３１、３２、３３がすべて駆動するようになる（Ｓ１４３）。
このような動作を通じて、既存のシステムにおける、単数で備えられた双方向インバータに比べて、小容量を有する双方向インバータの出力を最大に利用できるようになって高い効率を実現し、消費電力を負荷に応じて可変することができる。即ち、複数のインバータが備えられ、負荷の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）に応じて並列に連結された前記複数のインバータを選択的に駆動し、それぞれの出力を最大に利用することにより高い効率を実現することができ、既存のシステムに比べてシステムの消費電力量を減少させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
３０ 双方向インバータ
３１ 第１双方向インバータ
３２ 第２双方向インバータ
３３ 第３双方向インバータ
７０ 電力測定部
７１ 電圧測定部
７２ 電流測定部
７４ 電力予測部
８０ 制御器
８２ 負荷情報受信部
８４ スイッチ制御部
８６ 出力電力受信部
９１ 第１スイッチ
９２ 第２スイッチ
９３ 第３スイッチ

Claims (20)

  1. 交流電力を負荷に提供する電力貯蔵システムにおいて、
    直流電力を提供するバッテリと、
    前記直流電力を交流電力に変換し、前記バッテリと負荷との間に並列に連結された複数のインバータと、
    前記負荷の要求電力（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）に応じて前記インバータを選択的に駆動する制御器とが含まれることを特徴とする電力貯蔵システム。
  2. 前記複数のインバータそれぞれとバッテリとの間に位置し、当該複数のインバータにそれぞれ連結され、前記複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータを選択的に直流電力に連結させる複数のスイッチがさらに含まれ、
    前記制御器は、前記負荷の要求電力に応じて前記少なくとも１つのスイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
  3. 前記制御器は、前記負荷の要求電力に対する情報を受信する負荷情報受信部と、
    前記受信された情報に対応して、前記複数のインバータのうちの少なくとも１つを選択するように前記複数のスイッチを制御するスイッチ制御部とが含まれることを特徴とする請求項２に記載の電力貯蔵システム。
  4. 前記制御器は、前記選択された少なくとも１つのインバータに対する駆動電力の提供を制御することを特徴とする請求項３に記載の電力貯蔵システム。
  5. 前記負荷の要求電力を測定し、前記測定された負荷の要求電力を前記制御器に提供する電力測定部がさらに備えられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
  6. 前記負荷の要求電力を予測する電力予測部がさらに備えられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
  7. 前記制御器は、前記インバータを選択的に駆動するために、少なくとも１つの基準値と前記負荷の要求電力とを比較し、前記比較結果に基づいて選択的に駆動する少なくとも１つのインバータを決定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
  8. 前記少なくとも１つの基準値を超える負荷量も、前記選択された少なくとも１つのインバータの定格容量の和より小さいことを特徴とする請求項７に記載の電力貯蔵システム。
  9. 前記複数のインバータは、すべて同一の定格容量を有し、前記負荷の要求電力が増加するにつれ、前記制御器によって選択するインバータの個数も増加することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
  10. 前記制御器は、負荷の要求電力に対応し、かつ、インバータの個数を最小化するように制御することを特徴とする請求項９に記載の電力貯蔵システム。
  11. 前記複数のインバータは、互いに異なる定格容量を有し、
    前記制御器は、負荷の要求電力に対応し、かつ、定格容量の和が最小になる少なくとも１つのインバータを選択するように制御することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
  12. 前記インバータは、双方向インバータで実現されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
  13. 直流電力を提供するバッテリと、前記直流電力を交流電力に変換し、前記バッテリと負荷との間に並列に連結された複数のインバータとが含まれ、前記交流電力を負荷に提供する電力貯蔵システムの制御方法において、
    前記負荷の要求電力に応じて前記複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータが選択的に駆動されるステップが含まれることを特徴とする電力貯蔵システムの制御方法。
  14. 前記電力貯蔵システムは、前記複数のインバータそれぞれとバッテリとの間に位置し、当該複数のインバータにそれぞれ連結され、前記複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータを選択的に直流電力に連結させる複数のスイッチがさらに含まれ、
    前記インバータが選択的に駆動されることは、前記負荷の要求電力に応じて前記少なくとも１つのスイッチが制御されることによることを特徴とする請求項１３に記載の電力貯蔵システムの制御方法。
  15. 前記負荷の要求電力を測定するステップがさらに含まれることを特徴とする請求項１３または１４に記載の電力貯蔵システムの制御方法。
  16. 前記負荷の要求電力を予測するステップがさらに含まれることを特徴とする請求項１５に記載の電力貯蔵システムの制御方法。
  17. 前記インバータを選択的に駆動するために、少なくとも１つの基準値と前記負荷の要求電力とを比較するステップと、
    前記比較結果に基づいて選択的に駆動する少なくとも１つのインバータを決定するステップとがさらに含まれることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の電力貯蔵システムの制御方法。
  18. 前記複数のインバータは、すべて同一の定格容量を有し、前記負荷の要求電力が増加するにつれ、前記選択されるインバータの個数も増加することを特徴とする請求項１３〜１７のいずれ一項に記載の電力貯蔵システムの制御方法。
  19. 前記負荷の要求電力に対応し、かつ、インバータの個数を最小化するように制御されることを特徴とする請求項１８に記載の電力貯蔵システムの制御方法。
  20. 前記複数のインバータは、互いに異なる定格容量を有し、前記負荷の要求電力に対応し、かつ、定格容量の和が最小になる少なくとも１つのインバータが選択されるように制御されることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の電力貯蔵システムの制御方法。
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