JP2013123355A - 電力管理装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】再生可能エネルギーを電力系接続型またはスタンドアローン型の発電方式に切換え可能とし、配電経路に異常が生じたことを検知したときに保護機構を提供する。
【解決手段】電力変換ユニットと、第１の検知ユニットと、第２の検知ユニットと、スイッチングユニットと、制御ユニットとを備えた電力管理装置である。前記電力変換ユニットは、少なくとも一つの再生可能エネルギー発電装置の出力電力を変換する。前記第１の検知ユニットは第１の電流および第１の電圧を検知する。前記第１の検知ユニットは第２の電流および第２の電圧を検知する。前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオンするように制御したとき、前記制御ユニットはこれら電流およびこれら電圧に基づいて、前記少なくとも一つの再生可能エネルギー発電装置の出力電力および前記交流商用電源にフィードバックする電力を得る。
【選択図】図３

Description

本発明は電力管理装置およびその制御方法に関し、とりわけ再生可能エネルギー発電の電力管理装置およびその制御方法に関する。

人類の科学技術の発展および経済活動が活発化するにつれて、地球エネルギーの消耗速度も加速化しており、潜在的なエネルギー危機も出現してきている。エネルギー開発も難しく節約が必然であるという理念に基づき、再生可能エネルギーの発展は必要な道筋となっている。また、再生可能エネルギーの使用については、自給自足での電力使用を提供する以外に、余剰の電力は電力供給網に流入させて、電力供給者にフィードバックすることができる。

太陽エネルギーの光電システムを例にとると、主に太陽電池パネルにより光電変換して直流電流を発生させ、さらに電力調整装置で直流電源を交流電源に変換して、負荷への使用、または交流商用電源の配電系への供給および交流商用電源との共同運用などに供される。したがって、機能について言えば、小型分散式の発電システムは、（１）スタンドアローン型（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ ｓｙｓｔｅｍ）、（２）電力系接続型（ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）および（３）ハイブリッド型（ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ）の三種類のタイプに分けることができる。スタンドアローン型システムとは、太陽光発電システムがその他の電源に接続されて稼働するものではなく、システムに接続されている負荷のみに直接給電するものであり、このシステムは遠隔地域または海上の島嶼など交流商用電源が供給されていない地域に比較的適している。負荷のすべての電力供給源は風力または太陽光エネルギーであり、太陽光エネルギーは負荷用の電力を供給できる以外に、余剰のエネルギーを蓄電池（ｂａｔｔｅｒｙ）に充電することができる。太陽光エネルギーの電力が負荷に必要とする電力に短時間にて足らなくなったときには、蓄電池から給電する。電力系接続型とは、太陽光発電システムが電力会社の電力供給網に並列接続されているものであって、交流商用電源が正常にあらゆる地点に給電できるものであればこのタイプのシステムを適用できる。もし太陽光発電システムの発電量が負荷要求よりも大きくなったときには、余剰の電力を逆流方向として交流商用電源に供給し、反対に、太陽光発電システムの発電量が負荷使用に満たなくなったときには、交流商用電源によって不足分を供給することができる。またこれ以外にも、電力品質が不安定となる問題に対応するために、ハイブリッド型システムが開発されてきた。太陽光発電システムは、交流商用電源が停電になったとき、蓄電池ユニットを組み合わせて使用することで、直ちに交流商用電源から切り離し、独立して稼働する電源供給を確立して、一時的な電力を供給する。交流商用電源が回復したときに、太陽光発電システムは交流商用電源との並列接続に復帰すると同時に、蓄電池ユニットにも充電を行う。

従来技術における再生可能エネルギー発電システムのブロック概略図である図１を参照されたい。図１から分かるように、このような発電システムの回路構造では、システム発電量は再生可能エネルギー（または蓄電装置）の最大出力電力により左右されるとともに、負荷の使用状況に応じて電力調達することができず、これでは電力システムの調整における難度が高まり、場合によってはシステムの信頼性を損ないかねない。また、このような回路構造では、一旦電力システムに異常動作が生じてしまうと、負荷を保護することはできない。

したがって、スイッチングユニットを増設することで、再生可能エネルギーを電力系接続型またはスタンドアローン型の発電方式に切換え可能とし、また電圧および電流センサを増設することで、配電経路の電圧および電流を検知して、前記配電経路上の電圧または電流に異常が生じたことを検知したときに、交流商用電源と再生可能エネルギー発電装置および負荷との接続を切り離すことで、保護機構を提供することができる電力管理装置およびその制御方法を如何にして設計するかということは、本発明者が克服して解決を求める一大課題である。

本発明の目的は、従来技術の問題を克服する電力管理装置を提供するところにある。

よって、本発明の電力管理装置は、再生可能エネルギー発電装置と負荷とを電気的に接続して第１の経路を形成し、交流商用電源と前記負荷とを電気的に接続して第２の経路を形成している。前記電力管理装置は電力変換ユニットと、第１の検知ユニットと、第２の検知ユニットと、スイッチングユニットと、制御ユニットとを備えている。

前記電力変換ユニットは、前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を変換することで、前記交流商用電源および前記負荷に給電する。前記第１の検知ユニットは前記第１の経路上に電気的に接続されることで、前記第１の経路上の第１の電流および第１の電圧を検知する。前記第２の検知ユニットは前記第２の経路上に電気的に接続されることで、前記第２の経路上の第２の電流および第２の電圧を検知する。前記スイッチングユニットは前記第２の経路に電気的に接続されている。

このうち、前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオンするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置は前記交流商用電源に並列方式で電気的に接続され、かつ前記制御ユニットは前記第１の電流および前記第１の電圧に基づいて、前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を得て、しかも前記第２の電流および前記第２の電圧に基づいて、前記交流商用電源にフィードバックする電力を得るとともに、前記出力電力と前記フィードバック電力との差、つまり前記負荷に必要な電力を供給する。

本発明の他の目的は、従来技術の問題を克服する電力管理装置の制御方法を提供するところにある。

したがって、本発明の電力管理装置の制御方法にて、前記電力管理装置は、再生可能エネルギー発電装置と負荷とを電気的に接続して第１の経路を形成し、交流商用電源と前記負荷とを電気的に接続して第２の経路を形成している。前記電力管理装置の制御方法のステップは、（ａ）前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を変換することで、前記交流商用電源および前記負荷に給電する電力変換ユニットを準備し、（ｂ）それぞれ前記第１の経路上の第１の電流および第１の電圧を検知し、前記第２の経路上の第２の電流および第２の電圧を検知する第１の検知ユニットおよび第２の検知ユニットを準備し、（ｃ）スイッチングユニットおよび制御ユニットを準備し、（ｄ）前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオンするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置は前記交流商用電源に並列方式で電気的に接続され、かつ前記制御ユニットは前記第１の電流および前記第１の電圧に基づいて、前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を得て、しかも前記第２の電流および前記第２の電圧に基づいて、前記交流商用電源にフィードバックする電力を得るとともに、前記出力電力と前記フィードバック電力との差、つまり前記負荷に必要な電力を供給する、および（ｅ）前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオフするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置は単独で前記負荷に給電する、ことを含む。

本発明が所期の目的を達成するために採用する技術、手段および効果がより詳細に理解されるように、以下で本発明に関する詳細な説明および図面を参照されたく、本発明の目的、特徴および特長は、これにより深くかつ具体的に理解できると確信するが、添付の図面は単に参考および説明用として提供するものであって、本発明を制限するためのものではない。

本発明は以下のような特長を備えている。

１．前記スイッチングユニットを増設することで、電力系接続型（ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）またはスタンドアローン型（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ ｓｙｓｔｅｍ）の発電構成を切換えることができる。

２．前記第１の検知ユニットおよび前記第２の検知ユニットが前記第１の電流と前記第１の電圧および前記第２の電流と前記第２の電圧をそれぞれ検知することで、前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力と前記交流商用電源にフィードバックする電力とを計算して、さらに人工知能型の電力管理を提供する。

３．前記第２の検知ユニットが前記第２の経路の前記第２の電圧を検出することで、前記第２の検知ユニットが前記第２の経路上の前記第２の電圧に異常が生じたことを検知したとき、前記制御ユニットは前記スイッチングユニットをオフすることで、前記交流商用電源と前記再生可能エネルギー発電装置および前記負荷との接続を切り離すことによって、保護機構を提供する。

４．再生可能エネルギー発電装置を複数台設けることで、複数組の入力源の給電構造を形成し、システム給電にゆとりを持たせることにより、一つの入力源に異常が生じて、システム出力異常変動してしまうことを回避するので、システムの安定性および信頼性を高めることができる。

５．前記再生可能エネルギー発電装置の出力余剰電力を蓄電するための蓄電装置をさらに備えることで、前記再生可能エネルギー発電に柔軟性を持たせる。

従来技術の再生可能エネルギー発電システムのブロック概略図。 本発明の再生可能エネルギー発電での電力の流れのブロック概略図。 本発明の電力管理装置の第１の実施例のブロック概略図。 本発明の前記電力管理装置のスイッチングユニットがオンするように制御されたときのブロック概略図。 本発明の前記電力管理装置のスイッチングユニットがオフするように制御されたときのブロック概略図。 本発明の前記電力管理装置の第２の実施例のブロック概略図。 本発明の前記電力管理装置の第３の実施例のブロック概略図。 本発明の前記電力管理装置の制御方法のフローチャート。

ここで本発明の技術内容および詳細な説明について、図面を合わせて下記のとおり説明する。

本発明の再生可能エネルギー発電での電力の流れのブロック概略図である図２を参照されたい。このうち、前記再生可能エネルギー発電装置１０は太陽光発電装置、風力発電装置または燃料電池装置・・・などとすることができるが、これに限定されない。図２は主に説明するものは、システム運転過程中における電力損失を考慮しない前提において、仮に前記再生可能エネルギー発電装置１０が発生する電力を第１の電力Ｐ１、前記交流商用電源２０にフィードバックする電力を第２の電力Ｐ２、および前記負荷３０が受け取る電流を第３の電力Ｐ３としたとき、この三者の関係は以下のとおりである。

Ｐ１＝Ｐ２＋Ｐ３、したがって、Ｐ２＝Ｐ１−Ｐ３であって、このうち矢印の方向は瞬間電力の流れる実質電力方向を示しているので、式中、プラス記号は実質電力方向と矢印方向とが同じであることを表し、反対に、マイナス記号は実質電力方向と矢印方向とが逆であることを表している。

よって、前記再生可能エネルギー発電装置１０が発生した前記第１の電力Ｐ１と前記負荷が受け取る前記第２の電力Ｐ２との大小関係には、以下の性質がある。

（１）Ｐ３＞Ｐ１の場合。Ｐ２＝Ｐ１−Ｐ３がマイナス値であるので、システム電力の流れの実質電力方向は前記再生可能エネルギー発電装置１０と前記交流商用電源２０とが前記負荷３０に同時に実質電力を供給することを表している。つまり、再生可能エネルギーを主たる電力供給源としての商用電源並列接続システムにおいて、もし前記負荷３０に必要な所要電力量が前記再生可能エネルギー発電装置１０が発生する前記第１の電力Ｐ１よりも大きいとき、前記負荷３０に不足する所要電力量は、前記交流商用電源２０から給電されることで、前記負荷３０の正常動作を維持する。

（２）Ｐ３＜Ｐ１の場合。Ｐ２＝Ｐ１−Ｐ３がプラス値であるので、システム電力の流れの実質電力方向は前記再生可能エネルギー発電装置１０が前記交流商用電源２０および前記負荷３０に同時に実質電力を供給することを表している。つまり、再生可能エネルギーを主たる電力供給源としての商用電源並列接続システムにおいて、もし前記再生可能エネルギー発電装置１０が発生する前記第１の電力Ｐ１が前記負荷３０が必要とする所要電力量よりも大きいとき、前記負荷３０に余剰電力を供給し、さらに前記交流商用電源２０にフィードバックする。

図２に示すように、上記した電力流れの実質電力は電力管理装置４０により制御されるものであり、前記電力管理装置４０の詳細な動作については、下記に詳細に説明している。

本発明の電力管理装置の第１の実施例のブロック概略図である図３を参照されたい。図に示すように、前記電力管理装置４０は、再生可能エネルギー発電装置１０、交流商用電源２０および負荷３０にそれぞれ電気的に接続されている。前記再生可能エネルギー発電装置１０と負荷３０とを電気的に接続して第１の経路Ｌ１を形成しており、前記交流商用電源２０と前記負荷３０とを電気的に接続して第２の経路Ｌ２を形成している。前記電力管理装置４０は電力変換ユニット４０２と、第１の検知ユニット４０４と、第２の検知ユニット４１０と、スイッチングユニット４０６と、制御ユニット４０８とを備えている。

前記電力変換ユニット４０２は前記再生可能エネルギー発電装置１０に電気的に接続されることで、前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力を前記交流商用電源２０および前記負荷３０が受け取ることが可能な交流出力に変換する。つまり、前記再生可能エネルギー発電装置１０が直流電源発電の発電装置であるとき、例えばこれに限定されないが太陽光（ｓｏｌａｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）発電装置または燃料電池（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）発電装置であるとき、前記電力変換ユニット４０２は直流−交流コンバータ（ＤＣ−ｔｏ−ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となる。反対に、前記再生可能エネルギー発電装置１０が交流電源発電の発電装置であるとき、例えばこれに限定されないが風力発電機装置であるとき、前記電力変換ユニット４０２は交流−交流コンバータ（ＡＣ−ｔｏ−ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となる。

前記第１の検知ユニット４０４は前記再生可能エネルギー発電装置１０と負荷３０とを電気的に接続して形成している前記第１の経路Ｌ１上に電気的に接続されることで、前記第１の経路Ｌ１上の第１の電流Ｉ１および第１の電圧Ｖ１を検知する。前記第２の検知ユニット４１０は前記交流商用電源２０と前記負荷３０とを電気的に接続して形成している前記第２の経路Ｌ２上に電気的に接続されることで、前記第２の経路Ｌ２上の第２の電流Ｉ２および第２の電圧Ｖ２を検知する。このうち、前記第１の検知ユニット４０４は電流および電圧検知機能を備えたセンサであり、前記第２の検知ユニット４１０は電流および電圧検知機能を備えたセンサである。前記スイッチングユニット４０６は前記交流商用電源２０と前記負荷３０とを電気的に接続して形成している前記第２の経路Ｌ２上に電気的に接続されている。前記制御ユニット４０８は前記電力変換ユニット４０２、前記第１の検知ユニット４０４、前記第２の検知ユニット４１０および前記スイッチングユニット４０６に電気的に接続されている。

本発明の前記電力管理装置のスイッチングユニットがオンするように制御されたときのブロック概略図である図４Ａを合わせて参照されたい。前記制御ユニット４０８が前記スイッチングユニット４０６をオンするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置１０は前記交流商用電源２０を併入するように制御する、つまり電力系接続型（ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）の発電構成を形成して、前記制御ユニット４０８は前記第１の検知ユニット４０４が検知した前記第１の電流Ｉ１および前記第１の電圧Ｖ１に基づいて、前記再生可能エネルギー発電装置１０の主出力電力を得る、つまりシステム運転過程中における電力損失を考慮しない前提において、前記第１の検知ユニット４０４が検知した前記第１の電流Ｉ１と前記第１の電圧Ｖ１との積（つまりＩ１×Ｖ１）が前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力電力となる。しかも、前記制御ユニット４０８は前記第２の検知ユニット４１０が検知した前記第２の電流Ｉ２および前記第２の電圧Ｖ２に基づいて、前記交流商用電源２０にフィードバックする電力を得る、つまりシステム運転過程中における電力損失を考慮しない前提において、前記第２の検知ユニット４１０が検知した前記第２の電流Ｉ２と前記第２の電圧Ｖ２との積（つまりＩ２×Ｖ２）が前記交流商用電源２０にフィードバックする電力となる。さらには、前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力電力と前記交流商用電源２０にフィードバックする電力の両者の電力差が、前記負荷３０で使用される電力となる。

また、前記第２の検知ユニット４１０が前記第２の経路Ｌ２上の前記第２の電圧Ｖ２に異常が生じたことを検知したとき、前記制御ユニット４０８は前記スイッチングユニット４０６をオフすることで、前記交流商用電源２０と前記再生可能エネルギー発電装置１０および負荷３０との接続を切り離す。これにより、前記スイッチングユニット４０６をオフする制御によって、保護機構を提供する、つまり前記交流商用電源２０に異常な動作が生じたとき、交流商用電源２０と前記負荷３０との間の電気的な接続を切断することで、前記負荷３０を保護して信頼性が高く、高品質の給電を得ることができる。

言及しておくべきは、実際の応用において、前記第１の検知ユニット４０４および前記第２の検知ユニット４１０が前記第１の電流Ｉ１と前記第１の電圧Ｖ１および前記第２の電流Ｉ２と前記第２の電圧Ｖ２をそれぞれ検知することで、前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力電力と前記交流商用電源２０にフィードバックする電力とを計算して、さらに人工知能型の電力管理を提供するということである。つまり、前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力電力の大きさは環境状況に左右されるということである。太陽光発電装置を例にとれば、前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力電力は季節・昼夜、日照時間、日照強さ・・・などの要因に影響され、もし風力発電機装置を例にとれば、前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力電力は季節・昼夜、風速・・・などの要因に影響されるものであり、簡単に言えば、前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力電力は時刻により変動すると見なしてもよい。つまりは、再生可能エネルギーの自給自足と余剰電力の電力供給者へのフィードバックのコストおよび給電効率の考慮に基づいて、前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力電力の全てを極力前記負荷３０への使用に供給できるのが、好ましい電力管理対策である。さらには、使用者側による前記負荷３０への電力使用を、電力使用ピークから非ピーク時に使用するように転換することができ、給電効率を高める以外にも、電気料金負担を大幅に軽減することができる。したがって、前記交流商用電源２０にフィードバックする電力を制御することで、前記負荷３０に電力使用需要に対応して、人工知能型の電力管理が達成できる。

本発明の前記電力管理装置のスイッチングユニットがオフするように制御されたときのブロック概略図である図４Ｂを合わせて参照されたい。前記制御ユニット４０８が前記スイッチングユニット４０６をオフするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置１０は前記負荷３０に単独で給電する、つまりスタンドアローン型（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ ｓｙｓｔｅｍ）の発電構成を形成して、そして前記再生可能エネルギー発電装置１０が発生した電力を前記負荷３０で使用される電力量として供給して、自給自足の電力供給を達成する。

言及しておくべきは、上記した前記電力管理装置４０の前記第１の検知ユニット４０４および第２の検知ユニット４１０の位置は、図示されている位置に限定されず、前記負荷３０で使用される電力を判断し、前記交流商用電源２０にフィードバックする電力を判断することができる電流検知設置位置であれば、いずれも本発明の範疇に含まれるということである。

本発明の前記電力管理装置の第２の実施例のブロック概略図である図５を参照されたい。前記第２の実施例と前記第１の実施例との最大の相違点は、前記第２の実施例では複数台の再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎを備えることで、複数組の入力源の給電構造を形成しているところである。このうち、前記再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎの各々は互いに並列で電気的に接続され、しかも、前記再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎの各々はさらに外部電力変換ユニット５０１〜５０Ｎに対応するように電気的に直列接続され、さらに前記電力管理装置４０に電気的に接続されている。しかも、前記外部電力変換ユニット５０１〜５０Ｎの各々は前記制御ユニット４０８での制御により、前記再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎの各々と前記負荷３０の状況に基づいて、異なる電力制御を提供することで、対応する前記再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎの出力を変換して、前記再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎを並列方式で電気的に接続して運転させることができる。よって、複数組の入力源の給電構造により、システム給電にゆとりを持たせることにより、一つの入力源に異常が生じて、システム出力異常変動してしまうことを回避するので、システム給電の安定性を高めることができる。太陽光発電装置と風力発電機装置との組合わせを例にとると、太陽光発電装置は通常、夏場および日中に高い出力電力を供給でき、反対に、風力発電機装置は通常、冬場および夜間に高い出力電力を供給できるので、太陽光発電装置および風力発電機装置の給電協調およびアレンジメントで、システム給電の安定性を高めることができる。

本発明の前記電力管理装置の第３の実施例のブロック概略図である図６を参照されたい。前記第３の実施例と前記第２の実施例との最大の相違点は、前記第３の実施例では前記再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎの出力余剰電力を蓄電するための蓄電装置６０をさらに備えているところである。このうち、前記蓄電装置６０はさらに双方向電力変換ユニット７０が電気的に直列接続されており、前記再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎに余剰の電力出力が生じたとき、前記双方向電力変換ユニット７０を介して前記蓄電装置６０に蓄電を行い、前記再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎにて発生した電力出力が不足したときには、前記蓄電装置６０に蓄電されている電力を前記双方向電力変換ユニット７０を介して出力する。

本発明の前記電力管理装置の制御方法のフローチャートである図７を参照されたい。前記電力管理装置は再生可能エネルギー発電装置と負荷とを電気的に接続して第１の経路を形成し、かつ交流商用電源と前記負荷とを電気的に接続して第２の経路を形成している。前記電力管理装置の制御方法のステップは以下を含む。

前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を変換することで、前記交流商用電源および前記負荷に給電する電力変換ユニットを準備する（Ｓ１００）。前記電力変換ユニットは前記再生可能エネルギー発電装置に電気的に接続されることで、前記再生可能エネルギー発電装置の出力を前記交流商用電源および前記負荷が受け取ることが可能な交流出力に変換する。つまり、前記再生可能エネルギー発電装置が直流電源発電の発電装置であるとき、例えばこれに限定されないが太陽光（ｓｏｌａｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）発電装置または燃料電池（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）発電装置であるとき、前記電力変換ユニットは直流−交流コンバータ（ＤＣ−ｔｏ−ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となる。反対に、前記再生可能エネルギー発電装置が交流電源発電の発電装置であるとき、例えばこれに限定されないが風力発電機装置であるとき、前記電力変換ユニットは交流−交流コンバータ（ＡＣ−ｔｏ−ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となる。

第１の検知ユニットおよび第２の検知ユニットを準備する（Ｓ２００）。前記第１の検知ユニットは前記再生可能エネルギー発電装置と負荷とを電気的に接続して形成している前記第１の経路上に電気的に接続されることで、前記第１の経路上の第１の電流および第１の電圧を検知する。前記第２の検知ユニットは前記交流商用電源と前記負荷とを電気的に接続して形成している前記第２の経路上に電気的に接続されることで、前記第２の経路上の第２の電流および第２の電圧を検知する。

スイッチングユニットおよび制御ユニットを準備する（Ｓ３００）。前記スイッチングユニットは前記交流商用電源と前記負荷とを電気的に接続して形成している前記第２の経路上に電気的に接続されている。前記制御ユニットは前記電力変換ユニット、前記第１の検知ユニット、前記第２の検知ユニットおよび前記スイッチングユニットに電気的に接続されている。

前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオンするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置は前記交流商用電源２０と並列接続するように制御する、つまり電力系接続型（ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）の発電構成を形成して、かつ前記制御ユニットは前記第１の電流および第１の電圧に基づいて、前記少なくとも一つの再生可能エネルギー発電装置の出力電力を得て、そして前記制御ユニットは前記第２の電流および前記第２の電圧に基づいて、前記交流商用電源にフィードバックする電力を得るとともに、前記出力電力と前記フィードバック電力との差、つまり前記負荷で使用される電力とする（Ｓ４００）。

前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオフするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置は単独で前記負荷に給電する（Ｓ５００）、つまりスタンドアローン型（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ ｓｙｓｔｅｍ）の発電構成を形成して、そして前記再生可能エネルギー発電装置１０が発生した電力を前記負荷３０で使用される電力量として供給して、自給自足の電力供給を達成する。

前記少なくとも一つ再生可能エネルギー発電装置が複数台の再生可能エネルギー発電装置であるとき、前記再生可能エネルギー発電装置の各々は互いに並列で電気的な接続されている。このうち、前記再生可能エネルギー発電装置の各々はさらに外部電力変換ユニットに電気的に直列接続され、さらに前記電力管理装置に電気的に接続されている。しかも、前記外部電力変換ユニットの各々は前記制御ユニットでの制御により、対応する前記再生可能エネルギー発電装置の出力を変換して、前記再生可能エネルギー発電装置を並列方式で電気的に接続して運転させることができる。

また、前記再生可能エネルギー発電装置の出力余剰電力を蓄電するための蓄電装置をさらに準備する。このうち、前記蓄電装置はさらに双方向電力変換ユニットが電気的に直列接続されており、前記再生可能エネルギー発電装置に余剰の電力出力が生じたとき、前記双方向電力変換ユニットを介して前記蓄電装置に蓄電を行い、前記再生可能エネルギー発電装置にて発生した電力出力が不足したときには、前記蓄電装置に蓄電されている電力を双方向電力変換ユニットを介して出力する。

上記をまとめると、本発明は以下のような特長を備えている。

１．前記スイッチングユニット４０６を増設することで、電力系接続型（ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）またはスタンドアローン型（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ ｓｙｓｔｅｍ）の発電構成を切換えることができる。

２．前記第１の検知ユニット４０４および前記第２の検知ユニット４１０が前記第１の電流Ｉ１と前記第１の電圧Ｖ１および前記第２の電流Ｉ２と前記第２の電圧Ｖ２をそれぞれ検知することで、前記再生可能エネルギー発電装置１０の出力電力と前記交流商用電源２０にフィードバックする電力とを計算して、さらに人工知能型の電力管理を提供する。

３．前記第２の検知ユニット４１０が前記第２の経路Ｌ２の前記第２の電圧Ｖ２を検出することで、前記第２の検知ユニット４１０が前記第２の経路Ｌ２上の前記第２の電圧Ｖ２に異常が生じたことを検知したとき、前記制御ユニット４０８は前記スイッチングユニット４０６をオフすることで、前記交流商用電源２０と前記再生可能エネルギー発電装置１０および前記負荷３０との接続を切り離すことによって、保護機構を提供する。

４．再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎを複数台設けることで、複数組の入力源の給電構造を形成し、システム給電にゆとりを持たせることにより、一つの入力源に異常が生じて、システム出力異常変動してしまうことを回避するので、システムの安定性および信頼性を高めることができる。

５．前記再生可能エネルギー発電装置１０１〜１０Ｎの出力余剰電力を蓄電するための蓄電装置６０をさらに備えることで、前記再生可能エネルギー発電に柔軟性を持たせる。

ただし、上記は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明および図面に過ぎず、本発明の特徴はこれに限定されるものではないため、本発明を限定するために用いられるものではなく、本発明の全ての範囲は別紙の特許請求の範囲を基準とすべきである。およそ本発明の特許請求の範囲における技術的思想およびその類似の変化の実施例に合うものは、いずれも本発明の範疇に含まれるものであって、当業者が本発明の範囲内で容易に想到し得る変化または付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。

（本発明）
１０再生可能エネルギー発電装置
２０交流商用電源
３０負荷
４０電力管理装置
４０２電力変換ユニット
４０４第１の検知ユニット
４０６スイッチングユニット
４０８制御ユニット
４１０第２の検知ユニット
５０１〜５０Ｎ外部電力変換ユニット
６０蓄電装置
７０双方向電力変換ユニット
１０１〜１０Ｎ再生可能エネルギー発電装置
Ｌ１第１の経路
Ｉ１第１の電流
Ｖ１第１の電圧
Ｌ２第２の経路
Ｉ２第２の電流
Ｖ２第２の電圧
Ｐｉ再生可能エネルギー発電装置が発生する電力
Ｐｇ交流商用電源へのフィードバック電力
Ｐｏ負荷が使用する電力
Ｐｉ１〜ＰｉＮ再生可能エネルギー発電装置が発生する電力
Ｐ１第１の電力
Ｐ２第２の電力
Ｐ３第３の電力
Ｓ１００〜Ｓ５００ステップ

Claims (10)

1. 再生可能エネルギー発電装置と負荷とを電気的に接続して第１の経路を形成し、交流商用電源と前記負荷とを電気的に接続して第２の経路を形成している電力管理装置であって、前記電力管理装置は、
   前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を変換することで、前記交流商用電源および前記負荷に給電する電力変換ユニットと、
   前記第１の経路上に電気的に接続されて、前記第１の経路上の第１の電流および第１の電圧を検知する第１の検知ユニットと、
   前記第２の経路上に電気的に接続されて、前記第２の経路上の第２の電流および第２の電圧を検知する第２の検知ユニットと、
   前記第２の経路上に電気的に接続されているスイッチングユニットと、
   制御ユニットと、を備え、
   前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオンするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置は前記交流商用電源に並列方式で電気的に接続され、かつ前記制御ユニットは前記第１の電流および前記第１の電圧に基づいて、前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を得て、しかも前記第２の電流および前記第２の電圧に基づいて、前記交流商用電源にフィードバックする電力を得るとともに、前記出力電力と前記フィードバック電力との差、つまり前記負荷に必要な電力を供給する、ことを特徴とする電力管理装置。
2. 前記制御ユニットは前記電力変換ユニット、前記第１の検知ユニット、前記第２の検知ユニットおよび前記スイッチングユニットに電気的に接続されており、しかも前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオフするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置は単独で前記負荷に給電する、ことを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
3. 前記第２の検知ユニットが前記第２の経路上の前記第２の電圧に異常が生じたことを検知したとき、前記制御ユニットは前記スイッチングユニットをオフすることで、前記交流商用電源と前記再生可能エネルギー発電装置および前記負荷との接続を切り離し、
   前記第１の検知ユニットは電流および電圧検知機能を備えたセンサであり、前記第２の検知ユニットは電流および電圧検知機能を備えたセンサであり、前記第１の検知ユニットが検知した前記第１の電流と前記第１の電圧との積が前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力となり、前記第２の検知ユニットが検知した前記第２の電流と前記第２の電圧との積が前記交流商用電源にフィードバックする電力となることを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
4. 前記再生可能エネルギー発電装置が複数台の再生可能エネルギー発電装置であるとき、前記複数台の再生可能エネルギー発電装置の各々が並列方式で電気的に接続されており、
   前記複数台の再生可能エネルギー発電装置の各々はさらに外部電力変換ユニットに電気的に直列接続され、さらに前記電力管理装置に電気的に接続されており、かつ前記外部電力変換ユニットの各々は前記制御ユニットでの制御により、対応する前記再生可能エネルギー発電装置の出力を変換して、前記複数台の再生可能エネルギー発電装置を並列方式で電気的に接続することができ、
   前記蓄電装置はさらに双方向電力変換ユニットが電気的に直列接続されることで、前記複数台の再生可能エネルギー発電装置の出力余剰電力を蓄電し、
   前記複数台の再生可能エネルギー発電装置に余剰の電力出力が生じたとき、前記双方向電力変換ユニットを介して前記蓄電装置に蓄電を行い、前記複数台の再生可能エネルギー発電装置にて発生した電力出力が不足したときには、前記蓄電装置に蓄電されている電力を前記双方向電力変換ユニットを介して出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
5. 前記再生可能エネルギー発電装置が直流電源発電の発電装置であるとき、前記電力変換ユニットは直流−交流コンバータ（ＤＣ−ｔｏ−ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となり、前記再生可能エネルギー発電装置が交流電源発電の発電装置であるとき、前記電力変換ユニットは交流−交流コンバータ（ＡＣ−ｔｏ−ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となり、
   前記直流電源発電の発電装置が太陽光発電装置または燃料電池発電装置であり、
   前記交流電源発電の発電装置が風力発電機装置である、ことを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
6. 再生可能エネルギー発電装置と負荷とを電気的に接続して第１の経路を形成し、かつ交流商用電源と前記負荷とを電気的に接続して第２の経路を形成している電力管理装置の制御方法であって、前記電力管理装置の制御方法のステップは、
   （ａ）前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を変換することで、前記交流商用電源および前記負荷に給電する電力変換ユニットを準備し、
   （ｂ）それぞれ前記第１の経路上の第１の電流および第１の電圧を検知し、前記第２の経路上の第２の電流および第２の電圧を検知する第１の検知ユニットおよび第２の検知ユニットを準備し、
   （ｃ）スイッチングユニットおよび制御ユニットを準備し、
   （ｄ）前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオンするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置は前記交流商用電源に並列方式で電気的に接続され、かつ前記制御ユニットは前記第１の電流および前記第１の電圧に基づいて、前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を得て、しかも前記第２の電流および前記第２の電圧に基づいて、前記交流商用電源にフィードバックする電力を得るとともに、前記出力電力と前記フィードバック電力との差、つまり前記負荷に必要な電力を供給する、および、
   （ｅ）前記制御ユニットが前記スイッチングユニットをオフするように制御したとき、前記再生可能エネルギー発電装置は単独で前記負荷に給電する、ことを含む、ことを特徴とする電力管理装置の制御方法。
7. ステップ（ｂ）において、
   前記第２の検知ユニットが前記第２の経路上の前記第２の電圧に異常が生じたことを検知したとき、前記制御ユニットは前記スイッチングユニットをオフすることで、前記交流商用電源と前記再生可能エネルギー発電装置および前記負荷との接続を切り離し、
   前記第１の検知ユニットは電流および電圧検知機能を備えたセンサであり、前記第２の検知ユニットは電流および電圧検知機能を備えたセンサであり、前記第１の検知ユニットが検知した前記第１の電流と前記第１の電圧との積が前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力となり、前記第２の検知ユニットが検知した前記第２の電流と前記第２の電圧との積が前記交流商用電源にフィードバックする電力となる、ことをさらに含む、ことを特徴とする請求項６に記載の電力管理装置の制御方法。
8. 前記再生可能エネルギー発電装置が複数台の再生可能エネルギー発電装置であるとき、前記再生可能エネルギー発電装置の各々が互いに並列方式で電気的に接続されており、
   前記複数台の再生可能エネルギー発電装置の各々はさらに外部電力変換ユニットに電気的に直列接続され、さらに前記電力管理装置に電気的に接続されており、かつ前記外部電力変換ユニットの各々は前記制御ユニットでの制御により、対応する前記再生可能エネルギー発電装置の出力を変換して、前記複数台の再生可能エネルギー発電装置を並列方式で電気的に接続することができる、ことを特徴とする請求項６に記載の電力管理装置の制御方法。
9. （ｆ）前記複数台の再生可能エネルギー発電装置の出力余剰電力を蓄電するための蓄電装置を準備し、前記蓄電装置はさらに双方向電力変換ユニットが電気的に直列接続されており、前記複数台の再生可能エネルギー発電装置に余剰の電力出力が生じたとき、前記双方向電力変換ユニットを介して前記蓄電装置に蓄電を行い、前記複数台の再生可能エネルギー発電装置にて発生した電力出力が不足したときには、前記蓄電装置に蓄電されている電力を前記双方向電力変換ユニットを介して出力する、ことをさらに含む、ことを特徴とする請求項６に記載の電力管理装置の制御方法。
10. 前記再生可能エネルギー発電装置が直流電源発電の発電装置であるとき、前記電力変換ユニットは直流−交流コンバータ（ＤＣ−ｔｏ−ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となり、前記再生可能エネルギー発電装置が交流電源発電の発電装置であるとき、前記電力変換ユニットは交流−交流コンバータ（ＡＣ−ｔｏ−ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となり、前記直流電源発電の発電装置が太陽光発電装置または燃料電池発電装置であり、前記交流電源発電の発電装置が風力発電機装置である、ことを特徴とする請求項６に記載の電力管理装置の制御方法。