JP2013183549A - 電力制御装置および電力システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の発電電力等を電力系統および負荷に出力するものであって、電力系統への出力と負荷への出力を独立して調節することが容易となる電力制御装置を提供する。
【解決手段】電力系統に接続される第１ＤＣ／ＡＣインバータと、負荷に接続される第２ＤＣ／ＡＣインバータと、を別々に備え、太陽電池の発電電力を含む直流の供給電力を、第１ＤＣ／ＡＣインバータと第２ＤＣ／ＡＣインバータに分配するよう構成され、第１ＤＣ／ＡＣインバータは、前記供給電力が入力されたときに、入力された電力を交流に変換して前記電力系統側に出力し、第２ＤＣ／ＡＣインバータは、前記供給電力が入力されたときに、入力された電力を交流に変換して前記負荷側に出力する電力制御装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力制御装置およびこれを用いた電力システムに関する。

従来、太陽電池の発電電力等を電力系統や特定負荷に出力するＰＣＳ［Power Conditioning Subsystem］が提案されている。このようなＰＣＳについて、蓄電池を用いない形態と蓄電池を用いる形態を例に挙げ、以下に簡潔に説明する。

図６は、蓄電池を用いない形態のＰＣＳ１０１ａおよびその周辺の構成図である。ＰＣＳ１０１ａは、Ｎ個のＤＣ／ＤＣコンバータ（１１１−１〜１１１−Ｎ）、ＤＣ／ＡＣインバータ１１２ａ、連系リレー１１３、および自立リレー１１４を有している。ＰＣＳ１０１ａには、Ｎ個の太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）、分電盤１０２、および特定負荷１０３が接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１１−１〜１１１−Ｎ）は、それぞれ、入力側が太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）に接続され、出力側がＤＣ／ＡＣインバータ１１２ａの入力側に接続されている。またＤＣ／ＡＣインバータ１１２の出力側は、連系リレー１１３を介して電力系統に繋がる分電盤１０２に接続され、自立リレー１１４を介して特定負荷１０３に接続される。

ＰＣＳ１０１ａによれば、連系リレー１１３が閉じているときには、太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）の発電電力を電力系統に出力することが可能であり、自立リレー１１４が閉じているときには、太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）の発電電力を特定負荷１０３に出力することが可能である。

また図７は、蓄電池を用いる形態のＰＣＳ１０１ｂおよびその周辺の構成図である。ＰＣＳ１０１ｂは、Ｎ個のＤＣ／ＤＣコンバータ（１１１−１〜１１１−Ｎ）、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１１２ｂ、連系リレー１１３、および自立リレー１１４を有している。ＰＣＳ１０１ｂには、Ｎ個の太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）、分電盤１０２、および特定負荷１０３が接続されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５を介して蓄電池ＢＡＴが接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１１−１〜１１１−Ｎ）は、それぞれ、入力側が太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）に接続され、出力側が双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１１２ｂの一端に接続されている。また双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１１２ｂの他端は、連系リレー１１３を介して電力系統に繋がる分電盤１０２に接続され、自立リレー１１４を介して特定負荷１０３に接続される。

ＰＣＳ１０１ｂによれば、連系リレー１１３が閉じているときには、太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）の発電電力や蓄電池ＢＡＴの放電電力を、分電盤１０２を介して電力系統に出力することが可能である。また自立リレー１１４が閉じているときには、太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）の発電電力や蓄電池ＢＡＴの放電電力を、特定負荷１０３に出力することが可能である。

特開２０１０−４１８１９号公報

上述したようなＰＣＳは、自立運転（特定負荷への電力出力等）の機能を有してはいるものの、一般的に連系運転（電力系統への電力出力等）を基本として行うよう設計されている。そのため当該ＰＣＳにおいて、自立運転は補助的に行われるものに過ぎず、例えば、非常時に連系リレーが開かれたとき（連系遮断時）に、特定負荷への電力供給のために行われるに過ぎない。

このような事情もあり、上述したＰＣＳはＤＣ／ＡＣインバータを一つしか備えておらず、この一つのＤＣ／ＡＣインバータが、連系運転と自立運転に兼用される形態となっている。そのため、連系運転の出力と自立運転の出力を互いに独立して行うことが出来ず、電力系統への出力と負荷への出力を独立して調節することは容易ではない。

本発明は上述した問題に鑑み、太陽電池の発電電力等を電力系統および負荷に出力するものであって、電力系統への出力と負荷への出力を独立して調節することが容易となる電力制御装置、および当該電力制御装置を備えた電力システムの提供を目的とする。

本発明に係る電力制御装置は、電力系統に接続される第１ＤＣ／ＡＣインバータと、負荷に接続される第２ＤＣ／ＡＣインバータと、を別々に備え、太陽電池の発電電力を含む直流の供給電力を、第１ＤＣ／ＡＣインバータと第２ＤＣ／ＡＣインバータに分配するよう構成され、第１ＤＣ／ＡＣインバータは、前記供給電力が入力されたときに、入力された電力を交流に変換して前記電力系統側に出力し、第２ＤＣ／ＡＣインバータは、前記供給電力が入力されたときに、入力された電力を交流に変換して前記負荷側に出力する構成とする。

本構成によれば、太陽電池の発電電力等を電力系統および負荷に出力するものであって、電力系統への出力と負荷への出力を独立して調節することが容易となる。

また上記構成としてより具体的には、太陽電池に接続される複数の太陽電池接続ラインと、前記複数の太陽電池接続ラインの各々に対応した複数のスイッチ部と、を備え、前記スイッチ部の各々は、対応する前記太陽電池接続ラインの状態を、第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向に導通した状態と、第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向に導通した状態との間で、切替可能に形成されている構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、蓄電池に接続される蓄電池接続ラインを備え、前記スイッチ部の各々は、対応する前記太陽電池接続ラインの状態を、第１状態から第４状態の間で切替可能に形成されており、第１状態は、前記蓄電池接続ラインの方向には導通して、第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向および第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向には遮断された状態であり、第２状態は、第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向には導通して、前記蓄電池接続ラインの方向および第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向には遮断された状態であり、第３状態は、第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向には導通して、前記蓄電池接続ラインの方向および第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向には遮断された状態であり、第４状態は、前記蓄電池接続ラインの方向、第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向、および第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向の何れにも遮断された状態である構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記電力系統に接続される系統ライン、前記負荷に接続される負荷ライン、および、開閉により前記系統ラインと前記負荷ラインの間の導通／遮断を切替える系統リレーを有した分電盤とともに用いられ、第１ＤＣ／ＡＣインバータは、前記系統ラインに接続されることにより、前記電力系統に接続され、第２ＤＣ／ＡＣインバータは、前記負荷ラインに接続されることにより、前記負荷に接続される構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記蓄電池接続ラインから第２ＤＣ／ＡＣインバータへの導通／遮断を切替える構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、第２ＤＣ／ＡＣインバータから前記蓄電池接続ラインへの導通／遮断を切替えるものであり、第２ＤＣ／ＡＣインバータは、前記負荷ライン側から交流電力が入力されたときに、入力された電力を直流に変換して前記蓄電池接続ライン側に出力する構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、前記系統リレーの開閉を制御する構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、開閉により第１ＤＣ／ＡＣインバータと前記系統ラインの間の導通／遮断を切替える連系リレーと、開閉により第２ＤＣ／ＡＣインバータと前記負荷ラインの間の導通／遮断を切替える自立リレーと、を備え、前記連系リレーの開閉および前記自立リレーの開閉を制御する構成としてもよい。

また本発明に係る電力システムは、上記構成に係る電力制御装置と、それぞれが前記複数の太陽電池接続ラインの各々に接続される複数の太陽電池と、前記蓄電池接続ラインに接続される蓄電池と、を備える構成とする。

また本発明に係る電力システムは、上記構成に係る電力制御装置と、前記分電盤と、それぞれが前記複数の太陽電池接続ラインの各々に接続される複数の太陽電池と、前記蓄電池接続ラインに接続される蓄電池と、を備える構成とする。

本発明に係る電力制御装置によれば、太陽電池の発電電力等を電力系統および負荷に出力するものであって、電力系統への出力と負荷への出力を独立して調節することが容易となる。また本発明に係る電力システムによれば、本発明に係る電力制御装置の利点を享受し得る。

本発明の実施形態に係るＰＣＳおよびその周辺の構成図である。 第１構成例のスイッチ切替部を有したＰＣＳとその周辺の構成図である。 第２構成例のスイッチ切替部を有したＰＣＳとその周辺の構成図である。 スイッチ等の制御に関する説明図である。 スイッチ等の制御に関する説明図である。 従来例のＰＣＳおよびその周辺の構成図である。 別の従来例のＰＣＳおよびその周辺の構成図である。

本発明の実施形態について以下に説明する。なお以下の説明において、「Ｎ」は２以上の整数であり、「Ｋ」は１からＮまでの範囲における任意の整数であるとする。

図１は、本実施形態に係るＰＣＳ１およびその周辺の構成図である。本図に示すようにＰＣＳ１には、各外部接続端子を介して、Ｎ個の太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）、蓄電池ＢＡＴ、電力系統などに繋がる分電盤２が接続されている。このようにＰＣＳ１は、接続されている各要素とともに電力システムを形成している。

太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）は、太陽光を受けて発電した発電電力（直流電力）をＰＣＳ１へ出力する。蓄電池ＢＡＴは充放電可能であり、ＰＣＳ１から受け取る直流電力を用いた充電や、ＰＣＳ１への放電（直流電力の出力）を行う。

分電盤２は、電力系統に接続されている系統ライン２１、負荷（例えば、家庭用の電気機器或いは特定負荷など）に接続されている負荷ライン２２、および、開閉により系統ライン２１と負荷ライン２２の間の導通／遮断を切替える系統リレー２３を有している。

またＰＣＳ１は、それぞれに太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）が接続されるＮ個の太陽電池接続ライン（Ｌ_PV−１〜Ｌ_PV−Ｎ）と、蓄電池ＢＡＴに接続される蓄電池接続ラインＬ_BATと、分電盤２の系統ライン２１に接続される系統接続ラインＬ_SYSと、分電盤２の負荷ライン２２に接続される負荷接続ラインＬ_LOADと、を備えている。なお太陽電池接続ラインＬ_PV−Ｋは、太陽電池ＰＶ−Ｋに接続される。このように各太陽電池接続ラインは、別々の太陽電池に接続される。

更にＰＣＳ１は、Ｎ個のＤＣ／ＤＣコンバータ（１１−１〜１１−Ｎ）、ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａ、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂ、連系リレー１３、自立リレー１４、スイッチ切替部１５、および制御部１６を備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−Ｋは、太陽電池接続ラインＬ_PV−Ｋに設けられており、入力側が太陽電池ＰＶ−Ｋに接続されており、出力側がスイッチ切替部１５に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−Ｋは入力される直流電力（太陽電池の発電電力）を、例えば電圧値の異なる直流電力に変換して出力する。

ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａは系統接続ラインＬ_SYSに設けられており、入力側がスイッチ切替部１５に接続されており、出力側が連系リレー１３を介して分電盤２の系統ライン２１に接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａは、系統ライン２１に接続されることにより、電力系統に接続されることとなる。ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａは、入力される直流電力を交流に変換して出力する。

双方向ＤＣ／ＡＣインバータ（双方向変換器）１２ｂは負荷接続ラインＬ_LOADに設けられており、一端（「直流端」とする）がスイッチ切替部１５に接続されており、他端（「交流端」とする）が自立リレー１４を介して負荷ライン２２に接続されている。双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂは、負荷ライン２２に接続されることにより、負荷に接続されることとなる。

双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂは、直流端に入力される直流電力を交流に変換して交流端から出力する一方、交流端に入力される交流電力を直流に変換して直流端から出力する。このように双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂは、直流端から交流端の方向についてはＤＣ／ＡＣインバータとして機能し、交流端から直流端の方向についてはＡＣ／ＤＣコンバータとして機能する。

連系リレー１３は、開閉によりＤＣ／ＡＣインバータ１２ａと系統ライン２１の間の接続／遮断を切替える機能を有する。また自立リレー１４は、開閉により双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂと負荷ライン２２の間の接続／遮断を切替える機能を有する。

スイッチ切替部１５は、各太陽電池接続ライン（Ｌ_PV−１〜Ｌ_PV−Ｎ）、蓄電池接続ラインＬ_BAT、系統接続ラインＬ_SYS、および負荷接続ラインＬ_LOADの各ラインが接続されており、これらのライン同士の導通状態を切替える機能を有する。スイッチ切替部１５の具体的な構成の例については、改めて説明する。

制御部１６は、スイッチ切替部１５が有する各スイッチの制御（後述するトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ制御や開閉スイッチの開閉制御）の他、連系リレー１３、自立リレー１４、および分電盤２の系統リレー２３の開閉制御を行う。次に、スイッチ切替部１５の具体的な構成の例について、第１構成例および第２構成例を挙げて以下に説明する。

［スイッチ切替部の第１構成例］
まず第１構成例について説明する。図２は、第１構成例に係るスイッチ切替部１５を有したＰＣＳ１およびその周辺の構成図である。本図に示すようにスイッチ切替部１５は、Ｎ個の第１トランジスタ（Ｑ１−１〜Ｑ１−Ｎ）、Ｎ個の第２トランジスタ（Ｑ２−１〜Ｑ２−Ｎ）、Ｎ個の第３トランジスタ（Ｑ３−１〜Ｑ３−Ｎ）、Ｎ個の第４トランジスタ（Ｑ４−１〜Ｑ４−Ｎ）、第５トランジスタＱ５、および第６トランジスタＱ６を有している。各トランジスタ（Ｑ１−１〜Ｑ１−Ｎ、Ｑ２−１〜Ｑ２−Ｎ、Ｑ３−１〜Ｑ３−Ｎ、Ｑ４−１〜Ｑ４−Ｎ、Ｑ５、Ｑ６）は何れも、例えばＮＰＮ型のパワートランジスタである。

なお第１構成例のスイッチ切替部１５が採用された場合、制御部１６は、各トランジスタ（Ｑ１−１〜Ｑ１−Ｎ、Ｑ２−１〜Ｑ２−Ｎ、Ｑ３−１〜Ｑ３−Ｎ、Ｑ４−１〜Ｑ４−Ｎ、Ｑ５、Ｑ６）のベースに別々に信号を出力し、これらのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ（コレクタからエミッタへの導通／非導通）の切替を別々に制御する。

第１トランジスタＱ１−Ｋは、コレクタが太陽電池接続ラインＬ_PV−Ｋに接続されており、エミッタが蓄電池接続ラインＬ_BATに接続されている。

第２トランジスタＱ２−Ｋは、コレクタが、太陽電池接続ラインＬ_PV−Ｋに接続されており、エミッタが、第３トランジスタＱ３−Ｋのコレクタおよび第４トランジスタＱ４−Ｋのコレクタに接続されている。また第３トランジスタＱ３−Ｋのエミッタは、系統接続ラインＬ_SYSに接続されており、第４トランジスタＱ４−Ｋのエミッタは、負荷接続ラインＬ_LOADに接続されている。

第５トランジスタＱ５は、コレクタが蓄電池接続ラインＬ_BATに接続されており、エミッタが負荷接続ラインＬ_LOADに接続されている。第６トランジスタＱ６は、コレクタが負荷接続ラインＬ_LOADに接続されており、エミッタが蓄電池接続ラインＬ_BATに接続されている。

また第１から第４トランジスタ（Ｑ１−Ｋ、Ｑ２−Ｋ、Ｑ３−Ｋ、Ｑ４−Ｋ）は、スイッチ部ＳＷ−Ｋを構成している。スイッチ部ＳＷ−Ｋは、対応する太陽電池接続ラインＬ_PV−Ｋの状態を、第１状態Ｓｔ１、第２状態Ｓｔ２、第３状態Ｓｔ３、および第４状態Ｓｔ４の間で切替可能に形成されている。

第１状態Ｓｔ１は、第１トランジスタＱ１−ＫがＯＮにされ、第２トランジスタＱ２−ＫがＯＦＦにされた状態である。第１状態Ｓｔ１は、蓄電池接続ラインＬ_BATの方向には導通して、系統接続ラインＬ_SYSの方向（ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａの方向）および負荷接続ラインＬ_LOADの方向（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂの方向）には遮断された状態である。

第２状態Ｓｔ２は、第１トランジスタＱ１−ＫがＯＦＦにされ、第２トランジスタＱ２−ＫがＯＮにされ、第３トランジスタＱ３−ＫがＯＮにされ、第４トランジスタＱ４−ＫがＯＦＦにされた状態である。第２状態Ｓｔ２は、系統接続ラインＬ_SYSの方向（ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａの方向）には導通して、蓄電池接続ラインＬ_BATの方向および負荷接続ラインＬ_LOADの方向（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂの方向）には遮断された状態である。

第３状態Ｓｔ３は、第１トランジスタＱ１−ＫがＯＦＦにされ、第２トランジスタＱ２−ＫがＯＮにされ、第３トランジスタＱ３−ＫがＯＦＦにされ、第４トランジスタＱ４−ＫがＯＮにされた状態である。第３状態Ｓｔ３は、負荷接続ラインＬ_LOADの方向（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂの方向）には導通して、蓄電池接続ラインＬ_BATの方向および系統接続ラインＬ_SYSの方向（ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａの方向）には遮断された状態である。

第４状態Ｓｔ４は、第１トランジスタＱ１−Ｋおよび第２トランジスタＱ２−ＫがＯＦＦにされた状態である。第４状態Ｓｔ４は、蓄電池接続ラインＬ_BATの方向、系統接続ラインＬ_SYSの方向（ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａの方向）、および負荷接続ラインＬ_LOADの方向（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂの方向）の何れにも遮断された状態である。

また第５トランジスタＱ５は、蓄電池接続ラインＬ_BATから負荷接続ラインＬ_LOAD（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂ）への導通／遮断を切替えるスイッチとしての役割を果たす。また第６トランジスタＱ６は、負荷接続ラインＬ_LOAD（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂ）から蓄電池接続ラインＬ_BATへの導通／遮断を切替えるスイッチとしての役割を果たす。

［スイッチ切替部の第２構成例］
次に第２構成例について説明する。図３は、第２構成例に係るスイッチ切替部１５を有したＰＣＳ１およびその周辺の構成図である。本図に示すようにスイッチ切替部１５は、Ｎ個の第１開閉スイッチ（Ｓ１−１〜Ｓ１−Ｎ）、Ｎ個の第２開閉スイッチ（Ｓ２−１〜Ｓ２−Ｎ）、Ｎ個の第３開閉スイッチ（Ｓ３−１〜Ｓ３−Ｎ）、Ｎ個の第４開閉スイッチ（Ｓ４−１〜Ｓ４−Ｎ）、第５開閉スイッチＳ５、第６開閉スイッチＳ６、Ｎ個の第１ダイオード（Ｄ１−１〜Ｄ１−Ｎ）、Ｎ個の第２ダイオード（Ｄ２−１〜Ｄ２−Ｎ）、Ｎ個の第３ダイオード（Ｄ３−１〜Ｄ３−Ｎ）、Ｎ個の第４ダイオード（Ｄ４−１〜Ｄ４−Ｎ）、第５ダイオードＤ５、および第６ダイオードＤ６を有している。各開閉スイッチ（Ｓ１−１〜Ｓ１−Ｎ、Ｓ２−１〜Ｓ２−Ｎ、Ｓ３−１〜Ｓ３−Ｎ、Ｓ４−１〜Ｓ４−Ｎ、Ｓ５、Ｓ６）は何れも両端間が開閉するスイッチであり、リレースイッチ等の各種スイッチが適用され得る。

なお第２構成例のスイッチ切替部１５が採用された場合、制御部１６は、各開閉スイッチ（Ｓ１−１〜Ｓ１−Ｎ、Ｓ２−１〜Ｓ２−Ｎ、Ｓ３−１〜Ｓ３−Ｎ、Ｓ４−１〜Ｓ４−Ｎ、Ｓ５、Ｓ６）に対して別々に信号を出力し、これらの開閉スイッチの開閉切替を別々に制御する。

第１開閉スイッチＳ１−Ｋは、一端が太陽電池接続ラインＬ_PV−Ｋに接続されており、他端が第１ダイオードＤ１−Ｋを介して蓄電池接続ラインＬ_BATに接続されている。

第２開閉スイッチＳ２−Ｋは、一端が太陽電池接続ラインＬ_PV−Ｋに接続されており、他端が第２ダイオードＤ２−Ｋを介して、第３開閉スイッチＳ３−Ｋの一端と第４開閉スイッチＳ４−Ｋの一端に接続されている。

なお第３開閉スイッチＳ３−Ｋの他端は、第３ダイオードＤ３−Ｋを介して系統接続ラインＬ_SYSに接続されている。また第４開閉スイッチＳ４−Ｋの他端は、第４ダイオードＤ４−Ｋを介して負荷接続ラインＬ_LOADに接続されている。

第５開閉スイッチＳ５は、一端が蓄電池接続ラインＬ_BATに接続されており、他端が第５ダイオードＤ５を介して負荷接続ラインＬ_LOADに接続されている。第６開閉スイッチＳ６は、一端が負荷接続ラインＬ_LOADに接続されており、他端が第６ダイオードＤ６を介して蓄電池接続ラインＬ_BATに接続されている。

また第１ダイオードＤ１−Ｋおよび第２ダイオードＤ２−Ｋは、アノード側が太陽電池接続ラインＬ_PV−Ｋへ向くように設けられている。第３ダイオードＤ３−Ｋはカソード側が系統接続ラインＬ_SYSへ向くように設けられている。第４ダイオードＤ４−Ｋおよび第５ダイオードＤ５−Ｋは、カソード側が負荷接続ラインＬ_LOADへ向くように設けられている。第６ダイオードＤ６−Ｋはカソード側が蓄電池接続ラインＬ_BATへ向くように設けられている。

第２構成例は、第１構成例における第１トランジスタ（Ｑ１−１〜Ｑ１−Ｎ）の代わりに、第１開閉スイッチ（Ｓ１−１〜Ｓ１−Ｎ）と第１ダイオード（Ｄ１−１〜Ｄ１−Ｎ）が設けられ、第１構成例における第２トランジスタ（Ｑ２−１〜Ｑ２−Ｎ）の代わりに、第２開閉スイッチ（Ｓ２−１〜Ｓ２−Ｎ）と第２ダイオード（Ｄ２−１〜Ｄ２−Ｎ）が設けられ、第１構成例における第３トランジスタ（Ｑ３−１〜Ｑ３−Ｎ）の代わりに、第３開閉スイッチ（Ｓ３−１〜Ｓ３−Ｎ）と第３ダイオード（Ｄ３−１〜Ｄ３−Ｎ）が設けられ、第１構成例における第４トランジスタ（Ｑ４−１〜Ｑ４−Ｎ）の代わりに、第４開閉スイッチ（Ｓ４−１〜Ｓ４−Ｎ）と第４ダイオード（Ｄ４−１〜Ｄ４−Ｎ）が設けられ、第５トランジスタＱ５の代わりに、第５開閉スイッチＳ５と第５ダイオードＤ５が設けられ、第６トランジスタＱ６の代わりに、第６開閉スイッチＳ６と第６ダイオードＤ６が設けられた形態となっている。

このように第２構成例は、第１構成例におけるトランジスタの代わりに開閉スイッチとダイオードが設けられた形態となっているが、基本的な機能は第１構成例と同等である。

すなわち、第１から第４開閉スイッチ（Ｓ１−Ｋ、Ｓ２−Ｋ、Ｓ３−Ｋ、Ｓ４−Ｋ）および第１から第４ダイオード（Ｄ１−Ｋ、Ｄ２−Ｋ、Ｄ３−Ｋ、Ｄ４−Ｋ）は、スイッチ部ＳＷ−Ｋを構成している。スイッチ部ＳＷ−Ｋは、対応する太陽電池接続ラインＬ_PV−Ｋの状態を、第１状態Ｓｔ１、第２状態Ｓｔ２、第３状態Ｓｔ３、および第４状態Ｓｔ４の間で切替可能に形成されている。

第１状態Ｓｔ１は、第１開閉スイッチＳ１−Ｋが閉状態にされ、第２開閉スイッチＳ２−Ｋが開状態にされた状態である。第１状態Ｓｔ１は、蓄電池接続ラインＬ_BATの方向には導通して、系統接続ラインＬ_SYSの方向（ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａの方向）および負荷接続ラインＬ_LOADの方向（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂの方向）には遮断された状態である。

第２状態Ｓｔ２は、第１開閉スイッチＳ１−Ｋが開状態にされ、第２開閉スイッチＳ２−Ｋが閉状態にされ、第３開閉スイッチＳ３−Ｋが閉状態にされ、第４開閉スイッチＳ４−Ｋが開状態にされた状態である。第２状態Ｓｔ２は、系統接続ラインＬ_SYSの方向（ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａの方向）には導通して、蓄電池接続ラインＬ_BATの方向および負荷接続ラインＬ_LOADの方向（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂの方向）には遮断された状態である。

第３状態Ｓｔ３は、第１開閉スイッチＳ１−Ｋが開状態にされ、第２開閉スイッチＳ２−Ｋが閉状態にされ、第３開閉スイッチＳ３−Ｋが開状態にされ、第４開閉スイッチＳ４−Ｋが閉状態にされた状態である。第３状態Ｓｔ３は、負荷接続ラインＬ_LOADの方向（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂの方向）には導通して、蓄電池接続ラインＬ_BATの方向および系統接続ラインＬ_SYSの方向（ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａの方向）には遮断された状態である。

第４状態Ｓｔ４は、第１開閉スイッチＳ１−Ｋおよび第２開閉スイッチＳ２−Ｋが開状態にされた状態である。第４状態Ｓｔ４は、蓄電池接続ラインＬ_BATの方向、系統接続ラインＬ_SYSの方向（ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａの方向）、および負荷接続ラインＬ_LOADの方向（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂの方向）の何れにも遮断された状態である。

また第５開閉スイッチＳ５と第５ダイオードＤ５は、蓄電池接続ラインＬ_BATから負荷接続ラインＬ_LOAD（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂ）への導通／遮断を切替えるスイッチとしての役割を果たす。また第６開閉スイッチＳ６と第６ダイオードＤ６は、負荷接続ラインＬ_LOAD（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂ）から蓄電池接続ラインＬ_BATへの導通／遮断を切替えるスイッチとしての役割を果たす。

［各スイッチ等の制御］
次に、各スイッチ等の制御について説明する。なお以下の説明では、便宜上、スイッチ切替部１５の構成として上述の第２構成例が採用されているとするが、第１構成例などが採用されている場合にも基本的に同様である。

スイッチ部（ＳＷ−１〜ＳＷ−Ｎ）の状態は、主に、太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）の発電電力の利用状況が適正となるように、制御部１６によって制御される。例えば、発電電力を蓄電池ＢＡＴの充電に多く割当てるべき状況では、第１状態Ｓｔ１とするスイッチ部（ＳＷ−１〜ＳＷ−Ｎ）の数が多く設定され、電力系統への供給（売電等）に多く割当てるべき状況では、第２状態Ｓｔ２とするスイッチ部（ＳＷ−１〜ＳＷ−Ｎ）の数が多く設定され（連系リレー１３は閉じられる）、負荷への供給に多く割当てるべき状況では、第３状態Ｓｔ３とするスイッチ部（ＳＷ−１〜ＳＷ−Ｎ）の数が多く設定される（自立リレー１４は閉じられる）。なお、太陽電池ＰＶ−Ｋの発電電力を何れにも供給しないようにする状況では、スイッチ部ＳＷ−Ｋの状態は第４状態Ｓｔ４とされる。

また第５開閉スイッチＳ５の開閉は、主に、蓄電池ＢＡＴにおける放電の許可／禁止の設定が適正となるように、制御部１６によって制御される。例えば、蓄電池ＢＡＴの放電電力を負荷へ供給すべき状況では、第５開閉スイッチＳ５は閉じられ（自立リレー１４も閉じられる）、蓄電池ＢＡＴの蓄電容量を温存しておくべき状況では、第５開閉スイッチＳ５は開かれる。

また第６開閉スイッチＳ６の開閉は、主に、負荷ライン２２側からの供給電力を用いた蓄電池ＢＡＴの充電の許可／禁止の設定が適正となるように、制御部１６によって制御される。例えば、系統電力を用いて蓄電池ＢＡＴを充電すべき状況では、第６開閉スイッチＳ６は閉じられ（自立リレー１４と系統リレー２３も閉じられる）、そうでない状況では第６開閉スイッチＳ６は開かれる。

また連系リレー１３は、連系運転（或いはこれに準じた動作）が許可されるべき状況では閉じられ、そうでない状況では開かれるように、制御部１６によって制御される。また自立リレー１４は、自立運転（或いはこれに準じた動作）が許可されるべき状況では閉じられ、そうでない状況では開かれるように、制御部１６によって制御される。また系統リレー２３は、分電盤２における電力系統側と負荷側を導通させるべき状況では閉じられ、そうでない状況では開かれるように、制御部１６によって制御される。

スイッチ部（ＳＷ−１〜ＳＷ−Ｎ）、第５開閉スイッチＳ５、第６開閉スイッチＳ６、および各種リレー（１３、１４、２３）の各々の状態の組み合わせは、そのときの状況等に応じて様々に設定され得る。ここで当該組み合わせの具体例として、図３〜図５の各図に示す例を挙げて、以下に説明する。

図３に示す例は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１−１〜１１−Ｎ）のうちのＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１のみがＤＣ／ＡＣインバータ１２ａを通じて系統連系し、他のＤＣ／ＤＣコンバータ（１１−２〜１１−Ｎ）に対応する太陽電池の発電電力を蓄電池ＢＡＴの充電に用いている例である。

この例では、スイッチ部ＳＷ−１は第２状態Ｓｔ２であり、その他のスイッチ部（ＳＷ−２〜ＳＷ−Ｎ）は第１状態Ｓｔ１であり、第５開閉スイッチＳ５は開状態であり、第６開閉スイッチＳ６は開状態であり、連系リレー１３は閉状態であり、自立リレー１４は開状態（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂは停止）であり、系統リレー２３は閉状態である。この例は、例えば昼間において、太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）が蓄電池ＢＡＴの充電に用いられる量を超えて発電しており、超えた分の電力を電力系統に供給している場合に該当する。

図４に示す例は、太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）の発電電力の全てを売電し（逆潮流させ）、蓄電池ＢＡＴの放電電力を分電盤２の負荷ライン２２に供給している例である。

この例では、全てのスイッチ部（ＳＷ−１〜ＳＷ−Ｎ）は第２状態Ｓｔ２であり、第５開閉スイッチＳ５は閉状態であり、第６開閉スイッチＳ６は開状態であり、連系リレー１３は閉状態であり、自立リレー１４は閉状態（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂは運転）であり、系統リレー２３は開状態である。この例は、例えば昼間において、蓄電池ＢＡＴに蓄えられた深夜電力を負荷への電力供給等に利用し、太陽電池（ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ）の発電電力を全て売電に用いる場合に該当する。

図５に示す例は、系統電力を蓄電池ＢＡＴの充電に用いている例である。この例では、全てのスイッチ部（ＳＷ−１〜ＳＷ−Ｎ）は第４状態Ｓｔ４であり、第５開閉スイッチＳ５は開状態であり、第６開閉スイッチＳ６は閉状態であり、連系リレー１３は開状態であり、自立リレー１４は閉状態（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂは運転）であり、系統リレー２３は閉状態である。この例は、例えば夜間（太陽電池の発電電力が得られない状況）において、ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａによる連系運転が停止し、系統電力が系統リレー２３、負荷ライン２２、負荷接続ラインＬ_LOAD、および蓄電池接続ラインＬ_BATを介して、蓄電池ＢＡＴに供給されるようにした場合に該当する。

［その他］
以上に説明した通り本実施形態に係るＰＣＳ１は、電力系統に接続されるＤＣ／ＡＣインバータ１２ａと、負荷に接続される双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂと、を備え、太陽電池の発電電力を含む直流の供給電力を、ＤＣ／ＡＣインバータ１２ａと双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂに分配するよう構成されている。またＤＣ／ＡＣインバータ１２ａは、当該供給電力が入力されたときに、入力された電力を交流に変換して電力系統側に出力し、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１２ｂは、当該供給電力が入力されたときに、入力された電力を交流に変換して負荷側に出力する。

このようにＰＣＳ１は、太陽電池の発電電力等を電力系統および負荷に出力するものであって、電力系統への出力に用いられるＤＣ／ＡＣインバータと負荷への出力に用いられるＤＣ／ＡＣインバータを別々に有している。そのため、電力系統への出力と負荷への出力を独立して調節することが容易となっている。

またＰＣＳ１は、スイッチ切替部１５が有する各スイッチの制御（トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ制御や開閉スイッチの開閉制御）の他、連系リレー１３、自立リレー１４、系統リレー２３の開閉制御を通じて、電力の利用形態を適正化することが可能である。例えばＰＣＳ１によれば、連系運転を続けながら自立出力を利用して、太陽電池や蓄電池の出力を無駄なく有効に使うことが可能である。またＰＣＳ１によれば、系統リレーを適切に制御し、蓄電池の出力を利用する容量的に安定した自立出力を、特定負荷に限定することなく分電盤に投入することが可能である。またＰＣＳ１によれば、ＤＣ／ＡＣインバータの入力を、太陽電池の出力と蓄電池の出力を任意に配分させたものとする機能を有することにより、効率的な電力の利用が可能である。

また本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全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。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、ＰＣＳ等に利用することができる。

１ ＰＣＳ（電力制御装置）
１１−１〜１１−Ｎ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ａ ＤＣ／ＡＣインバータ（第１ＤＣ／ＡＣインバータ）
１２ｂ 双方向ＤＣ／ＡＣインバータ（第２ＤＣ／ＡＣインバータ）
１３ 連系リレー
１４ 自立リレー
１５ スイッチ切替部
１６ 制御部
２ 分電盤
２１ 系統ライン
２２ 負荷ライン
２３ 系統リレー
ＢＡＴ 蓄電池
Ｄ１−１〜Ｄ１−Ｎ 第１ダイオード
Ｄ２−１〜Ｄ２−Ｎ 第２ダイオード
Ｄ３−１〜Ｄ３−Ｎ 第３ダイオード
Ｄ４−１〜Ｄ４−Ｎ 第４ダイオード
Ｄ５ 第５ダイオード
Ｄ６ 第６ダイオード
Ｌ_BAT 蓄電池接続ライン
Ｌ_LOAD 負荷接続ライン
Ｌ_PV−１〜Ｌ_PV−Ｎ 太陽電池接続ライン
Ｌ_SYS 系統接続ライン
ＰＶ−１〜ＰＶ−Ｎ 太陽電池
Ｑ１−１〜Ｑ１−Ｎ 第１トランジスタ
Ｑ２−１〜Ｑ２−Ｎ 第２トランジスタ
Ｑ３−１〜Ｑ３−Ｎ 第３トランジスタ
Ｑ４−１〜Ｑ４−Ｎ 第４トランジスタ
Ｑ５ 第５トランジスタ
Ｑ６ 第６トランジスタ
ＳＷ−１〜ＳＷ−Ｎ スイッチ部
Ｓ１−１〜Ｓ１−Ｎ 第１開閉スイッチ
Ｓ２−１〜Ｓ２−Ｎ 第２開閉スイッチ
Ｓ３−１〜Ｓ３−Ｎ 第３開閉スイッチ
Ｓ４−１〜Ｓ４−Ｎ 第４開閉スイッチ
Ｓ５ 第５開閉スイッチ
Ｓ６ 第６開閉スイッチ

Claims (10)

1. 電力系統に接続される第１ＤＣ／ＡＣインバータと、
   負荷に接続される第２ＤＣ／ＡＣインバータと、を別々に備え、
   太陽電池の発電電力を含む直流の供給電力を、第１ＤＣ／ＡＣインバータと第２ＤＣ／ＡＣインバータに分配するよう構成され、
   第１ＤＣ／ＡＣインバータは、
   前記供給電力が入力されたときに、入力された電力を交流に変換して前記電力系統側に出力し、
   第２ＤＣ／ＡＣインバータは、
   前記供給電力が入力されたときに、入力された電力を交流に変換して前記負荷側に出力することを特徴とする電力制御装置。
2. 太陽電池に接続される複数の太陽電池接続ラインと、
   前記複数の太陽電池接続ラインの各々に対応した複数のスイッチ部と、を備え、
   前記スイッチ部の各々は、
   対応する前記太陽電池接続ラインの状態を、第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向に導通した状態と、第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向に導通した状態との間で、切替可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 蓄電池に接続される蓄電池接続ラインを備え、
   前記スイッチ部の各々は、
   対応する前記太陽電池接続ラインの状態を、第１状態から第４状態の間で切替可能に形成されており、
   第１状態は、
   前記蓄電池接続ラインの方向には導通して、第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向および第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向には遮断された状態であり、
   第２状態は、
   第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向には導通して、前記蓄電池接続ラインの方向および第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向には遮断された状態であり、
   第３状態は、
   第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向には導通して、前記蓄電池接続ラインの方向および第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向には遮断された状態であり、
   第４状態は、
   前記蓄電池接続ラインの方向、第１ＤＣ／ＡＣインバータの方向、および第２ＤＣ／ＡＣインバータの方向の何れにも遮断された状態であることを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
4. 前記電力系統に接続される系統ライン、前記負荷に接続される負荷ライン、および、開閉により前記系統ラインと前記負荷ラインの間の導通／遮断を切替える系統リレーを有した分電盤とともに用いられる請求項３に記載の電力制御装置であって、
   第１ＤＣ／ＡＣインバータは、
   前記系統ラインに接続されることにより、前記電力系統に接続され、
   第２ＤＣ／ＡＣインバータは、
   前記負荷ラインに接続されることにより、前記負荷に接続されることを特徴とする電力制御装置。
5. 前記蓄電池接続ラインから第２ＤＣ／ＡＣインバータへの導通／遮断を切替えることを特徴とする請求項４に記載の電力制御装置。
6. 第２ＤＣ／ＡＣインバータから前記蓄電池接続ラインへの導通／遮断を切替えるものであり、
   第２ＤＣ／ＡＣインバータは、
   前記負荷ライン側から交流電力が入力されたときに、入力された電力を直流に変換して前記蓄電池接続ライン側に出力することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力制御装置。
7. 前記系統リレーの開閉を制御することを特徴とする請求項４から請求項６の何れかに記載の電力制御装置。
8. 開閉により第１ＤＣ／ＡＣインバータと前記系統ラインの間の導通／遮断を切替える連系リレーと、
   開閉により第２ＤＣ／ＡＣインバータと前記負荷ラインの間の導通／遮断を切替える自立リレーと、を備え、
   前記連系リレーの開閉および前記自立リレーの開閉を制御することを特徴とする請求項４から請求項７の何れかに記載の電力制御装置。
9. 請求項３から請求項８の何れかに記載の電力制御装置と、
   それぞれが前記複数の太陽電池接続ラインの各々に接続される複数の太陽電池と、
   前記蓄電池接続ラインに接続される蓄電池と、
   を備えることを特徴とする電力システム。
10. 請求項４から請求項８の何れかに記載の電力制御装置と、
    前記分電盤と、
    それぞれが前記複数の太陽電池接続ラインの各々に接続される複数の太陽電池と、
    前記蓄電池接続ラインに接続される蓄電池と、
    を備えることを特徴とする電力システム。

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