JP2013243870A - 系統連系装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】再生可能エネルギー1から得られる直流電力を第1の電力系統3に同期する交流電力に変換し、当該交流電力を第1の電力系統3へ重畳させた後負荷4へ供給するインバータ回路22を備えた系統連系装置2において、第2の電力系統5に繋がり、かつこの第2の電力系統5から得られる電力を直流電力に併合可能に変換してインバータ回路22へ供給すると共に、直流電力の少なくとも一部を第2の電力系統5に同期する交流電力に変換し、当該交流電力を第2の電力系統5へ重畳可能に成す入出力回路23を備える。
【選択図】図1
Description
電力を電力系統に供給する系統連系装置に関する。
ログリッドと呼ばれる小規模な電力系統が検討されている。マイクログリッドでは、太陽
光発電システムや風力発電システム等の発電システムと電力を消費する需要家(工場、学
校、住宅、店舗など)とが商用電力系統とは別の閉じた配電系統の中で接続されている。
この発電システムは、メガワットを超えるような高出力の発電システムや、需要家に設け
られるような数キロ〜十数キロワットクラスの低出力の発電システムも含まれる。マイク
ログリッド内の発電システムは、需要家との間で電力の需要と供給がバランスするように
発電を行う。
と、マイクログリッド内での電力の利用料金(買電料金、売電料金)が商用電力系統より
も有利になることが予想される。
を商用電力系統に同期する交流電力に変換する系統連系装置が提案されている。通常の系
統連系装置は、商用電力系統に接続され、変換した交流電力を商用電力系統へ重畳させた
後負荷へ供給する。近年では、様々なエネルギー源から得られる直流電力や交流電力を入
力し、それらの電力をまとめて商用電力系統へ重畳する系統連系装置が提案されている(
特許文献1)。
系装置は、商用電力系統ではなくマイクログリッドに接続される。これにより、需要家で
はマイクログリッドの電力を利用したり、発電した電力をマイクログリッドに供給するこ
とができる。
供給がバランスするように発電を行わなければならない。このため、マイクログリッドの
様な電力系統では、需要家への電力の供給が不安定になる場合がある(商用電力系統より
も不安定である)。また、商用電力系統へ系統連系装置を接続した場合は、マイクログリ
ッドの様な電力系統の利点(例えば、電気料金等)を享受することができない。
も、需要家に対して有利な電力系統を利用することができる系統連系装置を提供すること
を目的とする。
統に同期する交流電力に変換し、当該交流電力を第1の電力系統へ重畳させた後負荷へ供
給するインバータ回路を備えた系統連系装置において、第2の電力系統に繋がり、かつこ
の第2の電力系統から得られる電力を前記直流電力に併合可能に変換して前記インバータ
回路へ供給すると共に、前記直流電力の少なくとも一部を第2の電力系統に同期する交流
電力に変換し、当該交流電力を第2の電力系統へ重畳可能に成す入出力回路を備えること
を特徴とする。
不安定になったとしても、第1の電力系統(例えば、商用電力系統)の電力を利用するこ
とができるため、需要家への電力の供給が安定しつつも、需要家に対して有利な電力系統
を利用することができる。
る双方向変換回路を有し、前記再生可能エネルギーから得られる直流電力をよりも前記負
荷の消費電力が大きい場合、前記双方向変換回路で第2の電力系等の交流電力を整流した
直流電力を前記インバータ回路へ出力し、前記再生可能エネルギーから得られる直流電力
よりも前記負荷の消費電力が小さい場合、この直流電力の少なくとも一部を前記双方向変
換回路で第2の電力系統へ重畳させることを特徴とする。
圧後に直流電力の安定化を成す構成を備えることを特徴とする。
の電力系統に同期する交流電力に変換し、当該交流電力を第1の電力系統へ重畳させた後
負荷へ供給するインバータ回路を備えた系統連系装置において、第2の電力系統に繋がり
、かつこの第2の電力系統から得られる電力を前記直流電力に併合可能に変換して前記イ
ンバータ回路へ供給すると共に、前記直流電力の少なくとも一部を第2の電力系統に同期
する交流電力に変換し、当該交流電力を第2の電力系統へ重畳可能に成す入出力回路と第
1の電力系統からの電力を前記入出力回路へ供給する変換回路を備えることを特徴とする
。
)が不安定になったとしても、第1の電力系統(例えば、商用電力系統)の電力を利用す
ることができるため、需要家への電力の供給が安定しつつも、需要家に対して有利な電力
系統を利用することができる。
とする。
統を利用することができる系統連系装置を提供することができる。
す概要図である。この図に示すように太陽電池1と系統連系装置2とを有する太陽光発電
システム10が、商用電力系統3(第1の電力系統)とマイクログリッド5(第2の電力
系統)に接続されている。
の発電システムや電力を消費する需要家(工場53、学校54、住宅、店舗55など)が
接続され、商用電力系統3とは別の閉じた小規模の電力系統を構成している。マイクログ
リッド内の発電システムは、需要家との間で電力の需要と供給がバランスするように発電
を行っている。本実施例では、太陽光発電システム10は需要家に取り付けられている。
及が進み、マイクログリッド5内での電力の利用料金(買電料金、売電料金)が商用電力
系統よりも有利になっている場合を想定する。また、ここでは、マイクログリッド5と商
用電力系統3は、同じ周波数(例えば、50Hz、60Hz)、同じ電圧(単相三線20
0Vなど)である場合を想定する。
1は、太陽電池セルを複数枚直列及び/又は並列に接続し、所望の直流電力を得られるよ
うに構成されている。
23、連系用リレー24、制御回路25を有している。図2は系統連系装置2を示す電気
回路図である。
電力を昇圧する。昇圧された太陽電池1から得られる直流電力はインバータ回路22へ供
給される。昇圧回路21は、リアクトル11、ダイオード12、スイッチ素子13、コン
デンサ14を有し、非絶縁型のチョッパ回路を構成している。
イオード12の直列回路のリアクトル側が太陽電池1の正極端子に接続される。スイッチ
素子は、リアクトルとダイオード12の接続点と太陽電池1の負極端子に接続される。コ
ンデンサ14は、直列回路のダイオード側と太陽電池の負極端子に接続される。スイッチ
素子13にはIGBTやFETのようなスイッチ素子を用いると良い。また、コンデンサ
14には大容量のコンデンサが用いられ、昇圧後の電圧が安定化を成すように構成されて
いる。
4の両端から昇圧された太陽電池1の直流電力を出力する。この際に、スイッチ素子13
を周期定期に導通/遮断するデューティー比(導通時間/(導通時間+遮断時間))を変
更することにより、所望の昇圧比を得ることができる。出力された直流電力は、インバー
タ回路22、及び入出力回路23に供給される。
する交流電力に変換する。そして、インバータ回路22は、変換した交流電力を商用電力
系統3へ重畳させた後、商用電力系統3へ接続された負荷4へ供給する。
4つブリッジ接続したブリッジ回路41と、ブリッジ回路41の交流側に接続されたフィ
ルタ回路42を有している。ブリッジ回路41の直流側は昇圧回路21のコンデンサ14
(出力側)に接続される。インバータ回路22は、ブリッジ回路41のスイッチ素子を制
御回路25の生成するPWM信号により周期的に導通/遮断することにより、入力された
直流電力を商用電力系統と同期した交流電力に変換してフィルタ回路42から出力する。
られる電力を太陽電池1から得られる直流電力に併合可能に変換してインバータ回路22
へ供給すると共に、太陽電池1から得られる直流電力の少なくとも一部をマイクログリッ
ド5に同期する交流電力に変換し、変換した交流電力をマイクログリッド5へ重畳可能に
成されている。
ており、双方向回路23a、及びインバータ回路23bにより太陽電池1から得られる直
流電力とマイクログリッド5とを繋げる双方向変換回路を構成している。
昇圧回路22から出力される直流電力をインバータ回路23bへそのまま供給する。また
、双方向回路23aは、インバータ回路23bから供給されるマイクログリッドの直流電
力を昇圧してインバータ回路22へ供給する。
、コンデンサ34、及び開閉リレー35を有している。リアクトル31とダイオード32
が直列に接続されて直列回路を成し、この直列回路のリアクトル31側がインバータ回路
23bの直流側の正極端子に接続される。また、スイッチ素子33は、リアクトル31と
ダイオード32の接続点とインバータ回路23bの負極端子とに接続される。コンデンサ
34の一端は、インバータ回路23bの直流側の正極端子に、コンデンサ34の他端は、
インバータ回路23bの直流側の負極端子に夫々接続されている。また、開閉リレー35
は、リアクトル31とダイオード32の直列回路と並列に接続される。
回路22と同様の構成のものを用いる。
3aは、開閉リレー35を閉じスイッチ回路33を遮断する。これにより、昇圧回路21
の出力する直流電力が、リアクトル31とダイオード32の直列回路を迂回してそのまま
インバータ回路23bに供給される。また、この場合、インバータ回路23bは、ブリッ
ジ回路41のスイッチ素子を制御回路25の生成するPWM信号により周期的に導通/遮
断することにより、入力された直流電力をマイクログリッド5と同期した交流電力に変換
してフィルタ回路42から出力する。このようにして、入出力回路23は、太陽電池1か
ら得られる直流電力をマイクログリッド5に供給する。
ータ回路23bのブリッジ回路41のダイオードによりマイクログリッド5の交流電力が
整流され、双方向回路23aに整流された直流電力が供給される。また、この場合、双方
向回路23aは、開閉リレー35を開きスイッチ回路33を周期的に導通/遮断する。こ
のように動作することにより双方向回路23aは、インバータ回路23bから入力される
直流電力を昇圧してインバータ回路22へ供給する非絶縁型のチョッパ回路として動作す
る。双方向回路23aもまた、昇圧回路21と同様に、スイッチ素子33を周期定期に導
通/遮断するデューティー比(導通時間/(導通時間+遮断時間))を変更することによ
り、所望の昇圧比を得ることができる。このようにして、入出力回路23は、マイクログ
リッド5から供給される電力をインバータ回路22へ供給する。
路23bとマイクログリッド5との間に設けられている。インバータ回路22と商用電力
系統3との間に設けられた連系用リレー24は、系統連系装置2と商用電力系統3との間
に電力のやり取りが無い場合には開かれ、電力のやり取りが有る場合には閉じられる。ま
た、インバータ回路23bとマイクログリッド5との間に設けられている連系用リレー2
4も同様に、系統連系装置2とマイクログリッドとの間に電力のやり取りが無い場合に開
かれ、電力のやり取りが有る場合には閉じられる。
ることができ、検出した電圧や電流に基づいて、昇圧回路21、インバータ回路22、入
出力回路23、連系用リレー24の動作を制御する。
昇圧回路21への入力電力)が最大になるように制御する。具体的には、昇圧回路21へ
の入力電流と入力電圧とから、昇圧回路21に入力される太陽電池1から得られる直流電
力を演算する。演算した直流電力が、前回演算した直流電力よりも大きい場合は、前回デ
ューティ比を変更した方と同じ方にデューティ比を変更する(前回デューティ比を低くし
た場合再度低くし、前回デューティ比を高くした場合は高くする)。また、逆に、前回演
算した直流電力よりも小さい場合は、前回デューティ比を変更した方と逆の方にデューテ
ィ比を変更する(前回デューティ比を低くした場合高くし、前回デューティ比を高くした
場合は低くする)。
号を生成する。具体的には、制御回路25は、インバータ回路22の出力電流指令値It
を演算し、インバータ回路22の出力電流が出力電流指令値Itに一致するようにインバ
ータ回路22の出力電圧を出力するようなPWM信号を生成する。
場合、入出力回路23(双方向変換回路)でマイクログリッド5の交流電力を整流した直
流電力をインバータ回路22へ出力するように入出力回路23を動作する。また、制御回
路25は、太陽電池1から得られる直流電力よりも負荷4の消費電力が小さい場合、この
直流電力の少なくとも一部を入出力回路23でマイクログリッド5へ重畳させるように動
作する。
フローチャートを示す図である。制御回路25は、負荷4の消費電力PLを検出し(ステ
ップS11)、太陽電池1から得られる直流電力PPを検出する(ステップS12)。負
荷の消費電力PLの検出は、インバータ回路22の出力する交流電力と商用電力系統3か
ら供給される交流電力とを用いた演算により行っても良いし、直接負荷の消費電力PLを
検出できるようにしても良い。太陽電池1から得られる直流電力PPは上述したように、
昇圧回路21の入力電力を検出すると良い。
ステップS13)。直流電力PPよりも消費電力PLが大きい場合、上述したように、入
出力回路23(双方向変換回路)でマイクログリッド5の交流電力を整流した直流電力を
インバータ回路22へ出力するように入出力回路23を動作して(ステップS14)ステ
ップS11へ戻る。
23aの開閉リレー35を開き、双方向回路23aのスイッチ素子33のスイッチング信
号を生成する。スイッチング信号は、双方向回路31の出力する電流Idが目標電流It
dになるようなデューティ比を持つ信号が生成される。目標電流Itdは、双方向回路2
3aの出力側(昇圧回路側)の電圧Vdを検出し、直流電力PPと消費電力PLとの差分
を電圧Vdで除算することにより求めると良い。このようにすることで負荷4の消費電力
として足りない分がマイクログリッド5から負荷4へ供給される。尚、インバータ回路2
2の目標電流Itはマイクログリッドからインバータ回路22へ供給される電力を加味し
て決められる(この電力の分、目標電流Itは増える)。
れる直流電力PPの少なくとも一部を入出力回路23でマイクログリッド5へ重畳させて
(ステップS15)ステップS11へ戻る。
aのスイッチ素子33を遮断し、インバータ回路23bのスイッチ素子を導通/遮断する
ためのPWM信号を生成する。具体的には、制御回路25は、インバータ回路23bの出
力電流指令値Itqを演算し、インバータ回路23bの出力電流Iqが出力電流指令値I
tqに一致するようにインバータ回路23bの出力電圧を出力するようなPWM信号を生
成する。尚、インバータ回路22の目標電流Itは太陽電池から得られる直流電力の内マ
イクログリッドに供給された電力を加味して決められる(この電力の分、目標電流Itは
減る)。
グリッドから得られる電力を太陽電池1から得られる直流電力に併合可能に変換してイン
バータ回路22へ供給すると共に、この直流電力の少なくとも一部をマイクログリッド5
に同期する交流電力に変換し、当該交流電力をマイクログリッド5へ重畳可能に成す入出
力回路を備える。このため、マイクログリッド5が不安定になったとしても、商用電力系
統5の電力を利用することができるため、需要家への電力の供給が安定しつつも、需要家
に対して料金体系の有利なマイクログリッド5を利用することができる。
力が大きい場合、双方向変換回路(入出力回路23)でマイクログリッド5の交流電力を
整流した直流電力をインバータ回路22へ出力している。このため、太陽電池1から得ら
れる直流電力とマイクログリッド5がから供給される電力で負荷4を賄うことができない
場合に商用電力系統5から電力を賄うことになる。これにより、最大限に需要家に対して
料金体系の有利なマイクログリッド5を利用することができる。
電力の少なくとも一部を双方向変換回路でマイクログリッド5へ重畳させている。このた
め、料金体系の有利なマイクログリッド5に対して売電を行うことができる。
力回路23により直流電力に変換された後に、インバータ回路22により商用電力系統3
と同期した交流電力に変換されるため、マイクログリッド5と商用電力系統3との交流電
力が同期していなくてもマイクログリッド5から負荷4へ電力を供給することができる。
が小さい場合、足りない電力をマイクログリッド5から負荷4へ供給するようにし、マイ
クログリッド5の電力が商用電力系統5へ逆潮流しないようにしている。
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
第2の電力系統としたマイクログリッド5とは別のマイクログリッドを第1の電力系統と
しても良い。
給されないようにすると良い。これにより、高い料金の商用電力系統5を低い料金のマイ
クログリッド5に売電して損をすることを防止することができる。
電力系統(マイクログリッド5)の方が売電料金が有利である前提で説明を行い、マイク
ログリッド5へ逆潮流するようにしていた。しかし、売電料金に逆転が有りうる場合、制
御回路25は、第1の電力系統の売電料金、及び第2の電力系統へ逆潮流する場合の売電
料金の情報を入力し、売電料金の高いほうへ太陽電池1から得られる直流電力を逆潮流す
るようにしても良い。
る直流電力をマイクログリッド5へ逆潮流させる指令を受信し、この逆潮流指令を受信し
た際に、入出力回路23は太陽電池1から得られる直流電力の内所定量をマイクログリッ
ド5と同期する交流電力に変換して重畳しても良い。
側(外部)から送信される逆潮流指令に合わせて太陽電池1から得られる直流電力を逆潮
流することができるのでマイクログリッド5の電力供給の安定化に寄与することができる
。
払いが認められているような場合、店舗55側から逆潮流指令を出して電気を回収するこ
とができる。
を受信し、入出力回路23は、利用可能な電力量についてマイクログリッド5から得られ
る電力を太陽電池1から得られる直流電力に併合可能に変換してインバータ回路22へ供
給するようにしても良い。これにより、マイクログリッド5の電力を先に電力料金を支払
った上で利用することができる。また、これにより、マイクログリッド5内の店舗55に
て買い物をしてポイントを得ることができ、このポイントをマイクログリッド5で利用可
能な電力量に変換することができる場合、制御回路25は、このポイントに応じたマイク
ログリッド5の利用可能な電力量を受信し、マイクログリッド5の電力を利用することが
できる。
の電力系統(マイクログリッド5)に供給されないようにしていたが、第1の電力系統か
らの電力を入出力回路23へ供給する変換回路を備えて、第1の電力系統の電力が第2の
電力系統に供給されるようにしても良い。
路23aと同様の構成を設けることにより、インバータ回路22と新たに設けられた双方
向回路とにより第1の電力系統からの電力を入出力回路へ供給する変換回路が構成される
。即ち、変換回路はインバータ回路を利用したものになる。
ができるので、マイクログリッド3が不安定(電力不足)に成るのを防止することができ
る。
2 系統連系装置
3 商用電力系統(第1の電力系統)
4 負荷
5 マイクログリッド(第2の電力系統)
21 昇圧回路
22 インバータ回路
23 入出力回路
24 連系用リレー
25 制御回路
51 太陽光発電所
52 風力発電所
53 工場
54 学校
55 商店
Claims (5)
- 再生可能エネルギーから得られる直流電力を第1の電力系統に同期する交流電力に変換
し、当該交流電力を第1の電力系統へ重畳させた後負荷へ供給するインバータ回路を備え
た系統連系装置において、
第2の電力系統に繋がり、かつこの第2の電力系統から得られる電力を前記直流電力に
併合可能に変換して前記インバータ回路へ供給すると共に、前記直流電力の少なくとも一
部を第2の電力系統に同期する交流電力に変換し、当該交流電力を第2の電力系統へ重畳
可能に成す入出力回路を備えることを特徴とする系統連系装置。 - 前記入出力回路は前記直流電力と第2の電力系統とを繋げる双方向変換回路を有し、前
記再生可能エネルギーから得られる直流電力をよりも前記負荷の消費電力が大きい場合、
前記双方向変換回路で第2の電力系等の交流電力を整流した直流電力を前記インバータ回
路へ出力し、前記再生可能エネルギーから得られる直流電力よりも前記負荷の消費電力が
小さい場合、この直流電力の少なくとも一部を前記双方向変換回路で第2の電力系統へ重
畳させることを特徴とする請求項1に記載の系統連系装置。 - 前記インバータ回路は前段に直流昇圧回路を有してこの昇圧後に直流電力の安定化を成
す構成を備えることを特徴とする請求項2に記載の系統連系装置。 - 再生可能エネルギーから得られる直流電力を第1の電力系統に同期する交流電力に変換
し、当該交流電力を第1の電力系統へ重畳させた後負荷へ供給するインバータ回路を備え
た系統連系装置において、
第2の電力系統に繋がり、かつこの第2の電力系統から得られる電力を前記直流電力に
併合可能に変換して前記インバータ回路へ供給すると共に、前記直流電力の少なくとも一
部を第2の電力系統に同期する交流電力に変換し、当該交流電力を第2の電力系統へ重畳
可能に成す入出力回路と第1の電力系統からの電力を前記入出力回路へ供給する変換回路
を備えることを特徴とする系統連系装置。 - 前記変換回路は前記インバータ回路を利用することを特徴とする請求項4に記載の系統
連系装置。
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