JP2014060839A - 分散型電源の自立運転システム及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池による自立運転中の際、重要負荷より太陽電池の発電電力が大きい場合、蓄電池の充電量が満充電以上／以下とで頻繁に切り替わらず、太陽電池の蓄電池に対する充電を制御する分散型電源の自立運転システムを提供する。
【解決手段】本発明の自立分散型電源の自立運転システムは、商用系統からの電力供給を軽減する分散型電源のシステムであり、商用系統と系統連系して、商用系統から電力が供給される給電系統の電力変動補償を、蓄電池を用いて行う電力変換部と、自然エネルギー発電による電力を給電系統に供給する自然エネルギー発電機と、商用系統が給電系統と切り離され、自然エネルギー発電機の発電電力と蓄電池の電力とで負荷を駆動する場合、蓄電池の充電制御において、蓄電池の電圧が第１の閾値を超えると自然エネルギー発電機の運転を停止し、予め設定された充電開始の条件となると自然エネルギー発電機の運転を再開する制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、分散型電源（マイクログリッド）の自立運転システム及びその方法に関する。

近年、分散型電源の負荷追従運転によって商用系統への負担を軽減する「マイクログリッド」への取り組みが活発化している。マイクログリッドの思想を取り込んだ分散型電源によるエネルギー供給システム（以下、単にマイクログリッドという）には、通常時は系統連系により商用系統からの買電量が一定となるように発電量を制御する連系運転を行い、停電等の非常時はマイクログリッド系統内に高品質な（電圧・周波数の変動が小さい）電力を供給する自立運転を行う負荷追従運転が求められている。

建物における電力供給の利便性を考慮すると、停電等の非常時において連系運転から自立運転への移行を、高品質な電力供給を保った状態で無瞬断で移行するシステムを構築することが望ましい。
これにより、例えばコンピュータのような電力品質（電圧・周波数の変動）に比較的敏感な機器を含め、マイクログリッド系統内では、外部の停電の影響を内部の電力供給に全く受けることなく建物の継続運用が可能となる。

また、近年、ＣＯ_２削減を目的として、太陽光発電や風力発電に代表される自然エネルギーの活用が各分野において盛んに行われている。例えば、上述したマイクログリッドにおいて太陽光発電を有効に利用する方法として、通常時には商用系統の電源と連系してピークカット運転を行い、商用系統の電源が停電するなどの非常時において、ＢＣＰ（Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ Ｐｌａｎ、事業継続用計画）用の電源として利用することが考えられる。

しかし、太陽光や風力などの自然エネルギーを用いた自然エネルギー発電は、天候や環境の変化により、発電する電力が大きく変動する。
このため、商用系統の電源と連系して運転する連系運転時に、確実なピークカットを行うためには、変動に応じて蓄電池（バッテリ）１３０の出力を調整するとともに、蓄電池の充放電を制御する必要がある。例えば、特許文献１あるいは特許文献２には、自立運転中に蓄電池が満充電となった場合、蓄電池１３０の抑制や停止を行うシステムが開示されている。

特開２０００−１１６０１０号公報 特開平１０−２３６７３号公報

図５を参照して従来のマイクログリッドの構成例を説明する。図５は、商用連系運転時に停電が発生した場合に無瞬断電力供給を行なうためのシステム構成の従来例を示す図である。
図５に示す電源システム９０においては、商用系統２００との連系運転時は、第１遮断器１９１とＡＣＳＷ（交流半導体スイッチ）１２０が投入状態、第２遮断器１９２が開放状態となっている。また、太陽光発電や電力負荷の変動に応じて、ＩＮＶ１３５を介して蓄電池１３０の出力制御を行うことにより、ピークカット運転を行い、重要負荷１５０、保安負荷１６０、防災負荷１７０及び一般負荷１８０に対して電力の供給を行う。

一方、電圧検出部１８１が受電点Ｐ１の電圧を検出し、停電時は第１遮断器１９１及び受電点遮断機２０１を開放する。また、第１遮断器１９１の開放を示す状態信号によって非常用発電機１９０の起動を開始し、ＡＣＳＷ１２０は電圧低下を検出して開放し、重要負荷に対して無瞬断による自立範囲（Ａ）内に対して電源供給を行う。非常用発電機１９０の起動後は、第２遮断器１９２とＡＣＳＷ１２０を投入することにより、かつ太陽電池１４０による太陽光発電出力を活用しながら、制御部９０２が自立範囲（Ｂ）の範囲内における自立運転を行う。

また、商用系統における停電が長期化することにより、非常用発電機１９０の燃料が枯渇した場合、蓄電池１３０の残量が継続する限り、自立範囲（Ａ）における自立運転が継続される。
重要負荷の電力値が太陽電池の発電電力より少ない状態において、蓄電池１３０が満充電となった場合、蓄電池１３０の直流過電圧によりＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ、電力変換装置）９０１が停止してしまう。このＰＣＳ９０１の停止により、重要負荷１５０に対する電力の供給が無くなり、重要負荷１５０が停電することになる。

このため、蓄電池１３０が満充電となった場合、制御部９０２は特許文献１及び特許文献２と同様に、太陽電池140からの蓄電池１３０に対する充電を停止することになる。
しかしながら、蓄電池１３０が満充電となって充電を停止した後、蓄電池１３０の充電電圧が満充充電の電圧に対して低下すると、蓄電池１３０に対する充電が再開されることになる。
このため、頻繁にＰＣＳ６０１が蓄電池１３０と太陽電池１４０との接続を遮断することになり、ＰＣＳにおける機械的な動作部分が劣化することになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、蓄電池による自立運転中において、重要負荷に対して太陽電池の発電電力が大きい場合、蓄電池の充電量が満充電以上と満充電以下とに頻繁に切り替わることなく、太陽電池による蓄電池に対する充電を制御することを可能とする分散型電源の自立運転システム及びその方法を提供することを目的とする。

本発明の自立分散型電源の自立運転システムは、商用系統からの電力供給を軽減する分散型電源の自立運転システムであり、前記商用系統と系統連系して、前記商用系統から電力が供給される給電系統における電力変動の補償を、蓄電池を用いて行う電力変換部と、自然エネルギー発電を行い、当該発電による電力を前記給電系統に対して供給する自然エネルギー発電機と、前記商用系統が前記給電系統と切り離され、前記自然エネルギー発電機の発電電力と前記蓄電池の電力とにより負荷を駆動する場合、前記蓄電池の充電制御において、当該蓄電池の電圧が第１の閾値を超えると、自然エネルギー発電機の運転を停止し、予め設定された充電開始の条件となると自然エネルギー発電機の運転を再開する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の自立分散型電源の自立運転システムは、前記制御部が、自然エネルギー発電機の運転開始の条件として、前記蓄電池の電圧が前記第１の閾値より低い第２の閾値以下となると自然エネルギー発電機の運転を開始することを特徴とする。

本発明の自立分散型電源の自立運転システムは、前記第１の閾値が満充電を示す電圧値であり、前記第２の閾値が前記負荷を駆動可能とする規定電圧であることを特徴とする。

本発明の自立分散型電源の自立運転システムは、前記制御部が、前記充電開始の条件として、前記蓄電池の電圧が前記第１の閾値を超えて充電を停止した時点から予め設定した停止時間を超えると自然エネルギー発電機の運転を開始することを特徴とする。

本発明の自立分散型電源の自立運転システムは、前記制御部が、前記負荷の単位時間における消費電力量に対応させ、前記停止時間を設定することを特徴とする。

本発明の自立分散型電源の自立運転方法は、商用系統からの電力供給を軽減する分散型電源の自立運転方法であり、前記商用系統と系統連系して、前記商用系統から電力が供給される給電系統における電力変動の補償を、蓄電池を用いて行う電力変換過程と、自然エネルギーを用いた発電を行い、当該発電による電力を前記給電系統に対して供給する自然エネルギー発電過程と、前記商用系統が前記給電系統と切り離され、前記自然エネルギー発電機の発電電力と前記蓄電池の電力とにより負荷を駆動する場合、前記蓄電池の充電制御において、当該蓄電池の電圧が第１の閾値を超えると自然エネルギー発電機の運転を停止し、予め設定された充電開始の条件となると自然エネルギー発電機の運転を再開する制御過程とを含むことを特徴とする。

この発明によれば、蓄電池による自立運転中において、重要負荷に対して自然エネルギーの発電電力が大きい場合、蓄電池の充電量が満充電以上と満充電以下とに頻繁に切り替わることなく、自然エネルギーによる蓄電池に対する充電を制御することが可能となり、発電停止と発電開始との切り替えを短い周期で連続して行うことによる機構の劣化を抑制することができる。

この発明の第１の実施形態による分散型電源の自立運転システム１０の構成例を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態における自立運転システム１０の充電制御を説明する波形図である。 第２の実施形態による自立運転システム１０の充電制御を説明する波形図である。 この発明の第３の実施形態による分散型電源の自立運転システム１０Ａの構成例を示す図である。 商用連系運転時の停電時の無瞬断電力供給を行なうためのシステム構成の従来例を示す図である

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施形態による分散型電源の自立運転システム（以下、自立運転システム１０）の構成例を示す図である。図１において、１００は無停電電源装置、１０１は入力部、１０２は出力部、１０３は電圧検出部、１１０は制御部、１２０は交流半導体スイッチ（ＡＣＳＷ）、１３０は蓄電池、１３５はＩＮＶ（インバータ、電力変換部）、１４０は太陽電池、をそれぞれ示す。また、１４５はＰＣＳ（パワーコンディショナ）、１５０は重要負荷、１６０は保安負荷、１７０は防災負荷、１８０は一般負荷、１８１は電力検出部、１９０は非常用発電機、１９１は第１遮断器、１９２は第２遮断器、をそれぞれ示す。また、２００は商用電源、２０１は受電点遮断器、Ｐ１は受電点、４００は給電ライン、をそれぞれ示す。この図１において、自立運転システム１０は、商用連系運転（商用系統と系統連係を行う運転）時の停電時において、無停電電源装置１００により、重要負荷１５０に対して無瞬断電力供給を行なう。

なお、図１において、重要負荷１５０を含み、停電直後と非常用発電機１９０が燃料枯渇により発電不能となった後の第１の自立範囲（Ａ）、停電時に非常用発電機１９０の運転中に自立する範囲である第２の自立範囲（Ｂ）が定義されている。第１の自立範囲（Ａ）は、自立運転システム１０のうち、商用電源２００側からみて入力部１０１を含み、当該入力部１０１よりも後段側に接続される各構成を含んでいる。また、第２の自立範囲（Ｂ）は、第１遮断器１９１を含み、当該第１遮断器１９１よりも後段側に接続される各構成を含んでいる。

自立運転システム１０は、無停電電源装置１００、ＰＣＳ１４５、太陽電池１４０、重要負荷１５０、保安負荷１６０、防災負荷１７０、一般負荷１８０、電力検出部１８１、非常用発電機１９０、第１遮断器１９１、及び第２遮断器１９２を含んで構成される。
一般負荷１８０は、商用系統である商用電源２００による給電ラインに受電点Ｐ１を介して接続され、給電ラインが停電その他の異常状態に陥った時には、受電点遮断器２０１により給電が遮断される。
保安負荷１６０、及び防災負荷１７０は、保安用途の負荷や防災用途の負荷などであり、重要度の高い負荷であって、給電ライン４００に接続されている。給電ライン４００は、第１遮断器１９１を介して一般負荷１８０と同様に、受電点Ｐ１に接続される。

この給電ライン４００には、第２遮断器１９２を介して非常用発電機１９０が接続されるとともに、交流スイッチ１２０を介して重要負荷１５０が接続される。この重要負荷１５０は、給電ライン４００が停電したときには非常用発電機１９０から電力が供給される。重要負荷１５０は、例えばサーバーなどであり、保安負荷１６０、及び防災負荷１７０よりさらに重要度の高い負荷である。この重要負荷１５０の接続ラインには、給電ライン４００が停電し、さらに非常用発電機１９０が停止しても自立運転を可能にするため、インバータ１３５を介して蓄電池１３０が接続されるとともに、パワーコンディショナ１４５を介して太陽電池１４０が接続される。

非常用発電機１９０は、重油やその他の燃料を動力源とし、商用電源２００の給電ラインが異常状態に陥った時（すなわち停電時）に起動される。非常用発電機１９０は、異常発生中は継続して運転され、第２の自立範囲（Ｂ）内において、商用電源２００に代わって保安負荷１６０、防災負荷１７０及び重要負荷１５０に電力供給する。また、商用電源２００の給電ラインが長時間にわたり異常状態が継続して、非常用発電機１９０が長時間運転を継続すると、燃料枯渇（燃料切れ）になり、運転停止に至る。なお、非常用発電機１９０の燃料切れ後においても、太陽電池１４０による発電が維持され、蓄電池１３０が蓄電している状態である限りは、第１の自立範囲（Ａ）内で重要負荷１５０への電力供給が継続される。

蓄電池１３０は、例えば、充電及び放電が繰り返して可能なコンデンサや二次電池などであり、インバータ１３５を介して重要負荷１５０の接続ラインに接続される。蓄電池１３０は、商用電源２００、太陽電池１４０、及び非常用発電機１９０により適宜充電され、保安負荷１６０、防災負荷１７０及び重要負荷１５０に対し（第２の自立範囲（Ｂ）内で自立運転している場合）、または重要負荷１５０（第１の自立範囲（Ａ）内で自立運転している場合）に対して放電する。

インバータ１３５は、交流と直流との間を双方向に電力変換する双方向型の電力変換装置である。インバータ１３５は、給電ライン４００の電力変動の補償を蓄電池１３０の電力を用いて行う。インバータ１３５は、商用電源２００、太陽電池１４０、及び非常用発電機１９０から蓄電池１３０を充電するときの動作モードでは交流を直流に変換し、重要負荷１５０に蓄電池１３０から放電するときの動作モードでは直流を交流に変換する。なお、このインバータ１３５は、二次電池の充放電を制御するための充放電制御回路を内蔵する。この充放電制御回路は、後述する制御部１１０からの蓄電池指令値（制御指令値）が入力され、蓄電池指令値に応じて蓄電池１３０を構成する二次電池の充放電をコントロールする。

太陽電池１４０は、パワーコンディショナ１４５を介して重要負荷１５０の接続ラインに接続され、一般負荷１８０、保安負荷１６０、防災負荷１７０、及び重要負荷１５０に独立して発電出力を供給するものである。パワーコンディショナ１４５は、重要負荷１５０の接続ラインの所定の周波数や電圧に適合していない太陽電池１４０の直流出力を所定の交流電力に変換し、周波数や電圧を給電ラインの電力に適合させる。また、本実施形態において、太陽電池１４０を用いているが、自然エネルギーを用いた発電機（自然エネルギー発電機）であれば良く、例えば風力発電、水力発電などによる発電機を用いてもよい。

第１遮断器１９１は、一般負荷１８０が接続される商用電源２００の給電ラインが給電状態にある通常の負荷運転時に投入され、商用電源２００の給電ラインが停電状態になると開放（遮断）される。
第２遮断器１９２は、第１遮断器１９１が投入されて商用電源２００の給電ラインが給電状態にあるとき開放され、商用電源２００の給電ラインが停電状態となって非常用発電機１９０の電圧が確立する（接続ラインの所定の電圧に達する）と投入される。この第２遮断器１９２が投入されると、非常用発電機１９０の発電出力が保安負荷１６０、防災負荷１７０、及び重要負荷１５０に給電される。また、非常用発電機１９０が停止すると第２遮断器１９２は開放される。

電圧検出部１８１は、商用電源２００の給電ラインが停電しているか否かの検出を行い、第１遮断器１９１、第２遮断器１９２の投入／開放、非常用発電機１９０の起動／停止の制御を行う。電圧検出部１８１は、商用電源２００の給電ラインが停電すると、受電点遮断器２０１の非導通を検出して、第１遮断器１９１を開放するとともに、非常用発電機１９０を起動し、非常用発電機１９０の電圧確立後、第２遮断器１９２を投入する。電力検出部１８１は、商用電源２００の給電ラインの停電が復旧すると、受電点遮断器２０１の導通を検出して、第１遮断器１９１を投入するとともに、第２遮断器１９２を開放して非常用発電機１９０を停止する。
電力検出部１８２は、受電点Ｐ１において、重要負荷１５０を含む総負荷（ただし、蓄電池１３０、太陽電池１４０、非常用発電機１９０からの電力供給分は除く）による消費電力を検出する総負荷消費電力検出手段として機能する。電力検出部１８２は、検出した検出値（受電点電力とする）を制御部１１０に送信する。

第１の自立範囲（Ａ）内には、制御部１１０、交流スイッチ１２０、インバータ１３５、蓄電池１３０、太陽電池１４０、ＰＣＳ１４５及び重要負荷１５０が含まれる。商用電源２００が健全な状態（復帰状態も含む）であり、第１の自立範囲（Ａ）に電力供給が必要であるとき、交流半導体スイッチ１２０において順方向に潮流が流れる。これにより、蓄電池１３０、重要負荷１５０は、交流スイッチ１２０を介して、商用電源２００からの交流電力が供給される。
一方、商用電源２００が停電状態になると、交流スイッチ１２０が遮断状態になり、商用電源２００からの交流電力の供給が停止される。また、商用電源２００に異常が発生すると、停電状態と同様に交流半導体スイッチ１２０が遮断状態になり、商用電源２００からの交流電力の供給が停止される。この場合、蓄電池１３０からの電力が出力部１０２を介して重要負荷１５０に対して供給される。その後、非常用発電機１９０が発電を開始すると、非常用発電機１９０からの電力が第２遮断器１９２、交流スイッチ１２０を介して重要負荷１５０に対して一旦供給される。また、第２の自立範囲（Ｂ）における保安負荷１６０、及び防災負荷１７０には、非常用発電機１９０からの電力が供給される。その後、非常用発電機１９０が発電を停止すると、交流スイッチ１２０が遮断され、再び蓄電池１３０からの電力が出力部１０２を介して重要負荷１５０に対して供給される。

また、第１の自立範囲（Ａ）内において、蓄電池１３０が放電し、あるいは太陽電池１４０が出力して余剰電力が発生している場合、交流スイッチ１２０において逆方向に潮流が流れる。これにより、商用電源２００からの交流電力の供給が停止されている場合であっても、蓄電池１３０、太陽電池１４０から第２の自立範囲（Ｂ）における保安負荷１６０、防災負荷１７０に対する給電を行うことができる。

無停電電源装置１００は、入力部１０１と出力部１０２との間に設けられた交流スイッチ１２０、蓄電池１３０、インバータ１３５、制御部１１０、及び電力検出部１０３を含んで構成される。インバータ１３５は、交流スイッチ１２０と蓄電池１３０との間に設けられている。この制御部１１０は、より上位のコントローラなどによる制御を受けるように構成することもできるが、本実施形態では制御部１１０が無停電電源装置１００の制御を行うものとする。
インバータ１３５と蓄電池１３０との間には、電力検出部１０３が設けられる。
電力検出部１０３は、蓄電池１３０における蓄電池直流電圧である充電電圧を検出し、検出した検出値（蓄電池電圧とする）を制御部１１０に送信する。

制御部１１０は本発明に係る自立運転システム１０の各制御を行うためのメインコントローラである。制御部１１０は、例えばＣＰＵ（中央処理演算装置）やＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等を備える汎用の情報処理装置により構成される。制御部１１０は、ＣＰＵが予めＲＯＭに記憶させたプログラムをＲＡＭ上で実行することにより、入力された所定情報（検出値）に基づいて所定ブロックへの命令（制御指令値等）を出力する動作を行う。
制御部１１０は、交流スイッチ１２０、パワーコンディショナ１４５、インバータ１３５の充放電制御回路に対して、制御信号、制御指令値を出力し、それぞれを制御する。

また、制御部１１０は、内部に内部記憶部１１０ａを有している。この内部記憶部１１０ａには、停止閾値電圧Ｖ１と、停止閾値電圧Ｖ１より低い起動閾値電圧Ｖ２との２つの充電制御のための閾値電圧が、予め書き込まれて記憶されている。停止閾値電圧Ｖ１は、蓄電池１３０の満充電としてインバータ１３５が直流過充電圧として動作を停止する電圧より若干低い電圧（例えば、満充電の９９％程度の電圧値）として設定されている。一方、起動閾値電圧Ｖ２は、停止閾値電圧Ｖ１よりも若干低く（例えば、満充電の９０％程度の電圧値であり）、かつ重要負荷１５０の稼働可能な仕様電圧を超える電圧値の範囲内において設定されている。

商用電源２００の給電ラインが停電し、かつ非常用発電機１９０の燃料が枯渇して、蓄電池１３０の放電と太陽電池１４０の発電により、第１の自立範囲（Ａ）内における自立運転が行われている際、制御部１１０は蓄電池１３０の充電制御を以下の様に行う。
制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が停止閾値電圧Ｖ１を超えた場合、蓄電池１３０の蓄電池電圧が満充電を超えるとして、パワーコンディショナ１４５の動作を停止させ（すなわち、自然エネルギー発電機の運転を停止させ）、太陽電池１４０からの給電ラインに対する電力の供給を停止する。これにより、給電ラインに対する太陽電池１４０からの電力の供給が行われなくなり、蓄電池１３０に対する充電処理が停止される。そして、蓄電池１３０に蓄電された電力のみによる重要負荷１５０に対する電力の供給が行われることで、蓄電池１３０の放電状態となる。

一方、制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が起動閾値電圧Ｖ２以下となった場合、蓄電池１３０が一定時間は充電可能となるとして、パワーコンディショナ１４５の動作を開始させ、太陽電池１４０からの給電ラインに対する電力の供給を開始する。これにより、給電ラインに対する太陽電池１４０からの電力の供給が行われ、重要負荷１５０に対して供給される電力より、太陽電池１４０の発電電力が大きい場合、余った電力による蓄電池１３０に対する充電処理が行われる。そして、蓄電池１３０に蓄電された電力と、太陽電池１４０の発電する電力とにより重要負荷１５０に対する電力の供給が行われ、上述したように、重要負荷１５０に対して供給される電力より、太陽電池１４０の発電電力が大きい場合、余った電力によって蓄電池１３０が充電状態となる。

次に、図２は、第１の実施形態における自立運転システム１０の充電制御を説明する波形図である。この図２において、縦軸が蓄電池直流電圧（充電電圧、単位Ｖ）を示し、横軸が時間（ｔ）を示している。
図２を用いて、図１に示す自立運転システム１０における充電制御について説明する。ここで、商用電源２００の給電ラインが停電し、かつ非常用発電機１９０の燃料が枯渇して、蓄電池１３０の放電と太陽電池１４０の発電電力により、第１の自立範囲（Ａ）内における自立運転が行われている状態である。また、重要負荷１５０に対して供給される電力より、太陽電池１４０の発電電力が大きい場合として以下の説明を行う。

時刻ｔ１：
制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が、内部記憶部１１０ａの起動閾値電圧Ｖ２未満であり、かつパワーコンディショナ１４５が停止している場合、パワーコンディショナ１４５を起動させる。
これにより、パワーコンディショナ１４５は、太陽電池１４０の発電電力を給電ラインに対して供給する。
この結果、重要負荷１５０には、蓄電池１３０及び太陽電池１４０から給電ラインを介して電力の供給が行われる（時刻ｔ１から時刻ｔ３の間、ＰＣＳ（パワーコンディショナ１４５）運転）。

時刻ｔ２：
制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が、内部記憶部１１０ａの起動閾値電圧Ｖ２以上に到達するが、何ら処理を行わない。

時刻ｔ３：
制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が、内部記憶部１１０ａの停止閾値電圧Ｖ１以上となった場合、パワーコンディショナ１４５を停止させる。
これにより、パワーコンディショナ１４５は、太陽電池１４０の発電電力を給電ラインに対して供給する動作を停止する。
この結果、重要負荷１５０には、蓄電池１３０から給電ラインを介して電力の供給が行われ、蓄電池１３０は充電がなされない放電状態となる（時刻ｔ３から時刻ｔ５の間、ＰＣＳ（パワーコンディショナ１４５）停止）。

時刻ｔ４：
制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が、停止閾値電圧Ｖ１以上の電圧から内部記憶部１１０ａの停止閾値電圧Ｖ１以下となるが、何ら処理を行わない。

時刻ｔ５：
制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が、時刻ｔ１と同様に、内部記憶部１１０ａの起動閾値電圧Ｖ２未満となった場合、パワーコンディショナ１４５を起動させる。
これにより、パワーコンディショナ１４５は、太陽電池１４０の発電電力を給電ラインに対して供給する。
この結果、重要負荷１５０には、蓄電池１３０及び太陽電池１４０から給電ラインを介して電力の供給が行われる。

時刻ｔ６：
制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が、内部記憶部１１０ａの起動閾値電圧Ｖ２に到達するが、何ら処理を行わない。

上述したように、本実施形態では、蓄電池１３０に対する充電処理において、停止閾値電圧Ｖ１と起動閾値電圧Ｖ２との電圧値の異なる２つの閾値を用いて充電停止及び充電開始の制御をそれぞれを制御している。
これにより、本実施形態によれば、パワーコンディショナ１４５を停止させる蓄電池電圧を停止閾値電圧Ｖ１により判定し、パワーコンディショナ１４５を起動させる蓄電池電圧を、停止閾値電圧Ｖ１よりも低い電圧である起動閾値電圧Ｖ２により判定するため、パワーコンディショナ１４５の起動及び停止を短い間隔で行うチャタリング処理が無くなるため、パワーコンディショナ１４５などの劣化を抑制することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施形態における分散型電源の自立運転システム（以下、自立運転システム１０）は、図１に示す第１の実施形態と構成は同様である。
以下、第２の実施形態の第１の実施形態と異なる点について説明する。
第２の実施形態による分散型電源の自立運転システム１０が第１の実施形態と異なる点は、制御部１１０がパワーコンディショナ１４５を停止から起動させる際、停止してからの経過時間を用いることである。すなわち、第１の実施形態においては、制御部１１０が、停止閾値電圧Ｖ１を超えた場合にパワーコンディショナ１４５を停止させ、起動閾値電圧Ｖ２以下となるとパワーコンディショナ１４５を起動させていた。

しかしながら、第２の実施形態においては、制御部１１０が、停止閾値電圧Ｖ１を超えた場合にパワーコンディショナ１４５を停止させ、停止されてから所定の時間Ｔｓが経過するとパワーコンディショナ１４５を起動させる。このため、制御部１１０における内部記憶部１１０ａには、停止閾値電圧Ｖ１及び時間Ｔｓが予め書き込まれて記憶されている。この時間Ｔｓは、蓄電池１３０の満充電における蓄電電力量と重要負荷１５０の消費電力とにより、すなわち単位時間あたりの放電電力量から求められて設定されている。この時間Ｔｓが経過すると、蓄電池１３０の蓄電電圧が第１の実施形態における起動閾値電圧Ｖ２以下となる。
また、制御部１１０は、内部にカウンター（計数器）を有しており、このカウンターにより時間のカウント（計数）を行う。そして、制御部１１０は、カウントしたカウント（計数）値と、時間Ｔｓとの比較を行い、カウント値が時間Ｔｓ以上となると、パワーコンディショナ１４５の運転を停止させる。

次に、図３は、第２の実施形態による自立運転システム１０の充電制御を説明する波形図である。この図３において、縦軸が蓄電池直流電圧（充電電圧、単位Ｖ）を示し、横軸が時間（ｔ）を示している。
図３を用いて、第２の実施形態による自立運転システム１０における充電制御について説明する。ここで、商用電源２００の給電ラインが停電し、かつ非常用発電機１９０の燃料が枯渇して、蓄電池１３０の放電と太陽電池１４０の発電電力により、第１の自立範囲（Ａ）内における自立運転が行われている状態である。また、重要負荷１５０に対して供給される電力より、太陽電池１４０の発電電力が大きい場合として以下の説明を行う。図３においては、パワーコンディショナ１４５が稼働状態にある時点から説明を行う。

時刻ｔ１１：
制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が、内部記憶部１１０ａの停止閾値電圧Ｖ１以上となった場合、パワーコンディショナ１４５を停止させる。
また、制御部１１０は、内部のタイマーをリセットした（「０」とした）後、このタイマーによるカウントを開始する。
これにより、パワーコンディショナ１４５は、太陽電池１４０の発電電力を給電ラインに対して供給する動作を停止する。
この結果、重要負荷１５０には、蓄電池１３０から給電ラインを介して電力の供給が行われ、蓄電池１３０は充電がなされない放電状態となる（時刻ｔ１１から時刻ｔ１３の間、ＰＣＳ（パワーコンディショナ１４５）停止）。

時刻ｔ１２：
制御部１１０は、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が、内部記憶部１１０ａの停止閾値電圧Ｖ１以下となった場合、何ら処理を行わない。

時刻ｔ１３：
制御部１１０は、内部のカウンターのカウント値が、内部記憶部１１０ａの時間Ｔｓを超えた場合、パワーコンディショナ１４５を起動させる。
これにより、パワーコンディショナ１４５は、太陽電池１４０の発電電力を給電ラインに対して供給する。
この結果、重要負荷１５０には、蓄電池１３０及び太陽電池１４０から給電ラインを介して電力の供給が行われる（時刻ｔ１３以降、ＰＣＳ（パワーコンディショナ１４５）運転）。

上述したように、本実施形態では、蓄電池１３０に対する充電処理において、充電電圧が停止閾値電圧Ｖ１以上となった場合に充電を停止させ、充電を停止させてから時間Ｔｓが経過すると充電を開始する制御を行っている。
これにより、本実施形態によれば、パワーコンディショナ１４５を停止させる蓄電池電圧を停止閾値電圧Ｖ１により判定し、パワーコンディショナ１４５を起動させる場合、停止させてから所定の時間Ｔｓ経過したことにより判定するため、パワーコンディショナ１４５が停止してから起動するまでの時間を一定時間確保することができる。これにより、パワーコンディショナ１４５の起動及び停止を短い間隔で行うチャタリング処理が無くなるため、パワーコンディショナ１４５などの劣化を抑制することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は、この発明の第３の実施形態による分散型電源の自立運転システム（以下、自立運転システム１０Ａ）の構成例を示す図である。図４の第３の実施形態による自立運転システム１０Ａにおいて、図１の第１及び第２の実施形態と異なる点は、給電ライン４００とパワーコンディショナ１４５との間にスイッチ１４２が介挿されていることである。
第１の実施形態及び第２の実施形態の自立運転システム１０Ａにおいては、蓄電池１３０に対する充電を停止させる場合、パワーコンディショナ１４５を停止させて、太陽電池１４０からの発電電力を給電ライン４００に対して出力させないようにしていた。
この第３の実施形態においては、パワーコンディショナ１４５を停止及び起動により蓄電池１３０に対する充電制御を行わず、スイッチ１４２をオンオフすることにより蓄電池１３０に対する充電制御を行う。

第１の実施形態と同様に、停止閾値電圧Ｖ１と起動閾値電圧Ｖ２とを用いた、蓄電池１３０に対する充電の停止及び開始の制御を行う場合を以下に説明する。
商用電源２００の給電ラインが停電し、かつ非常用発電機１９０の燃料が枯渇して、蓄電池１３０の放電と太陽電池１４０の発電電力により、第１の自立範囲（Ａ）内における自立運転が行われている際、制御部１１０Ａは蓄電池１３０の充電制御を以下の様に行う。
制御部１１０Ａは、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が停止閾値電圧Ｖ１を超えた場合、蓄電池１３０の蓄電池電圧が満充電を超えるとして、スイッチ１４２をオフし、パワーコンディショナ１４５を給電ライン４００から切り離して（すなわち、自然エネルギー発電機の運転を停止させ）、太陽電池１４０からの給電ライン４００に対する電力の供給を停止する。これにより、給電ライン４００に対する太陽電池１４０の発電した電力の供給が行われなくなり、蓄電池１３０に対する充電処理が停止される。そして、蓄電池１３０に蓄電された電力のみによる重要負荷１５０に対する電力の供給が行われることで、蓄電池１３０の放電状態となる。

一方、制御部１１０Ａは、電力検出部１０３から供給される蓄電池電圧が停止閾値電圧Ｖ２以下となった場合、蓄電池１３０が一定時間は充電可能となるとして、スイッチ１４２をオンし、パワーコンディショナ１４５と給電ライン４００とを接続させ、太陽電池１４０からの給電ラインに対する電力の供給を開始する。これにより、給電ラインに対する太陽電池１４０からの電力の供給が行われ、重要負荷１５０に対して供給される電力より、太陽電池１４０の発電電力が大きい場合、余った電力による蓄電池１３０に対する充電処理が行われる。そして、蓄電池１３０に蓄電された電力と、太陽電池１４０の発電する電力とにより重要負荷１５０に対する電力の供給が行われ、上述したように、重要負荷１５０に対して供給される電力より、太陽電池１４０の発電電力が大きい場合、余った電力によって蓄電池１３０が充電状態となる。

次に、第２の実施形態と同様に、停止閾値電圧Ｖ１と時間Ｔｓとを用いた、蓄電池１３０に対する充電の停止及び開始の制御を行う場合を以下に説明する。
制御部１１０Ａは、停止閾値電圧Ｖ１を超えた場合に、蓄電池１３０に対する充電を停止させるため、スイッチ１４２をオフとして、パワーコンディショナ１４５と給電ライン４００とを切り離す。
また、制御部１１０Ａは、スイッチ１４２がオフされて充電が停止されてから所定の時間Ｔｓが経過すると、蓄電池１３０に対する充電を開始するため、スイッチ１４２をオン状態とし、パワーコンディショナ１４５と給電ライン４００とを接続する。すなわち、制御部１１０Ａは、内部にカウンター（計数器）を有しており、このカウンターにより時間のカウント（計数）を行う。そして、制御部１１０Ａは、カウントしたカウント（計数）値と、時間Ｔｓとの比較を行い、カウント値が時間Ｔｓ以上となると、パワーコンディショナ１４５の運転を停止させる。

また、図１における制御部１１０及び図４における制御部１１０Ａの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより蓄電池１３０に対する充電制御の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０，１０Ａ…自立運転システム
１００…無停電電源装置
１０１…入力部
１０２…出力部
１０３…電圧検出部
１１０，１１０Ａ…制御部
１１０ａ…内部記憶部
１２０…交流スイッチ（ＡＣＳＷ）
１３０…蓄電池
１４０…太陽電池
１４２…スイッチ
１４５…パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
１５０…重要負荷
１６０…保安負荷
１７０…防災負荷
１８０…一般負荷
１８１…電圧検出部
１８２…電力検出部
１９０…非常用発電機
１９１…第１遮断器
１９２…第２遮断器
２００…商用電源
２０１…受電点遮断機
４００…給電ライン
Ｐ１…受電点

Claims (6)

1. 商用系統からの電力供給を軽減する分散型電源の自立運転システムであり、
   前記商用系統と系統連系して、前記商用系統から電力が供給される給電系統における電力変動の補償を、蓄電池を用いて行う電力変換部と、
   自然エネルギーを用いた発電を行い、当該発電による電力を前記給電系統に対して供給する自然エネルギー発電機と、
   前記商用系統が前記給電系統と切り離され、前記自然エネルギー発電機の発電電力と前記蓄電池の電力とにより負荷を駆動する場合、前記蓄電池の充電制御において、当該蓄電池の電圧が第１の閾値を超えると自然エネルギー発電機の運転を停止し、予め設定された充電開始の条件となると自然エネルギー発電機の運転を再開する制御部と
   を備えることを特徴とする分散型電源の自立運転システム。
2. 前記制御部が、
   前記充電開始の条件として、前記蓄電池の電圧が前記第１の閾値より低い第２の閾値以下となると自然エネルギー発電機の運転を開始する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分散型電源の自立運転システム。
3. 前記第１の閾値が満充電を示す電圧値であり、前記第２の閾値が前記負荷を駆動可能とする規定電圧であることを特徴とする請求項２に記載の分散型電源の自立運転システム。
4. 前記制御部が、
   前記充電開始の条件として、前記蓄電池の電圧が前記第１の閾値を超えて自然エネルギー発電機の運転を停止した時点から予め設定した停止時間を超えると自然エネルギー発電機の運転を開始する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分散型電源の自立運転システム。
5. 前記制御部が、
   前記負荷の単位時間における消費電力量に対応させ、前記停止時間を設定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の分散型電源の自立運転システム。
6. 商用系統からの電力供給を軽減する分散型電源の自立運転方法であり、
   前記商用系統と系統連系して、前記商用系統から電力が供給される給電系統における電力変動の補償を、蓄電池を用いて行う電力変換過程と、
   自然エネルギーを用いた発電を行い、当該発電による電力を前記給電系統に対して供給する自然エネルギー発電過程と、
   前記商用系統が前記給電系統と切り離され、前記自然エネルギー発電機の発電電力と前記蓄電池の電力とにより負荷を駆動する場合、前記蓄電池の充電制御において、当該蓄電池の電圧が第１の閾値を超えると自然エネルギー発電機の運転を停止し、予め設定された充電開始の条件となると自然エネルギー発電機の運転を再開する制御過程と
   を含むことを特徴とする分散型電源の自立運転方法。

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