JP2014073043A

JP2014073043A - 制御装置、蓄電池電力変換装置、及び電力システム

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Publication number: JP2014073043A
Application number: JP2012219401A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kageyama; 健景山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: JP6009893B2

Abstract

【課題】蓄電池に充電された電力の逆潮流を有効に禁止することができる蓄電池電力変換装置用の制御装置を提供する。
【解決手段】太陽電池用の電力変換装置と商用系統とを接続する接続点から商用系統への電力ラインの途中に挿入されるＣＴセンサーである電流センサーから電流検出信号をアナログ信号として受け、該電流検出信号に基づいて逆潮流が発生したと判定した場合に、蓄電池電力変換装置に備えられて蓄電池と商用系統との接続・遮断を切替える切替え部を遮断させる制御装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池と蓄電池を備えた電力システムに関する。

昨今、一度利用しても比較的短期間に再生が可能であり、資源が枯渇しない再生可能エネルギーが注目されており、例えば太陽光を用いた発電システムが普及しつつある。

また、上記太陽光発電システムに蓄電池を組み合わせた電力システムも従来提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−２０１１２９号公報

上記電力システムにおいては、太陽光による発電電力や系統連系した商用系統から供給される電力を蓄電池に充電させることができる。しかしながら、蓄電池に充電された電力は放電により負荷の消費に利用してもよいが、蓄電池に充電された電力を系統側へ供給して電力会社へ売電すること、いわゆる逆潮流することは系統連系規定で禁止されている。

そこで、本発明は、蓄電池に充電された電力の逆潮流を有効に禁止することができる蓄電池電力変換装置用の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
太陽光を受けて電力を発電する太陽電池と、
前記太陽電池による発電電力を電力変換して出力する電力変換装置と、
蓄電池と、
前記電力変換装置と商用系統とを接続する第１接続点と負荷とを接続する第２接続点に接続され、前記蓄電池からの放電電力を電力変換して出力する蓄電池電力変換装置と、を備えた電力システムにおける前記蓄電池電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記第１接続点から前記商用系統への電力ラインの途中に挿入されるＣＴセンサーである電流センサーから電流検出信号をアナログ信号として受け、該電流検出信号に基づいて逆潮流が発生したと判定した場合に、前記蓄電池電力変換装置に備えられて前記蓄電池と前記商用系統との接続・遮断を切替える切替え部を遮断させる、ことを特徴としている。

また、上記構成において、前記電力システムは、前記第１接続点から前記商用系統への電力ラインの途中に挿入される第２の電流センサーと、前記電力変換装置及び前記蓄電池電力変換装置を遠隔制御するリモコン（リモートコントローラ）と、を更に備え、
制御装置が、前記第２の電流センサーから受ける電流検出信号に基づいて逆潮流が発生したと判定した前記リモコンから指示を受け、前記蓄電池電力変換装置の動作モードを変更することとしてもよい。

また、上記構成において、前記動作モードの変更は、前記蓄電池から電力を放電させる放電モードから、前記リモコンからの充放電指示を待つ待機モードへの変更であることとしてもよい。

また、上記いずれかの構成において、前記リモコンは、前記第２の電流センサーからシリアル通信によって受ける電流検出信号に基づいて買電力及び売電力を表示することとしてもよい。

また、本発明は、上記いずれかの構成の制御装置と、前記切替え部と、を備えた蓄電池電力変換装置とする。

また、本発明は、上記構成の蓄電池電力変換装置と、前記太陽電池と、前記電力変換装置と、前記蓄電池と、前記電流センサーと、を備えた電力システムとする。

また、本発明は、
太陽光を受けて電力を発電する太陽電池と、
前記太陽電池による発電電力を電力変換して出力する電力変換装置と、
蓄電池と、
前記電力変換装置と商用系統とを接続する第１接続点と負荷とを接続する第２接続点に接続され、前記蓄電池からの放電電力を電力変換して出力する蓄電池電力変換装置と、を備えた電力システムの制御方法であって、
前記第１接続点から前記商用系統への電力ラインの途中に挿入されるＣＴセンサーである電流センサーから出力されるアナログ信号としての電流検出信号に基づいて逆潮流が発生したか否かを判定する判定ステップと、
逆潮流が発生したと判定された場合に、前記蓄電池電力変換装置に備えられて前記蓄電池と前記商用系統との接続・遮断を切替える切替え部を遮断させる遮断ステップと、を含むことを特徴とする電力システムの制御方法とする。

本発明によると、簡易な構成であるＣＴセンサーからのアナログ信号としての電流検出信号に基づいて切替え部を遮断させるので、迅速に逆潮流を禁止することができる。

本発明の一実施形態に係る電力システムの全体構成を示す図である。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る電力システムの全体構成を図１に示す。

図１に示す電力システム１００は、太陽電池１と、パワーコンディショナー２と、蓄電池パワーコンディショナー３と、蓄電池ボックス４と、電流センサー５と、売買センサー６と、リモコン（リモートコントローラー）７と、を備えている。

太陽電池１は、例えば複数の太陽電池セルが接続されてなるモジュールであり、太陽光を受けて直流電力を発電する。

パワーコンディショナー２（電力変換装置）は、太陽電池１により発電された直流電力を交流電力に変換する装置であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、ＤＣ／ＡＣコンバータ２２と、保護リレー２３と、連系リレー２４と、を備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、太陽電池１により発電された直流電力を所定電圧値の直流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣコンバータ２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から出力される直流電力を交流電力に変換する。

ＤＣ／ＡＣコンバータ２２の出力側に、接続・遮断を切替え可能な保護リレー２３及び連系リレー２４が順に接続されている。保護リレー２３及び連系リレー２４が共に接続状態で、ＤＣ／ＡＣコンバータ２２の出力は保護リレー２３及び連系リレー２４を介してパワーコンディショナー２の外部へ出力される。

連系リレー２４と商用系統１１０を接続する電力ラインの途中に、電流センサー５及び売買センサー６が挿入される。

電流センサー５は、ＣＴセンサー（変流器方式センサー）で構成される。電流センサー５は、電力ラインに流れる電流の電流値及び電流方向を示す検出信号をアナログ信号として出力する。

売買センサー６（第２の電流センサー）は、売電力及び買電力を把握するために用いられる電流センサーであり、例えばＣＴセンサーで構成される。

連系リレー２４と電流センサー５を接続する接続点Ｐ１（第１接続点）には、家庭内負荷１２０が接続される。家庭内負荷１２０は、家庭内で用いられる各種電気機器（例えば冷蔵庫、テレビ、エアコン等）であり、供給された電力を消費する。なお、本実施形態の電力システムは家庭用に限ることはないので、負荷も家庭用に限ることはない。

接続点Ｐ１と家庭内負荷１２０との接続点Ｐ２（第２接続点）には、蓄電池パワーコンディショナー３が接続される。

蓄電池パワーコンディショナー３（蓄電池電力変換装置）は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ３２と、保護リレー３３と、連系リレー３４と、制御部３５と、を備えている。

接続点Ｐ２と双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ３２の間には、接続・遮断を切替え可能な連系リレー３４（切替え部）及び保護リレー３３が順に接続されている。保護リレー３３及び連系リレー３４が接続状態で双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ３２は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの直流電力を交流電力に変換して接続点Ｐ２側へ出力したり、接続点Ｐ２からの交流電力を直流電力に変換して双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１側へ出力したりする。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ３２からの直流電力を所定電圧値の直流電力に変換し、その直流電力を蓄電池ボックス４内の蓄電池４１に充電させたり、蓄電池４１から放電された直流電力を所定電圧値の直流電力に変換して双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ３２側へ出力したりする。

蓄電池４１は、例えば、リチウムイオン電池で構成される。また、蓄電池ボックス４は、蓄電池パワーコンディショナー３とＲＳ４８５準拠のシリアル通信が可能であり、蓄電池情報を蓄電池パワーコンディショナー３へ送信する。

蓄電池パワーコンディショナー３の制御部３５（制御装置）は、例えばマイコンとＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサー）の組み合わせにより構成され、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１及び双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ３２の駆動制御を行ったり、保護リレー３３及び連系リレー３４の接続・遮断切替え制御を行ったりする。

リモコン７は、各種情報の表示機能やユーザからの操作入力を受付ける機能を有し、パワーコンディショナー２及び蓄電池パワーコンディショナー３を遠隔制御するコントローラである。

リモコン７は、電流センサーである売買センサー６から、ＲＳ４８５準拠のシリアル通信によって電力ラインに流れる電流の電流値及び電流方向を示す検出信号を受け、該検出信号に基づいて買電力及び売電力を表示する。

また、リモコン７は、パワーコンディショナー２から太陽電池発電情報を、蓄電池パワーコンディショナー３から蓄電池ボックス４からの蓄電池情報をそれぞれＲＳ４８５準拠のシリアル通信によって受け、これらの情報を表示もする。

また、リモコン７は、パワーコンディショナー２及び蓄電池パワーコンディショナー３へＲＳ４８５準拠のシリアル通信によって運転停止を指示したり、蓄電池パワーコンディショナー３の制御部３５に対して上記シリアル通信によって動作モードの設定を行ったりもする。

ここで上記動作モードについて説明する。動作モードには、放電モード、充電モード、及び待機モードの３つのモードが存在する。放電モードは、蓄電池４１からの放電を行うモードである。充電モードは、蓄電池４１への充電を行うモードである。

また、待機モードは、現在の蓄電池４１の状態を維持し、リモコン７からの放電又は充電の指示を待つモードである。例えば、夜間に蓄電池４１を満充電まで充電して、放電の指示を待っている場合や、規定残容量まで蓄電池４１を放電させて再充電の指示を待っている場合などである。また、放電モードと充電モードの切り替えは、待機モードを介して行うようにしている。

次に、本実施形態に係る逆潮流禁止制御について説明する。蓄電池パワーコンディショナー３の制御部３５は、放電モードである場合、電流センサー５からアナログ信号として電力ラインに流れる電流の電流値及び電流方向を示す検出信号を受け、該検出信号に基づいて逆潮流（系統側への（売電方向の）電力供給）が発生したか否かを判定する。例えば、定格の５％以上の電力（定格２ｋＷの場合１００Ｗ以上）が０．５秒以上系統側へ供給された場合に逆潮流が発生したと判定する。

制御部３５は、逆潮流が発生したと判定した場合、連系リレー３４を遮断すると共に、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ３２の動作を停止させる。このように、簡易な構成のＣＴセンサーである電流センサー５からのアナログ信号としての電流検出信号を用いることにより、迅速に蓄電池４１からの逆潮流を禁止することができる。

また、このように逆潮流を禁止した場合、パワーコンディショナー２から出力される太陽光発電による電力のうち家庭内負荷１２０で消費される電力を除いた余剰分の電力は系統側へ売電されるが、いわゆる押上げ発電（ダブル発電）なしでの売電価格が適用されるため有利となる（押上げ発電ありの売電価格が例えば３６円／ｋＷｈに対して、押上げ発電なしの場合は例えば４２円／ｋＷｈ）。

また、リモコン７は、売買センサー６からＲＳ４８５準拠のシリアル通信によって電力ラインに流れる電流の電流値及び電流方向を示す検出信号を受け、該検出信号に基づいて逆潮流が発生したか否かを判定する。逆潮流と判定する場合の基準は上記と同様である。

リモコン７は、逆潮流が発生したと判定した場合、制御部３５に対してＲＳ４８５準拠のシリアル通信によって放電モードから待機モードへ移行するよう指示する。これにより、制御部３５は、待機モードへ移行する。

このように動作モードを放電モードから待機モードへ移行させる理由であるが、放電モードでの動作中に上記のように逆潮流禁止制御が動作した場合、仮に放電モードを継続させると、リモコン７では放電モードであるが放電電力がゼロであるという表示がなされることになり、ユーザの故障ではないかという誤解を招くからである。従って、待機モードへ移行させることで、リモコン７での表示が待機モードで放電電力がゼロとなり、ユーザの誤解を防げる。

また、上記のように逆潮流が発生して連系リレー３４を遮断した場合、定期的（数秒毎）に逆潮流がなくなったか否かを制御部３５はチェックする。このチェックは正常な動作状態である連系リレー３４を接続した状態（系統連系されている状態）で行うため、仮に放電モードのままであると、チェックの際に逆潮流が発生していれば連系リレー３４を再度遮断することになる。従って、連系リレー３４の遮断が頻繁に繰り返されることになり、連系リレー３４の劣化を早めてしまう恐れがある。そこで、放電モードから待機モードに移行させることで、逆潮流が発生しても連系リレー３４を遮断しないので上記問題は発生しない。

なお、上記の制御部３５による逆潮流禁止動作が発生すると蓄電池パワーコンディショナー３が停止してしまうため、これをなるべく発生しないようにするために次のような蓄電池パワーコンディショナー３の出力制御を行うようにしてもよい。

ここで、太陽電池１による発電量をＰ、家庭内負荷１２０をＲ、蓄電池パワーコンディショナー３からの放電電力をＢ、系統からの買電力をＡとすれば、
Ｐ＋Ａ＋Ｂ＝Ｒ
即ち、Ｒ−（Ｐ＋Ｂ）＝Ａ
が成り立つ。

太陽電池１による発電量Ｐは日射量の変動により変動しやすく、また負荷Ｒも変動しやすいが、制御部３５は、電流センサー５からの検出信号を監視することにより上記買電力Ａの値が一定となるように上記放電電力Ｂを制御する。

これにより、系統からの買電力が一定に制御されるので、逆潮流の発生を抑制し、上記の逆潮流禁止動作が行われることを抑制することができる。また、電流センサー５からのアナログ信号に基づいて制御するので、日射量や負荷の変動への追従性に優れる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々変形が可能である。

１太陽電池
２パワーコンディショナー
２１ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２ＤＣ／ＡＣコンバータ
２３保護リレー
２４連系リレー
３蓄電池パワーコンディショナー
３１双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ
３３保護リレー
３４連系リレー
３５制御部
４蓄電池ボックス
４１蓄電池
５電流センサー
６売買センサー
７リモコン
１００電力システム
１１０商用系統
１２０家庭内負荷

Claims

太陽光を受けて電力を発電する太陽電池と、
前記太陽電池による発電電力を電力変換して出力する電力変換装置と、
蓄電池と、
前記電力変換装置と商用系統とを接続する第１接続点と負荷とを接続する第２接続点に接続され、前記蓄電池からの放電電力を電力変換して出力する蓄電池電力変換装置と、を備えた電力システムにおける前記蓄電池電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記第１接続点から前記商用系統への電力ラインの途中に挿入されるＣＴセンサーである電流センサーから電流検出信号をアナログ信号として受け、該電流検出信号に基づいて逆潮流が発生したと判定した場合に、前記蓄電池電力変換装置に備えられて前記蓄電池と前記商用系統との接続・遮断を切替える切替え部を遮断させる、
ことを特徴とする制御装置。
前記電力システムは、前記第１接続点から前記商用系統への電力ラインの途中に挿入される第２の電流センサーと、前記電力変換装置及び前記蓄電池電力変換装置を遠隔制御するリモコン（リモートコントローラ）と、を更に備え、
前記第２の電流センサーから受ける電流検出信号に基づいて逆潮流が発生したと判定した前記リモコンから指示を受け、前記蓄電池電力変換装置の動作モードを変更することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記動作モードの変更は、前記蓄電池から電力を放電させる放電モードから、前記リモコンからの充放電指示を待つ待機モードへの変更であることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の制御装置と、前記切替え部と、を備えた蓄電池電力変換装置。
請求項４に記載の蓄電池電力変換装置と、前記太陽電池と、前記電力変換装置と、前記蓄電池と、前記電流センサーと、を備えた電力システム。