JP2014087073A - パワーコンディショナ装置および該装置を備えたマルチパワーコンディショナシステム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の放電電力が逆潮流されないことを担保し、太陽電池の発電電力を逆潮流させることができるパワーコンディショナ装置および該装置を備えたマルチパワーコンディショナシステムを提供する。
【解決手段】発電手段３、５と、ＤＣ／ＡＣインバータ６と、制御部７とを備え、発電手段３、５とＤＣ／ＡＣインバータ６とを接続する電力線Ｌ１から分岐した分岐電力線Ｌ４に蓄電池４が接続されるパワーコンディショナ装置２であって、分岐電力線Ｌ４には制御部７の制御下でオン状態とオフ状態とに切り替わる第３スイッチ手段１０が介装されており、制御部７は、蓄電池４の充電が完了したことを条件に、発電電力と放電電力との和電力が負荷Ｒの消費電力を超えるか否かを判定し、その後も判定し続けて、和電力が消費電力を超えると、第３スイッチ手段１０をオン状態からオフ状態に切り替えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーコンディショナ装置および該装置を備えたマルチパワーコンディショナシステムに関する。

従来から、図３に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５、ＤＣ／ＡＣインバータ１０６および制御部１０７を有するパワーコンディショナ装置１０２と、太陽電池１０３と、蓄電池１０４とを備えたマルチパワーコンディショナシステム１０１が知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかるマルチパワーコンディショナシステム１０１では、系統Ｇから供給される安価な深夜電力で充電しておいた蓄電池１０４を電力需要の大きい昼間に放電させて、太陽電池１０３の発電電力とともに負荷Ｒに供給することで、電力需要の平準化と電気料金の低減とを図ることができる。

また、かかるマルチパワーコンディショナシステム１０１では、原理的には、太陽電池１０３の発電電力を系統Ｇに逆潮流させる（電力会社に売電する）ことができる。

特開平６−２６６４５５号公報

しかしながら、従来のマルチパワーコンディショナシステム１０１では、太陽電池１０３の発電電力と蓄電池１０４の放電電力とがＤＣ／ＡＣインバータ１０６からまとめて出力されるので、太陽電池１０３の発電電力だけを区別して系統Ｇに逆潮流させることができず、蓄電池１０４の放電電力も系統Ｇに逆潮流されてしまう（蓄電池１０４の放電電力が系統Ｇに逆潮流されないことが担保されていない）。

上述したように、蓄電池１０４は系統Ｇから供給される安価な深夜電力で充電されるので、蓄電池１０４の放電電力が系統Ｇに逆潮流されてしまうと、電力会社は、系統Ｇから供給した電力を高値で買い戻すことになる。
また、太陽電池１０３の発電電力で蓄電池１０４を充電することもできるが、電力会社は、逆潮流された電力が太陽電池１０３の発電電力に由来するものなのか、系統Ｇの電力に由来するものなのかを判別することができない。

このため、電力会社は、蓄電池１０４の放電電力が系統Ｇに逆潮流されないことが担保されていない従来のマルチパワーコンディショナシステム１０１から系統Ｇへの逆潮流を、現状、契約により一律に禁止している。
したがって、従来のマルチパワーコンディショナシステム１０１では、太陽電池１０３の発電電力を系統Ｇに逆潮流させることができないため、太陽電池１０３の発電電力が十分に有効活用されているとはいえなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、蓄電池の放電電力が逆潮流されないことを担保し、太陽電池の発電電力を逆潮流させることができるパワーコンディショナ装置および該装置を備えたマルチパワーコンディショナシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るパワーコンディショナ装置は、（１）ＤＣ側端子に発電手段と蓄電池からの直流電力が供給可能とされ、系統に第１スイッチ手段を介して接続され、かつ負荷に第２スイッチ手段を介して接続されるＤＣ／ＡＣインバータと、発電手段と、ＤＣ／ＡＣインバータ、第１スイッチ手段および第２スイッチ手段を制御する制御部とを備え、発電手段とＤＣ／ＡＣインバータとを接続する電力線から分岐した分岐電力線に蓄電池が接続されるパワーコンディショナ装置であって、
分岐電力線には蓄電池を解列するための第３スイッチ手段が介装されており、該第３スイッチ手段が制御部の制御下でオン状態とオフ状態とに切り替わることにより、蓄電池の充放電と系統への逆潮流とが排他的に行われ、
制御部は、蓄電池の充電が完了したことを条件に、発電電力と放電電力との和電力が負荷の消費電力を超えるか否かを判定し、その後も判定し続けて、和電力が負荷の消費電力を超えると、第３スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えることを特徴とする。

この構成では、蓄電池の充放電が行われるときに第３スイッチ手段がオン状態になる一方、系統への逆潮流が行われるときに第３スイッチ手段がオフ状態になる。第３スイッチ手段がオフ状態になると蓄電池が解列されるので、この構成では、蓄電池の放電電力が系統に逆潮流されないことを担保することができる。
したがって、この構成によれば、太陽電池の発電電力を系統に逆潮流させることが可能になり、太陽電池の発電電力を十分に有効活用することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係るマルチパワーコンディショナシステムは、（２）ＤＣ側端子に発電手段と蓄電池からの直流電力が供給可能とされ、
系統に第１スイッチ手段を介して接続され、かつ負荷に第２スイッチ手段を介して接続されるＤＣ／ＡＣインバータと、発電手段、ＤＣ／ＡＣインバータ、第１スイッチ手段および第２スイッチ手段を制御する制御部とを有するパワーコンディショナ装置と、
発電手段とＤＣ／ＡＣインバータとを接続する電力線から分岐した分岐電力線に接続された蓄電池と、
を備えたマルチパワーコンディショナシステムであって、
分岐電力線には蓄電池を解列するための第３スイッチ手段が介装されており、該第３スイッチ手段が制御部の制御下でオン状態とオフ状態とに切り替わることにより、蓄電池の充放電と系統への逆潮流とが排他的に行われ、
制御部は、蓄電池の充電が完了したことを条件に、発電電力と放電電力との和電力が負荷の消費電力を超えるか否かを判定し、その後も判定し続けて、和電力が負荷の消費電力を超えると、第３スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えることを特徴とする。

この構成では、蓄電池の充放電が行われるときに第３スイッチ手段がオン状態になる一方、系統への逆潮流が行われるときに第３スイッチ手段がオフ状態になる。第３スイッチ手段がオフ状態になると蓄電池が解列されるので、蓄電池の放電電力が系統に逆潮流されないことを担保することができる。
したがって、この構成によれば、太陽電池の発電電力だけを系統に逆潮流させることが可能になり、太陽電池の発電電力を十分に有効活用することができる。

上記（２）のマルチパワーコンディショナシステムは、（３）パワーコンディショナ装置と系統との間に、系統への逆潮流を検出するための逆潮流検出手段が設けられており、
第３スイッチ手段がオン状態のときに、逆潮流検出手段により逆潮流が検出されると、制御部は、第３スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えるよう構成できる。

この構成では、第３スイッチ手段がオン状態のときにパワーコンディショナ装置から蓄電池の放電電力が出力され、逆潮流検出手段により逆潮流が検出されると、制御部が、第３スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えるので、蓄電池を解列させることができる。
したがって、この構成によれば、蓄電池の放電電力が系統に逆潮流されるのを確実に防ぐことができる。

上記（２）のマルチパワーコンディショナシステムは、（４）パワーコンディショナ装置と系統との間に、系統への逆潮流を検出するための逆潮流検出手段が設けられており、
第３スイッチ手段がオン状態のときに、逆潮流検出手段により逆潮流が検出されると、制御部は、ＤＣ／ＡＣインバータを停止させ、かつ第１スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えるよう構成できる。

この構成では、第３スイッチ手段がオン状態のときにパワーコンディショナ装置から蓄電池の放電電力が出力され、逆潮流検出手段により逆潮流が検出されると、制御部がＤＣ／ＡＣインバータを停止させ、かつ第１スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えるので、系統への逆潮流を完全に遮断することができる。
したがって、この構成によれば、蓄電池の放電電力が系統に逆潮流されるのを確実に防ぐことができる。

本発明によれば、蓄電池の放電電力が逆潮流されないことを担保し、太陽電池の発電電力を逆潮流させることができるパワーコンディショナ装置および該装置を備えたマルチパワーコンディショナシステムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステムのブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステムのブロック図である。 従来のマルチパワーコンディショナシステムのブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るパワーコンディショナ装置および該装置を備えたマルチパワーコンディショナシステムの好ましい実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１を示す。同図に示すように、本実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１は、パワーコンディショナ装置２と、太陽電池３と、蓄電池４とを備えている。

パワーコンディショナ装置２は、太陽電池３に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ５と、系統Ｇおよび負荷Ｒに接続されたＤＣ／ＡＣインバータ６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５およびＤＣ／ＡＣインバータ６を制御する制御部７とを備えている。

また、パワーコンディショナ装置２は、ＤＣ／ＡＣインバータ６と系統Ｇとを接続する電力線Ｌ２に介装された本発明の「第１スイッチ手段」に相当する電磁接触器（ＭＣ）８と、ＤＣ／ＡＣインバータ６と負荷Ｒとを接続する電力線Ｌ３に介装された本発明の「第２スイッチ手段」に相当する電磁接触器（ＭＣ）９と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５とＤＣ／ＡＣインバータ６とを接続する電力線Ｌ１から分岐した分岐電力線Ｌ４に介装された本発明の「第３スイッチ手段」に相当する配線用遮断器（ＭＣＢ）１０とを備えている。

電磁接触器８、９は、制御部７の制御下で、オン状態（閉状態）とオフ状態（開状態）とに切り替わるよう構成されており、通常、オン状態になっている。

配線用遮断器１０は、オン状態（閉状態）からオフ状態（開状態）の切り替えが制御部７の制御下で行われ、オフ状態からオン状態の切り替えが手動で行われるよう構成されている。

蓄電池４は、配線用遮断器１０を介して電力線Ｌ１に接続されており、配線用遮断器１０がオン状態のときに、太陽電池３の発電電力および系統Ｇの電力による充電が可能となり、充電された電力の負荷Ｒへの放電も可能となる。
一方、配線用遮断器１０がオフ状態になると、蓄電池４は解列される。

制御部７は、蓄電池４の充放電と系統Ｇへの逆潮流とが排他的に行われるように、太陽電池３の発電電力、蓄電池４の充放電電力および充電量、系統Ｇの電力、負荷Ｒの消費電力等を監視しつつ、蓄電池４の充電が完了したことを条件に、発電電力と放電電力との和電力が消費電力を超えるか否かを判定し、該判定後も判定し続けて、判定の結果に応じて配線用遮断器１０をオン状態からオフ状態に切り替える。また、制御部７は、蓄電池４の充電が完了していないとき（例えば、充電中のとき）は、上記判定を行なうことなく、配線用遮断器１０をオン状態に維持する。

具体的には、蓄電池４の充電完了後で、ＤＣ／ＡＣインバータ６から出力される太陽電池３の発電電力と蓄電池４の放電電力との和電力が負荷Ｒの消費電力以下のとき、制御部７は、和電力が消費電力を超えていないと判定し、配線用遮断器１０をオン状態に維持する。なお、太陽電池３の発電電力と蓄電池４の放電電力との和電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ６により測定される。
配線用遮断器１０がオン状態でかつ蓄電池４の充電量が十分な場合、制御部７は、負荷Ｒに供給される電力の優先順位が太陽電池３の発電電力、蓄電池４の放電電力、系統Ｇの電力の順になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５およびＤＣ／ＡＣインバータ６を制御する。
一方、配線用遮断器１０がオン状態でかつ蓄電池４の充電量が不足している場合、制御部７は、太陽電池３の発電電力、系統Ｇの電力、またはこれら両方の電力が蓄電池４に供給されるとともに、負荷Ｒに供給される電力の優先順位が太陽電池３の発電電力、系統Ｇの電力の順になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５およびＤＣ／ＡＣインバータ６を制御する。なお、太陽電池３の発電電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５により測定され、系統Ｇの電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ６により測定される。

そして、蓄電池４の充電完了後に、ＤＣ／ＡＣインバータ６から出力される太陽電池３の発電電力と蓄電池４の放電電力との和電力が負荷Ｒの消費電力を超えると、制御部７は、和電力が消費電力を超えたと判定し、配線用遮断器１０をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、蓄電池４が解列される。
配線用遮断器１０がオフ状態でかつ太陽電池３の発電電力が負荷Ｒの消費電力以下の場合、制御部７は、太陽電池３の発電電力が優先的に負荷Ｒに供給され、不足分を系統Ｇの電力で補うように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５およびＤＣ／ＡＣインバータ６を制御する。
一方、配線用遮断器１０がオフ状態でかつ太陽電池３の発電電力が負荷Ｒの消費電力を超えている場合、制御部７は、太陽電池３の発電電力のみが負荷Ｒに供給され、太陽電池３の発電電力の余剰分が系統Ｇに逆潮流されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５およびＤＣ／ＡＣインバータ６を制御する。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、配線用遮断器１０の接続状態にかかわらず、出力電力（太陽電池３の発電電力）が最大になるように制御（最大電力点追従制御）される。
また、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、配線用遮断器１０がオフ状態のときに直流側の電圧がフィードバックされるよう制御され、かつ配線用遮断器１０がオン状態のときに直流側の電圧がフィードバックされないよう制御される。

結局、本実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１では、配線用遮断器１０がオフ状態になり蓄電池４が解列されたときにのみ、系統Ｇへの逆潮流が行われるので、蓄電池４の放電電力が系統Ｇに逆潮流されないことを担保することができる。

したがって、本実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１によれば、太陽電池３の発電電力だけを系統Ｇに逆潮流させることが可能になり、太陽電池３の発電電力を十分に有効活用することができる。

［第２実施形態］
図２に、本発明の第２実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１’を示す。同図に示すように、本実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１’は、パワーコンディショナ装置２と系統Ｇとを接続する電力線Ｌ２に設けられたカレントトランス１１と、カレントトランス１１に接続された逆潮流継電器（ＲＰＲ）１２とを備えていること以外の点について、第１実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１と共通している。
なお、カレントトランス１１および逆潮流継電器１２は、本発明の「逆潮流検出手段」に相当する。

カレントトランス１１は、電力線Ｌ２を流れる電流の量および向きを検出し、該電流の量および向きに応じた出力信号を出力する。

逆潮流継電器１２は、カレントトランス１１の出力信号に基づいて逆潮流を検出し、制御部７に検出信号を出力する。

制御部７は、配線用遮断器１０がオン状態のときに逆潮流継電器１２の検出信号が入力されると、配線用遮断器１０をオフ状態に切り替える。なお、制御部７は、配線用遮断器１０がオン状態であることを、配線用遮断器１０に併設された補助スイッチ（図示せず）の出力信号を受けることによって認識する。補助スイッチは、例えば、配線用遮断器１０の状態（オン状態／オフ状態）に応じた出力信号を出力する。

本実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１’では、本来、蓄電池４の充放電と系統Ｇへの逆潮流とが排他的に行われるように配線用遮断器１０がオン状態からオフ状態に切り替わるので、配線用遮断器１０がオン状態のときに、蓄電池４の放電電力がパワーコンディショナ装置２から出力されて系統Ｇに逆潮流されることはない。
ただし、何らかの要因で配線用遮断器１０の切り替えが行われなかった場合には、配線用遮断器１０がオン状態であっても、蓄電池４の放電電力がパワーコンディショナ装置２から系統Ｇに向けて出力される可能性がある。

しかしながら、本実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１’では、配線用遮断器１０がオン状態のときにパワーコンディショナ装置２から蓄電池４の放電電力が出力されても、逆潮流継電器１２により逆潮流が検出されると、制御部７の制御下で配線用遮断器１０がオン状態からオフ状態に切り替わり、蓄電池４が解列されるので、蓄電池４の放電電力が系統Ｇに逆潮流されるのを確実に防ぐことができる。

以上、本発明に係るパワーコンディショナ装置および該装置を備えたマルチパワーコンディショナシステムの好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。

上記第１および第２の実施の形態においては、発電設備（発電手段）として太陽電池とＤＣ／ＤＣコンバータを用いたが、これに限らず、その他の発電設備にも対応できる。
上記各実施形態に係るパワーコンディショナ装置２では、第３スイッチ手段として配線用遮断器１０を用いているが、制御部７の制御下で蓄電池４を解列することができるものであれば任意に変更可能であり、例えば、電磁接触器（ＭＣ）を用いてもよい。

さらに、上記各実施形態に係るパワーコンディショナ装置２では、ＤＣ／ＡＣインバータ６から出力される太陽電池３の発電電力と蓄電池４の放電電力との和電力が負荷Ｒの消費電力を超えたときに、配線用遮断器１０のオン状態からオフ状態への切り替えを行っているが、蓄電池４の放電電力が系統Ｇに逆潮流されなければ、切り替えのタイミングは任意に変更できる。

また、上記第２実施形態に係るマルチパワーコンディショナシステム１’では、パワーコンディショナ装置２と系統Ｇとの間にカレントトランス１１および逆潮流継電器１２からなる逆潮流検出手段を設けているが、パワーコンディショナ装置２内、例えば、電磁接触器８と系統Ｇ側の端子との間に設けてもよい。

１、１’ マルチパワーコンディショナシステム
２ パワーコンディショナ装置
３ 太陽電池
４ 蓄電池
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ ＤＣ／ＡＣインバータ
７ 制御部
８、９ 電磁接触器
１０ 配線用遮断器
１１ カレントトランス
１２ 逆潮流継電器
Ｇ 系統
Ｒ 負荷

Claims (4)

1. ＤＣ側端子に発電手段と蓄電池からの直流電力が供給可能とされ、系統に第１スイッチ手段を介して接続され、かつ負荷に第２スイッチ手段を介して接続されるＤＣ／ＡＣインバータと、前記発電手段、前記ＤＣ／ＡＣインバータ、前記第１スイッチ手段および前記第２スイッチ手段を制御する制御部とを備え、前記発電手段と前記ＤＣ／ＡＣインバータとを接続する電力線から分岐した分岐電力線に蓄電池が接続されるパワーコンディショナ装置であって、
   前記分岐電力線には前記蓄電池を解列するための第３スイッチ手段が介装されており、該第３スイッチ手段が前記制御部の制御下でオン状態とオフ状態とに切り替わることにより、前記蓄電池の充放電と前記系統への逆潮流とが排他的に行われ、
   前記制御部は、前記蓄電池の充電が完了したことを条件に、前記発電電力と前記放電電力との和電力が前記負荷の消費電力を超えるか否かを判定し、その後も判定し続けて、前記和電力が前記負荷の消費電力を超えると、前記第３スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えることを特徴とするパワーコンディショナ装置。
2. ＤＣ側端子に発電手段と蓄電池からの直流電力が供給可能とされ、系統に第１スイッチ手段を介して接続され、かつ負荷に第２スイッチ手段を介して接続されるＤＣ／ＡＣインバータと、前記発電手段、前記ＤＣ／ＡＣインバータ、前記第１スイッチ手段および前記第２スイッチ手段を制御する制御部とを有するパワーコンディショナ装置と、
   前記発電手段と前記ＤＣ／ＡＣインバータとを接続する電力線から分岐した分岐電力線に接続された蓄電池と、
   を備えたマルチパワーコンディショナシステムであって、
   前記分岐電力線には前記蓄電池を解列するための第３スイッチ手段が介装されており、該第３スイッチ手段が前記制御部の制御下でオン状態とオフ状態とに切り替わることにより、前記蓄電池の充放電と前記系統への逆潮流とが排他的に行われ、
   前記制御部は、前記蓄電池の充電が完了したことを条件に、前記発電電力と前記放電電力との和電力が前記負荷の消費電力を超えるか否かを判定し、その後も判定し続けて、前記和電力が前記負荷の消費電力を超えると、前記第３スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えることを特徴とするマルチパワーコンディショナシステム。
3. 前記パワーコンディショナ装置と前記系統との間に、前記系統への逆潮流を検出するための逆潮流検出手段が設けられており、
   前記第３スイッチ手段がオン状態のときに、前記逆潮流検出手段により逆潮流が検出されると、前記制御部は、前記第３スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えることを特徴とする請求項２に記載のマルチパワーコンディショナシステム。
4. 前記パワーコンディショナ装置と前記系統との間に、前記系統への逆潮流を検出するための逆潮流検出手段が設けられており、
   前記第３スイッチ手段がオン状態のときに、前記逆潮流検出手段により逆潮流が検出されると、前記制御部は、前記ＤＣ／ＡＣインバータを停止させ、かつ前記第１スイッチ手段をオン状態からオフ状態に切り替えることを特徴とする請求項２に記載のマルチパワーコンディショナシステム。

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