JP2015053854A - パワーコンディショナシステム及び蓄電パワーコンディショナ - Google Patents

パワーコンディショナシステム及び蓄電パワーコンディショナ Download PDF

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Abstract

【課題】系統停電時に重要負荷の差し替えの手間を要することなく重要負荷に給電するパワーコンディショナシステム及び蓄電パワーコンディショナとする。
【解決手段】発電設備11を系統12に接続する発電パワーコンディショナ30と、蓄電設備13を系統12に接続する蓄電パワーコンディショナ50とを備えるパワーコンディショナシステムである。発電パワーコンディショナ30は、系統12への給電用とは別に発電設備11の発電に基づく電力を出力する自立出力スイッチ34を備える。蓄電パワーコンディショナ50は、系統12への給電用とは別に蓄電設備13の蓄電に基づく交流電力を出力する自立出力スイッチ54を備え、自立出力スイッチ34からの出力電力に基づく交流電力、自立出力スイッチ54からの出力電力に基づく交流電力および系統12の系統電力の少なくとも一つを所定の負荷が接続される自立出力系62へ給電する。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年９月２８日に日本国に特許出願された特願２０１１−２１３０８１の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
本発明は、パワーコンディショナシステム、より詳しくは、発電システムの発電パワーコンディショナと、蓄電システムの蓄電パワーコンディショナとを組み合わせた新規なパワーコンディショナシステム及び蓄電パワーコンディショナに関するものである。
太陽光パネル等の発電設備を備える発電システムの発電パワーコンディショナとして、商用電源系統（以下、適宜、系統と略記する）に連系して交流電力を出力する系統連系運転と、系統と関わりなく交流電力を出力する自立運転とを可能としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、系統電力によって充電される蓄電池等の蓄電設備を備える蓄電システムの蓄電パワーコンディショナとして、上記の発電パワーコンディショナと同様に、系統に連系して交流電力を出力する系統連系運転と、系統と関わりなく交流電力を出力する自立運転とを可能としたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−０４９７７０号公報 特開２００８−２５３０３３号公報
ところで、系統の停電等に確実に対処するためには、上述した発電システムと蓄電システムとの双方を設置することが望まれる。しかしながら、この場合、発電パワーコンディショナと蓄電パワーコンディショナとを、単に独立して設置すると、以下のような不都合が生じることが想定される。
例えば、発電パワーコンディショナに注目すると、系統停電時には、重要負荷を系統に接続された系統コンセントから、発電パワーコンディショナの自立出力端子に接続された自立コンセントへ差し替える、すなわち、接続をし直す、こととなって手間がかかることになる。しかも、発電設備が例えば太陽光パネルの場合は、その出力が日射量に依存するため、重要負荷を自立コンセントに差し替えても、重要負荷に安定して給電できない場合がある。特に、夜間に系統停電が生じた場合は、昼間の発電電力が全く使用できず、重要負荷への給電が不可能になる。また、系統停電が生じていなくても、系統電圧の上昇時、カレンダ機能により指定される日時、あるいはＰＣＳ（Power Conditioner Subsystem）通信による解列指示により出力が抑制される場合は、発電電力を廃棄しなければならず、発電エネルギーが無駄になる。
また、蓄電パワーコンディショナに注目すると、蓄電設備から蓄電パワーコンディショナの自立出力端子に接続された自立コンセントに安定した出力供給が可能である。しかし、系統停電時には、発電パワーコンディショナの場合と同様に、重要負荷を系統コンセントから蓄電パワーコンディショナの自立コンセントへ差し替える手間がかかることになる。また、系統停電時は、発電設備が系統から解列するため、発電設備による発電電力を蓄電設備に充電することができず、発電エネルギーが無駄になる。
上述した点に鑑みてなされた本発明の主たる目的は、系統停電時に重要負荷の差し替えの手間を要することなく重要負荷に給電できる、パワーコンディショナシステム及び蓄電パワーコンディショナを提供することにある。
上記目的を達成する本発明に係るパワーコンディショナシステムは、発電設備を商用電源系統に接続する発電パワーコンディショナと、蓄電設備を前記商用電源系統に接続する蓄電パワーコンディショナとを備えるパワーコンディショナシステムであって、
前記発電パワーコンディショナは、前記商用電源系統への給電用とは別に前記発電設備の発電に基づく電力を出力する自立発電出力部を備え、
前記蓄電パワーコンディショナは、前記商用電源系統への給電用とは別に前記蓄電設備の蓄電に基づく交流電力を出力する自立蓄電出力部を備え、
前記蓄電パワーコンディショナは、前記蓄電パワーコンディショナが系統連系していない時には前記自立発電出力部からの出力電力に基づく交流電力および前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力のいずれか少なくとも一方を、前記蓄電パワーコンディショナが系統連系している時には前記商用電源系統の系統電力および前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力の少なくとも一方を、所定の負荷が接続される自立出力系へ給電可能であって、
前記発電パワーコンディショナと前記蓄電パワーコンディショナの少なくとも一方には、前記蓄電パワーコンディショナが系統連系している時に前記自立発電出力部を前記蓄電パワーコンディショナから切り離すスイッチが設けられている
ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記蓄電パワーコンディショナは、前記自立発電出力部より供給される電力を入力する自立発電入力部をさらに含み、前記自立発電入力部から供給された電力を、前記蓄電パワーコンディショナの蓄電、又は、前記自立蓄電出力部への供給のために利用する、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記発電パワーコンディショナおよび前記蓄電パワーコンディショナの各々は、運転状態を含む情報の送受信を行う通信部を備える、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記蓄電パワーコンディショナは、前記自立発電出力部の出力電力に基づいて前記蓄電設備を充電する、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記蓄電パワーコンディショナは、前記自立発電出力部の出力電力に基づく交流電力を前記自立出力系に給電する際、当該交流電力が前記自立出力系の消費電力に満たない場合、その不足分を前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力により補う、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記蓄電パワーコンディショナは、前記自立発電出力部の出力電力に基づく交流電力を前記自立出力系に給電する際、当該交流電力が前記自立出力系の消費電力を超える場合、その余剰分を前記蓄電設備に蓄電する、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記発電パワーコンディショナは、前記商用電源系統への出力抑制時に、前記商用電源系統から解列して、前記自立発電出力部から前記発電設備の発電に基づく電力を出力するとともに、当該出力抑制に関連する情報を当該発電パワーコンディショナの前記通信部から前記蓄電パワーコンディショナに送信する、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記蓄電パワーコンディショナは、当該蓄電パワーコンディショナの前記通信部により、前記発電パワーコンディショナからの前記出力抑制に関連する情報を受信すると、前記商用電源系統から解列して、前記自立発電出力部の出力電力を前記蓄電設備に蓄電する、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記発電パワーコンディショナは、前記商用電源系統の系統電圧上昇時、カレンダ機能により設定された日時、または、当該発電パワーコンディショナの前記通信部で受信される解列指示により出力抑制される、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記発電パワーコンディショナは、前記商用電源系統から解列すると、当該発電パワーコンディショナの前記通信部から前記蓄電パワーコンディショナに運転状態を含む情報を送信するとともに、前記自立発電出力部から前記発電設備の発電に基づく電力を出力する、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記発電パワーコンディショナは、前記発電設備の発電に基づく電力の情報を、当該発電パワーコンディショナの前記通信部から前記蓄電パワーコンディショナに送信し、
前記蓄電パワーコンディショナは、当該蓄電パワーコンディショナの前記通信部により、前記発電パワーコンディショナからの前記発電設備の発電に基づく電力の情報を受信すると、当該受信した情報に基づいて前記蓄電設備への充電量を制御する、ことを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態において、前記蓄電パワーコンディショナは、当該蓄電パワーコンディショナへの前記自立発電出力部の結合を検知すると、前記自立発電出力部からの出力電力に基づく交流電力、前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力および前記商用電源系統の系統電力の少なくとも一つを所定の自立出力系に給電する、ことを特徴とするものである。
更に、上記目的を達成する本発明に係る蓄電パワーコンディショナは、蓄電設備を商用電源系統に接続する蓄電パワーコンディショナであって、
前記商用電源系統への給電用とは別に前記蓄電設備の蓄電に基づく電力を出力する自立蓄電出力部を備え、
系統連系していない時には発電パワーコンディショナからの交流電力および前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力のいずれか少なくとも一方を、系統連系している時には前記商用電源系統の系統電力および前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力の少なくとも一方を、所定の負荷が接続される自立出力系へ給電可能であって、
系統連系している時に前記発電パワーコンディショナからの交流電力の入力を切り離すスイッチをさらに備える
ことを特徴とするものである。
本発明によれば、系統停電時に重要負荷の差し替えの手間を要することなく、重要負荷に給電できるパワーコンディショナシステム及び蓄電パワーコンディショナを提供することができる。
本発明の第１実施の形態に係るパワーコンディショナシステムの概略構成を示すブロック図である。 図１のパワーコンディショナシステムによる通常動作時の制御例を示す図である。 図１のパワーコンディショナシステムにおいて、系統停電時に発電パワーコンディショナのＡＣリンク出力を自立出力系に給電する場合の制御例を示す図である。 図１のパワーコンディショナシステムにおいて、系統停電時に蓄電パワーコンディショナの自立出力を自立出力系に給電する場合の制御例を示す図である。 図１のパワーコンディショナシステムにおいて、系統停電時に発電パワーコンディショナのＡＣリンク出力で蓄電設備を充電する場合の制御例を示す図である。 図１のパワーコンディショナシステムにおいて、系統停電時に発電パワーコンディショナのＡＣリンク出力と蓄電パワーコンディショナの自立出力とを結合して自立出力系に給電する場合の制御例を示す図である。 図１のパワーコンディショナシステムにおいて、系統停電時に発電パワーコンディショナのＡＣリンク出力を自立出力系に給電するとともに、その余剰出力により蓄電設備を充電する場合の制御例を示す図である。 図１のパワーコンディショナシステムにおいて、発電パワーコンディショナの商用電源系統への出力抑制時の制御例を示す図である。 本発明の第２実施の形態に係るパワーコンディショナシステムの要部の概略構成を示すブロック図である。 図９のパワーコンディショナシステムにおける系統停電時の制御例を示す図である。 図９のパワーコンディショナシステムにおける発電パワーコンディショナの商用電源系統への出力抑制時の制御例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係るパワーコンディショナシステムの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るパワーコンディショナシステムは、発電設備１１を商用電源系統１２に接続する発電パワーコンディショナ３０と、蓄電設備１３を商用電源系統１２に接続する蓄電パワーコンディショナ５０とを備える。なお、本実施の形態において、発電設備１１は太陽光パネルからなり、発電パワーコンディショナ３０は太陽光パワーコンディショナからなるものとする。また、蓄電設備１３は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の蓄電池からなるものとする。
発電パワーコンディショナ３０は、単方向コンバータ３１、単方向インバータ３２、系統連系スイッチ３３、自立出力スイッチ３４、通信部３５、および、発電制御部３６を有する。単方向コンバータ３１は、発電設備１１から発生される直流出力電圧を昇圧して、その昇圧された直流電圧を単方向インバータ３２に供給する。この単方向コンバータ３１の出力電圧は、発電設備１１の発電に基づく電力の情報（中間リンク情報）として、発電制御部３６で検出する。
単方向インバータ３２は、単方向コンバータ３１で昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、系統連系スイッチ３３および自立出力スイッチ３４にそれぞれ供給する。系統連系スイッチ３３は、単方向インバータ３２から出力される交流電力を、商用電源系統１２へ選択的に逆潮流させる。自立出力スイッチ３４は、自立発電出力部を構成するもので、単方向インバータ３２から出力される交流電力をＡＣリンク出力として蓄電パワーコンディショナ５０に選択的に出力する。なお、単相三線式２００Ｖに連系（系統連系スイッチ３３は閉、自立出力スイッチ３４は開）する太陽光及び蓄電パワーコンディショナの出力電圧中心値は、２０２Ｖである。また、自立発電出力時（系統連系スイッチ３３は開、自立出力スイッチ３４は閉）の出力電圧中心値は、１０１Ｖである。
通信部３５は、後述する蓄電パワーコンディショナ５０の通信部６０との間で、有線または無線により直接またはネットワークを介して通信する。そして、通信部３５は、発電パワーコンディショナ３０の内部の電圧状態等を含む運転状態を通信部６０に送信するとともに、通信部６０からの蓄電パワーコンディショナ５０の内部の電圧状態の運転状態を含む情報を受信する。なお、通信部３５による受信情報には、ＰＣＳ通信による解列指示等も含まれる。
発電制御部３６は、例えばマイクロコンピュータで構成される。発電制御部３６は、商用電源系統１２の系統電圧の上昇や停電等の状態、通信部３５による受信情報等に基づいて、単方向コンバータ３１、単方向インバータ３２、系統連系スイッチ３３、自立出力スイッチ３４、および、通信部３５等の各部の動作を制御する。なお、系統連系スイッチ３３および自立出力スイッチ３４は、それぞれ独立したリレーによりオン／オフ制御される。
蓄電パワーコンディショナ５０は、双方向コンバータ５１、双方向インバータ５２、系統連系スイッチ５３、自立出力スイッチ５４、ＡＣリンクスイッチ５５、負荷電力出力部５６、同期検出部５７、電圧検出部５８、電流検出部５９、通信部６０、および、蓄電制御部６１を有する。双方向コンバータ５１は、蓄電設備１３の直流出力電圧を昇圧して、双方向インバータ５２に供給する。また、双方向コンバータ５１は、双方向インバータ５２で直流変換される直流電圧を降圧して蓄電設備１３に供給する。これにより、蓄電設備１３は充電される。
双方向インバータ５２は、双方向コンバータ５１で昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、自立出力スイッチ５４に供給する。系統連系スイッチ５３は、双方向インバータ５２から出力される交流電力を、一般負荷へ選択的に出力する。また、双方向インバータ５２は、系統連系スイッチ５３を経て入力される商用電源系統１２からの系統電圧を直流に変換して双方向コンバータ５１に供給する。
系統連系スイッチ５３は、商用電源系統１２と双方向インバータ５２との接続をオン／オフする。自立出力スイッチ５４は、自立蓄電出力部を構成するもので、双方向インバータ５２から出力される交流電力を負荷電力出力部５６に選択的に供給する。また、自立出力スイッチ５４は、発電パワーコンディショナ３０からのＡＣリンク出力を双方向インバータ５２に選択的に供給する。
ＡＣリンクスイッチ５５は、自立発電入力部を構成するもので、発電パワーコンディショナ３０から出力されるＡＣリンク出力を負荷電力出力部５６に選択的に供給する。負荷電力出力部５６には、商用電源系統１２の系統電力、ＡＣリンクスイッチ５５を経て出力される発電パワーコンディショナ３０からのＡＣリンク出力、および、自立出力スイッチ５４を経て出力される双方向インバータ５２の交流出力電力が入力される。そして、負荷電力出力部５６は、これら３つの入力電力から、少なくとも一つを選択して、その選択した交流電力を重要負荷が接続される自立コンセントを有する自立出力系６２に給電する。
同期検出部５７、電圧検出部５８および電流検出部５９は、それぞれ発電パワーコンディショナ３０から出力されるＡＣリンク出力の同期、電圧および電流を検出する。それらの検出結果は、蓄電制御部６１に供給される。通信部６０は、上述した発電パワーコンディショナ３０の通信部３５と通信して、蓄電パワーコンディショナ５０の内部の電圧状態等を含む運転状態を通信部３５に送信するとともに、通信部３５から送信される情報を受信する。
蓄電制御部６１は、例えばマイクロコンピュータで構成される。蓄電制御部６１は、商用電源系統１２の系統電圧の上昇や停電等の状態、同期検出部５７、電圧検出部５８および電流検出部５９によるＡＣリンク出力の検出結果、通信部６０による受信情報等に基づいて、双方向コンバータ５１、双方向インバータ５２、系統連系スイッチ５３、自立出力スイッチ５４、ＡＣリンクスイッチ５５、負荷電力出力部５６、および通信部６０等の各部の動作を制御する。なお、系統連系スイッチ５３、自立出力スイッチ５４、および、ＡＣリンクスイッチ５５は、それぞれ独立したリレーによりオン／オフ制御される。
次に、本実施の形態によるパワーコンディショナシステムの具体的制御例について、図２〜図８を参照して説明する。なお、以下の制御例は、例えば、図１の蓄電制御部６１において、発電パワーコンディショナ３０の結合、つまり発電パワーコンディショナ３０の自立出力スイッチ３４と蓄電パワーコンディショナ５０のＡＣリンクスイッチ５５との接続、が検知されると実行される。
図２〜図８において、商用電源系統１２は、２００Ｖの単相３線を例示している。この場合、発電パワーコンディショナ３０の系統連系スイッチ３３および蓄電パワーコンディショナ５０の系統連系スイッチ５３は、それぞれ電圧線に接続される。この単相３線の商用電源系統１２には、家庭の一般負荷が接続される。また、自立出力系６２は、ＡＣ１００Ｖを出力し、その自立コンセント６３，６４には、重要負荷としてＴＶ（テレビジョン受像機）６５、冷蔵庫６６が接続されている場合を例示している。
さらに、図２〜図８では、図１に示した発電パワーコンディショナ３０の通信部３５および発電制御部３６の図示を省略し、蓄電パワーコンディショナ５０の同期検出部５７、電圧検出部５８、電流検出部５９、通信部６０および蓄電制御部６１の図示を省略している。また、図２〜図８において、蓄電パワーコンディショナ５０の負荷電力出力部５６は、自立出力スイッチ５４とＡＣリンクスイッチ５５とを直列に接続し、これら自立出力スイッチ５４およびＡＣリンクスイッチ５５の直列接続ラインと自立出力系６２との間にスイッチ７１を接続し、さらに、商用電源系統１２と自立出力系６２との間にスイッチ７２を接続して構成されている。なお、スイッチ７１，７２は、他のスイッチと同様に、それぞれ独立したリレーによりオン／オフ制御される。
図２は、通常動作時の制御例を示す図である。ここで、通常動作時とは、商用電源系統１２が停電しておらず、発電パワーコンディショナ３０の出力抑制もない状態での動作である。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオン、自立出力スイッチ３４がオフに制御される。また、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオン、自立出力スイッチ５４がオフ、ＡＣリンクスイッチ５５がオフに制御される。負荷電力出力部５６は、スイッチ７１がオフ、スイッチ７２がオンに制御される。
これにより、自立出力系６２には、太線矢印で示すように、商用電源系統１２および負荷電力出力部５６のスイッチ７２の経路を経てＡＣ１００Ｖが供給されて、ＴＶ６５、冷蔵庫６６の重要負荷に給電される。また、発電パワーコンディショナ３０においては、発電制御部３６で検出される中間リンク電圧に基づく発電設備１１の発電量が所定の発電量を満たしている場合、単方向インバータ３２からの交流出力が系統連系スイッチ３３を経て商用電源系統１２に逆潮流されて、余剰の電力が売電される。また、蓄電パワーコンディショナ５０においては、蓄電設備１３の蓄電量が所定の蓄電量に満たない場合または所定の時間になった場合、商用電源系統１２の交流電力によって、系統連系スイッチ５３、双方向インバータ５２および双方向コンバータ５１を経て蓄電設備１３が充電される。
図３は、系統停電時に発電パワーコンディショナ３０のＡＣリンク出力を自立出力系６２に給電する場合の制御例を示す図である。この制御例は、商用電源系統１２の停電時に、例えば、発電設備１１の発電量が所定の発電量を満たしている場合に実行される。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオフ、自立出力スイッチ３４がオンに制御される。また、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオフ、自立出力スイッチ５４がオフ、ＡＣリンクスイッチ５５がオンに制御され、負荷電力出力部５６のスイッチ７１がオン、スイッチ７２がオフに制御される。
これにより、自立出力系６２には、太線矢印で示すように、発電パワーコンディショナ３０の単方向インバータ３２から自立出力スイッチ３４を経て出力されるＡＣリンク出力が、蓄電パワーコンディショナ５０のＡＣリンクスイッチ５５および負荷電力出力部５６のスイッチ７１を経て給電される。
図４は、系統停電時に蓄電パワーコンディショナ５０の自立出力を自立出力系６２に給電する場合の制御例を示す図である。この制御例は、商用電源系統１２の停電時に、例えば、発電設備１１の発電量が所定の発電量を満たさず、かつ、蓄電設備１３の蓄電量が所定の蓄電量を満たしている場合に実行される。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオフ、自立出力スイッチ３４がオフに制御される。また、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオフ、自立出力スイッチ５４がオン、ＡＣリンクスイッチ５５がオフに制御され、負荷電力出力部５６のスイッチ７１がオン、スイッチ７２がオフに制御される。
これにより、自立出力系６２には、太線矢印で示すように、蓄電パワーコンディショナ５０の双方向インバータ５２から自立出力スイッチ５４を経て出力される自立出力が、負荷電力出力部５６のスイッチ７１を経て給電される。
図５は、系統停電時に発電パワーコンディショナ３０のＡＣリンク出力で蓄電設備１３を充電する場合の制御例を示す図である。この制御例は、商用電源系統１２の停電時に、例えば、発電設備１１は発電状態にあるが、その発電量が所定の発電量を満たさず、かつ、蓄電設備１３の蓄電量が所定の蓄電量を満たさない場合に実行される。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオフ、自立出力スイッチ３４がオンに制御される。また、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオフ、自立出力スイッチ５４がオン、ＡＣリンクスイッチ５５がオンに制御され、負荷電力出力部５６のスイッチ７１，７２はともにオフに制御される。
これにより、蓄電設備１３には、太線矢印で示すように、発電パワーコンディショナ３０の単方向インバータ３２から自立出力スイッチ３４を経て出力されるＡＣリンク出力が、蓄電パワーコンディショナ５０のＡＣリンクスイッチ５５、自立出力スイッチ５４、双方向インバータ５２および双方向コンバータ５１を経て給電される。したがって、この場合、自立出力系６２には、ＡＣ１００Ｖが給電されないことになる。なお、この場合、蓄電パワーコンディショナ５０の双方向インバータ５２および双方向コンバータ５１は、図１に示した同期検出部５７、電圧検出部５８および電流検出部５９によるＡＣリンク出力の検出結果に基づいて、蓄電制御部６１により制御される。これにより、蓄電設備１３への充電量が制御される。
図６は、系統停電時に発電パワーコンディショナ３０のＡＣリンク出力と蓄電パワーコンディショナ５０の自立出力とを結合して自立出力系６２に給電する場合の制御例を示す図である。この制御例は、商用電源系統１２の停電時に、例えば、発電パワーコンディショナ３０のＡＣリンク出力のみでは、自立出力系６２に接続されている重要負荷の消費電力に満たない場合で、その不足分を蓄電パワーコンディショナ５０の自立出力が補助できる場合に実行される。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオフ、自立出力スイッチ３４がオンに制御される。また、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオフ、自立出力スイッチ５４がオン、ＡＣリンクスイッチ５５がオンに制御され、負荷電力出力部５６のスイッチ７１がオン、スイッチ７２がオフに制御される。
これにより、自立出力系６２には、太線矢印で示すように、発電パワーコンディショナ３０の単方向インバータ３２から自立出力スイッチ３４を経て出力されるＡＣリンク出力が、蓄電パワーコンディショナ５０のＡＣリンクスイッチ５５および負荷電力出力部５６のスイッチ７１を経て給電される。また、自立出力系６２には、蓄電パワーコンディショナ５０の双方向インバータ５２から自立出力スイッチ５４を経て出力される自立出力が、スイッチ７１を経て給電される。
なお、この場合、蓄電パワーコンディショナ５０の双方向コンバータ５１および双方向インバータ５２は、図１に示した同期検出部５７、電圧検出部５８および電流検出部５９によるＡＣリンク出力の検出結果に基づいて、蓄電制御部６１により制御される。これにより、蓄電パワーコンディショナ５０の自立出力は、発電パワーコンディショナ３０からのＡＣリンク出力と同期し、かつＡＣリンク出力による出力電力の不足分を補う電力に制御される。
図７は、系統停電時に発電パワーコンディショナ３０のＡＣリンク出力を自立出力系６２に給電するとともに、その余剰出力により蓄電設備１３を充電する場合の制御例を示す図である。この制御例は、商用電源系統１２の停電時に、例えば、発電設備１１の発電量が、自立出力系６２に接続されている重要負荷の消費電力を超え、かつ蓄電設備１３が充電可能な場合に実行される。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオフ、自立出力スイッチ３４がオンに制御される。また、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオフ、自立出力スイッチ５４がオン、ＡＣリンクスイッチ５５がオンに制御され、負荷電力出力部５６のスイッチ７１がオン、スイッチ７２がオフに制御される。
これにより、自立出力系６２には、太線矢印で示すように、発電パワーコンディショナ３０の単方向インバータ３２から自立出力スイッチ３４を経て出力されるＡＣリンク出力が、蓄電パワーコンディショナ５０のＡＣリンクスイッチ５５および負荷電力出力部５６のスイッチ７１を経て給電される。そして、自立出力系６２での消費電力を超える余剰のＡＣリンク出力が、自立出力スイッチ５４、双方向インバータ５２および双方向コンバータ５１を経て蓄電設備１３に給電されて、蓄電設備１３が充電される。なお、この場合も、図５の場合と同様に、蓄電パワーコンディショナ５０の双方向インバータ５２および双方向コンバータ５１は、図１に示した同期検出部５７、電圧検出部５８および電流検出部５９によるＡＣリンク出力の検出結果に基づいて、蓄電制御部６１により制御される。これにより、蓄電設備１３への充電量が制御される。
図８は、発電パワーコンディショナ３０の商用電源系統１２への出力抑制時の制御例を示す図である。ここで、出力抑制は、系統電圧の上昇時、カレンダ機能により指定される日時、あるいはＰＣＳ通信による解列指示により実行される。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオフ、自立出力スイッチ３４がオンに制御される。また、発電パワーコンディショナ３０の出力抑制に関連する情報は、通信部３５から蓄電パワーコンディショナ５０に送信される。そして、蓄電パワーコンディショナ５０の通信部６０が上記の出力抑制に関連する情報を受信すると、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオフ、自立出力スイッチ５４がオン、ＡＣリンクスイッチ５５がオンに制御され、負荷電力出力部５６はスイッチ７１がオフ、スイッチ７２がオンに制御される。
これにより、自立出力系６２には、太線矢印で示すように、商用電源系統１２および負荷電力出力部５６のスイッチ７２の経路を経てＡＣ１００Ｖの系統電力が給電される。また、発電設備１１が発電状態にあり、蓄電設備１３が充電可能な状態にある場合は、図５の場合と同様にして、発電パワーコンディショナ３０からのＡＣリンク出力が、蓄電パワーコンディショナ５０のＡＣリンクスイッチ５５、自立出力スイッチ５４、双方向インバータ５２および双方向コンバータ５１を経て蓄電設備１３に給電されて、蓄電設備１３への充電量が制御される。
以上のように本実施の形態によると、商用電源系統１２が停電でない場合は、商用電源系統１２から自立出力系６２に系統電力が給電され、商用電源系統１２が停電の場合は、発電パワーコンディショナ３０および／または蓄電パワーコンディショナ５０から自立出力系６２に交流電力が給電される。したがって、自立出力系６２に重要負荷を接続することにより、系統停電時においても重要負荷に給電できるので、重要負荷の差し替えを行う手間を省くことができる。また、発電パワーコンディショナ３０の商用電源系統１２への出力抑制時や商用電源系統１２の停電時に、発電設備１１の発電量を蓄電設備１３へ充電できるので、発電エネルギーの無駄を省くことができる。
（第２実施の形態）
図９は、本発明の第２実施の形態に係るパワーコンディショナシステムの要部の概略構成を示すブロック図である。以下、図１〜図８に示した構成要素と同一作用を成す構成要素には、同一参照符号を付して説明する。本実施の形態に係るパワーコンディショナシステムは、図１に示した構成において、発電パワーコンディショナ３０の単方向コンバータ３１から単方向インバータ３２に供給される直流電力を、ＤＣリンク出力として、自立発電出力部を構成する自立出力スイッチ８１から蓄電パワーコンディショナ５０に選択的に出力する。なお、この自立出力スイッチ８１は、ＤＣリンクスイッチとしても機能する。また、自立出力スイッチ８１は、後述する単方向コンバータ８２に電力が供給される部分に含まれるスイッチで代替しても良い。
蓄電パワーコンディショナ５０は、発電パワーコンディショナ３０からのＤＣリンク出力を所定の直流電圧に変換して、双方向コンバータ５１および双方向インバータ５２に供給する単方向コンバータ８２を備える。なお、単方向コンバータ８２は、発電パワーコンディショナ３０において自立出力スイッチ８１の後に含まれてもよい。したがって、自立発電入力部は、単方向コンバータ８２の入力部または出力部により構成される。また、双方向インバータ５２の交流出力電力をオン／オフする自立出力スイッチ５４と、系統電力をオン／オフするスイッチ７２（負荷電力出力部５６を構成する）とを、自立出力系６２に対して並列に接続する。その他の構成は、図１と同様であるが、図９には、図１の自立出力スイッチ３４、ＡＣリンクスイッチ５５、同期検出部５７、電圧検出部５８、電流検出部５９等が省略されている。
以下、本実施の形態によるパワーコンディショナシステムの具体的制御例について説明する。なお、以下の制御例は、例えば、図１の蓄電制御部６１において、発電パワーコンディショナ３０の結合、つまり発電パワーコンディショナ３０の自立出力スイッチ８１と蓄電パワーコンディショナ５０の単方向コンバータ８２との接続、が検知されると実行される。
図９は、通常動作時の制御例を示す図である。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオン、自立出力スイッチ８１がオフに制御される。また、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオン、自立出力スイッチ５４がオフに制御され、負荷電力出力部５６のスイッチ７２はオンに制御される。
これにより、図２の場合と同様に、自立出力系６２には、商用電源系統１２からスイッチ７２を経てＡＣ１００Ｖの交流電力が給電される。また、発電パワーコンディショナ３０においては、発電設備１１の発電量が所定の発電量を満たしている場合、単方向インバータ３２からの交流出力が系統連系スイッチ３３を経て商用電源系統１２に逆潮流されて、発電電力が売電される。また、蓄電パワーコンディショナ５０においては、蓄電設備１３の蓄電量が所定の蓄電量に満たない場合、商用電源系統１２の交流電力によって、系統連系スイッチ５３、双方向インバータ５２および双方向コンバータ５１を経て蓄電設備１３が充電される。
図１０は、系統停電時の制御例を示す図である。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオフ、自立出力スイッチ８１がオンに制御される。また、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオフ、自立出力スイッチ５４がオンに制御され、負荷電力出力部５６のスイッチ７２はオフに制御される。
そして、発電設備１１の発電量が充分ある場合は、発電パワーコンディショナ３０からのＤＣリンク出力が単方向コンバータ８２で昇圧されて双方向インバータ５２に供給される。これにより、自立出力系６２には、双方向インバータ５２からの交流電力が自立出力スイッチ５４を経て給電される。この際、蓄電設備１３が充電可能である場合は、単方向コンバータ８２からの余剰の直流電力が双方向コンバータ５１を経て蓄電設備１３に給電されて、蓄電設備１３が充電される。この際、好ましくは、発電パワーコンディショナ３０または蓄電パワーコンディショナ５０において、ＤＣリンク出力を検出し、その検出結果に基づいて蓄電設備１３への充電量を制御する。
これに対し、発電設備１１の発電量では自立出力系６２の消費電力に満たない場合は、その不足分を補うように、蓄電設備１３の蓄電出力が、双方向コンバータ５１を経て双方向インバータ５２に供給される。これにより、自立出力系６２には、消費電力を満たす交流電力が給電される。また、発電設備１１が発電状態でない場合は、蓄電設備１３の蓄電出力に基づいて双方向インバータ５２から出力される交流の自立出力が、自立出力スイッチ５４を経て自立出力系６２に給電される。
図１１は、発電パワーコンディショナ３０の商用電源系統１２への出力抑制時の制御例を示す図である。この場合、発電パワーコンディショナ３０は、系統連系スイッチ３３がオフ、自立出力スイッチ８１がオンに制御される。また、蓄電パワーコンディショナ５０は、系統連系スイッチ５３がオフ、自立出力スイッチ５４がオフ、負荷電力出力部５６のスイッチ７２がオンに制御される。
これにより、自立出力系６２には、商用電源系統１２から負荷電力出力部５６のスイッチ７２を経てＡＣ１００Ｖの系統電力が給電される。また、発電設備１１が発電状態にあり、蓄電設備１３が充電可能な状態にある場合は、発電パワーコンディショナ３０からのＤＣリンク出力が、自立出力スイッチ８１、蓄電パワーコンディショナ５０の単方向コンバータ８２および双方向コンバータ５１を経て蓄電設備１３に給電されて、蓄電設備１３が充電される。この場合も、好ましくは、発電パワーコンディショナ３０または蓄電パワーコンディショナ５０において、ＤＣリンク出力を検出し、その検出結果に基づいて蓄電設備１３への充電量を制御する。
したがって、本実施の形態においても、第１実施の形態の場合と同様に、自立出力系６２に重要負荷を接続することにより、系統停電時においても重要負荷に給電できるので、重要負荷の差し替えを行う手間を省くことができる。また、発電パワーコンディショナ３０の商用電源系統１２への出力抑制時や商用電源系統１２の停電時に、発電設備１１の発電量を蓄電設備１３へ充電できるので、発電エネルギーの無駄を省くことができる。
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、図１に示した通信部３５，６０は、一部機能、例えば出力抑制連系機能を無くす場合等に省略することも可能である。また、第１実施の形態において、蓄電パワーコンディショナ５０のＡＣリンク出力を検出する同期検出部５７、電圧検出部５８、電流検出部５９は、制御アルゴリズム、あるいは、システム構成によっては省略することも可能である。また、第１実施の形態において、発電パワーコンディショナ３０の自立出力スイッチ３４を省略して、ＡＣリンク出力の出力端子を自立発電出力部とすることも可能である。
また、第２実施の形態において、発電パワーコンディショナ３０の自立出力スイッチ８１を、ＤＣリンクスイッチとして蓄電パワーコンディショナ５０側に配置し、発電パワーコンディショナ３０側は、ＤＣリンク出力の出力端子を自立発電出力部とすることも可能である。また、第２実施の形態において、発電パワーコンディショナ３０の単方向コンバータ３１の出力電圧が、蓄電パワーコンディショナ５０の双方向コンバータ５１の双方向インバータ５２への出力電圧よりも大きい場合は、蓄電パワーコンディショナ５０の単方向コンバータ８２を省略することも可能である。さらに、本発明は、発電設備１１が太陽光パネルに限らず、風力発電等の他の発電設備の場合でも適用することができる。同様に、蓄電設備１３も蓄電池に限らず、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電設備の場合でも適用することができる。
１１ 発電設備
１２ 商用電源系統
１３ 蓄電設備
３０ 発電パワーコンディショナ
３１ 単方向コンバータ
３２ 単方向インバータ
３３ 系統連系スイッチ
３４ 自立出力スイッチ
３５ 通信部
３６ 発電制御部
５０ 蓄電パワーコンディショナ
５１ 双方向コンバータ
５２ 双方向インバータ
５３ 系統連系スイッチ
５４ 自立出力スイッチ
５５ ＡＣリンクスイッチ
５６ 負荷電力出力部
５７ 同期検出部
５８ 電圧検出部
５９ 電流検出部
６０ 通信部
６１ 蓄電制御部
６２ 自立出力系
７１，７２ スイッチ
８１ 自立出力スイッチ
８２ 単方向コンバータ

Claims (13)

  1. 発電設備を商用電源系統に接続する発電パワーコンディショナと、蓄電設備を前記商用電源系統に接続する蓄電パワーコンディショナとを備えるパワーコンディショナシステムであって、
    前記発電パワーコンディショナは、前記商用電源系統への給電用とは別に前記発電設備の発電に基づく電力を出力する自立発電出力部を備え、
    前記蓄電パワーコンディショナは、前記商用電源系統への給電用とは別に前記蓄電設備の蓄電に基づく電力を出力する自立蓄電出力部を備え、
    前記蓄電パワーコンディショナは、前記蓄電パワーコンディショナが系統連系していない時には前記自立発電出力部からの出力電力に基づく交流電力および前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力のいずれか少なくとも一方を、前記蓄電パワーコンディショナが系統連系している時には前記商用電源系統の系統電力および前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力の少なくとも一方を、所定の負荷が接続される自立出力系へ給電可能であって、
    前記発電パワーコンディショナと前記蓄電パワーコンディショナの少なくとも一方には、前記蓄電パワーコンディショナが系統連系している時に前記自立発電出力部を前記蓄電パワーコンディショナから切り離すスイッチが設けられている
    ことを特徴とするパワーコンディショナシステム。
  2. 前記蓄電パワーコンディショナは、前記自立発電出力部より供給される電力を入力する自立発電入力部をさらに含み、
    前記自立発電入力部から供給された電力を、前記蓄電パワーコンディショナの蓄電、又は、前記自立蓄電出力部への供給のために利用する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナシステム。
  3. 前記発電パワーコンディショナおよび前記蓄電パワーコンディショナの各々は、運転状態を含む情報の送受信を行う通信部を備える、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナシステム。
  4. 前記蓄電パワーコンディショナは、前記自立発電出力部の出力電力に基づいて前記蓄電設備を充電する、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナシステム。
  5. 前記蓄電パワーコンディショナは、前記自立発電出力部の出力電力に基づく交流電力を前記自立出力系に給電する際、当該交流電力が前記自立出力系の消費電力に満たない場合、その不足分を前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力により補う、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナシステム。
  6. 前記蓄電パワーコンディショナは、前記自立発電出力部の出力電力に基づく交流電力を前記自立出力系に給電する際、当該交流電力が前記自立出力系の消費電力を超える場合、その余剰分を前記蓄電設備に蓄電する、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナシステム。
  7. 前記発電パワーコンディショナは、前記商用電源系統への出力抑制時に、前記商用電源系統から解列して、前記自立発電出力部から前記発電設備の発電に基づく電力を出力するとともに、当該出力抑制に関連する情報を当該発電パワーコンディショナの前記通信部から前記蓄電パワーコンディショナに送信する、
    ことを特徴とする請求項３に記載のパワーコンディショナシステム。
  8. 前記蓄電パワーコンディショナは、当該蓄電パワーコンディショナの前記通信部により、前記発電パワーコンディショナからの前記出力抑制に関連する情報を受信すると、前記商用電源系統から解列して、前記自立発電出力部の出力電力を前記蓄電設備に蓄電する、
    ことを特徴とする請求項７に記載のパワーコンディショナシステム。
  9. 前記発電パワーコンディショナは、前記商用電源系統の系統電圧上昇時、カレンダ機能により設定された日時、または、当該発電パワーコンディショナの前記通信部で受信される解列指示により出力抑制される、
    ことを特徴とする請求項７または８に記載のパワーコンディショナシステム。
  10. 前記発電パワーコンディショナは、前記商用電源系統から解列すると、当該発電パワーコンディショナの前記通信部から前記蓄電パワーコンディショナに運転状態を含む情報を送信するとともに、前記自立発電出力部から前記発電設備の発電に基づく電力を出力する、
    ことを特徴とする請求項３に記載のパワーコンディショナシステム。
  11. 前記発電パワーコンディショナは、前記発電設備の発電に基づく電力の情報を、当該発電パワーコンディショナの前記通信部から前記蓄電パワーコンディショナに送信し、
    前記蓄電パワーコンディショナは、当該蓄電パワーコンディショナの前記通信部により、前記発電パワーコンディショナからの前記発電設備の発電に基づく電力の情報を受信すると、当該受信した情報に基づいて前記蓄電設備への充電量を制御する、
    ことを特徴とする請求項３に記載のパワーコンディショナシステム。
  12. 前記蓄電パワーコンディショナは、当該蓄電パワーコンディショナへの前記自立発電出力部の結合を検知すると、前記自立発電出力部からの出力電力に基づく交流電力、前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力および前記商用電源系統の系統電力の少なくとも一つを所定の自立出力系に給電する、
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のパワーコンディショナシステム。
  13. 蓄電設備を商用電源系統に接続する蓄電パワーコンディショナであって、
    前記商用電源系統への給電用とは別に前記蓄電設備の蓄電に基づく電力を出力する自立蓄電出力部を備え、
    系統連系していない時には発電パワーコンディショナからの交流電力および前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力のいずれか少なくとも一方を、系統連系している時には前記商用電源系統の系統電力および前記自立蓄電出力部からの出力電力に基づく交流電力の少なくとも一方を、所定の負荷が接続される自立出力系へ給電可能であって、
    系統連系している時に前記発電パワーコンディショナからの交流電力の入力を切り離すスイッチをさらに備える
    ことを特徴とする蓄電パワーコンディショナ。
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