JP2015056943A - 電源システム、電力方向切り替え装置、及び電力方向切り替え方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適切なタイミングで電力方向を切り替え、余剰電力の有効活用を低コストで実現すること。
【解決手段】通信機器に電力を供給する力行方向への電力供給と照明・空調等設備に電力を供給する回生方向への電力供給とを切り替える双方向整流器を備えた電源システムであって、双方向整流器は、力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さいか否かを判定する力行判定部１８ｏと、回生判定電流Ｉ_１が回生判定閾値Ｉ_threshよりも小さいか否かを判定する回生電流判定部１８ｍと、力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さい場合に力行方向から回生方向に電力方向を切り替え、回生判定電流Ｉ_１が回生判定閾値Ｉ_threshよりも小さい場合に回生方向から力行方向に電力方向を切り替える切り替え部１８ｎと、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電源システム、電力方向切り替え装置、及び電力方向切り替え方法に関する。

近年、太陽光発電等の自然エネルギーの利用が注目されており、施設や住宅に太陽光発電装置が設置されることが増えている。太陽光発電装置が発電した直流の電源は、パワーコンディショナーによって交流に変換されて利用されることが一般的である。ここで、機器や設備の中には直流で動作するものもあるところ、上述したパワーコンディショナーを用いた場合には、直流‐交流‐直流の変換ロスが発生することとなる。

このような変換ロスを低減するために、太陽光発電装置が発電した直流の電源を最大電力追従制御付きＤＣ／ＤＣコンバータで直流‐直流変換を行い、機器に給電する直流給電システムが注目されつつある（例えば特許文献１参照）。例えば、通信設備（無線信号の基地局等）では、蓄電池を備えているため４８Ｖの直流電源が使用されることが多い。この場合、商用電力系統の交流電源は整流器で４８Ｖ程度の直流に変換され、蓄電池や通信機器と直流で接続される。ここに太陽光発電装置が加わると、商用電力系統からの系統電源(４８Ｖ直流)、蓄電池、及び太陽光発電装置の３つの直流電源が通信機器に接続される。

ここで、太陽光発電装置の発電電力が負荷（通信負荷と蓄電池充電量の和）を上回った場合であっても、負荷以上の余剰電力は熱として放出してしまうため、このような余剰電力を有効活用することができない。この場合、系統連系可能な双方向整流器を用いて受電装置を通じて余剰電力を通信設備内の照明や空調設備等の機器に供給することで、余剰電力を有効活用することが可能である。

特開２００９−２６８３４３号公報

上述した負荷以上の余剰電力を有効活用するためには、太陽光発電装置の発電電力が負荷を上回ったとき、電流の流れを力行方向から回生方向に切り替える必要がある。しかしながら、太陽光発電装置は負荷以上の電力を供給しないため、双方向整流器によって負荷電流の極性（正負）に基づいて自動で力行方向、回生方向を切り替えることはできない。また、双方向整流器が太陽光発電装置の発電電力と負荷の情報を取得するために各装置に電流センサ等を取り付けることも考えられるが、ハードウェア部品点数が増えてしまうためコスト増加につながってしまう。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、適切なタイミングで電力方向を切り替え、余剰電力の有効活用を低コストで実現することを目的とする。

本発明に係る電源システムは、所定の方法で発電する自立電源と、電力を充電し放電を行う蓄電池と、電力が供給される第１及び第２の電力供給対象装置と、第１の電力供給対象装置に電力を供給する力行方向への電力供給と第２の電力供給対象装置に電力を供給する回生方向への電力供給とを切り替える電力方向切り替え装置と、を備えた電源システムであって、電力方向切り替え装置は、力行方向の電流に基づく力行判定電流が所定の力行判定閾値よりも小さいか否かを判定する力行判定部と、回生方向の電流に基づく回生判定電流が所定の回生判定閾値よりも小さいか否かを判定する回生判定部と、力行判定部により力行判定電流が力行判定閾値よりも小さいと判定された場合には力行方向から回生方向に電力供給の方向を切り替え、回生判定部により回生判定電流が回生判定閾値よりも小さいと判定された場合には回生方向から力行方向に電力供給の方向を切り替える切り替え部と、を有する。

このような電源システムでは、力行方向の電流に基づく力行判定電流が力行判定閾値よりも小さいか否かが判定され、小さい場合には、電力供給の方向が力行方向から回生方向に切り替えられる。また、回生方向の電流に基づく回生判定電流が回生判定閾値よりも小さいか否かが判定され、小さい場合には、電力供給の方向が回生方向から力行方向に切り替えられる。自立電源の発電量が第１の電力供給装置の負荷と蓄電池充電量との和を上回った際には、理論上は力行方向への電流値はゼロとなるが、実際には微小のオフセット電流が流れる。そのため、例えば、このようなオフセット電流値を力行判定電流の所定の力行判定閾値とすることにより、適切なタイミングで電力供給の方向を力行方向から回生方向に切り替えることができる。また、例えば、自立電源の発電量に応じて電力供給の方向を回生方向から力行方向に切り替えるべき電流値を所定の回生判定閾値としておくことにより、適切なタイミングで電力供給の方向を回生方向から力行方向に切り替えることができる。適切なタイミングで電力供給の方向を切り替えることにより、余剰電力の有効活用を図ることができる。また、この電源システムは、力行判定電流又は回生判定電流に基づいて自立電源の発電量と各負荷との関係を推定するものであり、実際に自立電源の発電量等を取得するものでないため、新たな電流センサ等のハードウェア装置が必要とならず、コストの低減を図ることができる。

上記電源システムでは、回生判定部は、蓄電池が放電しているか否かに応じて、回生判定電流の値を決定してもよい。第１の電力供給装置の負荷と第２の電力供給装置の負荷との和が自立電源の発電量を超えた場合に蓄電池が放電を始めるところ、回生判定電流の値を、蓄電池が放電しているか否かに応じて決まる値とすることにより、自立電源の発電量と第１の電力供給装置の負荷及び第２の電力供給装置の負荷との関係をより考慮して、電力供給の方向の切り替えタイミングを決定できる。

上記電源システムでは、回生判定部は、蓄電池が放電している場合には、回生方向の電流を微小量小さくした電流を回生判定電流としてもよい。蓄電池は、自立電源の発電量が第１の電力供給装置の負荷と第２の電力供給装置の負荷との和よりも小さい場合に放電するところ、回生方向の電流を微小量小さくした電流を回生判定電流とすることにより、回生方向から力行方向への切り替えが行われ易くなり、蓄電池の放電を抑制することができる。

上記電源システムでは、回生判定部は、蓄電池が放電している場合には、回生方向の電流を微小量大きくした電流を回生判定電流としてもよい。蓄電時の放電時に、回生方向の電流を微小量大きくした電流を回線判定電流とすることにより、回生方向から力行方向への切り替えが行われ難くなり、蓄電池の放電を促進することができる。

上記電源システムでは、力行判定部は、蓄電池が放電している場合には、力行判定電流が力行判定閾値よりも小さくないと判定してもよい。蓄電池が放電している場合に回生方向に切り替えると、蓄電池の放電がさらに促進されることとなるところ、そのような事態を回避できる。

上記電源システムは、回生判定部により判定が行われた直近の回生判定電流を回生方向の電流として取得し、該回生方向の電流を微小量大きくした電流を回生入力電流として出力する入力電流出力部をさらに備えてもよい。直近の回生判定電流に基づいて回生入力電流を決定し出力することによって、連続的に処理が行われる場合に、回生入力電流を直前の状況が考慮された適切な値とできる。

上記電源システムは、切り替え部より入力された電力供給の方向を記憶する記憶部をさらに備え、力行判定部は、記憶部に記憶された電力供給の方向が力行方向である場合に、力行判定電流が力行判定閾値よりも小さいか否かを判定し、回生判定部は、記憶部に記憶された電力供給の方向が回生方向である場合に、回生判定電流が回生判定閾値よりも小さいか否かを判定してもよい。記憶部に電力供給が記憶されていることにより、力行判定電流の判定又は回生判定電流の判定のうち適切な何れか一方の処理を確実に行うことができる。

本発明に係る電力方向切り替え装置は、第１の電力供給対象装置に電力を供給する力行方向への電力供給と第２の電力供給対象装置に電力を供給する回生方向への電力供給とを切り替える電力方向切り替え装置であって、力行方向の電流に基づく力行判定電流が所定の力行判定閾値よりも小さいか否かを判定する力行判定部と、回生方向の電流に基づく回生判定電流が所定の回生判定閾値よりも小さいか否かを判定する回生判定部と、力行判定部により力行判定電流が力行判定閾値よりも小さいと判定された場合には力行方向から回生方向に電力供給の方向を切り替え、回生判定部により回生判定電流が回生判定閾値よりも小さいと判定された場合には回生方向から力行方向に電力供給の方向を切り替える切り替え部と、を備える。

本発明に係る電力方向切り替え方法は、第１の電力供給対象装置に電力を供給する力行方向への電力供給と第２の電力供給対象装置に電力を供給する回生方向への電力供給とを切り替える電力方向切り替え装置により実行される電力方向切り替え方法であって、力行方向の電流に基づく力行判定電流が所定の力行判定閾値よりも小さいか否かを判定する力行判定ステップと、回生方向の電流に基づく回生判定電流が所定の回生判定閾値よりも小さいか否かを判定する回生判定ステップと、力行判定ステップにおいて力行判定電流が力行判定閾値よりも小さいと判定された場合には力行方向から回生方向に電力供給の方向を切り替え、回生判定ステップにおいて回生判定電流が回生判定閾値よりも小さいと判定された場合には回生方向から力行方向に電力供給の方向を切り替える切り替えステップと、を備える。

このような電力方向切り替え装置及び電力方向切り替え方法は、上述した電源システムと同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、適切なタイミングで電力方向を切り替え、余剰電力の有効活用を低コストで実現することができる。

本発明の第１〜第３実施形態に係る電源システムの構成図である。 第１〜第３実施形態に係る双方向整流器の構成図である。 第１実施形態に係る制御部の機能を示すブロック図である。 第１実施形態に係る双方向整流器のハードウェア構成例を示す図である。 第１実施形態に係る電力方向切り替え処理を示すフロー図である。 第２実施形態に係る制御部の機能を示すブロック図である。 第２実施形態に係る電力方向切り替え処理を示すフロー図である。 第３実施形態に係る制御部の機能を示すブロック図である。 第３実施形態に係る電力方向切り替え処理を示すフロー図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係る電源システムは、無線基地局内において、太陽光発電が発電した電力の方向を切り替えることにより余剰電力の有効活用を図るものである。

[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態に係る電源システムの構成図である。図１に示すように、本実施形態の電源システム１は、太陽光発電装置１１（自立電源）と、パワーコンディショナー（ＰＣＳ：Power Conditioning System）１２と、蓄電池１３と、通信機器１４（第１の電力供給装置）と、商用電源１５と、逆電力継電器１６と、交流分電盤１７と、双方向整流器１８（電力方向切り替え装置）と照明・空調等設備１９（第２の電力供給対象装置）と、を備えている。

太陽光発電装置１１は、日光から得た光エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う自立電源である。具体的には、太陽光発電装置１１は、一以上の太陽光パネルを備え、該太陽光パネルに照射された日光から光エネルギーを得ている。太陽光発電装置１１は商用電源１５の配電線網（系統）と連結されており、発電した電力は、ＰＣＳ１２を介して、蓄電池１３、通信機器１４、及び双方向整流器１８に供給される。太陽光発電装置１１は、無線基地局内に設置されていてもよいし無線基地局から離れた場所に設置されていてもよい。

ＰＣＳ１２は、太陽光発電装置１１が発電した発電電力を系統電力に変換する。また、ＰＣＳ１２は、発電電力の発電量に応じて出力電力を制御する機能、発電状況に応じて運転開始及び停止を制御する運転制御機能、系統の異常を検出して動作を停止する系統連携保護機能等を有している。

蓄電池１３は、充電及び放電が可能に構成され、例えば停電時のバックアップ電源として利用される。具体的には、太陽光発電装置１１の発電量が通信機器１４の負荷を下回っており、且つ、停電時であって商用電源１５からの商用電力を通信機器１４に供給することができない場合等に、蓄電池１３に充電された電力が通信機器１４に供給される。また、太陽光発電装置１１の発電量が通信機器１４の負荷を上回り余剰電力が生じており、該余剰電力が双方向整流器１８の制御によって照明・空調等設備１９に供給されている場合に、一定条件下で、蓄電池１３に充電された電力が双方向整流器１８を介して照明・空調等設備１９に供給される。

通信機器１４は、無線基地局内に設置された無線通信装置である。通信機器１４は、電波の発信又は受信を行うことにより、移動通信端末との通信回線を確保する。本実施形態では、通信機器１４は、太陽光発電装置１１の発電電力、蓄電池１３の放電電力、又は商用電源１５から供給される商用電力により稼働する。

商用電源１５は、電力会社等から供給される商用電力の供給源である。太陽光発電装置１１の発電量が通信機器１４の負荷を下回っている場合には、発電量の不足分を、商用電源１５から供給される商用電力が補う。商用電源１５から供給された商用電力は、逆電力継電器１６及び交流分電盤１７を介して双方向整流器１８に入力され、双方向整流器１８において直流電力に変換された後に、通信機器１４に供給される。

逆電力継電器１６は、電流や電圧の急激な変化から系統を保護するための装置である保護継電器の一種であり、商用電源１５の方向へ流れる電力（逆電力）を検出し遮断する。

交流分電盤１７は、入力側交流電力を複数に分配して機器に供給する。具体的には、商用電源１５から商用電力が入力された場合には、双方向整流器１８、及び、複数の照明・空調等設備１９に交流電力を分配する。また、双方向整流器１８から太陽光発電装置１１の発電電力又は蓄電池１３の放電電力が入力された場合には、複数の照明・空調等設備１９に交流電力を分配する。

照明・空調等設備１９は、無線基地局内に設置された、電力を要する各種装置である。照明・空調等設備１９は、交流分電盤１７と接続されており、太陽光発電装置１１の発電電力、蓄電池１３の放電電力、又は商用電源１５から供給される商用電力により稼働する。

双方向整流器１８は、太陽光発電装置１１、蓄電池１３、及び通信機器１４につながる直流ラインと、商用電源１５につながる交流ラインとを接続し、相互に電力を変換するコンバータである。また、双方向整流器１８は、各電源から通信機器１４に電力を供給する力行方向への電力供給と、照明・空調等設備１９に電力を供給する回生方向への電力供給とを切り替える電力方向切り替え装置としての機能を有する。

双方向整流器１８による力行方向及び回生方向への電力供給について説明する。太陽光発電装置１１による発電量が通信機器１４の負荷に満たないときには、太陽光発電装置１１による発電電力は優先的に通信機器１４の負荷に対して供給され、双方向整流器１８は、太陽光発電装置１１の発電電力で補えない分について、商用電源１５からの商用電力を通信機器１４に供給する（力行方向への電力供給）。この場合には、蓄電池１３が放電を行い通信機器１４に電力を供給してもよい。なお、蓄電池１３の放電時には商用電力の供給量は減少し、充電時には増加する。

ここで、通常、太陽光発電装置１１による発電電力が通信機器１４の負荷を上回り余剰電力が生じている場合であっても、太陽光発電装置１１は負荷以上の余剰電力を供給することができないため、余剰電力を有効活用することが難しい。そこで、本実施形態では、双方向整流器１８が、電力方向を力行方向から回生方向に切り替えて双方向整流器１８自体を疑似負荷とすることにより、上述した余剰電力を照明・空調等設備１９に供給し、余剰電力の有効活用を図る。

次に、双方向整流器１８の力行方向及び回生方向への電力供給に係る具体的な構成について図２を用いて説明する。図２は、第１実施形態に係る双方向整流器１８の構成図である。図２に示すように、双方向整流器１８は、整流・電圧調整部１８ａと、力行回生切り替え部１８ｂと、制御部１８ｃと、電流センサ１８ｄと、蓄電池電流センサ１８ｅと、交流接続部１８ｆと、負荷接続部１８ｇと、を有している。

整流・電圧調整部１８ａは、制御部１８ｃからの入力に応じて、双方向整流器１８の交流側（すなわち回生方向）の電流（或いは電圧）、又は、双方向整流器１８の直流側（すなわち力行方向）の電流（或いは電圧）の値を設定する。回生方向の電流値設定は疑似負荷の大きさを決定するものであり、力行方向の電流値設定は通信機器１４への供給条件を決定するものである。

力行回生切り替え部１８ｂは、制御部１８ｃからの入力に応じて電力方向を切り替える。すなわち、電力方向が力行方向とされていた場合に制御部１８ｃから電力方向を切り替える旨の入力を受けると電力方向を回生方向に切り替え、電力方向が回生方向とされていた場合に制御部１８ｃから電力方向を切り替える旨の入力を受けると電力方向を力行方向に切り替える。

制御部１８ｃは、双方向整流器１８内の電流値に応じて、整流・電圧調整部１８ａに電流（或いは電圧）の値を切り替える旨の指示を入力する。また、制御部１８ｃは、双方向整流器１８内の電流値に応じて、力行回生切り替え部１８ｂに電力方向を切り替える旨の指示を入力する。制御部１８ｃの詳細については後述する。

電流センサ１８ｄは、双方向整流器１８の内部に設けられており、双方向整流器１８内の力行方向の電流を検知し制御部１８ｃに入力する。蓄電池電流センサ１８ｅは、蓄電池１３に流れる電流を検知し制御部１８ｃに入力する。交流接続部１８ｆは、交流分電盤１７からの交流ラインと接続されており、交流電力の入出力部である。負荷接続部１８ｇは、通信機器１４からの直流ラインと接続されており、直流電力の入出力部である。

次に、制御部１８ｃの詳細について説明する。図３は、第１実施形態に係る制御部の機能を示すブロック図である。図３に示すように、制御部１８ｃは、記憶部１８ｈと、入力電流出力部１８ｉと、符号反転部１８ｊと、蓄電池放電判定部１８ｋと、回生判定電流決定部１８ｌと、回生電流判定部１８ｍと、切り替え部１８ｎと、力行判定部１８ｏと、を有している。なお、上記各機能のうち、入力電流出力部１８ｉ、符号反転部１８ｊ、蓄電池放電判定部１８ｋ、回生判定電流決定部１８ｌ、及び回生電流判定部１８ｍは電力方向が回生方向である場合に機能し、力行判定部１８ｏは電力方向が力行方向である場合に機能する。また、符号反転部１８ｊ、蓄電池放電判定部１８ｋ、回生判定電流決定部１８ｌ、及び回生電流判定部１８ｍは回生判定部１８ｐとしての機能を有する。

記憶部１８ｈは、切り替え部１８ｎより入力された電力供給の方向（電力方向）を記憶している。具体的には、記憶部１８ｈは、電力方向が力行方向である場合には０、回生方向である場合には１、のように、電力方向をフラグ情報で記憶している。フラグ情報は所定の周期で読み取られ、フラグ情報が０である場合には力行判定部１８ｏによる処理が、フラグ情報が１である場合には入力電流出力部１８ｉによる処理が、それぞれ行われる。

入力電流出力部１８ｉは、整流・電圧調整部１８ａに回生入力電流Ｉを出力する。具体的には、入力電流出力部１８ｉは、直近の処理において回生電流判定部１８ｍにより判定が行われた直近回生判定電流Ｉ_０を回生方向の電流Ｉ_０として取得し、該回生方向の電流Ｉ_０に微小電流ｄＩを加えた電流を回生入力電流Ｉとして出力する。このような微小電流ｄＩの値は予め定められている。なお、入力電流出力部１８ｉは、記憶部１８ｈのフラグ情報が１（回生方向）に切り替わった最初のタイミングにおいては、直近回生判定電流Ｉ_０として予め定められた初期値を設定する。入力電流出力部１８ｉは、上述した回生方向の電流Ｉ_０及び微小電流ｄＩを符号反転部１８ｊに入力する。

蓄電池放電判定部１８ｋは、蓄電池電流センサ１８ｅから入力された蓄電池１３に流れる電流に基づいて蓄電池１３の放電状況を判定する。具体的には、蓄電池放電判定部１８ｋは、蓄電池電流センサ１８ｅから入力された蓄電池１３に流れる電流Ｉ_ｂａｔが正の数であれば蓄電池１３が放電していると判定する。蓄電池放電判定部１８ｋは、判定結果（「放電あり」又は「放電なし」）を符号反転部１８ｊに入力する。

符号反転部１８ｊは、蓄電池放電判定部１８ｋから入力された判定結果が「放電あり」であった場合に、入力電流出力部１８ｉに入力された微小電流ｄＩの符号を反転させ、「−ｄＩ」とする。なお、符号反転部１８ｊは、蓄電池放電判定部１８ｋから入力された判定結果が「放電なし」であった場合には、微小電流ｄＩの符号を反転させない。符号反転部１８ｊは、回生方向の電流Ｉ_０と微小電流ｄＩ（又は反転後の「−ｄＩ」）を回生判定電流決定部１８ｌに入力する。

回生判定電流決定部１８ｌは、符号反転部１８ｊから入力された、回生方向の電流Ｉ_０と微小電流ｄＩ（又は反転後の「−ｄＩ」）とを足し合せることにより、回生判定電流Ｉ_１を導出する。すなわち、回生判定電流決定部１８ｌは、蓄電池１３が放電しているか否かに応じて回生判定電流Ｉ_１の値を異ならせる。具体的には、蓄電池１３が放電している場合には回生方向の電流Ｉ_０を微小電流ｄＩだけ小さくした電流を回生判定電流Ｉ_１とし、蓄電池１３が放電していない場合には回生方向の電流Ｉ_０を微小電流ｄＩだけ大きくした電流を回生判定電流Ｉ_１としている。なお、回生判定電流Ｉ_１は、入力電流出力部１８ｉによる処理が次回行われる際には直近回生判定電流Ｉ_０とされる。回生判定電流決定部１８ｌは、回生判定電流Ｉ_１を回生電流判定部１８ｍに入力する。

回生電流判定部１８ｍは、回生判定電流Ｉ_１が所定の回生判定閾値Ｉ_threshよりも小さいか否かを判定する。回生判定閾値Ｉ_threshは、双方向整流器１８の回生方向電流値設定分解能や回生方向動作電流範囲を考慮に入れた上で、回生方向に流せる最小の電流値が設定される。

ここで、記憶部１８ｈに記憶されたフラグ情報は所定の周期で読み取られるため、回生判定部１８ｐに係る処理は繰り返し行われる。そして、太陽光発電装置１１の発電量が少なく蓄電池１３が放電を続けた場合には、回生判定電流Ｉ_１は徐々に小さくなっていく。このように、蓄電池１３の放電量の増加（すなわち、太陽光発電装置１１の発電量の減少）と回生判定電流Ｉ_１の減少とは比例するものであるため、これ以上減少すると通信機器１４への電力供給が危ぶまれる太陽光発電装置１１の発電量に対応する回生判定電流Ｉ_１の値を回生判定閾値Ｉ_threshとすることにより、余剰電力の回生方向への供給を最大限行いながら、適切なタイミングで電力方向を力行方向に切り替えることができる。回生電流判定部１８ｍは、判定結果（「Ｉ_threshよりも小さい」又は「Ｉ_threshよりも小さくない」）を切り替え部１８ｎに入力する。

上述した回生判定部１８ｐ（符号反転部１８ｊ、蓄電池放電判定部１８ｋ、回生判定電流決定部１８ｌ、及び回生電流判定部１８ｍ）の具体的な処理の一例について説明する。例えば、記憶部１８ｈのフラグ情報が切り替え部１８ｎにより回生方向を示すフラグ（１）に切り替えられた場合に、入力電流出力部１８ｉより、符号反転部１８ｊに対して、直近回生判定電流Ｉ_０として予め定められた初期値である１．０Ａ、及び、微小電流ｄＩとして予め定められた０．１Ａが入力されたとする。この場合、回生判定部１８ｐに係る処理が繰り返されることにより、蓄電池放電判定部１８ｋにおいて蓄電池１３が放電していると判定されるまでは、微小電流ｄＩ（０．１Ａ）ずつ回生判定電流Ｉ_１は増加していく。

このような回生判定電流Ｉ_１に基づいて次回処理時の整流・電圧調整部１８ａに入力される回生入力電流Ｉが決定されるため、回生入力電流Ｉは回生判定電流Ｉ_１同様増加していき、回生方向の疑似負荷が増加することとなる。疑似負荷と通信機器１４の負荷との合計が太陽光発電装置１１の発電電力を超え、蓄電池１３が放電を開始すると、回生判定部１８ｐに係る処理が繰り返されることにより、微小電流ｄＩ（０．１Ａ）ずつ回生判定電流Ｉ_１は減少していく。そして、ある時点で回生判定電流Ｉ_１は回生判定閾値Ｉ_threshよりも小さい値となるため、このときに切り替え部１８ｎによって、電力方向が回生方向から力行方向に切り替えられる（詳細は後述）。

力行判定部１８ｏは、電流センサ１８ｄから入力された双方向整流器１８内の力行方向の電流すなわち力行判定電流Ｉ´が、所定の力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さいか否かを判定する。力行判定閾値Ｉ´_threshは、双方向整流器１８の力行方向電流値設定分解能や力行方向動作電流範囲を考慮に入れた上で、力行方向に流せる最小の電流値が設定される。

ここで、太陽光発電装置１１の発電量が通信機器１４の負荷と蓄電池１３の充電量との和を上回った際には、理論上は力行方向への電流値はゼロとなるが、実際には微小のオフセット電流が双方向整流器１８内を流れる。このようなオフセット電流値を力行判定電流Ｉ´の力行判定閾値Ｉ´_threshとすることにより、余剰電力が生じ始めた適切なタイミングで、電力方向を回生方向に切り替えることができる。力行判定部１８ｏは、判定結果（「Ｉ´_threshよりも小さい」又は「Ｉ´_threshよりも小さくない」）を切り替え部１８ｎに入力する。

切り替え部１８ｎは、力行判定部１８ｏにより力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さいと判定された場合には力行方向から回生方向に電力方向を切り替えると判定し、回生電流判定部１８ｍにより回生判定電流Ｉ_１が回生判定閾値Ｉ_threshよりも小さいと判定された場合には回生方向から力行方向に電力供方向を切り替えると判定する。切り替え部１８ｎは、電力方向を切り替えると判定した場合には、その旨及び切り替え後の電力方向を、力行回生切り替え部１８ｂ及び記憶部１８ｈに入力する。

次に、双方向整流器１８のハードウェア構成について図４を用いて説明する。図４は、第１実施形態に係る双方向整流器のハードウェア構成例を示す図である。双方向整流器１８は、物理的には、図４に示すように、１又は複数のＣＰＵ１８１と、主記憶装置であるＲＡＭ１８２及びＲＯＭ１８３と、入力デバイスであるキーボード及びマウス等の入力装置１８４と、ディスプレイ等の出力装置１８５と、ネットワークカード等のデータ送受信デバイスである通信モジュール１８６と、ハードディスクドライブ及び半導体メモリ等の補助記憶装置１８７とを含むコンピュータシステムとして構成されている。

双方向整流器１８の機能は、例えば、図４に示すＣＰＵ１８１、ＲＡＭ１８２等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵ１８１の制御のもとで入力装置１８４、出力装置１８５、及び通信モジュール１８６を動作させると共に、ＲＡＭ１８２及び補助記憶装置１８７におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

次に、双方向整流器１８の電力方向切り替え処理について図５を用いて説明する。図５は、第１実施形態に係る電力方向切り替え処理を示すフロー図である。記憶部１８ｈに記憶されたフラグ情報は所定の周期で読み取られ、フラグ情報が１であるか否か（電力方向が回生方向であるか否か）が判定される（ステップＳ１）。ステップＳ１においてフラグ情報が１である場合には、入力電流出力部１８ｉにより、直近回生判定電流Ｉ_０が回生方向の電流Ｉ_０として取得され、該回生方向の電流Ｉ_０に微小電流ｄＩを加えた電流である回生入力電流Ｉが整流・電圧調整部１８ａに出力される（ステップＳ２）。

そして、入力電流出力部１８ｉにより、回生方向の電流Ｉ_０及び微小電流ｄＩが符号反転部１８ｊに入力される。また、蓄電池放電判定部１８ｋにより、蓄電池電流センサ１８ｅから入力された蓄電池１３に流れる電流Ｉ_ｂａｔが正の数であるか、すなわち蓄電池１３が放電しているか否かが判定される（ステップＳ３）。

ステップＳ３において蓄電池１３が放電している場合には、符号反転部１８ｊにより、微小電流ｄＩの符号の反転が行われる（ステップＳ４）。一方、ステップＳ３において蓄電池１３が放電していない場合には、符号反転部１８ｊによる微小電流ｄＩの符号の反転は行われない。そして、回生判定電流決定部１８ｌにより、符号反転部１８ｊが入力した回生方向の電流Ｉ_０と微小電流ｄＩ（又は反転後の「−ｄＩ」）とが足し合され、回生判定電流Ｉ_１が導出される（ステップＳ５）。

そして、回生電流判定部１８ｍにより、回生判定電流Ｉ_１が所定の回生判定閾値Ｉ_threshよりも小さいか否かが判定され（ステップＳ６）、小さい場合には、切り替え部１８ｎにより記憶部１８ｈに記憶されたフラグ情報が書き換えられるとともに、力行回生切り替え部１８ｂにより電力方向が切り替えられる（ステップＳ８）。

また、ステップＳ１においてフラグ情報が０である場合（電力方向が力行方向である場合）には、力行判定部１８ｏにより、電流センサ１８ｄが入力した双方向整流器１８内の力行方向の電流すなわち力行判定電流Ｉ´が、所定の力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さいか否かが判定される（ステップＳ７）。小さい場合には、切り替え部１８ｎにより記憶部１８ｈに記憶されたフラグ情報が書き換えられるとともに、力行回生切り替え部１８ｂにより電力方向が切り替えられる（ステップＳ８）。

上述した電源システム１では、力行方向の電流に基づく力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さいか否かが判定され、小さい場合には、電力供給の方向が力行方向から回生方向に切り替えられる。また、回生方向の電流に基づく回生判定電流Ｉ_１が回生判定閾値Ｉ_threshよりも小さいか否かが判定され、小さい場合には、電力供給の方向が回生方向から力行方向に切り替えられる。

太陽光発電装置１１の発電量が通信機器１４の負荷と蓄電池１３の充電量との和を上回った際に流れるオフセット電流値を力行判定電流Ｉ´の力行判定閾値Ｉ´_threshとすることにより、余剰電力が生じ始めた適切なタイミングで、電力方向を回生方向に切り替えることができる。また、太陽光発電装置１１の発電量に応じて電力供給の方向を回生方向から力行方向に切り替えるべき電流値を回生判定閾値Ｉ_threshとしておくことにより、適切なタイミングで電力供給の方向を回生方向から力行方向に切り替えることができる。適切なタイミングで電力供給の方向を切り替えることにより、余剰電力の有効活用を図ることができる。

さらに、電源システム１は、力行判定電流Ｉ´又は回生判定電流Ｉ_１に基づいて太陽光発電装置１１の発電量と各負荷との関係を推定するものであり、実際に太陽光発電装置１１の発電量等を取得するものでない。そのため、新たな電流センサ等のハードウェア装置が必要とならず、コストの低減を図ることができる。

また、回生判定部１８ｐである、符号反転部１８ｊが、蓄電池放電判定部１８ｋから入力された放電の判定結果に応じて微小電流ｄＩの符号を決定し、回生判定電流決定部１８ｌが、符号反転部１８ｊから入力された回生方向の電流Ｉ_０と微小電流ｄＩ（又は反転後の「−ｄＩ」）とを足し合せて回生判定電流Ｉ_１を導出している。通信機器１４の負荷と照明・空調等設備１９の負荷との和が太陽光発電装置１１の発電量を超えた場合に蓄電池１３が放電を始めるところ、回生判定電流Ｉ_１の値を、蓄電池１３が放電しているか否かに応じて決まる値とすることにより、太陽光発電装置１１の発電量と通信機器１４の負荷及び照明・空調等設備１９の負荷との関係をより考慮して、電力供給の方向の切り替えタイミングを決定できる。

具体的には、回生判定部１８ｐである、符号反転部１８ｊが、蓄電池放電判定部１８ｋから入力された放電の判定結果が「放電あり」である場合に微小電流ｄＩの符号を反転させ「−ｄＩ」とし、回生判定電流決定部１８ｌが、符号反転部１８ｊから入力された回生方向の電流Ｉ_０と反転後の微小電流「−ｄＩ」とを足し合せて回生判定電流Ｉ_１を導出する。蓄電池１３は、太陽光発電装置１１の発電量が通信機器１４の負荷と照明・空調等設備１９の負荷との和よりも小さい場合に放電するところ、回生方向の電流を微小電流ｄＩだけ小さくした電流を回生判定電流Ｉ_１とすることにより、回生方向から力行方向への切り替えが行われ易くなり、蓄電池の放電を抑制することができる。

また、回生電流判定部１８ｍにより判定が行われた直近回生判定電流Ｉ_０を回生方向の電流Ｉ_０として取得し、該回生方向の電流Ｉ_０を微小電流ｄＩだけ大きくした電流を回生入力電流Ｉとして整流・電圧調整部１８ａに出力する入力電流出力部１８ｉを有していることにより、連続的に処理が行われる場合に、回生入力電流Ｉを直前の状況が考慮された適切な値とできる。

また、切り替え部１８ｎより入力された電力方向を記憶する記憶部１８ｈを有し、力行判定部１８ｏが、記憶部１８ｈに記憶された電力方向が力行方向である場合に、力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さいか否かを判定し、回生電流判定部１８ｍが、記憶部１８ｈに記憶された電力方向が回生方向である場合に、回生判定電流Ｉ_１が回生判定閾値Ｉ_threshよりも小さいか否かを判定する。記憶部１８ｈに電力方向が記憶されていることにより、力行判定電流Ｉ´の判定又は回生判定電流Ｉ_１の判定のうち適切な何れか一方の処理を確実に行うことができる。

[第２実施形態]
次に、図６及び図７を参照して、第２実施形態に係る制御部について説明する。図６は、第２実施形態に係る制御部の機能を示すブロック図である。図７は、第２実施形態に係る電力方向切り替え処理を示すフロー図である。なお、本実施の形態では、上記実施形態と異なる点について主に説明する。すなわち、制御部２８ｃのうち、第１実施形態に係る制御部１８ｃと異なる、蓄電池放電判定部２８ｋ及び力行判定部２８ｏについて説明する。

蓄電池放電判定部２８ｋは、蓄電池電流センサ１８ｅから入力された蓄電池１３に流れる電流に基づいて蓄電池１３の放電状況を判定し、該判定結果（「放電あり」又は「放電なし」）を力行判定部２８ｏに入力する。蓄電池放電判定部２８ｋによる力行判定部２８ｏへの判定結果の入力は、所定の周期で行われてもよいし、力行判定部２８ｏからの要求を契機として行われてもよい。

力行判定部２８ｏは、蓄電池放電判定部２８ｋに入力された判定結果が「放電あり」である場合には、電流センサ１８ｄから入力された双方向整流器１８内の力行方向の電流の大きさに係らず、力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さくないと判定する。この場合には、力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さくないため、切り替え部１８ｎによる電力方向の切り替え（力行方向から回生方向への切り替え）は行われない。

第２実施形態に係る電力方向切り替え処理は、概ね、図５に示す第１実施形態に係る電力方向切り替え処理と同様である。ただし、第１実施形態では、電力方向が力行方向である場合には力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さいか否かが判定されていたのみであった（ステップＳ７）のに対し、本実施形態では、図７に示すように、蓄電池放電判定部２８ｋに入力された判定結果が「放電あり」であるか否かが判定され（ステップＳ１７）、「放電なし」であり、且つ、力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さい場合（ステップＳ１８）に、力行方向から回生方向への切り替えが行われる（ステップＳ１９）。

ここで、蓄電池１３が放電している場合に力行方向から回生方向に切り替えられると、蓄電池１３の放電量がさらに増加することとなる。蓄電池のピークシフト効果等を見越した計画的運転を行っている場合などには蓄電池１３の放電量増加が問題となるところ、蓄電池１３が放電している場合には、電流センサ１８ｄから入力された双方向整流器１８内の力行方向の電流の大きさに係らず、力行判定電流Ｉ´が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さくないと判定し回生方向への切り替えを行わないこととすることで、このような事態を回避することができる。

[第３実施形態]
次に、図８及び図９を参照して、第３実施形態に係る制御部について説明する。図８は、第３実施形態に係る制御部の機能を示すブロック図である。図９は、第３実施形態に係る電力方向切り替え処理を示すフロー図である。なお、本実施の形態では、上記実施形態と異なる点について主に説明する。すなわち、制御部３８ｃのうち、第１実施形態に係る制御部１８ｃと異なる、符号反転部３８ｊについて説明する。

回生判定部３８ｐである符号反転部３８ｊは、蓄電池１３が放電している場合であっても、入力電流出力部１８ｉに入力された微小電流ｄＩの符号を反転させない。そのため、回生判定電流決定部１８ｌは、蓄電池１３が放電している場合であっても、回生方向の電流Ｉ_０を微小電流ｄＩだけ大きくした電流を回生判定電流Ｉ_１とする。

蓄電池１３にはバッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ：Battery Management System）が設けられており、該システムを利用して外部から手動又は自動で命令を送ることにより、所定のタイミングで、微小電流ｄＩの符号を反転させ回生判定電流Ｉ_１を減少させる。すなわち、本実施形態では、微小電流ｄＩの符号を反転させる契機が、蓄電池１３の放電ではなく、外部からの命令受信となっている。

第３実施形態に係る電力方向切り替え処理は、概ね、図５に示す第１実施形態に係る電力方向切り替え処理と同様である。ただし、第１実施形態では、蓄電池１３が放電しているか否かが判定されて（ステップＳ３）、放電時に符号反転部１８ｊにより、微小電流ｄＩの符号の反転が行われていた（ステップＳ４）のに対し、本実施形態では、図９に示すように、ＢＭＳを利用した外部命令が蓄電池１３を介して符号反転部３８ｊに送られた場合に（ステップＳ２３）、微小電流ｄＩの符号の反転が行われる（ステップＳ２４）。

蓄電池のピークシフト効果等を見越した計画的運転を行っている場合などには、蓄電池１３が放電を行っている場合であっても回生運転を継続し、蓄電池１３の放電量をさらに増加させたいような場合もある。蓄電池１３の放電時に、回生方向の電流を微小量大きくした電流を回線判定電流Ｉ_１とすることにより、回生方向から力行方向への切り替えが行われ難くなり、蓄電池１３の放電を促進することができる。なお、この場合であっても、上述したＢＭＳを利用した外部命令を行うことにより、所望のタイミングで回生方向から力行方向に電力方向を切り替えることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、双方向整流器１８内の力行方向の電流の検知は、双方向整流器１８の内部に設けられた電流センサ１８ｄにより行われるとして説明したが、このような電流センサは双方向整流器の外部に設置されるものであってもよい。

また、上記実施形態にかかる双方向整流器１８を利用した力行方向、回生方向の切り替え制御は、双方向整流器１８がすべて行うものであったが、力行方向は従来設置されている整流器がその役割を担い、回生方向は４８Ｖバスラインに直結される系統連系可能なインバータがその役割を担うというものであっても良い。この場合、整流器の電流値が力行判定閾値Ｉ´_threshよりも小さければ、インバータの出力電流を上記実施形態に係る回生方向側と同様に調整することで、太陽光発電装置の発電電力を最大限に活かしながら、受電装置を通じて余剰電力を通信設備内の機器に供給し、太陽光発電装置を有効活用することが可能である。

また、自立電源として太陽光発電装置１１を例に説明したが、これに限定されず、独立して発電を行うその他の自立電源を備える電源システムにおいても、本発明を適用することができる。

１…電源システム、１１…太陽光発電装置、１２…ＰＣＳ、１３…蓄電池、１４…通信機器、１５…商用電源、１６…逆電力継電器、１７…交流分電盤、１８…双方向整流器、１８ａ…整流・電圧調整部、１８ｂ…力行回生切り替え部、１８ｃ，２８ｃ，３８ｃ…制御部、１８ｄ…電流センサ、１８ｅ…蓄電池電流センサ、１８ｆ…交流接続部、１８ｇ…負荷接続部、１８ｈ…記憶部、１８ｉ…入力電流出力部、１８ｊ，３８ｊ…符号反転部、１８ｋ，２８ｋ…蓄電池放電判定部、１８ｌ…回生判定電流決定部、１８ｍ…回生電流判定部、１８ｎ…切り替え部、１８ｏ，２８ｏ…力行判定部、１８ｐ，３８ｐ…回生判定部、１９…照明・空調等設備。

Claims (9)

1. 所定の方法で発電する自立電源と、電力を充電し放電を行う蓄電池と、電力が供給される第１及び第２の電力供給対象装置と、前記第１の電力供給対象装置に電力を供給する力行方向への電力供給と前記第２の電力供給対象装置に電力を供給する回生方向への電力供給とを切り替える電力方向切り替え装置と、を備えた電源システムであって、
   前記電力方向切り替え装置は、
   前記力行方向の電流に基づく力行判定電流が所定の力行判定閾値よりも小さいか否かを判定する力行判定部と、
   前記回生方向の電流に基づく回生判定電流が所定の回生判定閾値よりも小さいか否かを判定する回生判定部と、
   前記力行判定部により前記力行判定電流が前記力行判定閾値よりも小さいと判定された場合には前記力行方向から前記回生方向に電力供給の方向を切り替え、前記回生判定部により前記回生判定電流が前記回生判定閾値よりも小さいと判定された場合には前記回生方向から前記力行方向に電力供給の方向を切り替える切り替え部と、
   を有する電源システム。
2. 前記回生判定部は、前記蓄電池が放電しているか否かに応じて、前記回生判定電流の値を決定する請求項１記載の電源システム。
3. 前記回生判定部は、前記蓄電池が放電している場合には、前記回生方向の電流を微小量小さくした電流を前記回生判定電流とする請求項２記載の電源システム。
4. 前記回生判定部は、前記蓄電池が放電している場合には、前記回生方向の電流を微小量大きくした電流を前記回生判定電流とすることを特徴とする請求項２記載の電源システム。
5. 前記力行判定部は、前記蓄電池が放電している場合には、前記力行判定電流が前記力行判定閾値よりも小さくないと判定する請求項１〜４のいずれか一項記載の電源システム。
6. 前記回生判定部により判定が行われた直近の回生判定電流を前記回生方向の電流として取得し、該回生方向の電流を微小量大きくした電流を回生入力電流として出力する入力電流出力部をさらに備える請求項１〜５のいずれか一項記載の電源システム。
7. 前記切り替え部より入力された電力供給の方向を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記力行判定部は、前記記憶部に記憶された前記電力供給の方向が前記力行方向である場合に、前記力行判定電流が前記力行判定閾値よりも小さいか否かを判定し、
   前記回生判定部は、前記記憶部に記憶された前記電力供給の方向が前記回生方向である場合に、前記回生判定電流が前記回生判定閾値よりも小さいか否かを判定する請求項１〜６のいずれか一項記載の電源システム。
8. 第１の電力供給対象装置に電力を供給する力行方向への電力供給と第２の電力供給対象装置に電力を供給する回生方向への電力供給とを切り替える電力方向切り替え装置であって、
   前記力行方向の電流に基づく力行判定電流が所定の力行判定閾値よりも小さいか否かを判定する力行判定部と、
   前記回生方向の電流に基づく回生判定電流が所定の回生判定閾値よりも小さいか否かを判定する回生判定部と、
   前記力行判定部により前記力行判定電流が前記力行判定閾値よりも小さいと判定された場合には前記力行方向から前記回生方向に電力供給の方向を切り替え、前記回生判定部により前記回生判定電流が前記回生判定閾値よりも小さいと判定された場合には前記回生方向から前記力行方向に電力供給の方向を切り替える切り替え部と、
   を備える電力方向切り替え装置。
9. 第１の電力供給対象装置に電力を供給する力行方向への電力供給と第２の電力供給対象装置に電力を供給する回生方向への電力供給とを切り替える電力方向切り替え装置により実行される電力方向切り替え方法であって、
   前記力行方向の電流に基づく力行判定電流が所定の力行判定閾値よりも小さいか否かを判定する力行判定ステップと、
   前記回生方向の電流に基づく回生判定電流が所定の回生判定閾値よりも小さいか否かを判定する回生判定ステップと、
   前記力行判定ステップにおいて前記力行判定電流が前記力行判定閾値よりも小さいと判定された場合には前記力行方向から前記回生方向に電力供給の方向を切り替え、前記回生判定ステップにおいて前記回生判定電流が前記回生判定閾値よりも小さいと判定された場合には前記回生方向から前記力行方向に電力供給の方向を切り替える切り替えステップと、
   を備える電力方向切り替え方法。
   

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