JP2015061418A - エネルギマネジメントシステム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池に定格電圧以上の電圧が印加せずに、発電手段が発電した電力を有効利用することのできるエネルギマネジメントシステムを提供する。【解決手段】太陽光発電装置１１と、蓄電池４１と、発電用パワーコンディショナ１２と、発電用パワーコンディショナ１２から出力される交流電力に直流電力に変換して蓄電池４１に充電させたり該蓄電池から出力される直流電力を交流電力に変換して屋内分電盤２０の主幹へ出力したりする蓄電パワーコンディショナ４２と、ゼロクロス検出回路３０１と、ゼロクロス検出回路３０１が検出したゼロクロス点の交流電圧の変動幅を検出する電圧変動幅検出回路３０２とを備え、電圧変動幅検出回路３０２が検出した変動幅が予め設定されている設定値を越えたか否かに基づいて蓄電パワーコンディショナ４２による蓄電池４１の充電動作を制御する。【選択図】図３

Description

この発明は、自然エネルギによって発電した電力を負荷に供給したり、余分な電力を蓄電池に充電したり、該蓄電池を放電して負荷に電力を供給したりするエネルギマネジメントシステムに関する。

従来から、電力供給システム（特許文献１）や蓄電パワーコンディショナシステム（特許文献２）や系統連系システム（特許文献３）が知られている。

電力供給システムは、太陽電池パネルと、この太陽電池パネルから出力される直流電力を交流電力に変換するＰＶパワーコンディショナと、電力を蓄電する蓄電池と、蓄電池の直流電力を交流電力に変換して出力したり交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電させたりする蓄電パワーコンディショナと、外部の電力系統やＰＶパワーコンディショナや蓄電パワーコンディショナから出力される交流電力を各家電負荷へ供給するための分電盤と、ＰＶパワーコンディショナ及び蓄電パワーコンディショナを制御する制御装置とを備えている。

この電力供給システムは、ＰＶパワーコンディショナ及び蓄電パワーコンディショナを制御することにより、ＰＶパワーコンディショナから出力される交流電力の余分な電力を蓄電池に充電したり、ＰＶパワーコンディショナから出力される交流電力だけでは負荷に供給する電力が足りないときに蓄電池を放電させたり、外部の電力系統へ逆潮流させたりするものである。

蓄電パワーコンディショナシステムは、太陽電池と、この太陽電池から出力される直流電力を交流電力に変換するＰＶパワーコンディショナと、このＰＶパワーコンディショナから出力される電流を検出するＰＶ電力モニタ用カレントトランスと、電源系統の流出入の電流を検出するＰＶ制御用カレントトランスと、蓄電池と、蓄電池の充放電を行う蓄電パワーコンデイショナと、電源系統から家庭負荷側或いはＰＶ側の電流を検出可能な蓄電制御用カレントトランスとを備えている。

この蓄電パワーコンデイショナは、蓄電制御用カレントトランスで検出した電流を用いて家庭負荷による消費電力から太陽電池の発電出力を差し引いた余剰電力を検知し、蓄電池に対する充放電制御を行う。

系統連系システムは、日中、太陽電池で発電した電力を蓄電池に充電したり、割安な買電価格帯の商用電源を充電し、割高な買電価格帯の時刻になったら蓄電池に充電した電力を放電する。このように、できるだけ単価の安い電力を住宅の負荷に対して用いたものである。

特開２０１０−１６３７４４号公報 特開２０１２−５５０５９号公報 特開２０１２−５５０６６号公報 特開２０１１−７８１６９号公報 ＷＯ２０１３/０８８７９９号公報

ところで、上記のような電力供給システムや蓄電パワーコンディショナシステムや系統連系システムにあっては、自立運転時にＰＶパワーコンディショナの出力によって蓄電池の充電を行うと、この充電開始直後にＰＶパワーコンディショナの交流電力の電圧波形がゼロクロス付近で急激に変化する。この急激な変化により瞬間的にピーク電流が流れ、このピーク電流により過負荷と判断し、ＰＶパワーコンディショナの動作を停止させてしまう。

このため、過負荷でないのに拘わらず、太陽電池パネル（発電手段）などが発電した電力を有効に利用できなくなってしまうという問題があった。

また、特許文献５に示す電力供給システムは、発電用パワーコンディショナの出力電力が負荷の消費電力より大きい場合、充放電用パワーコンディショナの制御部が蓄電池を充電するように充放電回路を制御するが、上記と同様な問題が発生する虞がある。

この発明の目的は、蓄電池に定格電圧以上の電圧が印加することなく、しかも発電手段が発電した電力を有効利用することのできるエネルギマネジメントシステムを提供することにある。

請求項１の発明は、自然エネルギによって発電する発電手段と、蓄電池と、前記発電手段から出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統に接続されている屋内分電盤の主幹へ出力する発電用パワーコンディショナと、この発電用パワーコンディショナから出力される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電させたり該蓄電池から出力される直流電力を交流電力に変換して前記屋内分電盤の主幹へ出力したりする蓄電パワーコンディショナとを備えたエネルギマネジメントシステムであって、
前記発電用パワーコンディショナから出力される交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
このゼロクロス検出回路が検出したゼロクロス点の交流電圧の変動幅を検出する電圧変動幅検出回路と、
この変動幅検出回路が検出した変動幅が予め設定されている設定値を越えたか否かに基づいて前記蓄電パワーコンディショナによる蓄電池の充電動作を制御することを特徴とする。

この発明によれば、蓄電池に定格電圧以上の電圧が印加することなく、しかも発電手段が発電した電力を有効利用することができる。

この発明に係るエネルギマネジメントシステムの主要部の配置関係を概略的に示した説明図である。 図１に示すエネルギマネジメントシステムの構成を示すブロック図である。 エネルギマネジメントの制御系の構成を示したブロック図である。 交流電圧波形を示したグラフである。 第２実施例の制御系の構成を示したブロック図である。 第３実施例の制御系の構成を示したブロック図である。 第１実施例にサンプリング部と比較部を設けた説明図である。 第４実施例の制御系の構成を示したブロック図である。 ローパスフィルタを設けた例を示した説明図である。 第５実施例のエネルギマネジメントシステムの主要部の配置関係を概略的に示した説明図である。 切替開閉器及び自立用分電盤を屋内に設けた場合の説明図である。 第５実施例の切替開閉器及び自立用分電盤を屋内に設けた場合の説明図である。

以下、この発明に係るエネルギマネジメントシステムの実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１に示すエネルギマネジメントシステムＳは、太陽光発電システム１０と、分電盤（屋内分電盤）２０と、蓄電システム４０と、電力測定装置（測定装置）６０と、集計管理装置（コントローラ）１００とを備えている。

この太陽光発電システム１０は、戸建て住宅などの建物Ｈに配置されて、発電した電力を負荷（家電負荷）に供給したりするシステムである。

まず、この建物Ｈについて説明すると、この建物Ｈは、系統電力から電力の供給を受けるための電力網としての系統電力網Ｅに接続されている。

この系統電力網（系統電力）Ｅと建物Ｈに配線された主幹２０ａとが図示しない第１,第２電力量メータを介して繋がっており、主幹２０ａは図２に示すように分電盤（屋内分電盤）２０の主幹線(主幹)２０Ａに繋がっている。

第１電力量メータ(図示せず)は、系統電力網Ｅから建物Ｈへ流れる電力量を計測し、第２電力量メータ(図示せず)は、建物Ｈから系統電力網Ｅへ流れる電力量を計測する。すなわち、第１電力量メータは買電した電力量を積算し、第２電力量メータは売電した電力量を積算していく。

分電盤２０内には、主幹線２０Ａに流れる電流を検出するカレントトランスである電流センサ３１が設けられている。この分電盤２０の近傍には電力測定装置６０とシステムコントローラ２００とが設置されている。

また、分電盤２０内には、図２に示すように主幹線（主幹）２０Ｂが設けられており、この主幹線２０Ｂには分岐幹２０ｂ…が繋がっている。

分岐幹２０ｂ…は、建物Ｈの各部屋の天井裏に設けたジョイントボックス２１…に繋がっており、このジョイントボックス２１から複数の給電線(図示せず)が引き出されて部屋などに設けた各コンセント２２…に繋がっている。各コンセント２２に家電負荷(図示せず)を接続することにより、この家電負荷に電力が供給されることになる。

太陽光発電システム１０は、分散型の発電装置としての太陽光発電装置（発電手段）１１と、ＰＶパワーコンディショナ（発電用パワーコンディショナ）１２とを備えている。

この太陽光発電装置１１は、自然エネルギーである太陽光エネルギーを直接電力に変換して発電を行う装置である。

ＰＶパワーコンディショナ１２は、太陽光発電装置１１が発電した直流電力を交流電力に変換して出力するものであり、系統電力網Ｅの交流電圧に同期した交流電圧を出力する。

また、ＰＶパワーコンディショナ１２は、給電線１８によって蓄電池４１に繋がっており、停電時にＰＶパワーコンディショナ１２からの交流電力を蓄電池４１に供給することができるようになっている。蓄電池４１に交流電力を供給する替わりに、所定の部屋に設けた非常時用コンセント１３を設け、停電時に非常時用コンセント１３に給電線１７を介して交流電力を供給するようにしてもよい。

蓄電システム４０は、蓄電池４１と、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電力を直流電力に変換して蓄電池４１を充電したり蓄電池４１の直流電力を交流電力に変換して出力したり、系統電力網Ｅの交流電力を直流電力に変換したりする蓄電パワーコンディショナ４２と、システムコントローラ２００とを備えている。

蓄電パワーコンディショナ４２は、システムコントローラ２００から出力される制御信号や電流センサ３１,７１（後述する）から出力される検出信号に基づいて、蓄電池４１の直流電力を交流電力に変換して後述する電線５６から出力したり、給電線Ｌ２から出力したりする。システムコントローラ２００は、説明の便宜上、図２において省略してある。

蓄電パワーコンディショナ４２は、蓄電池４１を内蔵した筐体４３内に設けられている。

太陽光発電装置１１と、ＰＶパワーコンディショナ１２と、蓄電池４１と、蓄電パワーコンディショナ４２とが屋外に設けられている。

また、分電盤（屋外分電盤）５０が屋外に設けられている。この分電盤５０には、図２に示すように、切替開閉器５１と、自立用分電盤１５２と、端子台１５３と、遮断器１５４,１５５とが設けられている。

端子台１５３の一方の端子(図示せず)には、分電盤２０の主幹線２０Ａに接続された給電線５７が繋がっており、端子台１５３の一方の端子が連結線５８により遮断器１５４,１５５の一方の端子(図示せず)にそれぞれ繋がっている。また、遮断器１５５の一方の端子は給電線５９により分電盤２０の主幹線２０Ｂに繋がっている。

切替開閉器５１の端子５１ａが端子台１５３の他方の端子(図示せず)とが給電線Ｌ１によって繋がっており、切替開閉器５１の端子５１ｂが給電線Ｌ２によって蓄電パワーコンディショナ４２に繋がっている。また、遮断器１５５の他方の端子(図示せず)は電線５６により蓄電パワーコンディショナ４２に繋がっている。

切替開閉器５１の切片５１Ａは、自立用分電盤１５２の主幹線１５２Ａに繋がっており、主幹線１５２Ａには分岐線１５２Ｂ,１５２Ｂが繋がっている。

分岐線１５２Ｂ,１５２Ｂは屋内配線５４,５５により建物Ｈの所定の部屋（例えばリビングダイニングキッチン）のジョイントボックス２３,２３に繋がり、このジョイントボックス２３,２３と所定の部屋のコンセント２４とが給電線により接続されている。

蓄電パワーコンディショナ４２から出力される交流電力は、給電線Ｌ２,切替開閉器５１の端子５１ｂ,切片５１Ａ,自立用分電盤１５２の主幹線１５２Ａ,分岐線１５２Ｂ,１５２Ｂ,屋内配線５４,５５及びジョイントボックス２３,２３を介して各コンセント２４に供給されるようになっている。

蓄電池４１や蓄電パワーコンディショナ４２が故障した場合、切替開閉器５１の切片５１Ａを端子５１ａに切り替えることにより、系統電力網Ｅからの電力をジョイントボックス２３,２３の各コンセント２４へ供給するようになっている。この切り替えは、手動で行うようになっている。

ＰＶパワーコンディショナ１２と遮断器１５４の他方の端子とが給電線１５によって繋がっており、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電力は給電線１５,遮断器１５４,連結線５８及び給電線５９を介して分電盤２０の主幹線２０Ｂと、遮断器１５５,電線５６,蓄電パワーコンディショナ４２,給電線Ｌ２及び切替開閉器５１を介して自立用分電盤１５２の主幹線１５２Ａとに供給されるようになっている。また、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電力は、給電線１５,遮断器１５４,連結線５８及び給電線５７を介して主幹線２０Ａへ供給されるようになっている。

給電線１５の一部１５Ａは、分電盤２０内に引き込まれ、この一部１５Ａにはカレントトランスである電流センサ７０,７１が設けられている。

電流センサ７０,７１はＰＶパワーコンディショナ１２から出力される電流を検出する。なお、電流センサ７０,７１が取り付けられる給電線１５の一部１５Ａは一層のシースに覆われた線にされ、この部分に電流センサ７０,７１が取り付けられる。このため、電流センサ７０,７１は分電盤２０内に設ける必要がある。他の電流センサ３１も同様である。

電流センサ７０（第２電流センサ）はシステムコントローラ２００用のセンサであり、電流センサ（第１電流センサ）７１は電力測定装置６０用のセンサである。

システムコントローラ２００は、電流センサ３１,７０が検出する検出信号や室内リモコン装置２１０からの操作信号などに基づいて蓄電パワーコンデイショナ４２とを制御する。

電力測定装置６０は、電流センサ７１が検出する検出信号に基づいて、太陽光発電システム１０から出力される電力量を測定し、この測定した測定データが集計管理装置１００へ無線で送信する。

集計管理装置１００は、送信されてきた測定データに基づいて太陽光発電システム１０が発電している現時点の電力や積算した電力量などを図示しない表示装置に表示したりするものである。

また、集計管理装置１００は、ルータ１０１を介してインターネットなどの外部の通信網に繋がっており、外部のサーバ(図示せず)との間で、計測値などのデータの送受信などを行うことができるようになっている。

この実施例のエネルギマネジメントシステムＳでは、屋外に分電盤５０を設置し、この分電盤５０とＰＶパワーコンディショナ１２とを繋げた給電線１５の一部１５Ａを屋内に設けた分電盤２０内に引き込み、その一部１５Ａに電流センサ７０,７１を設けたものであるから、分電盤２０の近傍に設けたシステムコントローラ２００及び電力測定装置６０と電流センサ７０,７１との離間距離は短く、電流センサ７１から電力測定装置６０まで引き出す信号線の長さや、電流センサ７０からシステムコントローラ２００まで引き出す信号線の長さを短く（例えば１.５ｍ以下に）設定することができる。
［制御系］
図３はエネルギマネジメントシステムＳの制御系の構成を示したブロック図である。

図３において、３０１はＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路、３０２はゼロクロス検出回路３０１が検出したゼロクロス点の近傍の電圧変動幅を検出する電圧変動幅検出回路、３０３は電圧変動幅検出回路３０２が検出した変動幅が予め設定した設定値（設定電圧）Ｖｋを越えた否かに基づいて蓄電パワーコンデイショナ４２を制御する制御回路である。設定値Ｖｋは設定変更可能となっている。

また、制御回路３０３は、電圧変動幅Ｖｗが設定電圧（第１設定電圧）Ｖｋより大きい設定電圧（第２設定電圧）Ｖｍ以上になったとき、ＰＶパワーコンディショナ１２の動作を停止させるようになっている。
［動 作］
次に、上記のように構成されるエネルギマネジメントシステムＳの動作について簡単に説明する。

日中の場合、太陽光発電システム１０の太陽光発電装置１１によって発電された直流電力がＰＶパワーコンディショナ１２によって交流電力に変換されて、給電線１５,分電盤５０の遮断器１５４,連結線５８及び給電線５９を介して分電盤２０の主幹線２０Ｂに供給される。また、ＰＶパワーコンディショナ１２の交流電力は、給電線１５,分電盤５０の遮断器１５４,連結線５８,遮断器１５５,電線５６,蓄電パワーコンディショナ４２,給電線Ｌ２,切替開閉器５１を介して自立用分電盤１５２の主幹線１５２Ａに供給される。そして、分電盤２０,１５２の分岐幹２０ｂ,１５２Ｂからジョイントボックス２１,２３を介して各コンセント２２,２４へ供給され、コンセント２２,２４に接続されている家電負荷(図示せず)に供給される。

また、分電盤５０の連結線５８へ供給された電力は、遮断器１５５を介して蓄電パワーコンディショナ４２へ供給され、蓄電パワーコンディショナ４２は余った電力を蓄電池４１に充電したりする。また、余った電力を系統電力網Ｅへ流して売電したりする。蓄電池４１への充電や売電は、システムコントローラ２００が室内リモコン装置２１０の操作や電流センサ７０の検出信号に基づいて行う。

電力測定装置６０は、電流センサ７１が検出する電流からＰＶパワーコンディショナ１２が出力する電力、すなわち太陽光発電装置１１が発電する電力を測定し、この測定結果が集計管理装置１００へ送信され、この送信されたデータに基づいて集計管理装置１００は図示しない表示装置に太陽光発電システム１０が発電している現時点の電力や積算した電力量などを表示する。

このように、分電盤５０や蓄電池４１を屋外に設けなければならない場合であっても、給電線１５の一部１５Ａを分電盤２０内に引き込み、その一部１５Ａに電流センサ７１を設けたものであるから、電流センサ７１から電力測定装置６０まで引き出す信号線の長さを短く（例えば１.５ｍ以下に）設定することができ、このため、電流センサ７１が検出した検出信号を通信手段を設けなくても電力測定装置６０へ入力することができ、太陽光発電システム１０が発電している電力を表示装置に表示させることが可能となる。

すなわち、リフォームにより蓄電システム４０を増築し、太陽光発電システム１０が発電した電力を可視化する場合であって、分電盤５０や蓄電池４１を屋外に設けなければならないときでも、通信手段を設けなくても太陽光発電システム１０が発電している電力を表示装置に表示させることが可能となる。

夜間の場合、蓄電池４１に充電した電力を蓄電パワーコンディショナ４２によって交流電力に変換し、この交流電力を電線５６と給電線Ｌ２とから出力すれば、分電盤５０の遮断器１５５及び給電線５９を介して分電盤２０の主幹線２０Ｂと、切替開閉器５１を介して自立用分電盤１５２の主幹線１５２Ａとに供給され、さらに分電盤２０の分岐幹２０ｂと、自立用分電盤１５２の分岐線１５２Ｂとからジョイントボックス２１,２３を介して各コンセント２２,２４へ供給され、各コンセント２２,２４に接続されている家電負荷(図示せず)に供給される。

停電が発生した場合、システムコントローラ２００は、蓄電パワーコンディショナ４２を制御して、蓄電池４１の直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を給電線Ｌ２のみから出力させる。

この給電線Ｌ２から出力される交流電力は、分電盤５０の切替開閉器５１,自立用分電盤１５２,屋内配線５４,５５及びジョイントボックス２３を介して各コンセント２４へ供給され、各コンセント２４に接続された家電負荷(図示せず)に供給される。

コンセント２４は例えばリビングダイニングキッチンの部屋だけに設けられたものであり、そのコンセント２４の数も必要最小限に設定されているので、コンセント２４に接続されている家電負荷(図示せず)に蓄電パワーコンディショナ４２から交流電力を例えば２４時間供給することが可能となる。

この停電時に太陽光発電装置１１が発電する場合、ＰＶパワーコンディショナ１２の給電線１８から交流電力が出力され、この交流電力は蓄電パワーコンディショナ４２により蓄電池４１に充電される。

蓄電池４１や蓄電パワーコンディショナ４２が故障した場合、切替開閉器５１の切片５１Ａを端子５１ａに切り替える。これにより、系統電力網Ｅからの電力が給電線５７,分電盤５０の端子台１５３, 給電線Ｌ１,切替開閉器５１の端子５１ａ及び切片５１Ａ,分電盤１５２の主幹線１５２Ａを介してジョイントボックス２３,２３の各コンセント２４へ供給される。すなわち、所定の部屋に系統電力を供給することができる。

次に、制御回路３０３などの動作について説明する。なお、システムコントローラ２００によって蓄電パワーコンディショナ４２が動作されているものとして説明する。

ゼロクロス検出回路３０１は、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電圧のゼロクロス点を検出する。

例えば、図４に示すように、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電圧Ｖｅのゼロクロス点の近傍で電圧が急激に変化する場合があり、ゼロクロス点を時点ｔ１で検出すると、電圧変動幅検出回路３０２は、時点ｔ１から所定時間内における急激な電圧変化のマイナス側のピーク電圧値Ｐ１と、プラス側のピーク電圧値Ｐ２との電圧差、すなわち電圧変動幅Ｖｗを求める。

制御回路３０３は、電圧変動幅検出回路３０２が求めた電圧変動幅Ｖｗが設定値Ｖｋ以上か否かが判断され、設定値Ｖｋ以上であれば蓄電パワーコンディショナ４２の動作を停止させて蓄電池４１への充電を停止させる。これにより、蓄電池４１が定格値以上の電圧で充電されてしまうことが防止される。

また、この場合、ＰＶパワーコンディショナ１２から交流電力が出力され続けて各コンセント２２…,２４…に接続されている家電負荷(図示せず)に供給されるので、太陽光発電装置１１が発電する電力を有効利用することができる。

電圧変動幅Ｖｗが予め設定した設定電圧Ｖｋより小さい場合には、制御回路３０３は蓄電パワーコンディショナ４２の充電動作を停止させないことにより、蓄電パワーコンディショナ４２は充電動作をし続けていくことになる。

制御回路３０３は、電圧変動幅Ｖｗが設定電圧Ｖｋより大きい設定電圧Ｖｍ以上になったとき、ＰＶパワーコンディショナ１２の動作を停止させる。これにより、定格以上の電圧が家電負荷に印加されてしまうことが防止され、エネルギマネジメントシステムＳの安全性が確保されることになる。
［第２実施例］
図５は第２実施例のエネルギマネジメントシステムＳの制御系の構成を示したブロック図である。

蓄電パワーコンディショナ４２は、図５に示すように、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電圧を全波整流して平滑する全波整流回路４２１と、この全波整流回路４２１から出力される整流平滑電圧を所定の直流電圧に変換して蓄電池４１を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ４２２とを有している。このＤＣ−ＤＣコンバータ４２２は、スイッチング素子(図示せず)を備えたスイッチング式のＤＣ-ＤＣコンバータである。なお、蓄電池４１の直流電圧を交流電圧に変換して出力するＤＣ−ＡＣコンバータは省略してある。

図５において、３１０はゼロクロス検出回路３０１がゼロクロス点を検出するごとに、隣接するゼロクロス点間における蓄電池４１の充電電流または充電電圧の実効値または平均値を算出する出力計算部、３１１は出力計算部３１０が算出する実効値または平均値が予め設定されている基準設定値との差である誤差を求め、この誤差に応じた誤差信号を出力する誤差演算部、３１２は誤差演算部３１１から出力される誤差信号とこの誤差信号が出力される１つ前の誤差信号との差すなわち前の誤差信号に対する誤差信号の変動量を検出する変動検出部である。

図５に示す制御回路３２０は、誤差演算部３１１が算出した誤差がゼロとなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ４２２のスイッチング素子の信号幅を制御する補正部３２１と、変動検出部３１２が検出した変動量が予め設定した変動設定値を越えたときＤＣ−ＤＣコンバータ４２２による蓄電池４１の充電を停止させる充電停止部３２２とを有している。
［動 作］
次に、第２実施例の動作について説明する。なお、システムコントローラ２００によって蓄電パワーコンディショナ４２が動作されているものとして説明する。

ＰＶパワーコンディショナ１２から交流電圧が出力されると、蓄電パワーコンディショナ４２の全波整流回路４２１は、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力された交流電圧を全波整流して平滑した整流平滑電圧を出力する。この整流平滑電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ４２２が所定の直流電圧に変換して蓄電池４１を充電していく。

一方、ＰＶパワーコンディショナ１２から交流電圧が出力されると、ゼロクロス検出回路３０１がその交流電圧のゼロクロス点を検出していく。

出力計算部３１０は、ゼロクロス検出回路３０１がゼロクロス点を検出するごとに、隣接するゼロクロス点間における蓄電池４１の充電電流または充電電圧の実効値または平均値を算出していく。誤差演算部３１１は、出力計算部３１０が算出した実効値または平均値が予め設定されている基準設定値との差である誤差を求めていき、この誤差に応じた誤差信号を出力していく。

制御回路３２０の補正部３２１は、誤差演算部３１１から出力される誤差信号に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ４２２のスイッチング素子の信号幅を制御していく。すなわち、補正部３２１は、誤差演算部３１１が算出した誤差がゼロとなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ４２２のスイッチング素子の信号幅を制御していき、一定の充電量で蓄電池４１を充電していく。これにより、定格値以上の電流や電圧で蓄電池４１が充電されるのを防止するものである。

変動検出部３１２は、誤差演算部３１１から出力される誤差信号とこの誤差信号が出力される１つ前の誤差信号との差である変動量を求めていく。制御回路３２０の充電停止部３２２は、変動検出部３１２が検出した変動量が予め設定した変動設定値を越えたときＤＣ−ＤＣコンバータ４２２による蓄電池４１の充電を停止させる。

これは、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電圧の変動が所定以上大きい場合に、蓄電池４１の充電が停止されることになるので、定格値以上の電流や電圧で蓄電池４１が充電されるのを確実に防止することができる。また、蓄電池４１の充電が停止されても、ＰＶパワーコンディショナ１２から交流電圧は出力されるので、太陽光発電装置１１が発電する電力を有効利用することができる。

この第２実施例によれば、蓄電池４１の充電電流または充電電圧の実効値または平均値を求め、この実効値または平均値が基準設定値以上のとき蓄電池４１の充電を停止するようにしたものであるから、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電圧のゼロクロス点近傍での電圧振動が大きい場合であっても、定格値以内で蓄電池４１を充電することができる。

また、自立運転時に、太陽光発電装置１１から出力される出力電圧の振動が大きい場合であっても、定格値以内で蓄電池４１を充電することができる。
［第３実施例］
図６は第３実施例のエネルギマネジメントシステムＳの制御系の構成を示したブロック図である。

図６において、５００はゼロクロス検出回路３０１がゼロクロス点を検出するごとに、蓄電パワーコンディショナ４２の全波整流回路４２１の整流平滑電圧をサンプリングするサンプリング部、５０１はサンプリング部５００がサンプリングしたサンプリング電圧と予め設定した設定電圧（閾値）とを比較する比較部である。

サンプリング部５００のサンプリング電圧が設定電圧以下であると比較部５０１が判断すると、制御回路３２０の充電停止部３２２がＤＣ−ＤＣコンバータ４２２の充電動作を停止させる。他の動作は第２実施例と同様なのでその説明は省略する。

この第３実施例は、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電圧が低くて充電できるような状態でない場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２２の充電動作を停止させるようにしたものであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２２による無駄な充電動作を防止するものである。

図７は第１実施例のエネルギマネジメントシステムにサンプリング部５００及び比較部５０１を設けた制御系のブロック図を示す。この図７に示す制御回路３０３は、サンプリング電圧が設定電圧以下であると比較部５０１が判断すると、蓄電パワーコンディショナ４２の充電動作を停止させる。他の動作は第１実施例と同様であるのでその説明は省略する。
［第４実施例］
図８に第４実施例のエネルギマネジメントシステムＳを示す。この第４実施例では、停電時に出力されるＰＶパワーコンディショナ１２の交流電圧のゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点の電圧変動幅Ｖｗを求め、電圧変動幅Ｖｗが設定値Ｖｋ以上のとき蓄電パワーコンディショナ４２の動作を停止させるようにしたものである。

また、図９に示すように、ローパスフィルタＦ１,Ｆ２を設けて、ＰＶパワーコンディショナ１２から出力される交流電圧に含まれる高周波成分を除去することにより、その交流電圧の電圧波形の歪を小さくするようにしてもよい。

上述の図８及び図９に示す構成は、第２,第３実施例のエネルギマネジメントシステムＳに適用することができる。
［第５実施例］
図１０は第５実施例のエネルギマネジメントシステムＳの構成を示す。この第４実施例では、システムコントローラ２００を蓄電池４１の筐体４３内に設け（図１０においてシステムコントローラ２００は省略してある）、蓄電池４５と蓄電パワーコンディショナ４７を増築したものであり、他は第１実施例と同じなのでその説明は省略する。

上記実施例は、いずれも太陽光発電システム１０を備えたエネルギマネジメントシステムＳについて説明したが、これに限らず、例えば風力発電システムを備えたエネルギマネジメントシステムであってもよい。

また、エネルギマネジメントシステムＳは、電力測定装置６０用の電流センサ７１と、システムコントローラ２００用の電流センサ７０とを別々に設けているが、電力測定装置６０用の電流センサ７１が検出する検出信号に基づいて蓄電パワーコンディショナ４２やＰＶパワーコンディショナ１２を制御するようにしてもよい。

上記実施例では、いずれも給電線１５の一部１５Ａを分電盤２０内に引き込んでいるが、必ずしも分電盤２０内に引き込むことなく、給電線１５の一部１５Ａを屋内に引き込むだけでもよい。この場合、その一部１５Ａに電流センサ７０,７１を設け、この電流センサ７０,７１の近傍に電力測定装置６０を配置すればよいので、電力測定装置６０を分電盤２０の近傍に配置する必要がなくなり、このため、給電線１５の一部１５Ａを所望の位置に引き込むことができ、電力測定装置６０を所望の位置に配置することができる。

上記実施例では、いずれも分電盤５０内に切替開閉器５１と自立用分電盤１５２と端子台１５３と遮断器１５４,１５５とを設けているが、図１１に示すように、切替開閉器５１と自立用分電盤１５２を屋内に設けてもよく、また、端子台１５３及び遮断器１５４,１５５も屋内に設けてもよい。この場合、屋外に設ける分電盤５０は不要となる。

また、第５実施例に示すように蓄電池４５（図１０参照）と蓄電パワーコンディショナ４７を増築した場合も、図１２に示すように、切替開閉器５１と自立用分電盤１５２を屋内に設けてもよく、また、端子台１５３及び遮断器１５４,１５５も屋内に設けてもよい。この場合には屋外に設ける分電盤５０は不要となる。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１１ 太陽光発電装置（発電手段）
１２ ＰＶパワーコンディショナ（発電用パワーコンディショナ）
２０ 分電盤（屋内分電盤）
４１ 蓄電池
４２ 蓄電パワーコンディショナ
３０１ ゼロクロス検出回路
３０２ 電圧変動幅検出回路
３０３ 制御回路

Claims (7)

1. 自然エネルギによって発電する発電手段と、蓄電池と、前記発電手段から出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統に接続されている屋内分電盤の主幹へ出力する発電用パワーコンディショナと、この発電用パワーコンディショナから出力される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電させたり該蓄電池から出力される直流電力を交流電力に変換して前記屋内分電盤の主幹へ出力したりする蓄電パワーコンディショナとを備えたエネルギマネジメントシステムであって、
   前記発電用パワーコンディショナから出力される交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
   このゼロクロス検出回路が検出したゼロクロス点の交流電圧の変動幅を検出する電圧変動幅検出回路と、
   この変動幅検出回路が検出した変動幅が予め設定されている設定値を越えたか否かに基づいて前記蓄電パワーコンディショナによる蓄電池の充電動作を制御することを特徴とするエネルギマネジメントシステム。
2. 前記設定値は設定変更が可能であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギマネジメントシステム。
3. 前記蓄電パワーコンディショナは、発電用パワーコンディショナから出力される交流電圧を整流平滑する全波整流回路と、この全波整流回路で整流平滑された整流平滑電圧を所定の直流電圧に変換して蓄電池を充電するスイッチング式のＤＣ/ＤＣコンバータとを有し、
   前記ゼロクロス検出回路がゼロクロス点を検出するごとに、隣接するゼロクロス点間における前記蓄電池の充電電流または充電電圧の実効値または平均値を算出する出力計算部と、
   この出力計算部が算出する実効値または平均値が予め設定されている基準設定値との差である誤差を求め、この誤差に応じた誤差信号を出力する誤差演算部と、
   この誤差演算部から出力される誤差信号に基づいて、その誤差がゼロとなるように前記ＤＣ/ＤＣコンバータのスイッチング信号の信号幅を制御する補正部と、
   前記誤差信号が出力される前の誤差信号に対する前記誤差信号の変動量を検出する変動検出部と、
   この変動検出部が検出した変動量が予め設定した変動設定値を越えたとき前記ＤＣ/ＤＣコンバータによる充電動作を停止させる充電停止部とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエネルギマネジメントシステム。
4. 前記ゼロクロス検出回路がゼロクロス点を検出するごとに、前記全波整流回路の整流平滑電圧をサンプリングするサンプリング部と、
   このサンプリング部がサンプリングしたサンプリング電圧と予め設定した設定電圧とを比較する比較部とを備え、
   前記サンプリング電圧が設定電圧以下であると前記比較部が判断すると、前記ＤＣ/ＤＣコンバータによる充電動作を停止させることを特徴とする請求項３に記載のエネルギマネジメントシステム。
5. 前記発電用パワーコンディショナから出力される交流電力を前記屋内分電盤の主幹へ分電する屋外分電盤を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のエネルギマネジメントシステム。
6. 前記発電用パワーコンディショナから出力される交流電力を前記屋外分電盤へ送電する給電線の一部を前記屋内に引き込み、この引き込んだ給電線に該給電線に流れる電流を検出する電流センサを設け、
   この電流センサが検出する電流に基づいて前記発電用パワーコンディショナから出力される交流電力の測定を行う測定装置を前記屋内分電盤の近傍に設けることを特徴とする請求項５に記載のエネルギマネジメントシステム。
7. 前記屋外分電盤に切替開閉器を設け、
   屋内の所定の室内のコンセントのみが前記切替開閉器に接続され、
   平常時に、前記蓄電パワーコンディショナから出力される電力が前記切替開閉器を介して前記所定の室内のコンセントへ供給され、
   蓄電池の故障時に、前記切替開閉器を切り替えることによって、電力系統から電力が該切替開閉器を介して前記所定の室内のコンセントへ供給されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のエネルギマネジメントシステム。