JP2015076977A - 分散型電源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】系統電源が存在する場合、太陽電池、蓄電池、自動車用電池を利用して系統電源から電力料を一定化でき、系統電源が停電した場合等には、各機器を有機的に動作させて負荷に電力供給できる電源システムを提供する。
【解決手段】太陽電池1から出力される直流電圧を調整するDC/DCコンバータ2と、直流電池5に入出力される直流電圧を調整する双方向DC/DCコンバータ4に加えて、自動車用電池6と、この自動車用電池に入出力される直流電圧を調整するる双方向DC/DCコンバータ7とを備え、DC/DCコンバータ2、双方向DC/DCコンバータ4、双方向DC/DCコンバータ7を制御部8により有機的に制御して、系統電源20よりの電力供給量を一定化するとともに、系統電源20の停電時には、太陽電池1、蓄電池5、自動車用電池6を有機的に使用し負荷30への電力を供給する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、分散型電源システム、特に電源の一つとして電気自動車用電池を採用した分散型電源システムに関する。
負荷に対する電源供給を複数の電源を用いて行う分散型電源システムとして、太陽電池と系統間に、蓄電池を制御する双方向コンバータを備え、系統への逆潮流時に受電電力が所定の電力を下回らないように双方向コンバータを制御するようにした太陽光発電システムが開示されている(例えば特許文献1参照)。
また、蓄電池から放電用ダイオードおよびリレーを介してパワーコンデッショナの入力側にいたる放電経路とは別に、パワーコンデッショナの出力側から蓄電池へ至る充電経路を備えることで、連携運転時にも太陽電池から蓄電池の充電が可能となる分散型電源システムが開示されている(例えば特許文献2参照)。
特開2002−171674号公報 特開平10−23671号公報
上記した特許文献1,2記載の分散型電源システムでは、太陽エネルギー量の計測、蓄電池への充放電量及び系統への充放電量の制御が無いため例えば昼間電力消費が多く、夜間に蓄電池に充電したエネルギーを昼間に太陽電池エネルギーと加算し、系統からの電力供給を低減化しにくい上、太陽電池エネルギーが使用電力に比べ大きい場合、蓄電池のみの充電では他の系統利用に電力供給融通が十分でない、と言う問題がある。
また、上記特許文献1,2記載の分散型電源システムでは、系統が停電により存在しない場合に、従来の場合各機器が単独で交流接続しているため、交流の位相を同期することが出来ず、実上、太陽電池、蓄電池の単独機器しか動作できない、という問題があった。
電気自動車内蔵蓄電池の充放電インターフェイスが無いため、例えば太陽エネルギーと加えて系統で使用することができない。
この発明は、上記問題点に着目してなされたものであって、系統が存在する場合で、太陽電池、蓄電池その他の電池を利用して系統からの電力供給量を一定化できる、また系統が存在しない場合には、システム装置内で各機器を一体化でき、各機器を有機的に使用できる分散型電源機器システムを提供することを目的とする。
この発明の請求項1に係る分散型電源制御システムは、負荷に対して電力供給可能な発電電源、蓄電池、系統電源及び電気自動車用電池と、前記発電電源から出力される直流電力を調整する第1調整手段と、前記蓄電池から出力される直流電力を調整する第2調整手段と、前記第1調整手段及び第2調整手段から出力される直流電力を入力して交流電力に変換して前記負荷に供給する変換手段と、前記電気自動車用電池より出力される、又は入力される直流電力を調整する第3調整手段と、前記発電電源の出力、前記蓄電池の入出力、前記系統電源の入出力、及び前記電気自動車用電池の入出力を取込み、前記発電電源よりの出力、前記蓄電池の入出力、前記系統電源よりの出力、及び前記電気自動車用電池への入出力を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項2に係る分散型電源システムは、請求項1に係るものにおいて、前記制御手段は、前記系統電源が存在する場合に、前記発電電源、前記蓄電池、前記系統電源及び前記電気自動車用電池を利用して、前記系統電源からの電力供給量を一定化する制御を行うことを特徴とする。
また、請求項3に係る分散型電源システムは、請求項1に係るものにおいて、前記制御手段は、前記系統電源が存在する場合で、前記発電電源の電力量が前記負荷における使用電力に比べ大きい場合に前記蓄電池に充電、前記電気自動車用電池に電力供給するように制御することを特徴とする。
また、請求項4に係る分散型電源システムは、請求項1に係るものにおいて、前記制御手段は、前記系統電源が存在しない場合に、前記発電電源の電力を負荷に供給しながら、前記蓄電池、あるいは前記電気自動車用電池に充電するように制御を行うことを特徴とする。
また、請求項5に係る分散型電源システムは、請求項4に係るもにおいて、前記制御手段は、前記発電電源に発生電気量が無い場合に、前記蓄電池又は前記電気自動車用電池に充電した電気量を前記負荷に供給することが出来るものであることを特徴とする。
この発明によれば、系統が存在する場合には、太陽電池、蓄電池、自動車用電池を利用して系統からの電力供給量を一定化することができ、これにより、例えば昼間電力消費が多く、夜間電力消費が少ない場合、夜間に蓄電池あるいは電気自動車に充電したエネルギーと加算し、系統からの電力供給を低減化(ピークカット)できる。また、太陽電池エネルギーが使用電力に比べて大きい場合、蓄電池に充電、電気自動車に充電、他の系統利用に電力供給融通ができる。
また、系統が存在しない場合(停電等の場合)に、太陽電池、蓄電池、自動車用蓄電池をシステム内部で一体化することにより各機器を有機的に使用できる。
この発明の一実施形態に係る分散型電源システムの概略構成を説明する回路図である。 同実施形態分散型電源システムの動作を説明するためのフロー図である。 同実施形態分散型電源システムの他の動作を説明するためのフロー図である。 図3に示すフロー図とともに、同実施形態分散型電源システムの他の動作を説明するためのフロー図である。
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図1は、この発明の一実施形態に係る分散型電源システムの構成を示す回路ブロック図である。
図1において、本発明に係る分散型電源システムは、太陽電池1と、DC/DC(Direct Current/Direct Current)コンバータ2と、双方向DC/AC(Direct Current/Alternating Current)コンバータ3と、双方向DC/DCコンバータ4と、蓄電池5と、電気自動車用電池6と、双方向EV充放電コンバータ7と、制御部8と、ダイオード9と、電力センサ10〜13と、電圧センサ14と、を有し、太陽電池1、蓄電池5、電気自動車用電池6及び系統電源20から負荷30に電力を供給する。
ここで、太陽電池1は、太陽光を直流電力に変換して出力する。DC/DCコンバータ2は、制御部8によって、制御され、太陽電池1の効率が最大になるように電圧を調整し、電力バス15に出力する。双方向DC/DCコンバータ4は、制御部8によって制御され、電力バス15の直流電力を受けて電力センサ12より蓄電池5に加え蓄電池5に供給する。又蓄電池5に蓄積された直流電力を電力センサ12より受けて電力調整して電力バス15に出力する。
双方向DC/ACコンバータ3は、制御部8によって、制御され、電力バス15の直流電力を交流電力に変換して電力センサ11側に出力するとともに、電力センサ11側の交流電力を直流電力に変換して電力バス15側に出力する。
蓄電池5は、例えば鉛蓄電池、ニッケルカドミューム蓄電池、ニッケル水素電池、リチュームイオン電池等によって、構成され、双方向DC/DCコンバータ4から供給される直流電力によって充電されるとともに、充電された直流電力を双方向DC/DCコンバータ4を経て電力バス15に出力する。
双方向EV充放電コンバータ7は、制御部8によって制御され、入出力電圧を調整することで電力バス15からの直流電力で自動車用電池6を充電するとともに、自動車用電池6に蓄積された電力を電力バス15に出力する。
自動車用電池6は、例えば電気自動車用電池であり、電力バス15から双方向EV充放電コンバータ7より供給される直流電力によって充電されるとともに、充電された直流電力を双方向EV充放電コンバータ7より電力バス15に出力する。制御部8は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)等によって構成され,ROMに格納されたプログラムおよび電力センサ10〜13、電圧センサ14からRAMに取り込まれたデータに応じてDC/DCコンバータ2、双方向DC/ACコンバータ3、双方向DC/DCコンバータ4を制御する。
自動車用電池6は、電気自動車に搭載された自動車用電池を自動車から取り外した状態で電力センサ13を介して双方向EV充放電コンバータ7に接続しても良いし、電気自動車に搭載した状態のままで接続してもよい。
以上より本願に係る発明は、従来分散型電源システムとして備えられていた、太陽電池1、DC/DCコンバータ2、双方向DC/ACコンバータ3、双方向DC/DCコンバータ4、蓄電池5、制御部8、系統電源20、負荷30に加えて、自動車用電池6、双方向EV充放電コンバータ7を備えたことを特徴とする分散型電源システムであると言える。
以下、さらにこの実施形態分散型電源システムの各部について説明する。
ダイオード9は、太陽電池1への電力の逆流を防ぐための逆流防止ダイオードである。 電力センサ10は、太陽電池1からDC/DCコンバータ2に供給される電力P1を検出し、制御部8に通知する。電力センサ11は、双方向DC/ACコンバータ3から負荷30側に供給される、あるいは系統電源20から双方向DC/ACコンバータ3に入力される電力P2を検出し、制御部8に通知する。電力センサ12は、蓄電池5から双方向DC/DCコンバータ4に供給されるあるいは電力バス15から双方向DC/DCコンバータ4より蓄電池5に供給され充電される電力P2を検出し、制御部8に通知する。電力センサ13は、双方向EV充放電コンバータ7に供給される、あるいは電力バス15から双方向EV充放電コンバータ7より自動車用電池6に充電される電力P3を検出し、制御部8に通知する。電圧センサ14は、電力バス15の電圧Vを検出し、制御部8に通知する。
系統電源20は、例えば50HZ又は60HZの周波数と、100Vの電圧を有する交流電源である。負荷30は、例えば冷蔵庫、洗濯機、テレビ等の家庭用電気製品、生産用機械機器具、その他の電気製品等である。
太陽電池1よって、発生された直流電力は、ダイオード9、電力センサ10を介してDC/DCコンバータ2に供給される。DC/DCコンバータ2は、制御部8の制御に応じて日照量や環境温度に拘わらず太陽電池1が最適動作点で発電を行うことができるように最大電力点調整動作を実行し、太陽電池1から出力される直流電力の電圧を調整して電力バス15に出力する。
双方向DC/DCコンバータ4は、例えば系統電源20が存在する場合で、太陽電池1によって発生される電力が余っている場合や、夜間のように系統電源20の電力料金が安い場合には、電力バス15の電力によって蓄電地5を充電し、系統電源20からの電力量を一定化する制御を制御部8より行う。また、太陽電池1によって発生される電力が少ない場合、又は、昼間のように系統電源20の電気料金が高い場合には、蓄電池4に蓄積されている電力を電力バス15に供給し、系統電源20からの電力量を一定化する制御を制御部8により行う。
双方向DC/ACコンバータ3は、例えば系統電源20が存在する場合で、蓄電池5が非満充電時である場合であって、例えば夜間のように系統電源20の電力料金が安い場合のときには、系統電源20の交流電力を制御部8による制御で双方向DC/ACコンバータ4で直流電力に変換して電力バス15側に出力し、双方向DC/DCコンバータ4より蓄電池5を、または双方向EV充放電コンバータ7より自動車用電池6を充電する。また、双方向DC/ACコンバータ3は、系統電源20よりの交流電力が小さな場合に太陽電池1の電力もしくは蓄電池5、自動車用電池6の電力を電力バス15より、負荷30側に出力し、負荷30に供給する。
双方向EV充放電コンバータ7は、例えば負荷30における昼間の電力消費が多く、夜間電力消費が少ない場合、夜間に自動車用電池6に充電した電力を昼間に太陽電池1からの電力と加算し、双方向DC/ACコンバータ3を経て負荷30に供給する。また、双方向EV充放電コンバータ7は、例えば太陽電池1の電力が負荷30の使用電力に比べ大きい場合には、太陽電池1の電力をDC/DCコンバータ2、電力バス15を経て入力に受け、自動車用電池6に充電する。
また、双方向EV充放電コンバータ7は、例えば、系統電源20が、停電等の非常時に存在しない場合に、太陽電池1の電力をDC/DCコンバータ2、双方向DC/ACコンバータ3、負荷30に供給される。この際、余剰電力があれば、双方向DC/DCコンバータ4または双方向EV充放電コンバータ7に入力され、余剰電力が蓄電池5または電気自動車の自動車用電池6を充電する。又、太陽電池1に発生電気量がない場合に蓄電池5または自動車用電池6に充電した電気量を負荷30に供給する。
次に、上記実施形態分散型電力管理システムにおいて、上記した制御方法の一例として系統電源が存在しない場合(停電等で)で太陽電池、蓄電池、自動車用電池を有機的に使用できる場合に実行される処理手順を図2に示すフロー図を参照して説明する。
処理動作が開始されると、ステップST1において、制御部8より、双方向EV充放電コンバータ7(C3)に、電力P3となるように指示する。次にステップST2へ移行する。
ステップST2においては、太陽電池1の電力P1を電力センサ10で、負荷30の電力P2を電力センサ11で、さらに双方向EV充放電コンバータ7の電力P3を電力センサ13で計測する。この計測値は、制御部8に取り込む。次に、ステップST3へ移行する。
ステップST3においては、双方向DC/DCコンバータ4の出力が、P4=−{P1+P2+P3}になるように、上記ステップST1、ST2で求めたP1、P2、P3を用いて得たP4となるように制御部8より、双方向DC/DCコンバータ4に指示する。続いて、ステップST4へ移行する。
ステップST4においては、上記ステップST1〜ST3の処理に応じて、太陽電池1の電力がΔP1増減する。次に、ステップST5に移行し、上記ステップST1〜ST3の処理に応じて負荷30の電力がΔP2増減する。続いてステップST6へ移行する。
ステップST6においては、制御部8において、電力センサ10,11により検出した太陽電池電力P1、電力負荷P2を取り込み、太陽電池1の電力増減分ΔP1、負荷30の電力増減分ΔP2を算出する。次にステップST7へ移行する。
ステップST7においては、V部(電力バス15)の電力を一定にするため、ステップST6において算出した太陽電池1の電力増減分ΔP1、負荷30の電力増減分ΔP2を合わせた(ΔP1+ΔP2)の電力増減分を双方向DC/DCコンバータ4へ減増指示する。次にステップST8へ移行する。
ステップST8においては、P4=−{(P1+ΔP1)+(P2+ΔP2)+P3}より、電力P4を得る。以上の処理により、電力バス15の電位Vを一定に保持し、処理は、ステップST2へ戻り、以後、同様の処理をステップST2〜ST8で繰り返すことにより、系統電源20が無し(停電)の場合でも、太陽電池1、蓄電池5、及び自動車用電池6から負荷30に安定した電力供給を行うことができる。
次に、上記実施形態分散型電源システムにおいて、他の制御方法の一例として系統電源が存在する場合であって、太陽電池、蓄電池、自動車用電池を利用して、系統からの電力供給量を一定にし得る制御方法の一例として実行される処理手順を図3、図4に示すフロー図を参照して説明する。
処理動作が開始されると、ステップST11において、制御部8で、現時刻より、このルーチン開始時が昼間であるか、夜間であるかを判定する。現時刻が昼間である場合には、次にステップST22へ移行し、夜間であればステップST12へ移行する。
ステップST12においては、夜間において、太陽電池1の電力は零であり、電気自動車用には利用されていない(システムと接続している)ので、蓄電池5が満充電か否か判定する。判定の結果、満充電の場合は判定YESでステップST13へ移行し、満充電でない場合は、判定NOでステップST14へ移行する。
ステップST13では、蓄電池5への充電を停止し、次にステップST16へ移行する。一方、ステップ14においては、蓄電池5が、まだ満充電でないので、制御部8より双方向DC/DCコンバータ4に充電量W1と設定し、蓄電池5への充電を行う。次にステップST15へ移行し、電力センサ12により蓄電池5の充電量P4(P4=W1)を計測する。続いてステップST16へ移行する。
ステップST16においては、電気自動車の蓄電池(自動車用電池6)が満充電か否か判定する。判定の結果、満充電の場合は、判定YESでステップST17へ移行し、満充電でない場合は、ステップST18へ移行する。ステップST17においては、自動車用電池6への充電を停止し、次にステップST20へ移行する。
一方、ステップST18においては、自動車用電池6がまだ満充電でないので制御部8より、双方向EV充放電コンバータ7に充電量W2と設定し、自動車用電池6への充電を行う。次に、ステップST19へ移行し、電力センサ13により自動車用電池6の充電量P3(P3=W2)を計測する。続いてステップST20へ移行する。
ステップST20においては、制御部8より、双方向DC/ACコンバータ3を
P2=−{P3+P4}=−{W1+W2}
と設定し、ACから装置へ入力電力する。次にステップST21へ移行する。
ステップST21においては、蓄電池5、自動車用電池6の両方が満充電か否か判定する。判定の結果、両方とも満充電の場合には判定YESでステップST11のスタートに戻り、いずれかが満充電でない場合は、判定NOでステップST12へ戻る。
一方、この処理ルーチンの開始時及び処理時に、昼間であった場合には、ステップST22において、蓄電池5が空状態か否か判定する。判定の結果、空状態の場合は、判定YESでステップST23へ移行し、空状態でない場合は、判定NOでステップST24へ移行する。
ステップST23では、蓄電池5を放電停止とし、次にスタートのステップST11へ戻る。一方、ステップST24においては、自動車用電池6を接続し、放電するか否かを判定すう。判定YESの場合は、ステップST25へ移行し、判定NOの場合は、ステップST27へ移行する。ステップST25においては、双方向EV充放電コンバータ7に放電量W3と設定放電する。
次に、ステップT26において、自動車用電池6よりの放電量P3(P3=―W3)を計測する。一方ステップST27においては、自動車用電池6の放電量P3=0を確認する。これらステップST26、ST27におけるP3に係る確認後、ステップST28へ移行する。
ステップST28においては、双方向DC/ACコンバータ3に任意放電量W4を設定し、AC放電する。続いてステップST29において、電力センサ11により、電力量P2(P2=−W4)を計測し、さらにステップST30において、電力センサ10により、電力量P1を計測する。
次に、ステップST31において、双方向DC/DCコンバータ4の出力P4を、P4=―{P1+P2+P3}になるように出力する。続いて、ステップST32へ移行する。ステップST32において、太陽電池1がΔP1増減する。続くステップST33において、制御部8で、電力センサ10よりの電力P1を計測しΔP1を算出して、ステップST34へ移行する・
ステップST34においては、ΔP1の増減分により双方向DC/DCコンバータ4への減又は増を指示する。続いて、ステップST35において、電力センサ12より、電力P4を計測する。この電力P4は,P4=―{P1+ΔP1+P2+P3}であり、太陽電池、蓄電池、自動車用電池を利用した系統からの電力供給量を一定化することができる。その後スタートへ戻る。
このように、系統が存在する場合には、太陽電池、蓄電池、自動車用電池を利用して系統からの電力供給量を一定化することができ、これにより、例えば昼間電力消費が多く、夜間電力消費が少ない場合、夜間に蓄電池あるいは電気自動車に充電したエネルギーと加算し、系統からの電力供給を低減化(ピークカット)できる
1 太陽電池(発電電源)
2 DC/DCコンバータ(第1調整手段)
3 双方向DC/ACコンバータ
4 双方向DC/DCコンバータ(第2調整手段)
5 蓄電池
6 自動車用電池
7 双方向EV充放電コンバータ(第3調整手段)
8 制御部
9 逆流防止ダイオード
10、・・・、13 電力センサ
14 電圧計
15 電力バス
20 系統電源
30 負荷

Claims (5)

  1. 負荷に対して電力供給可能な発電電源、蓄電池、系統電源及び電気自動車用電池と、
    前記発電電源から出力される直流電力を調整する第1調整手段と、
    前記蓄電池から出力される直流電力を調整する第2調整手段と、
    前記第1調整手段及び第2調整手段から出力される直流電力を入力して交流電力に変換して前記負荷に供給する変換手段と、
    前記電気自動車用電池より出力される、又は入力される直流電力を調整する第3調整手段と、
    前記発電電源の出力、前記蓄電池の入出力、前記系統電源の入出力、及び前記電気自動車用電池の入出力を取込み、前記発電電源よりの出力、前記蓄電池の入出力、前記系統電源よりの出力、及び前記電気自動車用電池への入出力を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする分散型電源システム。
  2. 前記制御手段は、前記系統電源が存在する場合に、前記発電電源、前記蓄電池、前記系統電源及び前記電気自動車用電池を利用して、前記系統電源からの電力供給量を一定化する制御を行うことを特徴とする請求項1記載の分散型電源システム。
  3. 前記制御手段は、前記系統電源が存在する場合で、前記発電電源の電力量が前記負荷における使用電力に比べ大きい場合に前記蓄電池に充電、前記電気自動車用電池に電力供給するように制御することを特徴とする請求項1記載の分散型電源システム。
  4. 前記制御手段は、前記系統電源が存在しない場合に、前記発電電源の電力を負荷に供給しながら、前記蓄電池、あるいは前記電気自動車用電池に充電するように制御を行うことを特徴とする請求項1記載の分散型電源システム。
  5. 前記制御手段は、前記発電電源に発生電気量が無い場合に、前記蓄電池又は前記電気自動車用電池に充電した電気量を前記負荷に供給することが出来るものであることを特徴とする請求項4記載の分散型電源システム。
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