JP2015164373A - 直流給電システム、電源供給装置、直流給電システムにおける給電制御方法及びプログラム - Google Patents
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図1に、本発明の実施形態に係る直流給電システム1の概略構成を示す。この直流給電システム1は、例えば、データセンタや通信局舎等のビルに設備される直流給電システムの例である。
受電設備2は、遮断器(CB)2A、変圧器2C、及び保護継電器2Dを備えている。保護継電器2Dは、例えば、過電流継電器、地絡継電器、不足電圧継電器(何れも不図示)などを含んで構成されており、これらの継電器がそれぞれの検出条件に応じて異常状態を検出すると、その信号が遮断器2Aに送られ当該遮断器2Aを開放させる。
例えば、過電流継電器は、電路に過電流が流れたことを検出した場合に遮断器2Aを開放して、地絡継電器は、電路や機器に地絡が発生したことを検出した場合に遮断器2Aを開放して、不足電圧継電器は、停電や事故により商用電力系統PSから商用電力を受電できなくなったことを検出した場合に遮断器2Aを開放する。
また、商用電力系統PSが停電したこと検出する方法としては、例えば、変圧器2Cの2次側にボルティジ・センサ(電圧検出リレー)を設け、このボルティジ・センサにより商用電力系統PSが停電したことを検出してもよい。
また、直流電源装置3内に、商用電力系統PSが停電したこと検出するボルティジ・センサや電圧検出回路を設け、このボルティジ・センサや電圧検出回路により商用電力系統PSが停電したことを検出してもよい。
また、給電経路P11及びN11には、PCS8及びスイッチ部102を介して、蓄電池を備える蓄電装置(BATT)7が接続されている。スイッチ部102は、蓄電装置7のPCS8と、給電経路P11及びN11との間の接続/開放を行うための開閉器を含み、スイッチ部102が接続状態にある時にPCS8を直流電源装置3の出力に連系可能にする。
また、スイッチ部111からスイッチ部116は、給電経路P21及びN21から給電経路P28及びN28において電路を開閉するための開閉器を含む。また、給電経路P11及びP21から給電経路P28は、正極側の給電線を示し、給電経路N11及びN21から給電経路N28は、負極側の給電線を示している。
なお、以下の説明において、スイッチ部101、102、及びスイッチ部111から116を総称する場合は、「スイッチ部100」と呼ぶ。
このようにして、太陽光発電装置4は、直流電源装置3及び蓄電装置7の双方から電力を供給できない状態において、電力の供給を必要とする負荷装置へ電力を供給する。例えば、照明装置等に電力を供給する。なお、PCS5の詳細については後述する。
さらに、直流給電システム1では、商用電力系統PSの停電を示す信号を受信せずに、給電母線となる給電経路P11及びN11が所定の電圧値以下、例えば、ゼロ電圧であることを検出した際に、PCS5の動作を停止するようにしてもよい。この起動方法の詳細については、後述する。
また、PCS8に接続されるスイッチ部102は、給電経路P11及びN11の系統に障害が発生した場合に開(オフ)状態になり、蓄電装置7を系統から分離させる。このスイッチ部102は、給電経路P11及びN11の系統に障害が発生していない通常の場合には、閉(オン)状態にされている。
なお、太陽光発電装置4のPCS5や蓄電装置7のPCS8が、給電経路P11及びN11の系統に障害が発生した場合に出力電流を遮断する保護機能を備える場合は、スイッチ部101及び102を省略することも可能である。
なお、上記スイッチ部111からスイッチ部116は、直流電源装置3に停電が発生し、その後、バックアップ用の蓄電装置7に蓄積された電荷が不足又は枯渇し、この蓄電装置7からシステム全体として必要な電力の供給ができなくなった場合に、一旦、開(オフ)状態になるものとする。そして、太陽光発電装置4のPCS5の起動後に、スイッチ部111からスイッチ部116の開閉状態を制御することにより、給電範囲を順次に拡大することができるようにしている。
なお、直流電源装置3から給電経路P11及びN11に対して電力の供給がなくなる状態は、商用電力系統PSが停電した場合や、直流電源装置3が故障した場合や、給電経路P11及びN11が事故等により遮断された場合に発生する。
また、蓄電装置7から給電経路に電力が供給されない状態は、蓄電装置7の蓄電量が低下した場合や、蓄電装置7のPCS8が電力の供給を停止した場合に発生する。なお、蓄電装置7のPCS8が電力の供給を停止する場合には、蓄電装置7の蓄電量を保持するなどの目的で、蓄電装置7の蓄電量が枯渇していない状態においても、PCS8を敢えて停止させる場合もある。
つまり、電源供給装置6は、スイッチ部111からスイッチ部116の開閉状態を制御することにより、給電経路P21及びN21から給電経路P28及びN28における給電範囲を調整する。これにより、電源供給装置6は、直流電源装置3と蓄電装置7の双方から電力の供給ができない場合に、太陽光発電装置4から電力を供給する停電時使用負荷装置(例えば、照明装置等)と、電力を供給しない負荷装置(例えば、空調装置等)とを選択することができる。
図3は、太陽光発電装置4のPCS5と電源供給装置6の構成例を示す構成図である。図3に示すように、PCS5は、発電量制御部51と、系統連系制御部52と、DC/DCコンバータ53とを備える。
また、系統連系制御部52は、給電母線となる給電経路P11及びN11の電圧を検出して、DC/DCコンバータ53の出力電圧を調整することにより、給電経路P12及びN12に対して連系させてPCS5から出力される電力を給電できるように制御する。DC/DCコンバータ53は、太陽光発電装置4の出力電圧を昇圧(または降圧)して給電経路P11及びN11に電力を供給するためのコンバータである。
母線電圧検出部61Aは、給電母線となる給電経路P11及びN11の直流電圧を検出する。
PCS起動部61は、直流電源装置3と蓄電装置7の双方から給電経路P11及びN11に電力の供給ができなくなり、PCS5に動作電圧を供給されなくなったことを母線電圧検出部61Aが検出した場合に、内蔵する蓄電池64により太陽光発電装置4のPCS5に動作電圧を供給してこのPCS5を自立起動させる。また、PCS起動部61は、PCS5の起動動作と停止動作とを制御するとともに、PCS8の起動動作と停止動作とを制御する。
さらに、スイッチ制御部62は、スイッチ部111からスイッチ部116に対してスイッチ制御信号CNTを送信し、スイッチ部111からスイッチ部116の開閉状態を制御する。
つまりスイッチ制御部62は、スイッチ部111からスイッチ部116の開閉状態を制御することにより、給電経路P21及びN21から給電経路P28及びN28における給電範囲を制御する。
例えば、直流電源装置3の停電時において、蓄電装置7が負荷装置L11からL16に電力の供給ができなくなった場合に、スイッチ制御部62は、太陽光発電装置4により電力を供給する停電時使用負荷装置として、照明装置等を選択して電力を供給するように給電経路P21及びN21から給電経路P28及びN28における給電範囲を設定する。
また、給電経路P11及びN11、P21及びN21からP28及びN28のうち少なくとも一部の給電経路を信号線として利用する場合は、例えば、スイッチ部111がオン状態にある場合にのみ、スイッチ部112にスイッチ制御信号CNTを送信できるなど、スイッチ部111からスイッチ部116の開閉(オン/オフ)状態に応じて、オフ状態にあるスイッチ部100より遠方側に対するスイッチ制御信号CNTの送信が制限される。また、給電経路を信号線として利用する場合、この給電経路を介して、スイッチ部100を動作させる電源を太陽光発電装置4や蓄電装置7から供給できる。
図5は、直流給電システム1の停電時におけるPCS5の起動処理の手順を示すフローチャートである。
以下、図5に示すフローチャートを参照して、直流給電システム1におけるPCS5の起動処理の手順について説明する。
まず、商用電力系統PSから直流電源装置3に電力を供給することができない停電状態が発生したとする。
この商用電力系統PSにおいて停電状態が発生すると、受電設備2内の遮断器2Aが保護継電器13内の不足電圧継電器(不図示)の動作により開放し、遮断器2Aの補助接点2Bが開放する。電源供給装置6は、遮断器2Aの補助接点2Bが開放されたことを、接点信号Auxにより検出して、商用電力系統PSに停電状態が発生したことを検知する(ステップS100)。
そして、ステップS120の処理において、給電経路P11及びN11の電圧が所定の電圧値以下に低下していると判定された場合(ステップS120:Yes)、電源供給装置6は、ステップS130の処理ステップに移行し、太陽光発電装置4から出力可能な電力が所定値以上の電力であるか否かを判定する(ステップS130)。すなわち、太陽光発電装置4が所定値以上の日照量を得ることができる状態にあり、PCS5から給電経路に所定値以上の電力を供給できる状態にあるか否かを判定する。この所定値は、例えば、少なくとも1つの負荷装置に電力を供給できる電力量を下限値として、任意の値に設定することができる。
続いて、電源供給装置6は、スイッチ制御部62により、スイッチ部101を投入して、PCS5から給電経路P11及びN11に直流電力を出力させる(ステップS145)。そして、このステップS145の処理を実行した後に、電源供給装置6は、このPCS5の起動処理を終える。
また、ステップS130の処理において、太陽光発電装置4が給電経路に電力を出力できる状態にないと判定された場合(ステップS130:No)、電源供給装置6は、ステップS110の処理ステップに戻り、PCS5の動作停止状態とスイッチ部101の開放状態とを継続させる。
さらには、直流電源装置3の停電時において、スイッチ部101を開放することなく閉状態にしておくことにより、ステップS115のスイッチ部101の開放処理と、ステップS145のスイッチ部101の投入処理とを、省略することも可能である(後述する図6、図7、及び図12においても同じ)。
また、図6は、PCS5の起動処理の手順の第1の変形例を示すフローチャートである。この図6に示すPCS5の起動処理の手順は、図5に示すPCS5の起動処理の手順と比較して、図5に示すステップS120の処理ステップを、図6に示すステップS120Aの処理に置き換えた点だけが異なり、他の処理ステップは、図5に示す処理手順と同様である。このため、同一の処理内容のステップには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
続いて、電源供給装置6は、母線電圧検出部61Aにより給電経路P11及びN11の直流電圧が所定の基準電圧の範囲内(例えば、定格電圧の±10%以内)であるか否かを判定する(ステップS120A)。
一方、ステップS120Aの処理において、給電経路P11及びN11の直流電圧が所定の基準電圧の範囲内でないと判定された場合(ステップS120A:No)、電源供給装置6は、ステップS110の処理に戻り、PCS5の動作停止状態を継続させる。
これにより、直流電源装置3の停電時において、蓄電装置7と太陽光発電装置4とから並列に給電経路P11及びN11に電力を供給することができる。
図5及び図6に示した起動処理の手順の例では、商用電力系統PSから直流電源装置3に電力を供給できない停電状態を示す信号(例えば、接点信号Aux)を電源供給装置6が検出した場合に、PCS5の動作を停止させる例について説明したが、電源供給装置6が、給電母線となる給電経路P11及びN11の電圧が所定の電圧値以下に低下したことを検出して、例えば、給電経路P11及びN11の直流電圧がゼロ電圧になったことを検出してPCS5の動作を停止させるようにしてもよい。
この図7に示すPCS5の起動処理の手順は、図6に示すPCS5の起動処理の手順と比較すると、図6に示す手順からステップS105の処理を省略して、ステップS105AとステップS115Aの処理とを新たに追加した点が異なり、他の処理は、図6に示す処理手順と同様である。このため、同一の処理内容のステップには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
続いて、電源供給装置6は、直流電源装置3の停電により給電母線となる給電経路P11及びN11の直流電圧が所定の電圧値以下に低下したか否かを判定する(ステップS105A)。そして、給電経路P11及びN11の直流電圧が所定の電圧値以下に低下したと判定された場合に(ステップS105A:Yes)、電源供給装置6は、PCS5の動作を一旦停止させるととともに(ステップS110)、スイッチ部101を開放する(ステップS115)。
続いて、電源供給装置6は、PCS8を制御して、蓄電装置7から給電経路P11及びN11への電力の供給を開始させる(ステップS115A)。
これにより、直流電源装置3の停電時において、電源供給装置6は、給電母線となる給電経路P11及びN11の直流電圧を検出して、PCS5の動作を停止させることができる。
次に、コントロールパネル63について説明する。コントロールパネル63(設定入力部)は、スイッチ部100の開閉状態(オン/オフ状態)を設定する操作を検出して、検出した操作に応じてスイッチ制御部62を制御するとともに、スイッチ部100の開閉状態を表示する。このコントロールパネル63は、例えば、タッチパネル式の表示装置を含めて構成することができる。
図8は、コントロールパネル63の一例を示す説明図である。この図8に示す例は、タッチパネル式の表示画面上に、「直流給電システム1の単線結線図の表示画面63a」と、操作を検出する位置を示す「スイッチ選択ボタン63b」、「投入ボタン63c」、及び「開放ボタン63d」と、を配置した場合を示す。
「SW111」で示す開放状態にあるスイッチ部111を投入する場合、ユーザは、スイッチ選択ボタン63bを操作し、その後に、単線結線図の表示画面63a上でスイッチ部111の破線で囲まれる領域を操作する。このスイッチ部111を示す領域を操作することにより、コントロールパネル63は、スイッチ部111を示す領域の点滅表示を開始させる。このスイッチ部111を示す領域が点滅表示されている状態において、投入ボタン63cを操作することにより、コントロールパネル63は、上記の一連の操作に応じてスイッチ制御部62を介してスイッチ部111を投入させて閉状態にする。さらに、コントロールパネル63は、スイッチ部111の表示の色を「緑色」から「赤色」に変える。
また、図9は、スイッチ部の制御回路の構成例を示す構成図である。この図9に示すように、スイッチ部100には、スイッチ制御信号受信部71と、スイッチ開閉部72と、開閉結果通知部73と、スイッチ74と、電源部75とが設けられている。
スイッチ開閉部72は、スイッチ制御信号受信部71により受信したスイッチ制御信号CNTに基づき、自身が「スイッチの識別情報」で指定されたスイッチであるか否かを判定する。そして、スイッチ開閉部72は、自身が「スイッチの識別情報」で指定されたスイッチであると判定した場合に、「スイッチのオン/オフ情報」に基づき、スイッチ74をオン/オフ(投入又は開放)させる。つまり、スイッチ開閉部72は、スイッチ74の開閉動作を行う。
これにより、ユーザは、コントロールパネル63により、給電経路上のスイッチ74の開閉を指示できるととともに、その開閉結果をコントロールパネル63上に表示して確認することができる。
図10は、直流給電システムにおける電力供給処理の手順を示すフローチャートである。この図10では、直流電源装置3が停電状態になり、かつ蓄電装置7から電力の供給ができなくなった状態からの処理を示す。
続いて、コントロールパネル63は、検出した操作に応じたスイッチ部100(より正確にはスイッチ部100内のスイッチ74)を順に投入させるようにスイッチ制御部62を制御する。例えば、スイッチ制御部62は、スイッチ部111と、スイッチ部112とを順番に投入するように、スイッチ部111とスイッチ部112とにスイッチ制御信号CNTを順に送りスイッチ部111とスイッチ部112とを順に投入させる(ステップS250)。
続いて、スイッチ制御部62は、スイッチ部100から受けた通知に応じて、コントロールパネル63にその通知に含まれたスイッチ部100の状態を表示させる。コントロールパネル63は、スイッチ部100の状態をコントロールパネル63の表示画面63a上に表示する(ステップS270)。
以上の電力供給処理により、負荷装置L11と負荷装置L12とが接続される給電範囲を設定して電力を供給することができる。
さらに異なる変形例として、電源供給装置6内のスイッチ制御部62は、それぞれのスイッチ部100の設定を最初に纏めて実施して、全ての設定が完了した後に電力を供給してもよい。
これにより、ユーザは、直流電源装置3の停電時において、直流電源装置3と蓄電装置7の双方から負荷装置に電力の供給ができず、太陽光発電装置4から電力を供給する場合に、コントロールパネル63上でスイッチ部111からスイッチ部116の開閉を指示することにより、太陽光発電装置4から電力を供給できる負荷装置を選択できる。また、太陽光発電装置4の電力の給電能力に応じて、電力を供給する負荷装置の範囲を、順次に拡大して行くことができる。
図11は、直流給電システム1Aの概略構成を示す構成図である。この図11に示す直流給電システム1Aは、図3に示す直流給電システム1と比較すると、図3に示す蓄電装置7とパワーコンディショナ(PCS)8とスイッチ部102とを省略した点だけが異なり、他の構成は、図3に示す直流給電システム1と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
すなわち、電源供給装置6は内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。また、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
このように、本実施形態の直流給電システム1では、パワーコンディショナ5が起動した後に、電源供給装置6は、スイッチ部100にスイッチ制御信号CNTを送信し、スイッチ部100の開閉状態を制御することにより、太陽光発電装置4から負荷装置L11からL16に対して電力を供給する給電経路の範囲を設定する。
これにより、直流給電システム1では、太陽光発電装置4のパワーコンディショナ5を起動した後に、所望の負荷装置を選択して電力を供給することができる。つまり、直流電源装置3の停電時において、太陽光発電装置4から負荷装置L11からL16に電力を供給する場合、太陽光発電装置4の電力の供給能力に応じて、電力を供給する負荷装置を選択することができる。例えば、直流電源装置3の停電時において、照明装置等を選択して電力を供給することができる。
また、図8に示したコントロールパネル63を用いてスイッチ部100の開閉を行う例は、一例を示したものであって、給電経路上のスイッチ部100を指定して開閉を行う他の制御方法を用いて行ってもよい。
2B・・・補助接点、2C・・・変圧器、2D・・・保護継電器、
3・・・直流電源装置(REC)、
4・・・太陽光発電装置(PV)、5,8・・・パワーコンディショナ(PCS)、
6・・・電源供給装置、7・・・蓄電装置(BATT)、
11・・・分電盤(PDF)、51・・・発電量制御部、52・・・系統連系制御部、
53・・・DC/DCコンバータ、61・・・PCS起動部、
61A・・・母線電圧検出部、
62・・・スイッチ制御部、63・・・コントロールパネル(設定入力部)、
63a・・・単線結線図の表示画面、63b・・・スイッチ選択ボタン、
63c・・・投入ボタン、63d・・・開放ボタン、
64・・・蓄電池、71・・・スイッチ制御信号受信部、72・・・スイッチ開閉部、
73・・・開閉結果通知部、スイッチ74、電源部75、
100、101〜116・・・スイッチ部、
L11〜L16・・・負荷装置、Aux・・・接点信号、
P11,P21〜P28,N11,N21〜N28・・・給電経路
Claims (8)
- 直流電圧を出力する直流電源装置の給電経路に接続された負荷装置に前記直流電源装置から前記給電経路を介して電力を供給するとともに、太陽光発電装置がパワーコンディショナを介して前記給電経路に接続され、該太陽光発電装置から前記給電経路に電力を供給する直流給電システムであって、
出力を停止した停止状態の前記パワーコンディショナに当該パワーコンディショナから電力を出力させることを可能にする動作電圧を供給する電源供給装置
を備え、
前記電源供給装置は、
前記パワーコンディショナが前記停止状態になり、前記パワーコンディショナから電力を出力させることを可能にする動作電圧が前記直流電源装置から当該パワーコンディショナに供給されない場合に、当該パワーコンディショナに動作電圧を供給して該パワーコンディショナを起動させる
ことを特徴とする直流給電システム。 - 前記給電経路において、前記太陽光発電装置からの電力を供給する給電範囲と前記電力を供給しない非給電範囲とを分割する箇所に配置されるスイッチ部
を備え、
前記電源供給装置は、
前記スイッチ部に対してスイッチ制御信号を送信し、該スイッチ制御信号により前記スイッチ部の開閉状態を制御することにより、前記給電経路における給電範囲を設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の直流給電システム。 - 前記電源供給装置は、
前記動作電圧がパワーコンディショナに供給されない場合に、前記太陽光発電装置のパワーコンディショナに動作電圧を供給して該パワーコンディショナを起動させるパワーコンディショナ起動部と、
前記スイッチ部に対してスイッチ制御信号を送信し、該スイッチ制御信号により前記スイッチ部の開閉状態を制御するスイッチ制御部と、
前記スイッチ部の開閉状態を設定する設定入力部と、
を備え、
前記スイッチ制御部は、
前記設定入力部において設定された前記スイッチ部の開閉状態の設定情報に基づいて、前記スイッチ部の開閉状態を制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の直流給電システム。 - 前記スイッチ部は、
前記電源供給装置から前記スイッチ制御信号を受信するスイッチ制御信号受信部と、
前記スイッチ制御信号受信部により受信したスイッチ制御信号に基づき、スイッチの開閉を行うスイッチ開閉部と、
を備えることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の直流給電システム。 - 前記スイッチ部は、
前記給電経路を接続及び遮断するための半導体スイッチング素子で構成される
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の直流給電システム。 - 直流電圧を出力する直流電源装置の給電経路に接続された負荷装置に前記直流電源装置から前記給電経路を介して電力を供給するとともに、太陽光発電装置がパワーコンディショナを介して前記給電経路に接続され、該太陽光発電装置から前記給電経路に電力を供給する直流給電システムにおける電源供給装置であって、
出力を停止した停止状態の前記パワーコンディショナに当該パワーコンディショナから電力を出力させることを可能にする動作電圧を供給し、前記パワーコンディショナが前記停止状態になり、前記パワーコンディショナから電力を出力させることを可能にする動作電圧が前記直流電源装置から当該パワーコンディショナに供給されない場合に、当該パワーコンディショナに動作電圧を供給して該パワーコンディショナを起動させる
ことを特徴とする電源供給装置。 - 直流電圧を出力する直流電源装置の給電経路に接続された負荷装置に前記直流電源装置から前記給電経路を介して電力を供給するとともに、太陽光発電装置がパワーコンディショナを介して前記給電経路に接続され、該太陽光発電装置から前記給電経路に電力を供給する直流給電システムにおける給電制御方法であって、
出力を停止した停止状態の前記パワーコンディショナに当該パワーコンディショナから電力を出力させることを可能にする動作電圧を供給する電源供給ステップ
を含み、
さらに、前記電源供給ステップには、前記パワーコンディショナが前記停止状態になり、前記パワーコンディショナから電力を出力させることを可能にする動作電圧が前記直流電源装置から当該パワーコンディショナに供給されない場合に、当該パワーコンディショナに動作電圧を供給して該パワーコンディショナを起動させるステップを
含むことを特徴とする直流給電システムにおける給電制御方法。 - 直流電圧を出力する直流電源装置の給電経路に接続された負荷装置に前記直流電源装置から前記給電経路を介して電力を供給するとともに、太陽光発電装置がパワーコンディショナを介して前記給電経路に接続され、該太陽光発電装置から前記給電経路に電力を供給する直流給電システムであって、
出力を停止した停止状態の前記パワーコンディショナに当該パワーコンディショナから電力を出力させることを可能にする動作電圧を供給する電源供給装置を備える直流給電システムにおける前記電源供給装置内のコンピュータに、
前記パワーコンディショナが前記停止状態になり、前記パワーコンディショナから電力を出力させることを可能にする動作電圧が前記直流電源装置から当該パワーコンディショナに供給されない場合に、当該パワーコンディショナに動作電圧を供給して該パワーコンディショナを起動させるステップを
実行させるためのプログラム。
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