JP2015192566A - 電力システム及び直流送電方法 - Google Patents

Abstract

【目的】種類の異なる複数の発電装置からの電力を用いることが可能なシステムを提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の電力システム５００は、太陽光を利用して発電する太陽電池装置とは異なる１つまたは複数の発電装置３０，３２によって発電された直流電力のうちの少なくとも１つの直流電力の電圧電流特性を、前記太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換し、変換された直流電力を送電する送電用直流・直流変換器１３２と、送電用直流・直流変換器１３２から送電された直流電力を、ＭＰＰＴ制御を実行することにより受電するＭＰＰＴ制御装置１３０と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力システム及び直流送電方法に関し、例えば、太陽電池装置と蓄電池、および燃料電池装置や風力発電、水力発電などを組み合わせて電力を需要家に供給する電力装置および直流送電方法に関する。

太陽光を利用して発電を行う太陽光発電システムでは、一般的に、複数の太陽電池モジュールが直列および並列に接続されて、大電圧および大電流となった発電された電力が、パワーコンディショナー等の直流交流変換装置に供給され、商用電力系統等に供給される。太陽光発電システムでは、複数の太陽電池モジュールが直列に接続されて太陽電池ストリングが構成される。そして、複数の太陽電池ストリングが並列に接続されて太陽電池アレイが構成される。

一方、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ： Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、固体電解質型燃料電池とも呼ばれ、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ^２−）が電解質を透過し、燃料極で水素あるいは一酸化炭素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。そのため、水素だけではなく天然ガスなどを燃料として用いることが可能である。そのため、近年、ＳＯＦＣを家庭用電力として用いることが検討されている。かかるＳＯＦＣ等の燃料電池装置としては、商用電源に連系して使用されるものか、或いは可搬型発電システムとして商用電源とは別個に使用されるものが開発されている。商用電源に連系して使用される燃料電池装置では、商用電力ラインに流れる電力量を検出して、電力量に応じて自己が発電可能な範囲で発電して商用電力ラインに電力を流す。これにより、商用電源の使用電力量を低減させるというものである（特許文献１参照）。

さらに、電力需要の少ない夜間に商用電源から双方向インバータを介して二次電池に蓄電し、電力需要が多い昼間に二次電池から双方向インバータを介して負荷側に放電することで、電力需要ピーク時の電力需要の平準化を図るという技術等も検討されている。

ここで、上述した太陽光発電システム（以下、太陽電池装置という）、ＳＯＦＣ等の燃料電池装置、二次電池装置、及びその他の発電装置は、それぞれ家庭用電力として用いることが検討されている。しかしながら、それぞれ発電される電力の規格が異なるため、それぞれに受電装置や送電装置が必要であった。例えば、太陽電池装置の受電装置としては、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御装置が挙げられるが、かかる受電装置で他の燃料電池装置、及びその他の発電装置の電力を受けることは困難であった。そのため、例えば家庭用電力として、これらの発電装置を組み合わせて用いるためには、複雑で大掛かりな構成の装置が必要になってしまうといった問題があった。

特開２００７−１７９８８６号公報

そこで、本発明の一態様は、上述した問題点の少なくとも１つを克服し、種類の異なる複数の発電装置からの電力を用いることが可能なシステムおよび送電方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の電力システムは、
太陽光を利用して発電する太陽電池装置とは異なる、１つまたは複数の発電装置と、
前記１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力のうちの少なくとも１つの直流電力の電圧電流特性を、前記太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換し、変換された直流電力を送電する送電装置と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様の電力システムは、
太陽光を利用して発電する太陽電池装置とは異なる１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力のうちの少なくとも１つの直流電力の電圧電流特性を、太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換し、変換された直流電力を送電する送電装置と、
送電装置から送電された直流電力を、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行することにより受電する受電装置と、
を備えたことを特徴とする。

また、電力システムは、太陽光を利用して発電する太陽電池装置によって発電された直流電力を、ＭＰＰＴ制御を実行することにより受電する装置機構を用いて受電し、
太陽光発電装置によって発電された直流電力を受電する装置機構が、上述した受電装置を兼ねると好適である。

また、第１の電力需要地域に配置され、上述した送電装置と上述した受電装置とを有する第１の電力制御装置と、
第１の電力需要地域とは異なる第２の電力需要地域に配置された、第１の電力制御装置と同様の送電装置と受電装置とを有する第２の電力制御装置と、
をさらに備え、
第１の電力制御装置と第２の電力制御装置とを接続し、互いに電力融通を行うと好適である。

本発明の他の態様の電力システムは、
太陽光を利用して発電する太陽電池装置と、太陽電池装置からの電力を変換し、負荷に直流または交流の電力を給電する給電装置とを具備した電力システムであって、
太陽電池装置とは異なる、１つまたは複数の発電装置と、
１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力のうちの少なくとも１つの直流電力の電圧電流特性を、太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換し、変換された直流電力を送電する送電装置と、
太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に合わせた、１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力を、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行することで受電する受電装置と、
を備えたことを特徴とする電力システム。

また、太陽電池装置により発電された直流電力を蓄える蓄電池装置をさらに備え、
給電装置は、蓄電池装置からの電力を変換し、負荷に直流または交流の電力を給電すると好適である。

本発明の一態様の直流送電方法は、
太陽光を利用して発電する太陽電池装置とは異なる、１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力のうちの少なくとも１つの直流電力の電圧電流特性を、前記太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する工程と、
最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行することにより直流電力を受電する受電装置に、変換された直流電力を送電する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、太陽電池装置、燃料電池装置、及びその他の発電装置から発電された電力をいずれもＭＰＰＴ制御装置で受電することができる。よって、種類の異なる複数の発電装置から発電された電力を利用できると共に、他の需要家へと融通することができる。

実施の形態１における電力システムの構成の一例を示す構成図である。 実施の形態１における電流電圧特性の一例を示す図である。 実施の形態１における電力電圧特性の一例を示す図である。 実施の形態１の送電装置の内部構成の一例を示す構成図である。 実施の形態１における電圧電流特性データの一例を示す図である。 実施の形態１における電力システムの制御方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１における電力融通方法の一例のフローチャート図である。 実施の形態２における電力システムの構成の一例の一部を示す構成図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における電力システムの構成の一例を示す構成図である。図１において、電力システム５００は、太陽電池装置１０ａ，１０ｂ、二次電池装置１２ａ，１２ｂ、発電機３０、燃料電池装置３２、太陽電池装置３４、送電装置４０ａ，４０ｂ，切替器５０、電力制御装置１００、太陽電池装置２０ａ，２０ｂ、二次電池装置２２ａ，２２ｂ、及び電力制御装置２００を備えている。太陽電池装置１０ａ，１０ｂ、二次電池装置１２ａ，１２ｂ、発電機３０、燃料電池装置３２、太陽電池装置３４、送電装置４０ａ，４０ｂ、切替器５０、及び電力制御装置１００は、電力需要地域Ａに位置する家屋３０１に配置されている。太陽電池装置２０ａ，２０ｂ、二次電池装置２２ａ，２２ｂ、及び電力制御装置２００は、電力需要地域Ｂに位置する家屋３０２に配置されている。

発電機３０は、例えば、風力発電機、水力発電機、及びディーゼルエンジン発電機等が好適である。あるいは電気自動車の蓄電池から供給される電力でも良い。但し、これに限るものではない。太陽電池装置とは異なる発電装置であればよい。

電力制御装置１００内には、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御装置１２０ａ，１２０ｂ、充放電器１２２ａ，１２２ｂ、受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０、送電用直流・直流変換器１３２、給電用直流・直流変換器１３４、給電用直流・交流変換器１３６、管理部１３８、及び通信制御部１４０が配置されている。ＭＰＰＴ制御装置１２０ａ，１２０ｂと受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０は同じ構成のものを用いてもよい。

電力制御装置２００内には、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御装置２２０ａ，２２０ｂ、充放電器２２２ａ，２２２ｂ、受電用ＭＰＰＴ制御装置２３０、送電用直流・直流変換器２３２、給電用直流・直流変換器２３４、給電用直流・交流変換器２３６、管理部２３８、及び通信制御部２４０が配置されている。ＭＰＰＴ制御装置２２０ａ，２２０ｂと受電用ＭＰＰＴ制御装置２３０は同じ構成のものを用いてもよい。さらに、ＭＰＰＴ制御装置１２０ａ，１２０ｂと受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０と、ＭＰＰＴ制御装置２２０ａ，２２０ｂと受電用ＭＰＰＴ制御装置２３０と、は同じ構成のものを用いてもよい。

電力需要地域Ａ側の太陽電池装置１０ａ，１０ｂは、それぞれ、太陽光を利用して発電を行う複数の太陽電池モジュールが直列および並列に接続された太陽光発電システムである。直列数および並列数は、設定される発電量によって適宜調整されればよい。太陽電池装置１０ａによって発電された電力は、ＭＰＰＴ制御装置１２０ａが、発電電力に応じてＭＰＰＴ制御を行うことによって（ＭＰＰＴ制御に沿って）受電する。同様に、太陽電池装置１０ｂによって発電された電力は、ＭＰＰＴ制御装置１２０ｂが、発電電力に応じてＭＰＰＴ制御を行うことによって受電する。

電力需要地域Ｂ側についても、同様に、太陽電池装置２０ａによって発電された電力は、ＭＰＰＴ制御装置２２０ａが、発電電力に応じてＭＰＰＴ制御を行うことによって受電する。同様に、太陽電池装置２０ｂによって発電された電力は、ＭＰＰＴ制御装置２２０ｂが、発電電力に応じてＭＰＰＴ制御を行うことによって受電する。

図２は、実施の形態１における電流電圧特性の一例を示す図である。図２の例では、太陽電池装置１０ａ，１０ｂによって発電される直流電力の電圧電流特性の一例を示す図である。縦軸に電流Ｉが示され、横軸に電圧Ｖが示される。例えば、電圧Ｖ_０，電流Ｉ_０において、最大電力Ｐ_０が発電される。

太陽光発電装置では、電流Ｉを可変にする場合、電圧Ｖは図２の特性に沿って移動する。よって、ＭＰＰＴ制御では、図２に示す電流電圧特性の曲線上を移動するように制御されることになる。太陽電池装置１０ｂに対するＭＰＰＴ制御装置１２０ｂによるＭＰＰＴ制御も同様である。

図３は、図２の電圧電流特性において発電される電力を示した図である。縦軸に電力Ｐが示され、横軸に電圧Ｖが示される。例えば、電圧Ｖ_０において、最大電力Ｐ_０が発電される。ＭＰＰＴ制御装置１２０ａによるＭＰＰＴ制御では、最大電力Ｐ_０以上の需要がある場合に、太陽電池装置１０ａで発電される電力が常に最大電力Ｐ_０に近づくように、図２の曲線に沿って電流、電圧を取り出す。電力需要が最大電力Ｐ_０よりも少ないときには、太陽電池装置から取り出す電流Ｉを減らし、発電される電力が需要電力に近づくように制御される。なお、ＭＰＰＴ制御の方法について、細かな制御方法は問わない。例えば、電圧Ｖを可変してもよいし、定期的にＶ＝０やＶ＝Ｖ’に振るような制御を行っても良い。

電力需要地域Ａ側の二次電池装置１２ａ，１２ｂは、それぞれ、太陽電池装置１０ａ，１０ｂ、発電機３０、燃料電池装置３２、及び太陽電池装置３４によって発電された電力のうち、家屋３０１内の家電機器等の負荷に必要な電力を超える余剰電力を蓄電すると共に、太陽電池装置１０ａ，１０ｂ、発電機３０、燃料電池装置３２、及び太陽電池装置３４では賄いきれない需要が生じた場合に放電する装置である。二次電池装置１２ａは、充放電器１２２ａを介して余剰電力を蓄電する。そして、二次電池装置１２ａは、充放電器１２２ａを介して蓄電力を放電する。同様に、二次電池装置１２ｂは、充放電器１２２ｂを介して余剰電力を蓄電する。そして、二次電池装置１２ｂは、充放電器１２２ｂを介して蓄電力を放電する。

電力需要地域Ｂ側においても、同様に、二次電池装置２２ａは、充放電器２２２ａを介して、それぞれ、太陽電池装置２０ａ，２０ｂによって発電された電力のうち、家屋３０２内の家電機器等の負荷に必要な電力を超える余剰電力を蓄電する。そして、二次電池装置２２ａは、充放電器２２２ａを介して、太陽電池装置２０ａ，２０ｂでは賄いきれない需要が生じた場合に蓄電力を放電する。同様に、二次電池装置２２ｂは、充放電器２２２ｂを介して余剰電力を蓄電する。そして、二次電池装置２２ｂは、充放電器２２２ｂを介して蓄電力を放電する。

電力需要地域Ａ側において、太陽電池装置１０ａで発電され、ＭＰＰＴ制御装置１２０ａで受電された直流電力、太陽電池装置１０ｂで発電され、ＭＰＰＴ制御装置１２０ｂで受電された直流電力、二次電池装置１２ａから放電され、充放電器１２２ａを介した直流電力、或いは二次電池装置１２ｂから放電され、充放電器１２２ｂを介した直流電力は、電力制御装置１００内の直流バス１０１を介して、給電用直流・直流変換器１３４或いは／及び給電用直流・交流変換器１３６に供給される。或いは送電用直流・直流変換器１３２に供給される。給電用直流・直流変換器１３４で家電等の負荷に必要な電圧の電力に変換された後に家屋３０１内の直流電源を必要とする家電等の負荷に供給される。直流・交流変換器１３６で家電等の負荷に必要な交流電圧の電力に変換された後に家屋３０１内の交流電源を必要とする家電等の負荷に供給される。

電力需要地域Ｂ側において、太陽電池装置２０ａで発電され、ＭＰＰＴ制御装置２２０ａで受電された直流電力、太陽電池装置２０ｂで発電され、ＭＰＰＴ制御装置２２０ｂで受電された直流電力、二次電池装置２２ａから放電され、充放電器２２２ａを介した直流電力、或いは二次電池装置２２ｂから放電され、充放電器２２２ｂを介した直流電力は、電力制御装置２００内の直流バス２０１を介して、給電用直流・直流変換器２３４或いは／及び給電用直流・交流変換器２３６に供給される。或いは送電用直流・直流変換器２３２に供給される。給電用直流・直流変換器２３４で家電等の負荷に必要な電圧の電力に変換された後に家屋３０２内の直流電源を必要とする家電等の負荷に供給され、消費される。給電用直流・交流変換器２３６で家電等の負荷に必要な交流電圧の電力に変換された後に家屋３０２内の交流電源を必要とする家電等の負荷に供給され、消費される。

実施の形態１では、さらに、電力制御装置１００と電力制御装置２００との間で直流電力を融通し合える構成となっている。具体的には、電力制御装置１００内の直流バス１０１を介して送電用直流・直流変換器１３２が、送電線３１０を用いて直流電力を電力制御装置２００に送電する。電力制御装置２００内では、電力制御装置１００から送電された直流電力を受電用ＭＰＰＴ制御装置２３０で受電する。受電された直流電力は、直流バス２０１を介して給電用直流・直流変換器２３４或いは／及び給電用直流・交流変換器２３６に供給される。給電用直流・直流変換器２３４で家電等の負荷に必要な電圧の電力に変換された後に家屋３０２内の直流電源を必要とする家電等の負荷に供給され、消費される。給電用直流・交流変換器２３６で家電等の負荷に必要な交流電圧の電力に変換された後に家屋３０２内の交流電源を必要とする家電等の負荷に供給され、消費される。或いは直流バスを介して充放電器２２２ａ，２２２ｂに供給され、二次電池装置２２ａ，２２ｂに蓄電される。

逆に、電力制御装置２００内の直流バス２０１を介して送電用直流・直流変換器２３２が、送電線３１０を用いて直流電力を電力制御装置１００に送電する。電力制御装置１００内では、電力制御装置２００から送電された直流電力を受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０で受電する。受電された直流電力は、直流バスを介して給電用直流・直流変換器１３４或いは／及び給電用直流・交流変換器１３６に供給される。給電用直流・直流変換器１３４で家電等の負荷に必要な電圧の電力に変換された後に家屋３０１内の直流電源を必要とする家電等の負荷に供給され、消費される。給電用直流・交流変換器１３６で家電等の負荷に必要な交流電圧の電力に変換された後に家屋３０１内の交流電源を必要とする家電等の負荷に供給され、消費される。或いは直流バスを介して充放電器１２２ａ，１２２ｂに供給され、二次電池装置１２ａ，１２ｂに蓄電される。

なお、一方の電力制御装置から他方の電力制御装置への送電中は、自分のＭＰＰＴユニットを停止することで、かかる一方の電力制御装置からの送電電力が、かかる一方の電力制御装置の受電用ＭＰＰＴ制御装置に戻らないように構成する。送電用直流・直流変換器１３２，２３２は、外部から電圧が加わっても逆流しないように構成される。

ここで、実施の形態１では、電力制御装置１００と電力制御装置２００において、外部からの直流電力の受電をいずれもＭＰＰＴ制御装置で行う。そのために、外部からの直流電力の電圧電流特性を図２で示したようなＭＰＰＴ制御装置で受電可能な太陽電池装置の電圧電流特性に合わせる。電力制御装置１００内では、送電用直流・直流変換器１３２によって、電力制御装置１００内の直流電力の電圧電流特性をＭＰＰＴ制御装置２３０で受電可能な図２で示したような太陽電池装置の電圧電流特性に変換する。電力制御装置２００内では、送電用直流・直流変換器２３２によって、電力制御装置２００内の直流電力の電圧電流特性をＭＰＰＴ制御装置１３０で受電可能な図２で示したような太陽電池装置の電圧電流特性に変換する。

また、実施の形態１では、ＭＰＰＴ制御装置１３０が、電力制御装置２００の他に、さらに、発電機３０、燃料電池装置３２、及び太陽電池装置３４からも受電する。受電するための電力を送電する相手は、切替器５０によって回路を切り替えればよい。太陽電池装置３４では、もともと、図２で示したような太陽電池装置の電圧電流特性をもった電力が出力されるのでＭＰＰＴ制御装置１３０で受電可能である。しかしながら、発電機３０、及び燃料電池装置３２といった太陽電池装置とは異なる発電装置では、出力される電力の電圧電流特性が太陽電池装置の電圧電流特性とは異なる。よって、そのままでは、ＭＰＰＴ制御装置１３０で受電することはできない。そこで、実施の形態１では、発電機３０の出力側に、太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同等の電圧電流特性に変換し、変換された直流電力を送電する送電装置４０ａを配置する。同様に、燃料電池装置３２の出力側に、太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同等の電圧電流特性に変換し、変換された直流電力を送電する送電装置４０ｂを配置する。

図４は、実施の形態１の送電装置の内部構成の一例を示す構成図である。図４において、送電用直流・直流変換器１３２（送電装置の一例）内には、電圧電流変換部６０、記憶装置６２、及び送電処理部６４が配置される。記憶装置６２には、電圧電流特性データが記憶される。同様に、送電用直流・直流変換器２３２（送電装置の一例）内には、電圧電流変換部６０、記憶装置６２、及び送電処理部６４が配置される。記憶装置６２には、電圧電流特性データが記憶される。同様に、送電装置４０ａ，４０ｂ内には、それぞれ、電圧電流変換部６０、記憶装置６２、及び送電処理部６４が配置される。電圧電流特性データは、送電する電力の大きさに応じて設定されればよい。

例えば、太陽電池装置１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，３４には、それぞれ最大出力が設定されている。そして、電圧電流特性もそれぞれのそれぞれ最大出力に応じて装置毎に存在する。同じ機種の同じ型式の太陽電池装置を用いれば、同じ電圧電流特性になるが、日射強度等の条件が異なれば、それぞれ異なる電圧電流特性の曲線になる。しかしながら、太陽電池装置１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，３４では、いずれも電圧電流特性が図２に示すように、電圧が大きくなるに従い電流が徐々に小さくなり、最大電力Ｐ_０を超えるあたりから電流の減少が大きくなるが、全体としてなだらかな曲線を描く特徴がある。ＭＰＰＴ制御装置では、図２に示すように、電圧が大きくなるに従い電流が徐々に小さくなり、最大電力Ｐ_０を超えるあたりから電流の減少が大きくなるが、全体としてなだらかな曲線を描く特徴の電圧電流特性であれば、追従することができる。

そこで、実施の形態１では、発電機３０の最大出力に応じて、図２に示すように、電圧が大きくなるに従い電流が徐々に小さくなり、最大電力Ｐ_０（例えば、１０００Ｗ）を超えるあたりから電流の減少が大きくなるが、全体としてなだらかな曲線を描く特徴をもった電圧電流特性データ（１）を予め作成しておく。そして、電圧電流特性データ（１）を送電装置４０ａ内の記憶装置６２に格納しておく。同様に、燃料電池装置３２の最大出力に応じて、図２に示すように、電圧が大きくなるに従い電流が徐々に小さくなり、最大電力Ｐ_０（例えば、７００Ｗ）を超えるあたりから電流の減少が大きくなるが、全体としてなだらかな曲線を描く特徴をもった電圧電流特性データ（２）を予め作成しておく。そして、電圧電流特性データ（２）を送電装置４０ｂ内の記憶装置６２に格納しておく。

送電装置４０ａ、４０ｂ内の記憶装置６２に格納する電圧電流特性データは、例えば図２のような曲線である。その電圧電流特性データは、受電用ＭＰＰＴ１３０、２３０の入力定格より決定する。受電用ＭＰＰＴ１３０、２３０の入力定格には最大入力電圧Ｖ_ｍａｘと最大入力電流Ｉ_ｍａｘ、および、最大入力電力Ｐ_ｍａｘの３つの要素がある。図２の曲線において、電流Ｉ＝０時の電圧がＶ_ｏｃ、電圧Ｖ＝０の時の電流がＩ_ｓｃの場合、Ｖ_ｏｃ≦Ｖ_ｍａｘ、Ｉ_ｓｃ≦Ｉ_ｍａｘである必要がある。また、送電する最大電力Ｐ_０は、Ｐ_０≦Ｐ_ｍａｘである必要がある。送電する最大電力Ｐ_０の時の電圧をＶ_０、電流をＩ_０とすると、Ｐ_０＝Ｖ_０×Ｉ_０である。この時、Ｖ_０＜Ｖ_ｍａｘ、Ｉ_０＜Ｉ_ｍａｘであり、且つ、Ｐ_０≦Ｐ_ｍａｘとなる点を任意に決定する。そして、点Ｐ_０が図２のような曲線上に存在し、その曲線に沿って電圧と電流が変化したときの電力が図３のように最大点を持ち、且つ、その最大点がＰ_０となる曲線を決定すればよい。そして、作成された電圧電流特性データを記憶装置６２に格納すれば良い。このように決定した図２のような曲線について、例えば電流Ｉの方向に曲線を等比変形することにより、送電する電力Ｐ_０の大きさを任意に変化させた曲線を得ることが出来る。

図５は、実施の形態１における電圧電流特性データの一例を示す図である。図５では、送電用直流・直流変換器１３２，２３２内の記憶装置６２に格納される電圧電流特性データの一例を示す。送電用直流・直流変換器１３２，２３２では、電力制御装置２００，１００に送電する電力の複数の最大電力を予め設定しておく。図５に示すように、例えば、３つの最大電力Ｐ_０，Ｐ’_０，Ｐ”_０を設定しておく。例えば、１５００Ｗ、１０００Ｗ、５００Ｗに設定しておく。それぞれの最大電力に応じて、図５に示すように、電圧が大きくなるに従い電流が徐々に小さくなり、最大電力を超えるあたりから電流の減少が大きくなるが、全体としてなだらかな曲線を描く特徴の電圧電流特性データ（３）（４）（５）を設定しておく。言い換えれば、電力制御装置１００，２００間では、設定された複数の最大電力のうちその時に受電する側が希望する１つの最大電力の電力を送電する。但し、これに限るものではない。少なくとも１つの電圧電流特性データを設定しておけばよい。電力融通の処理の仕方については後述する。

図６は、実施の形態１における電力システムの制御方法の要部工程を示すフローチャート図である。図６において、実施の形態１における電力システムの制御方法は、発電工程（Ｓ１０２）と、電圧電流変換工程（Ｓ１０４）と、送電工程（Ｓ１０６）と、受電工程（Ｓ１０８）という一例の工程を実施する。

ここでは、発電機３０、或いは燃料電池装置３２で発電された電力を電力制御装置１００で受電するまでの各工程について説明する。まず、発電機３０、燃料電池装置３２、及び太陽電池装置３４のうち、発電に用いる装置を選択し、選択された装置の伝送経路を切替器５０によって受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に接続する。

発電工程（Ｓ１０２）として、発電機３０の伝送経路が受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に接続される場合、発電機３０は、電力需要に応じて自己の最大電力の範囲内で発電を行う。或いは、燃料電池装置３２の伝送経路が受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に接続される場合、燃料電池装置３２は、電力需要に応じて自己の最大電力の範囲内で発電を行う。或いは、太陽電池装置３４の伝送経路が受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に接続される場合、太陽電池装置３４は、電力需要に応じて自己の最大電力の範囲内で発電を行う。ここで、各発電装置は、自己の最大電力で発電する方が、より発電効率が高い。よって、できるだけ自己の最大電力で発電するように制御することが望ましい。

電圧電流変換工程（Ｓ１０４）として、発電機３０の伝送経路が受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に接続に接続される場合、送電装置４０ａ内の電圧電流変換部６０は、発電機３０によって発電された直流電力を入力し、直流電力の電圧電流特性を、太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する。その際、電圧電流変換部６０は、送電装置４０ａ内の記憶装置６２に格納された電圧電流特性データを読み出し、かかる電圧電流特性データが示す曲線に沿って直流電力に応じた電圧と電流に変換する。

或いは、燃料電池装置３２の伝送経路が受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に接続に接続される場合、送電装置４０ｂ内の電圧電流変換部６０は、発電機３０によって発電された直流電力を入力し、直流電力の電圧電流特性を、太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する。その際、電圧電流変換部６０は、送電装置４０ｂ内の記憶装置６２に格納された電圧電流特性データを読み出し、かかる電圧電流特性データが示す曲線に沿って直流電力に応じた電圧と電流に変換する。

太陽電池装置３４の伝送経路が受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に接続に接続される場合、電圧電流変換工程（Ｓ１０４）は省略される。

送電工程（Ｓ１０６）として、発電機３０の伝送経路が受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に接続に接続される場合、送電装置４０ａ内の送電処理部６４は、変換された電圧と電流をもった電力を受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に送電する。

或いは、燃料電池装置３２の伝送経路が受電用のＭＰＰＴ制御装置１３０に接続に接続される場合、送電装置４０ｂ内の送電処理部６４は、変換された電圧と電流をもった電力を受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に送電する。

或いは、太陽電池装置３４の伝送経路が受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に接続に接続される場合、太陽電池装置３４によって発電された直流電力が受電用ＭＰＰＴ制御装置１３０に送電される。

受電工程（Ｓ１０８）として、受電用のＭＰＰＴ制御装置１３０（制御装置）は、太陽電池装置によって発電された直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に合わせた、発電機３０、燃料電池装置３２、及び太陽電池装置３４といった複数の発電装置によって発電された直流電力の１つを、ＭＰＰＴ制御を実行することによって受電する。すなわち、ＭＰＰＴ制御装置１３０は、太陽電池装置用であって、他の発電装置にも兼用できる。受電された直流電力は直流バス１０１に出力される。

図６のフローチャートは、電力制御装置１００，２００間での電力融通についても当てはまる。まず、電力制御装置１００から電力制御装置２００に電力を送電する場合について説明する。

まず、発電工程（Ｓ１０２）として、太陽電池装置１０ａ，１０ｂ、発電機３０、燃料電池装置３２、或いは太陽電池装置３４は、電力需要に応じて自己の最大電力の範囲内で発電を行う。或いは、二次電池装置１２ａ，１２ｂは、電力需要に応じて自己の充電電力の範囲内で放電を行う。

電圧電流変換工程（Ｓ１０４）として、太陽電池装置１０ａ，１０ｂによって発電された直流電力は、ＭＰＰＴ制御装置１２０ａ，１２０ｂによって制御され、電力制御装置１００内の直流バスを介して送電用直流・直流変換器１３２に供給される。そして、送電用直流・直流変換器１３２内の電圧電流変換部６０は、直流電力の電圧電流特性を、太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する。その際、電圧電流変換部６０は、送電用直流・直流変換器１３２内の記憶装置６２に格納された複数の電圧電流特性データのうち受電側が希望する１つを読み出し、かかる電圧電流特性データが示す曲線に沿って直流電力に応じた電圧と電流に変換する。

また、発電機３０、燃料電池装置３２、或いは太陽電池装置３４によって発電された直流電力は、受電用のＭＰＰＴ制御装置１３０によって制御され、電力制御装置１００内の直流バスを介して送電用直流・直流変換器１３２に供給される。そして、送電用直流・直流変換器１３２内の電圧電流変換部６０は、直流電力の電圧電流特性を、太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する。その際、電圧電流変換部６０は、送電用直流・直流変換器１３２内の記憶装置６２に格納された複数の電圧電流特性データのうち受電側が希望する１つを読み出し、かかる電圧電流特性データが示す曲線に沿って直流電力に応じた電圧と電流に変換する。

また、二次電池装置１２ａ，１２ｂから放電された直流電力は、充放電器１２２ａ，１２２ｂによって制御され、電力制御装置１００内の直流バスを介して送電用直流・直流変換器１３２に供給される。そして、送電用直流・直流変換器１３２内の電圧電流変換部６０は、直流電力の電圧電流特性を、太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する。その際、電圧電流変換部６０は、送電用直流・直流変換器１３２内の記憶装置６２に格納された複数の電圧電流特性データのうち受電側が希望する１つを読み出し、かかる電圧電流特性データが示す曲線に沿って直流電力に応じた電圧と電流に変換する。

或いは、これらの直流電力を合わせて電力制御装置１００内の直流バスを介して送電用直流・直流変換器１３２に供給されてもよい。そして、送電用直流・直流変換器１３２内の電圧電流変換部６０は、太陽電池装置１０ａ，１０ｂと、発電機３０、燃料電池装置３２、或いは太陽電池装置３４との複数の発電装置によって発電された直流電力および二次電池装置１２ａ，１２ｂから放電された直流電力といった複数の直流電力をまとめた直流電力の電圧電流特性を、太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する。

送電工程（Ｓ１０６）として、電力需要地域Ａ（第１の電力需要地域）に配置された送電用直流・直流変換器１３２内の送電処理部６４は、変換された電圧と電流をもった電力を受電用のＭＰＰＴ制御装置２３０に送電する。

受電工程（Ｓ１０８）として、電力需要地域Ａとは異なる電力需要地域Ｂ（第２の電力需要地域）に配置された受電用のＭＰＰＴ制御装置２３０（制御装置）は、太陽電池装置によって発電された直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に合わせた、太陽電池装置１０ａ，１０ｂ、発電機３０、燃料電池装置３２、及び太陽電池装置３４といった複数の発電装置によって発電された直流電力と二次電池装置１２ａ，１２ｂから放電された直流電力との１つ、或いは２以上が合成された直流電力を、電力需要地域Ｂの電力需要に応じてＭＰＰＴ制御を実行することによって受電する。受電された直流電力は直流バス２０１に出力される。

次に、電力制御装置２００から電力制御装置１００に電力を送電する場合について説明する。かかる場合には、切替器５０の接続を送電用直流・直流変換器２３２と受電用のＭＰＰＴ制御装置１３０とが繋がるように切り替える。

まず、発電工程（Ｓ１０２）として、太陽電池装置２０ａ，２０ｂは、電力需要に応じて自己の最大電力の範囲内で発電を行う。或いは、二次電池装置２２ａ，２２ｂは、電力需要に応じて自己の充電電力の範囲内で放電を行う。

電圧電流変換工程（Ｓ１０４）として、太陽電池装置２０ａ，２０ｂによって発電された直流電力は、ＭＰＰＴ制御装置２２０ａ，２２０ｂによって制御され、電力制御装置２００内の直流バスを介して送電用直流・直流変換器２３２に供給される。そして、送電用直流・直流変換器２３２内の電圧電流変換部６０は、直流電力の電圧電流特性を、太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する。その際、電圧電流変換部６０は、送電用直流・直流変換器２３２内の記憶装置６２に格納された複数の電圧電流特性データのうち受電側が希望する１つを読み出し、かかる電圧電流特性データが示す曲線に沿って直流電力に応じた電圧と電流に変換する。

また、二次電池装置２２ａ，２２ｂから放電された直流電力は、充放電器２２２ａ，２２２ｂによって制御され、電力制御装置２００内の直流バスを介して送電用直流・直流変換器２３２に供給される。そして、送電用直流・直流変換器２３２内の電圧電流変換部６０は、直流電力の電圧電流特性を、太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する。その際、電圧電流変換部６０は、送電用直流・直流変換器２３２内の記憶装置６２に格納された複数の電圧電流特性データのうち受電側が希望する１つを読み出し、かかる電圧電流特性データが示す曲線に沿って直流電力に応じた電圧と電流に変換する。

或いは、これらの直流電力を合わせて電力制御装置２００内の直流バスを介して送電用直流・直流変換器２３２に供給されてもよい。そして、送電用直流・直流変換器２３２内の電圧電流変換部６０は、太陽電池装置２０ａ，２０ｂとの複数の発電装置によって発電された直流電力および二次電池装置２２ａ，２２ｂから放電された直流電力といった複数の直流電力をまとめた直流電力の電圧電流特性を、太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する。

送電工程（Ｓ１０６）として、電力需要地域Ｂ（第２の電力需要地域）に配置された送電用直流・直流変換器２３２内の送電処理部６４は、変換された電圧と電流をもった電力を受電用のＭＰＰＴ制御装置１３０に送電する。

受電工程（Ｓ１０８）として、電力需要地域Ｂとは異なる電力需要地域Ａ（第１の電力需要地域）に配置された受電用のＭＰＰＴ制御装置１３０（制御装置）は、送電用直流・直流変換器２３２から送電された直流電力を、電力需要地域Ａの電力需要に応じてＭＰＰＴ制御を実行することによって受電する。受電された直流電力は直流バス１０１に出力される。

図７は、実施の形態１における電力融通方法の一例のフローチャート図である。図７では、例えば、電力制御装置１００から電力制御装置２００に電力を送電する場合について示している。電力制御装置２００から電力制御装置１００に電力を送電する場合、図７の矢印の向きがそれぞれ逆になればよい。

まず、管理部２３８は、通信制御部２４０を介して、電力制御装置１００に対して、電力供給を要求する。その際、設定されている複数の最大電力Ｐ_０，Ｐ’_０，Ｐ”_０のうち、希望する最大電力を示す情報を合わせて送信する。電力制御装置１００内では、管理部１３８が、通信制御部１４０を介して、電力制御装置２００からの電力供給の要求と希望する最大電力を示す情報とを受信する。

電力制御装置１００内では、管理部１３８が、通信制御部１４０を介して、電力制御装置２００に、承認したことを示す情報を送信する。

送電用直流・直流変換器１３２内の送電処理部６４は、希望された最大電力に対応する電圧電流特性データに沿って変換された電圧と電流をもった電力を受電用のＭＰＰＴ制御装置２３０に送電する。

以上により、電力需要地域Ａ（第１の電力需要地域）に配置された電力制御装置１００から、電力需要地域Ａとは異なる電力需要地域Ｂ（第２の電力需要地域）に配置された電力制御装置２００に電力を融通できる。また、実施の形態１では、直流電力を用いるので、送電しない間は、送電用直流・直流変換器１３２と受電用のＭＰＰＴ制御装置２３０との間の送電線に電圧は印加されない。そのため、常に電圧が印加されている場合に比べて電力損失を抑制できる。

以上のように実施の形態１によれば、太陽電池装置、燃料電池装置、及びその他の発電装置から発電された電力をいずれもＭＰＰＴ制御装置で受電することができる。このように、実施の形態１では、ＭＰＰＴ制御装置１３０は、複数の発電装置によって発電された複数の直流電力のうち選択された１つを受電し、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行できる。よって、種類の異なる複数の発電装置から発電された電力を利用できると共に、他の需要家へと融通することができる。

また、実施の形態１では、燃料電池や発電機等の種々の電源の直流出力特性を太陽電池の電圧電流特性と同じにすることで、１台のＭＰＰＴユニットに複数の電源を切り替えて接続することを可能にする。また、電力システムに送電装置を追加するだけで、電力制御装置同士の電力融通を可能にする。また、ＭＰＰＴユニットの兼用により電力システムの部品が削減でき、電力システムの小型化およびコスト低減ができる。さらに、既存の太陽光発電システムにも直流で送電が可能になる。

また、実施の形態１では、交流の系統電力を用いずに、発電装置が発電する直流電力でシステムの系が閉じられているので、発電された電力は直流のまま送電および受電を行う。発電された電力は直流のまま送電および受電を行うので、交流電力に変換する際の損失を抑えることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、発電機３０、燃料電池装置３２、及び太陽電池装置３４を切替器５０で切り替えて受電したが、これに限るものではない。実施の形態２では、切替器５０を用いない構成について説明する。

図８は、実施の形態２における電力システムの構成の一例の一部を示す構成図である。図８において、発電機３０と送電装置４０ａの組み合わせ、燃料電池装置３２と送電装置４０ｂの組み合わせ、その他、風力発電機や水力発電機、電気自動車の蓄電池などの直流電源装置３６と送電装置４０ｃの組み合わせ、及び太陽電池装置１０ａが並列に、それぞれ対応するダイオード４１ａ〜４１ｄを介してＭＰＰＴ制御装置１２０ａに接続されている点、切替器５０、及び太陽電池装置３４が省略されている点、受電用のＭＰＰＴ制御装置１３０は、送電用直流・直流変換器２３２に切替器５０無で接続されている点以外は、図１と同様である。図８では、切替器５０を用いていないため、いずれかの発電装置で発電された直流電力が他の発電装置に逆流しないように、発電機３０と送電装置４０ａの組み合わせ、燃料電池装置３２と送電装置４０ｂの組み合わせ、その他の直流電源装置３６と送電装置４０ｃの組み合わせ、及び太陽電池装置１０ａの出力側には、それぞれ対応するダイオード４１ａ〜４１ｄが接続されている。図８の構成の場合、並列に配置された、発電機３０と送電装置４０ａの組み合わせ、燃料電池装置３２と送電装置４０ｂの組み合わせ、その他の直流電源装置３６と送電装置４０ｃの組み合わせ、及び太陽電池装置１０ａの切り替えは、それぞれの発電装置がもつ電源スイッチを利用すればよい。使用する発電装置だけ電源スイッチをＯＮにし、残りはＯＦＦにしておけばよい。或いは、一部又はすべての発電装置の電源スイッチをＯＮにしておいても構わない。かかる場合、負荷が１つの発電装置の最大発電量を超える場合でも並列運転により補うことができる。このように、実施の形態２では、ＭＰＰＴ制御装置１２０ａは、複数の発電装置によって発電された複数の直流電力の１つ、一部、或いは全部を、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行することによって受電できる。

また、燃料電池装置３２に使用する燃料電池として、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）が用いられると好適である。ＳＯＦＣを使用することで燃料から電力への変換効率を高めることができる。但し、これに限るものではない。その他の燃料電池を用いても構わない。例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、アルカリ電解質形燃料電池（ＡＦＣ）、直接形燃料電池（ＤＦＣ）、或いはバイオ燃料電池、等を用いてもよい。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての電力システム及び電力システムの制御方法は、本発明の範囲に包含される。

１０，２０ 太陽電池装置
１２，２２ 二次電池装置
３０ 発電機
３２ 燃料電池装置
３４ 太陽電池装置
３６ 直流電源
４０ 送電装置
４１ ダイオード
５０ 切替器
６０ 電圧電流変換部
６２ 記憶装置
６４ 送電処理部
１００，２００ 電力制御装置
１０１，２０１ ＤＣバス
１２０，２２０ ＭＰＰＴ制御装置
１２２，２２２ 充放電器
１３０，２３０ ＭＰＰＴ制御装置
１３２，２３２ 送電用直流・直流変換器
１３４，２３４ 給電用直流・直流変換器
１３６，２３６ 給電用直流・交流変換器
１３８，２３８ 管理部
１４０，２４０ 通信制御部
３０１，３０２ 家屋
３１０ 送電線
５００ 電力システム

Claims (7)

1. 太陽光を利用して発電する太陽電池装置とは異なる、１つまたは複数の発電装置と、
   前記１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力のうちの少なくとも１つの直流電力の電圧電流特性を、前記太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換し、変換された直流電力を送電する送電装置と、
   を備えたことを特徴とする電力システム。
2. 太陽光を利用して発電する太陽電池装置とは異なる１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力のうちの少なくとも１つの直流電力の電圧電流特性を、前記太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換し、変換された直流電力を送電する送電装置と、
   前記送電装置から送電された直流電力を、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行することにより受電する受電装置と、
   を備えたことを特徴とする電力システム。
3. 前記電力システムは、太陽光を利用して発電する太陽電池装置によって発電された直流電力を、ＭＰＰＴ制御を実行することにより受電する装置機構を用いて受電し、
   前記太陽光発電装置によって発電された直流電力を受電する前記装置機構が、前記受電装置を兼ねることを特徴とする請求項２記載の電力システム。
4. 第１の電力需要地域に配置され、前記送電装置と前記受電装置とを有する第１の電力制御装置と、
   前記第１の電力需要地域とは異なる第２の電力需要地域に配置された、前記第１の電力制御装置と同様の送電装置と受電装置とを有する第２の電力制御装置と、
   をさらに備え、
   前記第１の電力制御装置と前記第２の電力制御装置とを接続し、互いに電力融通を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の電力システム。
5. 太陽光を利用して発電する太陽電池装置と、前記太陽電池装置からの電力を変換し、負荷に直流または交流の電力を給電する給電装置とを具備した電力システムであって、
   前記太陽電池装置とは異なる、１つまたは複数の発電装置と、
   前記１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力のうちの少なくとも１つの直流電力の電圧電流特性を、前記太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換し、変換された直流電力を送電する送電装置と、
   前記太陽電池によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に合わせた、前記１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力を、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行することで受電する受電装置と、
   を備えたことを特徴とする電力システム。
6. 前記太陽電池装置により発電された直流電力を蓄える蓄電池装置をさらに備え、
   前記給電装置は、前記蓄電池装置からの電力を変換し、前記負荷に直流または交流の電力を給電することを特徴とする請求項５記載の電力システム。
7. 太陽光を利用して発電する太陽電池装置とは異なる１つまたは複数の発電装置によって発電された直流電力のうちの少なくとも１つの直流電力の電圧電流特性を、前記太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換する工程と、
   最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行することにより直流電力を受電する受電装置に、変換された直流電力を送電する工程と、
   を備えたことを特徴とする直流送電方法。

Images