JP2015226439A - 電力供給システム及びパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電源から負荷へ電力を供給する電力供給システムにおいて、自立運転時の電源連携を促進すること。
【解決手段】電力供給システムは、負荷に接続される電力供給ノードと、第１直流電源用の第１パワーコンディショナと、第２直流電源用の第２パワーコンディショナと、を備える。第１パワーコンディショナは、周波数シフト方式の単独運転検出機能を備えており、単独運転を検出した場合に第１直流電源を電力供給ノードから電気的に切り離す。系統連系時、第２パワーコンディショナは、電力供給ノードへ出力する交流電力の電圧周波数を、基準周波数に設定する。自立運転時、第２パワーコンディショナは、その電圧周波数を基準周波数から繰り返し増減させる単独運転検出防止処理を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電源から負荷へ電力を供給する電力供給システム、及びその電力供給を制御するパワーコンディショナに関する。

近年、住宅用の電力供給システムとして、複数の電源の連携により効率的な電力供給を図るものが普及しつつある。複数の電源としては、商用系統の他に、太陽電池、燃料電池、蓄電池といった分散電源が挙げられる。

分散電源を系統に接続するには、パワーコンディショナが必要である。例えば太陽電池用のパワーコンディショナは、太陽電池から出力される直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力を系統側に出力する。また、パワーコンディショナは、このような電力変換機能だけでなく、電力供給を制御するための様々な機能を搭載している。

パワーコンディショナに搭載される機能の１つとして、「単独運転検出機能」が知られている。系統の停電時、配電線が一時的に系統から切り離され、保守点検が行われる。しかし、分散電源のパワーコンディショナが動作したままであると、太陽電池から配電線に電力が供給されてしまう可能性がある。この状態は「単独運転」と呼ばれ、保守点検者にとって危険な状態である。そのため、パワーコンディショナは、系統側の電圧や周波数の情報に基づいて単独運転の検出処理を行い、また、単独運転を検出した場合には太陽電池を系統側から電気的に切り離す（解列する）。このような保護機能が、単独運転検出機能である。

単独運転検出機能の方式としては、様々なものが提案されている。但し、複数台のパワーコンディショナを同一の配電線に連系させる際に、それら複数台のパワーコンディショナがそれぞれ異なる方式の単独運転検出機能を備えていると、相互干渉が発生して本来の性能が得られない可能性がある。そのため、それぞれのパワーコンディショナが確実に単独運転検出を行うことを確認するための組み合わせ試験が必要となる。しかしながら、パワーコンディショナの台数が多くなると、組み合わせ試験に要する手間と時間は膨大になる。このことは、大規模システムを構築する上で障害となる。

このような背景から、近年、単独運転検出方式の標準化が進められている。具体的には、単独運転検出方式の標準仕様として、非特許文献１に記載の「ステップ注入付周波数フィードバック方式（標準形能動的単独運転検出方式）」が提案されている。ステップ注入付周波数フィードバック方式は、周波数シフト方式の一種であり、単独運転を検出するために、周波数偏差に応じた無効電力を注入することによって周波数シフトを促進する。

特許文献１は、運転モードを系統連系運転モードと自立運転モードとで切り替え可能な、太陽電池用パワーコンディショナを開示している。このパワーコンディショナは、自立運転用コンセントを備えている。系統の停電時、運転モードが自立運転モードに切り替えられると、パワーコンディショナは、開閉器を操作して系統からの切り離しを行う一方、交流電力を自立運転用コンセントに供給する。需要者は、自立運転用コンセントから電力を取得して、電気機器を動作させることができる。

特開２０１０−２５９１７０号公報

日本電機工業会規格 ＪＥＭ １４９８、「ステップ注入付周波数フィードバック方式（太陽光発電用パワーコンディショナの標準形能動的単独運転検出方式）；Ａ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｓｔｅｐ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ （Ｓｔａｎｄａｒｄ ａｃｔｉｖｅ ｉｓｌａｎｄｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｕｔｉｌｉｔｙ−ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒｓ）」、日本電機工業会、２０１２年８月２７日。

上述の通り、系統の停電時、分散電源は、パワーコンディショナの単独運転検出機能によって系統から解列する。特許文献１によれば、そのような場合であっても、自立運転モードにより、パワーコンディショナのコンセントから電力を取得することが可能である。しかしながら、近年、自立運転時にも複数の分散電源を連携させて効率的な電力供給を行うことへの期待が高まっている。

本発明の１つの目的は、複数の電源から負荷へ電力を供給する電力供給システムにおいて、自立運転時の電源連携を促進することができる技術を提供することにある。

本発明の１つの観点において、電力供給システムが提供される。その電力供給システムは、負荷に接続される電力供給ノードと、第１直流電源から出力される第１直流電力を第１交流電力に変換し、第１交流電力を電力供給ノードに出力する第１パワーコンディショナと、第２直流電源から出力される第２直流電力を第２交流電力に変換し、第２交流電力を電力供給ノードに出力する第２パワーコンディショナと、を備える。第１パワーコンディショナは、周波数シフト方式の単独運転検出機能を備えており、単独運転を検出した場合に第１直流電源を電力供給ノードから電気的に切り離す。系統連系時、第２パワーコンディショナは、第２交流電力の電圧周波数を、基準周波数に設定する。自立運転時、第２パワーコンディショナは、その電圧周波数を基準周波数から繰り返し増減させる単独運転検出防止処理を実施する。

本発明の他の観点において、直流電源に接続されるパワーコンディショナが提供される。そのパワーコンディショナは、負荷に接続される電力供給ノードと、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電力供給ノードに出力する電力変換装置と、電力変換装置の動作を制御する制御装置と、を備える。電力供給ノードには、周波数シフト方式の単独運転検出機能を備えた他のパワーコンディショナも接続される。系統連系時、制御装置は、交流電力の電圧周波数を、基準周波数に設定する。自立運転時、制御装置は、その電圧周波数を基準周波数から繰り返し増減させる単独運転検出防止処理を実施する。

本発明によれば、複数の電源から宅内負荷へ電力を供給する電力供給システムにおいて、自立運転時の電源連携を促進することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムの構成を概略的に示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムのＰＶ−ＰＣＳの構成例を示すブロック図である。 図３は、周波数シフト方式の単独運転検出機能を説明するための概念図である。 図４は、ステップ注入付周波数フィードバック方式の単独運転検出機能を説明するためのブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムのＥＶ−ＰＣＳの構成例を示すブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムのＥＶ−ＰＣＳによる自立運転時の単独運転検出防止処理の一例を示すタイミングチャートである。 図７は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムのＥＶ−ＰＣＳによる自立運転時の単独運転検出防止処理に関する構成例を示すブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システム１０の構成を概略的に示すブロック図である。電力供給システム１０は、例えば住宅に設置され、電気機器等の負荷１９に対して電力を供給する。特に、本実施の形態に係る電力供給システム１０は、複数の電源を備え、それら複数の電源の連携によって効率的な電力供給を実現する。

図１に示される例において、複数の電源は、系統１、太陽電池１００、及び蓄電池２００を含んでいる。系統１は、商用の電力系統である。太陽電池１００は、太陽光発電により直流電力を生成する直流電源である。蓄電池２００は、例えば、電気自動車２０１に搭載された蓄電池である。但し、蓄電池２００は、定置型の蓄電池であってもよい。太陽電池１００や蓄電池２００は、分散電源と呼ばれる場合もある。

電力供給システム１０は、更に、電力供給ノードＮＰ、解列スイッチ５、ＰＶ−ＰＣＳ１１０、及びＥＶ−ＰＣＳ２１０を備えている。

電力供給ノードＮＰは、負荷１９に接続されている。負荷１９に対しては、この電力供給ノードＮＰを通して複数の電源から電力が供給される。

解列スイッチ５は、系統１の停電時に電力供給ノードＮＰを系統１から切り離す（解列する）ために設けられている。そのために、解列スイッチ５は、系統１と電力供給ノードＮＰとの間に接続されている。系統１の停電時、解列スイッチ５をＯＦＦすることによって、系統１と電力供給ノードＮＰとの間の電気的接続を切断することができる。このような解列スイッチ５としては、電磁開閉器が例示される。

ＰＶ−ＰＣＳ１１０は、太陽電池１００（第１直流電源）用のパワーコンディショナ（第１パワーコンディショナ）である。より詳細には、ＰＶ−ＰＣＳ１１０は、太陽電池１００と電力供給ノードＮＰとの間に接続されている。ＰＶ−ＰＣＳ１１０は、太陽電池１００から出力される直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力を電力供給ノードＮＰに出力する。

更に、ＰＶ−ＰＣＳ１１０は、単独運転検出機能１２０を備えている。すなわち、ＰＶ−ＰＣＳ１１０は、系統１側の電力供給ノードＮＰの電圧や周波数の情報に基づいて単独運転の検出処理を行う。そして、単独運転を検出した場合、ＰＶ−ＰＣＳ１１０は、太陽電池１００を電力供給ノードＮＰから電気的に切り離す（解列する）。

単独運転検出機能１２０の方式は、能動的方式の１つである「周波数シフト方式」である。更に、複数台のパワーコンディショナの連携の観点から言えば、周波数シフト方式の中でも、非特許文献１に記載の「ステップ注入付周波数フィードバック方式（標準形能動的単独運転検出方式）」が好適である。これらの方式の場合、ＰＶ−ＰＣＳ１１０の単独運転検出機能１２０は、電力供給ノードＮＰの電圧周波数が一方向にシフトしていくこと（以下、「一方向周波数シフト」と呼ばれる）に基づいて、単独運転を検出する。尚、周波数シフト方式やステップ注入付周波数フィードバック方式の概要については後述される。

ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、蓄電池２００（第２直流電源）用のパワーコンディショナ（第２パワーコンディショナ）であり、蓄電池２００に対する充放電を制御する。より詳細には、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、蓄電池２００と電力供給ノードＮＰとの間に接続されている。ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、電力供給ノードＮＰに入力された交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を蓄電池２００に充電する。また、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、蓄電池２００から放電される直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力を電力供給ノードＮＰに出力する。

本実施の形態によれば、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、系統１の停電を検出すると、自立運転モードに移行する。そして、自立運転モードにおいて、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、上記のＰＶ−ＰＣＳ１１０の単独運転検出機能１２０による単独運転検出を妨げるような処理を行う。このような単独運転検出を妨げるような処理は、以下「単独運転検出防止処理」と呼ばれる場合がある。図１に示されるように、本実施の形態に係るＥＶ−ＰＣＳ２１０は、単独運転検出防止機能２２０を搭載しており、自立運転時、その単独運転検出防止機能２２０が単独運転検出防止処理を実施する。

より詳細には、系統１が停電していない系統連系時、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、電力供給ノードＮＰに出力する交流電力の電圧周波数を、系統１の電圧周波数に応じた基準周波数に設定する。一方、自立運転時、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、電力供給ノードＮＰに出力する交流電力の電圧周波数を、当該基準周波数から繰り返し増減させる。これが、単独運転検出防止処理である。

すなわち、系統１の停電時、解列スイッチ５がＯＦＦすることにより、電力供給ノードＮＰは系統１から電気的に切り離される。更に、電力供給ノードＮＰの電圧周波数は、ＥＶ−ＰＣＳ２１０の単独運転検出防止機能２２０によって、時間的に基準周波数から増加したり減少したりする。これは、電力供給ノードＮＰの電圧周波数が一方向にシフトしていく一方向周波数シフトが発生しないことを意味する。従って、一方向周波数シフトに基づいて単独運転を検出するＰＶ−ＰＣＳ１１０の単独運転検出機能１２０は、単独運転を検出しない。

尚、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、解列スイッチ５のＯＦＦタイミングと同時かその前に、単独運転検出防止処理を開始することが好適である。これにより、ＰＶ−ＰＣＳ１１０における単独運転検出を確実に防止することが可能となる。

以上に説明されたように、本実施の形態によれば、系統１の停電時に、ＰＶ−ＰＣＳ１１０における単独運転検出が自動的に防止される。すなわち、太陽電池１００の解列が防止される。従って、自立運転時に、太陽電池１００によって得られる電力も用いて、負荷１９に対する電力供給を行うことが可能となる。言い換えれば、自立運転時、単独運転検出機能１２０によって制限を受けることなく、分散電源を有効に活用することが可能となる。このことは、自立運転時の分散電源の連携を促進する観点から好適である。

尚、図１で示された例では、分散電源として太陽電池１００と蓄電池２００の組み合わせが例示されたが、本発明はそれに限定されない。複数の分散電源のそれぞれに対して複数のパワーコンディショナが設けられており、且つ、複数のパワーコンディショナのうち第１パワーコンディショナが単独運転検出機能１２０を備えている場合に、複数のパワーコンディショナのうち第２パワーコンディショナが単独運転検出防止機能２２０を備えていればよい。これにより、自立運転時に、分散電源の連携を促進することが可能となる。

以下、図１で示された各構成をより詳しく説明する。

＜ＰＶ−ＰＣＳ１１０及び単独運転検出機能１２０＞
図２は、本実施の形態に係るＰＶ−ＰＣＳ１１０の構成例を示すブロック図である。ＰＶ−ＰＣＳ１１０は、インバータ１１１、開閉器１１２、計測回路１１３、及び制御装置１１４を備えている。

インバータ１１１は、太陽電池１００から出力される直流電力を交流電力に変換して、交流電力を出力する。開閉器１１２は、インバータ１１１の出力端子と電力供給ノードＮＰとの間に接続されており、インバータ１１１の出力端子と電力供給ノードＮＰとの間の電気的接続をＯＮ／ＯＦＦする。計測回路１１３は、電力供給ノードＮＰの電圧やその周波数を計測し、計測した電圧や周波数に関する情報を制御装置１１４に出力する。制御装置１１４は、計測回路１１３から受け取る情報に基づいて、インバータ１１１の動作を適宜制御することによって、インバータ１１１からの出力を調整する。

更に、制御装置１１４は、単独運転検出機能１２０を備えている。単独運転検出機能１２０は、計測回路１１３から受け取る情報に基づいて、単独運転の検出処理を行う。単独運転を検出した場合、単独運転検出機能１２０は、開閉器１１２をＯＦＦ状態（開状態）に制御することによって、インバータ１１１や太陽電池１００を電力供給ノードＮＰから電気的に切り離す。また、単独運転検出機能１２０は、インバータ１１１の動作を停止させてもよい。

単独運転検出機能１２０の方式は、例えば能動的方式の１つである「周波数シフト方式」である。図３を参照して、周波数シフト方式の概要を説明する。

図３において、系統周波数ｆｇは、系統１側の電力供給ノードＮＰの電圧周波数を表す。系統周波数ｆｇは、計測回路１１３によって得られる情報から算出可能である。一方、出力周波数ｆｏｕｔは、インバータ１１１の出力電圧の周波数を表す。出力周波数ｆｏｕｔは、制御装置１１４によって制御される。

制御装置１１４の単独運転検出機能１２０は、系統周波数ｆｇに対して出力周波数ｆｏｕｔをシフトさせる。具体的には、単独運転検出機能１２０は、出力周波数ｆｏｕｔを、“ｆｇ＋０．１Ｈｚ”と“ｆｇ−０．１Ｈｚ”との間で周期的に切り替える。

例えば時刻ｔ１において、出力周波数ｆｏｕｔは“ｆｇ＋０．１Ｈｚ”に切り替えられる。系統１が停電していない場合、出力周波数ｆｏｕｔがシフトしても、系統周波数ｆｇは大きく変動しない。所定のサイクル内に系統周波数ｆｇが変動しない場合、単独運転検出機能１２０は、系統周波数ｆｇに対する出力周波数ｆｏｕｔのシフト方向を逆転させる。つまり、時刻ｔ２において、出力周波数ｆｏｕｔは“ｆｇ−０．１Ｈｚ”に切り替えらえる。やはり系統周波数ｆｇは変動しないため、所定のサイクル後の時刻ｔ３において、出力周波数ｆｏｕｔは“ｆｇ＋０．１Ｈｚ”に切り替えられる。

時刻ｔ３の後、系統１が停電し、単独運転が開始したとする。この場合、出力周波数ｆｏｕｔのシフトに追随して、系統周波数ｆｇもシフトする。系統周波数ｆｇのシフトの結果、出力周波数ｆｏｕｔは更にシフトする。

時刻ｔ３から所定サイクル後の時刻ｔ４において、単独運転検出機能１２０は、周波数変化の傾きが閾値を超えていることを検出する。つまり、単独運転検出機能１２０は、所定のサイクル内に系統周波数ｆｇが変動したことを検出する。この場合、単独運転検出機能１２０は、系統周波数ｆｇに対する出力周波数ｆｏｕｔのシフト方向を、逆転させず、固定する。つまり、出力周波数ｆｏｕｔは、“ｆｇ＋０．１Ｈｚ”のまま維持される。

その後、系統周波数ｆｇは、一方向へシフトして行く。このような系統周波数ｆｇの一方向シフトが所定の期間継続した場合、単独運転検出機能１２０は、単独運転が発生したと判断する（時刻ｔ５）。このように、周波数シフト方式の場合、単独運転検出機能１２０は、電圧周波数が一方向にシフトしていく一方向周波数シフトに基づいて、単独運転を検出する。

次に、図４を参照して、周波数シフト方式の一種である「ステップ注入付周波数フィードバック方式（非特許文献１参照）」を説明する。ステップ注入付周波数フィードバック方式の単独運転検出機能１２０は、系統周波数計測部１２１、周波数フィードバック部１２２、無効電力ステップ注入部１２３、電流制御処理部１２４、及び単独運転検出部１２５を備えている。尚、これら機能ブロックは、制御装置１１４がソフトウェアを実行することにより実現される。

系統周波数計測部１２１は、計測回路１１３から送られてくる情報に基づき、系統周波数ｆｇの計測処理を行う。

単独運転検出部１２５は、系統周波数ｆｇの振る舞い（一方向周波数シフト）に基づいて、単独運転を検出する。

電流制御処理部１２４は、系統周波数ｆｇを基準にして、インバータ１１１の出力電流の位相を制御する。

ここで、系統１の停電により、系統周波数ｆｇが変動した場合を考える。その変動量は、以下「周波数偏差」と呼ばれる。単独運転状態では、次のような手法により、その周波数偏差を拡大させることができる。すなわち、周波数偏差が正の場合、無効電力を注入し、インバータ１１１の出力電流の位相を進める制御を行うと、周波数偏差が正方向に更に拡大する。また、周波数偏差が負の場合、無効電力を注入し、インバータ１１１の出力電流の位相を遅らせる制御を行うと、周波数偏差が負方向に更に拡大する。このようにして周波数偏差を拡大させることにより、単独運転検出部１２５が単独運転を検出することが可能となる。

このような周波数偏差の拡大のための無効電力の注入量を決定するのが、周波数フィードバック部１２２（無効電力注入部）である。より詳細には、周波数フィードバック部１２２は、系統周波数ｆｇの移動平均を算出することにより、周波数偏差を算出する。そして、周波数フィードバック部１２２は、算出した周波数偏差に応じて、注入する無効電力を演算する。周波数フィードバック部１２２は、注入する無効電力を周波数偏差に応じて演算し、一方向周波数シフトを促進する機能を提供していると言える。

尚、ＰＶ−ＰＣＳ１１０の出力と負荷１９とがバランスしている場合、系統１と負荷１９との間で電流は流れない。このとき、系統１が停電し、単独運転状態となっても、系統周波数ｆｇは変動せず、周波数偏差が生じない。このような場合は、無効電力をステップ状に注入することによって、系統周波数ｆｇの変動を強制的に発生させることができる。

このような無効電力のステップ注入の制御を行うのが、無効電力ステップ注入部１２３（周波数変化助長機能）である。単独運転時には、系統周波数ｆｇ以外にも、高調波電圧等の変化が発生する。そこで、無効電力ステップ注入部１２３は、計測回路１１３から送られてくる情報に基づき、高調波電圧等の変化を検出する。高調波電圧等の変化を検出すると、無効電力ステップ注入部１２３は、系統周波数ｆｇを急変させるために、無効電力をステップ状に注入する制御を行う。系統周波数ｆｇの変動が一旦発生すれば、上述の周波数フィードバック部１２２によって周波数偏差は拡大する。その結果、単独運転を検出することが可能となる。

＜ＥＶ−ＰＣＳ２１０及び単独運転検出防止機能２２０＞
図５は、本実施の形態に係るＥＶ−ＰＣＳ２１０の構成例を示すブロック図である。ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、双方向電力変換装置２１１及び制御装置２１２を備えている。

双方向電力変換装置２１１は、制御装置２１２からの指示に従い、蓄電池２００に対する充放電を制御する。より詳細には、双方向電力変換装置２１１は、電力供給ノードＮＰと蓄電池２００との間に接続されている。双方向電力変換装置２１１は、電力供給ノードＮＰに入力された交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を蓄電池２００に充電する。また、双方向電力変換装置２１１は、蓄電池２００から放電される直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力を電力供給ノードＮＰに出力する。

制御装置２１２は、双方向電力変換装置２１１の動作を制御する。例えば、制御装置２１２は、双方向電力変換装置２１１に指示して、電力供給ノードＮＰに出力する交流電力の電圧周波数を制御する。また、制御装置２１２は、自立運転時に単独運転検出防止処理を実施する単独運転検出防止機能２２０を備えている。

図６を参照して、単独運転検出防止処理の一例を説明する。図６に示される例において、基準周波数は、系統１の電圧周波数に応じた５０Ｈｚであり、基準周期Ｔｒｅｆは、その逆数である２０ｍｓである。系統連系時、制御装置２１２は、電力供給ノードＮＰに出力される出力電圧の周期を、この基準周期Ｔｒｅｆに設定する。尚、ここでは「周波数」の代わりに「周期」を用いて説明を行うが、「周期」を「周波数」に置き換えても同様である。

自立運転時、制御装置２１２の単独運転検出防止機能２２０は、電力供給ノードＮＰに出力される出力電圧の周期を、基準周期Ｔｒｅｆから繰り返し増減させる。例えば図６に示されるように、単独運転検出防止機能２２０は、出力電圧の周期を、基準周期Ｔｒｅｆより長い第１周期ＴＡ（＝２０．０５ｍｓ）と基準周期Ｔｒｅｆより短い第２周期ＴＢ（＝１９．９５ｍｓ）との間で、周期的に切り替える。言い換えれば、単独運転検出防止機能２２０は、基準周期Ｔｒｅｆに対する出力電圧周期の正負を、周期的に切り替える。図６に示される例では、１周期毎に、出力電圧周期が第１周期ＴＡと第２周期ＴＢとで切り替えられる。

図７は、図６で示された制御を実現するために制御装置２１２が備える周期指令生成部２１３の構成例を示すブロック図である。周期指令生成部２１３は、基準周期出力部２１４、変動周期出力部２１５、切り替え部２１６、及び加算器２１７を備えている。

基準周期出力部２１４は、基準周期Ｔｒｅｆを出力する。変動周期出力部２１５は、変動周期として、＋５０μｓと−５０μｓを周期的に切り替えて出力する。切り替え部２１６は、解列指令信号ＰＡＲに応じて、変動周期出力部２１５から出力される変動周期（＋５０μｓあるいは−５０μｓ）か０μｓのいずれか一方を選択して出力する。加算器２１７は、切り替え部２１６からの出力を基準周期Ｔｒｅｆに加算し、その結果を周期指令として出力する。

解列指令信号ＰＡＲは、解列スイッチ５をＯＦＦすることを指示する信号である。系統連系時、解列指令信号ＰＡＲは非活性化されている。この場合、切り替え部２１６は０μｓを選択して出力し、結果として、周期指令は基準周期Ｔｒｅｆとなる。一方、系統１の停電が検出されると、解列指令信号ＰＡＲは活性化される。解列指令信号ＰＡＲの活性化に応答して、切り替え部２１６は、変動周期出力部２１５から出力される変動周期（＋５０μｓあるいは−５０μｓ）を選択して出力する。その結果、周期指令は、第１周期ＴＡと第２周期ＴＢとの間で周期的に切り替わる。

このようにして、単独運転検出防止処理が実現される。また、解列指令信号ＰＡＲを参照することにより、解列スイッチ５のＯＦＦタイミングと同時かその前に、単独運転検出防止処理を開始することが可能である。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る電力供給システム１０の構成を示すブロック図である。この実施の形態２では、上述の実施の形態１で説明された電力供給システム１０の１つの実装例を説明する。尚、実施の形態１と重複する説明は適宜省略する。

太陽光発電部６は、太陽光発電により得られる電力を供給するユニットである。太陽光発電部６は、図２で示された太陽電池１００とＰＶ−ＰＣＳ１１０を備えている。

燃料電池発電部８は、燃料電池により得られる電力を供給するユニットである。より詳細には、燃料電池発電部８は、燃料電池とパワーコンディショナを備えている。燃料電池は、直流電力を生成、出力する直流電源である。パワーコンディショナは、燃料電池から得られる直流電力を、系統１の周波数及び電圧に応じた交流電力に変換する。燃料電池発電部８のパワーコンディショナは、ＰＶ−ＰＣＳ１１０と同様の単独運転検出機能を搭載していてもよい。

図８の例では、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、複数の電源（系統１、太陽光発電部６、燃料電池発電部８、及び蓄電池２００）と負荷１９に接続され、それら複数の電源から負荷１９への電力供給を制御する。言い換えれば、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、複数の電源の連携を制御する。

尚、図８に示される構成例において、住宅用の分電盤１８とＥＶ−ＰＣＳ２１０との関係は次の通りである。

住宅用の分電盤１８は、複数の負荷１９−１〜１９−ｋに対して電力を分配する。より詳細には、分電盤１８は、主幹ブレーカー２１と分岐ブレーカー２０−１〜２０−ｋを備えている。主幹ブレーカー２１の一次側は、電力量計２を介して系統１に接続されている。主幹ブレーカー２１の二次側は、ＥＶ−ＰＣＳ２１０を介して、分岐ブレーカー２０−１〜２０−ｋの一次側に接続されている。分岐ブレーカー２０−１〜２０−ｋのそれぞれの二次側には、複数の負荷１９−１〜１９−ｋが接続されている。

このように、本実施の形態に係るＥＶ−ＰＣＳ２１０は、分電盤１８の主幹ブレーカー２１の二次側と分岐ブレーカー２０の一次側との間に接続される。そして、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、分電盤１８の主幹ブレーカー２１を介して系統１から電力を受け取り、また、分電盤１８の分岐ブレーカー２０を介して負荷１９に対して電力を供給する。

複数の電源の連携を制御する機能を搭載したＥＶ−ＰＣＳ２１０が分電盤１８とは別の構成として用意されるため、既存の分電盤１８の構成を大きく変更する必要はない。既存の分電盤１８の主幹ブレーカー２１の二次側と分岐ブレーカー２０の一次側との間にＥＶ−ＰＣＳ２１０を接続するだけで、本実施の形態に係る電力供給システム１０を容易に構築することが可能である。また、分電盤１８とＥＶ−ＰＣＳ２１０との間の接続には２系統の配線が用いられるだけであるため、複雑な施工は不要であり、誤配線の確率も極めて低い。

以下、本実施の形態に係るＥＶ−ＰＣＳ２１０の構成をより詳細に説明する。

＜ＥＶ−ＰＣＳ２１０＞
ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、系統接続端子Ｔ１、電力供給端子Ｔ２、ＰＶ接続端子Ｔ３、ＦＣ接続端子Ｔ４、及びＥＶ接続端子Ｔ５を備えている。これら端子は、ＥＶ−ＰＣＳ２１０の筐体２１０ａに内設されている。

系統接続端子Ｔ１は、系統１に接続される。より詳細には、系統接続端子Ｔ１は、分電盤１８の主幹ブレーカー２１及び電力量計２を介して、系統１に接続される。ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、系統１から供給される電力を、系統接続端子Ｔ１を通して受け取る。

電力供給端子Ｔ２は、負荷１９に接続される。より詳細には、電力供給端子Ｔ２は、分電盤１８の分岐ブレーカー２０−１〜２０−ｋを介して、負荷１９−１〜１９−ｋのそれぞれに接続される。ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、負荷１９に供給する電力を、電力供給端子Ｔ２から出力する。

ＰＶ接続端子Ｔ３は、太陽光発電部６と接続される。ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、太陽光発電部６から供給される電力を、ＰＶ接続端子Ｔ３を通して受け取る。

ＦＣ接続端子Ｔ４は、燃料電池発電部８に接続される。ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、燃料電池発電部８から供給される電力を、ＦＣ接続端子Ｔ４を通して受け取る。

ＥＶ接続端子Ｔ５は、蓄電池２００と接続される。ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、ＥＶ接続端子Ｔ５を通して、蓄電池２００に対する充放電を行う。

更に、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、電磁開閉器５ａ，５ｂ、スイッチ７，９、漏電ブレーカー１３、系統電圧監視部１６、解列指令部１７、変流器１４，２３，２４，２５、双方向電力変換装置２１１、制御装置２１２、系統接続ノードＮ１、及び電力供給ノードＮ２，Ｎ３を備えている。これらの構成は、ＥＶ−ＰＣＳ２１０の筐体２１０ａ内に収納されている。

制御装置２１２は、ＥＶ−ＰＣＳ２１０の各構成の動作を制御する。制御装置２１２による制御の詳細は後述される。

系統接続ノードＮ１は、上述の系統接続端子Ｔ１に接続されている。電力供給ノードＮ２，Ｎ３は共に、上述の電力供給端子Ｔ２に接続されており、実施の形態１での電力供給ノードＮＰに相当する。系統１から系統接続端子Ｔ１に入力された電力は、それらノードＮ１，Ｎ２，Ｎ３を通して、電力供給端子Ｔ２から出力される。尚、電力供給ノードＮ２，Ｎ３のうち、電力供給ノードＮ２が系統接続端子Ｔ１側に配置され、電力供給ノードＮ３が電力供給端子Ｔ２側に配置されている。

電磁開閉器５ａ，５ｂは、実施の形態１での解列スイッチ５に相当する。尚、解列用に２個の電磁開閉器５ａ，５ｂを設けることは、系統連系規程による。これら電磁開閉器５ａ，５ｂは、系統接続ノードＮ１（系統接続端子Ｔ１）と電力供給ノードＮ２（電力供給端子Ｔ２）との間に直列に接続されている。電磁開閉器５ａ，５ｂは、制御装置２１２及び解列指令部１７によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、それにより、系統１からの電力供給をＯＮ／ＯＦＦする。

具体的には、通常動作時、電磁開閉器５ａ，５ｂは、ＯＮ状態（閉状態）に制御される。この場合、系統接続ノードＮ１と電力供給ノードＮ２とが電気的に接続され、系統１から電力供給ノードＮ２に電力が供給される。一方、系統１の停電時、電磁開閉器５ａ，５ｂは、ＯＦＦ状態（開状態）に制御される。この場合、系統接続ノードＮ１と電力供給ノードＮ２との間の電気的接続が切断され、系統１からの電力供給が遮断される。すなわち、電力供給システム１０が解列される。

スイッチ７は、太陽光発電部６からの電力供給をＯＮ／ＯＦＦするために設けられている。より詳細には、スイッチ７は、ＰＶ接続端子Ｔ３と電力供給ノードＮ２との間に接続されている。このスイッチ７は、制御装置２１２によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、それにより、太陽光発電部６からの電力供給をＯＮ／ＯＦＦする。尚、スイッチ７として、例えば電磁開閉器を用いることができる。

スイッチ９は、燃料電池発電部８からの電力供給をＯＮ／ＯＦＦするために設けられている。より詳細には、スイッチ９は、ＦＣ接続端子Ｔ４と電力供給ノードＮ３との間に接続されている。このスイッチ９は、制御装置２１２によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、それにより、燃料電池発電部８からの電力供給をＯＮ／ＯＦＦする。尚、スイッチ９として、例えば電磁開閉器を用いることができる。

双方向電力変換装置２１１は、制御装置２１２からの指示に従い、蓄電池２００に対する充放電を制御する。より詳細には、双方向電力変換装置２１１は、ＥＶ接続端子Ｔ５と電力供給ノードＮ３との間に接続されている。双方向電力変換装置２１１は、電力供給ノードＮ３に入力された電力を変換して、蓄電池２００に充電する。また、双方向電力変換装置２１１は、蓄電池２００から放電された電力を変換して、電力供給ノードＮ３に出力する。

漏電ブレーカー１３は、双方向電力変換装置２１１と電力供給ノードＮ３との間に設けられている。

系統電圧監視部１６は、系統１の電圧を監視するために、系統接続ノードＮ１の電圧を検出する。系統電圧監視部１６は、検出した系統接続ノードＮ１の電圧を示す信号を、制御装置２１２に出力する。制御装置２１２は、系統電圧監視部１６から受け取る信号に基づいて、系統１の停電を検出することができる。

解列指令部１７は、制御装置２１２からの指示に従い、電磁開閉器５ａ，５ｂをＯＮ／ＯＦＦ制御する。例えば、制御装置２１２は、系統１の停電を検出すると、解列指令部１７に指示し、電磁開閉器５ａ，５ｂをＯＦＦ状態（開状態）にさせる。

変流器２３は、系統接続ノードＮ１と電力供給ノードＮ２との間を流れる電流を検出する電流センサである。変流器２３は、検出した電流を示す信号を、制御装置２１２に出力する。制御装置２１２は、変流器２３から受け取る信号に基づいて、系統１からの買電電力、あるいは、太陽光発電部６による余剰発電分である売電電力を算出することができる。

変流器２４は、スイッチ７から電力供給ノードＮ２へ流れる電流を検出する電流センサである。変流器２４は、検出した電流を示す信号を、制御装置２１２に出力する。制御装置２１２は、変流器２４から受け取る信号に基づいて、太陽光発電部６による発電電力を算出することができる。

変流器２５は、スイッチ９から電力供給ノードＮ３へ流れる電流を検出する電流センサである。変流器２５は、検出した電流を示す信号を、制御装置２１２に出力する。制御装置２１２は、変流器２５から受け取る信号に基づいて、燃料電池発電部８による発電電力を算出することができる。

変流器１４は、電力供給ノードＮ２，Ｎ３間を流れる電流を検出する電流センサである。変流器１４は、検出した電流を示す信号を、制御装置２１２に出力する。制御装置２１２は、変流器１４から受け取る信号に基づいて、燃料電池発電部８や蓄電池２００から系統１への逆潮流を検出することができる。そのような逆潮流を検出した場合、制御装置２１２は、逆潮流が無くなるように、スイッチ９や双方向電力変換装置２１１を制御する。例えば、制御装置２１２は、双方向電力変換装置２１１を制御して、蓄電池２００からの放電電力を低下させる。

＜通常動作＞
次に、系統１が停電していない場合の電力供給システム１０の動作を説明する。分電盤１８において、主幹ブレーカー２１と分岐ブレーカー２０−１〜２０−ｋは全てＯＮ状態（閉状態）にある。

ＥＶ−ＰＣＳ２１０において、制御装置２１２は、解列指令部１７を通して、電磁開閉器５ａ，５ｂをＯＮ（閉状態）にする。また、制御装置２１２は、スイッチ７をＯＮする。これにより、ＥＶ−ＰＣＳ２１０は、系統１や太陽光発電部６からの電力を負荷１９−１〜１９−ｋに供給する。尚、太陽光発電部６による発電電力が負荷１９−１〜１９−ｋによる消費電力を上回った場合、その余剰電力が系統１に逆潮流する。

また、制御装置２１２は、必要に応じて、スイッチ９をＯＮし、燃料電池発電部８による発電電力を負荷１９−１〜１９−ｋに供給する。

また、制御装置２１２は、双方向電力変換装置２１１を制御し、必要に応じて、蓄電池２００に対する充放電を行う。例えば、負荷１９−１〜１９−ｋによる消費電力に対して太陽光発電部６による発電電力が不足している場合、制御装置２１２は、蓄電池２００から放電させてもよい。また、太陽光発電部６による発電電力が負荷１９−１〜１９−ｋによる消費電力を上回った場合、制御装置２１２は、その余剰電力を蓄電池２００に充電してもよい。また、電気料金の安い夜間、制御装置２１２は、系統１から供給される電力を蓄電池２００に充電してもよい。

尚、制御装置２１２は、スイッチや双方向電力変換装置２１１を適宜制御することによって、燃料電池発電部８や蓄電池２００から系統１への逆潮流を防止する。

＜自立運転動作＞
次に、系統１が停電し、ＥＶ−ＰＣＳ２１０が自立運転を行う場合を説明する。

制御装置２１２は、系統電圧監視部１６から受け取る信号に基づいて、系統１の停電を検出する。停電を検出すると、制御装置２１２は、解列指令部１７に指示し、電磁開閉器５ａ，５ｂ（解列スイッチ）をＯＦＦ状態（開状態）にさせる。これは、解列スイッチ５をＯＦＦすることに相当する。これにより、系統１と電力供給ノードＮ２，Ｎ３との間の電気的接続が切断され、系統１からの電力供給が遮断される。

更に、制御装置２１２は、上述の単独運転検出防止機能２２０により単独運転検出防止処理を実施する。このとき、制御装置２１２は、解列スイッチ５のＯＦＦタイミングと同時かその前に、単独運転検出防止処理を開始することが好適である。ＥＶ−ＰＣＳ２１０による単独運転検出防止処理の結果、太陽光発電部６や燃料電池発電部８における単独運転検出が自動的に防止される。従って、自立運転時に、単独運転検出機能によって制限を受けることなく、分散電源を有効に活用することが可能となる。このことは、自立運転時の分散電源の連携を促進する観点から好適である。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１ 系統、２ 電力量計、５ 解列スイッチ、５ａ，５ｂ 電磁開閉器、６ 太陽光発電部、７ スイッチ、８ 燃料電池発電部、９ スイッチ、１０ 電力供給システム、１３ 漏電ブレーカー、１４ 変流器、１６ 系統電圧監視部、１７ 解列指令部、１８ 分電盤、１９，１９−１〜１９−ｋ 負荷、２０，２０−１〜２０−ｋ 分岐ブレーカー、２１ 主幹ブレーカー、２３ 変流器、２４ 変流器、２５ 変流器、１００ 太陽電池、１１０ ＰＶ−ＰＣＳ、１１１ インバータ、１１２ 開閉器、１１３ 計測回路、１１４ 制御装置、１２０ 単独運転検出機能、１２１ 系統周波数計測部、１２２ 周波数フィードバック部、１２３ 無効電力ステップ注入部、１２４ 電流制御処理部、１２５ 単独運転検出部、２００ 蓄電池、２０１ 電気自動車、２１０ ＥＶ−ＰＣＳ、２１０ａ 筐体、２１１ 双方向電力変換装置、２１２ 制御装置、２１３ 周期指令生成部、２１４ 基準周期出力部、２１５ 変動周期出力部、２１６ 切り替え部、２１７ 加算器、２２０ 単独運転検出防止機能、Ｎ１ 系統接続ノード、Ｎ２，Ｎ３ 電力供給ノード、ＮＰ 電力供給ノード、ＰＡＲ 解列指令信号、Ｔ１ 系統接続端子、Ｔ２ 電力供給端子、Ｔ３ ＰＶ接続端子、Ｔ４ ＦＣ接続端子、Ｔ５ ＥＶ接続端子、Ｔｒｅｆ 基準周期。

Claims (10)

1. 負荷に接続される電力供給ノードと、
   第１直流電源から出力される第１直流電力を第１交流電力に変換し、前記第１交流電力を前記電力供給ノードに出力する第１パワーコンディショナと、
   第２直流電源から出力される第２直流電力を第２交流電力に変換し、前記第２交流電力を前記電力供給ノードに出力する第２パワーコンディショナと
   を備え、
   前記第１パワーコンディショナは、周波数シフト方式の単独運転検出機能を備えており、単独運転を検出した場合に前記第１直流電源を前記電力供給ノードから電気的に切り離し、
   系統連系時、前記第２パワーコンディショナは、前記第２交流電力の電圧周波数を、基準周波数に設定し、
   自立運転時、前記第２パワーコンディショナは、前記電圧周波数を前記基準周波数から繰り返し増減させる単独運転検出防止処理を実施する
   電力供給システム。
2. 前記周波数シフト方式は、ステップ注入付周波数フィードバック方式である
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記単独運転検出防止処理において、前記第２パワーコンディショナは、前記基準周波数に対する前記電圧周波数の正負を、周期的に切り替える
   請求項１又は２に記載の電力供給システム。
4. 系統と前記電力供給ノードとの間に接続された解列スイッチと、
   前記系統の停電時、前記解列スイッチをＯＦＦして前記系統と前記電力供給ノードとの間の電気的接続を切断する制御装置と
   を更に備える
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電力供給システム。
5. 前記制御装置は、前記第２パワーコンディショナに搭載され、前記第２パワーコンディショナの運転を制御する機能も備え、
   前記制御装置は、前記解列スイッチをＯＦＦするタイミングと同時かその前に、前記単独運転検出防止処理を開始する
   請求項４に記載の電力供給システム。
6. 前記第１直流電源は、太陽電池であり、
   前記第２直流電源は、蓄電池である
   請求項１から５のいずれか一項に記載の電力供給システム。
7. 直流電源に接続されるパワーコンディショナであって、
   負荷に接続される電力供給ノードと、
   前記直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を前記電力供給ノードに出力する電力変換装置と、
   前記電力変換装置の動作を制御する制御装置と
   を備え、
   前記電力供給ノードには、周波数シフト方式の単独運転検出機能を備えた他のパワーコンディショナも接続され、
   系統連系時、前記制御装置は、前記交流電力の電圧周波数を、基準周波数に設定し、
   自立運転時、前記制御装置は、前記電圧周波数を前記基準周波数から繰り返し増減させる単独運転検出防止処理を実施する
   パワーコンディショナ。
8. 前記周波数シフト方式は、ステップ注入付周波数フィードバック方式である
   請求項７に記載のパワーコンディショナ。
9. 前記単独運転検出防止処理において、前記制御装置は、前記基準周波数に対する前記電圧周波数の正負を、周期的に切り替える
   請求項７又は８に記載のパワーコンディショナ。
10. 系統と前記電力供給ノードとの間に接続された解列スイッチ
    を更に備え、
    前記制御装置は、前記系統の停電時、前記解列スイッチをＯＦＦして前記系統と前記電力供給ノードとの間の電気的接続を切断し、且つ、前記解列スイッチをＯＦＦするタイミングと同時かその前に、前記単独運転検出防止処理を開始する
    請求項７から９のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。

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