JP2016144332A - 直流給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力にかかわらず、逆潮流不可の発電システムからの電力が逆潮流されることを防止する直流給電システムを提供する。【解決手段】直流給電システム２０は、商用端子５と、逆潮可端子１８と、交流電力変換部１９と、合成部２８と、第１の直流電力変換部２６と、逆潮不可端子７と、第２の直流電力変換部２３ｅと、出力端子９と、第１の直流電力変換部２６と出力端子９との間に介在し、出力端子９側から第１の直流電力変換部２６側に電流が流れることを防止する逆電流防止部２７ａと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、直流負荷に直流電力を供給する直流給電システムに関する。

近年、自然再生エネルギ発電装置と二次電池とを組み合わせた蓄電システムが普及過程にある。自然再生エネルギ発電装置としては、太陽光発電、風力発電等が挙げられる。また、二次電池としては、蓄電池等が挙げられる。そして、自然再生エネルギ発電装置のようなクリーンなエネルギ発電装置の普及に伴い、自家発電による電力供給を利用する提案がなされている。更に、このような自家発電による電力供給によって、災害時等に備える提案もなされている。例えば、逆潮流という制度が導入されている。逆潮流とは、自然再生エネルギを利用した発電によって得られた電力を売却する制度である。なお、都市ガス又はＬＰガス等を利用した比較的簡便に小規模の発電が可能な燃料電池発電は、ガス会社を中心として普及過程にあるが、逆潮流は許可されていない。

逆潮流が許可されている発電システムとしては、太陽光発電、風力発電、地熱発電、水力発電及びバイオマス発電等が挙げられ、逆潮流が許可されていない発電システムとしては、都市ガス、ＬＰガス等を利用した燃料電池発電又は蓄電池の放電電力等が挙げられる。

このように、逆潮流が許可されていない発電システムによる電力が逆潮流されることを抑制する技術として、特許文献１には、逆潮防止回路を有する配電システムが開示されている。特許文献１は、商用電源と負荷とを接続する主電路において、逆潮流可能の発電システムとの接続点と逆潮流不可の発電システムとの接続点との間に、逆潮防止回路が設けられている。逆潮流不可の発電システムで発電された電力に余剰が生じているとき、逆潮防止回路によって、主電路が電気的に遮断される。これにより、負荷には、逆潮流不可の発電システムで発電された電力のみが供給される。

また、特許文献２には、逆潮流可能の発電システムにおける電力及び逆潮流不可の発電システムにおける電力とが直流負荷に供給される直流給電システムが開示されている。現状、大多数の家電製品及び情報機器等の直流負荷に供給される電力は、商用電力である交流電力が直流電力に変換されたものである。自家発電システムのような小規模の発電システムにおける直流電力は、負荷機器が交流電力入力仕様である場合が多いため、一旦、直流から交流に変換され、負荷機器内部で、交流から直流に変換される。このため、電力変換による損失が生じる。特許文献２は、自家発電システムのような小規模の発電システムにおける直流電力を、直流電力のまま、直流負荷に供給される。特許文献２は、これにより、電力変換による損失を低減しようとするものである。

特開２０１１−１５５０１号公報 特開２０１２−５０１６７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された配電システムは、逆潮流が許可されていない蓄電池等が発電した電力の合計が、交流負荷の消費電力と直流負荷の消費電力との合計を上回った際に発生する余剰電力が逆潮流する場合にのみ、逆潮防止回路によって、主電路が電気的に遮断される。このため、逆潮流が許可されていない蓄電池の放電等が供給する電力の合計が、交流負荷の消費電力と直流負荷の消費電力との合計以上の場合において、逆潮流不可の発電システムからの電力が商用電力に供給されて、逆潮流を許してしまう。また、特許文献２に開示された直流給電システムは、逆潮流について何ら配慮されていない。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、消費電力の変動にかかわらず、逆潮流不可の発電システムからの電力が逆潮流されることを防止する直流給電システムを提供するものである。

本発明に係る直流給電システムは、商用電源からの交流電力が給電される商用端子と、逆潮流可能の発電システムからの電力が給電される逆潮可端子と、逆潮可端子から給電される電力を交流電力に変換する交流電力変換部と、交流電力変換部で変換された交流電力と、商用端子から給電される交流電力とを合成する合成部と、合成部から出力された交流電力を直流電力に変換する第１の直流電力変換部と、逆潮流不可の発電システムからの電力が給電される逆潮不可端子と、逆潮不可端子から給電される電力を直流電力に変換する第２の直流電力変換部と、第２の直流電力変換部で変換された直流電力と、第１の直流電力変換部で変換された直流電力とが合流し、合流した直流電力が直流負荷に出力される出力端子と、第１の直流電力変換部と出力端子との間に介在し、出力端子側から第１の直流電力変換部側に電流が流れることを防止する逆電流防止部と、を備える。

本発明によれば、直流給電システムは、第１の直流電力変換部と出力端子との間に介在し、出力端子側から第１の直流電力変換部側に電流が流れることを防止する逆電流防止部を備えている。このため、消費電力の変動にかかわらず、逆潮流不可の発電システムからの電力が逆潮流されることを防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る直流給電システム２０を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る直流給電システム２０のスイッチ状態を示す表である。 本発明の実施の形態１における太陽光発電システム２の逆潮流を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における交流発電システム４の逆潮流を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る直流給電システム２０の自立運転を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る直流給電システム２０を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３における直流負荷１０を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４における直流負荷１０を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４における直流負荷１０の消費電力を示すグラフである。

以下、本発明に係る直流給電システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る直流給電システム２０を示すブロック図である。図１に基づいて、直流給電システム２０について説明する。図１に示すように、直流給電システム２０は、商用端子５と、逆潮可端子１８と、交流電力変換部１９と、合成部２８と、第１の直流電力変換部２６と、逆潮不可端子７と、第２の直流電力変換部２３ｅと、出力端子９と、逆電流防止部２７ａとを備えている。更に、直流給電システム２０は、逆潮可直流電力変換部２５と、第３の直流電力変換部５０と、保持回路５１と、第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂと、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄと、逆潮不可逆電流防止部２７ｃと、蓄電装置４０と、制御部２９とを備えている。

なお、逆潮可端子１８は、第１の逆潮可端子６と第２の逆潮可端子８とを有している。また、交流電力変換部１９は、第１の交流電力変換部２２ａと第２の交流電力変換部２４ａとを有している。更に、逆潮可直流電力変換部２５は、第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅと第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅとを有している。

（商用端子５）
商用端子５は、商用電源１からの交流電力が給電される端子である。なお、商用端子５と合成部２８との間には、商用スイッチ２１が設けられている。商用スイッチ２１は、直流給電システム２０と商用電源１とを切り離す機能を有している。

（逆潮可端子１８）
逆潮可端子１８は、逆潮流可能の発電システムからの電力が給電される端子である。逆潮流可能の発電システムとして、直流電力を発電する太陽光発電システム２と、交流電力を発電する交流発電システム４とを例示している。第１の逆潮可端子６は、太陽光発電システム２からの直流電力が給電される端子であり、第２の逆潮可端子８は、交流発電システム４からの交流電力が給電される端子である。

（交流電力変換部１９）
交流電力変換部１９は、逆潮可端子１８から給電される電力を交流電力に変換するものである。なお、交流電力変換部１９は、逆潮可端子１８から給電される電力の位相を、商用端子５から給電される交流電力の位相を考慮する機能を有している。そして、第１の交流電力変換部２２ａは、第１の逆潮可端子６から給電される直流電力を交流電力に変換するものであり、例えばＤＣ−ＡＣインバータである。また、第２の交流電力変換部２４ａは、第２の逆潮可端子８から給電される交流電力を交流電力に変換するものであり、例えばＡＣ−ＡＣインバータである。

なお、第１の逆潮可端子６と第１の交流電力変換部２２ａとの間には、第１の許可入力側スイッチ２２ｃが設けられており、第１の交流電力変換部２２ａと合成部２８との間には、第１の許可出力側スイッチ２２ｂが設けられている。また、第２の逆潮可端子８と第２の交流電力変換部２４ａとの間には、第２の許可入力側スイッチ２４ｃが設けられており、第２の交流電力変換部２４ａと合成部２８との間には、第２の許可出力側スイッチ２４ｂが設けられている。

（逆潮可直流電力変換部２５）
また、逆潮可直流電力変換部２５は、交流電力変換部１９とは別経路接続され、逆潮可端子１８から給電される電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を出力端子９に出力するものである。このうち、第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅは、第１の交流電力変換部２２ａとは別経路接続され、第１の逆潮可端子６から給電される直流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を出力端子９に変換するものであり、例えばＤＣ−ＤＣコンバータである。第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅは、電圧を昇降圧するものである。また、第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅは、第２の交流電力変換部２４ａとは別経路接続され、第２の逆潮可端子８から給電される交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を出力端子９に変換するものであり、例えばＡＣ−ＤＣコンバータである。

なお、第１の逆潮可端子６と第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅとの間には、第１の切換スイッチ２２ｄが設けられており、第２の逆潮可端子８と第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅとの間には、第２の切換スイッチ２４ｄが設けられている。そして、第１の交流電力変換部２２ａ、第１の許可入力側スイッチ２２ｃ、第１の許可出力側スイッチ２２ｂ、第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅ及び第１の切換スイッチ２２ｄから、第１の逆潮可変換部２２が構成されている。また、第２の交流電力変換部２４ａ、第２の許可入力側スイッチ２４ｃ、第２の許可出力側スイッチ２４ｂ、第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅ及び第２の切換スイッチ２４ｄから、第２の逆潮可変換部２４が構成されている。

（合成部２８）
合成部２８は、交流電力変換部１９で変換された交流電力と、商用端子５から給電される交流電力とを合成するものであり、例えば加算端子である。本実施の形態１においては、合成部２８は、第１の交流電力変換部２２ａで変換された交流電力と、第２の交流電力変換部２４ａで変換された交流電力と、商用端子５から給電される交流電力とを合成するものである。

（第１の直流電力変換部２６）
第１の直流電力変換部２６は、合成部２８から出力された交流電力を直流電力に変換するものであり、例えばＡＣ−ＤＣコンバータである。第１の直流電力変換部２６は、出力端子９に接続される直流負荷１０の消費電力、蓄電装置４０の放電による電力等によって、動作するか否かが決定される。

（逆潮不可端子７）
逆潮不可端子７は、逆潮流不可の発電システムからの電力が給電される端子である。逆潮流不可の発電システムとして、電池系発電システム３を例示している。

（第２の直流電力変換部２３ｅ）
第２の直流電力変換部２３ｅは、逆潮不可端子７から給電される電力を直流電力に変換するものであり、例えばＤＣ−ＤＣコンバータである。第２の直流電力変換部２３ｅは、電圧を昇降圧するものである。第２の直流電力変換部２３ｅは、逆潮不可変換部２３を構成している。

（出力端子９）
出力端子９は、第２の直流電力変換部２３ｅで変換された直流電力と、第１の直流電力変換部２６で変換された直流電力とが合流し、合流した直流電力が直流負荷１０に出力される端子である。

（逆電流防止部２７ａ）
逆電流防止部２７ａは、第１の直流電力変換部２６と出力端子９との間に介在し、出力端子９側から第１の直流電力変換部２６側に電流が流れることを防止するものであり、例えばダイオードである。なお、逆電流防止部２７ａは、ダイオードに限らず、ダイオードのように電流を一方向に流すトランジスタ又はＦＥＴ等の電子部品又は機械部品等としてもよい。

また、第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂは、第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅと出力端子９との間に介在し、出力端子９側から第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅ側に電流が流れることを防止するものであり、例えばダイオードである。更に、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄは、第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅと出力端子９との間に介在し、出力端子９側から第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅ側に電流が流れることを防止するものであり、例えばダイオードである。

更にまた、逆潮不可逆電流防止部２７ｃは、第２の直流電力変換部２３ｅと出力端子９との間に介在し、出力端子９側から第２の直流電力変換部２３ｅ側に電流が流れることを防止するものであり、例えばダイオードである。第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂ、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄ及び逆潮不可逆電流防止部２７ｃも、ダイオードに限らず、ダイオードのように電流を一方向に流すトランジスタ又はＦＥＴ等の電子部品又は機械部品等としてもよい。なお、逆電流防止部２７ａ、第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂ、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄ及び逆潮不可逆電流防止部２７ｃから、逆電流防止装置２７が構成されている。

なお、第２の直流電力変換部２３ｅで変換された直流電力と、第１の直流電力変換部２６で変換された直流電力とは、合流部３２において合流する。本実施の形態１においては、逆電流防止部２７ａから出力された直流電力と、第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂから出力された直流電力と、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄから出力された直流電力と、逆潮不可逆電流防止部２７ｃから出力された直流電力とは、直流系統である合流部３２において合流する。そして、合流部３２において合流した直流電力は、出力端子９に出力される。

（第３の直流電力変換部５０）
第３の直流電力変換部５０は、逆電流防止部２７ａと出力端子９との間に介在し、第２の直流電力変換部２３ｅで変換された直流電力と、第１の直流電力変換部２６で変換された直流電力とを、直流電力に変換し、出力端子９に出力するものであり、例えばＤＣ−ＤＣコンバータである。第３の直流電力変換部５０は、電圧を昇降圧するものである。より具体的には、第３の直流電力変換部５０は、合流部３２と出力端子９との間に介在し、逆電流防止部２７ａから出力された直流電力と、第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂから出力された直流電力と、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄから出力された直流電力と、逆潮不可逆電流防止部２７ｃから出力された直流電力とを、直流電力に変換して、出力端子９に出力する。

（保持回路５１）
保持回路５１は、第３の直流電力変換部５０で変換された直流電力を、直流負荷１０の変動に基づいて決められた直流電力に保持するものである。

（蓄電装置４０）
蓄電装置４０は、出力端子９に接続され、第２の直流電力変換部２３ｅで変換された直流電力と、第１の直流電力変換部２６で変換された直流電力とを蓄電するものであり、例えば蓄電池である。なお、蓄電装置４０は、蓄電池に限らず、例えばスーパーキャパシタ等の大容量のキャパシタとしてもよい。より具体的には、蓄電装置４０は、合流部３２に接続されており、逆電流防止部２７ａから出力された直流電力と、第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂから出力された直流電力と、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄから出力された直流電力と、逆潮不可逆電流防止部２７ｃから出力された直流電力とを蓄電するものである。

なお、蓄電装置４０と合流部３２との間には、蓄電スイッチ３０が設けられている。蓄電スイッチ３０は、蓄電装置４０と合流部３２とを切り離す機能を有している。そして、蓄電装置４０と蓄電スイッチ３０との間には、電流電圧検出部３１が接続されている。電流電圧検出部３１は、蓄電装置４０に流れる電流と、蓄電装置４０の電圧とを検出するものである。

（制御部２９）
制御部２９は、第１の逆潮可変換部２２に接続されており、第１の逆潮可変換部２２における第１の許可入力側スイッチ２２ｃ、第１の許可出力側スイッチ２２ｂ及び第１の切換スイッチ２２ｄを制御している。また、制御部２９は、第２の逆潮可変換部２４に接続されており、電流電圧検出部３１において検出された電流及び電圧に基づいて、第２の逆潮可変換部２４における第２の許可入力側スイッチ２４ｃ、第２の許可出力側スイッチ２４ｂ及び第２の切換スイッチ２４ｄを制御している。更に、制御部２９は、逆潮不可変換部２３、商用スイッチ２１、蓄電スイッチ３０及び保持回路５１に接続されている。制御部２９は、電流電圧検出部３１において検出された電流及び電圧に基づいて蓄電装置４０を充電するために、第１の直流電力変換部２６、第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅ、第２の直流電力変換部２３ｅ及び第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅを制御する。

制御部２９は、逆潮流可能の発電システムにおいて、逆潮流が許容される場合、逆潮可端子１８から給電される電力を交流電力変換部１９に供給し、逆潮流が拒否される場合、逆潮可端子１８から給電される電力を逆潮可直流電力変換部２５に供給することを制御するものである。より具体的には、制御部２９は、太陽光発電システム２の逆潮流が許容される場合、第１の許可入力側スイッチ２２ｃ及び第１の許可出力側スイッチ２２ｂをオンし、第１の切換スイッチ２２ｄをオフする。また、制御部２９は、太陽光発電システム２の逆潮流が拒否される場合、第１の許可入力側スイッチ２２ｃ及び第１の許可出力側スイッチ２２ｂをオフし、第１の切換スイッチ２２ｄをオンする。

更に、制御部２９は、交流発電システム４の逆潮流が許容される場合、第２の許可入力側スイッチ２４ｃ及び第２の許可出力側スイッチ２４ｂをオンし、第２の切換スイッチ２４ｄをオフする。更にまた、制御部２９は、交流発電システム４の逆潮流が拒否される場合、第２の許可入力側スイッチ２４ｃ及び第２の許可出力側スイッチ２４ｂをオフし、第２の切換スイッチ２４ｄをオンする。

また、制御部２９は、直流給電システム２０と商用電源１とが切り離される際、商用スイッチ２１をオフする。更に、制御部２９は、蓄電装置４０と合流部３２とが切り離される際、蓄電スイッチ３０をオフする。そして、制御部２９は、第３の直流電力変換部５０で変換された直流電力を、直流負荷１０の変動に基づいて決められた直流電力に保持するように保持回路５１を制御する。

直流負荷１０は、出力端子９から出力された直流電力によって駆動するものである。直流負荷１０は、第１の機器１１、第２の機器１２、第３の機器１３及び第４の機器１４を有している。なお、直流負荷１０は、更に多くの機器を有してもよい。

次に、本実施の形態１に係る直流給電システム２０の動作について説明する。商用電源１からの交流電力は、商用端子５に入力され、合成部２８に出力される。

太陽光発電システム２からの直流電力は、第１の逆潮可端子６に入力される。太陽光発電システム２の逆潮流が許容される場合、第１の逆潮可端子６に入力された直流電力は、第１の許可入力側スイッチ２２ｃを通って、第１の交流電力変換部２２ａに出力される。第１の交流電力変換部２２ａにおいて変換された交流電力は、第１の許可出力側スイッチ２２ｂを通って、合成部２８に出力される。一方、太陽光発電システム２の逆潮流が拒否される場合、第１の逆潮可端子６に入力された直流電力は、第１の切換スイッチ２２ｄを通って、第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅに出力される。第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅにおいて変換された直流電力は、第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂを通って、合流部３２に出力される。

逆潮流不可の発電システム、即ち電池系発電システム３からの直流電力は、逆潮不可端子７に入力され、第２の直流電力変換部２３ｅに出力される。第２の直流電力変換部２３ｅにおいて変換された直流電力は、逆潮不可逆電流防止部２７ｃを通って、合流部３２に出力される。ここで、合流部３２に流れる電流は、逆電流防止部２７ａによって、第１の直流電力変換部２６側に流れることが防止される。従って、逆潮流不可の発電システムから流れる電流が第１の直流電力変換部２６側に流れることも防止される。

交流発電システム４からの交流電力は、第２の逆潮可端子８に入力される。交流発電システム４の逆潮流が許容される場合、第２の逆潮可端子８に入力された交流電力は、第２の許可入力側スイッチ２４ｃを通って、第２の交流電力変換部２４ａに出力される。第２の交流電力変換部２４ａにおいて変換された交流電力は、第２の許可出力側スイッチ２４ｂを通って、合成部２８に出力される。一方、交流発電システム４の逆潮流が拒否される場合、第２の逆潮可端子８に入力された交流電力は、第２の切換スイッチ２４ｄを通って、第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅに出力される。第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅにおいて変換された直流電力は、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄを通って、合流部３２に出力される。

商用端子５から出力された交流電力と、第１の交流電力変換部２２ａから出力された交流電力と、第２の交流電力変換部２４ａから出力された交流電力とは、合成部２８において合成される。合成された交流電力は、第１の直流電力変換部２６に出力される。第１の直流電力変換部２６において変換された直流電力は、逆電流防止部２７ａを通って、合流部３２に出力される。

合流部３２に出力された直流電力は、蓄電スイッチ３０を通って、蓄電装置４０に蓄電される。なお、合流部３２においては、蓄電装置４０からの電力も供給される。ここで、合流部３２に流れる電流は、逆電流防止部２７ａによって、第１の直流電力変換部２６側に流れることが防止される。従って、蓄電装置４０から流れる電流が第１の直流電力変換部２６側に流れることも防止される。

合流部３２において合流した直流電力は、第３の直流電力変換部５０に出力される。第３の直流電力変換部５０において変換された直流電力は、出力端子９に出力され、出力端子９から直流負荷１０に出力される。これにより、直流負荷１０における第１の機器１１、第２の機器１２、第３の機器１３及び第４の機器１４は、駆動される。

図２は、本発明の実施の形態１に係る直流給電システム２０のスイッチ状態を示す表である。次に、直流給電システム２０のスイッチ状態について説明する。図２に示すように、太陽光発電システム２の逆潮流が許容され、交流発電システム４の逆潮流をしない場合、制御部２９は、商用スイッチ２１をオン、第１の許可入力側スイッチ２２ｃをオン、第１の許可出力側スイッチ２２ｂをオン、第１の切換スイッチ２２ｄをオフ、第２の許可入力側スイッチ２４ｃをオフ、第２の許可出力側スイッチ２４ｂをオフ、第２の切換スイッチ２４ｄをオン、蓄電スイッチ３０をオンにする。

また、図２に示すように、太陽光発電システム２の逆潮流をせず、交流発電システム４の逆潮流が許容される場合、制御部２９は、商用スイッチ２１をオン、第１の許可入力側スイッチ２２ｃをオフ、第１の許可出力側スイッチ２２ｂをオフ、第１の切換スイッチ２２ｄをオン、第２の許可入力側スイッチ２４ｃをオン、第２の許可出力側スイッチ２４ｂをオン、第２の切換スイッチ２４ｄをオフ、蓄電スイッチ３０をオンにする。

更に、自立運転がなされる場合、商用電源１からの交流電力の供給は遮断される。これに伴い、太陽光発電システム２の逆潮流ができず、交流発電システム４の逆潮流もできない。この場合、図２に示すように、制御部２９は、商用スイッチ２１をオフ、第１の許可入力側スイッチ２２ｃをオフ、第１の許可出力側スイッチ２２ｂをオフ、第１の切換スイッチ２２ｄをオン、第２の許可入力側スイッチ２４ｃをオフ、第２の許可出力側スイッチ２４ｂをオフ、第２の切換スイッチ２４ｄをオン、蓄電スイッチ３０をオンにする。

なお、太陽光発電システム２及び交流発電システム４のいずれもの逆潮流が許容される場合、制御部２９は、商用スイッチ２１をオン、第１の許可入力側スイッチ２２ｃをオン、第１の許可出力側スイッチ２２ｂをオン、第１の切換スイッチ２２ｄをオフ、第２の許可入力側スイッチ２４ｃをオン、第２の許可出力側スイッチ２４ｂをオン、第２の切換スイッチ２４ｄをオフ、蓄電スイッチ３０をオンにする。

図３は、本発明の実施の形態１における太陽光発電システム２の逆潮流を示すブロック図である。次に、太陽光発電システム２の逆潮流が許容され、交流発電システム４の逆潮流ができない場合について説明する。図３に示すように、制御部２９は、商用スイッチ２１をオン、第１の許可入力側スイッチ２２ｃをオン、第１の許可出力側スイッチ２２ｂをオン、第１の切換スイッチ２２ｄをオフ、第２の許可入力側スイッチ２４ｃをオフ、第２の許可出力側スイッチ２４ｂをオフ、第２の切換スイッチ２４ｄをオン、蓄電スイッチ３０をオンにする。

太陽光発電システム２からの直流電力は、第１の逆潮可端子６に入力され、第１の許可入力側スイッチ２２ｃを通って、第１の交流電力変換部２２ａに出力される。第１の交流電力変換部２２ａにおいて変換された交流電力は、第１の許可出力側スイッチ２２ｂを通って、合成部２８に出力される。一方、交流発電システム４からの交流電力は、第２の逆潮可端子８に入力され、第２の切換スイッチ２４ｄを通って、第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅに出力される。第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅにおいて変換された直流電力は、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄを通って、合流部３２に出力される。なお、第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅ及び第２の交流電力変換部２４ａは停止している。

図４は、本発明の実施の形態１における交流発電システム４の逆潮流を示すブロック図である。次に、太陽光発電システム２の逆潮流ができず、交流発電システム４の逆潮流が許容される場合について説明する。図４に示すように、制御部２９は、商用スイッチ２１をオン、第１の許可入力側スイッチ２２ｃをオフ、第１の許可出力側スイッチ２２ｂをオフ、第１の切換スイッチ２２ｄをオン、第２の許可入力側スイッチ２４ｃをオン、第２の許可出力側スイッチ２４ｂをオン、第２の切換スイッチ２４ｄをオフ、蓄電スイッチ３０をオンにする。

太陽光発電システム２からの直流電力は、第１の逆潮可端子６に入力され、第１の切換スイッチ２２ｄを通って、第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅに出力される。第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅにおいて変換された直流電力は、第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂを通って、合流部３２に出力される。一方、交流発電システム４からの交流電力は、第２の逆潮可端子８に入力され、第２の許可入力側スイッチ２４ｃを通って、第２の交流電力変換部２４ａに出力される。第２の交流電力変換部２４ａにおいて変換された交流電力は、第２の許可出力側スイッチ２４ｂを通って、合成部２８に出力される。なお、第１の交流電力変換部２２ａ及び第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅは停止している。

図５は、本発明の実施の形態１に係る直流給電システム２０の自立運転を示すブロック図である。次に、自立運転について説明する。図５に示すように、制御部２９は、商用スイッチ２１をオフ、第１の許可入力側スイッチ２２ｃをオフ、第１の許可出力側スイッチ２２ｂをオフ、第１の切換スイッチ２２ｄをオン、第２の許可入力側スイッチ２４ｃをオフ、第２の許可出力側スイッチ２４ｂをオフ、第２の切換スイッチ２４ｄをオン、蓄電スイッチ３０をオンにする。

商用端子５から出力された交流電力は、商用スイッチ２１によって遮断される。

太陽光発電システム２からの直流電力は、第１の逆潮可端子６に入力され、第１の切換スイッチ２２ｄを通って、第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅに出力される。第１の逆潮可直流電力変換部２２ｅにおいて変換された直流電力は、第１の逆潮可逆電流防止部２７ｂを通って、合流部３２に出力される。そして、交流発電システム４からの交流電力は、第２の逆潮可端子８に入力され、第２の切換スイッチ２４ｄを通って、第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅに出力される。第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅにおいて変換された直流電力は、第２の逆潮可逆電流防止部２７ｄを通って、合流部３２に出力される。

このように、直流給電システム２０は、商用電源１に依存せず、太陽光発電システム２、電池系発電システム３、交流発電システム４及び蓄電装置４０によって動作し、直流負荷１０に直流電力を供給する自立運転が行われる。

次に、本実施の形態１に係る直流給電システム２０の作用について説明する。直流給電システム２０は、逆電流防止部２７ａを備えており、逆電流防止部２７ａは、第１の直流電力変換部２６と出力端子９との間に介在し、出力端子９側から第１の直流電力変換部２６側に電流が流れることを防止する。ここで、逆潮流不可の発電システムからの電力は、第２の直流電力変換部２３ｅを介して出力端子９に接続されている。このため、逆潮流不可の発電システムから流れる電流は、逆電流防止部２７ａによって、第１の直流電力変換部２６側、即ち商用電源１側に流れることが防止される。従って、直流負荷１０の消費電力の変動にかかわらず、逆潮流不可の発電システムからの電力が逆潮流されることを防止することができる。

また、直流給電システム２０は、交流電力変換部１９と逆潮可直流電力変換部２５とが別経路接続されている。そして、制御部２９は、逆潮流可能の発電システムにおいて、逆潮流が許容される場合、逆潮可端子１８から給電される電力を交流電力変換部１９に供給し、逆潮流が拒否される場合、逆潮可端子１８から給電される電力を逆潮可直流電力変換部２５に供給する。このように、逆潮流が拒否される場合、逆潮可端子１８から給電される電力は、商用電源１からの交流電力に接続されない。このため、電力変換による損失が生じない。

更に、直流給電システム２０は、合流部３２において、第２の直流電力変換部２３ｅで変換された直流電力と、第１の直流電力変換部２６で変換された直流電力とが合流する。これにより、蓄電装置４０を充電する電力は、合流部３２において統一されるため、蓄電装置４０の寿命及び安全性を確保しつつ、充放電が常に実施される。

更にまた、直流給電システム２０は、第３の直流電力変換部５０及び保持回路５１を備えている。直流負荷１０に供給される直流電力は、直流負荷１０における第１の機器１１、第２の機器１２、第３の機器１３及び第４の機器１４に適合する必要があり、蓄電装置４０に充電された電力とは相違する。本実施の形態１は、第３の直流電力変換部５０及び保持回路５１を備えており、合流部３２において合流した直流電力が、直流負荷１０の変動に基づいて決められた直流電力に保持される。このため、直流負荷１０の変動、例えば電流変動に対する電圧変動の安定性が確保される。

また、合流部３２に流れる電流は、逆電流防止部２７ａによって、第１の直流電力変換部２６側に流れることが防止される。従って、蓄電装置４０から流れる電流が第１の直流電力変換部２６側に流れることも防止される。このように、本実施の形態１は、蓄電装置４０からの電力が逆潮流されることを防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態１は、逆潮流不可の発電システムからの電力と蓄電装置４０からの放電電力とが逆潮流されることなく、蓄電装置４０に適した条件に統一された電力を蓄電装置４０に供給し、直流負荷１０に適切な直流電力を供給することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る直流給電システム２０について説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係る直流給電システム２０を示すブロック図である。本実施の形態２は、交流発電システム４が直流発電システム１７である点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態２では、図６に示すように、逆潮流可能の発電システムは、太陽光発電システム２及び直流発電システム１７である。第２の逆潮変換部は、第２の交流電力変換部２４ａと第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅとを有している。第２の交流電力変換部２４ａは、第２の逆潮可端子８から給電される直流電力を交流電力に変換するものであり、例えばＤＣ−ＡＣインバータである。また、第２の逆潮可直流電力変換部２４ｅは、第２の交流電力変換部２４ａとは別経路接続され、第２の逆潮可端子８から給電される直流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を出力端子９に変換するものであり、例えばＤＣ−ＤＣコンバータである。

このように、直流給電システム２０は、逆潮流可能の発電システムとして、直流発電システム１７が導入されていても、実施の形態１と同様の効果を奏する。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３に係る直流給電システム２０について説明する。図７は、本発明の実施の形態３における直流負荷１０を示すブロック図である。本実施の形態３は、直流負荷１０に電力保持部１５が設けられており、第３の直流電力変換部５０及び保持回路５１を備えていない点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１、２と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１、２との相違点を中心に説明する。

本実施の形態３では、図７に示すように、直流負荷１０に電力保持部１５が設けられており、電力保持部１５は、４個の第４の直流電力変換部１５ａと４個の負荷用保持回路１５ｅとを有している。そして、第１の機器１１、第２の機器１２、第３の機器１３及び第４の機器１４の夫々に、第４の直流電力変換部１５ａと負荷用保持回路１５ｅとが接続されている。

第４の直流電力変換部１５ａは、出力端子９から出力された直流電力を、直流電力に変換するものであり、例えばＤＣ−ＤＣコンバータである。第４の直流電力変換部１５ａは、電圧を昇降圧するものである。また、負荷用保持回路１５ｅは、第４の直流電力変換部１５ａで変換された直流電力を、直流負荷１０で決められた直流電力に保持するものである。

本実施の形態３は、電池系発電システム３のように、常に蓄電装置４０に充電可能な電力供給がされている構成であるため、合流部３２の安定化が図れる。また、蓄電装置４０において電圧降下が発生して合流部３２が不安定になり、第１の機器１１、第２の機器１２、第３の機器１３又は第４の機器１４に入力される直流電力が変動したり、直流負荷１０が変動したりしても、負荷用保持回路１５ｅによって、直流負荷１０で決められた直流電力に保持される。このため、直流負荷１０夫々の変動、例えば電流変動に対する電圧変動の安定性が確保される。

更に、第１の機器１１、第２の機器１２、第３の機器１３及び第４の機器１４の夫々に、第４の直流電力変換部１５ａと負荷用保持回路１５ｅとが接続されている。これにより、第１の機器１１、第２の機器１２、第３の機器１３及び第４の機器１４において、夫々異なる直流電力を供給することができる。このように、本実施の形態３は、複数の直流負荷１０において、適切な直流電力を、個別に夫々異なるように設定することができる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４に係る直流給電システム２０について説明する。図８は、本発明の実施の形態４における直流負荷１０を示すブロック図である。本実施の形態４は、直流負荷１０が、消費電力を制御自在に構成されており、直流負荷１０に検出部１６が設けられている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態４では、実施の形態１、２、３と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１、２、３との相違点を中心に説明する。

本実施の形態４では、直流負荷１０が、消費電力を制御自在に構成されている。また、図８に示すように、直流負荷１０に検出部１６が設けられており、検出部１６は、出力端子９から出力された直流電力を検出するものである。検出部１６は、４個の第５の直流電力変換部１６ａと４個の電圧検出回路１６ｅとを有している。そして、第１の機器１１、第２の機器１２、第３の機器１３及び第４の機器１４の夫々に、第５の直流電力変換部１６ａと電圧検出回路１６ｅとが接続されている。

第５の直流電力変換部１６ａは、出力端子９から出力された直流電力を、直流電力に変換するものであり、例えばＤＣ−ＤＣコンバータである。第５の直流電力変換部１６ａは、電圧を昇降圧するものである。また、電圧検出回路１６ｅは、第５の直流電力変換部１６ａに入力される電圧を検出するものである。

そして、制御部２９は、検出部１６で検出された直流電力が、直流負荷１０の消費電力を下回った場合、直流負荷１０の消費電力を低減する。

直流負荷１０は、例えば、入力電圧の低下に従って段階的に消費電力が低減する各モードを有する。フル動作モードは、通常の動作が可能なモードである。省エネモードは、本来有する性能を一部意図的に低下させ、消費電力を抑えるモードである。ＭＩＮモードは、必要最低限の動作に留めて、消費電力を大幅に抑えるモードである。なお、省エネモードは、複数の段階に分けてもよい。これらの各モードは、制御部２９によって自動的に切り替えられる。

図９は、本発明の実施の形態４における直流負荷１０の消費電力を示すグラフである。次に、直流負荷１０の消費電力について説明する。図９において、横軸は、第５の直流電力変換部１６ａに入力される入力電圧を示し、縦軸は、直流負荷１０の消費電力を示す。図９に示すように、入力電圧が０ＶからｂＶまでの間は、直流負荷１０は動作しないが、入力電圧がｂＶに達したとき、ＭＩＮモードに移行する。そして、入力電圧がｄＶに達したとき、省エネモードに移行する。更に、入力電圧がｆＶに達したとき、フル動作モードに移行する。一方、フル動作モードにおいて、入力電圧がｅＶに下がったとき、省エネモードに移行する。そして、入力電圧がｃＶに下がったとき、ＭＩＮモードに移行する。更に、入力電圧がａＶに下がったとき、直流負荷１０は停止する。なお、ａ＜ｂ、ｃ＜ｄ、ｅ＜ｆである。このように、消費電力が高くなるモードに移行する場合と、消費電力が低くなるモードに移行する場合とで、ヒステリシスを設けている。

このように、本実施の形態４は、制御部２９は、検出部１６で検出された直流電力が、直流負荷１０の消費電力を下回った場合、直流負荷１０の消費電力を低減する。このため、出力端子９から出力された直流電力が低下しても、直流負荷１０が直ちに停止せず、直流負荷１０の動作時間を延ばすことができる。

なお、本実施の形態４は、図５に示す自立運転が行われている際に、より有効である。災害時等において、商用電源１からの交流電力の供給が遮断された場合、太陽光発電システム２からの直流電力、電池系発電システム３からの直流電力、交流発電システム４からの交流電力、及び蓄電装置４０からの直流電力によって、直流負荷１０を動作させる必要がある。この場合、これらの電力には限界がある。

図５において、直流負荷１０に供給される直流電力をＷｏとし、合流部３２から蓄電装置４０に充電される電力をＷｉｎとすると、Ｗｉｎ＜Ｗｏの場合、蓄電装置４０の電圧は、蓄電装置４０の特性によって電圧降下が生じる。このとき、出力端子９から出力される直流電圧は低下する。このとき、直流電圧が、第３の直流電力変換部５０及び保持回路５１によって制御可能な範囲である場合、直流負荷１０は通常に動作される。これに対し、直流電圧が、第３の直流電力変換部５０及び保持回路５１によって制御可能な範囲外である場合、即ち、出力端子９から出力される総電力量が、直流負荷１０の消費電力量を下回った場合、直流負荷１０のいずれかが動作不能になったり、直流給電システム２０の出力停止が生じる虞がある。更に、この蓄電装置４０の放電が続けば、蓄電スイッチ３０がオフされ、蓄電装置４０と合流部３２とが切り離され、蓄電装置４０の過放電保護が行われる場合もある。

本実施の形態４では、制御部２９は、検出部１６で検出された直流電力が、直流負荷１０の消費電力を下回った場合、直流負荷１０の消費電力が低減される。このように、商用電源１からの交流電力の供給が遮断されても、直流給電システム２０の自立運転、即ち、太陽光発電システム２のような小規模発電システムによる給電と蓄電装置４０による給電との連系運転が行われ、更に、直流負荷１０の消費電力を低減させる。これにより、直流負荷１０の動作時間を延ばすことができる。

１ 商用電源、２ 太陽光発電システム、３ 電池系発電システム、４ 交流発電システム、５ 商用端子、６ 第１の逆潮可端子、７ 逆潮不可端子、８ 第２の逆潮可端子、９ 出力端子、１０ 直流負荷、１１ 第１の機器、１２ 第２の機器、１３ 第３の機器、１４ 第４の機器、１５ 電力保持部、１５ａ 第４の直流電力変換部、１５ｅ 負荷用保持回路、１６ 検出部、１６ａ 第５の直流電力変換部、１６ｅ 電圧検出回路、１７ 直流発電システム、１８ 逆潮可端子、１９ 交流電力変換部、２０ 直流給電システム、２１ 商用スイッチ、２２ 第１の逆潮可変換部、２２ａ 第１の交流電力変換部、２２ｂ 第１の許可出力側スイッチ、２２ｃ 第１の許可入力側スイッチ、２２ｄ 第１の切換スイッチ、２２ｅ 第１の逆潮可直流電力変換部、２３ 逆潮不可変換部、２３ｅ 第２の直流電力変換部、２４ 第２の逆潮可変換部、２４ａ 第２の交流電力変換部、２４ｂ 第２の許可出力側スイッチ、２４ｃ 第２の許可入力側スイッチ、２４ｄ 第２の切換スイッチ、２４ｅ 第２の逆潮可直流電力変換部、２５ 逆潮可直流電力変換部、２６ 第１の直流電力変換部、２７ 逆電流防止装置、２７ａ 逆電流防止部、２７ｂ 第１の逆潮可逆電流防止部、２７ｃ 逆潮不可逆電流防止部、２７ｄ 第２の逆潮可逆電流防止部、２８ 合成部、２９ 制御部、３０ 蓄電スイッチ、３１ 電流電圧検出部、３２ 合流部、４０ 蓄電装置、５０ 第３の直流電力変換部、５１ 保持回路。

Claims (7)

1. 商用電源からの交流電力が給電される商用端子と、
   逆潮流可能の発電システムからの電力が給電される逆潮可端子と、
   前記逆潮可端子から給電される電力を交流電力に変換する交流電力変換部と、
   前記交流電力変換部で変換された交流電力と、前記商用端子から給電される交流電力とを合成する合成部と、
   前記合成部から出力された交流電力を直流電力に変換する第１の直流電力変換部と、
   逆潮流不可の発電システムからの電力が給電される逆潮不可端子と、
   前記逆潮不可端子から給電される電力を直流電力に変換する第２の直流電力変換部と、
   前記第２の直流電力変換部で変換された直流電力と、前記第１の直流電力変換部で変換された直流電力とが合流し、合流した直流電力が直流負荷に出力される出力端子と、
   前記第１の直流電力変換部と前記出力端子との間に介在し、前記出力端子側から前記第１の直流電力変換部側に電流が流れることを防止する逆電流防止部と、
   を備える直流給電システム。
2. 前記交流電力変換部と別経路接続され、前記逆潮可端子から給電される電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を前記出力端子に出力する逆潮可直流電力変換部と、
   前記逆潮流可能の発電システムにおいて、逆潮流が許容される場合、前記逆潮可端子から給電される電力を前記交流電力変換部に供給し、逆潮流が拒否される場合、前記逆潮可端子から給電される電力を前記逆潮可直流電力変換部に供給することを制御する制御部と、を更に備える請求項１記載の直流給電システム。
3. 前記出力端子に接続され、前記第２の直流電力変換部で変換された直流電力と、前記第１の直流電力変換部で変換された直流電力とを蓄電する蓄電装置を更に備えた請求項１又は２記載の直流給電システム。
4. 前記第２の直流電力変換部で変換された直流電力と、前記第１の直流電力変換部で変換された直流電力とは、合流部において合流する請求項３記載の直流給電システム。
5. 前記逆電流防止部と前記出力端子との間に介在し、前記第２の直流電力変換部で変換された電力と、前記第１の直流電力変換部で変換された電力とを、直流電力に変換し、前記出力端子に出力する第３の直流電力変換部と、
   前記第３の直流電力変換部で変換された直流電力を、前記直流負荷の変動に基づいて決められた直流電力に保持する保持回路と、を更に備える請求項３又は４記載の直流給電システム。
6. 前記直流負荷は、複数の直流負荷で構成されており、
   複数の前記直流負荷の夫々に、前記出力端子から出力された電力を、直流電力に変換する第４の直流電力変換部、及び、前記第４の直流電力変換部で変換された直流電力を、前記直流負荷で決められた直流電圧に保持する負荷用保持回路が接続されている請求項３又は４記載の直流給電システム。
7. 前記直流負荷は、消費電力を制御自在に構成されており、
   前記直流負荷には、前記出力端子から出力された直流電力を検出する検出部が設けられており、
   前記検出部で検出された直流電力が、前記直流負荷の消費電力を下回った場合、前記直流負荷の消費電力を低減する制御部を更に備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の直流給電システム。

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