JP2016171683A - 電力システムおよび電力システムの制御方法 - Google Patents

電力システムおよび電力システムの制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】系統の停電時に蓄電池に接続されるパワーコンディショナが自立運転している場合に、当該自立運転を停止することなく負荷への電力供給を継続することが可能な電力システムを提供する。
【解決手段】電力システムは、第1の蓄電池に接続され、系統の停電時に自立運転を行なう第1のパワーコンディショナと、第2の蓄電池に接続され、第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なう第2のパワーコンディショナと、発電装置に接続され、第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なう第3のパワーコンディショナとを備える。第2のパワーコンディショナの制御装置は、第1のパワーコンディショナから交流電力線への出力電流値の入力を受け付け、第1のパワーコンディショナから中性線への出力電流値が基準閾値以下となるように、双方向電力変換器から交流電力線に出力される電流を制御する。
【選択図】図6

Description

本開示は、系統の停電時に負荷に電力を供給するための技術に関する。
近年、一般家庭などにおいて、太陽電池と蓄電池とを組み合わせた電力供給システムの普及が進んでいる。この電力供給システムにおいては、太陽電池および蓄電池は、それぞれ直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを介して、商用電力系統に接続される。
商用電力系統では、たとえば単相3線方式が用いられる。単相3線方式では、電圧線Uと中性線Oとの間(「U相」とも呼ばれる)、および電圧線Wと中性線Oとの間(「W相」とも呼ばれる)にそれぞれ100Vの交流電力が供給される。単相3線式の商用電力系統と連系可能に構成されたパワーコンディショナは、U相およびW相に交流電力を出力可能に構成される。このようなパワーコンディショナが用いられる電力システムは、商用電力系統が停電した場合には負荷に電力を供給するために通常(停電していない場合)とは異なる動作を行なう。
たとえば、特開2013−162686号公報(特許文献1)は、商用電源が停電した場合であっても、自立運転をすることができる電力供給システムを開示している。この電力供給システムは、商用電源から電力が供給される電源系統と、商用電源と電源系統との接続を遮断可能な遮断器と、分散発電システムと、第1および第2の蓄電システムとを備える。商用電源の停電時、遮断器は商用電源と電源系統との接続を遮断し、第1の蓄電システムは電源系統に電力を供給し、分散発電システムは、発電した電力を第1の蓄電システムから供給された電力と系統連系するように電源系統に供給し、第2の蓄電システムは電源系統から供給される電力を蓄電する。
特開2013−162686号公報
特許文献1では、商用電源が停電した場合であっても、自立運転を行なうことができる電力供給システムを開示しているが、単相3線式における各相に接続される負荷に偏りがある場合に生じる以下のような問題点について言及されていない。
たとえば、商用電源が停電した場合には、蓄電池に接続されたパワーコンディショナ(蓄電池パワーコンディショナ)が自立運転を行ない、太陽電池に接続されたパワーコンディショナ(太陽電池パワーコンディショナ)が、蓄電池パワーコンディショナに対して連系運転を行なうような構成が想定される。
ただし、当該構成において、蓄電池パワーコンディショナの自立運転時に、U相に接続される負荷とW相に接続される負荷とに偏りがある場合には(不平衡負荷の場合)、中性線に電流が流れてしまう。この中性線に流れる電流が閾値を超えてしまった(すなわち、中性線に過電流が発生した)場合には、蓄電池パワーコンディショナが異常を検知して動作を停止してしまう。その結果、負荷への電力の供給が停止されるという問題がある。
本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、系統の停電時に蓄電池に接続されるパワーコンディショナが自立運転している場合に、当該自立運転を停止することなく負荷への電力供給を継続することが可能な電力システム、および電力システムの制御方法を提供することである。
ある実施の形態に従う電力システムは、第1の蓄電池に接続され、系統の停電時に自立運転を行なうように構成された第1のパワーコンディショナと、第2の蓄電池に接続され、第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第2のパワーコンディショナと、発電装置に接続され、第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第3のパワーコンディショナとを備える。第1のパワーコンディショナと、第2のパワーコンディショナと、第3のパワーコンディショナと、負荷とは、第1および第2の電圧線と中性線とを有する単相3線式の交流電力線を介して互いに接続されている。第2のパワーコンディショナは、交流電力線と、第2の蓄電池との間で双方向に電力を変換する双方向電力変換器と、制御装置とを含む。制御装置は、第1のパワーコンディショナから交流電力線への出力電流値の入力を受け付ける電流入力手段と、電流入力手段により受け付けられた出力電流値に基づいて、第1のパワーコンディショナから中性線に出力される中性線電流の電流値が基準閾値以下となるように、双方向電力変換器から交流電力線に出力される電流を制御する電流制御手段とを有する。
本開示によると、系統の停電時に蓄電池に接続されるパワーコンディショナが自立運転している場合に、当該自立運転を停止することなく負荷への電力供給を継続することが可能となる。
実施の形態1に従う電力システムの全体構成を示す模式図である。 実施の形態1に従うパワーコンディショナ(自立運転側)の構成を示す模式図である。 実施の形態1に従うパワーコンディショナ(連系運転側)の構成を示す模式図である。 実施の形態1に従う各パワーコンディショナの制御方式を説明するための図である。 実施の形態1に従う制御装置(連系運転側)の機能構成を示すブロック図である。 実施の形態1に従う制御装置(連系運転側)の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態2に従う各パワーコンディショナの制御方式を説明するための図である。 実施の形態2に従う制御装置(自立運転側)の機能構成を示すブロック図である。 出力電力値と出力電圧値との関係性を示す図である。 実施の形態2に従う制御装置(連系運転側)の機能構成を示すブロック図である。 実施の形態2に従う制御装置(自立運転側)の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態2に従う制御装置(連系運転側)の処理手順を示すフローチャートである。 出力電力値と出力電圧周波数との関係性を示す図である。 実施の形態2の変形例に従う制御装置(自立運転側)の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態2の変形例に従う制御装置(連系運転側)の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態3に従うホームコントローラの制御方式を説明するための図である。 実施の形態3に従うホームコントローラのハードウェア構成を示す模式図である。 実施の形態3に従う各制御装置およびホームコントローラの機能構成を示すブロック図である。 実施の形態4に従うホームコントローラの制御方式を説明するための図である。 実施の形態4に従う各制御装置およびホームコントローラの機能構成を示すブロック図である。 実施の形態4に従うホームコントローラの処理手順を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
[実施の形態1]
<システムの全体構成>
まず、実施の形態1に従う電力システムの全体構成について説明する。
図1は、実施の形態1に従う電力システムの全体構成を示す模式図である。図1を参照して、電力システムは、分電盤3と、太陽電池4と、系統電源6と、交流電力線7と、負荷群9と、蓄電池61,62と、パワーコンディショナ100,200,800とを含む。電力システムの一部は、たとえば、住宅やオフィスなどの家屋内に設置される。
系統電源6は、たとえば、商用電力系統であり、交流電力線7を介して単相3線式の交流電力を家庭に供給する。交流電力線7は、単相3線式の電力線であり、2つの電圧線と中性線とを含む。交流電力線7は、分電盤3を介して、パワーコンディショナ100,200,800および負荷群9に配線される。交流電力線7は、パワーコンディショナ100,200,800、系統電源6および負荷群9を互いに接続するための電力線である。
具体的には、交流電力線7は、系統電源6とスイッチSWaとを接続する配線71と、スイッチSWaと負荷群9とを接続する配線75と、配線71に接続される配線72と、配線75に接続される配線73,74とを含む。配線72は、パワーコンディショナ100のリレーRL1と、パワーコンディショナ200のリレーRL3とに接続される。配線73は、パワーコンディショナ100のリレーRL2と、パワーコンディショナ200のリレーRL4とに接続される。配線74は、パワーコンディショナ800に接続される。
分電盤3は、スイッチSWaと、スイッチSWbとを含む。スイッチSWaは配線71および配線75の間に設けられており、スイッチSWbは配線73上に設けられている。
負荷群9は、複数の電気機器で構成されている。電気機器は、たとえば、AC100V用の扇風機、掃除機、冷蔵庫、またはAC200V用のエアコンなどである。なお、電気機器は、これに限らず、テレビ、パソコン、電子レンジなどであってもよい。典型的には、負荷群9は、複数の電気機器で構成されているが、単一の電気機器で構成されていてもよい。
パワーコンディショナ100は、パワーコンディショナ100の動作を制御するための制御装置10と、直流電力と交流電力とを双方向に変換する双方向DC/AC変換器32と、双方向に直流電力の電圧変換が可能な双方向DC/DC変換器34と、リレーRL1と、リレーRL2とを含む。パワーコンディショナ100は、蓄電池61に接続され、系統電源6の停電時に自立運転を行なうように構成されている。
リレーRL1は、パワーコンディショナ100が系統電源6と連系して負荷群9に交流電力を供給する(連系運転する)場合に閉成(オン)状態となる。リレーRL2は、パワーコンディショナ100が系統電源6から自立して負荷群9に交流電力を供給する(自立運転する)場合に閉成(オン)状態となる。典型的には、制御装置10は、リレーRL1およびリレーRL2の開閉動作を制御する。
パワーコンディショナ100は、交流電力線7から交流電力を取り込んで蓄電池61に充電する一方で、蓄電池61からの直流電力を交流電力線7に供給(放電)することができる。
パワーコンディショナ200は、制御装置20と、双方向DC/AC変換器32と、双方向DC/DC変換器34と、リレーRL3と、リレーRL4とを含む。パワーコンディショナ200は、蓄電池62に接続され、系統電源6の停電時にパワーコンディショナ100に対して連系運転を行なうように構成されている。
リレーRL3は、パワーコンディショナ200が系統電源6と連系して負荷群9に交流電力を供給する場合に閉成(オン)状態となる。リレーRL4は、パワーコンディショナ200がパワーコンディショナ100と連系して負荷群9に交流電力を供給する場合に閉成(オン)状態となる。典型的には、制御装置20は、リレーRL3およびリレーRL4の開閉動作を制御する。
実施の形態1および他の実施の形態では、系統電源6の停電時に自立運転を行なう蓄電池用のパワーコンディショナが「パワーコンディショナ100」であり、当該パワーコンディショナ100に対して連系運転を行なう蓄電池用のパワーコンディショナが「パワーコンディショナ200」であるとする。
蓄電池61,62は、再充電可能な電力貯蔵要素であり、代表的にリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池で構成される。蓄電池61,62は、複数の電池セルを直列接続して構成されている。なお、蓄電池61,62は、電気自動車、ハイブリッド車などに搭載されている蓄電池で構成されていてもよい。
パワーコンディショナ800は、DC/DC変換器84と、DC/AC変換器82とを含む。DC/DC変換器84は、太陽電池4とDC/AC変換器82との間に接続され、太陽電池4から受ける直流電力を電圧変換してDC/AC変換器82へ供給する。DC/AC変換器82は、DC/DC変換器84から受けた直流電力を交流電力に変換して、交流電力線7(配線74)に供給する。典型的には、DC/DC変換器84は、太陽電池4から最大の電力を取得できるような制御(いわゆる最大電力点追従制御)を行なう。
また、パワーコンディショナ800は、系統連系規定に定められた基準、あるいはJET(一般財団法人 電気安全環境研究所)の認証基準を充足しているものが採用される。そのため、パワーコンディショナ800は、連系運転時における系統電圧の電圧値や周波数の異常に対する保護機能を有している。具体的には、パワーコンディショナ800は、系統電圧の電圧値の上昇を検出すると出力を抑制または一時停止する機能を有している。また、パワーコンディショナ800は、系統電圧の周波数や位相の異常を検出すると出力を一時停止する機能を有している。
太陽電池4は、結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池または薄膜型太陽電池などで構成される。なお、太陽電池4は、「発電装置」の一例である。発電装置は、風力、水力、潮力、波力、地熱などの自然エネルギーにより発電する発電装置、燃料電池、プラズマ発電装置など直流電力を発電するものであればよく、特に限定されるものではない。また、発電装置はこれらの組み合わせでもよい。
<システムの動作概要>
図1を参照しながら、実施の形態1に従う電力システムの動作概要について説明する。
(連系時の動作)
系統電源6が停電していない場合には、スイッチSWaは閉成(オン)状態、スイッチSWbは開放(オフ)状態となっている。典型的には、スイッチSWa,SWbの開閉動作は、パワーコンディショナ100の制御装置10によって制御される。
パワーコンディショナ100は、リレーRL1をオン状態(およびリレーRL2をオフ状態)にして、系統電源6と連系される。パワーコンディショナ100は、系統電源6の交流電圧に同期して蓄電池61からの放電電流、蓄電池61への充電電流を制御する。
パワーコンディショナ200は、リレーRL3をオン状態(およびリレーRL4をオフ状態)にして、系統電源6と連系される。パワーコンディショナ200は、系統電源6の交流電圧に同期して蓄電池62からの放電電流、蓄電池62への充電電流を制御する。
パワーコンディショナ800も、系統電源6と連系される。パワーコンディショナ800は、太陽電池4の発電電力を交流電力線7(配線74)に最大出力できるように最大電力点追従制御を行なう。
(停電時の動作)
パワーコンディショナ100は、系統電源6の停電を検出した場合、スイッチSWaをオフ状態、スイッチSWbをオン状態、リレーRL1をオフ状態、リレーRL2をオン状態にする。パワーコンディショナ200は、系統電源6の停電を検出した場合、リレーRL1をオフ状態、リレーRL2をオン状態にする。これにより、パワーコンディショナ100,200,800および負荷群9は、系統電源6から解列される。パワーコンディショナ100と、パワーコンディショナ200と、パワーコンディショナ800と、負荷群9とは、交流電力線7(配線73,74,75)を介して互いに接続される。
図1中の電力システムでは、系統電源6が停電して、パワーコンディショナ100,200,800が系統電源6から解列された場合、交流電力線7に電力を供給可能な電源は、蓄電池61,62および太陽電池4となる。
系統電源6が停電した場合には、典型的には、負荷群9への電力供給は一旦停止されることとなるが、パワーコンディショナ100が、連系運転から自立運転に切り替わり、自立運転をしているパワーコンディショナ100に対してパワーコンディショナ200,800が連系運転をすることにより負荷群9への電力供給が再開される。なお、系統電源6が停電した場合において、パワーコンディショナ100が、瞬時に連系運転から自立運転に切り替わり、自立運転をしているパワーコンディショナ100に対してパワーコンディショナ200,800が連系運転をすることにより負荷群9への電力供給が継続されるような構成であってもよい。
パワーコンディショナ100は、自立運転時には定電圧制御を行なう。典型的には、パワーコンディショナ100は、系統電源6から供給されていた交流電圧と同一の周波数、同一の実効値を有する交流電圧を交流電力線7(配線73)に出力する。たとえば、系統電源6から単相3線式で200Vの交流電圧が供給されていた場合には、パワーコンディショナ100は、各相に100Vの交流電圧を交流電力線7に出力する。
パワーコンディショナ100が定電圧制御を行なうことにより、太陽電池4の発電電力が負荷群9の消費電力よりも大きい場合には、余剰電力が蓄電池61や蓄電池62に充電される。また、太陽電池4の発電電力が負荷群9の消費電力よりも小さい場合には、不足電力が蓄電池61や蓄電池62から放電される。このように、系統電源6が停電している場合であっても、パワーコンディショナ100が定電圧制御を行なうことにより、電力システムにおける電力の需給バランスを自動的にコントロールすることが可能となる。
パワーコンディショナ100は、双方向DC/AC変換器32を採用していることから、自立運転時において、蓄電池61から交流電力線7を介して負荷群9に電力を供給することが可能であるとともに、太陽電池4の発電電力で蓄電池61を充電することが可能である。
ここで、パワーコンディショナ800は、連系運転時では、最大電力点追従制御を行なっている。すなわち、パワーコンディショナ800は、交流電力線7の一方の電圧線および中性線から構成される第1相と、他方の電圧線および中性線から構成される第2相とに出力される電力を個別に制御することはできない。そのため、第1相に接続される負荷と、第2相に接続される負荷とに偏りがある場合、パワーコンディショナ100に接続される中性線に過電流が流れる可能性がある。パワーコンディショナ100は、当該過電流を検知すると、双方向DC/AC変換器32や双方向DC/DC変換器34を保護するために自立運転を停止する。パワーコンディショナ100が自立運転を停止すると、パワーコンディショナ200,800も連系運転ができなくなる。その結果、負荷群9への電力供給が停止してしまう。
そこで、パワーコンディショナ200は、パワーコンディショナ100から出力される中性線電流の電流値を監視して、各相への出力電力(出力電流)を個別に制御する。すなわち、パワーコンディショナ200は、自装置から各相への出力電力を制御することにより、パワーコンディショナ100から各相への出力電力を間接的に制御する。これにより、パワーコンディショナ100に接続された中性線における過電流の発生を防ぐことができるため、パワーコンディショナ100の自立運転およびパワーコンディショナ200,800の連系運転は停止することない。その結果、負荷群9への電力供給を維持することができる。
<パワーコンディショナ100,200の構成>
パワーコンディショナ100,200の具体的な構成について説明する。
図2は、実施の形態1に従うパワーコンディショナ100(自立運転側)の構成を示す模式図である。図2を参照して、パワーコンディショナ100は、制御装置10と、双方向DC/AC変換器32と、双方向DC/DC変換器34と、電流センサ41,42と、電圧センサ51,52と、リアクトルL1〜L3と、端子501〜505とを含む。なお、リアクトルL1〜L3は、双方向DC/AC変換器32に含まれる構成でもよい。
以下では、基本的に、系統電源6が停電しており、パワーコンディショナ100が自立運転を行なっている場合の構成について説明する。そのため、図2では、説明の便宜上、リレーRL1およびリレーRL2が図示されていないが、リレーRL1がオフ状態、かつリレーRL2がオン状態であるものとする。また、端子501〜503は、配線73に接続されているものとする。
端子504および端子505には、直流バス150を介して蓄電池61からの直流電力が入力される、または、双方向DC/DC変換器34からの直流電力が入力される。直流バス150は、蓄電池61からの直流電力をパワーコンディショナ100に伝達したり、パワーコンディショナ100からの直流電力を蓄電池61に伝達したりする電力線である。直流バス150は、電力線対である正母線PLおよび負母線SLで構成される。
双方向DC/DC変換器34は、端子504および端子505を介して受けた直流電力を電圧変換して双方向DC/AC変換器32に供給する。また、双方向DC/DC変換器34は、双方向DC/AC変換器32から受けた直流電力を電圧変換して端子504、端子505および直流バス150を介して蓄電池61に供給する。
双方向DC/AC変換器32は、双方向DC/DC変換器34から受けた直流電力を単相3線式の交流電力に変換して、その交流電力を端子501〜503を介して交流電力線7(配線73)に供給する。また、双方向DC/AC変換器32は、交流電力線7から受けた交流電力を直流電力に変換して内部直流バス152を介して双方向DC/DC変換器34に供給する。
端子501には、電圧線Uが接続される。端子502には、中性線Oが接続される。端子503には、電圧線Wが接続される。たとえば、端子501と端子502との間(電圧線Uと中性線Oとの間)には、電圧が100Vの交流電力が出力される。端子503と端子502との間(電圧線Wと中性線Oとの間)には、電圧が100Vの交流電力が出力される。端子501と端子503との間(電圧線Uと電圧線Wとの間)には、電圧が200Vの交流電力が出力される。
本開示においては、電圧線Uと中性線Oとの間、すなわち第1相を、以後「U相」とも称して図示する。電圧線Wと中性線Oとの間、すなわち第2相を、以後「W相」とも称して図示する。
電流センサ41は、たとえば端子501およびリアクトルL1の間に設けられる。電流センサ41は、電圧線Uに流れる電流(以下「U線電流」とも称する。)を検出し、その検出結果を制御装置10に入力する。電流センサ41の検出結果には、U線電流の電流値Iu1が含まれる。電流センサ42は、たとえば端子503およびリアクトルL3の間に設けられる。電流センサ42は、電圧線Wに流れる電流(以下「W線電流」とも称する。)を検出し、その検出結果を制御装置10に入力する。電流センサ42の検出結果には、W線電流の電流値Iw1が含まれる。
電圧センサ51は、電圧線Uと中性線Oとの間に接続され、U相の電圧(以下、単に「U相電圧」とも称する。)を検出し、その検出結果を制御装置10に入力する。電圧センサ51の検出結果には、U相電圧の電圧値Vu1が含まれる。電圧センサ52は、電圧線Wと中性線Oとの間に接続され、W相の電圧(以下、単に「W相電圧」とも称する。)を検出し、その検出結果を制御装置10に入力する。電圧センサ52の検出結果には、W相電圧の電圧値Vw1が含まれる。
制御装置10は、パワーコンディショナ100の動作を制御する。制御装置10は、回路等のハードウェアで実現されてもよいし、図示しないCPU(Central Processing Unit)を含み、CPUが図示しないメモリに格納されたデータおよびプログラムを実行することによって実現される構成であってもよい。
制御装置10は、電流センサ41,42からそれぞれ受けた電流値Iu1,Iw1と電圧センサ51,52からそれぞれ受けた電圧値Vu1,Vw1とに基づいて、後述する制御方式に従って、双方向DC/AC変換器32および双方向DC/DC変換器34に動作指示を行なう。
典型的には、制御装置10は、自立運転時において、電圧値Vu1,Vw1に基づいて、U相およびW相への出力電圧が予め定められた電圧(たとえば、実効値が101Vrms)になるように双方向DC/AC変換器32に指示する。また、制御装置10は、自立運転時において、内部直流バス152の電圧値が一定になるように双方向DC/DC変換器34に指示する。双方向DC/DC変換器34および双方向DC/AC変換器32が上記指示に従って動作することにより、蓄電池61に余剰電力を充電したり、蓄電池61から不足電力を放電したりすることが可能となる。
まず、太陽電池4の発電電力が負荷群9の消費電力よりも大きい場合など、蓄電池61が吸収すべき余剰電力が発生している場合を考える。この場合には、双方向DC/AC変換器32には、配線73から電流が流れ込んでくる。この場合、双方向DC/DC変換器34および双方向DC/AC変換器32は、制御装置10の指示に従って、蓄電池61に余剰電力を充電するように動作する。
これに対して、太陽電池4の発電電力が負荷群9の消費電力よりも小さい場合など、蓄電池61が補うべき不足電力が発生している場合を考える。この場合には、双方向DC/AC変換器32から配線73側に電流が流れていく。この場合、双方向DC/DC変換器34および双方向DC/AC変換器32は、制御装置10の指示に従って、蓄電池61から不足電力を放電するように動作する。
図3は、実施の形態1に従うパワーコンディショナ200(連系運転側)の構成を示す模式図である。図3を参照して、パワーコンディショナ200は、制御装置20と、双方向DC/AC変換器32と、双方向DC/DC変換器34と、電流センサ43,44と、電圧センサ53,54と、リアクトルL1〜L3と、端子501〜505とを含む。
以下では、基本的に、系統電源6が停電しており、パワーコンディショナ200がパワーコンディショナ100に対して連系運転を行なっている場合の構成について説明する。端子501〜503は、配線73に接続されているものとする。なお、パワーコンディショナ100と同じ構成については、その詳細な説明は行わない。
電流センサ43は、U線電流を検出し、その検出結果を制御装置20に入力する。電流センサ43の検出結果には、U線電流の電流値Iu2が含まれる。電流センサ44は、W線電流を検出し、その検出結果を制御装置20に入力する。電流センサ44の検出結果には、W線電流の電流値Iw2が含まれる。
電圧センサ53は、U相電圧を検出し、その検出結果を制御装置20に入力する。電圧センサ53の検出結果には、U相電圧の電圧値Vu2が含まれる。電圧センサ54は、W相電圧を検出し、その検出結果を制御装置20に入力する。電圧センサ54の検出結果には、W相電圧の電圧値Vw2が含まれる。
制御装置20は、電流センサ43,44からそれぞれ受けた電流値Iu2,Iw2と電圧センサ53,54からそれぞれ受けた電圧値Vu2,Vw2とに基づいて、後述する制御方式に従って、双方向DC/AC変換器32および双方向DC/DC変換器34に動作指示を行なう。
典型的には、制御装置20は、自立運転しているパワーコンディショナ100からの出力に対して、系統電源6に接続されている場合と同じように出力電力を制御する。具体的には、制御装置20は、パワーコンディショナ100により制御された出力電圧に基づいて、出力電流を制御する。制御装置20は、U相への出力電流値(出力電力値)、およびW相への出力電流値(出力電力値)をそれぞれ独立に指定することができる。たとえば、制御装置20は、U相から蓄電池62に1kw充電させ、蓄電池62からW相に1kw放電させるように双方向DC/AC変換器32および双方向DC/DC変換器34に動作指示を行なう。
上記では、パワーコンディショナ100,200が、双方向DC/DC変換器34を備える構成について説明したが、当該構成に限られない。たとえば、パワーコンディショナ100,200が、双方向DC/DC変換器34を備えておらず、蓄電池に双方向DC/AC変換器32が直接接続されている構成であってもよい。この場合、蓄電池と双方向DC/AC変換器32と接続する直流バスの電圧は、蓄電池の電池電圧で一定となる。
<パワーコンディショナ100A,200Aの制御方式>
上記の<システムの動作概要>で述べたように、U相に接続される負荷とW相に接続される負荷とに偏りがある場合には、パワーコンディショナ100に接続される中性線に過電流が流れて、パワーコンディショナ100が停止してしまう場合がある。ここでは、主に、パワーコンディショナ200が、パワーコンディショナ100の停止を防ぐために行なう制御方式について説明する。
図4は、実施の形態1に従う各パワーコンディショナ100A,200Aの制御方式を説明するための図である。パワーコンディショナ100A,200Aは、それぞれ図2,図3に示すパワーコンディショナ100,200と対応するが、他の実施の形態との区別のため、便宜上「A」といった追加の符号を付している。これは、実施の形態2〜4においても同様である。
図4を参照して、負荷群9Uは負荷群9のうちU相に接続される負荷群であり、負荷群9Wは負荷群9のうちW相に接続される負荷群である。また、負荷群9Uおよび負荷群9Wの各々の消費電力は異なっている(図4の例では、負荷群9Uの消費電力が2kw、負荷群9Wの消費電力が5kw)。パワーコンディショナ800は、U相およびW相に2.5kwの電力を出力している。
パワーコンディショナ100A,200Aの各々の定格出力電力は、5kw(各相2.5kw)である。パワーコンディショナ100Aは、各相に100Vの交流電圧を出力する。パワーコンディショナ100Aから中性線Oへの出力電流の最大値(定格電流値)は25Aである。
ここで、仮にパワーコンディショナ200Aが動作していない場合について考える。この場合、蓄電池62に各相から電力が充電されることもないし、蓄電池62から各相に電力が放電されることもない。
パワーコンディショナ100Aは、U相における余剰電力である0.5kw(=2.5kw−2kw)を蓄電池61に充電するように制御する。パワーコンディショナ100Aは、W相における不足電力である2.5kw(=5kw−2.5kw)を蓄電池61から放電するように制御する。これは、U相からパワーコンディショナ100Aに5Aの電流が流れ込み、パワーコンディショナ100AからW相に25Aの電流が出力されることに相当する。そのため、中性線Oには、30A(=5A+25A)の電流が流れてしまい、パワーコンディショナ100Aは動作を停止してしまう。
このようなパワーコンディショナ100Aの動作停止を防ぐために、パワーコンディショナ200Aは、各相への出力電力(出力電流)を適切に制御する。以下、パワーコンディショナ200Aの制御方式について具体的に説明する。
中性線Oの定格電流値は25Aであるため、パワーコンディショナ200Aは、パワーコンディショナ100Aから中性線Oへの出力電流の電流値Iо1が25A以下になるように、各相への出力電力を制御する必要がある。ただし、ここでは、負荷群9U,9Wの消費電力の変動や発電電力の変動を考慮して、パワーコンディショナ200Aは、当該出力電流値が定格電流値(25A)から予め定められた値(たとえば、1A)だけ小さい電流値(24A)以下になるように、各相への出力電力を制御するものとする。
パワーコンディショナ200Aは、たとえば、W相に0.6kwの電力を放電する。すなわち、パワーコンディショナ200Aは、W相に対して6Aの電流を出力する。この場合、W相において、パワーコンディショナ100Aが補う必要のある不足電力は、5kw(負荷群9Wの消費電力)−2.5kw(パワーコンディショナ800の出力電力)−0.6kw(パワーコンディショナ200Aの出力電力)=1.9kwとなる。これにより、電流値Iо1は、24A(=5A+19A)で定格電流値以下となるため、パワーコンディショナ100Aは動作を継続することができる。
なお、パワーコンディショナ200Aは、U相から蓄電池62に0.5kwの電力を充電し、W相に蓄電池62から0.1kwの電力を放電するように制御してもよい。この場合にも、電流値Iо1は、24A(=0A+24A)で定格電流値以下となるため、パワーコンディショナ100Aは動作を継続できる。また、パワーコンディショナ200Aは、たとえば、W相に1kwの電力を放電するように制御してもよい。この場合には、電流値Iо1は、20A(=5A+15A)となり、定格電流値(25A)との差が大きくなる。そのため、負荷群9Uと負荷群9Wの偏りが現状よりも大きくなった場合であっても、パワーコンディショナ100Aは動作を継続することができる。
このように、パワーコンディショナ200Aは、パワーコンディショナ100Aから中性線Oへの出力電流の電流値Iо1を監視して、電流値Iо1が基準閾値(たとえば、24A)以下となるように、交流電力線7に出力する電力(電流)を制御する。
<制御装置20Aの機能構成>
図5は、実施の形態1に従う制御装置20A(連系運転側)の機能構成を示すブロック図である。図5を参照して、制御装置20Aは、電流入力部21Aと、電流制御部22Aとを含む。これらの機能は、主に、制御装置20AのCPU(図示しない)がメモリ(図示しない)に格納されたプログラムを実行することなどによって実現される。なお、これらの構成の一部または全部はハードウェアで実現されていてもよい。制御装置20Aは、図3に示す制御装置20と対応するが、他の実施の形態との区別のため、便宜上「A」といった追加の符号を付している。これは、実施の形態2〜4においても同様である。
電流入力部21Aは、パワーコンディショナ100Aから交流電力線7への出力電流値の入力を受け付ける。具体的には、電流入力部21Aは、パワーコンディショナ100Aから電圧線Uへの出力電流(U線電流)の電流値Iu1と、パワーコンディショナ100Aから電圧線Wへの出力電流(W線電流)の電流値Iw1との入力を受け付ける。たとえば、電流入力部21Aは、パワーコンディショナ100Aに設けられた電流センサ41,42から電流値Iu1,Iw1の入力を受け付ける。
また、パワーコンディショナ100A(制御装置10A)とパワーコンディショナ200A(制御装置20A)とが通信可能に構成されている場合には、電流入力部21Aは、制御装置10Aから電流値Iu1,Iw1の入力を受け付けてもよい(受信してもよい)。この場合、制御装置10Aと制御装置20Aとは、有線または無線のネットワークを介して、互いに通信可能に構成されている。
ネットワークは、任意のものを利用することができるが、有線のネットワークであれば、たとえば、イーサネット(登録商標)、PLC(Power Line Communications)などを用いることができる。また、ネットワークは、無線のネットワークであれば、たとえば、無線LAN(Local Area Network)、ZigBee(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、赤外線通信方式などを用いることができる。なお、複数の通信方式を組み合わせてもよい。
電流制御部22Aは、電流入力部21Aにより受け付けられた出力電流値に基づいて、パワーコンディショナ100Aから中性線Oへの出力電流の電流値Iо1が基準閾値以下となるように、双方向DC/AC変換器32から交流電力線7に出力される電流を制御する。
基準閾値は、パワーコンディショナ100Aが動作を停止する電流値未満に設定される。典型的には、基準閾値は、マージンを考慮して、中性線Oの定格電流値(たとえば、25A)から予め定められた値(たとえば、1A)だけ小さい値(24A)に設定される。たとえば、負荷群9Uと負荷群9Wとの偏りやパワーコンディショナ800の出力変動(すなわち、発電電力の変動)に対して、パワーコンディショナ100Aが停止し難いように設定したい場合には、マージンである予め定められた値を大きくして基準閾値を設定すればよい。
電流制御部22Aは、電流入力部21Aにより受け付けられた電流値Iu1,Iw1に基づいて電流値Iо1(=|Iu1−Iw1|)を算出する。電流値Iо1が基準閾値(たとえば、24A)よりも大きい場合には、パワーコンディショナ100Aが停止してしまう可能性があるため、電流制御部22Aは、電流値Iо1が基準閾値以下になるように、パワーコンディショナ200Aから各相に出力すべき電力(電流)を算出する。
たとえば、パワーコンディショナ100Aは、U相から蓄電池61に0.5kwの電力を充電し、W相に蓄電池61から2kwの電力を放電しているとする。この場合、電流値Iо1は、基準閾値(24A)以上の25A(=0.5A+2A)となっている。そこで、電流制御部22Aは、電流値Iо1が基準閾値以下(ここでは、24A)になるように、W相に放電する電力を現状よりも0.1kw増大させるように双方向DC/AC変換器32に指示する。あるいは、電流制御部22Aは、U相から充電する電力を現状よりも0.1kw増大させるように双方向DC/AC変換器32に指示する。
<処理手順>
本実施の形態に従う制御装置20Aの処理手順について説明する。
図6は、実施の形態1に従う制御装置20A(連系運転側)の処理手順を示すフローチャートである。なお、パワーコンディショナ200Aは、自立運転を行なっているパワーコンディショナ100Aに対して連系運転を行なっているものとする。
図6を参照して、制御装置20Aは、パワーコンディショナ100Aから交流電力線7に出力される電流値を取得する(ステップS10)。具体的には、制御装置20Aは、電流センサ41,42からそれぞれ電流値Iu1,Iw1の入力を受け付ける。あるいは、制御装置20Aは、ネットワークを介して、制御装置10Aから送信された電流値Iu1,Iw1を受信する。
制御装置20は、電流値Iu1,Iw1に基づいて、電流値Iо1を算出する(ステップS12)。制御装置20は、電流値Iо1が基準閾値以下か否かを判断する(ステップS14)。電流値Iо1が基準閾値以下である場合には(ステップS14においてYES)、制御装置20は処理を終了する。電流値Iо1が基準閾値よりも大きい場合には(ステップS14においてYES)、制御装置20は、電流値Iо1が基準閾値以下になるように、各相への出力電流を制御する(ステップS16)。
<利点>
実施の形態1によると、パワーコンディショナ200Aは、パワーコンディショナ100Aから交流電力線に出力される中性線電流を間接的に制御することができる。そのため、各相に接続される負荷に偏りがある場合であっても、パワーコンディショナ100Aの自立運転の停止を防止して、負荷への電力供給を継続することが可能となる。
[実施の形態2]
実施の形態1では、パワーコンディショナ200Aは、電流値Iо1を算出するために、電流値Iu1,Iw1をパワーコンディショナ100Aから取得する構成について説明した。実施の形態2では、自立運転側のパワーコンディショナが各相の出力電力に応じて出力電圧を変化させ、連系運転側のパワーコンディショナが当該出力電圧の変化を検出することにより電流値Iо1を推定する構成について説明する。
なお、システムの全体構成、動作概要および蓄電池用のパワーコンディショナの構成については、実施の形態1のそれと同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
<パワーコンディショナ100B,200Bの制御方式>
図7は、実施の形態2に従う各パワーコンディショナ100B,200Bの制御方式を説明するための図である。図7を参照して、負荷群9U、負荷群9Wの消費電力は、それぞれ2kw、5kwである。パワーコンディショナ800は、U相およびW相に2.5kwの電力を出力している。パワーコンディショナ100Bは、U相からの0.5kwの電力を蓄電池61に充電させ、W相に対して0.5kwの電力を蓄電池61から放電させている。パワーコンディショナ200Bは、W相に対して2kwの電力を蓄電池62から放電させている。
ここで、パワーコンディショナ200Bは、パワーコンディショナ100Bに接続された中性線Oに過電流が流れないように、電流値Iо1を監視する必要がある。実施の形態2では、電流値Iо1の監視方式として、パワーコンディショナ100Bにおいて検出される電圧値Vu1および電圧値Vw1が、それぞれパワーコンディショナ200Bにおいて検出される電圧値Vu2および電圧値Vw2と同じであることを利用する。
パワーコンディショナ100Bは、各相における充電電力および放電電力の大きさに応じて、各相の出力電圧を変化させる。パワーコンディショナ200Bは、当該出力電圧の変化を検出することにより電流値Iо1を推定する。
たとえば、パワーコンディショナ100Bは、U相およびW相の各々について、充電電力が0.1kw増大するごとに出力電圧を0.24V増大させ、放電電力が0.1kw増大するごとに出力電圧を0.24V低下させる。図7の例では、U相では充電電力が0.5kw(すなわち、充電電力が0kwから0.5kwまで増大)であるため、U相電圧は基準電圧値(たとえば、101V)に1.2V(=0.24×5)を加えた102.2Vに設定されている。W相では放電電力が0.5kw(すなわち、放電電力が0kwから0.5kwまで増大)であるため、W相電圧は基準電圧値(101V)から1.2V(=0.24×5)を減算した99.8Vに設定されている。
パワーコンディショナ200Bは、電圧センサ53,54によりU相電圧が102.2V(基準電圧値から1.2V増大)であり、W相電圧が99.8V(基準電圧値から1.2V低下)であることを検出する。パワーコンディショナ200Bは、当該検出結果に基づいて、U相から蓄電池61への充電電力が0.5kwであると判断し、蓄電池61からW相への放電電力が0.5kwであると判断する。これにより、パワーコンディショナ200は、電流値Iо1が10Aであると推定する。
すなわち、パワーコンディショナ200Bは、検出したU相電圧値(102.2V)とW相電圧値(99.8V)との差分電圧値(2.4V)を、パワーコンディショナ100Bが0.1kwごとに変化させる出力電圧変化量(0.24V)で除した値(10)から電流値Iо1を推定する。そして、パワーコンディショナ200Bは、推定した電流値Iо1が基準閾値以下となるように、交流電力線7に出力する電力(電流)を制御する。
<制御装置10B,20Bの機能構成>
(制御装置10B)
図8は、実施の形態2に従う制御装置10B(自立運転側)の機能構成を示すブロック図である。図8を参照して、制御装置10Bは、電流入力部11Bと、電圧検出部12Bと、電力算出部13Bと、電圧制御部14Bとを含む。これらの機能は、主に、制御装置10BのCPUがメモリに格納されたプログラムを実行することなどによって実現される。なお、これらの構成の一部または全部はハードウェアで実現されていてもよい。
電流入力部11Bは、電流センサ41を介して電流値Iu1の入力を受け付け、電流センサ42を介して電流値Iw1の入力を受け付ける。電流入力部11Bは、電流値Iu1,Iw1を電力算出部13Bに送出する。
電圧検出部12Bは、電圧センサ51を介してU相電圧の電圧値Vu1を検出し、電圧センサ52を介してW相電圧の電圧値Vw1を検出する。電圧検出部12Bは、電圧値Vu1,Vw1を電力算出部13Bに送出する。
電力算出部13Bは、電流値Iu1と電圧値Vu1とに基づいて、U相電力の電力値Pu1を算出する。電力算出部13Bは、電流値Iw1と電圧値Vw1とに基づいて、W相電力の電力値Pw1を算出する。電力算出部13Bは、電力値Pu1,Pw1を電圧制御部14Bに送出する。
電圧制御部14Bは、予め定められた情報に基づいて、電力値Pu1の変化に応じてU相電圧を変化させ、電力値Pw1の変化に応じてW相電圧を変化させるように双方向DC/AC変換器32に指示する。予め定められた情報は、U相およびW相の各々について、当該相の電力値の変化量に対する当該相の電圧値の変化量を示す情報であり、たとえば、図9に示すようなグラフである。
図9は、出力電力値と出力電圧値との関係性を示す図である。ここでは、説明の容易化のため、電圧制御部14BがU相電力値の変化に応じてU相電圧値を変化させる場合について説明する。図9を参照して、U相電力値が0kw(すなわち、蓄電池61が充電も放電もしていない)場合には、電圧制御部14Bは、U相電圧値を101Vに設定する。
ここで、負荷群9Uの変動やパワーコンディショナ800からの出力電力の変動により、U相電力値が充電方向(図9中の正方向)に0.2kw変化した場合には、電圧制御部14Bは当該変化に応じてU相電圧値を101.48Vに変化させる。一方、U相電力が放電方向(図9中の負方向)に0.2kwに変化した場合には、電圧制御部14Bは当該変化に応じてU相電圧値を100.52Vに変化させる。なお、電圧制御部14Bは、各相の電圧値を、予め定められた電圧範囲(101V±6V)内で変化させる。また、図9中の直線900を示す情報は、たとえば、制御装置10Bのメモリ(図示しない)に記憶されているとする。
このように、電圧制御部14Bは、図9中の直線900に基づいて、各相への出力電力の変化に応じて各相への出力電圧を変化させる指示を双方向DC/AC変換器32に与える。なお、電圧制御部14Bは、各相電力が連続的に変化するときに各相電圧を階段状に変化させる指示を与えてもよい。典型的には、電圧制御部14Bは、U相電力値(またはW相電力値)が0.1kw変化するごとにU相電圧値(W相電圧値)を0.24V変化させる指示を与える。また、図9の例では、充電方向を正方向、放電方向を負方向に設定したが、充電方向を負方向、放電方向を正方向に設定する構成であってもよい。さらに、電圧制御部14Bは、直線900に従って、W相電力値の変化に応じてW相電圧値を変化させてもよいし、W相用に新たに設けた別の直線(または曲線)に従ってW相電圧値を変化させてもよい。
(制御装置20B)
図10は、実施の形態2に従う制御装置20B(連系運転側)の機能構成を示すブロック図である。図10を参照して、制御装置20Bは、電流制御部22Bと、電圧検出部23Bと、電流推定部24Bとを含む。
電圧検出部23Bは、電圧センサ53,54を介して、U相電圧の電圧値Vu2と、W相電圧の電圧値Vw2とを検出する。電圧検出部23Bは、検出した電圧値Vu2,Vw2を電流推定部24Bに送出する。なお、電圧検出部23Bは、常時、電圧センサ53,54からの検出結果の入力を受け付けている。そのため、電圧検出部23Bは、U相電圧の電圧周波数Fu2およびV相電圧の電圧周波数Fw2を検出することもできる。
電流推定部24Bは、電圧値Vu2と、電圧値Vw2と、予め定められた情報(図9中の直線900を示す情報)とに基づいて、パワーコンディショナ100Bから中性線Oに出力される中性線電流の電流値Iо1を推定する。具体的には、電流推定部24Bは、電圧値Vu2が101.48Vである場合にはU相電力が充電方向に0.5kwであると推定し、電圧値Vw2が99.8Vである場合にはW相電力が放電方向に0.5kwであると推定する。そして、電流推定部24Bは、電流値Iо1が10Aであると推定する。また、図9中の直線900を示す情報は、たとえば、制御装置20Bのメモリ(図示しない)に記憶されているとする。
電流制御部22Bは、電流推定部24Bにより推定された電流値Iо1が基準閾値以下となるように、双方向DC/AC変換器32から交流電力線7に出力される電流を制御する。
<処理手順>
実施の形態2に従う制御装置10B,20Bの処理手順について説明する。
図11は、実施の形態2に従う制御装置10B(自立運転側)の処理手順を示すフローチャートである。なお、充電方向への電力値の増大を「電力値が増大」したと表現し、放電方向への電力値の増大を「電力値が低下」したと表現するものとする。
図11を参照して、制御装置10Bは、各相の電流値および電圧値を検出する(ステップS20)。具体的には、制御装置10Bは、電流センサ41,42を介してそれぞれ電流値Iu1,Iw1を検出し、電圧センサ51,52を介してそれぞれ電圧値Vu1,Vw1を検出する。制御装置10Bは、電流値Iu1,Iw1と、電圧値Vu1,Vw1とに基づいて、U相電力の電力値Pu1とW相電力の電力値Pw1とを算出する(ステップS21)。
制御装置10Bは、今回の電力値Pu1(すなわち、直近で算出された電力値Pu1)が前回算出された値よりも所定電力値Pus(たとえば、0.1kw)だけ増大(充電方向に電力が増大、放電方向に電力が低下)したか否かを判断する(ステップS22)。
今回の電力値Pu1が所定電力値Pusだけ増大した場合には(ステップS22においてYES)、制御装置10Bは、次回の電圧値Vu1を、検出された今回の電圧値Vu1よりも所定電圧値Vs(たとえば、0.24V)だけ増大(Vu1=Vu1+Vs)するように双方向DC/AC変換器32に指示して(ステップS26)、ステップS30の処理に進む。一方、今回の電力値Pu1が所定電力値Pusだけ増大していない場合には(ステップS22においてNO)、制御装置10Bは、今回の電力値Pu1が所定電力値Pusだけ低下(充電方向に電力が低下、放電方向に電力が増大)したか否かを判断する(ステップS24)。
今回の電力値Pu1が所定電力値Pusだけ低下した場合には(ステップS24においてYES)、制御装置10Bは、次回の電圧値Vu1を、検出された今回の電圧値Vu1よりも所定電圧値Vs(たとえば、0.24V)だけ低下(Vu1=Vu1−Vs)するように双方向DC/AC変換器32に指示して(ステップS28)、ステップS30の処理に進む。一方、電力値Pu1が所定電力値Pusだけ低下していない場合には(ステップS24においてNO)、制御装置10Bは、ステップS30の処理に進む。この場合、制御装置10Bは、U相電圧値を変化させない。
制御装置10Bは、今回の電力値Pw1(すなわち、直近で算出された電力値Pw1)が前回算出された値よりも所定電力値Pws(たとえば、0.1kw)だけ増大したか否かを判断する(ステップS30)。
今回の電力値Pw1が所定電力値Pwsだけ増大した場合には(ステップS30においてYES)、制御装置10Bは、次回の電圧値Vw1を、検出された今回の電圧値Vw1よりも所定電圧値Vsだけ増大(Vw1=Vw1+Vs)するように双方向DC/AC変換器32に指示して(ステップS34)、処理を終了する。一方、今回の電力値Pw1が所定電力値Pwsだけ増大していない場合には(ステップS30においてNO)、制御装置10Bは、今回の電力値Pw1が所定電力値Pwsだけ低下したか否かを判断する(ステップS32)。
今回の電力値Pw1が所定電力値Pwsだけ低下した場合には(ステップS32においてYES)、制御装置10Bは、次回の電圧値Vw1を、検出された今回の電圧値Vw1よりも所定電圧値Vsだけ低下(Vw1=Vw1−Vs)するように双方向DC/AC変換器32に指示して(ステップS36)、処理を終了する。一方、今回の電力値Pw1が所定電力値Pwsだけ低下していない場合には(ステップS32においてNO)、制御装置10Bは、処理を終了する。この場合、制御装置10BはW相電圧値を変化させない。
上記フローチャートにおいて、ステップS20〜S28までの一連の処理と、ステップS30〜S36までの一連の処理とは逆の順序で実行されてもよいし、並行して実行されてもよい。また、所定電力値Pusと所定電力値Pwsとは同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。所定電圧値Vsは、相ごとに異なる値が設定されてもよい。
図12は、実施の形態2に従う制御装置20B(連系運転側)の処理手順を示すフローチャートである。なお、パワーコンディショナ200Bは、自立運転を行なっているパワーコンディショナ100Bに対して連系運転を行なっているものとする。
図12を参照して、制御装置20Bは、電圧センサ53,54を介してU相電圧の電圧値Vu2と、W相電圧の電圧値Vw2とを検出する(ステップS40)。
制御装置20Bは、電圧値Vu2,Vw2と、予め定められた情報(図9中の直線900を示す情報)とに基づいて、中性線電流の電流値Iо1を推定する(ステップS42)。制御装置20Bは、推定した電流値Iо1が基準閾値以下か否かを判断する(ステップS44)。推定した電流値Iо1が基準閾値以下である場合には(ステップS44においてYES)、制御装置20Bは処理を終了する。推定した電流値Iо1が基準閾値よりも大きい場合には(ステップS44においてNO)、制御装置20は、電流値Iо1が基準閾値以下になるように、各相への出力電流を制御する(ステップS46)。
<変形例>
上記では、パワーコンディショナ100Bが各相の出力電力値の変化に応じて出力電圧値を変化させる構成について説明した。実施の形態2の変形例では、パワーコンディショナ100Bが各相の出力電力値に応じて出力電圧の周波数を変化させる構成について説明する。
具体的には、制御装置10B(電圧制御部14B)は、電力値Pu1の変化に応じてU相電圧の電圧周波数Fu1を変化させ、電力値Pw1の変化に応じてW相電圧の電圧周波数Fw1を変化させるように双方向DC/AC変換器32に指示する。電圧制御部14Bは、図13に示すようなグラフに従って、各相の電圧周波数を変化させる指示を双方向DC/AC変換器32に与える。
図13は、出力電力値と出力電圧周波数との関係性を示す図である。ここでは、説明の容易化のため、U相電力値の変化に応じてU相電圧周波数を変化させる場合について説明する。図13を参照して、U相電力が0kwの場合には、電圧制御部14Bは、U相電圧周波数を60Hzに設定する。
ここで、U相電力値が充電方向(図13中の正方向)に0.2kw変化した場合には、電圧制御部14Bは当該変化に応じてU相電圧周波数を60.08Hzに変化させる。一方、U相電力値が放電方向(図13中の負方向)に0.2kwに変化した場合には、電圧制御部14Bは当該変化に応じてU相電圧周波数を59.92Hzに変化させる。なお、電圧制御部14Bは、各相の電圧値を、予め定められた周波数範囲(60Hz±1Hz)内で変化させる。また、図13中の直線910を示す情報は、たとえば、図示しないメモリに記憶されているとする。
そして、制御装置20B(電流推定部24B)は、電圧周波数Fu2,Fw2と、予め定められた情報(図13中の直線910を示す情報)とに基づいて、パワーコンディショナ100Bから中性線Oに出力される中性線電流の電流値Iо1を推定する。具体的には、電流推定部24Bは、電圧周波数Fu2が60.08Hzである場合にはU相電力が充電方向に0.5kwであると推定し、電圧周波数Fw2が59.92Hzである場合にはW相電力が放電方向に0.5kwであると推定する。そして、電流推定部24Bは、電流値Iо1が10Aであると推定する。
図14は、実施の形態2の変形例に従う制御装置10B(自立運転側)の処理手順を示すフローチャートである。図12と同様に、充電方向への電力値の増大を「電力値が増大」したと表現し、放電方向への電力値の増大を「電力値が低下」したと表現するものとする。
図14を参照して、制御装置10Bは、各相について、電流値、電圧値および電圧周波数を検出する(ステップS50)。具体的には、制御装置10Bは、電流センサ41,42を介してそれぞれ電流値Iu1,Iw1を検出し、電圧センサ51,52を介してそれぞれ電圧値Vu1,Vw1、電圧周波数Fu1,Fw1を検出する。ステップS21からS24までの処理は、図11の処理と同じであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
今回の電力値Pu1が所定電力値Pusだけ増大した場合には(ステップS22においてYES)、制御装置10Bは、次回の電圧周波数Fu1を、検出された今回の電圧周波数Fu1よりも所定周波数Fs(たとえば、0.04Hz)だけ増大(Fu1=Fu1+Fs)するように双方向DC/AC変換器32に指示して(ステップS51)、ステップS30の処理に進む。
また、今回の電力値Pu1が所定電力値Pusだけ低下した場合には(ステップS24においてYES)、制御装置10Bは、次回の電圧周波数Fu1を、検出された今回の電圧周波数Fu1よりも所定周波数Fsだけ低下(Fu1=Fu1−Fs)するように双方向DC/AC変換器32に指示して(ステップS52)、ステップS30の処理に進む。
ステップS30,S32の処理は、図11の処理と同じであるため、その詳細な説明は繰り返さない。今回の電力値Pw1が所定電力値Pwsだけ増大した場合には(ステップS30においてYES)、制御装置10Bは、次回の電圧周波数Fw1を、検出された今回の電圧周波数Fw1よりも所定周波数Fsだけ増大(Fw1=Fw1+Fs)するように双方向DC/AC変換器32に指示して(ステップS54)、処理を終了する。
また、今回の電力値Pw1が所定電力値Pwsだけ低下した場合には(ステップS32においてYES)、制御装置10Bは、次回の電圧周波数Fw1を、検出された今回の電圧周波数Fw1よりも所定周波数Fsだけ低下(Fw1=Fw1−Fs)するように双方向DC/AC変換器32に指示して(ステップS56)、処理を終了する。
上記フローチャートにおいて、ステップS22,S24,S51,S52の一連の処理と、ステップS30,S32,S54,S56の一連の処理とは逆の順序で実行されてもよいし、並行して実行されてもよい。また、所定周波数Fsは、相ごとに異なる値が設定されてもよい。
図15は、実施の形態2の変形例に従う制御装置20B(連系運転側)の処理手順を示すフローチャートである。なお、パワーコンディショナ200Bは、自立運転を行なっているパワーコンディショナ100Bに対して連系運転を行なっているものとする。
図15を参照して、制御装置20Bは、電圧センサ53,54を介してU相電圧の電圧周波数Fu2と、W相電圧の電圧周波数Fw2とを検出する(ステップS60)。制御装置20Bは、電圧周波数Fu2,Fw2と、予め定められた情報(図13中の直線910を示す情報)とに基づいて、中性線電流の電流値Iо1を推定する(ステップS62)。ステップS44,S46の処理は、図12の処理と同じであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
<利点>
実施の形態2によると、パワーコンディショナ200Bは、パワーコンディショナ100Bに設けられた電流センサ41,42、あるいはネットワークを用いた通信により出力電流値情報を取得することなく、電流値Iо1を推定することができる。そのため、実施の形態1と比較して、パワーコンディショナ200Bと電流センサ41,42とを接続する必要もないし、パワーコンディショナ100Bとパワーコンディショナ200Bとをネットワークで接続する必要もない。そのため、電力システムの構成を簡易にすることができる。
[実施の形態3]
実施の形態3では、実施の形態1に従う電力システムがホームコントローラ300Cをさらに含む構成について説明する。実施の形態1では、パワーコンディショナ200Aは、パワーコンディショナ100Aから電流値Iu1,Iw1を取得して、パワーコンディショナ100Aを停止させないように出力電力を制御する構成について説明した。実施の形態3では、蓄電池用のパワーコンディショナは、ホームコントローラの指示に従って動作を行なう。
<制御方式の概要>
図16は、実施の形態3に従うホームコントローラ300Cの制御方式を説明するための図である。図16を参照して、ホームコントローラ300Cは、有線または無線のネットワークを介して、パワーコンディショナ100Cおよびパワーコンディショナ200Cと互いに通信可能に構成されている。ホームコントローラ300Cは、パワーコンディショナ100C,200Cを制御する。
具体的には、ホームコントローラ300Cは、パワーコンディショナ100Cにより検出された電流値Iu1,Iw1を当該パワーコンディショナ100Cから取得する。ホームコントローラ300Cは、取得した電流値Iu1,Iw1に基づいて、パワーコンディショナ100Cから中性線Oへの出力電流の電流値Iо1を算出する。ホームコントローラ300Cは、電流値Iо1が基準閾値以下となるように、パワーコンディショナ200Cから交流電力線7に出力される電流を制御する。すなわち、ホームコントローラ300Cは、パワーコンディショナ200Cに交流電力線7に出力すべき電流値を指示する。
このように、ホームコントローラ300Cは、電流値Iо1を監視して、電流値Iо1が基準閾値以下となるように、パワーコンディショナ200Cから交流電力線7に出力される電力(電流)を制御する。
<ホームコントローラ300Cのハードウェア構成>
図17は、実施の形態3に従うホームコントローラ300Cのハードウェア構成を示す模式図である。図17を参照して、ホームコントローラ300Cは、少なくともCPU301とメモリ310とを含み、必要に応じてディスプレイ303およびタブレット304を含むタッチパネル302と、操作ボタン305と、通信インターフェイス306と、出力インターフェイス307と、入力インターフェイス308とを含む。
CPU301は、ホームコントローラ300Cにおける全体処理を司る処理主体であり、メモリ310などに予め格納されたプログラムを実行することで、後述するような各種機能を提供する。CPU301は、タブレット304または操作ボタン305に入力されたユーザ操作に応答して、当該ユーザ操作によって指示された処理を実行する。
タッチパネル302は、ユーザインターフェイスを提供する装置であり、CPU301からの命令に従って各種情報をユーザに提示するとともに、ユーザから入力された指示をCPU301へ出力する。ディスプレイ303は、たとえば、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイなどから構成されており、その表示面に画像を表示する。
タブレット304は、ユーザの指などによるタッチ操作を検出して、そのタッチ操作がなされた位置を示す座標値などをCPU301へ出力する。ディスプレイ303の表示面に対応付けてタブレット304が設けられている。なお、ホームコントローラ300Cは、必ずしもタッチパネルを含む必要はなく、ユーザに対して各種情報を提示できればよい。
操作ボタン305は、ユーザ操作を受け付けるための入力手段であり、典型的には、ホームコントローラ300Cの表面に1つまたは複数が配置される。操作ボタン305は、ユーザ操作を受け付けると、そのユーザ操作を示す情報をCPU301へ出力する。
通信インターフェイス306は、CPU301からの命令に従って、パワーコンディショナ100C,200Cなどとデータ通信を行なう。より具体的には、通信インターフェイス306は、イーサネット(登録商標)、PLC、無線LAN、ZigBee(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、赤外線通信方式などを利用する。
出力インターフェイス307は、CPU301とディスプレイ303との間の内部コマンドの遣り取りを仲介する。入力インターフェイス308は、タブレット304および/または操作ボタン305とCPU301との間の内部コマンドの遣り取りを仲介する。
メモリ310は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read-Only Memory)、ハードディスクなどによって実現される。メモリ310は、各種データおよびCPU301によって実行されるプログラムなどを記憶する。
なお、メモリ310は、通信インターフェイスを介して接続される記憶媒体を用いて実現してもよい。このような記憶媒体としては、フラッシュメモリ、CD−ROM(Compact Disc-Read Only Memory)やDVD−ROM(Digital Versatile Disk-Read Only Memory)などの光学ディスク記憶媒体を用いることができる。
ホームコントローラ300Cにおける以下のフローチャートで説明するような情報処理は、CPU301が周辺のハードウェアコンポーネントと連係してプログラムを実行することで実現される。一般的には、このようなプログラムは、メモリ310などに予めインストールされている。
このようなプログラムは、任意の記憶媒体に格納されて流通することで提供されうる。あるいは、このようなプログラムは、インターネットなどに接続されているサーバ装置(または、他の装置)からのダウンロードによって提供されうる。すなわち、記憶媒体から格納されているプログラムが読み出されて、または、サーバ装置からダウンロードによりプログラムが取得されて、メモリ310などに一旦格納される。そして、CPU301は、メモリ310に格納されたプログラムを実行可能な形式に展開した上で、当該プログラムを実行する。
また、CPU301がプログラムを実行することにより本実施の形態に従うすべての機能を実現するだけでなく、プログラムに従って、コンピュータ上で実行されているOS(オペレーティングシステム)などが必要な処理の全部または一部を行なうことで、本実施の形態に従う機能を実現するようにしてもよい。
<各装置の機能構成>
図18は、実施の形態3に従う各制御装置10C,20C、ホームコントローラ300Cの機能構成を示すブロック図である。図18を参照して、パワーコンディショナ100Cの制御装置10Cは、電流入力部11Cと、通信部15Cとを含む。ホームコントローラ300Cは、電流情報受信部351Cと、指令部352Cとを含む。パワーコンディショナ200Cの制御装置20Cは、通信部25Cと、電流制御部22Cとを含む。
制御装置10Cの電流入力部11Cは、電流値Iu1と電流値Iw1との入力を受け付ける。電流入力部11Bは、電流値Iu1,Iw1を通信部15Cに送出する。通信部15Cは、ホームコントローラ300Cに電流値Iu1,Iw1を送信する。
ホームコントローラ300Cの電流情報受信部351Cは、電流値Iu1,Iw1を受信する。電流情報受信部351Cは、受信した電流値Iu1,Iw1を指令部352Cに送出する。
指令部352Cは、電流値Iu1,Iw1に基づいて電流値Iо1(=|Iu1−Iw1|)を算出する。電流値Iо1が基準閾値(たとえば、24A)よりも大きい場合には、パワーコンディショナ100Cが停止してしまう可能性があるため、指令部352Cは、電流値Iо1が基準閾値以下になるように、パワーコンディショナ200Cから各相に出力すべき電力(電流)を算出する。指令部352Cは、算出値に基づく指令情報を制御装置20Cに送信する。たとえば、指令部352Cは、W相に放電する電力を現状よりも0.1kw増大させるべきと判断した場合には、W相電力を放電方向に0.1kw増大させるための指令情報を生成して制御装置20Cに送信する。
制御装置20Cの通信部25Cは、指令情報を受信する。通信部25Cは、指令情報を電流制御部22Cに送出する。電流制御部22Cは、指令情報に基づいて、双方向DC/AC変換器32に指示する。たとえば、電流制御部22Cは、指令情報に基づいて、W相電力を放電方向に0.1kw増大させるように双方向DC/AC変換器32に指示する。
<利点>
実施の形態3によると、ホームコントローラ300Cにより電力システムの動作が制御される。パワーコンディショナ100C,200Cは、ホームコントローラ300Cの指示に従って動作するだけでよく、パワーコンディショナ100C,200Cの構成を簡易にすることができる。そのため、連系運転する蓄電池用のパワーコンディショナの個数が増えた場合であっても、電力システム全体の動作制御が容易となる。また、ホームコントローラ300Cは、電流値Iо1が基準閾値以下を満たす範囲で、パワーコンディショナ200Cからの出力電流を自由に調整することもできる。
[実施の形態4]
実施の形態3では、ホームコントローラ300Cが、パワーコンディショナ100Cが自立運転を停止しないように、連系運転を行なっているパワーコンディショナ200Cに指示を与える構成について説明した。実施の形態4では、ホームコントローラは、2つの蓄電池のうち電池残量が小さい方に電力が優先的に充電され、かつ自立運転を行なうパワーコンディショナが停止しないように、蓄電池用のパワーコンディショナに指示する。
<制御方式の概要>
図19は、実施の形態4に従うホームコントローラ300Dの制御方式を説明するための図である。なお、ホームコントローラ300Dのハードウェア構成は、図17に示すハードウェア構成と同じである。図19を参照して、負荷群9Uの消費電力は2kw、負荷群9Wの消費電力は6kwである。パワーコンディショナ800は、U相およびW相の各々に4kwの電力を出力している。
パワーコンディショナ100Dおよび200Dは、それぞれ蓄電池61および62の電池残量を検出可能に構成されている。なお、電池残量(SOC:State of Charge)(%)とは、満充電容量に対する現在の残容量を百分率(0〜100%)で示したものである。ホームコントローラ300Dは、電流値Iu1,Iw1と、蓄電池61の電池残量B1とを、パワーコンディショナ100Dから取得する。ホームコントローラ300Dは、電流値Iu2,Iw2と蓄電池62の電池残量B2とをパワーコンディショナ200Dから取得する。なお、ホームコントローラ300Dは、電圧値Vu1,Vw1を、パワーコンディショナ100Dから取得するように構成されていてもよい。
ホームコントローラ300Dは、電流値Iu1,Iw1に基づいて、パワーコンディショナ100Dから交流電力線7への出力電流(電力)を監視し、電流値Iu2,Iw2に基づいてパワーコンディショナ200Dから交流電力線7への出力電流(電力)を監視する。なお、ホームコントローラ300Dは、パワーコンディショナ100Dが、たとえば、各相に100Vの交流電圧を出力していることを把握しているものとする。また、ホームコントローラ300Dは、電池残量B1,B2に基づいて、蓄電池61,62の電池残量状態も監視できる。
ここで、図19の例では、U相については、パワーコンディショナ800の出力電力(4kw)が負荷群9Uの消費電力(2kw)よりも大きく、2kwの余剰電力が生じている。W相については、パワーコンディショナ800の出力電力(4kw)が負荷群9Wの消費電力(6kw)よりも小さく、2kwの不足電力が生じている。
ここで、第1の局面として、U相における2kwの余剰電力が蓄電池61および蓄電池62により充電されている状態を想定する。具体的には、パワーコンディショナ100Dは、蓄電池61にU相電力(0.5kw)を充電させ、蓄電池61からW相電力(1kw)を放電させている。パワーコンディショナ200Dは、蓄電池62にU相電力(1.5kw)を充電させ、蓄電池62からW相電力(1kw)を放電させている。
ホームコントローラ300Dは、取得された電池残量B1と電池残量B2とに基づいて、電池残量B1が電池残量B2よりも小さいと判断したものとする。この場合、ホームコントローラ300Dは、蓄電池61に優先的に電力を充電させ、かつパワーコンディショナ100Dが停止しないように、パワーコンディショナ100D,200Dから出力される電力(電流)を制御する。
具体的には、ホームコントローラ300Dは、蓄電池61に充電可能な最大電力を算出する。第1の局面では、U相において、2kwの余剰電力が生じていることから、最大電力は2kwであると算出される。ホームコントローラ300Dは、この最大電力を蓄電池61に充電させた場合に、パワーコンディショナ100Dに接続される中性線Oの電流値Iо1が基準閾値(ここでは、24A)以下に収まるか否かを判断する。現状では、パワーコンディショナ100Dは、蓄電池61からW相電力(1kw)を放電させているため、U相において2kwの電力を充電させると、電流値Iо1が30Aとなり基準閾値を超えてしまう。
そこで、ホームコントローラ300Dは、電流値Iо1が基準閾値以下になるように、蓄電池61からW相への放電電力を1kwから0.4kwに変更し、U相から蓄電池61への充電電力を0.5kwから2kwに変更するようにパワーコンディショナ100Dに指示する。また、ホームコントローラ300Dは、余剰電力および不足電力を調整するために、蓄電池62からW相への放電電力を1kwから1.6kwに変更し、蓄電池62へのU相からの充電電力を1.5kwから0kwに変更するようにパワーコンディショナ200Dに指示する。
第2の局面では、ホームコントローラ300Dからの指示に従って、パワーコンディショナ100Dは、蓄電池61にU相電力(2kw)を充電させ、蓄電池61からW相電力(0.4kw)を放電させている。ホームコントローラ300Dからの指示に従って、パワーコンディショナ200Dは、蓄電池62にU相電力を充電させず、蓄電池62からW相電力(1.6kw)を放電させている。すなわち、第2の局面は、電池残量が小さい蓄電池61を優先して充電させつつ、パワーコンディショナ100Dが停止しないような状態となる。
<各装置の機能構成>
図20は、実施の形態4に従う各制御装置10D,20D、ホームコントローラ300Dの機能構成を示すブロック図である。図20を参照して、パワーコンディショナ100Dの制御装置10Dは、電流入力部11Dと、電池残量検出部17Dと、通信部15Dと、電流制御部16Dとを含む。ホームコントローラ300Dは、電流情報受信部351Dと、指令部352Dと、電池残量受信部353Dとを含む。パワーコンディショナ200Dの制御装置20Dは、電流入力部21Dと、電流制御部22Dと、通信部25Dと、電池残量検出部26Dとを含む。
制御装置10Dの電流入力部11Dは、電流センサ41,42を介して、電流値Iu1および電流値Iw1の入力を受け付け、当該電流値Iu1,Iw1を通信部15Dに送出する。
電池残量検出部17Dは、蓄電池61の電池残量B1を検出する。電池残量検出部17Dは、たとえば、蓄電池61の電池電圧(直流電圧)を計測し、電池残量B1と電池電圧との対応関係を示す情報に基づいて電池残量B1を検出する。電池残量検出部17Dは、電池残量B1を通信部15Dに送出する。
通信部15Dは、ホームコントローラ300Dに電流値Iu1,Iw1および電池残量B1を送信する。通信部15Dは、ホームコントローラ300Dから指令情報を受信して、電流制御部16Dに送出する。電流制御部16Dは、指令情報に基づいて、パワーコンディショナ100Dの双方向DC/AC変換器32に指示を与える。
制御装置20Dの電流入力部21Dは、電流センサ43,44を介して、電流値Iu2および電流値Iw2の入力を受け付け、当該電流値Iu2,Iw2を通信部25Dに送出する。
電池残量検出部26Dは、蓄電池62の電池残量B2を検出して、当該電池残量B2を通信部25Dに送出する。通信部25Dは、ホームコントローラ300Dに電流値Iu2,Iw2および電池残量B2を送信する。通信部25Dは、ホームコントローラ300Dから指令情報を受信して、電流制御部22Dに送出する。電流制御部22Dは、指令情報に基づいて、パワーコンディショナ200Dの双方向DC/AC変換器32に指示を与える。
ホームコントローラ300Dの電流情報受信部351Dは、制御装置10Dから電流値Iu1,Iw1を受信し、制御装置20Dから電流値Iu2,Iw2を受信する。電流情報受信部351Dは、受信した電流値Iu1,Iw1,Iu2,Iw2を指令部352Dに送出する。電池残量受信部353Dは、制御装置10Dから電池残量B1を受信し、制御装置20Dから電池残量B2を受信する。電池残量受信部353Dは、電池残量B1,B2を指令部352Dに送出する。
指令部352Dは、電流値Iu1,Iw1,Iu2,Iw2と、電池残量B1,B2とに基づいて、電池残量B1,B2のうち小さい方の電池残量に対応する蓄電池を優先的に充電させ、かつ電流値Iо1が基準閾値以下となるように、パワーコンディショナ100D,200Dの各々に対して、当該パワーコンディショナから交流電力線7に出力される電流を制御するための指令情報を与える。具体的には、指令部352Dは、電池残量B1,B2を比較して電池残量が小さい蓄電池を選択し、当該選択した蓄電池に充電可能な最大電力を算出する。そして、指令部352Dは、算出した最大電力を当該蓄電池に充電させる場合に、電流値Iо1が基準閾値以下となるように、パワーコンディショナ100D,200Dの各々に対して指令情報を送信する。
<処理手順>
図21は、実施の形態4に従うホームコントローラ300Dの処理手順を示すフローチャートである。なお、フローチャートの開始時点においては、パワーコンディショナ100Dは自立運転を行なっており、パワーコンディショナ200Dはパワーコンディショナ100Dに対して連系運転を行なっているものとする。
ホームコントローラ300DのCPU301は、通信インターフェイス306を介して、電流値Iu1,Iw1をパワーコンディショナ100Dから受信し、電流値Iu2,Iw2をパワーコンディショナ200Dから受信する(ステップS70)。CPU301は、通信インターフェイス306を介して、電池残量B1をパワーコンディショナ100Dから受信し、電池残量B2をパワーコンディショナ200Dから受信する(ステップS72)。
CPU301は、電池残量B1と電池残量B2との差分が所定残量(たとえば、20%)以上か否かを判断する(ステップS74)。当該差分が所定残量未満の場合には(ステップS74においてNO)、CPU301は処理を終了する。この場合、ホームコントローラ300Dは、パワーコンディショナ100D,200Dの各々に対して、出力電流(電力)を変更させる指令情報を送信しない。すなわち、パワーコンディショナ100D,200Dは、現状の運転を維持する。
当該差分が所定残量以上の場合には(ステップS74においてYES)、CPU301は、電池残量B1が電池残量B2よりも小さいか否かを判断する(ステップS76)。電池残量B1が電池残量B2よりも小さい場合には(ステップS76においてYES)、CPU301は、電池残量B1,B2のうち小さい方の電池残量B1に対応する蓄電池61を、優先して充電させる蓄電池(充電優先蓄電池)として選択して(ステップS78)、ステップS82の処理を実行する。一方、電池残量B1が電池残量B2よりも大きい場合には(ステップS76においてNO)、CPU301は、電池残量B2に対応する蓄電池62を充電優先蓄電池として選択して(ステップS80)、ステップS82の処理を実行する。
そして、CPU301は、選択した蓄電池に電力を充電させ、かつ電流値Iо1が基準閾値以下になるように、パワーコンディショナ100D,200Dの各々に対して指令情報を送信する(ステップS82)。これにより、パワーコンディショナ100D,200Dの各々は、受信した指令情報に従って各相への出力電流を制御する。
<利点>
実施の形態4によると、ホームコントローラ300Dは、パワーコンディショナ100Dの自立運転を停止させることなく負荷群9への電力供給を維持することができるとともに、複数の蓄電池に効率よく電力を充電することができる。
[その他の実施の形態]
上述した実施の形態では、蓄電池用のパワーコンディショナにおいて、電圧線Uの電流を検出する電流センサと、電圧線Wの電流を検出する電流センサとを設ける構成について説明したが、当該構成に限られない。たとえば、電圧線Uおよび電圧線Wの一方の電流を検出する電流センサと、中性線Oの電流を検出する電流センサとを設ける構成であってもよい。この場合、連系運転を行なうパワーコンディショナは、中性線Oの電流値を計算することなく、電流センサで検出された中性線Oの電流値の入力を受け付けてもよい。
上述した実施の形態では、自立運転を行なう蓄電池用のパワーコンディショナに対して連系運転を行なう蓄電池用のパワーコンディショナの個数が1つである構成について説明したが、当該構成に限られない。たとえば、当該個数は、2つ以上であってもよい。ただし、この場合には、ホームコントローラにより各パワーコンディショナが制御されることが好ましい。
[まとめ]
本発明の実施の形態は次のように要約することができる。
(1) 電力システムは、蓄電池61に接続され系統電源6の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ100Aと、蓄電池62に接続されパワーコンディショナ100Aに対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ200Aと、太陽電池4に接続されパワーコンディショナ100Aに対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ800とを備える。パワーコンディショナ100Aと、パワーコンディショナ200Aと、パワーコンディショナ800と、負荷群9とは、電圧線U,Wと中性線Oとを有する単相3線式の交流電力線7を介して互いに接続されている。パワーコンディショナ200Aは、交流電力線7と、蓄電池62との間で双方向に電力を変換する双方向DC/AC変換器32と、制御装置20Aとを含む。制御装置20Aは、パワーコンディショナ100Aから交流電力線7への電流値Iu1,Iw1の入力を受け付ける電流入力部21Aと、電流入力部21Aにより受け付けられた電流値Iu1,Iw1に基づいて、パワーコンディショナ100Aから中性線Oに出力される中性線電流の電流値Iо1が基準閾値以下となるように、双方向DC/AC変換器32から交流電力線7に出力される電流を制御する電流制御部22Aとを有する。
上記構成によると、U相およびW相の各々に接続される負荷に偏りがある場合であっても、パワーコンディショナ100Aの自立運転の停止を防止して、負荷への電力供給を継続することが可能となる。
(2) 基準閾値は、パワーコンディショナ100Aが動作を停止する電流値よりも予め定められた値だけ小さい。
上記構成によると、U相およびW相の各々に接続される負荷の偏りやパワーコンディショナ800の出力変動に対して、パワーコンディショナ100Aが停止し難いようにすることができる。
(3) パワーコンディショナ100Aおよびパワーコンディショナ200Aは、互いに通信可能に構成されている。電流入力部21Aは、パワーコンディショナ100Aから送信された電流値Iu1,Iw1の入力を受け付ける。
上記構成によると、パワーコンディショナ200Aは、通信により電流値Iu1,Iw1を取得することができる。
(4) 電力システムは、蓄電池61に接続され系統電源6の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ100Bと、蓄電池62に接続されパワーコンディショナ100Bに対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ200Bと、太陽電池4に接続されパワーコンディショナ100Bに対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ800とを備える。パワーコンディショナ100Bと、パワーコンディショナ200Bと、パワーコンディショナ800と、負荷群9とは、電圧線U,Wと中性線Oとを有する単相3線式の交流電力線7を介して互いに接続されている。パワーコンディショナ100Bは、電圧線Uおよび中性線Oから構成されるU相、および電圧線Wおよび中性線Oから構成されるW相の各々について、予め定められた情報に基づいて、当該相への出力電力の変化に応じて当該相への出力電圧を変化させるように構成されている。パワーコンディショナ200Bは、交流電力線7と、蓄電池62との間で双方向に電力を変換する双方向DC/AC変換器32と、制御装置20Bとを含む。制御装置20Bは、U相の電圧に関する検出値と、W相の電圧に関する検出値とを検出する電圧検出部23Bと、U相の電圧に関する検出値と、W相の電圧に関する検出値と、予め定められた情報とに基づいて、パワーコンディショナ100Bから中性線Oに出力される中性線電流の電流値Iо1を推定する電流推定部24Bと、電流推定部24Bにより推定された中性線電流の電流値Iо1が基準閾値以下となるように、双方向DC/AC変換器32から交流電力線7に出力される電流を制御する電流制御部22Bとを有する。
上記構成によると、パワーコンディショナ200Bは、パワーコンディショナ100Bから電流値情報を取得することなく、電流値Iо1を推定できる。そのため、パワーコンディショナ200Bとパワーコンディショナ100Bとの接続するためのインターフェイスを設ける必要がなく、電力システムの構成を簡易にすることができる。
(5) 検出値は、電圧値Vu2,Vw2または電圧周波数Fu2,Fw2を含む。
上記構成によると、パワーコンディショナ200Bは、電圧値Vu2,Vw2または電圧周波数Fu2,Fw2を検出することにより、電流値Iо1を推定できる。
(6) 電力システムは、蓄電池61に接続され系統電源6の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ100Cと、蓄電池62に接続されパワーコンディショナ100Cに対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ200Cと、太陽電池4に接続されパワーコンディショナ100Cに対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ800と、パワーコンディショナ100C,200Cを制御するホームコントローラ300Cとを備える。パワーコンディショナ100Cと、パワーコンディショナ200Cと、パワーコンディショナ800と、負荷群9とは、電圧線U,Wと中性線Oとを有する単相3線式の交流電力線7を介して互いに接続されている。ホームコントローラ300Cは、パワーコンディショナ100Cから交流電力線7への出力電流値Iu1,Iw1の入力を受け付ける電流情報受信部351Cと、電流値Iu1,Iw1に基づいて、パワーコンディショナ100Cから中性線Oに出力される中性線電流の電流値Iо1が基準閾値以下となるように、パワーコンディショナ200Cに対して、当該パワーコンディショナ200Cから交流電力線7への出力電流を制御するための指令情報を与える指令部352Cとを含む。
上記構成によると、パワーコンディショナ100C,200Cは、ホームコントローラ300Cの指示に従って動作するだけでよく、パワーコンディショナ100C,200Cの構成を簡易にすることができる。また、連系運転する蓄電池用のパワーコンディショナの個数が増えた場合であっても、電力システム全体の動作制御が容易となる。
(7) 電流情報受信部351Dは、パワーコンディショナ200Dから交流電力線7への電流値Iu2,Iw2の入力をさらに受け付ける。ホームコントローラ300Dは、蓄電池61の電池残量B1と、蓄電池62の電池残量B2との入力を受け付ける電池残量受信部353Dをさらに含む。指令部352Dは、電流値Iu1,Iw1,Iu2,Iw2と、電池残量B1,B2とに基づいて、電池残量B1,B2のうち小さい方の電池残量に対応する蓄電池を充電させ、かつパワーコンディショナ100Dから中性線Oに出力される中性線電流の電流値Iо1が基準閾値以下となるように、パワーコンディショナ100D,200Dの各々に対して、当該パワーコンディショナから交流電力線7に出力される電流を制御するための指令情報を与える。
上記構成によると、ホームコントローラ300Dは、パワーコンディショナ100Dの自立運転を停止させることなく負荷群9への電力供給を維持することができるとともに、電池残量の小さい蓄電池に電力を優先的に充電することができる。そのため、両方の蓄電池61,62の充放電を効率よく行なうことができる。
(8) 蓄電池61に接続され系統電源6の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ100Aと、蓄電池62に接続されパワーコンディショナ100Aに対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ200Aと、太陽電池4に接続されパワーコンディショナ100Aに対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ800とを備える電力システムの制御方法であって、パワーコンディショナ100Aと、パワーコンディショナ200Aと、パワーコンディショナ800と、負荷群9とは、電圧線U,Wと中性線Oとを有する単相3線式の交流電力線7を介して互いに接続されている。制御方法は、パワーコンディショナ100Aから交流電力線7への電流値Iu1,Iw1の入力を受け付けるステップと、受け付けられた電流値Iu1,Iw1に基づいて、パワーコンディショナ100Aから中性線Oに出力される中性線電流の電流値Iо1が基準閾値以下となるように、交流電力線7と蓄電池62との間で双方向に電力を変換する双方向DC/AC変換器32から交流電力線7に出力される電流を制御するステップとを含む。
上記構成によると、U相およびW相の各々に接続される負荷に偏りがある場合であっても、パワーコンディショナ100Aの自立運転の停止を防止して、負荷への電力供給を継続することが可能となる。
(9) 蓄電池62に接続されたパワーコンディショナ200Aであって、パワーコンディショナ200Aは、蓄電池61に接続され系統電源6の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ100Aに対して連系運転を行なうように構成されている。パワーコンディショナ200Aは、パワーコンディショナ100A、太陽電池4に接続されパワーコンディショナ100Aに対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ800、負荷群9およびパワーコンディショナ200Aを接続する交流電力線7と、蓄電池62との間で双方向に電力を変換する双方向DC/AC変換器32と、制御装置20Aとを備える。交流電力線7は、電圧線U,Wと中性線Oとを有する単相3線式の電力線である。制御装置20Aは、パワーコンディショナ100Aから交流電力線7への電流値Iu1,Iw1の入力を受け付ける電流入力部21Aと、電流入力部21Aにより受け付けられた電流値Iu1,Iw1に基づいて、パワーコンディショナ100Aから中性線Oに出力される中性線電流の電流値Iо1が基準閾値以下となるように、双方向DC/AC変換器32から交流電力線7に出力される電流を制御する電流制御部22Aとを含む。
上記構成によると、U相およびW相の各々に接続される負荷に偏りがある場合であっても、パワーコンディショナ100Aの自立運転の停止を防止して、負荷への電力供給を継続することが可能となる。
上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。
また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
3 分電盤、4 太陽電池、6 系統電源、7 交流電力線、9 負荷群、10,20 制御装置、11B〜11D,21A,21D 電流入力部、12B,23B 電圧検出部、13B 電力算出部、14B 電圧制御部、15C,15D,25C,25D 通信部、16D,22A〜22D 電流制御部、24B 電流推定部、17D,26D 電池残量検出部、32 双方向DC/AC変換器、34 双方向DC/DC変換器、41〜44 電流センサ、51〜54 電圧センサ、61,62 蓄電池、71〜75 配線、82 DC/AC変換器、84 DC/DC変換器、100,200,800 パワーコンディショナ、150 直流バス、152 内部直流バス、300C,300D ホームコントローラ、301 CPU、302 タッチパネル、303 ディスプレイ、304 タブレット、305 操作ボタン、306 通信インターフェイス、307 出力インターフェイス、308 入力インターフェイス、310 メモリ、351C,351D 電流情報受信部、352C,352D 指令部、353D 電池残量受信部、501〜505 端子。

Claims (5)

  1. 第1の蓄電池に接続され、系統の停電時に自立運転を行なうように構成された第1のパワーコンディショナと、
    第2の蓄電池に接続され、前記第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第2のパワーコンディショナと、
    発電装置に接続され、前記第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第3のパワーコンディショナとを備え、
    前記第1のパワーコンディショナと、前記第2のパワーコンディショナと、前記第3のパワーコンディショナと、負荷とは、第1および第2の電圧線と中性線とを有する単相3線式の交流電力線を介して互いに接続されており、
    前記第2のパワーコンディショナは、
    前記交流電力線と、前記第2の蓄電池との間で双方向に電力を変換する双方向電力変換器と、
    制御装置とを含み、
    前記制御装置は、
    前記第1のパワーコンディショナから前記交流電力線への出力電流値の入力を受け付ける電流入力手段と、
    前記電流入力手段により受け付けられた出力電流値に基づいて、前記第1のパワーコンディショナから前記中性線に出力される中性線電流の電流値が基準閾値以下となるように、前記双方向電力変換器から前記交流電力線に出力される電流を制御する電流制御手段とを有する、電力システム。
  2. 第1の蓄電池に接続され、系統の停電時に自立運転を行なうように構成された第1のパワーコンディショナと、
    第2の蓄電池に接続され、前記第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第2のパワーコンディショナと、
    発電装置に接続され、前記第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第3のパワーコンディショナとを備え、
    前記第1のパワーコンディショナと、前記第2のパワーコンディショナと、前記第3のパワーコンディショナと、負荷とは、第1および第2の電圧線と中性線とを有する単相3線式の交流電力線を介して互いに接続されており、
    前記第1のパワーコンディショナは、前記第1の電圧線および前記中性線から構成される第1相、および前記第2の電圧線および前記中性線から構成される第2相の各々について、予め定められた情報に基づいて、当該相への出力電力の変化に応じて当該相への出力電圧を変化させるように構成されており、
    前記第2のパワーコンディショナは、
    前記交流電力線と、前記第2の蓄電池との間で双方向に電力を変換する双方向電力変換器と、
    制御装置とを含み、
    前記制御装置は、
    前記第1相の電圧に関する検出値と、前記第2相の電圧に関する検出値とを検出する電圧検出手段と、
    前記第1相の電圧に関する検出値と、前記第2相の電圧に関する検出値と、前記予め定められた情報とに基づいて、前記第1のパワーコンディショナから前記中性線に出力される中性線電流の電流値を推定する電流推定手段と、
    前記電流推定手段により推定された前記中性線電流の電流値が基準閾値以下となるように、前記双方向電力変換器から前記交流電力線に出力される電流を制御する電流制御手段とを有する、電力システム。
  3. 前記検出値は、電圧値または電圧周波数を含む、請求項2に記載の電力システム。
  4. 第1の蓄電池に接続され、系統の停電時に自立運転を行なうように構成された第1のパワーコンディショナと、
    第2の蓄電池に接続され、前記第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第2のパワーコンディショナと、
    発電装置に接続され、前記第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第3のパワーコンディショナと、
    前記第1および第2のパワーコンディショナを制御するコントローラとを備え、
    前記第1のパワーコンディショナと、前記第2のパワーコンディショナと、前記第3のパワーコンディショナと、負荷とは、第1および第2の電圧線と中性線とを有する単相3線式の交流電力線を介して互いに接続されており、
    前記コントローラは、
    前記第1のパワーコンディショナから前記交流電力線への第1の出力電流値の入力を受け付ける電流入力手段と、
    前記第1の出力電流値に基づいて、前記第1のパワーコンディショナから前記中性線に出力される中性線電流の電流値が基準閾値以下となるように、前記第2のパワーコンディショナに対して、当該第2のパワーコンディショナから前記交流電力線への出力電流を制御するための指令情報を与える指令手段とを含む、電力システム。
  5. 第1の蓄電池に接続され、系統の停電時に自立運転を行なうように構成された第1のパワーコンディショナと、第2の蓄電池に接続され、前記第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第2のパワーコンディショナと、発電装置に接続され、前記第1のパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された第3のパワーコンディショナとを備える電力システムの制御方法であって、
    前記第1のパワーコンディショナと、前記第2のパワーコンディショナと、前記第3のパワーコンディショナと、負荷とは、第1および第2の電圧線と中性線とを有する単相3線式の交流電力線を介して互いに接続されており、
    前記制御方法は、
    前記第1のパワーコンディショナから前記交流電力線への出力電流値の入力を受け付けるステップと、
    前記受け付けられた出力電流値に基づいて、前記第1のパワーコンディショナから前記中性線に出力される中性線電流の電流値が基準閾値以下となるように、前記交流電力線と、前記第2の蓄電池との間で双方向に電力を変換する双方向電力変換器から前記交流電力線に出力される電流を制御するステップとを含む、電力システムの制御方法。
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