JP2017005931A - 蓄電システム、蓄電装置、および蓄電装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の蓄電装置を並列運転させて単相３線式の電力を供給することができ、さらには簡易なシステム構成で、単相３線式の電力容量を容易に増やすことができる蓄電システム、蓄電装置、および蓄電装置の運転方法を提供する。
【解決手段】 マスター装置２１は、自立運転時に出力する交流電圧をトランス５の一次巻線５１に印加し、トランス５の二次巻線５２は、自立負荷７２が接続された単相３線式の自立電路８７に接続される。マスター装置２１は、自立運転時に出力する交流電圧を目標電圧に制御する電圧制御を行う。スレーブ装置２２，２３は、自立運転時において、単相３線式の自立電路８７の第１電圧線および第２電圧線に出力を接続されて、目標電流に出力電流を制御する電流制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に蓄電システム、蓄電装置、および蓄電装置の運転方法、より詳細には複数の蓄電装置を並列運転させる蓄電システム、蓄電装置、および蓄電装置の運転方法に関する。

従来、複数の蓄電装置を並列運転させて負荷へ電力を供給するシステムがある。

例えば、特許文献１に記載されている技術は、蓄電池を用いた第１の蓄電回路に加えて、電気二重層コンデンサを用いた第２の蓄電回路を備えている。そして、外部負荷の消費電力が瞬間的に増加した場合、第２の蓄電回路から電力を供給した後に第１の蓄電回路から電力を供給している。

特開２００２−１１０２１０号公報

従来、複数の蓄電装置が並列運転する蓄電システムがある。

このような蓄電システムにおいて、蓄電装置は、２線式の電力を出力するが、ユーザによっては単相３線式の電力が求められており、さらには簡易なシステム構成で、単相３線式の電力容量を増やすことも求められている。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の蓄電装置を並列運転させて単相３線式の電力を供給することができ、さらには簡易なシステム構成で、単相３線式の電力容量を容易に増やすことができる蓄電システム、蓄電装置、および蓄電装置の運転方法を提供することにある。

本発明の蓄電システムは、蓄電池、前記蓄電池の直流電力を２線式の交流電力に変換して出力するパワーコンディショナを有して、電力系統との連系運転と自立運転とを切り替えることができる複数の蓄電装置と、２線式の交流電圧が印加される一次巻線、負荷が接続された単相３線式の電路に接続された二次巻線を有するトランスとを備えて、前記単相３線式の電路は、第１電圧線、第２電圧線、および中性線で構成されており、前記複数の蓄電装置のうちいずれか１台の蓄電装置のパワーコンディショナは、自立運転時に出力する２線式の交流電圧を前記一次巻線に印加し、他の蓄電装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に前記第１電圧線および前記第２電圧線に出力を接続されて、前記複数の蓄電装置のそれぞれが前記自立運転を行う場合、前記複数の蓄電装置のうちいずれか１台の蓄電装置がマスター装置であり、前記マスター装置以外の蓄電装置がスレーブ装置であり、前記マスター装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に出力する交流電圧を目標電圧に制御する電圧制御を行い、前記スレーブ装置は、前記第１電圧線を流れている第１電流および前記第２電圧線を流れている第２電流の測定データを取得するデータ取得部をさらに備えており、前記スレーブ装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に、前記第１電流および前記第２電流の測定データに基づいて決定された目標電流に出力電流を制御する電流制御を行うことを特徴とする。

本発明の蓄電装置は、上述の蓄電システムで用いられることを特徴とする。

本発明の蓄電装置の運転方法は、蓄電池、前記蓄電池の直流電力を２線式の交流電力に変換して出力するパワーコンディショナを有して、電力系統との連系運転と自立運転とを切り替えることができる複数の蓄電装置と、２線式の交流電圧が印加される一次巻線、負荷が接続された単相３線式の電路に接続された二次巻線を有するトランスとを備えて、前記単相３線式の電路は、第１電圧線、第２電圧線、および中性線で構成された蓄電システムに用いられる蓄電装置の運転方法であって、前記複数の蓄電装置のうちいずれか１台の蓄電装置のパワーコンディショナは、自立運転時に出力する２線式の交流電圧を前記一次巻線に印加し、他の蓄電装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に前記第１電圧線および前記第２電圧線に出力を接続されて、前記複数の蓄電装置のそれぞれが前記自立運転を行う場合、前記複数の蓄電装置のうちいずれか１台の蓄電装置がマスター装置であり、前記マスター装置以外の蓄電装置がスレーブ装置であり、前記マスター装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に出力する交流電圧を目標電圧に制御する電圧制御を行い、前記スレーブ装置のパワーコンディショナは、前記第１電圧線を流れている第１電流および前記第２電圧線を流れている第２電流の測定データに基づいて決定された目標電流に出力電流を制御する電流制御を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明では、複数の蓄電装置を並列運転させて単相３線式の電力を供給することができ、さらには簡易なシステム構成で、単相３線式の電力容量を容易に増やすことができるという効果がある。

実施形態の蓄電システムの構成を示すブロック図である。 実施形態の蓄電装置の構成を示すブロック図である。 実施形態の自立運転を行う複数の蓄電装置と自立負荷との接続形態を示す概略図である。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄのそれぞれは、本実施形態とは異なる自立出力制御を行った場合の各部の電流波形を示す波形図である。 図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄのそれぞれは、本実施形態の自立出力制御を行った場合の各部の電流波形を示す波形図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態の蓄電システムは、図１に示す構成を備えており、電力会社から商用電力を供給されている集合住宅の各住戸、戸建て住宅、工場、事務所等の各建物において用いられる。本システムは、複数の蓄電装置２、トランス５を主構成として備える。さらに、本システムは、分電盤１、切替盤３１，３２、コントローラ４も備えている。なお、複数の蓄電装置２を区別する場合、複数の蓄電装置２のそれぞれを蓄電装置２１，２２，２３，．．．と呼ぶ。

分電盤１は、建物内に引き込まれた幹線電路８１が接続され、電力会社の商用電源９から、幹線電路８１を介して単相３線式２００Ｖ／１００Ｖの商用電力が供給される。幹線電路８１は、２本の電圧線と、接地された１本の中性線とで構成されている。そして、分電盤１は、主電源ブレーカ１ａ、分岐ブレーカ１ｂ、分散電源用ブレーカ１ｃが収納されている。幹線電路８１は、主電源ブレーカ１ａを介して複数の分岐ブレーカ１ｂ、分散電源用ブレーカ１ｃのそれぞれに接続される。

そして、幹線電路８１は、各分岐ブレーカ１ｂを介して複数の分岐電路８２に分岐する。分岐電路８２のそれぞれは、照明機器、空調機器、家電機器等の系統負荷７１が接続されており、２００Ｖまたは１００Ｖの交流電力をこれらの系統負荷７１へ供給する。但し、複数の分岐電路８２のうち、１つの分岐電路８２ａは、切替盤３１に接続している。この分岐電路８２ａは、単相３線式２００Ｖ／１００Ｖの交流電力を供給する。

本蓄電システムは複数の蓄電装置２を備えているが、この蓄電システム内のいずれか１台の蓄電装置２は、マスター装置となり、システム内の残りの蓄電装置２はスレーブ装置となる。本実施形態では、マスター装置またはスレーブ装置に切り替えるスイッチなどの操作部を蓄電装置２に設けて、この操作部の操作に応じて蓄電装置２がマスター装置またはスレーブ装置に設定される。すなわち、マスター装置およびスレーブ装置には、同一の蓄電装置２が用いられるものとする。あるいは、本実施形態とは異なるが、マスター装置専用の蓄電装置、スレーブ装置専用の蓄電装置が用いられてもよい。

以降、蓄電装置２１がマスター装置であり、蓄電装置２２，２３がスレーブ装置であるとする。

複数の蓄電装置２（マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３）のそれぞれは、図２に示すように、蓄電池２ａと、パワーコンディショナ２ｂと、通信部２ｃと、制御部２ｄと、データ取得部２ｅとを備える。

蓄電池２ａは、例えばリチウムイオン電池等の二次電池で構成されており、パワーコンディショナ２ｂに接続している。パワーコンディショナ２ｂは、交流電力を直流電力に変換して蓄電池２ａを充電するＡＣ／ＤＣ変換機能と、蓄電池２ａの直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換機能とを備える。

パワーコンディショナ２ｂの連系接続部２ｆは、商用電源９から分散電源用ブレーカ１ｃ、交流電路８３を介して商用電力を受電し、パワーコンディショナ２ｂは、受電した商用電力を直流電力に変換して蓄電池２ａを充電することができる。

また、蓄電池２ａの放電電力は、パワーコンディショナ２ｂに供給され、パワーコンディショナ２ｂによって２線式２００Ｖ（線間電圧２００Ｖ）の交流電力に変換される。このパワーコンディショナ２ｂは、連系運転と自立運転とを切替可能に動作する。パワーコンディショナ２ｂは、連系接続部２ｆに入力される交流電圧を検出することによって、商用電源９が商用電力を供給している通常時と、商用電源９から商用電力の供給が停止している停電時との判別を行う。

具体的に、パワーコンディショナ２ｂは、商用電源９が通電している通常時に連系運転を行い、商用電源９の停電時に自立運転を行う。そして、パワーコンディショナ２ｂは、連系運転時において、商用電源９（商用電力系統）と連系して、蓄電池２ａの放電電力から生成した２線式２００Ｖの交流電力を連系接続部２ｆから出力する。また、パワーコンディショナ２ｂは、自立運転時において、商用電力系統と連系せずに、蓄電池２ａの放電電力から生成した２線式２００Ｖの交流電力を自立接続部２ｇから出力する。

なお、連系接続部２ｆから出力される交流電力を連系出力と呼び、自立接続部２ｇから出力される交流電力を自立出力と呼ぶ。

そして、連系接続部２ｆは、交流電路８３に接続しており、連系出力は、交流電路８３から分電盤１の分散電源用ブレーカ１ｃを介して、幹線電路８１に供給される。而して、連系出力は、幹線電路８１から分岐ブレーカ１ｂを介して分岐電路８２へ供給される。パワーコンディショナ２ｂは、連系出力を、商用電源９が供給する商用電力に協調させる系統連系機能を有する。ここで、交流電路８３は、２線式２００Ｖの交流電力を伝達する２線式の電路であり、交流電路８３の２本の電圧線が幹線電路８１の２本の電圧線に接続される。

また、マスター装置２１の自立接続部２ｇは２線式の交流電路８４に接続しており、マスター装置２１の自立出力は交流電路８４に出力される。そして、２線式の交流電路８４は、３線式の交流電路８５にトランス５を介して電気的に接続している。トランス５は、２線式２００Ｖの交流電力を単相３線式２００Ｖ／１００Ｖの交流電力に変換する絶縁トランスである。このトランス５は、一次巻線５１、二次巻線５２を備えており、２線式の交流電路８４が一次巻線５１に接続され、３線式の交流電路８５が二次巻線５２に接続される。そして、切替盤３２は、３線式の交流電路８５と３線式の交流電路８６との接続状態を導通または遮断に切り替える。切替盤３１は、３線式の自立電路８７の接続先を、分岐電路８２ａと交流電路８６とのいずれかに切り替える。自立電路８７は、第１電圧線および第２電圧線と、接地された１本の中性線とで構成されており、この自立電路８７には、照明機器、空調機器、家電機器等の自立負荷７２が接続されている。

ここで、幹線電路８１は、単相３線式２００Ｖ／１００Ｖの交流電力を伝達する３線式の電路であり、分岐電路８２は、単相３線式２００Ｖ／１００Ｖの交流電力を伝達する３線式の電路、または２線式２００Ｖ、２線式１００Ｖの交流電力を伝達する２線式の電路である。但し、分岐電路８２ａは、単相３線式２００Ｖ／１００Ｖの交流電力を伝達する３線式の電路である。交流電路８３，８４は、２線式２００Ｖの交流電力を伝達する２線式の電路である。また、交流電路８５、８６、および自立電路８７は、単相３線式２００Ｖ／１００Ｖの交流電力を伝達する３線式の電路である。

また、スレーブ装置２２，２３の自立接続部２ｇは３線式の交流電路８５に接続しており、スレーブ装置２２，２３の各自立出力は、交流電路８５、切替盤３２、交流電路８６、切替盤３１を介して自立電路８７に出力される。ここで、スレーブ装置２２，２３の各自立出力は、３線式の交流電路８５の２本の電圧線に接続される。

そして、切替盤３１，３２の各接続状態は、コントローラ４によって切替制御される。コントローラ４は、例えば主電源ブレーカ１ａの一次側の電圧を検出することによって、商用電源９が商用電力を供給している通常時と、商用電源９から商用電力の供給が停止している停電時との判別を行う。コントローラ４は、通常時であると判別した場合、切替盤３１を切替制御して、自立電路８７を分岐電路８２ａに接続させ、さらに切替盤３２をオフ制御しておく。また、コントローラ４は、停電時であると判別した場合、切替盤３１を切替制御して、自立電路８７を交流電路８６に接続させ、さらに全ての蓄電装置２が起動した後に切替盤３２をオン制御して、交流電路８５と交流電路８６とを導通させる。

通常時、切替盤３１によって自立電路８７が分岐電路８２ａに接続されるので、分岐電路８２ａから自立電路８７に至る電路が導通し、幹線電路８１の電力（商用電力と連系出力との和）が自立電路８７に供給される。さらに通常時には、幹線電路８１とスレーブ装置２２，２３の各自立接続部２ｇとの間が遮断されて、外部から自立接続部２ｇへ電力が供給されることがないので、安全性を確保することができる。

また、停電時、切替盤３１によって自立電路８７が交流電路８６に接続され、切替盤３２によって交流電路８６が交流電路８５に接続される。したがって、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３の各自立接続部２ｇから自立電路８７に至る電路が導通し、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３の各自立出力が自立電路８７に供給される。

本システムにおいて、分岐電路８２に接続した系統負荷７１は、商用電源９が通電状態である通常時にのみ電力を供給される負荷である。一方、自立電路８７に接続した自立負荷７２は、商用電源９が通電状態である通常時、および商用電源９の停電時の両方において電力を供給される負荷である。

自立負荷７２が電気的に接続した自立電路８７は、２本の電圧線と、接地された１本の中性線とで構成されており、この自立電路８７には、電流センサ６１〜６４が設けられている。電流センサ６１〜６４は、自立電路８７の各電圧線を流れる負荷電流を測定している。電流センサ６１は第１電圧線の負荷電流（第１電流）を測定して、この測定データをスレーブ装置２２へ出力し、電流センサ６２は第２電圧線の負荷電流（第２電流）を測定して、この測定データをスレーブ装置２２へ出力する。また、電流センサ６３は第１電圧線の負荷電流（第１電流）を測定して、この測定データをスレーブ装置２３へ出力し、電流センサ６４は第２電圧線の負荷電流（第２電流）を測定して、この測定データをスレーブ装置２３へ出力する。電流センサ６１〜６４のそれぞれは、サンプリング周期毎に測定データを生成して出力する。

スレーブ装置２２，２３のそれぞれのデータ取得部２ｅは、自装置に送信された測定データを受信して、制御部２ｄに測定データを引き渡す。

また、蓄電装置２の通信部２ｃは、他の蓄電装置２の通信部２ｃとの間で有線または無線による通信を行うことができ、制御部２ｄが通信部２ｃの通信制御を行う。

以下、停電時における蓄電装置２による自立運転について、図３を用いて説明する。図３は、自立運転を行う複数の蓄電装置２と自立負荷７２との接続形態のみを示す概略図である。

マスター装置２１の自立接続部２ｇに接続されている交流電路８４は、電圧線Ｌ１，Ｌ２の２線であり、電圧線Ｌ１は、トランス５の一次巻線５１の一端に接続し、電圧線Ｌ２は、トランス５の一次巻線５１の他端に接続している。トランス５は二次巻線５２を備えており、二次巻線５２の一端は、交流電路８５の電圧線Ｌ１１に接続し、二次巻線５２の他端は、交流電路８５の電圧線Ｌ１２に接続している。さらに、二次巻線５２の中性点は、交流電路８５の中性線Ｌ１０に接続している。

すなわち、トランス５は、交流電路８４から供給される２線式２００Ｖの交流電力を単相３線式２００Ｖ／１００Ｖの電力に変換して、交流電路８５へ出力する。この場合、電圧線Ｌ１１−電圧線Ｌ１２間の線間電圧は２００Ｖとなり、電圧線Ｌ１１−中性線Ｌ１０間の線間電圧は１００Ｖとなり、電圧線Ｌ１２−中性線Ｌ１０間の線間電圧は１００Ｖとなる。

また、スレーブ装置２２，２３の各自立接続部２ｇは、交流電路８５の電圧線Ｌ１１，Ｌ１２に接続している。

そして、交流電路８５の電圧線Ｌ１１、電圧線Ｌ１２、中性線Ｌ１０のそれぞれは、切替盤３２、交流電路８６、切替盤３１を介して、自立電路８７の第１電圧線Ｌ３１、第２電圧線Ｌ３２、中性線Ｌ３０のそれぞれに電気的に接続する。すなわち、第１電圧線Ｌ３１−第２電圧線Ｌ３２間の線間電圧は２００Ｖとなり、第１電圧線Ｌ３１−中性線Ｌ３０間の線間電圧は１００Ｖとなり、第２電圧線Ｌ３２−中性線Ｌ３０間の線間電圧は１００Ｖとなる。

すなわち、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３のそれぞれのパワーコンディショナ２ｂの各自立出力は、自立運転時に自立電路８７の第１電圧線Ｌ３１および第２電圧線Ｌ３２に対して並列接続されている。言い換えると、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３は並列運転をしている。

マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３のそれぞれの制御部２ｄは、連系運転時および自立運転時の両方で、通信部２ｃを介して他の蓄電装置２との間で、例えば生存信号などの信号の授受を定期的に行う。制御部２ｄは、他の蓄電装置２から受信した信号に基づいて、システム内の蓄電装置２の台数を認識することができ、システム内の蓄電装置２の台数のデータを保持しておく。

そして、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３のそれぞれが自立運転を開始すると、マスター装置２１では、制御部２ｄがパワーコンディショナ２ｂに対して定電圧運転を指示する。具体的に、マスター装置２１の制御部２ｄは、パワーコンディショナ２ｂに対して目標電圧を通知する。定電圧運転を指示されたパワーコンディショナ２ｂは、自立出力の電圧が目標電圧に一致するように電圧制御を行う。目標電圧は、商用電力の公称電圧に設定されており、ここでは２００Ｖに設定される。

自立運転を開始したスレーブ装置２２，２３のそれぞれでは、制御部２ｄがパワーコンディショナ２ｂに対して定電流運転を指示する。具体的に、スレーブ装置２２，２３の各制御部２ｄは、パワーコンディショナ２ｂに対して目標電流を通知する。定電流運転を指示されたパワーコンディショナ２ｂは、自立出力の電流が目標電流に一致するように電流制御を行う。定電流運転を指示されたパワーコンディショナ２ｂでは、自立出力の電圧は、商用電力の公称電圧２００Ｖの近傍となる。

なお、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３のそれぞれが互いに通信することで、マスター装置２１が自立運転を開始して電圧制御を行ってから、スレーブ装置２２，２３のそれぞれが自立運転を開始して電流制御を行う。あるいは、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３のそれぞれが互いに通信することで、自立出力の同期を図ることも可能である。

具体的に、スレーブ装置２２，２３のそれぞれの制御部２ｄは、第１電圧線Ｌ３１の負荷電流Ｉ１１および第２電圧線Ｌ３２の負荷電流Ｉ１２の測定データから、自立負荷７２のそれぞれで消費している電力の合計（総消費電力）を導出できる。この場合、第１電圧線Ｌ３１の負荷電流Ｉ１１は、第１電圧線Ｌ３１および中性線Ｌ３０で構成される１００Ｖ系の負荷電流に相当する。第２電圧線Ｌ３２の負荷電流Ｉ１２は、第２電圧線Ｌ３２および中性線Ｌ３０で構成される１００Ｖ系の負荷電流に相当する。したがって、総消費電力＝｛負荷電流Ｉ１１＋負荷電流Ｉ１２｝×１００となる。スレーブ装置２２，２３のそれぞれの制御部２ｄは、総消費電力を自立出力の電圧２００Ｖで除した値を換算電流とする。換算電流は、電流センサ６１〜６４のサンプリング周期毎に定期的に更新される。なお、負荷電流Ｉ１１、負荷電流Ｉ１２は、図３中の矢印の方向を正とする。

この換算電流とは、負荷電流Ｉ１１および負荷電流Ｉ１２の測定データを、第１電圧線Ｌ３１と第２電圧線Ｌ３２との線間電圧２００Ｖに応じた電流に換算した電流である。すなわち、換算電流は、線間電圧２００Ｖの２線式の電路（２００Ｖ系）において、自立負荷７２が必要とする電力（総消費電力）を供給できる電流である。スレーブ装置２２，２３のそれぞれの制御部２ｄは、この換算電流を蓄電装置２の台数（この場合は３台）で除した値を目標電流とする。

あるいは、スレーブ装置２２，２３のそれぞれの制御部２ｄは、「換算電流＝｛負荷電流Ｉ１１＋負荷電流Ｉ１２｝／２」の式に従って換算電流を導出してもよい。

すなわち、スレーブ装置２２，２３のそれぞれは、システム内の蓄電装置２のそれぞれが総負荷電力を均等に分割して負担するように、目標電流を設定する。したがって、スレーブ装置２２，２３のそれぞれの自立出力の電流値および波形は互いに同じになり、電圧制御を行うマスター装置２１の自立出力も、結果的にスレーブ装置２２，２３のそれぞれの自立出力と同じ電流値および波形となる。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄは、マスター装置２１が電圧制御を行い、スレーブ装置２２，２３のそれぞれが本実施形態とは異なる電流制御を行った場合の各部の電流波形を示す。スレーブ装置２２，２３のそれぞれが行う電流制御は、自立出力の電流波形を正弦波とする点が、本実施形態の電流制御とは異なる。

図４Ａは、換算電流Ｉ０の波形を示し、図４Ｂは、マスター装置２１の自立出力の電流（自立電流）Ｉ１の波形を示し、図４Ｃは、スレーブ装置２２の自立電流Ｉ２の波形を示し、図４Ｄは、スレーブ装置２３の自立電流Ｉ３の波形を示す。なお、換算電流Ｉ０は、総負荷電力を２００Ｖ系で賄う場合に必要な電流であり、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３の各自立電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の和となる。

この場合、自立負荷７２は、容量性の負荷（例えば、コンデンサインプット型の負荷など）を含んでおり、換算電流Ｉ０は、電圧ピーク時の近傍で急激に増大して、波形が歪んでいる。そして、スレーブ装置２２，２３のそれぞれが、自立出力の電流波形を正弦波とする電流制御を行うと、マスター装置２１がこの波形歪み成分の殆どを負担して、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３の間で出力の偏りが生じる可能性がある。例えば図４Ｂに示すように、マスター装置２１の自立電流Ｉ１が換算電流Ｉ０の波形歪み成分の殆どを負担すると、自立電流Ｉ１が歪んで過電流状態になり（図４Ｂ中の領域Ｘ１）、マスター装置２１の動作が不安定になる。また、マスター装置２１の自立電流Ｉ１が、換算電流Ｉ０とは逆極性になる充電モードとなる場合があり（図４Ｂ中の領域Ｘ２）、システムの安全性に影響を与える可能性がある。

そこで、本実施形態では上述のように、マスター装置２１が電圧制御を行い、スレーブ装置２２，２３のそれぞれが換算電流Ｉ０を均等に分割して負担する電流制御を行う。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄは、マスター装置２１が電圧制御を行い、スレーブ装置２２，２３のそれぞれが換算電流Ｉ０を均等に分割して負担する電流制御を行った場合の各部の電流波形を示す。図５Ａは、換算電流Ｉ０の波形を示し、図５Ｂは、マスター装置２１の自立電流Ｉ１の波形を示し、図５Ｃは、スレーブ装置２２の自立電流Ｉ２の波形を示し、図５Ｄは、スレーブ装置２３の自立電流Ｉ３の波形を示す。

この場合も、自立負荷７２は、容量性の負荷を含んでおり、換算電流Ｉ０は、電圧ピーク時の近傍で急激に増大して、波形が歪んでいる。しかしながら、マスター装置２１が上述の電圧制御を行い、スレーブ装置２２，２３のそれぞれが上述の換算電流Ｉ０を均等に分割して負担する電流制御を行うことによって、マスター装置２１、スレーブ装置２２，２３のそれぞれの自立電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の電流値および波形はほぼ同じになって、自立電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３はほぼ偏りがない状態となる。すなわち、スレーブ装置２２，２３のそれぞれは、システム内の蓄電装置２のそれぞれが換算電流Ｉ０を均等に分割して負担するように、目標電流を設定している。

したがって、換算電流Ｉ０の波形歪み成分も、自立電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３がほぼ均等に負担し、換算電流Ｉ０とは逆極性になる充電モードの発生も抑えられる。すなわち、本実施形態の蓄電システムでは、自立運転する複数の蓄電装置２が並列運転している場合に、複数の蓄電装置２のそれぞれの負担の程度の偏りを抑制することができる。

また、通常時においても、マスター装置２１は、上述の電圧制御による連系運転を行い、スレーブ装置２２，２３のそれぞれは、上述の電流制御による連系運転を行う。あるいは、通常時においては、スレーブ装置２２，２３だけでなく、マスター装置２１においても、上述の電流制御による連系運転を行ってもよい。この場合、マスター装置２１も、第１電圧線Ｌ３１の負荷電流Ｉ１１および第２電圧線Ｌ３２の負荷電流Ｉ１２の測定データを取得することができる。

なお、トランス５の一次側に接続される蓄電装置２は、マスター装置２１に限定されず、スレーブ装置２２または２３であってもよい。このとき、マスター装置２１は、トランス５の二次側に接続される。この場合も、上記同様にマスター装置２１が電圧制御を行い、スレーブ装置２２，２３が電流制御をおこなうことで、上記同様の効果を得ることができる。

上述の蓄電システムは、複数の蓄電装置２と、トランス５とを備える。複数の蓄電装置２のそれぞれは、蓄電池２ａ、蓄電池２ａの直流電力を２線式の交流電力に変換して出力するパワーコンディショナ２ｂを有して、電力系統との連系運転と自立運転とを切り替えることができる。トランス５は、一次巻線５１、二次巻線５２を有する。一次巻線５１は、２線式の交流電圧が印加される。二次巻線５２は、自立負荷７２（負荷）が接続された単相３線式の自立電路８７（電路）に接続される。自立電路８７は、第１電圧線Ｌ３１、第２電圧線Ｌ３２、および中性線Ｌ３０で構成されている。

そして、複数の蓄電装置２のうちいずれか１台の蓄電装置２のパワーコンディショナ２ｂは、自立運転時に出力する２線式の交流電圧を一次巻線５１に印加する。他の蓄電装置２のパワーコンディショナ２ｂは、自立運転時に第１電圧線Ｌ３１および第２電圧線Ｌ３２に出力を接続される。複数の蓄電装置２のそれぞれが自立運転を行う場合、複数の蓄電装置２のうちいずれか１台の蓄電装置２がマスター装置であり、マスター装置以外の蓄電装置２がスレーブ装置である。マスター装置のパワーコンディショナ２ｂは、自立運転時に出力する交流電圧を目標電圧に制御する電圧制御を行う。スレーブ装置は、データ取得部２ｅをさらに備えている。データ取得部２ｅは、第１電圧線Ｌ３１を流れている負荷電流Ｉ１１（第１電流）および第２電圧線Ｌ３２を流れている負荷電流Ｉ１２（第２電流）の測定データを取得する。スレーブ装置のパワーコンディショナ２ｂは、自立運転時に、負荷電流Ｉ１１および負荷電流Ｉ１２の測定データに基づいて決定された目標電流に出力電流を制御する電流制御を行う。

すなわち、本実施形態の蓄電システムは、２線式の電力を単相３線式の電力に変換するトランス５を備えており、１台の蓄電装置２の自立出力は、トランス５の一次側に入力されて、トランス５によって単相３線式の電力に変換される。また、他の蓄電装置２の自立出力は、トランス５の二次側に接続されて、単相３線式の電路に自立出力を直接供給する。

一方、全ての蓄電装置２の各自立出力を１つのトランスの一次側に接続して、全ての蓄電装置２の全ての自立出力をトランスによって単相３線式の電力に変換することも考えられる。しかしながら、この場合、トランスの容量が、全ての蓄電装置２の全自立出力の合計に対応する必要があり、トランスの大型化、高コスト化の要因となる。

本実施形態では、１台の蓄電装置２の自立出力のみをトランス５の一次側に接続して、他の蓄電装置２の自立出力は、トランス５の二次側に接続している。したがって、トランス５は、１台の蓄電装置２の自立出力に応じた容量を有しておればよく、トランス５の小型化、低コスト化を図って、簡易なシステム構成を実現できる。さらに、この簡易なシステム構成で複数の蓄電装置２を並列運転しているので、単相３線式の電力の大容量化を図ることもできる。

すなわち、蓄電システムは、複数の蓄電装置２を並列運転させて単相３線式の電力を供給することができ、さらには簡易なシステム構成で、単相３線式の電力容量を容易に増やすことができる。

また、マスター装置２１のパワーコンディショナ２ｂは、自立運転時に出力する２線式の交流電圧を一次巻線５１に印加することが好ましい。さらに、スレーブ装置２２，２３のパワーコンディショナ２ｂは、自立運転時に第１電圧線Ｌ３１および第２電圧線Ｌ３２に出力を接続されることが好ましい。

この場合、マスター装置２１の自立出力は、トランス５の一次側に入力されて、トランス５によって単相３線式の電力に変換される。また、スレーブ装置２２，２３の各自立出力は、トランス５の二次側に接続されて、単相３線式の電路に自立出力を直接供給する。すなわち、マスター装置２１の自立出力のみをトランス５の一次側に接続して、スレーブ装置２２，２３の各自立出力は、トランス５の二次側に接続している。したがって、トランス５は、マスター装置２１の自立出力に応じた容量を有しておればよく、トランス５の小型化、低コスト化を図って、簡易なシステム構成を実現できる。さらに、この簡易なシステム構成で複数の蓄電装置２を並列運転しているので、単相３線式の電力の大容量化を図ることもできる。

また、スレーブ装置２２，２３は、制御部２ｄをさらに備える。制御部２ｄは、負荷電流Ｉ１１および負荷電流Ｉ１２の測定データを、第１電圧線Ｌ３１と第２電圧線Ｌ３２との線間電圧２００Ｖに応じた電流である換算電流に換算して、換算電流を分割した値を目標電流とすることが好ましい。

したがって、本実施形態の蓄電システムでは、スレーブ装置２２，２３の目標電流を、換算電流に基づいて適切に設定することができる。

また、制御部２ｄは、換算電流を複数の蓄電装置２の台数で除した値を目標電流とすることが好ましい。

すなわち、換算電流と蓄電装置２の台数とに基づいて目標電流が均等に決定され、スレーブ装置２２，２３は、出力電流を目標電流に制御する電流制御を行う。したがって、複数の蓄電装置２のそれぞれの自立出力の電流値および波形は、ほぼ同じになって、複数の蓄電装置２の各自立出力はほぼ偏りがない状態となる。

また、スレーブ装置２２，２３のそれぞれの制御部２ｄは、通信部２ｃを介してマスター装置２１と通信することができ、残容量データをマスター装置２１へ定期的に送信している。残容量データとは、蓄電池２ａの充電レベルを表しており、マスター装置２１の制御部２ｄは、スレーブ装置２２，２３の現在の残容量（充電レベル）を知ることができる。そこで、マスター装置２１の制御部２ｄは、自装置およびスレーブ装置２２，２３の各残容量データに基づいて、スレーブ装置２２，２３の各目標電流に重み付けをするための重み付け係数を導出する。

具体的に、マスター装置２１の制御部２ｄは、自装置およびスレーブ装置２２，２３の各残容量データに基づいて、自装置の残容量に対するスレーブ装置２２，２３の各残容量の比［スレーブ装置の残容量／マスター装置の残容量］を、重み付け係数αとして求める。すなわち、スレーブ装置２２の重み付け係数α２は、［スレーブ装置２２の残容量／マスター装置２１の残容量］となる。スレーブ装置２３の重み付け係数α３は、［スレーブ装置２３の残容量／マスター装置２１の残容量］となる。そして、マスター装置２１の制御部２ｄは、重み付け係数α２のデータをスレーブ装置２２へ送信し、重み付け係数α３のデータをスレーブ装置２３へ送信する。

スレーブ装置２２の制御部２ｄは、換算電流を蓄電装置２の台数で除した値に重み付け係数α２を乗算した結果を、目標電流に設定する。また、スレーブ装置２３の制御部２ｄは、換算電流を蓄電装置２の台数で除した値に重み付け係数α３を乗算した結果を、目標電流に設定する。

すなわち、複数の蓄電装置２のそれぞれは、他の蓄電装置２との間で通信を行うことができる通信部２ｃをさらに備えている。スレーブ装置２２，２３は、自装置が有する蓄電池２ａの残容量に関するデータである残容量データをマスター装置２１へ送信する。マスター装置２１は、スレーブ装置２２，２３の残容量データと自装置の残容量データとに基づいて、残容量が多いほど高い値となる係数αを蓄電装置２毎に設定して、スレーブ装置２２，２３のそれぞれへ対応する係数αのデータを送信する。スレーブ装置２２，２３は、負荷電流Ｉ１１および負荷電流Ｉ１２の測定データを、第１電圧線Ｌ３１と第２電圧線Ｌ３２との線間電圧２００Ｖに応じた電流である換算電流に換算する制御部２ｄをさらに備えている。そして、スレーブ装置２２，２３の制御部２ｄは、換算電流を複数の蓄電装置２の台数で除した値に係数αを乗算した値を目標電流とする。

すなわち、残容量が多い蓄電装置２から供給される自立電流が多くなり、残容量が少ない蓄電装置２から供給される自立電流が少なくなる。したがって、蓄電システムは、複数の蓄電装置２のそれぞれが出力する交流電力の偏りを抑制でき、且つ蓄電装置２毎の残容量に応じた電流負担として、各蓄電装置２の蓄電池２ａの残容量の均等化を図ることができる。

また、上述の蓄電装置２は、本実施形態の蓄電システムで用いられることを特徴としている。したがって、上述の蓄電装置２を蓄電システムに用いることによって、複数の蓄電装置２を並列運転させて単相３線式の電力を供給することができ、さらには簡易なシステム構成で、単相３線式の電力容量を容易に増やすことができる。

また、上述の蓄電装置の運転方法は、複数の蓄電装置２と、トランス５とを備える蓄電システムに用いられる蓄電装置の運転方法である。蓄電装置２は、蓄電池２ａ、蓄電池２ａの直流電力を２線式の交流電力に変換して出力するパワーコンディショナ２ｂを有して、電力系統との連系運転と自立運転とを切り替えることができる。トランス５は、一次巻線５１、二次巻線５２を有する。一次巻線５１は、２線式の交流電圧が印加される。二次巻線５２は、自立負荷７２（負荷）が接続された単相３線式の自立電路８７（電路）に接続される。自立電路８７は、第１電圧線Ｌ３１、第２電圧線Ｌ３２、および中性線Ｌ３０で構成されている。

そして、複数の蓄電装置２のうちいずれか１台の蓄電装置２のパワーコンディショナ２ｂは、自立運転時に出力する２線式の交流電圧を一次巻線５１に印加する。他の蓄電装置２のパワーコンディショナ２ｂは、自立運転時に第１電圧線Ｌ３１および第２電圧線Ｌ３２に出力を接続される。複数の蓄電装置２のそれぞれが自立運転を行う場合、複数の蓄電装置２のうちいずれか１台の蓄電装置２がマスター装置であり、マスター装置以外の蓄電装置２がスレーブ装置である。マスター装置のパワーコンディショナ２ｂは、自立運転時に出力する交流電圧を目標電圧に制御する電圧制御を行う。スレーブ装置のパワーコンディショナ２ｂは、第１電圧線Ｌ３１を流れている負荷電流Ｉ１１（第１電流）および第２電圧線Ｌ３２を流れている負荷電流Ｉ１２（第２電流）の測定データに基づいて決定された目標電流に出力電流を制御する電流制御を行う。

したがって、この蓄電装置の運転方法も、複数の蓄電装置２を並列運転させて単相３線式の電力を供給することができ、さらには簡易なシステム構成で、単相３線式の電力容量を容易に増やすことができる。

また、蓄電装置２は、コンピュータを搭載しており、このコンピュータがプログラムを実行することによって、上述の蓄電装置２の制御部２ｄの機能が実現されている。コンピュータは、プログラムを実行するプロセッサを備えたデバイスと、他の装置との間でデータを授受するためのインターフェイス用のデバイスと、データを記憶するための記憶用のデバイスとを主な構成要素として備える。プロセッサを備えたデバイスは、半導体メモリと別体であるＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）のほか、半導体メモリを一体に備えるマイコンのいずれであってもよい。記憶用のデバイスは、半導体メモリのようにアクセス時間が短い記憶装置と、ハードディスク装置のような大容量の記憶装置とが併用される。

プログラムの提供形態としては、コンピュータに読み取り可能なＲＯＭ（Read Only Memory）、光ディスク等の記録媒体に予め格納されている形態、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給される形態等がある。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１ 分電盤
２ 蓄電装置
２１ マスター装置
２２、２３ スレーブ装置
２ａ 蓄電池
２ｂ パワーコンディショナ
２ｃ 通信部
２ｄ 制御部
２ｅ データ取得部
２ｆ 連系接続部
２ｇ 自立接続部
３１，３２ 切替盤
４ コントローラ
５ トランス
５１ 一次巻線
５２ 二次巻線
６１〜６４ 電流センサ
７１ 系統負荷
７２ 自立負荷
８１ 幹線電路
８２ 分岐電路
８２ａ 分岐電路
８３〜８６ 交流電路
８７ 自立電路

Claims (6)

1. 蓄電池、前記蓄電池の直流電力を２線式の交流電力に変換して出力するパワーコンディショナを有して、電力系統との連系運転と自立運転とを切り替えることができる複数の蓄電装置と、
   ２線式の交流電圧が印加される一次巻線、負荷が接続された単相３線式の電路に接続された二次巻線を有するトランスとを備えて、
   前記単相３線式の電路は、第１電圧線、第２電圧線、および中性線で構成されており、
   前記複数の蓄電装置のうちいずれか１台の蓄電装置のパワーコンディショナは、自立運転時に出力する２線式の交流電圧を前記一次巻線に印加し、他の蓄電装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に前記第１電圧線および前記第２電圧線に出力を接続されて、
   前記複数の蓄電装置のそれぞれが前記自立運転を行う場合、前記複数の蓄電装置のうちいずれか１台の蓄電装置がマスター装置であり、前記マスター装置以外の蓄電装置がスレーブ装置であり、
   前記マスター装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に出力する交流電圧を目標電圧に制御する電圧制御を行い、
   前記スレーブ装置は、前記第１電圧線を流れている第１電流および前記第２電圧線を流れている第２電流の測定データを取得するデータ取得部をさらに備えており、前記スレーブ装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に、前記第１電流および前記第２電流の測定データに基づいて決定された目標電流に出力電流を制御する電流制御を行う
   ことを特徴とする蓄電システム。
2. 前記マスター装置のパワーコンディショナは、自立運転時に出力する２線式の交流電圧を前記一次巻線に印加し、
   前記スレーブ装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に前記第１電圧線および前記第２電圧線に出力を接続される
   ことを特徴とする請求項１記載の蓄電システム。
3. 前記スレーブ装置は、前記第１電流および前記第２電流の測定データを、前記第１電圧線と前記第２電圧線との線間電圧に応じた電流である換算電流に換算して、前記換算電流を分割した値を前記目標電流とする制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の蓄電システム。
4. 前記制御部は、前記換算電流を前記複数の蓄電装置の台数で除した値を前記目標電流とすることを特徴とする請求項３記載の蓄電システム。
5. 請求項１〜４いずれか一項に記載の蓄電システムで用いられることを特徴とする蓄電装置。
6. 蓄電池、前記蓄電池の直流電力を２線式の交流電力に変換して出力するパワーコンディショナを有して、電力系統との連系運転と自立運転とを切り替えることができる複数の蓄電装置と、２線式の交流電圧が印加される一次巻線、負荷が接続された単相３線式の電路に接続された二次巻線を有するトランスとを備えて、前記単相３線式の電路は、第１電圧線、第２電圧線、および中性線で構成された蓄電システムに用いられる蓄電装置の運転方法であって、
   前記複数の蓄電装置のうちいずれか１台の蓄電装置のパワーコンディショナは、自立運転時に出力する２線式の交流電圧を前記一次巻線に印加し、他の蓄電装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に前記第１電圧線および前記第２電圧線に出力を接続されて、
   前記複数の蓄電装置のそれぞれが前記自立運転を行う場合、前記複数の蓄電装置のうちいずれか１台の蓄電装置がマスター装置であり、前記マスター装置以外の蓄電装置がスレーブ装置であり、
   前記マスター装置のパワーコンディショナは、前記自立運転時に出力する交流電圧を目標電圧に制御する電圧制御を行い、
   前記スレーブ装置のパワーコンディショナは、前記第１電圧線を流れている第１電流および前記第２電圧線を流れている第２電流の測定データに基づいて決定された目標電流に出力電流を制御する電流制御を行う
   ことを特徴とする蓄電装置の運転方法。

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