JP2017195739A - 電源装置、電源システム、及びマイクログリッド - Google Patents

Abstract

【課題】電力の融通を容易にする。
【解決手段】実施形態の電源装置１０Ａは、直流電力の電流路となる直流バス１３と、直流バス１３に直流電力を出力するバッテリ１４と、外部若しくは内部の電力源１１から出力される電力に基づいて直流バス１３に出力する直流電力を生成するコンバータ１２と、直流バス１３に入力された直流電力に基づいて外部に出力する電力を生成するコンバータ１５と、コンバータ１２を介することなく外部から直流バス１３へ直流電力を入力するとともに、コンバータ１５を介することなく直流バス１３から外部へ直流電力を出力する直流電力入出力部１８と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施態様は、電源装置、電源システム、及びマイクログリッドに関する。

負荷（例えば、モーター等の電気装置）の動作には電源装置が使用される。電源装置とは、電力源（例えば、発電機）を内部に有する装置、若しくは、内部或いは外部の電力源から供給される電力に基づいて負荷に出力する電力を生成する回路（例えば、コンバータ）を内部に有する装置のことである。

特開２００５−２２３９８６号公報 特開２００８−２７１７２３号公報

複数の電源装置に電力を相互融通させることで、電力の安定供給が可能になる。しかしながら、多くの場合、電源装置の出力は交流（例えば、商用の交流１００Ｖ或いは２００Ｖ出力）である。電力を相互融通するためには出力電力の周期（周波数）や電圧を一致させなければならない。出力が交流の場合、電力の相互融通は容易ではない。また、電源装置の出力が直流であったとしても、多くの場合その電圧レベルは小さい。例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）の出力はＤＣ５Ｖである。電圧の減衰等を考慮すると、やはり電力の相互融通は容易ではない。

本発明が解決しようとする課題は、電力の融通を容易にすることである。

実施形態の電源装置は、直流電力の電流路となる直流バスと、直流バスに直流電力を出力するバッテリと、外部若しくは内部の電力源から出力される電力に基づいて直流バスに出力する直流電力を生成する第１のコンバータと、直流バスに入力された直流電力に基づいて外部に出力する電力を生成する第２のコンバータと、第１のコンバータを介することなく外部から直流バスへ直流電力を入力するとともに、第２のコンバータを介することなく直流バスから外部へ直流電力を出力する直流電力入出力手段と、を備える。

実施形態１の電源システムを示す図である。 電源システムが備える電源装置のブロック図である。 ２台の電源装置が接続装置を介して電力を相互融通する様子を示す図である。 接続装置が備える双方向ＤＣＤＣコンバータの回路構成の一例を示す図である。 実施形態２の電源システムを示す図である。 潮流制御処理を示すフローチャートである。 実施形態３のマイクログリッドを示す図である。 電源装置の変形例を示す図である。

以下、発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施形態１）
図１は、実施形態１の電源システム１を示す図である。電源システム１は、２台の電源装置１０Ａ、１０Ｂと、接続装置２０と、を備える。電源装置１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ負荷Ｚ１、Ｚ２に電力を供給している。負荷Ｚ１、Ｚ２は、例えば、モーター等の電気機器である。電源装置１０Ａ、１０Ｂは、電線Ｗ１或いは電線Ｗ２を介して接続装置２０と接続されている。

電源装置１０Ａ、１０Ｂは、持ち運び可能な携帯型のハイブリッド電源装置である。ハイブリッド電源装置とは、電力源（例えば、発電機）とバッテリとを組み合わせた装置のことである。又は、ハイブリッド電源装置とは、内部或いは外部の電力源から供給される電力に基づいて負荷に出力する電力を生成する回路（例えば、コンバータ）とバッテリとを組み合わせた装置のことである。電源装置１０Ａ、１０Ｂがバッテリを備えることにより、電力源が故障やメンテナンス（例えば、オイル交換や燃料の補給）等で動作できない時であっても、負荷に電力を出力することが可能になる。

なお、電源装置１０Ａと電源装置１０Ｂの構成は同じである。そのため、以下の説明では、代表として電源装置１０Ａについて説明し、電源装置１０Ｂの説明は省略する。なお、図面には示されていないが、電源装置１０Ａを構成する各部の間には、保護、分電等の目的で、開閉器、ヒューズ等の部品が挿入されていてもよい。

図２は、電源装置１０Ａのブロック図である。電源装置１０Ａは、電力源１１と、コンバータ１２と、直流バス１３と、バッテリ１４と、コンバータ１５と、出力部１６と、制御部１７と、直流電力入出力部１８と、を備える。なお、コンバータは、ＤＣＤＣコンバータ、ＡＣＤＣコンバータ、及びＡＣＡＣコンバータのみならず、インバータ（例えば、ＤＣＡＣコンバータ）も含む概念である。

電力源１１は交流電力を出力する交流電源である。例えば、電力源１１は、ガソリンや軽油等の燃料で発電するエンジン型の発電機である。電力源１１は、コンバータ１２に交流電力を出力する。

コンバータ１２は、ＡＣＤＣコンバータである。コンバータ１２は、電源装置１０Ａの第１のコンバータとして機能する。コンバータ１２の入力は電力源１１と接続されており、出力は直流バス１３と接続されている。コンバータ１２は、制御部１７の制御に基づいて、電力源１１から出力された交流電力を直流電力に変換し、直流バス１３に出力する。コンバータ１２の出力電圧は、例えば、ＤＣ１２Ｖ或いはＤＣ４８Ｖである。

直流バス１３は、直流電力の電流路である。直流バス１３は、例えば、１２Ｖ系或いは４８Ｖ系の直流バスである。直流バス１３には、電源装置１０Ａの各部（コンバータ１２、バッテリ１４、コンバータ１５、外部インタフェース１８１）が接続されている。電源装置１０Ａの各部は、直流バス１３を介して電力の入出力を行う。

バッテリ１４は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。バッテリ１４は直流バス１３と接続されている。バッテリ１４は、直流バス１３から供給される直流電力で蓄電する。また、バッテリ１４は、制御部１７の制御に従って、直流バス１３に直流電力を出力する。バッテリ１４の出力電圧は、例えば、ＤＣ１２Ｖ或いはＤＣ４８Ｖである。

コンバータ１５は、直流電力を交流電力に変換するインバータ（ＤＣＡＣコンバータ）である。コンバータ１２は、電源装置１０Ａの第２のコンバータとして機能する。コンバータ１５の入力は直流バス１３に接続されており、出力は出力部１６に接続されている。制御部１７の制御に従って、直流バス１３から入力された直流電力を交流電力に変換し、出力部１６に出力する。

出力部１６は、負荷Ｚ１を接続するための接続インタフェースである。例えば、出力部１６は、ＡＣ１００Ｖ或いはＡＣ２００Ｖの出力可能なコンセント（outlet）である。出力部１６は、コンバータ１５から出力された交流電力を負荷Ｚ１に出力する。

制御部１７は、電源装置１０Ａの各部を制御する制御装置である。制御部１７はＥＭＳ（Energy Management System）と言い換えることもできる。制御部１７はプロセッサ等の処理装置で構成される。制御部１７は不図示のＲＯＭ（Read Only Memory）若しくはＲＡＭ（Random Access Memory）に格納されているプログラムに従って動作することで、コンバータ１２、バッテリ１４、コンバータ１５等の動作を制御する。制御部１７は、電力源１１の電力出力動作（例えば、発電動作）を制御するよう構成されていてもよい。

直流電力入出力部１８は、外部から直流バスに電力を入力するための、及び、直流バスの電力を外部に出力するためのインタフェースである。直流電力入出力部１８は、電源装置１０Ａの直流電力入出力手段として機能する。直流電力入出力部１８は、外部インタフェース１８１と、電流路１８２と、を備える。外部インタフェース１８１は、電力ケーブルを接続するための接続口である。電流路１８２は、外部インタフェース１８１と直流バス１３とを接続する電流路である。

電流路１８２は、コンバータ１２、１５を介することなく、外部インタフェース１８１と直流バス１３とを直接接続している。そのため、直流電力入出力部１８は、コンバータ１２を介することなく外部から直流バス１３への直流電力の入力を可能とするとともに、コンバータ１５を介することなく直流バス１３から外部への直流電力の出力を可能とする。電源装置１０Ａが備える直流電力入出力部１８は、接続装置２０を介して、電源装置１０Ｂが備える直流電力入出力部１８と接続される。

図３は、電源装置１０Ａ、１０Ｂが接続装置２０を介して電力を相互融通する様子を示す図である。接続装置２０は内部に双方向ＤＣＤＣコンバータ２１を備える。双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は、直流電力の入出力部を２つ備えている。一方の入出力部（Ｖ１側）は電源装置１０Ａの直流電力入出力部１８と接続されており、他方の入出力部（Ｖ２側）は電源装置１０Ｂの直流電力入出力部１８と接続されている。電源装置１０Ａ、１０Ｂは、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１を介して電力の相互融通を行う。

双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は、双方向の昇圧が可能な双方向ＤＣＤＣコンバータである。図４は、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１の回路構成の一例である。図４には、チョッパ方式のコンバータが示されている。双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は、端子Ａ１、Ａ２、及び端子Ｂ１、Ｂ２を備える。端子Ａ１、Ａ２には、電源装置１０Ａによって電圧Ｖ１が印加されており、端子Ｂ１、Ｂ２には、電源装置１０Ｂによって電圧Ｖ２が印加されている。

双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は、キャパシタＣ１、Ｃ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と、インダクタＬ１と、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、を備える。なお、図４の例では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４はバイポーラトランジスタとなっているが、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４はこの例に限定されるものではない。例えば、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４はＦＥＴ（Field effect transistor）であってもよい。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は接続装置２０が備える不図示のプロセッサによって制御される。

スイッチン素子Ｑ１、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ４は端子Ａ１、Ｂ１の間に直列に配置されている。スイッチン素子Ｑ１は端子Ａ１側に配置されており、スイッチング素子Ｑ４は端子Ａ１側に配置されている。インダクタＬ１はスイッチン素子Ｑ１とＱ４の間に配置されている。

キャパシタＣ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３とキャパシタＣ２は、端子Ａ１−Ｂ１を接続するラインと端子Ａ２−Ｂ２を接続するラインとの間に並列に接続されている。キャパシタＣ１は端子Ａ１とスイッチング素子Ｑ１との間に接続されており、キャパシタＣ２はスイッチング素子Ｑ４と端子Ａ２との間に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２はスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１との間に接続されており、スイッチング素子Ｑ３はインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ４との間に接続されている。

ダイオードＤ１はスイッチング素子Ｑ１に並列に接続されている。同様に、ダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４も、それぞれ、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に並列に接続されている。ダイオードＤ１はカソードが端子Ａ１側となるよう接続されており、ダイオードＤ２はカソードが端子Ｂ１側となるよう接続されている。また、ダイオードＤ２はカソードが端子Ａ１側となるよう接続されており、ダイオードＤ２、Ｄ３は、カソードがインダクタＬ１側となるよう接続されている。

なお、図４に示した双方向ＤＣＤＣコンバータ２１の回路構成はあくまで一例である。双方向ＤＣＤＣコンバータ２１の回路構成には既知の様々な回路構成を採用可能である。

次にこのような構成を有する電源システム１の動作について説明する。

ユーザが電源装置１０Ａを起動すると、電力源１１は制御部１７の制御に従って交流電力の出力を開始する。同様に、電源装置１０Ｂの電力源１１は制御部１７の制御に従って交流電力の出力を開始する。電力源１１は、図２に示すように、コンバータ１２を介して直流バス１３に直流電力を供給する。メンテナンスや燃料切れ等により電力源１１が電力を出力できなくなると、電力源１１に代わってバッテリ１４が直流バス１３に直流電力を供給する。直流バス１３に供給された直流電力は出力部１６を介して負荷Ｚ１に供給される。

電力源１１に加えてバッテリ１４も直流バス１３に電力を供給できなくなると、もう一方の電源装置から電力の融通が行われる。電力は、接続装置２０を介して、一方の電源装置の直流バス１３から他方の電源装置の直流バス１３に供給される。接続装置２０は内部に双方向ＤＣＤＣコンバータ２１を有している。電力の融通は双方向ＤＣＤＣコンバータ２１を介して行われる。双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は昇圧機能を有している。一方の電源装置から出力された直流電力は昇圧されて他方の電源装置に入力される。

電力の融通が必要か否かの判断は接続装置２０が行う。接続装置２０は、電線Ｗ１、Ｗ２の電圧レベルを監視する等して、どちらの電源装置からどちらの電源装置へ電力の融通が必要か判断する。例えば、電線Ｗ１の電圧レベルが予め設定された閾値より高く、かつ、電線Ｗ２の電圧レベルが予め設定された閾値より低いとする。この場合、接続装置２０は、電源装置１０Ａから電源装置１０Ｂへの電力の融通が必要と判断する。反対に、電線Ｗ１の電圧レベルが予め設定された閾値より低く、かつ、電線Ｗ２の電圧レベルが予め設定された閾値より高いとする。この場合、接続装置２０は、電源装置１０Ｂから電源装置１０Ａへの電力の融通が必要と判断する。

電力の融通は、接続装置２０が備える不図示のプロセッサが双方向ＤＣＤＣコンバータ２１を制御することにより行われる。双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は、双方向の昇圧が可能である。図４の例であれば、Ｖ１、Ｖ２いずれが入力の場合も、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は入力電圧を昇圧して他方に出力する。以下、図４の回路図を参照しながら、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１の動作を具体的に説明する。

最初に、電源装置１０Ａから電源装置１０Ｂへ電力を融通する場合について説明する。まず、接続装置２０は、スイッチング素子Ｑ１をＯＮ、スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦ、スイッチング素子Ｑ４をＯＦＦにする。ここで、ＯＮとは、スイッチング素子の入出力端子間（図４の例であれば、コレクタ−エミッタ間）を接続することである。また、ＯＦＦとは、スイッチング素子の入出力端子間を切断することである。これにより、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は、Ｖ１側を入力、Ｖ２側を出力とした一般的な昇圧チョッパ回路となる。接続装置２０が備える不図示のプロセッサがスイッチング素子Ｑ３をスイッチング制御することにより、端子Ａ１に入力された直流電圧が昇圧されて端子Ｂ１から出力される。端子Ｂ１から出力された直流電力は、電線Ｗ２及び電源装置１０Ｂの直流電力入出力部１８を介して、電源装置１０Ｂの直流バス１３に入力される。

電源装置１０Ｂから電源装置１０Ａへ電力を融通する場合は、接続装置２０は、スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｑ３をＯＦＦ、スイッチング素子Ｑ４をＯＮにする。これにより、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は、Ｖ２側を入力、Ｖ１側を出力とした一般的な昇圧チョッパ回路となる。接続装置２０が備える不図示のプロセッサがスイッチング素子Ｑ２をスイッチング制御することにより、端子Ｂ１に入力された直流電圧が昇圧されて端子Ａ１から出力される。端子Ａ１から出力された直流電力は、電線Ｗ１及び電源装置１０Ａの直流電力入出力部１８を介して、電源装置１０Ａの直流バス１３に入力される。

本実施形態によれば、電源装置１０Ａ、１０Ｂは、外部から直流バス１３にアクセスするための直流電力入出力部１８を備えている。電源装置１０Ａ、１０Ｂはハイブリッド電源装置であるので、電力源からの電力とバッテリからの電力の双方を使用可能にするために、不可避に内部に直流バスを備える。直流電力入出力部１８から入出力される電力が直流電力となるので、電源装置１０Ａ、１０Ｂ間の電力の融通は容易である。また、直流バス１３から直接電力を取り出すので、その電圧レベルは高い。従って、低い電圧レベルのために電力の融通が困難になることは少ない。

また、電力の融通は接続装置２０の双方向ＤＣＤＣコンバータ２１を介して行われる。双方向ＤＣＤＣコンバータ２１は、昇圧機能を有するので、例え電力の融通元の電圧レベルが低く、他方の電源装置が必要とする電圧レベルに達していなくても、問題なく電力の融通が可能になる。また、電源装置１０Ａ、１０Ｂ間の距離が長いと、電源装置１０Ａ、１０Ｂ間を接続する電線Ｗ１、Ｗ２で電圧が大きく減衰することがある。しかしながら、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１が昇圧機能を有しているので、例え電圧が減衰したとしても昇圧される。従って、電圧の減衰により電力の融通が困難になることは少ない。

（実施形態２）
実施形態１では、接続装置３０は電源装置１０Ａ、１０Ｂからの情報に依存することなく、接続装置３０が自ら電力の融通が必要か否か判断した。しかしながら、接続装置３０は、電源装置１０Ａ、１０Ｂからの情報に基づき電力の融通が必要か否かを判断するように構成されていてもよい。以下、実施形態２の電源システム２について説明する。

図５は、実施形態２の電源システム２を示す図である。電源システム２は、電源装置１０Ａ、１０Ｂと、接続装置３０と、を備える。電源装置１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ負荷Ｚ１、Ｚ２に電力を供給している。電源装置１０Ａ、１０Ｂは、電線Ｗ１或いは電線Ｗ２を介して接続装置３０と接続されている。

電源装置１０Ａ、１０Ｂは、実施形態１と同様に制御部１７を備える。制御部１７は、電源装置１０Ａ若しくは電源装置１０Ｂの各部を監視する機能を有する。また、制御部１７は、監視により得た情報を監視情報として接続装置に出力する機能を有する。そのため、制御部１７は、電源装置１０Ａ若しくは１０Ｂの監視情報出力手段として機能する。監視情報は、例えば、電力源１１の電力供給可能時間（例えば、燃料の残量）、バッテリ１４の残容量、負荷への供給状況（例えば、現在不可へ電力を供給しているか否か等）である。電源装置１０Ａ、１０Ｂのその他の構成は実施形態１と同じである。

接続装置３０は、電源装置１０Ａと電源装置１０Ｂを接続するための装置である。接続装置３０は、ＤＣＤＣコンバータ３１と、センサー３２、３３と、制御部３４と、を備える。

ＤＣＤＣコンバータ３１は、電源装置１０Ａ或いは電源装置１０Ｂに出力される直流電力の電圧レベルを調整するための回路である。ＤＣＤＣコンバータ３１は、実施形態１と同様に、双方向ＤＣＤＣコンバータであってもよい。この場合、回路構成は、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１と同じであってもよい。ＤＣＤＣコンバータ３１は昇圧のみならず、降圧が可能であってもよい。

センサー３２、３３は、ＤＣＤＣコンバータ３１の入出力部を監視するセンサーである。センサー３２、３３は、電流計、或いは電圧計である。センサー３２は電線Ｗ１を監視し、センサー３２は電線Ｗ２を監視する。監視によって得た情報は制御部３４に送信される。

制御部３４は、接続装置３０の各部を制御する制御装置である。制御部１７はＥＭＳ（Energy Management System）と言い換えることもできる。制御部３４はプロセッサ等の処理装置で構成される。制御部３４は、電源装置１０Ａ、１０Ｂの制御部１７から送信された監視情報に基づいて電源装置１０Ａ、１０Ｂ間の電流の流れを制御する。そのため、制御部３４は、接続装置３０の潮流制御手段として機能する。潮流制御は後述の潮流制御処理を実行することにより行われる。

接続装置３０に電源が投入されると、制御部３４は、潮流制御処理を開始する。以下、図６のフローチャートを参照して潮流制御処理について説明する。

まず、制御部３４は、電源装置１０Ａ、１０Ｂの制御部１７から監視情報を取得する（ステップＳ１１）。そして、制御部３４は、監視情報に基づいて潮流制御の必要があるか否か判別する（ステップＳ１２）。例えば、電源装置１０Ｂの電力源１１の燃料の残量とバッテリ１４の残量がいずれも予め設定されたレベルを下回っており、かつ、電源装置１０Ａの電力源１１の燃料の残量とバッテリ１４の残量のいずれかが予め設定されたレベルを上回っている場合は、制御部３４は、電源装置１０Ａから電源装置１０Ｂへ電力の融通（潮流制御）が必要であると判断する。また、電源装置１０Ａの電力源１１の燃料の残量とバッテリ１４の残量がいずれも予め設定されたレベルを下回っており、かつ、電源装置１０Ｂの電力源１１の燃料の残量とバッテリ１４の残量のいずれかが予め設定されたレベルを上回っている場合は、制御部３４は、電源装置１０Ｂから電源装置１０Ａへ電力の融通（潮流制御）が必要であると判断する。

潮流制御が必要でない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、制御部３４はステップＳ１１に処理を戻す。潮流制御が必要な場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御部３４は電力の融通元となる電源装置の制御部１７に対し、直流バス１３への電力出力を増やすよう指示する。そして、制御部３４はＤＣＤＣコンバータ３１を制御して、電力の融通元の電源装置から他方の電源装置への電力供給を開始する（ステップＳ１３）。このとき、制御部３４は、他方の電源装置が必要とする電圧レベルとなるよう、ＤＣＤＣコンバータ３１の出力を調整する。出力の調整は、制御部３４がＤＣＤＣコンバータ３１のスイッチング素子を制御することにより行う。

次に、制御部３４はセンサー３２、３３から電流値等のセンサー情報を取得する（ステップＳ１４）。そして、制御部３４はセンサー情報に基づいて、正しく電力の融通が行われているか否か判別する（ステップＳ１５）。例えば、制御部３４は、電流の方向は正しい方向か、電圧レベルは意図した範囲の電圧レベルか、等を判別する。正しく電力の融通が行われていない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、制御部３４はステップＳ１３に処理を戻す。正しく電力の融通が行われている場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、制御部３４はステップＳ１１に処理を戻す。

本実施形態によれば、制御部３４が潮流制御を行っているので、電源装置１０Ａ、１０Ｂの直流バス１３の電圧レベルによらず電力の融通が可能となる。例えば、電源装置１０Ａの直流バス１３の電圧レベルが電源装置１０Ｂの直流バス１３の電圧レベルより低くても、電源装置１０Ａから電源装置１０Ｂへの電力融通が可能となる。

（実施形態３）
実施形態１、２では、電源装置を２台備える電源システムについて説明した。しかしながら、電源システムは電源装置を複数備えるマイクログリッドであってもよい。マイクログリッドとは、複数の電源設備をネットワーク化し、電力需要に合わせて電源設備を最適制御することで負荷に電力を供給するシステムのことである。なお、電源設備には、発電設備、蓄電設備のみならず、電源装置（ハイブリッド電源装置を含む。）も含まれる。

図７は、実施形態３のマイクログリッド３を示す図である。マイクログリッド３は、複数の電源装置１０と、制御装置４０と、電力網５０と、を備える。

電源装置１０は、実施形態１、２で示した電源装置１０Ａ、１０Ｂである。電源装置１０は、電力網５０に接続されている。より具体的には、電源装置１０の直流電力入出力部１８が電力網５０に接続されている。電源装置１０は、直流電力入出力部１８を介して、直流バス１３に流れる直流電力を電力網５０に供給する。電源装置１０は、負荷Ｚが電力網５０を介さず直接接続されていてもよい。なお、電源装置１０は、電力源１１の燃料不足やバッテリ１４の残量不足のため負荷Ｚに電力を供給することが困難になった場合には、直流電力入出力部１８を介して、電力網５０の直流電力を直流バス１３に供給する。

電力網５０は、負荷Ｚに直流電力を供給する直流電力供給ネットワーク（直流電力網）である。電力網５０は、直流電力を負荷Ｚに供給する。負荷Ｚは、電力を消費する設備である。負荷Ｚは工場の設備であってもよいし、家庭の電気機器であってもよい。

電源装置１０は、有線又は無線を介して制御装置４０と接続されている。制御装置４０は、負荷Ｚの電力需要に合わせて電力網５０に接続された電源設備（電源装置１０を含む。）を最適制御する装置である。制御装置４０は、例えば、サーバ装置等のコンピュータである。

本実施形態によれば、電力網５０を介して、電源装置１０の直流電力を安定的に負荷に供給することが可能になる。また、電力網５０を介しての電源装置１０間で直流電力を融通することが可能になる。電力網５０は負荷Ｚに直流電力を供給する直流電力ネットワークであるが、電源装置１０は直流電力入出力部１８を有しているので、電源装置１０の電力網５０への接続は容易である。

上述の各実施形態はそれぞれ一例を示したものであり、種々の変更及び応用が可能である。

例えば、上述の実施形態では、電力源１１は電源装置１０、１０Ａ、１０Ｂの内部にあるものとしたが、電力源１１は電源装置の外部にあってもよい。図８は、電力源１１が外部にある電源装置１０Ｃを示す図である。

また、上述の実施形態では、電源装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、携帯型のハイブリッド電源装置であるもとした。しかしながら、電源装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、携帯型のハイブリッド電源装置でなくてもよい。例えば、電源装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、建物等に設置されて使用される設置型のハイブリッド電源装置であってもよい。ハイブリッド電源装置は、自動車、鉄道、船、航空機等の移動体に設置されてもよいし、電気機器に内蔵されてもよい。

また、上述の実施形態では、電力源１１は、エンジン型の発電機であるものとしたが、電力源１１は、自動車、鉄道、船、航空機等の移動体の動力源となるエンジンであってもよい。また、電力源１１は、エンジン型の発電機に限られず、例えば、燃料電池、或いは太陽電池であってもよい。電力源１１は、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、ＦＣＥＶ（Fuel Cell Electric Vehicle）等の移動体そのものであってもよい。その他、電力源１１は、風力発電機、水力発電機、バイオマス発電機等、再生可能エネルギーで電力を生成する装置であってもよい。再生可能エネルギーとは、風力、水力、熱（例えば、太陽熱、地熱、大気中の熱）、バイオマス、太陽光等の永続的に利用できるエネルギーのことである。

また、上述の実施形態では、コンバータ１２はＡＣＤＣコンバータであるものとしたが、電力源１１が太陽電池や燃料電池の場合等、電力源１１の出力が直流である場合は、コンバータ１２はＤＣＤＣコンバータであってもよい。

また、実施形態１〜３では、コンバータ１２の電圧はＤＣ１２Ｖ或いはＤＣ４８Ｖであるものとしたが、コンバータ１２の出力電圧はＤＣ１２Ｖ或いはＤＣ４８Ｖに限られない。例えば、コンバータ１２の出力電圧は、３００〜４００ＶのＨＶＤＣ（High Voltage Direct Current）であってもよい。コンバータ１２の出力電圧は他の電圧であってもよい。勿論、直流バス１３の出力電圧は上記以外の電圧であってもよい。

また、上述の実施形態では、バッテリ１４は、鉛蓄電池或いはリチウムイオン電池であるものとしたが、バッテリ１４は、鉛蓄電池或いはリチウムイオン電池に限られない。例えば、バッテリ１４は、ニカド電池或いはニッケル水素電であってもよい。勿論、バッテリ１４は、他の方式の二次電池であってもよい。また、バッテリ１４は、アルカリ電池、マンガン電池等の一次電池であってもよい。

また、上述の実施形態では、直流バス１３の電圧はＤＣ１２Ｖ或いはＤＣ４８Ｖであるものとしたが、直流バス１３の出力電圧はＤＣ１２Ｖ或いはＤＣ４８Ｖに限られない。例えば、直流バス１３の出力電圧は、３００〜４００ＶのＨＶＤＣ（High Voltage Direct Current）であってもよい。直流バス１３の出力電圧は他の電圧であってもよい。勿論、直流バス１３の出力電圧は上記以外の電圧であってもよい。

また、上述の実施形態では、バッテリ１４の出力電圧はＤＣ１２Ｖ或いはＤＣ４８Ｖであるものとしたが、バッテリ１４の出力電圧は１２Ｖ或いは４８Ｖに限られない。例えば、バッテリ１４の出力電圧は、３００〜４００ＶのＨＶＤＣ（High Voltage Direct Current）であってもよい。バッテリ１４の出力電圧は上記以外の電圧であってもよい。

また、上述の実施形態では、コンバータ１５の出力電圧はＡＣ１００Ｖ或いはＡＣ２００Ｖであるものとしたが、コンバータ１５の出力電圧はＡＣ１００Ｖ或いはＡＣ２００Ｖに限られない。出力電圧は他の電圧であってもよい。また、実施形態１〜３では、コンバータ１５はインバータであるものとしたが、コンバータ１５はＤＣＤＣコンバータであってもよい。出力電圧は、例えば、ＤＣ５Ｖであってもよい。この場合、出力部１６は、直流電力が出力可能なインタフェースであってもよい。例えば、出力部１６は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェースであってもよい。

また、上述の実施形態では、直流電力入出力部１８はコンバータを備えていなかったが、直流電力入出力部１８はコンバータを備えていてもよい。直流電力入出力部１８が備えるコンバータは、双方向ＤＣＤＣコンバータであってもよい。図８には、直流電力入出力部１８の変形例として、直流電力入出力部１８Ａが示されている。

直流電力入出力部１８Ａは、図８に示すように、外部インタフェース１８１と、電流路１８２ａ、１８２ｂと、双方向ＤＣＤＣコンバータ１８３と、を備える。外部インタフェース１８１は電流路１８２ｂで双方向ＤＣＤＣコンバータ１８３と接続されており、双方向ＤＣＤＣコンバータ１８３は電流路１８２ａで直流バス１３と接続されている。双方向ＤＣＤＣコンバータ１８３の回路構成は図４に例示される双方向ＤＣＤＣコンバータ２１と同様であってもよい。直流電力入出力部１８Ａが双方向ＤＣＤＣコンバータ１８３を備えることにより、電源装置１０Ｃは、接続装置２０、３０を介さず、他の電源装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと、直接、電力の融通を行うことが可能となる。

また、上述の実施形態では、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１、１８３は、昇圧機能を有するものとしたが、双方向ＤＣＤＣコンバータ２１、１８３は昇圧機能に加えて降圧機能を有していてもよい。様々な電圧レベルに対応可能となるので、電力の融通が容易になる。双方向ＤＣＤＣコンバータ２１、１８３が図４に示す回路構成なのであれば、以下の方法で降圧機能を実現できる。

Ｖ１を入力、Ｖ２を出力とする場合は、接続装置２０は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をＯＦＦにする。そして、接続装置２０が備える不図示のプロセッサがスイッチング素子Ｑ１をスイッチング制御することにより、端子Ａ１に入力された直流電圧が降圧されて端子Ｂ１から出力される。

Ｖ２を入力、Ｖ１を出力とする場合は、接続装置２０は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３をＯＦＦにする。そして、接続装置２０が備える不図示のプロセッサがスイッチング素子Ｑ４をスイッチング制御することにより、端子Ｂ１に入力された直流電圧が降圧されて端子Ａ１から出力される。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、２…電源システム
３…マイクログリッド
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…電源装置
１１…電力源
１２…コンバータ
１３…直流バス
１４…バッテリ
１５…コンバータ
１６…出力部
１７、３４…制御部
１８、１８Ａ…直流電力入出力部
２０、３０…接続装置
２１、１８３…双方向ＤＣＤＣコンバータ
３１…ＤＣＤＣコンバータ
３２、３３…センサー
４０…制御装置
５０…電力網
１８１…外部インタフェース
１８２、１８２ａ、１８２ｂ…電流路
Ｃ１、Ｃ２…キャパシタ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４…ダイオード
Ｌ１…インダクタ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４…スイッチング素子
Ｗ１、Ｗ２…電線
Ｚ、Ｚ１、Ｚ２…負荷

Claims (10)

1. 直流電力の電流路となる直流バスと、
   前記直流バスに直流電力を出力するバッテリと、
   外部若しくは内部の電力源から出力される電力に基づいて前記直流バスに出力する直流電力を生成する第１のコンバータと、
   前記直流バスに入力された直流電力に基づいて外部に出力する電力を生成する第２のコンバータと、
   前記第１のコンバータを介することなく外部から前記直流バスへ直流電力を入力するとともに、前記第２のコンバータを介することなく前記直流バスから外部へ直流電力を出力する直流電力入出力手段と、を備える、
   電源装置。
2. 前記直流電力入出力手段は、双方向ＤＣＤＣコンバータを備え、前記双方向ＤＣＤＣコンバータを介して直流電力の入出力を行う、
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第１のコンバータは、前記電力源から出力された交流電力を直流電力に変換するＡＣＤＣコンバータである、
   請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記第２のコンバータは、前記直流バスに入力された直流電力を交流電力に変換するインバータである、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 発電機を備え、
   前記第１のコンバータは、前記発電機から出力された電力に基づいて前記直流バスに出力する直流電力を生成する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 第１及び第２の電源装置と、前記第１及び第２の電源装置を接続する接続装置とを備える電源システムであって、
   前記第１及び第２の電源装置は、それぞれ、
   直流電力の電流路となる直流バスと、
   前記直流バスに直流電力を出力するバッテリと、
   外部若しくは内部の電力源から出力される電力に基づいて前記直流バスに出力する直流電力を生成する第１のコンバータと、
   前記直流バスに入力された直流電力に基づいて外部に出力する電力を生成する第２のコンバータと、
   前記第１のコンバータを介することなく外部から前記直流バスへ直流電力を入力するとともに、前記第２のコンバータを介することなく前記直流バスから外部へ直流電力を出力する直流電力入出力手段と、を備え、
   前記接続装置は、前記第１及び第２の電源装置それぞれが備える前記直流電力入出力手段と接続されており、前記第１の電源装置の前記直流電力入出力手段から出力された直流電力を前記第２の電源装置の前記直流電力入出力手段に、前記第２の電源装置の前記直流電力入出力手段から出力された直流電力を前記第１の電源装置の前記直流電力入出力手段に出力する、
   電源システム。
7. 前記接続装置は、前記第１及び第２の電源装置それぞれの前記直流電力入出力手段と接続された双方向ＤＣＤＣコンバータを備え、
   前記双方向ＤＣＤＣコンバータは、前記第１の電源装置の前記直流電力入出力手段から出力された直流電力を前記第２の電源装置の前記直流電力入出力手段に、前記第２の電源装置の前記直流電力入出力手段から出力された直流電力を前記第１の電源装置の前記直流電力入出力手段に出力する、
   請求項６に記載の電源システム。
8. 前記双方向ＤＣＤＣコンバータは、双方向の昇圧が可能である、
   請求項７に記載の電源システム。
9. 前記第１及び第２の電源装置は、それぞれ、内部の状態を監視して得た監視情報を前記接続装置に出力する監視情報出力手段を備え、
   前記接続装置は、前記監視情報出力手段からの前記監視情報に基づいて前記第１及び第２の電源装置の間の電流の流れを制御する潮流制御手段と、を備える、
   請求項６乃至８のいずれか１項に記載の電源システム。
10. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源装置と、
    直流電力を負荷に供給する電力網と、を備え、
    前記電源装置の直流電力入出力手段は前記電力網に接続されており、
    前記電源装置は、前記直流電力入出力手段を介して直流バスに流れる直流電力を前記電力網に供給するとともに、前記直流電力入出力手段を介して前記電力網の直流電力を前記直流バスに供給する、
    マイクログリッド。

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