JP2018026890A - 電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】系統が停電時に、複数のパワーコンディショナの並列運転に何ら変更を加えることなく、容易に並列運転を行うことができる電源システム。【解決手段】通常時に系統連系して電力を変換して負荷に電力を供給する複数のパワーコンディショナPCS−1,PCS−2を備え、複数のパワーコンディショナの内の1つのパワーコンディショナPCS−1は、系統が停電時には系統連系から自立運転に切換え、複数のパワーコンディショナから1つのパワーコンディショナを除く残りのパワーコンディショナPCS−2は、1つのパワーコンディショナPCS−1に連系して動作する。【選択図】図1
Description
本発明は、通常時に系統連系して電力を変換して負荷に電力を供給する複数のパワーコンディショナ(PCS)を備えた電源システムに関する。
パワーコンディショナは、系統が停電時に電力を供給するため、自立運転機能を有しているものが多い。しかし、パワーコンディショナに接続可能な負荷の容量は、パワーコンディショナの容量で決まる。このため、パワーコンディショナから大容量の負荷に給電することは不可能であった。
図3は、特許文献1に記載された分散型電源設備の運転制御方法を示す図である。特許文献1は、自立運転時に複数台の分散電源を並列運転し、負荷に供給する電力容量をアップする手法を提案している。
電力系統105から解列された複数の分散型電源101のいずれか1つのインバータを基準のインバータとし、基準のインバータを電圧制御運転して交流電圧源を形成する。基準のインバータの出力電圧が発生した後、残りの分散型電源のインバータ103を基準のインバータの出力電圧に同期してそれぞれ電流制御運転する。
電流制御運転により交流電圧源に同期した交流電流源をそれぞれ形成して各分散型電源を並列同期運転する。このため、各分散型電源が出力に関連した情報のやりとり等を行うことなく、個別の運転制御で並列同期運転される。
しかしながら、特許文献1は、負荷が減少すると、1つのインバータから他のインバータに電流が逆流し、他のインバータを破損することがある。
本発明の課題は、系統が停電時に、複数のパワーコンディショナの並列運転に何ら変更を加えることなく、容易に並列運転を行うことができる電源システムを提供することにある。
本発明に係る電源システムは、通常時に系統連系して電力を変換して負荷に電力を供給する複数のパワーコンディショナを備え、前記複数のパワーコンディショナの内の1つのパワーコンディショナは、前記系統が停電時には前記系統連系から自立運転に切換え、前記複数のパワーコンディショナから前記1つのパワーコンディショナを除く残りのパワーコンディショナは、前記1つのパワーコンディショナに連系して動作することを特徴とする。
また、前記複数のパワーコンディショナの各々は、入力される発電装置の直流電力と蓄電装置の直流電力との少なくとも一方の直流電力を所定の直流に変換する直流変換装置と、前記直流変換装置で変換された所定の直流を交流に変換するインバータと、前記インバータと前記直流変換装置を制御する制御回路とを備え、前記複数のパワーコンディショナは、通常時に前記系統と連系し前記系統が停電時に自立運転するとともに、逆潮流しないように連携先の周波数、電圧に応じて電流を制御する1つのマスタ機と、通常時に前記系統と連系し、前記系統が停電時に前記マスタ機と連系する1以上のスレーブ機とからなることを特徴とする。
本発明によれば、系統が停電時に、複数のパワーコンディショナの並列運転に何ら変更を加えることなく、容易に並列運転を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態の電源システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、通常時に系統連系して電力を供給する複数のパワーコンディショナが、系統の停電時に複数のパワーコンディショナを系統から解列して第1のパワーコンディショナを系統連系から自立運転に切換え、残りのパワーコンディショナを、第1のパワーコンディショナと連系動作させる。
各パワーコンディショナは、太陽電池等の発電装置又は電池等の蓄電装置の直流電力を入力し、第1のパワーコンディショナは、所定の周波数・電圧で制御し、残りのパワーコンディショナは、第1のパワーコンディショナに連系する。パワーコンディショナ間は、通信など信号のやりとりを行うことなく、連携先に逆潮流しないように制御し、電源システムの容量を増加させる。
系統が停電時に、第1のパワーコンディショナの出力が第1の電力値以下である場合には、残りのパワーコンディショナを所定の出力以下又は停止させ、第1のパワーコンディショナの出力が第1の電力値より大きい第2の電力値以上のときは残りのパワーコンディショナを第1のパワーコンディショナと連系動作させる。以下、その詳細について説明する。
図1は、本発明の実施例1に係る電源システムの構成ブロック図である。図1に示す電源システムは、検出器CT1,CT2、パワーコンディショナPCS−1,PCS−2、接続箱2−1,2−2、太陽光パネル3−1,3−2、充電器箱4−1,4−2、バッテリ5−1,5−2を備えている。
検出器CT1は、系統1とスイッチSW1の一端との間に設けられ、系統1に流れる電流及び電圧を検出する。検出器CT2は、スイッチSW1の他端とパワーコンディショナPCS−2との間に設けられ、パワーコンディショナPCS−1に流れる電流及び電圧を検出する。
パワーコンディショナPCS−1は、マスタ機であり、パワーコンディショナPCS−2と負荷6とに接続され、DC/DCコンバータ11−1、DC/DCコンバータ12−1、インバータ13−1、制御回路14−1を備えている。
DC/DCコンバータ11−1は、接続箱2−1を介して太陽光パネル3−1で発電された直流電力を第1の所定の直流電力に変換する。DC/DCコンバータ12−1は、充電器箱4−1を介してバッテリ5−1の直流電力を第2の所定の直流電力に変換する。インバータ13−1は、DC/DCコンバータ11−1又はDC/DCコンバータ12−1からの直流を交流に変換して系統1又は負荷6に供給する。
制御回路14−1は、インバータ13−1を制御する。制御回路14−1は、検出器CT1で検出された電流及び電圧の信号に基づいて系統1の電源の状態を検知し、系統1の電源の状態が正常であればスイッチSW1をオンし、検出器CT1の信号に基づいて、インバータ13−1を系統連系モードで動作させる。
また、制御回路14−1は、検出器CT1の信号に基づいて系統1の停電を検知した場合には、スイッチSW1をオフし、インバータ13−1を自立運転モードで動作させる。パワーコンディショナPCS−1は、自立運転時に交流を負荷6に供給する。
さらに、検出器CT1が系統1の復電を検知した場合には、制御回路14−1は、インバータ13−1を系統連系モードにより再運転する。
パワーコンディショナPCS−2は、スレーブ機であり、自立運転モードで動作させる機能を備えず、それ以外は、パワーコンディショナPCS−1と同じ機能を備える。パワーコンディショナPCS−2は、パワーコンディショナPCS−1と同じものを使用しても良い。
パワーコンディショナPCS−2は、DC/DCコンバータ11−2、DC/DCコンバータ12−2、インバータ13−2を備えている。DC/DCコンバータ11−2の機能は、DC/DCコンバータ11−1の機能と同一である。DC/DCコンバータ12−2の機能は、DC/DCコンバータ12−1の機能と同一である。
インバータ13−2は、検出器CT1で検出された電流及び電圧の信号に基づいて、系統1の電源の状態を検知し、系統1の電源の状態が正常であれば、検出器CT1の信号に基づいて、系統連系モードで動作する。
インバータ13−2は、スイッチSW6を介して検出器CT2に接続され、検出器CT1で検出された電流及び電圧の信号に基づいて、系統1の停電を検出した場合には、スイッチSW6をオンさせて、検出器CT2に流れる電流に基づいてパワーコンディショナPCS−2をパワーコンディショナPCS−1と連系モードで動作させる。
検出器CT2は、負荷6が減少した時に、パワーコンディショナPCS−2からパワーコンディショナPCS−1への電流の逆流を検出する。インバータ13−2は、検出器CT2により電流の逆流が検出されたときに、電流を制御することにより負荷6への電流供給を減少させる。
また、検出器CT1の電圧信号により系統1が復電したことを検知した場合には、インバータ13−2は、検出器CT1の電流信号に応じて系統連系モードで動作する。
このように実施例1に係る電源システムによれば、複数のパワーコンディショナPCS−1,PCS−2は、通常時に系統連系して電力を変換して負荷に電力を供給する。パワーコンディショナPCS−1は、系統1が停電時には系統連系から自立運転に切換え、パワーコンディショナPCS−2は、自立運転に切り換えられたパワーコンディショナPCS−1に連系して動作する。
従って、系統1が停電時に、複数のパワーコンディショナPCS−1,PCS−2の並列運転に何ら変更を加えることなく、容易に並列運転を行うことができる。
また、検出器CT2によりパワーコンディショナPCS−2からパワーコンディショナPCS−1への電流の逆流が検出されたときには、電流を制御することにより負荷6への電流供給を減少させる。これにより、負荷6が減少しても、パワーコンディショナPCS−2からパワーコンディショナPCS−1への電流の逆流を防止することができる。
図2は、実施例2に係る電源システムの構成ブロック図である。実施例2の電源システムは、検出器CT1,CT2、パワーコンディショナPCS−1a,PCS−2b、接続箱2−1,2−2、太陽光パネル3−1,3−2、充電器箱4−1,4−2、バッテリ7−1,7−2を備えている。
パワーコンディショナPCS−1aは、連系出力端子T1、自立出力端子T2、DC/DCコンバータ11−1、DC/DCコンバータ12−1、インバータ13−1、制御回路14−1aを備えている。
パワーコンディショナPCS−2bは、連系出力端子T3、自立出力端子T4、DC/DCコンバータ11−1、DC/DCコンバータ12−1、インバータ13−1、制御回路14−2bを備えている。
パワーコンディショナPCS−1aの制御回路14−1aは、検出器CT1の信号に基づいて、系統1の電力が正常である場合に系統連系モードでインバータ13−1を動作させて連系出力端子T1から交流を出力させる。制御回路14−1aは、検出器CT1の信号に基づいて、系統1が停電した場合に自立運転モードでインバータ13−1を動作させて自立端子T2から交流を出力させる。
また、制御回路14−1aは、系統1が停電状態であるか否かに応じて、スイッチSW1〜SW6のオンオフを制御する。実施例2ではバッテリ5−1,5−2を電気自動車のバッテリ7−1,7−2としているが、バッテリの機能は、同じ機能である。
パワーコンディショナPCS−1aの連系出力端子T1は、系統1に接続されると共に、正常時のスイッチSW1を介して負荷6に接続される。パワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2は、スイッチSW2を介して負荷6に接続される。パワーコンディショナPCS−2bの連系出力端子T3は、スイッチSW3を介してパワーコンディショナPCS−1aの連系出力端子T1に接続されると共に、スイッチSW4を介してパワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2に接続される。パワーコンディショナPCS−1aは、スイッチSW4を介してパワーコンディショナPCS−2bの自立出力端子T4に接続される。
連系出力端子T1と系統1との間には、検出器CT1と検出器CT2との直列回路が設けられる。自立出力端子T2とスイッチSW2との間には、検出器CT3が設けられる。検出器CT1は、系統1の電圧及び電流を検出し、検出した信号をパワーコンディショナPCS−1aの制御回路14−1aに出力する。検出器CT2は、系統1の電圧及び電流を検出し、検出した信号をスイッチSW5を介してパワーコンディショナPCS−2bの制御回路14−2bに出力する。検出器CT3は、パワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2の電圧及び電流を検出し、検出した信号をスイッチSW6を介してパワーコンディショナPCS−2bの制御回路14−2bに出力する。
(通常運転時)
次に、電源システムの通常運転時の動作を説明する。
次に、電源システムの通常運転時の動作を説明する。
まず、パワーコンディショナPCS−1aの制御回路14−1aは、スイッチSW1、SW5、SW3をオンし、スイッチSW2、SW4、SW6をオフさせる。パワーコンディショナPCS−1a及びパワーコンディショナPCS−2bのインバータ13−1,13−2は、系統連系モードで動作する。即ち、パワーコンディショナPCS−2bから系統1に電力が供給される。
検出器CT1,CT2は、系統1からの電力が正常に供給されていることを検出するとともに、バッテリ7−1,7−2の電力が系統1に逆潮流していることを検出する。系統1から負荷6に電力を供給すると共に、太陽光パネル3−1,3−2が発電した電力又はバッテリ7−1,7−2に蓄積された電力を負荷6に供給する。
これにより、系統1からの電力供給の低減、ピークカット、ピークシフト等を行うことができる。また、太陽光パネル3−1,3−2が発電する電力を系統1に逆潮流させることもできる。
(停電時)
次に、系統1が停電した時の動作を説明する。まず、パワーコンディショナPCS−1aの制御回路14−1aは、スイッチSW1、SW5、SW3をオフし、スイッチSW2、SW4、SW6をオンする。
次に、系統1が停電した時の動作を説明する。まず、パワーコンディショナPCS−1aの制御回路14−1aは、スイッチSW1、SW5、SW3をオフし、スイッチSW2、SW4、SW6をオンする。
パワーコンディショナPCS−1aの制御回路14−1aは、検出器CTの信号に基づいて、インバータ13−1を自立運転モードで動作させ、太陽光パネル3−1が発電した電力又はバッテリ7−1に蓄積された電力を交流に変換して自立出力端子T2から出力させる。このため、スイッチSW2を介して負荷6に電力が供給される。
パワーコンディショナPCS−2bは、検出器CT3からの信号に基づいて、パワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2から出力される交流電力と連系して運転され、太陽光パネル3−1が発電する電力又はバッテリ7−1に蓄積された電力を交流に変換して負荷6に供給される。
以上のように、パワーコンディショナPCS−2bは、パワーコンディショナPCS−1aの自立出力に連系して制御するとともに,検出器CT3によりパワーコンディショナPCS−1aの電流を検出する。パワーコンディショナPCS−2bは、検出器CT3で検出された電流に基づいて、パワーコンディショナPCS−2bからパワーコンディショナPCS−1aへ電流が逆流しないように制御する。従って、パワーコンディショナPCS−2bの出力がパワーコンディショナPCS−1aに流れ込むことなく並列に動作させることができる。
このため、パワーコンディショナに備わる系統連系モード、自立運転モードを利用して、容易に並列運転が可能となり、大容量の負荷への電力供給が可能となる。
(復電時)
次に、系統1の復電時の動作を説明する。まず、パワーコンディショナPCS―1aの制御回路14−1aは、スイッチSW1、SW3、SW5をオンし、スイッチSW2、SW4、SW6をオフする。パワーコンディショナPCS―1aの制御回路14−1aは、インバータ13−1を系統連系モードで動作させる。このため、パワーコンディショナPCS−1aは系統1と連系して負荷6に電力を供給する。
次に、系統1の復電時の動作を説明する。まず、パワーコンディショナPCS―1aの制御回路14−1aは、スイッチSW1、SW3、SW5をオンし、スイッチSW2、SW4、SW6をオフする。パワーコンディショナPCS―1aの制御回路14−1aは、インバータ13−1を系統連系モードで動作させる。このため、パワーコンディショナPCS−1aは系統1と連系して負荷6に電力を供給する。
スイッチSW4からスイッチSW6を切り替えることによって、パワーコンディショナPCS−2bに接続される検出器CT3から検出器CT1に切り替わり、パワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2からパワーコンディショナPCS−1aの連系出力端子T1に切換わる。このため、パワーコンディショナPCS−2bがパワーコンディショナPCS−1aと並列に接続され、系統連系で動作し、負荷6に電力を供給する。
以上のように実施例1及び実施例2によれば、系統停電時にパワーコンディショナPCS−1aが自立出力し、パワーコンディショナPCS−2bをパワーコンディショナPCS−1aに連系して動作させる。このため、並列運転において、パワーコンディショナPCS−2bの出力がパワーコンディショナPCS−1aの出力に逆流しないようにパワーコンディショナPCS−2bの出力を制御することができる。
具体的にはパワーコンディショナPCS−1aの出力電流の逆流を検出器CT3により検知した場合、パワーコンディショナPCS−2bの出力を低下し、逆流が継続しないように制御する。又は、パワーコンディショナPCS−1aの出力が第1の電力値以下になったら、パワーコンディショナPCS−2bの出力を低下させ、パワーコンディショナPCS−1aの出力が第1の電力値以下で継続して運転しないように制御することで、パワーコンディショナPCS−1aの出力に電力が流れ込まないようにする。
(追加の動作)
しかし、パワーコンディショナPCS−2bが出力を低下させる応答に遅れがある場合には、負荷6が急激に減少したときに逆流する恐れがある。このような逆流を抑制する場合には、以下のように対応すると良い。
しかし、パワーコンディショナPCS−2bが出力を低下させる応答に遅れがある場合には、負荷6が急激に減少したときに逆流する恐れがある。このような逆流を抑制する場合には、以下のように対応すると良い。
パワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2の電力が予め設定した第1の電力(例えば500W)になった場合に、パワーコンディショナPCS−2bの出力を停止させる。
パワーコンディショナPCS−2bの容量は、パワーコンディショナPCS−1aの定格容量の半分以下とする。パワーコンディショナPCS−2bの出力を停止した場合に、パワーコンディショナPCS1−1a単体の電力で負荷6に給電を継続する必要がある。
また、実際の運用では、パワーコンディショナPCS−2bの容量は、パワーコンディショナPCS−1aの定格容量の半分以下とする。パワーコンディショナPCS−2bの電流を制御するため、パワーコンディショナPCS−1aの電流を検出する検出器CT3の応答遅れにより、負荷6が急変したときにパワーコンディショナPCS−2bの出力がパワーコンディショナPCS−1aに逆流することを防ぐことができる。
(スイッチの他の制御方法)
次に、スイッチの他の制御方法を説明する。スイッチSW3〜SW6のオンオフは、以下のように切り換えても良い。
次に、スイッチの他の制御方法を説明する。スイッチSW3〜SW6のオンオフは、以下のように切り換えても良い。
例えば、系統1が停電したことを検出した場合、スイッチSW3,SW5をオフし、スイッチSW4,SW6をオンする。系統1が復電すると、スイッチSW1がオンしスイッチSW2がオフするので、これを検出してスイッチSW3,SW5をオンし、スイッチSW4,SW6をオフする。
パワーコンディショナPCS−1aは、並列運転の機能を備えないパワーコンディショナを使用することができ、パワーコンディショナPCS−2bに、復電時の検出をスイッチSW1とスイッチSW2との少なくとも一方のスイッチのオンオフの状態を検出する機能を追加するだけで良い。このため、並列運転機能を備えない既設のパワーコンディショナに容易に並列運転させたパワーコンディショナを増設することができる。
(スレーブ機の他の制御方法)
実施例1又は実施例2では、系統が停電時にパワーコンディショナPCS−1aの出力電流が逆流した場合に、逆方向にならないようにパワーコンディショナPCS−2bの出力を低下させ、逆流が継続しないようにする。
実施例1又は実施例2では、系統が停電時にパワーコンディショナPCS−1aの出力電流が逆流した場合に、逆方向にならないようにパワーコンディショナPCS−2bの出力を低下させ、逆流が継続しないようにする。
逆流によってパワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2に電流が流入すると、インバータ13−1を介してDC/DCコンバータ11−1又はDC/DCコンバータ12−1の出力部に備えられるコンデンサが充電されて上昇する。
パワーコンディショナPCS−2bはインバータ13−2の出力電力が指令値より少ないとパワーコンディショナPCS−2bに備えられたDC/DCコンバータ11−2又はDC/DCコンバータ12−2の出力電圧を上昇してインバータ13−2の出力電力が指令値になるように調整される。
そこで、逆流によってDC/DCコンバータ11−2又はDC/DCコンバータ12−2の出力部に備えられるコンデンサが充電されて上昇すると、パワーコンディショナPCS−2bは出力電力が減少する。このため、パワーコンディショナPCS−2bに備えられたDC/DCコンバータ11−2又はDC/DCコンバータ12−2の電圧を上昇させる。
この状態が継続すると、コンデンサの電圧は上昇して破損することがあるので、パワーコンディショナPCS−2に備えられたDC/DCコンバータ11−2又はDC/DCコンバータ12−2は、電圧を所定の電圧未満に制御する。
以上のように、系統1が停電時にパワーコンディショナPCS−2bに備えられたDC/DCコンバータ11−2又はDC/DCコンバータ12−2の出力部に備えられるコンデンサの電圧が上昇する。そこで、コンデンサの電圧が上昇すると、パワーコンディショナPCS−2bは、インバータ13−2の出力電流を制御することにより出力電力を制限する。これによって、コンデンサの電圧が上昇することがなくなる。
これは、パワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2に流入する電流を抑えることになる。即ち、パワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2に流れる電流を検出することなしに、パワーコンディショナPCS−1aの自立出力端子T2に流入する電流を抑えることができる。
なお、実施例1,2では、スレーブ機をパワーコンディショナPCS−2のみとしたが、複数のパワーコンディショナPCSを複数のスレーブ機とし、複数のスレーブ機を停電時にパワーコンディショナPCS−1に連系させても良い。
1 系統
2−1,2−2 接続箱
3−1,3−2 太陽光パネル
4−1,4−2 充電器箱
5−1,5−2 バッテリ
6 負荷
11−1,11−2,12−1,12−2 DC/DCコンバータ
13−1,13−2 インバータ
14−1 制御回路
CT1,CT2 検出器
PCS−1,PCS−2 パワーコンディショナ
SW1〜SW6 スイッチ
T1,T3 連系出力端子
T2,T4 自立出力端子
2−1,2−2 接続箱
3−1,3−2 太陽光パネル
4−1,4−2 充電器箱
5−1,5−2 バッテリ
6 負荷
11−1,11−2,12−1,12−2 DC/DCコンバータ
13−1,13−2 インバータ
14−1 制御回路
CT1,CT2 検出器
PCS−1,PCS−2 パワーコンディショナ
SW1〜SW6 スイッチ
T1,T3 連系出力端子
T2,T4 自立出力端子
Claims (6)
- 通常時に系統連系して電力を変換して負荷に電力を供給する複数のパワーコンディショナを備え、
前記複数のパワーコンディショナの内の1つのパワーコンディショナは、前記系統が停電時には前記系統連系から自立運転に切換え、
前記複数のパワーコンディショナから前記1つのパワーコンディショナを除く残りのパワーコンディショナは、前記1つのパワーコンディショナに連系して動作することを特徴とする電源システム。 - 前記複数のパワーコンディショナの各々は、
入力される発電装置の直流電力と蓄電装置の直流電力との少なくとも一方の直流電力を所定の直流に変換する直流変換装置と、
前記直流変換装置で変換された所定の直流を交流に変換するインバータと、
前記インバータと前記直流変換装置を制御する制御回路とを備え、
前記複数のパワーコンディショナは、通常時に前記系統と連系し前記系統が停電時に自立運転するとともに、逆潮流しないように連携先の周波数、電圧に応じて電流を制御する1つのマスタ機と、
通常時に前記系統と連系し、前記系統が停電時に前記マスタ機と連系する1以上のスレーブ機と、
からなることを特徴とする請求項1記載の電源システム。 - 前記マスタ機の容量は、前記スレーブ機の合計容量の2倍以上であることを特徴とする請求項2記載の電源システム。
- 前記系統が停電時に、前記マスタ機の出力が第1の電力値以下になるときは、前記スレーブ機を所定の出力以下に低減又は停止し、前記マスタ機の出力が第1の電力値より大きい第2の電力値以上のときには前記スレーブ機を前記マスタ機に連系動作させることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の電源システム。
- 前記系統が停電時に前記マスタ機に流れる電流を検出する検出器を備え、
前記スレーブ機は、前記検出器に流れる電流に基づいて出力電流を制御することを特徴とする請求項2記載の電源システム。 - 前記複数のスレーブ機の各々は、前記直流変換装置の出力が所定の電圧以上になった場合には自己の出力電流を制限することで連系することを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項記載の電源システム。
Priority Applications (1)
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