JP2024001427A - 電力変換装置、電力供給システム及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電流測定装置の位置を変更することなく、押上効果ありモードと押し上げ効果なしモードとを変更可能な電力変換装置、電力供給システム及び制御方法を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、太陽光発電装置及び蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力するインバータと、インバータを制御する制御部とを含み、制御部はさらに、インバータの電流と、インバータ及び系統を接続する連系点における電流とに基づいて、負荷の電力消費状態を特定し、特定された負荷の電力消費状態と、太陽光発電装置の発電状態と、系統の電力需給状態とに基づいて、蓄電装置の充放電を制御する。
【選択図】図４

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 令和４年２月２８日 一般社団法人 日本電機工業会 技術戦略推進部 新エネルギー技術課に資料を送付して公開 令和４年３月２３日 一般社団法人 日本電機工業会 技術戦略推進部 新エネルギー技術課に資料を送付して公開 令和４年３月２３日 関西電力送配電株式会社 配電部 配電高度化グループに資料を送付して公開 令和４年３月２９日 一般社団法人日本電機工業会主催の連系課題ワーキンググループのＷＥＢ会議にて資料を公開 令和４年４月１９日 和のエネルギー株式会社及びＧ＆ＥＣＯ株式会社に資料を送付して公開

本開示は、電力変換装置、電力供給システム及び制御方法に関する。

太陽光発電システムと、負荷に供給される電力を超えた発電電力（即ち余剰電力）を蓄電池に蓄える蓄電システムとを含むハイブリッド型の電力供給システムが知られている。ハイブリッド型の電力供給システムは、太陽光発電システムの発電状態に応じて、発電された電力を系統に供給する等、系統連系が可能である。

図１に、従来のハイブリッド型の電力供給システムを示す。図１を参照して、電力変換装置９００は、ＰＶ（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）パネル９０２に接続されたＰＶ用コンバータ９０４と、蓄電池９０６に接続された蓄電池用コンバータ９０８と、ＰＶ用コンバータ９０４及び蓄電池用コンバータ９０８に接続されたインバータ９１０を含む。

ＰＶ用コンバータ９０４は、制御部（図示せず）による制御を受けて、ＰＶパネル９０２から出力される直流電圧を昇圧してインバータ９１０に出力する。蓄電池用コンバータ９０８は、制御部による制御を受けて、蓄電池９０６から出力される直流電圧を昇圧してインバータ９１０に出力する。蓄電池用コンバータ９０８は双方向に電力変換可能であり、ＰＶ用コンバータ９０４から出力される電力の余剰分（即ち余剰電力）を変換し、蓄電池用コンバータ９０８を充電する。インバータ９１０は、制御部による制御を受けて、入力される直流電圧を交流電圧に変換して、リレー９１４に出力する。リレー９１４がオン（短絡）されることにより、電力変換装置９００は負荷９２２に電力を供給する。また、インバータ９１０は双方向に電力変換可能であり、電流センサ９１６により電流値を監視し、系統９２０との系統連系を可能にする。

なお、ＰＶパネル９０２の発電電力、即ちＰＶ用コンバータ９０４の出力電力は逆潮流可能であるが、蓄電池９０６の放電電力、即ち蓄電池用コンバータ９０８の出力電力は、現状においては逆潮流が禁止されている。電力変換装置９００は、電流センサ９１６により検出される電流値を基に電力を算出し、系統９２０への逆潮流が生じないように負荷追従制御を行う。例えば、ＰＶパネル９０２の発電電力が０Ｗであり、負荷９２２の消費電力が３０００Ｗである場合に、蓄電池９０６から４０００Ｗを放電し、負荷９２２に３０００Ｗを供給し、残りの電力変換装置１０００Ｗを系統９２０に供給する（即ち逆潮流する）ことは禁止される。負荷追従制御の応答性が十分でなく、逆潮流が発生した場合には、電力変換装置９００は逆電力防止機能により停止することが要求される。具体的には、逆潮流の許容範囲は、インバータ９１０の定格電力の５％以下且つ０．５秒以内である。即ち、電力変換装置９００は、逆潮流がインバータ９１０の定格電力の５％を超えた状態が０．５秒を超えて持続すると、動作を停止する機能を有していなければならない。

蓄電池９０６及び蓄電池用コンバータ９０８による負荷追従制御には、押上効果ありと押し上げ効果なしの２種類の動作モードがある。押上効果なしの動作モードにおいては、負荷９２２の消費電力とＰＶパネル９０２の発電電力の差だけ蓄電池９０６から放電する（即ち、蓄電池用コンバータ９０８から電力を供給する）。ＰＶパネル９０２の発電電力が負荷９２２の消費電力よりも大きい場合には、蓄電池９０６は放電しない（即ち、蓄電池用コンバータ９０８から電力を供給しない）。図２を参照して、図１に示した構成において、押上効果なしの動作モードにおける電力供給の一例を、電力を付記した矢印により示している。例えば、ＰＶパネル９０２の発電電力が２０００Ｗであり、負荷９２２の消費電力が３０００Ｗである場合、蓄電池９０６から（即ち蓄電池用コンバータ９０８から）は、それらの差である電力変換装置１０００Ｗ分を放電する。

具体的には、図２を参照して、単相３線の２相の各々に関して、逆潮流電力の瞬間値を下記の式１により計算し、それらの計算値を加算して交流１周期において平均することにより全相電力を算出する。算出された全相電力を、逆潮流電力とみなす。
逆潮流電力の瞬間値＝系統電圧×系統電流 ・・・（式１）
ここで、系統電圧は系統９２０の電圧値であり、系統電流は電流センサ９１６により検出される電流値である。そして、逆潮流電力が０になるように、蓄電池９０６の放電電力を調整するフィードバック制御が実行される。このとき、逆潮流が許容範囲を超えた場合には、上記したように逆電力防止機能が働く。

押上効果ありの動作モードにおいては、負荷９２２の消費電力と同量の電力を蓄電池９０６から放電し（即ち、蓄電池用コンバータ９０８から電力を供給し）、ＰＶパネル９０２の発電電力を全て系統９２０に供給（即ち売電）する。押上効果ありの動作モードを実行する場合の電力供給システムの構成を図３に示す。図３の構成は、電流センサ９１６の位置が変更されている点を除いて、図１及び図２の構成と同じである。即ち、図３において、電流センサ９１６は負荷９２２に供給される電流を測定する。図３を参照して、例えば、ＰＶパネル９０２の発電電力が２０００Ｗであり、負荷９２２の消費電力が３０００Ｗである場合、蓄電池９０６から（即ち蓄電池用コンバータ９０８から）は３０００Ｗを放電し、ＰＶパネル９０２による発電電力は全て（即ち２０００Ｗ）系統９２０に供給される。

具体的には、図３を参照して、単相３線の２相の各々に関して、負荷９２２の消費電力の瞬間値を、下記の式２により計算し、それらの計算値を加算して交流１周期において平均して得られる値を負荷９２２の消費電力とする。また、蓄電池９０６の放電電力の瞬間値を下記の式３により計算し、上記の交流１周期と同じ期間において平均し、蓄電池９０６の放電電力を算出する。
消費電力の瞬間値＝系統電圧×消費電流 ・・・（式２）
放電電力の瞬間値＝蓄電池電圧×蓄電池電流 ・・・（式３）
ここで、系統電圧は系統９２０の電圧値であり、消費電流は電流センサ９１６により検出される電流値である。蓄電池電圧及び蓄電池電流は、それぞれ蓄電池用コンバータ９０８の出力電圧値及び出力電流値である。そして、蓄電池９０６の放電電力が負荷９２２の消費電力と一致するように、蓄電池９０６の放電電力を調整するフィードバック制御が実行される。このとき、逆潮流が許容範囲を超えた場合（即ち、蓄電池９０６の放電電力が負荷９２２の消費電力を超えた場合）には、上記したように逆電力防止機能が働く。

例えば、下記特許文献１には、図３の構成に、インバータ及びコンバータを制御する制御装置を加えた発電装置システムが開示されている。この発電装置システムは、インバータから宅内負荷に供給される電力を測定するための宅内負荷電力計測部を含み、押上効果ありの動作モードにより動作可能である。

特開２０１４－２３０４５５号公報

上記した押上効果なし及び押上効果ありの動作モードは、電力事業者と需要家（例えば各家庭）との契約により定められる。余剰電力の売電額は、契約により定められた単価（即ち買取価格）により算出される。買取価格は変わり得る。例えば、買取価格は、固定価格買取制度（ＦＩＴ（Ｆｅｅｄ－ｉｎ Ｔａｒｉｆｆ）制度）の買取期間が経過した後には、ＦＩＴ期間よりも安価になる。ＦＩＴ期間が経過した後には、買取価格は個々の自由契約により定められる。需要家にとって、余剰電力の買取単価が安価であれば押上効果なしの契約が有利であり、余剰電力の買取単価が高価であれば押上効果ありの契約が有利である。したがって、需要家は、一旦ハイブリッド型の電力供給システムを運用した後に、押上効果なしの契約と押上効果ありの契約とを相互に変更することが考えられる。

監視対象の電力をできるだけ直接的に計測したいという考えにおいては、押上効果なしの動作モードにおいては、図１及び図２に示したように電流センサ９１６を配置し、押上効果ありの動作モードにおいては、図３に示したように電流センサ９１６を配置するのが自然である。その場合には、契約変更に伴い、施工業者により電流センサ９１６の位置を変更する工事が必要となり、煩雑である。また、施工時の人為ミスが発生し得る問題がある。例えば、電流センサ９１６としてＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を用いる場合、契約ブレーカの１次側における単相３線のうち中性線を除く２線の各々にＣＴが装着される。ＣＴの装着においては、正しい向きに取付けて、確実にロックされるまで締め付けることが必要である。しかし、現実には、ＣＴの装着不良、及び、装着後の脱落等の人為ミスが発生することがある。

したがって、本開示は、電流測定装置の位置を変更することなく、押上効果ありモードと押し上げ効果なしモードとを変更可能な電力変換装置、電力供給システム及び制御方法を提供することを目的とする。

本開示のある局面に係る電力変換装置は、太陽光発電装置及び蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力するインバータと、インバータを制御する制御部とを含み、制御部はさらに、インバータの電流と、インバータ及び系統を接続する連系点における電流とに基づいて、負荷の電力消費状態を特定し、特定された負荷の電力消費状態と、太陽光発電装置の発電状態と、系統の電力需給状態とに基づいて、蓄電装置の充放電を制御する。

本開示の別の局面に係る電力供給システムは、直流電力を出力する太陽光発電装置と、充放電可能な蓄電装置と、上記の電力変換装置とを含み、電力変換装置は、太陽光発電装置及び蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力する。

本開示のさらに別の局面に係る制御方法は、インバータ及び制御部を含む電力変換装置の制御方法であって、制御部が、インバータにより、太陽光発電装置及び蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力する電力供給ステップと、制御部が、インバータ及び系統を接続する連系点における電流を測定する電流測定装置から、測定された電流を取得するステップとを含み、電力供給ステップは、インバータの電流と電流測定装置により測定された電流とに基づいて、負荷の電力消費状態を特定するステップと、特定された負荷の電力消費状態と、太陽光発電装置の発電状態と、系統の電力需給状態とに基づいて、蓄電装置の充放電を制御するステップとを含む。

本開示によれば、電流測定装置の位置を変更することなく、押上効果ありモードと押し上げ効果なしモードとを変更可能な電力変換装置、電力供給システム及び制御方法を提供できる。

図１は、従来の電力変換装置を含むハイブリッド型の電力供給システムの構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示したハイブリッド型の電力供給システムにおいて、押上効果なしの動作モードを示すブロック図である。 図３は、従来の電力変換装置を含み、押上効果ありのハイブリッド型の電力供給システムの構成を示すブロック図である。 図４は、本開示の実施形態に係る電力変換装置を含むハイブリッド型の電力供給システムの構成を示すブロック図である。 図５は、図４に示した制御部が行う処理を示すフローチャートである。 図６は、変形例に係る電力変換装置を含むハイブリッド型の電力供給システムの構成を示すブロック図である。 図７は、電流センサが電力変換装置とは別の筐体に収容されたハイブリッド型の電力供給システムの構成を示すブロック図である。

［本開示の実施形態の説明］
本開示の実施形態の内容を列記して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組合せてもよい。

（１）本開示の第１の局面に係る電力変換装置は、太陽光発電装置及び蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力するインバータと、インバータを制御する制御部とを含み、制御部はさらに、インバータの電流と、インバータ及び系統を接続する連系点における電流とに基づいて、負荷の電力消費状態を特定し、特定された負荷の電力消費状態と、太陽光発電装置の発電状態と、系統の電力需給状態とに基づいて、蓄電装置の充放電を制御する。これにより、電力変換装置は、電流測定装置の位置を変更することなく、ソフトウェアの変更だけにより、系統の電力需給状態に応じて蓄電装置の充放電を制御できる。したがって、系統の電力が逼迫する時間帯に、押上効果ありに動作モードを切替えて逆潮流電力を増やして、電力不足の解消に貢献することが可能になる。

（２）上記（１）において、制御部は、電力事業者との契約に基づく複数の動作モードのうちの１つである第１モードに基づいて蓄電装置の充放電を制御し、外部からの指示を受けて、複数の動作モードのうち、第１モードとは異なる第２モードに基づいて、蓄電装置の充放電を制御してもよい。これにより、電力変換装置は、電力事業者との契約変更により動作モードが変更された場合にも、電流測定装置の位置を変更することなく、動作モードを変更できる。

（３）上記（１）又は（２）において、第１モードは押上効果ありの動作モードであり、第２モードは押上効果なしの動作モードであってもよい。これにより、電力変換装置は、電流測定装置の位置を変更することなく、押上効果ありの動作モードと押し上げ効果なしの動作モードとを相互に変更できる。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つにおいて、電力変換装置は、インバータ及び制御部を収容する筐体をさらに含み、連系点における電流は、筐体の外部に配置された電流測定装置により測定されてもよい。これにより、電流測定装置を含む装置（例えば自動切替器）を電力変換装置のオプションとして構成でき、電力供給システムにおける構成の自由度が増える。

（５）上記（１）から（３）のいずれか１つにおいて、電力変換装置は、連系点における電流を測定する電流測定装置と、インバータ、制御部及び電流測定装置を収容する筐体とをさらに含んでいてもよい。これにより、電力変換装置の出荷検査時に電流測定装置（例えばＣＴ）の校正を行うことができ、高精度の電力検出が可能になる。また、電力変換装置の設置現場において、電力変換装置の外部に電流測定装置を取付けることが不要であり、電流測定装置の設置に伴う施工ミスが発生しない。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つにおいて、制御部は、インバータの電流から連系点における電流を減算して得られた値と、系統の電圧とを乗算して、負荷の電力消費状態を特定してもよい。これにより、電力変換装置から負荷に供給される電流を直接測定することなく、負荷の電力消費状態（即ち消費電力）を精度よく算出できる。

（７）本開示の第２の局面に係る電力供給システムは、直流電力を出力する太陽光発電装置と、充放電可能な蓄電装置と、上記（１）から（６）のいずれか１つの電力変換装置とを含み、電力変換装置は、太陽光発電装置及び蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力する。これにより、電力供給システムは、電流測定装置の位置を変更することなく、ソフトウェアの変更だけにより、系統の電力需給状態に応じて蓄電装置の充放電を制御できる。したがって、系統の電力が逼迫する時間帯に、押上効果ありに動作モードを切替えて逆潮流電力を増やして、電力不足の解消に貢献することが可能になる。

（８）本開示の第３の局面に係る制御方法は、インバータ及び制御部を含む電力変換装置の制御方法であって、制御部が、インバータにより、太陽光発電装置及び蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力する電力供給ステップと、制御部が、インバータ及び系統を接続する連系点における電流を測定する電流測定装置から、測定された電流を取得するステップとを含み、電力供給ステップは、制御部が、インバータの電流と電流測定装置により測定された電流とに基づいて、負荷の電力消費状態を特定するステップと、制御部が、特定された負荷の電力消費状態と、太陽光発電装置の発電状態と、系統の電力需給状態とに基づいて、蓄電装置の充放電を制御するステップとを含む。これにより、電力変換装置は、電流測定装置の位置を変更することなく、ソフトウェアの変更だけにより、系統の電力需給状態に応じて蓄電装置の充放電を制御できる。したがって、系統の電力が逼迫する時間帯に、押上効果ありに動作モードを切替えて逆潮流電力を増やして、電力不足の解消に貢献することが可能になる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下の実施形態においては、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

（システム構成）
図４を参照して、本開示の実施形態に係る電力変換装置１００は、ＰＶパネル１０２に接続されたＰＶ用コンバータ１０４と、蓄電池１０６に接続された蓄電池用コンバータ１０８とを含む。電力変換装置１００はさらに、ＰＶ用コンバータ１０４及び蓄電池用コンバータ１０８に接続されたインバータ１１０と、ＰＶ用コンバータ１０４、蓄電池用コンバータ１０８及びインバータ１１０を制御する制御部１１２と、リレー１１４とを含む。電力変換装置１００、ＰＶパネル１０２及び蓄電池１０６は、ハイブリッド型の電力供給システムを構成する。図４において、正負の２本の配線を１本の実線により表している。例えば、ＰＶ用コンバータ１０４の２つの端子はインバータ１１０の入力端子に１対１に接続されており、蓄電池用コンバータ１０８の２つの端子はインバータ１１０の入力端子に１対１に接続されている。即ち、ＰＶ用コンバータ１０４及び蓄電池用コンバータ１０８は並列接続されている。

ＰＶパネル１０２は、直列接続された複数の太陽電池セルが平面に配置され、強化ガラス等が用いられて封止されたものである。ＰＶパネル１０２は、直流電源として機能する。ＰＶ用コンバータ１０４は、制御部１１２による制御を受けて、ＰＶパネル１０２から出力される直流電圧を昇圧してインバータ１１０に出力する。蓄電池１０６は、リチウムイオン二次電池等の充放電可能な蓄電池である。蓄電池１０６は、直流電源として機能する。蓄電池用コンバータ１０８は、制御部１１２による制御を受けて、蓄電池１０６から出力される直流電圧を昇圧してインバータ１１０に出力する。また、蓄電池用コンバータ１０８は、双方向に電力変換可能であり、ＰＶ用コンバータ１０４から出力される余剰電力を変換し、蓄電池１０６を充電する。インバータ１１０は、制御部１１２による制御を受けて、ＰＶ用コンバータ１０４及び蓄電池用コンバータ１０８からの直流電圧を交流電圧に変換して、リレー１１４に出力する。リレー１１４が制御部１１２の制御を受けてオン（即ち短絡）されることにより、電力変換装置１００は、負荷１２２に電力を供給する。また、インバータ１１０は双方向に電力変換可能であり、制御部１１２は電流センサ１１６により電流値を監視し、系統１２０との系統連系を可能にする。電流センサ１１６は、電力変換装置１００（具体的にはリレー１１４）と系統１２０との接続ノード（具体的には連系点１１８）における電流を検出し、検出される電流値を制御部１１２に出力する。

ＰＶ用コンバータ１０４及び蓄電池用コンバータ１０８は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、例えば、半導体スイッチング素子（ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等）を用いたブリッジ回路等により実現されている。インバータ１１０は、ＤＣ／ＡＣコンバータであり、例えば半導体スイッチング素子を用いたブリッジ回路等により実現されている。

制御部１１２は、ＰＶ用コンバータ１０４、蓄電池用コンバータ１０８及びインバータ１１０の各々を構成するスイッチング素子（例えばＦＥＴ）の制御信号（例えばゲート信号）を出力することにより、各々の電力変換機能、即ち入出力の電圧及び電流を制御する。制御部１１２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びメモリを含む。制御部１１２の機能は、ＣＰＵがメモリに記憶されているプログラムを実行することにより実現される。電力変換装置１００は内部に、各部の電圧及び電流を測定するセンサ（図示せず）を有している。制御部１１２は、電流センサ１１６により検出される電流値に加えて、電力変換装置１００内部のセンサにより検出された電流及び電圧に基づき、ＰＶ用コンバータ１０４、蓄電池用コンバータ１０８及びインバータ１１０を制御する。

制御部１１２は、ＰＶ用コンバータ１０４から、ＰＶ用コンバータ１０４の出力電圧（即ち直流電圧）の測定値と、ＰＶ用コンバータ１０４内部のＤＣリアクトルを流れる電流の測定値とを受信する。制御部１１２は、ＰＶ用コンバータ１０４から受信した測定値を用いて、後述するようにＰＶパネル１０２の発電電力を算出する。制御部１１２は、蓄電池用コンバータ１０８から、蓄電池用コンバータ１０８の出力電圧（即ち直流電圧）の測定値と、蓄電池用コンバータ１０８内部のＤＣリアクトルを流れる電流の測定値とを受信する。制御部１１２は、蓄電池用コンバータ１０８から受信した測定値を用いて、後述するように蓄電池１０６の放電電力を算出する。制御部１１２は、インバータ１１０から、インバータ１１０の出力電圧（即ち交流電圧）の測定値と、インバータ１１０内部のＡＣリアクトルを流れる電流の測定値とを受信する。制御部１１２は、インバータ１１０から受信した電流値を、後述するように負荷１２２の消費電力の算出に用いる。

なお、電力変換装置１００は、連系点１１８における電圧を検出し、検出された電圧を制御部１１２に出力する電圧センサを備えていてもよい。制御部１１２は、電圧センサにより検出される電圧値と、電流センサ１１６により検出される電流値とにより、系統１２０への電力を算出してもよい。

（動作）
図５を参照して、電力変換装置１００の動作に関して説明する。図５に示した処理は、電力変換装置１００が外部装置からの指示を受けて（例えばリモコンの操作）、制御部１１２内部のＣＰＵが、制御部１１２内部のメモリに記憶されているプログラムを読出し、実行することにより実現される。ここでは、図４に示したハイブリッドシステムの動作モードが予め設定され、制御部１１２の内部メモリに記憶されているとする。動作モードには、売電を行わない自家消費優先モードと、売電が可能な売電優先モードとがある。売電優先モードには、上記したように、押上効果なしの動作モード及び押上効果ありの動作モードがある。自家消費優先モードにおいては、ＰＶパネル１０２の発電電力は負荷１２２の消費電力として供給され、ＰＶパネル１０２の発電電力が負荷１２２の消費電力より不足していれば、その不足分は蓄電池１０６の放電により供給される。ＰＶパネル１０２の発電電力が負荷１２２の消費電力より大きければ、その余剰電力は蓄電池１０６の充電に利用される。

動作モードは、例えば電力変換装置１００の外部のリモコン（図示せず）により設定され得る。制御部１１２は、図５に示したプログラムと並行して、外部から動作モードの設定を待受けるプログラムを実行する。制御部１１２は、動作モードを表すデータを受信した場合、受信したデータを制御部１１２の内部メモリに記憶する。

ステップ３００において、制御部１１２は、内部メモリを参照して、設定されている動作モードが売電優先モードであるか否かを判定する。売電優先モードであると判定された場合、制御はステップ３０２に移行する。そうでなければ、制御はステップ３２６に移行する。

ステップ３０２において、制御部１１２は、内部メモリを参照して、設定されている動作モードが押上効果ありの動作モードであるか否かを判定する。押上効果ありの動作モードであれば、制御はステップ３０４に移行する。そうでなければ、制御はステップ３１６に移行する。

ステップ３０４において、制御部１１２は、押上効果ありの売電優先モードにより動作を開始する。具体的には、制御部１１２は、ＰＶ用コンバータ１０４、蓄電池用コンバータ１０８及びインバータ１１０の各々を、押上効果ありの売電優先モードのデフォルトのパラメータを用いて制御する。その後、制御はステップ３０６に移行する。

ステップ３０６において、制御部１１２は、負荷１２２の消費電力及びＰＶ用コンバータ１０４の放電電力を算出する。その後、制御はステップ３０８に移行する。具体的には、制御部１１２は、単相３線の２相の各々に関して下記の式４により消費電力の瞬間値を計算し、それらの瞬間値を加算し、交流１周期において平均することにより消費電力を算出する。また、制御部１１２は、下記の式５により放電電力の瞬間値を計算し、その瞬間値を上記の交流１周期と同じ期間において平均し、蓄電池１０６の放電電力を算出する。
消費電力の瞬間値＝｛系統電圧×（インバータ電流－系統電流）｝ ・・・（式４）
放電電力の瞬間値＝蓄電池電圧×蓄電池電流 ・・・（式５）
ここで、系統電圧は系統１２０の電圧値であり、インバータ電流は、上記したようにインバータ１１０内部のＡＣリアクトルの電流値であり、系統電流は電流センサ１１６により検出される電流値である。蓄電池電圧は、蓄電池用コンバータ１０８の出力電圧値であり、蓄電池電流は、上記したように蓄電池用コンバータ１０８内部のＤＣリアクトルの電流値である。

ステップ３０８において、制御部１１２は、ＰＶパネル１０２及び蓄電池１０６（即ちＰＶ用コンバータ１０４及び蓄電池用コンバータ１０８）の出力電力を制御する。その後、制御はステップ３１０に移行する。具体的には、制御部１１２は、ステップ３０６により算出された負荷１２２の消費電力及び蓄電池１０６の放電電力を用いて、蓄電池１０６の放電電力が負荷１２２の消費電力と一致するように、蓄電池用コンバータ１０８の出力電力を調整するフィードバック制御を実行する。また、制御部１１２は、ＰＶパネル１０２の発電電力が系統１２０に供給され、蓄電池用コンバータ１０８の出力電力が負荷１２２に供給されるように、インバータ１１０を制御する。

ステップ３１０において、制御部１１２は、終了が指示されたか否かを判定する。終了が指示されたと判定された場合、制御はステップ３１４に移行する。そうでなければ、制御はステップ３１２に移行する。終了の指示は、例えば、リモコンの操作によりなされる。

ステップ３１２において、制御部１１２は、動作モードを変更する指示を受けたか否かを判定する。具体的には、制御部１１２は、内部メモリを参照して、現在実行中の動作モードと異なる動作モードを表すデータが記憶されているか否かを判定する。異なる動作モードを表すデータが記憶されている（即ち、動作モードを変更する指示を受けた）と判定された場合、制御はステップ３００に戻り、新たな動作モードによる動作が実行される。そうでなければ、制御はステップ３０８に戻り、上記したステップ３０８からステップ３１０までの処理が繰返される。動作モードの変更は、例えば、リモコンの操作によりなされ、上記したように新たな動作モードを表すデータは、制御部１１２の内部メモリに記憶される。

ステップ３１４において、制御部１１２は、ハイブリッド型の電力供給システムを停止し、本プログラムを終了する。このとき、制御部１１２の内部メモリに記憶された動作モードを表すデータは、消去されずに保持される。

ステップ３０２の判定結果がＮＯであれば、ステップ３１６において、制御部１１２は、押上効果なしの売電優先モードにより動作を開始する。具体的には、制御部１１２は、ＰＶ用コンバータ１０４、蓄電池用コンバータ１０８及びインバータ１１０の各々を、押上効果なしの売電優先モードのデフォルトのパラメータを用いて制御する。その後、制御はステップ３１８に移行する。

ステップ３１８において、制御部１１２は、逆潮流電力を算出する。その後、制御はステップ３２０に移行する。具体的には、制御部１１２は、単相３線の２相の各々に関して下記の式６により算出される逆潮流電力の瞬間値を加算して、交流１周期において平均することにより逆潮流電力を算出する。
逆潮流電力の瞬間値＝系統電力×系統電流 ・・・（式６）
ここで、系統電圧は系統１２０の電圧値であり、系統電流は電流センサ１１６による検出値（電流値）である。

ステップ３２０において、制御部１１２は、ＰＶパネル１０２及び蓄電池１０６（即ちＰＶ用コンバータ１０４及び蓄電池用コンバータ１０８）の出力電力を制御する。その後、制御はステップ３２２に移行する。具体的には、制御部１１２は、ステップ３１８により算出された逆潮流電力が０になるように、即ち、負荷１２２の消費電力とＰＶ用コンバータ１０４の出力電力との差分に相当する電力が蓄電池１０６から放電されるように、蓄電池用コンバータ１０８を制御する。蓄電池用コンバータ１０８の出力電力が０、即ち蓄電池１０６が放電していない状態においては、ＰＶ用コンバータ１０４の出力電力が負荷１２２の消費電力より大きければ、制御部１１２は、その余剰電力が系統１２０に供給されるように、インバータ１１０を制御する。

蓄電池用コンバータ１０８の出力電力（即ち、蓄電池１０６の放電電力）は、上記したように、式５により計算された瞬間値を、上記の交流１周期と同じ期間において平均して算出される。また、ＰＶパネル１０２の発電電力は、下記の式７により発電電力の瞬間値を計算し、その瞬間値を上記の交流１周期と同じ期間において平均して算出される。
発電電力の瞬間値＝発電電圧×発電電流 ・・・（式７）
ここで、発電電圧は、ＰＶ用コンバータ１０４の出力電圧値であり、発電電流は、上記したＰＶ用コンバータ１０４内部のＤＣリアクトルの電流値である。

ステップ３２２において、制御部１１２は、ステップ３１０と同様に、終了が指示されたか否かを判定する。終了が指示されたと判定された場合、制御はステップ３１４に移行する。そうでなければ、制御はステップ３２４に移行する。

ステップ３２４において、制御部１１２は、ステップ３１２と同様に、動作モードを変更する指示を受けたか否かを判定する。動作モードを変更する指示を受けたと判定された場合、制御はステップ３００に戻り、新たな動作モードによる動作が実行される。そうでなければ、制御はステップ３１８に戻り、上記したステップ３１８からステップ３２２までの処理が繰返される。

ステップ３００の判定結果がＮＯであれば、ステップ３２６において、制御部１１２は、自家消費優先モードにより動作を開始する。具体的には、制御部１１２は、ＰＶ用コンバータ１０４、蓄電池用コンバータ１０８及びインバータ１１０の各々を、自家消費優先モードのデフォルトのパラメータを用いて制御する。その後、制御はステップ３２８に移行する。

ステップ３２８において、制御部１１２は、ステップ３１８と同様に、逆潮流電力を算出する。その後、制御はステップ３３０に移行する。

ステップ３３０において、制御部１１２は、ＰＶパネル１０２及び蓄電池１０６（即ちＰＶ用コンバータ１０４及び蓄電池用コンバータ１０８）の出力電力を制御する。その後、制御はステップ３３２に移行する。具体的には、制御部１１２は、ステップ３２８により算出された逆潮流電力が０になるように、即ち、負荷１２２の消費電力とＰＶ用コンバータ１０４の出力電力との差分に相当する電力が蓄電池１０６から放電されるように、蓄電池用コンバータ１０８を制御する。蓄電池用コンバータ１０８の出力電力が０、即ち蓄電池１０６が放電していない状態においては、ＰＶ用コンバータ１０４の出力電力が負荷１２２の消費電力より大きければ、制御部１１２は、その余剰電力が蓄電池１０６の充電電力として利用されるように、蓄電池用コンバータ１０８を制御する。なお、蓄電池用コンバータ１０８の出力電力（即ち、蓄電池１０６の放電電力）は、上記したように、式５により計算された瞬間値を、上記の交流１周期と同じ期間において平均して算出される。ＰＶ用コンバータ１０４の出力電力（即ち発電電力）は、上記したように、式７により計算された瞬間値を、上記の交流１周期と同じ期間において平均して算出される。

ステップ３３２において、制御部１１２は、ステップ３１０と同様に、終了が指示されたか否かを判定する。終了が指示されたと判定された場合、制御はステップ３１４に移行する。そうでなければ、制御はステップ３３４に移行する。

ステップ３３４において、制御部１１２は、ステップ３１２と同様に、動作モードを変更する指示を受けたか否かを判定する。動作モードを変更する指示を受けたと判定された場合、制御はステップ３００に戻り、新たな動作モードによる動作が実行される。そうでなければ、制御はステップ３２８に戻り、上記したステップ３２８からステップ３３２までの処理が繰返される。

以上により、制御部１１２は、電力変換装置１００を設定された動作モードで動作させることができる。契約変更により動作モードを変更する場合にも、電流センサ１１６の設置位置を変更することなく対応できる。自家消費優先モードと、押上効果なしの売電優先モードとは、需要家がリモコンの操作により相互に変更することは可能であるが、それ以外の動作モードの変更には電力事業者との契約の変更が必要となる。即ち、押上効果ありの売電優先モードに動作モードを変更する場合、及び、押上効果ありの売電優先モードから動作モードを変更する場合には、契約を変更する必要がある。例えば、従来であれば、押上効果なしから押上効果ありに契約が変更される場合、図４の構成において電流センサ１１６の設置位置を、図３に示したように、負荷１２２に供給される電流を直接測定できる位置に変更する必要がある。それに対して、図５に示したプログラムにより、電流センサ１１６の設置位置を変更することなく、契約変更に伴う動作モードの変更に対応できる。

上記したように、制御部１１２は、連系点１１８において電流センサ１１６により検出された電流値をインバータ１１０の電流値から減算して得られた値と、系統１２０の電圧値とを乗算して、負荷１２２の消費電力を算出する。これにより、電力変換装置から負荷１２２に供給される電流を直接測定することなく、負荷１２２の消費電力を精度よく算出できる。

上記においては、指示に応じて動作モードを変更する処理が、図５に示した１つのプログラムにより実現される場合を説明したが、これに限定されない。例えば、制御部１１２は、動作モード毎のプログラムを内部メモリに記憶していてもよい。制御部１１２は、動作モードの変更が指示されると、指示された動作モードのプログラムを内部メモリから読出して実行すればよい。

上記したように、現在は蓄電池の放電電力は逆潮流が禁止されている。しかし将来、逆潮流が許可された場合には、電力変換装置１００は、電流センサ１１６の位置を変更することなくソフトウェアを変更することにより、蓄電池１０６の放電電力を逆潮流する新たな動作モードにより動作可能である。

上記においては、需要家がリモコン等の外部装置を操作して動作モードの変更を指示する場合を説明したが、これに限定されない。電力変換装置又はその操作部（例えばリモコン）がインターネット等のネットワークとの通信機能を有していれば、ネットワークに接続されたコンピュータ等からの指示を受けて、電力変換装置の制御部は電力変換装置の動作モードを変更することが可能である。これにより、需要家の電力供給システムは、送配電事業者又は電力小売事業者の要望に応じて遠隔からの制御を受けて、系統への電力供給が可能になり、地域の系統の電力需給を制御できる。例えば、系統電力が逼迫する時間帯に、電力会社のサーバコンピュータからの指示を受けて、電力変換装置が実行中の動作モードを、押上効果ありの動作モードに変更することにより、逆潮流電力を増やして、電力不足の解消に貢献することが可能になる。

なお、サーバコンピュータから電力変換装置への指示は、動作モードの指示に限らず、蓄電池からの放電電力を直接指定するものであってもよい。また、電流センサが系統との連系点に配置されているので、サーバコンピュータからの制御指令は、例えば「連系点において電力変換装置１０００Ｗ放電」というように、連系点における制御指令であってもよい。

（変形例）
上記においては、電力変換装置１００の外部に電流センサ１１６が配置される場合を説明したが、これに限定されない。変形例に係る電力変換装置は電流センサを含んで構成される。

図６を参照して、第１変形例に係る電力変換装置１５０は筐体１５２を含む。筐体１５２は、ＰＶ用コンバータ１０４、蓄電池用コンバータ１０８、インバータ１１０、制御部１１２、リレー１１４及び電流センサ１１６を収容する。電力変換装置１５０は、外部のＰＶパネル１０２及び蓄電池１０６と共に、ハイブリッド型の電力供給システムを構成する。ＰＶ用コンバータ１０４、蓄電池１０６、インバータ１１０、制御部１１２、リレー１１４及び電流センサ１１６は図４と同じであり、それらの間の相互接続、並びに、外部のＰＶパネル１０２、蓄電池１０６、系統１２０及び負荷１２２との接続も同じである。したがって、重複説明を繰返さない。電力変換装置１５０は、上記した電力変換装置１００と同様に動作モードを変更可能である。

図６に示したように、電流センサ１１６を筐体１５２に収容して電力変換装置１５０を構成することにより、電力変換装置１５０の出荷検査時に電流センサ１１６（例えばＣＴ）の校正を行うことができ、高精度の電力検出が可能になる。また、電力変換装置１５０の設置現場において、電力変換装置１５０の外部に電流センサを取付けることが不要であり、電流センサの設置に伴う施工ミスが発生しない。

なお、電流センサは、電力変換装置を収容する筐体とは別の筐体に収容されてもよい。例えば、図７を参照して、電流センサ１１６は、電力変換装置１７０を構成する筐体１７２とは別の筐体１７６に収容されてもよい。筐体１７２は、ＰＶ用コンバータ１０４、蓄電池用コンバータ１０８、インバータ１１０、制御部１１２及びリレー１１４を収容する。筐体１７６は、電流センサ１１６及びＭＣ（ｅｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）１７８を収容し、自動切替装置１７４を構成する。ＭＣ１７８は、電磁石により電路が開閉される電磁接触器である。ＭＣ１７８が制御部１１２の制御を受けて閉路（即ち短絡）されることにより、電力変換装置は、系統１２０に電力を供給する。このように、電流センサ１１６が筐体１７６に収容されることにより、電流センサ１１６を単体として設置する場合に発生し得る人為ミスを回避できる。また、電流センサ１１６を含む筐体１７６を電力変換装置１７０のオプションとして構成できる。したがって、電力供給システムにおいて、構成の自由度が増える。

上記においては、ハイブリッド型の電力供給システムが、１つのＰＶパネル及び１つの蓄電池を含む場合を説明したが、これに限定されない。ハイブリッド型の電力供給システムは、ＰＶパネルを複数含んでいても、蓄電池を複数含んでいてもよい。

上記においては、ハイブリッド型の電力供給システムがＰＶパネル及び蓄電池を含む場合を説明したが、これに限定されない。ハイブリッド型の電力供給システムは、ＰＶパネル以外の発電装置と蓄電池とを含んでいてもよい。

以上、実施の形態を説明することにより本開示を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本開示は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本開示の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。

１００、１５０、１７０、９００ 電力変換装置
１０２、９０２ ＰＶパネル
１０４、９０４ ＰＶ用コンバータ
１０６、９０６ 蓄電池
１０８、９０８ 蓄電池用コンバータ
１１０、９１０ インバータ
１１２ 制御部
１１４、９１４ リレー
１１６、９１６ 電流センサ
１１８ 連系点
１２０、９２０ 系統
１２２、９２２ 負荷
１５２、１７２、１７６ 筐体
１７４ 自動切替装置
１７８ ＭＣ

Claims (8)

1. 太陽光発電装置及び蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力するインバータと、
   前記インバータを制御する制御部とを含み、
   前記制御部はさらに、
   前記インバータの電流と、前記インバータ及び系統を接続する連系点における電流とに基づいて、前記負荷の電力消費状態を特定し、
   特定された前記負荷の前記電力消費状態と、前記太陽光発電装置の発電状態と、前記系統の電力需給状態とに基づいて、前記蓄電装置の充放電を制御する、電力変換装置。
2. 前記制御部は、
   電力事業者との契約に基づく複数の動作モードのうちの１つである第１モードに基づいて、前記蓄電装置の充放電を制御し、
   外部からの指示を受けて、前記複数の動作モードのうち、前記第１モードとは異なる第２モードに基づいて前記蓄電装置の充放電を制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１モードは、押上効果ありの動作モードであり、
   前記第２モードは、押上効果なしの動作モードである、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記インバータ及び前記制御部を収容する筐体をさらに含み、
   前記連系点における電流は、前記筐体の外部に配置された電流測定装置により測定される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記連系点における電流を測定する電流測定装置と、
   前記インバータ、前記制御部及び前記電流測定装置を収容する筐体とをさらに含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、前記インバータの電流から前記連系点における電流を減算して得られた値と、前記系統の電圧とを乗算して、前記負荷の前記電力消費状態を特定する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 直流電力を出力する太陽光発電装置と、
   充放電可能な蓄電装置と、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置とを含み、
   前記電力変換装置は、前記太陽光発電装置及び前記蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力する、電力供給システム。
8. インバータ及び制御部を含む電力変換装置の制御方法であって、
   前記制御部が、前記インバータにより、太陽光発電装置及び蓄電装置から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷及び系統に出力する電力供給ステップと、
   前記制御部が、前記インバータ及び系統を接続する連系点における電流を測定する電流測定装置から、測定された電流を取得するステップとを含み、
   前記電力供給ステップは、
   前記制御部が、前記インバータの電流と前記電流測定装置により測定された電流とに基づいて、前記負荷の電力消費状態を特定するステップと、
   前記制御部が、特定された前記負荷の前記電力消費状態と、前記太陽光発電装置の発電状態と、前記系統の電力需給状態とに基づいて、前記蓄電装置の充放電を制御するステップとを含む、制御方法。

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