JP2024018293A - Hybrid power storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池等の発電装置および蓄電池に接続して使用されるハイブリッド型蓄電システムに関する。 The present invention relates to a hybrid power storage system that is used by being connected to a power generation device such as a solar cell and a storage battery.
高効率化を目的としたトランスレス型(非絶縁型)の太陽光発電システムでは、昼間に太陽光発電システムのパワーコンディショナーが系統連系動作を行うと、太陽電池の内部回路と太陽電池のフレームグランド(FG)との間に大きな電位差が発生する。この大きな電位差が長時間継続すると、発電能力が急激に劣化するPID(Potential Induced Degradation)現象が発生する太陽電池が存在するが、太陽電池が発電していない夜間に太陽電池を商用電力系統(以下、系統)から解列することで、太陽電池の内部回路と太陽電池のフレームグランド(FG)との間の電位差が解消され、PID現象の発生は抑制される。 In a transformer-less (non-insulated) solar power generation system aimed at increasing efficiency, when the power conditioner of the solar power generation system performs grid-connected operation during the day, the internal circuit of the solar cell and the frame of the solar cell A large potential difference occurs between the ground (FG) and the ground (FG). Some solar cells suffer from the PID (Potential Induced Degradation) phenomenon, in which power generation capacity rapidly deteriorates when this large potential difference continues for a long time. , grid), the potential difference between the internal circuit of the solar cell and the frame ground (FG) of the solar cell is eliminated, and the occurrence of the PID phenomenon is suppressed.
一方、ハイブリッド型蓄電システムでは、夜間に太陽電池を系統から解列しない(太陽電池は24時間系統に接続されている)ため、PID現象の発生を抑制することはできないが、PID現象が発生しにくい太陽電池も存在するため、必ずしもPID対策が必要になるとは限らない。
On the other hand, in a hybrid energy storage system, the solar cells are not disconnected from the grid at night (the solar cells are connected to the
そこで、図3に示すハイブリッド型蓄電システム1Cでは、PID現象が発生するおそれのある太陽電池PV1,PV2を使用する場合、PID対策用の接続箱2を介して、太陽電池PV1,PV2とパワーコンディショナー3とを接続している。
Therefore, in the hybrid
接続箱2は、リレーRL11,RL12と、制御回路2aと、制御電源2bと、電圧検出部2cと、逆流防止用のブリッジダイオードD1,D2とを備える。
The
リレーRL11は、太陽電池PV1とパワーコンディショナー3のDC/DCコンバータ4(4-1)とを接続するプラス側およびマイナス側の電力ラインに介装されている。同様に、リレーRL12は、太陽電池PV2とパワーコンディショナー3のDC/DCコンバータ4(4-2)とを接続するプラス側およびマイナス側の電力ラインに介装されている。
Relay RL11 is interposed in the positive and negative power lines that connect solar cell PV1 and DC/DC converter 4 (4-1) of
制御回路2aは、制御電源2bから供給される電源電圧により起動し、電圧検出部2cで検出される電圧値(太陽電池PV1,PV2から入力される発電電圧の電圧値)に応じて、リレーRL11,RL12のオン/オフ制御を行う。
The
具体的には、制御回路2aは、太陽電池PV1,PV2が発電していない時(例えば、夜間)に、リレーRL11,RL12をオフ状態にする。リレーRL11,RL12がオフ状態の時は、パワーコンディショナー3が系統連系動作を行っていても、太陽電池PV1,PV2の内部回路と太陽電池PV1,PV2のフレームグランド(FG)との間に電位差は発生しないため、PID現象の発生は抑制される。このように、接続箱を用いて太陽電池が発電していない時に太陽電池を系統から切り離す構成は、例えば、特許文献1~3にも開示されている。
Specifically, the
図4に、PID対策用の接続箱の機能を内蔵したハイブリッド型蓄電システム1Dを示す。ハイブリッド型蓄電システム1Dは、DC/DCコンバータ10(10-1,10-2)と、蓄電池BTに接続された双方向DC/DCコンバータ20と、DC/ACインバータ30と、リレー回路40と、電源部50Dとを備える。
FIG. 4 shows a hybrid
また、ハイブリッド型蓄電システム1Dは、端子T1~T5を備える。端子T1~T3は系統のU相、O相、W相に接続され、端子T4,T5は単相二線式の電圧線、中性線に接続される。単相二線式の電圧線と中性線との間には、自立負荷(系統停電時にも動作させたい電化製品等の家庭内負荷)が接続される。
Further, the hybrid
太陽電池PV1,PV2とDC/DCコンバータ10(10-1,10-2)とを接続するプラス側およびマイナス側の各電力ラインには、リレーRL21,RL22が介装されている。リレーRL21,RL22は、PID対策用の接続箱としての機能を発揮し、太陽電池PV1,PV2が発電していない時に太陽電池PV1,PV2を系統から切り離す。 Relays RL21 and RL22 are interposed in each of the positive and negative power lines that connect the solar cells PV1 and PV2 and the DC/DC converters 10 (10-1 and 10-2). Relays RL21 and RL22 function as a connection box for PID countermeasures, and disconnect solar cells PV1 and PV2 from the system when solar cells PV1 and PV2 are not generating power.
電源部50Dは、絶縁トランス51と、絶縁トランス51の1次側に設けられた補助電源52および駆動電源53と、絶縁トランス51の2次側に設けられた2次側電源(不図示)とを備える。
The
補助電源52は、DC/DCコンバータ10における電圧検出部11を含む各検出部に電源電圧を供給するとともに、双方向DC/DCコンバータ20における電圧検出部21を含む各検出部、DC/ACインバータ30における各検出部、コンデンサC1の両端電圧を検出する中間電圧検出部11’にも電源電圧を供給する。
The
駆動電源53は、DC/DCコンバータ10のスイッチング素子の駆動回路に電源電圧を供給するとともに、双方向DC/DCコンバータ20における駆動回路、DC/ACインバータ30における駆動回路にも電源電圧を供給する。
The
例えば、リレーRL21,RL22を電圧検出部11と電流検出部CTとの間に配置した場合、補助電源52は、電圧検出部11および中間電圧検出部11’に電源電圧を供給しているため、リレーRL21,RL22のマイナス側接点間が補助電源52のグランド(GND)ラインによって短絡され、太陽電池PV1,PV2のマイナス側を系統から切り離すことができない。その結果、リレーRL21,RL22は、図4に示す位置に限定される。
For example, when the relays RL21 and RL22 are arranged between the
図4では2個の太陽電池PV1,PV2が接続されるため、太陽電池を系統から切り離すためのPID対策用のリレーとして2個のリレーRL21,RL22を用いているが、太陽電池の数が増えると、PID対策用のリレーの数も増やす必要がある。すなわち、PID対策用の接続箱の機能を内蔵したハイブリッド型蓄電システム1Dでは、PID対策用のリレーの数量増加がシステム全体のコストアップにつながるという問題がある。
In Figure 4, two solar cells PV1 and PV2 are connected, so two relays RL21 and RL22 are used as PID countermeasure relays to disconnect the solar cells from the grid, but the number of solar cells increases. It is also necessary to increase the number of relays for PID countermeasures. That is, in the hybrid
また、ハイブリッド型蓄電システム1Dでは、リレーRL21,RL22のオン制御に、電圧検出部11の検出信号を用いることはできないので、太陽電池PV1,PV2が発電を開始する時間を予め設定しておき、リレーRL21,RL22をオンさせる必要がある。
In addition, in the hybrid
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、PID対策用のリレーの数量増加を抑制可能なハイブリッド型蓄電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a hybrid power storage system that can suppress an increase in the number of relays for PID countermeasures.
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド型蓄電システムは、
発電装置に接続される複数のDC/DCコンバータと、
蓄電池に接続される双方向DC/DCコンバータと、
前記複数のDC/DCコンバータおよび前記双方向DC/DCコンバータに接続されるDC/ACインバータと、
を備えるハイブリッド型蓄電システムであって、
前記複数のDC/DCコンバータと前記双方向DC/DCコンバータおよび前記DC/ACインバータとを接続する第1電力ラインに介装された第1リレーと、
前記第1リレーのオン状態とオフ状態とを切換えるリレー駆動部と、
前記複数のDC/DCコンバータ、前記双方向DC/DCコンバータおよび前記DC/ACインバータに電源電圧を供給する電源部と、
を備え、
前記複数のDC/DCコンバータは、各DC/DCコンバータが出力端側にダイオードを備え、かつ前記各DC/DCコンバータの前記ダイオードのカソード同士が接続されており、
前記電源部は、前記各DC/DCコンバータに供給する電源電圧の供給経路と前記双方向DC/DCコンバータおよび前記DC/ACインバータに供給する電源電圧の供給経路とが絶縁分離されており、
前記リレー駆動部は、前記発電装置から出力される発電電力が所定の閾値以下の場合に前記第1リレーを前記オフ状態にすることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a hybrid power storage system according to the present invention,
a plurality of DC/DC converters connected to the power generation device;
a bidirectional DC/DC converter connected to the storage battery;
a DC/AC inverter connected to the plurality of DC/DC converters and the bidirectional DC/DC converter;
A hybrid power storage system comprising:
a first relay interposed in a first power line connecting the plurality of DC/DC converters, the bidirectional DC/DC converter, and the DC/AC inverter;
a relay drive unit that switches the first relay between an on state and an off state;
a power supply unit that supplies power supply voltage to the plurality of DC/DC converters, the bidirectional DC/DC converter, and the DC/AC inverter;
Equipped with
In the plurality of DC/DC converters, each DC/DC converter is provided with a diode on the output end side, and the cathodes of the diodes of the respective DC/DC converters are connected to each other,
In the power supply unit, a supply path for power supply voltage supplied to each of the DC/DC converters and a supply route for power supply voltage supplied to the bidirectional DC/DC converter and the DC/AC inverter are insulated and separated,
The relay driving section is characterized in that the first relay is turned off when the generated power output from the power generation device is less than or equal to a predetermined threshold value.
この構成によれば、PID対策用の第1リレーが、複数のDC/DCコンバータと双方向DC/DCコンバータおよびDC/ACインバータとを接続する第1電力ラインに介装されているので、第1リレーの数を増やすことなく、発電装置およびDC/DCコンバータの数を増やすことができる。すなわち、この構成によれば、PID対策用の第1リレーの数量増加を抑制することができる。 According to this configuration, the first relay for PID countermeasures is interposed in the first power line that connects the plurality of DC/DC converters, the bidirectional DC/DC converter, and the DC/AC inverter. The number of power generators and DC/DC converters can be increased without increasing the number of relays. That is, according to this configuration, it is possible to suppress an increase in the number of first relays for PID countermeasures.
前記ハイブリッド型蓄電システムは、
前記各DC/DCコンバータ、前記双方向DC/DCコンバータおよび前記DC/ACインバータを制御する制御部と、
前記各DC/DCコンバータにおいて、前記発電装置から入力される電圧および/または電流を検出し、第1検出信号を出力する第1検出部と、
前記双方向DC/DCコンバータにおいて前記蓄電池との間で入出力される電圧および/または電流を検出し、または前記DC/ACインバータにおいて当該DC/ACインバータに入出力される電圧および/または電流を検出し、第2検出信号を出力する第2検出部と、
を備え、
前記第1検出部と前記制御部は絶縁分離され、前記第1検出部と前記第2検出部も絶縁分離されていることが好ましい。
The hybrid power storage system includes:
a control unit that controls each of the DC/DC converters, the bidirectional DC/DC converter, and the DC/AC inverter;
In each of the DC/DC converters, a first detection unit that detects the voltage and/or current input from the power generation device and outputs a first detection signal;
The bidirectional DC/DC converter detects the voltage and/or current input to and output from the storage battery, or the DC/AC inverter detects the voltage and/or current input to and output from the DC/AC inverter. a second detection section that detects and outputs a second detection signal;
Equipped with
Preferably, the first detection section and the control section are electrically isolated, and the first detection section and the second detection section are also electrically isolated.
前記ハイブリッド型蓄電システムにおいて、
前記電源部は、
前記第1検出部に電源電圧を供給する第1補助電源と、
前記各DC/DCコンバータに含まれるスイッチング素子の駆動回路に電源電圧を供給する第1駆動電源と、
前記第2検出部に電源電圧を供給する第2補助電源と、
前記双方向DC/DCコンバータに含まれるスイッチング素子の駆動回路および前記DC/ACインバータに含まれるスイッチング素子の駆動回路に電源電圧を供給する第2駆動電源と、を備え、
前記第1補助電源と前記第2補助電源は絶縁分離され、
前記第1駆動電源と前記第2駆動電源も絶縁分離されているよう構成できる。
In the hybrid power storage system,
The power supply section is
a first auxiliary power supply that supplies a power supply voltage to the first detection section;
a first drive power supply that supplies a power supply voltage to a drive circuit of a switching element included in each of the DC/DC converters;
a second auxiliary power supply that supplies a power supply voltage to the second detection section;
A second drive power supply that supplies a power supply voltage to a drive circuit for a switching element included in the bidirectional DC/DC converter and a drive circuit for a switching element included in the DC/AC inverter,
the first auxiliary power source and the second auxiliary power source are insulated and separated;
The first drive power source and the second drive power source may also be configured to be insulated and separated.
前記ハイブリッド型蓄電システムにおいて、
前記電源部は、
前記第1検出部および前記第2検出部に電源電圧を供給する補助電源と、
前記各DC/DCコンバータに含まれるスイッチング素子を駆動させる第1駆動回路、前記双方向DC/DCコンバータに含まれるスイッチング素子または前記DC/ACインバータに含まれるスイッチング素子を駆動させる第2駆動回路に電源電圧を供給する駆動電源と、を備え、
前記補助電源は、第2リレーが介装された第2電力ラインにより前記第1検出部に接続される一方、前記第2電力ラインとは別の電力ラインで前記第2検出部に接続され、
前記駆動電源は、第3リレーが介装された第3電力ラインにより前記第1駆動回路に接続される一方、前記第3電力ラインとは別の電力ラインで前記第2駆動回路に接続され、
前記第2リレーおよび前記第3リレーは、前記第1リレーに連動してオン状態とオフ状態とが切換わるよう構成できる。
In the hybrid power storage system,
The power supply section is
an auxiliary power source that supplies power supply voltage to the first detection section and the second detection section;
A first drive circuit that drives a switching element included in each of the DC/DC converters, a second drive circuit that drives a switching element included in the bidirectional DC/DC converter, or a switching element included in the DC/AC inverter. A drive power supply that supplies a power supply voltage;
The auxiliary power source is connected to the first detection unit by a second power line with a second relay interposed therein, and is connected to the second detection unit by a power line different from the second power line,
The drive power source is connected to the first drive circuit by a third power line in which a third relay is interposed, and is connected to the second drive circuit by a power line different from the third power line,
The second relay and the third relay can be configured to switch between an on state and an off state in conjunction with the first relay.
前記ハイブリッド型蓄電システムは、
雷検知回路をさらに備え、
前記雷検知回路が雷を検知した場合、前記リレー駆動部は、前記発電電力の大きさに関わらず、前記第1リレーを前記オフ状態にするよう構成できる。
The hybrid power storage system includes:
Additionally equipped with a lightning detection circuit,
When the lightning detection circuit detects lightning, the relay drive unit may be configured to turn the first relay off, regardless of the magnitude of the generated power.
本発明によれば、PID対策用のリレーの数量増加を抑制可能なハイブリッド型蓄電システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a hybrid power storage system that can suppress an increase in the number of relays for PID countermeasures.
以下、添付図面を参照して、本発明に係るハイブリッド型蓄電システムの実施形態について説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a hybrid power storage system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[第1実施形態]
図1に、本発明の第1実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Aを示す。ハイブリッド型蓄電システム1Aは、PID対策用の接続箱の機能を内蔵したシステムであり、太陽電池PV1,PV2(本発明の「発電装置」に相当)に接続されるDC/DCコンバータ10(10-1,10-2)と、蓄電池BTに接続される双方向DC/DCコンバータ20と、DC/ACインバータ30と、リレー回路40と、端子T1~T5と、電源部50Aと、リレー駆動部60Aと、制御部70とを備える。
[First embodiment]
FIG. 1 shows a hybrid
DC/DCコンバータ10(10-1)は、一端側が太陽電池PV1に接続され、他端側が第1電力ラインL1を介して双方向DC/DCコンバータ20およびDC/ACインバータ30に接続される。DC/DCコンバータ10(10-1)は、太陽電池PV1から入力される直流の発電電圧を昇圧して第1電力ラインL1側に出力する。同様に、DC/DCコンバータ10(10-2)は、一端側が太陽電池PV2に接続され、他端側が第1電力ラインL1を介して双方向DC/DCコンバータ20およびDC/ACインバータ30に接続される。DC/DCコンバータ10(10-2)は、太陽電池PV2から入力される直流の発電電圧を昇圧して第1電力ラインL1側に出力する。
The DC/DC converter 10 (10-1) has one end connected to the solar cell PV1, and the other end connected to the bidirectional DC/
DC/DCコンバータ10は、発電電圧を検出する電圧検出部11と、太陽電池PV1,PV2から入力される直流の発電電流を検出する電流検出部12(本実施形態では、カレントトランス)と、コンデンサ13、コイル14、スイッチング素子15およびダイオード16を含む昇圧チョッパ回路と、制御部70の制御下でスイッチング素子15をオンオフさせる駆動回路(不図示)とを備える。DC/DCコンバータ10(10-1)のダイオード16とDC/DCコンバータ10(10-2)のダイオード16は、カソード同士が接続されてOR回路を構成している。
The DC/
DC/DCコンバータ10は、電圧検出部11および電流検出部12とは別の各種検出部を含んでもよい。各種検出部は、電圧検出部および電流検出部だけでなく、DC/DCコンバータ10の制御に必要な物理量を検出する任意の検出部を含んでもよい。なお、双方向DC/DCコンバータ20およびDC/ACインバータ30も、各種検出部を含んでもよい。
The DC/
電圧検出部11、電流検出部12およびDC/DCコンバータ10の各種検出部は、本発明の「第1検出部」に相当する。電圧検出部11から出力される電圧検出信号、電流検出部12から出力される電流検出信号、および各種検出部から出力される検出信号は、本発明の「第1検出信号」に相当する。第1検出信号は、制御部70に伝達される。第1検出部と制御部70は、絶縁分離されている。本実施形態では、図示しない絶縁アンプ(例えば、フォトカプラ)を用いて、第1検出信号を制御部70に伝達する。
The
第1電力ラインL1のプラス側ラインおよびマイナス側ラインには、第1リレーRL1が介装されている。第1リレーRL1は、PID対策用の接続箱としての機能を発揮し、太陽電池PV1,PV2が発電していない時に太陽電池PV1,PV2を商用電力系統(以下、系統)から切り離す。第1電力ラインL1のプラス側ラインとマイナス側ラインの間には、第1リレーRL1よりもDC/ACインバータ30側において、コンデンサC1が設けられている。
A first relay RL1 is interposed between the positive side line and the negative side line of the first power line L1. The first relay RL1 functions as a connection box for PID countermeasures, and disconnects the solar cells PV1 and PV2 from the commercial power system (hereinafter referred to as the system) when the solar cells PV1 and PV2 are not generating power. A capacitor C1 is provided between the positive line and the negative line of the first power line L1, closer to the DC/
双方向DC/DCコンバータ20は、一端側が蓄電池BTに接続され、他端側が第1リレーRL1よりもDC/ACインバータ30側において第1電力ラインL1に接続される。双方向DC/DCコンバータ20は、蓄電池BTに対して充電動作および放電動作を行う。蓄電池BTとして、例えば、リチウムイオン蓄電池を用いることができる。
Bidirectional DC/
双方向DC/DCコンバータ20は、電圧検出部21と、電流検出部22(本実施形態では、カレントトランス)と、コンデンサ23、コイル24およびスイッチング素子25a,25bを含む双方向チョッパ回路と、制御部70の制御下でスイッチング素子25a,25bをオンオフさせる駆動回路(不図示)とを備える。
The bidirectional DC/
電圧検出部21は、蓄電池BTに供給する直流の充電電圧と、蓄電池BTから供給される直流の放電電圧を検出する。電流検出部22は、蓄電池BTに供給する直流の充電電流と、蓄電池BTから供給される直流の放電電流を検出する。
The
電圧検出部21、電流検出部22および双方向DC/DCコンバータ20の各種検出部は、本発明の「第2検出部」に相当する。電圧検出部21から出力される電圧検出信号、電流検出部22から出力される電流検出信号、および各種検出部から出力される検出信号は、本発明の「第2検出信号」に相当する。第2検出信号は、制御部70に伝達される。第2検出部と制御部70は、絶縁分離されている。また、第2検出信号の伝達経路は、第1検出信号の伝達経路から絶縁分離されている。
The
DC/ACインバータ30は、直流端側がDC/DCコンバータ10および双方向DC/DCコンバータ20に接続され、交流端側がリレー回路40を介して端子T1~T5に接続される。DC/ACインバータ30は、交流端側から供給された交流電圧を直流化してDC/DCコンバータ10および双方向DC/DCコンバータ20に供給したり、直流端側から供給された直流電圧を交流化してリレー回路40側に供給したりする。
The DC/
DC/ACインバータ30は、図示していないが、本発明の「第2検出部」に相当する各種検出部と、複数のスイッチング素子を含み直流化および交流化を行う電力変換部と、制御部70の制御下で上記複数のスイッチング素子をオンオフさせる駆動回路とを備える。
Although not shown, the DC/
リレー回路40は、リレーS1~S6を含む。DC/ACインバータ30と端子T1~T5とを接続する電力ラインのうち、DC/ACインバータ30と端子T1,T3,T4,T5とを接続する各電力ラインにリレーS1,S2,S5,S6が介装される。端子T2と端子T5は、リレーS3が介装された電力ラインにより接続される。端子T3と端子T4は、リレーS4が介装された電力ラインにより接続される。
端子T1~T3は系統のU相、O相、W相に接続され、端子T4,T5は単相二線式の電圧線、中性線に接続される。単相二線式の電圧線と中性線との間には、自立負荷(系統停電時にも動作させたい電化製品等の家庭内負荷)が接続される。 The terminals T1 to T3 are connected to the U-phase, O-phase, and W-phase of the system, and the terminals T4 and T5 are connected to the single-phase two-wire voltage line and neutral line. A self-sustaining load (a household load such as an electrical appliance that is to be operated even during a power outage) is connected between the single-phase, two-wire voltage line and the neutral line.
電源部50Aは、絶縁トランス51と、第1補助電源52aおよび第2補助電源52bと、第1駆動電源53aおよび第2駆動電源53bと、2次側電源54とを備える。第1補助電源52a、第2補助電源52b、第1駆動電源53aおよび第2駆動電源53bは、互いに絶縁分離されている。
The
絶縁トランス51は、図示しない1次側巻線と、1次側の補助巻線N1~N4と、2次側巻線N5とを備える。1次側巻線は、例えば、DC/ACインバータ30と端子T1,T3とを接続する各電力ラインに接続され、系統から電力供給を受ける。
The
第1補助電源52aは、電源電圧を生成するよう構成され、第1検出部のうち電源電圧を必要とする検出部(本実施形態では、電圧検出部11と、第1リレーRL1よりも太陽電池PV1,PV2側に設けられた図示しない各種検出部)に供給する。第1補助電源52aは、例えば、電源電圧を生成するための定電圧回路を含み、補助巻線N1に接続され、補助巻線N1に誘起された電圧に基づいて電源電圧を生成する。第1補助電源52aと補助巻線N1との間にはダイオードおよびコンデンサが設けられているが、当該ダイオードおよびコンデンサを第1補助電源52aに含めてもよい。
The first
第2補助電源52bは、電源電圧を生成するよう構成され、第2検出部のうち電源電圧を必要とする検出部(本実施形態では、電圧検出部21と、第1リレーRL1よりも太陽電池PV1,PV2とは逆の側に設けられた図示しない各種検出部)に供給する。なお、第1リレーRL1よりも太陽電池PV1,PV2とは逆の側に設けられた各種検出部は、第1リレーRL1から端子T1~T5までの間に設けられた各種検出部と、第1リレーRL1から双方向DC/DCコンバータ20の一端(蓄電池BTに接続される端子)までの間に設けられた各種検出部とを含む。
The second
第2補助電源52bは、例えば、電源電圧を生成するための定電圧回路を含み、補助巻線N2に接続され、補助巻線N2に誘起された電圧に基づいて電源電圧を生成する。第2補助電源52bと補助巻線N2との間にはダイオードおよびコンデンサが設けられているが、当該ダイオードおよびコンデンサを第2補助電源52bに含めてもよい。
The second
第1駆動電源53aは、DC/DCコンバータ10のスイッチング素子15の駆動回路に供給する電源電圧を生成するよう構成される。第1駆動電源53aは、例えば、電源電圧を生成するための定電圧回路を含み、補助巻線N3に接続され、補助巻線N3に誘起された電圧に基づいて電源電圧を生成する。第1駆動電源53aと補助巻線N3との間にはダイオードおよびコンデンサが設けられているが、当該ダイオードおよびコンデンサを第1駆動電源53aに含めてもよい。
The first
第2駆動電源53bは、双方向DC/DCコンバータ20のスイッチング素子25a,25bの駆動回路、およびDC/ACインバータ30のスイッチング素子の駆動回路に供給する電源電圧を生成するよう構成される。第2駆動電源53bは、例えば、電源電圧を生成するための定電圧回路を含み、補助巻線N4に接続され、補助巻線N4に誘起された電圧に基づいて電源電圧を生成する。第2駆動電源53bと補助巻線N4との間にはダイオードおよびコンデンサが設けられているが、当該ダイオードおよびコンデンサを第2駆動電源53bに含めてもよい。
The second
2次側電源54は、リレー駆動部60Aおよび制御部70に供給する電源電圧を生成するよう構成される。2次側電源54は、例えば、電源電圧を生成するための定電圧回路を含み、2次側巻線N5に接続され、2次側巻線N5に誘起された電圧に基づいて電源電圧を生成する。
The
リレー駆動部60Aは、制御部70の制御下で、第1リレーRL1のオン状態とオフ状態とを切換えるよう構成される。リレー駆動部60Aは、例えば、第1リレーRL1の駆動コイルを含み、電圧検出部11で検出した太陽電池PV1,PV2の発電電力が所定の閾値を超える場合、第1リレーRL1の駆動コイルに電流を流して第1リレーRL1をオン状態にする一方、上記発電電力が所定の閾値以下の場合、第1リレーRL1の駆動コイルに流れる電流を遮断して第1リレーRL1をオフ状態にする。本実施形態では、閾値をゼロまたはゼロ近傍の値に設定することで、太陽電池PV1,PV2が発電している時は第1リレーRL1をオン状態にする一方、夜間等の太陽電池PV1,PV2が発電していない時は第1リレーRL1をオフ状態にしてPID現象の発生を抑制する。
The
リレー駆動部60Aは、制御部70の制御下で、リレー回路40のリレーS1~S6のオン状態とオフ状態とを切換えるよう構成される。リレー駆動部60Aは、例えば、リレーS1~S6の駆動コイルを含み、系統通電時にリレーS1~S4がオン状態、リレーS5,S6をオフ状態にする一方、系統停電時にリレーS1~S4をオフ状態、リレーS5,S6をオン状態にする。
The
制御部70は、DC/DCコンバータ10のスイッチング素子15の駆動回路、双方向DC/DCコンバータ20のスイッチング素子25a,25bの駆動回路、およびDC/ACインバータ30のスイッチング素子の駆動回路に制御信号(例えば、PWM信号)を出力して各駆動回路を制御したり、リレー駆動部60Aを制御したりする。制御部70は、例えば、マイコンまたはFPGA(Field-Programmable Gate Array)等の制御ICによって構成される。
The
本実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Aでは、夜間等の太陽電池PV1,PV2が発電していない時に、リレー駆動部60Aが第1リレーRL1をオフ状態にして太陽電池PV1,PV2を系統から切り離すので、PID現象の発生を抑制することができる。
In the hybrid
また、本実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Aでは、第1補助電源52a、第2補助電源52b、第1駆動電源53aおよび第2駆動電源53bが互いに絶縁分離されているので、第1リレーRL1がオフ状態の時に第1リレーRL1のマイナス側接点間が短絡してしまうのを回避することができる。
Further, in the hybrid
また、本実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Aでは、第1リレーRL1のオン制御に電圧検出部11の電圧検出信号を用いることができるので、第1リレーRL1のオン制御のために太陽電池PV1,PV2が発電を開始する時間を予め設定しておく必要がない。
In addition, in the hybrid
さらに、本実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Aでは、太陽電池の数が増えても第1リレーRL1の数を増やす必要がないので、PID対策用のリレーの数量増加を抑制することができる。なお、本実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Aは、図4に示す従来のハイブリッド型蓄電システム1Dと比較すると、第1補助電源52aおよび第1駆動電源53aを追加しているが、第1補助電源52aおよび第1駆動電源53aはPID対策用のリレー(第1リレーRL1)よりも安価であるため、システム全体としては低コスト化を図ることができる。
Furthermore, in the hybrid
[第2実施形態]
図2に、本発明の第2実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Bを示す。ハイブリッド型蓄電システム1Bは、電源部50Aの代わりに電源部50Bを備える点、およびリレー駆動部60Aの代わりにリレー駆動部60Bを備える点を除いて、第1実施形態のハイブリッド型蓄電システム1Aと同じ構成である。
[Second embodiment]
FIG. 2 shows a hybrid
電源部50Bは、絶縁トランス51’と、補助電源52と、駆動電源53と、2次側電源54とを備える。2次側電源54は、第1実施形態と同じ構成である。補助電源52と駆動電源53は、互いに絶縁分離されている。
The
絶縁トランス51’は、図示しない1次側巻線と、1次側の補助巻線N1,N2と、2次側巻線N5とを備える。1次側巻線は、例えば、DC/ACインバータ30と端子T1,T3とを接続する各電力ラインに接続され、系統から電力供給を受ける。
The isolation transformer 51' includes a primary winding (not shown), auxiliary windings N1 and N2 on the primary side, and a secondary winding N5. The primary winding is connected, for example, to each power line connecting the DC/
補助電源52は、例えば、電源電圧を生成するための定電圧回路を含み、補助巻線N1に接続され、補助巻線N1に誘起された電圧に基づいて電源電圧を生成する。補助電源52と補助巻線N1との間にはダイオードおよびコンデンサが設けられているが、当該ダイオードおよびコンデンサを補助電源52に含めてもよい。
The
補助電源52は、第2リレーRL2が介装された第2電力ラインL2と、第2電力ラインとは別の第4電力ラインL4とを介して電源電圧を供給する。第2電力ラインL2は、第1検出部のうち電源電圧を必要とする検出部(本実施形態では、電圧検出部11と、第1リレーRL1よりも太陽電池PV1,PV2側に設けられた図示しない各種検出部)に接続される。第4電力ラインL4は、第2検出部のうち電源電圧を必要とする検出部(本実施形態では、電圧検出部21と、第1リレーRL1よりも太陽電池PV1,PV2とは逆の側に設けられた図示しない各種検出部)に接続される。第2電力ラインL2と第4電力ラインL4は、互いに絶縁分離されている。また、第2リレーRL2は、第1リレーRL1に連動してオン状態とオフ状態とが切換わる。
The
駆動電源53は、例えば、電源電圧を生成するための定電圧回路を含み、補助巻線N2に接続され、補助巻線N2に誘起された電圧に基づいて電源電圧を生成する。駆動電源53と補助巻線N2との間にはダイオードおよびコンデンサが設けられているが、当該ダイオードおよびコンデンサを駆動電源53に含めてもよい。
The
駆動電源53は、第3リレーRL3が介装された第3電力ラインL3と、第3電力ラインL3とは別の第5電力ラインL5とを介して電源電圧を供給する。第3電力ラインL3は、DC/DCコンバータ10のスイッチング素子15の駆動回路に接続される。第5電力ラインL5は、双方向DC/DCコンバータ20のスイッチング素子25a,25bの駆動回路、およびDC/ACインバータ30のスイッチング素子の駆動回路に接続される。第3電力ラインL3と第5電力ラインL5は、互いに絶縁分離されている。また、第3リレーRL3は、第1リレーRL1に連動してオン状態とオフ状態とが切換わる。
The
リレー駆動部60Bは、第1実施形態のリレー駆動部60Aの構成に加えて、第2リレーRL2および第3リレーRL3のオン状態とオフ状態とを第1リレーRL1に連動して切換える構成を備える。すなわち、リレー駆動部60Bは、第1リレーRL1、第2リレーRL2および第3リレーRL3の駆動コイルを含み、太陽電池PV1,PV2が発電している時は第1リレーRL1、第2リレーRL2および第3リレーRL3をオン状態にする一方、夜間等の太陽電池PV1,PV2が発電していない時は第1リレーRL1、第2リレーRL2および第3リレーRL3をオフ状態にする。
In addition to the configuration of the
本実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Bでは、第1実施形態と同様に、PID現象の発生を抑制すること、第1リレーRL1がオフ状態の時に第1リレーRL1のマイナス側接点間が短絡してしまうのを回避すること、およびPID対策用のリレーの数量増加を抑制することができる。
In the hybrid
また、本実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Bは、第1実施形態と比較して、第2リレーRL2および第3リレーRL3を追加しているが、第1補助電源52aおよび第2補助電源52bを共通化した補助電源52を備え、第1駆動電源53aおよび第2駆動電源53bを共通化した駆動電源53を備える構成である。第2リレーRL2および第3リレーRL3は、第1補助電源52aおよび第1駆動電源53aよりも安価な小型リレーを用いることができるため、システム全体としては第1実施形態よりも低コスト化を図ることができる。
Further, the hybrid
[変形例]
以上、本発明に係るハイブリッド型蓄電システムの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
[Modified example]
Although the embodiments of the hybrid power storage system according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments.
上記第1実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Aは、雷検知回路をさらに備えていてもよい。雷検知回路は、雷を検知するよう構成される。
The hybrid
雷検知回路は、例えば、雷発生時に雷雲から放出される電磁波、雷検知回路内の電流または電圧の上昇、雷の光量や音量、等の少なくとも1つを検出することで、雷を検知するよう構成されている。雷を検知した雷検知回路は、雷検知信号を制御部70に出力する。雷検知信号を取得した制御部70は、リレー駆動部60Aを制御して、発電電力の大きさに関わらず第1リレーRL1をオフ状態にする。
The lightning detection circuit detects lightning by detecting at least one of, for example, electromagnetic waves emitted from thunderclouds when lightning occurs, a rise in current or voltage within the lightning detection circuit, light intensity or volume of lightning, etc. It is configured. The lightning detection circuit that has detected lightning outputs a lightning detection signal to the
雷検知回路は、雷を検知した時に雷サージの危険性を判別してもよい。例えば、雷検知回路は、雷サージの危険性を、危険性が小さい順に未発生段階(未探知)、注意段階、警戒段階、危険段階と予め分類しており、雷を検知すると現在の危険性がいずれの段階であるかを判別して、現在の危険性が予め設定された段階に達した場合(例えば、危険段階の場合)に、雷検知信号を制御部70に出力するよう構成できる。
The lightning detection circuit may determine the risk of lightning surge when lightning is detected. For example, lightning detection circuits pre-classify the danger of lightning surges as unoccurred (undetected), caution, warning, and dangerous stages in descending order of danger, and when lightning is detected, the current danger is detected. The lightning detection signal can be configured to be output to the
本変形例では、雷を検知したときに第1リレーRL1をオフ状態にすることで、太陽電池PV1,PV2に関する回路(第1リレーRL1よりも太陽電池PV1,PV2側の回路、第1補助電源52aおよび第1駆動電源53a)が他の回路から絶縁分離された状態になる。その結果、本変形例では、太陽電池PV1,PV2に落雷があった場合、上記他の回路(太陽電池PV1,PV2に関する回路以外の回路)について、雷サージによる破損が生じる危険性を低下させることができる。
In this modification, by turning off the first relay RL1 when lightning is detected, the circuits related to the solar cells PV1 and PV2 (the circuits on the solar cells PV1 and PV2 side than the first relay RL1, the first
さらに、本変形例では、雷サージの危険性が予め設定された段階に達した場合にのみ第1リレーRL1をオフ状態にすることで、第1リレーRL1の動作回数を必要最低限に抑えることができ、かつ太陽電池PV1,PV2に関する回路以外の回路について雷サージによる破損が生じる危険性を低下させることができる。 Furthermore, in this modification, the number of operations of the first relay RL1 is kept to the necessary minimum by turning the first relay RL1 off only when the risk of lightning surge reaches a preset stage. In addition, it is possible to reduce the risk of damage caused by lightning surges to circuits other than those related to solar cells PV1 and PV2.
なお、本変形例では、第1実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Aが雷検知回路を備える場合について説明したが、第2実施形態に係るハイブリッド型蓄電システム1Bが雷検知回路を備えていてもよいし、後述する本発明に係るハイブリッド型蓄電システムが雷検知回路を備えていてもよい。
In this modification, a case has been described in which the hybrid
[その他の変形例]
本発明に係るハイブリッド型蓄電システムは、発電装置に接続される複数のDC/DCコンバータと、蓄電池に接続される双方向DC/DCコンバータと、DC/ACインバータと、複数のDC/DCコンバータと双方向DC/DCコンバータおよびDC/ACインバータとを接続する第1電力ラインに介装された第1リレーと、第1リレーのオン状態とオフ状態とを切換えるリレー駆動部と、複数のDC/DCコンバータ、双方向DC/DCコンバータおよびDC/ACインバータに電源電圧を供給する電源部と、を備え、複数のDC/DCコンバータは、各DC/DCコンバータが出力端側にダイオードを備え、かつ各DC/DCコンバータのダイオードのカソード同士が接続されており、電源部は、各DC/DCコンバータに供給する電源電圧の供給経路と双方向DC/DCコンバータおよびDC/ACインバータに供給する電源電圧の供給経路とが絶縁分離されており、リレー駆動部は、発電装置から出力される発電電力が所定の閾値以下の場合に第1リレーをオフ状態にするのであれば、適宜構成を変更できる。
[Other variations]
A hybrid power storage system according to the present invention includes a plurality of DC/DC converters connected to a power generation device, a bidirectional DC/DC converter connected to a storage battery, a DC/AC inverter, and a plurality of DC/DC converters. A first relay interposed in a first power line connecting the bidirectional DC/DC converter and the DC/AC inverter, a relay drive unit that switches the first relay between an on state and an off state, and a plurality of DC/AC inverters. A power supply unit that supplies power supply voltage to a DC converter, a bidirectional DC/DC converter, and a DC/AC inverter. The cathodes of the diodes of each DC/DC converter are connected to each other, and the power supply section has a supply path for the power voltage supplied to each DC/DC converter and a power supply voltage supplied to the bidirectional DC/DC converter and DC/AC inverter. The configuration of the relay drive unit can be changed as appropriate, as long as the first relay is insulated and separated from the supply path, and the relay drive unit turns off the first relay when the generated power output from the power generation device is equal to or less than a predetermined threshold value.
例えば、第1実施形態において、第1補助電源52aと第1駆動電源53aとを共通化して1つの第1電源とすることができる場合は、共通化してもよい。また、第2補助電源52bと第2駆動電源53baとを共通化して1つの第2電源とすることができる場合は、共通化してもよい。ただし、第1電源と第2電源は、絶縁分離する必要がある。なお、第1電源と第2電源とを共通化する場合、第2実施形態のようにリレーを用いて、太陽電池PV1,PV2に関する回路への電源電圧の供給経路を、他の回路への電源電圧の供給経路から絶縁分離する必要がある。
For example, in the first embodiment, if the first
上記各実施形態のDC/DCコンバータ10、双方向DC/DCコンバータ20、およびDC/ACインバータ30は、回路構成を適宜変更することができる。
The circuit configurations of the DC/
第2実施形態の第2リレーRL2および第3リレーRL3は、半導体スイッチ等の開閉手段を使用することもできる。しかしながら、第2リレーRL2に相当する開閉手段の駆動回路と第3リレーRL3に相当する開閉手段の駆動回路とを絶縁分離させる必要があるため、第2実施形態のようにリレーを使用する方がコスト面で有利となる。 The second relay RL2 and the third relay RL3 of the second embodiment can also use opening/closing means such as semiconductor switches. However, since it is necessary to insulate and separate the drive circuit of the switching means corresponding to the second relay RL2 and the drive circuit of the switching means corresponding to the third relay RL3, it is better to use a relay as in the second embodiment. It is advantageous in terms of cost.
1A、1B ハイブリッド型蓄電システム
10 DC/DCコンバータ
11 電圧検出部
12 電流検出部
13 コンデンサ
14 コイル
15 スイッチング素子
16 ダイオード
20 双方向DC/DCコンバータ
21 電圧検出部
22 電流検出部
23 コンデンサ
24 コイル
25a,25b スイッチング素子
30 DC/ACインバータ
40 リレー回路
50A,50B 電源部
51 絶縁トランス
52 補助電源
52a 第1補助電源
52b 第2補助電源
53 駆動電源
53a 第1駆動電源
53b 第2駆動電源
54 2次側電源
60A,60B リレー駆動部
70 制御部
1A, 1B Hybrid
Claims (5)
蓄電池に接続される双方向DC/DCコンバータと、
前記複数のDC/DCコンバータおよび前記双方向DC/DCコンバータに接続されるDC/ACインバータと、
を備えるハイブリッド型蓄電システムであって、
前記複数のDC/DCコンバータと前記双方向DC/DCコンバータおよび前記DC/ACインバータとを接続する第1電力ラインに介装された第1リレーと、
前記第1リレーのオン状態とオフ状態とを切換えるリレー駆動部と、
前記複数のDC/DCコンバータ、前記双方向DC/DCコンバータおよび前記DC/ACインバータに電源電圧を供給する電源部と、
を備え、
前記複数のDC/DCコンバータは、各DC/DCコンバータが出力端側にダイオードを備え、かつ前記各DC/DCコンバータの前記ダイオードのカソード同士が接続されており、
前記電源部は、前記各DC/DCコンバータに供給する電源電圧の供給経路と前記双方向DC/DCコンバータおよび前記DC/ACインバータに供給する電源電圧の供給経路とが絶縁分離されており、
前記リレー駆動部は、前記発電装置から出力される発電電力が所定の閾値以下の場合に前記第1リレーを前記オフ状態にする
ことを特徴とするハイブリッド型蓄電システム。 a plurality of DC/DC converters connected to the power generation device;
a bidirectional DC/DC converter connected to the storage battery;
a DC/AC inverter connected to the plurality of DC/DC converters and the bidirectional DC/DC converter;
A hybrid power storage system comprising:
a first relay interposed in a first power line connecting the plurality of DC/DC converters, the bidirectional DC/DC converter, and the DC/AC inverter;
a relay drive unit that switches the first relay between an on state and an off state;
a power supply unit that supplies power supply voltage to the plurality of DC/DC converters, the bidirectional DC/DC converter, and the DC/AC inverter;
Equipped with
In the plurality of DC/DC converters, each DC/DC converter is provided with a diode on the output end side, and the cathodes of the diodes of the respective DC/DC converters are connected to each other,
In the power supply unit, a supply path for power supply voltage supplied to each of the DC/DC converters and a supply route for power supply voltage supplied to the bidirectional DC/DC converter and the DC/AC inverter are insulated and separated,
The hybrid power storage system is characterized in that the relay drive section turns the first relay into the OFF state when the generated power output from the power generation device is equal to or less than a predetermined threshold value.
前記各DC/DCコンバータにおいて、前記発電装置から入力される電圧および/または電流を検出し、第1検出信号を出力する第1検出部と、
前記双方向DC/DCコンバータにおいて前記蓄電池との間で入出力される電圧および/または電流を検出し、または前記DC/ACインバータにおいて当該DC/ACインバータに入出力される電圧および/または電流を検出し、第2検出信号を出力する第2検出部と、
を備え、
前記第1検出部と前記制御部は絶縁分離され、前記第1検出部と前記第2検出部も絶縁分離されている
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド型蓄電システム。 a control unit that controls each of the DC/DC converters, the bidirectional DC/DC converter, and the DC/AC inverter;
In each of the DC/DC converters, a first detection unit that detects the voltage and/or current input from the power generation device and outputs a first detection signal;
The bidirectional DC/DC converter detects the voltage and/or current input to and output from the storage battery, or the DC/AC inverter detects the voltage and/or current input to and output from the DC/AC inverter. a second detection section that detects and outputs a second detection signal;
Equipped with
The hybrid power storage system according to claim 1, wherein the first detection section and the control section are electrically isolated, and the first detection section and the second detection section are also electrically isolated.
前記第1検出部に電源電圧を供給する第1補助電源と、
前記各DC/DCコンバータに含まれるスイッチング素子の駆動回路に電源電圧を供給する第1駆動電源と、
前記第2検出部に電源電圧を供給する第2補助電源と、
前記双方向DC/DCコンバータに含まれるスイッチング素子の駆動回路および前記DC/ACインバータに含まれるスイッチング素子の駆動回路に電源電圧を供給する第2駆動電源と、を備え、
前記第1補助電源と前記第2補助電源は絶縁分離され、
前記第1駆動電源と前記第2駆動電源も絶縁分離されている
ことを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド型蓄電システム。 The power supply section is
a first auxiliary power supply that supplies a power supply voltage to the first detection section;
a first drive power supply that supplies a power supply voltage to a drive circuit of a switching element included in each of the DC/DC converters;
a second auxiliary power supply that supplies a power supply voltage to the second detection section;
A second drive power supply that supplies a power supply voltage to a drive circuit for a switching element included in the bidirectional DC/DC converter and a drive circuit for a switching element included in the DC/AC inverter,
the first auxiliary power source and the second auxiliary power source are insulated and separated;
3. The hybrid power storage system according to claim 2, wherein the first drive power source and the second drive power source are also insulated and separated.
前記第1検出部および前記第2検出部に電源電圧を供給する補助電源と、
前記各DC/DCコンバータに含まれるスイッチング素子を駆動させる第1駆動回路、前記双方向DC/DCコンバータに含まれるスイッチング素子または前記DC/ACインバータに含まれるスイッチング素子を駆動させる第2駆動回路に電源電圧を供給する駆動電源と、を備え、
前記補助電源は、第2リレーが介装された第2電力ラインにより前記第1検出部に接続される一方、前記第2電力ラインとは別の電力ラインで前記第2検出部に接続され、
前記駆動電源は、第3リレーが介装された第3電力ラインにより前記第1駆動回路に接続される一方、前記第3電力ラインとは別の電力ラインで前記第2駆動回路に接続され、
前記第2リレーおよび前記第3リレーは、前記第1リレーに連動してオン状態とオフ状態とが切換わる
ことを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド型蓄電システム。 The power supply section is
an auxiliary power source that supplies power supply voltage to the first detection section and the second detection section;
A first drive circuit that drives a switching element included in each of the DC/DC converters, a second drive circuit that drives a switching element included in the bidirectional DC/DC converter, or a switching element included in the DC/AC inverter. A drive power supply that supplies a power supply voltage;
The auxiliary power source is connected to the first detection unit by a second power line with a second relay interposed therein, and is connected to the second detection unit by a power line different from the second power line,
The drive power source is connected to the first drive circuit by a third power line in which a third relay is interposed, and is connected to the second drive circuit by a power line different from the third power line,
The hybrid power storage system according to claim 2, wherein the second relay and the third relay are switched between an on state and an off state in conjunction with the first relay.
前記雷検知回路が雷を検知した場合、前記リレー駆動部は、前記発電電力の大きさに関わらず、前記第1リレーを前記オフ状態にする
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のハイブリッド型蓄電システム。 Additionally equipped with a lightning detection circuit,
Any one of claims 1 to 4, wherein when the lightning detection circuit detects lightning, the relay drive unit turns the first relay into the OFF state regardless of the magnitude of the generated power. The hybrid power storage system according to item 1.
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