JP5600146B2 - 分散電源システム及び運転方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電力系統に接続され太陽光発電設備で発電した電力を電力系統に供給する分散電源システム及び運転方法に関する。
太陽光発電設備を有した分散電源システムは電力系統に接続され、太陽光発電設備で発電した直流電力をパワーコンディショナーで交流電力に変換して電力系統に供給する。このような分散電源システムにおいて、電力系統の系統電圧に異常が発生したとき、電力系統から切り離して連系運転を停止し、分散電源システムを自立運転を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
そして、自律運転中に系統電圧が正常に復帰したときは、一旦、パワーコンディショナーを停止して自立運転をやめ、その後にパワーコンディショナーを起動して、分散電源システムを電力系統に接続し連系運転を再開するようにしている。
しかし、従来の分散電源システムでは、電力系統の系統電圧が異常となったときパワーコンディショナーを停止させているので、分散電源システムに負荷が接続されているときは、その負荷への電力の供給が停止する。パワーコンディショナーを停止させた後に、自立運転を行って負荷に電力を供給した場合であっても、負荷への電力の供給が一時的に中断してしまう。
また、分散電源システムの自立運転中に、系統電圧が正常に復帰したときは、一旦、パワーコンディショナーを停止して自立運転をやめ、その後にパワーコンディショナーを起動して、分散電源システムを電力系統に接続し連系運転を再開しているので、その場合にも、負荷への電力の供給が一時的に中断してしまう。
本発明の目的は、電力系統の系統電圧が異常となったときであっても、継続して負荷に電力を供給できる分散電源システム及び運転方法を提供することである。
請求項１の発明に係る分散電源システムは、太陽光発電設備で発電した直流を所定の出力電圧の直流に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータで変換した直流を交流に変換し系統連系スイッチを介して電力系統に出力するインバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータで変換した直流または前記インバータで前記電力系統の交流を変換した直流を蓄電するとともに蓄電した直流を供給する蓄電池と、前記蓄電池を充放電制御する充放電器と、前記電力系統の系統電圧が異常であるときは前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記インバータ及び前記充放電器の運転モードを切り換え前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータを停止せずに自立運転に移行する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電力系統の系統電圧が正常であるかどうかを監視する系統電圧監視手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し前記太陽光発電設備の発電電力が最大となる最大電力追従制御、または前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記インバータとのリンク電圧を所定値に制御するリンク電圧一定制御を行うコンバータ制御装置と、前記インバータを制御し前記インバータの出力電圧を所定値に制御する交流出力電圧制御、または前記リンク電圧一定制御を行うインバータ制御装置と、前記充放電器を制御し前記蓄電池の充放電制御、または前記リンク電圧を所定値に制御する前記リンク電圧一定制御を行う充放電器制御装置と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記インバータ及び前記充放電器の運転モードを切り換えるモード切換手段とを備え、前記モード切換手段は、前記系統電圧監視手段により電力系統の系統電圧が正常であると判断されたときは、前記コンバータ制御装置による前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記太陽光発電設備の発電電力が最大となる最大電力追従制御とし、前記インバータ制御装置による前記インバータの運転モードを前記リンク電圧一定制御とし、前記充放電器制御装置による前記充放電器の運転モードを充放電制御とし、前記系統電圧監視手段により電力系統の系統電圧が異常であると判断されたときは、前記コンバータ制御装置による前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御のままとし、前記充放電器制御装置による前記充放電器の運転モードを前記充放電制御から前記リンク電圧一定制御に切り換え、前記インバータ制御装置による前記インバータの運転モードを前記リンク電圧一定制御から前記交流出力電圧制御に切り換えることを特徴とする。
請求項２の発明に係る分散電源システムは、請求項１の発明において、前記モード切換手段は、前記系統電圧監視手段により電力系統の系統電圧が異常であると判断されたときは、前記コンバータ制御装置による前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記最大電力追従制御のままとし、前記充放電器制御装置による前記充放電器の運転モードを前記充放電制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることに代えて、前記充放電器制御装置による前記充放電器の運転モードを前記充放電制御のままとし、前記コンバータ制御装置による前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記最大電力追従制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることを特徴とする。
請求項３の発明に係る分散電源システムの運転方法は、太陽光発電設備で発電した直流をＤＣ／ＤＣコンバータで所定の出力電圧の直流に変換し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータで変換した直流または前記電力系統の交流をインバータで変換した直流を蓄電する蓄電池の充放電制御を充放電器で行い、前記ＤＣ／ＤＣコンバータで変換した直流または前記蓄電池に蓄電した直流を負荷や前記インバータで交流に変換して系統連系スイッチを介して電力系統に出力し、前記電力系統の系統電圧が異常であるときは前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記インバータ及び前記充放電器の運転モードを切り換え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを停止せずに自立運転に移行する分散電源システムの運転方法において、前記電力系統の系統電圧が正常であるときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記太陽光発電設備の発電電力が最大となる最大電力追従制御とし、前記インバータの運転モードを前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記インバータとのリンク電圧を所定値に制御するリンク電圧一定制御とし、前記充放電器の運転モードを前記蓄電池の充放電制御とし、前記電力系統の系統電圧が異常であるときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御のままとし、前記充放電器の運転モードを前記充放電制御から前記リンク電圧一定制御に切り換え、前記インバータの運転モードを前記リンク電圧一定制御から前記インバータの出力電圧を所定値に制御する交流出力電圧制御に切り換えることを特徴とする。
請求項４の発明に係る分散電源システムの運転方法は、請求項３の発明において、
前記電力系統の系統電圧が異常であると判断されたときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御のままとし、前記充放電器の運転モードを前記充放電制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることに代えて、前記充放電器の運転モードを前記充放電制御のままとし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記最大電力追従制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることを特徴とする。
前記電力系統の系統電圧が異常であると判断されたときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御のままとし、前記充放電器の運転モードを前記充放電制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることに代えて、前記充放電器の運転モードを前記充放電制御のままとし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記最大電力追従制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることを特徴とする。
請求項１、３の発明によれば、電力系統の系統電圧が異常であるときは、系統連系スイッチを開放し、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを停止させずに、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータの運転モードを切り換えて自立運転を行い負荷に電力を供給するので、電力系統の系統電圧が異常となったときであっても、継続して負荷に電力を供給することができる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御からリンク電圧一定制御に切り換え、インバータの運転モードを交流電流制御によるリンク電圧一定制御からインバータの出力電圧を所定値に制御する交流出力電圧制御に切り換えるので、リンク電圧を一定に制御しつつ、インバータの出力電圧を所定値（定格電圧）にすることができる。
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御のままとし、充放電器の運転モードを充放電制御からリンク電圧一定制御に切り換えるので、リンク電圧を一定に制御しつつ、太陽光発電設備の発電電力を最大電力に保つことができる。
請求項２、４の発明によれば、請求項１、３の発明の効果に加え、電力系統の系統電圧が異常であるときは、充放電器の運転モードを充放電制御のままとし、ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御からリンク電圧一定制御に切り換えるので、リンク電圧を一定に制御しつつ、蓄電池の充放電を行うことができる。
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る分散電源システムの一例の構成図である。この第１実施形態では、単相のインバータを備えた分散電源システムを電力系統の単相に接続したもの示している。分散電源システムは太陽光発電設備とパワーコンディショナーとを備え、系統連系スイッチを介して電力系統に連系される。
パワーコンディショナーはＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２を有し、インバータ１２として、例えば、特開２００９−２１９２６３号公報に示されるインバータを用いる。特開２００９−２１９２６３号公報に示されるインバータは、内部インピーダンスを有し電圧源として動作する自律並行運転が可能なインバータである。
太陽光発電設備のＰＶ（Photovoltaic）パネル１３で発電された直流は、パワーコンディショナーのＤＣ／ＤＣコンバータ１１で所定の出力電圧の直流に変換され、インバータ１２で交流に変換されて系統連系スイッチ１４を介して電力系統１５に出力される。それとともに、インバータ１２と系統連系スイッチ１４との間に負荷開閉器１６を介して接続された負荷１７に電力を供給する。
インバータ１２からの出力電力が不足する場合には、負荷１７には、系統連系スイッチ１４を介して電力系統１５から電力が供給される。また、太陽光発電設備の自立運転のときには、インバータ１２から負荷１７に電力が供給される。
また、制御装置２０はＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２を制御するとともに、系統連系スイッチ１４や負荷開閉器１６の開閉制御を行う。制御装置２０は、分散電源システムを立ち上げる際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ１２とを起動し、系統連系スイッチ１４を閉じて分散電源システムを電力系統に接続し連系運転を行う。そして、電圧検出器２１で検出された電力系統の系統電圧を入力して、電力系統１５の系統電圧を監視し、電力系統１５の系統電圧が正常であるときは、太陽光発電設備のＰＶパネル１３で発電された電力を電力系統に供給する連系運転を継続して行う。また、負荷１７にも電力を供給する。
一方、制御装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ１２との運転モードを切り換える機能を有し、電力系統１５の系統電圧Ｖが異常となったときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２の運転モードを自動で切り換えて自立運転を行い、負荷１７への電力の供給を継続する。すなわち、制御装置２０は、連系運転中に電力系統１５の系統電圧が異常となったきは、系統連系スイッチ１４を開放し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２を停止させずに、分散電源システムの自立運転を行い負荷１７への電力の供給を継続する。
ここで、高速に電力系統を切り離して速やかに連系運転モードから自立運転モードヘ移行することができるようにするために、系統連系スイッチ１４として、高速で開閉を行う高速系統連系スイッチを用いる。例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを用いる。なお、過負荷耐量が大きいが自己消弧能力を持たないサイリスタを使用する場合には、特開平１１−３４１６８６号公報に示されるように、系統連系スイッチに流れる電流値を減少させる手段を用い、高速に電力系統を切り離すことができるようにする。
分散電源システムが電力系統１５に接続された連系運転の状態では、系統連系スイッチ１４は閉じている。この連系運転のときは、太陽光発電設備のＰＶパネル１３で発電された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１によりＤＣ／ＤＣ変換されてインバータ１２に出力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、連系運転のときは、制御装置２０のコンバータ制御装置２３のＭＰＰＴ制御手段２４により、ＰＶパネル１３の発電電力が最大となる最大電力追従制御（MPPT）で運転される。
また、コンバータ制御装置２３は、分散電源システムが自立運転のときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ１２とのリンク電圧ＶＬが所定値になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御するための第１リンク電圧制御手段２５を有している。
インバータ１２は、連系運転のときは、制御装置２０のインバータ制御装置２６の第２リンク電圧制御手段２７により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ１２とのリンク電圧ＶＬが所定値になるようにリンク電圧一定制御が行われる。また、インバータ制御装置２６は分散電源システムが自立運転のときに、インバータ１２の出力電圧Ｖａを所定値に制御する交流電圧制御手段２８を有している。
このように、連系運転中は、太陽光発電設備は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１によりＰＶパネル１３の発電電力が最大となる最大電力追従制御（MPPT）で運転され、インバータ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ１２とのリンク電圧ＶＬを所定値に制御するリンク電圧一定制御で運転される。連系運転中に、最大電力追従制御を行うのは、ＰＶパネル１３の発電電力を有効利用するためであり、リンク電圧一定制御を行うのは、系統電圧Ｖが正常であるときは系統電圧Ｖは一定であることから、ＰＶパネル１３の発電電力に見合った電流を電力系統１５に出力できるようにするためである。
一方、分散電源システムの自立運転を行う場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードを最大電力追従制御からリンク電圧一定制御に切り換え、インバータ１２の運転モードをリンク電圧一定制御からインバータ１２の出力電圧Ｖａが所定値になるように交流出力電圧制御に切り換える。これは、負荷１７に印加する電圧を所定値（定格電圧）にするためであり、インバータ１２の運転モードが交流出力電圧制御になったことから、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１によりリンク電圧一定制御を行うためである。
制御装置２０の系統電圧監視手段２９は、電圧検出器２１で検出された電力系統１５の系統電圧Ｖを入力し、電力系統１５の系統電圧Ｖを監視する。系統電圧Ｖの監視は、系統電圧Ｖの実効値Ｖｏを算出し、その実効値Ｖｏが予め定めた所定範囲内にあるときは正常であると判定し、所定範囲を逸脱したときは異常であると判定する。
系統電圧Ｖの実効値Ｖｏの算出は、系統電圧Ｖの異常判定が速やかにでき、連系運転モードから自立運転モードヘの移行が速やかにできるようにするため、系統電圧Ｖの１／４サイクル前の値Ｖ１と現時点の系統電圧Ｖの値Ｖ０とを用いて、単相の系統電圧の監視を監視する。
例えば、系統電圧Ｖの１／４サイクル前の値Ｖ１｛Ｖ１＝√２・Ｖｏ・ｓｉｎ（ωｔ−π／２）｝を記憶しておき、現時点の系統電圧Ｖの値Ｖ０｛Ｖ０＝√２・Ｖｏ・ｓｉｎ（ωｔ）｝とから、下記（１）式により実効値Ｖｏを求め、実効値Ｖｏが所定範囲にあるかどうかを監視する。
Ｖｏ＝｛（Ｖ１２＋Ｖ０２）／２｝（１／２） …（１）
このように、系統電圧Ｖの１／４サイクル前の値Ｖ１と現時点の系統電圧Ｖの値Ｖ０とを用いて、単相の系統電圧Ｖの監視を監視するので、系統電圧Ｖの異常を判定するのに１／４サイクルで判定できる。従って、速やかに連系運転モードから自立運転モードヘの移行が可能となる。
このように、系統電圧Ｖの１／４サイクル前の値Ｖ１と現時点の系統電圧Ｖの値Ｖ０とを用いて、単相の系統電圧Ｖの監視を監視するので、系統電圧Ｖの異常を判定するのに１／４サイクルで判定できる。従って、速やかに連系運転モードから自立運転モードヘの移行が可能となる。
系統電圧監視手段２９により、電力系統１５の系統電圧Ｖが正常であると判定されたときは、系統連系手段３０は系統連系スイッチ１４を閉じたままで維持する。また、モード切換手段３１は、コンバータ制御装置２３によるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードとして、ＭＰＰＴ制御手段２４による運転モードを維持し、インバータ制御装置２６によるインバータ１２の運転モードとして、第２リンク電圧制御手段２７による運転モードを維持する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により、太陽光発電設備の発電電力が最大となる最大電力追従制御が継続され、また、インバータ１２により、リンク電圧ＶＬを所定値に制御する交流電流制御によるリンク電圧一定制御が継続される。
一方、系統電圧監視手段２９により、電力系統１５の系統電圧Ｖが異常であると判定されたときは、系統連系手段３０は系統連系スイッチ１４を開放する。また、モード切換手段３１は、コンバータ制御装置２３によるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードとして、ＭＰＰＴ制御手段２４による運転モードから第１リンク電圧制御手段２５による運転モードに切り換え、インバータ制御装置２６によるインバータ１２の運転モードとして、第２リンク電圧制御手段２７による運転モードから交流電圧制御手段２８による運転モードに切り換える。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により、リンク電圧一定制御が行われ、また、インバータ１２により、インバータ１２の出力電圧Ｖａを所定値に制御する交流出力電圧制御が行われる。
制御装置２０の負荷開閉手段３２は負荷開閉器１６を開閉操作するものであり、負荷１７の遮断及び接続を行うものである。負荷開閉手段３２は、インバータ制御装置２６により制御され、例えば、分散電源システムを起動して負荷１７に電力を供給する場合には、インバータ制御装置２６により負荷開閉手段３２を介して負荷１７を接続し負荷１７に電力を供給する。また、分散電源システムを停止する場合に、インバータ制御装置２６により負荷開閉手段３２を介して負荷１７を遮断する。
本発明の第１実施形態では、系統電圧監視手段２９により、電力系統１５の系統電圧Ｖが異常であると判定されたときは、負荷１７を接続したまま維持する。これは、電力系統１７の系統電圧Ｖが異常となったときであっても、継続して負荷１７に電力を供給できるようにするためである。
図２は、本発明の第１実施形態の分散電源システムの動作の一例を示すフローチャートである。まず、制御装置２０の系統電圧監視手段２９は、電圧検出器２１で検出された電力系統の系統電圧を所定値と比較し、系統電圧は異常か否かを判定する（Ｓ１）。系統電圧が異常であるときは、系統連系手段３０は系統連系スイッチ１４を開放して（Ｓ２）、分散電源システムを電力系統から解列する。
そして、モード切換手段３１はＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２の運転モードを切り換える（Ｓ３）。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードを最大電力追従制御からリンク電圧一定制御に切り換え、インバータ１２の運転モードを交流電流制御によるリンク電圧一定制御からインバータ１２の出力電圧Ｖａを所定値に制御する交流出力電圧制御に切り換える。
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、コンバータ制御装置２３の第１リンク電圧制御手段２５により、リンク電圧一定制御が行われ、インバータ１２は、インバータ制御装置２６の交流電圧制御手段２８により、交流出力電圧制御が行われる。つまり、分散電源システムは自立運転となり（Ｓ４）、継続して負荷１７に電力が供給される。（Ｓ５）。
なお、インバータ制御装置２６の交流電圧制御手段２８は、インバータ１２が出力電圧Ｖａを所定値に維持できないときはインバータ１２を停止する。インバータ１２が出力電圧Ｖａを所定値に維持できなくなるのは、太陽光発電設備のＰＶパネル１３の発電電力が少なく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１がリンク電圧一定を保持できなくなったときである。このときは、コンバータ制御装置２３の第１リンク電圧制御手段２５もＤＣ／ＤＣコンバータ１１を停止する。
この自立運転中に、系統電圧監視手段２９は、電力系統１５の系統電圧Ｖが回復したか否かを判定する（Ｓ６）。系統電圧Ｖが回復したときは、モード切換手段３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２の運転モードを切り換える（Ｓ７）。すなわち、コンバータ制御装置２３の第１リンク電圧制御手段２５をＭＰＰＴ制御手段２４に切り換え、インバータ制御装置２６の交流電圧制御手段２８を第２リンク電圧制御手段２７に切り換える。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードはリンク電圧一定制御から最大電力追従制御となり、インバータ１２の運転モードは交流出力電圧制御から交流電流制御によるリンク電圧一定制御となる。
そして、負荷１７を接続したまま、系統連系手段３０は同期検定を行い（Ｓ８）、インバータ３０の出力電圧Ｖａが電力系統１５の系統電圧Ｖと同期がとれると、系統連系スイッチ１４を閉じて（Ｓ９）、分散電源システムを電力系統１５に接続し連系運転を行う（Ｓ１０）。
このように、本発明の第１実施形態では、電力系統１５の系統電圧Ｖが異常であるときは、負荷１７を接続したまま、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２を停止させずに、モード切換手段３１により自動でＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２の運転モードを切り換え停止せずに自立運転に移行し、電力系統１５の系統電圧Ｖが回復したときは連系運転に戻すので、電力系統１５の系統電圧Ｖが異常となったときであっても、継続して負荷１７に電力を供給することができる。
従って、負荷１７として、電力供給の寸断が許されない電気負荷を接続できる。例えば、現金自動預け払い機、コンピュータ、病院の電気負荷、工場の製造ラインの電気負荷などを接続できる。
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図３は本発明の第２実施形態に係る分散電源システムの構成図である。この第２実施形態は、図１に示した第１実施形態に対し、充放電器１８及び蓄電池１９を追加して設け、制御装置２０は、充放電器１８を制御する充放電器制御装置３３を有し、制御装置２０のモード切換手段３１は、充放電器制御装置３３についても、電力系統１５の系統電圧Ｖの正常または異常により、運転モードを切り換えるようにしたものである。その他の構成は、図１に示した第１実施形態と同じであるので、図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
図３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ１２との間には、充放電器１８を介して蓄電池１９が接続されている。蓄電池１９は、太陽光発電設備のＰＶパネル１３で発電した直流電力や電力系統１５の交流電力をインバータ１２で変換した直流電力を蓄電し、例えば、太陽光発電設備のＰＶパネル１３で発電した直流電力が不足した場合に、インバータ１２を介して負荷１７に電力を供給する。
制御装置２０の充放電器制御装置３３は、充放電制御手段３４と第３リンク電圧制御手段３５とを有し、充放電制御手段３４は、電力系統１５の系統電圧Ｖが正常であるときに蓄電池１９に直流電力を充放電制御するものであり、第３リンク電圧制御手段３５は、電力系統１５の系統電圧Ｖが異常であるときにＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ１２とのリンク電圧ＶＬを所定値に制御するものである。
系統電圧監視手段２９により電力系統１５の系統電圧Ｖが正常であると判定されたときは、系統連系手段３０は、第１の実施形態の場合と同様に系統連系スイッチ１４を閉じたままで維持する。また、モード切換手段３１は、コンバータ制御装置２３によるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードとして、ＭＰＰＴ制御手段２４による運転モードを維持し、インバータ制御装置２６によるインバータ１２の運転モードとして、第２リンク電圧制御手段２７による運転モードを維持する。それに加えて、モード切換手段３１は、充放電器制御装置３３による充放電器の運転モードとして、充放電制御手段３４による運転モードを維持する。
一方、系統電圧監視手段２９により電力系統１５の系統電圧Ｖが異常であると判定されたときは、系統連系手段３０は、第１の実施形態の場合と同様に系統連系スイッチ１４を開放する。
また、モード切換手段３１は、コンバータ制御装置２３によるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードは、ＭＰＰＴ制御手段２４による運転モードのままとし、インバータ制御装置２６によるインバータ１２の運転モードは、第１実施形態の場合と同様に、第２リンク電圧制御手段２７による運転モードから交流電圧制御手段２８による運転モードに切り換える。また、充放電器制御装置３３による充放電器１８の運転モードは、第３リンク電圧制御手段３５による運転モードに切り換える。
つまり、コンバータ制御装置２３によるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードは、第１実施形態のように、ＭＰＰＴ制御手段２４による運転モードから第１リンク電圧制御手段２５による運転モードに切り換えることはしない。これは、充放電器制御装置３３による充放電器１８の運転モードが第３リンク電圧制御手段３５による運転モードに切り換えられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ１２とのリンク電圧ＶＬは、充放電器制御装置３３の第３リンク電圧制御手段３５により、所定値になるように制御されるからである。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードは、ＭＰＰＴ制御手段２４による運転モードのままであるので、太陽光発電設備のＰＶパネル１３の発電電力を最大電力に保つことができる。従って、太陽光発電設備のＰＶパネル１３の発電電力に余剰があるときは蓄電池１９に蓄電できる。
以上の説明では、電力系統１５の系統電圧Ｖが異常であると判定されたときは、モード切換手段３１は、コンバータ制御装置２３によるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードは、ＭＰＰＴ制御手段２４による運転モードのままとし、充放電器制御装置３３による充放電器１８の運転モードは、第３リンク電圧制御手段３５による運転モードに切り換えるようにしたが、充放電器１８の運転モードを充放電制御のままとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転モードを最大電力追従制御からリンク電圧一定制御に切り換えるようにしてもよい。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１によりリンク電圧が一定に制御され、充放電器１８により蓄電池１９の充放電を行うことができる。
以上の説明では、単相のインバータを備えた分散電源システムを電力系統の単相に接続した場合について説明したが、三相のインバータを備えた分散電源システムを電力系統の三相に接続した場合にも同様に適用できる。
図４は、三相のインバータを備えた分散電源システムを電力系統の三相に接続した場合の第３実施形態に係る分散電源システムの一例の構成図である。この第３実施形態は、図１に示した第１実施形態に対し、三相のインバータを備えた分散電源システムを電力系統の三相に接続した場合を示している。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
三相の場合、インバータ１２は三相インバータであり、その出力電圧は三相となる。従って、インバータ１２に接続される負荷１７として三相負荷を接続できる。また、三相のうちの二相間、または中性線と一相との間に単相負荷を接続することも可能である。図４では負荷１７として三相負荷を接続した場合を示している。
制御装置２０の系統電圧監視手段２９は、電圧検出器２１により検出された三相出力電圧に基づき電力系統の系統電圧を監視することになる。この場合、三相出力電圧のうち三相とも検出することとしてもよいが、三相出力電圧はいずれか２つの電圧が定まれば残りの１つの電圧が定まるため、三相出力電圧のうちいずれか２つを検出することとしてもよい。図４では、三相出力電圧のうち二相の出力電圧を検出する場合を示している。
系統電圧監視手段２９は、電圧検出器２１で得られた三相電圧を二相電圧に変換し、系統電圧Ｖの実効値Ｖｏを算出する。そして、その実効値Ｖｏが予め定めた所定範囲内にあるときは正常であると判定し、所定範囲を逸脱したときは異常であると判定する。
なお、図１に示した第１実施形態に対し、三相のインバータを備えた分散電源システムを電力系統の三相に接続した場合を示したが、図３に示した第２実施形態に対し、三相のインバータを備えた分散電源システムを電力系統の三相に接続することも同様に可能である。
また、以上の説明では、インバータ１２として、内部インピーダンスを有し電圧源として動作する自律並行運転が可能なインバータ（特開２００９−２１９２６３号公報に示されるインバータ）の場合について説明したが、既存のインバータを用いるようにしてもよい。
既存のインバータの場合には、系統電圧が正常であるときのリンク電圧一定制御は交流電流制御により行う。そして、系統電圧が異常となったときは、リンク電圧一定制御から出力電圧制御に切り換えることになる。従って、系統電圧が異常となったときは、交流電流制御から出力電圧制御への切り換えが必要となるが、既存のインバータでも使用可能である。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら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。
１１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２…インバータ、１３…ＰＶパネル、１４…系統連系スイッチ、１５…電力系統、１６…負荷開閉器、１７…負荷、１８…充放電器、１９…蓄電池、２０…制御装置、２１…電圧検出器、２２…モード切換スイッチ、２３…コンバータ制御装置、２４…ＭＰＰＴ制御手段、２５…第１リンク電圧制御手段、２６…インバータ制御装置、２７…第２リンク電圧制御手段、２８…交流電圧制御手段、２９…系統電圧監視手段、３０…系統連系手段、３１…モード切換手段、３２…負荷開閉手段、３３…充放電器制御装置、３４…充放電制御手段、３５…第３リンク電圧制御手段、
Claims (4)
- 太陽光発電設備で発電した直流を所定の出力電圧の直流に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータで変換した直流を交流に変換し系統連系スイッチを介して電力系統に出力するインバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータで変換した直流または前記インバータで前記電力系統の交流を変換した直流を蓄電するとともに蓄電した直流を供給する蓄電池と、
前記蓄電池を充放電制御する充放電器と、
前記電力系統の系統電圧が異常であるときは前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記インバータ及び前記充放電器の運転モードを切り換え前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータを停止せずに自立運転に移行する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電力系統の系統電圧が正常であるかどうかを監視する系統電圧監視手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し前記太陽光発電設備の発電電力が最大となる最大電力追従制御、または前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記インバータとのリンク電圧を所定値に制御するリンク電圧一定制御を行うコンバータ制御装置と、
前記インバータを制御し前記インバータの出力電圧を所定値に制御する交流出力電圧制御、または前記リンク電圧一定制御を行うインバータ制御装置と、
前記充放電器を制御し前記蓄電池の充放電制御、または前記リンク電圧を所定値に制御する前記リンク電圧一定制御を行う充放電器制御装置と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記インバータ及び前記充放電器の運転モードを切り換えるモード切換手段とを備え、
前記モード切換手段は、前記系統電圧監視手段により電力系統の系統電圧が正常であると判断されたときは、前記コンバータ制御装置による前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記太陽光発電設備の発電電力が最大となる最大電力追従制御とし、前記インバータ制御装置による前記インバータの運転モードを前記リンク電圧一定制御とし、前記充放電器制御装置による前記充放電器の運転モードを充放電制御とし、
前記系統電圧監視手段により電力系統の系統電圧が異常であると判断されたときは、前記コンバータ制御装置による前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御のままとし、前記充放電器制御装置による前記充放電器の運転モードを前記充放電制御から前記リンク電圧一定制御に切り換え、前記インバータ制御装置による前記インバータの運転モードを前記リンク電圧一定制御から前記交流出力電圧制御に切り換えることを特徴とする分散電源システム。 - 前記モード切換手段は、前記系統電圧監視手段により電力系統の系統電圧が異常であると判断されたときは、前記コンバータ制御装置による前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記最大電力追従制御のままとし、前記充放電器制御装置による前記充放電器の運転モードを前記充放電制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることに代えて、前記充放電器制御装置による前記充放電器の運転モードを前記充放電制御のままとし、前記コンバータ制御装置による前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記最大電力追従制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることを特徴とする請求項２に記載の分散電源システム。
- 太陽光発電設備で発電した直流をＤＣ／ＤＣコンバータで所定の出力電圧の直流に変換し、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータで変換した直流または前記電力系統の交流をインバータで変換した直流を蓄電する蓄電池の充放電制御を充放電器で行い、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータで変換した直流または前記蓄電池に蓄電した直流を負荷や前記インバータで交流に変換して系統連系スイッチを介して電力系統に出力し、
前記電力系統の系統電圧が異常であるときは前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記インバータ及び前記充放電器の運転モードを切り換え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを停止せずに自立運転に移行する分散電源システムの運転方法において、
前記電力系統の系統電圧が正常であるときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記太陽光発電設備の発電電力が最大となる最大電力追従制御とし、前記インバータの運転モードを前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記インバータとのリンク電圧を所定値に制御するリンク電圧一定制御とし、前記充放電器の運転モードを前記蓄電池の充放電制御とし、
前記電力系統の系統電圧が異常であるときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御のままとし、前記充放電器の運転モードを前記充放電制御から前記リンク電圧一定制御に切り換え、前記インバータの運転モードを前記リンク電圧一定制御から前記インバータの出力電圧を所定値に制御する交流出力電圧制御に切り換えることを特徴とする分散電源システムの運転方法。 - 前記電力系統の系統電圧が異常であると判断されたときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを最大電力追従制御のままとし、前記充放電器の運転モードを前記充放電制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることに代えて、前記充放電器の運転モードを前記充放電制御のままとし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの運転モードを前記最大電力追従制御から前記リンク電圧一定制御に切り換えることを特徴とする請求項３に記載の分散電源システムの運転方法。
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