JP5680525B2 - 蓄電システム、蓄電制御装置及び電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電システム、蓄電制御装置及び電力制御方法に関し、特に電力を蓄電し、蓄電している電力を供給する蓄電システム等に関するものである。

近年、家庭等において、例えば太陽光発電システムのように、自然エネルギーを利用した発電装置が導入されている。発電装置は、系統電源への依存を軽減し、さらに、売電等により経済的利益を得るために導入されている。他方、電力不足等のため、商用電源の電力を蓄電する蓄電装置へのニーズも高まっている。

図２は、太陽光発電システムと蓄電装置とを別々に導入した場合の概略ブロック図である。

商用電源１０１は、負荷１０５へ電力を供給する。分電盤１０３は、負荷１０５への電気の供給電路に使用されているものである。逆潮流センサ１０７は、蓄電装置１３１から商用電源１０１への潮流を検出するものである。ＰＶパネル１０９は、発電した電力の売電を実現するため、接続箱１１１及び一方向ＰＣＳ１１３を経由して、商用電源１０１と逆潮流センサ１０７の間に接続されている。すなわち、負荷１０５にとって、ＰＶパネル１０９の電力は、逆潮流センサ１０７を経由して供給されるものであり、ＰＶパネル１０９は、商用電源１０１側に位置するものである。

他方、蓄電装置１３１に蓄電された電力は、売電が禁止されている。そのため、蓄電装置１３１は、一般的に、逆潮流センサ１０７と負荷１０５の間に接続される。すなわち、蓄電装置１３１は、負荷１０５側に位置するものである。

このように、発電装置と蓄電装置とは、その役割が異なるため、別々に導入されることも多い。そして、別々に導入される場合、製品保証等との関係で、一般的には、既設の装置の運用状態を変更せず、独立に運用している。

発明者らは、系統電源と発電装置と蓄電装置とを組み合わせたシステムを研究開発してきた（例えば特許文献１参照）。また、系統電源の電力を蓄電したものは売電が禁止されている。特許文献２には、太陽光発電により得られた電力と系統電源により得られた電力とを、異なる蓄電装置に蓄電して、いわば蓄電装置で電力の色分けをすることによって、太陽光発電により得られた電力のみを売電可能にすることが記載されている。

特開２００７−１２４８１１号公報 特開２００９−３３８０２号公報

しかしながら、例えば特許文献１及び２に記載されているように、系統電源と発電装置と蓄電装置とを組み合わせたシステムは、全体として設計され、発電装置と蓄電装置とは、原則として、同時に設置することを予定していた。

近年、太陽光発電システムは既に設置されており、これに蓄電装置を新たに導入する場合が多い。このように、既設の発電装置に加えて蓄電装置を新たに導入する場合に、例えば特許文献２記載の技術をそのまま応用した場合には、特許文献２記載の技術において発電装置が蓄電装置に接続されているように、既に設置されている発電装置を系統側から負荷側へ変更することが必要になる。そのため、同時に設置されることを予定した従来の技術をそのまま応用して、別々に設置する場合にも両者を協働して動作させるようにすることは困難であった。

そこで、本願発明は、発電装置の構成は変更せず、発電装置と蓄電装置とを独立に動作させることも、発電装置と蓄電装置とを協働して動作させることも容易に実現可能な蓄電システム等を提供することを目的とする。

本願発明の第１の観点は、電力を蓄電し、蓄電している電力を供給する蓄電システムであって、電力を蓄電する蓄電装置と、前記蓄電装置に対して、電力を蓄電させ、蓄電している電力を供給させる蓄電制御装置と、前記蓄電装置から系統電源への潮流を検出する逆潮流センサと、前記系統電源とは別に発電する発電装置を備え、前記蓄電制御装置は、前記発電装置と前記系統電源とを前記逆潮流センサを経由することなく接続するか、前記発電装置と前記蓄電装置とを接続するかを切り替える第１スイッチと、前記蓄電装置と前記系統電源とを前記逆潮流センサを経由して接続し、かつ、前記系統電源から電力供給される負荷である一般負荷と前記蓄電装置とを前記逆潮流センサを経由することなく接続するか、前記蓄電装置と前記系統電源及び前記一般負荷とを遮断するかを切り替える第２スイッチと、前記系統電源から電力が供給されている場合に、前記第１スイッチにより前記発電装置が発電した電力を前記系統電源へ売電し又は前記系統電源の電力と併せて前記一般負荷へ供給するか前記蓄電装置へ蓄電するかを切り替え、前記第２スイッチにより前記蓄電装置を連系運転させるか自立運転させるかを切り替える制御部を有することを特徴とするものである。

本願発明の第２の観点は、第１の観点の蓄電システムであって、前記蓄電装置は、前記一般負荷とは異なる専用負荷に対して、前記第２スイッチの状態に関わらず蓄電している電力を供給するものである。

本願発明の第３の観点は、第１又は第２の観点の蓄電システムであって、前記系統電源に前記逆潮流センサを経由することなく接続し、前記発電装置が発電した電力を供給するための発電装置用調整部をさらに備え、前記蓄電制御装置は、前記蓄電装置が蓄電している電力を供給し、前記蓄電装置に対して前記系統電源の電力を蓄電するための蓄電装置用調整部をさらに有し、前記第１スイッチは、前記発電装置と前記発電装置用調整部との間に挿入接続されて、前記発電装置と前記発電装置用調整部とを接続するか、前記発電装置と前記蓄電装置とを前記蓄電装置用調整部を経由することなく接続するかを切り替え、前記第２スイッチは、前記蓄電装置用調整部と前記系統電源及び前記一般負荷とを接続するか遮断するかを切り替えるものである。

本願発明の第４の観点は、蓄電装置に対して、電力を蓄電させ、蓄電している電力を供給させる蓄電制御装置であって、系統電源とは別に発電する発電装置に接続される第１接続部と、前記蓄電装置から前記系統電源への潮流を検出する逆潮流センサを経由することなく前記系統電源に接続される第２接続部と、前記逆潮流センサを経由して前記系統電源に接続され、かつ、前記系統電源から電力供給される負荷である一般負荷に前記逆潮流センサを経由することなく接続される第３接続部と、前記第１接続部と前記第２接続部とを接続するか前記第１接続部と前記蓄電装置とを接続するかを切り替える第１スイッチと、前記蓄電装置と前記第３接続部とを接続するか遮断するかを切り替える第２スイッチを備えることを特徴とするものである。

本願発明の第５の観点は、電力を蓄電し、蓄電している電力を供給する蓄電システムにおける電力制御方法であって、前記蓄電システムは、電力を蓄電する蓄電装置と、前記蓄電装置に対して、電力を蓄電させ、蓄電している電力を供給させる蓄電制御装置と、前記蓄電装置から前記系統電源への潮流を検出する逆潮流センサと、前記系統電源とは別に発電する発電装置を備え、前記蓄電制御装置は、動作を制御する制御部と、前記発電装置と前記系統電源とを前記逆潮流センサを経由することなく接続するか、前記発電装置と前記蓄電装置とを接続するかを切り替える第１スイッチと、前記蓄電装置と前記系統電源とを前記逆潮流センサを経由して接続するか、前記蓄電装置と前記系統電源とを遮断するかを切り替える第２スイッチを有するものであり、前記制御部が、前記系統電源から電力が供給されている場合、前記第１スイッチにより前記発電装置が発電した電力を売電するか前記蓄電装置に蓄電させるかを切り替え、前記第２スイッチにより前記蓄電装置を連系運転させるか自立運転させるかを切り替え、前記系統電源から電力が供給されていない場合、前記第１スイッチにより前記発電装置と前記蓄電装置とを接続させて前記発電装置が発電した電力を前記蓄電装置に蓄電させるステップを含むものである。

なお、本願発明の各観点において、発電装置は、例えば、太陽光等の自然エネルギーを利用して発電を行うものである。

また、本願発明の各観点において、蓄電装置を基準電源として発電する補助電源を備えるようにしてもよい。補助電源は、例えばインバータ機能を持つ小出力発電機（例えば、燃料電池、ガス発電装置、風力発電機など）である。特にこの補助電源を蓄電制御装置と専用負荷との間に接続することにより、継続して発電をすることが可能になる。

さらに、本願発明を、コンピュータを、第５の観点の制御部として機能させるためのプログラム及びこのプログラムを（定常的に）記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。

本願発明の各観点によれば、発電装置（例えば図２のＰＶパネル１０９）もその周辺装置（例えば図２の一方向ＰＣＳ１１３）も変更することなく、蓄電装置等を接続して、第１スイッチ及び第２スイッチの切替動作をするだけで、発電装置の単独動作も、蓄電装置との協働動作も実現可能となり、さらに、系統連系運転と自立運転をも選択可能になる。そのため、発電装置は、既に単独で開発されたものを利用することができ、その単独運転での機能を実質的に変更することなく、蓄電装置と協働して動作させる機能を加えることが可能となる。

例えば、第１スイッチにより発電装置の電力を系統電源に接続する場合には、発電装置は、蓄電装置とは独立に動作する。そのため、蓄電装置の導入前の状態を維持して、売電等をすることができる。さらに、第２スイッチにより系統電源と蓄電装置を接続することにより、蓄電装置を連系運転させて、蓄電装置の充電等を実現することができる。

また、第１スイッチにより発電装置と蓄電装置とを接続する場合には、発電装置と蓄電装置を協働して動作させることができる。この場合には、発電装置は、蓄電装置への電力供給源として動作させることとなる。このような動作は、発電装置と蓄電装置を別々に管理することでは実現困難なものである。

この協働動作の一例は、系統電源から電力が供給されている状態で、第２スイッチにより系統電源と蓄電装置を接続することにより、蓄電装置を連系運転させることである。すなわち、発電装置は、特に自然エネルギーを利用する場合には、その出力が予測困難となる。このような電力をそのまま負荷に供給する場合には、電力制御が困難になる。そこで、蓄電装置を経由して負荷へ出力することにより、予測困難な出力を平滑化することができ、電力制御が容易になる。これにより、蓄電装置から安定して一般負荷へも給電して、系統電源の電力量を軽減させることができる。

また、系統電源から電力が供給されていない場合や、第２スイッチにより系統電源と蓄電装置とを遮断する場合には、例えば、第１スイッチにより発電装置と蓄電装置を接続し、蓄電装置を自立運転させて、負荷の一部又は全部へ電力供給を実現する。

本願発明の実施例に係る電力供給システムの構成を示す概略ブロック図である。 従来の発電装置及び蓄電装置を単独で導入した場合のシステムの構成を示す概略ブロック図である。

以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施例に係る電力供給システムの構成を示したブロック図である。蓄電システム１は、商用電源３（本願請求項の「系統電源」の一例）と、一般負荷５（本願請求項の「一般負荷」の一例）と、専用負荷７（本願請求項の「専用負荷」の一例）と、分電盤９と、蓄電システム１１（本願請求項の「蓄電システム」の一例）を備える。

商用電源３は、事業者が、契約に基づき、家庭等の需要者の負荷に電力を供給（給電）する。本実施例では、商用電源３から供給される電力は、一般負荷５で使用され、また、蓄電システム１１の蓄電装置２９に充電される。

専用負荷７は、蓄電システム１１から継続して電力を供給される負荷である。例えば、商用電源３が停電しても、保安灯などをつけておくことなどが可能になる。

一般負荷５は、専用負荷７とは異なる負荷であり、商用電源３が電力を供給する。さらに、蓄電システム１１は、第２スイッチ５６が接続状態の場合には、蓄電する電力を一般負荷５にも供給する。

分電盤９は、負荷に対する電気の供給電路に使用されるものである。本実施例では、蓄電システム１１の導入は、一般負荷５及び専用負荷７との関係では、分電盤上の接続関係を調整することで足りる。すなわち、本実施例では、一般負荷５は、商用電源３に接続されている。一般負荷５は、蓄電システム１１の蓄電装置３１とは、第２スイッチ５６を経由して接続している。そのため、第２スイッチ５６が開の状態（通電しない状態）では、蓄電装置２９は商用電源３とは接続しないために自立運転をし、また、蓄電する電力を一般負荷５へ供給しない。第２スイッチ５６が閉の状態（通電する状態）では、蓄電装置２９は、商用電源３と連系運転し、商用電源３の電力を蓄電可能であり、蓄電する電力を一般負荷５へ供給可能である。商用電源３が停電しているときは、第２スイッチ５６は自動的に開の状態となり、蓄電装置２９は自立運転をし、その電力は一般負荷５へは供給しない。バイパスＭＣＣＢ１３は、商用電源３と専用負荷７とを接続するか否かを切り替えるものであり、本実施例では常時開の状態（接続しない状態）であるとする。さらに、専用負荷７は、第２スイッチ５６を経由せずに蓄電装置３１に接続されている。そのため、蓄電装置３１は、蓄電された電力を、第２スイッチ５６の状態とは無関係に専用負荷７に供給する。

蓄電システム１１は、電力を蓄電し、蓄電している電力を供給するものである。蓄電システム１１は、逆潮流センサ２１（本願請求項の「逆潮流センサ」の一例）と、ＰＶパネル２３（本願請求項の「発電装置」の一例）と、接続箱２５と、一方向ＰＣＳ２７（本願請求項の「発電装置用調整部」の一例）と、蓄電装置２９（本願請求項の「蓄電装置」の一例）と、蓄電制御装置３１（本願請求項の「蓄電制御装置」の一例）と、補助発電機３３と、センサ３５を備える。

蓄電装置２９は、電力を充電し、蓄電する電力を放電するものである。

逆潮流センサ２１は、一般負荷５及び蓄電装置２９から商用電源３への潮流を検出するセンサである。負荷側で蓄電した電力は、原則として、売電が禁止されている。料金の安い時間帯で電力を蓄電して料金の高い時間帯で売電するようなことを防止するためである。そのため、逆潮流センサ２１は、いわば、商用電源３側と家庭用負荷側とを分ける基準となる。

ＰＶパネル２３は、太陽光から発電した電力のＤＣ出力パネルである。接続箱２５は、ＰＶパネル２３で発電した電気を集める箱である。一方向ＰＣＳ２７は、接続箱２５で集められた電気を出力するためのパワーコンディショナである。一方向ＰＣＳ２７は、売電を実現するため、系統電源３と逆潮流センサ２１との間に接続されている。ＰＶパネル２３、接続箱２５及び一方向ＰＣＳ２７は、従来の装置と同じ動作をする。そのため、それぞれ、図２の従来のＰＶパネル１０９、接続箱１１１及び一方向ＰＣＳ１１３を使用することができる。そして、ＰＶパネル２３が既設の場合でも、接続箱１１１と一方向ＰＣＳ１１３との間に蓄電制御装置３１を挿入接続することで、ＰＶパネル２３と蓄電装置２９との協働運用を実現することができる。

補助発電機３３及びそのセンサ３５は、蓄電装置２９から専用負荷７への電路に設けられている。補助発電機３３は、自立機能を持たず、インバータ機能を持つ小出力発電機である（例えば、燃料電池、ガス発電装置、風力発電機）。蓄電装置２９は、専用負荷７に対して継続して電力を供給する。そのため、補助発電機３３は、商用電源３が停電しているか否かにかかわらず、蓄電装置２９を基準電源として、継続して発電することができる。

蓄電制御装置３１は、蓄電装置２９の充放電を制御するものである。蓄電制御装置３１は、制御部４１（本願請求項の「制御部」の一例）と、第１接続部４３（本願請求項の「第１接続部」の一例）と、第２接続部４５（本願請求項の「第２接続部」の一例）と、第３接続部４７（本願請求項の「第３接続部」の一例）と、第４接続部４９と、ヒューズ５２と、第１スイッチ５３（本願請求項の「第１スイッチ」の一例）と、ダイオード５４と、変換器５５と、第２スイッチ５６（本願請求項の「第２スイッチ」の一例）と、ＭＣＣＢ５７と、センサ５９と、双方向ＰＣＳ６１（本願請求項の「蓄電装置用調整部」の一例）を備える。

制御部４１は、蓄電制御装置３１の動作を制御する。第１接続部４３には、接続箱２５を接続する。これにより、第１接続部４３は、接続箱２５を経由してＰＶパネル２３と接続する。第２接続部４５には、一方向ＰＣＳ２７を接続する。これにより、第２接続部４５は、商用電源３とは逆潮流センサを経由せずに、商用電源３と接続する。第３接続部４７には、分電盤９の接続関係を調整して、一般負荷５を接続する。その結果、第３接続部４７は、逆潮流センサ２１を経由して、商用電源３にも接続する。第４接続部には、分電盤９の接続関係を調整して、専用負荷７を接続する。

ヒューズ５２は、ＰＶパネル２３等に影響を与えないように、過電流を防ぐためのものである。

第１スイッチ５３は、ＰＶパネル２３と一方向ＰＣＳ２７とを接続するか、ＰＶパネル２３と蓄電装置２９とを接続するかを切り替えるものである。本実施例では、両者の接続の有無を別々のスイッチで切り替えるようにして、例えば一方を切断してから一定の時間を経過させて他方を接続するような制御も可能な構成としている。

第１スイッチ５３によりＰＶパネル２３と一方向ＰＣＳ２７とを接続する場合、ＰＶパネル２３は、接続箱２５及び一方向ＰＣＳ２７を経由して、逆潮流センサ２１を経由せずに商用電源３に接続する。これは、図２の従来のＰＶパネル１０９と同じであり、ＰＶパネル２３は、例えば、発電した電力の売電等をすることができる。また、蓄電装置２９は、ＰＶパネル２３と独立に動作して、充放電制御をすることとなる。なお、商用電源３が停電している場合、売電をすることはできない。そのため、第１スイッチ５３は、原則として、ＰＶパネル２３と蓄電装置２９とを接続することが望ましい。

第１スイッチ５３がＰＶパネル２３と蓄電装置２９とを接続する場合、ＰＶパネル２３で発電した電力は、ヒューズ５２、第１スイッチ５３、蓄電装置２９からの逆流を防ぐダイオード５４を経由して、ＰＶパネル２３のＤＣ電源をＤＣ／ＤＣ変換する変換器５５が蓄電装置２９に蓄電させる。変換器５５は、ＭＰＰＴ機能、蓄電装置の電圧制御機能が付いているものが望ましい。このように、蓄電装置２９に対してＤＣ充電機能を実現して、ＰＶパネル２３で発電した電力を、蓄電装置２９を経由して負荷へ供給するようにすることにより、予測困難に変動するＰＶパネル２３の電力を平滑化し、安定して負荷に供給することが可能になる。

双方向ＰＣＳ６１は、商用電源３の電力を蓄電装置２９のＤＣ電源へ充電し、蓄電装置２９のＤＣ電源をＡＣ電源に変換して負荷に供給する双方向インバータである。双方向ＰＣＳ６１及び変換器５５は、蓄電池短絡保護用ヒューズ６３を経由して蓄電装置２９と接続している。

双方向ＰＣＳ６１は、ＭＣＣＢ５７及びセンサ５９を経由して、第２スイッチ５６及び専用負荷７と接続する。センサ５９は、蓄電装置２９が商用電源３から充電し、蓄電装置が負荷に給電する電力量を検出するものである。ＭＣＣＢ５７は、例えば双方向PCS６１などの蓄電制御装置３１、蓄電装置２９が故障した場合等に、切り離すためのものでもある。第２スイッチ５６は、蓄電装置２９と商用電源３及び一般負荷５とを接続するか否かを切り替えるものである。第２スイッチ５６は、商用電源３から電力が供給されている場合（停電でない場合）に閉状態になれば、蓄電装置２９は連系運転し、商用電源３の電力を充電可能であり、また、ＰＶパネル２３が売電するときには、蓄電装置２９の電力を一般負荷５に供給して、より多くの売電を実現することができる。また、商用電源３から電力が供給されていない場合（停電の場合）には、第２スイッチ５６は自動的に開となり、蓄電装置２９が蓄電する電力は専用負荷のみに長時間電力を供給するように出来る。図１では、停電発生時に自立運転へ高速に切り替えることができる構成としている。

制御部４１は、逆潮流センサ２１（例えば商用電源３の停電の有無なども含めてもよい。）及びセンサ５９の計測結果から、第１スイッチ５３、変換器５５、第２スイッチ５６及び双方向ＰＣＳ６１を制御する。

このように、本実施例は、第１スイッチ５３によりＰＶパネル２３と蓄電装置２９を独立に運用するか協働して運用するかを切り替えることができ、さらに、第２スイッチにより、蓄電装置２９が商用電源３に連系運転するか自立運転するか、さらに、一般負荷５へも電力供給するかを選択することができる。よって、電力ルートの切り替えが可能で、特に、系統連系の有無をも自由に選択することができる。さらに、ＰＶパネル２３は、従来のＰＶパネル１０９を使用することができる。よって、ＰＶパネル２３とは独立に蓄電装置２９を導入する場合であっても、容易に電力供給システム１を構築することができる。

１ 電力供給システム、３ 商用電源、５ 一般負荷、７ 専用負荷、９ 分電盤、１１ 蓄電システム、１３ バイパスＭＣＣＢ、２１ 逆潮流センサ、２３ ＰＶパネル、２５ 接続箱、２７ 一方向ＰＣＳ、２９ 蓄電装置、３１ 蓄電制御装置、３３ 補助発電機、３５ センサ、４１ 制御部、４３ 第１接続部、４５、第２接続部、４７ 第３接続部、４９ 第４接続部、５２ ヒューズ、５３ 第１スイッチ、５４ ダイオード、５５ 変換器、５６ 第２スイッチ、５７ ＭＣＣＢ、５９センサ、６１ 双方向ＰＣＳ、６３ 蓄電池短絡保護用ヒューズ

Claims (3)

1. 電力を蓄電し、蓄電している電力を供給する蓄電システムであって、
   電力を蓄電する蓄電装置と、
   前記蓄電装置に対して、電力を蓄電させ、蓄電している電力を供給させる蓄電制御装置と、
   前記蓄電装置から系統電源への潮流を検出する逆潮流センサと、
   前記系統電源とは別に発電する発電装置を備え、
   前記蓄電制御装置は、
   前記発電装置と前記系統電源とを前記逆潮流センサを経由することなく接続するか、前記発電装置と前記蓄電装置とを接続するかを切り替える第１スイッチと、
   前記蓄電装置と前記系統電源とを前記逆潮流センサを経由して接続し、かつ、前記系統電源から電力供給される負荷である一般負荷と前記蓄電装置とを前記逆潮流センサを経由することなく接続するか、前記蓄電装置と前記系統電源及び前記一般負荷とを遮断するかを切り替える第２スイッチと、
   前記系統電源から電力が供給されている場合に、前記第１スイッチにより前記発電装置が発電した電力を前記系統電源へ売電し又は前記系統電源の電力と併せて前記一般負荷へ供給するか前記蓄電装置へ蓄電するかを切り替え、前記第２スイッチにより前記蓄電装置を連系運転させるか自立運転させるかを切り替える制御部を有し、
   前記蓄電装置は、前記一般負荷とは異なる専用負荷に対して、前記第２スイッチの状態に関わらず蓄電している電力を供給することを特徴とする蓄電システム。
2. 蓄電装置に対して、電力を蓄電させ、蓄電している電力を供給させる蓄電制御装置であって、
   系統電源とは別に発電する発電装置に接続される第１接続部と、
   前記蓄電装置から前記系統電源への潮流を検出する逆潮流センサを経由することなく前記系統電源に接続される第２接続部と、
   前記逆潮流センサを経由して前記系統電源に接続され、かつ、前記系統電源から電力供給される負荷である一般負荷に前記逆潮流センサを経由することなく接続される第３接続部と、
   前記第１接続部と前記第２接続部とを接続するか前記第１接続部と前記蓄電装置とを接続するかを切り替える第１スイッチと、
   前記蓄電装置と前記第３接続部とを接続するか遮断するかを切り替える第２スイッチを備えることを特徴とする蓄電制御装置。
3. 前記一般負荷とは異なる専用負荷に接続される第４接続部をさらに備える請求項２記載の蓄電制御装置。

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