JP5851276B2 - 自立給電システム - Google Patents

Description

本発明は、電力系統に連系される電力線と、その電力線に対して接続される太陽光発電装置、発電装置、充放電装置及び電力消費装置とを備える自立給電システムに関する。

特許文献１には、電力系統に連系される電力線と、その電力線に対して接続される太陽光発電装置、発電装置（燃料電池発電装置）、充放電装置及び電力消費装置とを備える給電システムが記載されている。この給電システムでは、電力線の最上流側に電力系統が接続され、電力線の最下流側に電力消費装置が接続されている。そして、電力線の上流側から下流側に向かって、太陽光発電装置と充放電装置と発電装置とが順に接続されている。更に、発電装置から上流側（即ち、電力系統側）に電力の潮流を向かわせないという条件下（所謂、逆潮流を禁止するという条件下）で発電装置の動作が制御されている。つまり、発電装置の発電電力は、電力消費装置の消費電力よりも小さいものとなる。
加えて、特許文献１に記載の給電システムでは、電力系統から電力線に電力供給を行なえないとき、自立運転を行なった充放電装置を電力線における基準電源として、太陽光発電装置と発電装置を動作させることができるように構成されている。

特開２０１１−１８８６０７号公報（図１、段落００２７など）

特許文献１に記載の給電システムでは、発電装置から上流側（即ち、電力系統側）に電力の潮流を向かわせないという条件下で発電装置の動作が制御され、その結果、発電装置の発電電力は電力消費装置の消費電力よりも小さくしなければならない。つまり、発電装置の発電電力をそれよりも上流側の充放電装置に供給できないため、発電装置の発電電力で充放電装置の充電を行うことができない。つまり、エネルギーの高効率利用を可能とするコージェネレーションシステム等の発電装置の稼働率を高くすることができないという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力系統から電力線に電力供給を行なえないとき、充放電装置を電力線の電圧源として利用できると共に、電力系統から電力線に電力供給が行なわれているとき、発電装置の発電電力を充放電装置の充電に利用可能な自立給電システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る自立給電システムの特徴構成は、電力系統に連系される電力線と、前記電力線に対して第２接続箇所で接続される発電装置と、前記電力線に対して第３接続箇所で接続される蓄電部を有する充放電装置と、前記電力線に対して第４接続箇所で接続される電力消費装置とを備える自立給電システムであって、
前記電力線の上流側に前記電力系統への接続箇所が設けられ、前記電力線に対する前記電力系統の接続箇所から見て下流側に向かって前記第２接続箇所及び前記第３接続箇所及び前記第４接続箇所がその並び順で設けられ、
前記電力線に対する前記発電装置の前記第２接続箇所よりも上流側に、前記電力線に対する前記充放電装置の第５接続箇所が別に設けられ、
前記発電装置は、前記電力線における電力の潮流を前記第２接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で発電電力を制御し、
前記充放電装置は、前記電力系統から前記電力線に電力供給が行われているとき、前記電力線における電力の潮流を前記第３接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で前記第３接続箇所を介して前記蓄電部への充電及び前記蓄電部からの放電を行う充放電モードでの動作を行い、前記電力系統から前記電力線に電力供給を行なえないとき、前記蓄電部の電力を用いて前記第５接続箇所を介して前記電力線の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行なう点にある。

上記特徴構成によれば、充放電装置は、電力系統から電力線に電力供給が行なわれているとき、第３接続箇所を介して蓄電部への充電及び蓄電部からの放電を行う充放電モードでの動作を行う。つまり、蓄電部は、発電装置が接続されている第２接続箇所よりも下流側の第３接続箇所で電力線に接続されているので、第２接続箇所（即ち、発電装置）から第３接続箇所（即ち、充放電装置の蓄電部）へと電力の潮流が向かうことは許容される。従って、電力系統から電力線に電力供給が行なわれているとき、発電装置の発電電力を充放電装置の蓄電部の充電に利用することで、発電装置の稼働率を向上させることができる。
加えて、充放電装置は、電力系統から電力線に電力供給を行なえないとき、蓄電部の電力を用いて、第２接続箇所よりも上流側の第５接続箇所を介して電力線の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行う。つまり、電力系統から電力線に電力供給を行なえないとき、発電装置が運転しているか否かに関わらず、蓄電部を電力線の電圧源として機能させつつ、電力消費装置へと電力の供給を行なうことができる。更に、発電装置が運転されても、電力線には電圧源としての蓄電部が接続されているので、電力系統から電力線に電力供給が行なわれている場合と同様に、その電力線に対して発電装置を連系することができる。
従って、電力系統から電力線に電力供給を行なえないとき、充放電装置の蓄電部を電力線の電圧源として利用できると共に、電力系統から電力線に電力供給が行なわれているとき、発電装置の発電電力を充放電装置の蓄電部への充電に利用可能な自立給電システムを提供できる。

本発明に係る自立給電システムの更に別の特徴構成は、前記電力線に対して第１接続箇所で接続される太陽光発電装置を備え、
前記電力線に対する前記電力系統の接続箇所から見て下流側に向かって前記第１接続箇所及び前記第２接続箇所及び前記第３接続箇所及び前記第４接続箇所がその並び順で設けられる点にある。

上記特徴構成によれば、太陽光発電装置の発電電力を電力消費装置に給電でき、且つ、太陽光発電装置の発電電力を用いて充放電装置への充電を行うこともできる。

本発明に係る自立給電システムの更に別の特徴構成は、前記充放電装置が、インバータ部及び整流部を有する電力変換部と、前記蓄電部とを有し、前記電力系統から前記電力線に電力供給が行われているとき、前記インバータ部が、前記電力線における電力の潮流を前記第３接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で前記第３接続箇所を介して前記蓄電部への充電及び前記蓄電部からの放電を行う充放電モードでの動作を行い、前記電力系統から前記電力線に電力供給を行なえないとき、前記インバータ部が、前記蓄電部の電力を用いて前記第５接続箇所を介して前記電力線の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行うと共に、前記電力線に接続される前記整流部が、前記電力線の電力を前記蓄電部への充電に用いる充電モードでの動作を行う点にある。

上記特徴構成によれば、電力系統から電力線に電力供給が行われているとき、少なくとも、電力系統、発電装置及び充放電装置から電力線に供給される電力を用いて電力消費装置を動作させることができ、且つ、少なくとも電力系統及び発電装置から供給される電力を用いて充放電装置への充電を行うこともできる。また、自立給電システムが太陽光発電装置を備えていれば、太陽光発電装置から電力線に供給される電力を用いて電力消費装置を動作させることができ、且つ、太陽光発電装置から供給される電力を用いて充放電装置への充電を行うこともできる。
加えて、電力系統から電力線に電力供給を行なえないとき、発電装置が運転しているか否かに関わらず、蓄電部を電力線の電圧源として機能させつつ、電力消費装置へと電力の供給を行なうことができ、且つ、充放電装置の整流部を介して電力線の電力を蓄電部への充電に用いることもできる。

本発明に係る自立給電システムの更に別の特徴構成は、前記充放電装置が、インバータ部及び整流部を有する電力変換部と、前記蓄電部とを有し、前記電力系統から前記電力線に電力供給が行われているとき、前記インバータ部が、前記電力線における電力の潮流を前記第３接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で前記第３接続箇所を介して前記蓄電部への充電及び前記蓄電部からの放電を行う充放電モードでの動作を行い、前記電力系統から前記電力線に電力供給を行なえないとき、前記インバータ部が、前記蓄電部の電力を用いて前記第５接続箇所を介して前記電力線の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行うと共に、前記太陽光発電装置に対して接続される前記整流部が、前記太陽光発電装置の発電電力を前記蓄電部への充電に用いる充電モードでの動作を行う点にある。

上記特徴構成によれば、電力系統から電力線に電力供給が行われているとき、電力系統、太陽光発電装置、発電装置及び充放電装置から電力線に供給される電力を用いて電力消費装置を動作させることができ、且つ、電力系統、太陽光発電装置及び発電装置から供給される電力を用いて充放電装置への充電を行うこともできる。
加えて、電力系統から電力線に電力供給を行なえないとき、発電装置が運転しているか否かに関わらず、蓄電部を電力線の電圧源として機能させつつ、電力消費装置への電力の供給を行なうことができ、且つ、充放電装置の整流部を介して太陽光発電装置の発電電力を蓄電部への充電に用いることもできる。

本発明に係る自立給電システムの更に別の特徴構成は、
前記充放電装置が、第１電力変換部と前記蓄電部とを有し、
前記太陽光発電装置が、第２電力変換部と太陽光発電部とを有し、
前記充放電装置の前記蓄電部を前記第１電力変換部に接続する状態と、前記充放電装置の前記蓄電部を前記太陽光発電装置の前記第２電力変換部に接続する状態との間で切り換える切換スイッチを備え、
前記電力系統から前記電力線に電力供給が行われているとき、前記充放電装置の前記第１電力変換部は、前記充放電装置の前記蓄電部が前記第１電力変換部に接続されるように前記切換スイッチが切り換えられた状態で、前記電力線における電力の潮流を前記第３接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で前記第３接続箇所を介して前記蓄電部への充電及び前記蓄電部からの放電を行う充放電モードでの動作を行い、
前記電力系統から前記電力線に電力供給を行なえないとき、前記太陽光発電装置の前記第２電力変換部は、前記充放電装置の前記蓄電部が前記太陽光発電装置の前記第２電力変換部に接続されるように前記切換スイッチが切り換えられた状態で、前記蓄電部の電力を用いて前記第５接続箇所を介して前記電力線の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行う点にある。

上記特徴構成によれば、電力系統から電力線に電力供給が行われているとき、電力系統、太陽光発電装置、発電装置及び充放電装置から電力線に供給される電力を用いて電力消費装置を動作させることができ、且つ、太陽光発電装置及び発電装置から供給される電力を用いて充放電装置への充電を行うことができる。
加えて、電力系統から電力線に電力供給を行なえないとき、発電装置が運転しているか否かに関わらず、蓄電部を電力線の電圧源として機能させつつ、電力消費装置への電力の供給を行なうことができる。更に、第２電力変換部には太陽光発電部と蓄電部とが接続されているので、第２電力変換部が、太陽光発電部の発電電力を蓄電部へ充電させることもできる。

第１実施形態の自立給電システムの構成を示す図である。 第２実施形態の自立給電システムの構成を示す図である。 第３実施形態の自立給電システムの構成を示す図である。 第４実施形態の自立給電システムの構成を示す図である。 第５実施形態の自立給電システムの構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態の自立給電システムＳ１（Ｓ）について説明する。図１は、第１実施形態の自立給電システムＳ１の構成を示す図である。
図示するように、自立給電システムＳ１は、電力系統１に接続される電力線２と、発電装置４と、充放電装置５と、電力消費装置６とを備える。本実施形態では、自立給電システムＳ１が太陽光発電装置３を更に備える例を説明するが、太陽光発電装置３を備えないような自立給電システムを構築することもできる。後述するように、電力線２の途中（即ち、第５接続箇所Ｐ５）には切換スイッチ７が設けられている。この自立給電システムＳ１の動作を制御する制御装置Ｃは、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているか否かを検出可能である。そして、制御装置Ｃは、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているときと、電力系統１から電力線２に電力供給が行えないときとで、切換スイッチ７及び充放電装置５の動作を切り換えさせる。

太陽光発電装置３は、電力線２に対して第１接続箇所Ｐ１で接続される。発電装置４は、電力線２に対して第２接続箇所Ｐ２で接続される。充放電装置５は、電力線２に対して第３接続箇所Ｐ３で接続される。電力消費装置６は、電力線２に対して第４接続箇所Ｐ４で接続される。本実施形態では、電力線２の上流側に電力系統１への接続箇所が設けられ、電力線２に対する電力系統１の接続箇所から見て下流側に向かって第１接続箇所Ｐ１及び第２接続箇所Ｐ２及び第３接続箇所Ｐ３及び第４接続箇所Ｐ４がその並び順で設けられる。

太陽光発電装置３は、太陽光を受光して発電する太陽光発電部３ｂと、その太陽光発電部３ｂで発電した電力を所望の電力に変換して電力線２へと出力する電力変換部３ａとを有する。

発電装置４は、発電部４ｂと、その発電部４ｂで発電した電力を所望の電力に変換して出力する電力変換部４ａとを有する。発電部４ｂとしては、例えば燃料電池で発電を行う装置やエンジンによって駆動される発電機で発電を行う装置などの様々な装置を利用可能である。電力変換部４ａは、第２接続箇所Ｐ２の直ぐ上流側での電力の潮流を検出可能な電流トランス９の検出結果に基づいて、電力線２における電力の潮流を第２接続箇所Ｐ２から上流側に向かわせないという条件下で発電部４ｂに発電指令を与えて、発電装置４から電力系統１に出力される発電電力を制御している。つまり、本実施形態での発電部４ｂは、電力系統１への逆潮流が許容されていないような装置（例えば、太陽光発電装置以外の装置）を想定している。

充放電装置５は、蓄電部５ｂと、その蓄電部５ｂに蓄えられている電気を所望の電力に変換して電力系統１へ出力する放電動作及び電力系統１から電力を受け取って蓄電部５ｂに蓄える充電動作を行う電力変換部５ａとを有する。蓄電部５ｂは、蓄電池や電気二重層キャパシタなどの様々な装置を利用できる。また、電力変換部５ａは、蓄電部５ｂでの充放電動作を制御する役割も担っており、第３接続箇所Ｐ３の直ぐ上流側での電力の潮流を検出可能な電流トランス１０の検出結果に基づいて、電力線２における電力の潮流を第３接続箇所Ｐ３から上流側に向かわせないという条件下で充放電装置５から電力系統１に出力される放電電力を制御している。

更に、電力線２に対する発電装置４の第２接続箇所Ｐ２よりも上流側に、電力線２に対する充放電装置５の第５接続箇所Ｐ５が上記第３接続箇所Ｐ３とは別に設けられている。電力線２の第５接続箇所Ｐ５は切換スイッチ７で構成されている。切換スイッチ７は固定接点ｂの他に接点ａ及び接点ｃを有する。固定接点ｂは電力線２の第２接続箇所Ｐ２に対して電気的に接続され、接点ａは電力線２の第１接続箇所Ｐ１に対して電気的に接続され、接点ｃは充放電装置５の電力変換部５ａに対して給電線１１を介して電気的に接続される。そして、制御装置Ｃは、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているときと、電力系統１から電力線２に電力供給が行えないときとで、切換スイッチ７及び充放電装置５の動作を切り換えさせる。

具体的には、制御装置Ｃは、電力系統１から電力線２に電力供給が行なわれているか否かを、例えば電力系統１での電圧を検出することで判定する。そして、制御装置Ｃは、電力系統１から電力線２に電力供給が行われていると判定したとき、切換スイッチ７を接点ａと接点ｂとの間が接続されるように動作させ、充放電装置５に対して正常時用の動作モード（充放電モード）での動作を指令する。この充放電モードは、電力線２における電力の潮流を第３接続箇所Ｐ３から上流側に向かわせないという条件下で第３接続箇所Ｐ３を介して蓄電部５ｂへの充電及び蓄電部５ｂからの放電を行う運転モードである。
また、制御装置Ｃは、電力系統１から電力線２に電力供給を行なえないと判定したとき、切換スイッチ７を接点ｂと接点ｃとの間が接続されるように動作させ、充放電装置５に対して異常時用の動作モード（電圧制御モード）での動作を指令する。この電圧制御モードは、蓄電部５ｂの電力を用いて第５接続箇所Ｐ５を介して電力線２の電圧を設定電圧に制御する運転モードである。
以下に、充放電装置５が行う充放電モード及び電圧制御モードでの動作について説明する。

〔充放電モード〕
電力系統１から電力線２に電力供給が行われている電力系統１の正常時に、制御装置Ｃは、切換スイッチ７を接点ａと接点ｂとの間が接続されるように動作させる。その結果、電力線２での電力の電圧は、電力系統１から供給される電力の電圧になる。つまり、電力線２では、電力系統１が電圧源として機能する。加えて、充放電装置５は、制御装置Ｃからの指令に応じて、電力線２における電力の潮流を第３接続箇所Ｐ３から上流側に向かわせないという条件下で第３接続箇所Ｐ３を介して蓄電部５ｂへの充電及び蓄電部５ｂからの放電を行う充放電モードで動作する。例えば、発電装置４が定格運転をする場合、「電力消費装置６の電力負荷＞発電装置４の定格発電容量」であれば発電装置４の発電出力だけでは不足する分を充放電装置５が放電し、「電力消費装置６の電力負荷＜発電装置４の定格発電容量」であれば発電装置４の発電能力の余力分を充放電装置５が充電する。言い換えると、電力線２における電力の潮流が、第１接続箇所Ｐ１及び第２接続箇所Ｐ２から下流側の第３接続箇所Ｐ３へと向かうことは許容される。

このように、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているとき、電力系統１、太陽光発電装置３、発電装置４及び充放電装置５から電力線２に供給される電力を用いて電力消費装置６を動作させることができ、且つ、電力系統１、太陽光発電装置３及び発電装置４から供給される電力を用いて充放電装置５への充電を行うことができる。

〔電圧制御モード〕
電力系統１の事故や停電など、電力系統１から電力線２に電力供給が行えない電力系統１の異常時に、制御装置Ｃは、切換スイッチ７を接点ｂと接点ｃとの間が接続されるように動作させる。その結果、第５接続箇所Ｐ５（切換スイッチ７）を介して、充放電装置５の電力変換部５ａと電力線２との接続が確立される。また、太陽光発電装置３は電力線２から切り離される。そして、充放電装置５は、制御装置Ｃからの指令に応じて、蓄電部５ｂの電力を用いて第５接続箇所Ｐ５を介して電力線２の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードで動作する。例えば、切換スイッチ７の接点ｃには、給電線１１を介して充放電装置５の電力変換部５ａが接続されており、その充放電装置５の電力変換部５ａは、電力線２の電圧が設定電圧となるように蓄電部５ｂから第５接続箇所Ｐ５を介して電力線２へと放電する電力の電圧を制御する。このとき、電力線２には、電圧源として機能する充放電装置５の他に、発電装置４と電力消費装置６とが接続されており、発電装置４は、電力線２における電力の潮流を第２接続箇所Ｐ２から上流側に向かわせないように発電電力を制御している。

このように、電力系統１から電力線２に電力供給が行えないとき、充放電装置５が電力線２の電圧源として機能することで、電力線２に発電装置４を接続させて、発電装置４に電力線２での電力の電流制御を担わせることができる。従って、充放電装置５及び発電装置４から電力線２に供給される電力を用いて電力消費装置６を動作させることができる。尚、本実施形態では、充放電装置５の第５接続箇所Ｐ５が、太陽光発電装置３の第１接続箇所Ｐ１よりも下流側であり、且つ、電力線２に対する発電装置４の第２接続箇所Ｐ２よりも上流側に設けられている。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の自立給電システムＳ２（Ｓ）は、電力線２に対する充放電装置５の接続形態が第１実施形態と異なっている。以下に第２実施形態の自立給電システムＳ２の構成について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図２は、第２実施形態の自立給電システムＳ２の構成を示す図である。図２に示すように、電力線２に対する充放電装置５の第５接続箇所Ｐ５は、電力線２に対する太陽光発電装置３の第１接続箇所Ｐ１よりも上流側に設けられる。つまり、切換スイッチ７の固定接点ｂは電力線２の第１接続箇所Ｐ１に対して電気的に接続され、接点ａは電力系統１の接続箇所に対して電気的に接続され、接点ｃは給電線１１を介して充放電装置５の電力変換部５ａに対して電気的に接続される。

本実施形態でも、第１実施形態と同様に、制御装置Ｃは、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているとき、切換スイッチ７を接点ａと接点ｂとを接続する状態に切り換え、且つ、充放電装置５に対して正常時用の動作モード（充放電モード）での動作を指令する。そして、充放電装置５は、制御装置Ｃからの指令に応じて、電力線２における電力の潮流を第３接続箇所Ｐ３から上流側に向かわせないという条件下で第３接続箇所Ｐ３を介して蓄電部５ｂへの充電及び蓄電部５ｂからの放電を行う充放電モードで動作する。その結果、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているとき、電力系統１、太陽光発電装置３、発電装置４及び充放電装置５から電力線２に供給される電力を用いて電力消費装置６を動作させることができ、且つ、電力系統１、太陽光発電装置３及び発電装置４から供給される電力を用いて充放電装置５への充電を行うことができる。

これに対して、制御装置Ｃは、電力系統１から電力線２に電力供給を行なえないとき、切換スイッチ７を接点ｂと接点ｃとを接続する状態に切り換え、且つ、充放電装置５に対して異常時用の動作モード（電圧制御モード）での動作を指令する。そして、充放電装置５は、制御装置Ｃからの指令に応じて、第５接続箇所Ｐ５を介して電力線２の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードで動作する。その結果、電力系統１から電力線２に電力供給が行えないとき、充放電装置５を電力線２の電圧源として機能させることで、電力線２に発電装置４を接続させて、発電装置４に電力線２での電流制御を担わせることができる。従って、充放電装置５及び発電装置４から電力線２に供給される電力を用いて電力消費装置６を動作させることもできる。

更に、本実施形態では、電力線２に対する充放電装置５の第５接続箇所Ｐ５は、電力線２に対する太陽光発電装置３の第１接続箇所Ｐ１よりも上流側に設けられるので、切換スイッチ７を接点ｂと接点ｃとの間で接続させても、太陽光発電装置３は電力線２から切り離されることがない。従って、電力系統１の停電や事故などにより電力系統１から電力線２に電力供給が行えないとき、太陽光発電装置３の発電電力を用いて充放電装置５への充電を行うことができ、且つ、太陽光発電装置３から電力消費装置６に対して直接給電することも可能であるので、電力系統１の停電や事故などが長時間になっても電力消費装置６への電力供給を安定して継続できる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の自立給電システムＳ３（Ｓ）は、充放電装置５の構成が第１実施形態及び第２実施形態と異なっている。以下に第３実施形態の自立給電システムＳ３の構成について、図１に示した第１実施形態の自立給電システムを改変した例を説明するが、図２に示した第２実施形態を改変することもできる。

図３は、第３実施形態の自立給電システムＳ３の構成を示す図である。第３実施形態の自立給電システムＳ３において、充放電装置５は電力変換部５ａと蓄電部５ｂとを有する。この電力変換部５ａは、インバータ部５ａｉと整流部５ａｒとを有する。インバータ部５ａｉは、電力線２での電力を蓄電部５ｂへ充電する充電動作及び蓄電部５ｂでの電力を電力線２へ放電する放電動作を行うことができる双方向の電力変換回路である。切換スイッチ７の固定接点ｂは電力線２の第２接続箇所Ｐ２に対して電気的に接続され、接点ａは電力線２の第１接続箇所Ｐ１に対して電気的に接続され、接点ｃは充放電装置５の電力変換部５ａのインバータ部５ａｉに対して給電線１１を介して電気的に接続される。その結果、切換スイッチ７の接続状態に応じて、インバータ部５ａｉは、第３接続箇所Ｐ３及び第５接続箇所Ｐ５の何れか一方との間で電力のやり取りを行なうことができる。整流部５ａｒは第３接続箇所Ｐ３に接続されており、第３接続箇所Ｐ３における電力線２の電力を整流した上で蓄電部５ｂへ流すことができる。尚、電力系統１から電力線２に電力供給が行われている正常時には、整流部５ａｒには電流が流れず、停電時しか電気が流れないように構成されている。
以下に、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているときの自立給電システムＳ１の動作例と、電力系統１から電力線２に電力供給を行なえないときの自立給電システムＳ１の動作例とを説明する。

電力系統１から電力線２に電力供給が行われているとき、制御装置Ｃは、切換スイッチ７を接点ａと接点ｂとの間が接続される状態に切り換え、且つ、充放電装置５に対して正常時用の動作モード（充放電モード）での動作を指令する。そして、充放電装置５のインバータ部５ａｉは、制御装置Ｃからの指令に応じて、電力線２における電力の潮流を第３接続箇所Ｐ３から上流側に向かわせないという条件下で第３接続箇所Ｐ３を介して電力の充放電を行なう充放電モードで動作する。その結果、電力系統１、太陽光発電装置３、発電装置４及び充放電装置５から電力線２に供給される電力を用いて電力消費装置６を動作させることができ、且つ、電力系統１、太陽光発電装置３及び発電装置４から供給される電力を用いて充放電装置５への充電を行うこともできる。

これに対して、電力系統１から電力線２に電力供給が行えないとき、制御装置Ｃは、切換スイッチ７を接点ｂと接点ｃとが接続されるように動作させ、且つ、充放電装置５に対して異常時用の動作モード（電圧制御モード及び充電モード）での動作を指令する。切換スイッチ７の接点が切り換えられることで、第５接続箇所Ｐ５（切換スイッチ７）を介して、充放電装置５のインバータ部５ａｉと電力線２との接続が確立される。そして、充放電装置５のインバータ部５ａｉは、制御装置Ｃからの指令に応じて、第５接続箇所Ｐ５を介して電力線２の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードで動作し、加えて、充放電装置５の整流部５ａｒは、制御装置Ｃからの指令に応じて、第３接続箇所Ｐ３を介して電力線２の電力を蓄電部５ｂへの充電に用いる充電モードで動作する。その結果、発電装置４が運転しているか否かに関わらず、充放電装置５の蓄電部５ｂを電力線２の電圧源として機能させつつ、電力消費装置６へと電力の供給を行なうことができ、且つ、充放電装置５の整流部５ａｒを介して電力線２の電力を蓄電部５ｂへの充電に用いることもできる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態の自立給電システムＳ４（Ｓ）は、充放電装置５及び太陽光発電装置３の構成が第３実施形態と異なっている。以下に第４実施形態の自立給電システムＳ４の構成について説明するが、第３実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図４は、第４実施形態の自立給電システムＳ４の構成を示す図である。第４実施形態の自立給電システムＳ４においても、充放電装置５は、インバータ部５ａｉ及び整流部５ａｒを有する電力変換部５ａと蓄電部５ｂとを有する。本実施形態において、充放電装置５の整流部５ａｒは太陽光発電装置３の電力変換部３ａに対して給電線１２を介して接続されている。
以下に、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているときの自立給電システムＳ１の動作例と、電力系統１から電力線２に電力供給を行なえないときの自立給電システムＳ１の動作例とを説明する。

電力系統１から電力線２に電力供給が行われているとき、制御装置Ｃは、切換スイッチ７を接点ａと接点ｂとの間が接続される状態に切り換え、且つ、充放電装置５に対して正常時用の動作モード(充放電モード）での動作を指令し、及び、太陽光発電装置３に対して所定の動作モードでの動作を指令する。そして、充放電装置５のインバータ部５ａｉは、制御装置Ｃからの指令に応じて、電力線２における電力の潮流を第３接続箇所Ｐ３から上流側に向かわせないという条件下で第３接続箇所Ｐ３を介して蓄電部５ｂへの充電及び蓄電部５ｂからの放電を行う充放電モードで動作する。加えて、太陽光発電装置３の電力変換部３ａは、制御装置Ｃからの指令に応じて、太陽光発電装置３から例えば最大電力を電力線２に供給するように動作する。その結果、電力系統１、太陽光発電装置３、発電装置４及び充放電装置５から電力線２に供給される電力を用いて電力消費装置６を動作させることができ、且つ、電力系統１、太陽光発電装置３及び発電装置４から供給される電力を用いて充放電装置５への充電を行うこともできる。

これに対して、電力系統１から電力線２に電力供給を行なえないとき、制御装置Ｃは、切換スイッチ７を接点ｂと接点ｃとの間が接続される状態に切り換え、且つ、充放電装置５に対して異常時用の動作モード（電圧制御モード及び充電モード）での動作を指令し、及び、太陽光発電装置３に対して所定の動作モードでの動作を指令する。その結果、第５接続箇所Ｐ５（切換スイッチ７）を介して、充放電装置５のインバータ部５ａｉと電力線２との接続が確立される。そして、充放電装置５のインバータ部５ａｉは、制御装置Ｃからの指令に応じて、第５接続箇所Ｐ５を介して電力線２の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードで動作し、加えて、充放電装置５の整流部５ａｒは、制御装置Ｃからの指令に応じて、太陽光発電装置３の発電電力を蓄電部５ｂへの充電に用いる充電モードで動作する。つまり、太陽光発電装置３の電力変換部３ａは、電力系統１から電力線２に電力供給を行なえないとき（即ち、太陽光発電装置３の発電電力を電力線２に供給できないとき）、太陽光発電装置３の発電電力を充放電装置５の整流部５ａｒに供給する。尚、電力系統１から電力線２に電力供給が行われている正常時には、整流部５ａｒには電流が流れず、停電時しか電気が流れないように構成されている。その結果、発電装置４が運転しているか否かに関わらず、充放電装置５の蓄電部５ｂを電力線２の電圧源として機能させつつ、電力消費装置６へと電力の供給を行なうことができ、且つ、充放電装置５の整流部５ａｒを介して太陽光発電装置３の発電電力を蓄電部５ｂへの充電に用いることもできる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態の自立給電システムＳ５（Ｓ）は、充放電装置５の構成、太陽光発電装置３の構成及び切換スイッチの構成が第１実施形態と異なっている。以下に第５実施形態の自立給電システムＳ５の構成について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図５は、第５実施形態の自立給電システムＳ５の構成を示す図である。図５に示すように、充放電装置５は、蓄電部５ｂと、電力変換部（本発明の「第１電力変換部」に対応）５ａと、それら蓄電部５ｂ及び電力変換部５ａの間に設けられる切換スイッチ５ｃとを有する。充放電装置５の切換スイッチ５ｃは固定接点ｂの他に接点ａ及び接点ｃを有する。充放電装置５の切換スイッチ５ｃの固定接点ｂは蓄電部５ｂに対して電気的に接続され、接点ａは電力変換部５ａに対して電気的に接続され、接点ｃは太陽光発電装置３の電力変換部（本発明の「第２電力変換部」に対応）３ａに対して給電線１３を介して電気的に接続される。つまり、この切換スイッチ５ｃは、充放電装置５の蓄電部５ｂを電力変換部（本発明の「第１電力変換部」に相当）５ａに接続する状態と、充放電装置５の蓄電部５ｂを太陽光発電装置３の電力変換部（本発明の「第２電力変換部」に相当）３ａに接続する状態との間で切り換えることができる。
また、電力線２の途中に設けられる切換スイッチ７の固定接点ｂは電力線２の第２接続箇所Ｐ２及び第３接続箇所Ｐ３及び第４接続箇所Ｐ４に対して電気的に接続され、接点ａは電力線２の第１接続箇所Ｐ１に対して電気的に接続され、接点ｃは太陽光発電装置３の電力変換部３ａに対して給電線１４を介して電気的に接続される。
以下に、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているときの自立給電システムＳ１の動作例と、電力系統１から電力線２に電力供給を行なえないときの自立給電システムＳ１の動作例とを説明する。

電力系統１から電力線２に電力供給が行われているとき、制御装置Ｃは、切換スイッチ７を接点ａと接点ｂとの間が接続される状態に切り換え、且つ、充放電装置５に対して正常時での動作モード（充放電モード）での動作を指令し、及び、太陽光発電装置３に対して所定の動作モードでの動作を指令する。充放電装置５は、制御装置Ｃからの指令を受けると、充放電装置５の切換スイッチ５ｃを接点ａと接点ｂとが接続される状態にして、充放電装置５の蓄電部５ｂがその電力変換部５ａ及び第３接続箇所Ｐ３を介して電力線２に電気的に接続されるようにする。その結果、電力系統１から供給される電力を第１接続箇所Ｐ１、第２接続箇所Ｐ２、第３接続箇所Ｐ３及び第４接続箇所Ｐ４に流すことができる。加えて、充放電装置５の電力変換部５ａは、制御装置Ｃからの指令に応じて、電力線２における電力の潮流を第３接続箇所Ｐ３から上流側に向かわせないという条件下で第３接続箇所Ｐ３を介して蓄電部５ｂへの充電及び蓄電部５ｂからの放電を行う充放電モードでの動作を行う。太陽光発電装置３の電力変換部３ａは、制御装置Ｃからの指令に応じて、太陽光発電装置３から例えば最大電力を電力線２に供給するように動作する。

このように、電力系統１から電力線２に電力供給が行なわれているとき、太陽光発電装置３が第１接続箇所Ｐ１において電力線２に対して電気的に接続され、発電装置４が第２接続箇所Ｐ２において電力線２に対して電気的に接続され、充放電装置５が第３接続箇所Ｐ３において電力線２に対して電気的に接続され、電力消費装置６が第４接続箇所Ｐ４において電力線２に対して電気的に接続される。その結果、電力系統１から電力線２に電力供給が行われているとき、電力系統１、太陽光発電装置３、発電装置４及び充放電装置５から電力線２に供給される電力を用いて電力消費装置６を動作させることができ、且つ、電力系統１、太陽光発電装置３及び発電装置４から供給される電力を用いて充放電装置５への充電を行うことができる。

これに対して、電力系統１から電力線２に電力供給が行えないとき、制御装置Ｃは、切換スイッチ７を接点ｂと接点ｃとの間が接続される状態に切り換え、且つ、充放電装置５に対して所定の動作モードでの動作を指令し、及び、太陽光発電装置３に対して異常時の動作モード（電圧制御モード）での動作を指令する。充放電装置５は、制御装置Ｃからの指令を受けると、充放電装置５の切換スイッチ５ｃを接点ｂと接点ｃとが接続される状態にする。その結果、充放電装置５の蓄電部５ｂは給電線１３を介して太陽光発電装置３の電力変換部３ａに電気的に接続され、その太陽光発電装置３の電力変換部３ａは、給電線１４及び第５接続箇所Ｐ５（切換スイッチ７）を介して電力線２に対して電気的に接続されることになる。そして、太陽光発電装置３の電力変換部３ａは、制御装置Ｃからの指令に応じて、蓄電部５ｂの電力を用いて（又は、蓄電部５ｂの電力及び太陽光発電部３ｂの発電電力を用いて）第５接続箇所Ｐ５を介して電力線２の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行う。

このように、電力系統１から電力線２に電力供給を行なえないとき、太陽光発電装置３の太陽光発電部３ｂと充放電装置５の蓄電部５ｂとが太陽光発電装置３の電力変換部３ａを介して第５接続箇所Ｐ５において電力線２に対して電気的に接続され、発電装置４が第２接続箇所Ｐ２において電力線２に対して電気的に接続され、電力消費装置６が第４接続箇所Ｐ４において電力線２に対して電気的に接続される。その結果、充放電装置５の蓄電部５ｂ及び太陽光発電装置３の太陽光発電部３ｂを電力線２の電圧源として機能させることで、電力線２に発電装置４を接続させて、発電装置４に電流制御を担わせることができる。従って、充放電装置５及び太陽光発電装置３及び発電装置４から電力線２に供給される電力を用いて電力消費装置６を動作させることができる。更に、太陽光発電装置３の電力変換部３ａには太陽光発電部３ｂと充放電装置５の蓄電部５ｂとが接続されているので、その太陽光発電装置３の電力変換部３ａが、太陽光発電部３ｂの発電電力を蓄電部５ｂへ充電させることもできる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において説明した自立給電システムＳの構成は適宜変更可能である。例えば、太陽光発電装置３の電力変換部３ａ及び発電装置４の電力変換部４ａに対して、それらから直接電力供給を受けることができる電気コンセントを接続してもよい。具体的には、図１及び図３に例示した自立給電システムＳ１、Ｓ３では、電力系統１から電力線２に電力供給を行なえないとき、切換スイッチ７の接点ａが接点ｂから切り離されることで太陽光発電装置３が電力線２からも切り離される。このように、太陽光発電装置３の発電電力の出力先が切り離されるような場合であっても、太陽光発電装置３の電力変換部３ａに電気コンセントを接続しておくことで、太陽光発電装置３の発電作動を停止させることなく、電気コンセントから他の電力消費装置へと電力を供給できる。

＜２＞
上記実施形態では、制御装置Ｃが、電力系統１の正常又は異常（即ち、電力系統１から電力線２に電力供給を正常に行なえるか否か）を判定し、その判定結果に基づいて充放電装置５及び太陽光発電装置３などに動作モードの切り換えを指令する例を説明したが、本発明はこの例には限定されない。例えば、充放電装置５及び太陽光発電装置３が、電力系統１又は電力線２の電圧値を参照して電力系統１の正常又は異常を自身で判定し、制御装置Ｃからの指令によらずに上述した各動作を行ってもよい。

本発明は、電力系統に連系される電力線と、その電力線に対して接続される太陽光発電装置、発電装置、充放電装置及び電力消費装置とを備える自立給電システムに利用できる。

１ 電力系統
２ 電力線
３ 太陽光発電装置
３ａ 電力変換部（第２電力変換部）
３ｂ 太陽光発電部
４ 発電装置
５ 充放電装置
５ａ 電力変換部（第１電力変換部）
５ａｉ インバータ部
５ａｒ 整流部
５ｂ 蓄電部
５ｃ 切換スイッチ
６ 電力消費装置
Ｃ 制御装置
Ｐ１ 第１接続箇所
Ｐ２ 第２接続箇所
Ｐ３ 第３接続箇所
Ｐ４ 第４接続箇所
Ｐ５ 第５接続箇所
Ｓ（Ｓ１〜Ｓ５） 自立給電システム

Claims (5)

1. 電力系統に連系される電力線と、
   前記電力線に対して第２接続箇所で接続される発電装置と、
   前記電力線に対して第３接続箇所で接続される蓄電部を有する充放電装置と、
   前記電力線に対して第４接続箇所で接続される電力消費装置とを備える自立給電システムであって、
   前記電力線の上流側に前記電力系統への接続箇所が設けられ、前記電力線に対する前記電力系統の接続箇所から見て下流側に向かって前記第２接続箇所及び前記第３接続箇所及び前記第４接続箇所がその並び順で設けられ、
   前記電力線に対する前記発電装置の前記第２接続箇所よりも上流側に、前記電力線に対する前記充放電装置の第５接続箇所が別に設けられ、
   前記発電装置は、前記電力線における電力の潮流を前記第２接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で発電電力を制御し、
   前記充放電装置は、前記電力系統から前記電力線に電力供給が行われているとき、前記電力線における電力の潮流を前記第３接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で前記第３接続箇所を介して前記蓄電部への充電及び前記蓄電部からの放電を行う充放電モードでの動作を行い、前記電力系統から前記電力線に電力供給を行なえないとき、前記蓄電部の電力を用いて前記第５接続箇所を介して前記電力線の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行なう自立給電システム。
2. 前記電力線に対して第１接続箇所で接続される太陽光発電装置を備え、
   前記電力線に対する前記電力系統の接続箇所から見て下流側に向かって前記第１接続箇所及び前記第２接続箇所及び前記第３接続箇所及び前記第４接続箇所がその並び順で設けられる請求項１に記載の自立給電システム。
3. 前記充放電装置が、インバータ部及び整流部を有する電力変換部と、前記蓄電部とを有し、
   前記電力系統から前記電力線に電力供給が行われているとき、前記インバータ部が、前記電力線における電力の潮流を前記第３接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で前記第３接続箇所を介して前記蓄電部への充電及び前記蓄電部からの放電を行う充放電モードでの動作を行い、
   前記電力系統から前記電力線に電力供給を行なえないとき、前記インバータ部が、前記蓄電部の電力を用いて前記第５接続箇所を介して前記電力線の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行うと共に、前記電力線に接続される前記整流部が、前記電力線の電力を前記蓄電部への充電に用いる充電モードでの動作を行う請求項１又は２に記載の自立給電システム。
4. 前記充放電装置が、インバータ部及び整流部を有する電力変換部と、前記蓄電部とを有し、
   前記電力系統から前記電力線に電力供給が行われているとき、前記インバータ部が、前記電力線における電力の潮流を前記第３接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で前記第３接続箇所を介して前記蓄電部への充電及び前記蓄電部からの放電を行う充放電モードでの動作を行い、
   前記電力系統から前記電力線に電力供給を行なえないとき、前記インバータ部が、前記蓄電部の電力を用いて前記第５接続箇所を介して前記電力線の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行うと共に、前記太陽光発電装置に対して接続される前記整流部が、前記太陽光発電装置の発電電力を前記蓄電部への充電に用いる充電モードでの動作を行う請求項２に記載の自立給電システム。
5. 前記充放電装置が、第１電力変換部と前記蓄電部とを有し、
   前記太陽光発電装置が、第２電力変換部と太陽光発電部とを有し、
   前記充放電装置の前記蓄電部を前記第１電力変換部に接続する状態と、前記充放電装置の前記蓄電部を前記太陽光発電装置の前記第２電力変換部に接続する状態との間で切り換える切換スイッチを備え、
   前記電力系統から前記電力線に電力供給が行われているとき、前記充放電装置の前記第１電力変換部は、前記充放電装置の前記蓄電部が前記第１電力変換部に接続されるように前記切換スイッチが切り換えられた状態で、前記電力線における電力の潮流を前記第３接続箇所から上流側に向かわせないという条件下で前記第３接続箇所を介して前記蓄電部への充電及び前記蓄電部からの放電を行う充放電モードでの動作を行い、
   前記電力系統から前記電力線に電力供給を行なえないとき、前記太陽光発電装置の前記第２電力変換部は、前記充放電装置の前記蓄電部が前記太陽光発電装置の前記第２電力変換部に接続されるように前記切換スイッチが切り換えられた状態で、前記蓄電部の電力を用いて前記第５接続箇所を介して前記電力線の電圧を設定電圧に制御する電圧制御モードでの動作を行う請求項２に記載の自立給電システム。

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