JP5858529B2 - 電力供給システム、および充放電ユニット - Google Patents

Description

本発明は、電力供給システム、および充放電ユニットに関するものである。

従来、太陽光発電装置による発電電力を商用電源と組み合わせ、さらに蓄電池を充電して、商用電源、太陽光発電、蓄電池から機器へ電力を供給する電力供給システムがある（例えば、特許文献１）。

一般に、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナは、商用電源と協調して電力供給を行う系統連系運転と、商用電源と協調することなく電力供給を行う自立運転とを切替可能に構成されている。そして、パワーコンディショナは、自立運転を行う場合、商用電源が接続した系統連系運転専用の出力が遮断され、自立コンセント等の自立運転専用の出力（自立運転出力部）からのみ交流電力を出力する。

しかしながら、このパワーコンディショナの自立運転出力部を用いて、太陽光発電装置による発電電力を蓄電して利用できるシステムがなかった。したがって、近年普及している太陽光発電装置を用いた電力供給システムでは、例えば停電時、地震発生時等のように、商用電源からの電力供給が困難な非常時において、パワーコンディショナの自立運転出力部から蓄電することができなかった。

そこで、太陽光発電装置を接続したパワーコンディショナの自立運転出力部から蓄電することができ、商用電源からの電力供給が困難な非常時における充電手段を確保した電力供給システムが提案された。

特開２０１１−１５５０１号公報

しかしながら、上述のように、太陽光発電装置を非常用の電力供給源として用いる従来システムは、商用電源の長期停電などの非常時における電力供給システムとしては、下記のような問題があった。

まず、曇天時、夜間等は、太陽光発電装置の発電量が低下するので、電力供給能力が低下してしまう。また、太陽光発電装置が故障等によって停止した場合には、電力供給が不可能になる。

さらに、蓄電池を充放電させるための充放電ユニットは、商用電源の系統を接続する入力部以外に、パワーコンディショナの自立運転出力部に接続される入力部（自立運転専用の入力）を備えている。しかしながら、充放電ユニットは、自立運転専用の入力を１系統しか備えていない。したがって、この自立運転専用の入力に、太陽光発電装置だけでなく、燃料電池、風力発電装置等の他の分散電源を並列接続すると、分散電源間の電圧差によって逆流が発生し、破壊、感電等の危険な事態が懸念される。

すなわち、充放電ユニットは、商用電源の系統電力以外からの充電用端子として、太陽光発電装置から電力供給される１系統の自立運転専用の入力しか有しておらず、商用電源が停電し、且つ太陽光発電装置から電力が供給されない場合には、蓄電が不可能となる。また、自立運転専用の入力は、太陽光発電装置の出力に合わせて設計されているため、その入力仕様は、ＡＣ１００Ｖ、１．５ＫＷ程度に限定されている。而して、自立運転専用の入力に複数の分散電源を電力供給源として接続することは逆流、破壊、感電等の虞があるため禁止とする必要がある。

また、非常時の電源として一般的なポータブル発電機は、燃料補給、メンテナンスなどに時間を要することから、その連続動作時間に制限がある。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、商用電源の停電時に用いる電力供給源として複数の分散電源を用いて、停電時における電力供給能力の向上を図ることができる電力供給システム、および充放電ユニットを提供することにある。

本発明の電力供給システムは、分散電源を具備して交流を出力する複数の分散電源ユニットと、電気エネルギーを蓄積する蓄電池ユニットと、前記分散電源ユニットの各交流出力が入力されて前記蓄電池ユニットを充電し、前記蓄電池ユニットの蓄電電力を交流に変換して機器へ供給する充放電ユニットとを備え、前記充放電ユニットは、前記複数の分散電源ユニットの各交流出力をそれぞれ整流する複数の整流回路と、前記複数の整流回路の各整流出力にそれぞれ接続し、前記整流回路の整流出力を所定の直流に変換して出力する複数の力率改善回路を具備する力率改善ユニットと、前記複数の力率改善回路の出力経路にそれぞれ介挿された複数のダイオードからなり、前記出力経路から前記力率改善回路に流れる電流を阻止する逆流防止回路と、前記逆流防止回路を介して供給される前記力率改善回路の直流出力を用いて前記蓄電池ユニットを充電する充電回路とを備えることを特徴とする。

本発明の充放電ユニットは、分散電源を具備して交流を出力する複数の分散電源ユニットの各交流出力が入力されて蓄電池ユニットを充電し、前記蓄電池ユニットの蓄電電力を交流に変換して機器へ供給する充放電ユニットであって、前記複数の分散電源ユニットの各交流出力をそれぞれ整流する複数の整流回路と、前記複数の整流回路の各整流出力にそれぞれ接続し、前記整流回路の整流出力を所定の直流に変換して出力する複数の力率改善回路を具備する力率改善ユニットと、前記複数の力率改善回路の出力経路にそれぞれ介挿された複数のダイオードからなり、前記出力経路から前記力率改善回路に流れる電流を阻止する逆流防止回路と、前記逆流防止回路を介して供給される前記力率改善回路の直流出力を用いて前記蓄電池ユニットを充電する充電回路とを備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明では、商用電源の停電時に用いる電力供給源として複数の分散電源を用いて、停電時における電力供給能力の向上を図ることができるという効果がある。

実施形態の電力供給システムの構成を示すブロック図である。 同上の充放電ユニットの構成の構成を示す回路図である。 同上の直流変換部の構成を示す回路図である。 同上の直流変換部の別の構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態の電力供給システムは、図１に示す構成を備えており、電力会社から電力を供給されている各需要家において用いられる。本システムは、連携盤１１、分散電源ユニット１２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）、蓄電池ユニット１３、充放電ユニット１４、電力計測ユニット１５、切替ボックス１６、情報モニタ端末１７、システムリモコン２０を主構成として備える。

連携盤１１は、集合住宅の各住戸、戸建て住宅、工場、事務所等の需要家内に引き込まれた単相３線式２００Ｖ／１００Ｖの幹線電路Ｗａ１が接続され、電力会社の商用電源ＰＳから幹線電路Ｗａ１を介して商用電力が供給される。そして、連携盤１１は、図示しない主電源ブレーカ、分岐ブレーカ、太陽光発電用ブレーカ等が収納されており、幹線電路Ｗａ１は、主電源ブレーカ、分岐ブレーカを介して複数の分岐電路Ｗａ２に分岐する。ある分岐電路Ｗａ２には、照明機器、空調機器、家電機器等の機器Ｋ１が接続されており、これらの機器Ｋ１へ交流電力を供給する。

分散電源ユニット１２Ａは、太陽電池１２１と、パワーコンディショナ１２２とで太陽光発電装置を構成する。太陽光によって太陽電池１２１が発電した直流電力は、パワーコンディショナ１２２に供給され、パワーコンディショナ１２２によって交流電力に変換される。パワーコンディショナ１２２の交流出力は、連携盤１１内で幹線電路Ｗａ１に接続され、パワーコンディショナ１２２は、その交流出力を、商用電源ＰＳが供給する商用電力に協調させる系統連系運転機能を有する。そして、パワーコンディショナ１２２が出力する交流電力は、連携盤１１によって分岐電路Ｗａ２へ供給される。パワーコンディショナ１２２が出力する交流電力のうち、消費されなかった余剰分は、幹線電路Ｗａ１を介して商用電源ＰＳへ逆潮流（売電）する。

分散電源ユニット１２Ｂは、燃料電池１２３を備え、燃料電池１２３は、燃料電池本体で発電した直流電力を交流電力に変換する。燃料電池１２３の交流出力は、連携盤１１内で分岐電路Ｗａ２に接続され、燃料電池１２３は、その交流出力を、商用電源ＰＳが供給する商用電力に協調させる系統連系運転機能を有する。

分散電源ユニット１２Ｃは、ガス、軽油等を燃料とするポータブル発電機１２４を備え、交流電力を発生する。

さらに、本システムは、蓄電池ユニット１３と、充放電ユニット１４とで構成される蓄電装置を備える。蓄電池ユニット１３は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池で構成され、充放電ユニット１４によって充放電制御がなされる。

充放電ユニット１４は、連携盤１１の分岐ブレーカに分岐電路Ｗａ２経由で接続しており、連携盤１１を介して供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池ユニット１３を充電する。また、充放電ユニット１４は、蓄電池ユニット１３に蓄えられている直流電力を交流電力に変換し、分岐電路Ｗａ２を介して、機器Ｋ１および後述の機器Ｋ２へ供給する。すなわち、充放電ユニット１４は、ＡＣ／ＤＣ変換機能とＤＣ／ＡＣ変換機能との両方を有する双方向電力変換部で構成される。なお、充放電ユニット１４は、その交流出力を、商用電源ＰＳが供給する商用電力に協調させる系統連系運転機能を有する。

図２は、充放電ユニット１４の回路構成を示し、端子台１４ａ、フィルタ部１４ｂ、昇降圧部１４ｃ、コンデンサブロック１４ｄ、交直変換部１４ｅ、リアクトル１４ｆ、連系部１４ｇ、連系端子台１４ｈ、直流変換部１４ｉ、自立コンセント１４ｊを備える。

蓄電池ユニット１３は、端子台１４ａの蓄電池接続部１４０に接続し、フィルタ部１４ｂを介して昇降圧部１４ｃに接続される。なお、端子台１４ａは、温度ヒューズ等による加熱保護機能を有する。また、フィルタ部１４ｂは、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズに対するノイズフィルタとしての機能を有する。

昇降圧部１４ｃでは、ヒューズＦ１、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１の直列回路が、蓄電池ユニット１３の正極側に接続され、さらにスイッチング素子Ｑ２が、ヒューズＦ１およびインダクタＬ１を介してフィルタ部１４ｂの一端間に接続している。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ逆並列接続している。

そして、制御回路Ｍ１が、スイッチング素子Ｑ１をオン状態に維持し、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフ制御することによって、昇降圧部１４ｃは昇圧チョッパとして動作する。すなわち、蓄電池ユニット１３の直流電圧が昇圧されて、コンデンサブロック１４ｄに出力される。コンデンサブロック１４ｄは、１乃至複数の平滑用コンデンサＣ１で構成されており、昇降圧部１４ｃの出力電圧を平滑する。

また、制御回路Ｍ１が、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御し、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態に維持することによって、昇降圧部１４ｃは降圧チョッパとして動作する。すなわち、平滑用コンデンサＣ１の両端電圧が降圧されて、フィルタ部１４ｂおよび端子台１４ａを介して蓄電池ユニット１３に出力され、蓄電池ユニット１３が充電される。すなわち、降圧チョッパとして動作する昇降圧部１４ｃおよびコンデンサブロック１４ｄが、本発明の充電回路Ｊ（図１参照）として動作する。

交直変換部１４ｅは、直列接続したスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２と直列接続したスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４との並列回路が、平滑用コンデンサＣ１の両端間に接続されている。そして、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４の各々は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４が逆並列接続されている。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２およびスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の各接続中点は、リアクトル１４ｆを介して、連系部１４ｇに接続している。

そして、制御回路Ｍ２が、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４とスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３とを交互にオン・オフ駆動することによって、交直変換部１４ｅは、リアクトル１４ｆ側を出力とするＤＣ／ＡＣインバータとして動作する。この場合、交直変換部１４ｅは、平滑用コンデンサＣ１の直流電圧を交流電圧に変換して出力する。

また、制御回路Ｍ２が、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４をオフ状態に維持することによって、交直変換部１４ｅは、コンデンサブロック１４ｄ側を出力とする整流回路として動作する。この場合、交直変換部１４ｅは、分岐電路Ｗａ２から連系部１４ｇおよびリアクトル１４ｆを介して供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力する。

次に、連系端子台１４ｈは、分岐電路Ｗａ２が接続され、分岐電路Ｗａ２は、連系端子台１４ｈを介して連系部１４ｇに接続する。分岐電路Ｗａ２は、単相３線式２００Ｖの形態で構成されており、一対の電圧線と１本の中性線とが、連系端子台１４ｈに接続される。連系端子台１４ｈは、温度ヒューズ等による加熱保護機能を有する。

連系部１４ｇにおいて、各線間にはバリスタ等の電圧保護素子ＶＲ１〜ＶＲ３が接続され、一方の電圧線と中性線にはヒューズＦ２，Ｆ３が介挿されている。また、中性線は、電圧保護素子ＶＲ４およびインダクタＬ２を介して接地されている。

また、連系部１４ｇは、解列リレーＹ１、連系リレーＹ２、自立リレーＹ３、ノイズフィルタＮＦ１を備える。連系端子台１４ｈからの一対の電圧線は、直列接続された解列リレーＹ１、連系リレーＹ２、ノイズフィルタＮＦ１を介して、リアクトル部１４ｆの一端に接続する。リアクトル部１４ｆの他端は、交直変換部１４ｅのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２およびスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の各接続中点に接続している。

自立リレーＹ３は、連系リレーＹ２に並列接続しており、ノイズフィルタＮＦ１、自立リレーＹ３、自立コンセント１４ｊが直列接続している。

ノイズフィルタＮＦ１は、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズに対するノイズフィルタとしての機能を有する。

上記構成を備える充放電ユニット１４は、交直変換部１４ｅが整流回路として動作し、昇降圧部１４ｃが降圧チョッパとして動作することによって、分岐電路Ｗａ２から供給される交流電力を直流電力に変換して、蓄電池ユニット１３を充電する。また、充放電ユニット１４は、昇降圧部１４ｃが昇圧チョッパとして動作し、交直変換部１４ｅがＤＣ／ＡＣインバータとして動作することによって、蓄電池ユニット１３の直流電力を交流電力に変換する。

電力計測ユニット１５は、連携盤１１内の３つの電力を測定している。１つ目は、商用電源ＰＳおよびパワーコンディショナ１２２から主電源ブレーカを介して供給される交流電力である。２つ目は、パワーコンディショナ１２２が出力する交流電力である。３つ目は、分岐電路Ｗａ２から充放電ユニット１４に供給される蓄電池ユニット１３の充電電力である。電力計測ユニット１５は、上記各箇所における電力測定データを、無線信号で情報モニタ端末１７へ送信し、情報モニタ端末１７は、上記各箇所における電力の測定結果を表示する。

さらに、電力計測ユニット１５は、上記各箇所における電力測定データに基づいて、商用電源ＰＳが商用電力を供給している通常時と、商用電源ＰＳから商用電力の供給が停止している停電時との判別を行う。そして、電力計測ユニット１５は、この判別結果（停電判別情報）を信号線Ｗｓを介して充放電ユニット１４へ送信する。充放電ユニット１４は、受信した停電判別情報に基づいて、通常時／停電時を認識することができる。さらに充放電ユニット１４は、停電判別情報を、信号線Ｗｓを介してパワーコンディショナ１２２、燃料電池１２３へ送信し、パワーコンディショナ１２２、燃料電池１２３は、通常時／停電時を認識して、系統連系運転と自立運転とを切り替えることができる。

まず、商用電源ＰＳが商用電力を供給している通常時における各動作について説明する。

パワーコンディショナ１２２は、通常時において、図示しない連系リレーをオン（導通）し、太陽電池１２１の発電電力から生成した交流電力を、連系出力部１２２ａから連携盤１１へ出力し、連携盤１１において分岐電路Ｗａ２へ供給される。すなわち、パワーコンディショナ１２２は、通常時において、連携盤１１を介して交流電力を供給する。この場合、パワーコンディショナ１２２に設けた自立コンセント１２２ｂには、太陽電池１２１の発電電力から生成した交流電力が供給されていない。なお、連系出力部１２２ａが、系統連系運転専用の出力であり、自立コンセント１２２ｂが、自立運転専用の出力である。

また、燃料電池１２３は、通常時において、図示しない連系リレーをオン（導通）し、燃料電池本体の発電電力から生成した交流電力を、連系出力部１２３ａから連携盤１１へ出力し、連携盤１１において分岐電路Ｗａ２へ供給される。すなわち、燃料電池１２３は、通常時において、連携盤１１を介して交流電力を供給する。この場合、燃料電池１２３に設けた自立コンセント１２３ｂには交流電力が供給されていない。なお、連系出力部１２３ａが、系統連系運転専用の出力であり、自立コンセント１２３ｂが、自立運転専用の出力である。

充放電ユニット１４は、通常時において、解列リレーＹ１および連系リレーＹ２をオン（導通）、自立リレーＹ３をオフ（遮断）し、分岐電路Ｗａ２から供給される交流電力を直流電力に変換して、蓄電池ユニット１３を充電する。

すなわち、通常時において、機器Ｋ１の動作電力、および蓄電池ユニット１３の充電電力は、商用電源ＰＳおよび分散電源ユニット１２Ａ，１２Ｂから連携盤１１を介して供給される。なお、分散電源ユニット１２Ａが出力する交流電力のうち、機器Ｋ１の動作電力および蓄電池ユニット１３の充電電力として消費されなかった余剰分は、幹線電路Ｗａ１を介して商用電源ＰＳへ逆潮流（売電）する。

また、特定の分岐電路Ｗａ２は、通常時において、切替ボックス１６を介して交流電路Ｗａ５に接続している。切替ボックス１６は、交流電路Ｗａ５の接続先を分岐電路Ｗａ２または後述の交流電路Ｗａ４に切り替えるスイッチ手段を備えており、通常時においては、交流電路Ｗａ５の接続先を分岐電路Ｗａ２に切り替えている。したがって、通常時において、交流電路Ｗａ５に接続している機器Ｋ２の動作電力は、商用電源ＰＳおよび分散電源ユニット１２Ａ，１２Ｂから供給される。

次に、商用電源ＰＳが商用電力を供給停止した停電時における動作について説明する。

停電時において、パワーコンディショナ１２２が図示しない連系リレーをオフ（遮断）することによって、太陽電池１２１の発電電力から生成された交流電力は、連系出力部１２２ａから出力されなくなる。また、停電時において、燃料電池１２３が図示しない連系リレーをオフ（遮断）することによって、燃料電池本体の発電電力から生成された交流電力は、連系出力部１２３ａから出力されなくなる。すなわち、連携盤１１は、商用電源ＰＳだけでなく、分散電源ユニット１２Ａ，１２Ｂからの電力供給も停止する。したがって、機器Ｋ１には動作電力が供給されなくなり、蓄電池ユニット１３の充電電力は連携盤１１を介して供給されなくなる。

そして、充放電ユニット１４は、停電時において、解列リレーＹ１および連系リレーＹ２をオフ、自立リレーＹ３をオンする。さらに充放電ユニット１４は、蓄電池ユニット１３に蓄えられている直流電力を交流電力に変換し、自立リレーＹ３を介して自立コンセント１４ｊに交流電力を供給する。

自立コンセント１４ｊは、交流電路Ｗａ４を介して切替ボックス１６に接続している。切替ボックス１６は、停電時において、交流電路Ｗａ５の接続先を交流電路Ｗａ４に切り替える。したがって、停電時において、交流電路Ｗａ５に接続している機器Ｋ２の動作電力は、蓄電池ユニット１３から充放電ユニット１４を介して供給される。ここで、機器Ｋ２は、停電時においても動作させたい機器であり、例えば照明機器、空調機器、冷蔵庫等が挙げられる。

しかしながら、商用電源ＰＳの停電中における電力供給を安定させるためには、蓄電池ユニット１３の蓄電電力を随時充電する必要がある。そこで、本システムでは、分散電源ユニット１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの発電電力を併用して、蓄電池ユニット１３を充電する。

まず、パワーコンディショナ１２２は、停電時において、自己に設けている自立コンセント１２２ｂから、太陽電池１２１の発電電力から生成した交流電力を供給する。すなわち、パワーコンディショナ１２２は、停電時において自立運転を行う。なお、停電時に自動で自立運転に切り替わる構成、または停電時にユーザの手動操作によって自立運転に切り替わる構成のいずれであってもよい。

さらに、燃料電池１２３は、停電時において、自己に設けている自立コンセント１２３ｂから、燃料電池本体の発電電力から生成した交流電力を供給する。すなわち、燃料電池１２３は、停電時において自立運転を行う。なお、停電時に自動で自立運転に切り替わる構成、または停電時にユーザの手動操作によって自立運転に切り替わる構成のいずれであってもよい。

そして、充放電ユニット１４の端子台１４ａの分散電源接続部１４１には、パワーコンディショナ１２２の自立コンセント１２２ｂが交流電路Ｗａ３Ａを介して接続される。また、充放電ユニット１４の端子台１４ａの分散電源接続部１４２には、燃料電池１２３の自立コンセント１２３ｂが交流電路Ｗａ３Ｂを介して接続される。また、充放電ユニット１４の端子台１４ａの分散電源接続部１４３には、ポータブル発電機１２４の出力が交流電路Ｗａ３Ｃを介して接続される。充放電ユニット１４において、分散電源接続部１４１〜１４３は、自立運転専用の入力であり、直流変換部１４ｉに接続している。

直流変換部１４ｉは、整流回路ＤＢ１〜ＤＢ３、力率改善ユニットＰＦ、逆流防止回路ＤＵを備えており、図３に具体回路を示す。

整流回路ＤＢ１〜ＤＢ３は、ダイオードをフルブリッジ接続した全波整流回路で構成されており、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃが出力する各交流をそれぞれ全波整流する。

力率改善ユニットＰＦは、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３を備えており、整流回路ＤＢ１〜ＤＢ３の各整流出力は、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３にそれぞれ入力される。力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３は、整流回路ＤＢ１〜ＤＢ３の各出力端間に接続したインダクタＬ３とスイッチング素子Ｑ３との直列回路を備え、スイッチング素子Ｑ３にはダイオードＤ３が逆並列接続されている。そして、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３の各出力（スイッチング素子Ｑ３の両端）は、逆流防止回路ＤＵに接続される。

逆流防止回路ＤＵは、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３の正出力にそれぞれ順方向接続されたダイオードＤ２１〜Ｄ２３で構成される。そして、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３の各出力端間には、ダイオードＤ２１〜Ｄ２３を介してコンデンサＣ１が接続されている。

すなわち、分散電源ユニット１２Ａが自立コンセント１２２ｂから出力する交流電力は、分散電源接続部１４１、整流回路ＤＢ１、力率改善回路ＰＦ１、ダイオードＤ２１を介して、コンデンサＣ１に供給される。また、分散電源ユニット１２Ｂが自立コンセント１２３ｂから出力する交流電力は、分散電源接続部１４２、整流回路ＤＢ２、力率改善回路ＰＦ２、ダイオードＤ２２を介して、コンデンサＣ１に供給される。また、分散電源ユニット１２Ｃが出力する交流電力は、分散電源接続部１４３、整流回路ＤＢ３、力率改善回路ＰＦ３、ダイオードＤ２３を介して、コンデンサＣ１に供給される。

そして、直流変換部１４ｉは、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３の各スイッチング素子Ｑ３をそれぞれスイッチング制御する図示しない制御回路を備えており、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３は、それぞれのスイッチング素子Ｑ３をオン・オフ駆動される。そして、スイッチング素子Ｑ３のオン時にはインダクタＬ３に磁気エネルギーが蓄積され、スイッチング素子Ｑ３のオフ時に放出されるインダクタＬ３の磁気エネルギーが、ダイオードＤ２１〜Ｄ２３を介して、コンデンサＣ１に供給される。而して、コンデンサＣ１の両端間には、整流回路ＤＢ１〜ＤＢ３の各整流電圧が昇圧されて印加される。この昇圧動作によって、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃから供給される各交流電力の力率がそれぞれ改善される。

このような図３に示す直流変換部１４ｉは、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃのそれぞれから供給される交流電力を用いてコンデンサＣ１を充電することができる。すなわち、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３の出力の和がコンデンサＣ１に出力される。そして、昇降圧部１４ｃを降圧チョッパとして動作させることによって、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃからの各供給電力を用いて、蓄電池ユニット１３を充電することができる。

このように、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃ毎に設けた力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３によって、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃから供給される各交流電力の力率が改善される。さらに、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３によって、分散電源接続部１４１〜１４３に入力可能な電力範囲が拡大される。したがって、蓄電池充電手段として接続可能な分散電源ユニットの出力電力範囲を広くすることができる。このことから、蓄電池充電手段を太陽光発電装置に限定する必要がなくなり、ＡＣ２００Ｖ出力の燃料電池やポータブル発電機、他の蓄電池など様々な分散電源を蓄電池充電手段として用いることができる。

また、力率改善回路ＰＦ１〜ＰＦ３の各出力には、逆流防止用のダイオードＤ２１〜Ｄ２３が接続されている。したがって、複数の分散電源を蓄電池充電手段として１台の充放電ユニット１４に接続した場合でも、逆流、破壊、感電等を防止することができる。したがって、各分散電源の欠点（環境変化による発電能力の低下、燃料補給およびメンテナンスなどによる連続動作時間の制限、小出力等）を互いに補い合い、安定した電力供給を実現することができる。

すなわち、商用電源ＰＳの停電時に用いる電力供給源として複数の分散電源を用いて、停電時における電力供給能力の向上を図ることができる。

また、停電時における機器Ｋ２の稼働状況に応じて、交直変換部１４ｅをＤＣ／ＡＣインバータとして動作させることによって、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃからの供給電力を用いて、機器Ｋ２へ交流電力を供給することもできる。

また、充放電ユニット１４は、停電時にも動作させたい機器Ｋ２に交流電力を供給するための自立コンセント１４ｊを備えており、停電時において、連携盤１１を経由することなく、機器Ｋ２へ動作電力を供給することができる。なお、自立コンセント１４ｊは、プラグの栓刃が接続されるコンセントの形態、端子が接続される端子台の形態のいずれであってもよい。

また、機器Ｋ２に供給される電力は、切替ボックス１６によって、通常時には連携盤１１経由で供給され、停電時には充放電ユニット１４の自立コンセント１４ｊから供給されるので、機器Ｋ２へ動作電力を常時供給することができる。切替ボックス１６の切替動作は、停電時に自動切替を行う自動切替手段（図示なし）を備える構成、ユーザが手動切替する手動操作手段（図示なし）を備える構成のいずれであってもよい。なお、自動切替手段は、例えばリレー等を用いて構成される。

また、切替ボックス１６に接続した交流電路Ｗａ５は、停電時にも動作させたい機器Ｋ２の専用配線であり、充放電ユニット１４の自立コンセント１４ｊの出力容量は、蓄電池ユニット１３の容量等によって上限が設定されている。すなわち、１系統の交流電路Ｗａ５に接続可能な１乃至複数の機器Ｋ２は、その使用電力の和が、自立コンセント１４ｊの出力容量より小さいことが条件となる。

そこで、蓄電池ユニット１３と充放電ユニット１４とのペアを複数組備えて、複数系統の交流電路Ｗａ５を設けてもよい。そして、複数の交流電路Ｗａ５のそれぞれを、機器Ｋ２の種類毎に専用系統とし、例えば空調機器の専用系統、冷蔵庫の専用系統、照明機器の専用系統とする。したがって、自立コンセント１４ｊに出力容量の上限が設定されている場合であっても、多くの機器Ｋ２を停電時にも動作させることができる。

また、停電時において、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃから供給される交流電力を、複数の充放電ユニット１４のそれぞれに配分することによって、充放電ユニット１４のそれぞれに接続した蓄電池ユニット１３を個別に充電する。そこで、交流電路Ｗａ５毎に接続している機器Ｋ２の運用パターンを学習、または予め設定しておく。そして、停電時において、複数の充放電ユニット１４のそれぞれの蓄電池ユニット１３の残容量と機器Ｋ２の運用パターンとに基づいて、交流電路Ｗａ５毎の機器Ｋ２への電力供給可能時間を算出する。そして、この算出結果に応じて、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃの各交流出力の配分比率を決定し、交流電路Ｗａ５毎の蓄電池ユニット１３を充電する。したがって、停電時において分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃから供給される交流電力を、蓄電池ユニット１３の残容量と機器Ｋ２の運用パターンとに基づいて、交流電路Ｗａ５の系統毎に効率よく配分できる。

この配分比率の決定手段は、システム内の各装置、機器との間で有線通信または無線通信を行うことによって、各装置、機器を監視・制御する機能を有するシステムリモコン２０に設けられる。

また、電力計測ユニット１５および情報モニタ端末１７も機器Ｋ２の１つであり、交流電路Ｗａ５から動作電力を供給されている。したがって、情報モニタ端末１７は、電力計測ユニット１５から受信した停電判別情報に基づいて、停電が発生したことを表示して、ユーザに停電発生を報知する。

また、充放電ユニット１４は、停電時において、自立コンセント１４ｊから機器Ｋ２へ交流電力を供給する際に、交流電路Ｗａ４，Ｗａ５、切替ボックス１６、機器Ｋ２からなる出力電路の短絡・漏電の異常検出部を有してもよい。例えば、切替ボックス１６が、交流電路Ｗａ５の接続先を交流電路Ｗａ４に切り替えた後、充放電ユニット１４は、交流出力を制限して、低電流の交流電力を自立コンセント１４ｊから出力し、そのときの出力電圧を測定する。そして、充放電ユニット１４は、測定した出力電圧が所定電圧以上であれば、出力電路に短絡・漏電の異常が発生していないと判断して出力制限を解除する。また、充放電ユニット１４は、測定した出力電圧が所定電圧未満であれば、出力電路に短絡・漏電の異常が発生していると判断して出力を停止する。

また、充放電ユニット１４が上述の短絡・漏電の異常検出を行う場合、機器Ｋ２は、通常動作状態に比べて少ない電力を消費する待機状態に自動移行する構成であってもよい。例えば、充放電ユニット１４は、短絡・漏電の異常検出を行うことを、有線通信または無線通信によってシステムリモコン２０へ通知する。システムリモコン２０は、有線通信または無線通信によって、機器Ｋ２を待機状態に移行させる。したがって、充放電ユニット１４による短絡・漏電の異常検出を有効に動作させることができる。なお、システムリモコン２０も機器Ｋ２の１つであり、交流電路Ｗａ５から動作電力を供給されている。また、システムリモコン２０は、通常時において、機器Ｋ１，Ｋ２を遠隔制御する機能を有している。

次に、図４は、直流変換部１４ｉの別構成を示す。

図４の直流変換部１４ｉは、整流回路ＤＢ１１〜ＤＢ１３、力率改善ユニットＰＦ、逆流防止回路ＤＵを備える。

整流回路ＤＢ１１〜ＤＢ１３は、ダイオードをフルブリッジ接続した全波整流回路で構成されており、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃが出力する各交流をそれぞれ全波整流する。

力率改善ユニットＰＦは、１つの力率改善回路ＰＦ１１を備えており、整流回路ＤＢ１１〜ＤＢ１３の各整流出力は、力率改善回路ＰＦ１の入力に並列接続される。力率改善回路ＰＦ１１は、整流回路ＤＢ１１〜ＤＢ１３の各出力端間に接続したインダクタＬ４とスイッチング素子Ｑ４との直列回路を備え、スイッチング素子Ｑ４にはダイオードＤ４が逆並列接続されている。そして、力率改善回路ＰＦ１１の出力（スイッチング素子Ｑ４の両端）は、逆流防止回路ＤＵに接続される。

逆流防止回路ＤＵは、力率改善回路ＰＦ１１の正出力に順方向接続されたダイオードＤ３１で構成される。そして、力率改善回路ＰＦ１１の出力端間には、ダイオードＤ３１を介してコンデンサＣ１が接続されている。

すなわち、分散電源ユニット１２Ａが自立コンセント１２２ｂから出力する交流電力は、分散電源接続部１４１、整流回路ＤＢ１１、力率改善回路ＰＦ１１、ダイオードＤ３１を介して、コンデンサＣ１に供給される。また、分散電源ユニット１２Ｂが自立コンセント１２３ｂから出力する交流電力は、分散電源接続部１４２、整流回路ＤＢ１２、力率改善回路ＰＦ１１、ダイオードＤ３１を介して、コンデンサＣ１に供給される。また、分散電源ユニット１２Ｃが出力する交流電力は、分散電源接続部１４３、整流回路ＤＢ１３、力率改善回路ＰＦ１１、ダイオードＤ３１を介して、コンデンサＣ１に供給される。

そして、直流変換部１４ｉは、力率改善回路ＰＦ１１のスイッチング素子Ｑ４をスイッチング制御する図示しない制御回路を備えており、力率改善回路ＰＦ１１は、スイッチング素子Ｑ４をオン・オフ駆動される。そして、スイッチング素子Ｑ４のオン時にはインダクタＬ４に磁気エネルギーが蓄積され、スイッチング素子Ｑ４のオフ時に放出されるインダクタＬ４の磁気エネルギーが、ダイオードＤ３１を介して、コンデンサＣ１に供給される。

この構成では、整流回路ＤＢ１１〜ＤＢ１３の各整流出力のうち、最も電圧の高い整流出力のみが力率改善回路ＰＦ１１に入力され、コンデンサＣ１に昇圧電圧が発生する。この昇圧動作によって、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃから供給される交流電力の力率が改善される。

このように、図４に示す直流変換部１４ｉは、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃのいずれか１つ（整流電圧が最も高いもの）から供給される交流電力を用いてコンデンサＣ１を充電することができる。

そして、３つの分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃに対して１つ設けた力率改善回路ＰＦ１によって、分散電源ユニット１２Ａ〜１２Ｃから供給される各交流電力の力率が改善される。さらに、力率改善回路ＰＦ１１によって、分散電源接続部１４１〜１４３に入力可能な電力範囲が拡大される。したがって、蓄電池充電手段として接続可能な分散電源ユニットの出力電力範囲を広くすることができる。

また、複数の分散電源を蓄電池充電手段として１台の充放電ユニット１４に接続した場合でも、逆流、破壊、感電等を防止することができる。したがって、各分散電源の欠点（環境変化による発電能力の低下、燃料補給およびメンテナンスなどによる連続動作時間の制限、小出力等）を互いに補い合い、安定した電力供給を実現することができる。

すなわち、商用電源ＰＳの停電時に用いる電力供給源として複数の分散電源を用いて、停電時における電力供給能力の向上を図ることができる。

なお、図３および図４に示す直流変換部１４ｉの出力は、フィルタ部１４ｂと昇降圧部１４ｃとの間に接続してもよい。

また、本実施形態では、太陽光発電装置と併用する分散電源として、燃料電池、ポータブル発電機を用いているが、風力発電装置等の他の発電装置を太陽光発電装置と併用してもよい。

１１ 連携盤
１２（１２Ａ〜１２Ｃ） 分散電源ユニット
１３ 蓄電池ユニット
１４ 充放電ユニット
Ｋ１，Ｋ２ 機器
ＤＢ１〜ＤＢ３ 整流回路
ＰＦ 力率改善ユニット
ＤＵ 逆流防止回路
Ｊ 充電回路

Claims (2)

1. 分散電源を具備して交流を出力する複数の分散電源ユニットと、
   電気エネルギーを蓄積する蓄電池ユニットと、
   前記分散電源ユニットの各交流出力が入力されて前記蓄電池ユニットを充電し、前記蓄電池ユニットの蓄電電力を交流に変換して機器へ供給する充放電ユニットとを備え、
   前記充放電ユニットは、
   前記複数の分散電源ユニットの各交流出力をそれぞれ整流する複数の整流回路と、
   前記複数の整流回路の各整流出力にそれぞれ接続し、前記整流回路の整流出力を所定の直流に変換して出力する複数の力率改善回路を具備する力率改善ユニットと、
   前記複数の力率改善回路の出力経路にそれぞれ介挿された複数のダイオードからなり、前記出力経路から前記力率改善回路に流れる電流を阻止する逆流防止回路と、
   前記逆流防止回路を介して供給される前記力率改善回路の直流出力を用いて前記蓄電池ユニットを充電する充電回路とを備える
   ことを特徴とする電力供給システム。
2. 分散電源を具備して交流を出力する複数の分散電源ユニットの各交流出力が入力されて蓄電池ユニットを充電し、前記蓄電池ユニットの蓄電電力を交流に変換して機器へ供給する充放電ユニットであって、
   前記複数の分散電源ユニットの各交流出力をそれぞれ整流する複数の整流回路と、
   前記複数の整流回路の各整流出力にそれぞれ接続し、前記整流回路の整流出力を所定の直流に変換して出力する複数の力率改善回路を具備する力率改善ユニットと、
   前記複数の力率改善回路の出力経路にそれぞれ介挿された複数のダイオードからなり、前記出力経路から前記力率改善回路に流れる電流を阻止する逆流防止回路と、
   前記逆流防止回路を介して供給される前記力率改善回路の直流出力を用いて前記蓄電池ユニットを充電する充電回路とを備える
   ことを特徴とする充放電ユニット。

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