JP5891367B2

JP5891367B2 - 蓄電システム

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Publication number: JP5891367B2
Application number: JP2015507667A
Authority: JP
Inventors: 康宏八木
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: JPWO2014155407A1; WO2014155407A1

Description

本発明は、蓄電池と、再生可能エネルギーをもとにする発電装置を備える蓄電システムに関する。

近年、系統電源に接続された蓄電システムに太陽光発電システムを連携させるシステムが開発されている。このような蓄電システムでは停電時に、蓄電池および太陽光発電システムから負荷に給電できる。このような蓄電システムに、新たな太陽光発電システムを増設して発電能力を増強することが考えられる。

既設の太陽光発電システムに、新たな太陽光発電システムをそのまま接続させると既設のパワーコンディショナ、配線、保護素子などの定格をオーバーしてしまうことがある。それらを高仕様なものに変更することが考えられるがコストが増大する。また新たな太陽光発電システムを、既設の太陽光発電システムと別系統で系統電源に接続することも考えられるが、新たな太陽光発電システムから蓄電池へ充電することができなくなる。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、再生可能エネルギーをもとにする発電装置と連携した蓄電システムに、新たな発電装置を増設する際、新たな発電装置から蓄電池への充電を可能としつつ、既設の設備への変更を最小限に抑える技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、系統電源に接続される蓄電池と、系統電源と蓄電池の間に設けられ、蓄電池に充電するとき交流電力から直流電力に変換し、蓄電池から放電するとき直流電力から交流電力に変換する蓄電池インバータと、再生可能エネルギーをもとに発電する第１発電装置により発電された直流電力を交流電力に変換する第１発電装置インバータと、系統電源と蓄電池インバータの交流側端子と第１発電装置インバータの交流側端子とが導通する系統連系モードと、系統電源が切り離された状態で蓄電池インバータの交流側端子と第１発電装置インバータの交流側端子が導通する自立モードを切り替えるモード切替スイッチ部と、再生可能エネルギーをもとに発電する第２発電装置により発電された直流電力を交流電力に変換し、系統電源にモード切替スイッチ部を介さずに出力する第２発電装置インバータと、第１発電装置インバータの直流側端子と、第２発電装置インバータの直流側端子を導通させるための合流スイッチと、自立モードにて、第１発電装置インバータの入力または出力が閾値以下のとき合流スイッチをオンさせるスイッチ制御部と、を備える。

本発明によれば、再生可能エネルギーをもとにする発電装置と連携した蓄電システムに、新たな発電装置を増設する際、新たな発電装置から蓄電池への充電を可能としつつ、既設の設備への変更を最小限に抑えることができる。

新たな太陽光発電システムの増設前の蓄電システムを説明するための図である。本発明の実施の形態１に係る蓄電システム（系統連系モード）を説明するための図である。本発明の実施の形態１に係る蓄電システム（自立運転モード）を説明するための図である。実施の形態１に係るスイッチ制御回路のシーケンス例を説明するための図である。実施の形態１に係るスイッチ制御回路のステータスＡを示す図である。実施の形態１に係るスイッチ制御回路のステータスＢを示す図である。実施の形態１に係るスイッチ制御回路のステータスＣを示す図である。実施の形態１に係るスイッチ制御回路のステータスＤを示す図である。本発明の実施の形態２に係る蓄電システムを説明するための図である。実施の形態１の変形例に係るスイッチ制御回路を説明するための図である。

本発明の実施の形態は、系統電源に接続される蓄電システムである。当該蓄電システムは、例えば産業施設、公共施設、商業施設、オフィスビル、住居などに設置される。電力会社が時間帯別電気料金制度を採用している場合、夜間の時間帯の電気料金は、昼間の時間帯の電気料金よりも安く設定される。例えば、２３：００〜翌日の７：００までの電気料金が他の時間帯より安く設定される。従って夜間に系統電源から蓄電池に充電し、蓄電池に蓄えられた電力を昼間に使用することにより電気料金を抑えることができる。電力会社側から見ると電力使用量が平準化されることになる。

蓄電池に蓄えられた電力は、系統電源が停電したとき特定負荷（例えば、電灯、エレベータ、コンピュータサーバなど）を動作させるためのバックアップ電源として用いられる。特定負荷は系統電源の停電時にて、蓄電池から電力供給を優先的に受けることができる予め設定された負荷である。本明細書では、それ以外の負荷を一般負荷という。

図１は、新たな太陽光発電システムの増設前の蓄電システム１００を説明するための図である。蓄電システム１００は、蓄電池モジュール１０、蓄電池パワーコンディショナ２０、蓄電池管理装置３０、スイッチ部４０、第１太陽電池５０、第１ＰＶパワーコンディショナ６０を備える。スイッチ部４０は第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３を含む。第１スイッチＳ１〜第３スイッチＳ３にはリレーを使用することを想定する。第３スイッチＳ３はＣ接点リレーを使用する。なおリレーの代わりに、パワーＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチや電磁接触器を用いてもよい。

蓄電池モジュール１０は充放電自在で繰り返し使用できる、パッケージ化された二次電池である。蓄電池モジュール１０は、直列または直並列接続された複数の蓄電池セルを含む。本明細書では蓄電池セルとしてリチウムイオン電池を使用することを想定する。なお、リチウムイオン電池の代わりにニッケル水素電池、鉛電池など他の種類の電池を使用してもよい。蓄電池モジュール１０は１個ないしは複数組み合わせて使用される。本明細書では６個の蓄電池モジュール１０を直列接続した定格電圧２８８Ｖの組電池を想定する。なお複数の蓄電池モジュール１０を直並列接続して使用してもよい。以下、直列または直並列接続された複数の蓄電池モジュール１０を総称して蓄電池モジュール１０という。

第１太陽電池５０は光起電力効果を利用した発電装置である。第１太陽電池５０を構成する太陽電池にはシリコン系、化合物系、有機系のいずれを使用してもよい。本明細書では最大出力電力が１０ｋＷの太陽電池を使用することを想定する。

系統電源２００は電力会社から供給される商用電源である。本明細書では３相交流２００Ｖを想定する。系統電源２００は一般負荷４００に給電する。また系統電源２００は第１スイッチＳ１を介して蓄電池パワーコンディショナ２０と接続可能であり、蓄電池モジュール１０を充電できる。また系統電源２００は第３スイッチＳ３を介して特定負荷５００に接続可能であり、特定負荷５００に給電できる。なお図示しないが、第３スイッチＳ３と特定負荷５００の間には、特定負荷５００への通電を遮断するためのスイッチやブレーカが接続される。

蓄電池モジュール１０は蓄電池パワーコンディショナ２０に接続される。なお図示しないが、蓄電池モジュール１０と蓄電池パワーコンディショナ２０の間には、両者を電気的に切り離すためのスイッチやブレーカが接続される。蓄電池パワーコンディショナ２０は第１スイッチＳ１を介して一般負荷４００に接続可能であり、蓄電池モジュール１０から一般負荷４００に給電できる。また蓄電池パワーコンディショナ２０は、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３等を介して特定負荷５００に接続可能であり、蓄電池モジュール１０から特定負荷５００に給電できる。

蓄電池パワーコンディショナ２０は双方向インバータおよび制御回路を含む。当該双方向インバータは、系統電源２００又は第１太陽電池５０から蓄電池モジュール１０に充電するとき交流電力から直流電力に変換し、蓄電池モジュール１０から放電するとき直流電力から交流電力に変換する。

第１太陽電池５０は第１ＰＶパワーコンディショナ６０に接続される。第１ＰＶパワーコンディショナ６０は第３スイッチＳ３を介して一般負荷４００に接続可能であり、第１太陽電池５０から一般負荷４００に給電できる。また第１ＰＶパワーコンディショナ６０は、図示しないスイッチやブレーカを介して特定負荷５００に接続可能であり、蓄電池モジュール１０から特定負荷５００に給電できる。

第１ＰＶパワーコンディショナ６０はインバータおよび制御回路を含む。当該インバータは、第１太陽電池５０により発電される直流電力を交流電力に変換し、後述する交流電流路に出力する。

蓄電池パワーコンディショナ２０が蓄電池モジュール１０から出力される直流電力を交流電力に変換し、第１ＰＶパワーコンディショナ６０が第１太陽電池５０により発電される直流電力を交流電力に変換することにより、系統電源２００、蓄電池モジュール１０、第１太陽電池５０を単一の交流電流路でリンクできる。

一般負荷４００及び特定負荷５００は、系統電源２００又は蓄電システム１００から供給される交流電力を受けて動作する。系統電源２００の停電時、特定負荷５００は蓄電システム１００から電源供給を受けることができるが、一般負荷４００は電源供給を受けることができない。

蓄電池管理装置３０は主に、蓄電池モジュール１０を管理するための装置である。蓄電池管理装置３０と蓄電池パワーコンディショナ２０間は通信線で接続される。それらの間ではＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４８５などのシリアル通信規格に準拠した通信が実行される。また蓄電池管理装置３０は蓄電池モジュール１０とも通信線で接続される。蓄電池管理装置３０は蓄電池モジュール１０から通信線を介して、蓄電池セルの電圧、電流、温度を監視データとして取得する。また蓄電池管理装置３０は第１ＰＶパワーコンディショナ６０とも通信線で接続される。蓄電池管理装置３０と蓄電池パワーコンディショナ２０間、蓄電池管理装置３０と第１ＰＶパワーコンディショナ６０間、および蓄電池管理装置３０と蓄電池モジュール１０間はそれぞれメタル線または光ファイバを用いた通信線で接続される。

スイッチ部４０は、系統電源２００と蓄電池パワーコンディショナ２０の交流側端子と第１ＰＶパワーコンディショナ６０の交流側端子とが導通する系統連系モードと、系統電源２００が上記の交流電流路から切り離された状態で蓄電池パワーコンディショナ２０の交流側端子と第１ＰＶパワーコンディショナ６０の交流側端子が導通する自立運転モードを切り替える。蓄電池パワーコンディショナ２０内の制御回路が、スイッチ部４０内の第１スイッチＳ１〜第３スイッチＳ３を制御して、系統連系モードと自立運転モードを切り替える。上記の交流電流路に接続される特定負荷５００は、自立運転モードにて蓄電池モジュール１０及び第１太陽電池５０の少なくとも一方から電力供給を受けることができるが、一般負荷４００は電力供給を受けることができない。

この回路構成において第１太陽電池５０の最大出力電力が１０ｋＷであるため、第１ＰＶパワーコンディショナ６０には定格電力が１０ｋＷのものが使用される。従って第１ＰＶパワーコンディショナ６０内のインバータ、配線、保護回路は１０ｋＷを基準に設計されている。以下、図１の蓄電システム１００に、新たに太陽電池を増設する場合を考える。

図２は、本発明の実施の形態１に係る蓄電システム１００（系統連系モード）を説明するための図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る蓄電システム１００（自立運転モード）を説明するための図である。実施の形態１に係る蓄電システム１００は、図１の蓄電システム１００に第２太陽電池７０、第２ＰＶパワーコンディショナ８０、スイッチ制御回路９０、電流センサ９５が追加された構成である。

図２に示すように系統連系モードでは、蓄電池パワーコンディショナ２０内の制御回路は第１スイッチＳ１をオン、第２スイッチＳ２をオフ、第３スイッチＳ３を、系統電源２００と第１スイッチＳ１との間のノード側に接続するよう制御する。系統連系モードにて蓄電池モジュール１０から放電する場合、蓄電池パワーコンディショナ２０内の双方向インバータは、系統電源２００の周波数に同期した周波数および位相で交流電流路に電流を流す。

図３に示すように自立運転モードでは、蓄電池パワーコンディショナ２０内の制御回路は、第１スイッチＳ１をオフ、第２スイッチＳ２をオン、第３スイッチＳ３を第２スイッチＳ２側の端子に接続するよう制御する。自立運転モードでは蓄電池モジュール１０は系統電源２００から電気的に切り離された状態で、特定負荷５００に給電する。自立運転モードにて蓄電池モジュール１０から放電する場合、蓄電池パワーコンディショナ２０の双方向インバータは、系統電源２００から自立した周波数および位相で交流電流路に電流を流す。

第２太陽電池７０は新たに増設された太陽電池である。本実施の形態では第２太陽電池７０の最大出力電力も１０ｋＷを想定する。第２太陽電池７０は第２ＰＶパワーコンディショナ８０に接続される。第２ＰＶパワーコンディショナ８０はスイッチ部４０を介さずに系統電源２００に直接接続される。通常、蓄電池モジュール１０、蓄電池パワーコンディショナ２０、蓄電池管理装置３０は一つの筐体内に設置されるが、第２ＰＶパワーコンディショナ８０の交流側端子は、その筐体外で系統電源２００に接続される。

第２ＰＶパワーコンディショナ８０はインバータおよび制御回路を含む。当該インバータは、第２太陽電池７０により発電される直流電力を交流電力に変換し、系統電源２００に出力する。

第４スイッチＳ４は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の直流側端子と、第２ＰＶパワーコンディショナ８０の直流側端子の間に設けられる。第４スイッチＳ４がオンされると、第１太陽電池５０の出力電流と第２太陽電池７０の出力電流が合流する。

電流センサ９５は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力端子である交流側端子に接続される。実施の形態１では電流センサ９５は交流電流センサであり、後述するようにＣＴ（Current Transformer）が用いられる。

スイッチ制御回路９０は上記の交流電流路に接続され、電流センサ９５および第２ＰＶパワーコンディショナ８０の出力をもとに、第４スイッチＳ４を制御する。スイッチ制御回路９０は系統連系モードにて、第４スイッチＳ４をオフに制御する。自立運転モードにて、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が、設定された下側閾値電流以下のとき第４スイッチＳ４をオンに制御する。自立運転モードにて、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が、設定された上側閾値電流以上のとき第４スイッチＳ４をオフに制御する。本実施の形態では上記の下側閾値電流を８Ａ、上側閾値電流を２８Ａに設定する。以下、スイッチ制御回路９０の構成例を説明する。

図４は、実施の形態１に係るスイッチ制御回路９０のシーケンス例を説明するための図である。図５は、実施の形態１に係るスイッチ制御回路９０のステータスＡを示す図である。図６は、実施の形態１に係るスイッチ制御回路９０のステータスＢを示す図である。図７は、実施の形態１に係るスイッチ制御回路９０のステータスＣを示す図である。図８は、実施の形態１に係るスイッチ制御回路９０のステータスＤを示す図である。

図５−図８に示す構成例では第４スイッチＳ４は、Ａ接点型の電磁接触器ＭＣで構成される。また電流センサ９５は第１変流器ＣＴ１、第２変流器ＣＴ２で構成される。第１変流器ＣＴ１は下側閾値電流（本実施の形態では８Ａ）検出用であり、第２変流器ＣＴ２は上側閾値電流（本実施の形態では２８Ａ）検出用である。第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力交流電流を直流電流に変換し、後述する第１電流センサリレーＣＳ１、第２電流センサリレーＣＳ２にそれぞれ出力する。

スイッチ制御回路９０は、第１リレーＲＹ１、第１電流センサリレーＣＳ１、第２電流センサリレーＣＳ２、第２リレーＲＹ２を含む。第１リレーＲＹ１は系統電源２００の停電を検知するとクローズするＢ接点リレーである。第１リレーＲＹ１の接点の第１端は、ブレーカＢを介して第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力端子に接続される。第１リレーＲＹ１の接点の第２端は、第１電流センサリレーＣＳ１の接点の第１端、並びに第２リレーＲＹ２の第１接点の第１端子および第２接点の第１端に接続される。なお図５−図８の説明では、接点の右側の端子を第１端、左側の端子を第２端と表記する。

第１リレーＲＹ１のコイルは、ブレーカＢを介して第２ＰＶパワーコンディショナ８０の出力端子に接続される。系統電源２００に直接接続された第２ＰＶパワーコンディショナ８０の出力端子の電圧が、設定電圧以下になり当該コイルに通電されなくなると、当該接点がクローズする。

第１電流センサリレーＣＳ１は、第１変流器ＣＴ１に流れる電流により制御され、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が下側閾値電流以下になるとクローズする。第１電流センサリレーＣＳ１の接点の第１端は、第１リレーＲＹ１の接点の第２端に接続される。第１電流センサリレーＣＳ１の接点の第２端は、第２電流センサリレーＣＳ２の接点の第１端および第２リレーＲＹ２の第２接点の第２端に接続される。第１電流センサリレーＣＳ１のコイルは第１変流器ＣＴ１に接続される。本実施の形態では第１変流器ＣＴ１に流れる電流が８Ａ以下になり当該コイルに通電されなくなると、当該接点がクローズする。第１変流器ＣＴ１に流れる電流が８Ａを超えている場合、当該接点はオープンである。

第２電流センサリレーＣＳ２は、第２変流器ＣＴ２に流れる電流により制御され、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が上側閾値電流以上になるとオープンする。第２電流センサリレーＣＳ２の接点の第１端は、第１電流センサリレーＣＳ１の接点の第２端および第２リレーＲＹ２の第２接点の第２端に接続される。第２電流センサリレーＣＳ２の接点の第２端は、第２リレーＲＹ２のコイルに接続される。第２電流センサリレーＣＳ２のコイルは第２変流器ＣＴ２に接続される。本実施の形態では第２変流器ＣＴ２に流れる電流が２８Ａ以上になり当該コイルに通電されると、当該接点がオープンする。第２変流器ＣＴ２に流れる電流が２８Ａ未満の場合、当該接点はクローズである。

第２リレーＲＹ２は２つのＡ接点を持つ自己保持型のリレーである。第２リレーＲＹ２は、第１リレーＲＹ１及び第２電流センサリレーＣＳ２がクローズの状態で、第１電流センサリレーＣＳ１がクローズされると、第２電流センサリレーＣＳ２がオープンされるまで電磁接触器ＭＣ１のコイルへ通電し続ける。また第１リレーＲＹ１がクローズ及び第１電流センサリレーＣＳ１がオープンの状態で、第２電流センサリレーＣＳ２がオープンされると、第１電流センサリレーＣＳ１がクローズされるまで電磁接触器ＭＣ１のコイルへの通電を停止し続ける。

第２リレーＲＹ２の第１接点の第１端は、第２リレーＲＹ２の第２接点の第１端、第１リレーＲＹ１の接点の第２端および第１電流センサリレーＣＳ１の第１端に接続される。第２リレーＲＹ２の第１接点の第２端は、電磁接触器ＭＣ１のコイルに接続される。第２リレーＲＹ２の第２接点の第１端は、第２リレーＲＹ２の第１接点の第１端、第１リレーＲＹ１の接点の第２端および第１電流センサリレーＣＳ１の第１端に接続される。第２リレーＲＹ２の第２接点の第２端は、第１電流センサリレーＣＳ１の第２端および第２電流センサリレーＣＳ２の第１端に接続される。第２リレーＲＹ２のコイルは、第２電流センサリレーＣＳ２の接点の第２端に接続される。

図５は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が８Ａ以下、出力電力が８ｋＷ以下のステータスＡを示している。図５では第１電流センサリレーＣＳ１及び第２電流センサリレーＣＳ２がクローズであり、第２リレーＲＹ２のコイルが通電する。これにより電磁接触器ＭＣ１のコイルが通電し、電磁接触器ＭＣ１の接点がクローズする。

図６は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が８Ａ、出力電力が８ｋＷを超えるが、出力電流が２８Ａ、出力電力が１０ｋＷ未満のステータスＢを示している。図６では第１電流センサリレーＣＳ１がオープンされるが、第２電流センサリレーＣＳ２を介して第２リレーＲＹ２のコイルが通電を維持するため、電磁接触器ＭＣ１の接点もクローズを維持する。

図７は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が２８Ａ以上、出力電力が１０ｋＷ以上のステータスＣを示している。図７では第２電流センサリレーＣＳ２もオープンされ、第１電流センサリレーＣＳ１及び第２電流センサリレーＣＳ２がオープンになる。第２リレーＲＹ２のコイルへの通電が解除され、これにより電磁接触器ＭＣ１のコイルへの通電も解除され、電磁接触器ＭＣ１の接点がオープンする。

図８は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が８Ａ、出力電力が８ｋＷを超えるが、出力電流が２８Ａ、出力電力が１０ｋＷ未満のステータスＤを示している。図８では第２電流センサリレーＣＳ２がクローズされるが、第１電流センサリレーＣＳ１がオープンであるため第２リレーＲＹ２のコイルは通電しない。電磁接触器ＭＣ１の接点もオープンを維持する。

上述のように出力電力が３ｋＷ以下の状態から３ｋＷ〜１０ｋＷの範囲に突入した場合、電磁接触器ＭＣ１の接点はクローズを維持する。一方、１０ｋＷ以下の状態から３ｋＷ〜１０ｋＷの範囲に突入した場合、電磁接触器ＭＣ１の接点はオープンを維持する。即ち、３ｋＷ〜１０ｋＷの範囲では直前のステータスがそのまま維持される。このような方式により、電磁接触器ＭＣ１のチャタリングを防止できる。

なお以上の説明では上側閾値を２８Ａ、１０ｋＷに設定したが、マージンを持たせて２０Ａ、８ｋＷに設定してもよい。

図９は、本発明の実施の形態２に係る蓄電システム１００を説明するための図である。実施の形態２に係る蓄電システム１００は、図２、３に示した実施の形態１に係る蓄電システム１００と比較し、電流センサ９５の設置位置が異なる。電流センサ９５は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の入力端子である直流側端子に接続される。実施の形態２では電流センサ９５は直流電流センサであり、例えばシャント抵抗が用いられる。当該シャント抵抗の両端電圧により、第１電流センサリレーＣＳ１のコイル及び第２電流センサリレーＣＳ２のコイルが励磁される。なお直流電流センサにはホール素子を用いてもよい。

実施の形態２ではスイッチ制御回路９０は、系統連系モードにて第４スイッチＳ４をオフに制御する。自立運転モードにて、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の入力電流が、設定された下側閾値電流以下のとき第４スイッチＳ４をオンに制御する。自立運転モードにて、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の入力電流が、設定された上側閾値電流以上のとき第４スイッチＳ４をオフに制御する。実施の形態２では上記の下側閾値電流を２０Ａ、上側閾値電流を４５Ａに設定する。スイッチ制御回路９０の構成は、実施の形態１と同様の構成を用いることができる。

以上説明したように本発明の実施の形態によれば、太陽光発電システムと連携した蓄電システムに、新たな太陽光発電システムを増設する際、新たな太陽光発電システムから蓄電池への充電を可能としつつ、既設の設備への変更を最小限に抑えることができる。即ち、第２太陽電池７０および第２ＰＶパワーコンディショナ８０を、スイッチ部４０を介さずに系統電源２００に接続することにより、既設の設備への変更を最小限に抑えながら第２太陽電池７０を増設できる。具体的には蓄電池モジュール１０、蓄電池パワーコンディショナ２０、蓄電池管理装置３０が収納された筐体を開かずに増設できる。また基本的に、既設の第１ＰＶパワーコンディショナ６０に第２太陽電池７０から電流を流さないため、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の定格を変更する必要がない。このように既設の設備の変更および交換が不要であるため、増設によるコスト増を最小限に抑えることができる。

また第４スイッチＳ４及びスイッチ制御回路９０を設けることにより、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の定格を超えない範囲で、第２太陽電池７０からも第１ＰＶパワーコンディショナ６０に電流を出力できる。従って第２太陽電池７０からも第１ＰＶパワーコンディショナ６０を介して蓄電池モジュール１０に充電できる。また停電時において第１太陽電池５０の出力電力が低い場合は第２太陽電池７０の出力電力も、特定負荷５００に供給される。この場合、第２太陽電池７０の出力電力が一般負荷４００ではなく、特定負荷５００に供給されることになり、蓄電システム１００のバックアップ電源としての能力が高められる。

実施の形態１のように電流センサ９５を第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力側に設置すると、第１太陽電池５０及び第２太陽電池７０の電圧変動の影響を低減できる。一方、実施の形態２のように電流センサ９５を第１ＰＶパワーコンディショナ６０の入力側に設置すると、第１ＰＶパワーコンディショナ６０により発生する歪の影響を低減できる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

図１０は、本発明の実施の形態１の変形例に係るスイッチ制御回路９０を説明するための図である。当該変形例に係るスイッチ制御回路９０は、第１リレーＲＹ１、第１電流センサリレーＣＳ１、第２電流センサリレーＣＳ２、第２リレーＲＹ２に加えて、第３リレーＲＹ３を備える。第３リレーＲＹ３はＡ接点型の時間遅延リレーであり、第１リレーＲＹ１により停電が検知された後、設定された時間（本変形例では１０秒）、第２リレーＲＹ２の動作を制限する。

図１０に示すように第３リレーＲＹ３のコイルは、第１リレーＲＹ１の接点の第２端および第２電流センサリレーＣＳ１の接点の第１端の間に接続される。なおコイルの前段にはタイマとしての時間整定回路が設けられる。本変形例では時間整定回路は、第１リレーＲＹ１の接点がクローズすることにより通電を検知してから、１０秒後に後段のコイルに通電する。第３リレーＲＹ３の接点は、第２電流センサリレーＣＳ２の接点の第２端と、第２リレーＲＹ２のコイルとの間に挿入される。

上述のように第１リレーＲＹ１がクローズすると、第３リレーＲＹ３の時間整定回路が作動する。時間整定回路の作動時において、第１リレーＲＹ１から第１電流センサリレーＣＳ１および第２電流センサリレーＣＳ２への通電は制限されない。従って、第１電流センサリレーＣＳ１および第２電流センサリレーＣＳ２は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流値により、接点の状態が設定される。１０秒経過後に第３リレーＲＹ３の接点がクローズすると、第１電流センサリレーＣＳ１および第２電流センサリレーＣＳ２の接点の状態により、第２リレーＲＹ２の接点の状態が設定され、電磁接触器ＭＣ１が制御される。このように、第３リレーＲＹ３を追加することにより、第１電流センサリレーＣＳ１および第２電流センサリレーＣＳ２の接点の状態が確定してから、第２リレーＲＹ２を動作させることができる。従ってスイッチ制御回路９０全体の動作が安定する。

また当該変形例では、第２電流センサリレーＣＳ２のコイルの前段にも時間整定回路を設ける。第２電流センサリレーＣＳ２は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が、設定された時間（本変形例では１秒）以上、上側閾値以上になるとオープンする。本変形例では第２変流器ＣＴ２が２０Ａ以上を検知すると、第２電流センサリレーＣＳ２の時間整定回路が動作する。時間整定回路は、第２変流器ＣＴ２からの２０Ａ以上の検知信号が１秒間継続すると、後段のコイルに通電する。第３リレーＲＹ３の接点は、２０Ａが検知されてから１秒後にオープンし、電磁接触器ＭＣ１がオープンされる。

第１ＰＶパワーコンディショナ６０は、太陽電池のＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking)制御を実行している。ＭＰＰＴ制御により、一瞬だけ(例えば０．０５ｓだけ)２０Ａを超えて、その後１８Ａで電流が安定する場合が考えられる。その場合を想定して、２０Ａを超え続けるのか、それとも２０Ａ以下で安定するのかを判断する時間として、電磁接触器ＭＣ１をオープンするまでの時間を１秒に設定している。第２電流センサリレーＣＳ２に時間整定回路を設けることにより、この制御を実現できる。これにより、第１太陽電池５０と第２太陽電池７０が接続された状態における過電流を抑制しつつ、電磁接触器ＭＣ１のチャタリングを防止できる。

また当該変形例では、第１電流センサリレーＣＳ１のコイルの前段に、時間整定回路と判定回路を設ける。第１電流センサリレーＳＣ１は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が下側閾値以下になるとクローズする。第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が、クローズしてから設定された時間（本変形例では１６秒）以上連続して下側閾値を超えた場合、第１電流センサリレーＳＣ１は、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の設定時間前に検知した出力電流にかかわらずオープンする。

例えば、判定回路を２入力とし、第１入力は第１変流器ＣＴ１の出力を直接受け、第２入力は、時間整定回路を介して１６秒前の第１変流器ＣＴ１の出力を受ける。判定回路は、基本的に第１変流器ＣＴ１から入力される現在の検知信号に応じてコイルへの通電／非通電を制御するが、時間整定回路からの入力が８Ａ以下の検知信号である場合、第１変流器ＣＴ１から直接入力される信号にかかわらず、コイルを非通電にする。

この制御により、第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が８Ａ以下を検知した後、１６秒以上連続して出力電流が８Ａ以上を検知すると、第１電流センサリレーＣＳ１がオープンになる。太陽電池のＭＰＰＴ制御では、最大電力点を追従するまでの間に電力値が変動するため、出力電流が不安定になる場合がある。従って、出力電流が安定するまでの１６秒間待機してから第１電流センサリレーＣＳ１を動作させることで、第１電流センサリレーＣＳ１および合流スイッチの不要な切り替えを抑制できる。また、第１電流センサリレーＣＳ１及び第２電流センサリレーＣＳ２の両方がクローズの状態で電磁接触器ＭＣ１がクローズの状態よりも、第１電流センサリレーＣＳがオープンで第２電流センサリレーＣＳ２がクローズの状態で電磁接触器ＭＣ１がクローズの状態のほうが第１ＰＶパワーコンディショナ６０の動作が安定する。第１ＰＶパワーコンディショナ６０の出力電流が８Ａ以下から２０Ａ以上に急上昇した場合、前者では第１電流センサリレーＣＳ１及び第２電流センサリレーＣＳ２の両方がオープンする必要があるが、後者では第２電流センサリレーＣＳ２のオープンのみで足りるため、より確実に電磁接触器ＭＣ１をオープンできる。

また、上述の実施の形態では蓄電システム１００に、一つの太陽光発電システムを増設する場合を説明したが、複数の太陽光発電システムを増設する場合にも適用できる。その場合、増設する複数の太陽光発電システムのＰＶパワーコンディショナを、スイッチ部４０を介さずに系統電源２００に接続し、増設する太陽電池の出力電力を、既設のパワーコンディショナの入力端子に供給するための経路およびスイッチを設ければよい。

また、上述の実施の形態では系統電源に接続された蓄電システムに太陽光発電システムを連携する例を説明した。この点、本発明に係る蓄電システムは太陽光発電システム以外の、再生可能エネルギーをもとに発電する発電装置と連携することもできる。例えば直流出力の、風力発電装置、マイクロ水力発電装置などが該当する。

なお、本実施の形態に係る発明は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。

［項目１］
系統電源に接続される蓄電池と、
前記系統電源と前記蓄電池の間に設けられ、前記蓄電池に充電するとき交流電力から直流電力に変換し、前記蓄電池から放電するとき直流電力から交流電力に変換する蓄電池インバータと、
再生可能エネルギーをもとに発電する第１発電装置により発電された直流電力を交流電力に変換する第１発電装置インバータと、
前記系統電源と前記蓄電池インバータの交流側端子と前記第１発電装置インバータの交流側端子とが導通する系統連系モードと、前記系統電源が切り離された状態で前記蓄電池インバータの交流側端子と前記第１発電装置インバータの交流側端子が導通する自立モードを切り替えるモード切替スイッチ部と、
再生可能エネルギーをもとに発電する第２発電装置により発電された直流電力を交流電力に変換し、前記系統電源に前記モード切替スイッチ部を介さずに出力する第２発電装置インバータと、
前記第１発電装置インバータの直流側端子と、前記第２発電装置インバータの直流側端子を導通させるための合流スイッチと、
前記自立モードにて、第１発電装置インバータの入力または出力が閾値以下のとき前記合流スイッチをオンさせるスイッチ制御部と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。

［項目２］
前記スイッチ制御部は、
前記系統連系モードでは前記合流スイッチをオフさせ、
前記自立モードにて前記第１発電装置インバータの出力電流が下側閾値以下になると、前記合流スイッチをオンさせ、
前記自立モードにて前記第１発電装置インバータの出力電流が上側閾値以上になると、前記合流スイッチをオフさせる、
ことを特徴とする項目１に記載の蓄電システム。

［項目３］
前記スイッチ制御部は、前記第１発電装置インバータの出力電流が下側閾値以下になってから所定時間経過後に前記合流スイッチをオンさせ、または前記第１発電装置インバータの出力電流が上側閾値以上になってから所定時間経過後にオフさせることを特徴とする項目２に記載の蓄電システム。

［項目４］
前記合流スイッチは、Ａ接点型の電磁接触器であり、
前記スイッチ制御部は、
前記系統電源の停電を検知するとクローズする停電検知リレーと、
前記第１発電装置インバータの交流側端子に接続された下側閾値用の第１交流電流センサに流れる電流により制御され、前記第１発電装置インバータの出力電流が前記下側閾値以下になるとクローズする第１電流センサリレーと、
前記第１発電装置インバータの交流側端子に接続された上側閾値用の第２交流電流センサに流れる電流により制御され、前記第１発電装置インバータの出力電流が前記上側閾値以上になるとオープンする第２電流センサリレーと、
前記停電検知リレーがクローズ及び前記第２電流センサリレーがクローズの状態で、前記第１電流センサリレーがクローズされると、前記第２電流センサリレーがオープンされるまで前記電磁接触器のコイルへ通電し続け、前記停電検知リレーがクローズ及び前記第１電流センサリレーがオープンの状態で、前記第２電流センサリレーがオープンされると、前記第１電流センサリレーがクローズされるまで前記電磁接触器のコイルへの通電を停止し続ける、自己保持リレーと、
を含むことを特徴とする項目２に記載の蓄電システム。

［項目５］
前記スイッチ制御部は、
前記停電検知リレーにより停電が検知された後、設定された第１設定時間、前記自己保持リレーの動作を制限する時間遅延リレーを、さらに含むことを特徴とする項目４に記載の蓄電システム。

［項目６］
前記第２電流センサリレーは、前記第１発電装置インバータの出力電流が、設定された第２設定時間以上、前記上側閾値以上になるとオープンすることを特徴とする項目４または５に記載の蓄電システム。

［項目７］
前記第１電流センサリレーは、前記第１発電装置インバータの出力電流が前記下側閾値以下になりクローズした後、設定された第３設定時間経過すると、前記第１発電装置インバータの出力電流にかかわらず、オープンすることを特徴とする項目４から６のいずれかに記載の蓄電システム。

［項目８］
前記スイッチ制御部は、
前記系統連系モードでは前記合流スイッチをオフさせ、
前記自立モードにて前記第１発電装置インバータの入力電流が下側閾値以下になると、前記合流スイッチをオンさせ、
前記自立モードにて前記第１発電装置インバータの入力電流が上側閾値以上になると、前記合流スイッチをオフさせる、
ことを特徴とする項目１に記載の蓄電システム。

［項目９］
前記系統電源と前記蓄電池インバータの交流側端子と前記第１発電装置インバータの交流側端子とが接続される交流電流路に、前記系統電源の停電時にて、前記蓄電池、前記第１発電装置または前記第２発電装置から優先的に電力供給を受けることができる予め設定された特定の負荷が接続されることを特徴とする項目１から８のいずれかに記載の蓄電システム。

１００蓄電システム、１０蓄電池モジュール、２０蓄電池パワーコンディショナ、３０蓄電池管理装置、４０スイッチ部、５０第１太陽電池、６０第１ＰＶパワーコンディショナ、７０第２太陽電池、８０第２ＰＶパワーコンディショナ、９０スイッチ制御回路、９５電流センサ、２００系統電源、４００一般負荷、５００特定負荷、Ｓ１第１スイッチ、Ｓ２第２スイッチ、Ｓ３第３スイッチ、Ｓ４第４スイッチ、ＭＣ１電磁接触器、ＲＹ１第１リレー、ＲＹ２第２リレー、ＲＹ３第３リレー、ＣＴ１第１変流器、ＣＴ２第２変流器、ＣＳ１第１電流センサリレー、ＣＳ２第２電流センサリレー。

本発明は、太陽光発電システムに連系した蓄電システムに適用可能である。

Claims

系統電源に接続される蓄電池と、
前記系統電源と前記蓄電池の間に設けられ、前記蓄電池に充電するとき交流電力から直流電力に変換し、前記蓄電池から放電するとき直流電力から交流電力に変換する蓄電池インバータと、
再生可能エネルギーをもとに発電する第１発電装置により発電された直流電力を交流電力に変換する第１発電装置インバータと、
前記系統電源と前記蓄電池インバータの交流側端子と前記第１発電装置インバータの交流側端子とが導通する系統連系モードと、前記系統電源が切り離された状態で前記蓄電池インバータの交流側端子と前記第１発電装置インバータの交流側端子が導通する自立モードを切り替えるモード切替スイッチ部と、
再生可能エネルギーをもとに発電する第２発電装置により発電された直流電力を交流電力に変換し、前記系統電源に前記モード切替スイッチ部を介さずに出力する第２発電装置インバータと、
前記第１発電装置インバータの直流側端子と、前記第２発電装置インバータの直流側端子を導通させるための合流スイッチと、
前記自立モードにて、第１発電装置インバータの入力または出力が閾値以下のとき前記合流スイッチをオンさせるスイッチ制御部と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。
前記スイッチ制御部は、
前記系統連系モードでは前記合流スイッチをオフさせ、
前記自立モードにて前記第１発電装置インバータの出力電流が下側閾値以下になると、前記合流スイッチをオンさせ、
前記自立モードにて前記第１発電装置インバータの出力電流が上側閾値以上になると、前記合流スイッチをオフさせる、
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
前記スイッチ制御部は、前記第１発電装置インバータの出力電流が下側閾値以下になってから所定時間経過後に前記合流スイッチをオンさせ、または前記第１発電装置インバータの出力電流が上側閾値以上になってから所定時間経過後にオフさせることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
前記合流スイッチは、Ａ接点型の電磁接触器であり、
前記スイッチ制御部は、
前記系統電源の停電を検知するとクローズする停電検知リレーと、
前記第１発電装置インバータの交流側端子に接続された下側閾値用の第１交流電流センサに流れる電流により制御され、前記第１発電装置インバータの出力電流が前記下側閾値以下になるとクローズする第１電流センサリレーと、
前記第１発電装置インバータの交流側端子に接続された上側閾値用の第２交流電流センサに流れる電流により制御され、前記第１発電装置インバータの出力電流が前記上側閾値以上になるとオープンする第２電流センサリレーと、
前記停電検知リレーがクローズ及び前記第２電流センサリレーがクローズの状態で、前記第１電流センサリレーがクローズされると、前記第２電流センサリレーがオープンされるまで前記電磁接触器のコイルへ通電し続け、前記停電検知リレーがクローズ及び前記第１電流センサリレーがオープンの状態で、前記第２電流センサリレーがオープンされると、前記第１電流センサリレーがクローズされるまで前記電磁接触器のコイルへの通電を停止し続ける、自己保持リレーと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
前記スイッチ制御部は、
前記停電検知リレーにより停電が検知された後、設定された第１設定時間、前記自己保持リレーの動作を制限する時間遅延リレーを、さらに含むことを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
前記第２電流センサリレーは、前記第１発電装置インバータの出力電流が、設定された第２設定時間以上、前記上側閾値以上になるとオープンすることを特徴とする請求項４または５に記載の蓄電システム。
前記第１電流センサリレーは、前記第１発電装置インバータの出力電流が前記下側閾値以下になりクローズした後、設定された第３設定時間経過すると、前記第１発電装置インバータの出力電流にかかわらず、オープンすることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の蓄電システム。
前記スイッチ制御部は、
前記系統連系モードでは前記合流スイッチをオフさせ、
前記自立モードにて前記第１発電装置インバータの入力電流が下側閾値以下になると、前記合流スイッチをオンさせ、
前記自立モードにて前記第１発電装置インバータの入力電流が上側閾値以上になると、前記合流スイッチをオフさせる、
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
前記系統電源と前記蓄電池インバータの交流側端子と前記第１発電装置インバータの交流側端子とが接続される交流電流路に、前記系統電源の停電時にて、前記蓄電池、前記第１発電装置または前記第２発電装置から優先的に電力供給を受けることができる予め設定された特定の負荷が接続されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の蓄電システム。