JP5936533B2

JP5936533B2 - 分散型電源システム

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Publication number: JP5936533B2
Application number: JP2012283355A
Authority: JP
Inventors: 幸嗣桝本; 正美濱走
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JP2014128121A

Description

本発明は、電力系統に接続される、第１電圧線及び第２電圧線と中性線とを有する単相３線式の交流線と、交流線に対して第１接続箇所で接続される補助電源装置と、交流線に対して第２接続箇所で接続される発電装置と、交流線の第２接続箇所に接続される電力消費装置とを備え、交流線に対する電力系統の接続箇所から見て下流側に向かって第１接続箇所と第２接続箇所とがその並び順で設けられている分散型電源システムに関する。

特許文献１には、商用の電力系統に接続される交流線に補助電源装置及び発電装置及び電力消費装置が接続され、電力系統と補助電源装置と発電装置とから電力消費装置への電力供給が可能に構成されている分散型電源システムが記載されている。特に、特許文献１には、補助電源装置が備える蓄電部の出力能力の大小に応じて、補助電源装置を出力作動させるか、或いは、発電装置を発電運転させるかを切り換えることで、電力消費装置への電力供給を行うことが記載されている。

特開２０００−３３３３８６号公報

特許文献１には記載されていないが、上述したような補助電源装置、発電装置及び電力消費装置が接続される交流線として、２つの電圧線と１つの中性線とで構成される単相３線式の交流線が用いられる。電力変換部を介して補助電源装置や発電装置を単相３線式の交流線に接続する場合、具体的には、電力変換部が単一の電力変換回路部で構成されその単一の電力変換回路部が第１電圧線及び第２電圧線に共通に接続される構成や、電力変換部が２つの電力変換回路部で構成され、その一方が第１電圧線に接続され、他方が第２電圧線に接続される構成が考えられる。

前者の場合、電力変換部（単一の電力変換回路部）は、第１電圧線及び第２電圧線との間でやり取りする電力を共通して調節することはできるが、第１電圧線及び第２電圧線との間でやり取りする電力を各別に、即ち、片相毎に調節することはできない。後者の場合、電力変換部（２つの電力変換回路部）は、各電力変換回路部を用いて、第１電圧線及び第２電圧線との間でやり取りする電力を各別に、即ち、片相毎に調節することができる。
つまり、前者の場合は、片相毎に電力を調節できないものの、電力変換部の装置コストを低くできるという長所がある。後者の場合、電力変換部の装置コストが高くなるものの、片相毎に電力を調節できるという長所がある。

そこで、本願では、発電装置と交流線との間の接続には単一の電力変換回路部を有する電力変換部を採用し、補助電源装置と交流線との間の接続には２つの電力変換回路部を有する電力変換部を採用した分散型電源システムを構築することとした。そして、このような分散型電源システムを運用する場合の課題を考察した。

図７は、補助電源装置１０と発電装置２０と電力消費装置３０とが、単相３線式の交流線２に接続された分散型電源システムを概略的に描いた図である。図示するように、補助電源装置１０の蓄電部１２と第１電圧線２ａ（２）との間には第１電力変換回路部１３Ａが設けられ、補助電源装置１０の蓄電部１２と第２電圧線２ｂ（２）との間には第２電力変換回路部１３Ｂが設けられる。これら第１電力変換回路部１３Ａ及び第２電力変換回路部１３Ｂはインバータやコンバータなどを用いて構成される。そして、その電力変換部１３（第１電力変換回路部１３Ａ、第２電力変換回路部１３Ｂ）によって、補助電源装置１０から交流線２への出力電力が調節される。
尚、図示は省略しているが、交流線２と発電装置２０の発電部とを接続するときにも、それらの間にはインバータやコンバータなどの電力変換部が設けられる。そして、その電力変換部によって、発電装置２０から交流線２への供給電力（発電電力）が調節される。

図７に例示した分散型電源システムを用いて、電力消費装置３０へ補助電源装置１０及び発電装置２０からどれだけの電力が供給されるかを例示する。但し、発電装置２０の定格供給電力は７００Ｗ（片相につき３５０Ｗ）であり、補助電源装置１０の定格出力電力は片相につき１２００Ｗ（両相で２４００Ｗ）であるとする。また、第１電圧線２ａと中性線２ｃとの間の電圧、及び、第２電圧線２ｂと中性線２ｃとの間の電圧はともにＡＣ１００Ｖであるので、図中に記載する電流値とＡＣ１００Ｖとの積が、図中に記載する電力値となる。

図７は、電力消費装置３０を構成する第１消費部３１の需要電力及び第２消費部３２の需要電力が共に６５０Ｗ（両相合計で１３００Ｗ）である場合の例である。ここで、図７に示す発電装置２０や補助電源装置１０の内部の構成は図１に示す通りである。尚、この例では、電力系統１が停電状態のため、電力系統１と交流線２との間での電力のやり取りは行われない。
この場合、発電装置２０の発電制御部２２は、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力と第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力との合計電力が最小になり且つ負の電力とはならないように、第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂに対して同一の電力を供給するように発電電力を制御する。具体的には、第１電圧線２ａに対して３５０Ｗの電力を供給し、第２電圧線２ｂに対して３５０Ｗの電力を供給する。但し、発電装置２０から定格供給電力に相当する合計７００Ｗの電力を供給しても、電力消費装置３０の需要電力である１３００Ｗには満たない。

その結果、第１消費部３１における不足電力（即ち、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力）は３００Ｗとなり、第２消費部３２における不足電力（即ち、第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力）は３００Ｗとなる。
そして、補助電源装置１０からこれら３００Ｗずつの電力を出力することで、第１電圧線２ａを通って電力系統１側から第１接続箇所Ｐ１へ向かう電力が零になり、第２電圧線２ｂを通って電力系統１側から第１接続箇所Ｐ１へ向かう電力が零になる。即ち、電力系統１が停電状態であっても、発電装置２０と補助電源装置１０との出力により電力消費装置３０への電力が不足することなく供給できている。

次に、図８に示すのは、電力消費装置３０を構成する第１消費部３１の需要電力が１２００Ｗであり及び第２消費部３２の需要電力が１００Ｗ（両相合計で１３００Ｗ）である場合の例である。

この場合も、発電装置２０の発電制御部２２は、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力と第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力との合計電力が最小になり且つ負の電力とはならないように、第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂに対して同一の電力を供給するように発電電力を制御する。具体的には、第１電圧線２ａに対して３５０Ｗの電力を供給し、第２電圧線２ｂに対して３５０Ｗの電力を供給する。但し、発電装置２０から定格供給電力に相当する合計７００Ｗを供給しても、電力消費の需要電力である１３００Ｗには満たない。

但し、図８に示した例では、第１電圧線２ａと中性線２ｃとの間での第１消費電力である１２００Ｗと、第２電圧線２ｂと中性線２ｃとの間での第２消費電力である１００Ｗとが異なる。その結果、発電装置２０から第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂに対して同一の電力（夫々に対して３５０Ｗ）を供給すると、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力の正負の符号と、第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力の正負の符号とが異なってしまう。即ち、図８に示した例では、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力は＋８５０Ｗ（不足電力）であり、第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力は−２５０Ｗ（余剰電力）というように、両者の電力の正負の符号が異なってしまう。

このような場合、補助電源装置１０から第１電圧線２ａへ上述した不足電力である８５０Ｗだけ出力すると、第１電圧線２ａを通って電力系統１側から第１接続箇所Ｐ１へ向かう電力は零（０Ｗ）となる。尚、補助電源装置１０が、蓄電部１２から交流線２への一方向の電力出力を主目的としている場合、電力変換部１３は蓄電部１２から交流線２への出力電力の変換を行うことができればよく、交流線２から蓄電部１２への逆方向の電力の変換を行う必要はない。即ち、電力変換部１３は双方向性を有している必要はないため、使用する半導体スイッチング素子は双方向性を有するものでなくてよい。つまり、蓄電部１２への充電は電力変換部１３とは別の回路（図示せず）を用いて行われる。従って、電力変換部１３が蓄電部１２から交流線２への一方向の出力電力の変換を行うことのみができる場合、第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力は−２５０Ｗ（余剰電力）のまま残される。更に、電力系統１が停電しているため、その余剰電力が電力系統１の側へ逆潮流することもできず、第２電圧線２ｂから補助電源装置１０へと流入してしまう。即ち、交流線２から蓄電部１２へ向かって電力が逆流してしまう。その結果、第２電圧線２ｂと蓄電部１２との間に設けられる第２電力変換回路部１３Ｂの内部で電流が阻止されて内部電圧が上昇して、第２電力変換回路部１３Ｂを構成する半導体素子等が故障する可能性がある。

図８で説明したような問題を解決するために、トランス（変圧器）を用いる方法がある。図９は交流線２と蓄電部１２との間に絶縁トランス１８を設けた例であり、図１０は交流線２と蓄電部１２との間にオートトランス１９を用いた例である。図９及び図１０に示すように、トランス１８、１９を用いることで、第１電圧線２ａでの不足電力（＋８５０Ｗ）と第２電圧線２ｂでの余剰電力（−２５０Ｗ）とが相殺され、補助電源装置１０からは合計６００Ｗの電力を交流線２に出力すればよいこととなる。

尚、図９及び図１０で説明したようなトランス１８、１９は、重量が重く、寸法も大きいことから、補助電源装置の軽量化や小型化の障壁となる。また、トランス１８、１９を外付けするにも、新たにトランスの設置場所が必要であったり、トランス専用のケーシングが必要であったりといった課題がある。

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、装置の大型化や重量増大を抑制しながら、余剰電力の処理を確実に行なえる分散型電源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分散型電源システムの特徴構成は、電力系統に接続される、第１電圧線及び第２電圧線と中性線とを有する単相３線式の交流線と、前記交流線に対して第１接続箇所で接続される補助電源装置と、前記交流線に対して第２接続箇所で接続される発電装置と、前記交流線の前記第２接続箇所に接続される電力消費装置とを備え、前記交流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接続箇所と前記第２接続箇所とがその並び順で設けられている分散型電源システムであって、
前記電力系統側から前記電力消費装置へ向かう電力を正の電力とした場合において、
前記発電装置は、発電部と、前記第１電圧線を通って前記第１接続箇所側から前記第２接続箇所へ向かう電力と前記第２電圧線を通って前記第１接続箇所側から前記第２接続箇所へ向かう電力との合計電力が最小になり且つ負の電力とはならないように、前記第１電圧線及び前記第２電圧線に対して同一の電力を供給するように前記発電部の発電電力を制御する発電制御部を有し、
前記補助電源装置は、蓄電部と、当該蓄電部及び前記交流線の間での電力変換を行う電力変換部と、当該電力変換部の動作を制御して前記蓄電部から前記交流線への出力電力を調節する動作制御部とを備え、前記電力変換部は、前記第１電圧線及び前記中性線と前記蓄電部との間での電力変換を行う第１電力変換回路部と、前記第２電圧線及び前記中性線と前記蓄電部との間での電力変換を行う第２電力変換回路部と、前記第１電力変換回路部及び前記第２電力変換回路部の間での電力の融通を可能にする電力融通手段とを有する点にある。

上記特徴構成によれば、補助電源装置は第１電力変換回路部と第２電力変換回路部との間で電力融通手段を用いて電力を融通させることができる。その結果、交流線から蓄電部へと電力が逆流し得る状況が発生しても、即ち、蓄電部から交流線へと電力を出力する場合に流れる電流の方向とは逆方向に電流が流れ得る状況が発生しても、その逆流する電流は第１電力変換回路部及び第２電力変換回路部の一方から電力融通手段を介して第１電力変換回路部及び第２電力変換回路部の他方へと流される。つまり、電力変換部の内部で逆流する電流が阻止されることが避けられるので、電力変換部の内部での電圧上昇により故障が発生するといった従来の問題が生じないようにできる。
加えて、交流線に対する電力系統の接続箇所から見て下流側に向かって第１接続箇所と第２接続箇所とがその並び順で設けられており、発電装置の発電制御部は、第１電圧線を通って第１接続箇所側から第２接続箇所へ向かう電力と第２電圧線を通って第１接続箇所側から第２接続箇所へ向かう電力との合計電力が最小になり且つ負の電力とはならないように発電部の発電電力を制御する。つまり、発電装置は、電力消費装置の需要電力を賄うための最大の発電電力で運転する。そして、補助電源装置は、発電装置で賄い切れなかった電力を補助的に出力するように動作することになる。以上のように、本特徴構成の分散型電源システムは、発電装置を高い稼働率で運用でき、且つ、補助電源装置の負荷が小さくなるという点で好ましい。
従って、電力融通手段を用いることで、装置の大型化や重量増大を抑制しながら、余剰電力の処理を確実に行なえる分散型電源システムを提供できる。

本発明に係る分散型電源システムの別の特徴構成は、電力系統に接続される、第１電圧線及び第２電圧線と中性線とを有する単相３線式の交流線と、前記交流線に対して第１接続箇所で接続される補助電源装置と、前記交流線に対して接続される発電装置と、前記交流線に対して第３接続箇所で接続される電力消費装置とを備え、前記交流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接続箇所と前記第３接続箇所とがその並び順で設けられている分散型電源システムであって、
前記発電装置は、前記第１電圧線及び前記第２電圧線に対して同一の電力を供給する自然エネルギー発電部を有し、
前記補助電源装置は、蓄電部と、当該蓄電部及び前記交流線の間での電力変換を行う電力変換部と、当該電力変換部の動作を制御して前記蓄電部から前記交流線への出力電力を調節する動作制御部とを備え、前記電力変換部は、前記第１電圧線及び前記中性線と前記蓄電部との間での電力変換を行う第１電力変換回路部と、前記第２電圧線及び前記中性線と前記蓄電部との間での電力変換を行う第２電力変換回路部と、前記第１電力変換回路部及び前記第２電力変換回路部の間での電力の融通を可能にする電力融通手段とを有する点にある。

上記特徴構成によれば、補助電源装置は第１電力変換回路部と第２電力変換回路部との間で電力融通手段を用いて電力を融通させることができる。その結果、交流線から蓄電部へと電力が逆流し得る状況が発生しても、即ち、蓄電部から交流線へと電力を出力する場合に流れる電流の方向とは逆方向に電流が流れ得る状況が発生しても、その逆流する電流は第１電力変換回路部及び第２電力変換回路部の一方から電力融通手段を介して第１電力変換回路部及び第２電力変換回路部の他方へと流される。つまり、電力変換部の内部で逆流する電流が阻止されることが避けられるので、電力変換部の内部での電圧上昇により故障が発生するといった従来の問題が生じないようにできる。
加えて、発電装置が自然エネルギー発電部を有することで、その自然エネルギー発電部による発電電力を電力消費装置に供給して有効活用することができる。
従って、電力融通手段を用いることで、装置の大型化や重量増大を抑制しながら、余剰電力の処理を確実に行なえる分散型電源システムを提供できる。

本発明に係る分散型電源システムの更に別の特徴構成は、前記補助電源装置の前記動作制御部は、
前記電力消費装置により前記交流線から消費される消費電力と前記発電装置から前記交流線に供給される発電電力との電力差によって、前記第１電圧線及び前記第２電圧線の何れか一方で不足電力が発生し、他方で余剰電力が発生しているとき、
前記余剰電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線から、当該第１電圧線又は第２電圧線に接続されている前記第１電力変換回路部又は前記第２電力変換回路部が前記余剰電力を受け取り、
前記余剰電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線に接続されている前記第１電力変換回路部又は前記第２電力変換回路部から、前記不足電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線に接続されている前記第１電力変換回路部又は前記第２電力変換回路部へ前記電力融通手段が前記余剰電力を融通し、
前記不足電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線に接続されている前記第１電力変換回路部又は前記第２電力変換回路部から、前記不足電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線へ当該不足電力に相当する電力を出力するように前記電力変換部の動作を制御する点にある。

上記特徴構成によれば、補助電源装置の動作制御部は、第１電圧線及び第２電圧線の何れか一方で不足電力が発生し及び他方で余剰電力が発生したとしても、その余剰電力が発生している方の第１電圧線又は第２電圧線に接続されている第１電力変換回路部又は第２電力変換回路部から、不足電力が発生している方の第１電圧線又は第２電圧線に接続されている第１電力変換回路部又は第２電力変換回路部へと、電力融通手段を用いてその余剰電力を融通させる。その結果、不足電力が発生している方の第１電圧線又は第２電圧線に接続されている第１電力変換回路部又は第２電力変換回路部から交流線へ出力する電力（不足電力に相当する電力）には、融通された余剰電力を用いることができる。

第１実施形態の分散型電源システムの構成を示す図である。第１実施形態の分散型電源システムの運用例を説明する図である。第２実施形態の分散型電源システムの運用例を説明する図である。第３実施形態の分散型電源システムの運用例を説明する図である。第４実施形態の分散型電源システムの構成を説明する図である。第４実施形態の分散型電源システムの運用例を説明する図である。比較例の分散型電源システムの運用例を説明する図である。比較例の分散型電源システムの運用例を説明する図である。比較例の分散型電源システムの運用例を説明する図である。比較例の分散型電源システムの運用例を説明する図である。

＜第１実施形態＞
図１は、分散型電源システムの構成を示す図である。
この分散型電源システムは、電力系統１に接続される、第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂと中性線２ｃとを有する単相３線式の交流線２と、交流線２に対して第１接続箇所Ｐ１で接続される蓄電部１２を有する補助電源装置１０と、交流線２に対して第２接続箇所Ｐ２で接続される発電装置２０と、交流線２に対して第３接続箇所Ｐ３で接続される電力消費装置３０とを備える。交流線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と第２接続箇所Ｐ２と第３接続箇所Ｐ３とがその並び順で設けられている。尚、図１において、電力消費装置３０は第２接続箇所Ｐ２に接続されていると見なすことができる。つまり、発電装置２０と電力消費装置３０の両方が、交流線２に対して第２接続箇所Ｐ２で接続されていると見なすことができる。

本実施形態において、電力系統１側から電力消費装置３０へ向かう電力を正の電力とする。また、電力系統１から交流線２に対する電力供給を行うことができる非停電時の場合を考える。

本実施形態の例において、第１電圧線２ａと中性線２ｃとの間の電圧はＡＣ１００Ｖであり、第２電圧線２ｂと中性線２ｃとの間の電圧もＡＣ１００Ｖである。更に、第１電圧線２ａと第２電圧線２ｂとの間の電圧はＡＣ２００Ｖである。図１では、電力消費装置３０として、第１電圧線２ａと中性線２ｃとの間に接続されている１００Ｖ負荷としての第１消費部３１と、第２電圧線２ｂと中性線２ｃとの間に接続されている１００Ｖ負荷としての第２消費部３２とを備える。

〔発電装置２０〕
発電装置２０は、発電部２１と、その発電部２１の発電電力（即ち、交流線２への供給電力）を制御する発電制御部２２とを有する。発電部２１は、燃料電池や、エンジンの駆動力によって動作する発電機など、自身の発電電力を制御可能な装置を用いて構成できる。図示は省略するが、発電装置２０は、発電部２１での発電電力を所望の電圧、周波数、位相などに変換して交流線２に供給するための電力変換部も有している。

発電制御部２２による発電電力の制御について説明すると、発電制御部２２は、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力と第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力との合計電力が最小になり且つ負の電力とはならない（即ち、逆潮流しない）ように、第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂに対して同一の電力を供給するように発電電力を制御する。発電装置２０の発電制御部２２は、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力と、第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力とを、カレントトランス（図示せず）の検出結果を参照して（即ち、第１電圧線２ａ、第２電圧線２ｂ上の第１接続箇所Ｐ１と第２接続箇所Ｐ２との間を流れる電流値に基づいて導出できる電力を参照して）、監視している。

〔補助電源装置１０〕
補助電源装置１０は、電気を蓄えることのできる蓄電部１２と、その蓄電部１２及び交流線２の間での電力変換を行う電力変換部１３と、電力変換部１３の動作を制御して蓄電部１２から交流線２への出力電力を調節する動作制御部１１とを備える。補助電源装置１０の動作制御部１１は、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力と、第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力と、カレントトランス（図示せず）の検出結果を参照して（即ち、第１接続箇所Ｐ１と第２接続箇所Ｐ２との間の第１電圧線２ａ、第２電圧線２ｂ上を流れる電流値に基づいて導出できる電力を参照して）、監視している。その結果、第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力の符号が正であれば不足電力が発生している（即ち、電力消費装置の消費電力が発電装置の発電電力よりも大きい）と判定でき、逆に第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力の符号が負であれば余剰電力が発生している（即ち、発電装置の発電電力が電力消費装置の消費電力よりも大きい）と判定できる。
また、補助電源装置１０の動作制御部１１は、第１電圧線２ａを通って電力系統１側から第１接続箇所Ｐ１へ向かう電力と、第２電圧線２ｂを通って電力系統１側から第１接続箇所Ｐ１へ向かう電力とを、カレントトランス（図示せず）の検出結果を参照して（即ち、第１接続箇所Ｐ１よりも電力系統１の側の第１電圧線２ａ、第２電圧線２ｂ上を流れる電流値に基づいて導出できる電力を参照して）、監視できる。

蓄電部１２は、蓄電池（化学電池）や電気二重層キャパシタなど、蓄電機能を有する各種機器で構成することができる。

電力変換部１３は、第１電圧線２ａ及び中性線２ｃと蓄電部１２との間での電力変換を行う第１電力変換回路部１３Ａと、第２電圧線２ｂ及び中性線２ｃと蓄電部１２との間での電力変換を行う第２電力変換回路部１３Ｂと、第１電力変換回路部１３Ａ及び第２電力変換回路部１３Ｂの間での電力の融通を可能にする電力融通手段１６とを有する。

本実施形態において、第１電力変換回路部１３Ａは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ及び第１インバータ回路１５ａの組で構成され、第２電力変換回路部１３Ｂは、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂ及び第２インバータ回路１５ｂの組とで構成される。交流線２と蓄電部１２とを絶縁するために、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ及び第１インバータ回路１５ａの少なくとも何れか一方は絶縁型の回路構成となっており、同じく第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂ及び第２インバータ回路１５ｂの少なくとも何れか一方も絶縁型の回路構成となっている。

加えて、本実施形態では、第１電力変換回路部１３Ａは、単方向性（交流線２への出力方向）の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ及び双方向性の第１インバータ回路１５ａの組で構成され、第２電力変換回路部１３Ｂは、単方向性（交流線２への出力方向）の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂ及び双方向性の第２インバータ回路１５ｂの組とで構成される。このような回路構成を採用するのは、蓄電部１２から交流線２への一方向の電力出力を主目的としているため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂは、蓄電部１２から交流線２への出力電力の変換を行うことができればよく、交流線２から蓄電部１２への逆方向の電力の変換を行う必要はないからである。即ち、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂは双方向性を有している必要はないため、回路の作製に必要なコストを小さくすることができる。

これら第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ、第１インバータ回路１５ａ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂ、第２インバータ回路１５ｂは半導体スイッチング素子などを用いて構成される。半導体スイッチング素子のスイッチング動作は、動作制御部１１が制御する。つまり、蓄電部１２から交流線２への出力電力は動作制御部１１が制御する。

更に、電力変換部１３において、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ及び第１インバータ回路１５ａの間の直流部分と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂ及び第２インバータ回路１５ｂの間の直流部分との間を、電力融通手段１６を用いて接続してある。本実施形態において、電力融通手段１６は、例えば、半導体スイッチング素子等を用いて構成されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路を用いて実現できる。

本実施形態の分散型電源システムにおいて、補助電源装置１０の動作制御部１１は、電力消費装置３０により交流線２から消費される消費電力と発電装置２０から交流線２に供給される発電電力との電力差によって、第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂの何れか一方で不足電力が発生し、他方で余剰電力が発生しているとき、余剰電力が発生している第１電圧線２ａ又は第２電圧線２ｂから、当該第１電圧線２ａ又は第２電圧線２ｂに接続されている第１電力変換回路部１３Ａ又は第２電力変換回路部１３Ｂが余剰電力を受け取り、余剰電力が発生している第１電圧線２ａ又は第２電圧線２ｂに接続されている第１電力変換回路部１３Ａ又は第２電力変換回路部１３Ｂから、不足電力が発生している第１電圧線２ａ又は第２電圧線２ｂに接続されている第１電力変換回路部１３Ａ又は第２電力変換回路部１３Ｂへ電力融通手段１６が余剰電力を融通し、不足電力が発生している第１電圧線２ａ又は第２電圧線２ｂに接続されている第１電力変換回路部１３Ａ又は第２電力変換回路部１３Ｂから、不足電力が発生している第１電圧線２ａ又は第２電圧線２ｂへ当該不足電力に相当する電力を出力するように電力変換部１３の動作を制御する。
以下に、この制御の内容について具体例を挙げて説明する。

図２は、第１実施形態の分散型電源システムの運用例を説明する図であり、具体的には、補助電源装置１０の動作制御部１１の動作例を説明する図である。但し、発電装置２０の定格供給電力は７００Ｗ（片相につき３５０Ｗ）であり、補助電源装置１０の定格出力電力は片相につき１２００Ｗ（両相で２４００Ｗ）であるとする。この仮定は、先に図７に関して説明した仮定と同様である。また、第１電圧線２ａ、２ｂと中性線２ｃとの間の電圧はＡＣ１００Ｖであるので、図中に記載する電流値とＡＣ１００Ｖとの積が、図中に記載する電力値となる。尚、以下の例では、電力変換部１３での電力変換損失を考慮していないが、実際に分散型電源システムを運用するときには電力変換損失を考慮する必要がある。

図２に示すのは、電力消費装置３０を構成する第１消費部３１の需要電力が１２００Ｗであり及び第２消費部３２の需要電力が１００Ｗ（両相合計で１３００Ｗ）である場合の例である。また、電力系統１は停電状態にあるため、電力系統１と交流線２との間で電力のやり取りは行われない。

この場合、発電装置２０の発電制御部２２は、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力と第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力との合計電力が最小になり且つ負の電力とはならないように、第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂに対して同一の電力を供給するように発電電力を制御する。具体的には、第１電圧線２ａに対して３５０Ｗの電力を供給し、第２電圧線２ｂに対して３５０Ｗの電力を供給する。但し、発電装置２０からそれだけの電力（合計７００Ｗ）を供給しても、電力消費装置３０の需要電力である１３００Ｗには満たない。更に、発電装置２０から第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂに対して同一の電力（３５０Ｗ）を供給すると、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力の正負の符号と、第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力の正負の符号とが異なってしまう。具体的には、図２に示した例では、第１電圧線２ａを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力は＋８５０Ｗであり、第２電圧線２ｂを通って第１接続箇所Ｐ１側から第２接続箇所Ｐ２へ向かう電力は−２５０Ｗというように、両者の電力の正負の符号が異なる。
つまり、電力消費装置３０により交流線２から消費される消費電力と発電装置２０から交流線２に供給される発電電力との電力差によって、第１電圧線２ａで８５０Ｗの不足電力が発生し、第２電圧線２ｂで２５０Ｗの余剰電力が発生している。

このように第１電圧線２ａで８５０Ｗの不足電力が発生し、第２電圧線２ｂで２５０Ｗの余剰電力が発生しているとき、補助電源装置１０の動作制御部１１は、その２５０Ｗの余剰電力が発生している第２電圧線２ｂからその第２電圧線２ｂに接続されている第２電力変換回路部１３Ｂが２５０Ｗの余剰電力を受け取り、その第２電力変換回路部１３Ｂから第１電力変換回路部１３Ａへ電力融通手段１６が２５０Ｗの余剰電力を融通し、第１電力変換回路部１３Ａから不足電力が発生している第１電圧線２ａへその不足電力に相当する電力を出力するように電力変換部１３の動作を制御する。つまり、第１電力変換回路部１３Ａから第１電圧線２ａへ８５０Ｗの電力を出力する必要があるものの、第２電力変換回路部１３Ｂから２５０Ｗの電力融通を受けることができるので、蓄電部１２からは６００Ｗの電力供給を受けるだけでよい。
このように、第１電力変換回路部１３Ａ及び第２電力変換回路部１３Ｂの間での電力の融通を可能にする電力融通手段１６を設けたことで、余剰電力の処理を確実に行なうことができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の分散型電源システムは補助電源装置１０の電力変換部１３の構成が第１実施形態と異なる。以下に第２実施形態の分散型電源システム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３は、第２実施形態の分散型電源システムの補助電源装置１０の構成を示す図である。図示するように、補助電源装置１０が有する電力変換部１３は、第１電圧線２ａ及び中性線２ｃと蓄電部１２との間での電力変換を行う第１電力変換回路部１３Ａと、第２電圧線２ｂ及び中性線２ｃと蓄電部１２との間での電力変換を行う第２電力変換回路部１３Ｂと、第１電力変換回路部１３Ａ及び第２電力変換回路部１３Ｂの間での電力の融通を可能にする電力融通手段１６とを有する。
具体的には、第１電力変換回路部１３Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４及び第１インバータ回路１５ａの組で構成され、第２電力変換回路部１３Ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４及び第２インバータ回路１５ｂの組とで構成される。つまり、本実施形態では、第１電力変換回路部１３Ａと第２電力変換回路部１３Ｂとで、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４は共用される。
加えて、本実施形態では、第１電力変換回路部１３Ａが有する第１インバータ回路１５ａは双方向性の回路構成となっており、第２電力変換回路部１３Ｂが有する第２インバータ回路１５ｂも双方向性の回路構成となっている。更に、第１インバータ回路１５ａ及び第２インバータ回路１５ｂは共に絶縁型の回路構成となっている。

更に、本実施形態では、電力変換部１３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４及び第１インバータ回路１５ａの間の直流部分と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４及び第２インバータ回路１５ｂの間の直流部分との間は、電力が融通される電力融通手段１６として機能する。例えば、図３に示すように、第１実施形態と同様に第１電圧線２ａで８５０Ｗの不足電力が発生し及び第２電圧線２ｂで２５０Ｗの余剰電力が発生した場合、補助電源装置１０の動作制御部１１は、その２５０Ｗの余剰電力が発生している第２電圧線２ｂからその第２電圧線２ｂに接続されている第２電力変換回路部１３Ｂの第２インバータ回路１５ｂが２５０Ｗの余剰電力を受け取り、その第２電力変換回路部１３Ｂから第１電力変換回路部１３Ａへ電力融通手段１６を介して２５０Ｗの余剰電力を融通し、第１電力変換回路部１３Ａの第１インバータ回路１５ａから不足電力が発生している第１電圧線２ａへその不足電力に相当する電力を出力するように電力変換部１３の動作を制御する。つまり、補助電源装置１０は、第１電力変換回路部１３Ａの第１インバータ回路１５ａから第１電圧線２ａへ８５０Ｗの電力を出力する必要があるものの、第２電力変換回路部１３Ｂから２５０Ｗの電力融通を受けることができるので、蓄電部１２からは６００Ｗの電力供給を受けるだけでよい。
このように、第１電力変換回路部１３Ａ及び第２電力変換回路部１３Ｂの間での電力の融通を可能にする電力融通手段１６を設けたことで、余剰電力の処理を確実に行なうことができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の分散型電源システムは補助電源装置１０の電力変換部１３の構成が第１実施形態と異なる。以下に第３実施形態の分散型電源システム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４は、第３実施形態の分散型電源システムの補助電源装置１０の構成を示す図である。図示するように、補助電源装置１０が有する電力変換部１３は、第１電圧線２ａ及び中性線２ｃと蓄電部１２との間での電力変換を行う第１電力変換回路部１３Ａと、第２電圧線２ｂ及び中性線２ｃと蓄電部１２との間での電力変換を行う第２電力変換回路部１３Ｂと、第１電力変換回路部１３Ａ及び第２電力変換回路部１３Ｂの間での電力の融通を可能にする電力融通手段１６とを有する。
具体的には、第１電力変換回路部１３Ａは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ及び第１インバータ回路１５ａの組で構成され、第２電力変換回路部１３Ｂは、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂ及び第２インバータ回路１５ｂの組とで構成される。加えて、本実施形態では、第１電力変換回路部１３Ａが有する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ及び第１インバータ回路１５ａは何れも双方向性の回路構成となっており、第２電力変換回路部１３Ｂが有する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂ及び第２インバータ回路１５ｂも双方向性の回路構成となっている。本実施形態では、第１電力変換回路部１３Ａにおいて第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａ及び第１インバータ回路１５ａの少なくとも何れか一方を絶縁型の回路構成とすればよく、第２電力変換回路部１３Ｂにおいて第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂ及び第２インバータ回路１５ｂの少なくとも何れか一方を絶縁型の回路構成とすればよい。

更に、本実施形態では、電力変換部１３において、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ａの入力側（蓄電部１２の側）と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４ｂの入力側（蓄電部１２の側）との間は、電力が融通される電力融通手段１６として機能する。例えば、図４に示すように、第１実施形態と同様に第１電圧線２ａで８５０Ｗの不足電力が発生し及び第２電圧線２ｂで２５０Ｗの余剰電力が発生した場合、補助電源装置１０の動作制御部１１は、その２５０Ｗの余剰電力が発生している第２電圧線２ｂからその第２電圧線２ｂに接続されている第２電力変換回路部１３Ｂの第２インバータ回路１５ｂが２５０Ｗの余剰電力を受け取り、その第２電力変換回路部１３Ｂから第１電力変換回路部１３Ａへ電力融通手段１６を介して２５０Ｗの余剰電力を融通し、第１電力変換回路部１３Ａの第１インバータ回路１５ａから不足電力が発生している第１電圧線２ａへその不足電力に相当する電力を出力するように電力変換部１３の動作を制御する。つまり、補助電源装置１０は、第１電力変換回路部１３Ａの第１インバータ回路１５ａから第１電圧線２ａへ８５０Ｗの電力を出力する必要があるものの、第２電力変換回路部１３Ｂから２５０Ｗの電力融通を受けることができるので、蓄電部１２からは６００Ｗの電力供給を受けるだけでよい。
このように、第１電力変換回路部１３Ａ及び第２電力変換回路部１３Ｂの間での電力の融通を可能にする電力融通手段１６を設けたことで、余剰電力の処理を確実に行なうことができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態の分散型電源システムは、発電装置が自然エネルギー発電部を有する点で上記実施形態と異なる。以下に第４実施形態の分散型電源システムについて説明するが、上記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４実施形態の分散型電源システムの構成を示す図である。第４実施形態の分散型電源システムは、電力系統１に接続される、第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂと中性線２ｃとを有する単相３線式の交流線２と、交流線２に対して第１接続箇所Ｐ１で接続される補助電源装置１０と、交流線２に対して接続される発電装置２０と、交流線２に対して第３接続箇所Ｐ３で接続される電力消費装置３０とを備える。発電装置２０は、第４接続箇所Ｐ４で交流線に対して接続される。

発電装置２０は、第１電圧線及び第２電圧線に対して同一の電力を供給する自然エネルギー発電部２３を有する。自然エネルギー発電部２３としては、自然エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電装置などの種々の発電装置を利用できる。加えて、発電装置２０は、自然エネルギー発電部２３の発電電力（即ち、交流線２への供給電力）を制御する発電制御部２２を有する。例えば、自然エネルギー発電部２３が太陽光発電部である場合、発電制御部２２は、その自然エネルギー発電部２３での発電電力を所望の電圧、周波数、位相などに変換して交流線２に供給するための電力変換部（図示せず）の動作を制御して最大電力点追従制御などを行うことができる。本実施形態では、交流線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４接続箇所Ｐ４と第１接続箇所Ｐ１と第３接続箇所Ｐ３とがその並び順で設けられている例を示すが、交流線２に対する発電装置２０の接続箇所である第４接続箇所Ｐ４は、交流線２に対する電力系統１の接続箇所から見て第１接続箇所Ｐ１よりも下流側に設けられていてもよい。

補助電源装置１０の構成は上記実施形態と同様である。即ち、補助電源装置１０は、蓄電部１２と、その蓄電部１２及び交流線２の間での電力変換を行う電力変換部１３と、その電力変換部１３の動作を制御して蓄電部１２から交流線２への出力電力を調節する動作制御部１１とを備え、電力変換部１３は、第１電圧線２ａ及び中性線２ｃと蓄電部１２との間での電力変換を行う第１電力変換回路部１３Ａと、第２電圧線２ｂ及び中性線２ｃと蓄電部１２との間での電力変換を行う第２電力変換回路部１３Ｂと、第１電力変換回路部１３Ａ及び第２電力変換回路部１３Ｂの間での電力の融通を可能にする電力融通手段１６とを有する。

図６は、第４実施形態の分散型電源システムの運用例を説明する図であり、具体的には、補助電源装置１０の動作制御部１１の動作例を説明する図である。この例では、電力消費装置３０を構成する第１消費部３１の需要電力が１２００Ｗであり及び第２消費部３２の需要電力が１００Ｗ（両相合計で１３００Ｗ）である場合を示す。また、電力系統１は停電状態にあるため、電力系統１と交流線２との間で電力のやり取りは行われない。

この場合、発電装置２０は、第１電圧線２ａに対して３５０Ｗの電力を供給し、第２電圧線２ｂに対して３５０Ｗの電力を供給する。但し、発電装置２０からそれだけの電力（合計７００Ｗ）を供給しても、電力消費装置３０の需要電力である１３００Ｗには満たない。更に、電力消費装置３０により交流線２から消費される消費電力と発電装置２０から交流線２に供給される発電電力との電力差によって、第１電圧線２ａで８５０Ｗの不足電力が発生し、第２電圧線２ｂで２５０Ｗの余剰電力が発生している。

このとき、補助電源装置１０の動作制御部１１は、その２５０Ｗの余剰電力が発生している第２電圧線２ｂからその第２電圧線２ｂに接続されている第２電力変換回路部１３Ｂが２５０Ｗの余剰電力を受け取り、その第２電力変換回路部１３Ｂから第１電力変換回路部１３Ａへ電力融通手段１６が２５０Ｗの余剰電力を融通し、第１電力変換回路部１３Ａから不足電力が発生している第１電圧線２ａへその不足電力に相当する電力を出力するように電力変換部１３の動作を制御する。つまり、第１電力変換回路部１３Ａから第１電圧線２ａへ８５０Ｗの電力を出力する必要があるものの、第２電力変換回路部１３Ｂから２５０Ｗの電力融通を受けることができるので、蓄電部１２からは６００Ｗの電力供給を受けるだけでよい。
このように、第１電力変換回路部１３Ａ及び第２電力変換回路部１３Ｂの間での電力の融通を可能にする電力融通手段１６を設けたことで、余剰電力の処理を確実に行なうことができる。

＜別実施形態＞
上記実施形態では、補助電源装置１０の動作制御部１１の動作例について、具体的な数値を挙げて説明したが、それらの数値は例示目的で記載したものであり、本発明がそれの数値に限定されるわけではない。他にも、第１電圧線２ａと中性線２ｃとの間の電圧、及び、第２電圧線２ｂと中性線２ｃとの間の電圧は、上記実施形態で例示したＡＣ１００Ｖに限定されるものではない。

本発明は、余剰電力の処理を確実に行なえる分散型電源システムに利用できる。

１電力系統
２交流線
２ａ第１電圧線
２ｂ第２電圧線
２ｃ中性線
１０補助電源装置
１１動作制御部
１２蓄電部
１３電力変換部
１３Ａ第１電力変換回路部
１３Ｂ第２電力変換回路部
１６電力融通手段
２０発電装置
３０電力消費装置
３１第１消費部
３２第２消費部
Ｐ１第１接続箇所
Ｐ２第２接続箇所
Ｐ３第３接続箇所

Claims

電力系統に接続される、第１電圧線及び第２電圧線と中性線とを有する単相３線式の交流線と、前記交流線に対して第１接続箇所で接続される補助電源装置と、前記交流線に対して第２接続箇所で接続される発電装置と、前記交流線の第２接続箇所に接続される電力消費装置とを備え、前記交流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接続箇所と前記第２接続箇所とがその並び順で設けられている分散型電源システムであって、
前記電力系統側から前記電力消費装置へ向かう電力を正の電力とした場合において、
前記発電装置は、発電部と、前記第１電圧線を通って前記第１接続箇所側から前記第２接続箇所へ向かう電力と前記第２電圧線を通って前記第１接続箇所側から前記第２接続箇所へ向かう電力との合計電力が最小になり且つ負の電力とはならないように、前記第１電圧線及び前記第２電圧線に対して同一の電力を供給するように前記発電部の発電電力を制御する発電制御部を有し、
前記補助電源装置は、蓄電部と、当該蓄電部及び前記交流線の間での電力変換を行う電力変換部と、当該電力変換部の動作を制御して前記蓄電部から前記交流線への出力電力を調節する動作制御部とを備え、前記電力変換部は、前記第１電圧線及び前記中性線と前記蓄電部との間での電力変換を行う第１電力変換回路部と、前記第２電圧線及び前記中性線と前記蓄電部との間での電力変換を行う第２電力変換回路部と、前記第１電力変換回路部及び前記第２電力変換回路部の間での電力の融通を可能にする電力融通手段とを有する分散型電源システム。
電力系統に接続される、第１電圧線及び第２電圧線と中性線とを有する単相３線式の交流線と、前記交流線に対して第１接続箇所で接続される補助電源装置と、前記交流線に対して接続される発電装置と、前記交流線に対して第３接続箇所で接続される電力消費装置とを備え、前記交流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接続箇所と前記第３接続箇所とがその並び順で設けられている分散型電源システムであって、
前記発電装置は、前記第１電圧線及び前記第２電圧線に対して同一の電力を供給する自然エネルギー発電部を有し、
前記補助電源装置は、蓄電部と、当該蓄電部及び前記交流線の間での電力変換を行う電力変換部と、当該電力変換部の動作を制御して前記蓄電部から前記交流線への出力電力を調節する動作制御部とを備え、前記電力変換部は、前記第１電圧線及び前記中性線と前記蓄電部との間での電力変換を行う第１電力変換回路部と、前記第２電圧線及び前記中性線と前記蓄電部との間での電力変換を行う第２電力変換回路部と、前記第１電力変換回路部及び前記第２電力変換回路部の間での電力の融通を可能にする電力融通手段とを有する分散型電源システム。
前記補助電源装置の前記動作制御部は、
前記電力消費装置により前記交流線から消費される消費電力と前記発電装置から前記交流線に供給される発電電力との電力差によって、前記第１電圧線及び前記第２電圧線の何れか一方で不足電力が発生し、他方で余剰電力が発生しているとき、
前記余剰電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線から、当該第１電圧線又は前記第２電圧線に接続されている前記第１電力変換回路部又は前記第２電力変換回路部が前記余剰電力を受け取り、
前記余剰電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線に接続されている前記第１電力変換回路部又は前記第２電力変換回路部から、前記不足電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線に接続されている前記第１電力変換回路部又は前記第２電力変換回路部へ前記電力融通手段が前記余剰電力を融通し、
前記不足電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線に接続されている前記第１電力変換回路部又は前記第２電力変換回路部から、前記不足電力が発生している前記第１電圧線又は前記第２電圧線へ当該不足電力に相当する電力を出力するように前記電力変換部の動作を制御する請求項１又は２に記載の分散型電源システム。