JP5979865B2

JP5979865B2 - 電力供給システム

Info

Publication number: JP5979865B2
Application number: JP2011273662A
Authority: JP
Inventors: 敏成百瀬; 知男団栗; 石井　幹也; 幹也石井; 富尾　剛至; 剛至富尾
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: JP2013126300A

Description

本発明は、直流母線に対して接続される蓄電池と、商用電力系統に接続される交流母線と前記直流母線とを接続するパワーコンディショナ（直交変換器）と、前記蓄電池及び前記パワーコンディショナの作動を制御する制御手段とを備えた電力供給システムに関する。

上述のような構成の電力供給システムとしては、例えば、特許文献１に記載の電力供給システムがある。特許文献１に記載の電力供給システムにおいては、系統正常時には、パワーコンディショナとしての整流器が直流母線の基準電圧を維持するように構成されている。さらに、蓄電池は、直流母線の電圧が基準電圧より高電圧のときに充電し、基準電圧より低電圧のときに放電するように構成されている。一方、系統異常時には、蓄電池の充放電を制御することで、直流母線の一定基準電圧を維持するように構成されていた。

しかし、この電力供給システムにおいては、パワーコンディショナは、交流母線から直流母線に電力供給できるように構成されているのみで、直流母線から交流母線への電力供給が可能には構成されていない。このため、蓄電池の蓄電量に余裕がある場合でも、交流母線に接続された電力負荷への電力供給には商用電力系統を使わざるを得ない。このように、交流母線上の電力負荷への電力供給に、一般的に商用電力系統に比べて電力効率に優れる太陽電池・燃料電池の発電出力を蓄電池を介して利用することができないため、システム全体としてみたときの電力効率に関しては改善の余地がある。

特開２００８−２３３５６０公報

ここで、系統正常時に蓄電池から積極的に交流母線に電力供給するために、例えば、引用文献１の構成において、単にパワーコンディショナを直流母線から交流母線に電力供給可能に構成したとしても、整流器が基準電圧を維持したままでは、蓄電池から任意の出力で放電できないという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、系統正常時においても、蓄電池から交流母線への電力供給が可能な電力供給システムを提供し、例えば、蓄電池の蓄電量に余裕がある場合には、蓄電池から交流電力線側に電力を供給することでシステムの電力効率を改善することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る電力供給システムの特徴構成は、前記パワーコンディショナが、前記交流母線での交流電力を所望の直流電力に変換して前記直流母線に出力するＡＣ／ＤＣ変換作動状態と、前記直流母線での直流電力を所望の交流電力に変換して前記交流母線に出力するＤＣ／ＡＣ変換作動状態とを切り替えて作動可能に構成され、前記蓄電池が、前記直流母線から電力を充電する充電作動状態と、前記直流母線へ電力を放電する放電作動状態とを切り替えて作動可能に構成され、前記制御手段が、前記直流母線の電圧源を、前記蓄電池と前記パワーコンディショナとで切り替えて作動させるように構成され、前記制御手段が、前記パワーコンディショナを前記電圧源として作動させるとき、前記パワーコンディショナの作動を前記直流母線の電圧に応じて前記ＡＣ／ＤＣ変換作動状態と前記ＤＣ／ＡＣ変換作動状態との間で切り替え、及び、前記蓄電池の作動を前記直流母線の電圧に応じて前記放電作動状態と前記充電作動状態との間で切り替え、
前記制御手段が前記パワーコンディショナを前記ＡＣ／ＤＣ変換作動状態で作動させるときの前記直流母線の電圧である第１電圧範囲は、前記パワーコンディショナを前記ＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動させるときの前記直流母線の電圧である第２電圧範囲よりも低く設定してあり、
前記制御手段が前記蓄電池を前記放電作動状態で作動させるときの前記直流母線の電圧である第３電圧範囲は、前記パワーコンディショナを前記ＡＣ／ＤＣ変換作動状態で作動させるときの前記第１電圧範囲の最高電圧よりも低く設定してあり、及び、前記蓄電池を前記充電作動状態で作動させるときの前記直流母線の電圧である第４電圧範囲は、前記パワーコンディショナを前記ＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動させるときの前記第２電圧範囲の最低電圧よりも高く設定してある点にある。

上記特徴構成によれば、パワーコンディショナがＡＣ／ＤＣ変換作動状態であるときには、パワーコンディショナを電圧源として、蓄電池を適宜充放電させることで、直流母線の電圧を安定して一定電圧に保つことができる。さらに、パワーコンディショナがＤＣ／ＡＣ変換作動状態であるときには、蓄電池を電圧源として作動させることで、蓄電池から任意の出力で放電することが可能となる。
すなわち、蓄電池から交流母線への電力供給が可能な電力供給システムを提供することができる。よって、交流母線上の電力負荷への電力供給に、例えば、一般的に商用電力系統に比べて電力効率に優れる太陽電池・燃料電池の発電出力を、蓄電池を介して利用することができ、システムの電力効率を改善できる。
加えて、制御手段が、パワーコンディショナを電圧源として作動させるとき、パワーコンディショナの作動を直流母線の電圧に応じてＡＣ／ＤＣ変換作動状態とＤＣ／ＡＣ変換作動状態との間で切り替え、及び、蓄電池の作動を直流母線の電圧に応じて放電作動状態と充電作動状態との間で切り替えることができる。

ここで、比較対象として、第１電圧範囲の最大値と第２電圧範囲の最小値とが同一に設定されている場合（すなわち、特定の電圧値を境として、パワーコンディショナのＡＣ／ＤＣ変換作動動作とＤＣ／ＡＣ変換作動状態とを切り替える場合）には、直流母線の電圧がわずかに変動するだけで、容易にＡＣ／ＤＣ変換動作に切り替わってしまい、ＤＣ／ＡＣ変換により直流母線から交流母線に供給した電力がＡＣ／ＤＣ変換により再度直流母線に戻される可能性がある。このような電力の循環が起きると、パワーコンディショナを介する分電力のロスが生じるため、システムの電力効率を低下させてしまう。
この点、第１電圧範囲を第２電圧範囲よりも低く設定してある（すなわち、ＡＣ／ＤＣ変換作動状態とする第１電圧範囲の最大値と、ＤＣ／ＡＣ変換作動状態とする第２電圧範囲の最小値とが異なる）ため、第２電圧範囲においてＡＣ／ＤＣ動作している際に、わずかな電圧の変動が生じても、容易にＡＣ／ＤＣ動作に切り替わることを抑制できる。すなわち、パワーコンディショナがＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動しているときに、パワーコンディショナがＡＣ／ＤＣ変換作動状態でも作動してしまい、パワーコンディショナへの交流母線からの入力が再度交流母線に再出力されることを抑制できる。よって、蓄電池から交流母線への電力供給が可能であるとともに、システムの電力効率が低下することを一層抑制した電力供給システムを提供することができる。

また、直流母線における電力負荷の変動により、直流母線の電圧が急激に変動し、パワーコンディショナだけでは直流母線の電圧を一定範囲内に維持しづらくなった場合でも、蓄電池を充放電動作させることで、直流母線の電圧を一定範囲に維持できる。
具体的に説明すると、例えば、直流母線に接続された電力負荷の負荷量が急激に増加し、直流母線の電圧が第３電圧範囲まで下降した場合には、パワーコンディショナをＡＣ／
ＤＣ変換作動状態で動作させることに加え、蓄電池を放電作動状態で動作させることで、直流母線の電圧を第１電圧範囲より高くできる。また、直流母線に接続された電力負荷の負荷量が急激に低下し、直流母線の電圧が第４電圧範囲まで上昇した場合には、パワーコンディショナをＤＣ／ＡＣ変換作動状態で動作させることに加え、蓄電池を充電作動状態で動作させることで、直流母線の電圧を第２電圧範囲より低くできる。
すなわち、蓄電池から交流母線への電力供給が可能であるとともに、直流母線における電力負荷の変動に対してロバストな電力供給システムを提供することができる。

また、前記制御手段が、前記蓄電池を前記電圧源として作動させるとき、前記直流母線の電圧が前記第１電圧範囲と前記第２電圧範囲との間の充放電基準電圧以下であれば前記蓄電池を前記放電作動状態で作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記充放電基準電圧より高ければ前記蓄電池を前記充電作動状態で作動させる構成とすると好適である。

上記特徴構成によれば、蓄電池を電圧源として作動させるときでも、蓄電池の充放電作動状態を切り替えることで、直流母線の電圧を、充放電基準電圧に維持できる。このため、例えば、商用電力系統の電圧が正常でなくパワーコンディショナの動作を停止した場合や、蓄電池から交流電力側へ電力供給する場合に好適に用いることができる。すなわち、蓄電池から交流母線への電力供給が可能であるとともに、直流母線の電圧を充放電基準電圧に維持できる電力供給システムを提供することができる。

また、前記制御手段が、前記電圧源を前記パワーコンディショナから前記蓄電池に切り替えるとき、前記パワーコンディショナの前記ＡＣ／ＤＣ変換作動状態と前記ＤＣ／ＡＣ変換作動状態とを共に停止させる前に、前記蓄電池を前記電圧源として作動させ、前記蓄電池を、前記直流母線の電圧が前記第１電圧範囲と前記第２電圧範囲との間の充放電基準電圧以下であれば前記蓄電池を前記放電作動状態で作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記充放電基準電圧より高ければ前記蓄電池を前記充電作動状態で作動させる構成とすると好適である。

上記特徴構成によれば、充放電基準電圧を第１電圧範囲と第２電圧範囲との間に設定するので、パワーコンディショナから蓄電池への切り替えを無瞬断で行うことができる。

また、前記直流母線に対して接続される電力供給ユニットを備え、前記制御手段が、前記充放電基準電圧を、充電時の充電基準電圧と放電時の放電基準電圧との２つから構成し、前記充電基準電圧を前記放電基準電圧より高く設定し、前記パワーコンディショナ及び前記電力供給ユニットが、前記直流母線の電圧が前記充電基準電圧以上である場合に、前記蓄電池の蓄電量が余剰状態にあると判定し、前記直流母線の電圧が前記放電基準電圧以下である場合に、前記蓄電池の蓄電量が不足状態にあると判定するように構成されていると好適である。

上記特徴構成によれば、充電基準電圧と放電基準電圧との２つを設けるため、パワーコンディショナ及び電力供給ユニットは、直流母線の電圧を計測するだけで、蓄電池の蓄電量が余剰状態にあるか不足状態にあるかを判定できる。このため、パワーコンディショナ及び電力供給ユニットと、蓄電池とを、別途通信線を用意することなく連携させることが可能となる。具体的には、例えば、直流母線の電圧が放電基準電圧以下である場合には、電力供給ユニットは直流母線に供給する電力を増加させるように動作させ、放電によって蓄電池の蓄電量が不足状態となることをあらかじめ抑制することが可能となる。
また、直流母線の電圧の変動は瞬時に計測可能なため、パワーコンディショナ及び電力供給ユニットと、蓄電池とを、別途通信線を用いて通信させる場合に比べ、高速に蓄電池の状態を判定でき、蓄電池の状態変化に対して高い応答性を示すことができる。
すなわち、蓄電池から交流母線への電力供給が可能であるとともに、直流母線に接続された各機器の連携を容易に行える電力供給システムを提供することができる。

電力供給システムの構成図電力供給システムの制御モード一覧図電力供給システムの制御モード（モード１、２）を示す図電力供給システムの制御モード（モード３、４）を示す図電力供給システムの制御モードの遷移を示すフロー図

以下に図面を参照して、本発明に係る電力供給システムの実施形態を説明する。

（１）電力供給システムの構成
（１−１）概要
図１に示すように、本発明に係る電力供給システムＳ１は、直流母線ＤＣに対して接続される蓄電池１と、商用電力系統２に接続される交流母線ＡＣと、交流母線ＡＣと直流母線ＤＣとを接続するパワーコンディショナ３と、蓄電池１及びパワーコンディショナ３の作動を制御する制御手段４とを備えている。交流母線ＡＣ及び直流母線ＤＣには、それぞれ、交流電力を消費して動作する交流電力消費装置２１と、直流電力を消費して動作する直流電力消費装置２２とが接続されている。また、本実施形態においては、電力供給システムＳ１は、電力変換器６を介して直流母線ＤＣに対して接続される電力供給ユニット５を備えている。

（１−２）蓄電池
蓄電池１は、直流母線ＤＣから電力が充電される充電作動状態と、直流母線ＤＣへ電力を放電する放電作動状態とを切り替えて作動可能に構成されている。蓄電池１は、化学電池とキャパシタとフライホイールとのうちの少なくとも１つを備えて構成されている。本実施形態においては、蓄電池１として、電気二重層キャパシタ１ｂがＤＣ／ＤＣコンバータ１ａを介して直流母線ＤＣに接続された構成を示す。

（１−３）パワーコンディショナ
パワーコンディショナ３は、交流母線ＡＣでの交流電力を所望の直流電力に変換して直流母線ＤＣに出力するＡＣ／ＤＣ変換作動状態と、直流母線ＤＣでの直流電力を所望の交流電力に変換して交流母線ＡＣに出力するＤＣ／ＡＣ変換作動状態とを切り替えて作動可能に構成されている。パワーコンディショナ３は、少なくともＡＣ／ＤＣ変換を行うための整流器と、ＤＣ／ＡＣ変換を行うためのインバータとを備えて構成されるとともに、整流器とインバータとのいずれかを介して交流母線ＡＣと直流母線ＤＣとが電気的に接続されるように構成されている。

（１−４）制御手段
制御手段４は、蓄電池１及びパワーコンディショナ３と電気的に接続されており、蓄電池１及びパワーコンディショナ３の一方を直流母線ＤＣにおける電圧源として作動させるように構成されている。制御手段４は、マイクロプロセッサ及び半導体メモリを含むマイクロコンピュータを主要な機器として構築される。ここで、「電圧源として作動」とは、直流母線ＤＣにおいて供給される電圧の値を決定する装置として振舞うことを意味する。

本実施形態では、電力供給システムＳ１は、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを計測可能な電圧計１１を備えている。電圧計１１は、制御手段４と電気的に接続されており、計測された電圧値を制御手段４に伝達可能に構成されている。そして、制御手段４は、商用電力系統２の状態、蓄電池１の蓄電状況、及び電圧計１１が計測した電圧値に基づいて、蓄電池１の作動状態（すなわち、放電作動状態または充電作動状態）とパワーコンディショナ３の作動状態（すなわち、ＡＣ／ＤＣ変換作動状態またはＤＣ／ＡＣ変換作動状態）とを切り替えるように構成されている。

（１−５）電力供給ユニット
電力供給ユニット５は、直流発電装置または交流発電装置を用いて構成される。直流発電装置としては、例えば、燃料電池を用いることができる。また、交流発電装置としては、例えば、ガスエンジンの駆動力を用いたガスエンジン発電装置を用いることができる。電力供給ユニット５は、電力変換器６を介して直流母線ＤＣに接続される。電力供給ユニット５が直流発電装置の場合には、電力変換器６として、例えばＤＣ／ＤＣコンバータを用い、電力供給ユニット５が交流発電装置の場合には、電力変換器６として、例えば整流器を用いることが可能である。

本実施形態では、電力供給システムＳ１には、電力供給ユニット５に接続される直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを測定可能な電圧計７が備えられている。電圧計７は、電力供給ユニット５と電気的に接続されており、計測された電圧値を電力供給ユニット５に伝達可能に構成されている。また、電力供給ユニット５は、電圧計７で計測された電圧値に基づいて、その直流母線ＤＣへの電力供給量を調整可能に構成されている。このように、電力供給ユニット５、電力変換器６、電圧計７を一体とした構成により、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを計測可能としつつ、蓄電池１とは物理的に異なる場所に設置できる。

（２）電力供給システムの制御モード
次に、制御手段４による蓄電池１及びパワーコンディショナ３の動作制御について説明する。本発明に係る電力供給システムＳ１は、蓄電池１や商用電力系統２などの各種機器の状況に応じて、モード１〜モード４の４通りの制御を行う。図２に、モード１〜４における各機器の動作を示す。図２に示すように、モード１及び２においては、パワーコンディショナ３が電圧源となり、モード３及び４においては、蓄電池１が電圧源となる。以下では、これらの各モードについて詳しく説明する。

（２−１）モード１
モード１は、電力供給システムＳ１の起動直後において、商用電力系統２から交流母線ＡＣへの電力供給が正常に行われている場合の制御モードである。モード１においては、蓄電池１及び電力供給ユニット５は起動中であり、これらの機器は、起動直後は電力供給源となることができない。加えて、蓄電池１は、充電のために直流母線ＤＣにおける電力負荷として振舞う。このため、商用電力系統２から電力の供給を受けることが可能なパワーコンディショナ３が直流母線ＤＣにおける電力供給源となるとともに、直流母線ＤＣにおける電圧源となる。

このモードでは、制御手段４が、パワーコンディショナ３を電圧源として作動させ、パワーコンディショナ３の作動を、電圧計１１で計測される直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCに応じてＡＣ／ＤＣ変換作動状態とＤＣ／ＡＣ変換作動状態との間で切り替える。図３に、パワーコンディショナ３の作動状態を切り替える条件（範囲）を示す。図３において縦軸は直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを、横軸は、直流母線ＤＣにおける電力の過不足を示している。より具体的には、モード１においては、図３の横軸は、電力供給ユニット５の出力（図中では「ＰＳＵ出力」。図４においても同じ）から、直流電力消費装置２２の負荷（図中では「ＤＣ負荷」。図４においても同じ）と蓄電池１の充電量とを引いた値を示している。ここでは、「充電量」とは、単位時間当たりに蓄電池１に充電される電力量（蓄電池１により消費される電力量）を示す。

本実施形態においては、パワーコンディショナ３をＡＣ／ＤＣ変換作動状態で作動させるときの直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCである第１電圧範囲Ｒ１は、パワーコンディショナをＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動させるときの直流母線の電圧である第２電圧範囲Ｒ２よりも低く設定してある。具体的には、図３に示すように、第１電圧範囲Ｒ１は、３３０Ｖ以下に設定されており、第２電圧範囲Ｒ２は、３５０Ｖ以上に設定されている。

このような構成により、直流母線ＤＣにおける電力負荷が増減し、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが急激に変動した場合でも、パワーコンディショナ３の働きにより、第１電圧範囲Ｒ１と第２電圧範囲Ｒ２との間の電圧に維持される。具体的に説明すると、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが高い場合（すなわち、直流母線ＤＣにおいて電力が余剰状態にある場合）には、パワーコンディショナ３がＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動することで、直流母線ＤＣの電力を交流母線ＡＣに供給し、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを降下させる。また、直流母線ＤＣにおいて電力が不足気味で、かつ直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが低くなった場合は、パワーコンディショナ３がＡＣ／ＤＣ変換作動状態で作動することで、交流母線ＡＣから直流母線ＤＣに電力を供給し、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを上昇させる。よって、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCは、第１電圧範囲Ｒ１の最大値である３３０Ｖから第２電圧範囲Ｒ２の最小値である３５０Ｖとの間に維持される。

（２−２）モード２
モード２は、蓄電池１の充電が完了し電池容量が適正値に保たれているとともに、商用電力系統２から交流母線ＡＣへの電力供給が正常に行われている場合の制御モードである。モード２は、例えば、モード１において蓄電池１が十分に充電された後に用いられる。モード２においては、蓄電池１は商用電力系統２の停電時に備え、放電もしくは充電作動状態で作動できるようスタンバイ状態にある。電力供給ユニット５は、起動中もしくは起動後であり、起動後であれば電流源として振舞う。そして、パワーコンディショナ３が、モード１と同様に電圧源となる。

本実施形態では、このモードにおいて、制御手段４が、パワーコンディショナ３を電圧源として作動させるとき、蓄電池１の作動を、電圧計１１により計測される直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCに応じて放電作動状態と充電作動状態との間で切り替える。パワーコンディショナ３の切り替える条件については図３に示している。モード２においては、図３の横軸は、電力供給ユニット５の出力から、直流電力消費装置２２の負荷を引いた値を示している。

本実施形態においては、蓄電池１を放電作動状態で作動させるときの直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCである第３電圧範囲Ｒ３は、パワーコンディショナ３をＡＣ／ＤＣ変換作動状態で作動させるときの第１電圧範囲Ｒ１の最高電圧よりも低く設定してある。また、蓄電池１を充電作動状態で作動させるときの直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCである第４電圧範囲Ｒ４は、パワーコンディショナ３をＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動させるときの第２電圧範囲Ｒ２の最低電圧よりも高く設定してある。具体的には、図３に示すように、第３電圧範囲Ｒ３は、Ｒ１の最高電圧である３３０Ｖよりも低い３２０Ｖ以下に設定され、第４電圧範囲Ｒ４は、Ｒ２の最低電圧である３５０Ｖよりも高い３６０Ｖ以上に設定されている。なお、このモードにおいても、パワーコンディショナ３は、モード１と同様に制御される。

このような構成により、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが急激に変動し、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを、パワーコンディショナ３の作動だけでは維持しづらくなった場合には、蓄電池１が充放電を行うことで、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを維持しやすくする。具体的に説明すると、例えば、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが瞬間的に３６０Ｖ以上まで上昇した場合には、パワーコンディショナ３がＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動するとともに、蓄電池１が充電作動状態で作動することで、直流母線ＤＣにおける余剰電力を消費し、第４電圧範囲Ｒ４未満にまで直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを降下させ、さらにパワーコンディショナ３がＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動することで、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを第２電圧範囲Ｒ２未満に低下させる。

（２−３）モード３
モード３は、商用電力系統２からの電力供給が停止した場合（すなわち、停電した場合）の制御モードである。モード３は、例えば、このモード以外のいずれかのモードにおいて停電が起きた場合に強制的に用いられる。このモードでは、パワーコンディショナ３は停止し、蓄電池１が電圧源となる。電力供給ユニット５は、起動していれば電流源となる。

このモードでは、制御手段４が、停電を検知した際に、蓄電池１を電圧源として作動させる。ここで、制御手段４は、交流母線ＡＣにおける電圧値を計測するための電圧計１２を備え、当該電圧計の値（すなわち、商用電力系統２の電圧値）が異常であると判断した場合に、停電したと検知するように構成されている。異常であるとの判断基準としては、例えば、「系統連系している状態において、正常連系時の商用電力系統２の電圧値に対して、現在の電圧値が３０％未満」といった条件を設けることができる。

また、制御手段４は、電圧計１１で計測される直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが第１電圧範囲Ｒ１と第２電圧範囲Ｒ２との間の充放電基準電圧Ｖｔｈ以下であれば蓄電池１を放電作動状態で作動させる。さらに、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが充放電基準電圧Ｖｔｈより高ければ蓄電池１を充電作動状態で作動させる。図４に、蓄電池１の作動状態の切り替え条件（範囲）を示す。図４の横軸は、図３と同様、直流母線ＤＣにおける電力の過不足を示しており、このモードでは、電力供給ユニット５の出力から、直流電力消費装置２２の負荷を引いた値を示している。

本実施形態においては、充放電基準電圧Ｖｔｈは、蓄電池１を充電作動状態で作動させるときの充電基準電圧Ｖｃと、放電作動状態で作動させるときの放電基準電圧Ｖｄとの２つの値で構成されている。さらに、充電基準電圧Ｖｃは、放電基準電圧Ｖｄよりも高く設定されている。具体的には、図４に太線で示すように充電基準電圧Ｖｃは３４５Ｖに、放電基準電圧Ｖｄは３３５Ｖに設定されている。

なお、このモードにおいては、パワーコンディショナ３及び電力供給ユニット５は、電圧計１１もしくは電圧計７で計測される直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが充電基準電圧Ｖｃ以上である場合に、蓄電池１の蓄電量が余剰状態にあると判定し、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが放電基準電圧Ｖｄ以下である場合に、蓄電池１の蓄電量が不足状態にあると判定する。ここでは、「蓄電量」とは、蓄電池１に既に充電されている（蓄電されている）電力量を示す。

このような構成により、パワーコンディショナ３及び電力供給ユニット５は、蓄電池１と直接通信することなく、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCを計測するだけで蓄電池１の蓄電量を検知できる。このため、例えば、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが、放電基準電圧Ｖｄ以下の場合には、電力供給ユニット５は直流母線ＤＣに電力を供給するように作動することで、蓄電池１の蓄電量が過少となることを予防する、といったように、蓄電池１の蓄電量に応じ、蓄電池１と協調的に動作することが可能となる。

（２−４）モード４
モード４は、商用電力系統２から交流母線ＡＣへの電力供給が正常に行われている状態において、蓄電池１から交流母線ＡＣ側へと積極的に電力を供給したい場合の制御モードである。モード４は、例えば、モード２において蓄電池１の蓄電量に余裕があり、蓄電池１から交流母線ＡＣ上の交流電力消費装置２１に電力を供給したい場合に用いられる。このモードでは、蓄電池１が電圧源となり、電力供給ユニット５は、起動していれば電流源となる。このとき、パワーコンディショナ３はＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動し、交流母線ＡＣ上の交流電力消費装置２１から見て電流源となる。

パワーコンディショナ３が電流源となる以外の点に関しては、上述したモード３での動作と同様である。図４に、蓄電池１の作動状態の切り替え条件（範囲）を示す。なお、このモードでは、パワーコンディショナ３がＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動するため、図４の横軸は、電力供給ユニット５の出力から、直流電力消費装置２２の負荷とパワーコンディショナ３の負荷（図中「ＰＣの負荷」）を引いた値を示している。

（３）電力システムの制御モードの遷移
次に、電力供給システムＳ１において、電圧源を蓄電池１とパワーコンディショナ３との間で切り替える際の制御モードの遷移について説明する。
（３−１）モード２からモード４
モード２からモード４への遷移（すなわち、電圧源をパワーコンディショナ３から蓄電池１に変更する場合）について説明する。制御手段４は、電圧源をパワーコンディショナ３から蓄電池１に切り替えるにあたり、まずモード２の制御状態において、パワーコンディショナ３のＡＣ／ＤＣ変換作動状態とＤＣ／ＡＣ変換作動状態とを共に停止させる。パワーコンディショナ３の停止にあたっては、まず蓄電池１を電圧源とし、モード３（あるいはモード４）と同様の制御を行う。すなわち、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが充放電基準電圧Ｖｔｈ以下であれば蓄電池１を放電作動状態で作動させるとともに、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが充放電基準電圧Ｖｔｈより高ければ蓄電池１を充電作動状態で作動させる。このように蓄電池１を電圧源とした状態で、パワーコンディショナ３を停止させるため、直流母線ＤＣ上の直流電力消費装置２２を停止させることなく、モード２からモード４に遷移できる。

（３−２）モード４からモード２
モード４からモード２への遷移（すなわち、電圧源を蓄電池１からパワーコンディショナ３に変更する場合）について説明する。制御手段４は、モード４（モード３）の制御状態のまま、まずパワーコンディショナ３のみモード２と同様に制御する。すなわち、直流母線ＤＣの電圧Ｖ_DCが第１電圧範囲Ｒ１にあれば、パワーコンディショナ３はＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動し、第２電圧範囲Ｒ２にあればＡＣ／ＤＣ変換作動状態で作動するように制御する。その後、蓄電池１をモード２と同様に制御するとともに、パワーコンディショナ３を電圧源とする。このような構成により、直流母線ＤＣ上の直流電力消費装置２２を停止させることなく、モード４からモード２に遷移できる。

（４）まとめ
最後に、図５に電力供給システムＳ１の動作の概略を示すフロー図を示す。本実施形態に係る電力供給システムＳ１は、商用電力系統２が正常に電力を供給している間は、図５（ａ）に示す通常運転処理を行う。まず、電力供給システムＳ１は、起動直後、モード１の制御で動作する。次に、蓄電池１の充電状態（State Of Charge;SOC）が適正値にまで達すると、電力供給システムＳ１はモード２の制御に遷移する。さらに、蓄電池１のＳＯＣが適正範囲にあり（図中では「ＳＯＣ適正」）、かつ、交流母線ＡＣ上の交流電力消費装置２１が電力を必要としている場合（図中では「ＡＣ側電力要」）には、モード４に遷移し、蓄電池１から交流電力消費装置２１へと電力供給を行う。ここで、蓄電池１のＳＯＣが適正範囲から外れるか、交流電力消費装置２１が電力を必要としなくなった時点でモード２へと遷移する。

上述のような通常運転を行う一方、図５（ｂ）に示すように、電力供給システムＳ１は、商用電力系統２が停電しているか否かを常にチェックする停電チェック処理を行う。停電していると判断した場合には、通常運転処理によるモードの制御を中断し、強制的にモード３に遷移する。その後、商用電力系統２が停電から復旧すると、通常運転処理を再開する。

以上のように、電力供給システムＳ１を構成することで、系統正常時においても、蓄電池１から交流母線ＡＣへの電力供給を可能とし、例えば、蓄電池の蓄電量に余裕がある場合には、蓄電池から交流電力線側に電力を供給することでシステムの電力効率を改善することができる。

〔その他の実施形態〕
（１）上記実施形態においては、第１電圧範囲Ｒ１の最高電圧と第２電圧範囲Ｒ２の最低電圧とが異なる場合の例を説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限らない。すなわち、第１電圧範囲Ｒ１の最高電圧と第２電圧範囲Ｒ２の最低電圧とが同一となるように設定することもできる。ただし、この場合においては、電力供給システムの電力効率が本実施形態に比べ低下するおそれがある。

（２）上記実施形態においては、第３電圧範囲Ｒ３が第１電圧範囲Ｒ１の最高電圧より低く、第４電圧範囲Ｒ４が第２電圧範囲Ｒ２の最低電圧より高く設定される場合の例を説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限らない。すなわち、第３電圧範囲Ｒ３が第１電圧範囲Ｒ１と同一、または第４電圧範囲Ｒ４が第２電圧範囲Ｒ２と同一に設定されても構わない。

（３）上記実施形態においては、充放電基準電圧Ｖｔｈが、放電基準電圧Ｖｄと充電基準電圧Ｖｃとの２つの値からなる場合の例を説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限らない。よって、例えば、充放電基準電圧Ｖｔｈを蓄電池１の放電時及び蓄電時において同一の値となるように設定しても構わない。

本発明は、直流母線に対して接続される蓄電池と、商用電力系統に接続される交流母線と前記直流母線とを接続するパワーコンディショナと、前記蓄電池及び前記パワーコンディショナの作動を制御する制御手段とを備えた電力供給システムに適応可能である。

１：蓄電池
２：商用電力系統
３：パワーコンディショナ
４：制御手段
５：電力供給ユニット
ＡＣ：交流母線
ＤＣ：直流母線
Ｖ_DC ：直流母線の電圧
Ｒ１：第１電圧範囲
Ｒ２：第２電圧範囲
Ｒ３：第３電圧範囲
Ｒ４：第４電圧範囲
Ｓ１：電力供給システム
Ｖｃ：充電基準電圧
Ｖｄ：放電基準電圧
Ｖｔｈ：充放電基準電圧

Claims

直流母線に対して接続される蓄電池と、商用電力系統に接続される交流母線と前記直流母線とを接続するパワーコンディショナと、前記蓄電池及び前記パワーコンディショナの作動を制御する制御手段とを備えた電力供給システムであって、
前記パワーコンディショナが、前記交流母線での交流電力を所望の直流電力に変換して前記直流母線に出力するＡＣ／ＤＣ変換作動状態と、前記直流母線での直流電力を所望の交流電力に変換して前記交流母線に出力するＤＣ／ＡＣ変換作動状態とを切り替えて作動可能に構成され、
前記蓄電池が、前記直流母線から電力を充電する充電作動状態と、前記直流母線へ電力を放電する放電作動状態とを切り替えて作動可能に構成され、
前記制御手段が、前記直流母線の電圧源を、前記蓄電池と前記パワーコンディショナとで切り替えて作動させるように構成され、
前記制御手段が、前記パワーコンディショナを前記電圧源として作動させるとき、前記パワーコンディショナの作動を前記直流母線の電圧に応じて前記ＡＣ／ＤＣ変換作動状態と前記ＤＣ／ＡＣ変換作動状態との間で切り替え、及び、前記蓄電池の作動を前記直流母線の電圧に応じて前記放電作動状態と前記充電作動状態との間で切り替え、
前記制御手段が前記パワーコンディショナを前記ＡＣ／ＤＣ変換作動状態で作動させるときの前記直流母線の電圧である第１電圧範囲は、前記パワーコンディショナを前記ＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動させるときの前記直流母線の電圧である第２電圧範囲よりも低く設定してあり、
前記制御手段が前記蓄電池を前記放電作動状態で作動させるときの前記直流母線の電圧である第３電圧範囲は、前記パワーコンディショナを前記ＡＣ／ＤＣ変換作動状態で作動させるときの前記第１電圧範囲の最高電圧よりも低く設定してあり、及び、前記蓄電池を前記充電作動状態で作動させるときの前記直流母線の電圧である第４電圧範囲は、前記パワーコンディショナを前記ＤＣ／ＡＣ変換作動状態で作動させるときの前記第２電圧範囲の最低電圧よりも高く設定してある電力供給システム。
前記制御手段が、前記蓄電池を前記電圧源として作動させるとき、前記直流母線の電圧が前記第１電圧範囲と前記第２電圧範囲との間の充放電基準電圧以下であれば前記蓄電池を前記放電作動状態で作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記充放電基準電圧より高ければ前記蓄電池を前記充電作動状態で作動させる請求項１に記載の電力供給システム。
前記制御手段が、前記電圧源を前記パワーコンディショナから前記蓄電池に切り替えるとき、前記パワーコンディショナの前記ＡＣ／ＤＣ変換作動状態と前記ＤＣ／ＡＣ変換作動状態とを共に停止させる前に、前記蓄電池を前記電圧源とし、
前記蓄電池を、前記直流母線の電圧が前記第１電圧範囲と前記第２電圧範囲との間の充放電基準電圧以下であれば前記放電作動状態で作動させ、及び、前記直流母線の電圧が前記充放電基準電圧より高ければ前記充電作動状態で作動させる請求項１に記載の電力供給システム。
前記直流母線に対して接続される電力供給ユニットを備え、
前記制御手段が、前記充放電基準電圧を、充電時の充電基準電圧と放電時の放電基準電圧との２つから構成し、
前記充電基準電圧を前記放電基準電圧より高く設定し、
前記パワーコンディショナ及び前記電力供給ユニットが、
前記直流母線の電圧が前記充電基準電圧以上である場合に、前記蓄電池の蓄電量が余剰状態にあると判定し、前記直流母線の電圧が前記放電基準電圧以下である場合に、前記蓄電池の蓄電量が不足状態にあると判定するように構成されている請求項２又は３に記載の電力供給システム。