JP5988078B2 - 制御装置および配電システム - Google Patents
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Description
が停電か通電かのいずれの状態であるかを判断する検出部と、前記検出部の判断結果に応
じて、再生可能エネルギーの発電装置を蓄電池に接続された第1パワーコンディショナと
接続するか、前記発電装置を第2パワーコンディショナを介して商用電源と接続するかを
制御する電源接続管理部と、前記検出部の判断結果に応じて、前記第1パワーコンディシ
ョナと前記商用電源とを負荷に接続するか、前記第1パワーコンディショナを前記負荷に
接続したまま前記商用電源を前記負荷から切断するかを制御する負荷接続制御部とを備え
る。ここで前記検出部の判断結果が通電状態の場合、前記電源接続管理部は、前記第1パ
ワーコンディショナに前記発電装置を接続させず、前記第2パワーコンディショナを介し
て前記発電装置を商用電源に接続させ、前記負荷接続制御部は、前記第1パワーコンディ
ショナと前記商用電源とを負荷に接続させ、前記検出部の判断結果が通電状態から停電状
態に遷移した場合、前記電源接続管理部は、前記発電装置を前記第2パワーコンディショ
ナから切断させるとともに前記第1パワーコンディショナに接続させ、前記負荷接続制御
部は、前記第1パワーコンディショナと負荷との接続を維持するとともに商用電源を負荷
から切断させる。さらに前記検出部の結果が停電状態から通電状態に遷移した場合、前記
電源接続管理部は、前記発電装置と前記第1パワーコンディショナとの接続を維持し、前
記負荷接続制御部は、前記第1パワーコンディショナを負荷から切断するとともに商用電
源を負荷に接続させる。
続するとともに他端において商用電源と接続可能な双方向パワーコンディショナと、再生
可能な発電装置を、一端において商用電源と接続するとともに他端において前記発電装置
と接続可能な単方向パワーコンディショナと接続するか、または前記双方向パワーコンデ
ィショナと接続するかを選択的に接続するパワーコンディショナ選択部と、前記双方向パ
ワーコンディショナと商用電源との間を接続または切断するスイッチと、前記スイッチと
前記双方向パワーコンディショナとの間の第1経路か、または前記スイッチと商用電源と
の間の第2経路と、負荷とを選択的に接続する電源選択部と、商用電源が停電か通電かの
いずれかの状態であるかを判断する検出部とを備える。前記検出部の結果が通電状態から
停電状態に遷移した場合、前記パワーコンディショナ選択部に前記発電装置と前記単方向
パワーコンディショナとの接続を切断するとともに前記発電装置を前記双方向パワーコン
ディショナに接続させ、前記スイッチを切断させ、かつ前記電源選択部に前記負荷と前記
第1経路とを接続させる。さらに前記検出部の結果が停電状態から通電状態に遷移した場
合、前記パワーコンディショナ選択部は、前記発電装置と前記双方向パワーコンディショ
ナとの接続を維持し、負荷接続制御部は、前記双方向パワーコンディショナを負荷か
ら切断するとともに商用電源を負荷に接続させる。
本発明の実施の形態1の概要を述べる。実施の形態1は、太陽電池を商用電力系統と並列に接続し、商用電源および太陽電池の両方から負荷へ電力を供給するとともに、蓄電池を充電する配電システムに関する。このような配電システムは、例えばオフィスや家庭内等に設置される。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。これらの時間帯一例として、昼間の時間帯は7時から23時であり、夜間の時間帯は23時から翌日の7時というように規定される。このような低い電気料金を有効に利用するために、配電システムは、夜間の時間帯に、商用電源からの電力を蓄電池に蓄電する。
蓄電池制御部18は、蓄電池14の蓄電量や温度等、蓄電池14の様々な物理量を測定するとともに、特定した物理量を双方向パワーコンディショナ16に提供する。蓄電池制御部18は、蓄電池14を温めるためのヒーターを制御して蓄電池14を温めたり、蓄電池14を冷やすためのファンを制御して蓄電池14を冷やしたりする等の制御も行う。蓄電池電力検出部70は、蓄電池14を充電するための電力および蓄電池14が放電する電力を計測する。蓄電池制御部18は、蓄電池電力検出部70の計測結果も取得する。
電源切替部22は、第1スイッチ20と双方向パワーコンディショナ16との間から分岐された第1経路に接続する第1端子58と、商用電源24と第1スイッチ20との間の配電経路66から分岐された第2経路に接続する第2端子60とのいずれか一方と、後述する第1種負荷28との接続を切り替える。
図2は、本発明の実施の形態1に係る双方向パワーコンディショナ16の内部構成を模式的に示す図である。双方向パワーコンディショナ16は、インバータ32と制御部34とを含む。
制御部34は、商用電源24が停電か通電かのいずれの状態であるかを検知して判断する検出部38、インバータ32が直流電力から交流電力を生成する際の交流電力の周波数を設定する設定部36、および第1種負荷28に接続する電源を制御する負荷接続制御部40とをさらに備える。
検出部38は、双方向パワーコンディショナ16と商用電源24とを接続する配線上における電圧変動を常時監視しており、検出された電圧変動に基づき、商用電源24が停電か通電かを判断する。また、検出部38は、ユーザにより「運転/停止」ボタンが押下されたことを検出する。
負荷接続制御部40は、検出部38の判断結果に基づき、第1スイッチ20のオンオフおよび電源切替部22の切り替えを制御する。
また、図4は、商用電源24の状態の遷移と、配電システム100の制御状態(電源切替部22の切り替え、第1スイッチ20のオンオフ、および双方向パワーコンディショナ16の運転モード)との関係を示す表である。図4に示す表に記載された情報は、テーブル形式で、例えば制御部34内のメモリ(図示せず)に格納される。設定部36および負荷接続制御部40は、このテーブルを参照して、インバータ32、第1スイッチ20、および電源切替部22を管理する。
まず、双方向パワーコンディショナ16が起動すると(S2)、検出部38は商用電源24が停電か通電かのいずれの状態であるかを判断する(S4)。商用電源24が通電中であると検出部38が判断した場合(S4のN)、負荷接続制御部40は、第1スイッチ20をオンするとともに、電源切替部22に第2端子60と第1種負荷28とを接続させる(第2経路)。このとき、設定部36は、インバータ32の周波数および位相を、商用電源24に同期するように設定する。そのため、双方向パワーコンディショナ16は系統連系運転で運転する(S14)。
このように、第1種負荷28を第2経路に接続することにより、第1種負荷28は商用電源24および双方向パワーコンディショナ16と電気的に接続される。そのため、商用電源24からの電力と、双方向パワーコンディショナ16を介して送電された太陽電池10からの電力が、第2経路を介して第1種負荷28に供給される。なお、太陽電池10の発電電力が不足している場合には、蓄電池14の放電電力も双方向パワーコンディショナ16および第2経路を介して第1種負荷28に供給される。
このように、第1種負荷28を第2経路から切断し第1経路に接続することにより、第1種負荷28は商用電源24から電気的に切断される。第1種負荷28は第1経路に接続されているために、第1種負荷28と双方向パワーコンディショナ16との電気的な接続は維持される。そのため、太陽電池10の発電電力は、双方向パワーコンディショナ16および第1経路を介して第1種負荷28に供給される。また、太陽電池10の発電電力が不足している場合は、蓄電池14の放電電力も同じ経路を通り第1種負荷28に供給される。
また、第1スイッチ20をオフすることにより、第2種負荷30が双方向パワーコンディショナ16から切断される。このため、太陽電池10および蓄電池14からの電力は、第2種負荷30には供給されない。
商用電源24が通電状態にある場合(図3のS4のN)、双方向パワーコンディショナ16は系統連系運転をしている(S14)。また、負荷接続制御部40は、第1スイッチ20はオンし、電源切替部22に第2端子60と第1種負荷28とを接続させている(第2経路)。これにより、第1種負荷28および第2種負荷30は、商用電源24および双方向パワーコンディショナ16の両方から電力供給を受ける。
商用電源24が通電状態から停電状態に遷移したと検出部38が判断した場合(S4のY)、負荷接続制御部40は、第1スイッチ20をオフするとともに、電源切替部22に第1端子58と第1種負荷28とを接続させる(第1経路)。これにより、第1種負荷28は双方向パワーコンディショナ16からの電力供給を維持できるが、第2種負荷30は停電中となる。また、設定部36は、インバータ32の周波数を商用電源24と非同期となるように設定するため、双方向パワーコンディショナ16の運転モードが系統連系運転から自立運転に切り替えられる(S6)。
検出部38は、商用電源24が復旧したと判断した後、双方向パワーコンディショナ16の「運転/停止」ボタンが押下されたことを検出した場合、双方向パワーコンディショナ16の自立運転を停止させる。ここで、第1種負荷28および第2種負荷30は、配電経路66に接続されているため、双方向パワーコンディショナ16の運転が停止しても商用電源24からの電力供給が維持される。さらにその後、検出部38が、商用電源24の通電中に、双方向パワーコンディショナ16の「運転/停止」ボタンが再度押下されたことを検出した場合、双方向パワーコンディショナ16は再起動する(S12のY)。配電システム100は上述した起動時の処理を行い、検出部38が商用電源24の通電を検知すると(S4のN)、双方向パワーコンディショナ16は系統連系運転を自動で開始する(S14)。さらに、負荷接続制御部40は、電源切替部22の第2端子60への接続を維持するとともに、第1スイッチ20をオンする。これにより、負荷26に対する商用電源24からの電力供給を維持するとともに、双方向パワーコンディショナ16とも接続する。
以上のように、商用電源24の状態が変化した場合であっても、変化に応じて電源切替部22を切り替えることにより、第1種負荷28への電力供給を常時確保することができる。電源切替部22の切り替え時に、数秒間ほど第1種負荷28への電力供給が途切れるが、すぐに電力供給が再開される。
図8は、手動で双方向パワーコンディショナ16の運転モードを切り替えた場合における、商用電源24の状態の遷移と負荷26の通電状態との関係を示す図である。図8(a)は、商用電源24の通電中に双方向パワーコンディショナ16の運転を停止および再開する場合を示す図である。
上記は、商用電源24の状態と、双方向パワーコンディショナ16の運転モードおよび配電システム100の回路切り替えについて説明した。これは双方向パワーコンディショナ16の、第1種負荷28のバックアップとしての観点を主とする説明である。
まず、蓄電池14への過充電を防止する仕組みである蓄電量の制御について説明する。蓄電池14が過充電になる電圧である上限電圧を超えて充電した場合、管理部46は、蓄電量は過充電の状態と判断する。太陽電池10が発電する電力のうち、負荷26によって消費されないで残る余剰電力は、蓄電池14を充電するために用いられる。負荷26における消費電力が小さい場合や、双方向パワーコンディショナ16が負荷26から電気的に切り離されている場合には、太陽電池10が発電しても余剰電力として残る。このような場合に蓄電池14が満充電に近い状態であるとすると、蓄電池14が過充電となる場合もありうる。
さらに、蓄電池14を充電する場合に電流が大きいと蓄電池14の電圧は蓄電池14の内部抵抗の影響で電圧が高くなり、上限電圧を超えてしまうこともありうる。そのため、蓄電池14は過充電の状態と判断される場合もある。
また、蓄電池14の上限電圧より低い電圧に設定された第1の閾値を用いて、さらに、蓄電池14の電圧が第1の閾値を超えていても、蓄電池14に出入りする電流または電力が第2の閾値より小さければ、太陽電池10と蓄電池14との間を電気的に遮断する必要が無い。そのため、第2スイッチが必要なくオンオフされることを防ぐことができる。
また、太陽電池10と蓄電池14との間を電気的に再接続させる場合に蓄電池14の蓄電状態に応じたタイミングで再接続することができるため、再接続時にも発電装置からの電力による過充電および充電過電流を防止することができる。以上、太陽電池10と蓄電池14との間の電気的な接続の制御ついて説明した。
実施の形態2の概要を述べる。実施の形態2に係る配電システム100は、実施の形態1に係る双方向パワーコンディショナ16または実施の形態1の変形例に係る双方向パワーコンディショナ16と、従来型の単方向パワーコンディショナ54とが併存する。実施の形態2に係る配電システム100においては、商用電源24が通電中の場合、太陽電池10と蓄電池14とを電気的に接続せずに、単方向パワーコンディショナ54を介して商用電源24の出力経路である配電経路66と電気的に接続する。商用電源24が停電の場合、太陽電池10を単方向パワーコンディショナ54から電気的に切断するとともに蓄電池14および双方向パワーコンディショナ16に電気的に接続する。
Claims (4)
- 商用電源が停電か通電かのいずれの状態であるかを判断する検出部と、
前記検出部の判断結果に応じて、再生可能エネルギーの発電装置を蓄電池に接続された
第1パワーコンディショナと接続するか、前記発電装置を第2パワーコンディショナを介
して商用電源と接続するかを制御する電源接続管理部と、
前記検出部の判断結果に応じて、前記第1パワーコンディショナと前記商用電源とを負
荷に接続するか、前記第1パワーコンディショナを前記負荷に接続したまま前記商用電源
を前記負荷から切断するかを制御する負荷接続制御部とを備え、
前記検出部の判断結果が通電状態から停電状態に遷移した場合、前記電源接続管理部は
、前記発電装置を前記第2パワーコンディショナから切断させるとともに前記第1パワー
コンディショナに接続させ、前記負荷接続制御部は、前記第1パワーコンディショナと負
荷との接続を維持するとともに商用電源を負荷から切断させ、さらに前記検出部の結果が
停電状態から通電状態に遷移した場合、前記電源接続管理部は、前記発電装置と前記第1
パワーコンディショナとの接続を維持し、前記負荷接続制御部は、前記第1パワーコンデ
ィショナを負荷から切断するとともに商用電源を負荷に接続させることを特徴とする制御
装置。 - ユーザが第1パワーコンディショナの運転を再開させた時点において、前記検出部が商用
電源の通電を検出した場合、前記電源接続管理部は、前記発電装置を前記第2パワーコン
ディショナと電気的に接続させ、前記第2パワーコンディショナを介して配電経路に入力
されることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 - 一端において蓄電池と接続するとともに他端において商用電源と接続可能な双方向パワ
ーコンディショナと、
再生可能な発電装置を、一端において商用電源と接続するとともに他端において前記発
電装置と接続可能な単方向パワーコンディショナと接続するか、または前記双方向パワー
コンディショナと接続するかを選択的に接続するパワーコンディショナ選択部と、
前記双方向パワーコンディショナと商用電源との間を接続または切断するスイッチと、
前記スイッチと前記双方向パワーコンディショナとの間の第1経路か、または前記スイ
ッチと商用電源との間の第2経路と、負荷とを選択的に接続する電源選択部と、
商用電源が停電か通電かのいずれかの状態であるかを判断する検出部とを備え、前記双
方向パワーコンディショナは、
前記検出部の結果が通電状態から停電状態に遷移した場合、前記パワーコンディショナ
選択部に前記発電装置と前記単方向パワーコンディショナとの接続を切断するとともに前
記発電装置を前記双方向パワーコンディショナに接続させ、前記スイッチを切断させ、か
つ前記電源選択部に前記負荷と前記第1経路とを接続させ、
さらに、前記検出部の結果が停電状態から通電状態に遷移した場合、前記パワーコンディ
ショナ選択部は、前記発電装置と前記双方向パワーコンディショナとの接続を維持し、
負荷接続制御部は、前記双方向パワーコンディショナを負荷から切断するとともに商用
電源を負荷に接続させることを特徴とする配電システム。 - 前記検出部の判断結果に応じて、前記第1パワーコンディショナと前記商用電源とを負
荷に接続するか、前記第1パワーコンディショナを前記負荷に接続したまま前記商用電源
を前記負荷から切断するかを制御する負荷接続制御部とを備え、
前記検出部の判断結果が通電状態の場合、前記電源接続管理部は、前記第1パワーコン
ディショナに前記発電装置を接続させず、前記第2パワーコンディショナを介して前記発
電装置を商用電源に接続させ、前記負荷接続制御部は、前記第1パワーコンディショナと
前記商用電源とを負荷に接続させることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
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