JP5988079B2 - 制御装置、変換装置、制御方法、および配電システム - Google Patents

Description

本発明は、配電技術に関し、特に再生可能エネルギーの発電装置に接続された蓄電池と、商用電源とが併存するシステムにおける電力を制御する技術に関する。

蓄電池と商用電源とを負荷に並列に接続し、商用電源の停電時に備えて負荷で消費される電力のバックアップとして蓄電池を用いるとともに、通常時は負荷で消費される電力のピークカットのために蓄電池の電力を放電する技術が開発されている。このような技術においては、例えば夜間等の負荷による電力消費の少ない時間帯に商用電源からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池に蓄電し、昼間等の負荷による電力消費の多い時間帯に蓄電池の電力を交流電力に変換して負荷に供給することが行われる。

上述の電力変換等の制御をするために、専用の電力変換装置が使用されることがある。このような技術に関連して、商用電力系の異常を検出して、電力変換装置の運転モードを切り替える技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１０４１２号公報

蓄電池と商用電源とが併存するシステムにおいては、商用電源が電力供給を停止した場合であっても動作するべき負荷供給する電力を安定して確保することが求められる。したがって、電力変換装置の起動の直後や商用電源が復旧した後に、電力変換装置が蓄電池の電力を適切に管理することが求められる。

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、商用電源と並列に接続された蓄電池を管理するための技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のある態様は、発電装置および蓄電池が接続され、直
流電力を交流電力に変換する変換部と、商用電源との少なくとも一方から特定負荷への電
力供給を制御する制御装置である。この制御装置は、商用電源が停電状態か通電状態かの
いずれの状態であるかを判断し、商用電源が通電状態から停電状態に遷移したと判断した
場合には、変換部と特定負荷との接続を維持したまま商用電源を特定負荷から切断させ、
商用電源が停電状態から通電状態に遷移したと判断した場合には、変換部を特定負荷と切
断させるとともに商用電源を特定負荷に接続させる。また、変換部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とをさらに備える。設定部は、検出
部の判断結果が通電状態の場合、商用電源の周波数に同期した周波数に設定し、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、商用電源の周波数と非同期の周波数に
設定し、検出部の判断結果が停電状態から通電状態に遷移した場合、商用電源の周波数と
非同期の周波数を維持する。

本発明の別の態様は、変換装置である。この装置は、発電装置および蓄電池に接続され
、直流電力を交流電力に変換する変換部と、変換部と商用電源との少なくとも一方から特
定負荷への電力供給を制御する制御装置とを備える。ここで制御装置は、商用電源が停電
状態か通電状態かのいずれの状態であるかを判断する検出部と、検出部の判断結果に応じ
て、変換部と特定負荷との接続および商用電源と特定負荷との接続を切り替える負荷接続
制御部とを含み、負荷接続制御部は、商用電源が通電状態から停電状態に遷移したと検出
部が判断した場合には、変換部と特定負荷との接続を維持したまま商用電源を特定負荷か
ら切断させ、商用電源が停電状態から通電状態に遷移したと検出部が判断した場合には、
変換部を特定負荷と切断させるとともに商用電源を特定負荷に接続させる。また、変換部
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とをさらに備
える。設定部は、検出部の判断結果が通電状態の場合、商用電源の周波数に同期した周波
数に設定し、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、商用電源の周波
数と非同期の周波数に設定し、検出部の判断結果が停電状態から通電状態に遷移した場合
、商用電源の周波数と非同期の周波数を維持する。

本発明のさらに別の態様は、配電システムである。このシステムは、発電装置と、前記
発電装置および商用電源の少なくとも一方からの電力を蓄電する蓄電池と、発電装置およ
び蓄電池に接続され、直流電力を交流電力に変換する変換部と、前記変換部と商用電源と
の少なくとも一方から特定負荷への電力供給を制御する制御装置と、前記変換部と商用電
源との間をオンまたはオフするスイッチと、前記スイッチと前記変換部との間から分岐さ
れた第１経路または前記スイッチと商用電源との間から分岐された第２経路とのいずれか
一方と、特定負荷とを選択的に接続する電源切替部とを備える。ここで前記制御装置は、
商用電源が停電状態か通電状態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、前記スイッチのオンオフと、前記電源切替部の切り替えとを制御
する負荷接続制御部とを備え、前記負荷接続制御部は、商用電源が通電状態から停電状態
に遷移したと前記検出部が判断した場合、前記スイッチをオフさせるとともに前記電源切
替部に特定負荷と前記第１経路とを接続させ、商用電源が停電状態から通電状態に遷移し
たと前記検出部が判断した場合、前記スイッチのオフを維持して前記電源切替部に特定負
荷と前記第２経路とを接続させる。また、変換部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とをさらに備える。設定部は、検出部の判断結果が通
電状態の場合、商用電源の周波数に同期した周波数に設定し、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、商用電源の周波数と非同期の周波数に設定し、検出部の
判断結果が停電状態から通電状態に遷移した場合、商用電源の周波数と非同期の周波数を
維持する。

本発明のさらに別の態様は、発電装置および蓄電池が接続され、直流電力を交流電力に
変換する変換部と、商用電源との少なくとも一方から特定負荷への電力供給を制御する制
御方法である。この制御方法は、商用電源が停電状態か通電状態かのいずれの状態である
かを判断し、商用電源が通電状態から停電状態に遷移したと判断した場合には、変換部と
特定負荷との接続を維持したまま商用電源を特定負荷から切断させ、商用電源が停電状態
から通電状態に遷移したと判断した場合には、変換部を特定負荷と切断させるとともに商
用電源を特定負荷に接続させる。また、変換部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し、判断結果が通電状態の場合、商用電源の周波数に同期した周波
数に設定し、判断結果が通電状態から停電状態に遷移した場合、商用電源の周波数と非同
期の周波数に設定し、判断結果が停電状態から通電状態に遷移した場合、商用電
源の周波数と非同期の周波数を維持する。

本発明によれば、商用電源と並列に接続された蓄電池を管理するための技術を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る配電システムを模式的に示す図である。 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の内部構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１に係る配電システムの処理の流れを説明するフローチャートである。 商用電源の状態の遷移と、配電システムの制御状態との関係を示す表である。 商用電源の状態の遷移と、双方向パワーコンディショナの運転モードの切り替えと、負荷の通電状態との関係を示す図である。 商用電源が停電から復旧後に、双方向パワーコンディショナの運転を停止および再開する場合を示す図である。 商用電源が停電中で双方向パワーコンディショナが自立運転で運転している際に、商用電源が復旧してその後再度停電した場合の、双方向パワーコンディショナの運転モードを説明する図である。 図８（ａ）−（ｃ）は、手動で双方向パワーコンディショナの運転モードを切り替えた場合における、商用電源の状態の遷移と負荷の通電状態との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る双方向パワーコンディショナの内部構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る記憶部が格納する負荷における消費電力の時間変動パターンの一例を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る管理部が取得する情報と閾値との大小関係と、第２スイッチの開閉状態との関係を示す表である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る配電システムの第２スイッチ切断処理の流れを説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例に係る配電システムの第２スイッチ再接続処理の流れを説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る配電システムを模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２に係る双方向パワーコンディショナの内部構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２に係る、商用電源の運転状態の遷移と電源切替部の選択との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る配電システムの処理の流れを説明するフローチャートである。

（実施の形態１）
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。

蓄電池に蓄えられた電力は、商用電源が停電したときに、サーバやエレベータ等の重要な機器（特定負荷）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。蓄電池はさらに、一般に電気の使用量が大きくなる昼間の時間帯において放電することによって、昼間の商用電力における使用量の最大値を下げる、いわゆるピークカットまたはピークシフトとしても用いられる。

このように、蓄電池は特定負荷のバックアップとしての役割と、ピークカットとしての役割とのふたつの役割を持つ。実施の形態１に係る配電システムは、蓄電池に前述のふたつの役割を果たさせるために、商用電源が通電中の通常時には蓄電池に一定の蓄電量を確保しつつピークカットを実行し、商用電源が停電の場合には、蓄電池を放電して特定負荷に電力を供給する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る配電システム１００を模式的に示す図である。実施の形態１に係る配電システム１００は、太陽電池１０、蓄電池１４、双方向パワーコンディショナ１６、蓄電池制御部１８、負荷２６、第１スイッチ２０、第２スイッチ１２、電源切替部２２、配電経路６６、分電盤６８、および蓄電池電力検出部７０を含む。また、配電システム１００は、商用電源２４に接続されている。なお、本明細書において、配電システム１００が太陽電池１０を含む場合を例に説明するが、太陽電池１０に限られず、例えば風力発電装置を含んでもよく、またこれらが併存していてもよい。

商用電源２４は、電力会社からの電力を供給するための交流電源である。太陽電池１０は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換する発電装置である。分電盤６８は一端において商用電源２４と接続され、他端において双方向パワーコンディショナ１６と接続される。分電盤６８は一端側や他端側から交流電力を受け付け、後述する第２種負荷３０に交流電力を供給する。分電盤６８は、一端側および他端側それぞれから受け付ける交流電力を計測することも可能である。太陽電池１０として、シリコン太陽電池、さまざまな化合物半導体などを素材にした太陽電池、色素増感型（有機太陽電池）等が使用される。

双方向パワーコンディショナ１６は、一端において蓄電池１４および太陽電池１０と接続するとともに、他端において分電盤６８を介して商用電源２４と接続可能となっている。詳細は後述するが、双方向パワーコンディショナ１６は双方向インバータを備え、このインバータは太陽電池１０が発電した電力、または蓄電池１４が放電した電力である直流電力を交流電力に変換するとともに、商用電源２４からの交流電力を直流電力に変換する双方向インバータである。また、双方向パワーコンディショナ１６は、双方向パワーコンディショナ１６の運転を停止または再開するためのユーザインタフェースである「運転／停止」ボタン（図示せず）を備える。双方向パワーコンディショナ１６の運転中にユーザが「運転／停止」ボタンを押下すると、双方向パワーコンディショナ１６は運転を停止し、双方向パワーコンディショナ１６が運転を停止中に「運転／停止」ボタンを押下すると、双方向パワーコンディショナ１６は運転を開始する。

蓄電池１４は、商用電源２４および太陽電池１０からの電力を蓄電する。商用電源２４からの電力は、双方向パワーコンディショナ１６により交流電力から直流電力に変換された後、蓄電池１４に蓄電される。蓄電池１４としては、例えばリチウムイオン２次電池が用いられる。
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。

第２スイッチ１２は、太陽電池１０の出力端子と、蓄電池１４の入力端子および双方向パワーコンディショナ１６との間に設けられており、太陽電池１０と蓄電池１４および双方向パワーコンディショナ１６との接続をオンまたはオフする。太陽電池１０の発電量は太陽光の量によって左右されるため、発電量を制御することは困難である。このため、第２スイッチ１２を設けることにより、太陽電池１０の発電電力により蓄電池１４が過充電されることを防止することができる。

第１スイッチ２０は、双方向パワーコンディショナ１６と商用電源２４との間に設けられており、双方向パワーコンディショナ１６と商用電源２４との間をオンまたはオフする。
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。

負荷２６は、第１種負荷２８と第２種負荷３０とをさらに含む。第１種負荷２８と第２種負荷３０とはともに、交流電力で駆動する交流駆動型の電気機器であり、上述の特定負荷である。第２種負荷３０は、商用電源２４と第１スイッチ２０とを接続する配電経路６６からの電力で駆動する。配電経路６６から供給される電力は基本的には分電盤６８を介して商用電源２４から供給される電力であるが、例えばピークカット実行時には双方向パワーコンディショナ１６を介して太陽電池１０や蓄電池１４から供給される電力が混合される。

第１種負荷２８は、商用電源２４が停電して電力供給が停止した場合であっても駆動させるべき電気機器である。第１種負荷２８は、電源切替部２２により第１経路または第２経路に接続される。第１種負荷２８は、第２経路に接続された場合は、第２種負荷３０と同様に、配電経路６６からの電力で駆動する。第１種負荷２８は、第２経路に接続された場合は、後述するように同時に第１スイッチ２０がオフされるため、双方向パワーコンディショナ１６を介して太陽電池１０や蓄電池１４から電力を供給されるが、商用電源２４からは電力を供給されない。
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。

前述したとおり、インバータ３２は、負荷２６に電力を供給するために、太陽電池１０が発電した直流電力や、蓄電池１４が放電する直流電力を交流電力に変換する。インバータ３２はまた、蓄電池１４に充電するために、商用電源２４からの交流電力を直流電力に変換する。インバータ３２は、商用電源２４が通電中の場合は、商用電源２４と連系するために、商用電源２４の周波数に同期した周波数で動作する。また、インバータ３２は、商用電源２４が停電中の場合は、商用電源２４の周波数と非同期の周波数で動作する。
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。

設定部３６は、検出部３８の判断結果をもとに、インバータ３２が生成すべき交流電力の周波数を設定する。具体的に、設定部３６は、商用電源２４が通電状態であると検出部３８が判断した場合、商用電源２４と連系するために、商用電源２４に同期した位相と周波数とを設定する。これにより、太陽電池１０および蓄電池１４からインバータ３２を介して出力された交流電力と、商用電源２４からの交流電力とを同時に負荷２６で消費することが可能となる。また、設定部３６は、商用電源２４が停電状態であると検出部３８が判断した場合、設定部３６は商用電源２４の周波数と非同期の周波数を設定する。
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。

以下、分散型電源である太陽電池１０が、商用電源２４と接続し、商用電源２４の電圧に同期した電流を系統に流している運転状態を、双方向パワーコンディショナ１６の「系統連系」運転ということがある。ここで「系統と同期した電流」とは、商用電源２４の周波数と同じ周波数で、規定値以上の高周波電流を含まない正弦波であり、力率が概略１（商用電源２４の電圧と同じ位相）の電流のことをいう。また、分散型電源である太陽電池１０が、商用電源２４と切り離された状態で、第１種負荷２８等の特定の負荷に電力を供給している運転状態を、双方向パワーコンディショナ１６の「自立」運転ということがある。双方向パワーコンディショナ１６が自立運転中は、分散型電源が発電した電力を双方向パワーコンディショナ１６自体が規定の電圧および周波数で規定値以上の歪みのない正弦波の電圧を発生させる。双方向パワーコンディショナ１６は、「系統連系」運転と「自立」運転とのふたつの運転モードを切り替えながら運転する。

次に、配電システム１００の制御方法について説明する。図３は、配電システム１００の処理の流れを説明するフローチャートである。ここでは、双方向パワーコンディショナ１６の起動時における配電システム１００の制御方法について説明する。
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。

また、双方向パワーコンディショナ１６の起動時に、商用電源２４が停電していると検出部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）。このとき、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は自立運転で運転する（Ｓ６）。
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が停電中は、太陽電池１０や蓄電池１４の電力が商用電源２４に流れることを防ぐために、商用電源２４から解列する必要がある。また、蓄電池１４の蓄電容量に上限があり、商用電源２４の停電時に負荷２６の全てに電力を供給できるだけの蓄電容量を蓄電池１４は持っていない。そこで、例えば夜間の照明など、必要最小限の第１種負荷２８に対して、少しでも長い間継続的に電力を供給するために、商用電源２４が停電中は、第１スイッチ２０をオフすることにより、双方向パワーコンディショナ１６と商用電源２４とを電気的に切断するとともに、双方向パワーコンディショナ１６と第２種負荷３０との間も電気的に切断することが好ましい。

次に、商用電源２４が通電状態から停電状態になり、停電状態の後に復旧し、再び通電状態に戻る場合における配電システム１００の制御方法ついて、図３、図５および図６を参照して説明する。図５は、商用電源２４の状態の遷移と、双方向パワーコンディショナ１６の運転モードの切り替えと、負荷２６の通電状態との関係を示す図である。
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）。

商用電源２４が復旧しない間（Ｓ８のＮ）、双方向パワーコンディショナ１６は自立運転を継続する（Ｓ６）。

現在、日本国では、所定の認証を取得したパワーコンディショナでない限り、商用電源２４が停電状態から復旧して通電状態に戻った際に自動的に系統連系運転に復帰することは認められていない。そこで、商用電源２４が停電状態から通電状態に遷移したと検出部３８が判断した場合（Ｓ８のＹ）、双方向パワーコンディショナ１６は自立運転を継続する（Ｓ１０）。このとき、負荷接続制御部４０は、電源切替部２２に第１種負荷２８と第２端子６０とを接続させる（第２経路）一方で、第１スイッチ２０のオフ状態は維持する。この結果、第１種負荷２８は、双方向パワーコンディショナ１６との間の接続が電気的に切断されるとともに、商用電源２４と電気的に接続される。第１種負荷２８は、商用電源２４のみから電力が供給される。また、第２種負荷３０への商用電源２４からの電力供給も再開される。

停電復旧時に、双方向パワーコンディショナ１６の運転モードを自立運転から系統連系運転に切り替えるためには、手動にて双方向パワーコンディショナ１６を再起動させる必要がある。双方向パワーコンディショナ１６は、再起動が行われない限り（Ｓ１２のＮ）、自立運転を維持する（Ｓ１０）。図６は、商用電源２４が停電から復旧後に、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。
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。

また、商用電源２４が停電と通電を繰り返す場合には、配電システム１００は以下の処理を行うことができる。図７は、商用電源２４が停電中で双方向パワーコンディショナ１６が自立運転で運転している際に、商用電源２４が復旧してその後再度停電した場合の、双方向パワーコンディショナ１６の運転モードを説明する図である。

双方向パワーコンディショナ１６が自立運転中に、検出部３８が商用電源２４の通電を検知すると、負荷接続制御部４０は、電源切替部２２に第１種負荷２８と第２端子６０とを接続させるとともに（第２経路）、第１スイッチ２０のオフ状態は維持する。すなわち、第１種負荷２８への電力供給は双方向パワーコンディショナ１６から商用電源２４に自動的に切り替わる。一方、双方向パワーコンディショナ１６は自立運転を継続する。

双方向パワーコンディショナ１６が自立運転を継続中に商用電源２４が再度停電すると、負荷接続制御部４０は、第１スイッチ２０のオフを維持しつつ、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）。すなわち、第１種負荷２８への電力供給は商用電源２４から双方向パワーコンディショナ１６に自動的に切り替わる。また、第２種負荷３０への給電は停止し、第２種負荷３０は停電となる。

次に、双方向パワーコンディショナ１６の運転モードを手動によって切り替える例について、図８を参照して説明する。
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。

商用電源２４が通電中、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。商用電源２４が通電中に「運転／停止」ボタンが押下されると、双方向パワーコンディショナ１６は系統連系運転を停止する。この場合でも商用電源２４は通電中であるため、第１種負荷２８と第２種負荷３０とはともに、配電経路６６を介して商用電源２４から受電する。その後商用電源２４が通電中に「運転／停止」ボタンが再度押下されると、双方向パワーコンディショナ１６の検出部３８は商用電源２４の通電を検知し、双方向パワーコンディショナ１６は系統連系運転で運転を開始する。

図８（ｂ）は、双方向パワーコンディショナ１６の運転停止中に商用電源２４が停電した場合を示す図である。商用電源２４が通電中に「運転／停止」ボタンが押下されると、双方向パワーコンディショナ１６は系統連系運転を停止する。双方向パワーコンディショナ１６が運転を停止している間に商用電源２４が停電すると、第１種負荷２８および第２種負荷３０への電力の供給が停止する。その後、商用電源２４が停電中に双方向パワーコンディショナ１６の「運転／停止」ボタンが押下されると、双方向パワーコンディショナ１６の検出部３８は商用電源２４の停電を検知し、双方向パワーコンディショナ１６は自立運転で運転を開始する。これにより、第１種負荷２８にのみ電力の供給が開始する。

図８（ｃ）は、商用電源２４の停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。商用電源２４が停電中、双方向パワーコンディショナ１６は自立運転で運転する。第１種負荷２８にのみ電力が供給され、第２種負荷３０は停電する。商用電源２４が停電中に「運転／停止」ボタンが押下されると、双方向パワーコンディショナ１６は自立運転を停止し、第１種負荷２８も停電する。その後、商用電源２４が停電中かつ双方向パワーコンディショナ１６の運転停止中に「運転／停止」ボタンが押下されると、双方向パワーコンディショナ１６の検出部３８は商用電源２４の停電を検知し、双方向パワーコンディショナ１６は自立運転で運転を開始する。これにより、第１種負荷２８にのみ電力の供給が開始する。

なお、上記の説明では、ユーザが「運転／停止」ボタンを押下して双方向パワーコンディショナ１６を停止し、その後再び「運転／停止」ボタンを押下することでパワーコンディショナ１６を再起動させる場合について説明した。本発明の実施の形態に係る双方向パワーコンディショナ１６は、「運転／停止」ボタンの他に「リセット」ボタン（図示せず）も備えている。双方向パワーコンディショナ１６が自立モードで運転中にユーザが「リセット」ボタンを押下すると、双方向パワーコンディショナ１６は自動的に自立運転を停止し、系統連系運転を再開することもできる。

以上説明したように、実施の形態１に係る配電システム１００によれば、商用電源２４が復旧したときに、第１種負荷２８に商用電源２４からの電力供給を遅滞なく開始することができ、蓄電池１４の蓄電量の消耗を抑制することができる。これにより、太陽電池１０と接続可能とされた蓄電池１４の残存蓄電量を制御することが可能となる。また、双方向パワーコンディショナ１６の起動時から蓄電池１４を適切に制御することが可能となる。

（実施の形態１の変形例）
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。

前述したとおり、本発明の実施の形態に係る配電システム１００は太陽電池１０を備えており、蓄電池１４は商用電源２４から供給される電力で充電されるとともに、太陽電池１０が発電した電力によっても充電される。商用電源２４と異なり、太陽電池１０の発電量は制御が難しいため、蓄電池１４への過充電、過電流、および過電圧を防止する仕組みが重要となる。そこで、以下実施の形態１の変形例として、蓄電池１４の電圧および電流の制御について説明する。実施の形態１の変形例に係る配電システム１００の構成は、図１に示す実施の形態１に係る配電システム１００と同様である。

図９は、本発明の実施の形態１の変形例に係る双方向パワーコンディショナ１６の内部構成を模式的に示す図である。実施の形態１に係る双方向パワーコンディショナ１６は、インバータ３２、制御部３４、および電力検出部５０を備える。制御部３４は、第１取得部４２、第２取得部４３、第３取得部４４、第４取得部４５、管理部４６、タイマー４７、および記憶部４８をさらに備える。

図１を参照して前述したとおり、蓄電池制御部１８は太陽電池１０に接続された蓄電池１４の電圧、電力および電流を測定する。第１取得部４２は、蓄電池制御部１８から、蓄電池１４の蓄電量の現在の電圧の値を取得する。また、第３取得部４４は、蓄電池制御部１８から、蓄電池１４の電力もしくは電流の値を取得する。電力検出部５０は、太陽電池１０と蓄電池１４との間から分岐された分岐経路とインバータ３２との間に設置され、インバータ３２において交流電力に変換すべき直流電力の電力量を計測する。第２取得部４３は、蓄電池１４の電力の値を取得する。

蓄電池１４は、例えばリチウムイオン二次電池によって構成されている。
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。

また、蓄電池１４は低温になるにつれて内部抵抗が上昇するため、蓄電池１４を低温時に充電すると蓄電池１４の電圧は上限電圧を超えてしまうこともあり、蓄電量は過充電の状態と判断される場合もある。
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。

そこで管理部４６は、双方向パワーコンディショナ１６が出力を絞ってインバータ３２が変換すべき電力が少なくなり、かつ蓄電池１４が満充電に近い場合、つまり蓄電池１４の電圧が上限電圧に近い場合に、第２スイッチをオフさせて、太陽電池１０が発電した電力が蓄電池１４に送電されることを遮断させる。具体的には、管理部４６は、第１取得部４２が取得した蓄電池１４の電圧と第１の閾値とを比較する。ここで「第１の閾値」は、例えば管理部４６が太陽電池１０と蓄電池１４との間の接続を切断するか否かを決定するために設けられた過充電防止基準値である。過充電防止基準値は、蓄電池１４を構成する電池の性質等を考慮して実験により決定すればよいが、実施の形態1の変形例での説明では、蓄電池１４の上限電圧もしくはマージンを持たせて上限電圧より少し低い電圧に設定している。

管理部４６はまた、第２取得部４３が取得した電力の値と第２の閾値とを比較する。ここで「第２の閾値」とは、例えば管理部４６が太陽電池１０と蓄電池１４との間の接続を切断するか否かを決定するために設けられた過充電防止基準値である。過充電防止基準値は蓄電池電力検出部７０で検出した値に基づいて、蓄電池１４が放電する電力もしくは電流の値を正、蓄電池１４に充電される電力もしくは電流の値を負とした場合に負の値で定義される。過充電防止基準値は、固定の値とすることもできるが、蓄電池１４の電圧によって変化する変数値とすることで、精度よく過充電を防止することもできる。また、過充電防止基準値も、蓄電池１４を構成する電池の性質等を考慮して実験により決定してもよい。

管理部４６は、第１取得部４２が取得した電圧が第１の閾値より大きく、かつ、第２取得部４３が取得した電力の値が第２の閾値より小さくなる場合、第２スイッチ１２をオフさせ、太陽電池１０と蓄電池１４とを電気的に切断させる。または、第２取得部４３が取得した電力もしくは電流の値が零未満となった場合、第２スイッチ１２をオフさせ、太陽電池１０と蓄電池１４とを電気的に切断させてもよい。これにより、満充電に近い状態の蓄電池１４に供給される電力が遮断し、太陽電池１０が発電した電力が蓄電池１４に送電され、蓄電池１４が過充電されることを未然に防止することができる。

次に蓄電池１４への充電過電流を防止する仕組みである電流値の制御について説明する。前述したように蓄電池１４を充電する場合に電流が大きい場合、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い過充電となる。そのうえ、大きな電流が蓄電池１４に流れると蓄電池１４の劣化につながる可能性がある。そのため、蓄電池１４の劣化の防止や安全性を保つためにも電流値を制御する必要がある。

そこで、過充電を防止する仕組みと同様の制御を、充電過電流を防止する仕組みにも適応する。具体的には、第３取得部４４は、蓄電池制御部１８から、蓄電池１４の電流の値を取得する。なお、蓄電池制御部１８は、蓄電池電力検出部７０から蓄電池１４の電流を取得する。管理部４６は、第３取得部４４が取得した蓄電池１４の電流値と第３の閾値とを比較する。ここで「第３の閾値」は、例えば管理部４６が太陽電池１０と蓄電池１４との間の接続を切断するか否かを決定するために設けられた過電流防止基準値である。また、蓄電池１４に充電される電流を正とした場合に過電流防止基準値は正の値で定義される。過電流防止基準値は、第２の閾値と同様、蓄電池１４の電圧によって変化する変数値とすることで、精度よく過電流を防止することができる。過電流防止基準値は、蓄電池１４を構成する電池の性質等を考慮して実験により決定すればよいが、例えば蓄電池１４のマージンを持たせて充電過電流より少し低く設定することが好適である。

管理部４６は、第３取得部４４が取得した電流値が第３の閾値より大きくなる場合、第２スイッチ１２をオフさせ、太陽電池１０と蓄電池１４とを電気的に切断させる。これにより、満充電に近い状態の蓄電池１４に供給される電力が遮断し、太陽電池１０が発電した電力が蓄電池１４に送電されることを防止することができる。

なお、蓄電池電力検出部７０が蓄電池１４の電圧、及び電流を計測したが、太陽電池１０の出力端子に付近に太陽電池電力計を（図示せず）を別途設置して計測してもよい。太陽電池電力計を測定することで、管理部４６は太陽電池の発電値を取得することができる。そのため、蓄電池１４が満充電の状態で、蓄電池１４に電流が流れないように、太陽電池の出力変動に応じて交流電力に変換すべき直流電力を算出することができる。また、太陽電池１０と蓄電池１４との間から分岐された分岐路とインバータ３２との間に設置され、インバータ３２において交流電力に変換すべき直流電力の電力値を計測する電力検出部５０を設置してもよい。電力検出部５０を備えることで、インバータ３２において変換すべき電力と、蓄電池電力検出部７０が計測する蓄電池１４の電力との合計が、太陽電池１０が発電する電力となる。このように、太陽電池１０が発電する電力は電力検出部５０および、蓄電池電力検出部７０の計測結果から算出することができる。そのため、電力検出部５０、蓄電池電力検出部７０、および太陽電池電力計が計測する電力のうち、いずれかふたつの電力を計測できれば、残りの電力は算出することができる。したがって、電力検出部５０、蓄電池電力検出部７０、および太陽電池電力計の全ては必ずしも必要ではなく、少なくとも電力検出部５０と太陽電池電力計を備えればよい。

以上、太陽電池１０と蓄電池１４との間の電気的切断について説明した。次に太陽電池１０と蓄電池１４との間を再度接続し直す制御について説明する。

まず、太陽電池１０と蓄電池１４との間を再度接続し直すための再接続の第１条件を示す。管理部４６は第１取得部４２が取得した電圧が第１の閾値より小さく、かつ第３取得部４４が取得した電力もしくは電流が第３の閾値より小さい場合、第２スイッチ１２をオンさせ、太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に接続する。これにより、蓄電池１４は上限電圧を超えないため過充電を防止し、かつ電流値も超えないので充電過電流が流れることを防ぐことができる。なお、太陽電池１０と蓄電池１４との間の電気的な接続が遮断されているため、第３取得部４４が取得する電流は商用電源２４からの電流だけである。

次に再接続の第２条件を示す。前述した接続の場合に、蓄電池１４の電圧が上限電圧付近で、太陽電池１０の発電量による余剰電力がある場合、第２スイッチ１２をオンさせ、太陽電池１０と蓄電池１４とを電気的に接続すると余剰電力が蓄電池１４に流れ込む。その結果、蓄電池１４の蓄電量が第１の閾値を超えて再び第２スイッチ１２をオフになり、太陽電池１０と蓄電池１４との電気的に切断してしまう。そのため、蓄電池１４の電圧が上限電圧付近で増減を繰り返して、頻繁に第２スイッチ１２をオン、オフし、スイッチの寿命の低下の原因となりうる。

そこで、管理部４６は、第２スイッチ１２をオフした後、一定時間経過後に前述した再接続第１条件を適応させる。具体的には、管理部４６は、第２スイッチ１２をオフした後の経過時間をタイマー４７を用いて計測し、所定の時間経過後に前述した再接続第１条件を適応させる。所定の時間経過させることで、蓄電池１４の電力は負荷２６で消費されるため蓄電池１４の電圧は上限電圧よりも低くなる。そのため、頻繁に第２スイッチ１２がオン、オフされることを防止することができる。なお、第２スイッチ１２をオフしている時間は蓄電池１４の電力が負荷で消費されて蓄電池１４の電圧が下がる時間ならばよく、ユーザによって自由に設定してよい。例えば、一日の時間帯によってタイマー４７の時間を変更させるような設定が考えられる。太陽電池１０の発電量が最大となった後の時間帯は、発電量が減少していくため、余剰電力が発生していても時間の経過と共に減少する。また、太陽電池１０の発電量が最大となった後は時間が経過するほど、余剰電力は発生しにくくなる。そのため、太陽電池１０の発電量が最大となった後の時間帯は、タイマー４７の設定時間を短く設定しても蓄電池１４の上限電圧を超えにくくなるため、再び太陽電池１０と蓄電池１４との間の接続を切断しなくて済む。また、タイマー４７の設定時間を短くすることで太陽電池１０を切断している時間を短くすることができるため、効率よく蓄電池１４の充放電をすることができる。なお、タイマー４７の設定時間は、例えば、０：００〜１２：００は３０分、１２：００〜２４：００は１５分とあらかじめ所定の時間を設定してもよいが、季節や天候等の自然条件によって太陽電池１０の最大発電量の時間帯は変化するため、季節や天候によっても設定を変更してもよい。また、太陽電池の発電量の増減に比例してタイマー時間を増減させる設定にしてもよい。なお「所定の時間」とは、第２スイッチ１２が頻繁にオン、オフされることを防止するためのスイッチ切替基準時間であり、第２スイッチ１２の性能等を考慮して実験により定めればよい。

次に再度、太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に接続してもすぐに切断しなければならない状況を回避するための再接続の第３条件を示す。再接続第１条件もしくは再接続第の２条件では太陽電池１０の発電量による余剰電力がある場合には第２スイッチ１２を切断する処理をしたが、負荷２６での消費が大きい場合に余剰電力は負荷２６で消費される。

そこで、第１の実施の形態の変形例に係る配電システム１００は、商用電源２４からの供給される電力を取得する第４取得部４５を備える。第４取得部４５は、分電盤６８から商用電源２４が供給する電力値を取得する。管理部４６は、再接続第１条件または再接続第２条件で太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に接続しない場合でも商用電源２４からの供給電力が第４のしきい値以上の場合に第２スイッチ１２をオンにする。この場合、負荷２６の消費電力が大きく、太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に接続しても太陽電池１０の余剰電力は負荷２６側で消費されるため、蓄電池１４は充電されず、第２スイッチ１２は切断されない。

次に再接続の第２条件で、太陽電池１０と蓄電池１４との間の電気的に切断した状態を一定時間保つ制御を示した。再接続の第２条件の変形例である再接続の第４条件を示す。再接続の第２条件では一定時間経過しないと第２スイッチ１２をオンすることができない。そのため、負荷２６で消費される電力が大きいため蓄電池１４の電力が消費され、蓄電池１４の蓄電量が充電可能な範囲の蓄電量になっても一定時間が経過しない限り第２スイッチ１２をオンして太陽電池１０からの発電電力を充電させることができない。

そこで、蓄電池１４の蓄電状態に係る遷移状態をあらかじめ設定する。例えば蓄電池１４の過充電電圧範囲と充電電圧範囲とを設定しておき、設定した範囲内に電圧が入るか否かで蓄電状態の状態遷移とすることで、管理部４６は、再接続の第２条件を適応した制御をおこなっていても時間経過に関係なく蓄電池１４の電圧が充電電圧範囲に遷移した場合に第２スイッチ１２をオンにする。この場合、太陽電池１０が発電できる状態で、蓄電池１４が充電できる状態になった場合に、管理部４６は時間を待たずに太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に接続させることができる。なお、蓄電状態に係る遷移状態は蓄電池１４の蓄電状態を知ることができる遷移状態ならば如何なるものでもよく、例えば蓄電量の範囲が考えられる。

なお、第２スイッチ１２の切断条件に関して、管理部４６は、第１取得部４２が取得した電圧が第１の閾値より大きい場合もしくは第３取得部４４が取得した電流値が第３の閾値より大きい場合において、第２取得部４３が取得した蓄電池１４の電力値が第２の閾値よりも大きい場合であっても、その後第５の閾値より小さくなることが推定できる場合には、太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に切断させるようにしてもよい。具体的には、管理部４６は過去において負荷２６によって消費された消費電力の時間変動パターンを格納する記憶部４８を参照して、過去における負荷２６における消費電力の実績値を取得する。

図１０は、記憶部４８が格納する負荷２６における消費電力の時間変動パターンの一例を示す図である。図１０は、時刻を横軸とし、各時刻における負荷２６の消費電力を縦軸とするグラフである。

図１０に示す例において、１６時における負荷２６の消費電力は近傍時刻における消費電力よりも小さく、第５の閾値以下であるとする。ここで「第５の閾値」とは、例えば管理部４６が太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に切断するか否かを決定するために設けられた過充電防止基準消費電力値である。過充電防止基準消費電力値は、蓄電池１４を構成する電池の性質や、負荷２６で消費される消費電力の時間変動パターン等を考慮して実験により決定すればよく、一例としては第２の閾値と同じ値としてもよい。

管理部４６は、１５時現在において負荷２６が実際に消費している消費電力、すなわち蓄電池１４の電力値が第２の閾値よりも大きい場合であっても、記憶部４８を参照して取得した１６時における負荷２６の消費電力の実績値が第５の閾値以下である場合、第２スイッチ１２をオフさせ、太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に切断させる。

これにより、蓄電池１４の電力値が第２の閾値より小さくなる蓋然性が高い場合には、蓄電池１４の電力値が第２の閾値より小さくなる前に、太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に切断させることが可能となる。蓄電池１４の電力値が第２の閾値より実際に小さくなってから電気的に切断するよりも、蓄電池１４の過充電および充電過電流をより効果的に防止できる点で有利である。なお、記憶部４８に記憶される消費電力の時間変動パターンは、負荷２６で消費された実績値を用いて更新してもよい。新しい情報によって時間変動パターンをアップデートできる点で有利である。

図１１は、管理部４６が取得する情報と閾値との大小関係と、第２スイッチ１２のオンオフ状態との関係を示す表である。図１１に示すように、蓄電池１４の電圧が第１の閾値より大きく、かつ、蓄電池１４の電力値が第２の閾値より小さい場合には、管理部４６は第２スイッチ１２をオフさせるとともに太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に切断させることを基本とする。ただし、蓄電池１４の電力値が第２の閾値より大きい場合であっても、過去において負荷２６で消費された消費電力の実績値が第５の閾値より小さくなる場合には、太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に切断させる。また、蓄電池１４の電圧が第１の閾値よりも小さい場合であっても、蓄電池１４の電流が第３の閾値よりも大きい場合は、管理部４６は第２スイッチ１２をオフさせるとともに太陽電池１０と蓄電池１４との間を電気的に切断させる。

図１２は、実施の形態１の変形例に係る配電システム１００の第２スイッチ１２切断処理の流れを説明するフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば双方向パワーコンディショナ１６が起動したときに開始する。

管理部４６は、第１取得部４２が蓄電池制御部１８から取得した蓄電池１４の現在の電圧が第１の閾値を超えているか否かを調べる。蓄電池１４の電圧が第１の閾値よりも大きい場合（Ｓ１６のＹ）、管理部４６は、第２取得部４３が電力検出部５０から取得したインバータ３２が変換すべき電力値が第２の閾値未満か否かを調べる。蓄電池１４の電力値が第２の閾値以上の場合（Ｓ１７のＹ）、管理部４６は、第２スイッチ１２をオフさせる（Ｓ１８）。

蓄電池１４の電圧が第１の閾値よりも小さい場合（Ｓ１６のＮ）、管理部４６は、第３取得部４４が蓄電池制御部１８から取得した蓄電池１４の現在の電流が第３の閾値を超えているか否かを調べる。蓄電池１４の現在の電流が第３の閾値よりも大きい場合（Ｓ１９のＹ）、管理部４６は、記憶部４８を参照して取得した負荷２６が消費する消費電力の実績値が第５の閾値未満か否かを調べる。記憶部４８を参照して取得した実績値が第５の閾値未満の場合（Ｓ２０のＹ）、管理部４６は第２スイッチ１２をオフさせる（Ｓ１８）。

蓄電池１４の電圧が第１の閾値以下の場合（Ｓ１６のＹ）かつ蓄電池１４の電力値が第２の閾値未満の場合（Ｓ１７のＮ）、または蓄電池１４の電圧が第１の閾値以下の場合（Ｓ１６のＮ）かつ蓄電池１４の現在の電流が第３の閾値未満の場合（Ｓ１９のＮ）、または蓄電池１４の電圧が第１の閾値以下の場合（Ｓ１６のＮ）かつ蓄電池１４の現在の電流が第３の閾値よりも大きい場合（Ｓ１９のＹ）かつ記憶部４８を参照して取得した実績値が第５の閾値以上の場合（Ｓ２０のＮ）、管理部４６は特段の処理をせず、第２スイッチ１２は太陽電池１０と蓄電池１４との間の導通状態を維持する。管理部４６は上記の処理を継続することで、太陽電池１０と蓄電池１４との間の電気的な接続および切断を制御する。

図１３は、実施の形態１の変形例に係る配電システム１００の第２スイッチ１２再接続処理の流れを説明するフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば双方向パワーコンディショナ１６が起動したときに開始する。

管理部４６は、太陽電池１０と蓄電池１４との間にある第２スイッチ１２が遮断されているか否かを確認する。第２スイッチ１２が遮断されている場合（Ｓ４０のＹ）、管理部４６は、第４の閾値と、第４取得部４５から取得した商用電源２４の電力供給量とを比較する。商用電源２４の電力供給量が第４の閾値未満の場合（Ｓ４２のＮ）、管理部４６は、タイマー４７を参照して第２スイッチ１２が遮断されてからの経過時間を取得する。

第２スイッチ１２が遮断されてから所定の時間が経過している場合（Ｓ４４のＹ）、管理部４６は、第１取得部４２が蓄電池制御部１８から取得した蓄電池１４の現在の電圧が第１の閾値を超えているか否かを調べる。蓄電池１４の電圧が第１の閾値未満の場合（Ｓ４６のＹ）、管理部４６は、第２取得部４３が蓄電池電力検出部７０から取得した蓄電池１４の電力値が第２の閾値未満か否かを調べる。第２取得部４３が蓄電池制御部１８から取得した電力値が第２の閾値未満の場合（Ｓ４８のＹ）、管理部４６は、第２スイッチ１２を再接続する（Ｓ５０）。

管理部４６はまた、商用電源２４の電力供給量が第４の閾値以上の場合も（Ｓ４２のＹ）第２スイッチ１２を再接続する（Ｓ５０）。第２スイッチ１２が接続されている場合（Ｓ４０のＮ）、第２スイッチ１２が遮断されてから所定の時間が経過していない場合（Ｓ４４のＮ）、蓄電池１４の電圧が第１の閾値より大きい場合（Ｓ４６のＮ）、またはインバータ３２が変換すべき電力値が第２の閾値より大きい場合（Ｓ４８のＮ）、管理部４６は特段の処理をしない。

以上説明したように、実施の形態１の変形例に係る配電システム１００によれば、再生可能エネルギーの発電装置と電気的に接続可能とされた蓄電池の残存蓄電量の確保と、発電装置からの電力による過充電の防止および充電過電流の防止との両立を図るための技術を提供することができる。
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）
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。

以下、実施の形態１またはその変形例に係る配電システム１００と重複する説明については、適宜省略または簡略化して説明する。

図１４は、本発明の実施の形態２に係る配電システム１００を模式的に示す図である。実施の形態２に係る配電システム１００は、太陽電池１０、蓄電池１４、商用電源２４、双方向パワーコンディショナ１６、蓄電池制御部１８、負荷２６、第１スイッチ２０、第２スイッチ１２、電源切替部２２、パワーコンディショナ選択部５２、および単方向パワーコンディショナ５４を含む。以下、本明細書において、パワーコンディショナ選択部５２を、ＰＣＳ選択部（Power Conditioner System選択部）５２と省略して記載することがある。

単方向パワーコンディショナ５４は、太陽電池１０と商用電源２４との間に設置されており、一端において商用電源２４と電気的に接続するとともに他端において太陽電池１０と電気的に接続可能に構成されている。単方向パワーコンディショナ５４は図示しないインバータを含み、商用電源２４と連係するために太陽電池１０が発電した直流電力を交流電力に変換する。

ＰＣＳ選択部５２は、太陽電池１０を、単方向パワーコンディショナ５４と電気的に接続するか、または双方向パワーコンディショナ１６と電気的に接続するかを選択的に切り替える。具体的には、ＰＣＳ選択部５２は、単方向パワーコンディショナ５４に接続する第１端子６２、または第２スイッチに接続する第２端子６４と、太陽電池１０の出力端子とを選択する。

図１５は、本発明の実施の形態２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。実施の形態２に係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、設定部３６、検出部３８、負荷接続制御部４０、および電源接続管理部５６をさらに含む。

蓄電池１４が蓄電した電力を昼の時間帯において負荷に放電すれば、電気料金の高い商用電源からの電力の消費が低減され、電気料金の抑制とピークカットとを実現できる。しかしながら、我が国においては、商用電力系統への影響などを考慮して、現在のところ例えば太陽電池については売電が許可されているが、燃料電池や２次電池について売電は許可されていない。したがって、燃料電池や２次電池に関しては仮に余剰電力が生じても商用電力系統に逆潮流することがないように「電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン」に定められている。

太陽電池１０に加えて、燃料電池や２次電池が備えられたいわゆる「ダブル発電」システムは、昼間などにおいても、燃料電池や２次電池からの電力を負荷に供給することによって、消費電力量が低減される。消費電力が低減されれば、余剰電力が増加するので、売電可能な電力量が増加する。上述した実施の形態１では、双方向パワーコンディショナ１６が単独でしか存在しないため、双方向パワーコンディショナ１６を通して出力された電力は、太陽電池１０で発電された電力か、商用電源２４から蓄電池１４に充電された電力が放電された電力であるかの区別がつかず、売電が認められない。一方、太陽電池１０を双方向パワーコンディショナ１６から切り離すとともに単方向パワーコンディショナ５４に接続すれば、単方向パワーコンディショナ５４を介して商用電源２４に逆潮流することによって太陽電池１０が発電した余剰電力を売電することも可能となる。太陽電池１０が発電した余剰電力を単方向パワーコンディショナ５４を介して商用電源２４に逆潮流する間も、双方向パワーコンディショナ１６から出力される電力が第１種負荷２８と第２種負荷３０の消費電力合計よりも少ない限り、その電力は分電盤６８から商用電源２４側に流れることはないため、蓄電池１４の充放電も可能となる。

電源接続管理部５６は、検出部３８の判断結果に応じて、太陽電池１０を蓄電池１４に接続された双方向パワーコンディショナ１６と接続するか、単方向パワーコンディショナ５４を介して商用電源２４と接続するかを制御する。

具体的に、電源接続管理部５６は、検出部３８によって商用電源２４が通電状態であることを判断した場合、双方向パワーコンディショナ１６に太陽電池１０を電気的に接続させず、単方向パワーコンディショナ５４を介して商用電源２４と電気的に接続させる。この結果、太陽電池１０と蓄電池１４とは電気的に切断されるため、余剰電力を売電することが可能となる。また、蓄電池１４は双方向パワーコンディショナ１６を介して負荷２６に接続され、商用電源２４が停電した場合に備えるバックアップ電源となる。

検出部３８が、商用電源２４が停電状態に遷移したこと判断した場合、太陽電池１０を単方向パワーコンディショナ５４から電気的に切断させるとともに、双方向パワーコンディショナ１６と電気的に接続させる。負荷接続制御部４０は、双方向パワーコンディショナ１６と第２種負荷３０との間は電気的に切断させる。これにより、商用電源２４が停電して電力供給が停止した場合であっても駆動させるべき第１種負荷２８には、蓄電池１４からの電力が供給される。また、双方向パワーコンディショナ１６を介して太陽電池１０が発電した電力も供給されるとともに、太陽電池１０が発電した電力を蓄電池１４に蓄え、夜間に第１種負荷２８に供給することも可能となるため、蓄電池１４単独のバックアップよりも長時間のバックアップが期待できる点で有利である。

電源接続管理部５６は、検出部３８が、商用電源２４が停電状態から通電状態に遷移したと判断した場合、電源接続管理部５６は、太陽電池１０と双方向パワーコンディショナ１６との接続を維持させる。一方、負荷接続制御部４０は、双方向パワーコンディショナ１６を第１種負荷２８から電気的に切断させるとともに、商用電源２４を第１種負荷２８および第２種負荷３０と電気的に接続させる。

図１６は、本発明の実施の形態２に係る、商用電源２４の運転状態の遷移と電源切替部２２の選択との関係を示す図であり、商用電源２４が停電状態から通電状態に復帰した後に、配電システム１００の系統連系運転を再開させる方法を説明するための図である。

上述したように、双方向パワーコンディショナ１６が自立運転中にユーザは「運転／停止」ボタンを押下して双方向パワーコンディショナ１６を停止させるとともに、その後再び「運転／停止」ボタンを押下してパワーコンディショナ１６の運転を再開させることができる。あるいは、双方向パワーコンディショナ１６が自立運転中にユーザは「リセット」ボタンを１回押すことによってパワーコンディショナ１６の運転を再開させるもできる。ユーザが「運転／停止」ボタンを２回押すか、あるいは「リセット」ボタンを１回押してパワーコンディショナ１６の運転を再開させた時点において、検出部３８は商用電源２４が通電状態であるか否かを検出する。検出部３８の検出の結果、商用電源２４が通電状態の場合、電源接続管理部５６はＰＣＳ選択部５２に第１端子６２を選択させる。これにより、太陽電池１０は単方向パワーコンディショナ５４と電気的に接続される。検出部３８が、商用電源２４が通電状態から停電状態に遷移したことを検出した場合、電源接続管理部５６は、ＰＣＳ選択部５２に第２端子６４を選択させる。これにより、太陽電池１０は双方向パワーコンディショナ１６と電気的に接続される。その後商用電源２４が停電状態から通電状態に遷移したと判断された場合であっても、電源接続管理部５６はＰＣＳ選択部５２に第２端子６４の選択を維持させる。

図１７は、本発明の実施の形態２に係る配電システム１００の処理の流れを説明するフローチャートである。本発明における処理は、例えば実施の形態２に係る双方向パワーコンディショナ１６が起動したときに開始する。

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。検出部３８の判断の結果、商用電源２４が停電の場合（Ｓ２４のＹ）、電源接続管理部５６は、ＰＣＳ選択部５２に第２端子６４を選択させることで、太陽電池１０を蓄電池１４および双方向パワーコンディショナ１６に電気的に接続させる（Ｓ２６）。また負荷接続制御部４０は、商用電源２４と第１種負荷２８とを電気的に切断させる（Ｓ２８）。

検出部３８が商用電源２４の通電を検知しない間（Ｓ３０のＮ）、太陽電池１０と双方向パワーコンディショナ１６との電気的な接続、および商用電源２４と第１種負荷２８との電気的な切断を維持する。検出部３８が商用電源２４が停電状態から通電状態に遷移したと判断すると（Ｓ３０のＹ）、負荷接続制御部４０は、第１種負荷２８を双方向パワーコンディショナ１６から電気的に切断させるとともに、商用電源２４に電気的に接続させる（Ｓ３２）。

双方向パワーコンディショナ１６の「運転／停止」ボタンが２回押下されるか、あるいは「リセット」ボタンが１回押下されて双方向パワーコンディショナ１６が再起動されるまでの間（Ｓ３４のＮ）、双方向パワーコンディショナ１６は第１種負荷２８と電気的に切断された状態を維持する。双方向パワーコンディショナ１６の「運転／停止」ボタンもしくは「リセット」ボタンが押下されて双方向パワーコンディショナ１６が再起動されると（Ｓ３４のＹ）、ステップＳ２４の処理に戻る。

検出部３８の判断の結果、商用電源２４が通電状態の場合（Ｓ２４のＮ）、電源接続管理部５６はＰＣＳ選択部５２に第１端子６２を選択させることで、太陽電池１０を単方向パワーコンディショナ５４に電気的に接続させる（Ｓ３６）。これにより、太陽電池１０が発電した電力は、単方向パワーコンディショナ５４を介して配電経路６６に入力される。以上の処理を継続することにより、実施の形態２に係る双方向パワーコンディショナ１６内の制御部３４は、太陽電池１０の出力先を、単方向パワーコンディショナ５４または双方向パワーコンディショナ１６とする切り替えを制御する。

以上、本発明の実施の形態２に係る配電システム１００によれば、商用電源２４が停電中には太陽電池１０と双方向パワーコンディショナ１６とを電気的に接続することで、第１種負荷２８への供給電力を増加させることが可能となる。また、商用電源２４が通電中には太陽電池１０の発電した電力を商用電源２４に逆潮流することも可能となる。これにより、再生可能エネルギーの発電装置である太陽電池１０と接続可能とされた蓄電池１４の残存蓄電量の管理も容易となる。

以上、本発明の実施の形態１、実施の形態１の変形例、および実施の形態２を説明した。これらの任意の組み合わせもまた、本発明の実施の形態を構成する。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果を合わせ持つ。

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。

例えば上述した実施の形態１、実施の形態１の変形例、および実施の形態２の各実施の形態において、制御部３４は双方向パワーコンディショナ１６に設置される場合について説明したが、制御部３４は双方向パワーコンディショナ１６に設置されることは必須ではない。制御部３４の設置場所は自由度があり、例えば蓄電池制御部１８内に設置されてもよく、また、単独で存在してもよい。

１０ 太陽電池、 １２ 第２スイッチ、 １４ 蓄電池、 １６ 双方向パワーコンディショナ、 １８ 蓄電池制御部、 ２０ 第１スイッチ、 ２２ 電源切替部、 ２４ 商用電源、 ２６ 負荷、 ２８ 第１種負荷、 ３０ 第２種負荷、 ３２ インバータ、 ３４ 制御部、 ３６ 設定部、 ３８ 検出部、 ４０ 負荷接続制御部、 ４２ 第１取得部、 ４３ 第２取得部、 ４４ 第３取得部、 ４５ 第４取得部、 ４６ 管理部、 ４８ 記憶部、 ５０ 電力検出部、 ５２ パワーコンディショナ選択部、 ５２ ＰＣＳ選択部、 ５４ 単方向パワーコンディショナ、 ５６ 電源接続管理部、 ６６ 配電経路、 ６８ 分電盤、 ７０ 蓄電池電力検出部、 １００ 配電システム。

Claims (5)

1. 発電装置および蓄電池が接続され、直流電力を交流電力に変換する変換部と、商用電源
   との少なくとも一方から特定負荷への電力供給を制御する制御装置であって、
   商用電源が停電状態か通電状態かのいずれの状態であるかを判断し、商用電源が通電状
   態から停電状態に遷移したと判断した場合には、変換部と特定負荷との接続を維持したま
   ま商用電源を特定負荷から切断させ、商用電源が停電状態から通電状態に遷移したと判断
   した場合には、変換部を特定負荷と切断させるとともに商用電源を特定負荷に接続させ、
   商用電源が停電状態か通電状態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、変換部と特定負荷との接続および商用電源と特定負荷との接続
   を切り替える負荷接続制御部と、変換部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とをさらに備え、
   前記設定部は、前記検出部の判断結果が通電状態の場合、商用電源の周波数に同期した
   周波数に設定し、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、商用電
   源の周波数と非同期の周波数に設定し、前記検出部の判断結果が停電状態から通電状態に
   遷移した場合、商用電源の周波数と非同期の周波数を維持することを特徴とする制御装置
   。
2. 発電装置および蓄電池に接続され、直流電力を交流電力に変換する変換部と、
   前記変換部と商用電源との少なくとも一方から特定負荷への電力供給を制御する制御装
   置とを備え、
   前記制御装置は、商用電源が停電状態か通電状態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、前記変換部と特定負荷との接続および商用電
   源と特定負荷との接続を切り替える負荷接続制御部とを含み、
   前記負荷接続制御部は、商用電源が通電状態から停電状態に遷移したと前記検出部が判
   断した場合には、変換部と特定負荷との接続を維持したまま商用電源を特定負荷から切断
   させ、商用電源が停電状態から通電状態に遷移したと前記検出部が判断した場合には、変
   換部を特定負荷と切断させるとともに商用電源を特定負荷に接続させ、
   前記変換部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
   とをさらに備え、
   前記設定部は、前記検出部の判断結果が通電状態の場合、商用電源の周波数に同期した
   周波数に設定し、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、商用電
   源の周波数と非同期の周波数に設定し、前記検出部の判断結果が停電状態から通電状態に
   遷移した場合、商用電源の周波数と非同期の周波数を維持することを特徴とする変換装置
   。
3. 発電装置と、
   前記発電装置および商用電源の少なくとも一方からの電力を蓄電する蓄電池と、
   発電装置および蓄電池に接続され、直流電力を交流電力に変換する変換部と、
   前記変換部と商用電源との少なくとも一方から特定負荷への電力供給を制御する制御装
   置と、
   前記変換部と商用電源との間をオンまたはオフするスイッチと、
   前記スイッチと前記変換部との間から分岐された第１経路または前記スイッチと商用電
   源との間から分岐された第２経路とのいずれか一方と、特定負荷とを選択的に接続する電
   源切替部とを備え、
   前記制御装置は、商用電源が停電状態か通電状態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、前記スイッチのオンオフと、前記電源切替部
   の切り替えとを制御する負荷接続制御部とを備え、
   前記負荷接続制御部は、商用電源が通電状態から停電状態に遷移したと前記検出部が判
   断した場合、前記スイッチをオフさせるとともに前記電源切替部に特定負荷と前記第１経
   路とを接続させ、商用電源が停電状態から通電状態に遷移したと前記検出部が判断した場
   合、前記スイッチのオフを維持して前記電源切替部に特定負荷と前記第２経路とを接続さ
   せ、
   前記変換部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
   とをさらに備え、
   前記設定部は、前記検出部の判断結果が通電状態の場合、商用電源の周波数に同期した
   周波数に設定し、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、商用電
   源の周波数と非同期の周波数に設定し、前記検出部の判断結果が停電状態から通電状態に
   遷移した場合、商用電源の周波数と非同期の周波数を維持することを特徴とする配電シス
   テム。
4. 発電装置および蓄電池が接続され、直流電力を交流電力に変換する変換部と、商用電源
   との少なくとも一方から特定負荷への電力供給を制御する制御方法であって、
   商用電源が停電状態か通電状態かのいずれの状態であるかを判断し、商用電源が通電状
   態から停電状態に遷移したと判断した場合には、変換部と特定負荷との接続を維持したま
   ま商用電源を特定負荷から切断させ、商用電源が停電状態から通電状態に遷移したと判断
   した場合には、変換部を特定負荷と切断させるとともに商用電源を特定負荷に接続させ、
   前記変換部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し、判断結果
   が通電状態の場合、商用電源の周波数に同期した周波数に設定し、判断結果が通電状態か
   ら停電状態に遷移した場合、商用電源の周波数と非同期の周波数に設定し、判断結果が停
   電状態から通電状態に遷移した場合、商用電源の周波数と非同期の周波数を
   維持することを特徴とする制御方法。
5. 発電装置および蓄電池が接続され、直流電力を交流電力に変換する変換部と、商用電源
   との少なくとも一方から特定負荷への電力供給を制御する制御装置であって、
   商用電源が停電状態か通電状態かのいずれの状態であるかを判断し、通電状態であると
   判断した場合には、変換部および商用電源の両方を特定負荷に接続させ、商用電源が通電
   状態から停電状態に遷移したと判断した場合には、変換部と特定負荷との接続を維持した
   まま商用電源を特定負荷から切断させ、商用電源が停電状態から通電状態に遷移したと判
   断した場合には、変換部を特定負荷と切断させるとともに商用電源を特定負荷に接続させ
   、商用電源が停電状態か通電状態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、変換部と特定負荷との接続および商用電源と特定負荷との接続
   を切り替える負荷接続制御部と、変換部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とをさらに備え、
   前記設定部は、前記検出部の判断結果が通電状態の場合、商用電源の周波数に同期した
   周波数に設定し、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、商用電
   源の周波数と非同期の周波数に設定し、前記検出部の判断結果が停電状態から通電状態に
   遷移した場合、商用電源の周波数と非同期の周波数を維持することを特徴とする制御装置
   。
   

Images