JP6106374B2 - Power supply system - Google Patents

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Description

本発明は、電力供給システムに関する。   The present invention relates to a power supply system.

近年、再生可能エネルギーの活用が進められており、太陽光発電や風力発電などの導入が進められている。電力会社は、これらの発電を、火力、水力、原子力発電などと組み合わせて利用しており、太陽光発電や風力発電の発電力の大小にかかわらずに、各家庭、オフィス、工場に供給される商用交流電圧の電圧範囲および周波数が一定となるように、その他の発電量を調節している。   In recent years, the use of renewable energy has been promoted, and the introduction of solar power generation and wind power generation has been promoted. Electric power companies use these power generations in combination with thermal power, hydropower, nuclear power generation, etc., and are supplied to homes, offices, and factories regardless of the amount of power generated by solar power or wind power. Other power generation amounts are adjusted so that the voltage range and frequency of the commercial AC voltage are constant.

特開２０１０−２７８０３６号公報JP 2010-278036 A

ここで太陽光発電や風力発電による発電量は、天候によって左右されやすく、また発電量の予測が困難であることから、商用交流電圧の電圧範囲および周波数を安定化することは難しい。将来、再生可能エネルギーを利用した発電がさらに促進されると、電力会社による電力調整はより困難なものとなり、電力系統から供給される電力の変動の問題はより顕著となる。   Here, the amount of power generated by solar power generation or wind power generation is easily influenced by the weather, and it is difficult to predict the amount of power generation, so it is difficult to stabilize the voltage range and frequency of the commercial AC voltage. If power generation using renewable energy is further promoted in the future, it will become more difficult to adjust the power by the power company, and the problem of fluctuations in the power supplied from the power system will become more prominent.

最近では、一般家庭や工場、ビルなどに、自家発電装置の普及が進んでいる。自家発電装置による余剰電力は、電力会社によって買電され、電力系統に回収される。電力会社は、各家庭、工場、ビルに設けられた各発電機の発電量を正確に把握することは困難であるため、電力の安定化はますます困難となる。   Recently, private power generation devices are spreading in ordinary households, factories, buildings, and the like. Surplus power from the private power generator is purchased by the power company and collected in the power grid. Since it is difficult for an electric power company to accurately grasp the power generation amount of each generator provided in each household, factory, and building, it becomes increasingly difficult to stabilize power.

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、電力の安定化にある。   The present invention has been made in view of the above problems, and one of exemplary purposes of an embodiment thereof is to stabilize power.

本発明のある態様は、電力系統と接続される電力供給システムに関する。電力供給システムは、電力系統と接続されるとともに、電力を供給すべき負荷が接続される配電線と、直流電力信号を発生する環境発電システムと、その１次側が環境発電システムと接続され、その２次側が配電線を介して電力系統と接続され、その１次側の直流電力信号を交流電力信号に変換してその２次側に発生させるインバータと、電力系統からの交流電力信号の電圧をモニタし、その結果に応じて本電力供給システムの少なくともひとつのブロックを制御するコントローラと、を備える。   An aspect of the present invention relates to a power supply system connected to a power system. The power supply system is connected to an electric power system, a distribution line to which a load to be supplied with power is connected, an energy harvesting system that generates a DC power signal, and a primary side thereof connected to the energy harvesting system. The secondary side is connected to the power system via a distribution line, the primary side DC power signal is converted into an AC power signal and generated on the secondary side, and the voltage of the AC power signal from the power system is A controller that monitors and controls at least one block of the power supply system according to the result.

この態様によると、電力供給システム内の状態を、交流電力信号の電圧が安定化するように制御することができ、電力を安定化できる。   According to this aspect, the state in the power supply system can be controlled so that the voltage of the AC power signal is stabilized, and the power can be stabilized.

本発明の別の態様もまた、電力供給システムである。この電力供給システムは、電力系統と接続されるとともに、電力を供給すべき負荷が接続される配電線と、直流電力信号を発生する環境発電システムと、その１次側が環境発電システムと接続され、その２次側が配電線を介して電力系統と接続され、その１次側の直流電力信号を交流電力信号に変換してその２次側に発生させるインバータと、電力系統からの交流電力信号の周波数をモニタし、その結果に応じて本電力供給システムの少なくともひとつのブロックを制御するコントローラと、を備える。   Another aspect of the present invention is also a power supply system. This power supply system is connected to a power system, and is connected to a distribution line to which a load to be supplied with power is connected, to an energy harvesting system that generates a DC power signal, and its primary side is connected to the energy harvesting system, The secondary side is connected to the power system via a distribution line, the DC power signal on the primary side is converted into an AC power signal and generated on the secondary side, and the frequency of the AC power signal from the power system And a controller that controls at least one block of the power supply system according to the result.

この態様によると、電力供給システム内の状態を、交流電力信号の電圧が安定化するように制御することができ、電力を安定化できる。   According to this aspect, the state in the power supply system can be controlled so that the voltage of the AC power signal is stabilized, and the power can be stabilized.

本発明のさらに別の態様もまた、電力供給システムである。この電力供給システムは、電力系統と接続されるとともに、電力を供給すべき負荷が接続される配電線と、直流電力信号を発生する環境発電システムと、その１次側が環境発電システムと接続され、その２次側が配電線を介して電力系統と接続され、その１次側の直流電力信号を交流電力信号に変換してその２次側に発生させるインバータと、電力系統からの交流電力信号の状態をモニタし、その結果に応じてインバータを制御するコントローラと、を備える。   Yet another embodiment of the present invention is also a power supply system. This power supply system is connected to a power system, and is connected to a distribution line to which a load to be supplied with power is connected, to an energy harvesting system that generates a DC power signal, and its primary side is connected to the energy harvesting system, The secondary side is connected to the power system via a distribution line, the DC power signal on the primary side is converted into an AC power signal and generated on the secondary side, and the state of the AC power signal from the power system And a controller for controlling the inverter according to the result.

この態様によると、逆潮流を制御することにより、電力を安定化できる。   According to this aspect, electric power can be stabilized by controlling reverse power flow.

本発明のさらに別の態様もまた、電力供給システムである。この電力供給システムは、電力系統と接続されるとともに、電力を供給すべき負荷が接続される配電線と、直流電力信号を発生する環境発電システムと、その１次側が環境発電システムと接続され、その２次側が配電線を介して電力系統と接続され、その１次側の直流電力信号を交流電力信号に変換してその２次側に発生させるインバータと、電力系統からの交流電力信号の状態をモニタし、その結果に応じて負荷を制御する周波数コントローラと、を備える。   Yet another embodiment of the present invention is also a power supply system. This power supply system is connected to a power system, and is connected to a distribution line to which a load to be supplied with power is connected, to an energy harvesting system that generates a DC power signal, and its primary side is connected to the energy harvesting system, The secondary side is connected to the power system via a distribution line, the DC power signal on the primary side is converted into an AC power signal and generated on the secondary side, and the state of the AC power signal from the power system And a frequency controller for controlling the load according to the result.

この態様によると、負荷を制御することにより電力を安定化できる。   According to this aspect, power can be stabilized by controlling the load.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、電力を安定化できる。   According to an aspect of the present invention, power can be stabilized.

実施の形態に係る電力供給システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric power supply system which concerns on embodiment. 双方向インバータの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a bidirectional | two-way inverter. 双方向コンバータの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a bidirectional | two-way converter. 双方向コンバータの別の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows another structural example of a bidirectional | two-way converter.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.

図１は、実施の形態に係る電力供給システム１００を示すブロック図である。電力供給システム１００は、一般家庭、ビル、工場内に設置され、電力系統４と接続される。   FIG. 1 is a block diagram showing a power supply system 100 according to the embodiment. The power supply system 100 is installed in a general household, building, or factory, and is connected to the power system 4.

電力供給システム１００は、配電線１０、環境発電システム２０、双方向インバータ３０、蓄電手段４０、双方向コンバータ４２、コントローラ５０を備える。   The power supply system 100 includes a distribution line 10, an energy harvesting system 20, a bidirectional inverter 30, a power storage unit 40, a bidirectional converter 42, and a controller 50.

配電線１０は、送電線６を介して電力系統４と接続されるとともに、電力を供給すべき負荷１２が接続される。一般家庭で使用される負荷１２としては、エアコンや冷蔵庫、照明機器、テレビなどが例示される。工場で使用される負荷１２としては、空調設備、モータ、プレス機、半導体製造装置などが例示される。ビルで使用される負荷１２としては、空調設備や照明機器が例示される。このように負荷１２の種類は特に限定されない。   The distribution line 10 is connected to the power system 4 through the power transmission line 6 and is connected to a load 12 to which power is to be supplied. Examples of the load 12 used in a general home include an air conditioner, a refrigerator, a lighting device, and a television. Examples of the load 12 used in the factory include air conditioning equipment, motors, press machines, and semiconductor manufacturing apparatuses. Examples of the load 12 used in a building include air conditioning equipment and lighting equipment. Thus, the type of the load 12 is not particularly limited.

環境発電システム２０は、直流電力信号を発生する。たとえば環境発電システム２０は、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池（ソーラーパネル）２２と、太陽電池２２の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２４を備える。環境発電システム２０の種類は特に限定されず、風力発電機、地熱発電機などであってもよい。   The energy harvesting system 20 generates a DC power signal. For example, the energy harvesting system 20 includes a solar cell (solar panel) 22 that converts sunlight into electrical energy, and a DC / DC converter 24 that boosts the output voltage of the solar cell 22. The type of the environmental power generation system 20 is not particularly limited, and may be a wind power generator, a geothermal power generator, or the like.

双方向インバータ３０は、その１次（Ｐ）側が環境発電システム２０と接続され、その２次（Ｓ）側が配電線１０を介して電力系統４と接続される。双方向インバータ３０は、２つのモードが切りかえ可能となっている。第１モードにおいて双方向インバータ３０は、その１次側の直流電力信号ＰＤＣを交流電力信号ＰＡＣに変換してその２次側に発生させる。第２モードにおいて双方向インバータ３０は、その２次側の交流電力信号ＰＡＣを直流電力信号ＰＤＣに変換してその１次側に発生させる。 The bidirectional inverter 30 has a primary (P) side connected to the energy harvesting system 20 and a secondary (S) side connected to the power system 4 via the distribution line 10. The bidirectional inverter 30 can be switched between two modes. Directional inverter 30 in the first mode, converts the DC power signal P DC of the primary side to the AC power signal P AC is generated on the secondary side. Directional inverter 30 in the second mode, to convert the AC power signal P AC of the secondary side direct-current power signal P DC generates on its primary side.

双方向インバータ３０の構成は特に限定されず、公知の技術を用いればよい。図２は、双方向インバータ３０の構成例を示す回路図である。２次側（Ｓ）は３相交流であるとする。双方向インバータ３０は、Ｐ線ＬＰ、Ｎ線ＬＮ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチングトランジスタＭＨＵ〜Ｗ、ＭＬＵ〜Ｗ、ドライバ３２、コントローラ３４を備える。 The configuration of the bidirectional inverter 30 is not particularly limited, and a known technique may be used. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the bidirectional inverter 30. The secondary side (S) is assumed to be a three-phase alternating current. Directional inverter 30 includes P line L P, N lines L N, U-phase, V-phase, W-phase of the switching transistor MH U to W, ML U to W, the driver 32, a controller 34.

コントローラ３４は、１次側の状態および／または２次側の状態を監視し、より具体的には、１次側の電圧および／または電流、２次側の電圧および／または電流を監視し、スイッチングトランジスタＭＨＵ〜Ｗ、ＭＬＵ〜Ｗを駆動するための制御信号を生成する。コントローラ３４は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行ってもよいし、その他の制御を行ってもよい。ドライバ３２は、コントローラ３４が生成した制御信号にもとづいて、スイッチングトランジスタＭＨＵ〜Ｗ、ＭＬＵ〜Ｗを駆動する。 The controller 34 monitors the primary side state and / or the secondary side state, and more specifically monitors the primary side voltage and / or current, the secondary side voltage and / or current, A control signal for driving the switching transistors MH U to W and ML U to W is generated. The controller 34 may perform PWM (Pulse Width Modulation) control, or may perform other controls. The driver 32 drives the switching transistors MH U to W and ML U to W based on the control signal generated by the controller 34.

図１に戻る。蓄電手段４０は、リチウムイオン電池などの２次電池、あるいは電気二重層キャパシタであり、環境発電システム２０が発生した電力、あるいは電力系統４から供給された電力を、一時的に蓄えるために設けられる。   Returning to FIG. The power storage means 40 is a secondary battery such as a lithium ion battery or an electric double layer capacitor, and is provided to temporarily store the power generated by the environmental power generation system 20 or the power supplied from the power system 4. .

双方向コンバータ４２は、双方向インバータ３０の１次側（Ｐ）に接続され、蓄電手段４０を充放電する。すなわち、双方向コンバータ４２は、充電状態と放電状態が切りかえ可能に構成され、充電状態においては、環境発電システム２０が発生した直流電力信号、および／または電力系統４から供給された交流電力信号にもとづいて双方向インバータ３０が生成した直流電力信号を受け、その電圧レベルを降圧して蓄電手段４０を充電する。放電状態においては、蓄電手段４０から出力される直流電力信号を受け、それを昇圧して蓄電手段４０の１次側に供給する。   Bidirectional converter 42 is connected to the primary side (P) of bidirectional inverter 30 and charges / discharges power storage means 40. That is, the bidirectional converter 42 is configured to be able to switch between a charged state and a discharged state. The DC power signal generated by the bidirectional inverter 30 is received, and the voltage level is stepped down to charge the storage means 40. In the discharging state, the DC power signal output from the power storage means 40 is received, boosted, and supplied to the primary side of the power storage means 40.

図３は、双方向コンバータ４２の構成例を示す回路図である。双方向コンバータ４２は、第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、第１トランジスタＭ１、第２トランジスタＭ２、インダクタＬ１、コントローラ４４、ドライバ４６、を備える。第１端子Ｐ１には、環境発電システム２０および双方向インバータ３０が接続され、第２端子Ｐ２には蓄電手段４０が接続される。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the bidirectional converter 42. The bidirectional converter 42 includes a first terminal P1, a second terminal P2, a first transistor M1, a second transistor M2, an inductor L1, a controller 44, and a driver 46. The energy harvesting system 20 and the bidirectional inverter 30 are connected to the first terminal P1, and the power storage means 40 is connected to the second terminal P2.

双方向コンバータ４２は充電状態において、第１端子Ｐ１を入力、第２端子Ｐ２を出力とする降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。また双方向コンバータ４２は、放電状態において、第２端子Ｐ２を入力、第１端子Ｐ１を出力とする昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。   In the charged state, the bidirectional converter 42 operates as a step-down DC / DC converter having the first terminal P1 as an input and the second terminal P2 as an output. The bidirectional converter 42 operates as a step-up DC / DC converter having the second terminal P2 as an input and the first terminal P1 as an output in a discharged state.

コントローラ４４には、電池電圧ＶＢＡＴ、充電電流ＩＣＨＧ、放電電流ＩＤＩＳ、第１端子Ｐ１の電圧それぞれを示す検出信号がフィードバックされる。コントローラ４４は、充電状態において、電池電圧ＶＢＡＴが一定（定電圧ＣＶモード）になるようにパルス変調され、または充電電流ＩＣＨＧが一定（定電流ＣＣモード）になるようにパルス変調された制御信号を生成する。ドライバ４６は、コントローラ４４からの制御信号にもとづいて第１トランジスタＭ１、第２トランジスタＭ２をスイッチングする。 The controller 44 is fed back with detection signals indicating the battery voltage V BAT , the charging current I CHG , the discharging current I DIS , and the voltage at the first terminal P1. The controller 44 is pulse-modulated so that the battery voltage V BAT is constant (constant voltage CV mode) or the pulse current is modulated so that the charging current I CHG is constant (constant current CC mode) in the charged state. Generate a signal. The driver 46 switches the first transistor M1 and the second transistor M2 based on a control signal from the controller 44.

またコントローラ４４は、放電状態において、第１端子Ｐ１の電圧Ｖ１が一定になるようにパルス変調された制御信号を生成する。ドライバ４６は、コントローラ４４からの制御信号にもとづいて第１トランジスタＭ１、第２トランジスタＭ２をスイッチングする。   In addition, the controller 44 generates a control signal that is pulse-modulated so that the voltage V1 of the first terminal P1 becomes constant in the discharged state. The driver 46 switches the first transistor M1 and the second transistor M2 based on a control signal from the controller 44.

図４は、双方向コンバータ４２の別の構成例を示す回路図である。第１端子Ｐ１には、環境発電システム２０および双方向インバータ３０が接続され、第２端子Ｐ２には蓄電手段４０が接続される。双方向コンバータ４２は、Ｈブリッジ回路ＨＢ１、ＨＢ２、絶縁トランスＴ１、ゲートドライバＤＲ１、ＤＲ２、コントローラＣＯＮＴ１、ＣＯＮＴ２を備える。   FIG. 4 is a circuit diagram showing another configuration example of the bidirectional converter 42. The energy harvesting system 20 and the bidirectional inverter 30 are connected to the first terminal P1, and the power storage means 40 is connected to the second terminal P2. The bidirectional converter 42 includes H bridge circuits HB1 and HB2, an insulating transformer T1, gate drivers DR1 and DR2, and controllers CONT1 and CONT2.

絶縁トランスＴ１の１次巻線Ｗ１は、第１Ｈブリッジ回路ＨＢ１と接続され、絶縁トランスＴ１の２次巻線Ｗ２は、第２Ｈブリッジ回路ＨＢ２と接続される。コントローラＣＯＮＴ１、ＣＯＮＴ２にはそれぞれ、第１端子Ｐ１の電圧およびそれに流れる電流を示す検出信号と、第２端子Ｐ２の電圧およびそれに流れる電流を示す検出信号と、が入力される。   The primary winding W1 of the insulating transformer T1 is connected to the first H bridge circuit HB1, and the secondary winding W2 of the insulating transformer T1 is connected to the second H bridge circuit HB2. Each of the controllers CONT1 and CONT2 receives a detection signal indicating the voltage of the first terminal P1 and the current flowing therethrough, and a detection signal indicating the voltage of the second terminal P2 and the current flowing therethrough.

第１コントローラＣＯＮＴ１は、第１Ｈブリッジ回路ＨＢ１のトランジスタを制御するための制御信号Ｓ１を生成する。第１ドライバＤＲ１は、制御信号Ｓ１にもとづいて第１Ｈブリッジ回路ＨＢ１を制御する。同様に第２コントローラＣＯＮＴ２は、第２Ｈブリッジ回路ＨＢ２のトランジスタを制御するための制御信号Ｓ２を生成する。第２ドライバＤＲ２は、制御信号Ｓ２にもとづいて第２Ｈブリッジ回路ＨＢ２を制御する。   The first controller CONT1 generates a control signal S1 for controlling the transistors of the first H bridge circuit HB1. The first driver DR1 controls the first H bridge circuit HB1 based on the control signal S1. Similarly, the second controller CONT2 generates a control signal S2 for controlling the transistors of the second H bridge circuit HB2. The second driver DR2 controls the second H bridge circuit HB2 based on the control signal S2.

蓄電手段４０の充電時には、第１端子Ｐ１から第２端子Ｐ２の向きに電力が電送される。具体的には、充電時には、第１Ｈブリッジ回路ＨＢ１はスイッチング駆動され、インバータとして動作する一方、第２Ｈブリッジ回路ＨＢ２は整流回路として動作する。より具体的には、第１コントローラＣＯＮＴ１は、定電流充電時には、充電電流が目標値と一致するように、また定電圧充電時には、電池電圧が目標値と一致するように、デューティ比が調節されるパルス変調信号を生成する。第１ドライバＤＲ１は、パルス変調信号に応じたデューティ比で第１Ｈブリッジ回路ＨＢ１をスイッチングする。   When the power storage means 40 is charged, power is transmitted from the first terminal P1 to the second terminal P2. Specifically, at the time of charging, the first H bridge circuit HB1 is switched and operates as an inverter, while the second H bridge circuit HB2 operates as a rectifier circuit. More specifically, the first controller CONT1 adjusts the duty ratio so that the charging current matches the target value during constant current charging, and the battery voltage matches the target value during constant voltage charging. A pulse modulated signal is generated. The first driver DR1 switches the first H bridge circuit HB1 with a duty ratio corresponding to the pulse modulation signal.

蓄電手段４０の放電時には、第２端子Ｐ２から第１端子Ｐ１の向きに電力が電送される。具体的には、放電時には、第２Ｈブリッジ回路ＨＢ２はスイッチング駆動され、インバータとして動作する一方、第１Ｈブリッジ回路ＨＢ１は整流回路として動作する。より具体的には、第２コントローラＣＯＮＴ２は、第１端子Ｐ１の電圧が目標値と一致するようにデューティ比が調節されるパルス変調信号を生成する。第２ドライバＤＲ２は、パルス変調信号に応じたデューティ比で第２Ｈブリッジ回路ＨＢ２をスイッチングする。   When the power storage means 40 is discharged, electric power is transmitted from the second terminal P2 to the first terminal P1. Specifically, at the time of discharging, the second H bridge circuit HB2 is switched and operates as an inverter, while the first H bridge circuit HB1 operates as a rectifier circuit. More specifically, the second controller CONT2 generates a pulse modulation signal whose duty ratio is adjusted so that the voltage of the first terminal P1 matches the target value. The second driver DR2 switches the second H bridge circuit HB2 with a duty ratio corresponding to the pulse modulation signal.

なお双方向コンバータ４２の構成も特に限定されず、公知のあるいは将来利用可能な技術を用いればよい。   The configuration of the bidirectional converter 42 is not particularly limited, and a known or future usable technology may be used.

図１に戻る。続いてコントローラ５０について説明する。コントローラ５０は、配電線１０の交流電力信号ＰＡＣの状態にもとづいて、電力供給システム１００全体を統括的に制御する。以下、コントローラ５０の構成およびコントローラ５０による制御を説明する。 Returning to FIG. Next, the controller 50 will be described. The controller 50 comprehensively controls the entire power supply system 100 based on the state of the AC power signal PAC of the distribution line 10. Hereinafter, the configuration of the controller 50 and the control by the controller 50 will be described.

コントローラ５０は、電圧モニター回路５２、電圧コントローラ５４、周波数モニター回路５６、周波数コントローラ５８を備える。   The controller 50 includes a voltage monitor circuit 52, a voltage controller 54, a frequency monitor circuit 56, and a frequency controller 58.

電圧モニター回路５２は、配電線１０に生ずる交流電力信号ＰＡＣの電圧（系統電圧という）ＶＡＣをモニタする。電圧モニター回路５２はたとえばＡ／Ｄコンバータである。コントローラ５０は、系統電圧ＶＡＣのモニタ結果に応じて本電力供給システムの少なくともひとつのブロックを制御する。 Voltage monitoring circuit 52 monitors the AC power signal P AC voltage (called line voltage) V AC generated in the distribution line 10. The voltage monitor circuit 52 is an A / D converter, for example. The controller 50 controls at least one block of the power supply system in accordance with the system voltage V AC of the monitoring result.

本実施の形態において電圧コントローラ５４は、系統電圧ＶＡＣにもとづいて双方向インバータ３０を制御する。電圧コントローラ５４は、系統電圧ＶＡＣに応じて、双方向インバータ３０が第１モードで動作するときの出力パワーを制御する。具体的には系統電圧ＶＡＣが定格レベルよりも高くなると、双方向インバータ３０の出力パワーを低減する。反対に系統電圧ＶＡＣが定格レベル低くなると、双方向インバータ３０の出力パワーを上昇させてもよい。 Voltage controller 54 in this embodiment controls the bi-directional inverter 30 based on the system voltage V AC. The voltage controller 54, depending on the system voltage V AC, and controls the output power when directional inverter 30 operates in the first mode. When the system voltage V AC is higher than the rated level and specifically, to reduce the output power of the bi-directional inverter 30. When the system voltage V AC to the opposite is rated level lower, it may increase the output power of the bi-directional inverter 30.

より好ましくは、電圧コントローラ５４は、系統電圧ＶＡＣの変動速度に応じて、双方向インバータ３０の制御を行う。具体的には変動速度が速い場合には、双方向インバータ３０の出力パワーを速く制限し、変動速度が遅い場合には、出力パワーを緩やかに制限してもよい。すなわちコントローラ５０は、系統電圧ＶＡＣの変動の長さに応じて、制御方法を切りかえてもよい。 More preferably, the voltage controller 54, depending on the variation rate of the system voltage V AC, and controls the bi-directional inverter 30. Specifically, when the fluctuation speed is fast, the output power of the bidirectional inverter 30 may be restricted fast, and when the fluctuation speed is slow, the output power may be gently restricted. That controller 50, depending on the length variations of the system voltage V AC, the control method may be switched to.

電圧コントローラ５４は、双方向インバータ３０に加えて、系統電圧ＶＡＣに影響を及ぼしうる負荷を制御してもよい。この場合、コントローラ５０は、系統電圧ＶＡＣの変動の長さ（周期）に応じて、制御対象を切りかえてもよい。 The voltage controller 54, in addition to the bi-directional inverter 30 may control the load may affect the system voltage V AC. In this case, the controller 50, depending on the length of the fluctuations in the system voltage V AC (period) may be switched controlled object.

周波数モニター回路５６は、交流電力信号ＰＡＣの周波数ｆＡＣをモニタする。周波数コントローラ５８は、周波数のモニタ結果に応じて、電力供給システム１００の少なくともひとつのブロックを制御する。 The frequency monitor circuit 56 monitors the frequency f AC of the AC power signal PAC. The frequency controller 58 controls at least one block of the power supply system 100 in accordance with the frequency monitoring result.

本実施の形態において周波数モニター回路５６は、周波数ｆＡＣにもとづいて、双方向インバータ３０の状態を制御する。
通常、電力系統４は、交流電力信号ＰＡＣの周波数ｆＡＣを、所定の定格周波数となるように制御しているが、制御可能な範囲は限定されている。環境発電システム２０の発電量が大きく、逆潮流が生ずる状態では、電力系統４における周波数制御が可能範囲を逸脱する場合がある。かかる状況において、周波数コントローラ５８は、双方向インバータ３０の第１モードにおける出力パワーを制限する。この制御は、中期的あるいは長期的な周波数変動に対して有効である。出力パワーの制限にかかわらず、周波数ｆＡＣが定格周波数に収束しない場合、周波数コントローラ５８は双方向インバータ３０を停止してもよい。 In the present embodiment, the frequency monitor circuit 56 controls the state of the bidirectional inverter 30 based on the frequency f AC .
Normally, the power system 4 controls the frequency f AC of the AC power signal P AC so as to be a predetermined rated frequency, but the controllable range is limited. When the power generation amount of the environmental power generation system 20 is large and a reverse power flow occurs, the frequency control in the power system 4 may deviate from the possible range. In such a situation, the frequency controller 58 limits the output power of the bidirectional inverter 30 in the first mode. This control is effective for medium-term or long-term frequency fluctuations. If the frequency f AC does not converge to the rated frequency regardless of the output power limitation, the frequency controller 58 may stop the bidirectional inverter 30.

周波数コントローラ５８は、双方向インバータ３０に加えて、周波数ｆＡＣに影響を及ぼしうる負荷１２の状態を制御する。たとえばモータなどは、その動作時にノイズを発生し、周波数ｆＡＣに影響を与える。周波数コントローラ５８による負荷１２の制御は、主として短時間での周波数変動に対する対策として有効である。周波数コントローラ５８は、周波数ｆＡＣの変動が大きくなると、それに影響を及ぼしていると推定される負荷１２の出力を制限し、あるいは完全に停止させる。また、負荷１２の出力の制限にかかわらずに、周波数変動が改善されない場合、負荷１２による影響ではない可能性が高いため、負荷１２の出力制限を解除してもよい。 The frequency controller 58 controls the state of the load 12 that can affect the frequency f AC in addition to the bidirectional inverter 30. For example, a motor or the like generates noise during its operation and affects the frequency f AC . Control of the load 12 by the frequency controller 58 is effective mainly as a countermeasure against frequency fluctuations in a short time. The frequency controller 58 limits or completely stops the output of the load 12 that is estimated to affect the fluctuation of the frequency f AC when the fluctuation of the frequency f AC increases. In addition, when the frequency fluctuation is not improved regardless of the output limit of the load 12, it is highly possible that the influence is not caused by the load 12. Therefore, the output limit of the load 12 may be canceled.

コントローラ５０は、交流電力信号ＰＡＣの周波数ｆＡＣの変動の長さ（周期）に応じて、制御対象を切りかえてもよい。またコントローラ５０は、交流電力信号ＰＡＣの周波数ｆＡＣの変動の長さに応じて、制御方法を切りかえてもよい。 The controller 50 may switch the control target according to the length (cycle) of fluctuation of the frequency f AC of the AC power signal PAC. Further, the controller 50 may switch the control method according to the length of fluctuation of the frequency f AC of the AC power signal PAC.

以上が電力供給システム１００の構成である。続いて電力供給システム１００の利用形態を説明する。電力供給システム１００は、多数の世帯に導入されてその効果を発揮する。   The above is the configuration of the power supply system 100. Next, a usage form of the power supply system 100 will be described. The power supply system 100 is introduced into many households and exhibits its effect.

ひとつに地域に着目する。同じ地域であれば、各世帯に供給される交流電力信号ＰＡＣは同じである。また同じ地域であれば、環境発電システム２０による発電量も同じ傾向で変動すると考えてよい。この状況において、複数の電力供給システム１００が一斉に動作することにより、環境発電システム２０の発電量の変動や負荷変動に起因する、交流電力信号ＰＡＣの電圧変動、周波数変動を低減することができる。 One focus is on the region. If the same area, the AC power signal P AC supplied to each household are the same. Moreover, if it is the same area, you may think that the electric power generation amount by the environmental power generation system 20 fluctuates with the same tendency. In this situation, by operating the plurality of power supply systems 100 all at once, it is possible to reduce voltage fluctuations and frequency fluctuations of the AC power signal PAC caused by fluctuations in the power generation amount and load fluctuations of the environmental power generation system 20. it can.

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。   Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many modifications and arrangements can be made without departing from the spirit of the present invention.

４…電力系統、６…送電線、１００…電力供給システム、１０…配電線、１２…負荷、２０…環境発電システム、２２…太陽電池、２４…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０…双方向インバータ、３２…ドライバ、３４…コントローラ、４０…蓄電手段、４２…双方向コンバータ、４４…コントローラ、４６…ドライバ、Ｍ１…第１トランジスタ、Ｍ２…第２トランジスタ、Ｐ１…第１端子、Ｐ２…第２端子、Ｌ１…インダクタ、５０…コントローラ、５２…電圧モニター回路、５４…電圧コントローラ、５６…周波数モニター回路、５８…周波数コントローラ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Electric power system, 6 ... Transmission line, 100 ... Power supply system, 10 ... Distribution line, 12 ... Load, 20 ... Energy harvesting system, 22 ... Solar cell, 24 ... DC / DC converter, 30 ... Bidirectional inverter, 32 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Driver 34 ... Controller 40 ... Power storage means 42 ... Bidirectional converter 44 ... Controller 46 ... Driver M1 ... First transistor M2 ... Second transistor P1 ... First terminal P2 ... Second terminal L1 ... Inductor, 50 ... Controller, 52 ... Voltage monitor circuit, 54 ... Voltage controller, 56 ... Frequency monitor circuit, 58 ... Frequency controller.

Claims (11)

電力系統と接続される電力供給システムであって、
前記電力系統と接続されるとともに、電力を供給すべき負荷が接続される配電線と、
直流電力信号を発生する環境発電システムと、
その１次側が前記環境発電システムと接続され、その２次側が前記配電線を介して前記電力系統と接続され、第１モードにおいて、その１次側の直流電力信号を交流電力信号に変換してその２次側に発生させ、第２モードにおいて、その２次側の交流電力信号を直流電力信号に変換してその１次側に発生させる双方向インバータと、
（i）前記電力系統からの交流電力信号の周波数ｆＡＣが、前記電力系統による制御可能範囲を逸脱するとき、前記双方向インバータの前記第１モードにおける出力パワーを制限するとともに、（ii）前記周波数ｆＡＣの変動が大きくなると、前記負荷の出力を制限し、または完全に停止させる周波数コントローラと、
を備えることを特徴とする電力供給システム。 A power supply system connected to the power system,
A distribution line connected to the power system and connected to a load to supply power;
An energy harvesting system that generates a DC power signal;
The primary side is connected to the energy harvesting system, the secondary side is connected to the power system via the distribution line, and in the first mode, the primary side DC power signal is converted into an AC power signal. A bidirectional inverter that is generated on the secondary side, converts the secondary side AC power signal to a DC power signal and generates the primary side in the second mode;
(I) When the frequency f AC of the AC power signal from the power system deviates from a controllable range by the power system, the output power in the first mode of the bidirectional inverter is limited, and (ii) the A frequency controller that limits or completely stops the output of the load when the variation of the frequency f AC increases;
A power supply system comprising: 前記周波数コントローラは、前記双方向インバータの出力パワーの制限にかかわらず、前記周波数ｆＡＣが定格周波数に収束しない場合、前記双方向インバータを停止することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。 2. The power supply according to claim 1, wherein the frequency controller stops the bidirectional inverter when the frequency f AC does not converge to a rated frequency regardless of the output power limit of the bidirectional inverter. system. 前記周波数コントローラは、前記負荷の出力の制限または停止にかかわらずに、周波数変動が改善されない場合、前記負荷の出力制限を解除することを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給システム。   3. The power supply system according to claim 1, wherein the frequency controller cancels the load output limitation when the frequency fluctuation is not improved regardless of the limitation or stoppage of the output of the load. 4. 前記交流電力信号の電圧をモニターする電圧コントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電力供給システム。   The power supply system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a voltage controller that monitors a voltage of the AC power signal. 前記負荷はモータであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力供給システム。   The power supply system according to claim 1, wherein the load is a motor. 蓄電手段と、
前記インバータの１次側に接続され、前記蓄電手段を充放電する双方向コンバータと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電力供給システム。 Power storage means;
A bidirectional converter connected to the primary side of the inverter and charging and discharging the power storage means;
The power supply system according to claim 1, further comprising: 前記電圧コントローラは、前記負荷の状態を制御することを特徴とする請求項４に記載の電力供給システム。   The power supply system according to claim 4, wherein the voltage controller controls a state of the load. 前記電圧コントローラは、前記交流電力信号の電圧の変動の長さに応じて、制御対象を切りかえることを特徴とする請求項４に記載の電力供給システム。   5. The power supply system according to claim 4, wherein the voltage controller switches a control target in accordance with a length of fluctuation of the voltage of the AC power signal. 前記電圧コントローラは、前記交流電力信号の電圧の変動速度に応じて、前記双方向インバータを制御することを特徴とする請求項４に記載の電力供給システム。 The power supply system according to claim 4, wherein the voltage controller controls the bidirectional inverter in accordance with a fluctuation speed of a voltage of the AC power signal . 前記電圧コントローラは、前記交流電力信号の電圧の変動速度が速いほど、前記双方向インバータの出力パワーを速く制限し、前記前記交流電力信号の電圧の変動速度が遅いほど、前記双方向インバータの出力パワーを緩やかに制限することを特徴とする請求項９に記載の電力供給システム。 The voltage controller limits the output power of the bidirectional inverter faster as the voltage fluctuation speed of the AC power signal is faster, and the output of the bidirectional inverter as the voltage fluctuation speed of the AC power signal is slower. The power supply system according to claim 9, wherein the power is gently limited. 前記双方向コンバータは、
前記環境発電システムおよび前記双方向インバータが接続される第１端子と、
前記蓄電手段が接続される第２端子と、
１次巻線および２次巻線を有する絶縁トランスと、
前記第１端子と前記１次巻線の間に設けられた第１Ｈブリッジ回路と、
前記第２端子と前記２次巻線の間に設けられた第２Ｈブリッジ回路と、
前記第１Ｈブリッジ回路を制御する第１コントローラと、
前記第２Ｈブリッジ回路を制御する第２コントローラと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の電力供給システム。 The bidirectional converter is
A first terminal to which the energy harvesting system and the bidirectional inverter are connected;
A second terminal to which the power storage means is connected;
An insulating transformer having a primary winding and a secondary winding;
A first H bridge circuit provided between the first terminal and the primary winding;
A second H bridge circuit provided between the second terminal and the secondary winding;
A first controller for controlling the first H bridge circuit;
A second controller for controlling the second H bridge circuit;
The power supply system according to claim 6, comprising:
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