JP6188742B2

JP6188742B2 - 電力供給システム

Info

Publication number: JP6188742B2
Application number: JP2015104689A
Authority: JP
Inventors: 田村　憲一; 憲一田村; 祥治森田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: JP2016129475A

Description

本発明は、系統と連系しながら自然エネルギーを利用した発電と蓄電池により住宅内に電力を供給する電力供給システムに関する。

近年、太陽光発電などの自然エネルギーを利用した発電と、深夜の安価な電力を蓄電池に充電し、蓄電池に充電された電気エネルギーを住宅内の負荷に放電して消費するシステムが普及しつつある。商用系統が停電した時には、これらの蓄電池に蓄えられた電力を住宅内の負荷に供給し、停電時でも家電機器を使用することができる。商用系統が停電した時に自立運転を行う場合には、日本電気協会が「ＪＥＡＣ９７０１−２０１０」として定める系統連系規定により、機械的な開閉箇所２箇所又は開閉箇所１箇所及び手動操作による開閉箇所１箇所を設置する必要がある。

これらのシステムでは、停電時の自立運転時は特定の負荷へのみ電力を供給している。それに対して、停電時も系統連系時に使用していた住宅内の同じ負荷に電力を供給するシステムが提案されている。

特許文献１には、電力供給システムにおいて、商用電力供給源が停電した場合、電磁接触器及びブレーカを「閉」状態から「開」状態にして商用電力供給源を解列し、蓄電池の自立運転を行い、蓄電池の電源を基準電源として太陽光発電部及び燃料電池発電部の連系運転を行うことが記載されている。また、既設住宅への配線工事を簡易化するために、漏電遮断器、電磁接触器、ブレーカ及びその他の構成要素で構成される自立運転用の切換え機能を専用筐体に収納して自立運転切換え装置としたうえで、住宅内の壁に、既設の分電盤とは別に設置する技術が開示されている。

特開２０１４−１６１１７３号公報

特許文献１に記載の技術では、自立運転切換え機能を一つの筐体に収納し、既存の住宅内分電盤とは別体にして配置することにより、設置工事の簡易化が図られている。しかしながら、自立運転切換え用の専用分電盤を宅内の壁に別途追加する必要があり、宅内設置スペースの確保及び専用分電盤の取付け工事が必要になるという課題があった。

そこで、特許文献１のように既設住宅への設置工事の簡易化を図るために自立運転切換え機能を電力変換装置とは別の筐体に収納するのではなく、自立運転切換え機能を電力変換装置と同一の筐体に配置することが可能な電力供給システムの構成を工夫する必要が生じる。より具体的には、自立運転切換え機能を電力変換装置と同一の筐体内に配置可能とするために、同一筐体内における自立運転切換え機能と電力変換装置との間の連携動作調整の仕組みを実現する必要が生じる。加えて、自立運転切替え用の専用分電盤を別途設置する必要の無い態様で、自立運転切換え機能を電力変換装置と同一の筐体内に配置可能とする必要が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、設置工事の簡易化及び住宅内で占有するスペースの低減のために、既存の住宅に自立運転切換え装置を追加導入することなく自立運転可能な電力供給システムを得ることを目的とする。

本発明に係る電力供給システムは、系統と、発電部と、蓄電池と、住宅内負荷との間における送受電を切り替え、かつ前記系統及び前記住宅内負荷が接続される住宅用分電盤を介して前記系統及び前記住宅内負荷と接続される自立運転切換え装置と、直流電力を蓄える前記蓄電池の直流電力を交流に変換して前記住宅内負荷に出力し、前記自立運転切換え装置からの交流電力を直流に変換して蓄電池に充電する電力変換装置と、前記電力変換装置の出力電力を制御するとともに、前記自立運転切換え装置の切り換え動作を制御する制御回路と、前記電力変換装置、前記自立運転切換え装置及び前記制御回路を収容する筐体と、を含む。

本発明によれば、設置工事の簡易化及び住宅内で占有するスペースの低減のために、既存の住宅に自立運転切換え装置を追加導入することなく自立運転可能な電力供給システムを実現することができる。

実施の形態１に係る電力供給システムの一構成例を示す図実施の形態２に係る電力供給システムの一構成例を示す図実施の形態２に係る電力供給システムの電力変換装置の出力電力と自立運転切換え装置の内部温度の関係を示す図実施の形態２に係る電力供給システムの電力変換装置の出力電力と自立運転切換え装置の内部温度の関係を示す図実施の形態２に係る電力供給システムの自立運転切換え装置の温度と電力変換装置の出力電力の関係を示す図実施の形態３に係る電力供給システムの一構成例を示す図実施の形態３に係る電力供給システムの電力変換装置の温度と電力変換装置の出力電力の関係を示す図実施の形態４に係る電力供給システムの一構成例を示す図実施の形態４に係る冷却ファンモジュールの構成を示す図実施の形態４に係る冷却ファンモジュールの制御を示す図実施の形態４に係る冷却ファンモジュールの制御を示す図

以下において添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る電力供給システムについて説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
実施の形態１に係る電力供給システム１００について図１を用いて説明する。図１は、電力供給システム１００の構成を示す図である。本実施の形態は、電力供給システムの設置工事の簡易化及び住宅内で占有するスペースの低減のために、自立運転切換え機能を電力変換装置と同一の筐体内に配置可能な電力供給システムの構成を工夫することを目的としている。

＜実施の形態１に係る電力供給システムの構成＞
図１を参照すると、電力供給システム１００は、直流と交流の間の変換を行う電力変換装置１１、電力供給システム１００の動作制御を行う制御回路１２、系統１の電圧を監視する系統電圧監視部１３、系統１と電力供給システム１００との間の連系と解列を切り替える指示を与える解列指令部１４及び後述する自立運転切換え装置１５を含む。電力供給システム１００は、系統１と連系しながら系統１の停電時には自家発電又は蓄電池に充電された電力により住宅内負荷に電力を供給する。系統１には、電力会社が送電網を介して家庭に電力を配電するための電力系統である商用系統が含まれる。電力供給システム１００は、図１に示すように、２つの主回路配線のみを介して住宅用分電盤９と電気的に接続されている。具体的には、電力供給システム１００は、接続線Ｃ１と接続線Ｃ２とを介して、住宅用分電盤９と電気的に接続されている。実施の形態１において、接続線Ｃ１と接続線Ｃ２とは、２つの主回路配線に相当する。また、電力供給システム１００は、図１に示すように、２つの主回路配線である接続線Ｃ１と接続線Ｃ２とを経由し、さらに住宅用分電盤９を経由して、系統１及び住宅内負荷１０と電気的に接続されている。また、電力供給システム１００は、発電部８と蓄電池１７とから電力を受電するために、給電線Ｃ３と給電線Ｃ４とを介して、発電部８及び蓄電池１７と電気的に接続されている。

自立運転切換え装置１５は、電磁接触器３，４と、ブレーカ５,６と、変流器７と、を備える。電磁接触器３，４は、解列指令部１４の信号を受信し、ノードＮ１とノードＮ３との間を開放又は接続することが可能である。解列指令部１４から受信した信号により、電磁接触器３，４が解放されることにより、自立運転時に電力供給システム１００を系統１から解列する。変流器７は、ノードＮ２とノードＮ３との間を流れる電流を検知し、検知結果を制御回路１２へ送信する。ブレーカ６は、発電部８とノードＮ３との間に配置され、手動操作により発電部８と系統１との間の電気的結合を開放又は接続する。ブレーカ５は、電力変換装置１１とノードＮ２との間に配置され、手動操作により電力変換装置１１と系統１との間の電気的結合を開放又は接続する。

電力変換装置１１は、スイッチング用の半導体素子及びリアクトルを備える。電力変換装置１１は、発電部８及び系統１から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池１７を充電すると共に、蓄電池１７に充電した直流電力を交流電力に変換して住宅内負荷１０へ放電する、双方向の電力変換機能を有する。また、電力変換装置１１は、後述する制御回路１２から制御線Ｃ５を介して出力電力の指令信号を受信し、当該指令信号に応じた電力を系統１又は蓄電池１７に出力する。系統電圧監視部１３は、系統１と電力供給システム１００との間の接続点ノードＮ１の電圧を監視して監視結果を制御回路１２へ送信する。解列指令部１４は、制御回路１２から送信される指示信号に応じて電磁接触器３，４の開閉操作を行う。

制御回路１２は、自立運転切換え装置１５を電力変換装置１１と同一の筐体１６に配置可能とするために、筐体１６内における自立運転切換え装置１５と電力変換装置１１との間の連携動作調整の仕組みを実現する。具体的には、制御回路１２は、系統電圧監視部１３及び変流器７からの検知結果を受信し、当該受信した検知結果に基づいて、解列指令部１４に対して指示信号を送信し、電力変換装置１１に対して制御線Ｃ５を介して制御信号を送信する。

実施の形態１において、発電部８は、太陽光を利用して発電を行う太陽光発電装置である。つまり、発電部８は、自然エネルギーである太陽光を利用して発電する。発電部８が利用する自然エネルギーは、太陽光に限定されず、風力又は水力であってもよい。発電部８は、太陽光発電装置のように自然エネルギーを利用するものに限定されず、燃料電池発電装置又はマイクロガスタービンを用いた発電装置であってもよい。発電部８の発電方式が直流電力を出力するものである場合、発電部８は、発電により出力される直流電力を交流電力に変換して電力供給システム１００に供給するための電力変換装置８１を含んでいる。電力変換装置８１は、電力変換装置１１と同様の構成を有し、発電部８が発電した電力を交流電力に変換して住宅内負荷１０へ放電する。また、発電部８が発電した電力を蓄電池１７に充電する際には、電力変換装置８１は、発電部８が発電した電力を交流電力に変換した上で電力変換装置１１に供給する。続いて、電力変換装置１１は、当該供給された交流電力を直流に変換して蓄電池１７に充電する。蓄電池１７は、電力変換装置１１に接続される。蓄電池１７は、電力変換装置１１から給電線Ｃ４を介して供給される直流電力に相当するエネルギーを蓄電する。

自立運転切換え装置１５は、電力供給システム１００の筐体１６の表面上に配置された第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２及び第３の端子Ｔ３と接続されている。第１端子Ｔ１は、住宅用分電盤９内の漏電遮断器２を介して系統１を電力供給システム１００に接続する端子である。第２端子Ｔ２は、住宅用分電盤９を介して住宅内負荷１０を電力供給システム１００に接続するための端子である。第３の端子Ｔ３は、発電部８を電力供給システム１００に接続するための端子である。第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２及び第３の端子Ｔ３は、電力供給システム１００の筐体１６に配されている。また、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２及び第３の端子Ｔ３のうち少なくとも１つは、筐体１６から引き出された配線に接続されてもよい。第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２及び第３の端子Ｔ３が、筐体１６の外壁面上に配されている場合、筐体１６の中に手を入れずに住宅用分電盤９と電力供給システム１００との間の配線作業を行うことができる。それにより、電力供給システム１００を宅内に設置する工事の際に、工事担当者の配線作業が楽になる。

なお、図１中の制御回路１２、系統電圧監視部１３及び解列司令部１４は、それぞれが専用のＬＳＩを備えたハードウェアであってもよいし、これらの機能をマイクロコンピュータがソフトウェアを実行することにより実現するものであってもよい。

＜実施の形態１に係る電力供給システムの動作＞
以下、電力供給システム１００が通常時の稼働状態にある系統連系時において、以上のように構成された電力供給システム１００が実行する動作の概要について後述する。

実施の形態１に係る電力供給システム１００は、住宅に設けられ、系統１と連系しながら、系統１から供給される電力と蓄電池１７に蓄えられた電力とを用いて住宅内負荷１０に電力を供給する。実施の形態１において、昼間のように、発電部８による太陽光発電が行われているときに、電力供給システム１００は、発電部８から住宅内負荷１０に電力を供給し、余剰の電力を蓄電池１７に充電する。

悪天候時又は夜間のように太陽光発電が行えないときには、電力供給システム１００は、系統１から蓄電池１７を充電し、蓄電池１７から住宅内負荷１０に電力を供給する。実施の形態１において、太陽光発電が行われていないときに、電力供給システム１００は、系統１からの電力を電力変換装置１１により直流に変換した上で蓄電池１７に一旦充電する。続いて、電力供給システム１００は、蓄電池１７に充電しておいた直流電力を電力変換装置１１により交流に変換して住宅内負荷１０に電力を供給する。以下において、電力供給システム１００が系統１と連系しながら住宅内負荷１０に電力を供給している通常時を系統連系時と称する。系統連系時において、系統１は停電していない。

電力供給システム１００においては、系統１が停電した時に、電力供給システム１００内の解列用開閉器である電磁接触器３，４が系統１側と解列する。同時に、電力供給システム１００は、蓄電池１７を用いて住宅内負荷１０に継続して電力を供給できる自立運転を実行する。このように、電力供給システム１００は、発電部８と蓄電池１７とを利用することにより、停電した場合の自立運転時において、系統連系時に使用していた住宅内の同じ負荷に、継続して電力を供給できる。

以下、電力供給システム１００が通常時の稼働状態にある系統連系時において、上記のように構成された電力供給システム１００が実行する動作をより具体的に後述する。

系統１が正常に稼働している時は、系統１から住宅内負荷１０及び蓄電池１７に電力が供給できるように、制御回路１２は、解列指令部１４を制御して、電磁接触器３及び電磁接触器４の接点を閉じる。自立運転切換え装置１５のブレーカ５及び６は、通常は「閉」状態である。発電部８で発電された電力は、自立運転切換え装置１５内のブレーカ６を経由して住宅内負荷１０に供給される。

住宅内負荷１０での消費電力より発電部８での発電電力が上回った場合には、余剰電力が住宅用分電盤９を介して系統１に逆潮流される。電力変換装置１１で変換した電力は、自立運転切換え装置１５内のブレーカ５を経由し、続いて住宅用分電盤９を経由して住宅内負荷１０に供給される。住宅内負荷１０の消費電力が少なくなり、電力変換装置１１の余剰電力が系統１側へ逆潮流する場合には、変流器７が逆潮流電力を検出する。その場合、逆潮流の検出結果を受けた制御回路１２は、電力変換装置１１の出力電力を低下又は停止させる。

次に、系統１が停電したとき、すなわち停電時における電力供給システム１００の動作について説明する。

系統１が停電すると、発電部８の電力変換装置８１及び電力供給システム１００内の系統電圧監視部１３は、系統電圧がなくなったことにより停電状態であることを検出する。電力供給システム１００は、停電状態が検出されると、系統連系時の稼働状態での運転を停止する。制御回路１２は、手動操作又は自動操作により自立運転への切換えが行われると、住宅内負荷１０、電力変換装置１１及び発電部８から系統１への電気的接続を遮断する。自動操作により自立運転への切換えを行う場合、制御回路１２は、解列指令部１４に解列のための指示信号を送信し、解列指令部１４が自立運転切換え装置１５内の電磁接触器３，４を「開」状態にすべき旨の指示を与える。続いて、解列のための指示信号を受信した解列指令部１４は、自立運転切換え装置１５内の電磁接触器３，４を操作して「開」状態にする。漏電遮断器２が遮断状態となったことにより、電力供給システム１００が系統１から切り離された場合には、以下のように手動操作により自立運転への切り替えを行う。手動操作により自立運転への切り替えを行う場合、操作員が操作スイッチ５１を手動操作することにより「開」状態のブレーカ５を「閉」状態にすると、電力変換装置１１が住宅内負荷１０に接続される。また、操作員が操作スイッチ６１を手動操作することにより「開」状態のブレーカ６を「閉」状態にすると、発電部８が住宅内負荷１０に接続される。電力供給システム１００が系統１から解列された後、制御回路１２による上述した切り替え制御により、電力供給システム１００は、蓄電池１７及び発電部８から住宅内負荷１０に電力を供給する自立運転を行う。

上記のように、実施の形態１においては、同一の筐体１６内に配置された自立運転切換え装置１５と電力変換装置１１との間の連携動作調整は、制御回路１２によって実現される。さらに実施の形態１は、電力供給システム１００の第１端子Ｔ１が、接続線Ｃ１を経由して住宅用分電盤９に接続され、さらに住宅用分電盤９から系統１に接続される。また、実施の形態１は、電力供給システム１００の第２端子Ｔ２が接続線Ｃ２を経由して住宅用分電盤９に接続され、さらに住宅用分電盤９から住宅内負荷１０に接続される。実施の形態１の構成において、接続線Ｃ１は、住宅用分電盤９が系統１に接続する側と電力供給システム１００との間を配線する第１の配線である。また、接続線Ｃ２は、住宅用分電盤９が住宅内負荷１０に接続する側と電力供給システム１００との間を配線する第２の配線である。つまり、接続線Ｃ１と接続線Ｃ２は、住宅用分電盤９と電力供給システム１００との間を配線する２本の主回路配線に相当する。実施の形態１では、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２を介して自立運転切換え装置１５と住宅用分電盤９とが接続されるが、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２を介さず、接続線Ｃ１及び接続線Ｃ２によって、直接自立運転切換え装置１５と住宅用分電盤９とが接続されてもよい。

自立運転切換え装置１５を電力変換装置１１と同一の筐体１６に配置可能な電力供給システムの構成を実現するためには、第１に、同一筐体１６内における自立運転切換え装置１５と電力変換装置１１との間の連携動作調整の仕組みを実現する必要性が生じる。第２に、自立運転切替え用の専用分電盤を別途設置する必要の無い電力供給システムの構成を工夫する必要性が生じる。

このため、実施の形態１は、同一筐体１６内に配置された自立運転切換え装置１５と電力変換装置１１との両者に制御指令を与える制御回路１２を筐体１６内に設けている。制御回路１２を筐体１６内に設けたことにより、実施の形態１は、自立運転切換え装置１５と電力変換装置１１との間の連携動作調整を行う制御機能部を実現している。

また、実施の形態１は、電力供給システム１００の構成として以下のような構成を工夫している。当該構成においては、蓄電池１７が接続された電力変換装置１１と発電部８が共に自立運転切換え装置１５に接続され、自立運転切換え装置１５は、共通の住宅用分電盤９を介して系統１と住宅内負荷１０の両者に接続される。このため、実施の形態１は、電力変換装置１１を住宅内負荷１０と系統１に接続するための配線及び分電盤を別途設ける必要がない。言い換えると、実施の形態１は、電力供給システム１００を住宅内負荷１０と系統１に接続するための配線及び分電盤を自立運転切換え装置１５及び電力変換装置１１との間で共用化することが可能となる。その結果、電力供給システム１００は、電力変換装置１１と自立運転切換え装置１５とを同一の筐体１６内に一体で収納した上で、電力供給システム１００と単一の住宅用分電盤９との間を一対一で接続することが可能となる。従って、実施の形態１は、自立運転切換え装置１５を住宅内負荷１０と系統１に接続するための専用の分電盤とを、住宅用分電盤９とは別途に設置することを不要とする。

加えて、実施の形態１においては、電力変換装置１１と自立運転切換え装置１５とを電力供給システム１００内に一体的に収納した上で、電力供給システム１００と住宅用分電盤９との間を２本の主回路配線のみで接続することが可能となる。従って、実施の形態１においては、電力供給システム１００と住宅用分電盤９との間における配線の数を２本に削減することが可能となる。その結果、電力供給システム１００は、自立運転切替え用の専用分電盤を別途設置しなくても、自立運転切換え機能を電力変換装置と同一の筐体１６内に配置することが可能となる。

加えて、実施の形態１において、電力供給システム１００は、住宅内負荷１０の消費電力が少なくなり、電力変換装置１１の余剰電力が系統１側へ逆潮流する場合には、電力変換装置１１の出力電力を低下又は停止させる。従って、蓄電池１７に充電された電気エネルギーが、上述した逆潮流により、電力変換装置１１を経由して系統１側へと無駄に放電される場合、電力供給システム１００は電力変換装置１１の出力を低減することにより、蓄電池１７からの上述した無駄な放電を抑制することが可能となる。そして、当該放電の抑制により蓄電池１７内に蓄えられた電力は、発電部８及び系統１から住宅内に供給される電力の不足を補うために有効活用することができる。

以上より、実施の形態１においては、自立運転切換え装置１５と電力変換装置１１とを電力供給システム１００の筐体１６内に収納することが可能となる。その結果、従来の電力供給システムでは自立運転切換え装置を取り付ける壁の確保が必要であったが、実施の形態１に係る電力供給システム１００では、自立運転切換え装置を取り付ける壁のスペースの確保及び壁の補強が不要となるため、電力供給システムの据付工事を安価で容易に実現できる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、自立運転切換え機能を電力変換装置と同一の筐体に配置することにより、宅内への自立運転切換え装置の設置を不要としていた。実施の形態２は、実施の形態１と同様の構成と機能に加え、電力変換装置と同じ筐体内に自立運転切換え装置を配置しても、自立運転切換え装置の温度上限値を超過しないよう電力変換装置を制御する。同時に、実施の形態２は、温度保護時にも電力供給システムが極力停止することが無く、使用者の利便性を損ねることの無いように、電力変換装置を制御する。以下の説明では、電力供給システム内の自立運転切換え装置の温度が上昇した場合についての電力供給システムの温度保護動作の例について説明する。

図２は、実施の形態２に係る電力供給システム２００の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一又は同等の構成には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。電力供給システム２００が、図１に示す実施の形態１に係る電力供給システム１００と異なる点は、温度センサ１８が新たに設けられている点である。温度センサ１８は、電力供給システム２００内の自立運転切換え装置１５が配置される部位の空気温度又は自立運転切換え装置１５を構成する部品の温度を検知することができるように、電力供給システム２００内に配置される。温度センサ１８は、上記温度の検知結果を制御回路１２に出力する。実施の形態２が実施の形態１と異なるもう一つの点は、温度センサ１８は温度の検知結果に応じた信号を制御回路１２へ送信し、制御回路１２は温度センサ１８からの温度検知結果に基づき、電力変換装置１１の出力電力を低減させる温度保護制御を行う点である。

図３は電力変換装置の出力電力と自立運転切換え装置の内部温度の関係を示す図である。図３を用いて電力変換装置１１の出力電力、電力変換装置１１の発熱量及び電力供給システム２００の内部温度の関係について説明する。電力変換装置１１は制御回路１２から出力電力の指令信号を受信し、指令信号に応じた電力を系統１又は蓄電池１７に出力する。

上述したとおり、電力変換装置１１は、スイッチング用の半導体素子及びリアクトルを備えるので、電力変換を行う際に、出力電力に応じたエネルギー損失を発生する。図３に示すように、電力変換装置１１の出力電力が増加するに従い、電力変換装置１１が発生するエネルギー損失と、このエネルギー損失に応じた発熱量とは増加する傾向を有する。また、図４に示すように、電力変換装置１１が発生するエネルギー損失が増加すると共に、電力供給システム２００の内部温度は、電力供給システム２００が設置された周囲温度Ｔａよりも上昇する。

自立運転切換え装置１５を構成する電磁接触器３，４、ブレーカ５，６及び変流器７は、一般的に住宅内に単体で設置される分電盤内に配置されて使用されることを前提とした設計となっているため、部品の使用可能な上限温度が、電力供給システム２００を構成する他の部品と比較して低い。言い換えると、自立運転切換え装置に使用される、ブレーカ、漏電遮断器及び電磁接触器の電気部品は、電力変換装置を構成する半導体部品と比較すると耐熱性が低い。

そこで、制御回路１２は、温度センサ１８を使用して自立運転切換え装置１５近傍の空気温度を検知し、検知結果に基づいて電力変換装置１１の出力電力を低減させて自立運転切換え装置１５を構成する部品の温度保護制御を行う。

図５は自立運転切換え装置１５の温度と電力変換装置１１の出力電力との関係を示す図である。制御回路１２には、図５の自立運転切換え装置１５の温度と電力変換装置１１の出力電力との関係を数値的に示すデータがテーブルの形で格納されている。制御回路１２は、自立運転切換え装置１５の温度が予め設定された設定温度Ｔｂ以下の場合、出力電力を低減させることなく電力変換装置１１を通電制御する。電力供給システム２００内の温度が上昇し、自立運転切換え装置１５の温度が設定温度Ｔｂ以上となった場合、温度センサ１８によって検知される自立運転切換え装置１５の温度に応じて制御回路１２が電力変換装置１１の出力電力を低減する制御を行う。具体的には、自立運転切換え装置１５の温度が設定温度Ｔｂ以上となった場合、温度センサ１８によって検知される自立運転切換え装置１５の温度と電力変換装置１１の出力電力との間の数値的関係を示す上記テーブル内のデータに従って、制御回路１２が電力変換装置１１の出力電力を低減する制御を行う。

自立運転切換え装置１５の過熱時において、制御回路１２が電力変換装置１１の出力電力を上記のように低減する制御を行うことにより、図２に示すように、電力変換装置１１の発熱量が低下し、電力供給システム２００の内部温度及び自立運転切換え装置１５の温度が低下する。

上記のように、実施の形態２は、自立運転切換え装置１５の温度に応じて電力変換装置１１の出力電力を低減させるので、自立運転切換え装置１５を構成する部品の温度が定格温度を超過することなく電力供給システム２００は稼働を継続することができる。また、電力変換装置１１の出力電力を漸次低減させるように電力変換装置１１を制御することで、極力電力供給を停止させず、使用者の利便性を損なわずに電力供給システム２００を使用し続けることができる。

以上より、実施の形態２は、以下の課題を解決することが可能となる。自立運転切換え装置に使用される、ブレーカ、漏電遮断器及び電磁接触器の電気部品は、一般的に単独に配置された分電盤内での使用が想定された部品であるため、電力変換装置を構成する半導体部品と比較すると温度上限値が低く設計されている。言い換えると、自立運転切換え装置に使用される、ブレーカ、漏電遮断器及び電磁接触器の電気部品は、電力変換装置を構成する半導体部品と比較すると耐熱性が低い。そのため、電力変換時に発生するエネルギー損失により発熱する電力変換装置と、自立運転切換え機能を同じ一つの筐体内に配置することが、自立運転切換え装置の過熱保護の観点から困難となる。

しかしながら、実施の形態２は、自立運転切換え装置１５の温度に応じて電力変換装置１１の出力電力を低減させるので、自立運転切換え装置１５を構成する部品の温度が定格温度を超過することがない。従って、電力変換時に発生するエネルギー損失により発熱する電力変換装置１１と、自立運転切換え装置１５を同じ一つの筐体１６内に配置しても、自立運転切換え装置１５の充分な過熱保護を実現することが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態２では、自立運転切換え装置１５のみの温度検知結果に基づいて電力変換装置１１の出力電力を低減させる例について説明した。実施の形態３では、自立運転切換え装置１５及び電力変換装置１１の両者の温度検知結果に基づいて電力変換装置１１の出力電力を低減させることにより電力供給システムを保護する例について説明する。

図６は、実施の形態３に係る電力供給システム３００の一構成例を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態２と同一又は同等の構成には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。実施の形態３が実施の形態２と異なる点は、自立運転切換え装置１５の温度を検知する温度センサ１８に加えて、電力変換装置１１の温度を検知する温度センサ１９をさらに配置した点である。このような構造により、実施の形態３においては、自立運転切換え装置１５及び電力変換装置１１の両者の温度検知結果を併用して、電力変換装置１１の出力電力を低減させることで電力供給システム３００の温度保護制御を行う。

図７は、電力変換装置１１の温度と電力変換装置１１の出力電力との関係を示す図である。実施の形態３において、電力変換装置１１の温度検知を行う温度センサ１９は、電力変換装置１１内の半導体を冷却するための放熱フィンに取り付けられている。図７において、Ｔｄは電力変換装置１１の出力電力を低下させ始める温度、Ｔｅは電力変換装置１１を停止させる温度である。

制御回路１２には、図５に示す自立運転切換え装置１５の温度と電力変換装置１１の出力電力との間の数値的な関係を表すデータのテーブルが格納されている。加えて、制御回路１２には、図７に示す電力変換装置１１の温度と電力変換装置１１の出力電力との間の数値的な関係を表すデータのテーブルがさらに格納されている。制御回路１２は、電力変換装置１１の温度による出力電力の制限量と自立運転切換え装置１５の温度による出力電力の制限量とを比較し、出力電力の制限量の大きい方を用いて電力変換装置１１の出力電力を低減させる。

上記のように、実施の形態３は、自立運転切換え装置１５及び電力変換装置１１の両者の温度に応じて電力変換装置１１の出力電力を低減させるので、自立運転切換え装置１５及び電力変換装置１１を構成する部品の温度が定格温度を超過することなく電力供給システム３００を稼働させ続けることができる。また、実施の形態３は、電力変換装置１１の出力電力を漸次低減させるように制御することで、極力電力供給を停止させることなく電力供給システム３００を使用し続けることができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３では、自立運転切換え装置１５および電力変換装置１１の両者の温度検知結果に基づいて電力変換装置１１の出力電力を低減することで自立運転切換え装置１５の温度上昇を抑制する例について説明した。実施の形態４では、自立運転切換え装置１５の温度検知結果に基づいて電力変換装置１１に備えた冷却ファンを制御することにより、自立運転切換え装置の温度上昇を抑制する例について説明する。

図８は、実施の形態４に係る電力供給システムの一構成例を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態１から３と同一又は同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。実施の形態１から３と異なる点は、電力変換装置１１を冷却するための冷却ファンモジュール２０を備えた点である。電力供給システム４００内の制御装置１２は、自立運転切換え装置１５に設置された温度センサ１８の温度検知結果に応じて、冷却ファンモジュール２０の風量の制御を行う。

以上のように構成された電力供給システム４００の動作について説明を行う。電力供給システム４００内の電力変換装置１１は、スイッチング用の半導体素子やリアクトル等の電気部品で構成されている。これらの電気部品は、電力変換を行う際の損失により発熱し、電力変換装置１１近傍の空気を加熱する。自立運転切換え装置１５と電力変換装置１１は電力供給システム４００の筐体内部に収納されているため、電力変換装置１１近傍の空気温度が上昇すると、自立運転切換え装置１５近傍の空気温度も上昇する。自立運転切換え装置１５内の温度センサ１８は、自立運転切換え装置１５近傍の空気温度を検知して制御回路１２へ送信する。

図９は、実施の形態４に係る冷却ファンモジュール２０の構成を示す図である。実施の形態４において、冷却ファンモジュール２０は、複数の冷却ファン２１，２２，２３，２４で構成され、それぞれが制御回路１２の駆動信号に応じて動作及び停止を行う。

図１０は、実施の形態４に係る冷却ファンモジュールの制御を示す図であり、横軸には自立運転切換え装置１５の温度、縦軸には冷却ファンモジュール２０を構成する冷却ファンの駆動数を示している。制御回路１２は、温度センサ１８の温度検知結果に応じて、冷却ファンモジュール２０を構成する冷却ファン２１〜２４のうち、動作させる冷却ファンの数を制御する。自立運転切換え装置１５の温度が高いほど、冷却ファンを動作させる数が多くなるよう制御を行うことで、電力変換装置１１を構成する電気部品の冷却風量を増加させ、温度上昇を抑制する。電気部品の温度上昇が抑制されることで、電力供給システム４００内の空気温度の上昇が抑制され、自立運転切換え装置１５の温度上昇を抑制することができる。

また、自立運転切換え装置１５近傍の空気温度が低い場合は、冷却ファンモジュール２０を構成する冷却ファン２１〜２４の動作数を少なくし、冷却風量を低下させる。この制御により、電力供給システム４００の内部温度及び自立運転切換え装置１５の温度の上昇を抑制しつつ、省エネ化を図ることができる。

図１１は、実施の形態４に係る冷却ファンモジュールの制御を示す図であり、横軸には自立運転切換え装置１５の温度、縦軸には冷却ファンへの印加電圧を示している。制御回路１２は、温度センサ１８の温度検知結果に応じて、冷却ファンモジュール２０を構成する冷却ファン２１〜２４のモータに印加する直流電圧を変動させる。電圧の制御は、印加電圧のパルス幅の制御でもよい。自立運転切換え装置１５の温度が高いほど、冷却ファンモジュール２０を構成する冷却ファン２１〜２４への印加電圧を上昇させる制御を行うと、電力変換装置１１を構成する電気部品を冷却するための風量が増加する。冷却風量が多いほど電気部品の温度上昇は低減されるため、電力供給システム４００内の温度上昇も抑制される。

自立運転切換え装置１５の温度に応じて、電力変換装置１１を冷却する冷却風量を増加させることにより、電力供給システムの筐体内の空気温度の上昇を抑制することで、自立運転切換え装置の温度上昇を抑制することができる。

自立運転切換え装置１５の温度に応じて、電力変換装置１１を冷却する冷却風量を増加させるように制御することにより、冷却ファン２１〜２４で消費する電力を極力低減することができると共に、ファン騒音の発生を極力低減することができる。

１系統、２漏電遮断器、３，４電磁接触器、５，６ブレーカ、７変流器、８発電部、９住宅用分電盤、１０住宅内負荷、１１電力変換装置、１２制御回路、１３系統電圧監視部、１４解列指令部、１５自立運転切換え装置、１６筐体、１７蓄電池、１８，１９温度センサ、２０冷却ファンモジュール、２１，２２，２３，２４冷却ファン、１００，２００，３００，４００電力供給システム。

Claims

系統と、発電部と、蓄電池と、住宅内負荷との間における送受電を切り替え、かつ前記系統及び前記住宅内負荷が接続される住宅用分電盤を介して前記系統及び前記住宅内負荷と接続される自立運転切換え装置と、
前記蓄電池の直流電力を交流に変換して前記住宅内負荷に出力し、前記自立運転切換え装置からの交流電力を直流に変換して蓄電池に充電する電力変換装置と、
前記電力変換装置の出力電力を制御するとともに、前記自立運転切換え装置の切り換え動作を制御する制御回路と、
前記電力変換装置、前記自立運転切換え装置及び前記制御回路を収容する筐体と、
を含み、
前記系統及び前記住宅内負荷は、住宅用分電盤の系統側及び前記住宅用分電盤の住宅内負荷側にそれぞれ接続され、
前記自立運転切換え装置は、前記筐体に配置された第１端子を介して前記住宅用分電盤の系統側に接続され、前記筐体に配置された第２端子を介して前記住宅用分電盤の住宅内負荷側に接続される
電力供給システム。
前記制御回路は、
前記電力供給システムが前記系統と連系中に系統電圧の停電を検出した時に、前記系統を解列すると共に、前記発電部と前記蓄電池とから住宅内負荷に電力を継続的に供給し、
系統連系時における前記電力変換装置から前記系統への余剰電力の逆潮流の検出に応じて、前記電力変換装置の出力電力を低下又は停止させる、
請求項１に記載の電力供給システム。
停電時に前記系統から前記第２端子の側を解列する電磁接触器と、
前記発電部を前記第２端子に接続する第１のブレーカと、
前記蓄電池の電力変換装置を前記第２端子に接続する第２のブレーカと、
前記蓄電池から前記系統への逆潮流を検出する変流器と、
前記筐体の内部に収容され、かつ前記系統の電圧を監視することにより、前記系統が停電状態となった旨を検出する系統電圧監視部と、をさらに有し、
前記制御回路は、前記変流器及び前記系統電圧監視部から受信した検出結果に基づいて前記電力変換装置及び前記自立運転切換え装置を制御する、請求項２に記載の電力供給システム。
前記筐体の内部に温度センサをさらに備え、
前記制御回路は、前記温度センサによって検出された温度を用いて、前記電力変換装置が出力する電力を調整する、請求項１又は請求項２に記載の電力供給システム。
前記自立運転切換え装置の温度を検出する自立運転切換え装置用温度センサをさらに備え、
前記制御回路は、前記自立運転切換え装置用温度センサによって検出された温度が、予め設定された温度を超過した場合、前記電力変換装置の出力電力を低下させる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
前記電力変換装置の温度を検出する電力変換装置用温度センサをさらに備え、
前記制御回路は、前記電力変換装置用温度センサが検出した温度と出力制限値との間の数値的関係を表すデータを格納した第１のテーブルと、前記自立運転切換え装置用温度センサが検出した温度と出力制限値との間の数値的関係を表すデータを格納した第２のテーブルをさらに備え、
前記第１のテーブル内のデータから得られた出力制限値と前記第２のテーブル内のデータから得られた出力制限値のうち大きい方の値に基づいて前記電力変換装置の出力電力を制限する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力供給システム。
前記自立運転切換え装置の温度を検出する自立運転切換え装置用温度センサと、前記電力変換装置を冷却する冷却ファンと、をさらに備え、
前記制御回路は、前記自立運転切換え装置用温度センサによって検出された温度を用いて、前記冷却ファンの風量を制御する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
前記制御回路は、前記自立運転切換え装置用温度センサで検出した温度が高いほど、前記冷却ファンの駆動数を増加させる、請求項７に記載の電力供給システム。
前記制御回路は、前記自立運転切換え装置用温度センサで検出した温度が高いほど、前記冷却ファンへの印加電圧を上昇させる、請求項７に記載の電力供給システム。