JP6368606B2 - 分散電源システム及びパワーコンディショナ - Google Patents

Description

本発明は、分散電源システム及びパワーコンディショナに関するものである。

近年、太陽電池、蓄電池及び燃料電池などの分散電源を一般住宅などに設け、系統と連系させて電力を供給する電力システムが普及しつつある。このような電力システムにおいては、系統が停電した場合、自立運転を行うことにより分散電源から電気機器などの負荷に電力を供給することができる。

一般住宅には、通常、電力会社から単相３線で電力が供給されている。単相３線においては、Ｕ相とＷ相との間に交流２００Ｖが供給される。また、Ｕ相と中性線であるＯ相との間には１００Ｖが供給され、Ｗ相とＯ相との間にも１００Ｖが供給される。

単相３線と連系している分散電源において、自立出力も単相３線に接続される場合においては、通常、２系統の自立出力を有し、停電時には、一方の自立出力からＵ相−Ｏ相間に１００Ｖを供給し、他方の自立出力からＷ相−Ｏ相間に１００Ｖを供給する。この場合、分散電源システムは、２系統の自立出力に交流電力を供給するために、２つのＤＣ／ＡＣコンバータを有することが必要となる。

また、自立出力も単相３線に接続される複数の分散電源が系統に連系している場合、停電時に、並列に接続された複数の分散電源から負荷に電力を供給する発明が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５−２９５７０７号公報

しかしながら、自立運転時に、並列接続した複数の分散電源から負荷に電力を供給する構成においては、複数の分散電源の電圧波形を完全に同期させる必要がある。すなわち、タイミングを合わせるだけでなく、振幅や波形も完全に揃える必要がある。そのため、専用の同期線を必要としたり、また、マスター信号の波形に出力波形を正確に合わせるために複雑な制御を必要としたりするという問題があった。

かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、停電時に、複数の分散電源を完全に同期させる必要なく、複数の分散電源から負荷に電力を供給することができる分散電源システム及びパワーコンディショナを提供することにある。

本発明の実施形態に係る分散電源システムは、第１電圧線と、第２電圧線と、中性線とから構成される単相３線式の配線に接続する第１パワーコンディショナ及び第２パワーコンディショナを備える分散電源システムであって、前記第１パワーコンディショナは、自立運転時において、前記第１電圧線と前記中性線との間の電圧波形と、前記第２電圧線と前記中性線との間の電圧波形とを検出し、所定の電圧波形が検出されない方の電圧線と前記中性線との間に、前記第１パワーコンディショナの単相２線式の自立運転出力を接続するように制御し、前記所定の電圧波形が検出されない方の電圧線と前記中性線との間に、他方の電圧線と前記中性線との間の電圧波形に対して所定の関係を有する電圧波形を出力するものである。

また、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナは、第１電圧線と、第２電圧線と、中性線とから構成される単相３線式の配線に、他のパワーコンディショナと並列して接続するパワーコンディショナであって、直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータと、前記ＤＣ／ＡＣコンバータと前記単相３線式の配線との接続を切り替える自立切替リレーと、前記自立切替リレーを制御する制御部とを備え、前記制御部は、自立運転時において、前記第１電圧線と前記中性線との間の電圧波形と、前記第２電圧線と前記中性線との間の電圧波形とを検出し、所定の電圧波形が検出されない方の電圧線と前記中性線との間に、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの出力が接続されるように前記自立切替リレーを制御し、前記所定の電圧波形が検出されない方の電圧線と前記中性線との間に、他方の電圧線と前記中性線との間の電圧波形に対して所定の関係を有する電圧波形を出力するものである。

本発明に係る分散電源システム及びパワーコンディショナによれば、停電時に、複数の分散電源を完全に同期させる必要なく、複数の分散電源から負荷に電力を供給することができる。

本発明の第１実施形態に係る分散電源システムの概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る分散電源システムの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る分散電源システムの概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る分散電源システムの動作の一例を示すフローチャートである。 第１パワーコンディショナから出力する電圧波形の極性の様子を示す図である。 第１パワーコンディショナから出力する電圧波形の極性を制御する様子を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る分散電源システムの概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る分散電源システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る分散電源システム１０の概略構成を示す図である。分散電源システム１０は、第１パワーコンディショナ１００、第２パワーコンディショナ２００、太陽電池３００、蓄電池４００、負荷５００、負荷６００、系統側遮断器７００及び系統８００を備える。図１において、各機能ブロックを結ぶ実線は電力線を示し、破線は通信線を示す。通信線が示す接続は、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。

第１パワーコンディショナ１００及び第２パワーコンディショナ２００は、Ｕ相、Ｗ相及びＯ相から構成される単相３線式の配線に接続されている。Ｕ相、Ｗ相及びＯ相は、それぞれ、「第１電圧線」、「第２電圧線」及び「中性線」とも称する。

第１パワーコンディショナ１００は、通常時においては、太陽電池３００が発電する直流電力を交流電力に変換し、単相３線のＵ相−Ｗ相間に交流２００Ｖを供給する。また、第１パワーコンディショナ１００は自立出力端子を有し、停電時には自立運転を行う。第１パワーコンディショナ１００は、自立運転時には、太陽電池３００が発電する直流電力を交流電力に変換し、自立出力端子からＵ相−Ｏ相間に交流１００Ｖを供給する。

第２パワーコンディショナ２００は、通常時においては、蓄電池４００が放電する直流電力を交流電力に変換し、単相３線のＵ相−Ｗ相間に交流２００Ｖを供給する。また、第２パワーコンディショナ２００は、通常時においては、系統８００及び／又は第１パワーコンディショナ１００から供給される交流電力を直流電力に変換し、蓄電池４００を充電することもできる。また、第２パワーコンディショナ２００は自立出力端子を有し、停電時には自立運転を行う。第２パワーコンディショナ２００は、自立運転時には、蓄電池４００が放電する直流電力を交流電力に変換し、自立出力端子からＷ相−Ｏ相間に交流１００Ｖを供給する。

負荷５００は、Ｕ相−Ｏ相間に接続されている電気機器などである。負荷５００には、自立運転時に、第１パワーコンディショナ１００のみから電力が供給される。図１においては１台の負荷５００を示しているが、複数の負荷５００が接続されていてもよい。

負荷６００は、Ｗ相−Ｏ相間に接続されている電気機器などである。負荷６００には、自立運転時に、第２パワーコンディショナ２００のみから電力が供給される。図１においては１台の負荷６００を示しているが、複数の負荷６００が接続されていてもよい。

系統側遮断器７００は、系統８００が停電した場合に、分散電源システム１０から系統８００を遮断する。

第１パワーコンディショナ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２、制御部１０３、連系リレー１０４、自立出力リレー１０５及び電圧センサ１０６を備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、太陽電池３００から供給される直流電力の電圧を昇圧又は降圧してＤＣ／ＡＣコンバータ１０２に供給する。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２はインバータとも称されるものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１から供給される直流電力を交流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、通常時においては、連系リレー１０４を介して、Ｕ相−Ｗ相間に交流２００Ｖを供給する。また、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、自立運転時においては、自立出力リレー１０５を介して、自立出力端子から単相２線式の自立運転出力としてＵ相−Ｏ相間に交流１００Ｖを供給する。

制御部１０３は、第１パワーコンディショナ１００全体を制御及び管理するものであり、例えばプロセッサにより構成することができる。制御部１０３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１及びＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御し、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２が出力する電圧波形（振幅、位相など）を制御する。また、制御部１０３は、連系リレー１０４及び自立出力リレー１０５のオン／オフを制御する。

また、制御部１０３は、自立運転時に、電圧センサ１０６によって、第２パワーコンディショナ２００がＷ相−Ｏ相間に出力している電圧波形を検出し、当該電圧波形に対して所定の関係を有する電圧波形をＵ相−Ｏ相間に出力するように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。具体的には、制御部１０３は、Ｏ相を基準としたＷ相の電圧波形と、Ｏ相を基準としたＵ相の電圧波形とで極性が同じになるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。このように、本実施形態では、Ｗ相−Ｏ相間とＵ相−Ｏ相間との電圧波形を同じ極性になるように制御することによって、図１に示すように、第１パワーコンディショナ１００と第２パワーコンディショナ２００とでＯ相を共用しても、自立運転時において各パワーコンディショナから正常に出力することができる。これにより、自立運転時にこれら２つのパワーコンディショナを並列に接続せずに出力を得ることができる。なお、本実施形態では、Ｏ相を基準としたＷ相の電圧波形と、Ｏ相を基準としたＵ相の電圧波形とが極性が同じになるという関係に基づいてＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御していたが、所定の関係について上述のような極性に限られない。例えば、電圧波形の極性に代えて、電圧波形の電圧値または電圧波形の振幅の方向を同じになるようにＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御してもよい。

連系リレー１０４は、通常時には、オン状態になるように制御され、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力をＵ相及びＷ相に接続する。また、連系リレー１０４は、停電時には、オフ状態になるように制御され、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２と、Ｕ相及びＷ相との間の接続を遮断する。

自立出力リレー１０５は、通常時には、オフ状態になるように制御され、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力と自立出力端子との間の接続を遮断する。また、自立出力リレー１０５は、自立運転時には、オン状態になるように制御され、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力を自立出力端子に接続する。自立出力端子はＵ相−Ｏ相間に接続されており、自立運転時には、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力する電圧波形はＵ相−Ｏ相間に供給される。

電圧センサ１０６は、Ｗ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する。

第２パワーコンディショナ２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２、制御部２０３、連系リレー２０４、自立出力リレー２０５及び電圧センサ２０６を備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１は、蓄電池４００から供給される直流電力の電圧を昇圧又は降圧してＤＣ／ＡＣコンバータ２０２に供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２から供給される直流電力の電圧を昇圧又は降圧して蓄電池４００に供給し、蓄電池４００を充電することもできる。

ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１から供給される直流電力を交流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２は、双方向であり、系統８００及び／又は第１パワーコンディショナ１００から供給される交流電力を直流電力に変換することもできる。ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２は、通常時においては、連系リレー２０４を介して、Ｕ相−Ｗ相間に交流２００Ｖを供給する。また、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２は、自立運転時においては、自立出力リレー２０５を介して、自立出力端子から単相２線式の自立運転出力としてＷ相−Ｏ相間に交流１００Ｖを供給する。

制御部２０３は、第２パワーコンディショナ２００全体を制御及び管理するものであり、例えばプロセッサにより構成することができる。制御部２０３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１及びＤＣ／ＡＣコンバータ２０２を制御し、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２が出力する電圧波形（振幅、位相など）を制御する。また、制御部２０３は、連系リレー２０４及び自立出力リレー２０５のオン／オフを制御する。

連系リレー２０４は、通常時には、オン状態になるように制御され、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２の出力をＵ相及びＷ相に接続する。また、連系リレー２０４は、停電時には、オフ状態になるように制御され、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２と、Ｕ相及びＷ相との間の接続を遮断する。

自立出力リレー２０５は、通常時には、オフ状態になるように制御され、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２の出力と自立出力端子との間の接続を遮断する。また、自立出力リレー２０５は、自立運転時には、オン状態になるように制御され、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２の出力を自立出力端子に接続する。自立出力端子はＷ相−Ｏ相間に接続されており、自立運転時には、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０２の出力する電圧波形はＷ相−Ｏ相間に供給される。

電圧センサ２０６は、Ｕ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する。

続いて、図２に示すフローチャートを参照しながら、本発明の第１実施形態に係る分散電源システム１０の自立運転時の動作について説明する。

第１パワーコンディショナ１００の電圧センサ１０６は、Ｗ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する（ステップＳ１０１）。

制御部１０３は、第１パワーコンディショナ１００がＵ相−Ｏ相間に出力する電圧波形の極性と、Ｗ相−Ｏ相間の電圧波形の極性が同じになるようにＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する（ステップＳ１０２）。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、自立出力端子から、Ｕ相−Ｏ相間に電圧波形を出力する（ステップＳ１０３）。

このように、本実施形態によれば、Ｗ相−Ｏ相間とＵ相−Ｏ相間との電圧波形を同じ極性になるように制御することによって、図１に示すように、第１パワーコンディショナ１００と第２パワーコンディショナ２００とでＯ相を共用しても、自立運転時において各パワーコンディショナから正常に出力することができる。また、本実施形態によれば、自立運転時に、第１パワーコンディショナ１００の自立運転出力がＵ相−Ｏ相間に接続され、第２パワーコンディショナ２００の自立運転出力がＷ相−Ｏ相間に接続されるため、２つのパワーコンディショナが自立運転時には並列に接続されない。これにより、２つのパワーコンディショナの出力を完全に同期させる必要がなくなる。

また、自立運転時に、２つのパワーコンディショナが並列に接続されていないため、それぞれのパワーコンディショナの自立運転時の出力電力をフルに活用することができる。すなわち、それぞれのパワーコンディショナを電気事業法の定めによる上限の１５００Ｗまで出力させることができる。

また、自立運転時に、２つのパワーコンディショナが並列に接続されていないため、各パワーコンディショナの出力電圧を異なる電圧としてもよい。例えば、第１パワーコンディショナ１００の出力電圧を１００Ｖとし、第２パワーコンディショナ２００の出力電圧を１０７Ｖとすることも可能である。出力電圧を上昇させれば、負荷への供給電力を増加することが可能となり、出力電圧を低下させれば負荷の消費電力を低減させることが可能となる。

また、自立運転時に、２つのパワーコンディショナが並列に接続されていないため、第１パワーコンディショナ１００の出力波形と第２パワーコンディショナ２００の出力波形とが完全に同期していなくても、電流の逆流などの問題が生じず、安全に使用することができる。

また、自立運転時に、第１パワーコンディショナ１００は、電力線から、第２パワーコンディショナ２００が出力する電圧波形を検出するため、専用の同期信号線を必要としない。これにより、制御部に特別な機能を設けることが不要となり、ソフトウェアのみでも２つのパワーコンディショナが出力する電圧波形の極性を揃えることが可能となる。

また、自立運転時に、２つのパワーコンディショナが並列に接続されていないため、一方のパワーコンディショナの出力する電圧波形をマスター信号として計測し、その電圧波形に自身の出力する電圧波形を正確に合わせるといった複雑な制御が不要となる。これによりＣＰＵにかかる処理負担を低減することができる。

なお、本実施形態においては、第１パワーコンディショナ１００の自立出力端子がＵ相−Ｏ相間に接続され、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＷ相−Ｏ相間に接続される場合を例に挙げて説明したが、第１パワーコンディショナ１００の自立出力端子がＷ相−Ｏ相間に接続され、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＵ相−Ｏ相間に接続される構成であってもよい。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る分散電源システム２０の概略構成を示す図である。分散電源システム２０は、第１パワーコンディショナ１５０、第２パワーコンディショナ２００、太陽電池３００、蓄電池４００、負荷５００、負荷６００、系統側遮断器７００及び系統８００を備える。図３において、各機能ブロックを結ぶ実線は電力線を示し、破線は通信線を示す。通信線が示す接続は、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。

第２実施形態においては、第１実施形態と相違する部分について主に説明し、第１実施形態と共通又は類似する内容については、適宜、説明を省略する。

第１実施形態においては、第１パワーコンディショナ１００の自立出力端子はＵ相−Ｏ相間に接続されており、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子はＷ相−Ｏ相間に接続されていた。この接続は固定であり、第１パワーコンディショナ１００は、その接続状態が既知の状態で、Ｗ相−Ｏ相間の電圧波形を検出し、Ｕ相−Ｏ相間に出力する電圧波形を制御していた。

第２実施形態においては、第１パワーコンディショナ１５０が、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＵ相−Ｏ相間とＷ相−Ｏ相間のいずれに接続されているかに応じて、自立運転時に、第１パワーコンディショナ１５０の自立出力の接続先を、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子が接続されていない方へ、自動的に接続できる点で第１実施形態と異なる。

以下、第２実施形態に係る第１パワーコンディショナ１５０について説明する。

第１パワーコンディショナ１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２、制御部１０３、電圧センサ１０６、電圧センサ１０７及び自立切替リレー１０８を備える。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、通常時においては、自立切替リレー１０８を介して、Ｕ相−Ｗ相間に交流２００Ｖを供給する。また、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、自立運転時においては、自立切替リレー１０８を介して、Ｕ相−Ｏ相間又はＷ相−Ｏ相間に交流１００Ｖを供給する。

制御部１０３は、第１パワーコンディショナ１５０全体を制御及び管理するものであり、例えばプロセッサにより構成することができる。制御部１０３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１及びＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御し、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２が出力する電圧波形（振幅、位相など）を制御する。また、制御部１０３は、自立切替リレー１０８の接続を制御する。制御部１０３の制御の詳細については後述する。

自立切替リレー１０８は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２と単相３線との接続を切り替える。通常時には、自立切替リレー１０８は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２をＵ相−Ｗ相間に接続するように制御される。自立運転時には、自立切替リレー１０８は、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子が、Ｕ相−Ｏ相間とＷ相−Ｏ相間のいずれに接続されているかに応じて、Ｕ相−Ｏ相間又はＷ相−Ｏ相間に接続される。具体的には、自立運転時において、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＵ相−Ｏ相間に接続されている場合に、自立切替リレー１０８は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力をＷ相−Ｏ相間に接続するように制御される。また、自立運転時において、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＷ相−Ｏ相間に接続されている場合に、自立切替リレー１０８は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力をＵ相−Ｏ相間に接続するように制御される。図３に示す例においては、自立運転時に、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＷ相−Ｏ相間に接続されており、それに応じて、第１パワーコンディショナ１５０のＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力をＵ相−Ｏ相間に接続するように自立切替リレー１０８が制御されている。なお、上述の形態では、自立切替リレー１０８のみを備えた形態で説明してきたが、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２と自立切替リレー１０８との間に連系リレーを設けてもよい。このような形態であれば、異常時に系統や負荷と強制的に遮断できるようになる。

電圧センサ１０６は、Ｗ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する。

電圧センサ１０７は、Ｕ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する。

制御部１０３は、自立運転時に、電圧センサ１０６によってＷ相−Ｏ相間の電圧波形を検出し、また、電圧センサ１０７によってＵ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する。制御部１０３は、電圧センサ１０６及び１０７によって検出した電圧波形に基づいて、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＵ相−Ｏ相間とＷ相−Ｏ相間のいずれに接続されているかを判定する。具体的には、例えば、電圧センサ１０６で検出したＷ相−Ｏ相間の電圧波形の実効値が９０［Ｖ］以上であれば、第２パワーコンディショナ２００がＷ相−Ｏ相間に接続されていると判定する。なお、電圧センサ１０７でＵ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する場合も同様に判定する。

制御部１０３は、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＷ相−Ｏ相間に接続されていると判定した場合、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力がＵ相−Ｏ相間に接続されるように自立切替リレー１０８を制御する。また、制御部１０３は、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＵ相−Ｏ相間に接続されていると判定した場合、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力がＷ相−Ｏ相間に接続されるように自立切替リレー１０８を制御する。

制御部１０３は、自立運転時に、第２パワーコンディショナ２００がＷ相−Ｏ相間に自立出力端子を接続している場合、電圧センサ１０６によって、第２パワーコンディショナ２００がＷ相−Ｏ相間に出力している電圧波形を検出し、当該電圧波形に対して所定の関係を有する電圧波形をＵ相−Ｏ相間に出力するように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。具体的には、制御部１０３は、Ｏ相を基準としたＷ相の電圧波形と、Ｏ相を基準としたＵ相の電圧波形とで極性が同じになるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。

また、制御部１０３は、自立運転時に、第２パワーコンディショナ２００がＵ相−Ｏ相間に自立出力端子を接続している場合、電圧センサ１０７によって、第２パワーコンディショナ２００がＵ相−Ｏ相間に出力している電圧波形を検出し、当該電圧波形に対して所定の関係を有する電圧波形をＷ相−Ｏ相間に出力するように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。具体的には、制御部１０３は、Ｏ相を基準としたＷ相の電圧波形と、Ｏ相を基準としたＵ相の電圧波形とで極性が同じになるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。

続いて、図４に示すフローチャートを参照しながら、本発明の第２実施形態に係る分散電源システム２０の自立運転時の動作について説明する。図４のフローチャートは第１パワーコンディショナ１５０の自立運転開始前に実行される。なお、図４のフローチャートは、３台以上のパワーコンディショナが単相３線に並列して接続されている可能性も考慮したフローである。

第１パワーコンディショナ１５０の制御部１０３は、Ｕ相−Ｏ相間に所定の電圧波形があるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

ステップＳ２０１にてＮｏと判定した場合、制御部１０３は、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＷ相−Ｏ相間に接続されていると判断し、電圧センサ１０６によりＷ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する（ステップＳ２０２）。

制御部１０３は、第１パワーコンディショナ１５０がＵ相−Ｏ相間に出力する電圧波形の極性と、Ｗ相−Ｏ相間の電圧波形の極性が同じになるようにＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する（ステップＳ２０３）。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、Ｕ相−Ｏ相間に電圧波形を出力する（ステップＳ２０４）。

ステップＳ２０１にてＹｅｓと判定した場合、制御部１０３は、Ｗ相−Ｏ相間に所定の電圧波形があるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５にてＹｅｓと判定した場合、既に、他の２台のパワーコンディショナによって、Ｕ相−Ｏ相間と、Ｗ相−Ｏ相間に電圧波形が供給されていると判断し、制御部１０３は、Ｕ相−Ｏ相間とＷ相−Ｏ相間のいずれにも電圧波形を供給せずに処理を終了する。この際、第１パワーコンディショナ１５０は、既に他の２台（例えば、第２パワーコンディショナ２００および３台目のパワーコンディショナ）のパワーコンディショナによって電圧波形が供給されているため、電圧波形を供給しない旨を警告表示として表示してもよい。

ステップＳ２０５にてＮｏと判定した場合、制御部１０３は、電圧センサ１０７によってＵ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する（ステップＳ２０６）。

制御部１０３は、第１パワーコンディショナ１５０がＷ相−Ｏ相間に出力する電圧波形の極性と、Ｕ相−Ｏ相間の電圧波形の極性が同じになるようにＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する（ステップＳ２０７）。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、Ｗ相−Ｏ相間に電圧波形を出力する（ステップＳ２０８）。

このように、本実施形態によれば、自立運転時に、第１パワーコンディショナ１５０の自立出力の接続先を自動的に切り替えるため、自立出力端子と分電盤との間の配線が不要となり、部材や施工作業を削減することができる。

また、自立運転時に、第１パワーコンディショナ１５０の自立出力の接続先を自動的に切り替えるため、施工ミスにより正しい接続ができていないという事態を回避することができる。

（極性の設定）
第１パワーコンディショナ１５０は、自立運転時に、Ｏ相を基準としたＵ相−Ｏ相間の電圧波形の極性と、Ｏ相を基準としたＷ相−Ｏ相間の電圧波形の極性が同じになるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。なお、Ｏ相を基準としたＵ相−Ｏ相間の電圧波形の極性およびＷ相−Ｏ相間の電圧波形の極性が異なると、電圧波形が正しく出力されず、所望の出力を得られなくなる場合がある。制御部１０３は、第２パワーコンディショナ２００が出力する電圧波形を検出し、検出した電圧波形に基づいて上記制御を実行するが、電圧波形検出時に、どの電圧線を基準として検出するかによって制御の方法が異なる。

図５（ａ）及び（ｂ）に、２種類の制御方法の例を示す。図５（ａ）及び（ｂ）は、第２パワーコンディショナ２００がＷ相−Ｏ相間に自立出力を出力している場合の例である。

図５（ａ）は、電圧センサ１０６がＷ相−Ｏ相間の電圧波形を、Ｏ相を基準として検出する場合の例である。この場合、制御部１０３は、Ｏ相を基準としたＵ相−Ｏ相間の電圧波形の極性が、Ｏ相を基準として検出したＷ相−Ｏ相間の電圧波形の極性と同極性になるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。

図５（ｂ）は、電圧センサ１０６がＷ相−Ｏ相間の電圧波形を、Ｗ相を基準として検出する場合の例である。この場合、制御部１０３は、Ｏ相を基準としたＵ相−Ｏ相間の電圧波形の極性が、Ｗ相を基準として検出したＷ相−Ｏ相間の電圧波形の極性と逆極性になるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。このように制御することにより、結果的に、Ｏ相を基準としたＷ相−Ｏ相間の電圧波形の極性と、Ｏ相を基準としたＵ相−Ｏ相間の電圧波形の極性は同じ極性になる。すなわち、電圧センサ１０６が、Ｗ相−Ｏ相間の電圧波形を、Ｏ相を基準として検出しているかＷ相を基準として検出しているかに関わらず、実質的には、同じ極性の電圧波形をＵ相−Ｏ相間に出力することができる。

図６に示すフローチャートを参照しながら、どの電圧線を基準として電圧波形を検出するかに応じて、出力する電圧波形の極性を設定する様子を説明する。なお、図６で説明するフローチャートは、第２パワーコンディショナ２００の自立出力端子がＷ相−Ｏ相間に接続されている場合の例である。

第１パワーコンディショナ１５０の制御部１０３は、電圧センサ１０６がどの線を基準として電圧波形を検出しているかの設定情報を取得する（ステップＳ３０１）。設定情報は、予め、制御部１０３またはメモリ等に記憶させておけばよい。また、制御部１０３等で設定情報を記憶していない場合は、系統に接続された通常動作時にＯ相を基準とした出力電圧の極性を測定することによって、Ｕ相−Ｏ相間とＷ相−Ｏ相間との電圧波形の極性の関係から設定情報を算出すればよい。そして、得られた設定情報は、制御部１０３またはメモリ等に記憶させておけばよい。

制御部１０３は、電圧センサ１０６がＯ相を基準として電圧波形を検出しているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。

ステップＳ３０２においてＹｅｓと判定した場合、制御部１０３は、電圧センサ１０６がＯ相を基準として電圧波形を検出することを規定する（ステップＳ３０３）。

ステップＳ３０２においてＮｏと判定した場合、制御部１０３は、電圧センサ１０６がＷ相を基準として電圧波形を検出することを規定する（ステップＳ３０４）。

制御部１０３は、電圧センサ１０６によって電圧波形を検出する（ステップＳ３０５）。

制御部１０３は、電圧センサ１０６がどの線を基準として電圧波形を検出しているに応じて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の出力する電圧波形の極性を制御する。制御部１０３は、電圧センサ１０６がＯ相を基準として電圧波形を検出している場合、検出したＷ相−Ｏ相間の電圧波形の極性と同じ極性で電圧波形を出力するように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する。また、制御部１０３は、電圧センサ１０６がＷ相を基準として電圧波形を検出している場合、検出したＷ相−Ｏ相間の極性と逆の極性で電圧波形を出力するように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する（ステップＳ３０６）。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、Ｕ相−Ｏ相間に電圧波形を出力する（ステップＳ３０７）。

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係る分散電源システム３０の概略構成を示す図である。分散電源システム３０は、第１パワーコンディショナ１５０、第２パワーコンディショナ２５０、太陽電池３００、蓄電池４００、負荷５００、負荷６００、系統側遮断器７００及び系統８００を備える。図７において、各機能ブロックを結ぶ実線は電力線を示し、破線は通信線を示す。通信線が示す接続は、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。

第３実施形態においては、第２実施形態と相違する部分について主に説明し、第２実施形態と共通又は類似する内容については、適宜、説明を省略する。

第３実施形態においては、第２パワーコンディショナ２５０も、第１パワーコンディショナ１５０と同様に、自立切替リレー２０８を備える構成となっている。また、第２パワーコンディショナ２５０は、Ｕ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する電圧センサ２０６に加えて、Ｗ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する電圧センサ２０７を備える。

また、第３実施形態においては、第１パワーコンディショナ１５０の制御部１０３と、第２パワーコンディショナ２５０の制御部２０３とが通信線で接続されており、情報をやり取りすることができる。

第３実施形態に係る第１パワーコンディショナ１５０は、自立運転時において、Ｕ相−Ｏ相間の電圧波形やＷ相−Ｏ相間の電圧波形を検出して第２パワーコンディショナ２５０の接続先を判定する代わりに、第２パワーコンディショナ２５０の制御部２０３から、第２パワーコンディショナ２５０の自立運転出力が、Ｕ相−Ｏ相間に接続されているかＷ相−Ｏ相間に接続されているかの設定情報を取得する。なお、図７においては、２台のパワーコンディショナが単相３線に並列して接続されている場合を示しているが、３台以上のパワーコンディショナが単相３線に並列して接続されていてもよい。この場合、第１パワーコンディショナ１５０は、第２パワーコンディショナ２５０、及び、その他の単相３線に並列して接続されているパワーコンディショナから、自立運転出力がどこに接続されているか（Ｕ相−Ｏ相、Ｗ相−Ｏ相など）の設定情報を取得する。

図８に示すフローチャートを参照しながら、本発明の第３実施形態に係る分散電源システム３０の自立運転時の動作について説明する。図８のフローチャートは第１パワーコンディショナ１５０の自立運転開始前に実行される。なお、図８のフローチャートは、３台以上のパワーコンディショナが単相３線に並列して接続されている可能性も考慮したフローである。

第１パワーコンディショナ１５０の制御部１０３は、単相３線に並列して接続されている全ての他のパワーコンディショナから、各パワーコンディショナの自立運転出力がＵ相−Ｏ相間に出力されているか、Ｗ相−Ｏ相間に出力されているかの情報を取得する（ステップＳ４０１）。

制御部１０３は、取得した情報に基づいて、Ｕ相−Ｏ相間及びＷ相−Ｏ相間の双方に、他のパワーコンディショナから電圧波形が出力されているか否かを判定する（ステップＳ４０２）。

ステップＳ４０２においてＹｅｓと判定した場合、既に、他の２台のパワーコンディショナによって、Ｕ相−Ｏ相間と、Ｗ相−Ｏ相間に電圧波形が供給されていると判断し、制御部１０３は、Ｕ相−Ｏ相間とＷ相−Ｏ相間のいずれにも電圧波形を供給せずに処理を終了する。この際、第１パワーコンディショナ１５０は、既に他の２台（例えば、第２パワーコンディショナ２５０および３台目のパワーコンディショナ）のパワーコンディショナによって電圧波形が供給されているため、電圧波形を供給しない旨を警告表示として表示してもよい。

ステップＳ４０２においてＮｏと判定した場合、制御部１０３は、取得した情報に基づいて、Ｕ相−Ｏ相間に、他のパワーコンディショナから電圧波形が出力されているか否かを判定する（ステップＳ４０３）。

ステップＳ４０３においてＹｅｓと判定した場合、制御部１０３は、電圧センサ１０７によってＵ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する（ステップＳ４０４）。

制御部１０３は、第１パワーコンディショナ１５０がＷ相−Ｏ相間に出力する電圧波形の極性と、Ｕ相−Ｏ相間の電圧波形の極性が同じになるようにＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する（ステップＳ４０５）。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、Ｗ相−Ｏ相間に電圧波形を出力する（ステップＳ４０６）。

ステップＳ４０３においてＮｏと判定した場合、制御部１０３は、取得した情報に基づいて、Ｗ相−Ｏ相間に、他のパワーコンディショナから電圧波形が出力されているか否かを判定する（ステップＳ４０７）。

ステップＳ４０７においてＹｅｓと判定した場合、制御部１０３は、電圧センサ１０６によってＷ相−Ｏ相間の電圧波形を検出する（ステップＳ４０８）。

制御部１０３は、第１パワーコンディショナ１５０がＵ相−Ｏ相間に出力する電圧波形の極性と、Ｗ相−Ｏ相間の電圧波形の極性が同じになるようにＤＣ／ＡＣコンバータ１０２を制御する（ステップＳ４０９）。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２は、Ｕ相−Ｏ相間に電圧波形を出力する（ステップＳ４１０）。

ステップＳ４０７においてＮｏと判定した場合、まだ、Ｕ相−Ｏ相間とＷ相−Ｏ相間のいずれにも電圧波形が出力されていないため、制御部１０３は、Ｕ相−Ｏ相間とＷ相−Ｏ相間のいずれかに電圧波形を出力する（ステップＳ４１１）。

このように、本実施形態では、第１パワーコンディショナ１５０の制御部１０３が、他のパワーコンディショナの自立運転出力がＵ相−Ｏ相間、Ｗ相−Ｏ相間のいずれに出力されているかの情報を取得することができる。これにより、本実施形態では、各パワーコンディショナが自立運転時における出力前、例えば、第２パワーコンディショナ２５０がＷ相−Ｏ相間に自立運転によって出力する直前などのまだ電圧が検出できない状態であっても、Ｗ相−Ｏ相間に第１パワーコンディショナ１５０を出力させるような誤動作の発生を低減できる。

なお、第３実施形態においては、第２パワーコンディショナ２５０が自立切替リレー２０８を備える構成として説明したが、制御部２０３が第１パワーコンディショナ１５０と通信可能であれば、第１実施形態及び第２実施形態で説明した第２パワーコンディショナ２００のように、自立切替リレー２０８の代わりに連系リレー２０４及び自立出力リレー２０５を有する構成であってもよい。

（ＨＥＭＳによる制御）
図７では、第１パワーコンディショナ１５０の制御部１０３と、第２パワーコンディショナ２５０の制御部２０３とが直接通信して情報をやりとりする構成として説明しているが、例えばＨＥＭＳ（Home Energy Management System）のような制御装置を外部に設けて、ＨＥＭＳが制御部１０３及び制御部２０３を制御するようにしてもよい。この場合、通信する情報は、例えば、分散電源の発電状態、蓄電池の残量など比較的通信速度が遅くても対応可能な情報であるため、分散電源を並列接続した際に高速で送受信する必要がある電圧波形の情報に比べると、制御部の演算負担も少ない。また、図７では、２台のパワーコンディショナが単相３線式の配線に接続しているが、例えば、３台のパワーコンディショナが単相３線式の配線に接続する構成としてもよい。例えば、３台目のパワーコンディショナが燃料電池に接続している構成としてもよい。

ＨＥＭＳが制御部１０３及び制御部２０３を制御する構成とした場合、いずれの分散電源をいずれの電圧線に接続させるかを自動判定し、適する種類の分散電源を接続するようにしてもよい。このような制御は、３台以上の分散電源が単相３線式の配線に接続している場合における優先順位の決定にも有効である。

以下に、具体的な判定・制御の処理の一例を示す。

ステップ１：自立運転を行う前（通常時）において、Ｕ相−Ｏ相間に接続された負荷５００の消費電力の推移をメモリに記憶し、冷蔵庫等のような継続して電力を消費する負荷があるかを判定する。

ステップ２：自立運転を行う前（通常時）において、Ｗ相−Ｏ相間に接続された負荷６００の消費電力の推移をメモリに記憶し、冷蔵庫等のような継続して電力を消費する負荷があるかを判定する。

ステップ３：自立運転に切り替える際、自立運転出力可能な分散電源をチェックする。例えば、太陽光発電装置、蓄電装置及び燃料電池装置が１台ずつ接続されている場合、ＨＥＭＳは、それぞれの分散電源と情報通信を行い自立運転出力可能であるか否か判定する。具体的には、例えば、太陽光発電装置からはどのような発電状態であるかの情報を取得し、蓄電装置からは電池残量の情報を取得し、燃料電池装置からはガス供給が停止していないかの情報を取得し、ＨＥＭＳは、取得した情報に基づいて優先順位を決定する。

ステップ４：優先順位は、長時間安定出力できるもの（燃料電池装置が良、蓄電装置は残量次第、太陽光発電装置は不適）、大容量負荷の駆動に耐えられるもの（蓄電装置が良、太陽光発電装置は日射状態次第、燃料電池装置は動力系には不適）、負荷の変動が激しくても機器が故障しないもの（太陽光発電装置と蓄電装置が良、燃料電池装置は出力の急変には対応困難）、のように分ける。蓄電装置が２台ある場合は、容量の大きい方の優先順位が高いと判定する。

ステップ５：Ｕ相−Ｏ相間及びＷ相−Ｏ相間の消費電力の傾向と、優先順位とを照らし合わせ、どの分散電源をＵ相−Ｏ相間（又はＷ相−Ｏ相間）に接続するかを判定する。例えば、冷蔵庫のように必需性が高い負荷へは継続的に電力を供給することが必要と判定し、冷蔵庫が接続されている電圧線側に長時間安定して出力できる燃料電池装置や蓄電装置を割り当てる。エアコンのように消費電力は大きいが必須ではない負荷が接続されている電圧線側には太陽光発電装置や蓄電装置を割り当てる。また、冷蔵庫と並列接続されている負荷の影響により総合の消費電力の変動が大きい場合には、燃料電池装置は適さないと判定し蓄電装置を割り当てる。

ステップ６：上記ステップ１〜ステップ５の判定をＨＥＭＳで行った後、第１分散電源（又は第２分散電源）を、Ｕ相−Ｏ相間（又はＷ相−Ｏ相間）に接続するように制御する。そして、第１分散電源を起動した後に第２分散電源を起動する。このとき、第２分散電源は自動的に第１分散電源が接続していない側の電圧線側へ接続を切り替えることが可能なので、第２分散電源の接続先をＨＥＭＳから指定しなくてもよい。また、分散電源が３つ以上ある場合でも、第２分散電源として起動を指令されるものは１台だけであるため問題は生じない。

このように、第１分散電源と第２分散電源をそれぞれの特性にあった電圧線側（負荷側）に接続するようにすることで、より安定した電力供給を実現することができる。また、供給側の出力特性と負荷の消費電力の特性を合わせることで、分散電源が駆動可能な時間を長くすることができる。また、昼は太陽光発電装置を割り当て、夜は蓄電装置を割り当てるというように、状況に合わせて最適な分散電源を選択することもできる。

（ＨＥＭＳによる制御の他の例）
Ｕ相−Ｏ相間に第１分散電源として太陽光発電装置を接続して給電を開始する。Ｗ相−Ｏ相間に第２分散電源として燃料電池装置を接続して給電を開始する。第３分散電源として蓄電装置を用意する。ＨＥＭＳは、第１分散電源又は第２分散電源の電力不足を検知すると、第３分散電源の接続先を、電力不足が検知された分散電源の接続している電力線とし、ゼロクロス点のタイミングで分散電源を切り替える。電力不足が解消した時点で、元の分散電源に戻すように制御することにより、分散電源の電力を長く使うことが可能となる。

このように、第３分散電源を、必要に応じて第１分散電源又は第２分散電源のバックアップ電源とすることも有効である。分散電源の切り替えの際は、ゼロクロス点で切り替えることによりシームレスに分散電源を移行することができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

また、本実施形態においては、第１パワーコンディショナ（１００、１５０）に太陽電池が接続され、第２パワーコンディショナ（２００、２５０）に蓄電池が接続される場合を例に挙げて説明したが、これは、あくまで一例である。第１パワーコンディショナ及び第２パワーコンディショナには、他の種類の発電装置が接続されてもよい。また、第１パワーコンディショナと第２パワーコンディショナに同じ種類の発電装置が接続されてもよい（例えば、両方のパワーコンディショナに太陽電池が接続されていてもよい）。

また、本実施形態においては、通常時には、単相３線式のＵ相−Ｗ相間に交流２００Ｖが供給され、自立運転時には、Ｕ相−Ｏ相間及びＷ相−Ｏ相間に交流１００Ｖが供給されるものとして説明したが、２００Ｖ及び１００Ｖとの値は一例であり、規格によって異なる値であってよい。

１０、２０、３０ 分散電源システム
１００、１５０ 第１パワーコンディショナ
１０１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０２ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１０３ 制御部
１０４ 連系リレー
１０５ 自立出力リレー
１０６ 電圧センサ
１０７ 電圧センサ
１０８ 自立切替リレー
２００、２５０ 第２パワーコンディショナ
２０１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０２ ＤＣ／ＡＣコンバータ
２０３ 制御部
２０４ 連系リレー
２０５ 自立出力リレー
２０６ 電圧センサ
２０７ 電圧センサ
２０８ 自立切替リレー
３００ 太陽電池
４００ 蓄電池
５００ 負荷
６００ 負荷
７００ 系統側遮断器
８００ 系統

Claims (5)

1. 第１電圧線と、第２電圧線と、中性線とから構成される単相３線式の配線に接続する第１パワーコンディショナ及び第２パワーコンディショナを備える分散電源システムであって、
   前記第１パワーコンディショナは、自立運転時において、
   前記第１電圧線と前記中性線との間の電圧波形と、前記第２電圧線と前記中性線との間の電圧波形とを検出し、
   所定の電圧波形が検出されない方の電圧線と前記中性線との間に、前記第１パワーコンディショナの単相２線式の自立運転出力を接続するように制御し、
   前記所定の電圧波形が検出されない方の電圧線と前記中性線との間に、他方の電圧線と前記中性線との間の電圧波形に対して所定の関係を有する電圧波形を出力する分散電源システム。
2. 請求項１に記載の分散電源システムにおいて、
   前記第１パワーコンディショナは、第１制御部を備え、
   前記第２パワーコンディショナは、第２制御部を備え、
   前記第１制御部と前記第２制御部は通信可能であり、
   前記第１制御部は、自立運転時において、前記第２制御部から、前記第２パワーコンディショナの自立運転出力が、前記第１電圧線と前記中性線との間と、前記第２電圧線と前記中性線との間のいずれに接続されているかの情報を取得することを特徴とする分散電源システム。
3. 請求項１又は２に記載の分散電源システムにおいて、前記第１パワーコンディショナは、前記中性線を基準として前記第２電圧線と前記中性線との間の電圧波形を検出し、当該電圧波形と同極性の電圧波形を、前記中性線を基準として前記第１電圧線と前記中性線との間に出力することを特徴とする分散電源システム。
4. 請求項１又は２に記載の分散電源システムにおいて、前記第１パワーコンディショナは、前記第２電圧線を基準として前記第２電圧線と前記中性線との間の電圧波形を検出し、当該電圧波形と逆極性の電圧波形を、前記中性線を基準として前記第１電圧線と前記中性線との間に出力することを特徴とする分散電源システム。
5. 第１電圧線と、第２電圧線と、中性線とから構成される単相３線式の配線に、他のパワーコンディショナと並列して接続するパワーコンディショナであって、
   直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＡＣコンバータと前記単相３線式の配線との接続を切り替える自立切替リレーと、
   前記自立切替リレーを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、自立運転時において、
   前記第１電圧線と前記中性線との間の電圧波形と、前記第２電圧線と前記中性線との間の電圧波形とを検出し、
   所定の電圧波形が検出されない方の電圧線と前記中性線との間に、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの出力が接続されるように前記自立切替リレーを制御し、
   前記所定の電圧波形が検出されない方の電圧線と前記中性線との間に、他方の電圧線と前記中性線との間の電圧波形に対して所定の関係を有する電圧波形を出力するパワーコンディショナ。

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