JP6373017B2 - 直流給電システム、電源供給装置、直流給電システムにおける給電制御方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
また、上述の非特許文献1に記載の「電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン」には、直流電力を給電経路に供給する方法について開示されていない。
上記のように特許文献1と非特許文献1のいずれにも、交流電力系統を電源として、交流電力から変換した直流電力を給電経路に供給する直流給電システムの開示がなく、同直流給電システムにおいて、給電経路の停電状態を解消させる方法についても開示されていない。
本発明の実施形態における直流給電システムは、商用電力系統から供給される交流電力を直流電源装置により直流電力に変換し、この直流電力を給電経路を介して負荷装置に電力を供給するとともに、太陽光発電装置がパワーコンディショナ(PCS)を介して給電経路に電力を供給する直流給電システムに関するものである。以下、本発明の幾つかの実施形態について説明するが、最初に、その概要について説明する。
つまり、第1実施形態の直流給電システム1では、商用電力系統2に停電状態が発生して一旦停止したパワーコンディショナ40を再起動させる条件に、起動ボタンが操作されることが含まれるが、第2実施形態の直流給電システム1Aでは、起動ボタンが操作されることを必要とせずに、パワーコンディショナ40が自動的に再起動する。
その後、パワーコンディショナ40の起動ボタンが操作されたことを電源供給装置50が検出した場合に、電源供給装置50は、給電経路から商用電力系統2に向けて電力の逆潮流が発生しない状態にあることを検出し、この検出後に、パワーコンディショナ40を再起動して、パワーコンディショナ40から給電経路に直流電力を供給させる。
つまり、第3実施形態の直流給電システム1Bは、第1実施形態の直流給電システム1と同様に、パワーコンディショナ40を再起動させる条件に、起動ボタンが操作されることが含まれている。ただし、直流給電システム1Bは、蓄電装置80をバックアップ用の電源装置として備える点が、直流給電システム1の構成と異なっている。
(直流給電システム1の概略構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る直流給電システム1の概略構成を示す構成図である。この直流給電システム1は、例えば、データセンタや通信局舎等のビルに設備される直流給電システムの例である。
例えば、過電流継電器は、電路に過電流が流れたことを検出した場合に遮断器11を開放して、地絡継電器は、電路や機器に地絡が発生したことを検出した場合に遮断器11を開放して、不足電圧継電器は、停電や事故により商用電力系統2から商用電力を受電できなくなったことを検出した場合に遮断器11を開放する。
なお、遮断器11には、主接触子と機械的に連動する補助接点11aが設備されており、この補助接点11aの開閉状態が、遮断器11の開閉状態を示す接点信号Auxとして、後述する電源供給装置50に出力される。
なお、直流電源装置20には、出力電流が定格電流を超えないように制限する出力電流制限機能や、給電経路P11及びN11の線間短絡事故等により瞬間的な過大電流(例えば、定格電流の300%の電流)が流れた場合に、この過大電流を検出して出力を遮断する保護機能を備えている。
また、スイッチ部111からスイッチ部116は、給電経路P21及びN21から給電経路P28及びN28において電路を開閉するための開閉器を含む。また、給電経路P11及びP21から給電経路P28は、正極側の給電線を示し、給電経路N11及びN21から給電経路N28は、負極側の給電線を示している。
なお、以下の説明において、スイッチ部101、及びスイッチ部111から116を総称する場合は、「スイッチ部100」と呼ぶ。
なお、太陽光発電装置30のPCS40が、給電経路P11及びN11の系統に障害が発生していることを検出して出力電流を遮断する保護機能を備える場合、例えば、PCS40に過電流が流れたことを検出して出力電流を遮断する機能を備える場合は、スイッチ部101を省略することも可能である。
また、同時に、電源供給装置50は、スイッチ部101、及びスイッチ部111からスイッチ部116を一旦開放させる。
なお、商用電力系統2から直流電源装置20に電力を供給できない停電状態を検出する方法としては、例えば、電源供給装置50が、給電経路P11及びN11に供給される電圧が所定の電圧値以下(例えば、ゼロ電圧に近い値)に低下したことを検出して、商用電力系統2に停電が発生したことを検出するようにしてもよい。
なお、PCS40を再起動する際には、後述するように、太陽光発電装置30から出力可能な電力が所定値以上の電力であることが起動条件になる。この所定値以上の電力とは、例えば、少なくとも1つの負荷装置に電力を供給できる電力量を下限値として、任意の値に設定することができる。
なお、直流電源装置20から給電経路P11及びN11に対して電力が供給されなくなる状態は、商用電力系統2が停電した場合や、直流電源装置20が故障した場合や、給電経路P11及びN11の事故等により直流電源装置20の出力が遮断された場合に発生する。
つまり、電源供給装置50は、スイッチ部111からスイッチ部116の開閉状態を制御することにより、給電経路P21及びN21から給電経路P28及びN28における給電範囲を調整する。これにより、電源供給装置50は、直流電源装置20から電力の供給ができない場合に、太陽光発電装置30から電力を供給する停電時使用負荷装置(例えば、照明装置等)と、電力を供給しない負荷装置(例えば、空調装置等)とを設定することができる。
図3は、太陽光発電装置30のPCS40と電源供給装置50の構成例を示す構成図である。図3に示すように、PCS40は、発電量制御部41と、系統連系制御部42と、DC/DCコンバータ43とを備える。
また、発電量制御部41は、太陽光発電装置30から出力可能な電力が、「所定値以上の電力であるか否かの情報」を電源供給装置50に通知する。この「太陽光発電装置30から出力可能な電力が所定値以上の電力であるか否かの情報」は、電源供給装置50が、一旦動作を停止したPCS40を再起動させる際の起動条件として用いられる。
母線電圧検出部51Aは、給電母線となる給電経路P11及びN11の直流電圧を検出する。母線電圧検出部51Aは、例えば、直流電源装置20から給電母線となる給電経路P11及びN11に電力が供給されなくなり、給電経路P11及びN11の電圧が予め定められた所定の電圧値より低下したことを検出し、この検出結果をPCS起動部51に通知する。
このPCS起動部51は、PCS40の動作が一旦停止した後に、起動ボタン55が操作されて起動信号STが入力された場合、遮断器11が開放されていることと、太陽光発電装置30から出力可能な電力が所定値以上の電力であることを検出した後に、PCS40を起動させる。なお、起動ボタン55は、後述する図9に示すように、コントロールパネル53上に起動ボタン55Aとして配置するようにしてもよい。
また、PCS起動部51は、PCS40の起動動作と停止動作とを制御するとともに、後述する蓄電装置80のPCS81(図12)の起動動作と停止動作とを制御する。
さらに、スイッチ制御部52は、スイッチ部111からスイッチ部116に対してスイッチ制御信号CNTを送信し、スイッチ部111からスイッチ部116の開閉状態を制御する。
つまりスイッチ制御部52は、スイッチ部111からスイッチ部116の開閉状態を制御することにより、給電経路P21及びN21から給電経路P28及びN28における給電範囲を制御する。
例えば、直流電源装置20の停電時において、スイッチ制御部52は、太陽光発電装置30により電力を供給する停電時使用負荷装置として、照明装置等を選択して電力を供給するように給電経路P21及びN21から給電経路P28及びN28における給電範囲を設定する。
図5は、直流給電システム1の停電時におけるPCS40の起動処理の手順を示すフローチャートである。
以下、図5に示すフローチャートを参照して、直流給電システム1におけるPCS40の起動処理の手順について説明する。
まず、商用電力系統2から直流電源装置20に電力を供給することができない停電状態が発生したとする(ステップS110)。
この商用電力系統2において停電状態が発生すると、受電設備10内の遮断器11が不足電圧継電器の動作により開放し、遮断器11の補助接点11aが開放する。電源供給装置50は、遮断器11の補助接点11aが開放されたことを、接点信号Auxにより検出して、商用電力系統2に停電状態が発生したことを検知する。
なお、商用電力系統2において停電状態が発生したことを検出して、PCS40の動作を一旦停止させる方法としては、電源供給装置50の母線電圧検出部51Aが、給電経路P11及びN11の電圧が所定の電圧値以下(例えば、ゼロ電圧に近い値)に低下したことを検出して、PCS40の動作を一旦停止させるようにしてもよい。或いは、PCS40自身が、給電経路P11及びN11の電圧が低下したこと検出して、PCS40が自分で動作を停止するようにしてもよい。
そして、ステップS125の処理において、起動ボタン55が操作されたと判定された場合(ステップS125:Yes)、電源供給装置50は、ステップS130の処理ステップに移行し、太陽光発電装置30から出力可能な電力が所定値以上の電力であるか否かを判定する(ステップS130)。つまり、太陽光発電装置30が所定値以上の日照量を得ることができる状態にあり、PCS40から給電経路に所定値以上の電力を供給できる状態にあるか否かを判定する。
なお、ステップS110の停電検出処理において、電源供給装置50は、既に接点信号Auxにより遮断器11が開放されていることを検出しているため、このステップS135の判定処理は、遮断器11が開放していることを再確認するために行うものであり、省略することも可能である。
続いて、電源供給装置50は、スイッチ制御部52により、スイッチ部101を投入して、PCS40から給電経路P11及びN11に直流電力を出力させる(ステップS145)。そして、このステップS145の処理を実行した後に、電源供給装置50は、このPCS40の起動処理を終える。
また、ステップS130の処理において、太陽光発電装置30が給電経路に所定値以上の電力を出力できる状態にないと判定された場合(ステップS130:No)、電源供給装置50は、ステップS115の処理ステップに戻り、PCS40の動作停止状態とスイッチ部101の開放状態とを継続させる。
また、ステップS135の処理において、遮断器11が開放されていないと判定された場合(ステップS135:No)、電源供給装置50は、ステップS115の処理ステップに戻り、PCS40の動作停止状態とスイッチ部101の開放状態とを継続させる。
さらには、直流電源装置20の停電時において、スイッチ部101を開放することなく閉状態にしておくことにより、ステップS120のスイッチ部101の開放処理と、ステップS145のスイッチ部101の投入処理とを、省略することも可能である(後述する図11、図13、図15、図16、及び図17においても同じ)。
次に、コントロールパネル53について説明する。コントロールパネル53は、スイッチ部100の開閉状態(オン/オフ状態)を設定する操作を検出して、検出した操作に応じてスイッチ制御部52を制御するとともに、スイッチ部100の開閉状態を表示する。このコントロールパネル53は、例えば、タッチパネル式の表示装置を含めて構成することができる。
「SW111」で示す開放状態にあるスイッチ部111を投入する場合、ユーザ(より正確には直流給電システム1の管理者)は、スイッチ選択ボタン53bを操作し、その後に、単線結線図の表示画面53a上でスイッチ部111の破線で囲まれる領域を操作する。このスイッチ部111を示す領域を操作することにより、コントロールパネル53は、スイッチ部111を示す領域の点滅表示を開始させる。このスイッチ部111を示す領域が点滅表示されている状態において、投入ボタン53cを操作することにより、コントロールパネル53は、上記の一連の操作に応じてスイッチ制御部52を介してスイッチ部111を投入させて閉状態にする。さらに、コントロールパネル53は、スイッチ部111の表示の色を「緑色」から「赤色」に変える。
また、図7は、スイッチ部の制御回路の構成例を示す構成図である。この図7に示すように、スイッチ部100には、スイッチ制御信号受信部71と、スイッチ開閉部72と、開閉結果通知部73と、スイッチ74と、電源部75とが設けられている。
スイッチ開閉部72は、スイッチ制御信号受信部71により受信したスイッチ制御信号CNTに基づき、自身が「スイッチの識別情報」で指定されたスイッチであるか否かを判定する。そして、スイッチ開閉部72は、自身が「スイッチの識別情報」で指定されたスイッチであると判定した場合に、「スイッチのオン/オフ情報」に基づき、スイッチ74をオン/オフ(投入又は開放)させる。つまり、スイッチ開閉部72は、スイッチ74の開閉動作を行う。
これにより、ユーザは、コントロールパネル53により、給電経路上のスイッチ74の開閉を指示できるととともに、その開閉結果をコントロールパネル53上に表示して確認することができる。
図8は、直流給電システムにおける電力供給処理の手順を示すフローチャートである。この図8では、直流電源装置20が停電状態になった後に、PCS40が起動し、太陽光発電装置30からPCS40を介して給電経路P11及びN11に電力の供給がでるようになった状態からの処理を示す。また、直流電源装置20が停電状態になった際に、スイッチ部111からスイッチ部116が一旦開放されるものする。
続いて、コントロールパネル53は、検出した操作に応じたスイッチ部100(より正確にはスイッチ部100内のスイッチ74)を順に投入させるようにスイッチ制御部52を制御する(ステップS220)。例えば、スイッチ制御部52は、スイッチ部111と、スイッチ部112とを順番に投入するように、スイッチ部111とスイッチ部112とにスイッチ制御信号CNTを順に送信して、スイッチ部111とスイッチ部112とを順に投入させる。
以上の電力供給処理により、所望のスイッチ部100を開閉制御することにより、給電経路における給電範囲を設定することができる。
これにより、ユーザは、直流電源装置20の停電時において、直流電源装置20から負荷装置に電力の供給ができず、太陽光発電装置30から電力を供給する場合に、コントロールパネル53上でスイッチ部111からスイッチ部116の開閉を指示することにより、太陽光発電装置30から電力を供給できる負荷装置を選択できる。また、太陽光発電装置30の電力の給電能力に応じて、電力を供給する負荷装置の範囲を、順次に拡大して行くことができる。
また、コントロールパネル53には、上述したPCS40の起動ボタンを配置することもできる。
図9は、コントロールパネル53におけるPCS40の起動画面の一例を示す説明図である。
この図9に示す例は、タッチパネル式の表示画面56上に、「PCS40の起動条件の表示部57」と、起動操作を検出する位置を示す「起動ボタン55A」と、PCS40が起動中であることを示す「表示ランプ58」と、を配置した場合を示す。
この「遮断器11が開放」の条件が満たされている場合、例えば、表示ランプ(OK)57aの破線で囲む領域の色を、「緑色」で表示し、表示ランプ(NO)57bの破線で囲む領域の色を、「灰色」で表示する。一方、「遮断器11が開放」の条件が満たされていない場合、表示ランプ(OK)57aの破線で囲む領域の色を、「灰色」で表示し、表示ランプ(NO)57bの破線で囲む領域の色を、「赤色」で表示する。
この「太陽光発電装置30の出力状態」の条件が満たされている場合、例えば、表示ランプ(OK)57cの破線で囲む領域の色を、「緑色」で表示し、表示ランプ(NO)57dの破線で囲む領域の色を、「灰色」で表示する。一方、「太陽光発電装置30の出力状態」の条件が満たされていない場合、表示ランプ(OK)57cの破線で囲む領域の色を、「灰色」で表示し、表示ランプ(NO)57dの破線で囲む領域の色を、「赤色」で表示する。
一方、「遮断器11が開放」の条件と、「太陽光発電装置30の出力状態」の条件との何れかの条件が満たされていない場合、起動ボタン55Aの実線で囲まれる部分が、例えば、「灰色」で表示され、ユーザの操作の受付ができない状態になる。
これにより、ユーザは、PCS40を起動させる際に、PCS40の起動条件が成立していることを確認して、PCS40の起動ボタン55Aを操作することができる。また、ユーザは、表示ランプ58により、PCS40が起動したことを目視で確認することができる。
なお、図9に示す例では、PCS40の起動条件として、「遮断器11が開放」の条件と、「太陽光発電装置30の出力状態」の条件と、の2つの条件を用いたが、その他の条件を付加することもできる。例えば、PCS40の起動条件として、給電経路に障害が発生していない条件を含めることもできる。
また、直流電源装置20内に、商用電力系統2が停電したこと検出するボルティジ・センサや電圧検出回路を設け、このボルティジ・センサや電圧検出回路により商用電力系統2が停電したことを検出してもよい。
さらには、直流電源装置20に過電流継電器の機能と、地絡継電器の機能と、不足電圧継電器の機能とを設けるようにしてもよい。つまり、上述した保護継電器13を直流電源装置20内に含めて構成することもできる。
また、商用電力系統2が停電状態にあることをボルティジ・センサ等により検出した場合に、遮断器11を開放せずに、PCS40の起動ボタン55が操作されたことを電源供給装置50が検出した場合に、遮断器11を開放させるようにしてもよい。
上述した第1実施形態の直流給電システム1では、PCS40を起動する際に、起動ボタン55が操作されることが条件になっているが、第2実施形態の直流給電システム1Aとして、起動ボタン55を操作することなく、PCS40を自動的に起動させる例について説明する。
つまり、第1実施形態の直流給電システム1では、PCS40の動作を一旦停止させた後にPCS40を再起動させる条件に、起動ボタン55が操作されることが含まれるが、第2実施形態の直流給電システム1Aでは、起動ボタン55の操作を必要とすることなく、PCS40を自動的に再起動させる。
なお、商用電力系統2において停電状態が発生したことを検出して、PCS40の動作を一旦停止させる方法としては、電源供給装置50の母線電圧検出部51Aが、給電経路P11及びN11の電圧が所定の電圧値以下(例えば、ゼロ電圧に近い値)に低下したことを検出して、PCS40の動作を一旦停止させるようにしてもよい。或いは、PCS40自身が、給電経路P11及びN11の電圧が低下したこと検出して、PCS40が自分で動作を停止するようにしてもよい。
続いて、電源供給装置50Aは、スイッチ制御部52により、スイッチ部101を投入して、PCS40から給電経路P11及びN11に直流電力を出力させる(ステップS145)。
これにより、直流給電システム1Aでは、商用電力系統2から直流電源装置20に電力を供給できない停電状態が発生したことを保護継電器13が検出した場合に、遮断器11を開放状態にするとともに、PCS40の動作を一旦停止させるが、その後、電源供給装置50Aにより、PCS40を自動的に再起動させることができる。
第1実施形態の直流給電システム1及び第2実施形態の直流給電システム1Aでは、バックアップ用の電源装置として、太陽光発電装置30だけを設けた例について説明したが、本発明の第3実施形態として、バックアップ用の電源装置として、太陽光発電装置30に加えて蓄電装置80を設けた例について説明する。
この図12に示す直流給電システム1Bは、図3に示す直流給電システム1と比較して、蓄電装置80とパワーコンディショナ(PCS)81とを新たに追加した点だけが異なり、他の構成は、図3に示す直流給電システム1と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
つまり、直流給電システム1Bにおいて、給電経路P11及びN11には、PCS81及びスイッチ部102を介して、蓄電池を備える蓄電装置80が接続されている。スイッチ部102は、蓄電装置80のPCS81と、給電経路P11及びN11との間の接続/開放を行うための開閉器を含み、スイッチ部102が接続状態にある時にPCS81を直流電源装置20の出力に連系可能にする。
また、PCS81に接続されるスイッチ部102は、給電経路P11及びN11の系統に障害が発生した場合に開(オフ)状態になり、蓄電装置80を系統から分離させる。このスイッチ部102は、給電経路P11及びN11の系統に障害が発生していない通常の場合には、閉(オン)状態にされている。
なお、蓄電装置80のPCS81が、給電経路P11及びN11の系統に障害が発生した場合に出力電流を遮断する保護機能を備える場合は、スイッチ部102を省略することも可能である。
図13は、直流給電システム1Bの停電時におけるPCS40の起動処理の手順を示すフローチャートである。
この図13に示すPCS40の起動処理の手順は、図5に示すPCS40の起動処理の手順と比較して、ステップS110Aの処理ステップと、ステップS135Aの処理ステップと、ステップS140Aの処理ステップとを追加した点だけが異なり、他の処理ステップは、図5に示す処理手順と同様である。このため、同一の処理内容のステップには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
この商用電力系統2において停電状態が発生すると、受電設備10内の遮断器11が保護継電器13内の不足電圧継電器(不図示)の動作により開放し、遮断器11の補助接点11aが開放する。電源供給装置50は、遮断器11の補助接点11aが開放されたことを、接点信号Auxにより検出して、商用電力系統2に停電状態が発生したことを検知する(ステップS110)。
続いて、電源供給装置50は、PCS40を起動させる起動ボタン55が操作されたか否かを判定し(ステップS125)、起動ボタン55が操作されたと判定された場合(ステップS125:Yes)、太陽光発電装置30から出力可能な電力が所定値以上の電力であるか否かを判定する(ステップS130)。
そして、PCS40が、蓄電装置80から給電経路P11及びN11に出力されている直流電圧を検出して連系する場合、PCS40から給電経路P11及びN11に出力する直流電圧を、蓄電装置80のPCS81から出力される直流電圧よりも所定分だけ高い電圧(例えば、1%から数%高い電圧)とすることにより、PCS40を給電経路P11及びN11に自然に連系させることができる。
上述した第3実施形態の直流給電システム1Bでは、PCS40を起動する際に、起動ボタン55が操作されることが条件になっているが、第4実施形態の直流給電システム1Cとして、起動ボタン55を操作することなく、PCS40を自動的に起動させる例について説明する。
図14は、本発明の第4実施形態に係る直流給電システム1Cの概略構成を示す構成図である。
この図14に示す直流給電システム1Cは、図12に示す直流給電システム1Bと比較して、図14に示す電源供給装置50Aにおいて、図12に示す起動ボタン55を省略した点だけが異なり、他の構成は、図12に示す直流給電システム1Bと同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
続いて、電源供給装置50Aは、給電経路から商用電力系統2に向けて電力の逆潮流が発生しない状態にあることを検出し、この検出後に、パワーコンディショナ40を自動的に再起動して、PCS40から給電経路に電力を供給する。
このように、第4実施形態の直流給電システム1Cでは、直流電源装置20の停電時において、蓄電装置80からPCS81を介して給電経路P11及びN11に電力を供給できるとともに、起動ボタン55が操作されることを必要とせずに、PCS40を自動的に自立起動させて、太陽光発電装置30からPCS40を介して給電経路P11及びN11に電力を供給することができる。
図15は、直流給電システム1Cの停電時におけるPCS40の起動処理の手順を示すフローチャートである。この図15に示す例は、商用電力系統2から直流電源装置20に電力を供給できない停電状態が発生した場合に、蓄電装置80から給電経路P11及びN11に電力を供給し、その後、蓄電装置80に蓄積された電荷が不足又は枯渇した場合に、PCS40を起動する例である。
以下、図15に示すフローチャートを参照して、直流給電システム1CにおけるPCS40の起動処理の手順について説明する。
まず、商用電力系統2から直流電源装置20に電力を供給することができない停電状態が発生したとする。
この商用電力系統2において停電状態が発生すると、受電設備10内の遮断器11が保護継電器13内の不足電圧継電器(不図示)の動作により開放し、遮断器11の補助接点11aが開放する。電源供給装置50は、遮断器11の補助接点11aが開放されたことを、接点信号Auxにより検出して、商用電力系統2に停電状態が発生したことを検知する(ステップS110)。
そして、ステップS125Aの処理において、給電経路P11及びN11の電圧が所定の電圧値以下に低下していると判定された場合(ステップS125A:Yes)、電源供給装置50は、ステップS130の処理ステップに移行し、太陽光発電装置30から出力可能な電力が所定値以上の電力であるか否かを判定する(ステップS130)。すなわち、太陽光発電装置30が所定値以上の日照量を得ることができる状態にあり、PCS40から給電経路に所定値以上の電力を供給できる状態にあるか否かを判定する。
なお、ステップS110の停電検出処理において、電源供給装置50は、既に接点信号Auxにより遮断器11が開放されていることを検出しているため、このステップS135の判定処理は、遮断器11が開放していることを再確認するために行うものであり、省略することも可能である。
続いて、電源供給装置50は、スイッチ制御部52により、スイッチ部101を投入して、PCS40から給電経路P11及びN11に直流電力を出力させる(ステップS145)。そして、このステップS145の処理を実行した後に、電源供給装置50は、このPCS40の起動処理を終える。
また、ステップS130の処理において、太陽光発電装置30が給電経路に所定値以上の電力を出力できる状態にないと判定された場合(ステップS130:No)、電源供給装置50は、ステップS115の処理ステップに戻り、PCS40の動作停止状態とスイッチ部101の開放状態とを継続させる。
また、ステップS135の処理において、遮断器11が開放された状態でないと判定された場合(ステップS135:No)、電源供給装置50は、ステップS115の処理ステップに戻り、PCS40の動作停止状態とスイッチ部101の開放状態とを継続させる。
また、図16は、直流給電システム1Cの停電時におけるPCS40の起動処理の手順の第1の変形例を示すフローチャートである。この図16に示すPCS40の起動処理の手順は、図15に示すPCS40の起動処理の手順と比較して、図15に示すステップS125Aの処理ステップを、図16に示すステップS125Bの処理に置き換えた点だけが異なり、他の処理ステップは、図15に示す処理手順と同様である。このため、同一の処理内容のステップには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
この商用電力系統2において停電状態が発生すると、受電設備10内の遮断器11が保護継電器13内の不足電圧継電器(不図示)の動作により開放し、遮断器11の補助接点11aが開放する。電源供給装置50は、遮断器11の補助接点11aが開放されたことを、接点信号Auxにより検出して、商用電力系統2に停電状態が発生したことを検知する(ステップS110)。
続いて、電源供給装置50は、母線電圧検出部51Aにより給電経路P11及びN11の直流電圧が所定の基準電圧の範囲内(例えば、定格電圧の±10%以内)であるか否かを判定する(ステップS125B)。
そして、ステップS135の処理において、遮断器11が開放された状態にあると判定された場合(ステップS135:Yes)、電源供給装置50は、PCS起動部51により、PCS40を起動させる(ステップS140)。
一方、ステップS125Bの処理において、給電経路P11及びN11の直流電圧が所定の基準電圧の範囲内でないと判定された場合(ステップS125B:No)、電源供給装置50は、ステップS115の処理に戻り、PCS40の動作停止状態を継続させる。
そして、PCS40が、蓄電装置80から給電経路P11及びN11に出力されている直流電圧を検出して連系する場合、PCS40から給電経路P11及びN11に出力する直流電圧を、蓄電装置80のPCS81から出力される直流電圧よりも所定分だけ高い電圧(例えば、1%から数%高い電圧)とすることにより、PCS40を給電経路P11及びN11に自然に連系させることができる。
これにより、直流電源装置20の停電時において、蓄電装置80と太陽光発電装置30とから並列に給電経路P11及びN11に電力を供給することができる。
図15及び図16に示した起動処理の手順の例では、商用電力系統2から直流電源装置20に電力を供給できない停電状態を示す信号(例えば、接点信号Aux)を電源供給装置50が検出した場合に、PCS40の動作を停止させる例について説明したが、電源供給装置50が、給電母線となる給電経路P11及びN11の電圧が所定の電圧値以下に低下したことを検出して、例えば、給電経路P11及びN11の直流電圧がゼロ電圧に近い値になったことを検出してPCS40の動作を停止させるようにしてもよい。
この図17に示すPCS40の起動処理の手順は、図16に示すPCS40の起動処理の手順と比較すると、図16に示す手順からステップS110Aの処理を省略し、ステップS110BとステップS120Aの処理とを新たに追加した点が異なり、他の処理は、図16に示す処理手順と同様である。このため、同一の処理内容のステップには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
続いて、電源供給装置50は、給電経路P11及びN11の直流電圧を母線電圧検出部51Aにより検出し、直流電源装置20の停電により給電経路P11及びN11の直流電圧が所定の電圧値以下に低下したか否かを判定する(ステップS110B)。そして、給電経路P11及びN11の直流電圧が所定の電圧値以下に低下したと判定された場合に(ステップS110B:Yes)、電源供給装置50は、PCS40の動作を一旦停止させるととともに(ステップS115)、スイッチ部101を開放する(ステップS120)。
続いて、電源供給装置50は、PCS81を制御して、蓄電装置80から給電経路P11及びN11への電力の供給を開始させる(ステップS120A)。
これにより、直流電源装置20の停電時において、電源供給装置50は、給電母線となる給電経路P11及びN11の直流電圧が低下したことを検出して、PCS40の動作を停止させることができる。
なお、PCS40自身が、給電経路P11及びN11の直流電圧が低下したこと検出し、PCS40が自分で動作を停止するようにしてもよい。
これらの直流給電システムにおいて、PCS40は、このPCS40が連系する母線となる給電経路P11及びN11の電圧を検出することが必須の条件にされることはなく、PCS40は、電源供給装置50又は50Aから動作電圧の供給を受けることにより、給電経路P11及びN11の電圧を検出しなくても動作することができる。つまり、PCS40は、給電経路P11及びN11の電圧が低下するような状態になっても、そのまま、直流電力の出力を継続することができる。
さらには、第3実施形態の直流給電システム1Bや、第4実施形態の直流給電システム1Cのように、直流給電システムが蓄電装置80を備え、商用電力系統2の停電時において、この蓄電装置80のバッテリから給電経路P11及びN11に直流電力を供給する場合、直流給電システムのブラックアウト時などで起動できるように、蓄電装置80内のバッテリの電荷を枯渇させずに所定のSOC(State of Charge)を確保するようにしてもよい。つまり、蓄電装置80のバッテリのSOCが所定のSOC以下になる場合に、蓄電装置80から給電経路P11及びN11への放電を停止するようにしてもよい。
上記第1実施形態から第4実施形態では、給電経路に接続される負荷装置に直流電力を供給する直流給電システムの例について説明したが、負荷装置に交流(例えば、AC400V)を供給する交流給電システムであってもよい。
図18は、交流給電システム1Dの概略構成を示す構成図である。図18に示す交流給電システム1Dは、図1に示す直流給電システム1と比較して、基本的な構成は同じであるが、図1に示す直流電源装置20を省略し、パワーコンディショナ40を交流電圧を出力するパワーコンディショナ40Aに代えた点が、構成上で異なる。
また、図1に示す直流電圧の給電経路P11及びN11を3相交流電圧の給電経路ACL11に代え、給電経路P21及びN21からP28及びN28を、3相又は単相の給電経路ACL21からACL28に代えた点が異なる。また、図18において、スイッチ部101から116は、交流電流を導通及び遮断する機能を備える半導体スイッチであり、負荷装置L11からL16は、3相又は単相の交流電圧を入力とする負荷装置である。
なお、交流給電システム1Dにおける制御動作は、図1に示す直流給電システム1における直流電電圧を交流電圧に置き換えた点だけが異なり、電源供給装置50やPCS40Aやスイッチ部100等の基本的な動作は、図1に示す直流給電システム1における動作と同様である。
なお、詳細な構成と制御動作については、直流給電システム1の場合と同様であるため、重複する説明は省略する。
これにより、交流給電システム1Dにおいて、商用電力系統2から給電経路に交流電力が供給されない停電状態において、太陽光発電装置から給電経路に交流電力を供給することができる。
すなわち、電源供給装置50及び50Aは内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。また、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、本発明における直流電源装置は、直流電源装置20が対応する。
また、本発明における電源供給装置は、電源供給装置50又は電源供給装置50Aが対応し、本発明におけるパワーコンディショナは、パワーコンディショナ(PCS)40が対応する。また、本発明における検出部は、保護継電器13が対応し、より詳細には、保護継電器13内の不足電圧継電器から出力される信号により動作する遮断器11の補助接点11aの接点信号により、電源供給装置50が、直流電源装置20から給電経路に直流電力が供給されない状態を検出する。また、本発明における制御部は、電源供給装置50のPCS起動部51が対応する。なお、この制御部は、PCS40の系統連系制御部42であってもよい。また、本発明における遮断部は、遮断器11が対応する。
これにより、直流電源装置20から給電経路に直流電力が供給されない停電状態において、太陽光発電装置30から給電経路に直流電力を供給することができる。
また、直流給電システム1(直流給電システム)では、PCS40から給電経路に直接電力を供給する。要するに、直流給電システム1では、PCS40から供給される電力を蓄えてから、蓄えた電力を負荷に供給するような構成を必要としない。このように構成することにより、直流給電システム1は、太陽光発電装置からの電力を蓄えることなく、太陽光発電装置30からPCS40を介して給電経路に直流電力を供給して、給電経路を介してその電力を負荷に供給することができる。
このような構成の直流給電システム1(直流給電システム)では、商用電力系統2に逆潮流が発生しないように、給電経路から商用電力系統2に向けての電力の供給を遮断する遮断器11(遮断部)を備える。そして、電源供給装置50(制御部)は、PCS40(パワーコンディショナ)から給電経路に直流電力が供給される場合に、給電経路から商用電力系統に向けての電力の供給を遮断器11によって遮断させる。
これにより、直流給電システム1(直流給電システム)では、PCS40(パワーコンディショナ)から給電経路に直流電力が供給される場合に、給電経路から商用電力系統2に向けての電力の供給を遮断器11によって遮断させることができる。
これにより、直流電源装置20から商用電力系統2に向けての電力の供給を遮断器11によって遮断させることができる。
これにより、直流給電システム1(直流給電システム)では、直流電源装置20から給電経路に直流電力が供給されない停電状態において、PCS40の動作を一旦停止させた後に、PCS40を再起動して、太陽光発電装置30から給電経路に直流電力を供給することができる。
このような構成の直流給電システム1(直流給電システム)では、直流電源装置20から給電経路に直流電力が供給されない状態を保護継電器13が検出した場合に、PCS40の動作を一旦停止させる。そして、電源供給装置50は、PCS40の動作を一旦停止させた後、起動ボタン55が操作されたことを検出して、PCS40を再起動して、PCS40から給電経路に電力を供給する。
これにより、直流給電システム1(直流給電システム)では、直流電源装置20から給電経路に直流電力が供給されない停電状態において、PCS40の動作を一旦停止させた後に、起動ボタン55を操作することにより、PCS40を再起動して、太陽光発電装置30から給電経路に直流電力を供給することができる。
これにより、直流給電システム1(直流給電システム)では、起動ボタン55が操作されたことが電源供給装置50により検出された場合に、給電経路から商用電力系統2に向けて電力の逆潮流が発生することを回避できるとともに、太陽光発電装置30から出力可能な電力が所定値以上の電力であることを検出して、PCS40を再起動することができる。
このように、直流給電システム1(直流給電システム)では、直流電源装置20の停電時において、一旦動作を停止したPCS40を再起動するために、PCS40から電力を出力させることを可能にする動作電圧を供給して、PCS40を自立起動させる。
これにより、直流給電システム1(直流給電システム)では、給電経路から太陽光発電装置30のPCS40の動作可能とする動作電圧が供給されていない停電状態において、当該PCS40を自立起動させて、給電経路に電力を供給することができる。
このような構成の直流給電システム1(直流給電システム)は、保護継電器13(検出部)と、直流電源装置20と、電源供給装置50(制御部)と、太陽光発電装置30と、PCS40(パワーコンディショナ)とを備えることにより、商用電力系統2が停電状態にあり直流電源装置20から給電経路に直流電力が供給されない状態を直流電源装置20(保護継電器13)が検出した後に、電源供給装置50は、PCS40から給電経路に直流電力を供給させる。
これにより、直流給電システム1(直流給電システム)では、給電経路から太陽光発電装置30のPCS40の動作可能とする動作電圧が供給されていない停電状態において、当該PCS40を自立起動させて、給電経路に電力を供給することができる。
2・・・商用電力系統、10・・・受電設備、
11・・・遮断器(遮断部)、13・・・保護継電器(検出部)、
20・・・直流電源装置、21・・・AC/DCコンバータ、
30・・・太陽光発電装置(PV)、40・・・パワーコンディショナ(PCS)、
41・・・発電量制御部、42・・・系統連系制御部、
43・・・DC/DCコンバータ、
50・・・電源供給装置(制御部)、51・・・PCS起動部、
51A・・・母線電圧検出部、52・・・スイッチ制御部、
53・・・コントロールパネル、54・・・蓄電池、
55,55A・・・起動ボタン、61・・・分電盤(PDF)、
71・・・スイッチ制御信号受信部、72・・・スイッチ開閉部、
73・・・開閉結果通知部、74・・・スイッチ、75・・・電源部、
80・・・蓄電装置、81・・・パワーコンディショナ(PCS)、
100,101〜116・・・スイッチ部、
Aux・・・接点信号、L11〜L16・・・負荷装置、
P11,P21〜P28,N11,N21〜N28・・・給電経路
Claims (10)
- 商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換する直流電源装置が設けられ、前記直流電源装置から給電経路を介して負荷装置に直流電力を供給する直流給電システムであって、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を検出する検出部と、
前記検出された結果に基づいて前記給電経路への直流電力の供給を制御する制御部と、
前記制御部を含み、パワーコンディショナが出力電圧を調整するための調整用電圧を前記給電経路に供給する電源供給装置と、
前記直流電源装置が前記給電経路への前記直流電力の供給を停止した際に、前記商用電力系統に逆潮流が発生しないように前記給電経路から前記商用電力系統に向けての電力の供給を、前記パワーコンディショナと前記給電経路との間で遮断する第1遮断部と
を備え、
太陽光発電装置が発電した電力を前記パワーコンディショナが直流電力に変換して、前記パワーコンディショナが変換した後の直流電力が前記制御部の制御に応じて供給されるように前記給電経路が構成されており、
前記制御部は、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した場合に、前記パワーコンディショナの動作を一旦停止させて、前記パワーコンディショナと前記給電経路の間を遮断して、その後、前記太陽光発電装置が予め定められた下限値を上回る電力量を供給可能な場合に、前記パワーコンディショナからの直流電力を前記給電経路に供給するように制御し、
前記制御部は、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した場合に、前記動作を一旦停止した状態の前記パワーコンディショナが起動するように、前記電源供給装置の蓄電装置から前記給電経路に前記調整用電圧で給電を開始させて、
前記パワーコンディショナは、
前記調整用電圧を参照し、前記調整用電圧に基づいて前記給電経路に出力する電圧を調整して起動し、前記変換して得られた直流電力を前記給電経路に供給する
ことを特徴とする直流給電システム。 - 前記制御部は、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出し、前記制御部による制御に応じて前記パワーコンディショナから前記給電経路に直流電力が供給される場合に、前記給電経路から前記商用電力系統に向けての電力の供給を前記第1遮断部によって遮断させる
ことを特徴とする請求項1に記載の直流給電システム。 - 前記商用電力系統の受電点から前記直流電源装置までの間に設けられ、前記商用電力系統に逆潮流が発生しないように、前記給電経路から前記商用電力系統に向けての電力の供給を遮断する第2遮断部
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の直流給電システム。 - 前記太陽光発電装置が発電した電力を変換して、前記変換した後の直流電力を前記給電経路に供給するという前記パワーコンディショナの動作を、前記直流電源装置から給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した後に、前記制御部が一旦停止させるとともに、
前記制御部は、前記パワーコンディショナの前記動作を一旦停止させた後に、前記商用電力系統に向けての電力の供給を遮断した状態にあることを検出して、前記電力の供給を遮断した状態にあることを検出した後に、前記動作が一旦停止した状態にあるパワーコンディショナが再起動するように当該パワーコンディショナを制御して、前記パワーコンディショナが再起動した後に前記パワーコンディショナから前記給電経路に前記直流電力を供給させる
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の直流給電システム。 - 前記制御部は、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した場合に、
前記パワーコンディショナの前記動作を一旦停止させるとともに、
前記パワーコンディショナの前記動作を一旦停止させた後に、前記パワーコンディショナの起動を指示する操作が行われたことを検出して、前記指示する操作の検出結果に応じて前記パワーコンディショナを再起動させる
ことを特徴とする請求項4に記載の直流給電システム。 - 前記制御部は、
前記パワーコンディショナの起動を指示する操作が行われたことを検出した後に、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を検出することと、
前記太陽光発電装置から出力可能な電力が所定値以上の電力であることと、
がともに満たされる場合に前記パワーコンディショナを再起動させる
ことを特徴とする請求項5に記載の直流給電システム。 - 前記検出部と、
前記直流電源装置と、
前記太陽光発電装置と、
前記パワーコンディショナと、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の直流給電システム。 - 商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換する直流電源装置が設けられ、前記直流電源装置から給電経路を介して負荷装置に直流電力を供給する直流給電システムにおける電源供給装置であって、
前記給電経路への直流電力の供給を制御する制御部と、
を備え、
前記直流給電システムは、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を検出する検出部を備えており、
さらに、太陽光発電装置が発電した電力をパワーコンディショナが直流電力に変換して、前記パワーコンディショナが変換した後の直流電力が前記制御部の制御に応じて供給されるように前記給電経路が構成されており、
前記給電経路と前記パワーコンディショナが直流電力を出力する出力端子との間に第1遮断部が設けられており、
前記制御部は、
前記直流電源装置が前記給電経路への前記直流電力の供給を停止した際に、前記商用電力系統に逆潮流が発生しないように前記給電経路から前記商用電力系統に向けての電力の供給を前記第1遮断部に遮断させ、
前記制御部は、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した場合に、前記パワーコンディショナの動作を一旦停止させて、前記パワーコンディショナと前記給電経路の間を遮断して、その後、前記太陽光発電装置が予め定められた下限値を上回る電力量を供給可能な場合に、前記パワーコンディショナからの直流電力を前記給電経路に供給するように制御し、
前記制御部は、
前記直流電源装置から給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した場合に、前記動作を一旦停止した状態の前記パワーコンディショナが起動するように、前記電源供給装置の蓄電装置から前記給電経路に、前記パワーコンディショナが出力電圧を調整するための調整用電圧で給電を開始させて、
前記パワーコンディショナに、前記調整用電圧に基づいて前記給電経路に出力する電圧を調整させて自らを起動させ、前記変換して得られた直流電力を前記給電経路に供給させる
ことを特徴とする電源供給装置。 - 商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換する直流電源装置が設けられ、前記直流電源装置から給電経路を介して負荷装置に直流電力を供給する直流給電システムにおける給電制御方法であって、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を検出部により検出する手順と、
パワーコンディショナが出力電圧を調整するための調整用電圧を前記給電経路に供給する手順と、
前記直流電源装置が前記給電経路への前記直流電力の供給を停止した際に、前記商用電力系統に逆潮流が発生しないように前記給電経路から前記商用電力系統に向けての電力の供給を、前記パワーコンディショナと前記給電経路との間で遮断する手順と、
太陽光発電装置が発電した電力を前記パワーコンディショナが直流電力に変換する手順と、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した場合に、前記パワーコンディショナの動作を一旦停止させて、前記パワーコンディショナと前記給電経路の間を遮断して、その後、前記太陽光発電装置が予め定められた下限値を上回る電力量を供給可能な場合に、前記パワーコンディショナからの直流電力を前記給電経路に供給するように制御する手順と、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した場合に、前記動作を一旦停止した状態の前記パワーコンディショナが起動するように、前記パワーコンディショナが出力電圧を調整するための調整用電圧を前記給電経路に供給する手順と、
前記パワーコンディショナに、前記調整用電圧に基づいて前記給電経路に出力する電圧を調整させて自らを起動させ、前記変換して得られた直流電力を前記給電経路に供給させる手順と
を含むことを特徴とする給電制御方法。 - 商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換する直流電源装置が設けられ、前記直流電源装置から給電経路を介して負荷装置に直流電力を供給するとともに、前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を検出する検出部を備え、さらに、太陽光発電装置が発電した電力を変換するパワーコンディショナから、前記パワーコンディショナが変換した後の直流電力が供給されるように前記給電経路が構成される直流給電システムであって、前記給電経路と前記パワーコンディショナが直流電力を出力する出力端子との間に第1遮断部が設けられており、前記直流電源装置が前記給電経路への前記直流電力の供給を停止した際に、前記商用電力系統に逆潮流が発生しないように前記給電経路から前記商用電力系統に向けての電力の供給を前記第1遮断部に遮断させる直流給電システムのコンピュータに、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した場合に、前記パワーコンディショナの動作を一旦停止させて、前記パワーコンディショナと前記給電経路の間を遮断して、その後、前記太陽光発電装置が予め定められた下限値を上回る電力量を供給可能な場合に、前記パワーコンディショナからの直流電力を前記給電経路に供給するように制御するステップと、
前記直流電源装置から前記給電経路に前記直流電力が供給されない状態を前記検出部が検出した場合に、前記動作を一旦停止した状態の前記パワーコンディショナが起動するように、前記パワーコンディショナが出力電圧を調整するための調整用電圧を前記給電経路に供給するステップと、
前記パワーコンディショナに、前記調整用電圧に基づいて前記給電経路に出力する電圧を調整させて自らを起動させ、前記変換して得られた直流電力を前記給電経路に供給させるステップとを
実行させるためのプログラム。
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