JP6479516B2

JP6479516B2 - 入力制御蓄電システム

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Publication number: JP6479516B2
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Inventors: 清敬隈本
Original assignee: FDK Corp
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Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2019-03-06
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Description

本発明は、入力系統の制御が可能な蓄電システムに関する。

太陽光等の自然エネルギーを利用した発電システムは近年急速に普及しつつある。自然エネルギーを利用した発電システムの１つの問題は、日照時間等の環境要因による影響を受けやすく電力供給が不安定なことである。そこで一般的な太陽光発電システムは、商用電力の電力系統と連系し、太陽光発電の発電量が不足した場合には入力系統を商用電力側に切り替えることで負荷への電力供給を維持する。また太陽光発電システムは、商用電力の電力系統と連系することにより、発電した電力を電力会社に売電することもできる。

この入力系統の切り替えは、太陽光発電システムが備えるパワーコンディショナー（Power Conditioning System:以下、「ＰＣＳ」という。）により行われる。ＰＣＳは、ソーラーパネルにより発電した直流電力を交流電力に変換し系統連系のための電圧及び位相制御等を行う。そしてＰＣＳは、ソーラーパネルが十分な発電量を供給できる場合には入力系統を太陽光発電側に切り替える。また停電が発生したときＰＣＳは、商用電源を解列する。このとき利用者が手動により自立運転モードに切り替えることで、ソーラーパネルが発電できる場合には負荷に電力を供給することができるＰＣＳも利用されている。

さらに近年では、電力を蓄電可能な蓄電システムを上述のような太陽光発電システムと組み合わせた発電・蓄電システムが実用化されている。単一のシステムで発電及び蓄電の両方が可能になったことにより、発電量が十分なときに発電した電力を蓄電し発電量が不十分なときにその電力を消費することができ、自然エネルギーが持つ不安定性の影響を軽減することが可能となる。またこれにより商用電力の消費を抑制でき電力費用の軽減が可能となる。

独立して稼働する既設の発電システムに対して、蓄電システムを追加することで発電・蓄電システムを構成しようとした場合、両システムが互いに組み合わされることを想定した設計がなされていない限り、上述のような発電・蓄電システムを実現することはできない。これは発電システム及び蓄電システムが各々独立に制御されるため、両システムを連系して制御することができないためである。したがってこのような場合には、蓄電システムの他にその蓄電システムと連系可能な発電システムのＰＣＳについても新たに導入する必要がある。このような課題に対し特許文献１に開示された従来技術では、商用電源、既設の発電システム、及び蓄電システムの接続配線上に各々カレントトランスを配置し、これらの地点における電流情報に基づき蓄電池の充放電を制御可能な蓄電パワーコンディショナーにより、既設の発電システム及び追加の蓄電システムを連系制御させている。

特開２０１２−５５０５９号公報

しかしながら上述の特許文献１に開示された従来技術は、既設の発電システムに蓄電システムを追加する際に、複数のカレントトランスがさらに必要となるため、設置に手間がかかるとともに複数のカレントトランス分のコスト増加につながる虞がある。

また上述の特許文献１に開示された発電システムのＰＣＳは、発電した直流電力を交流電力に変換し商用電源と同一の周波数及び位相に整合した後、単一の給電路で蓄電システムに供給する。このため商用電源以外に複数の入力系統と連系する冗長系を構成しようとした場合、停電時に各入力系統のＰＣＳを自立運転モードに移行させると、各々独立した位相で運転するため入力系統間で電位差が生じて支障をきたす虞がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、既設の発電システムと蓄電システムとの連系において、システム内で完結した入力系統の制御が可能な蓄電システムを提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、負荷装置へ直流電源を供給する電力バスラインと、商用交流電力を受電して前記電力バスラインへ定格電圧の直流電圧を出力する第１直流電源装置と、自然エネルギーを利用して発電する装置から電力を受電して前記電力バスラインへ直流電力を出力する第２直流電源装置と、前記電力バスラインの直流電力で複数の蓄電池を充電し、前記複数の蓄電池の電力を前記電力バスラインへ放電する充放電装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第１直流電源装置及び前記第２直流電源装置の出力電圧がいずれも低電圧検出電圧より高い電圧であることを条件として、前記第２直流電源装置の出力電圧を前記定格電圧よりも高い電圧に設定する第１電圧設定手段と、前記第２直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧よりも高いことを条件として、前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ増加させる第１充電蓄電池増加手段と、前記第２直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧以下に低下したことを条件として、前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させる第１充電蓄電池減少手段と、前記第１充電蓄電池減少手段によって前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、充電を許可する蓄電池の数がゼロになったことを条件として、前記第２直流電源装置の出力電圧を前記定格電圧よりも低い電圧に設定する第２電圧設定手段と、を含む、蓄電システムである。

蓄電システムが備える第１直流電源装置は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換し、蓄電システムの電力バスラインに入力する。同様に蓄電システムが備える第２直流電源装置は、自然エネルギーによる発電装置からの交流電力を直流電力に変換し、蓄電システムの電力バスラインに入力する。よってこの蓄電システムの電力は、商用電源及び自然エネルギーによる発電装置の２つの入力系統から供給される。

蓄電システムが備える充放電装置は、電力バスラインからの直流電力を複数の蓄電池に充電する制御が可能であり、また複数の蓄電池からの直流電力を電力バスラインに放電する制御が可能である。

電力バスラインは、電力の出力機構を備えており、商用電源、自然エネルギーによる発電装置、又は複数の蓄電池から供給される電力を負荷装置へ供給する。

制御装置は、第１直流電源装置及び第２直流電源装置の出力電圧がいずれも所定の低電圧検出電圧よりも高いことにより、両方の入力系統から電力が供給されていることを確認する。

また制御装置は、両方の入力系統からの電力供給が確認されたことを条件として、第１電圧設定手段により第２直流電源装置の出力電圧を定格電圧すなわち商用電源の電圧よりも高い電圧に設定する。この制御により第２直流電源装置を経由した自然エネルギーによる発電装置からの電力は電力バスラインへ供給され、第１直流電源装置を経由した商用電源からの電力は電力バスラインへ供給されない。

このように２つの入力系統の電圧を制御装置が制御することにより、どちらの入力系統からの電力を電力バスラインへ供給するかを切り替えることができる。そして自然エネルギーによる発電装置から電力バスラインへ電力が供給される場合には、制御装置は、負荷装置が必要とする電力を電力バスラインから負荷装置へ供給するとともに、余剰電力が生じた場合には以下の制御により一又は複数の蓄電池を充電する。

制御装置は、第２直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも高くなったときには、負荷装置の電力消費に対して自然エネルギーによる発電装置の発電量に余裕があると想定されることから、第１充電蓄電池増加手段により複数の蓄電池のうち充電を許可する蓄電池の数を１つ増加させる。そして充電を許可する一又は複数の蓄電池は、自然エネルギーによる発電装置からの電力により充電される。

電力が供給される蓄電池の数が１つ増加すると、その分だけ当該蓄電システムが消費する電力は増加することになる。それでもなお第２直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも高い場合には、負荷装置の電力消費に対して自然エネルギーによる発電装置の発電量に依然として余裕があると想定されることから、制御装置は充電を許可する蓄電池の数をさらに１つ増加させる。制御装置がこの制御を周期的に繰り返すことにより、当該蓄電システムは自然エネルギーによる発電装置が発電する電力量に応じて、負荷装置への十分な電力供給を確保しつつ蓄電池に充電することができる。

他方、自然エネルギーによる発電装置の発電量の低下、或いは上記の第１充電蓄電池増加手段によって、第２直流電源装置の出力電圧が定格電圧以下に低下する場合には、電力の供給が負荷装置の電力需要に追いつかなくなる可能性がある。このため制御装置は、第２直流電源装置の出力電圧が定格電圧以下に低下したときに、第１充電蓄電池減少手段により充電を許可する蓄電池の数を１つ減少させる。

充電を許可する蓄電池の数を１つ減少させると、その分だけ当該蓄電システムが消費する電力は減少することになる。それでもなお第２直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも低い場合には、制御装置は充電を許可する蓄電池の数をさらに１つ減少させる。制御装置がこの制御を周期的に繰り返すことにより、当該蓄電システムは自然エネルギーによる発電装置が発電する電力量に応じて、負荷装置への十分な電力供給を確保しつつ蓄電池に充電することができる。

そして第１充電蓄電池減少手段により充電を許可する蓄電池の数がゼロになったとき、制御装置は、自然エネルギーによる発電装置による発電量が不十分であると判断し、第２電圧設定手段により第２直流電源装置の出力電圧を定格電圧よりも低い電圧に設定する。この制御により第１直流電源装置を経由した商用電源からの電力は電力バスラインへ供給され、第２直流電源装置を経由した自然エネルギーによる発電装置からの電力は電力バスラインへ供給されない。よって自然エネルギーによる発電装置が発電量以上の電力を要求されて運転停止に陥る状態を回避することができる。

これらの制御により制御装置は、自然エネルギーによる発電装置から受電した電力を負荷装置へ供給した上で、電力の余剰が生じた場合にはその出力に応じた数の蓄電池に充電し、電力が不足する場合には入力系統を商用電源に切り替える。

上述の構成により本発明の蓄電池システムは、複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池の数を増減調整することによって自然エネルギーによる発電装置の発電量を判断し、その発電量が不十分である場合には入力系統を商用電源に切り替える制御を行う。このため本発明の蓄電システムは、蓄電池システムの外部に発電量を計測する装置を別途設ける必要がない。

これにより本発明の第１の態様によれば、既設の発電システムとの連係において、システム内で完結した入力系統の制御が可能な蓄電システムを提供することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記制御装置は、前記第１充電蓄電池減少手段によって前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、前記第２直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧よりも高いことを条件として、前記第１充電蓄電池増加手段の処理周期を長くする、蓄電システムである。

制御装置は、第２直流電源装置の出力電圧が定格電圧以下に低下した場合に、負荷装置及び充電を許可する一又は複数の蓄電池で消費される電力が自然エネルギーによる発電装置の発電量を上回ると想定されることから、充電を許可する蓄電池を１つ減少させ消費電力を減少させる。このとき第２直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも高くなれば、そのときの充電を許可する蓄電池の数が発電量に対して最適な数ということになる。

一方、自然エネルギーによる発電装置の発電量は、時間の経過とともに変化するものの、比較的に長い周期でゆっくりと変化する場合が多い。そのため充電を許可する蓄電池の数が最適な数に設定された直後にその数を再び増加させると、第２直流電源装置の出力電圧が定格電圧以下に再び低下し、それによって充電を許可する蓄電池の数を再び減少させることを一定の処理周期で延々と繰り返す状態になってしまう虞が生ずる。その結果、自然エネルギーによる発電装置からの電力供給を再開した直後に、発電量不足により電力供給が停止するという状態を繰り返す虞が生ずることとなり、それによって自然エネルギーによる発電装置は発電が可能にも関わらず、電力供給ができない状態となる事態が頻発する虞が生ずる。

そこで制御装置は、第１充電蓄電池減少手段によって複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、第２直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも高いことを条件として、第１充電蓄電池増加手段の処理周期を長くする。それによって充電を許可する蓄電池の数の増加と減少を一定の処理周期で延々と繰り返す状態になってしまう虞を低減することができるので、自然エネルギーによる発電装置は発電が可能にも関わらず、電力供給ができない状態となる事態が頻発する虞を低減することができる。

これにより本発明の第２の態様によれば、前述した本発明の第１の態様による作用効果に加え、自然エネルギーによる発電装置は発電が可能にも関わらず、電力供給ができない状態となる事態が頻発する虞を低減することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１又は２の態様において、自然エネルギーを利用して発電する装置から電力を受電して前記電力バスラインへ直流電力を出力する第３直流電源装置を備え、前記制御装置は、前記第３直流電源装置の出力電圧が前記低電圧検出電圧より高く、かつ前記第１充電蓄電池減少手段によって充電を許可する蓄電池の数がゼロになったことを条件として、前記第３直流電源装置の出力電圧を前記定格電圧よりも高い電圧に設定する第３電圧設定手段と、前記第３直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧よりも高いことを条件として、前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ増加させる第２充電蓄電池増加手段と、前記第３直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧以下に低下したことを条件として、前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させる第２充電蓄電池減少手段と、前記第２充電蓄電池減少手段によって前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、充電を許可する蓄電池の数がゼロになったことを条件として、前記第３直流電源装置の出力電圧を前記定格電圧よりも低い電圧に設定する第４電圧設定手段と、を含む、蓄電システムである。

蓄電システムが備える第３直流電源装置は、自然エネルギーによる発電装置からの交流電力を直流電力に変換し、蓄電システムの電力バスラインに入力する。よってこの蓄電システムの電力は、商用電源及び２つの自然エネルギーによる発電装置の計３つの入力系統から供給される。

第１充電蓄電池減少手段により充電を許可された蓄電池の数がゼロになったとき、制御装置は、第２直流電源装置を経由した自然エネルギーによる発電装置の発電量が不十分であると判断し、次の手順により入力系統を第３直流電源装置に切り替える制御を行う。

制御装置は、第３直流電源装置の出力電圧が所定の低電圧検出電圧よりも高いことにより、第３直流電源装置の入力系統から電力が供給されていることを確認する。

また制御装置は、両方の入力系統からの電力供給が確認されたことを条件として、第３電圧設定手段により第３直流電源装置の出力電圧を定格電圧すなわち商用電源の電圧よりも高い電圧に設定する。この制御により第３直流電源装置を経由した自然エネルギーによる発電装置からの電力は電力バスラインへ供給され、第１直流電源装置を経由した商用電源からの電力は電力バスラインへ供給されない。

さらに制御装置は、第３直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも高くなったときには、負荷装置の電力消費に対して自然エネルギーによる発電装置の発電量に余裕があると想定されることから、第２充電蓄電池増加手段により複数の蓄電池のうち充電を許可する蓄電池の数を１つ増加させる。そして充電を許可する一又は複数の蓄電池は、自然エネルギーによる発電装置からの電力により充電される。

電力が供給される蓄電池の数が１つ増加すると、その分だけ当該蓄電システムが消費する電力は増加することになる。それでもなお第３直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも高い場合には、負荷装置の電力消費に対して自然エネルギーによる発電装置の発電量に依然として余裕があると想定されることから、制御装置は充電を許可する蓄電池の数をさらに１つ増加させる。制御装置がこの制御を周期的に繰り返すことにより、当該蓄電システムは自然エネルギーによる発電装置が発電する電力量に応じて、負荷装置への十分な電力供給を確保しつつ蓄電池に充電することができる。

他方、自然エネルギーによる発電装置の発電量の低下、或いは上記の第２充電蓄電池増加手段によって、第３直流電源装置の出力電圧が定格電圧以下に低下する場合には、電力の供給が負荷装置の電力需要に追いつかなくなる可能性がある。このため制御装置は、第３直流電源装置の出力電圧が定格電圧以下に低下したときに、第２充電蓄電池減少手段により充電を許可する蓄電池の数を１つ減少させる。

充電を許可する蓄電池の数を１つ減少させると、その分だけ当該蓄電システムが消費する電力は減少することになる。それでもなお第３直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも低い場合には、制御装置は充電を許可する蓄電池の数をさらに１つ減少させる。制御装置がこの制御を周期的に繰り返すことにより、当該蓄電システムは自然エネルギーによる発電装置が発電する電力量に応じて、負荷装置への十分な電力供給を確保しつつ蓄電池に充電することができる。

そして第２充電蓄電池減少手段により充電を許可する蓄電池の数がゼロになったとき、制御装置は、自然エネルギーによる発電装置による発電量が不十分であると判断し、第４電圧設定手段により第３直流電源装置の出力電圧を定格電圧よりも低い電圧に設定する。この制御により第１直流電源装置を経由した商用電源からの電力は電力バスラインへ供給され、第３直流電源装置を経由した自然エネルギーによる発電装置からの電力は電力バスラインへ供給されない。よって自然エネルギーによる発電装置が発電量以上の電力を要求されて運転停止に陥る状態を回避することができる。

また当該蓄電システムは、商用電源以外に複数の入力系統を備え、入力系統ごとに独立した給電路により電力が供給されるため、各入力系統の交流電力の位相等を整合させる必要がない。その上で制御装置は、第２直流電源装置又は第３直流電源装置の出力電圧を各々調整することにより各入力系統と連系制御することが可能となる。

これにより本発明の第３の態様によれば、前述した本発明の第１又は２の態様による作用効果に加え、商用電源以外の複数の入力系統を備える冗長系を構成することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第３の態様において、前記制御装置は、前記第２充電蓄電池減少手段によって前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、前記第３直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧よりも高いことを条件として、前記第２充電蓄電池増加手段の処理周期を長くする、蓄電システムである。

制御装置は、第３直流電源装置の出力電圧が定格電圧以下に低下した場合に、負荷装置及び充電を許可する一又は複数の蓄電池で消費される電力が自然エネルギーによる発電装置の発電量を上回ると想定されることから、充電を許可する蓄電池を１つ減少させ消費電力を減少させる。このとき第３直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも高くなれば、そのときの充電を許可する蓄電池の数が発電量に対して最適な数ということになる。

一方、自然エネルギーによる発電装置の発電量は、時間の経過とともに変化するものの、比較的に長い周期でゆっくりと変化する場合が多い。そのため充電を許可する蓄電池の数が最適な数に設定された直後にその数を再び増加させると、第３直流電源装置の出力電圧が定格電圧以下に再び低下し、それによって充電を許可する蓄電池の数を再び減少させることを一定の処理周期で延々と繰り返す状態になってしまう虞が生ずる。その結果、自然エネルギーによる発電装置からの電力供給を再開した直後に、発電量不足により電力供給が停止するという状態を繰り返す虞が生ずることとなり、それによって自然エネルギーによる発電装置は発電が可能にも関わらず、電力供給ができない状態となる事態が頻発する虞が生ずる。

そこで制御装置は、第２充電蓄電池減少手段によって複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、第３直流電源装置の出力電圧が定格電圧よりも高いことを条件として、第２充電蓄電池増加手段の処理周期を長くする。それによって充電を許可する蓄電池の数の増加と減少を一定の処理周期で延々と繰り返す状態になってしまう虞を低減することができるので、自然エネルギーによる発電装置は発電が可能にも関わらず、電力供給ができない状態となる事態が頻発する虞を低減することができる。

これにより本発明の第４の態様によれば、前述した本発明の第３の態様による作用効果に加え、自然エネルギーによる発電装置は発電が可能にも関わらず、電力供給ができない状態となる事態が頻発する虞を低減することができるという作用効果が得られる。

本発明によれば、既設の発電システムと蓄電システムとの連系において、システム内で完結した入力系統の制御が可能な蓄電システムを提供できるという作用効果が得られる。

本発明の第１実施例に係る蓄電システム１の構成を示すブロック図である。本発明の第１実施例に係る蓄電システム１の制御を示すフローチャートである。本発明の第２実施例に係る蓄電システム１の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施例に係る蓄電システム１の制御を示すフローチャートである。本発明の第２実施例に係る蓄電システム１の制御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ながら説明する。
＜第１実施例＞
図１は、本発明の第１実施例に係る蓄電システム１の構成を示すブロック図である。

蓄電システム１は、商用電源２から商用交流電力を受電するとともに、太陽光発電装置３から太陽光ＰＣＳ４を介して商用電源２とは独立した給電路により交流電力を受電する。また蓄電システム１は、負荷装置５と接続され負荷装置５に交流電力を供給する。

蓄電システム１は、「第１直流電源装置」としての第１ＡＣ−ＤＣコンバータ１１、「第２直流電源装置」としての第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２、電力バスライン１３、充放電装置１４、Ｎ個の蓄電池Ｂ１〜ＢＮ、ＤＣ−ＡＣインバータ１５、制御装置１６を備える。

第１ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は、商用電源２から受電した商用交流電力を直流電力に変換して電力バスライン１３に供給する。また第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２は、太陽光発電装置３が発電した直流電力を太陽光ＰＣＳ４が交流電力に変換し送電する交流電力を受電し、その交流電力を直流電力に変換して電力バスライン１３に供給する。

充電装置１４は、電力バスライン１３からの直流電力を受電し、その直流電力により複数の蓄電池Ｂ１〜ＢＮを個別に充電する制御を行う。また充電装置１４は、電力バスライン１３へ複数の蓄電池Ｂ１〜ＢＮから個別に放電する制御を行う。

ＤＣ−ＡＣインバータ１５は、電力バスライン１３からの直流電力を交流電力に変換し、蓄電システム１に接続された負荷装置５に交流電力を供給する。

制御装置１６は、公知のマイコン制御回路であり、蓄電システムが備える全ての構成要素と接続されており（図示せず）、接続先の情報を取得するとともに、それらの動作を制御する。

制御装置１６は、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧を昇圧または降圧することにより、電力供給を受ける入力系統を制御することができる。すなわち第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧を定格電圧よりも高くすることにより、太陽光発電装置３が発電する電力を受電することができる。他方、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧を定格電圧よりも低くすることにより、商用電源２の電力を受電することができる。

このため制御装置１６は、太陽光発電装置３が十分な電力を発電している場合には、太陽光発電装置３が発電する電力を受電し、太陽光発電装置３が十分な電力を発電していない場合には、商用電源２の電力を受電する。

これにより蓄電システム１は、できるだけ太陽光発電装置３からの電力を受電することにより商用電力の購入を抑制し、太陽光発電装置３の発電電力が不十分であれば商用電源２の入力系統に切り替えることで、電力供給の不安定性を解消することができる。また、太陽光発電装置３の発電電力が十分であれば、その発電量に応じた数の複数の蓄電池Ｂ１〜ＢＮに電力を供給し充電することができる。

図２は、本発明の第１実施例に係る蓄電システム１の制御を示すフローチャートである。以下、同フローチャートに沿って、制御装置１６が行う太陽光発電装置３の発電量の推定、入力系統の制御、及び複数の蓄電池Ｂ１〜ＢＮの制御等について説明する。

蓄電システム１は、商用電源２と接続されることにより図２に示す入力系統制御手順をスタートさせる。まず蓄電システム１は、商用電源２から商用交流電力を受電する（ステップＳ１）。このとき第１ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は、蓄電システム１が受電した交流電力を直流電力に変換し、電力バスライン１３に供給する。電力バスライン１３に供給された直流電力は、ＤＣ−ＡＣインバータ１５に供給される。ＤＣ−ＡＣインバータ１５は、電力バスライン１３から供給された直流電力を交流電力に変換し、蓄電システム１の外部に接続された負荷装置５に供給する。このように蓄電システム１は、まず商用電源の電力供給により起動し、負荷装置５へ電力を供給する。

つづいて以降の発電量推定のための初期化処理として、充電を許可する蓄電池の数ｎを１に設定する（ステップＳ２）。

つづいて第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧Ｖ２が所定の低電圧検出電圧ＶＬよりも高いか否かを判定する（ステップＳ３）。それによって太陽光発電装置３が発電状態にあるか否かを判断する。

第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が所定の低電圧検出電圧ＶＬ以下である場合には（ステップＳ３でＮｏ）、太陽光発電装置３が発電状態にないと判断し、太陽光発電装置３が発電状態になるまで商用電源２からの電力で蓄電システム１を稼働させる。

第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が所定の低電圧検出電圧ＶＬよりも高い場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、太陽光発電装置３が発電状態にあると判断し、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２を定格電圧、すなわち第１ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧よりも高い電圧に設定する（ステップＳ４：第１電圧設定手段）。

つづいて第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧より高いか否かを判定する（ステップＳ５）。第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧よりも高い場合には、太陽光発電装置３が発電する電力が電力バスライン１３へ供給されることになる。このとき太陽光発電装置３の発電量は、負荷装置５及び充電を許可する１つの蓄電池に供給され消費される電力よりも多いことになる。そこで第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧より高い場合には（ステップＳ５でＹｅｓ）、充電を許可する蓄電池の数ｎを１増加させ（ステップＳ６：第１充電蓄電池増加手段）、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２と定格電圧とを再度比較する（ステップＳ５）。このように第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧よりも高い間、ステップＳ５とステップＳ６を交互に繰り返すことにより、太陽光発電装置３が発電する電力の余剰分だけ蓄電池Ｂ１〜ＢＮの充電に利用する。

充電する蓄電池を１つずつ増加していくことにより、複数の蓄電池Ｂ１〜ＢＮ及び負荷装置５で消費される電力量が太陽光発電装置３の発電量を上回ったとき、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧以下に低下する（ステップＳ５でＮｏ）。また太陽光発電装置３の発電量が不十分なとき、又は蓄電システム１の運転中に太陽光発電装置３の発電量が低下したときにも、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧以下に低下する（ステップＳ５でＮｏ）。

このようなことから第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧以下に低下した場合には（ステップＳ５でＮｏ）、充電を許可する蓄電池の数ｎを１減少させ（ステップＳ７：第１充電蓄電池減少手段）、充電によって消費される電力の負荷を減少させる。

つづいて充電を許可する蓄電池の数ｎがゼロになったか否かを判定する（ステップＳ８）。充電を許可する蓄電池の数ｎがゼロになった場合（ステップＳ８でＹｅｓ）、太陽光発電装置３の発電量が負荷装置５で消費される電力量と同等又はそれ以下となるため、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２を定格電圧以下に設定する（ステップ１１：第２電圧設定手段）。これにより太陽光発電装置３が発電する電力は電力バスライン１３へ供給されず、商用電源２の電力が電力バスライン１３へ供給されることになる。したがって発電量の不足により負荷装置５へ十分な電力を供給できなくなる状態を回避することができる。

他方、充電を許可する蓄電池の数ｎを１減少させた後、ｎがゼロでない場合には（ステップＳ８でＮｏ）、再度第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧より高いか否かを判定する（ステップＳ９）。このように第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧よりも低い間、ステップＳ７〜Ｓ９の手順を繰り返すことにより、太陽光発電装置３が発電できる電力の余剰分だけ蓄電池Ｂ１〜ＢＮの充電に利用する。

充電を許可する蓄電池の数ｎを１減少させた後（ステップＳ７）、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧より高い場合には（ステップＳ９でＹｅｓ）、太陽光発電装置３が発電する電力から負荷装置５で消費される電力を差し引いた残りの電力でできるだけ多くの蓄電池を充電でき、そのときの充電を許可する蓄電池の数ｎが発電量に対して最適な数ということになる。

一方、太陽光発電装置３の発電量は時間の経過とともに変化するものの、比較的に長い周期でゆっくりと変化する場合が多い。そのため充電を許可する蓄電池の数ｎが最適な数に設定された直後にその数を再び増加させると、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧以下に再び低下し、それによって充電を許可する蓄電池の数ｎを再び減少させることを一定の処理周期で延々と繰り返す状態になってしまう虞が生ずる。その結果、太陽光発電装置３からの電力供給を再開した直後に、発電量不足により太陽光発電装置３からの電力供給が停止するという状態を繰り返す虞が生ずることとなり、それによって太陽光発電装置３は発電が可能にも関わらず、電力供給ができない状態となる事態が頻発する虞が生ずる。

そこで第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が定格電圧より高い場合には（ステップＳ９でＹｅｓ）、一定の待機時間を設けることにより（ステップＳ１０）、充電を許可する蓄電池の数を増減調整する処理周期を長くする。それによって太陽光発電装置３が持続的に電力供給できるよう更新周期を制御することができる。そして待機時間後に太陽光発電装置３の発電量が増加した場合には（ステップＳ５でＹｅｓ）、充電を許可する蓄電池の数ｎを増加させ（ステップＳ６）、太陽光発電装置３の発電量が減少した場合には（ステップＳ５でＮｏ）、充電を許可する蓄電池の数ｎを減少させる（ステップＳ７）。

以上のように蓄電システム１は、太陽光発電装置３の発電量に応じて充電を許可する蓄電池の数ｎを増減調整し、発電量に余剰がある場合には太陽光発電装置３から供給される電力を受電し、発電量に余剰がない場合には商用電源から供給される電力を受電する。

これにより本発明の第１実施例に係る蓄電システム１は、既設の発電システムとの連係において、蓄電システム１の外部に発電量を計測する装置等を別途設ける必要がなく、システム内で完結した入力系統の制御が可能となる。

＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例の蓄電システムは、商用電源以外の入力系統を複数備えている点が第１実施例の蓄電システムと異なる。以下、第１実施例と異なる部分について説明することとし、第１実施例と共通する構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図３は、本発明の第２実施例に係る蓄電システム１の構成を示すブロック図である。蓄電システム１は、風力発電装置６から風力ＰＣＳ７を介して交流電力を受電する。

また蓄電システム１は、「第３直流電源装置」としての第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７を備える。第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７は、風力発電装置６が発電した直流電力を風力ＰＣＳ７が交流電力に変換し送電する交流電力を受電し、その交流電力を直流電力に変換して電力バスライン１３に供給する。

制御装置１６は、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２を昇圧または降圧することにより、或いは第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３を昇圧または降圧することにより、電力供給を受ける入力系統を制御することができる。すなわち第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２を定格電圧よりも高くすることにより、太陽光発電装置３が発電する電力を受電することができる。また第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３を定格電圧よりも高くすることにより、風力発電装置６が発電する電力を受電することができる。他方、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２及び第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３を定格電圧よりも低くすることにより、商用電源２の電力を受電することができる。

このため制御装置１６は、太陽光発電装置３が十分な電力を発電している場合には、太陽光発電装置３が発電する電力を受電する。他方、制御装置１６は、太陽光発電装置３が十分な電力を発電していない場合には、風力発電装置６が十分な電力を発電しているときは風力発電装置６が発電する電力を受電し、風力発電装置６も十分な電力を発電していないときは商用電源２の電力を受電する。

つまり本実施例では、太陽光発電装置３が十分な電力を発電していない場合において、風力発電装置６が十分な電力を発電しているときに、以下の手順により風力発電装置６が発電する電力により蓄電システム１を運転する。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第２実施例に係る蓄電システム１の制御を示すフローチャートである。以下、同フローチャートに沿って、制御装置１６が行う風力発電装置６の発電量の推定、入力系統の制御、及び複数の蓄電池Ｂ１〜ＢＮの制御等について説明する。

図４ＡのステップＳ２１〜３０の手順については、第1実施例のステップＳ１〜Ｓ１０（図２）と同じ手順であるため、詳細な説明を省略する。
本発明の第２実施例に係る蓄電システム１は、第２ＡＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ２が所定の低電圧検出電圧ＶＬを下回る場合（ステップＳ２３でＮｏ）、及び充電を許可する蓄電池の数ｎが０となった場合（ステップＳ２８でＹｅｓ）の制御が本発明の第１実施例と異なる。すなわち本発明の第２実施例に係る蓄電システム１においては、太陽光発電装置３が発電状態にないか、発電していても発電量が負荷装置５で消費される電力量と同等又はそれ以下となる場合に、入力系統を太陽光発電装置３から風力発電装置６へ切り替える。

より具体的にはまず以降の発電量推定のための初期化処理として、充電を許可する蓄電池の数ｎを１に設定する（ステップＳ３１）。つづいて第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が所定の低電圧検出電圧ＶＬよりも高いか否かを判定する（ステップＳ３２）。それによって風力発電装置６が発電状態にあるか否かを判断する。

第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が所定の低電圧検出電圧ＶＬ以下である場合には（ステップＳ３２でＮｏ）、風力発電装置６が発電状態にないと判断する。そして第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３を定格電圧以下に設定する（ステップＳ４０：第４電圧設定手段）。これにより風力発電装置６が発電する電力は、電力バスライン１３へ供給されず、商用電源２の電力が電力バスライン１３へ供給されることになる。

他方、第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が所定の低電圧検出電圧ＶＬよりも高い場合には（ステップＳ３２でＹｅｓ）、風力発電装置６が発電状態にあると判断し、第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３を定格電圧よりも高い電圧に設定する（ステップＳ３３：第３電圧設定手段）。

つづいて第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧より高いか否かを判定する（ステップＳ３４）。第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧よりも高い場合には、風力発電装置６が発電する電力が電力バスライン１３へ供給されることになる。このとき風力発電装置６の発電量は、負荷装置５及び充電を許可する１つの蓄電池に供給され消費される電力よりも多いことになる。そこで第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧より高い場合には（ステップＳ３４でＹｅｓ）、充電を許可する蓄電池の数ｎを１増加させ（ステップＳ３５：第２充電蓄電池増加手段）、第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３と定格電圧とを再度比較する（ステップＳ３４）。このように第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧よりも高い間、ステップＳ３４とステップＳ３５を交互に繰り返すことにより、風力発電装置６が発電する電力の余剰分だけ蓄電池Ｂ１〜ＢＮの充電に利用する。

充電する蓄電池を１つずつ増加していくことにより、複数の蓄電池Ｂ１〜ＢＮ及び負荷装置５で消費される電力量が風力発電装置６の発電量を上回ったとき、第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧以下に低下する（ステップＳ３４でＮｏ）。また風力発電装置６の発電量が不十分なとき、又は蓄電システム１の運転中に風力発電装置６の発電量が低下したときにも、第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧以下に低下する（ステップＳ３４でＮｏ）。

このようなことから第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧以下に低下した場合には（ステップＳ３４でＮｏ）、充電を許可する蓄電池の数ｎを１減少させ（ステップＳ３６：第２充電蓄電池減少手段）、充電によって消費される電力の負荷を減少させる。

つづいて充電を許可する蓄電池の数ｎがゼロになったか否かを判定する（ステップＳ３７）。充電を許可する蓄電池の数ｎがゼロになった場合（ステップＳ３７でＹｅｓ）、風力発電装置６の発電量が負荷装置５で消費される電力量と同等又はそれ以下となるため、第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３を定格電圧以下に設定する（ステップＳ４０：第４電圧設定手段）。これにより風力発電装置６が発電する電力は電力バスライン１３へ供給されず、商用電源２の電力が電力バスライン１３へ供給されることになる。したがって発電量の不足により負荷装置５へ十分な電力を供給できなくなる状態を回避することができる。

他方、充電を許可する蓄電池の数ｎを１減少させた後、ｎがゼロでない場合には（ステップＳ３７でＮｏ）、再度第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧より高いか否かを判定する（ステップＳ３８）。このように第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧よりも低い間、ステップＳ３６〜Ｓ３８の手順を繰り返すことにより、風力発電装置６が発電できる電力の余剰分だけ蓄電池Ｂ１〜ＢＮの充電に利用する。

充電を許可する蓄電池の数ｎを１減少させた後（ステップＳ３６）、第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧より高い場合には（ステップＳ３８でＹｅｓ）、風力発電装置６が発電する電力から負荷装置５で消費される電力を差し引いた残りの電力でできるだけ多くの蓄電池を充電でき、そのときの充電を許可する蓄電池の数ｎが発電量に対して最適な数ということになる。

一方、風力発電装置６の発電量は時間の経過とともに変化するものの、比較的に長い周期でゆっくりと変化する場合が多い。そのため充電を許可する蓄電池の数ｎが最適な数に設定された直後にその数を再び増加させると、第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧以下に再び低下し、それによって充電を許可する蓄電池の数ｎを再び減少させることを一定の処理周期で延々と繰り返す状態になってしまう虞が生ずる。その結果、風力発電装置６からの電力供給を再開した直後に、発電量不足により風力発電装置６からの電力供給が停止するという状態を繰り返す虞が生ずることとなり、それによって風力発電装置６は発電が可能にも関わらず、電力供給ができない状態となる事態が頻発する虞が生ずる。

そこで第３ＡＣ−ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が定格電圧より高い場合には（ステップＳ３８でＹｅｓ）、一定の待機時間を設けることにより（ステップＳ３９）、充電を許可する蓄電池の数を増減調整する処理周期を長くする。それによって風力発電装置６が持続的に電力供給できるよう更新周期を制御することができる。そして待機時間後に風力発電装置６の発電量が増加した場合には（ステップＳ３４でＹｅｓ）、充電を許可する蓄電池の数ｎを増加させ（ステップＳ３５）、風力発電装置６の発電量が減少した場合には（ステップＳ３４でＮｏ）、充電を許可する蓄電池の数ｎを減少させる（ステップＳ３６）。

以上のように蓄電システム１は、風力発電装置６の発電量に応じて充電を許可する蓄電池の数ｎを増減調整し、発電量に余剰がある場合には風力発電装置６から供給される電力を受電し、発電量に余剰がない場合には商用電源から供給される電力を受電する。

これにより本発明の第２実施例に係る蓄電システム１は、既設の発電システムとの連係において、蓄電システム１の外部に発電量を計測する装置等を別途設ける必要がなく、システム内で完結した入力系統の制御が可能となる。また、太陽光発電装置３の発電量が不十分である場合にも、風力発電装置６の発電量が十分であれば、商用電力の消費を抑制でき電力費用の軽減が可能である。

さらに本発明の第２実施例に係る蓄電システム１は、太陽光発電装置３と風力発電装置６との入力系統の切り替えにおいて、それぞれ独立した給電路で電力を受電するため、商用電源２の電力と同一の周波数及び位相に整合に整合する必要がない。このため停電時に太陽光発電装置３及び風力発電装置６の２つの各入力系統のＰＣＳを自立運転モードに移行させても、入力系統間で電位差が生じて支障をきたす虞がない。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施例では、自然エネルギーを利用して発電する装置として、太陽光発電装置や風力発電装置を例示しているが、地熱発電や潮汐発電等のその他の発電装置であってもよい。また上記第２実施例では、自然エネルギーを利用して発電する複数の発電装置からの電力供給の順序を交換可能としてもよいし、それらの複数の発電装置からの電力を常に同時に受電する構成としてもよい。

１蓄電システム
２商用電源
３太陽光発電装置
４太陽光ＰＣＳ
５負荷装置
６風力発電装置
７風力ＰＣＳ
１１第１ＡＣ−ＤＣコンバータ
１２第２ＡＣ−ＤＣコンバータ
１３電力バスライン
１４充放電装置
１５ＤＣ−ＡＣインバータ
１６制御装置
１７第３ＡＣ−ＤＣコンバータ
Ｂ１〜ＢＮ蓄電池

Claims

負荷装置へ直流電源を供給する電力バスラインと、
商用交流電力を受電して前記電力バスラインへ定格電圧の直流電圧を出力する第１直流電源装置と、
自然エネルギーを利用して発電する装置から電力を受電して前記電力バスラインへ直流電力を出力する第２直流電源装置と、
前記電力バスラインの直流電力で複数の蓄電池を充電し、前記複数の蓄電池の電力を前記電力バスラインへ放電する充放電装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第１直流電源装置及び前記第２直流電源装置の出力電圧がいずれも低電圧検出電圧より高い電圧であることを条件として、前記第２直流電源装置の出力電圧を前記定格電圧よりも高い電圧に設定する第１電圧設定手段と、
前記第２直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧よりも高いことを条件として、前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ増加させる第１充電蓄電池増加手段と、
前記第２直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧以下に低下したことを条件として、前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させる第１充電蓄電池減少手段と、
前記第１充電蓄電池減少手段によって前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、充電を許可する蓄電池の数がゼロになったことを条件として、前記第２直流電源装置の出力電圧を前記定格電圧よりも低い電圧に設定する第２電圧設定手段と、を含む、蓄電システム。
請求項１に記載の蓄電システムにおいて、前記制御装置は、前記第１充電蓄電池減少手段によって前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、前記第２直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧よりも高いことを条件として、前記第１充電蓄電池増加手段の処理周期を長くする、蓄電システム。
請求項１又は２に記載の蓄電システムにおいて、自然エネルギーを利用して発電する装置から電力を受電して前記電力バスラインへ直流電力を出力する第３直流電源装置を備え、
前記制御装置は、前記第３直流電源装置の出力電圧が前記低電圧検出電圧より高く、かつ前記第１充電蓄電池減少手段によって充電を許可する蓄電池の数がゼロになったことを条件として、前記第３直流電源装置の出力電圧を前記定格電圧よりも高い電圧に設定する第３電圧設定手段と、
前記第３直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧よりも高いことを条件として、前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ増加させる第２充電蓄電池増加手段と、
前記第３直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧以下に低下したことを条件として、前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させる第２充電蓄電池減少手段と、
前記第２充電蓄電池減少手段によって前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、充電を許可する蓄電池の数がゼロになったことを条件として、前記第３直流電源装置の出力電圧を前記定格電圧よりも低い電圧に設定する第４電圧設定手段と、を含む、蓄電システム。
請求項３に記載の蓄電システムにおいて、前記制御装置は、前記第２充電蓄電池減少手段によって前記複数の蓄電池の充電を許可する蓄電池を１つ減少させたときに、前記第３直流電源装置の出力電圧が前記定格電圧よりも高いことを条件として、前記第２充電蓄電池増加手段の処理周期を長くする、蓄電システム。