JP6829336B1 - 電力供給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】既設発電システムの大幅な改造を伴わずに、交流系統側への供給及び直流系統側への供給を任意に切り替えることができる電力供給システムを提供する。【解決手段】電力供給システム100は、管理されたエリアにおいて、所定電圧の直流電流を供給する直流電源装置10(例えば、太陽光発電モジュール)と、直流電源装置10からの出力を合成する接続箱11と、接続箱11から出力された電流を変換し、交流電流を供給する系統連系インバータ22を備えた電力供給システムであって、接続箱11と系統連系インバータ22の間に、管理装置80からの切替信号に基づいて交流電流の供給系統と直流電流の供給系統を切り替える切替器50を設ける。【選択図】図1

Description

本発明は、電力供給システムに関する。
ある地域の既設の太陽光発電設備については、FIT(再生可能エネルギーの固定価格買取制度)の契約で定められた10年間の電力系統への売電期間が順次終了する。売電期間終了後の太陽光発電設備の運用が望まれていた。
化石燃料価格の高騰、環境への配慮、地球温暖化防止などを背景に、大容量の蓄電池を搭載したプラグインハイブリッド電動車両、ピュア電動車両が注目され、その市場が急激に拡大している。この傾向がさらに加速するものと予測されている。
特開2015−61439号公報
特許文献1に示す電気自動車用急速充電設備においては、太陽光発電モジュールが発電した直流電力を、発電装置用DC/DC変換器動力回路を介して所定の直流電圧に変換して直流バスに供給しており、交流系統への売電については直接的な記述は見当たらない。
FITの契約での太陽光発電設備は、一般に交流系統に売電のために供給している。このため、発明者らは、例えば、太陽光発電の発電電力を自家消費等する場合、既設発電システムの大幅な改造を伴わずに、交流系統側への供給及び直流系統側への供給を任意に切り替えることが困難という課題に直面した。
他方、既存の太陽光発電設備の有効活用を図るため、地域内での自家消費型への電力供給に切り替えて運用することが望まれていた。
本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、既設発電システムの大幅な改造を伴わずに、交流系統側への供給及び直流系統側への供給を任意に切り替えることができる電力供給システムを提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明の電力供給システムは、管理されたエリアにおいて、所定電圧の直流電流を供給する直流電源装置(例えば、太陽光発電モジュール)と、直流電源装置からの出力を合成する接続箱と、接続箱から出力された電流を変換し、交流電流を供給する系統連系インバータを備えた電力供給システムであって、接続箱と系統連系インバータの間に、管理装置からの、直流電源装置の出力の運用に応じて生成する切替信号に基づいて交流電流の供給系統と直流電流の供給系統を切り替える切替部を設け、切替部の一方には、直流電源装置の接続箱が接続され、切替部の他方には系統連系インバータと直流線が切り替え可能に接続されており、切替部は、系統連系インバータと直流線の切り替えを指示する切替信号の入力部を備え、直流線の切替部側から順にDC/DCコンバータ及び直流負荷が接続されており、切替信号は、直流線の接続装置を介して電動移動体が直流線に物理的接続されたときに、管理装置が電動移動体に予め付与された識別情報を取得して、識別情報が直流線に電気的接続可能な登録情報と判別したときに電動移動体に非走行モードを設定し、直流線に切り替える指令であることを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
本発明によれば、既設発電システムの大幅な改造を伴わずに、交流系統側への供給及び直流系統側への供給を任意に切り替えることができる。
第1実施形態に係る管理エリアの電力供給システムの構成を示す図である。 第2実施形態に係る管理エリアの電力供給システムの構成を示す図である。 第2実施形態に係る電力供給システムの系統切替方法の一例を示す図である。 第3実施形態に係る管理エリアの電力供給システムの構成を示す図である。 既存の太陽光発電システムのタイプT1の構成を示す図である。 既存の太陽光発電システムのタイプT2の構成を示す図である。 実施形態に係る電力供給システムの直流線の詳細を示す図である。 実施形態に係る電動移動体の充電モードの構成を示す図である。 実施形態に係る電動移動体の走行モードの構成を示す図である。
まず、最初に既存の太陽光発電システムの構成例を図5及び図6を参照して説明する。
図5は、既存の太陽光発電システムのタイプT1の構成を示す図である。図6は、既存の太陽光発電システムのタイプT2の構成を示す図である。
図5に示すタイプT1は、高圧系統に連系するタイプである。直流電源装置10(例えば、太陽光発電モジュール)は、直流電源装置10からの出力を合成する接続箱11を介してパワーコンディショナ20に接続されている。パワーコンディショナ20は、商用昇圧トランス30を介して高圧の交流の商用系統1(例えば、6600V系統)に連系されている。パワーコンディショナ20は、昇圧用のDC/DCコンバータ21と系統連系インバータ22とを有している。なお、電圧の種別は、電気設備技術基準の第2条による。
図6に示すタイプT2は、低圧系統に連系するタイプである。直流電源装置10は、接続箱11を介してパワーコンディショナ20に接続されている。パワーコンディショナ20は、系統連系インバータ22と商用絶縁トランス23とを有し、低圧の交流の商用系統1A(例えば、200V系統)に連系されている。
すなわち、タイプT1は、昇圧用のDC/DCコンバータ21を内蔵するタイプであり、タイプT2は、DC/DCコンバータ21を持たないタイプである。
太陽光発電システムでは、最大電力点追従制御(MPPT)が実施されている。MPPTとは、太陽電池が発電する時に出力を最大化できる最適な電流×電圧の積(最大電力点、あるいは最適動作点)を自動で求めることができる制御装置のことである。太陽電池は設置場所や天候により最適動作点が変動するが、MPPTにより自動的に最大出力を得ることが可能となる。
最大電力点追従制御は、タイプT1ではDC/DCコンバータ21、タイプT2では系統連系インバータ22が担う。また、タイプT1でも低電圧時は系統連系インバータ22でMPPT制御するケースもある。
以下で、前記で説明した既設発電システムの大幅な改造を伴わずに、交流系統側への供給及び直流系統側への供給を任意に切り替えることができる電力供給システムについて説明する。
本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
<<第1実施形態>>
図1は、第1実施形態に係る管理エリアの電力供給システム100の構成を示す図である。図1は、図5と比較して、接続箱11とパワーコンディショナ20との間に切替器50(切替部)を設けている。本実施形態において、直流電源装置10は太陽光発電モジュールに相当する。この切替器50の一方には、太陽光発電モジュールの接続箱11が接続され、他方にはパワーコンディショナ20と直流線2が切り替え可能に接続されている。
切替器50は、接続箱11とパワーコンディショナ20との間に設けられているため、直流線2を追設する場合には、接続箱11のブレーカを落とすことで容易に工事することが可能である。
そして、直流線2には、切替器50側から順にDC/DCコンバータ53(MPPT制御を実施)、双方向DC/DCコンバータ61を介した蓄電池62、急速充電器63(電動移動体用充電設備)が接続されている。本実施形態において、蓄電池62及び急速充電器63(電動移動体用充電設備)は直流負荷に相当する。太陽光発電モジュールが発電した電力が直流線2へ供給される場合、DC/DCコンバータ53により電力変換後、急速充電器63から電動移動体V(電動移動体V1)の電力貯蔵装置4(図8参照)へ供給される。また、直流線2から急速充電器63を介さずに電動移動体(電動移動体V2)に充電することができる。詳細については、図7〜図9を参照して後記する。
切替器50は、管理装置80から入力部51を介して外部信号51s(指令)を受信して、自動的に接続先(パワーコンディショナ20と直流線2)を切り替え可能である。例えば、再生可能エネルギーの売電価格が低い場合は、切替器50を直流線2側に切り替え、太陽光発電モジュールが発電した電力は蓄電池62・電動移動体Vに利用する。当該売電価格が高い場合は、切替器50をパワーコンディショナ20側に切り替え、当該電力を商用系統へ供給して売電するといった運用が可能である。
その他の切り替え方法としては、通常時、切替器50は、パワーコンディショナ20に切り替えられて売電を行う。急速充電器63(電動移動体用充電設備)を介して電動移動体Vが直流線2に物理的接続されたとき、管理装置80は、電動移動体Vに予め付与された識別情報を取得する。この識別情報が直流線2に電気的接続可能な登録情報と判別したとき、管理装置80は、電動移動体Vに非走行モードを設定し、直流線2に切り替える指令を切替器50に送信する。当該指令を受信した切替器50は、回路を直流線2側に切り替えることで、直流線2に電流を供給する。また、管理装置80から電動移動体用充電設備に電気的接続を認める指令も送信することで、電動移動体Vへ充電することが可能となる。また、直流電源装置10から所定電圧の直流電流が得られない場合に、蓄電池62から電動移動体用充電設備に直流電流を供給することも可能である。
図1は、図5のタイプT1に切替器50を配設した場合であるが、図6のタイプT2に切替器50を配設してもよい。
以上説明したように、タイプT1とタイプT2とをまとめると、直流電源装置10が接続された接続箱11と、直流電源装置10が発電した電力を変換する系統連系インバータ22との間に切替器50を設け、この切替器50の一方には、直流電源装置10(太陽光発電モジュール)の接続箱11が接続され、他方には系統連系インバータ22と直流線2が切り替え可能に接続されている。なお、接続箱11は、前記したように、直流電源装置10からの出力を合成する装置であり、系統連系インバータ22は、直流電源装置10が発電した電力を交流に変換する装置である。
そして、直流電源装置10により発電された直流電流は、商用系統側のDC/DCコンバータ21を経由させずに電動移動体Vの車載充電池へ供給される。従って、太陽光発電の自家消費を行う場合、既設発電システムの大幅な改造を伴わずに、交流系統側への供給及び直流系統側への供給を任意に切り替えることができる。
<<第2実施形態>>
図2は、第2実施形態に係る管理エリアの電力供給システム100Aの構成を示す図である。図2に示す電力供給システム100Aは、図1と比較して、接続箱11を切替器50を含めた切替機能付き接続箱11Aに変更している。
本実施形態における切替部は、切替機能を設けた接続箱に相当する。この切替機能付き接続箱11Aの一方には、直流電源装置10(太陽光発電モジュール)が接続され、他方にはパワーコンディショナ20と直流線2が切り替え可能に接続されている。切替機能付き接続箱11Aの制御回路52は、入力部51で受信した外部信号51sに基づき、太陽光発電モジュールのストリング毎に配線を切り替えでき、太陽光発電モジュール出力をパワーコンディショナ20側と直流線2側に分配できる。すなわち、太陽光発電モジュール出力の一部をパワーコンディショナ20側へ供給し、残りを直流線2側に供給できる。
また、切替機能付き接続箱11Aは、第1実施形態と同様に、管理装置80からの指令を受信して、自動的に接続先(パワーコンディショナ20と直流線2)を切り替え可能である。第1実施形態では太陽光発電モジュールによる電力をパワーコンディショナ20側又は直流線2側の一方のみに供給するが、第2実施形態では太陽光発電モジュールのストリング毎に接続先を切り替え可能である。この特徴を生かした系統切替方法の一例を図3で説明する。
図3は、第2実施形態に係る電力供給システム100Aの系統切替方法の一例を示す図である。電力会社90からリソースアグリゲータ91に対して、太陽光発電の出力抑制指令を受けた場合、リソースアグリゲータ91は太陽光発電を所有するエリア管理者92に対して出力抑制を依頼する。リソースアグリゲータ91から太陽光発電モジュール出力を低下させる指令信号を受信したエリア管理者92は、太陽光発電モジュール出力の大部分を直流線2側に分配し、大部分の太陽光発電電力を自家消費に回すよう、管理装置80から切替機能付き接続箱11Aへ指令を出すことができる。
<<第3実施形態>>
図4は、第3実施形態に係る管理エリアの電力供給システム100Bの構成を示す図である。パワーコンディショナ20内部には、DC/DCコンバータ21及び系統連系インバータ22が設けられている。
そこで、図4に示す電力供給システム100Bは、パワーコンディショナ20内部のDC/DCコンバータ21及び系統連系インバータ22間に接続され、直流線2への分岐スイッチ54を有しており、DC/DCコンバータ55を介して、直流線2に接続されている。この場合、直流線2に設けられたDC/DCコンバータ55では、MPPT制御が不要となる。
第3実施形態によれば、管理装置80の投入信号に基づいて分岐スイッチ54が投入され、直流線2に直流電流を供給することができる。分岐スイッチ54は、パワーコンディショナ20の筐体の中にあってもよいし、外にあってもよい。
<直流線2の詳細>
図7は、実施形態に係る電力供給システム100の直流線2の詳細を示す図である。図7は、図2を基に、直流線2に配設されている接続装置70を詳細に図示している。図2と同一構成要素には同一符号を付けて説明を省略する。また、直流線2等は、模式的に単線で図示している。
管理エリアA1には、直流線2が配設されており、直流線2には、複数の接続装置70が設けられている。接続装置70は、通電用スイッチ71と出力接続部JL(給電スポット)と制御部74とを含んでいる。
管理エリアとは、自治体の管轄地域内や企業の事業所内など、一管理者により管理される地域であって、直流線2を敷設し、電動移動体Vを登録する上で第三者から何らの制限を受けることのない地域である。
直流線2は、接続装置70,70Aを介して、電動移動体Vに電力を供給するための1以上の出力接続部JL(給電スポット)を有する。電動移動体Vは、両端に接続部JC1,JC2(図8参照)を有するケーブルCを介して電力供給を受ける。電動移動体VへのケーブルCが接続されていない状態では、接続装置70は、遮断されている。なお、接続装置70と接続装置70Aとは、電動移動体Vへ供給する直流電圧、供給容量の相違がある。
管理装置80は、接続装置70,70Aを介して電動移動体Vが直流線2に物理的接続されたときに通常充電又は高速充電といった充電モードを選択し、電動移動体Vに予め付与された電動移動体識別情報を取得して、電動移動体識別情報が直流線2に電気的接続可能な登録情報と判別したときに電動移動体Vに充電モードを設定し、直流線2から電動移動体Vに必要量の直流電力を供給して電動移動体Vに搭載された電力貯蔵装置4(図8参照)を充電し、電動移動体Vに必要量の直流電力を供給したときに充電モードを解除し、直流線2と電動移動体Vとを解列する。
すなわち、出力接続部JLに電動移動体Vが物理的接続されたときに、電動移動体Vに付与されている電動移動体識別情報を取得して、電動移動体識別情報に基づき、電動移動体Vが給電対象電動移動体か否かを判定し、給電対象電動移動体と判定されたときに、接続装置70は、直流線2と電動移動体Vとを電気的接続し、電動移動体Vの蓄電可能容量に到達するまで、または、電動移動体Vが出力接続部JLから解列されるまで、出力接続部JLから電動移動体Vに直流電力を供給する。
管理装置80は、登録識別情報にリンクされた、通信機能を備えるカーナビまたは携帯端末の情報端末と無線通信設備である通信部により接続され、登録識別情報と、それぞれの登録識別情報に対応した電動移動体Vに配設された電力貯蔵装置の現在の電力貯蔵量を示す現在貯蔵量情報とを、無線通信設備により定期的に取得して更新・記憶する。なお、情報端末は、電動移動体Vの制御装置7(図8参照)と各種情報を送受信している。
図8は、本実施形態に係る電動移動体Vの充電モードの構成を示す図である。図9は、本実施形態に係る電動移動体Vの走行モードの構成を示す図である。適宜図7を参照する。電動移動体Vは、電力を供給して、第1の駆動用輪軸及び第2の駆動用輪軸に具備された駆動用電動装置5を回転駆動させて走行する電動移動体である。
電動移動体Vは、管理されたエリア(例えば、管理エリアA1)において所定電圧の直流電源を供給する直流線2(図7参照)から直流電力を受給する第1の受給接続部J1(電力受給接続部)と、第1の受給接続部J1から受給する直流電力を交流電力に変換する第1の電力変換装置1Cと、電力を貯蔵し、第1の駆動用電動装置5a及び第2の駆動用電動装置5bを回転駆動するのに必要な電力を供給する電力貯蔵装置4と、電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換する第2の電力変換装置2Cと、第2の電力変換装置2Cと第1の電力変換装置1C及び第2の駆動用電動装置5bとの中間位置に配設され、第2の電力変換装置2Cに第1の電力変換装置1C、または、第2の駆動用電動装置5bの何れかを選択して接続する電力受給切替装置3とを含んで構成されている。さらに、電動移動体Vは、第1の受給接続部J1と第1の電力変換装置1Cとの中間位置に配設され、第1の電力変換装置1Cに第1の受給接続部J1、または、電力貯蔵装置4、の何れか選択して接続する第1のスイッチ8と、第1の電力変換装置1Cを第1の駆動用電動装置5aまたは電気的絶縁装置6を介して電力受給切替装置3に接続する第2のスイッチ9と、第1の電力変換装置1C、第2の電力変換装置2C、電力受給切替装置3、第1のスイッチ8、第2のスイッチ9等を制御する制御装置7とを含んで構成されている。また、電動移動体Vは、電力貯蔵装置4に直結する第2の受給接続部J2を有している。
電動移動体Vは、第1のスイッチ8により電力貯蔵装置4と第1の電力変換装置1Cとを接続し、第2のスイッチ9により第1の電力変換装置1Cと第1の駆動用電動装置5aとを接続し、電力受給切替装置3により第2の電力変換装置2Cと第2の駆動用電動装置5bとを接続し、第1の電力変換装置1Cから出力された交流電力が第1の駆動用電動装置5aに、第2の電力変換装置2Cから出力された交流電力が第2の駆動用電動装置5bに供給される走行モードを有する。
また、電動移動体Vは、第1のスイッチ8により第1の受給接続部J1と第1の電力変換装置1Cとを接続し、第2のスイッチ9により第1の電力変換装置1Cと電力受給切替装置3とを接続し、電力受給切替装置3により第2の電力変換装置2Cと第1の電力変換装置1Cとを接続し、第1の電力変換装置1Cから出力された交流電力を第2の電力変換装置2Cにより直流電力に変換して電力貯蔵装置4に電力を供給する充電モードと、を有する。
図8の構成をさらに説明する。
電動移動体Vは、充電モードのときに、第1の受給接続部J1が接続装置70(第1の接続装置)を介して直流線2に物理的接続されると、電動移動体識別情報を管理装置80に送信するとともに、第1の受給接続部J1と直流線2との間で電気的接続が成立してから解列するまでの間、第1の受給接続部J1を介して直流線2から受電した直流電力を第1の電力変換装置1Cにより交流電力に変換して、第2の電力変換装置2Cに供給し、直流電力に変換して電力貯蔵装置4に供給して充電する。
また、電動移動体Vは、充電モードのときに、第2の受給接続部J2が接続装置70A(第2の接続装置)を介して急速充電器63に物理的接続された場合、電動移動体識別情報を管理装置80に送信するとともに、第2の受給接続部J2と急速充電器63との間で電気的接続が成立してから解列するまでの間、第2の受給接続部J2を介して急速充電器63から受電した直流電力を電力貯蔵装置4に供給して充電する。
電動移動体Vは、充電モードが解除されたときに、電力貯蔵装置4から出力される直流電力を第1の電力変換装置1Cに供給して交流電力に変換し、第1の駆動用電動装置5aに供給するとともに、第2の電力変換装置2Cに供給して交流電力に変換し、第2の駆動用電動装置5bに供給して走行モードに移行する。
また、電動移動体Vは、第1の駆動用電動装置5aと第1の電力変換装置1Cとが、第2の駆動用電動装置5bと第2の電力変換装置2Cとが、回生ブレーキ装置として機能し、走行モードにおいて、電力貯蔵装置4の出力が抑制されたときに、駆動用電動装置5により生じた電力を第1の電力変換装置1Cまたは第2の電力変換装置2Cを介して電力貯蔵装置4に供給して電力貯蔵装置4に充電するとよい。
本実施形態の電力供給システムによれば、既設発電システムの大幅な改造を伴わずに、交流系統側への供給及び直流系統側への供給を任意に切り替えることができる。また、電力需要に応じて、直流電源装置10(太陽光発電モジュール)の出力の一部を商用系統1側へ供給し、残りを直流線2側に供給できる。
1,1A 商用系統
2 直流線
1C 第1の電力変換装置
2C 第2の電力変換装置
3 電力受給切替装置
4 電力貯蔵装置
5 駆動用電動装置
5a 第1の駆動用電動装置
5b 第2の駆動用電動装置
6 電気的絶縁装置
7 制御装置
8 第1のスイッチ
9 第2のスイッチ
10 直流電源装置
11 接続箱
11A 切替機能付き接続箱(切替器)
20 パワーコンディショナ
21 DC/DCコンバータ
22 系統連系インバータ
23 商用絶縁トランス
30 商用昇圧トランス
50 切替器(切替部)
51 入力部
51s 外部信号
52 制御回路
53 DC/DCコンバータ
54 分岐スイッチ(スイッチ)
61 双方向DC/DCコンバータ
62 蓄電池
63 急速充電器
70 接続装置
71 通電用スイッチ
74 制御部
80 管理装置
90 電力会社
91 リソースアグリゲータ
92 エリア管理者
100,100A,100B 電力供給システム
A1,A2,A3 管理エリア
C ケーブル
J1 第1の受給接続部(電力受給接続部)
J2 第2の受給接続部
JC1,JC2 接続部
JL 出力接続部(給電スポット)
V,V1,V2 電動移動体

Claims (5)

  1. 管理されたエリアにおいて、所定電圧の直流電流を供給する直流電源装置と、前記直流電源装置からの出力を合成する接続箱と、前記接続箱から出力された電流を変換し、交流電流を供給する系統連系インバータを備えた電力供給システムであって、
    前記接続箱と前記系統連系インバータの間に、管理装置からの、前記直流電源装置の出力の運用に応じて生成する切替信号に基づいて前記交流電流の供給系統と直流電流の供給系統を切り替える切替部を設け、
    前記切替部の一方には、前記直流電源装置の接続箱が接続され、前記切替部の他方には前記系統連系インバータと直流線が切り替え可能に接続されており、
    前記切替部は、前記系統連系インバータと前記直流線の切り替えを指示する前記切替信号の入力部を備え、
    前記直流線の前記切替部側から順にDC/DCコンバータ及び直流負荷が接続されており、
    前記切替信号は、前記直流線の接続装置を介して電動移動体が前記直流線に物理的接続されたときに、管理装置が前記電動移動体に予め付与された識別情報を取得して、前記識別情報が前記直流線に電気的接続可能な登録情報と判別したときに前記電動移動体に非走行モードを設定し、前記直流線に切り替える指令である
    ことを特徴とする電力供給システム。
  2. 請求項に記載の電力供給システムであって、
    前記切替部は、切替器である
    ことを特徴とする電力供給システム。
  3. 請求項に記載の電力供給システムであって、
    前記切替部は、前記直流電源装置のストリング毎に配線を切り替え可能に設けられた前記接続箱である
    ことを特徴とする電力供給システム。
  4. 請求項に記載の電力供給システムであって、
    前記直流電源装置は、太陽光発電装置である
    ことを特徴とする電力供給システム。
  5. 請求項に記載の電力供給システムであって、
    前記系統連系インバータから商用系統に交流電流を供給する
    ことを特徴とする電力供給システム。
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