JP6928837B2 - Power system - Google Patents
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Description
本開示は、電力システムに関する。 The present disclosure relates to an electric power system.
種々の発電システムが提案されている。発電システムの例として、太陽光発電パネルを用いて発電する太陽光発電システムが挙げられる。発電システムの別の例として、燃料電池を用いて発電する燃料電池発電システムが挙げられる。 Various power generation systems have been proposed. An example of a power generation system is a photovoltaic power generation system that generates electricity using a photovoltaic power generation panel. Another example of a power generation system is a fuel cell power generation system that uses a fuel cell to generate power.
発電システムでは、電力変換が行われることがある。特許文献1には、電力変換により、太陽光発電システムおよび燃料電池発電システムの出力電力を所定電圧に変更することが記載されている。 In power generation systems, power conversion may occur. Patent Document 1 describes that the output power of a photovoltaic power generation system and a fuel cell power generation system is changed to a predetermined voltage by power conversion.
また、最大電力点追従制御(以下、MPPT制御と称することがある)により、太陽光発電システムの電力を取り出すことが知られている。MPPT制御によれば、太陽光発電システムから取り出される電力が最大化される。具体的には、太陽光発電システムに直流電力変換装置を接続し、直流電力変換装置にMPPT制御を実行させることができる。 Further, it is known that the electric power of the photovoltaic power generation system is taken out by the maximum power point tracking control (hereinafter, may be referred to as MPPT control). According to MPPT control, the power extracted from the PV system is maximized. Specifically, a DC power conversion device can be connected to the photovoltaic power generation system, and the DC power conversion device can execute MPPT control.
太陽光発電パネルを用いて発電する想定システムに対してMPPT制御を実行可能な電力システムを構成する場合、想定システムに対してMPPT制御を実行できるように直流電力変換装置が設計される。本発明者らは、このように設計された直流電力変換装置を用いて燃料電池発電システムから電力を取り出すことを考えた。しかしながら、燃料電池発電システムにこのような直流電力変換装置が接続された状態で直流電力変換装置にMPPT制御を実行させると、燃料電池発電システムが想定システムとは異なる電流電圧特性を有するが故に問題が生じるおそれがある。 When a power system capable of executing MPPT control is configured for an assumed system that generates power using a photovoltaic power generation panel, a DC power conversion device is designed so that MPPT control can be executed for the assumed system. The present inventors have considered extracting power from the fuel cell power generation system by using the DC power conversion device designed in this way. However, if the DC power conversion device is made to execute MPPT control while such a DC power conversion device is connected to the fuel cell power generation system, there is a problem because the fuel cell power generation system has a current-voltage characteristic different from that of the assumed system. May occur.
本開示は、
太陽光発電パネルを用いて発電する想定システムであって該想定システムの出力電圧が所定範囲内にあるときに該想定システムの出力電力がピークになる想定システムに対して、MPPT制御を実行できるように設計された直流電力変換装置と、
燃料電池を用いて発電する燃料電池発電システムであって、該燃料電池発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムと前記直流電力変換装置とを接続する経路上に存する特性変換回路であって、該特性変換回路の出力電圧の上限の目標値を規定するのに用いられる第1フィードバック回路と、該特性変換回路の出力電力がピークになるときにおける前記特性変換回路の出力電圧を前記所定範囲内の値に調整するのに用いられる第2フィードバック回路と、を有する特性変換回路と、
を備えた、電力システムを提供する。
This disclosure is
MPPT control can be executed for an assumed system that generates power using a photovoltaic power generation panel and the output power of the assumed system peaks when the output voltage of the assumed system is within a predetermined range. Designed for DC power converter and
A fuel cell power generation system that uses a fuel cell to generate power, and the DC power generated by the fuel cell power generation system is supplied to the DC power conversion device and the fuel cell power generation system.
A characteristic conversion circuit existing on a path connecting the fuel cell power generation system and the DC power conversion device, and a first feedback circuit used to define an upper limit target value of the output voltage of the characteristic conversion circuit. A characteristic conversion circuit having a second feedback circuit used to adjust the output voltage of the characteristic conversion circuit to a value within the predetermined range when the output power of the characteristic conversion circuit reaches its peak.
To provide an electric power system equipped with.
本開示に係る電力システムでは、直流電力変換装置にMPPT制御を実行させても、燃料電池発電システムが想定システムとは異なる電流電圧特性を有することに起因する問題が生じ難い。 In the power system according to the present disclosure, even if the DC power converter executes MPPT control, a problem caused by the fact that the fuel cell power generation system has a current-voltage characteristic different from that of the assumed system is unlikely to occur.
(本発明者らによる知見)
燃料電池発電システムに上記のように設計された直流電力変換装置が接続された状態で直流電力変換装置にMPPT制御を実行させると、以下の問題が生じるおそれがある。
(Findings by the inventors of the present invention)
If the DC power converter executes MPPT control while the DC power converter designed as described above is connected to the fuel cell power generation system, the following problems may occur.
第1に、燃料電池発電システムから直流電力変換装置に過電圧が入力され、直流電力変換装置が壊れるという問題が生じるおそれがある。具体的には、燃料電池発電システムの出力電力がピークになるときにおける燃料電池発電システムの出力電圧が、直流電力変換装置の耐電圧よりも大きい場合がある。その場合、直流電力変換装置における燃料電池発電システムから電力が供給される端子の電圧が、MPPT制御により上昇し、直流電力変換装置の耐電圧を超え、直流電力変換装置の回路を破壊するおそれがある。 First, there is a possibility that an overvoltage is input from the fuel cell power generation system to the DC power conversion device, causing a problem that the DC power conversion device is damaged. Specifically, the output voltage of the fuel cell power generation system when the output power of the fuel cell power generation system peaks may be larger than the withstand voltage of the DC power converter. In that case, the voltage of the terminal to which power is supplied from the fuel cell power generation system in the DC power converter rises due to MPPT control, exceeds the withstand voltage of the DC power converter, and may destroy the circuit of the DC power converter. be.
第2に、燃料電池発電システムから直流電力変換装置への電力供給が停止されるという問題が生じるおそれがある。具体的には、燃料電池発電システムは、出力電力が増加すると出力電圧が略一定に維持されたまま出力電流が非常に高いレベルまで増加する電流電圧特性を有する場合がある。また、燃料電池発電システムには、出力電流が過度に増加すると燃料電池の発電が停止されるように、保護機能が設けられている場合がある。このため、MPPT制御を行うと、燃料電池発電システムの出力電流が上記電流電圧特性に従って過度に高いレベルまで増加し、保護機能が働いて燃料電池の発電が停止され、燃料電池発電システムから直流電力変換装置への電力供給が停止されるおそれがある。 Secondly, there is a possibility that the power supply from the fuel cell power generation system to the DC power converter is stopped. Specifically, the fuel cell power generation system may have a current-voltage characteristic in which the output current increases to a very high level while the output voltage is kept substantially constant as the output power increases. Further, the fuel cell power generation system may be provided with a protection function so that the power generation of the fuel cell is stopped when the output current increases excessively. Therefore, when MPPT control is performed, the output current of the fuel cell power generation system increases to an excessively high level according to the above-mentioned current-voltage characteristics, the protection function is activated, the power generation of the fuel cell is stopped, and the DC power is supplied from the fuel cell power generation system. The power supply to the converter may be stopped.
これらの問題を考慮し、本開示の第1態様は、
太陽光発電パネルを用いて発電する想定システムであって該想定システムの出力電圧が所定範囲内にあるときに該想定システムの出力電力がピークになる想定システムに対して、MPPT制御を実行できるように設計された直流電力変換装置と、
燃料電池を用いて発電する燃料電池発電システムであって、該燃料電池発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムと前記直流電力変換装置とを接続する経路上に存する特性変換回路であって、該特性変換回路の出力電圧の上限の目標値を規定するのに用いられる第1フィードバック回路と、該特性変換回路の出力電力がピークになるときにおける前記特性変換回路の出力電圧を前記所定範囲内の値に調整するのに用いられる第2フィードバック回路と、を有する特性変換回路と、
を備えた、電力システムを提供する。
In view of these issues, the first aspect of the present disclosure is:
MPPT control can be executed for an assumed system that generates power using a photovoltaic power generation panel and the output power of the assumed system peaks when the output voltage of the assumed system is within a predetermined range. Designed for DC power converter and
A fuel cell power generation system that uses a fuel cell to generate power, and the DC power generated by the fuel cell power generation system is supplied to the DC power conversion device and the fuel cell power generation system.
A characteristic conversion circuit existing on a path connecting the fuel cell power generation system and the DC power conversion device, and a first feedback circuit used to define an upper limit target value of the output voltage of the characteristic conversion circuit. A characteristic conversion circuit having a second feedback circuit used to adjust the output voltage of the characteristic conversion circuit to a value within the predetermined range when the output power of the characteristic conversion circuit reaches its peak.
To provide an electric power system equipped with.
第1フィードバック回路によれば、特性変換回路の出力電圧が過度に大きくなることを防止できる。このため、第1フィードバック回路によれば、燃料電池発電システムから直流電力変換装置に過電圧が入力され直流電力変換装置が壊れるのを防止できる。 According to the first feedback circuit, it is possible to prevent the output voltage of the characteristic conversion circuit from becoming excessively large. Therefore, according to the first feedback circuit, it is possible to prevent the DC power conversion device from being damaged due to an overvoltage input from the fuel cell power generation system to the DC power conversion device.
第1態様の直流電力変換装置は、想定システムのMPPT制御を実行できるように設計されている。ここで、想定システムは、出力電圧が所定範囲内にあるときに該想定システムの出力電力がピークになるものである。第2フィードバック回路によれば、その所定範囲内の値へと、特性変換回路の出力電力がピークになるときにおける特性変換回路の出力電圧を調整できる。このため、特性変換回路のMPPT制御が可能となる。また、特性変換回路の出力電圧が上記の値となった時点で、特性変換回路から直流電力変換装置に送られる電力の増加が停止される。このため、特性変換回路から直流電力変換装置に送られる電力が過度に増加することを防止できる。燃料電池発電システムから特性変換回路に送られる電力が過度に増加することも防止できる。このため、燃料電池発電システムの出力電力の増加に伴って燃料電池発電システムの出力電流が過度に増加することを防止できる。このため、保護機能が働いて燃料電池の発電が停止され燃料電池発電システムから直流電力変換装置への電力供給が停止されることを防止できる。 The DC power converter of the first aspect is designed to be able to perform MPPT control of the assumed system. Here, in the assumed system, the output power of the assumed system peaks when the output voltage is within a predetermined range. According to the second feedback circuit, the output voltage of the characteristic conversion circuit can be adjusted to a value within the predetermined range when the output power of the characteristic conversion circuit peaks. Therefore, MPPT control of the characteristic conversion circuit becomes possible. Further, when the output voltage of the characteristic conversion circuit reaches the above value, the increase in the power sent from the characteristic conversion circuit to the DC power conversion device is stopped. Therefore, it is possible to prevent the power sent from the characteristic conversion circuit to the DC power conversion device from being excessively increased. It is also possible to prevent an excessive increase in the electric power sent from the fuel cell power generation system to the characteristic conversion circuit. Therefore, it is possible to prevent the output current of the fuel cell power generation system from being excessively increased as the output power of the fuel cell power generation system increases. Therefore, it is possible to prevent the protection function from working to stop the power generation of the fuel cell and stop the power supply from the fuel cell power generation system to the DC power converter.
本開示の第2態様は、第1態様に加え、
前記想定システムに該当する太陽光発電システムであって、該太陽光発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される太陽光発電システムを備えた、電力システムを提供する。
The second aspect of the present disclosure is in addition to the first aspect.
A photovoltaic power generation system corresponding to the assumed system, wherein the DC power generated by the photovoltaic power generation system includes a photovoltaic power generation system supplied to the DC power conversion device, and provides a power system.
第2態様の電力システムは、電力システムの典型例である。 The power system of the second aspect is a typical example of the power system.
本開示の第3態様は、第2態様に加え、
前記所定範囲は、前記太陽光発電システムの出力電力がピークになるときにおける前記太陽光発電システムの出力電圧の±20V以内の範囲である実機基準範囲を含み、
前記第2フィードバック回路は、前記特性変換回路の出力電力がピークになるときにおける前記特性変換回路の出力電圧を前記実機基準範囲内の値に調整するのに用いられる、電力システムを提供する。
A third aspect of the present disclosure is in addition to the second aspect.
The predetermined range includes an actual machine reference range which is within ± 20 V of the output voltage of the photovoltaic power generation system when the output power of the photovoltaic power generation system peaks.
The second feedback circuit provides a power system used to adjust the output voltage of the characteristic conversion circuit to a value within the reference range of the actual machine when the output power of the characteristic conversion circuit peaks.
電力システムで用いられる太陽光発電システムが分かっている場合、その太陽光発電システムに対するMPPT制御を実施できるように電力システムを設計することができる。つまり、第3態様の実機基準範囲を含むように、上記の所定範囲を設定できる。さらに、特性変換回路の出力電力がピークになるときにおける特性変換回路の出力電圧が実機基準範囲内の値に調整されるように、特性変換回路を設計できる。第3態様の電力システムは、設計のし易さの観点から有利である。 If the PV system used in the power system is known, the power system can be designed so that MPPT control can be performed on the PV system. That is, the above-mentioned predetermined range can be set so as to include the actual machine reference range of the third aspect. Further, the characteristic conversion circuit can be designed so that the output voltage of the characteristic conversion circuit at the peak of the output power of the characteristic conversion circuit is adjusted to a value within the reference range of the actual machine. The power system of the third aspect is advantageous from the viewpoint of ease of design.
本開示の第4態様は、第2態様または第3態様に加え、
前記直流電力変換装置は、第1DCDCコンバータおよび第2DCDCコンバータを有し、
前記第1DCDCコンバータは、MPPT制御によって、前記特性変換回路の出力電圧を調整し、
前記第2DCDCコンバータは、MPPT制御によって、前記太陽光発電システムの出力電圧を調整する、電力システムを提供する。
A fourth aspect of the present disclosure is in addition to the second or third aspect.
The DC power converter has a first DCDC converter and a second DCDC converter.
The first DCDC converter adjusts the output voltage of the characteristic conversion circuit by MPPT control.
The second DCDC converter provides a power system that adjusts the output voltage of the photovoltaic power generation system by MPPT control.
第4態様によれば、太陽光発電システムの出力電圧および特性変換回路の出力電圧を個別にMPPT制御するマルチストリング型の直流電力変換装置を実現できる。 According to the fourth aspect, it is possible to realize a multi-string type DC power conversion device that individually MPPT controls the output voltage of the photovoltaic power generation system and the output voltage of the characteristic conversion circuit.
本開示の第5態様は、第2態様〜第4態様のいずれか1つに加え、
蓄電装置を備え、
前記太陽光発電システムと、前記直流電力変換装置と、前記蓄電装置と、はこの順に接続され、
前記燃料電池発電システムと、前記特性変換回路と、前記直流電力変換装置と、前記蓄電装置と、はこの順に接続されている、電力システムを提供する。
A fifth aspect of the present disclosure includes, in addition to any one of the second to fourth aspects,
Equipped with a power storage device
The photovoltaic power generation system, the DC power conversion device, and the power storage device are connected in this order.
Provided is a power system in which the fuel cell power generation system, the characteristic conversion circuit, the DC power conversion device, and the power storage device are connected in this order.
第5態様によれば、太陽光発電システムからのみならず、燃料電池発電システムからも、蓄電装置を充電することができる。 According to the fifth aspect, the power storage device can be charged not only from the photovoltaic power generation system but also from the fuel cell power generation system.
本開示の第6態様は、第2態様〜第5態様のいずれか1つに加え、
蓄電装置と、
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
コンセントと、を備え、
前記太陽光発電システムと、前記直流電力変換装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続され、
前記燃料電池発電システムと、前記特性変換回路と、前記直流電力変換装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続され、
前記蓄電装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続されている、電力システムを提供する。
A sixth aspect of the present disclosure includes, in addition to any one of the second to fifth aspects,
Power storage device and
Inverters that convert DC power to AC power,
Equipped with an outlet,
The photovoltaic power generation system, the DC power conversion device, the inverter, and the outlet are connected in this order.
The fuel cell power generation system, the characteristic conversion circuit, the DC power conversion device, the inverter, and the outlet are connected in this order.
The power storage device, the inverter, and the outlet are connected in this order to provide a power system.
第6態様によれば、太陽光発電システムおよび蓄電装置から電力供給されるコンセントに、燃料電池発電システムからも電力供給できる。このことは、以下の理由で、停電時に便利である。すなわち、夜、雨天時などには、太陽光発電システムは発電できない。仮に上記コンセントに燃料電池発電システムから電力を供給できないとすると、夜、雨天時などに停電が続く場合において、上記コンセントから電力を取り出し可能な期間は蓄電装置のみに基づく限られたものとなる。これに対し、第6態様では、上記コンセントに燃料電池発電システムから電力を供給できるため、上記期間を延ばすことができる。夜、雨天時などに停電が続く場合において、別のコンセントへの差し替えなしで1つのコンセントから長時間電力を取り出せることは、ユーザーにとって便利である。 According to the sixth aspect, power can also be supplied from the fuel cell power generation system to the outlet to which power is supplied from the photovoltaic power generation system and the power storage device. This is convenient in the event of a power outage for the following reasons: That is, the photovoltaic power generation system cannot generate electricity at night or in the rain. Assuming that power cannot be supplied to the outlet from the fuel cell power generation system, the period during which power can be taken out from the outlet is limited based only on the power storage device when a power failure continues at night or in the rain. On the other hand, in the sixth aspect, since the power can be supplied to the outlet from the fuel cell power generation system, the period can be extended. When a power outage continues at night or in the rain, it is convenient for the user to be able to take out power from one outlet for a long time without replacing it with another outlet.
本開示の第7態様は、第6態様に加え、
前記蓄電装置から前記燃料電池発電システムに電力を供給することができるように構成されている、電力システムを提供する。
In addition to the sixth aspect, the seventh aspect of the present disclosure is in addition to the sixth aspect.
Provided is an electric power system configured to be able to supply electric power from the electric power storage device to the fuel cell power generation system.
第6態様に関する上述の説明から理解されるように、第6態様の蓄電装置は、停電時にコンセントに電力を供給可能な非常用電源として機能する。第7態様の蓄電装置は、さらに、停電時に燃料電池発電システムに電力を供給可能な非常用電源としても機能する。第7態様によれば、停電時に燃料電池発電システムを起動させるための(典型的には、該システムの補機に電力を供給するための)専用電源を省略することができる。 As understood from the above description of the sixth aspect, the power storage device of the sixth aspect functions as an emergency power source capable of supplying electric power to the outlet in the event of a power failure. The power storage device of the seventh aspect also functions as an emergency power source capable of supplying electric power to the fuel cell power generation system in the event of a power failure. According to the seventh aspect, the dedicated power source for starting the fuel cell power generation system (typically for supplying electric power to the auxiliary equipment of the system) in the event of a power failure can be omitted.
本開示の第8態様は、第1態様〜第7態様のいずれか1つに加え、
前記特性変換回路は、DCDCコンバータである電圧電流制御回路を有し、
前記特性変換回路の出力電流が所定値未満のときにおいて、前記電圧電流制御回路および前記第1フィードバック回路は、協働して、前記特性変換回路の出力電圧に応じて前記特性変換回路の出力電圧を調整することによって前記特性変換回路の出力電圧を前記目標値に追従させる第1フィードバック制御を行う、電力システムを提供する。
The eighth aspect of the present disclosure is in addition to any one of the first to seventh aspects.
The characteristic conversion circuit has a voltage-current control circuit that is a DCDC converter.
When the output current of the characteristic conversion circuit is less than a predetermined value, the voltage / current control circuit and the first feedback circuit cooperate with each other to obtain an output voltage of the characteristic conversion circuit according to the output voltage of the characteristic conversion circuit. Provided is a power system that performs a first feedback control that causes the output voltage of the characteristic conversion circuit to follow the target value by adjusting the above.
本開示の第9態様は、第1態様〜第8態様のいずれか1つに加え、
前記特性変換回路は、DCDCコンバータである電圧電流制御回路を有し、
前記特性変換回路の出力電流が所定値以上のときにおいて、前記電圧電流制御回路および前記第2フィードバック回路は、協働して、前記特性変換回路の出力電流が大きいほど前記特性変換回路の出力電圧を低下させることによって前記特性変換回路の出力電力がピークになるときにおける前記特性変換回路の出力電圧を前記所定範囲内の値に調整する第2フィードバック制御を行う、電力システムを提供する。
A ninth aspect of the present disclosure includes, in addition to any one of the first to eighth aspects,
The characteristic conversion circuit has a voltage-current control circuit that is a DCDC converter.
When the output current of the characteristic conversion circuit is equal to or higher than a predetermined value, the voltage / current control circuit and the second feedback circuit cooperate with each other, and the larger the output current of the characteristic conversion circuit, the more the output voltage of the characteristic conversion circuit. Provided is a power system that performs a second feedback control for adjusting the output voltage of the characteristic conversion circuit to a value within the predetermined range when the output power of the characteristic conversion circuit peaks by reducing the voltage.
第8態様および第9態様の特性変換回路は、特性変換回路の具体例である。 The characteristic conversion circuits of the eighth aspect and the ninth aspect are specific examples of the characteristic conversion circuits.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiments.
図1および図2は、本実施の形態に係る電力システム300のブロック図である。具体的には、図1は、系統連系時の電力の流れの例を示している。図2は、停電時の電力の流れの例を示している。これらの図において、実線は、電力が電路を流れていることを表す。点線は、電力が電路を流れていないことを表す。また、VAC1およびVAC2は、交流電圧を表す。交流電圧VAC1の実効値は、交流電圧VAC2の実効値も小さい。交流電圧VAC1の実効値は、例えば100Vである。交流電圧VAC2の実効値は、例えば200Vである。
1 and 2 are block diagrams of the
電力システム300には、系統電源200から電力が供給され得る。また、電力システム300は、系統電源200に電力を逆潮流させ得る。電力システム300は、パワーステーション10と、燃料電池発電システム40と、基板60と、太陽光発電システム31および32と、蓄電装置25と、電力切替ユニット28と、主分電盤80と、自立分電盤90と、負荷251,252および253と、コンセント260と、を有する。
Power can be supplied to the
[パワーステーション10]
パワーステーション10は、直流電力変換装置20と、第1DCバス11と、第4DCDCコンバータ12と、第1インバータ13と、を有する。
[Power Station 10]
The
直流電力変換装置20は、想定システムに対してMPPT制御を実行できるように設計されている。ここで、想定システムは、太陽光発電パネルを用いて発電するシステムである。また、想定システムは、該想定システムの出力電圧が所定範囲内にあるときに該想定システムの出力電力がピークになるシステムである。
The
直流電力変換装置20には、太陽光発電システム31および32ならびに燃料電池発電システム40から直流電力が入力される。直流電力変換装置20から出力された直流電力は、第1DCバス11に供給される。
DC power is input to the
具体的には、直流電力変換装置20は、第1DCDCコンバータ21と、第2DCDCコンバータ22と、第3DCDCコンバータ23と、を有する。第1DCDCコンバータ21には、燃料電池発電システム40から直流電力が入力される。第2DCDCコンバータ22には、第1太陽光発電システム31から直流電力が入力される。第3DCDCコンバータ23には、第2太陽光発電システム32から直流電力が入力される。これらのDCDCコンバータ21,22および23から出力された直流電力は、第1DCバス11に供給される。
Specifically, the
第4DCDCコンバータ12は、第1DCバス11から入力された直流電力を、電圧の異なる直流電力に変換する。第4DCDCコンバータ12で変換された直流電力は、蓄電装置25に供給される。また、第4DCDCコンバータ12は、蓄電装置25から入力された電力を、電圧の異なる直流電力に変換し、第1DCバス11に供給する。つまり、第4DCDCコンバータ12は、双方向DCDCコンバータである。第4DCDCコンバータ12は、蓄電装置25の端子電圧が定格範囲となるように動作する。
The
第1インバータ13は、第1DCバス11から入力された直流電力を、電圧VAC1または電圧VAC2の交流電力に変換する。第1インバータ13で電圧VAC1の交流電力が得られる場合、その電力は電力切替ユニット28に供給される。第1インバータ13で電圧VAC2の交流電力が得られる場合、その電力は主分電盤80に供給される。
The
第1インバータ13は、系統電源200から主分電盤80を介して入力された電圧VAC2の交流電力を、直流電力に変化することもできる。こうして得られた直流電力は、第1DCバス11および第4DCDCコンバータ12を介して蓄電装置25に供給される。
The
[太陽光発電システム31および32]
太陽光発電システム31および32は、上記の想定システムに該当する。つまり、第1太陽光発電システム31は、少なくとも1つの太陽光発電パネル36を有する。第1太陽光発電システム31は、該少なくとも1つの太陽光発電パネル36を用いて発電する。第2太陽光発電システム32は、少なくとも1つの太陽光発電パネル37を有する。第2太陽光発電システム32は、該少なくとも1つの太陽光発電パネル37を用いて発電する。太陽光発電システム31および32で生成された直流電力は、直流電力変換装置20に供給される。
[Solar
The photovoltaic
[燃料電池発電システム40]
燃料電池発電システム40は、燃料電池41を用いて発電するシステムである。燃料電池発電システム40で生成された直流電力は、直流電力変換装置20に供給される。
[Fuel cell power generation system 40]
The fuel cell
燃料電池発電システム40は、燃料電池41と、第5DCDCコンバータ42と、第2DCバス43と、第2インバータ44と、第6DCDCコンバータ45と、ヒーター46と、貯湯ユニット47と、マイクロコントロールユニット(以下、MCUと称することがある)51と、低圧電源52と、補機用電源(以下、D1電源と称することがある)55と、を有する。
The fuel cell
燃料電池41は、直流電力を発電する。具体的には、燃料電池41はスタックを含む。そして、スタックが、酸素および水素から直流電力を生成する。
The
第5DCDCコンバータ42は、燃料電池41で生成された直流電力を、電圧の異なる直流電力に変換する。この例では、第5DCDCコンバータ42は、燃料電池41で生成された直流電力を昇圧する。昇圧された直流電力は、第2DCバス43に供給される。
The
第2インバータ44は、第2DCバス43から入力された直流電力を、電圧VAC2の交流電力に変換する。第2インバータ44で得られた交流電力は、主分電盤80に供給される。
The
第6DCDCコンバータ45は、第2DCバス43から入力された直流電力を、電圧の異なる直流電力に変換する。この例では、第6DCDCコンバータ45は、第2DCバス43から入力された直流電力を降圧する。
The
ヒーター46は、第6DCDCコンバータ45で変換された直流電力を用いて、水を温める。温められた水(以下、湯と称することがある)は、貯湯ユニット47に貯められる。
The
仮に、燃料電池41の発電電力が第2インバータ44の出力先の要求負荷よりも大きいときに、燃料電池発電システム40が燃料電池41の発電電力の全てを第2インバータ44から出力したとする。その場合、第2インバータ44から出力された電力のうち要求負荷を超える分(以下、余剰電力と称することがある)が系統電源200に逆潮流されてしまう。逆潮流を避けるために、この例では、余剰電力に所定マージンを加えた電力がゼロよりも大きい場合、その電力を、第2DCバス43から第6DCDCコンバータ45を介してヒーター46に供給する。つまり、第6DCDCコンバータ45は、余剰電力用である。また、ヒーター46は、水を温めつつ、逆潮流を防止する。
It is assumed that when the generated power of the
MCU51は、DCDCコンバータ42および45と、第2インバータ44と、後述の保護リレー62とを制御する。低圧電源52は、MCU51と、保護リレー62と、後述の特性変換回路100とに、制御用の電力を供給する。D1電源55は、ポンプ、ブロワ、弁などの、燃料電池発電システム40の補機を動かすのに用いられる。
The
[基板60]
基板60は、燃料電池発電システム40とパワーステーション10とを接続する経路上に存する。基板60には、燃料電池発電システム40から(具体的には、第2DCバス43から)直流電力が供給される。基板60は、特性変換回路100と、LCフィルタ61と、保護リレー62と、を有する。
[Board 60]
The
上述の説明から明らかであるように、特性変換回路100は、燃料電池発電システム40と直流電力変換装置20とを接続する経路上(詳細には、直流電力の経路上)に存する。特性変換回路100は、第1フィードバック回路110と、第2フィードバック回路120と、を有する。第1フィードバック回路110は、特性変換回路100の出力電圧の上限の目標値を規定するのに用いられる。第2フィードバック回路120は、特性変換回路100の出力電力がピークになるときにおける特性変換回路100の出力電圧(以下、最大電力点における出力電圧と称することがある)を所定範囲内の値に調整するのに用いられる。このピークは、具体的には、単一ピークである。
As is clear from the above description, the
第1フィードバック回路110によれば、特性変換回路100の出力電圧が過度に大きくなることを防止できる。このため、第1フィードバック回路110によれば、燃料電池発電システム40から直流電力変換装置20に過電圧が入力され直流電力変換装置20が壊れるのを防止できる。
According to the
直流電力変換装置20は、想定システムのMPPT制御を実行できるように設計されている。上述のとおり、想定システムは、出力電圧が所定範囲内にあるときに該想定システムの出力電力がピークになるものである。第2フィードバック回路120によれば、その所定範囲内の値へと、特性変換回路100の最大電力点における出力電圧を調整できる。このため、特性変換回路100のMPPT制御が可能となる。また、特性変換回路100の出力電圧が上記の値となった時点で、特性変換回路100から直流電力変換装置20に送られる電力の増加が停止される。このため、特性変換回路100から直流電力変換装置20に送られる電力が過度に増加することを防止できる。燃料電池発電システム40から特性変換回路100に送られる電力が過度に増加することも防止できる。このため、燃料電池発電システム40の出力電力の増加に伴って燃料電池発電システム40の出力電流が過度に増加することを防止できる。このため、保護機能が働いて燃料電池41の発電が停止され燃料電池発電システム40から直流電力変換装置20への電力供給が停止されることを防止できる。
The
この例の特性変換回路100について、図3を用いてさらに説明する。図3において、実線は、特性変換回路100の出力電圧と特性変換回路100の出力電力との関係(V−P特性)を表す。点線は、特性変換回路100の出力電圧と特性変換回路100の出力電流との関係(V−I特性)を表す。一点鎖線は、第1フィードバック回路110の寄与を表す。二点鎖線は、第2フィードバック回路120の寄与を表す。
The
図3から理解されるように、第1フィードバック回路110により、特性変換回路100のV−I特性は、出力電流が小さい領域において出力電圧が目標値に追従するものとなる。第2フィードバック回路120により、特性変換回路100のV−I特性は、出力電流が大きい領域において出力電流が増加するにつれて出力電圧が低下するものとなる。これらの回路110および120の作用が相俟って、特性変換回路100のV−I特性は、図3の点線に示すものとなる。結果として、特性変換回路100のV−P特性は、図3の実線に示すような、単一ピークを有する上に凸のものとなる。このため、特性変換回路100のMPPT制御が可能となる。
As can be understood from FIG. 3, by the
なお、上記の所定範囲内の値は、目標値よりも低い。このため、特性変換回路100の最大電力点における出力電圧は、目標値よりも低い。また、この例では、特性変換回路100の入力電圧(この例では、第2DCバス43における電圧である)は、目標値よりも大きい。ただし、入力電圧が目標値よりも小さい場合であっても、図3に示すV−P特性を得ることは可能である。
The value within the above predetermined range is lower than the target value. Therefore, the output voltage at the maximum power point of the
この例では、上記の所定範囲は、太陽光発電システム31(または32)の出力電力がピークになるときにおける太陽光発電システム31(または32)の出力電圧の±20V以内の範囲である実機基準範囲を含む。そして、第2フィードバック回路120は、特性変換回路100の最大電力点における出力電圧を実機基準範囲内の値に調整するのに用いられる。電力システム300で用いられる太陽光発電システム31(または32)が分かっている場合、その太陽光発電システムに対するMPPT制御を実施できるように電力システム300を設計することができる。つまり、実機基準範囲を含むように、上記の所定範囲を設定できる。さらに、特性変換回路100の最大電力点における出力電圧が実機基準範囲内の値に調整されるように、特性変換回路100を設計できる。この例の電力システム300は、設計のし易さの観点から有利である。
In this example, the above-mentioned predetermined range is within ± 20 V of the output voltage of the photovoltaic power generation system 31 (or 32) when the output power of the photovoltaic power generation system 31 (or 32) peaks. Includes range. Then, the
この例では、直流電力変換装置20は、第1DCDCコンバータ21、第2DCDCコンバータ22および第3DCDCコンバータ23を有する。第1DCDCコンバータ21は、MPPT制御によって、特性変換回路100の出力電圧を調整する。第2DCDCコンバータ22は、MPPT制御によって、第1太陽光発電システム31の出力電圧を調整する。第3DCDCコンバータ23は、MPPT制御によって、第2太陽光発電システム32の出力電圧を調整する。このように、この例では、太陽光発電システム31および32の出力電圧ならびに特性変換回路100の出力電圧を個別にMPPT制御するマルチストリング型の直流電力変換装置20が実現されている。ただし、直流電力変換装置は、これらの出力電圧を一括してMPPT制御する集中型のものであってもよい。
In this example, the
図4に、特性変換回路100の一例を示す。図4の特性変換回路100は、第1フィードバック回路110と、第2フィードバック回路120と、フィードバック電流供給部130と、電圧電流制御回路160と、を有する。
FIG. 4 shows an example of the
第1フィードバック回路110は、第1抵抗111と、第2抵抗112と、第1シャントレギュレータ115と、を有する。第2フィードバック回路120は、第3抵抗121と、第4抵抗122と、第5抵抗123と、第2シャントレギュレータ125と、電流センサ128と、を有する。フィードバック電流供給部130は、定電圧源131と、第6抵抗132と、を有する。
The
第1フィードバック回路110では、第1抵抗111および第2抵抗112により、特性変換回路100の出力電圧が分圧される。分圧された電圧が、第1抵抗111および第2抵抗112の接続点p1に現れる。接続点p1の電圧が、第1シャントレギュレータ115の参照電圧端子に入力される。参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源131、第6抵抗132、第1シャントレギュレータ115および基準電位をこの順に流れる電流(第1シャントレギュレータ115を図示下向きに流れる電流である;以下、第1電流と称することがある)は、大きくなる。
In the
第2フィードバック回路120では、第3抵抗121および第4抵抗122により、特性変換回路100の出力電圧が分圧される。また、電流センサ128が、特性変換回路100の出力電圧が大きくなるほど大きなるほど大きくなるセンサ電圧を生成する。第5抵抗123および第4抵抗122により、このセンサ電圧が分圧される。抵抗121および122に由来する分圧電圧に抵抗123および122に由来する分圧電圧が加算された電圧が、3つの抵抗121,122および123の接続点p2に現れる。接続点p2の電圧が、第2シャントレギュレータ125の参照電圧端子に入力される。参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源131、第6抵抗132、第2シャントレギュレータ125および基準電位をこの順に流れる電流(第2シャントレギュレータ125を図示下向きに流れる電流である;以下、第2電流と称することがある)は、大きくなる。本実施の形態では、電流センサ128は、カレントトランスである。
In the
特性変換回路100の出力電流が小さい領域では、第1電流が、定電圧源131から流出する電流の大部分を占める。一方、特性変換回路100の出力電流が大きい領域では、第2電流が、定電圧源131から流出する電流の大部分を占める。つまり、特性変換回路100の出力電流が小さい領域では第1フィードバック回路110の動作が優勢となり、特性変換回路100の出力電流が大きい領域では第2フィードバック回路120の動作が優勢となる。そのように回路110および120が動作するように、抵抗111,112,121,122および123ならびにシャントレギュレータ115および125のパラメータが選定されている。
In the region where the output current of the
電圧電流制御回路160は、DCDCコンバータとして機能する。電圧電流制御回路160は、定電圧源131から流出する電流が大きいほど、電圧電流制御回路160の入力電圧に対する出力電圧の比率を小さくする。このように、特性変換回路100は、定電圧源131から流出する電流に応じて上記比率が調整されるようになっている。このような特性変換回路100は、適宜設計可能である。
The voltage-
図1および図2に戻って、特性変換回路100の出力電力は、LCフィルタ61および保護リレー62を介して、直流電力変換装置20に(具体的には、第1DCDCコンバータ21に)供給される。
Returning to FIGS. 1 and 2, the output power of the
[蓄電装置25]
上述のように、蓄電装置25には、第4DCDCコンバータ12から電力が供給される。また、蓄電装置25は、第4DCDCコンバータ12に電力を供給する。
[Power storage device 25]
As described above, power is supplied to the
蓄電装置25は、例えば、リチウム電池である。ただし、蓄電装置25として、リチウム電池以外の電池を用いてもよい。蓄電装置25として、キャパシタを用いてもよい。
The
[主分電盤80]
主分電盤80は、連系ブレーカー81と、主幹ブレーカー82と、二次連系ブレーカー83と、分岐ブレーカー85a,85bおよび85cと、を有する。
[Main distribution board 80]
The
主幹ブレーカー82は、上流側電路88により、系統電源200と接続されている。上流側電路88は、主幹ブレーカー82を介して下流側電路89に接続されている。
The
下流側電路89には、二次連系ブレーカー83が接続されている。二次連系ブレーカー83は、主幹ブレーカー82と第2インバータ44とを接続する経路上かつ分岐ブレーカー85a,85bおよび85cと第2インバータ44とを接続する経路上の位置に設けられている。
A
下流側電路89には、分岐ブレーカー85a,85bおよび85cも接続されている。分岐ブレーカー85aは、主幹ブレーカー82と電力切替ユニット28とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー85bは、主幹ブレーカー82と第2負荷252とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー85cは、主幹ブレーカー82と第3負荷253とを接続する経路上に設けられている。
上流側電路88には、第3接続点p3がある。連系ブレーカー81は、第3接続点p3と第1インバータ13とを接続する経路上に設けられている。
The upstream
この例では、系統電源200から主幹ブレーカー82に電圧VAC2の交流電力が供給され得る。系統電源200から連系ブレーカー81を介して第1インバータ13に電圧VAC2の交流電力が供給され得る。第1インバータ13から連系ブレーカー81を介して系統電源200に電圧VAC2の交流電力が逆潮流され得る。第1インバータ13から連系ブレーカー81を介して主幹ブレーカー82に電圧VAC2の交流電力が供給され得る。二次連系ブレーカー83には、第2インバータ44から電圧VAC2の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー85aから電力切替ユニット28に電圧VAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー85bから第2負荷252に電圧VAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー85cから第3負荷253に電圧VAC2の交流電力が供給され得る。
In this example, AC power of voltage V AC2 can be supplied from the
[電力切替ユニット28]
電力切替ユニット28には、第1インバータ13と分岐ブレーカー85aとのいずれかを、選択的に、自立分電盤90に(具体的には、主幹ブレーカー92に)接続する。
[Power switching unit 28]
In the
[自立分電盤90]
自立分電盤90は、主幹ブレーカー92と、分岐ブレーカー95a,95bおよび95cと、を有する。
[Independent distribution board 90]
The self-supporting
主幹ブレーカー92は、上流側電路98により、電力切替ユニット28と接続されている。上流側電路98は、主幹ブレーカー92を介して下流側電路99に接続されている。
The
下流側電路99には、分岐ブレーカー95a,95bおよび95cが接続されている。分岐ブレーカー95aは、主幹ブレーカー92とD1電源55とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー95bは、主幹ブレーカー92と貯湯ユニット47とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー95cは、主幹ブレーカー92と第1負荷251とを接続する経路上に設けられている。
この例では、電力切替ユニット28から主幹ブレーカー92を介して下流側電路99に電圧VAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー95aからD1電源55に電圧VAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー95bから貯湯ユニット47に電圧VAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー95cからコンセント260を介して第1負荷251に電圧VAC1の交流電力が供給され得る。
In this example, AC power of voltage V AC1 can be supplied from the
[系統連系時の電力システム300の動作]
図1に示すように、系統連系時には、MCU51からの解列指令に基づき、保護リレー62が開状態となっている。ここで、開状態は、自身を電流が流れることを禁止する状態を指す。また、電力切替ユニット28は、分岐ブレーカー85aと自立分電盤90とを接続している。
[Operation of
As shown in FIG. 1, at the time of grid connection, the
燃料電池41で発電された電力は、第5DCDCコンバータ42を経由して第2DCバス43に供給される。第2DCバス43に供給された直流電力の一部または全部は、第2インバータ44を経由して二次連系ブレーカー83に供給される。
The electric power generated by the
二次連系ブレーカー83に供給された電力の一部は、分岐ブレーカー85aと電力切替ユニット28とをこの順に経由して、主幹ブレーカー92に供給される。主幹ブレーカー92に供給された電力の一部は、分岐ブレーカー95aを経由して、D1電源55に供給される。主幹ブレーカー92に供給された電力の別の一部は、分岐ブレーカー95bを経由して、貯湯ユニット47に供給される。主幹ブレーカー92に供給された電力のさらに別の一部は、分岐ブレーカー95cとコンセント260とをこの順に経由して、第1負荷251に供給される。
A part of the electric power supplied to the
二次連系ブレーカー83に供給された電力の別の一部は、分岐ブレーカー85bを経由して、第2負荷252に供給される。二次連系ブレーカー83に供給された電力のさらに別の一部は、分岐ブレーカー85cを経由して、第3負荷253に供給される。
Another part of the electric power supplied to the
余剰電力に所定マージンを加えた電力がゼロよりも大きい場合、その電力は、第2DCバス43から第6DCDCコンバータ45を経由してヒーター46に供給される。
When the power obtained by adding the predetermined margin to the surplus power is larger than zero, the power is supplied from the
直流電力変換装置20は(具体的には、第2DCDCコンバータ22は)、MPPT制御により、第1太陽光発電システム31から電力を取り出し、取り出した電力を第1DCバス11に供給する。直流電力変換装置20は(具体的には、第3DCDCコンバータ23は)、MPPT制御により、第2太陽光発電システム32から電力を取り出し、取り出した電力を第1DCバス11に供給する。
The DC power converter 20 (specifically, the second DCDC converter 22) takes out electric power from the first photovoltaic
蓄電装置25が満充電状態にない場合、第1DCバス11に供給された電力の一部が蓄電装置25に供給され、該電力の残部が第1インバータ13に供給される。蓄電装置25が満充電状態にある場合、第1DCバス11に供給された電力の全部が第1インバータ13に供給される。第1インバータ13に供給された電力は、連系ブレーカー81に供給される。
When the
上記の説明から理解されるように、この例の電力システム300は、第2インバータ44から二次連系ブレーカー83へと供給される電力が、少なくとも上記マージンの分だけ、負荷251〜253、D1電源55および貯湯ユニット47の合計要求負荷に対して不足するように構成されている。この不足分に相当する電力が、連系ブレーカー81から主幹ブレーカー82を経由して下流側電路89へと供給され、第2インバータ44から二次連系ブレーカー83へと供給された電力と合流する。連系ブレーカー81に供給された電力の残部は、系統電源200に逆潮流される。
As can be understood from the above description, in the
太陽光発電システム31および32での発電が不十分な場合、上記の不足分の電力が、系統電源200から主幹ブレーカー82を経由して下流側電路89へと供給され、第2インバータ44から二次連系ブレーカー83へと供給された電力と合流する。また、蓄電装置25が満充電状態でなくかつ太陽光発電システム31および32での発電が蓄電装置25を充電するのに不十分な場合、系統電源200から、第1インバータ13、第1DCバス11および第4DCDCコンバータ12を経由して、蓄電装置25に電力が供給される。
When the power generation by the photovoltaic
[停電時の電力システム300の動作]
図2に示すように、停電時には、MCU51からの並列指令に基づき、保護リレー62が閉状態となっている。ここで、閉状態は、自身を電流が流れることを許可する状態を指す。また、電力切替ユニット28は、第1インバータ13と自立分電盤90とを接続している。
[Operation of
As shown in FIG. 2, at the time of power failure, the
燃料電池41で発電された電力は、DCDCコンバータ42を経由して第2DCバス43に供給される。第2DCバス43に供給された直流電力の一部または全部は、特性変換回路100に供給される。直流電力変換装置20は(具体的には、第1DCDCコンバータ21は)、MPPT制御により、特性変換回路100から(厳密には、LCフィルタ61を介して)電力を取り出し、取り出した電力を第1DCバス11に供給する。
The electric power generated by the
また、直流電力変換装置20は、系統連系時と同様に、太陽光発電システム31および32から電力を取り出し、取り出した電力を第1DCバス11に供給する。
Further, the DC
直流電力変換装置20によって太陽光発電システム31および32ならびに特性変換回路100から取り出された合計電力が第1負荷251、D1電源55および貯湯ユニット47の要求負荷よりも小さい場合、不足分に相当する電力が、蓄電装置25から第4DCDCコンバータ12を経由して第1DCバス11にさらに供給される。取り出された電力が要求負荷よりも大きい場合、過剰分の電力が第4DCDCコンバータ12を介して蓄電装置25に充電され、この充電を行っても過剰分がなくならければ、第2DCバス43の電力の一部が第6DCDCコンバータ45を介してヒーター46に供給される。
When the total power extracted from the photovoltaic
このようにして、上記要求負荷に追従させられたあるいは近づけられた電力が、第1DCバス11から第1インバータ13および電力切替ユニット28を経由して主幹ブレーカー92に供給される。主幹ブレーカー92に供給された電力は、系統連系時と同様に、D1電源55、貯湯ユニット47および第1負荷251に供給される。
In this way, the electric power that is made to follow or is brought close to the required load is supplied from the
[電力システム300における機器の接続の仕方による利点]
この例では、電力システム300は、蓄電装置25を備える。太陽光発電システム31および32と、直流電力変換装置20と、蓄電装置25と、はこの順に接続されている。また、燃料電池発電システム40と、特性変換回路100と、直流電力変換装置20と、蓄電装置25と、はこの順に接続されている。このため、太陽光発電システム31および32からのみならず、燃料電池発電システム40からも、蓄電装置25を充電することができる。
[Advantages of connecting devices in the power system 300]
In this example, the
この例では、電力システム300は、蓄電装置25と、直流電力を交流電力に変換するインバータ13と、コンセント260と、を備える。太陽光発電システム31および32と、直流電力変換装置20と、インバータ13と、コンセント260と、はこの順に接続されている。燃料電池発電システム40と、特性変換回路100と、直流電力変換装置20と、インバータ13と、コンセント260と、はこの順に接続されている。蓄電装置25と、インバータ13と、コンセント260と、はこの順に接続されている。このため、この例では、太陽光発電システム31および32ならびに蓄電装置25から電力供給されるコンセント260に、燃料電池発電システム40からも電力供給できる。このことは、以下の理由で、停電時に便利である。すなわち、夜、雨天時などには、太陽光発電システム31および32は発電できない。仮にコンセント260に燃料電池発電システム40から電力を供給できないとすると、夜、雨天時などに停電が続く場合において、コンセント260から電力を取り出し可能な期間は蓄電装置25のみに基づく限られたものとなる。これに対し、この例では、コンセント260に燃料電池発電システム40から電力を供給できるため、上記期間を延ばすことができる。夜、雨天時などに停電が続く場合において、別のコンセントへの差し替えなしで1つのコンセントから長時間電力を取り出せることは、ユーザーにとって便利である。
In this example, the
また、この例では、コンセント260に対する上記接続と同様の接続が、貯湯ユニット47にもなされている。このため、夜、雨天時などに停電が続く場合において、貯湯ユニット47へとその動作に必要な電力を長時間供給することができる。
Further, in this example, the same connection as the above connection to the
この例では、電力システム300は、蓄電装置25から燃料電池発電システム40に(具体的には、D1電源55に)電力を供給することができるように構成されている。具体的には、コンセント260に対する上記接続と同様の接続が、D1電源55にもなされている。上述の説明から理解されるように、この例の蓄電装置25は、停電時にコンセント260に電力を供給可能な非常用電源として機能する。この例では、さらに、蓄電装置25は、停電時に燃料電池発電システム40に電力を供給可能な非常用電源としても機能する。このようにすれば、停電時に燃料電池発電システム40を起動させるための(典型的には、該システム40の補機に電力を供給するための)専用電源を省略することができる。
In this example, the
[特性変換回路の具体例]
上記の説明から理解されるように、この例では、特性変換回路100は、DCDCコンバータである電圧電流制御回路160を有する。特性変換回路100の出力電流が所定値未満のときにおいて、電圧電流制御回路160および第1フィードバック回路110は、協働して、特性変換回路100の出力電圧に応じて特性変換回路100の出力電圧を調整することによって特性変換回路100の出力電圧を目標値に追従させる第1フィードバック制御を行う。また、特性変換回路100の出力電流が所定値以上のときにおいて、電圧電流制御回路100および第2フィードバック回路120は、協働して、特性変換回路100の出力電流が大きいほど特性変換回路100の出力電圧を低下させることによって特性変換回路100の出力電力がピークになるときにおける特性変換回路100の出力電圧を所定範囲内の値に調整する第2フィードバック制御を行う。
[Specific example of characteristic conversion circuit]
As can be understood from the above description, in this example, the
このような第1および第2フィードバック制御を実現する特性変換回路100は適宜設計可能であるが、以下では、特性変換回路100の具体例である特性変換回路100Xについて、図5を参照しながら説明する。以下では、図4を参照して既に説明した要素については、同一符号を付し、その説明を省略することがある。
The
特性変換回路100Xは、LLCコンバータを構成している。このLLCコンバータは、定電圧源131から流出する電流が大きいほど高い発振周波数が規定され、発振周波数が高いほど特性変換回路100Xの入力電圧に対する出力電圧の比率が小さくなるように構成されている。
The
具体的には、特性変換回路100Xは、第1フィードバック回路110と、第2フィードバック回路120と、フィードバック電流供給部130Xと、電流共振制御部140と、電圧電流制御回路160Xと、を有する。
Specifically, the
フィードバック電流供給部130Xは、定電圧源131および第6抵抗132に加え、第1発光ダイオード135を有する。第1発光ダイオード135には、定電圧源131から流出した電流が流れる。
The feedback
電流共振制御部140は、第7抵抗141と、第1コンデンサ142と、第8抵抗143と、第1フォトトランジスタ145と、制御IC146と、を有する。第7抵抗141と、第1コンデンサ142と、第8抵抗143および第1フォトトランジスタ145の組み合わせとは、互いに並列に接続されている。第1フォトトランジスタ145は、第1発光ダイオード135と協働して、第1フォトカプラ150を構成している。制御IC146は、定電流源147と、フィードバック端子148と、ハイサイドドライバ出力端子149aと、ローサイドドライバ出力端子149bと、を有する。
The current
電流共振制御部140では、第1コンデンサ142に電荷が充電される期間(以下、充電期間と称することがある)と、第1コンデンサ142から電荷が放電される期間(以下、放電期間と称することがある)とが、交互に訪れる。放電期間と充電期間とは、フィードバック端子148の電圧に基づいて切り替わる。
In the current
具体的には、充電期間において、定電流源147からフィードバック端子148を介して第1コンデンサ142に電荷が充電されていく。充電が進むにつれて、フィードバック端子148の電圧が上昇していく。フィードバック端子148の電圧が第1の電圧に達すると、放電期間に切り替わる。放電期間においては、定電流源147から第1コンデンサ142への電荷の充電は停止される。放電期間においては、第1コンデンサ142に充電された電荷は、第7抵抗141を介して放電される。放電期間においては、電荷が第8抵抗143および第1フォトトランジスタ145を介してさらに放電される。放電が進むにつれて、フィードバック端子148の電圧が低下していく。フィードバック端子148の電圧が第2の電圧に達すると、充電期間に切り替わる。
Specifically, during the charging period, the
第1発光ダイオード135を流れる電流が大きいほど、第1フォトトランジスタ145に大きい電流が流れ、放電期間における第8抵抗143および第1フォトトランジスタ145を介した電荷の放電が速くなり、放電期間が短くなり、充放電周波数(上記の発振周波数に対応)が高くなる。
The larger the current flowing through the first
ある放電期間において、ハイサイドドライバ出力端子149aから駆動信号が出力される。次の放電期間において、ローサイドドライバ出力端子149bから駆動信号が出力される。次の放電期間において、ハイサイドドライバ出力端子149aから駆動信号が出力される。次の放電期間において、ローサイドドライバ出力端子149bから駆動信号が出力される。これが繰り返され、ドライバ出力端子149aおよび149bから、互いに逆位相の駆動パルス信号が出力される。これらの駆動パルス信号の周波数は、上記の充放電周波数が高くなるほど高くなる。なお、充電期間は、両ドライバ出力端子149aおよび149bのいずれからも駆動信号が出力されないデッドタイムとなる。
In a certain discharge period, a drive signal is output from the high-side
電圧電流制御回路160Xは、第2コンデンサ161と、第1スイッチング素子162aと、第2スイッチング素子162bと、第3コンデンサ163aと、第4コンデンサ163bと、第5コンデンサ164と、トランス165と、第1ダイオード166aと、第2ダイオード166bと、第6コンデンサ167と、を有する。
The voltage /
スイッチング素子162aおよび162bは、直列に接続されることにより、直列回路を構成している。この直列回路には、第2コンデンサ161が並列接続されている。第1スイッチング素子162aには第3コンデンサ163aが並列接続されている。第2スイッチング素子162bには第4コンデンサ163bが並列接続されている。
The
この例では、スイッチング素子162aおよび162bは、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。また、第5コンデンサ164は、共振コンデンサである。
In this example, the
トランス165は、1次側の巻線である第1巻線165aと、2次側の巻線である第2巻線165bおよび第3巻線165cと、を有する。
The
第1巻線165aの一端には、第1スイッチング素子162aの電流流出端子(この例では、ソース端子である)と、第2スイッチング素子162bの電流流入端子(この例では、ドレイン端子である)と、が接続されている。第1巻線165aの他端と第2スイッチング素子162bの電流流出端子との間には、第5コンデンサ164が接続されている。
At one end of the first winding 165a, a current outflow terminal of the
第2巻線165bの一端には、第1ダイオード166aのアノードが接続されている。第1ダイオード166aのカソードには、第6コンデンサ167の一端と、第2ダイオード166bのカソードと、が接続されている。第2巻線165bの他端には、第6コンデンサ167の他端と、基準電位とが接続されている。
The anode of the
第3巻線165cの一端には、第6コンデンサ167の他端と、基準電位とが接続されている。第3巻線165cの他端には、第2ダイオード166bのアノードが接続されている。
The other end of the
第1スイッチング素子162aの制御端子(この例では、ゲート端子である)には、ハイサイドドライバ出力端子149aから駆動パルス信号が供給される。第2スイッチング素子162bの制御端子には、ローサイドドライバ出力端子149bから駆動パルス信号が供給される。これにより、スイッチング素子162aおよび162bは、互いに逆位相の駆動パルス信号が供給されることによって、交互にオンオフする。
A drive pulse signal is supplied from the high-side
スイッチング素子162aおよび162bに供給される駆動パルス信号の周波数が高いほど、LLC共振に基づき、電圧電流制御回路160Xの入力電圧に対する出力電圧の比率が小さくなる。
The higher the frequency of the drive pulse signal supplied to the
[特性変換回路の別例]
図6に、特性変換回路の別例を示す。以下では、図4の例と同様の部分については、説明を省略することがある。
[Another example of characteristic conversion circuit]
FIG. 6 shows another example of the characteristic conversion circuit. In the following, the description of the same parts as those in the example of FIG. 4 may be omitted.
図6に示す特性変換回路190は、図4の特性変換回路100のフィードバック電流供給部130に代えて、フィードバック電流供給部195を有する。フィードバック電流供給部195は、定電圧源131および第6抵抗132に加え、第9抵抗191を有する。
The
特性変換回路190では、特性変換回路100と同様、第1シャントレギュレータ115の参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源131、第6抵抗132、第1シャントレギュレータ115および基準電位をこの順に流れる電流(第1電流)が大きくなる。一方、特性変換回路190では、特性変換回路100と異なり、第2シャントレギュレータ125の参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源131、第9抵抗191、第2シャントレギュレータ125および基準電位をこの順に流れる電流(第2電流)が大きくなる。
In the
特性変換回路190の出力電流が小さい領域では、第1電流が、定電圧源131から流出する電流の大部分を占める。一方、特性変換回路100の出力電流が大きい領域では、第2電流が、定電圧源131から流出する電流の大部分を占める。つまり、特性変換回路100の出力電流が小さい領域では第1フィードバック回路110の動作が優勢となり、特性変換回路100の出力電流が大きい領域では第2フィードバック回路120の動作が優勢となる。これらの点で、特性変換回路190は、特性変換回路100と共通している。このため、特性変換回路190では、特性変換回路100と同様に、電圧電流制御回路160の入力電圧に対する出力電圧の比率が調整される。
In the region where the output current of the
図7に、特性変換回路190の具体例である特性変換回路190Xを示す。以下では、図5の例と同様の部分については、説明を省略することがある。
FIG. 7 shows a
図7に示す特性変換回路190Xは、図5の特性変換回路100Xのフィードバック電流供給部130Xに代えて、フィードバック電流供給部195Xを有する。また、特性変換回路190Xは、特性変換回路100Xの電流共振制御部140に代えて、電流共振制御部199を有する。
The
フィードバック電流供給部195Xは、定電圧源131、第6抵抗132および第1発光ダイオード135に加え、第9抵抗191および第2発光ダイオード192を有する。電流共振制御部199は、第7抵抗141、第1コンデンサ142、第8抵抗143、第1フォトトランジスタ145および制御IC146に加え、第10抵抗196および第2フォトトランジスタ197を有する。
The feedback
第7抵抗141と、第1コンデンサ142と、第8抵抗143および第1フォトトランジスタ145の組み合わせと、第10抵抗196および第2フォトトランジスタ197の組み合わせとは、互いに並列に接続されている。第2発光ダイオード192および第2フォトトランジスタ197は、協働して、第2フォトカプラ198を構成している。
The
電流共振制御部199では、電流共振制御部140と同様、第1コンデンサ142に電荷が充電される期間(以下、充電期間と称することがある)と、第1コンデンサ142から電荷が放電される期間(以下、放電期間と称することがある)とが、交互に訪れる。
In the current
具体的には、充電期間において、定電流源147からフィードバック端子148を介して第1コンデンサ142に電荷が充電されていく。充電が進むにつれて、フィードバック端子148の電圧が上昇していく。フィードバック端子148の電圧が第1の電圧に達すると、放電期間に切り替わる。放電期間においては、定電流源147から第1コンデンサ142への電荷の充電は停止される。放電期間においては、第1コンデンサ142に充電された電荷は、第7抵抗141を介して放電される。放電期間においては、電荷が、第8抵抗143および第1フォトトランジスタ145を介して、または、第10抵抗196および第2フォトトランジスタ197を介して、さらに放電される。放電が進むにつれて、フィードバック端子148の電圧が低下していく。フィードバック端子148の電圧が第2の電圧に達すると、充電期間に切り替わる。
Specifically, during the charging period, the
電流共振制御部199における第1コンデンサ142の電荷の充電状態は、電流共振制御部140と同様に変化する。このため、特性変換回路190Xでは、特性変換回路100Xと同様に、電圧電流制御回路160Xの入力電圧に対する出力電圧の比率が調整される。
The state of charge of the electric charge of the
改めて断っておくが、図4の特性変換回路100の具体例は、図5の特性変換回路100Xには限られない。例えば、定電圧源131から流出する電流が大きいほど小さいデューティ比が規定され、そのデューティ比に基づいて動作するDCDCコンバータを特性変換回路内に構成することもできる。図6の特性変換回路190の具体例についても同様である。
It should be noted again that the specific example of the
また、図4および図5の第1フィードバック回路110および第2フィードバック回路120の構成も必須ではない。例えば、電圧センサによって電圧電流制御回路160の出力電圧を検出し、電流センサによって電圧電流制御回路160の出力電流を検出し、出力電流が小さい領域では出力電圧が一定の電圧に維持され出力電流が大きい領域では出力電流が出力電流が増えるにつれて出力電圧が下がるような制御信号をマイクロコンピュータにより生成し、該制御信号を用いて電圧電流制御回路160を制御してもよい。
Further, the configurations of the
本開示に、その他の種々の変更を適用することもできる。例えば、電力システムにおける太陽光発電システムの数は1つであってもよく、3つ以上であってもよい。電力システムは、太陽光発電システムを有していないくてもよい。直流電力変換装置は、パワーステーションに組み込まれていなくてもよい。電力システムは、蓄電装置、貯湯ユニットなどの図示した一部の要素を有していないくてもよい。また、発電部と負荷の接続経路は、図示したものに限られない。例えば、コンセント260を省略して第1負荷251に電力を供給することも可能である。
Various other modifications may also be applied to this disclosure. For example, the number of photovoltaic power generation systems in the electric power system may be one or three or more. The power system may not have a photovoltaic system. The DC power converter does not have to be built into the power station. The electric power system may not have some of the illustrated elements such as a power storage device and a hot water storage unit. Further, the connection path between the power generation unit and the load is not limited to the one shown in the figure. For example, it is possible to omit the
本開示に係る技術は、太陽光発電システム用に設計された直流電力変換装置と、燃料電池発電システムと、を有する電力システムに利用可能である。 The technology according to the present disclosure can be used in a power system having a DC power converter designed for a photovoltaic power generation system and a fuel cell power generation system.
10 パワーステーション
11,43 DCバス
12,21,22,23,42,45 DCDCコンバータ
13,44 インバータ
20 直流電力変換装置
25 蓄電装置
28 電力切替ユニット
31,32 太陽光発電システム
36,37 太陽光発電パネル
40 燃料電池発電システム
41 燃料電池
46 ヒーター
47 貯湯ユニット
51 MCU
52 低圧電源
55 D1電源
60 基板
61 LCフィルタ
62 保護リレー
80,90 分電盤
81,82,83,85a,85b,85c,92,95a,95b,95c ブレーカー
88,89,98,99 電路
100,100X 特性変換回路
110,120 フィードバック回路
111,112,121,122,123,132,141,143,191,196 抵抗
115,125 シャントレギュレータ
128 電流センサ
130,130X、190,190X フィードバック電流供給部
131 定電圧源
135,192 発光ダイオード
140,199 電流共振制御部
142,161,163a,163b,164,167 コンデンサ
145,197 フォトトランジスタ
146 制御IC
147 定電流源
148,149a,149b 端子
150,198 フォトカプラ
160,160X 電圧電流制御回路
162a,162b スイッチング素子
165 トランス
165a,165b,165c 巻線
166a,166b ダイオード
200 系統電源
251,252,253 負荷
260 コンセント
300 電力システム
p1,p2,p3 接続点
10
52 Low
147 Constant
Claims (9)
燃料電池を用いて発電する燃料電池発電システムであって、該燃料電池発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムと前記直流電力変換装置とを接続する経路上に存する特性変換回路であって、該特性変換回路の出力電圧の上限の目標値を規定するのに用いられる第1フィードバック回路と、該特性変換回路の出力電力がピークになるときにおける前記特性変換回路の出力電圧を前記所定範囲内の値に調整するのに用いられる第2フィードバック回路と、を有する特性変換回路と、
を備え、
前記第1フィードバック回路および前記第2フィードバック回路は、アナログ回路である、電力システム。 MPPT control can be executed for an assumed system that generates power using a photovoltaic power generation panel and the output power of the assumed system peaks when the output voltage of the assumed system is within a predetermined range. Designed for DC power converter and
A fuel cell power generation system that uses a fuel cell to generate power, and the DC power generated by the fuel cell power generation system is supplied to the DC power conversion device and the fuel cell power generation system.
A characteristic conversion circuit existing on a path connecting the fuel cell power generation system and the DC power conversion device, and a first feedback circuit used to define an upper limit target value of the output voltage of the characteristic conversion circuit. A characteristic conversion circuit having a second feedback circuit used to adjust the output voltage of the characteristic conversion circuit to a value within the predetermined range when the output power of the characteristic conversion circuit reaches its peak.
Equipped with a,
The first feedback circuit and the second feedback circuit are analog circuits, that is , a power system.
前記第2フィードバック回路は、前記特性変換回路の出力電力がピークになるときにおける前記特性変換回路の出力電圧を前記実機基準範囲内の値に調整するのに用いられる、
請求項2に記載の電力システム。 The predetermined range includes an actual machine reference range which is within ± 20 V of the output voltage of the photovoltaic power generation system when the output power of the photovoltaic power generation system peaks.
The second feedback circuit is used to adjust the output voltage of the characteristic conversion circuit to a value within the reference range of the actual machine when the output power of the characteristic conversion circuit reaches its peak.
The power system according to claim 2.
前記第1DCDCコンバータは、MPPT制御によって、前記特性変換回路の出力電圧を調整し、
前記第2DCDCコンバータは、MPPT制御によって、前記太陽光発電システムの出力電圧を調整する、請求項2または3に記載の電力システム。 The DC power converter has a first DCDC converter and a second DCDC converter.
The first DCDC converter adjusts the output voltage of the characteristic conversion circuit by MPPT control.
The power system according to claim 2 or 3, wherein the second DCDC converter adjusts the output voltage of the photovoltaic power generation system by MPPT control.
前記太陽光発電システムと、前記直流電力変換装置と、前記蓄電装置と、はこの順に接続され、
前記燃料電池発電システムと、前記特性変換回路と、前記直流電力変換装置と、前記蓄電装置と、はこの順に接続されている、請求項2〜4のいずれか一項に記載の電力システム。 Equipped with a power storage device
The photovoltaic power generation system, the DC power conversion device, and the power storage device are connected in this order.
The power system according to any one of claims 2 to 4, wherein the fuel cell power generation system, the characteristic conversion circuit, the DC power conversion device, and the power storage device are connected in this order.
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
コンセントと、を備え、
前記太陽光発電システムと、前記直流電力変換装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続され、
前記燃料電池発電システムと、前記特性変換回路と、前記直流電力変換装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続され、
前記蓄電装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続されている、請求項2〜5のいずれか一項に記載の電力システム。 Power storage device and
Inverters that convert DC power to AC power,
Equipped with an outlet,
The photovoltaic power generation system, the DC power conversion device, the inverter, and the outlet are connected in this order.
The fuel cell power generation system, the characteristic conversion circuit, the DC power conversion device, the inverter, and the outlet are connected in this order.
The power system according to any one of claims 2 to 5, wherein the power storage device, the inverter, and the outlet are connected in this order.
前記特性変換回路の出力電流が所定値未満のときにおいて、前記電圧電流制御回路および前記第1フィードバック回路は、協働して、前記特性変換回路の出力電圧に応じて前記特性変換回路の出力電圧を調整することによって前記特性変換回路の出力電圧を前記目標値に追従させる第1フィードバック制御を行う、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電力システム。 The characteristic conversion circuit has a voltage-current control circuit that is a DCDC converter.
When the output current of the characteristic conversion circuit is less than a predetermined value, the voltage / current control circuit and the first feedback circuit cooperate with each other to obtain an output voltage of the characteristic conversion circuit according to the output voltage of the characteristic conversion circuit. The power system according to any one of claims 1 to 7, wherein the first feedback control for causing the output voltage of the characteristic conversion circuit to follow the target value is performed by adjusting the above.
前記特性変換回路の出力電流が所定値以上のときにおいて、前記電圧電流制御回路および前記第2フィードバック回路は、協働して、前記特性変換回路の出力電流が大きいほど前記特性変換回路の出力電圧を低下させることによって前記特性変換回路の出力電力がピークになるときにおける前記特性変換回路の出力電圧を前記所定範囲内の値に調整する第2フィードバック制御を行う、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電力システム。 The characteristic conversion circuit has a voltage-current control circuit that is a DCDC converter.
When the output current of the characteristic conversion circuit is equal to or higher than a predetermined value, the voltage / current control circuit and the second feedback circuit cooperate with each other, and the larger the output current of the characteristic conversion circuit, the more the output voltage of the characteristic conversion circuit. The second feedback control for adjusting the output voltage of the characteristic conversion circuit to a value within the predetermined range when the output power of the characteristic conversion circuit reaches its peak by reducing The power system described in paragraph 1.
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