JP6932607B2 - 直流給電システム - Google Patents
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Description
直流バスと、
前記直流バスに接続されかつ充電可能な最大の電圧である所定の充電終止電圧が過充電保護電圧以下である蓄電池を有する蓄電装置と、
前記直流バスに接続されかつ前記直流バスの電圧が前記蓄電池の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電圧を前記直流バスに出力する1つ以上の発電装置である直流電力源と、
を備えることを特徴とする。
直流バスと、
前記直流バスに接続されかつ充電可能な最大の電圧である所定の充電終止電圧が過充電保護電圧以下である蓄電池を有する蓄電装置と、
前記直流バスに接続されかつ直流電圧を前記直流バスに出力する1つ以上の発電装置である直流電力源と、
前記直流バスに接続されかつ前記直流バスの電圧が前記蓄電池の充電終止電圧以上であるときに、前記直流バスの電力を消費する電力消費装置と、
を備えることを特徴とする直流給電システム。
前記直流バスの電圧が所定の出力上限電圧より低いときに、交流の電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力する系統連係装置を備え、
前記蓄電装置に含まれる蓄電池における放電可能な最小の電圧である所定の放電終止電圧が、前記系統連係装置の出力上限電圧以上かつ前記蓄電池の過放電保護電圧以上であり、
前記蓄電装置が、前記直流バスの電圧が前記放電終止電圧以上であるときに前記蓄電池を前記直流バスに接続するか、または前記蓄電地の正極端子と負極端子の間の電圧が前記放電終止電圧以上であるときに前記蓄電池を前記直流バスに接続し、前記直流バスの電圧が前記放電終止電圧よりも低いときに前記蓄電池を前記直流バスから切り離すか、または前記蓄電地の正極端子と負極端子の間の電圧が前記放電終止電圧よりも低いときに前記蓄電池を前記直流バスから切り離す接続部を有する、
ことを特徴とする
前記直流電力源が出力することができる最大の直流電流が、前記蓄電池を充電可能な最大の電流である最大充電電流よりも小さいことを特徴とする。
前記直流電力源を2つ以上有しており、当該2つ以上の直流電力源が同時に出力することができる直流電流の総和の最大値が、前記最大充電電流の電流値よりも小さいことを特徴とする。
直流給電システム1は、風力発電装置10と、太陽光発電装置20と、蓄電装置30と、系統連係装置40と、複数の負荷90と、直流バス100とを有する。
これらの各装置10,20,30,40と負荷90は、直流バス100に接続される。系統連係装置40は、更に電力系統200に接続される。
風力発電装置10と太陽光発電装置20は本発明の直流電力源の例である。風力発電装置10は、所定の上限電圧以下の直流電圧を直流バス100に出力する。太陽光発電装置20も、同様に所定の上限電圧以下の直流電圧を直流バス100に出力する。
系統連係装置40は、直流バス100の電圧が所定の出力上限電圧より低いときに、交流の電力系統200から供給される交流電圧を直流電圧に変換して直流バス100に出力する。なお、系統連係装置40は、本発明の直流電力源に含まれない。
風力発電装置10と太陽光発電装置20が出力する最大の電圧は、蓄電装置30の充電終止電圧との関係で定められる。
充電終止電圧は、蓄電池31を充電可能な最大の電圧である。充電終止電圧は、蓄電池31の過充電を防止するための過充電保護電圧以下に定められる。また、放電終止電圧は、蓄電池31が放電可能な最小の電圧である。放電終止電圧は、系統連係装置40の出力上限電圧以上であり、かつ蓄電池31の過放電を防止するための過放電保護電圧以上である所定の電圧に定められる。なお、蓄電池31の過充電保護電圧は(セル毎の過充電保護電圧)×セル数であり、その過放電保護電圧は(セル毎の過放電保護電圧)×セル数である。
充電電流制限回路32は、蓄電池31に入力される電流が充電可能な最大の電流を超えないように蓄電池31の入力電流を制限する。
なお、スイッチSWは、図2(A)に示すように高電位ラインLH側に設けられていてもよいし、図2(B)に示すように低電位ラインLL側に設けられていてもよい。また、高電位ラインLH側と低電位ラインLL側の両方に設けられていてもよい。
風力発電装置10は、図3に示すように、風力発電機11と、制御部12と、スイッチSWとを含む。制御部12は、直流バス100の電圧が蓄電池31の充電終止電圧よりも低いときにのみ、スイッチSWを閉じて風力発電機11を直流バス100に接続し、直流電流を直流バス100に出力する。なお、風力発電装置10が制御部12とスイッチSWを有する構造は例示に過ぎない。風力発電装置10は、直流バス100の電圧が蓄電池31の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電流を直流バス100に出力する風力発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、風力発電装置10は、蓄電池31の充電終止電圧まで電圧を出力することができる風力発電装置であってもよい。
太陽光発電装置20は、図4に示すように、太陽電池21と、制御部22と、スイッチSWとを含む。制御部22は、直流バス100の電圧が蓄電池31の充電終止電圧よりも低いときにのみ、スイッチSWを閉じて太陽電池21を直流バス100に接続し、直流電流を直流バス100に出力する。なお、太陽光発電装置20が制御部22とスイッチSWを有する構造は例示に過ぎない。太陽光発電装置20は、直流バス100の電圧が蓄電池31の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電流を直流バス100に出力する太陽光発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、太陽光発電装置20は、蓄電池31の充電終止電圧まで電圧を出力することができる太陽光発電装置であってもよい。
このとき、風力発電装置10と太陽光発電装置20は、直流バス100の電圧が119.25Vよりも低いときにのみ、直流電圧を直流バス100に出力する。このように、風力発電装置10と太陽光発電装置20は、直流バス100の電圧が蓄電池31の過充電保護電圧よりも低いときにのみ、直流電圧を直流バス100に出力する。従って、第1の実施形態に係る直流給電システム1では、蓄電装置30に過充電保護回路が不要となる。
直流給電システム2は、風力発電装置10Aと、太陽光発電装置20Aと、蓄電装置30と、系統連係装置40と、電力消費装置50と、複数の負荷90と、直流バス100とを有する。
第2の実施形態に係る直流給電システム2は、風力発電装置10Aと太陽光発電装置20Aが第1の実施形態に係る直流給電システム1と異なる。また、第2の実施形態に係る直流給電システム2は、電力消費装置50を有する点が第1の実施形態に係る直流給電システム1と異なる。その他の点では、直流給電システム2と直流給電システム1は同一の構成である。
太陽光発電装置20Aは、太陽電池を含む通常の一般的な太陽光発電装置である。太陽光発電装置20Aには出力電圧の上限に特に制限はない。太陽光発電装置20Aは、この点が第1の実施形態に係る太陽光発電装置20と異なる。
なお、風力発電装置10Aと太陽光発電装置20Aは、本発明の直流電力源の別の例である。
図6に示すように、電力消費装置50は、抵抗素子51と、制御部52と、スイッチSWとを含む。直流バス100の直流電圧が充電終止電圧以上であるとき、制御部52はスイッチSWを閉じて抵抗素子51を直流バス100に接続する。このとき、抵抗素子51は直流バス100の電力を消費する。このため、直流バス100の電圧は蓄電池31の充電終止電圧を超えることがない。従って、第2の実施形態に係る直流給電システム2でも、第1の実施形態に係る直流給電システム1と同様に、蓄電装置30に過充電保護回路を設ける必要がない。
直流給電システム3は、風力発電装置10Bと、太陽光発電装置20Bと、蓄電装置30Aと、系統連係装置40と、複数の負荷90と、直流バス100とを有する。
第3の実施形態に係る直流給電システム3は、風力発電装置10Bと太陽光発電装置20Bと蓄電装置30Aが第1の実施形態に係る直流給電システム1の風力発電装置10と太陽光発電装置20と蓄電装置30と異なる。その他の点では、直流給電システム3と直流給電システム1は同一の構成である。
また、風力発電装置10Bおよび太陽光発電装置20Bが、直流バス100の電圧が蓄電池31の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電圧を直流バス100に出力する点は、第1の実施形態に係る風力発電装置10および太陽光発電装置20と同一である。
蓄電池31Aには、充電時に所定の最大充電電流までの電流を流すことができる。風力発電装置10Bの最大出力電流はその最大充電電流よりも小さい。同様に、太陽光発電装置20Bの最大出力電流もその最大充電電流よりも小さい。更に、風力発電装置10Bと太陽光発電装置20Bが同時に出力することができる直流電流の和の最大値(1つ以上の直流電力源が同時に出力することができる直流電流の総和の最大値)は最大充電電流の電流値よりも小さい。
系統連係装置40は、電力系統200から直流バス100に、蓄電池31Aの最大充電電流をはるかに超える大きな電流を流すことができる。しかし、蓄電池31Aは、直流バス100の電圧が放電終止電圧よりも高いときにのみ、直流バス100に接続される。または、蓄電池31Aは、蓄電池31Aの正極端子と負極端子の間の電圧が放電終止電圧よりも高いときにのみ、直流バス100に接続される。そして、系統連係装置40は直流バス100の電圧が放電終止電圧より低いときに直流バス100に直流電圧を出力する。このため、電力系統200から系統連係装置40を通って直流バス100に流れる電流により、蓄電池31Aが充電されることはない。
このため、第3の実施形態に係る直流給電システム3では、蓄電池31Aにおいて充電電流を制限する必要がない。従って、第3の実施形態に係る直流給電システム3では、蓄電装置30Aに充電電流制限回路を設ける必要がなく、リレーまたは半導体スイッチング素子等のスイッチ素子のみを介して蓄電池31Aを直流バス100に接続することができる。
なお、直流給電システム3は風力発電装置10Bと太陽光発電装置20Bを有するが、直流給電システム3は風力発電装置10Bと太陽光発電装置20Bのいずれか一方のみを有していてもよい。この場合、そのいずれか一方が出力することができる最大の直流電流は、蓄電池31Aを充電可能な最大の電流である最大充電電流よりも小さい。
直流給電システム4は、風力発電装置10Cと、太陽光発電装置20Cと、蓄電装置30Aと、系統連係装置40と、電力消費装置50と、複数の負荷90と、直流バス100とを有する。
第4の実施形態に係る直流給電システム4は、風力発電装置10Cと太陽光発電装置20Cが第2の実施形態に係る直流給電システム2の風力発電装置10Aと太陽光発電装置20Aと異なる。また、第4の実施形態に係る直流給電システム4は、蓄電装置30Aが第3の実施形態に係る直流給電システム3のものと同一である点が、第2の実施形態に係る直流給電システム2と異なる。その他の点では、直流給電システム4と直流給電システム2は同一の構成である。
太陽光発電装置20Cも、出力電圧の上限に特に制限はない点が第3の実施形態に係る太陽光発電装置20Bと異なる。この点を除き、太陽光発電装置20Cは、太陽光発電装置20Bと同一である。
なお、風力発電装置10Cと太陽光発電装置20Cは本発明の直流電力源の更に別の例である。
また、直流給電システム4は風力発電装置10Cと太陽光発電装置20Cを有するが、直流給電システム4は風力発電装置10Cと太陽光発電装置20Cのいずれか一方のみを有していてもよい。この場合、そのいずれか一方が出力することができる最大の直流電流は、蓄電池31Aを充電可能な最大の電流である最大充電電流よりも小さい。
また、本発明によれば、蓄電池における充電電流の制限を不要とすることができる。例えば、風力発電機は風速に応じて出力電流が大きく変動する。直流給電システムがこのような直流電流源を含む場合に本発明は特に有効である。
Claims (5)
- 直流バスと、
前記直流バスに接続されかつ充電可能な最大の電圧である所定の充電終止電圧が過充電保護電圧以下である蓄電池を有する蓄電装置と、
前記直流バスに接続されかつ前記直流バスの電圧が前記蓄電池の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電圧を前記直流バスに出力する1つ以上の発電装置である直流電力源と、
を備えることを特徴とする直流給電システム。 - 直流バスと、
前記直流バスに接続されかつ充電可能な最大の電圧である所定の充電終止電圧が過充電保護電圧以下である蓄電池を有する蓄電装置と、
前記直流バスに接続されかつ直流電圧を前記直流バスに出力する1つ以上の発電装置である直流電力源と、
前記直流バスに接続されかつ前記直流バスの電圧が前記蓄電池の充電終止電圧以上であるときに、前記直流バスの電力を消費する電力消費装置と、
を備えることを特徴とする直流給電システム。 - 前記直流バスの電圧が所定の出力上限電圧より低いときに、交流の電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力する系統連係装置を備え、
前記蓄電装置に含まれる蓄電池における放電可能な最小の電圧である所定の放電終止電圧が、前記系統連係装置の出力上限電圧以上かつ前記蓄電池の過放電保護電圧以上であり、
前記蓄電装置が、前記直流バスの電圧が前記放電終止電圧以上であるときに前記蓄電池を前記直流バスに接続するか、または前記蓄電地の正極端子と負極端子の間の電圧が前記放電終止電圧以上であるときに前記蓄電池を前記直流バスに接続し、前記直流バスの電圧が前記放電終止電圧よりも低いときに前記蓄電池を前記直流バスから切り離すか、または前記蓄電地の正極端子と負極端子の間の電圧が前記放電終止電圧よりも低いときに前記蓄電池を前記直流バスから切り離す接続部を有する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の直流給電システム。 - 前記直流電力源が出力することができる最大の直流電流が、前記蓄電池を充電可能な最大の電流である最大充電電流よりも小さいことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の直流給電システム。
- 前記直流電力源を2つ以上有しており、当該2つ以上の直流電力源が同時に出力することができる直流電流の総和の最大値が、前記最大充電電流の電流値よりも小さいことを特徴とする請求項4に記載の直流給電システム。
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