JP7109294B2 - 電源システム及び電力の系統連系システム - Google Patents

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Description

本発明は、直流電源やパワーコンディショナを備えた電源ユニットを複数台、並列接続した電源システム、及びこの電源システムを有する電力の系統連系システムに関する。
従来より、直流電源やパワーコンディショナを備えた電源ユニットや、複数の電源ユニットを備えた電源システムが種々提供されている。例えば、特許文献1には、電源システムの一例としての分散型電源システムが記載されている。
この分散型電源システムは、複数の電源ユニットを並列接続し、電力を効率よく発生することができるようにしている。電源ユニットは、太陽光電池集合体などの分散電源(直流電源)と、この直流電源に接続されたパワーコンディショナとを1台ずつ備えている。分散型電源システムは、複数台のパワーコンディショナとの間で信号を送受信する1台のマスタコントローラなどを備えている。
パワーコンディショナは、各直流電源からの電力を受けて交流を出力する。パワーコンディショナとマスタコントローラとは、通信線で接続され、制御信号と状態信号が送受信される。制御信号は、パワーコンディショナを停止させる信号や、直流と交流の変換動作を開始あるいは続行させる信号などである。状態信号は、パワーコンディショナの運転状況や障害発生信号を知らせる信号などである。
複数の電源ユニットに備えられた各パワーコンディショナは、交流電力線によって並列接続されている。交流電力線は、各パワーコンディショナと負荷とを接続する。負荷には、パワーコンディショナから出力された交流電力が供給される。
このような分散型電源システムは、多様なあるいは多数の直流電源に対応して複数のパワーコンディショナを設置することで、効率よくかつ安全な電力を供給する。また、分散型電源システムは、マスタコントローラが複数のパワーコンディショナを制御することで、複数台のパワーコンディショナが単独運転しないようにする。
特開2006-320149号公報
特許文献1に記載された電源システムは、複数台の電源ユニットのそれぞれに備えられた各パワーコントローラとマスタコントローラとの間で信号を送受信している。各電源ユニットは、パワーコンディショナを接続した直流電源を備えている。各電源ユニットは、同一の仕様のものが使用されている。
しかし、異なるメーカから供給される電源ユニットであっても、同じメーカから供給される電源ユニットであって、互いに異なる仕様となり得る。電源システムが各電源ユニットの一部又は全部が異なる仕様によって構成された場合、マスタコントローラは、異なる仕様の電源ユニットを制御できない。
したがって、特許文献1に記載された電源システムにおいて、1台のマスタコントローラが複数台のパワーコンディショナを制御するためには、仕様が同じ電源ユニットを備えた電源システムに限定されることになる。
本発明は、異なる仕様の電源ユニットを制御することが可能な電源システム、及びこの電源システムを備えた電力の系統連系システムを提供することを目的とする。
本発明に係る電源システムは、
直流電源と、前記直流電源から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナに個別通信プロトコルを使用して情報を送信するスレーブ制御部とを備えた電源ユニットが複数台、並列接続された電源システムであって、
複数の前記スレーブ制御部に共通通信プロトコルを使用して情報を送信するマスタ制御部をさらに備え、
それぞれの前記電源ユニットにおいて、前記スレーブ制御部は、前記マスタ制御部から前記共通通信プロトコルを使用して送信された情報を、前記個別通信プロトコルを使用して前記パワーコンディショナに送信し、
前記パワーコンディショナは、前記個別通信プロトコルを使用して送信された情報に基づいて動作する。
前記本発明に係る電源システムでは、
いずれか一台の前記電源ユニットおいて使用される前記個別通信プロトコルは、他のいずれか一台の前記電源ユニットにおいて使用される前記個別通信プロトコルと異なる。
前記本発明に係る電源システムにおいて、
複数台の前記電源ユニットのうちの一台は前記マスタ制御部を含む親機電源ユニットであり、複数台の前記電源ユニットのうちの残りは前記マスタ制御部を含んでいない子機電源ユニットである。
前記本発明に係る電源システムにおいて、
前記直流電源は、充放電可能な蓄電池である。
前記本発明に係る電源システムにおいて、
それぞれの前記電源ユニットは、前記蓄電池の残量を個別の方式に基づいて個別残量値として計測する電源モニタリング制御部を備え、
前記電源モニタリング制御部は、前記個別通信プロトコルを使用して前記個別残量値を前記スレーブ制御部に送信し、
前記スレーブ制御部は、前記電源モニタリング制御部から送信された前記個別残量値を前記マスタ制御部に前記共通通信プロトコルを使用して送信し、
前記マスタ制御部は、前記スレーブ制御部から送信された前記個別残量値を受信して共通仕様に基づいた共通残量値に変換する。
前記本発明に係る電源システムでは、
前記マスタ制御部は、前記共通残量値が所定の値となった前記電源ユニットにおいて、
前記パワーコンディショナが前記蓄電池の充電を停止するための情報を、当該電源ユニットにおける前記スレーブ制御部に送信する。
前記本発明に係る電源システムでは、
それぞれの前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する場合において、
いずれかの前記電源ユニットの前記蓄電池が充電できない状態となった場合、前記マスタ制御部は、他の前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する電流の量を増加させるための情報を、当該電源ユニットの前記スレーブ制御部に送信する。
前記本発明に係る電源システムでは、
それぞれの前記蓄電池に接続された抵抗負荷部を備え、
それぞれの前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する場合において、
いずれかの前記電源ユニットの前記蓄電池が充電できない状態となった場合、充電のための電流の一部は、前記抵抗負荷部に給電される。
前記本発明に係る電源システムでは、
それぞれの前記電源ユニットの電源をONする場合において、
前記マスタ制御部は、前記親機電源ユニットの前記スレーブ制御部に対して、前記親機電源ユニットの前記パワーコンディショナをソフトスタートさせるための情報を送信する。
前記本発明に係る電源システムにおいて、
それぞれの前記電源ユニットは、前記パワーコンディショナに直列に接続されたスイッチを備え、
前記マスタ制御部は、1台以上の前記パワーコンディショナの故障を検知したときに全ての前記スイッチをOFFにする。
前記本発明に係る電源システムにおいて、
前記パワーコンディショナは、前記直流電源から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナ本体部と、前記パワーコンディショナ本体部から出力される電力量を前記スレーブ制御部へ出力するパワーコンディショナ制御部を備えている。
前記本発明に係る電源システムでは、
前記パワーコンディショナに接続された変圧器を前記電源ユニットごとに備え、
それぞれの前記電源ユニットから出力された電圧は、それぞれの前記変圧器によって同じ電圧に揃えられる。
前記本発明に係る電源システムにおいて、
前記共通通信プロトコルは、UDP/IPである。
前記本発明に係る電源システムでは、
前記電源ユニットに並列接続された非常用発電機を備えている。
本発明に係る電力の系統連系システムは、
前記いずれかの本発明に係る電源システムと、
前記電源システムから出力された交流電力が給電される負荷部と、
前記負荷部及び前記蓄電池に給電する給電部と、
を有する。
前記本発明に係る電力の系統連系システムにおいて、
前記給電部は、再生可能エネルギ源と、系統電源との組合せであり、
前記再生可能エネルギ源は、前記電源システムの前記蓄電池及び前記負荷部に交流電力を給電し、
前記系統電源は、前記負荷部に交流電力を給電する。
本発明によれば、異なる仕様の電源ユニットを制御することが可能な電源システム、及びこの電源システムを備えた電力の系統連系システムを提供することができる。
本発明に係る電源システムの一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電源システムの一実施形態であって、詳細を示す構成図である。 本発明に係る電力の系統連系システムの一実施形態を示す概念図である。
本発明の電源システムの一実施形態について図1及び図2を参照して説明する。本発明に係る電力の系統連系システムの一実施形態について図3を参照して説明する。図1は、本発明に係る電源システムの一実施形態を示す構成図である。図2は、本発明に係る電源システムの一実施形態であって、詳細を示す構成図である。図3は、本発明に係る電力の系統連系システムの一実施形態を示す概念図である。
図1に示すように、本発明の電源システムは、複数台(図1では4台を示し、以下、4台として説明する。)の並列接続された電源ユニット1を備えている。各電源ユニット1は、直流電源111と、パワーコンディショナ(PCS;Power Conditioning System)112と、スレーブ制御部(PLC;Programmable Logic Controller)115と、を備えている。1台の電源ユニット1は、さらにマスタ制御部116を備えている。
ここでは、マスタ制御部116を備えた電源ユニット1を親機電源ユニット11と呼び、マスタ制御部116を備えていない電源ユニット1を子機電源ユニット12でと呼ぶ。ただし、親機電源ユニット11と子機電源ユニット12とを区別する必要がない場合は、電源ユニット1として説明する。
電源システムは、複数台の電源ユニット1とは別に、中央監視部2と、抵抗負荷部3と、非常用発電機4と、変圧器5と、スイッチ7とを備えている。中央監視部2は、マスタ制御部116に接続されている。抵抗負荷部3及び非常用発電機4は、電源ユニット1に並列接続されている。変圧器5は、複数備えられ、スイッチ7を介してパワーコンディショナ112と抵抗負荷部3と非常用発電機4とに個々に接続される。
図2に詳しく示すように、電源ユニット1は、さらに電源データ測定部(CMU;Cell Monitoring Unit)113と、電源モニタリング制御部(BMU;Battery Management Unit)114と、を備えている。これらは、例えば、コンテナ(図示せず)内に収納される。コンテナは、簡単に輸送したり設置したりすることができる。コンテナには、図示しないが、空調設備や消火設備、照明設備なども備える。
直流電源111は、充放電可能な蓄電池が使用される(以下、「蓄電池111」として説明する。)。蓄電池111は、具体的には、例えば、リチウムイオン電池、レドックスフロー電池、ナトリウム・硫黄電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などであり、種類を問わない。リチウムイオン電池は、出力が数kWからMWクラスまで、容量(時間)が数分から数時間まで、スケーラビリティも容易に実現できるという特長がある。蓄電池111は、電源ユニット1ごとに電圧や制御方式などの仕様が異なっていてもよい。
蓄電池111は、複数台の蓄電盤で構成される。複数台の蓄電盤は、室内若しくはコンテナ内に設置される。それぞれの蓄電盤は、複数個の電池モジュールと、これらを収容するラックとで構成される。電池モジュールは、複数個の電池セル(単電池)と、これらを収容する筐体(図示せず)とで構成される。電池セル(単電池)が、電池の最小単位である。
各電源ユニット1の蓄電池111は、配電線Dによってパワーコンディショナ112と接続され、通信線Cによってスレーブ制御部115と接続されている。図2に詳しく示すように、パワーコンディショナ112は、パワーコンディショナ本体部112aと、パワーコンディショナ制御部(PCSC;Power Conditioning System Controller)112bとを備えている。パワーコンディショナ本体部112aは、蓄電池111に配電線Dによって接続されている。パワーコンディショナ制御部112bは、パワーコンディショナ本体部112aとスレーブ制御部115とに通信線Cによって接続されている。
パワーコンディショナ本体部112aとパワーコンディショナ制御部112bとは、情報を通信するための通信線Cによって接続されている。それぞれの電源ユニット1において、固有の仕様の蓄電池111、パワーコンディショナ112などは、固有の通信プロトコルである個別通信プロトコルを使用して制御される。個別通信プロトコルは、例えばシングルマスタ/マルチスレーブ方式であるモドバス(Modbus Protocol)のような通信方式が採用される。個別通信プロトコルは、電源ユニット1ごとに異なっていてもよいし、同じであってもよい。ここでは、個別通信プロトコルが、電源ユニット1ごとに異なる場合について説明する。
パワーコンディショナ本体部112aは、通信線Cによって接続されたパワーコンディショナ制御部112bによって制御される。パワーコンディショナ本体部112aは、パワーコンディショナ制御部112bから送信された情報に基づいて制御される。例えば、パワーコンディショナ本体部112aは、パワーコンディショナ制御部112bから送信された情報に基づいてON/OFFされ、あるいは、蓄電池111が放電/充電するように制御される。
パワーコンディショナ制御部112bは、通信線Cによってスレーブ制御部115と接続されている。スレーブ制御部115は、電源ユニット1ごとに異なる個別通信プロトコルを使用して情報をパワーコンディショナ制御部112bに送受信する。
パワーコンディショナ本体部112aと蓄電池111とは、配電線Dによって接続されている。パワーコンディショナ本体部112aと蓄電池111は、配線Dを介して直流電力のやり取りを行う。パワーコンディショナ本体部112aは、配電線Dによって電源ユニット1外の変圧器5ともスイッチ7を介して接続されている。パワーコンディショナ本体部112aは、蓄電池111から出力される直流電力を交流電力に変換して変圧器5へ出力する。また、パワーコンディショナ本体部112aは、変圧器5を介して入力される交流電力を直流電力に変換し、蓄電池111に出力する。
各電源ユニット1のパワーコンディショナ本体部112aから出力される交流電圧は、300Vであったり、440Vであったり、270Vであったり、蓄電池111及びパワーコンディショナ本体部112aの両方又は一方の仕様によって異なる。このように異なる電圧は、変圧器5によって6.6kVに統一され1本の配電線D(以下、「共用配電線D」という。)にまとめられる。この共用配電線Dには、ON/OFFするためのスイッチ7が接続されている。
各電源ユニット1のパワーコンディショナ本体部112aから出力される交流電力は、パワーコンディショナ本体部112aとスイッチ7とを接続している配電線Dにおいて測定される。この交流電力は、[電力×時間]によって算出される。この交流電力は、プログラム上、定義された電流値として一定の間隔(例えば1秒間隔)ごとにマスタ制御部116に出力される。例えば、交流電力が-600kW(充電)であれば、電流値は4mAであり、交流電流が0kW(充電でも放電でもない)であれば、電流値は12mAであり、+600kW(放電)であれば、電流値は20mAである。
図2に詳しく示すように、各電源ユニット1は、電源データ測定部113と電源モニタリング制御部114とを備えている。電源データ測定部113と電源モニタリング制御部114とは、通信線Cによって接続されている。
電源データ測定部113は、通信線Cによって蓄電池111と接続され、蓄電池111の電圧や温度などを測定する。電源データ測定部113と蓄電池111とは、外観上、別体であってもよいし、一体的にパッケージされたモジュールであってもよい。電源データ測定部113は、電源モニタリング制御部114において、蓄電池111の個別残量値を算出するために必要な電圧などの情報を測定する。電源データ測定部113の具体的な測定方法などは、電源ユニット1ごとに異なる。
電源モニタリング制御部114は、通信線Cによって電源データ測定部113と接続され、電源データ測定部113によって測定された電圧などの情報を受信し、蓄電池111の残量(充電レベル)を個別残量値として算出する。電源モニタリング制御部114は、電源データ測定部113からの情報に基づいて、蓄電池111の過充電や過放電をも検出する。電源モニタリング制御部114と電源データ測定部113とは、別体で通信線Cによって接続されてもよく、一体的にパッケージされてもよい。
電源モニタリング制御部114は、通信線Cによってスレーブ制御部115と接続される。電源モニタリング制御部114で得られた情報が、電源ユニット1ごとに異なる個別通信プロトコルを使用してスレーブ制御部115に送信される。
各スレーブ制御部115とマスタ制御部116とは、通信線Cによって接続されている。マスタ制御部116と各スレーブ制御部115とは、いずれの電源ユニット1とも同じ共通通信プロトコルを使用して情報が送信される。マスタ制御部116と各スレーブ制御部115との間の情報の送受信は、個別通信プロトコルでなく、共通通信プロトコルが使用される。共通通信プロトコルが使用されることで、マスタ制御部116は、種々の仕様の電源ユニット1に対して情報を一括して容易に送受信することができる。
一方、種々の使用の電源ユニット1においては、共通通信プロトコルと異なる独自の個別通信プロトコルが使用される。独自の個別通信プロトコルが使用されることで、電源ユニット1は、独自の仕様に基づいた動作が確保される。また、電源システム全体としては、電源ユニット1の仕様によらず、種々の電源ユニット1の採用が容易となる。
共通通信プロトコルは、UDP/IPである。UDP/IPは、古い世代のプロトコルではあるが標準の方式のように汎用されている。そのため、種々の電源ユニット1が、UDP/IPに対応することは容易である。また、UDP/IPは、種々の電源ユニット1に対して情報を通信しやすくすることができる。UDP/IPは、少量の情報を単発的に通信する場合に適している。
図1に示すように、電源システムは、マスタ制御部116と通信線Cによって接続された中央監視部2を備えている。中央監視部2は、電源システムから遠隔地にある。中央監視部2には、蓄電池111の残量や出力電力量、温度などを表示する表示器、さらに、異常事態を知らせる警報機などを備えている。
図1に示すように、電源システムは、変圧器5を接続している共用配電線Dに抵抗負荷部3及び非常用発電機4を並列接続している。この共用配電線Dに抵抗負荷部3及び非常用発電機4にもそれぞれON/OFFするためのスイッチ7と変圧器5とが接続されている。非常用発電機4は、マスタ制御部116によって制御されない。非常用発電機4は、親機電源ユニット11の上位に設定されることにより、電源ユニット1とは別系統で運転される。
図3に示すように、共用配電線Dは、給電部や負荷部とも接続される。蓄電池111が充電される場合、給電部から配電線D及び変圧器5を介して交流電力がパワーコンディショナ112に供給される。交流電力は、パワーコンディショナ112によって直流電力に変換され、蓄電池111に供給される。これにより、蓄電池111は、充電される。蓄電池111が放電される場合、蓄電池から配電線Dを介して直流電力がパワーコンディショナ112に供給され、直流電力はパワーコンディショナ112によって交流電力に変換され、配電線D及び変圧器5を介して負荷部に供給される。これによって、蓄電池111は、放電される。
図3に示すように、本発明の電力の系統連系システムは、本発明の電源システムと、給電部と、負荷部と、を備えている。給電部は、負荷部及び電源システムに備えられたパワーコンディショナ112に交流電力を給電する。給電部は、太陽光発電や風力発電のような再生可能エネルギ源と、電力会社系統などの系統電源との組み合わせである。
再生可能エネルギ源と系統電源は、一般的に別の場所に存在する。しかし、負荷部や電源システムに電力を給電するという点で機能が共通であるため、図3においては、便宜上、給電部とされている。再生可能エネルギ源は、パワーコンディショナ112及び負荷部に交流電力を給電する。負荷部は、電源システムや給電部から出力された交流電力が給電される需要家である。
ここで、本発明の電源システムを実施する方法について説明する。この電源システムは、1台の親機電源ユニット11及び3台の子機電源ユニット12において、それぞれ備えられた蓄電池111、パワーコンディショナ112、情報を通信線Cによって通信するための通信プロトコル(個別通信プロトコル)、その他種々の仕様が電源ユニット1ごとに固有の仕様となっている。
まず、再生可能エネルギ源からの交流電力が電源システムに入力される場合(蓄電池111が充電される場合)について説明する。マスタ制御部116は、それぞれのスレーブ制御部115に対して、共通プロトコルを使用して、電源ユニット1に交流電力を入力するための情報を送信する。この情報を受信したスレーブ制御部115は、個別プロトコルを使用して、この情報をパワーコンディショナ制御部112bに対して送信する。
この情報を受信したパワーコンディショナ制御部112bは、パワーコンディショナ本体部112aに対して蓄電池111が充電するモードとなるように制御する。すなわち、パワーコンディショナ本体部112aは、負荷部から共通配電線Dを介して供給される交流電力を直流電力に変換し、蓄電池111を充電する。
マスタ制御部116は、各電源ユニット1において、蓄電池111が充電可能かどうかの充電レベル(残量)をチェックする。そのため、電源データ測定部113が蓄電池111の電圧などを測定する。この電圧などの情報は、個別通信プロトコルを使用する通信線Cによって電源モニタリング制御部114に送信される。電源モニタリング制御部114は、各充電レベル(残量)を個別残量値として算出する。算出された個別残量値は、スレーブ制御部115に送信される。この送信では、個別通信プロトコルが使用される。
親機電源ユニット11内のスレーブ制御部115は、親機電源ユニット11内のマスタ制御部116に共通通信プロトコルによって個別残量値を送信する。子機電源ユニット12内のスレーブ制御部115は、親機電源ユニット11内のマスタ制御部116に共通通信プロトコルによって個別残量値を送信する。
仕様が異なる電源ユニット1から送信された個別残量値は、互いに異なる算出方法で算出された値である。そのため、マスタ制御部116は、送信された個別残量値をそのまま使用して、それぞれのスレーブ制御部115を制御することは望ましくない。それぞれの電源ユニット1から送信された個別残量値がすべて同じ値であったとしても、それぞれの電源ユニット1における蓄電池111が同じ残量であるとは限らないからである。
そこで、マスタ制御部116は、スレーブ制御部115から送信された個別残量値を受信して、予め定められた変換式や変換表などに基づいて共通残量値に変換する。変換式や変換表は、それぞれの電源ユニット1から出力される共通残量値を共通残量値に対応付けるためのものである。マスタ制御部116が各電源ユニット1の共通残量値を把握することで、各電源ユニット1を共通管理することができる。
マスタ制御部116は、4台の蓄電池111の共通残量値をそれぞれチェックする。マスタ制御部116は、共通残量値を中央監視部2に送信する。中央監視部2の表示器には、共通残量値が表示される。中央監視部2の表示部が正確に表示できるようにするため、各電源ユニット1には、調整運転モードが設けられている。この調整運転モード時には、蓄電池111を充電しない。
電源システムに入力される交流電流は、急に大きくなる場合がある。この場合、それぞれの電源ユニット1のパワーコンディショナ112に入力される交流電力が大きくなるため、何らの手立てもないと、蓄電池111に供給される直流電力も急に大きくなる。この電源システムでは、パワーコンディショナ制御部112bが急変した交流電力について情報としてスレーブ制御部115へ送信する。スレーブ制御部115は、急変した交流電力の情報をマスタ制御部116へ送信する。マスタ制御部116は、対処できる電源ユニット1がより多くの交流電力を受けるように、その電源ユニット1のスレーブ制御部115に処理信号を送信する。
より具体的には、まず、親機電源ユニット11の蓄電池111が充電可能であるかどうかがマスタ制御部116によってチェックされる。親機電源ユニット11の蓄電池が充電可能であれば、親機電源ユニット11の蓄電池111が充電される。親機電源ユニット11の蓄電池111が充電可能でないときは、どの子機電源ユニット12の蓄電池111が充電可能であるかをマスタ制御部116がチェックする。
マスタ制御部116は、充電可能な電力量に余裕がある蓄電池111を有する電源ユニット1に対して、より多くの交流電力を受けるように、その電源ユニット1のスレーブ制御部115に処理信号を送信する。こうすることにより、それぞれの電源ユニット1が故障しないようにすることができる。
蓄電池111の個別残量は、前記のように、電源データ測定部113によって計測され、スレーブ制御部115からマスタ制御部116に送信される。したがって、マスタ制御部116では、一定の時間間隔、又は連続して蓄電池111の共通残量値をチェックする。マスタ制御部116は、共通残量値が所定の値になったことを認識すると、パワーコンディショナ本体部112aによる蓄電池111への充電を停止するための情報をパワーコンディショナ制御部112bへ送信する。
これにより、蓄電池111は、充電されなくなる。このように、この電源システムは、蓄電池111の充電の仕様や電源ユニット1の通信プロトコルが異なっていても、蓄電池111への充電を開始し、その充電を停止することができる。
いずれかの電源ユニット1の蓄電池111が充電できない状態となった場合、マスタ制御部116は、他の電源ユニット1の蓄電池111を充電する電流の量を増加させるための情報を、この電源ユニット1のスレーブ制御部115に送信する。したがって、この電源システムは、4台の電源ユニット1のいずれかの蓄電池111が不調であっても、他の電源ユニット1がその不調分を補完することとなり、蓄電池111全体として充電することができる。
また、いずれかの電源ユニット1の蓄電池111が充電できない状態となった場合、充電のための電流の一部は、抵抗負荷部3に給電されてもよい。例えば、ある電源ユニット1の蓄電池111の充電が完了し、他の電源ユニット1の蓄電池111の充電が完了していない場合がある。このような場合、マスタ制御部116は、充電が完了した蓄電池111に交流電力を供給する代わりに、抵抗負荷部3に交流電力を供給する。こうすることで、蓄電池111に対する過充電を防止することができる。
このように、この電源システムは、複数台(図1では4台)の電源ユニット1を親機電源ユニット11と子機電源ユニット12とに区別し、マスタ/スレーブコントロールという方法によって、1台の電源ユニット1が大容量の交流電力を出力するかのように作動し、さらに、いずれかの電源ユニット1が不調になったときに、他の電源ユニット1が補完して交流電力を出力する。
また、パワーコンディショナ本体部112aが故障すると、その故障をパワーコンディショナ制御部112bが検知し、その故障の情報がスレーブ制御部115に送信される。さらに故障の情報は、スレーブ制御部115からマスタ制御部116に送信される。マスタ制御部116は、全ての電源ユニット1のスレーブ制御部115にスイッチをOFFにする信号を送信する。こうすることで、電源ユニット1が連鎖故障しないようにすることができる。
蓄電池111の個別残量値は、各電源ユニット1において調整されるが、気温や経年劣化などによって適切な値でなくなることがある。したがって、マスタ制御部116は、蓄電池111の個別残量値が適切な値になるように、調整し直される(ゼロクリア)。
電源システムを長期間使用ない場合は、蓄電池111の共通残量値が例えば50%程度として休止する。蓄電池111の共通残量値が50%程度になったことは、マスタ制御部116が認識する。このように蓄電池111の共通残量値が同じ値に設定されることによって、電源システムは、長期間使用されなかった場合であっても、安定した起動が可能となる。
なお、それぞれの電源ユニット1における共通残量値が50%になった場合であっても、それぞれの電源ユニット1における個別残量値は、必ずしも50%になるとは限らない。上述したように、それぞれの電源ユニット1において、個別残量値の算出方法が異なるためである。
図3(b)に示すように、電源システムから出力された交流電力は、負荷部に給電される。負荷部は、再生可能エネルギ源及び系統電源の両方又は一方からも給電されてもよい。一使用態様として、昼間において太陽光発電のような再生可能エネルギ源から出力された交流電力によって電源システムの蓄電池111を充電し、夜間において電源システムの蓄電池111から出力される交流電力が負荷部に給電されるようにしてもよい。他態様として、夜間において風力発電などの再生可能エネルギ源や割安となった系統電源によって電源システムの蓄電池111を充電し、昼間において電源システムの蓄電池111から出力される交流電力が負荷部に給電されるようにしてもよい。
次に、電源システムが負荷部に対して交流電力を給電する場合(蓄電池111が放電される場合)について詳しく説明する。マスタ制御部116は、それぞれのスレーブ制御部115に対して、共通プロトコルを使用して、電源ユニット1から交流電力を出力するための情報を送信する。この情報を受信したスレーブ制御部115は、個別プロトコルを使用して、この情報をパワーコンディショナ制御部112bに対して送信する。この情報を受信したパワーコンディショナ制御部112bは、パワーコンディショナ本体部112aを制御し、蓄電池111から直流電力を出力させる。この直流電力は、パワーコンディショナ本体部112aによって交流電力に変換され、電源ユニット1から出力される。
それぞれの電源ユニット1から出力された交流電力は、変圧器5によって電圧が6.6kVに統一され、共用配電線Dにまとめられる。まとめられた交流電力は、負荷部に給電される。
電源ユニット1が交流力を出力する初期状態において、それぞれの電源ユニット1から突入電流が発生する場合がある。それぞれの電源ユニット1から突入電流が発生した場合、共用配電線Dに設けられたスイッチ7には、瞬間的に許容可能な電流以上の電流が流れる場合がある。許容可能な電流以上の電流がスイッチ7に流れた場合、スイッチ7はオフ(遮断)されるおそれがある。
突入電流によるスイッチ7のオフ(遮断)を抑制するために、それぞれの電源ユニット1をONする場合において、マスタ制御部116は、親機電源ユニット11のスレーブ制御部115に対して、親機電源ユニット11のパワーコンディショナ112をソフトスタートさせるための情報を併せて送信することができる。その結果、この電源ユニット1から発生する突入電流が抑制され、スイッチ7のオフ(遮断)が抑制され得る。
蓄電池111から出力された直流電力がパワーコンディショナ本体部112aによって交流電力に変換され、この交流電力が負荷部に給電されることで、蓄電池111の充電レベル(残量)が低下する。マスタ制御部116は、蓄電池111の共通残量値が充電すべき程に小さくなっていることを検出すると、全ての電源ユニット1を充電モードとする。そのため、マスタ制御部116は、蓄電池111による給電を停止して、蓄電池111に充電を開始する指示の情報を全ての電源ユニット1内のパワーコンディショナ制御部112bに出力する。
以上、本発明の電源システム及び電力の系統連系システムの実施形態について説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の課題を解決できる範囲での変更や改良は、本発明に含まれる。
前記実施形態では、各電源ユニット1において使用される個別通信プロトコルは、異なるとした。しかし、各電源ユニット1において使用される個別通信プロトコルは、同じとしてもよい。電源システムが例えば同一メーカの電源ユニット1を備える場合、同じ個別通信プロトコルを使用できる場合がある。
前記実施形態では、マスタ制御部116を含む電源ユニット1を親機電源ユニット11とした。しかし、マスタ制御部116は、別途のマスタ制御部用ユニット(コンテナなど)に備え、全ての電源ユニット1を子機電源ユニット12としてもよい。
前記実施形態では、直流電源111は、蓄電池111とした。しかし、直流電源111は、蓄電池111でなく、燃料電池や太陽電池などの直流電力を出力可能なものであってもよい。直流電源111が蓄電池111でない場合、電源システムは、交流電力を出力する機能のみを有し、交流電力が入力される機能は有さないものとなる。
前記実施形態では、電源システムは、電源モニタリング制御部114を備えた。しかし、電源システムは、電源モニタリング制御部114を備えず、電源データ測定部113から出力される個別残量値をスレーブ制御部115が受信するようにしてもよい。
前記実施形態では、蓄電池111の充電を停止するための情報をマスタ制御部116がスレーブ制御部115に送信するようにした。しかし、蓄電池111の充電の停止は、各電源ユニット1のパワーコンディショナ制御部112bが行うようにしてもよい。
前記実施形態では、電源システムは、抵抗負荷部3を備えた。しかし、電源システムは、抵抗負荷部3を備えることなく、充電が完了した蓄電池111に電流が流れないようにしてもよい。
前記実施形態では、電源システムは、マスタ制御部116がソフトスタートさせるための情報を送信するようにした。しかし、ソフトスタートさせる電源ユニット1は、親機電源ユニット11に限定されず、すべての電源ユニット11,12をソフトスタートしてもよいし、子機電源ユニット12の一部又は全部をソフトスタートさせてもよい。また、電源システムは、マスタ制御部116がソフトスタートさせる情報を送信するのでなく、突入電流の流入を防止するスイッチを備えるようにしてもよい。
前記実施形態では、パワーコンディショナ112がパワーコンディショナ本体部112aとパワーコンディショナ制御部112bと備えるものとした。しかし、パワーコンディショナ本体部112aは、直流電源111と一体化したものとしてもよい。
以上まとめると、本発明が適用される電源システムは、
直流電源111と、前記直流電源111から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナ112と、前記パワーコンディショナ112に個別通信プロトコルを使用して情報を送信するスレーブ制御部115とを備えた電源ユニット1が複数台、並列接続された電源システムであって、
複数の前記スレーブ制御部115に共通通信プロトコルを使用して情報を送信するマスタ制御部116をさらに備え、
それぞれの前記電源ユニット1において、前記スレーブ制御部115は、前記マスタ制御部116から前記共通通信プロトコルを使用して送信された情報を、前記個別通信プロトコルを使用して前記パワーコンディショナ112に送信し、
前記パワーコンディショナ112は、前記個別通信プロトコルを使用して送信された情報に基づいて動作する。
本発明によれば、マスタ制御部116が各電源ユニット1のスレーブ制御部115に共通通信プロトコルを使用して情報を送信し、各電源ユニット1のスレーブ制御部115がパワーコンディショナ112に個別通信プロトコルを使用して情報を送信するため、マスタ制御部116がスレーブ制御部115を介してパワーコンディショナ112を制御することができる。
前記本発明が適用される電源システムでは、
いずれか一台の前記電源ユニット1おいて使用される前記個別通信プロトコルは、他のいずれか一台の前記電源ユニット1において使用される前記個別通信プロトコルと異なる。
この電源システムによれば、電源ユニット1において使用される個別通信プロトコルが電源ユニットごとに異なっていても、マスタ制御部116が共通通信プロトコルをスレーブ制御部115に通信することにより、仕様が異なる各電源ユニット1を制御することができる。
前記本発明が適用される電源システムにおいて、
複数台の前記電源ユニット1のうちの一台は前記マスタ制御部116を含む親機電源ユニット11であり、複数台の前記電源ユニット1のうちの残りは前記マスタ制御部116を含んでいない子機電源ユニット12である。
この電源システムによれば、一台の親機電源ユニット11がマスタ制御部116を備えることにより、マスタ制御部116を備えるユニットを別途、備える必要がなく、マスタ制御部116を備えた親機電源ユニット11を中心に電源システムを構成することができる。
前記本発明が適用される電源システムにおいて、
前記直流電源111は、充放電可能な蓄電池111である。
この電源システムによれば、直流電源111が充放電可能な蓄電池111であることにより、放電後も充電を繰り返すことで、直流電源111を永続的に使用することができる。
前記本発明が適用される電源システムにおいて、
それぞれの前記電源ユニット1は、前記蓄電池111の残量を個別の方式に基づいて個別残量値として計測する電源モニタリング制御部114を備え、
前記電源モニタリング制御部114は、前記個別通信プロトコルを使用して前記個別残量値を前記スレーブ制御部115に送信し、
前記スレーブ制御部115は、前記電源モニタリング制御部114から送信された前記個別残量値を前記マスタ制御部116に前記共通通信プロトコルを使用して送信し、
前記マスタ制御部116は、前記スレーブ制御部115から送信された前記個別残量値を受信して共通仕様に基づいた共通残量値に変換する。
この電源システムによれば、マスタ制御部116は、各電源ユニット1に備えられた蓄電池111の個別残量値を受信するため、各電源ユニット1の個別残量値を比較し、各電源ユニット1間で個別残量値が均などになるように調整することができる。
前記本発明が適用される電源システムでは、
前記マスタ制御部116は、前記共通残量値が所定の値となった前記電源ユニット1において、
前記パワーコンディショナ112が前記蓄電池111の充電を停止するための情報を、当該電源ユニット1における前記スレーブ制御部115に送信する。
この電源システムによれば、蓄電池111の充電が停止されることにより、過充電によって蓄電池111が破壊されないようにすることができる。
前記本発明が適用される電源システムは、
それぞれの前記電源ユニット1の前記蓄電池111を充電する場合において、
いずれかの前記電源ユニット1の前記蓄電池111が充電できない状態となった場合、前記マスタ制御部116は、他の前記電源ユニット1の前記蓄電池111を充電する電流の量を増加させるための情報を、当該電源ユニット1の前記スレーブ制御部115に送信する。
この電源システムによれば、いずれかの電源ユニット1の蓄電池111が不調であっても、他の電源ユニット1がその不調分を補完することとなり、蓄電池111全体として充電することができる。
前記本発明が適用される電源システムは、
それぞれの前記蓄電池111に接続された抵抗負荷部3を備え、
それぞれの前記電源ユニット1の前記蓄電池111を充電する場合において、
いずれかの前記電源ユニット1の前記蓄電池111が充電できない状態となった場合、充電のための電流の一部は、前記抵抗負荷部3に給電される。
この電源システムによれば、ある電源ユニット1の蓄電池111の充電が完了し、他の電源ユニット1の蓄電池111の充電が完了していない場合に、マスタ制御部116が充電の完了した蓄電池111に流れる交流電力を抵抗負荷部3へ流すようにして、過充電を防止することができる。
前記本発明が適用される電源システムは、
それぞれの前記電源ユニット1の電源をONする場合において、
前記マスタ制御部116は、前記親機電源ユニット11の前記スレーブ制御部115に対して、前記親機電源ユニット11の前記パワーコンディショナ112をソフトスタートさせるための情報を送信する。
この電源システムによれば、マスタ制御部116がソフトスタートさせるための情報を送信することにより、電源ユニット1に突入電流が発生しないようにして、スイッチ7がOFFにならないようにすることができる。
前記本発明が適用される電源システムにおいて、
それぞれの前記電源ユニット1は、前記パワーコンディショナ112に直列に接続されたスイッチを備え、
前記マスタ制御部116は、1台以上の前記パワーコンディショナ112の故障を検知したときに全ての前記スイッチをOFFにする。
この電源システムによれば、1台以上の前記パワーコンディショナ112の故障をマスタ制御部116が検知したときに、全てのスイッチ7をOFFにすることにより、電源ユニット1が連鎖故障しないようにすることができる。
前記本発明が適用される電源システムにおいて、
前記パワーコンディショナは、前記直流電源111から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナ本体部112aと、前記パワーコンディショナ本体部112aから出力される電力量を前記スレーブ制御部115へ出力するパワーコンディショナ制御部112bを備えている。
この電源システムによれば、パワーコンディショナ112がパワーコンディショナ本体部112aとパワーコンディショナ制御部112bとに機能を分担させたものとなる。パワーコンディショナ制御部112bは、スレーブ制御部115との間で情報を送受信し、パワーコンディショナ本体部112aを制御しやすいものとなる。
前記本発明が適用される電源システムにおいて、
前記パワーコンディショナ112に接続された変圧器5を前記電源ユニット1ごとに備え、
それぞれの前記電源ユニット1から出力された電圧は、それぞれの前記変圧器5によって同じ電圧に揃えられる。
この電源システムによれば、各電源ユニット1から出力される交流電圧が異なっていても、変圧器5によって揃えられた交流電力を出力することができる。
前記本発明が適用される電源システムにおいて、
前記共通通信プロトコルは、UDP/IPである。
この電源システムによれば、標準の方式のように汎用されているUDP/IPが共通通信プロトコルとされることにより、種々の電源ユニット1に対して情報を通信しやすくすることができる。
前記本発明が適用される電源システムは、
前記電源ユニット1に並列接続された非常用発電機4を備えている。
この電源システムによれば、親機電源ユニット11の上位に設定された非常用発電機4を備えていることにより、電源ユニット1との系統連系運転をすることができる。
前記本発明が適用される電力の系統連系システムは、
前記電源システムから出力された交流電力が給電される負荷部と、
前記負荷部及び前記蓄電池111に給電する給電部と、
を有する。
この電力の系統連系システムによれば、電源システム及び給電部から出力された交流電力を負荷部に供給することができ、給電部が電源システムの蓄電池に給電し、充電することができる。
前記本発明が適用される電力の系統連系システムにおいて、
前記給電部は、再生可能エネルギ源と、系統電源との組合せであり、
前記再生可能エネルギ源は、前記電源システムの前記蓄電池111及び前記負荷部に交流電力を給電し、
前記系統電源は、前記負荷部に交流電力を給電する。
この電力の系統連系システムによれば、給電部が再生可能エネルギ源と系統電源の組み合わせとされることにより、電源システムの蓄電池111と負荷部に適宜、切り替えて交流電力を出力することができる。再生可能エネルギ源が電源システムの蓄電池及び負荷部に交流電力を給電することにより、時間や天候などの状況によって電源システムの蓄電池111に給電することができる。
1・・・・電源ユニット
11・・・・親機電源ユニット
12・・・・子機電源ユニット
111・・・・直流電源(蓄電池)
112・・・・パワーコンディショナ
112a・・・パワーコンディショナ本体部
112b・・・パワーコンディショナ制御部
113・・・・電源データ測定部
114・・・・電源モニタリング制御部
115・・・・スレーブ制御部
116・・・・マスタ制御部
2・・・・中央監視部
3・・・・抵抗負荷部
4・・・・非常用発電機
5・・・・変圧器
7・・・・スイッチ
C・・・・通信線
D・・・・配電線

Claims (16)

  1. 直流電源と、前記直流電源から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナに個別通信プロトコルを使用して情報を送信するスレーブ制御部とを備えた電源ユニットが複数台、並列接続された電源システムであって、
    複数の前記スレーブ制御部に共通通信プロトコルを使用して情報を送信するマスタ制御部をさらに備え、
    それぞれの前記電源ユニットにおいて、前記スレーブ制御部は、前記マスタ制御部から前記共通通信プロトコルを使用して送信された情報を、前記個別通信プロトコルを使用して前記パワーコンディショナに送信し、
    前記パワーコンディショナは、前記個別通信プロトコルを使用して送信された情報に基づいて動作し、
    前記直流電源は、充放電可能な蓄電池であり、
    それぞれの前記電源ユニットは、前記蓄電池の残量を個別の方式に基づいて個別残量値として計測する電源モニタリング制御部を備え、
    前記電源モニタリング制御部は、前記個別通信プロトコルを使用して前記個別残量値を前記スレーブ制御部に送信し、
    前記スレーブ制御部は、前記電源モニタリング制御部から送信された前記個別残量値を前記マスタ制御部に前記共通通信プロトコルを使用して送信し、
    前記マスタ制御部は、前記スレーブ制御部から送信された前記個別残量値を受信して共通仕様に基づいた共通残量値に変換する、
    電源システム。
  2. 前記マスタ制御部は、前記共通残量値が所定の値となった前記電源ユニットにおいて、
    前記パワーコンディショナが前記蓄電池の充電を停止するための情報を、当該電源ユニットにおける前記スレーブ制御部に送信する、
    請求項1に記載の電源システム。
  3. それぞれの前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する場合において、
    いずれかの前記電源ユニットの前記蓄電池が充電できない状態となった場合、前記マスタ制御部は、他の前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する電流の量を増加させるための情報を、当該電源ユニットの前記スレーブ制御部に送信する、
    請求項1又は2に記載の電源システム。
  4. それぞれの前記蓄電池に接続された抵抗負荷部を備え、
    それぞれの前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する場合において、
    いずれかの前記電源ユニットの前記蓄電池が充電できない状態となった場合、充電のための電流の一部は、前記抵抗負荷部に給電される、
    請求項1から3のいずれかに記載の電源システム。
  5. 直流電源と、前記直流電源から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナに個別通信プロトコルを使用して情報を送信するスレーブ制御部とを備えた電源ユニットが複数台、並列接続された電源システムであって、
    複数の前記スレーブ制御部に共通通信プロトコルを使用して情報を送信するマスタ制御部をさらに備え、
    それぞれの前記電源ユニットにおいて、前記スレーブ制御部は、前記マスタ制御部から前記共通通信プロトコルを使用して送信された情報を、前記個別通信プロトコルを使用して前記パワーコンディショナに送信し、
    前記パワーコンディショナは、前記個別通信プロトコルを使用して送信された情報に基づいて動作し、
    前記直流電源は、充放電可能な蓄電池であり、
    それぞれの前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する場合において、
    いずれかの前記電源ユニットの前記蓄電池が充電できない状態となった場合、前記マスタ制御部は、他の前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する電流の量を増加させるための情報を、当該電源ユニットの前記スレーブ制御部に送信する、
    電源システム。
  6. それぞれの前記蓄電池に接続された抵抗負荷部を備え、
    それぞれの前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する場合において、
    いずれかの前記電源ユニットの前記蓄電池が充電できない状態となった場合、充電のための電流の一部は、前記抵抗負荷部に給電される、
    請求項5に記載の電源システム。
  7. 直流電源と、前記直流電源から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナに個別通信プロトコルを使用して情報を送信するスレーブ制御部とを備えた電源ユニットが複数台、並列接続された電源システムであって、
    複数の前記スレーブ制御部に共通通信プロトコルを使用して情報を送信するマスタ制御部をさらに備え、
    それぞれの前記電源ユニットにおいて、前記スレーブ制御部は、前記マスタ制御部から前記共通通信プロトコルを使用して送信された情報を、前記個別通信プロトコルを使用して前記パワーコンディショナに送信し、
    前記パワーコンディショナは、前記個別通信プロトコルを使用して送信された情報に基づいて動作し、
    前記直流電源は、充放電可能な蓄電池であり、
    それぞれの前記蓄電池に接続された抵抗負荷部を備え、
    それぞれの前記電源ユニットの前記蓄電池を充電する場合において、
    いずれかの前記電源ユニットの前記蓄電池が充電できない状態となった場合、充電のための電流の一部は、前記抵抗負荷部に給電される、
    電源システム。
  8. いずれか一台の前記電源ユニットおいて使用される前記個別通信プロトコルは、他のいずれか一台の前記電源ユニットにおいて使用される前記個別通信プロトコルと異なる、
    請求項1から7のうちいずれかに記載の電源システム。
  9. 複数台の前記電源ユニットのうちの一台は前記マスタ制御部を含む親機電源ユニットであり、複数台の前記電源ユニットのうちの残りは前記マスタ制御部を含んでいない子機電源ユニットである、
    請求項1から8のうちいずれかに記載の電源システム。
  10. それぞれの前記電源ユニットの電源をONする場合において、
    前記マスタ制御部は、前記親機電源ユニットの前記スレーブ制御部に対して、前記親機電源ユニットの前記パワーコンディショナをソフトスタートさせるための情報を送信する、
    請求項9に記載の電源システム。
  11. それぞれの前記電源ユニットは、前記パワーコンディショナに直列に接続されたスイッチを備え、
    前記マスタ制御部は、1台以上の前記パワーコンディショナの故障を検知したときに全ての前記スイッチをOFFにする、
    請求項1から10のいずれかに記載の電源システム。
  12. 前記パワーコンディショナは、前記直流電源から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナ本体部と、前記パワーコンディショナ本体部から出力される電力量を前記スレーブ制御部へ出力するパワーコンディショナ制御部を備えている、
    請求項1から11のいずれかに記載の電源システム。
  13. 前記パワーコンディショナに接続された変圧器を前記電源ユニットごとに備え、
    それぞれの前記電源ユニットから出力された電圧は、それぞれの前記変圧器によって同じ電圧に揃えられる、
    請求項1から12のいずれかに記載の電源システム。
  14. 前記共通通信プロトコルは、UDP/IPである、
    請求項1から13のいずれかに記載の電源システム。
  15. 請求項1から9のいずれかに記載の電源システムと、
    前記電源システムから出力された交流電力が給電される負荷部と、
    前記負荷部及び前記蓄電池に給電する給電部と、
    を有する、
    電力の系統連系システム。
  16. 前記給電部は、再生可能エネルギ源と、系統電源との組合せであり、
    前記再生可能エネルギ源は、前記電源システムの前記蓄電池及び前記負荷部に交流電力を給電し、
    前記系統電源は、前記負荷部に交流電力を給電する、
    請求項15に記載の電力の系統連系システム。
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