JP7439971B2 - Distributed power supply system and its operation method - Google Patents
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Description
本開示は、分散型電源システム及びその運用方法に関する。 The present disclosure relates to a distributed power supply system and a method of operating the same.
日本国内で住宅等の需要家に電力を供給する低圧配電線は、主として、AC200V/AC100Vの単相3線式である。一方、近年普及が進んでいる住宅用の太陽光発電装置、蓄電装置、燃料電池システム等の分散型電源システムは、単相3線式の3電路のうち、中性線を除く電圧線の2線間にAC200Vを出力する(例えば、特許文献1参照。)。 Low-voltage distribution lines that supply electricity to consumers such as residences in Japan are mainly single-phase three-wire systems of 200 VAC/100 VAC. On the other hand, distributed power supply systems such as solar power generation devices, power storage devices, and fuel cell systems for residential use, which have become popular in recent years, require only two of the voltage lines, excluding the neutral line, of the three single-phase three-wire electrical circuits. AC 200V is output between the lines (for example, see Patent Document 1).
住宅用の太陽光発電装置では、多数の発電用のセルを互いに直列に接続することによって、200Vから300V程度の直流電圧を出力するストリングを構成する。そして、この直流電圧をDC/DCコンバータにより例えば350V(交流200Vのピーク値に余裕をみた値の一例)に昇圧した後、単相インバータによりAC200Vに変換して商用電力系統に連系する。この場合、ストリングの直流電圧が200V以上あるので、昇圧の幅が比較的小さい。そのため、安価な電力変換装置で、高い効率の電力変換を行うことができる。 In a residential solar power generation device, a string that outputs a DC voltage of about 200V to 300V is configured by connecting a large number of power generation cells in series. Then, this DC voltage is boosted to, for example, 350V (an example of a value with a margin above the peak value of AC 200V) using a DC/DC converter, and then converted to AC 200V using a single-phase inverter and connected to a commercial power grid. In this case, since the DC voltage of the string is 200V or more, the step-up width is relatively small. Therefore, highly efficient power conversion can be performed with an inexpensive power conversion device.
一方、住宅用の蓄電装置又は燃料電池システムに用いられる蓄電池又は燃料電池の直流電圧は、一般に上記の太陽光発電のストリングよりも低く、100V以下の場合も多い。100V以下の低い直流電圧を、一旦350Vもの直流電圧に変換するには、1段のDC/DCコンバータのみでは無理がある。そこで、複数段に非絶縁型のDC/DCコンバータを接続して、段階的に電圧を上げるか、または、DC/DCコンバータを高周波絶縁型にして、トランスの巻線比によって電圧を上げることになる。しかしながら、その場合、装置の大型化、コスト上昇、及び、電力変換効率低下の問題が生じる。 On the other hand, the DC voltage of a storage battery or fuel cell used in a residential power storage device or fuel cell system is generally lower than that of the solar power generation string described above, and is often 100V or less. It is difficult to convert a low DC voltage of 100V or less into a DC voltage of 350V using only a single stage DC/DC converter. Therefore, we decided to connect non-isolated DC/DC converters in multiple stages and increase the voltage step by step, or to make the DC/DC converter a high frequency isolated type and increase the voltage by changing the turns ratio of the transformer. Become. However, in that case, problems arise such as an increase in the size of the device, an increase in cost, and a decrease in power conversion efficiency.
そこで、蓄電装置又は燃料電池システムが出力する電圧をAC100Vとして、単相3線式電路の中性線を除く電圧線の2線の一方と、中性線の間に出力を提供することが考えられる。この場合、単相インバータの直流側電圧は175V程度で良いので、1段の非絶縁型DC/DCコンバータでも昇圧が可能となり、装置の小型化、低コスト化、及び、高い電力変換効率を実現することが可能となる。 Therefore, it is considered that the voltage output by the power storage device or fuel cell system is AC100V, and the output is provided between one of the two voltage wires excluding the neutral wire of a single-phase three-wire electric circuit and the neutral wire. It will be done. In this case, the DC side voltage of the single-phase inverter only needs to be about 175V, so it is possible to boost the voltage even with a single-stage non-isolated DC/DC converter, realizing smaller devices, lower costs, and higher power conversion efficiency. It becomes possible to do so.
しかしながら、出力AC100Vの分散型電源システムでは、単相3線式電路の一方の相にのみ電力を供給し、他方の相には電力を供給することができない。そのため、一方の相と他方の相とで負荷の電力消費が大きく異なる場合には、分散型電源システムの有する給電及び蓄電の機能を、十分に活用することができない。その結果、買電、売電の量が増大し、しかも、売電の買い取り価格が低下すると、需要家における電力コストの節約に繋がらない可能性もある。 However, in a distributed power supply system with an output AC of 100 V, power is supplied only to one phase of a single-phase three-wire electric circuit, and power cannot be supplied to the other phase. Therefore, if the power consumption of the load differs significantly between one phase and the other phase, the power supply and power storage functions of the distributed power supply system cannot be fully utilized. As a result, the amount of electricity purchased and sold increases, and the purchase price of the electricity sold decreases, which may not lead to savings in electricity costs for consumers.
かかる課題に鑑み、本開示は、単相3線式電路の一方の相に接続する分散型電源システムの機能を、十分に活用できるようにすることを目的とする。 In view of this problem, an object of the present disclosure is to make it possible to fully utilize the functions of a distributed power supply system connected to one phase of a single-phase three-wire electric circuit.
本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は特許請求の範囲によって定められるものである。 This disclosure includes the following inventions. However, the present invention is defined by the scope of the claims.
本開示の分散型電源システムは、第1電圧線、中性線、及び、第2電圧線を有する単相3線式電路に接続される蓄電装置を含む分散型電源システムであって、前記第1電圧線と前記中性線との間をU相、前記第2電圧線と前記中性線との間をW相と定義した場合に、前記蓄電装置は、
蓄電池を含む直流電源部と、
前記直流電源部に接続され、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第1電圧線と接続される第1レグ、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第2電圧線と接続される第2レグ、及び、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記中性線と接続される第3レグを有するインバータと、
前記インバータと前記第1電圧線との間に設けられた第1スイッチと、
前記インバータと前記第2電圧線との間に設けられた第2スイッチと、
前記第2レグを開路し、前記第1レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第1スイッチを閉路し、かつ、前記第2スイッチを開路するU相稼働状態と、前記第1レグを開路し、前記第2レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第2スイッチを閉路し、かつ、前記第1スイッチを開路するW相稼働状態とを、前記U相の受電点における電力、及び、前記W相の受電点における電力に基づいて、択一的に切り替える制御部と、
を備えている。
A distributed power supply system of the present disclosure includes a power storage device connected to a single-phase three-wire electric line having a first voltage line, a neutral line, and a second voltage line, When defining the space between the first voltage line and the neutral line as the U phase, and the space between the second voltage line and the neutral line as the W phase, the power storage device
A DC power supply section including a storage battery,
A first leg that is connected to the DC power supply unit and has an intermediate connection point of a pair of switching elements in series connected to the first voltage line, and an intermediate connection point of the pair of switching elements in series is connected to the second voltage line. an inverter having a second leg connected to the neutral line, and a third leg whose intermediate connection point of a pair of series switching elements is connected to the neutral wire;
a first switch provided between the inverter and the first voltage line;
a second switch provided between the inverter and the second voltage line;
a U-phase operating state in which the second leg is opened, the first leg and the third leg are operated to switch, the first switch is closed, and the second switch is opened; A W-phase operating state in which the circuit is opened, the second leg and the third leg are operated, the second switch is closed, and the first switch is opened is defined as the power at the U-phase power receiving point, and a control unit that selectively switches based on the power at the W-phase power receiving point;
It is equipped with
他の表現による分散型電源システムは、第1電圧線、中性線、及び、第2電圧線を有する単相3線式電路に接続される2組の蓄電装置を含む分散型電源システムであって、前記第1電圧線と前記中性線との間をU相、前記第2電圧線と前記中性線との間をW相と定義した場合に、
前記単相3線式電路の前記第1電圧線と前記第2電圧線との間に出力を供給するよう接続された太陽光発電装置を備え、
前記2組の蓄電装置の各々は、
蓄電池を含む直流電源部と、
前記直流電源部に接続され、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第1電圧線と接続される第1レグ、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第2電圧線と接続される第2レグ、及び、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記中性線と接続される第3レグを有する、インバータと、
前記インバータと前記第1電圧線との間に設けられた第1スイッチと、
前記インバータと前記第2電圧線との間に設けられた第2スイッチと、
前記第2レグを開路し、前記第1レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第1スイッチを閉路し、かつ、前記第2スイッチを開路するU相稼働状態と、前記第1レグを開路し、前記第2レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第2スイッチを閉路し、かつ、前記第1スイッチを開路するW相稼働状態とを、前記U相の受電点における電力、及び、前記W相の受電点における電力に基づいて、択一的に切り替える制御部と、
を備えている。
A distributed power system according to another expression is a distributed power system that includes two sets of power storage devices connected to a single-phase three-wire electrical circuit having a first voltage line, a neutral line, and a second voltage line. When defining the space between the first voltage line and the neutral line as the U phase, and the space between the second voltage line and the neutral line as the W phase,
comprising a solar power generation device connected to supply an output between the first voltage line and the second voltage line of the single-phase three-wire electric circuit,
Each of the two sets of power storage devices is
A DC power supply section including a storage battery,
A first leg that is connected to the DC power supply unit and has an intermediate connection point of a pair of switching elements in series connected to the first voltage line, and an intermediate connection point of the pair of switching elements in series is connected to the second voltage line. an inverter having a second leg connected to the neutral line, and a third leg whose intermediate connection point of the pair of series switching elements is connected to the neutral wire;
a first switch provided between the inverter and the first voltage line;
a second switch provided between the inverter and the second voltage line;
a U-phase operating state in which the second leg is opened, the first leg and the third leg are operated to switch, the first switch is closed, and the second switch is opened; A W-phase operating state in which the circuit is opened, the second leg and the third leg are operated, the second switch is closed, and the first switch is opened is defined as the power at the U-phase power receiving point, and a control unit that selectively switches based on the power at the W-phase power receiving point;
It is equipped with
方法の観点からは、第1電圧線、中性線、及び、第2電圧線を有する単相3線式電路に接続される蓄電装置であって、蓄電池を含む直流電源部と、当該直流電源部に接続され、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第1電圧線と接続される第1レグ、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第2電圧線と接続される第2レグ、及び、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記中性線と接続される第3レグを有するインバータ、を含む蓄電装置を対象とした分散型電源システムの運用方法であって、
前記第2レグを開路し、前記第1レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させるとともに、前記インバータを前記U相に接続し、前記W相とは非接続とするU相稼働状態と、
前記第1レグを開路し、前記第2レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させるとともに、前記インバータを前記W相に接続し、前記U相とは非接続とするW相稼働状態とを、
前記U相の受電点における電力、及び、前記W相の受電点における電力に基づいて、択一的に切り替える、分散型電源システムの運用方法である。
From the viewpoint of the method, the power storage device is connected to a single-phase three-wire electric circuit having a first voltage line, a neutral line, and a second voltage line, and includes a DC power supply unit including a storage battery, and the DC power supply unit. a first leg connected to the first leg, an intermediate connection point of the series body of the pair of switching elements is connected to the first voltage line, and an intermediate connection point of the series body of the pair of switching elements is connected to the second voltage line. A method for operating a distributed power supply system for a power storage device including an inverter having a second leg connected to the neutral wire, and a third leg having an intermediate connection point of a pair of switching elements in series connected to the neutral wire. There it is,
a U-phase operating state in which the second leg is opened, the first leg and the third leg are operated for switching, and the inverter is connected to the U-phase and disconnected from the W-phase;
A W-phase operating state in which the first leg is opened, the second leg and the third leg are operated for switching, and the inverter is connected to the W-phase and disconnected from the U-phase.
This is a method of operating a distributed power supply system in which switching is performed alternatively based on the power at the U-phase power receiving point and the power at the W-phase power receiving point.
本開示によれば、単相3線式電路の一方の相に接続する分散型電源システムの機能を、十分に活用できるようにすることができる。 According to the present disclosure, it is possible to fully utilize the functions of a distributed power supply system connected to one phase of a single-phase three-wire electric circuit.
[本開示の実施形態の説明]
本開示の実施形態には、その要旨として、少なくとも以下のものが含まれる。
[Description of embodiments of the present disclosure]
The embodiment of the present disclosure includes at least the following as its gist.
(1)これは、第1電圧線、中性線、及び、第2電圧線を有する単相3線式電路に接続される蓄電装置を含む分散型電源システムであって、前記第1電圧線と前記中性線との間をU相、前記第2電圧線と前記中性線との間をW相と定義した場合に、前記蓄電装置は、蓄電池を含む直流電源部と、前記直流電源部に接続され、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第1電圧線と接続される第1レグ、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第2電圧線と接続される第2レグ、及び、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記中性線と接続される第3レグを有するインバータと、前記インバータと前記第1電圧線との間に設けられた第1スイッチと、前記インバータと前記第2電圧線との間に設けられた第2スイッチと、前記第2レグを開路し、前記第1レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第1スイッチを閉路し、かつ、前記第2スイッチを開路するU相稼働状態と、前記第1レグを開路し、前記第2レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第2スイッチを閉路し、かつ、前記第1スイッチを開路するW相稼働状態とを、前記U相の受電点における電力、及び、前記W相の受電点における電力に基づいて、択一的に切り替える制御部と、を備えている。 (1) This is a distributed power supply system including a power storage device connected to a single-phase three-wire electric circuit having a first voltage line, a neutral line, and a second voltage line, the first voltage line and the neutral line is defined as a U phase, and the area between the second voltage line and the neutral line is defined as a W phase, and the power storage device includes a DC power supply unit including a storage battery, and a DC power supply unit including a storage battery. a first leg connected to the first leg, an intermediate connection point of the series body of the pair of switching elements is connected to the first voltage line, and an intermediate connection point of the series body of the pair of switching elements is connected to the second voltage line. an inverter having a second leg connected to the neutral line, and a third leg having an intermediate connection point of a series body of a pair of switching elements connected to the neutral line; and an inverter provided between the inverter and the first voltage line. A first switch, a second switch provided between the inverter and the second voltage line, and the second leg are opened, the first leg and the third leg are operated to switch, and the first leg and the third leg are switched. a U-phase operating state in which the switch is closed and the second switch is opened, the first leg is opened, the second leg and the third leg are operated for switching, and the second switch is closed; and a control unit that selectively switches the W-phase operating state in which the first switch is opened based on the power at the U-phase power receiving point and the power at the W-phase power receiving point. ing.
上記のように構成された分散型電源システムでは、同時には、U相及びW相のいずれか一方とインバータとの間でしか電力の受け渡しができないが、電力使用状況に応じて、3レグ中で使用する2レグを切り替え、かつ、スイッチで接続の状態を切り替えることにより、他方の相とインバータとの間でも、電力の受け渡しを行うことができる。これにより、分散型電源システムにおける蓄電装置の有する給電及び蓄電の機能を、十分に活用することができる。 In the distributed power supply system configured as described above, power can only be transferred between either the U phase or W phase and the inverter at the same time. By switching the two legs used and switching the connection state with a switch, power can be transferred between the other phase and the inverter. Thereby, the power supply and power storage functions of the power storage device in the distributed power supply system can be fully utilized.
(2)前記(1)の分散型電源システムにおいて、前記蓄電池を放電させる場合、前記制御部は例えば、前記U相の負荷及び前記W相の負荷のうち、電力消費が多い方の負荷が接続されている相に前記インバータを接続する。
この場合、U相及びW相にそれぞれ接続されている負荷のうち、電力消費の多い方の負荷が接続されている相に対して蓄電池から給電することにより、単相3線式の電路から買電する電力を抑制することができる。
(2) In the distributed power supply system of (1) above, when discharging the storage battery, the control unit connects the load that consumes more power among the U-phase load and the W-phase load, for example. Connect the inverter to the phase that is connected.
In this case, by supplying power from the storage battery to the phase to which the load that consumes the most power is connected among the loads connected to the U and W phases, the power can be purchased from the single-phase three-wire electric circuit. It is possible to suppress the amount of electricity used.
(3)前記(1)又は(2)の分散型電源システムは、前記単相3線式電路の前記第1電圧線と前記第2電圧線との間に出力を供給するよう接続された太陽光発電装置を備えていてもよい。かかる分散型電源システムにおいて、前記太陽光発電装置の発電電力を用いて前記蓄電池を充電する場合、前記制御部は例えば、前記U相の負荷及び前記W相の負荷のうち、電力消費が少ない方の負荷が接続されている相に前記インバータを接続する。
この場合、U相及びW相にそれぞれ接続されている負荷のうち、電力消費の少ない方の負荷が接続されている相の余剰電力によって蓄電池を充電することにより、太陽光発電の余剰電力を有効利用することができる。
(3) The distributed power supply system according to (1) or (2) above includes a solar cell connected to supply output between the first voltage line and the second voltage line of the single-phase three-wire electric circuit. It may also include a photovoltaic device. In such a distributed power supply system, when charging the storage battery using the power generated by the solar power generation device, the control unit may select one of the U-phase load and the W-phase load, which consumes less power. The inverter is connected to the phase to which the load is connected.
In this case, by charging the storage battery with the surplus power of the phase to which the load with lower power consumption is connected among the loads connected to the U phase and W phase, the surplus power of solar power generation can be made effective. can be used.
(4)前記(1)又は(2)の分散型電源システムは、前記単相3線式電路の前記第1電圧線と前記第2電圧線との間に出力を供給するよう接続された太陽光発電装置を備えていてもよい。かかる分散型電源システムにおいては、前記太陽光発電装置の発電電力を用いて前記蓄電池を充電する場合、前記制御部は例えば、前記太陽光発電装置の出力に基づく余剰電力が多い方の相に前記インバータを接続する。
この場合、U相及びW相のうち、余剰電力が多い方の相の当該余剰電力によって蓄電池を充電することにより、太陽光発電の余剰電力を有効利用することができる。
(4) The distributed power supply system according to (1) or (2) above includes a solar cell connected to supply output between the first voltage line and the second voltage line of the single-phase three-wire electrical circuit. It may also include a photovoltaic device. In such a distributed power supply system, when charging the storage battery using the power generated by the solar power generation device, the control unit may, for example, charge the phase that has more surplus power based on the output of the solar power generation device. Connect the inverter.
In this case, by charging the storage battery with the surplus power of the phase with more surplus power among the U phase and W phase, the surplus power of solar power generation can be effectively used.
(5)また、これは、第1電圧線、中性線、及び、第2電圧線を有する単相3線式電路に接続される2組の蓄電装置を含む分散型電源システムであって、前記第1電圧線と前記中性線との間をU相、前記第2電圧線と前記中性線との間をW相と定義した場合に、前記単相3線式電路の前記第1電圧線と前記第2電圧線との間に出力を供給するよう接続された太陽光発電装置を備え、前記2組の蓄電装置の各々は、蓄電池を含む直流電源部と、前記直流電源部に接続され、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第1電圧線と接続される第1レグ、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第2電圧線と接続される第2レグ、及び、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記中性線と接続される第3レグを有する、インバータと、前記インバータと前記第1電圧線との間に設けられた第1スイッチと、前記インバータと前記第2電圧線との間に設けられた第2スイッチと、前記第2レグを開路し、前記第1レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第1スイッチを閉路し、かつ、前記第2スイッチを開路するU相稼働状態と、前記第1レグを開路し、前記第2レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第2スイッチを閉路し、かつ、前記第1スイッチを開路するW相稼働状態とを、前記U相の受電点における電力、及び、前記W相の受電点における電力に基づいて、択一的に切り替える制御部と、を備えている。 (5) This is also a distributed power supply system including two sets of power storage devices connected to a single-phase three-wire electrical circuit having a first voltage line, a neutral line, and a second voltage line, When defining a U phase between the first voltage line and the neutral wire and a W phase between the second voltage line and the neutral wire, the first The solar power generation device is connected to supply an output between a voltage line and the second voltage line, and each of the two sets of power storage devices includes a DC power supply unit including a storage battery, and a DC power supply unit connected to the DC power supply unit. a first leg whose intermediate connection point of a pair of series bodies of switching elements is connected to the first voltage line; and a first leg whose intermediate connection point of a pair of series bodies of switching elements is connected to the second voltage line. an inverter having two legs, and a third leg whose intermediate connection point of a pair of switching elements in series is connected to the neutral wire; and a third leg provided between the inverter and the first voltage line. a second switch provided between the inverter and the second voltage line, the second leg is opened, the first leg and the third leg are operated for switching, and the first switch a U-phase operating state in which the circuit is closed and the second switch is opened, the first leg is opened, the second leg and the third leg are operated to switch, and the second switch is closed, and , a control unit that selectively switches the W-phase operating state in which the first switch is opened based on the power at the U-phase power receiving point and the power at the W-phase power receiving point. There is.
上記(5)のように構成された分散型電源システムでは、2組の蓄電装置を、互いに異なる相に接続することができるほか、共に同一相に接続することもできる。従って、電力消費の状況や余剰電力の状況に合わせて、2組の蓄電装置を含む分散型電源システムの有する給電及び蓄電の機能を、十分に活用することができるとともに、太陽光発電の余剰電力を有効活用することができる。 In the distributed power supply system configured as described in (5) above, two sets of power storage devices can be connected to mutually different phases, and can also be connected to the same phase. Therefore, it is possible to fully utilize the power supply and power storage functions of the distributed power supply system including two sets of power storage devices according to the power consumption situation and surplus power situation, and also to fully utilize the power supply and power storage functions of the distributed power generation system including two sets of power storage devices. can be used effectively.
(6)前記(1)から(5)のいずれかの分散型電源システムにおいて、前記U相稼働状態から前記W相稼働状態に切り替える際に、前記制御部は、前記第1レグ及び前記第3レグのスイッチング動作を停止させてから前記第1スイッチを開路し、その後、前記第2スイッチを閉路してから前記第2レグ及び前記第3レグのスイッチング動作を開始させ、前記W相稼働状態から前記U相稼働状態に切り替える際に、前記制御部は、前記第2レグ及び前記第3レグのスイッチング動作を停止させてから前記第2スイッチを開路し、その後、前記第1スイッチを閉路してから前記第1レグ及び前記第3レグのスイッチング動作を開始させる。
この場合、第1スイッチ及び第2スイッチは電流の遮断や投入に直接関与しないので、接点寿命を長くすることができる。
(6) In the distributed power supply system according to any one of (1) to (5), when switching from the U-phase operating state to the W-phase operating state, the control unit controls the first leg and the third After stopping the switching operation of the leg, the first switch is opened, and then, after the second switch is closed, the switching operation of the second leg and the third leg is started, and the W-phase operating state is changed from the W-phase operating state. When switching to the U-phase operating state, the control unit stops the switching operations of the second leg and the third leg, opens the second switch, and then closes the first switch. The switching operation of the first leg and the third leg is started from.
In this case, since the first switch and the second switch are not directly involved in cutting off or turning on current, the life of the contacts can be extended.
(7)方法の観点からは、第1電圧線、中性線、及び、第2電圧線を有する単相3線式電路に接続される蓄電装置であって、蓄電池を含む直流電源部と、当該直流電源部に接続され、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第1電圧線と接続される第1レグ、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第2電圧線と接続される第2レグ、及び、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記中性線と接続される第3レグを有するインバータと、を含む蓄電装置を対象とした分散型電源システムの運用方法であって、前記第2レグを開路し、前記第1レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させるとともに、前記インバータを前記U相に接続し、前記W相とは非接続とするU相稼働状態と、前記第1レグを開路し、前記第2レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させるとともに、前記インバータを前記W相に接続し、前記U相とは非接続とするW相稼働状態とを、前記U相の受電点における電力、及び、前記W相の受電点における電力に基づいて、択一的に切り替える、分散型電源システムの運用方法である。 (7) From the viewpoint of the method, a power storage device connected to a single-phase three-wire electric circuit having a first voltage line, a neutral line, and a second voltage line, comprising a DC power supply unit including a storage battery; A first leg that is connected to the DC power supply unit and has an intermediate connection point of a pair of switching elements connected in series with the first voltage line, and an intermediate connection point of the pair of switching elements connected in series is connected to the second voltage line. a second leg connected to the neutral line, and an inverter having a third leg whose intermediate connection point of a pair of series switching elements is connected to the neutral line. In the operation method, the second leg is opened, the first leg and the third leg are operated for switching, and the inverter is connected to the U phase and disconnected from the W phase. phase operation state, and W-phase operation in which the first leg is opened, the second leg and the third leg are operated for switching, and the inverter is connected to the W-phase and disconnected from the U-phase. This is a method of operating a distributed power supply system in which the state is selectively switched based on the power at the U-phase power receiving point and the power at the W-phase power receiving point.
このような分散型電源システムの運用方法によれば、1つの電圧線と中性線との間の電圧(例えばAC100V)を出力する蓄電装置を用いて、U相及びW相の双方との間での電力の受け渡しを実現することができる。これにより、分散型電源システムにおける蓄電装置の有する給電及び蓄電の機能を、十分に活用することができる。 According to the operation method of such a distributed power supply system, a power storage device that outputs a voltage between one voltage line and a neutral line (for example, AC 100V) is used to connect both the U phase and W phase. It is possible to realize the transfer of electric power. Thereby, the power supply and power storage functions of the power storage device in the distributed power supply system can be fully utilized.
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の分散型電源システム及びその運用方法の具体例について、図面を参照して説明する。
[Details of embodiments of the present disclosure]
Hereinafter, specific examples of the distributed power supply system of the present disclosure and its operating method will be described with reference to the drawings.
《課題の詳細な分析》
まず、前述の課題を詳細に分析する。
図5は、分散型電源システム200の参考例を示す回路図である。単相3線式の商用電力系統1は、電圧線としてのU線及びW線、中性線としてのO線を有している。U線-O線間には、AC100Vが印加され、O線-W線間には、U線-O線間とは逆位相のAC100Vが印加される。U線-W線間にはAC200Vが印加される。U線とO線との間をU相、W線とO線との間をW相とする。すなわち、U相には中性線Oから見てAC100VのU相電源1Uが、W相には中性線Oから見てU相とは逆位相のAC100VのW相電源1Wが、それぞれ存在していることになる。
《Detailed analysis of the issue》
First, we will analyze the aforementioned issues in detail.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a reference example of the distributed
U線-W線間には需要家の負荷LUWが、U線-O線間には負荷LUが、W線-O線間には負荷LWが、それぞれ接続されている。太陽光発電装置2は、太陽光発電パネル3と、これに接続されたパワーコンディショナ4とを備えている。太陽光発電パネル3の出力はパワーコンディショナ4により交流に変換され、出力は、U線-W線間に供給される。
A consumer load LUW is connected between the U line and the W line, a load LUW is connected between the U line and the O line, and a load LW is connected between the W line and the O line. The solar
蓄電池及びインバータ等(図示せず。)を含む蓄電装置5jの出力端(又は入力端)は、U線とO線との間に接続されている。U相電源1U及びW相電源1Wがあるところが受電点であるとすると、U線、O線の受電点側には、それぞれ、電流センサ5iu,5iwが設けられている。電流センサ5iu,5iwの検出出力は蓄電装置5jに送られる。蓄電装置5jは、内部の図示しない電圧センサからU線-O線間の電圧の検出出力も受け取っている。蓄電装置5jは、センサ類の検出出力及び蓄電池の情報に基づいて、蓄電池の充電又は放電を行わせる。
The output end (or input end) of
(負荷への給電)
ここで、まず、太陽光発電装置2が発電しておらず、蓄電装置5jが、充電されたエネルギーを放電して、負荷Luに供給している状況を考える。蓄電装置5jは、放電電力に関して、受電点側の電力が0に近い一定の順潮流(蓄電装置5jの定格電力の5%程度)になるように制御を行う。受電点の電力は、U相とW相の有効電力の合計とすることができる。この場合、仮に一方が逆潮流であっても、U相、W相の両方を合計した電力が順潮流目標値であればよい。よって、仮に負荷がW相のみに接続されており、U相及び、U線-W線間には負荷が接続されていない場合であっても、受電点の電力が順潮流目標値と一致するように蓄電装置5jを制御することは可能である。
(Power supply to load)
First, consider a situation where the solar
図6は、図5に示した分散型電源システム200において、具体的な状態の一例を当てはめて考えた回路図である。図6において、太陽光発電装置2は発電停止中である。負荷は、W相に500Wが接続されている。順潮流目標値は50Wである。この場合、蓄電装置50はU相に450Wの電力を放電するが、この電力は全て逆潮流となる。蓄電装置50の放電電力はW相には使用されず、W相の負荷LWには、商用電力系統から受電した500Wの電力が供給される。このとき、買電の電力は500W、売電の電力は450Wとなる。商用電力系統の電力で充電した蓄電池から放電した電力は売電できないが、以下、太陽光発電の余剰電力を充電した蓄電池から放電する場合を考える。
FIG. 6 is a circuit diagram considering a specific example of the state in the distributed
この状況は、太陽光発電の発電電力量の固定価格買取制度(FIT)の下ではユーザーにとって不利にはならない。しかし、FIT終了後、買取価格が電気料金と比べて著しく低い単価となったときには、蓄電池に貯めた電力を逆潮流するのはむしろ経済的に不利になる。よって、蓄電装置5jはU相、W相ともに放電電力が逆潮流にならないように制御すべきである。
This situation is not disadvantageous to users under the feed-in tariff (FIT) scheme for solar power generation. However, after the FIT ends, when the purchase price becomes significantly lower than the electricity rate, it becomes economically disadvantageous to reverse the flow of electricity stored in storage batteries. Therefore,
図5の例では、100V出力の蓄電装置5jが供給できる最大電力(順潮流目標値による目減り分は除く。)から見て、U相に接続された負荷Luに対しては最大100%供給できる。U線-W線間に接続された負荷LUWに対しては最大50%供給できる。W相に接続された負荷LWに供給できる電力はゼロとなる。仮に、負荷の電力消費がW相に偏っている場合には蓄電装置5jの放電は負荷で消費されず、その分、商用電力系統1からの買電が増えることになる。そこで、FIT終了後の、太陽光発電による電力を自家消費する目的で蓄電装置5jを用いることを前提として考える。
In the example of FIG. 5, the maximum power that can be supplied by the
(太陽光発電による余剰電力の充電)
次に太陽光発電装置2の発電電力が負荷の電力消費よりも大きく、そのため、余剰電力が発生しており、この余剰電力を蓄電装置5jが充電している、という状況を考える。図5の蓄電装置5jは、U相、W相の合計有効電力がゼロになるように、充電電力を制御する。
(Charging surplus electricity from solar power generation)
Next, consider a situation in which the power generated by the solar
図7は、図5に示した分散型電源システム200において、具体的な状態の他の例を当てはめて考えた回路図である。図7において、太陽光発電装置2は発電中であり、2000W発電している。負荷は、U相負荷LU、W相負荷LWが互いに均等に500Wずつ、合計1000Wを消費しているとする。蓄電装置5jは、このとき発生する1000Wの余剰電力を充電するよう制御を行う。このとき、太陽光発電装置2はU線-W線間に出力するため、U相にのみ1000Wの充電電力を供給することはできず、余剰電力に関しても、U相、W相に、互いに均等に500Wずつ、合計1000Wの余剰電力を提供する。
FIG. 7 is a circuit diagram considering another example of a specific state in the distributed
これにより、太陽光発電装置2の余剰電力1000Wに関しては、U相では充電用に500Wが使用されるが本来1000Wで充電する制御を行うので不足分の500Wを商用電力系統1から引き込む状態となり、一方、W相では余剰電力の半分の500Wの使い途がない状態となる。その結果、U相では500Wの買電、W相では500Wの逆潮流(売電)となる。充電制御の目標値を500WにすればU相の買電は0Wとなり無駄を防ぐことができるが、W相は500Wの逆潮流で変わらず、本来なら充電して自家消費に利用できる発電量が減るので、FIT終了後は不利になる。
As a result, regarding the surplus power of 1000 W of the solar
《分析のまとめ》
以上に示したとおり、100V出力の蓄電装置は、負荷への給電、太陽光発電の余剰電力充電ともに、FIT終了後の太陽光発電の自家消費目的としては不利になる。100V出力システムにおいては、負荷給電における買電を減らし、太陽光発電の逆潮流を減らして、太陽光発電による余剰電力の自家消費率を高めることが肝要である。
《Summary of analysis》
As described above, a power storage device with an output of 100 V is disadvantageous for both supplying power to a load and charging surplus power from solar power generation, and for self-consumption of solar power generation after the FIT ends. In a 100V output system, it is important to reduce power purchase in load power supply, reduce reverse power flow of solar power generation, and increase the self-consumption rate of surplus power generated by solar power generation.
《第1実施形態》
次に、本開示の第1実施形態による分散型電源システムについて説明する。
基本コンセプトは、蓄電装置をU相、W相のいずれか一方に選択して接続できるようにすることである。放電時は電力消費が多い相に蓄電装置を接続すれば、より多くの電力を放電することができ、買電を減らすことができる。太陽光発電の余剰電力を充電するときには、電力消費が少なく、余剰電力が多い相に蓄電装置を接続すれば、余剰電力をより多く充電することができ、無駄な逆潮流を減らすことができる。
《First embodiment》
Next, a distributed power supply system according to a first embodiment of the present disclosure will be described.
The basic concept is to enable the power storage device to be selectively connected to either the U phase or the W phase. If a power storage device is connected to a phase that consumes a lot of power during discharging, more power can be discharged and electricity purchased can be reduced. When charging surplus power from solar power generation, by connecting a power storage device to a phase that consumes less power and has more surplus power, more surplus power can be charged and unnecessary reverse power flow can be reduced.
図1は、第1実施形態による分散型電源システム100の回路図である。単相3線式の商用電力系統1は、電圧線としてのU線及びW線、中性線としてのO線を有している。U線-O線間には、AC100Vが印加され、O線-W線間には、U線-O線間とは逆位相のAC100Vが印加される。U線-W線間にはAC200Vが印加される。U線とO線との間をU相、W線とO線との間をW相とする。すなわち、U相には中性線Oから見てAC100VのU相電源1Uが、W相には中性線Oから見てU相とは逆位相のAC100VのW相電源1Wが、それぞれ存在していることになる。
FIG. 1 is a circuit diagram of a distributed
U線-W線間には需要家の負荷LUWが、U線-O線間には負荷LUが、W線-O線間には負荷LWが、それぞれ接続されている。太陽光発電装置2は、太陽光発電パネル3と、これに接続されたパワーコンディショナ4とを備えている。パワーコンディショナ4は、直流から交流への変換を行う電力変換装置(制御部を含む。)41と、連系リレー42とを備えている。連系リレー42は、系統連系時は閉路しており、パワーコンディショナ4の解列時にのみ開路する。太陽光発電装置2の出力は、U線-W線間に供給される。
A consumer load LUW is connected between the U line and the W line, a load LUW is connected between the U line and the O line, and a load LW is connected between the W line and the O line. The solar
蓄電装置5は、U線,O線,W線の3線と接続されている。
U相電源1U及びW相電源1Wがあるところが受電点であるとすると、U線、W線の受電点側には、それぞれ、電流センサ50iu,50iwが設けられている。電流センサ50iu,50iwの検出出力は蓄電装置5内の制御部50(図2)に送られる。
The
Assuming that the power receiving point is where the
図2は、蓄電装置5の内部回路図の一例である。図において、蓄電装置5は、蓄電池51を含む直流電源部5Aを有している。蓄電池51の定格電圧は例えば100V以下である。蓄電池51の両端にはコンデンサ52が接続されている。蓄電池51にはDC/DCコンバータ5Bが接続されている。DC/DCコンバータ5Bは、直流リアクトル53と、ローサイドのスイッチング素子QLと、ハイサイドのスイッチング素子QHとにより構成されている。スイッチング素子QL及びQHは、制御部50により制御される。
FIG. 2 is an example of an internal circuit diagram of
DC/DCコンバータ5Bは、100V以下の蓄電池51の電圧を、約175Vまで昇圧してDCバス5Dに出力する。175Vとは、蓄電装置5の出力電圧であるAC100Vのピーク値(約141V)に若干の余裕をもたせた値である。DCバス5Dの電圧が約175Vであることにより、約350Vまで昇圧する場合と比べて低電圧であるため、絶縁が容易である。また、使用する電気部品は、耐圧が半分になり、その分、廉価になる。DC/DCコンバータ5Bに流れる電流は、電流センサ50idにより検出され、検出出力は制御部50に送られる。DCバス5Dの2線間には、平滑用のコンデンサ54と、電圧センサ50vdとが設けられている。電圧センサ50vdの検出出力は制御部50に送られる。
The DC/
インバータ5Cは、直流電源部5Aと、DCバス5Dを介して接続されている。インバータ5Cは、3レグのブリッジを構成している。左側を第1レグ、右側を第2レグ、中間を第3レグとすると、第1レグを構成する一対のスイッチング素子Q11及びQ12の直列体の中間接続点は、U線に接続される。第2レグを構成する一対のスイッチング素子Q21及びQ22の直列体の中間接続点は、W線に接続される。そして、第3レグを構成する一対のスイッチング素子Q31及びQ32の直列体の中間接続点は、O線に接続される。各スイッチング素子Q11,Q12,Q21,Q22,Q31,Q32は、制御部50により制御される。
The inverter 5C is connected to a DC
インバータ5Cの交流側には、各線に交流リアクトル55u,55o,55wと、U-O,W-Oの線間にコンデンサ56u,56wとが、フィルタとして設けられている。O線の交流リアクトル55oと直列に、電流センサ50ioが設けられている。電流センサ50ioの検出出力は、制御部50に送られる。
On the AC side of the inverter 5C,
コンデンサ56u,56wから見て商用電力系統1側には、制御部50により個別に開閉可能なスイッチ57u,57o,57wが設けられている。蓄電装置5の運転中には、スイッチ57oは、常時閉路している。スイッチ57uとスイッチ57wとは、択一的に閉路され、同時に閉路されることない。スイッチ57u,57o,57wは、商用電力系統1との系統連系から蓄電装置5を解列する際の連系リレーとしての役割も担っている。解列する際は、全てのスイッチ57u,57o,57wが、開路される。
スイッチ57u,57o,57wより商用電力系統1側には、U-O線間、W-O線間の電圧をそれぞれ検出する電圧センサ50vu,50vwが設けられている。蓄電装置5の外部の回路は、図1において説明したものと同じであり、対応する部位に同一符号を付して説明を省略する。制御部50は、電流センサ50iuが検出する電流値及び電圧センサ50vuが検出する電圧値に基づいて、U相の受電点における電力を求めることができる。また、制御部50は、電流センサ50iwが検出する電流値及び電圧センサ50vwが検出する電圧値に基づいて、W相の受電点における電力を求めることができる。
On the side closer to the
上記のように構成された蓄電装置5において、蓄電池51を放電させるときは、蓄電池51の出力電圧がDC/DCコンバータ5Bにより約175Vまで昇圧される。3レグのインバータ5Cは、第1レグ又は第2レグのいずれか一方が開路しており、開路しているレグに対応するスイッチ57u又は57wも開路している。例えば、第1レグ(Q11,Q12)及び第3レグ(Q31,Q32)がスイッチング動作し、第2レグ(Q21,Q22)及びスイッチ57wが開路(スイッチ57uは閉路)しているときは、AC100VがU相に出力される。第2レグ(Q21,Q22)及び第3レグ(Q31,Q32)がスイッチング動作し、第1レグ(Q11,Q12)及びスイッチ57uが開路(スイッチ57wは閉路)しているときは、AC100VがW相に出力される。
In the
蓄電池51を充電するときは、外部から蓄電装置5に与えられるAC100V(U相又はW相のいずれか一方)の電圧がインバータ5Cのボディダイオードにより又はスイッチングによる同期整流により整流され、コンデンサ54により平滑される。さらに、DC/DCコンバータ5Bが降圧チョッパとして動作し、コンデンサ52により平滑された直流電圧により蓄電池51が充電される。
When charging the
なお、図2におけるスイッチング素子QL,QH,Q11,Q12,Q21,Q22,Q31,Q32は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)の例を示しているが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることもできる。 Note that the switching elements QL, QH, Q11, Q12, Q21, Q22, Q31, and Q32 in FIG. 2 are examples of MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors), but they may also be IGBTs (Insulated Gates). Bipolar Transistor ) can also be used.
制御部50は、蓄電池51の充電状態に関する情報も取得することができる。各センサ50id,50vd,50iu,50io,50iw,50vu,50vwは、広義には、制御部50の一部でもある。
制御部50は、例えばコンピュータを含み、コンピュータがソフトウェア(コンピュータプログラム)を実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部50の記憶装置(図示せず。)に格納される。
The
The
《相の切替を含む動作説明》
図3は、制御部50が実行する処理の一例を示すフローチャートである。処理の開始により、まず、制御部50は、図2における蓄電装置5のスイッチ57u,57oを閉路し、スイッチ57wを開路しておく。そして、インバータ5Cの第2レグ(Q21,Q22)は開路し、第1レグ(Q11,Q12)及び第3レグ(Q31,Q32)を、電圧センサ50vuの検出する位相に合わせてスイッチング動作させる。これにより、蓄電装置5は、U相に接続される状態となる(ステップS1)。なお、スイッチ57oは常時閉路しており、先にスイッチ57uが閉路し、その後、第1レグ及び第3レグのスイッチング動作が開始されるので、スイッチ57u,57oは始動電流の投入に直接関わらず、従って、接点寿命が長持ちする。また、スイッチ57wが開路していることにより、交流側からAC200Vの電圧がインバータ5Cに入ってくることはない。
《Operation explanation including phase switching》
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the
制御部50は、電流センサ50iu,50iw及び電圧センサ50vu,50vwの検出出力並びに制御部50内での情報に基づいて電力計測を行う(ステップS2)。
The
(発電電力よりも負荷の電力消費が多い場合)
具体的には、制御部50は、U相電力(受電点での電力、以下同様。)Pu、W相電力(受電点での電力、以下同様。)Pw、及び、インバータ5CがU相に対して出力している電力Pxを検出する。蓄電装置5がU相に接続されている状態で、太陽光発電の発電電力よりも負荷の電力消費が多く、U相電力Puが受電電力(買電)として検出される場合には、蓄電装置5はU相電力Puがゼロ又はゼロに近い値になるように、電力Pxをフィードバック制御(充放電指令値更新)して放電を行わせる(ステップS3)。
(When the load consumes more power than the generated power)
Specifically, the
そして、制御部50は、フィードバック制御が収束して定常状態になったときに電力Pxの絶対値と、W相電力Pwの絶対値とを互いに比較する(ステップS4)。電力Pxの絶対値の方がW相電力Pwの絶対値よりも大きい場合にはU相に接続されている負荷の電力消費はW相に接続されている負荷の電力消費よりも多いことになる。この場合には、蓄電装置5はU相への接続を継続する(ステップS2,S3,S4の繰り返し)。
Then, the
逆に、W相電力Pwの絶対値が、電力Pxの絶対値以上である場合は、W相に接続されている負荷の電力消費がU相に接続されている負荷の電力消費以上である。このとき、電力Pxが既に蓄電装置5の放電電力上限値に達している場合にはU相への接続を継続するが、そうでない場合には蓄電装置5の接続をU相からW相に切り替える(ステップS5)。
Conversely, when the absolute value of W-phase power Pw is greater than or equal to the absolute value of power Px, the power consumption of the load connected to the W-phase is greater than or equal to the power consumption of the load connected to the U-phase. At this time, if the power Px has already reached the discharge power upper limit value of the
ステップS5における詳細な動作順序について説明する。まず、制御部50は、先に、インバータ5Cの第1レグ(Q11,Q12)及び第3レグ(Q31,Q32)のスイッチングを停止して開路させる。これにより、一時的に3レグがすべて開路していて電流が流れない状態となる。ここで、制御部50はスイッチ57uを開路し、その後、スイッチ57wを閉路する。そして、制御部50は、今度は、第2レグ(Q21,Q22)及び第3レグ(Q31,Q32)を、電圧センサ50vwの検出する位相に合わせてスイッチング動作させる。これにより、蓄電装置5の接続先がU相からW相に完全に切り替わる。こうして、住宅内で消費する電力に対して、より多くの電力を蓄電装置5から供給することができる。なお、スイッチ57oは常時閉路しており、先にスイッチ57wが閉路し、その後、第2レグ及び第3レグのスイッチング動作が開始されるので、スイッチ57w,57oは相切り替え時の始動電流の投入に直接関わらず、従って、接点寿命が長持ちする。また、スイッチ57uが開路していることにより、交流側からAC200Vの電圧がインバータ5Cに入ってくることはない。
The detailed operation sequence in step S5 will be explained. First, the
その後、制御部50は、電流センサ50iu,50iw及び電圧センサ50vu,50vwの検出出力並びに制御部50内部で得られる情報に基づいて電力計測を行う(ステップS6)。
After that, the
具体的には、制御部50は、U相電力Pu、W相電力Pw、及び、インバータ5CがW相に対して出力している電力Pxを検出する。蓄電装置5がW相に接続されている状態で、太陽光発電の発電電力よりも負荷の電力消費が多く、W相電力Pwが受電電力(買電)として検出される場合には、蓄電装置5はW相電力Pwがゼロ又はゼロに近い値になるように、電力Pxをフィードバック制御(充放電指令値更新)して放電を行わせる(ステップS7)。
Specifically, the
そして、制御部50は、フィードバック制御が収束して定常状態になったときに電力Pxの絶対値と、U相電力Puの絶対値とを互いに比較する(ステップS8)。電力Pxの絶対値の方がU相電力Puの絶対値よりも大きい場合にはW相に接続されている負荷の電力消費はU相に接続されている負荷の電力消費よりも多いことになる。この場合には、蓄電装置5はW相への接続を継続する(ステップS6,S7,S8の繰り返し)。
Then, the
逆に、U相電力Puの絶対値が、電力Pxの絶対値以上である場合は、U相に接続されている負荷の電力消費がW相に接続されている負荷の電力消費以上である。このとき、電力Pxが既に蓄電装置5の放電電力上限値に達している場合にはW相への接続を継続するが、そうでない場合には蓄電装置5の接続をW相からU相に切り替える(ステップS1)。
Conversely, when the absolute value of the U-phase power Pu is greater than or equal to the absolute value of the power Px, the power consumption of the load connected to the U-phase is greater than or equal to the power consumption of the load connected to the W-phase. At this time, if the power Px has already reached the discharge power upper limit value of the
ステップS1における詳細な動作順序について説明する。まず、制御部50は、先に、インバータ5Cの第2レグ(Q21,Q22)及び第3レグ(Q31,Q32)のスイッチングを停止して開路させる。これにより、一時的に3レグがすべて開路していて電流が流れない状態となる。ここで、制御部50はスイッチ57wを開路し、その後、スイッチ57uを閉路する。そして、制御部50は、今度は、第1レグ(Q11,Q12)及び第3レグ(Q31,Q32)を、電圧センサ50vuの検出する位相に合わせてスイッチング動作させる。これにより、蓄電装置5の接続先がW相からU相に完全に切り替わる。こうして、住宅内で消費する電力に対して、より多くの電力を蓄電装置5から供給することができる。なお、スイッチ57oは常時閉路しており、先にスイッチ57uが閉路し、その後、第1レグ及び第3レグのスイッチング動作が開始されるので、スイッチ57u,57oは相切り替え時の始動電流の投入に直接関わらず、従って、接点寿命が長持ちする。また、スイッチ57wが開路していることにより、交流側からAC200Vの電圧がインバータ5Cに入ってくることはない。
The detailed operation sequence in step S1 will be explained. First, the
(負荷の電力消費よりも発電電力が多い場合)
次に、蓄電装置5がU相に接続されている状態(ステップS1)で、負荷の電力消費よりも太陽光発電の発電電力の方が多く、余剰電力が発生している場合には、少なくともU相電力Puに逆潮流の電力が検出される(ステップS2)。このとき蓄電装置5はU相電力Puがゼロ又はゼロに近い値になるように電力Pxをフィードバック制御(充放電指令値更新)して充電を行う(ステップS3)。
(When the generated power is greater than the power consumption of the load)
Next, in a state where the
そして、制御部50は、フィードバック制御が収束して定常状態になったときに電力Pxの絶対値とW相電力Pwの絶対値とを互いに比較する(ステップS4)。電力Pxの絶対値の方が、W相電力Pwの絶対値よりも大きい場合には、余剰電力に関して、W相よりU相の方が多い。この場合、蓄電装置5はU相への接続を継続する。逆に、W相電力Pwが電力Px以上である場合は、W相で発生している余剰電力の方がU相より多い可能性がある。このとき、電力Pxが既に蓄電装置5の充電電力上限値に達している場合にはU相への接続を継続するが、そうでない場合には蓄電装置5の接続をU相からW相に切り替える(ステップS5)。これにより、住宅内で発生している余剰電力に対して、より多くの電力を蓄電装置5で充電することができる。
Then, the
さらに、蓄電装置5がW相に接続されている状態(ステップS5)で、負荷の電力消費よりも太陽光発電の発電電力の方が多く、余剰電力が発生している場合には、少なくともW相電力Pwに逆潮流の電力が検出される(ステップS6)。このとき蓄電装置5はW相電力Pwがゼロ又はゼロに近い値になるように電力Pxをフィードバック制御(充放電指令値更新)して充電を行う(ステップS7)。
Furthermore, in a state where the
そして、制御部50は、フィードバック制御が収束して定常状態になったときに電力Pxの絶対値とU相電力Puの絶対値とを互いに比較する(ステップS8)。電力Pxの絶対値の方が、U相電力Puの絶対値よりも大きい場合には、余剰電力に関して、U相よりW相の方が多い。この場合、蓄電装置5はW相への接続を継続する。逆に、U相電力Puが電力Px以上である場合は、U相で発生している余剰電力の方がW相より多い可能性がある。このとき、電力Pxが既に蓄電装置5の充電電力上限値に達している場合にはW相への接続を継続するが、そうでない場合には蓄電装置5の接続をW相からU相に切り替える(ステップS1)。これにより、住宅内で発生している余剰電力に対して、より多くの電力を蓄電装置5で充電することができる。
Then, the
《第2実施形態》
図4は、第2実施形態による分散型電源システム100の回路図である。図1との違いは、2組の蓄電装置5,5xが設けられている点である。蓄電装置5,5xの内部回路は、図2に示したものと同じである。蓄電装置5,5xの制御部50は、図3に示したフローチャートを実行する。蓄電装置5xの電流センサ50iu,50iwは、蓄電装置5の電流センサ50iu,50iwよりも、それぞれ商用電力系統1側にある。2組の蓄電装置5,5xのうち、蓄電装置5が優先して、負荷への給電と余剰電力の充電とを行う。
《Second embodiment》
FIG. 4 is a circuit diagram of a distributed
2組の蓄電装置5,5xを用いることにより、以下の2種類の接続が可能となる。
(i)2組とも、U相及びW相のうち同じ相に接続する。
(ii)2組のうち一方をU相に、他方をW相に、それぞれ接続する。
By using two sets of
(i) Both sets are connected to the same phase of the U phase and W phase.
(ii) Connect one of the two sets to the U phase and the other to the W phase.
(発電電力よりも負荷の電力消費が多い場合)
まず、発電電力よりも負荷の電力消費が多い場合について考える。
蓄電装置5は、U相電力及びW相電力(共に受電点電力)を検出する。その結果、発電電力よりも負荷の電力消費が多く、U相電力PuがW相電力Pwよりも大きく、かつ、U相電力Puが蓄電装置5の出力電力上限よりも小さい状態であった、とする。この場合、まず、蓄電装置5はU相への接続を行い、U相電力Puが0になるように蓄電池51を放電させる。ここで、蓄電装置5xがU相電力及びW相電力を検出すると、W相電力Pwは、U相電力Puよりも大きくなっている、とする。その場合、蓄電装置5xはW相への接続を行い、蓄電装置5xはW相電力Pwが0になるように蓄電池51を放電させる。すなわちこの場合は、上記(ii)のように、蓄電装置5をU相に、蓄電装置5xをW相に、それぞれ接続することになる。
(When the load consumes more power than the generated power)
First, consider the case where the load consumes more power than the generated power.
一方、蓄電装置5がU相電力及びW相電力を検出した結果、発電電力よりも負荷の電力消費が多く、U相電力PuがW相電力Pwよりも大きく、かつ、U相電力Puが蓄電装置5の出力電力上限よりも大きい状態であった、とする。この場合、まず、蓄電装置5はU相に接続を行い、出力上限で蓄電池51を放電させる。ここで、蓄電装置5xがU相電力及びW相電力を検出すると、元のU相電力Puの大きさによっては、蓄電装置5が上限まで放電しても、なおU相電力はW相電力よりも大きくなる場合がある。その場合、蓄電装置5xはU相への接続を行い、蓄電装置5xはU相電力Puが0になるように蓄電池51を放電させる。すなわちこの場合は、上記(i)のように、蓄電装置5及び蓄電装置5xを共にU相に接続することになる。
On the other hand, as a result of the
(負荷の電力消費よりも発電電力が多い場合)
次に、負荷の電力消費よりも発電電力が多い場合について考える。蓄電装置5がU相電力及びW相電力を検出した結果、負荷の電力消費よりも発電電力が多く、U相の余剰電力がW相の余剰電力より大きい状態であった、とする。この場合、まず、蓄電装置5はU相への接続を行い、蓄電池51の充電が行われる。ここで、蓄電装置5xがU相電力及びW相電力を検出する。その結果、U相の余剰電力よりW相の余剰電力の方が大きい状態となっていた、とする。この場合、蓄電装置5xは、W相への接続を行い、蓄電池51の充電が行われる。すなわちこの場合は、上記(ii)のように、蓄電装置5をU相に、蓄電装置5xをW相に、それぞれ接続することになる。
(When the generated power is greater than the power consumption of the load)
Next, consider the case where the generated power is greater than the power consumption of the load. Assume that as a result of the
一方、蓄電装置5がU相への接続を行い、蓄電池51の充電が行われるところまでは上記の通りであるが、ここで、蓄電装置5xがU相電力及びW相電力を検出すると、依然として、W相の余剰電力よりU相の余剰電力の方が大きい状態であった、とする。この場合、蓄電装置5xは、U相への接続を行い、蓄電池51の充電が行われる。すなわちこの場合は、上記(i)のように、蓄電装置5及び蓄電装置5xを共にU相に接続することになる。
On the other hand, the process until the
以上のように、2組の蓄電装置5,5xを状況に応じてU相又はW相に接続すれば、蓄電装置5,5xの蓄電又は放電の能力を有効利用することができる。特に、2組の蓄電装置5,5xを同じ相に接続することができることは、2相の電力を独立に制御できる単相3線出力の蓄電装置を1台使うよりも、太陽光発電の自家消費比率を向上させる上で有利になる。具体的には、例えば、U相、W相にそれぞれ1kWの電力を充放電できる、単相3線出力の蓄電装置1台では、2相を合わせた電力は最大2kWであるが、各相の上限は1kWである。一方、第3実施形態の2組の蓄電装置5,5xを同じ相に接続すれば2kWまで充放電が可能である。よって、片側の相に負荷が集中している場合には、100V出力の2組の蓄電装置5,5xを使用することにより、太陽光発電の余剰電力をより有効に利用することができる。
As described above, by connecting the two sets of
なお、上記第3実施形態における蓄電装置5,5xの充放電に関する説明は、条件を仮定して述べたに過ぎず、電力に関してU相とW相との多寡が逆であれば、それに応じた動作になることは言うまでもない。
また、2組の蓄電装置5,5xの運転途中で、一方の蓄電装置の充電状態が100%又は0%となって、充電又は放電を停止した待機状態となった場合には、他方の蓄電装置の接続相を変更する場合もあり得る。
Note that the explanation regarding charging and discharging of the
In addition, when the charging state of one power storage device becomes 100% or 0% during operation of two sets of
《開示のまとめ》
上述の開示は、例えば以下のように一般化して表現することができる。
本開示の分散型電源システム100では、インバータ5Cを、U相に接続するU相稼働状態と、W相に接続するW相稼働状態とを択一的に切り替え得る3レグの構成とするとともに、スイッチ57u,57wを設け、U相の受電点における電力及びW相の受電点における電力に基づいて、3レグ中で使用する2レグを切り替え、かつ、スイッチの動作を制御するようにした。このように構成された分散型電源システム100では、同時には、U相及びW相のいずれか一方とインバータ5Cとの間でしか電力の受け渡しができないが、電力使用状況に応じて、スイッチ57u,57wで接続の状態を切り替えることにより、他方の相とインバータ5Cとの間でも、電力の受け渡しを行うことができる。これにより、分散型電源システム100における蓄電装置5の有する給電及び蓄電の機能を、十分に活用することができる。
《Summary of disclosure》
The above disclosure can be generalized and expressed, for example, as follows.
In the distributed
このようにU相及びW相のいずれか一方と接続するインバータの直流側電圧は175V程度でよいので、昇圧(又は降圧)の電圧幅が小さくなり、1段の非絶縁型DC/DCコンバータでも十分に使用可能である。従って、蓄電装置5の小型化、低コスト化、及び、高い電力変換効率を実現することが可能となる。
In this way, the DC side voltage of the inverter connected to either the U-phase or W-phase only needs to be about 175V, so the step-up (or step-down) voltage range is small, and even a single-stage non-isolated DC/DC converter can be used. Fully usable. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the
また、蓄電池51を放電させる場合、U相の負荷及びW相の負荷のうち、電力消費が多い方の負荷が接続されている相にインバータ5Cを接続するようスイッチ57u,57wを動作させることができる。こうして、電力消費の多い方の負荷が接続されている相に対して蓄電池から給電することにより、単相3線式の電路から買電する電力を抑制することができる。
In addition, when discharging the
また、太陽光発電装置2を含む分散型電源システム100であって、発電電力を用いて蓄電池51を充電する場合、U相の負荷及びW相の負荷のうち、電力消費が少ない方の負荷が接続されている相にインバータ5Cを接続するようスイッチ57u,57wを動作させることができる。こうして、電力消費の少ない(又は余剰電力の多い)方の負荷が接続されている相の余剰電力によって蓄電池51を充電することにより、太陽光発電の余剰電力を有効利用することができる。
In addition, in the distributed
さらに、分散型電源システム100は、2組の蓄電装置5,5xを備えるようにしてもよい。この場合、2組の蓄電装置5,5xを、互いに異なる相に接続することができるほか、共に同一相に接続することもできる。従って、電力消費の状況や余剰電力の状況に合わせて、2組の蓄電装置5,5xを含む分散型電源システム100の有する給電及び蓄電の機能を、十分に活用することができる。また、太陽光発電の余剰電力を有効活用することができる。
Furthermore, distributed
また、U相稼働状態からW相稼働状態に切り替える際に、制御部50は、第1レグ(Q11,Q12)及び第3レグ(Q31,Q32)の動作を停止させてからスイッチ57uを開路し、その後、スイッチ57wを閉路してから第2レグ(Q21,Q22)及び第3レグ(Q31,Q32)の動作を開始させる。また、W相稼働状態からU相稼働状態に切り替える際に、制御部50は、第2レグ(Q21,Q22)及び第3レグ(Q31,Q32)の動作を停止させてからスイッチ57wを開路し、その後、スイッチ57uを閉路してから第1レグ(Q11,Q12)及び第3レグ(Q31,Q32)の動作を開始させる。
このように制御すれば、スイッチ57u及びスイッチ57wは電流の遮断や投入に直接関与しないので、接点寿命を長くすることができる。
Furthermore, when switching from the U-phase operating state to the W-phase operating state, the
By controlling in this way, the
一方、分散型電源システムの運用方法という観点からシンプルに見れば、蓄電池51に接続されたインバータ5Cの交流側端部をU相に接続する期間と、インバータ5Cの交流側端部をW相に接続する期間とを有するような動作となる。このような分散型電源システムの運用方法によれば、1つの電圧線と中性線との間の電圧(例えばAC100V)を出力する蓄電装置5を用いて、U相及びW相の双方との間での電力の受け渡しを実現することができる。これにより、分散型電源システムにおける蓄電装置の有する給電及び蓄電の機能を、十分に活用することができる。
On the other hand, from a simple point of view of the operating method of a distributed power supply system, there is a period in which the AC side end of the inverter 5C connected to the
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
《Addendum》
It should be noted that the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.
1 商用電力系統
1U U相電源
1W W相電源
2 太陽光発電装置
3 太陽光発電パネル
4 パワーコンディショナ
5,5x,5j 蓄電装置
5A 直流電源部
5B DC/DCコンバータ
5C インバータ
5D DCバス
5iu,5iw 電流センサ
41 電力変換装置
42 連系リレー
50 制御部
50id,50io,50iu,50iw 電流センサ
50vd,50vu,50vw 電圧センサ
51 蓄電池
52 コンデンサ
53 直流リアクトル
54 コンデンサ
55u,55o,55w 交流リアクトル
56u,56w コンデンサ
57u,57o,57w スイッチ
100,200 分散型電源システム
LU U相負荷
LW W相負荷
LUW U線-W線間の負荷
1
Claims (6)
蓄電池を含む直流電源部と、
前記直流電源部に接続され、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第1電圧線と接続される第1レグ、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第2電圧線と接続される第2レグ、及び、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記中性線と接続される第3レグを有するインバータと、
前記インバータと前記第1電圧線との間に設けられた第1スイッチと、
前記インバータと前記第2電圧線との間に設けられた第2スイッチと、
前記第2レグを開路し、前記第1レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第1スイッチを閉路し、かつ、前記第2スイッチを開路するU相稼働状態と、前記第1レグを開路し、前記第2レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第2スイッチを閉路し、かつ、前記第1スイッチを開路するW相稼働状態とを、前記U相の受電点における電力、及び、前記W相の受電点における電力に基づいて、択一的に切り替える制御部と、
を備えている分散型電源システム。 A distributed power supply system including a power storage device connected to a single-phase three-wire electric line having a first voltage line, a neutral line, and a second voltage line, wherein the first voltage line and the neutral line If the period between the second voltage line and the neutral line is defined as the U phase, and the period between the second voltage line and the neutral line is defined as the W phase, the power storage device
A DC power supply section including a storage battery,
A first leg that is connected to the DC power supply unit and has an intermediate connection point of a pair of switching elements in series connected to the first voltage line, and an intermediate connection point of the pair of switching elements in series is connected to the second voltage line. an inverter having a second leg connected to the neutral line, and a third leg whose intermediate connection point of a pair of series switching elements is connected to the neutral wire;
a first switch provided between the inverter and the first voltage line;
a second switch provided between the inverter and the second voltage line;
a U-phase operating state in which the second leg is opened, the first leg and the third leg are operated to switch, the first switch is closed, and the second switch is opened; A W-phase operating state in which the circuit is opened, the second leg and the third leg are operated, the second switch is closed, and the first switch is opened is defined as the power at the U-phase power receiving point, and a control unit that selectively switches based on the power at the W-phase power receiving point;
A distributed power system equipped with
前記単相3線式電路の前記第1電圧線と前記第2電圧線との間に出力を供給するよう接続された太陽光発電装置を備え、
前記2組の蓄電装置の各々は、
蓄電池を含む直流電源部と、
前記直流電源部に接続され、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第1電圧線と接続される第1レグ、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記第2電圧線と接続される第2レグ、及び、一対のスイッチング素子の直列体の中間接続点が前記中性線と接続される第3レグを有する、インバータと、
前記インバータと前記第1電圧線との間に設けられた第1スイッチと、
前記インバータと前記第2電圧線との間に設けられた第2スイッチと、
前記第2レグを開路し、前記第1レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第1スイッチを閉路し、かつ、前記第2スイッチを開路するU相稼働状態と、前記第1レグを開路し、前記第2レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させ、前記第2スイッチを閉路し、かつ、前記第1スイッチを開路するW相稼働状態とを、前記U相の受電点における電力、及び、前記W相の受電点における電力に基づいて、択一的に切り替える制御部と、
を備えている分散型電源システム。 A distributed power supply system including two sets of power storage devices connected to a single-phase three-wire electric circuit having a first voltage line, a neutral line, and a second voltage line, the first voltage line and the middle voltage line. When defining the phase between the voltage line and the neutral wire as the U phase, and the phase between the second voltage line and the neutral wire as the W phase,
comprising a solar power generation device connected to supply an output between the first voltage line and the second voltage line of the single-phase three-wire electric circuit,
Each of the two sets of power storage devices is
A DC power supply section including a storage battery,
A first leg that is connected to the DC power supply unit and has an intermediate connection point of a pair of switching elements in series connected to the first voltage line, and an intermediate connection point of the pair of switching elements in series is connected to the second voltage line. an inverter having a second leg connected to the neutral line, and a third leg whose intermediate connection point of the pair of series switching elements is connected to the neutral wire;
a first switch provided between the inverter and the first voltage line;
a second switch provided between the inverter and the second voltage line;
a U-phase operating state in which the second leg is opened, the first leg and the third leg are operated to switch, the first switch is closed, and the second switch is opened; A W-phase operating state in which the circuit is opened, the second leg and the third leg are operated, the second switch is closed, and the first switch is opened is defined as the power at the U-phase power receiving point, and a control unit that selectively switches based on the power at the W-phase power receiving point;
A distributed power system equipped with
前記W相稼働状態から前記U相稼働状態に切り替える際に、前記制御部は、前記第2レグ及び前記第3レグのスイッチング動作を停止させてから前記第2スイッチを開路し、その後、前記第1スイッチを閉路してから前記第1レグ及び前記第3レグのスイッチング動作を開始させる、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の分散型電源システム。 When switching from the U-phase operating state to the W-phase operating state, the control unit opens the first switch after stopping the switching operations of the first leg and the third leg, and then opens the first switch. after closing two switches, starting the switching operation of the second leg and the third leg,
When switching from the W-phase operating state to the U-phase operating state, the control unit stops the switching operations of the second leg and the third leg, opens the second switch, and then switches the second leg to the U-phase operating state. starting the switching operation of the first leg and the third leg after closing one switch;
The distributed power supply system according to any one of claims 1 to 3.
前記第3スイッチは、前記U相稼働状態、及び前記W相稼働状態のいずれにおいても閉路される、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の分散型電源システム。 further including a third switch provided between the inverter and the neutral wire,
The distributed power supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the third switch is closed in both the U-phase operating state and the W-phase operating state.
前記第2レグを開路し、前記第1レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させるとともに、前記インバータを前記U相に接続し、前記W相とは非接続とするU相稼働状態と、
前記第1レグを開路し、前記第2レグ及び前記第3レグをスイッチング動作させるとともに、前記インバータを前記W相に接続し、前記U相とは非接続とするW相稼働状態とを、
前記U相の受電点における電力、及び、前記W相の受電点における電力に基づいて、択一的に切り替える、分散型電源システムの運用方法。
A power storage device connected to a single-phase three-wire electrical circuit having a first voltage line, a neutral wire, and a second voltage line, the power storage device including a DC power supply section including a storage battery, and a pair of power storage devices connected to the DC power supply section. a first leg in which a middle connection point of a series body of switching elements is connected to the first voltage line; a second leg in which a middle connection point of a pair of series body of switching elements is connected to the second voltage line; , an inverter having a third leg in which an intermediate connection point of a series body of a pair of switching elements is connected to the neutral wire;
a U-phase operating state in which the second leg is opened, the first leg and the third leg are operated for switching, and the inverter is connected to the U-phase and disconnected from the W-phase;
A W-phase operating state in which the first leg is opened, the second leg and the third leg are operated for switching, and the inverter is connected to the W-phase and disconnected from the U-phase.
A method for operating a distributed power supply system in which switching is performed selectively based on the power at the U-phase power receiving point and the power at the W-phase power receiving point.
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