JP7841832B2 - 蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、商用電力系統に接続された逆電力継電器付きの電力ラインに一般負荷および太陽光発電システムと並列に設けられる蓄電システムに関する。

図５に、一般的な蓄電システム１００を示す。同図に示すように、蓄電システム１００は、商用電力系統（以下、単に「系統」ともいう）２０に接続された電力ライン２１に一般負荷１０１および太陽光発電システム１０２と並列に設けられている。蓄電システム１００は、図示しない蓄電池を含み、太陽電池１０４の発電電力を一般負荷１０１、特定負荷１０３、系統２０および蓄電池のうちの少なくとも１つに供給したり、太陽光発電システム１０２の発電電力および系統２０からの電力を蓄電池および特定負荷１０３のうちの少なくとも１つに供給したりすることができる。

ところで、近年の電力買取価格の低下に伴い、太陽光発電システム１０２および太陽電池１０４の発電電力をなるべく自家消費しようとする動きが広まってきている。自家消費とは、発電電力を系統２０への供給（売電）によって消費するのではなく、一般負荷１０１、特定負荷１０３および蓄電池への供給によって消費することをいう。このような動きをとる場合は、通常、系統２０との間での電力の授受を監視するために、電力ライン２１に電力計１０５を新設する。しかしながら、電力計１０５の新設には、自家消費の経済的メリットを超えるコストがかかる場合があり、その場合、電力計１０５の新設は、自家消費を実現する手段として好適ではない。

なお、電力計の計測結果を用いて自家消費向けに出力を制御することは、例えば、非特許文献１に記載されている。

株式会社フィールドロジック Ｗｅｂページ、自家消費向け出力制御のシステム構成例、[online]、ソリューション／自家消費向け出力制御、［令和４年９月２７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.f-logic.jp/solution/control_consumption.html＞

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、コスト増を招くことなく発電電力の自家消費を可能にする蓄電システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る蓄電システムは、商用電力系統に接続された逆電力継電器付きの電力ラインに一般負荷および太陽光発電システムと並列に設けられ、電力ラインから供給される電力を蓄える負の電力供給と、蓄えた電力を電力ラインに向けて供給する正の電力供給とが可能なシステムであって、正または負の電力供給を行っているときに逆電力継電器によって商用電力系統への逆潮流が検出されると、当該電力供給を予め設定した傾きで減らしていき、逆潮流が検出されなくなると、当該電力供給を予め設定した傾きで増やしていく、との構成を有している。

この構成では、電力計ではなく、各種施設に予め設置されている場合が多い逆電力継電器を用いて自家消費を実現する。このため、この構成によれば、電力計の設置コストを節約することができる。

また、この構成では、正または負の電力供給を行っているときに逆電力継電器によって商用電力系統への逆潮流が検出されると当該電力供給が予め設定した傾きで減っていき逆潮流が検出されなくなると、当該電力供給が予め設定した傾きで増えていく。つまり、この構成では、逆潮流が検出されたこと／されなくなったことをきっかけとして、電力供給がステップ状にではなくゆっくりと変化し始める。したがって、この構成によれば、電力供給が急激に増減するのを防ぐことができる。ひいては、この構成によれば、高コストな電力計を用いて緻密な制御を行った場合と同様に、不必要な売電または買電の電力量が増大するのを防ぐことができる。

上記蓄電システムは、電力ラインに接続された双方向ＤＣ／ＡＣ変換部と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部に接続された蓄電池と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部に接続されるとともに、太陽電池に接続されるＤＣ／ＤＣ変換部と、逆潮流が検出されているか否か基づいて双方向ＤＣ／ＡＣ変換部およびＤＣ／ＤＣ変換部を制御する制御部とを備えていてもよい。

また、上記蓄電システムは、電力ラインに接続された双方向ＤＣ／ＡＣ変換部と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部に接続された蓄電池と、逆潮流が検出されているか否か基づいて双方向ＤＣ／ＡＣ変換部を制御する制御部とを備えていてもよい。

本発明によれば、コスト増を招くことなく発電電力の自家消費を可能とする蓄電システムを提供することができる。

本発明の第１実施例に係る蓄電システムおよびその周辺を示すブロック図である。 図１に示す制御部の構成を示すブロック図である。 図２に示す検出信号Ｓ１、中間信号Ｓ２および指令信号Ｓ３の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施例に係る蓄電システムおよびその周辺を示すブロック図である。 従来の蓄電システムおよびその周辺を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る蓄電システムの実施例について説明する。

［第１実施例］
図１に、本発明の第１実施例に係る蓄電システム１Ａを示す。同図に示すように、蓄電システム１Ａは、商用電力系統２０に接続された電力ライン２１に一般負荷２２および太陽光発電システム（太陽電池２５およびパワーコンディショナ２６）と並列に設けて使用されるもので、開閉器２を介して電力ライン２１に接続される双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３に接続された蓄電池５およびＤＣ／ＤＣ変換部４と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３およびＤＣ／ＤＣ変換部４を制御する制御部１０とを備えている。ＤＣ／ＤＣ変換部４は、太陽電池２４に接続される。

太陽光発電システム（２５，２６）は、蓄電システム１Ａとは独立に、発電電力Ｐ３を電力ライン２１に供給する。

蓄電システム１Ａは、制御部１０の制御下で双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３およびＤＣ／ＤＣ変換部４が作動することにより、主に次の（１），（２），（３）の動作を行う。
（１）太陽電池２４の発電電力を、蓄電池５、特定負荷２３および電力ライン２１（一般負荷２２を含む）のうちの少なくとも１つに供給する。
（２）蓄電池５の貯蔵電力を、特定負荷２３および電力ライン２１（一般負荷２２を含む）のうちの少なくとも１つに供給する。
（３）電力ライン２１から供給される電力を、特定負荷２３および蓄電池５のうちの少なくとも１つに供給する。電力ライン２１からの電力には、太陽光発電システム（２５，２６）の発電電力と系統２０から供給される電力とが含まれている。

なお、本明細書では、上記動作（１），（２）により蓄電システム１Ａが電力を供給していること（すなわち、電力Ｐ１が正であること）を、「蓄電システム１Ａが正の電力供給を行っている」、「蓄電システム１Ａによる電力供給が正である」等と表現することがある。また、本明細書では、上記動作（３）により蓄電システム１Ａに電力が供給されていること（すなわち、電力Ｐ１が負であること）を、「蓄電システム１Ａが負の電力供給を行っている」、「蓄電システム１Ａによる電力供給が負である」等と表現することがある。

開閉器２は、系統２０に停電が発生すると、通常状態である閉状態から開状態に切り替わるよう構成されている。開閉器２が開状態に切り替わると、蓄電システム１Ａは電力ライン２１から切り離されたことになる。切り離された後は、蓄電池５の貯蔵電力または太陽電池２４の発電電力によって特定負荷２３の駆動が継続される。

図１に示すように、電力ライン２１には逆電力継電器２７が設けられている。そして、制御部１０は、この逆電力継電器２７によって逆潮流が検出されているか否か（すなわち、電力Ｐ１と発電電力Ｐ３の和電力から一般負荷２２に向かう電力Ｐ２を差し引いた残りの電力Ｐ４が正であるか否か）を示す検出信号Ｓ１に基づいて双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３およびＤＣ／ＤＣ変換部４を制御することもできる。なお、検出信号Ｓ１は、逆潮流が検出されているときは“１”であり、それ以外のときは“０”である。

図２に示すように、制御部１０は、ランプ処理部１１と、指令信号生成部１２とを含んでいる。ランプ処理部１１は、予め設定されたランプ設定値（傾き）に基づいて検出信号Ｓ１にランプリミテーション処理を行い、これにより中間信号Ｓ２を生成する。指令信号生成部１２は、中間信号Ｓ２を変数とした次式により電力Ｐ１に関する指令信号Ｓ３を生成する。

Ｓ３＝（０．５－Ｓ２）×２×Ｐｏ

Ｐｏは、蓄電システム１Ａ（厳密には、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３）の定格電力である。本実施例では、定格電力Ｐｏを１０［ｋＷ］とした。

図３に、検出信号Ｓ１、中間信号Ｓ２および指令信号Ｓ３の関係の一例を示す。

蓄電システム１Ａによる電力供給が正（より詳しくは、電力Ｐ１（Ｓ３）が＋４［ｋＷ］）である時刻ｔ１に逆電力継電器２７が逆潮流を検出すると、検出信号Ｓ１が０から１に変化し、中間信号Ｓ２が予め設定された傾きで増加し始める。そして、これに伴って、指令信号Ｓ３が低下し始める。

時刻ｔ２に蓄電システム１Ａによる電力供給が停止しても（より詳しくは、電力Ｐ１（Ｓ３）が±０［ｋＷ］になっても）、依然として逆電力継電器２７が逆潮流を検出しているため、指令信号Ｓ３は低下を続ける。このとき、系統２０には、発電電力Ｐ３から電力Ｐ２を差し引いた残りの電力Ｐ４が逆潮流している。

蓄電システム１Ａによる電力供給が負（より詳しくは、電力Ｐ１（Ｓ３）が－６．８［ｋＷ］）である時刻ｔ３に逆電力継電器２７が逆潮流を検出しなくなると、検出信号Ｓ１が１から０に変化し、中間信号Ｓ２が予め設定された傾きで低下し始める。そして、これに伴って、指令信号Ｓ３が増加し始める。

蓄電システム１Ａによる電力供給が負（より詳しくは、電力Ｐ１（Ｓ３）が－１［ｋＷ］）である時刻ｔ４に逆電力継電器２７が逆潮流を検出すると、検出信号Ｓ１が０から１に変化し、中間信号Ｓ２が予め設定された傾きで増加し始める。そして、これに伴って、指令信号Ｓ３が低下し始める。その後、逆電力継電器２７が逆潮流を検出しなくなると、検出信号Ｓ１が１から０に変化し、中間信号Ｓ２が予め設定された傾きで低下し始める。そして、これに伴って、指令信号Ｓ３が増加し始める。

時刻ｔ５に蓄電システム１Ａによる電力供給を停止しても（より詳しくは、電力Ｐ１（Ｓ３）が±０［ｋＷ］になっても）、依然として逆電力継電器２７が逆潮流を検出していないため、指令信号Ｓ３は増加を続ける。その後、逆電力継電器２７が逆潮流を検出すると、検出信号Ｓ１が０から１に変化し、中間信号Ｓ２が予め設定された傾きで増加し始める。そして、これに伴って、指令信号Ｓ３が低下し始める。

蓄電システム１Ａによる電力供給が正（より詳しくは、電力Ｐ１（Ｓ３）が＋１［ｋＷ］）である時刻ｔ６に逆電力継電器２７が逆潮流を検出しなくなると、検出信号Ｓ１が１から０に変化し、中間信号Ｓ２が予め設定された傾きで低下し始める。そして、これに伴って、指令信号Ｓ３が増加し始める。

このように、本実施例に係る蓄電システム１Ａの制御部１０は、電力計ではなく、各種施設に予め設置されている場合が多い逆電力継電器２７を用いて自家消費を実現する。このため、この構成によれば、電力計の設置コストを節約することができる。

また、蓄電システム１Ａの制御部１０は、蓄電システム１Ａが正または負の電力供給を行っているときに逆電力継電器２７によって系統２０への逆潮流が検出されると、当該電力供給を予め設定した傾きで減らしていき、これにより逆潮流が検出されなくなると、当該電力供給を予め設定した傾きで増やしていく、との制御を行う。本実施例に係る蓄電システム１Ａによれば、このような制御部１０の制御によって双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３およびＤＣ／ＤＣ変換部４の動作状態をゆっくりと変化させることで、正または負の電力供給の急激な増減を防ぐことができ、ひいては、不必要な売電または買電の電力量が増大するのを防ぐことができる。

［第２実施例］
図４に、本発明の第２実施例に係る蓄電システム１Ｂを示す。同図に示すように、蓄電システム１Ｂは、系統２０に接続された電力ライン２１に一般負荷２２および太陽光発電システム（２５，２６）と並列に設けて使用されるもので、開閉器２を介して電力ライン２１に接続される双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３に接続された蓄電池５と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３を制御する制御部１０とを備えている。蓄電システム１Ｂは、太陽電池２４に接続されるＤＣ／ＤＣ変換部４を備えていない点において蓄電システム１Ａと相違するが（図１参照）、他の点においては蓄電システム１Ａと共通する。

蓄電システム１Ｂは、制御部１０の制御下で双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３が作動することにより、主に次の（１），（２）の動作を行う。
（１）蓄電池５の貯蔵電力を、特定負荷２３および電力ライン２１（一般負荷２２を含む）のうちの少なくとも１つに供給する。
（２）電力ライン２１からの電力を、特定負荷２３および蓄電池５のうちの少なくとも１つに供給する。

本実施例に係る蓄電システム１Ｂによれば、制御部１０の第１実施例と同様の制御によって双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３の動作状態をゆっくりと変化させることで、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

［変形例］
以上、本発明に係る蓄電システムの第１実施例および第２実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれらに限定されるものではない。

例えば、蓄電システム１Ａは、開閉器２が省略されていたり、別の開閉器をさらに備えていたり、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部３、ＤＣ／ＤＣ変換部４および蓄電池５の接続点における電圧を安定化させる大容量キャパシタを備えていたり、任意の箇所にノイズフィルタを備えていたりしてもよい。蓄電システム１Ｂについても同様である。

また、蓄電システム１Ａおよび蓄電システム１Ｂは、特定負荷２３に接続されていなくてもよい。

ランプ処理部１１および指令信号生成部１２で制御部１０を構成すること、および指令信号生成部１２が式“Ｓ３＝（０．５－Ｓ２）×２×Ｐｏ”に従って指令信号Ｓ３を求めることも単なる一例にすぎない。

１Ａ，１Ｂ 蓄電システム
２ 開閉器
３ 双方向ＤＣ／ＡＣ変換部
４ ＤＣ／ＤＣ変換部
５ 蓄電池
１０ 制御部
１１ ランプ処理部
１２ 指令信号生成部
２０ 商用電力系統
２１ 電力ライン
２２ 一般負荷
２３ 特定負荷
２４ 太陽電池
２５ 太陽電池
２６ パワーコンディショナ
２７ 逆電力継電器

Claims (3)

1. 商用電力系統に接続された逆電力継電器付きの電力ラインに一般負荷および太陽光発電システムと並列に設けられ、前記電力ラインから供給される電力を蓄える第１の動作と、蓄えた電力を前記電力ラインに向けて供給する第２の動作とを行うことが可能な蓄電システムであって、
   前記第１の動作を行っており、かつ前記逆電力継電器によって前記商用電力系統への逆潮流が検出されているときに、前記電力ラインから供給される電力を予め設定した傾きで増やしていき、
   前記第１の動作を行っており、かつ前記逆潮流が検出されていないときに、前記電力ラインから供給される電力を予め設定した傾きで減らしていき、その結果、当該電力がゼロに達すれば前記第２の動作を開始し、
   前記第２の動作を行っており、かつ前逆潮流が検出されているときに、前記電力ラインに向けて供給する電力を予め設定した傾きで減らしていき、その結果、当該電力がゼロに達すれば前記第１の動作を開始し、
   前記第２の動作を行っており、かつ前記逆潮流が検出されていないときに、前記電力ラインに向けて供給する電力を予め設定した傾きで増やしていく
   ことを特徴とする蓄電システム。
2. 前記電力ラインに接続された双方向ＤＣ／ＡＣ変換部と、
   前記双方向ＤＣ／ＡＣ変換部に接続された蓄電池と、
   前記双方向ＤＣ／ＡＣ変換部に接続されるとともに、太陽電池に接続されるＤＣ／ＤＣ変換部と、
   前記逆潮流が検出されているか否か基づいて前記双方向ＤＣ／ＡＣ変換部および前記ＤＣ／ＤＣ変換部を制御する制御部と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記電力ラインに接続された双方向ＤＣ／ＡＣ変換部と、
   前記双方向ＤＣ／ＡＣ変換部に接続された蓄電池と、
   前記逆潮流が検出されているか否か基づいて前記双方向ＤＣ／ＡＣ変換部を制御する制御部と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。