JPH0919083A

JPH0919083A - 分散形電源装置

Info

Publication number: JPH0919083A
Application number: JP7183461A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ohashi; 孝之大橋
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】電力系統の正常時には全てのインバータ９ａ
〜９ｄを用いて太陽電池アレイ６の発電電力を最大限に
利用する連系運転を行い、電力系統の停電時には１台の
インバータ９ｄを高効率で運転することにより軽負荷の
自立運転負荷１５に無駄なく電力を供給することができ
る分散形電源装置を提供する。【構成】電力系統の正常時には、４台全てのインバー
タ９ａ〜９ｄを並列接続して太陽電池アレイ６から電力
系統に電力を供給すると共に、電力系統の異常時には、
太陽電池アレイ６とこれに併設した蓄電池８から１台の
インバータ９ｄのみを介して自立運転負荷１５に電力を
供給するための電磁接触器１０，１１，１４が設けら
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、太陽電池等を利用し
た発電装置を電力系統と連系運転させると共に、この電
力系統の故障時には発電装置を自立運転させる分散形電
源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】病院や学校等の施設では、省エネルギー
化を図るために分散形電源装置を用いる場合がある。分
散形電源装置は、太陽電池等を利用した発電装置を施設
内に設置し、この発電装置で発電した電力を電力系統と
連系させて施設内の負荷に供給するものである。また、
この分散形電源装置には、電力系統の異常時に発電装置
を自立運転させて非常用の負荷（自立運転負荷）に電力
を供給できるようにしたものがある。ただし、太陽電池
等の発電装置では出力が不安定となるため、この自立運
転の際には、蓄電池を発電装置に併設して電力を安定供
給できるようにする。

【０００３】上記発電装置は太陽電池等により直流電力
を発電するものであり、蓄電池も直流電力を供給するも
のであるため、これらの直流電力は、直流交流変換装置
で交流に変換してから電力系統や自立運転負荷に送る必
要がある。そして、従来の分散形電源装置では、発電装
置の最大出力と直流交流変換装置の定格出力とをほぼ一
致させることによりこの発電装置の発電電力を最大限に
利用できるようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発電装置の
利用率は、最大出力に対するある程度長期的な期間にお
ける平均出力の比、即ち、利用率＝（発電装置の平均出力）÷（発電装置の最大出
力）によって表される。そして、例えば太陽電池の場合に
は、日中でも太陽光の受光量には変動があり夜間にはほ
とんど発電が行われないので、この利用率は１０〜１５
％程度になる。従って、電力系統の故障時にこの発電装
置から電力の供給を受ける自立運転負荷は、昼夜間を問
わず長期間使用できるようにするために、負荷容量を発
電装置の最大出力の１０〜１５％程度までに納める必要
がある。即ち、この自立運転負荷の負荷容量は、上記直
流交流変換装置の定格出力の１０〜１５％以下となる。

【０００５】従来の分散形電源装置では、発電装置の連
系運転時と自立運転時に同じ直流交流変換装置を用いる
ので、自立運転時には、この直流交流変換装置が定格出
力の１０〜１５％以下の軽負荷運転を行うことになる。
また、直流交流変換装置の損失は、実際の出力ではなく
定格出力に比例する。このため、従来の分散形電源装置
は、自立運転時に、この直流交流変換装置の運転効率が
悪くなるので、自立運転負荷に有効に供給することがで
きる電力量が低下して無駄が多くなるという問題があっ
た。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、発電装置の連系運転時と自立運転時に使用す
る直流交流変換装置の台数を変更することにより、いず
れの場合にもこの直流交流変換装置を高効率で運転する
ことができる分散形電源装置を提供することを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、上記課
題を解決するために、直流電力を発電する発電装置と、
この発電装置に併設される蓄電池と、これら発電装置及
び／又は蓄電池から出力される直流電力を交流に変換す
る複数台の直流交流変換装置とが設けられると共に、商
用電力系統の正常時には、全ての直流交流変換装置を並
列接続して、これらの交流出力を電力系統に接続するこ
とにより連系運転を行わせ、商用電力系統の異常時に
は、一部の直流交流変換装置を接続して、これらの交流
出力を自立運転負荷に接続することにより自立運転を行
わせることを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記手段によれば、電力系統の正常時には、電
源切換回路が全ての直流交流変換装置を並列接続して、
これらの交流出力を電力系統に接続することにより連係
運転を行わせる。このため、全ての直流交流変換装置の
定格出力の和を発電装置の最大出力にほぼ一致させるこ
とにより連系運転時に発電装置の発電電力を最大限に利
用することができる。

【０００９】また、電力系統の故障時には、電源切換回
路が一部の直流交流変換装置を並列接続して、これらの
交流出力を自立運転負荷に接続することにより自立運転
を行わせる。この際、自立運転負荷の負荷容量は発電装
置の最大出力よりも十分に小さい。しかし、これら一部
の直流交流変換装置の定格出力の和も、全ての直流交流
変換装置の定格出力の和に比べて小さくなる。この結
果、これら一部の直流交流変換装置の定格出力の和は、
自立運転負荷の負荷容量に近い値となり、自立運転時の
各直流交流変換装置の運転効率を高めることができる。
なお、一部の直流交流変換装置は、これらの定格出力の
和が自立運転負荷の負荷容量を超える最小の値となるよ
うに選択するのが好ましい。

【００１０】従って、本発明の分散形電源装置によれ
ば、連系運転時のみならず自立運転時においても各直流
交流変換装置を高効率で運転することができるので、蓄
電池に蓄積した電力や発電装置で発電した電力を無駄な
く利用することができるようになる。即ち、従来と同じ
自立運転負荷に同じ時間電力を供給する場合には、蓄電
池の電池容量を少なくすることができ、また、従来と同
じ電池容量の蓄電池を用いる場合には、より長時間自立
運転負荷に電力を供給し続けることができるようにな
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例について図面を
参照して説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施例を示すものであっ
て、分散形電源装置の構成を示す回路ブロック図であ
る。

【００１３】本実施例は、病院や学校等の施設に設置し
た、太陽電池を利用する分散形電源装置について説明す
る。電力系統は、受電点１を通して施設内に引き入れら
れ、配電用変圧器２を介して低圧母線３に接続される。
電力系統は、電力会社の配電用変電所から例えば６．６
ｋＶ三相３線式の高圧配電線により施設に供給される。
配電用変圧器２は、電力系統の６．６ｋＶの電圧を２０
０Ｖに降圧して低圧母線３に供給する変圧器である。低
圧母線３には、配線用しゃ断器（ＭＣＣＢ）４を介して
一般負荷５が接続されている。一般負荷５は、この施設
内で通常時に使用される負荷である。配線用しゃ断器４
は、分電盤等に配備された過電流しゃ断器であり、過負
荷や短絡事故時の過電流をしゃ断するために用いられ
る。

【００１４】上記施設には、野外や屋上等の太陽光が照
射する場所に発電装置として太陽電池アレイ６が設置さ
れている。太陽電池アレイ６は、太陽光を受光すること
により直流電力を発電する太陽電池を平面状に多数配列
させたものである。また、この太陽電池アレイ６には、
操作によってＯＮ／ＯＦＦする開閉器７を介して蓄電池
８が並列に接続されている。従って、開閉器７をＯＮに
すると、太陽電池アレイ６が必要以上の電力を発電した
場合には、余剰電力を蓄電池８に蓄積すると共に、太陽
電池アレイ６の発電電力が不足する場合に、この蓄電池
８から電力を供給することができる。

【００１５】上記太陽電池アレイ６で発電された直流電
力、又は、蓄電池８に蓄積された直流電力は、インバー
タ群９によって２００Ｖの交流に変換されるようになっ
ている。インバータ群９は、４台のインバータ９ａ〜９
ｄとこれらの出力段にそれぞれ接続された４台の変圧器
９ｅ〜９ｈとからなり、各インバータ９ａ〜９ｄと各変
圧器９ｅ〜９ｈの組み合わせがそれぞれ直流交流変換装
置を構成する。各インバータ９ａ〜９ｄは、直流電力を
交流に変換する機器であり、半導体素子を利用した静止
型のものが一般に用いられる。各変圧器９ｅ〜９ｈは、
これら各インバータ９ａ〜９ｄから出力された交流電力
の電圧を２００Ｖに変換する機器である。そして、各イ
ンバータ９ａ〜９ｄの直流入力には、共通に太陽電池ア
レイ６の出力と開閉器７を介した蓄電池８が接続されて
いる。また、３台のインバータ９ａ〜９ｃの出力段に接
続された各変圧器９ｅ〜９ｇの二次側は、共通に電磁接
触器（ＭＳ）１０，１１と配線用しゃ断器１２を介して
上記低圧母線３に接続されている。これに対して、１台
のインバータ９ｄの出力段に接続された変圧器９ｈの二
次側は、電磁接触器１３を介して電磁接触器１０，１１
の間の線路に接続されると共に、電磁接触器１４を介し
て自立運転負荷１５に接続されている。

【００１６】上記電磁接触器１０，１３，１４は、イン
バータ群９におけるインバータ９ａ〜９ｄの切り換え用
の開閉器であり、図示しない継電器によってＯＮ／ＯＦ
Ｆが制御されるようになっている。また、電磁接触器１
１は、電力系統との連系運転を停止させるための主開閉
器であり、これも図示しない継電器によってＯＮ／ＯＦ
Ｆが制御されるようになっている。配線用しゃ断器１２
は、上記配線用しゃ断器４と同様の過電流しゃ断器であ
る。

【００１７】上記構成の分散形電源装置の動作を説明す
る。ここで、配線用しゃ断器４と電磁接触器１３は、常
時ＯＮしているものとする。電力系統の正常時には、電
磁接触器１０，１１と配線用しゃ断器１２がＯＮにな
り、インバータ群９の４台の各インバータ９ａ〜９ｄが
出力段の各変圧器９ｅ〜９ｈと共に全て並列接続され
て、太陽電池アレイ６と低圧母線３との間に挿入され
る。また、電磁接触器１４はＯＦＦになり、自立運転負
荷１５は切り離される。従って、電力系統の正常時に
は、４台全てのインバータ９ａ〜９ｄを用いて太陽電池
アレイ６が発電した直流電力を交流に変換し低圧母線３
に供給することにより電力系統との連系を行う。なお、
この場合には開閉器７はＯＦＦにされるので、蓄電池８
は切り離される。ただし、この蓄電池８は、電力系統の
正常時の適当な時期に図示しない充電器によって充電さ
れる。

【００１８】電力系統に停電が発生した場合には、電磁
接触器１０，１１がＯＦＦとなり、配線用しゃ断器１２
が操作によってＯＦＦにされるので、電力系統との連系
は停止される。そして、電磁接触器１４がＯＮとなり、
１台のインバータ９ｄのみが出力段の変圧器９ｈを介し
て自立運転負荷１５に接続される。従って、この電力系
統の停電時には、１台のインバータ９ｄのみを用いて太
陽電池アレイ６が発電した直流電力を交流に変換し自立
運転負荷１５に供給することにより自立運転が行われ
る。また、この電力系統の停電時には、操作によって開
閉器７がＯＮにされるので、太陽光の受光量が不足して
太陽電池アレイ６が十分な電力を発電できない場合に
も、蓄電池８に蓄積された電力を自立運転負荷１５に供
給することができる。そして、太陽電池アレイ６が十分
な電力を発電する場合には、この電力の一部により蓄電
池８が回復充電されるので、太陽光の受光量に変動があ
る場合にも安定した電力を供給することができる。

【００１９】上記蓄電池８は、電力系統の停電時に、夜
間等で太陽電池アレイ６がほとんど発電を行わない場合
にも、自立運転負荷１５に所定時間以上電力を供給でき
るような電池容量に設定される。ここで、太陽電池アレ
イ６の最大出力を２０ｋＷとし、各インバータ９ａ〜９
ｄの定格出力を全て同じにすると、これら各インバータ
９ａ〜９ｄは、それぞれ定格出力が５ｋＷ（＝２０ｋＷ
÷４台）ずつとなる。そして、各インバータ９ａ〜９ｄ
の損失を定格出力の６％（＝０．０６）とし、蓄電池８
の放電深度と保守率をそれぞれ８０％（＝０．８）と
０．８とした場合に、負荷容量が３ｋＷの自立運転負荷
１５に８時間電力を供給し続けるために必要となる蓄電
池８の電池容量を計算する。まず電力系統の停電時に運
転されるインバータ９ｄに供給すべき直流電力は、自立
運転負荷１５の負荷容量とこの１台のインバータ９ｄの
損失との和であるから、３ｋＷ＋５ｋＷ×０．０６＝３．３ｋＷの計算により３．３ｋＷとなる。また、蓄電池８は、こ
の３．３ｋＷの直流電力を８時間にわたりインバータ９
ｄに供給しなければならないので、３．３ｋＷ×８時間＝２６．４ｋＷｈの計算により総電力量は２６．４ｋＷｈとなる。従っ
て、蓄電池８が必要とする電池容量は、この２６．４ｋ
Ｗｈの総電力量に放電深度と保守率を考慮したものとな
るので、２６．４ｋＷｈ÷（０．８×０．８）＝４１．２５ｋＷ
ｈの計算により４１．２５ｋＷｈ以上あれば足りることに
なる。

【００２０】これに対して、従来のように、電力系統の
異常時にも４台のインバータ９ａ〜９ｄを全て並列接続
して自立運転負荷１５に電力を供給した場合には、これ
らのインバータ９ａ〜９ｄに供給すべき直流電力が、３ｋＷ＋５ｋＷ×０．０６×４台＝４．２ｋＷの計算により４．２ｋＷとなる。また、蓄電池８は、こ
の４．２ｋＷの直流電力を８時間にわたりインバータ９
ａ〜９ｄに供給しなければならないので、４．２ｋＷ×８時間＝３３．６ｋＷｈの計算により総電力量は３３．６ｋＷｈとなる。従っ
て、この場合に蓄電池８が必要とする電池容量は、３３．６ｋＷｈ÷（０．８×０．８）＝５２．５ｋＷｈの計算により５２．５ｋＷｈ以上となる。

【００２１】この結果、電力系統の停電時に、本実施例
のように１台のインバータ９ｄのみを運転した場合と、
従来のように４台全てのインバータ９ａ〜９ｄを運転し
た場合とを比較すると表１に示す通りとなる。

【表１】従って、本実施例の分散形電源装置で用いる蓄電池８
は、従来の８０％以下（４１．２５ｋＷｈ÷５２．５ｋ
Ｗｈ＝７８．６％）の電池容量で足りることになり、こ
の蓄電池８のコトスダウンを図ることができる。しか
も、太陽電池アレイ６が十分な電力を発電するようにな
ると、電池容量の減少分だけ少ない電力でこの蓄電池８
を完全に回復充電することができるようになる。また、
本実施例の分散形電源装置についても従来と同じ電池容
量の蓄電池８を用いた場合には、自立運転負荷１５に１
０時間以上（３３．６ｋＷｈ÷３．３ｋＷ＝１０．２時
間）にわたって電力を供給することができるようにな
り、この電力の供給可能な時間を従来の１２５％以上に
延長することができる。

【００２２】以上説明したように、本実施例の分散形電
源装置によれば、連系運転時には全てのインバータ９ａ
〜９ｄを並列接続して、従来と同様に、太陽電池アレイ
６の発電電力を最大限に利用できるようにすると共に、
自立運転時には１台のインバータ９ｄを高効率で運転す
ることにより、蓄電池８に蓄積した電力や太陽電池アレ
イ６で発電した電力を無駄なく利用することができるよ
うになる。

【００２３】なお、本実施例では、インバータ群９とし
て４台のインバータ９ａ〜９ｄを用いる場合について説
明したが、複数台のインバータであればこの台数に限定
されるものではなく、しかも、自立運転時のインバータ
の台数も１台に限らず、２台以上で総台数未満のインバ
ータを並列接続して運転することができる。

【００２４】また、本実施例では、電力系統の停電時に
ついて説明したが、他の故障や異常により電力系統をし
ゃ断する場合にも同様に実施することができる。さら
に、本実施例では、太陽電池アレイ６を利用した分散形
電源装置について説明したが、他の直流電力を発電する
発電装置を用いた分散形電源装置についても同様に実施
することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の分散形電源装置によれば、連系運転時のみならず自立
運転時においても各直流交流変換装置を高効率で運転す
ることができるので、この自立運転時に使用する蓄電池
の電池容量を少なくしてシステムのコストダウンに寄与
し、又は、この自立運転時に従来よりも長い時間自立運
転負荷に電力を供給し続けることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであって、分散形
電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【符号の説明】

１電力系統の受電点６太陽電池アレイ８蓄電池９ａ〜９ｄインバータ９ｅ〜９ｈ変圧器１０電磁接触器１１電磁接触器１４電磁接触器１５自立運転負荷

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電力を発電する発電装置と、この発
電装置に併設される蓄電池と、これら発電装置及び／又
は蓄電池から出力される直流電力を交流に変換する複数
台の直流交流変換装置とが設けられると共に、商用電力
系統の正常時には、全ての直流交流変換装置を並列接続
して、これらの交流出力を電力系統に接続することによ
り連系運転を行わせ、商用電力系統の異常時には、一部
の直流交流変換装置を接続して、これらの交流出力を自
立運転負荷に接続することにより自立運転を行わせるこ
とを特徴とする分散形電源装置。