JPWO2018078683A1 - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

実施形態の電力供給システムは、直流発電装置と、直流蓄電装置と、第１、第２電力変換装置と、を備える。第１電力変換装置は、直流発電装置と接続される第１直流端子と、交流の電力系統と接続される第１交流端子と、を有する。第１電力変換装置は、直流発電装置から入力された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。第２電力変換装置は、直流蓄電装置と接続される第２直流端子と、第１交流端子、負荷および電力系統と接続される第２交流端子と、を有する。第２電力変換装置は、直流蓄電装置の放電および充電を行う。第１、第２電力変換装置は、通信可能に接続される。第２電力変換装置は、負荷と電力系統とが切り離されたときに、交流電力の有効電力が負荷の消費電力よりも大きく、直流蓄電装置が充電不可である場合、有効電力を消費電力以下に下げるように指示する指令を、第１電力変換装置に送信する第１動作を実施する。

Description

本発明の実施形態は、電力供給システムに関する。

太陽電池パネルなどの直流発電装置と、蓄電池などの直流蓄電装置とを組み合わせた電力供給システムがある。電力供給システムは、交流の電力系統と連系して、負荷に対して交流電力を供給する。たとえば、昼間には、直流発電装置で発電した電力の余剰分を直流蓄電装置に蓄え、夜間には、直流蓄電装置に蓄えた直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。

電力供給システムにおいては、系統事故等により負荷と電力系統とが切り離され、自立運転する場合がある。自立運転時において、直流発電装置で発電された電力が負荷の消費電力よりも大きいと、余剰電力が直流蓄電装置に充電される。直流蓄電装置が満充電のときに充電されると、直流蓄電装置は過充電の状態となる。この場合、直流蓄電装置は、保護のため解列し、負荷への電力の安定供給が困難となる可能性がある。電力供給システムにおいては、自立運転時に電力を安定して供給できることが望まれる。

特開２００２−１７１６７４号公報

本発明の実施形態は、自立運転時に電力を安定して供給できる電力供給システムを提供する。

本発明の実施形態によれば、直流発電装置と、第１電力変換装置と、直流蓄電装置と、第２電力変換装置と、を備えた電力供給システムが提供される。前記第１電力変換装置は、第１直流端子と、第１交流端子と、を有する。前記第１直流端子は、前記直流発電装置と接続される。前記第１交流端子は、交流の電力系統と接続される。前記第１電力変換装置は、前記直流発電装置から入力された直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を、前記第１交流端子と前記電力系統との間に接続された負荷に供給する。前記第２電力変換装置は、第２直流端子と、第２交流端子と、を有する。前記第２直流端子は、前記直流蓄電装置と接続される。前記第２交流端子は、前記第１交流端子、前記負荷および前記電力系統と接続される。前記第２電力変換装置は、前記直流蓄電装置からの放電および前記直流蓄電装置への充電を行う。前記第１電力変換装置と前記第２電力変換装置とは、通信可能に接続される。前記第２電力変換装置は、前記負荷と前記電力系統とが切り離されたときに、前記交流電力の有効電力が前記負荷の消費電力よりも大きく、前記直流蓄電装置が充電不可である場合、前記有効電力を前記消費電力以下に下げるように指示する指令を、前記第１電力変換装置に送信する第１動作を実施する。

本発明の実施形態によれば、自立運転時に電力を安定して供給できる電力供給システムを提供することができる。

第１の実施形態に係る電力供給システムを例示するブロック図である。 第１の実施形態の電力供給システムの一部を例示するブロック図である。 第１の実施形態に係る電力供給システムの動作例を説明する表図である。 第１の実施形態の電力供給システムの動作を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態に係る電力供給システムを例示するブロック図である。 第２の実施形態に係る電力供給システムの動作例を説明する表図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力供給システムを例示するブロック図である。
図２は、本実施形態の電力供給システムの一部を例示するブロック図である。
図１に示すように、電力供給システム５０は、直流発電装置１と、直流蓄電装置２と、第１電力変換装置１０と、第２電力変換装置２０と、を備える。

第１電力変換装置１０は、直流発電装置１、電力系統３および負荷４に接続される。第２電力変換装置２０は、直流蓄電装置２、電力系統３、負荷４および上位コントローラ６のそれぞれに接続される。第１電力変換装置１０は、たとえば、コネクタなどにより、直流発電装置１、電力系統３および負荷４に着脱可能に接続される。第２電力変換装置２０は、たとえば、コネクタなどにより、直流蓄電装置２、電力系統３、負荷４および上位コントローラ６に着脱可能に接続される。

第１電力変換装置１０は、第１直流端子１１と、第１交流端子１２と、を含む。第１直流端子１１は、直流発電装置１に接続される。第１交流端子１２は、電力系統３および負荷４に接続される。第１電力変換装置１０は、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power Conditioning System)として機能する。第１電力変換装置１０には、直流発電装置１から直流電力が供給される。直流発電装置１は、たとえば、太陽電池パネルである。第１電力変換装置１０には、太陽電池パネルで発電された直流電力が供給される。直流発電装置１は、直流電力を第１電力変換装置１０に供給可能な分散型電源であればよい。

第２電力変換装置２０は、第２直流端子２１と、第２交流端子２２と、を含む。第２直流端子２１は、直流蓄電装置２と接続される。第２交流端子２２は、第１交流端子１２、電力系統３および負荷４のそれぞれと接続される。第２電力変換装置２０は、直流電力を交流電力に変換し、交流電力を直流電力に変換する双方向のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）として機能する。第２電力変換装置２０は、直流蓄電装置２からの放電および直流蓄電装置２への充電を行う。直流蓄電装置２は、たとえば、鉛電池、リチウムイオン電池などの蓄電池である。

直流蓄電装置２は、たとえば蓄電池管理装置９を介して、第２電力変換装置２０に接続される。直流蓄電装置２は、たとえば蓄電池管理装置９を介して、上位コントローラ６に接続される。蓄電池管理装置９は、直流蓄電装置２の充電残量を検出して、充電残量のデータを上位コントローラ６に送信する。蓄電池管理装置９は、直流蓄電装置２の蓄電池の種類に応じた充電手段を提供する。

電力系統３は、たとえば、電力を需要家の受電設備に供給するための送電線である。電力系統３の供給する電力は、交流である。電力系統３は、たとえば、商用電源の送電線である。電力系統３の交流電力の電圧は、たとえば、６６００Ｖ（実効値）である。電力系統３の交流電力の周波数は、たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。電力系統３は、たとえば、自家発電システム内の送電線などでもよい。

第１電力変換装置１０および第２電力変換装置２０のそれぞれは、遮断器５を介して電力系統３に接続される。遮断器５は、第１電力変換装置１０および第２電力変換装置２０のそれぞれと電力系統３とを接続する投入状態と、第１電力変換装置１０および第２電力変換装置２０のそれぞれを電力系統３から切り離す開放状態と、を有する。遮断器５の投入および開放は、たとえば、電力系統３の管理者によって制御される。遮断器５の投入および開放は、たとえば、電力会社などによって制御される。

負荷４は、交流負荷である。負荷４の定格電力は、電力系統３の交流電力に対応する。負荷４は、たとえば、電子機器である。負荷４は、たとえば、配電盤や分電盤などを介して第１電力変換装置１０および第２電力変換装置２０に接続される。負荷４は、第１電力変換装置１０と遮断器５との間に接続される。負荷４は、第２電力変換装置２０と遮断器５との間に接続される。系統事故等により遮断器５が開放状態になり、電力系統３と負荷４とが切り離された場合、電力供給システムは自立運転モードに移行する。この場合、負荷４は、直流発電装置１および直流蓄電装置２から電力の供給を受ける。

電力系統３の電圧が６６００Ｖの場合には、負荷４と電力系統３との間に変圧器８が設けられる。変圧器８は、電力供給システム５０から出力される電圧を昇圧して電力系統３に連系する。変圧器８は、電力系統３の電圧を降圧して電力供給システム５０に供給する。

上位コントローラ６は、遮断器５の状態を監視し、遮断器５が投入または開放のいずれの状態であるかを、第１電力変換装置１０または第２電力変換装置２０に通知する。上位コントローラ６は、負荷４の前後で電圧および電流を検知する。これにより、上位コントローラ６は、負荷４の消費電力を算出し、算出した消費電力の値を第１電力変換装置１０または第２電力変換装置２０に通知する。上位コントローラ６は、蓄電池管理装置９を介して、直流蓄電装置２の充電残量を検知する。これにより上位コントローラ６は、直流蓄電装置２の充電残量を取得し、第２電力変換装置２０に通知する。

なお、遮断器５、負荷４の消費電力および直流蓄電装置の充電残量の各データは、上位コントローラ６を介して、第２制御部２６に入力される場合に限らない。これらのデータの一部または全部は、直接第２制御部２６に入力されてもよい。

第１電力変換装置１０は、第１電力変換部１３を有する。図２に示すように、第１電力変換部１３は、たとえば、第１変換器１４と、高調波フィルタ１５と、を有する。第１変換器１４は、直流発電装置１から供給される直流電圧を交流電圧に変換して出力する。第１変換器１４には、たとえば、自励式の変換器が用いられる。第１変換器１４は、たとえば、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンおよびオフによって、直流電圧を交流電圧に変換する。第１電力変換部１３のスイッチング素子には、たとえば、自己消弧型の素子が用いられる。より具体的には、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)などが用いられる。

たとえば、第１変換器１４は、スイッチング素子によりブリッジ回路を構成する。第１変換器１４の回路構成は、入出力電圧や出力電力等によって適切に選定される。

高調波フィルタ１５は、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生した高調波を除去する。

第１電力変換部１３は、この例のように、入出力にスイッチ１７，１８を有してもよい。スイッチ１７，１８は、入出力の電圧や電流が過大であったり、過少であったりした場合に、開放することによって第１電力変換部１３を保護する。

第１電力変換装置１０は、第１制御部１６を有する。第１制御部１６は、たとえば、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサを含む。第１制御部１６は、たとえば、図示しないメモリから所定のプログラムを読み出し、そのプログラムを逐次処理することで、第１電力変換装置１０の各部を統括的に制御する。プログラムを記憶したメモリは、第１制御部１６内に設けてもよいし、第１制御部１６と別に設け、第１制御部１６と電気的に接続してもよい。また、第１制御部１６は、１つのプロセッサを含んでもよいし、複数のプロセッサを含んでもよい。第１制御部１６は、スイッチ１７，１８を制御するためのデータの取得および処理を実行する。

第２電力変換装置２０は、第２電力変換部２３を有する。第２電力変換部２３は、たとえば、第２変換器２４と、高調波フィルタ２５と、を有する。第２電力変換部２３は、直流電力から交流電力、および、交流電力から直流電力への双方向の変換を行う。第２変換器２４は、直流蓄電装置２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して出力する。高調波フィルタ２５は、高周波スイッチングによって発生した高調波を除去する。第２電力変換部２３の構成は、第１電力変換部１３の構成と同様である（図２）。入出力のスイッチ２７，２８を含んでもよい。第２変換器２４は、直流蓄電装置２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電力系統３または負荷４に出力する。直流蓄電装置２は、このようにして放電する。また、第２変換器２４は、直流発電装置１または電力系統３から供給される交流電圧を直流電圧に変換して直流蓄電装置２に出力する。直流蓄電装置２は、このようにして充電される。

第２変換器２４の回路構成は、第１変換器１４の回路構成と同様に適切に選定される。

第２電力変換装置２０は、第２制御部２６を有する。第２制御部２６は、第１制御部１６と同様に、たとえば、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサを含む。第１制御部１６および第２制御部２６のそれぞれは、通信インターフェイス（図示せず）を備える。これにより、第１電力変換装置１０と第２電力変換装置２０とは、相互に通信可能である。通信方法としては、有線を用いてもよいし、無線を用いてもよい。通信方法は、特に限定されない。

第１変換器１４および第２変換器２４のそれぞれが変換する交流電力は、単相交流でもよいし、三相交流でもよい。

以下、系統事故等により遮断器５が開放状態となり、電力供給システム５０が自立運転する場合について説明する。本実施形態では、第１電力変換装置１０がスレーブ、第２電力変換装置２０がマスタである。

図３は、第１の実施形態に係る電力供給システム５０の動作例を説明する表図である。
負荷４および電力系統３が切り離された自立運転時の電力供給システム５０においては、第２電力変換装置２０の第２制御部２６は、上位コントローラ６から、遮断器５の開閉状態、および、負荷４の消費電力Ａの値を受信する。第２制御部２６は、第１電力変換装置１０の第１制御部１６に対して、指令を送信し、第１電力変換装置１０の動作を制御する。

図３において、直流発電装置１の発電状態ＰＶが「十分」の場合、直流発電装置１の発電量は十分であることを示す。つまり、第１電力変換装置１０から出力される交流電力の有効電力Ｐ１が負荷４の消費電力Ａよりも大きい。負荷４の消費電力Ａの値は、たとえば、上位コントローラ６から取得する。負荷４の消費電力Ａの値は、たとえば、予め定められた定格消費電力の値を用いてもよい。負荷４の消費電力Ａは、負荷４の有効電力に対応する。直流発電装置１の発電状態ＰＶが「不十分」の場合、直流発電装置１の発電量が不十分であることを示す。つまり、第１電力変換装置１０から出力される交流電力の有効電力Ｐ１が負荷４の消費電力Ａよりも小さい。

直流蓄電装置２の蓄電状態ＢＡＴが「充電可」の場合、直流蓄電装置２は充電可能であることを示す。つまり、直流蓄電装置２は、満充電の状態ではなく、直流電力を充電可能な状態である。充電可能か否かの判定には、たとえば、ＳＯＣ（State of Charge）と呼ばれる相対的な充電率を用いることができる。ＳＯＣとは、直流蓄電装置２の充電容量に対する充電残量の比率として定義される。たとえば、ＳＯＣが８０％未満であれば、充電ＯＫと判定する。直流蓄電装置２の蓄電状態ＢＡＴが「充電不可」の場合、直流蓄電装置２が充電が禁止されていることを示す。つまり、直流蓄電装置２は、満充電の状態であり、直流電力を充電不可な状態である。たとえば、ＳＯＣが８０％以上であれば、充電不可と判定する。

スレーブ側の第１電力変換装置１０から出力される交流電力の第１状態ＰＣＳ１において、たとえば、「Ｐ１＝ｘ１、Ｑ１＝０」は、有効電力Ｐ１がｘ１であり、無効電力Ｑ１が０であることを意味する。マスタ側の第２電力変換装置２０に入力される交流電力の第２状態ＰＣＳ２において、たとえば、「Ｐ２＝−ｘ２、Ｑ２＝ｙ」は、有効電力Ｐ２の電力量がｘ２で、無効電力Ｑ２の電力量がｙであることを意味する。有効電力Ｐ２の「−」は充電を意味し、「＋」は放電を意味する。

第２電力変換装置２０は、負荷４と電力系統３とが切り離されたときに、発電状態ＰＶが「十分」であり、蓄電状態ＢＡＴが「充電不可」である場合、第１動作ＯＰ１を実施する。第２電力変換装置２０は、遮断器５が開放状態になったときに、負荷４と電力系統３とが切り離されたと判定する。第２電力変換装置２０は、遮断器５の状態を、たとえば、上位コントローラ６から取得する。なお、マスタ側の第２電力変換装置２０が遮断器５の状態を監視し、遮断器５の開放状態を検知してもよい。第１動作ＯＰ１においては、第２電力変換装置２０は、有効電力Ｐ１（＝ｘ１）を消費電力Ａ以下に下げるように指示する指令を、第１電力変換装置１０に送信する。これにより、有効電力Ｐ１は、ｘ１からｘ３に下げられる。ｘ３には、たとえば、消費電力Ａの値が用いられる。これにより、直流蓄電装置２への過充電が抑制される。

第１電力変換装置１０の有効電力Ｐ１の出力調整の方法としては、たとえば、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）の最大電力点への追従指令から、有効電力Ｐ１＝ｘ３となる固定電力指令に切り替える方法がある。より具体的には、たとえば、有効電力の固定値ｘ３を有効電力指令値に設定したり、有効電力の出力リミッタを固定値ｘ３に設定したりすることによって、有効電力Ｐ１を出力値ｘ３に調整することができる。

第１電力変換装置１０が出力する無効電力Ｑ１を適切な値に設定することによって、有効電力Ｐ１を調整することもできる。より具体的には、第１電力変換装置１０の無効電力Ｑ１を０からｙ１とすることによって、第１電力変換装置１０から出力される電力の力率を下げて、第１電力変換装置１０から負荷４に供給する有効電力Ｐ（Ａ）を引き下げることができる。この場合には、第２電力変換装置２０の無効電力Ｑ２の指令値を−ｙ１とすることによって、第１電力変換装置１０から出力された無効電力をキャンセルすることができる。

第２電力変換装置２０は、負荷４と電力系統３とが切り離されたときに、発電状態ＰＶが「十分」であり、蓄電状態ＢＡＴが「充電可」である場合、第２動作ＯＰ２を実施する。第２動作ＯＰ２においては、有効電力Ｐ１（＝ｘ１）と消費電力Ａとの差分（＝ｘ２）を、直流蓄電装置２に充電する。この場合、消費電力Ａは、ｘ１−ｘ２で表される。

第２電力変換装置２０は、負荷４と電力系統３とが切り離されたときに、発電状態ＰＶが「不十分」の場合、第３動作ＯＰ３を実施する。第３動作ＯＰ３においては、消費電力Ａと有効電力Ｐ１（＝ｘ４）との差分（＝ｘ５）を、直流蓄電装置２から放電する。この場合、消費電力Ａは、ｘ４＋ｘ５で表される。

マスタ側の第２電力変換装置２０は、ＡＶＲ(Automatic Voltage Regulator)動作をする。そのため、第２電力変換装置２０は、第１動作ＯＰ１〜第３動作ＯＰ３において、負荷側の出力電圧を一定に保つことができる。なお、この例では、第２電力変換装置２０は、ＡＶＲ動作によって出力する有効電力がゼロの場合（ＯＰ１）であっても、無効電力Ｑ２を出力するように設定されている。このときの無効電力Ｑ２は、負荷の力率に応じて設定される。

図４は、本実施形態の電力供給システムの動作を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、第２電力変換装置２０は、負荷４と電力系統３とが切り離されたか否かを検知する。第２電力変換装置２０は、ＡＶＲ動作をしているので、電力系統３との同期がとれないことによって、解列状態を検知することができる。あるいは、上位コントローラ６を介して、遮断器５が開放状態であるか、投入状態であるかを検知してもよい。

ステップＳ１で、負荷４と電力系統３とが切り離されたことを検知した場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ２において、第２電力変換装置２０は、第１電力変換装置１０から出力される交流電力の有効電力Ｐ１が負荷４の消費電力Ａよりも大きいか否かを判定する。第２電力変換装置２０は、消費電力Ａの値を、たとえば、上位コントローラ６から取得してもよいし、予め定められた定格消費電力の値を用いてもよい。ステップＳ１で、負荷４と電力系統３とが切り離されたことを検知しない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１の処理が繰り返される。

ステップＳ２で、有効電力Ｐ１（＝ｘ１）が消費電力Ａよりも大きいと判定された場合（ＹＥＳの場合）、処理は、ステップＳ３に遷移する。ステップＳ３において、第２電力変換装置２０は、直流蓄電装置２が充電可能か否かを判定する。充電可能か否かの判定には、たとえば、ＳＯＣを用いることができる。ＳＯＣのデータは、蓄電池管理装置９によって取得され、第２電力変換装置２０に送信される。ＳＯＣのデータは、上位コントローラ６を介して第２電力変換装置２０に送信されてもよい。

ステップＳ２で、有効電力Ｐ１（＝ｘ４）が消費電力Ａよりも大きくないと判定した場合（ＮＯの場合）には、処理は、ステップＳ４に遷移する。ステップＳ４において、第２電力変換装置２０は、消費電力Ａと有効電力Ｐ１（＝ｘ４）との差分（＝ｘ５）を直流蓄電装置２から放電する（ステップＳ４）。

ステップＳ３で、直流蓄電装置２に充電不可と判定された場合（ＮＯの場合）、ステップＳ５において、第２電力変換装置２０は、有効電力Ｐ１（＝ｘ１）を消費電力Ａ以下に下げるように指示する指令を、第１電力変換装置１０に送信する。

ステップＳ３で、直流蓄電装置２に充電可能と判定された場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ６において、第２電力変換装置２０は、有効電力Ｐ１（＝ｘ１）と消費電力Ａとの差分（＝ｘ２）を直流蓄電装置２に充電する（ステップＳ６）。

このように、実施形態によれば、自立運転時において、直流蓄電装置２の過充電を抑制することができる。このため、直流蓄電装置２の解列を抑制し、自立運転時に電力を安定して供給することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る電力供給システムを例示するブロック図である。
図６は、第２の実施形態に係る電力供給システムの動作例を説明する表図である。
本実施形態の場合には、第１電力変換装置１１０がマスタであり、第２電力変換装置１２０がスレーブに設定される。マスタである第１電力変換装置１１０がＡＶＲ動作をし、第１電力変換装置１１０が取得したデータに基づいて、第１電力変換装置１１０および第２電力変換装置１２０の動作を設定する。

第１電力変換装置１１０は、第１制御部１１６を有し、第１制御部１１６は、上位コントローラ６に接続されている。第２電力変換装置１２０は、第２制御部１２６を有する。第１制御部１１６および第２制御部１２６は、互いに接続され、データの交換を行う。他の点では、第１の実施形態の場合と同様であり、同一の構成要素に同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。なお、第１の実施形態の場合と同様に、第１制御部１１６は、上位コントローラ６を介して、遮断器５、負荷４の消費電力および直流蓄電装置の充電残量の各データを取得しもよいし、これらのデータの一部または全部を直接取得してもよい。

図６の表は、負荷４と電力系統３とが切り離された自立運転時の電力供給システムにおいて、第１電力変換装置１０をマスタ、第２電力変換装置２０をスレーブとした場合の動作例について示している。すなわち、第１電力変換装置１１０の第１制御部１１６は、上位コントローラ６から、遮断器５の開閉状態、および、負荷４の消費電力Ａの値を受信する。第１制御部１１６は、第２電力変換装置１２０の第２制御部１２６に対して、指令を送信し、第２電力変換装置１２０の動作を制御する。

第１電力変換装置１１０は、負荷４と電力系統３とが切り離されたときに、発電状態ＰＶが「十分」であり、蓄電状態ＢＡＴが「充電不可」である場合、第１動作ＯＰ１を実行する。遮断器５が開放状態になったときに、負荷４と電力系統３とが切り離されたと判定する。遮断器５の状態は、たとえば、上位コントローラ６から取得する。なお、マスタ側の第１電力変換装置１１０が遮断器５の状態を監視し、遮断器５の開放状態を検知してもよい。第１動作ＯＰ１においては、有効電力Ｐ１（＝ｘ１）を消費電力Ａ以下に下げる。これにより、有効電力Ｐ１は、ｘ１からｘ３に下げられる。ｘ３には、たとえば、消費電力Ａの値が用いられる。これにより、直流蓄電装置２への過充電が抑制される。

有効電力Ｐ１の出力は、第１の実施形態と同様に、たとえば、最大電力点追従制御の最大電力点への追従指令から、より小さい有効電力の固定電力指令に切り替える等により実現することができる。

第１電力変換装置１０は、負荷４と電力系統３とが切り離されたときに、発電状態ＰＶが「十分」であり、蓄電状態ＢＡＴが「充電可」である場合、第２動作ＯＰ２を実行する。第２動作ＯＰ２においては、有効電力Ｐ１（＝ｘ１）と消費電力Ａとの差分（＝ｘ２）を直流蓄電装置２に充電するように指示する指令を、第２電力変換装置２０に送信する。この場合、消費電力Ａは、ｘ１−ｘ２で表される。

第１電力変換装置１０は、負荷４と電力系統３とが切り離されたときに、発電状態ＰＶが「不十分」の場合、第３動作ＯＰ３を実行する。第３動作ＯＰ３においては、消費電力Ａと有効電力Ｐ１（＝ｘ４）との差分（＝ｘ５）を直流蓄電装置２から放電するように指示する指令を、第２電力変換装置２０に送信する。この場合、消費電力Ａは、ｘ４＋ｘ５で表される。

マスタ側の第１電力変換装置１０は、ＡＶＲ動作をするので、第１動作ＯＰ１〜第３動作ＯＰ３において、出力電圧を一定に保つことができる。第１電力変換装置１０は、負荷４の力率に応じて、無効電力Ｑ１を設定し、出力する。この例では、出力する無効電力Ｑ２＝ｙである。

実施形態によれば、自立運転時に電力を安定して供給できる電力供給システムが提供できる。

上述した２つの実施形態によれば、第１電力変換装置および第２電力変換装置のうち一方がマスタで他方がスレーブに設定される。マスタは、直流発電装置が出力する電力の大きさが、負荷の要求する交流電力よりも大きい場合であって、直流蓄電装置２が充電不可であるときには、第１電力変換装置が出力する電力を低下させて、所望の交流電力を負荷に供給することができる。そのため、解列時に、第２電力変換装置をゲートブロック等により完全に停止させることなく、負荷に電力供給することができる。第２電力変換装置は、このような状況でも、完全に停止しないので、直流蓄電装置が充電可能な状態となった場合に、起動手順を経ることなく、即座に直流蓄電装置に充電を行うことができる。

このような電力供給システムでは、直流発電装置は、太陽電池パネルのように、出力できる電力が時間によって変化するので、時間変化を吸収するように、直流蓄電装置によって、出力電力を平準化する。

直流蓄電装置の蓄電池は、過充電状態を継続したり、過充電状態を繰り返したりすると、劣化して充電容量が低下する。そのため、蓄電池を過充電状態から保護する必要がある。電力供給システムが電力系統に連系されている場合には、負荷が要求する電力よりも大きな電力を直流発電装置が出力しても、電力系統に逆潮流させれば、直流蓄電装置を過充電状態にすることはない。

しかし、電力系統の事故等により、電力供給システムが解列された場合には、余剰の電力を逆潮流させることができない。そのため、余剰電力を直流蓄電装置に供給することとなり、蓄電池が過充電状態となるおそれがある。

本実施形態の電力供給システムでは、第１電力変換装置の出力電力を負荷が要求する大きさまで低下させて供給するので、第２電力変換装置は、直流蓄電装置を充電することがない。第２電力変換装置は、出力電力をゼロに設定することによって直流蓄電装置の充電を停止する。そのため、第２電力変換装置は、遮断される必要がなく、直流蓄電装置の充電が可能となった時点で素早く充電を開始することができ、切れ目のない平準化動作を実現することができる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。たとえば、直流発電装置、第１電力変換装置、直流蓄電装置および第２電力変換装置などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した電力供給システムを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての電力供給システムも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (6)

1. 直流発電装置と、
   前記直流発電装置と接続される第１直流端子と、交流の電力系統と接続される第１交流端子と、を有し、前記直流発電装置から入力された直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を、前記第１交流端子と前記電力系統との間に接続された負荷に供給する第１電力変換装置と、
   直流蓄電装置と、
   前記第１電力変換装置に通信可能に接続され、前記直流蓄電装置と接続される第２直流端子と、前記第１交流端子、前記負荷および前記電力系統と接続される第２交流端子と、を有し、前記直流蓄電装置からの放電および前記直流蓄電装置への充電を行う第２電力変換装置と、
   を備え、
   前記第２電力変換装置は、前記負荷と前記電力系統とが切り離されたときに、前記交流電力の有効電力が前記負荷の消費電力よりも大きく、前記直流蓄電装置が充電不可である場合、前記有効電力を前記消費電力以下に下げるように指示する指令を、前記第１電力変換装置に送信する第１動作を実施する電力供給システム。
   
2. 前記第２電力変換装置は、前記負荷と前記電力系統とが切り離されたときに、前記有効電力が前記消費電力よりも大きく、前記直流蓄電装置が充電可能である場合、前記有効電力と前記消費電力との差分を、前記直流蓄電装置に充電する第２動作を実施する請求項１記載の電力供給システム。
   
3. 前記第２電力変換装置は、前記負荷と前記電力系統とが切り離されたときに、前記有効電力が前記消費電力よりも小さい場合、前記消費電力と前記有効電力との差分を、前記直流蓄電装置から放電する第３動作を実施する請求項１記載の電力供給システム。
   
4. 直流発電装置と、
   前記直流発電装置と接続される第１直流端子と、交流の電力系統と接続される第１交流端子と、を有し、前記直流発電装置から入力される直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を、前記第１交流端子と前記電力系統との間に接続された負荷に供給する第１電力変換装置と、
   直流蓄電装置と、
   前記第１電力変換装置に通信可能に接続され、前記直流蓄電装置と接続される第２直流端子と、前記第１交流端子、前記負荷および前記電力系統と接続される第２交流端子と、を有し、前記直流蓄電装置からの放電および前記直流蓄電装置への充電を行う第２電力変換装置と、
   を備え、
   前記第１電力変換装置は、前記負荷と前記電力系統とが切り離されたときに、前記交流電力の有効電力が前記負荷の消費電力よりも大きく、前記直流蓄電装置が充電不可である場合、前記有効電力を前記消費電力以下に下げる第１動作を実施する電力供給システム。
   
5. 前記第１電力変換装置は、前記負荷と前記電力系統とが切り離されたときに、前記有効電力が前記消費電力よりも大きく、前記直流蓄電装置が充電可能である場合、前記有効電力と前記消費電力との差分を前記直流蓄電装置に充電するように指示する指令を、前記第２電力変換装置に送信する第２動作を実施する請求項４記載の電力供給システム。
   
6. 前記第１電力変換装置は、前記負荷と前記電力系統とが切り離されたときに、前記有効電力が前記消費電力よりも小さい場合、前記消費電力と前記有効電力との差分を前記直流蓄電装置から放電するように指示する指令を、前記第２電力変換装置に送信する第３動作を実施する請求項４記載の電力供給システム。

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