WO2008026425A1

WO2008026425A1 - Power conditioner

Info

Publication number: WO2008026425A1
Application number: PCT/JP2007/065290
Authority: WO
Inventors: Kazuhito Nishimura
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2008-03-06
Also published as: JP5124114B2; US20090236916A1; US8106535B2; EP2058921A1; JP2008054473A

Description

明細書技術分野

[0001] 本発明は、直流電源の直流電力を交流電力に変換するとともに、蓄電部に充放電を行うことができるパワーコンデイショナに関し、特にパワーコンデイショナの制御回路に電源供給する回路に特徴を有するパワーコンディショナに関するものである。

背景技術

[0002] 近年、電力需要家へのエネルギー安定供給や地球環境保全の観点から、発電機や太陽電池、燃料電池、風力発電等により発生する交流または直流の電力をパワーコンディショナにより商用周波数の交流電力に変換し、この交流電力を商用電力系統ゃ AC負荷に供給する分散型電源システムの普及が進んでいる。特に、太陽光発電システムは COをほとんど発生させな!/、電源システムとして著しく普及率が拡大している。

従来の太陽光発電システム用パワーコンデイショナの一例として、特許文献 1に記載のシステムを図 8に示す。このシステムは、太陽電池 7と、電源系統 1と、電源系統 1 の電力又は太陽電池 7の発電電力を蓄電する蓄電手段 506と、この蓄電手段を充電または放電する双方向 DC/DC手段 505と、太陽電池又は蓄電手段の電力を交流電力に変換し電源系統に出力する双方向 AC/DC手段 502とを有する。そして、負荷 3の要求電力が太陽光発電電力より小さい場合には、発電電力を電源系統に売電し、電源系統の電力が所定の値を超えないように蓄電手段に蓄電した電力を放電して、電源系統 1のピークカットする系統連系形電源システムである。

[0003] 上記発明によれば、太陽光発電手段と電力蓄電手段とを組み合わせた系統連系形電源システムにおいて、電源系統の電力を監視しながら、蓄電池からの放電電力を制御するため、蓄電池に蓄電された電力を電源系統に売電したりすることなぐ負荷電力のピークを低減することができる。

また、特許文献 2は、複数の直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、インバータ主回路を駆動する駆動回路と、駆動回路を制御する制御回路と、複数の直流電源から電力供給を受けて駆動回路と制御回路に電力供給する複数の電源回路を備え、複数の電源回路の中から駆動回路と制御回路に電力供給する電源回路を選択するものである。

特許文献 1 :特開 2002— 369406号公報

特許文献 2 :特開 2004— 350371号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかしながら、特許文献 1に記載のシステムは、明細書中に特に記載がないが、下記の問題点があると考えられる。例えば、太陽電池の発電がない夜間に電気料金の安い商用電力系統の電力を蓄電するためには、上記システムの制御部の駆動電源は、太陽電池以外の電源、すなわち商用電力系統または蓄電池から供給される必要がある。ここで、上記システムが商用電力系統から制御部の駆動電源が供給される構成であった場合、商用電力系統が停電時にはシステムが動作することができない。また、上記システムが蓄電池から制御部の駆動電源が供給される構成であった場合は、蓄電池が過放電状態にならない限り、システムの制御部は常時動作することができる力蓄電池が放電下限に到った場合に、システムの制御部が動作することができなくなる。そのため、蓄電池を放電下限から復帰させるための回復充電を行うことができない。

また、特許文献 2は、複数の直流電源から選択的に駆動回路と制御回路に電力供給するものであり、商用電力系統からの電力供給を受けて電力供給する電源回路を有していないため、太陽電池が発電しない夜間に蓄電池が放電下限状態に陥った場合、駆動回路と制御回路に電力供給することができなレ、。

[0005] 本発明は上記問題を解決するためになされたもので、太陽電池等の直流電源と蓄電池等の蓄電部と商用電力系統の 3つの電源を有するシステムにおいて、商用電力系統の停電時にも動作可能であり、蓄電部の回復充電が可能な信頼性の高いパヮ一コンデイショナを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 本発明のパワーコンディショナは、上記課題を解決するため、直流電源から得られる直流電力を商用電力系統の交流電力に変換する電力変換回路と、前記直流電源から得られる直流電力を蓄電部に充電し、または前記蓄電部に蓄電された直流電力を放電させる充放電回路と、前記電力変換回路と前記充放電回路を制御する制御回路と、前記直流電源から前記制御回路へ電力を供給する第 1電源回路と、前記蓄電部から前記制御回路へ電力を供給する第 2電源回路と、前記商用電力系統から前記制御回路へ電力を供給する第 3電源回路と、前記第 1電源回路、第 2電源回路、第 3電源回路の中少なくとも 1つを選択して、前記制御回路へ電力を供給する電源選択回路とを備える。

これにより、商用電力系統が停電して第 3電源回路が不動作のときは、第 1電源回路または第 2電源回路から電源選択回路を経由して制御回路が給電を受けて動作することが可能である。また、蓄電池が放電下限に到って第 2電源回路が不動作のときは、第 1電源回路または第 3電源回路から電源選択回路を経由して制御回路が給電を受けて動作することが可能である。このため、信頼性の高いシステムを提供すること力 Sでさる。

また、本発明の実施形態において、前記電力変換回路は、 DC— DCコンバータとインバータ回路を有し、前記インバータ回路が直流電力を交流電力に変換して前記商用電力系統に連系出力するものである。これにより、直流電源が発生する直流電力を DC— DCコンバータとインバータ回路を経由して商用電力系統に出力すること力できる。したがって、ユーザは直流電源が発生する電力と蓄電部から放電される電力を区別することなぐ商用電力系統に接続された家庭内負荷のために利用することができる。そのため、直流電源の発電電力が少ないときでも家庭内負荷に対してパヮーコンディショナから交流電力を供給できるシステムを提供することができる。

さらに、本発明の実施形態において、上前記インバータ回路は、双方向インバータであり、前記商用電力系統から供給される交流電力を前記双方向インバータ回路により直流電力に変換して、前記充放電回路により前記蓄電部を充電し、または前記蓄電部に蓄電された直流電力を前記充放電回路により放電させて、前記双方向インバータ回路により交流電力に変換して、前記商用電力系統に出力或いは負荷に供給するものである。これにより、直流電源から得られる直流電力を DC— DCコンバータおよび充放電回路を経由して蓄電部に充電するだけでなぐ商用電力系統からの交流電力をインバータ回路および充放電回路を経由して蓄電部に充電することができる。このため、夜間の安い電力を蓄電部に充電し、昼間にその電力を蓄電部から放電させて利用すること力 Sでさる。

発明の効果

[0008] 本発明によれば、直流電源から得られる直流電力を蓄電部に充電する充電運転、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して交流負荷へ供給する交流出力運転、蓄電部から得られる直流電力を交流電力に変換して交流負荷へ供給する交流出力運転、商用電力系統からの交流電力を蓄電部に充電する充電運転の全ての運転モードにおいて、商用電力系統の停電時や蓄電部の過放電時などでも制御回路へ安定して駆動電力を供給することができ、従って信頼性の高いパワーコンディショナを提供すること力できる。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]本発明による実施の形態を示すパワーコンデイショナのブロック図である。

[図 2]本発明の実施形態における DC— DCコンバータの回路図である。

[図 3]本発明の実施形態における充放電回路の双方向チヨツバの回路図である。

[図 4]本発明の実施形態における充放電回路の双方向絶縁型 Cukコンバータの回路図である。

[図 5]本発明の実施形態におけるインバータ回路の回路図である。

[図 6]本発明の実施形態における電源選択回路の回路図である。

[図 7]本発明による実施形態を示すパワーコンデイショナの動作説明図である。

[図 8]従来のパワーコンデイショナの構成図である。

符号の説明

[0010] 1 直流電源

2 蓄電部

3 パワーコンディショナ

4 商用電力系統 5 充放電回路

6 電源選択回路

7 制御回路

8 DC— DCコンバータ

9 直流母線

10 インバータ回路

11 家庭内負荷

12 自立運転出力

13 第 1電源回路

14 第 2電源回路

15 第 3電源回路

発明を実施するための最良の形態

[0011] 図 1はこの発明による実施形態を示すパワーコンデイショナの概略構成図である。

直流電源 1には、例えば、発電機あるいは風力発電機を用いることができ、これらより出力された交流出力は整流して直流電力として利用することができる。また太陽電池または燃料電池等も用いることができ、これらにより発生した直流電力を利用することができる。本実施の形態では太陽電池を用いることとする。

蓄電部 2は、例えば、二次電池、電気二重層キャパシタあるいは超電導電力貯蔵等の直流電力貯蔵装置を用いることができる力 S、本実施の形態では二次電池を用いることとする。

一般住宅では、商用電力系統 4に家庭内負荷 11が接続される。直流電源 1および蓄電部 2からパワーコンディショナ 3を経由し、スィッチ S 1を介して出力された交流電力は家庭内負荷 11で消費される。しかし、家庭内負荷 11で消費されない余剰電力分は、商用電力系統 4側に逆潮流される。

[0012] 上記パワーコンディショナ 3は、主として DC— DCコンバータ 8、インバータ回路 10 、充放電回路 5を備えて構成される。直流電源 1の直流電力は、 DC— DCコンバータ 8によって昇圧され、インバータ回路 10により、直流電力を商用周波数の交流電力に変換して、例えば単相 200Vの商用電力系統 4に出力する。 DC— DCコンバータ 8と充放電回路 5を接続する直流母線 9に充放電回路 5が接続され、充放電回路 5は蓄電部 2を充電または放電する。

商用電力系統 4が停電した際に、パワーコンディショナ 3が商用電力系統 4とは独立した非常用電源として動作する自立運転モードの実現のために、スィッチ S2を介して自立運転出力 12をインバータ回路 10の出力端子として備えていることが望ましい。

[0013] DC— DCコンバータ 8は、 100〜300Vの太陽電池の直流電圧を約 350Vまで昇圧する電圧変換回路である。該 DC— DCコンバータとしては、例えば、図 2 (a)に示す昇圧チヨツバまたは図 2 (b)に示す電流共振型絶縁コンバータなどの既知の回路が適用できる。

図 2 (a)に示すように、昇圧チヨッパは、スィッチ素子 16が約 20kHzで PWM (パルス幅変調)駆動され、入力側よりも高い直流電圧を得ることができる一般的な回路である。

図 2 (b)の電流共振形絶縁コンバータは、メインスィッチ素子 17aと補助スィッチ素子 17bが交互にオンオフして、後段の高周波トランス 18を駆動する。高周波トランス 1 8は漏れインダクタンスを有するリーケージトランスよりなり、巻数比は 1. 5〜2倍の範囲としている。トランスの漏れインダクタンス成分と共振用コンデンサ 19との電流共振を利用して、メインスィッチ素子 17aおよび補助スィッチ素子 17bのソフトスイッチングが達成される。スィッチ素子 17aおよび 17bは、 15kHz〜70kHzの範囲で駆動周波数が可変する PFM (パルス周波数変調）方式で交互に駆動される。また、高周波トランス 18の 2次側には倍電圧整流回路 20を備えているので、高周波トランス 18で昇圧された二次巻線電圧のさらに 2倍の電圧でコンデンサ 21が充電され、約 350Vの直流電圧に変換される。

[0014] 前記スィッチ素子 16、 17aおよび 17bには、 MOSFETや IGBT (Insulated Gate Bi polar Transistor)などを用いるとよい。図 2 (a)の昇圧チヨツバに対し、図 2 (b)の電流共振型絶縁コンバータは入出力間が絶縁されているため、後者の絶縁型コンバータを用いた場合、パワーコンディショナ 3の直流側での地絡事故発生時に交流側から電力が流れ続けない安全性の高いシステムを提供することができる。 [0015] 上記充放電回路 5は、 150V〜250Vの二次電池の直流出力電圧を約 350Vまで昇圧する双方向 DC— DCコンバータにより構成される。双方向 DC— DCコンバータとして、例えば、図 3に示す双方向チヨッパまたは図 4に示す双方向絶縁型 Cukコンバータを適用することができる。

まず、図 3の双方向チヨツバの動作について説明する。図 3 (a)は回路図を示し、図 3 (b)は放電運転時の回路、図 3 (c)は充電運転時の回路を示す。

図 3 (a)に示すように、双方向チヨツバはスィッチ素子 22aと 22bを有し、蓄電部はィンピーダンス素子 Lを介してスィッチ素子 22aと 22bの接続点に接続し、スィッチ素子 22aと 22bの両端間にコンデンサ Cを介して DC— DCコンバータ 8とインバータ回路 1 0を接続する直流母線 9に接続する。

図 3 (b)に示す放電運転時の動作では、スィッチ素子 22aは常時オフとしスィッチ素子 22bが約 20kHzで PWM (パルス幅変調）駆動されることにより、図 2 (a)と等価な昇圧チヨツバとして動作する。この動作により、出力側 (インバータ回路側）において入力側（蓄電部側）よりも高!、直流電圧を得ることができる。

[0016] 図 3 (c)に示す充電運転時の動作では、スィッチ素子 22bは常時オフとし、スィッチ素子 22aが約 20kHzで PWM (パルス幅変調）駆動されることにより、インバータ回路側から蓄電部側に向かって降圧動作を行う一般的な降圧チヨツバとして動作することができる。

上記スィッチ素子は、 MOSFETまたは IGBTを使用するため、スィッチ素子を常時オフ状態にしたときはスィッチ素子に内蔵されたボディダイオードがダイオード素子として機能し、常時オフ状態になる。

上記のように、電力流通方向に応じて常時オフとするスィッチ素子を切り替えることで双方向動作を実現してレ、るので、新たにダイオード等のスィッチ素子数を増加する必要がなぐ低コストの双方向 DC— DCコンバータを得ることができる。

[0017] 次に、図 4の双方向絶縁型 Cukコンバータの動作について説明する。

図 4 (a)は回路図を示し、図 4 (b)は放電運転時の回路、図 4 (c)は充電運転時の回路を示す。図 4に示すように、双方向絶縁型 Cukコンバータは 1 · 5〜2· 5倍の巻数比で設計された高周波トランス 24の 1次側、 2次側にそれぞれスィッチ素子 23a、 23 bを有し、 1次側に蓄電部を接続し、リアタトル 25およびコンデンサ 26を接続する。 2 次側にコンデンサ 27、リアタトル 29、電解コンデンサ 28を介して DC— DCコンバータ 8とインバータ回路 10を接続する直流母線 9に接続する。

[0018] 図 4 (b)に示すように、放電運転時の動作は、 2次側のスィッチ素子 23bを常時オフの状態に制御する。これらのスィッチ素子も、前記双方向チヨツバと同様に MOSFE Tや IGBTを利用するので、オフ時はダイオード素子として振舞う。 1次側のスィッチ素子 23aは、 20〜50kHzで PWM駆動される。

スィッチ素子 23aのオフ時は、図 4 (b)に実線で示すように、蓄電部 2からリアタトル 25、コンデンサ 26、高周波トランス 24の 1次側を介して蓄電部 2に戻る経路で電流が流れてコンデンサ 26が充電される。同時に、高周波トランス 24の 2次側では、コンデンサ 27からトランス 2次側、スィッチ素子 23bを介してコンデンサ 27に戻る経路で電流が流れてコンデンサ 27が充電される。

スィッチ素子 23aのオン時は、図 4 (b)に点線で示すように、トランス 1次側では、蓄電部 2からリアタトル 25、スィッチ素子 23aを介して蓄電部 2に戻る経路で電流が流れてリアタトル 25にエネルギーが蓄積されると同時に、コンデンサ 26からスィッチ素子 2 3a、トランス 1次側を介してコンデンサ 26に戻る経路でコンデンサ 26の放電電流が流れる。それと同時に、トランス 2次側では、コンデンサ 28からトランス 2次側、コンデンサ 27、リアタトル 29を介してコンデンサ 28に戻る経路でコンデンサ 27の放電電流が流れる。

このようにトランス 1次側から 2次側にエネルギーが伝達されて、 350Vの直流電圧力 Sインバータ回路側にて得られる。

[0019] 充電運転時は、図 4 (c)に示すように、 1次側のスィッチ素子 23aを常にオフの状態に制御する。その他の動作は回路が左右対称であるため充電時と同様であり、インバータ回路側から与えられた 350Vの直流電圧が約 200Vの電圧に降圧されて蓄電部側に供給される。上記のように、電力流通方向に応じて常時オフとするスィッチ素子を切り替えることで双方向動作を実現して!/、るので、スィッチ素子数を増加する必要がなぐ低コストの双方向 DC— DCコンバータを得ることができる。

図 3の双方向チヨツバに対し、図 4の双方向絶縁型 Cukコンバータは入出力間が絶縁されているため、後者の双方向絶縁型 Cukコンバータを用いた場合、パワーコンディショナ 3の直流側での地絡事故発生時に交流側から電力が流れ続けない安全性の高!/、システムを提供することができる。

[0020] インバータ回路 10は、図 5 (a)に示すように 4つのスィッチ素子 30a、 30b、 30cおよび 30dからなるフルブリッジ回路を用いることができる。スィッチ素子には MOSFET や IGBTが用いられ、約 20kHzで PWM駆動され、フルブリッジ回路の出力波形はリァクトル 31aおよび 31bにより平滑化され、ほぼ正弦波となって出力される。

インバータ回路 10の交流側に商用電力系統が接続される場合は、インバータ回路 10の出力電圧は商用電力系統の電圧によって決まるため、インバータ回路 10は直流側の電圧が一定になるように出力電流の量が制御される。すなわち、電流型インバータとして制御される。

インバータ回路 10の交流側に商用電力系統が接続されず、家庭内負荷 11など交流負荷のみが接続される場合や自立運転の場合は、インバータ回路の出力電圧が一定で、かつ直流側の電圧が一定になるように制御される。すなわち、電圧型インバータとして制卸される。

[0021] また、インバータ回路 10は、電力料金が安い夜間において商用電力系統 4側から直流母線 9側に AC— DC変換動作を行える、双方向インバータであることが好ましい。なぜならば、インバータ回路 10の AC— DC変換動作時に充放電回路 5が充電運転を行うことにより、夜間電力を蓄電部 2へ充電してお!/、て昼間に家庭内負荷 11にて禾 IJ用すること力でさる力、らである。

上記インバータ回路 10のスィッチ素子としては MOSFETや IGBTを用いるため、全スィッチ素子を常時オフ状態とすることにより、図 5 (b)のようにフルブリッジ回路はダイォードブリッジとなるため、商用電力系統 4側から直流母線 9側への AC— DC変換動作が実現できるのである。上記方法によれば、スィッチ素子数を増加させずに双方向動作を実現できるので、低コストな双方向インバータを得ることができる。この場合は、商用電力系統 4の AC200Vの波高値（ピーク値）で直流母線 9の電圧が決まるため、直流母線電圧は約 280Vとなる。

[0022] 上記インバータ回路 10は、次に説明するようなスイッチング動作を行うことによって、 AC— DC変換動作時に入力電流波形の力率改善制御を行うことができる。カ率改善回路は、 AC— DC変換回路において入力 AC電流波形を入力 AC電圧波形に近づけることにより、入力電流波形力率を改善するための回路であり、一般的に昇圧チョツバが用いられる。

図 5 (b)の回路において、インバータ回路 10に交流側から交流電力が供給され、リァクトル 31a側が高電位である場合、図 5 (c)のようにスィッチ素子 30bを約 20kHzで PWM駆動し、他のスィッチ素子を全て常時オフとする。すると、リアタトル 31aと 31b 、スィッチ素子 30b、ダイオードとして振舞うスィッチ素子 30a、および直流母線 9側の DC— DCコンバータ 8または充放電回路 5に内蔵されているコンデンサ 32により昇圧チヨツバが構成される。

[0023] 図 5 (d)のように、リアタトル 31b側が高電位である場合には、スィッチ素子 30dを約

20kHzで PWM駆動し、他のスィッチ素子を全て常時オフとする。すると、リアタトル 3 laと 31b、スィッチ素子 30d、ダイオードとして振舞うスィッチ素子 30c、およびコンデンサ 32により、図 5 (c)と同様に昇圧チヨツバが構成される。

すなわち、商用周波数の半周期毎にスィッチ素子 30bと 30dの駆動を入れ替えることにより、インバータ回路 10を交流側から直流側に常に昇圧動作を行う力率改善回路として動作させること力 Sでさる。

本実施の形態では、直流母線 9側の電圧は 330V〜350V程度にする。上記のように、インバータ回路 10を AC— DC変換動作時に力率改善回路として動作させることにより、商用電力系統 4から蓄電部 2への充電運転時に、商用電力系統 4側に高調波が流れることのない品質の高!/、パワーコンディショナ 3を提供することができる。

[0024] 上記パワーコンディショナ 3は、マイコンまたは DSP (Digital signal Processor)等のマイクロプロセッサを有する制御回路 7により、動作制御される。ただし、充放電回路 5、 DC— DCコンバータ 8、インバータ回路 10等、パワーコンディショナ各部の全動作を、上記制御回路 7がまとめて制御する必要はない。本実施の形態においては、 D C DCコンバータ 8ゃ充放電回路 5の基本的なスイッチング動作は、それぞれ図 1に図示しない子制御回路により制御される。そして、制御回路 7は、 DC— DCコンパ一タ 8、インバータ回路 10ゃ充放電回路 5に動作開始、停止等の指令を与え、子制御回路がそれらの指令に基づいて各部を動作させる。このようにして、パワーコンデイショナ全体の動作が制御される。図 1には制御回路 7から充放電回路 5、 DC— DCコンバータ 8、インバータ回路 10に接続される制御線 41、 42、 43を示す。

[0025] 制御回路 7は、直流電源 1を入力とする第 1電源回路 13、蓄電部 2を入力とする第

2電源回路 14、商用電力系統 4を入力とする第 3電源回路 15の少なくとも一つから駆動電力が供給されるように、電源選択回路 6を備える。

電源選択回路 6は、図 6 (a)に示すように、スィッチ部 33により第 1〜第 3電源回路 1 3〜； 15から駆動電源の接続を選択する方式でもよいし、図 6 (b)に示すように、ダイォード 34により第 1〜第 3電源回路 13〜； 15の出力が相互に接続されており、各電源回路の出力電圧の大小により一番出力電圧の大きい駆動電源が選択される方式としてもよい。また図 6 (b)の場合に所定の設定値と比較して、設定値より大きい出力電圧を出力するように比較回路を備えてもよい。前者の場合、スィッチ部 33としては、メカ二カルリレー、 MOSFET、フォト MOSリレー等を利用することができ、そのオンオフ指令は制御回路 7より優先順位に従って与えられる。後者の場合、前者と異なり各電源回路出力電圧により自ずと決定され、駆動信号による制御が必要なスィッチ素子を使用しなくてよいので、より低コストな電源選択回路 6を提供することができる。

[0026] 以下、パワーコンデイショナの実際の運転にお!/、て、上記電源回路および電源選択回路の動作を説明する。

深夜電力時間帯には、商用電力系統 4からの交流電力を直流電力に変換して蓄電部 2を充電する充電運転が行われる。ここで、電力料金の安い深夜電力時間帯は午後 11時から午前 7時とする。このとき、以下の理由により、商用電力系統 4を入力とする第 3電源回路 15から電源選択回路 6を介して電力が供給されることにより、制御回路 7が駆動されることが好まし!/、。

蓄電部 2は、太陽電池が発電しない日没後から深夜電力時間帯までは、電子レンジゃ IHクッキングヒータ等の家庭内負荷需要に対する放電運転の要求が大きいため、深夜電力時間帯の直前には放電下限近傍まで二次電池の充電レベルが低下している場合がある。したがって、仮に、深夜電力による充電運転を行うために制御回路 7が動作するための電源を、蓄電部 2を入力とする第 2電源回路に依存する構成の場合、二次電池が放電下限状態である場合には二次電池が放電することができなレヽ

〇

[0027] このような場合には、第 2電源回路は電源選択回路 6に駆動電力を供給できず、また夜間は第 1電源回路も動作していないため、第 3電源回路が制御回路 7の駆動電力を供給することが望ましレ、のである。

また、深夜電力時間帯の充電運転のときにパワーコンディショナ 3全体を機能させるために、図 7に示すように、第 3電源回路が電源選択回路 6を介して制御回路 7を駆動するだけでなぐ接続線 44で示すように、第 3電源回路から電源選択回路 6を介して充放電回路 5に駆動電力を供給する配線を施す。また接続線 45で示すように第 3電源回路から電源選択回路 6を介してインバータ回路 10に駆動電力を供給する配線を施す。更に、接続線 46で示すように第 3電源回路から電源選択回路 6を介して DC— DCコンバータ 8に駆動電力を供給する配線を施す。

なお、図 7は煩雑を避けるため、図 1に示した制御線 41、 42、 43を省略している。

[0028] 夜明けとともに直流電源 1の太陽電池が発電を開始するので、深夜電力時間帯の終わりの時間帯である早朝に DC— DCコンバータ 8が直流出力を開始する場合がある。そのときにインバータ回路 10が DC— DCコンバータ 8から出力される直流出力を交流出力に変換して家庭内負荷 11に供給できるようにするために、上記深夜電力時間帯の充電運転は太陽電池が発電開始する前、すなわち夜明け前に終了しておくことが好ましい。太陽電池の発電開始、即ち日の出は季節変動よる変動があるので、季節変動に対応するタイマーを備えることが望ましい。また天気により発電開始が変動するので、天気に連動する制御を行うことが望ましい。

[0029] また、深夜電力時間帯の終了前後近傍の時間帯である早朝は、電子レンジや IHクッキングヒータ等の家庭内負荷需要が大きい場合が多ぐ蓄電部 2は、深夜電力時間帯が終了し次第、蓄電した電力を家庭内負荷 11にいつでも供給できる放電待機状態としておくことが望ましい。したがって、深夜電力時間帯の充電運転により蓄電部 2 が満充電状態に到った後の深夜電力時間帯には、制御回路 7はインバータ回路 10 および充放電回路 5を停止させるとともに、充電運転時に第 3電源回路から電源選択回路 6を経由して制御回路 7に供給されていた駆動電源を、第 2電源回路から電源選択回路 6を経由して制御回路 7に供給する経路に切り替えておく。

このようにすれば、深夜電力時間帯が終わったのちに家庭内負荷消費が発生した場合に、制御回路 7は直ちに蓄電部 2から充放電回路 5、インバータ回路 10を介して交流出力する放電運転に移行することができる。

[0030] 上記の動作を実現するために、図 7に示すように、第 2電源回路と蓄電部 2の間にスィッチ部 35を備えるとよい。スィッチ部 35は、深夜電力時間帯に蓄電部 2が満充電状態に到った後に制御回路 7の指令によりオンされる。図 6 (b)の電源選択回路 6において、第 2電源回路の出力電圧を第 3電源回路の出力電圧より高く設計しておく。このようにすることにより、上記スィッチ部 35のオンとともに第 2電源回路が第 3電源回路より優先して選択され、制御回路 7の駆動電源が第 2電源回路から供給されるようになる。また、このとき第 3電源回路はほとんど電力を消費しないため、充電終了後には商用電力系統からの消費電力を低減することができる。さらに、図 7に示したように、第 3電源回路と商用電力系統 4の間にスィッチ部 36を設け、スィッチ部 35をオン後にスィッチ部 36を制御回路 7からの指令によりオフすることにより、商用電力系統からの消費電力を完全にゼロにすることができるので、より好ましい。

スィッチ部 35、 36としては、メカニカルリレー、 MOSFET、フォト MOSリレー等が利用できる。また、図 7に示したように、第 2電源回路が電源選択回路 6を介して制御回路 7を駆動するだけでなぐ第 2電源回路は電源選択回路 6を介して接続線 44, 4 5により充放電回路 5およびインバータ回路 10にも駆動電力を供給できることが望ましい。

[0031] 太陽電池が発電を開始した場合は、制御回路 7の駆動電源は第 2電源回路より優先して第 1電源回路から電源選択回路 6を経由して供給されることが望ましい。なぜならば、第 2電源回路が電源選択回路 6を経由して制御回路 7の駆動電源を供給している場合は常に、蓄電部 2は少なくとも制御回路 7の駆動電力分だけ徐々に放電していき、蓄電池の残存容量が減る。そのため、太陽電池から駆動電源を供給可能な場合は常に第 1電源回路から制御回路 7の駆動電力を供給することで、蓄電池の残存容量を減らさなレ、ようにすること力 Sできる力、らである。

また、図 7に示したように、第 1電源回路が電源選択回路 6を介して制御回路 7を駆動するだけでなぐ第 1電源回路は電源選択回路 6を介して接続線 46、 45により DC — DCコンバータ 8およびインバータ回路 10にも駆動電力を供給できることが望ましい。

さらに、太陽電池または蓄電部 2が出力している場合には、制御回路 7の駆動電源を第 3電源回路から電源選択回路 6を経由して供給する必要がないため、制御回路 7の駆動電源は第 3電源回路より優先して第 1電源回路または第 2電源回路から電源選択回路 6を経由して供給されることが望ましい。これらの電源回路の優先的な選択を図 6 (b)の回路で実施するため、（第 1電源回路の出力電圧） > (第 2電源回路の出力電圧）〉（第 3電源回路の出力電圧）と設定しておくとよい。

[0032] 昼間に太陽電池の発電電力が家庭内負荷 11の消費電力に対し大きい場合、太陽電池の発電電力は DC— DCコンバータ 8および充放電回路 5を経由して蓄電部 2に充電することができる。この場合、充放電回路 5の駆動電力は第 1電源回路から電源選択回路 6を経由して供給されることも可能である。ただし、太陽電池の発電電力は、日射変動により急激にゼロになる場合があるため、そのような場合にもパワーコンデイショナ 3が変化に追随して家庭内負荷 11に交流電力を供給できるためには、充放電回路 5は充電運転から放電運転にいつでも切り替えられるように待機しておく必要がある。したがって、太陽電池の発電電力を蓄電部 2に受電する充電運転の場合には、充放電回路 5は第 2電源回路から駆動電力が供給されていることが好ましい。太陽電池の発電電力が家庭内負荷 11の消費電力に対し大きぐかつ蓄電部 2が十分に充電されている場合、家庭内負荷 11で消費されない余剰電力は商用電力系統 4に逆潮流される。

[0033] 日没後は太陽電池が発電しないため第 1電源回路は動作しないので、制御回路 7 の駆動電源は第 2電源回路から電源選択回路 6を経由して供給される。上述したように、日没後の時間帯は家庭内負荷需要が大きぐ蓄電部 2から充放電回路 5およびインバータ回路 10を介して交流を出力する放電運転が行われる。深夜電力時間帯に入ると同時に、上記放電運転は停止する。以降は商用電力系統 4から蓄電部 2への充電運転に移行するため、制御回路 7はスィッチ部 36をオンしたのち、スィッチ部 35をオフとすることにより、第 3電源回路から電源選択回路 6を経由して制御回路 7に駆動電源が供給される。

Claims

請求の範囲

[1] 直流電源から得られる直流電力を商用電力系統の交流電力に変換する電力変換回路と、

前記直流電源から得られる直流電力を蓄電部に充電し、または前記蓄電部に蓄電された直流電力を放電させる充放電回路と、

前記電力変換回路と前記充放電回路を制御する制御回路と、

前記直流電源から前記制御回路に電力を供給する第 1電源回路と、

前記蓄電部から前記制御回路に電力を供給する第 2電源回路と、

前記商用電力系統から前記制御回路に電力を供給する第 3電源回路と、前記第 1電源回路、第 2電源回路、第 3電源回路の中の少なくとも 1つを選択して、前記制御回路へ電力を供給する電源選択回路と

を備えるパワーコンデイショナ。

[2] 前記電力変換回路は、 DC— DCコンバータとインバータ回路を有し、前記インバータ回路が直流電力を交流電力に変換して前記商用電力系統に連系出力する請求項 1に記載のパワーコンデイショナ。

[3] 前記インバータ回路は、双方向インバータであり、前記商用電力系統から供給される交流電力を前記双方向インバータ回路により直流電力に変換して、前記充放電回路により前記蓄電部を充電し、または前記蓄電部に蓄電された直流電力を前記充放電回路により放電させて、前記双方向インバータ回路により交流電力に変換して、前記商用電力系統に出力或いは負荷に供給する請求項 2に記載のパワーコンディショナ。

[4] 前記第 1電源回路は、前記電源選択回路を介して前記制御回路、前記 DC— DC コンバータおよび前記インバータ回路に電力を供給する請求項 1に記載のパワーコンデイショナ。

[5] 前記第 2電源回路は、前記電源選択回路を介して前記制御回路、前記インバータ回路および前記充放電回路に電力を供給する請求項 1または 5に記載のパワーコンディショナ。

[6] 前記第 3電源回路は、前記電源選択回路を介して前記制御回路、前記インバータ回路および前記充放電回路に電力を供給する請求項 1、 4または 5に記載のパワー

[7] 前記電源選択回路は、前記第 1電源回路を前記第 2電源回路および前記第 3電源回路より優先的に選択する請求項 1に記載のパワーコンデイショナ。

[8] 前記電源選択回路は、前記第 2電源回路を前記第 3電源回路より優先的に選択する請求項 1または 7に記載のパワーコンデイショナ。

[9] 前記電源選択回路は、前記第 1電源回路、前記第 2電源回路、前記第 3電源回路のいずれかに選択的に接続する回路よりなる請求項 1に記載のパワーコンディショナ

〇

[10] 前記電源選択回路は、前記第 1電源回路、前記第 2電源回路、前記第 3電源回路の出力電圧の大きい電源回路を選択する回路よりなる請求項 1に記載のパワーコンディショナ。