WO2013088798A1

WO2013088798A1 - 電力供給システム

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Publication number: WO2013088798A1
Application number: PCT/JP2012/072842
Authority: WO
Inventors: 小新　博昭; 田村　秀樹
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2013-06-20
Also published as: EP2793345A4; JP5914821B2; EP2793345B1; ES2612653T3; EP2793345A1; JP2013126339A

Abstract

　第１～第３の電力変換装置は上流側から第１の電力変換装置、第２の電力変換装置、第３の電力変換装置の順で連系給電路に接続されている。第１の検出器は、太陽電池を接続した第１の電力変換装置と蓄電池を接続した第２の電力変換装置との間に設けられ、連系給電路上の逆潮流電力を検出する。第２の検出器は、第２の電力変換装置と燃料電池を接続した第３の電力変換装置との間に設けられ、連系給電路上の逆潮流電力を検出する。第２の電力変換装置は、第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように動作し、第３の電力変換装置は、第２の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように動作する。

Description

電力供給システム

　本発明は、電力系統と連系して発電装置や蓄電池からの電力を負荷に供給する電力供給システムに関する。

　太陽電池等の発電装置からの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を備え、商用電源の電力系統だけでなく電力変換装置からも負荷に電力供給できる電力供給システムが提案されている（たとえば日本国特許公開平９－１３５５７７号公報参照；以下特許文献１と称する）。特許文献１に記載のシステム（分散型電源システム）は、電力変換装置（パワーコンディショナ）を電力系統に連系させた連系運転と、電力系統から切り離した自立運転とを切替可能に構成されている。

　そのため、電力変換装置は、連系運転時には発電装置（発電源）からの直流電力をインバータにて交流電力に変換し、この交流電力を負荷（連系負荷）に供給する。このとき、電力変換装置からの出力電力で賄えない不足分の電力は、電力系統から供給される。また、電力変換装置は、停電時等には自立運転に移行し、電力系統と切り離された状態で発電装置からの電力をインバータで交流電力に変換して負荷（自立負荷）に供給する。

　ところで、発電装置が太陽電池の場合、余剰電力の発生時（太陽電池の出力電力が負荷の消費電力よりも大きいとき）には、一般的に余剰電力は電力系統に逆潮流され電力会社に売電される。一方、例えば日本国においては、発電装置が太陽電池以外の燃料電池等であれば、余剰電力が発生しても、この余剰電力を電力系統に逆潮流することは許可されていない。また、太陽電池と組み合わせて蓄電池を用いることも提案されているが、蓄電池からの電力を電力系統に逆潮流することも許可されていない。

　電力系統へ逆潮流可能な電力と逆潮流不可能な電力とが混在する電力供給システムにおいては、逆潮流可能な電力は積極的に売電し、逆潮流不可能な電力については負荷へ積極的に供給することが、電気料金の節約の観点からは望ましいと考えられる。しかし、一般的には、たとえば太陽電池と蓄電池とを併用する場合、負荷への電力供給は太陽電池の発電電力が優先的に用いられ、蓄電池の放電電力は、負荷の消費電力が太陽電池の発電電力を上回る場合に不足分を補うために用いられる。したがって、太陽電池の発電電力が負荷の消費電力を上回らない限り、太陽電池で十分な電力が発生している場合でも、売電を行うことができず、電気料金の節約につながりにくいという問題がある。

　本発明は上記事由に鑑みて為されており、電力系統へ逆潮流可能な電力は積極的に売電し、逆潮流不可能な電力は積極的に負荷に供給することができる電力供給システムを提供することを目的とする。

　本発明の電力供給システムは、電力系統へ逆潮流可能な電力を発生させる第１の発電装置に接続され、当該第１の発電装置の発電電力の電力変換を行う第１の電力変換装置と、蓄電池に接続され当該蓄電池の充放電を行う第２の電力変換装置と、前記電力系統へ逆潮流不可能な電力を発生させる第２の発電装置に接続され、当該第２の発電装置の発電電力の電力変換を行う第３の電力変換装置とを備え、上流に前記電力系統が接続された連系給電路の下流に接続されている負荷に電力供給する電力供給システムであって、前記第１～第３の電力変換装置は、前記連系給電路に対して前記第１の電力変換装置が最上流側となるように接続されており、前記電力供給システムは、前記連系給電路における前記第１の電力変換装置の接続点と前記第２および前記第３の電力変換装置のうち前記上流側に接続された一方の電力変換装置の接続点との間に設けられ、前記連系給電路を前記上流側に流れる逆潮流電力を検出する第１の検出器を備えており、前記第２の電力変換装置は、前記第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記蓄電池の充放電を制御し、前記第３の電力変換装置は、前記第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記連系給電路への出力電力を制御することを特徴とする。

　この電力供給システムにおいて、前記第２および前記第３の電力変換装置は、前記連系給電路に対して前記第２の電力変換装置が前記上流側となるように接続されており、前記電力供給システムは、前記連系給電路における前記第２の電力変換装置の接続点と前記第３の電力変換装置の接続点との間に設けられ、前記連系給電路を前記上流側に流れる逆潮流電力を検出する第２の検出器をさらに備え、前記第２の電力変換装置は、前記第１の検出器に接続され、当該第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記蓄電池の充放電を制御し、前記第３の電力変換装置は、前記第２の検出器に接続され、当該第２の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記連系給電路への出力電力を制御することが望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記第２および前記第３の電力変換装置のうち前記上流側に接続された一方の電力変換装置は、前記第１の検出器に接続され、前記第２および前記第３の電力変換装置は、互いに通信することにより、前記第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記蓄電池の充放電を制御し、且つ前記第３の電力変換装置から前記連系給電路への出力電力を制御することがより望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記第２の発電装置は、電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生するコージェネレーションシステムであることがより望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記第１の発電装置は太陽電池であって、前記第２の発電装置は燃料電池であり、前記第１の電力変換装置は、前記太陽電池の発電電力の余剰分を前記電力系統に逆潮流することがより望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記連系給電路における前記第１の電力変換装置との接続点よりも上流側に設けられた解列器と、前記電力系統の異常を検知すると前記解列器を遮断し、且つ前記第１～第３の電力変換装置のうち一の電力変換装置に異常検知信号を送信する異常検知部とをさらに備え、前記一の電力変換装置は、前記異常検知信号を受信すると前記連系給電路への出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行い、他の電力変換装置は、前記連系給電路の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うことがより望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記第１～第３の電力変換装置は、いずれも前記連系給電路を介して前記負荷に電力供給する連系運転と、前記電力系統から切り離された自立給電路を介して前記負荷に電力供給する自立運転とを切替可能であって、前記第１～第３の電力変換装置のうち一の電力変換装置は、前記自立運転時に前記自立給電路への出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行い、他の電力変換装置は、前記自立運転時に前記自立給電路の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うことがより望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記第１～第３の電力変換装置のうち一の電力変換装置は、前記連系給電路を介して前記負荷に電力供給する連系運転と、前記電力系統から切り離された自立給電路を介して前記負荷に電力供給する自立運転とを切替可能であって、他の電力変換装置は、接続先を前記連系給電路と前記自立給電路とで切り替える外部切替器を介して前記連系給電路および前記自立給電路に接続されており、前記一の電力変換装置は、前記自立運転時に前記自立給電路への出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行い、且つ前記外部切替器を前記自立給電路側に切り替え、前記他の電力変換装置は、前記自立給電路の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うことがより望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記負荷は複数あって、前記複数の前記負荷の各々への電力供給路に挿入された負荷遮断器と、前記複数の前記負荷について優先順位を記憶する記憶部と、前記複数の前記負荷への供給電力に応じて前記優先順位の低い前記負荷から順に前記負荷遮断器を遮断する負荷選択部とをさらに備えることがより望ましい。

　なお、「第１の発電装置が、電力系統へ逆潮流可能な電力を発生させること」および「第２の発電装置が、前記電力系統へ逆潮流不可能な電力を発生させること」は、発明の必須要件ではない。「第１の発電装置」および「第２の発電装置」は、発電を行う発電装置であればよい。

　つまり、本発明の電力供給システムは、第１の発電装置に接続され、当該第１の発電装置の発電電力の電力変換を行う第１の電力変換装置と、蓄電池に接続され当該蓄電池の充放電を行う第２の電力変換装置と、第２の発電装置に接続され、当該第２の発電装置の発電電力の電力変換を行う第３の電力変換装置とを備え、上流に前記電力系統が接続された連系給電路の下流に接続されている負荷に電力供給する電力供給システムであって、前記第１～第３の電力変換装置は、前記連系給電路に対して前記第１の電力変換装置が最上流側となるように接続されており、前記電力供給システムは、前記連系給電路における前記第１の電力変換装置の接続点と前記第２および前記第３の電力変換装置のうち前記上流側に接続された一方の電力変換装置の接続点との間に設けられ、前記連系給電路を前記上流側に流れる逆潮流電力を検出する第１の検出器を備えており、前記第２の電力変換装置は、前記第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記蓄電池の充放電を制御し、前記第３の電力変換装置は、前記第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記連系給電路への出力電力を制御するものであればよい。そして、第１の発電装置が太陽電池であって、第２の発電装置が燃料電池であることが望ましい。

　本発明は、電力系統へ逆潮流可能な電力は積極的に売電し、逆潮流不可能な電力は積極的に負荷に供給できるという利点がある。

実施形態１に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。実施形態１に係る電力供給システムの動作の説明図である。図３Ａ～図３Ｃは、実施形態１に係る電力供給システムの動作の説明図である。実施形態１に係る電力供給システムの他の構成を示すブロック図である。実施形態１に係る電力供給システムの要部を示す回路図である。実施形態２に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。実施形態３に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。実施形態３に係る電力供給システムの他の構成を示すブロック図である。図９Ａ，図９Ｂは、実施形態３に係る電力供給システムの要部を示すブロック図である。

　（実施形態１）
　本実施形態の電力供給システム１は、図１に示すように、太陽電池２と、太陽電池２に接続された第１の電力変換装置３と、蓄電池４と、蓄電池４に接続された第２の電力変換装置５と、燃料電池６と、燃料電池６に接続された第３の電力変換装置７とを備えている。つまり、第１の電力変換装置３には第１の発電装置としての太陽電池２が接続され、第３の電力変換装置７には第２の発電装置としての燃料電池６が接続されている。なお、本実施形態では、電力供給システム１が一般的な戸建住宅からなる需要家に用いられる場合を例として説明するが、これに限らず、電力供給システム１は集合住宅の各住戸や施設、事業所等からなる需要家に用いられてもよい。蓄電池４は、たとえば鉛蓄電池やリチウムイオン電池などからなる。

　第１～第３の電力変換装置３，５，７は、いずれも商用電源の電力系統（商用系統）８と連系する連系運転可能に構成されている。さらに、第１の電力変換装置３は、連系運転時に電力の出力端になる連系出力端３１を有している。同様に、第２の電力変換装置５は、連系運転時に電力の出力端になる連系出力端５１を有し、第３の電力変換装置７は、連系運転時に電力の出力端になる連系出力端７１を有している。各電力変換装置の構成については後述する。

　第１～第３の電力変換装置３，５，７は、いずれも電力系統８が接続された連系給電路１１に連系出力端３１，５１，７１を接続している。つまり、第１の電力変換装置３と第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７とは、連系給電路１１を介して連系出力端３１，５１，７１同士が接続されている。

　燃料電池６からなる第２の発電装置は、発電時の排熱を利用可能な構成とすることにより、電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生するコージェネレーションシステムを構成している。また、例えば日本国では、太陽電池２からなる第１の発電装置は、その発電電力を電力会社に売電することが許可されているのに対し、燃料電池６からなる第２の発電装置はその発電電力を売電することが許可されていない。

　連系給電路１１には負荷９が接続される。負荷９は、照明器具や冷蔵庫、テレビ、医療器具、携帯電話端末の充電器など様々な電気機器であって、ここでは、電力変換装置あるいは電力系統８から交流電力の供給を受けて動作する交流駆動型の電気機器からなる。なお、連系給電路１１は、電気機器からなる負荷９に直接接続されることは必須ではなく、負荷９を着脱可能に接続可能なコンセント（図示せず）に接続されてもよい。

　以下に、図１を参照して第１～第３の電力変換装置３，５，７の構成および動作について説明する。

　第１の電力変換装置３は、太陽電池２に接続されたＤＣＤＣコンバータ３３と、直流電力を交流電力に変換するＤＣＡＣコンバータ３４と、各部を制御する制御部３５と、リレーからなる連系側開閉器３６とを備えている。ＤＣＤＣコンバータ３３における太陽電池２と反対側の端子にはＤＣＡＣコンバータ３４が接続されている。ＤＣＡＣコンバータ３４における交流電力の出力端子は、連系側開閉器３６を介して連系出力端３１に接続されている。

　ＤＣＤＣコンバータ３３は、太陽電池２からの直流電力を昇圧してＤＣＡＣコンバータ３４に出力する。ＤＣＡＣコンバータ３４は、ＤＣＤＣコンバータ３３からの直流電力を、電力系統８の電圧に同期させた交流電力に変換して連系出力端３１に出力する単方向のコンバータ（インバータ）である。つまり、ＤＣＤＣコンバータ３３およびＤＣＡＣコンバータ３４は、太陽電池２からの電力を変換して連系給電路１１に出力する変換回路３０を構成する。

　制御部３５はマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成としており、メモリ（図示せず）に記憶されているプログラムを実行することによって、変換回路３０の動作を制御するための各機能を実現する。ここで、制御部３５は、ＤＣＤＣコンバータ３３を最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum PowerPoint Tracking）制御する。つまり、太陽電池２は、発電電力が一定ではなく出力電圧に応じて発電電力が変化する特性を持つので、発電電力が最大となる最適点（最大電力点）で動作することが望ましい。

　そこで、本実施形態の第１の電力変換装置３は、太陽電池２の温度変化や日射強度の変化に伴う出力電圧や出力電流の変動に対し、太陽電池２の動作点が常に最大電力点を追従して、太陽電池２の出力を最大限に引き出す最大電力点追従制御を行う。このとき、第１の電力変換装置３全体としては、連系給電路１１の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うことになる。最大電力点追従制御は周知の技術であるから、詳しい説明は省略する。さらに、制御部３５は、連系運転時には連系側開閉器３６を接続し、停電などの電力系統８の異常時や第１の電力変換装置３の異常時には連系側開閉器３６を遮断して不要動作や外部（電力系統８）への影響を防止する。

　また、第１の電力変換装置３に接続された太陽電池（第１の発電装置）２の発電電力は、電力会社に売電することが許可されている電力であるので、第１の電力変換装置３は太陽電池２の発電電力の余剰分があれば電力系統８に逆潮流させて売電する。

　第２の電力変換装置５は、蓄電池４に接続されたＤＣＤＣコンバータ５３と、直流電力を交流電力に変換するＤＣＡＣコンバータ５４と、各部を制御する制御部５５と、リレーからなる連系側開閉器５６とを備えている。ＤＣＤＣコンバータ５３における蓄電池４と反対側の端子にはＤＣＡＣコンバータ５４が接続されている。ＤＣＡＣコンバータ５４における交流電力の出力端子は、連系側開閉器５６を介して連系出力端５１に接続されている。

　ＤＣＤＣコンバータ５３は、蓄電池４の放電時には蓄電池４からの直流電力を昇圧してＤＣＡＣコンバータ５４に出力する。また、このＤＣＤＣコンバータ５３は、蓄電池４の充電時にはＤＣＡＣコンバータ５４からの直流電力を蓄電池４の状態に応じた最適な充電電圧、電流に制御して蓄電池４に出力する双方向のコンバータである。ＤＣＡＣコンバータ５４は、蓄電池４の放電時にはＤＣＤＣコンバータ５３からの直流電力を、電力系統８の電圧に同期させた交流電力に変換して連系出力端５１に出力する。また、このＤＣＡＣコンバータ５４は、蓄電池４の充電時には連系出力端５１からの交流電力を直流電力に変換してＤＣＤＣコンバータ５３に出力する双方向のコンバータである。

　つまり、ＤＣＤＣコンバータ５３およびＤＣＡＣコンバータ５４は、蓄電池４と連系給電路１１との間で双方向に電力を変換し、蓄電池４の充放電を行う充放電回路５０を構成する。以下では、蓄電池４の出力を交流電力に変換して連系給電路１１へ供給するときの充放電回路５０の動作を放電モード、反対に連系給電路１１からの電力を直流電力に変換して蓄電池４へ供給するときの動作を充電モードという。

　制御部５５はマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成としており、メモリ（図示せず）に記憶されているプログラムを実行することによって、充放電回路５０の動作を制御するための各機能を実現する。ここで、制御部５５は、蓄電池４の放電時には、充放電回路５０の出力電流の目標値を設定し、充放電回路５０の出力電流が目標値に合うように充放電回路５０の動作を制御する。このとき、第２の電力変換装置５全体としては、連系給電路１１の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うことになる。さらに、制御部５５は、連系運転時には連系側開閉器５６を接続し、停電などの電力系統８の異常時や第２の電力変換装置５の異常時には連系側開閉器５６を遮断して不要動作や外部（電力系統８）への影響を防止する。

　第３の電力変換装置７は、燃料電池６に接続されたＤＣＤＣコンバータ７３と、直流電力を交流電力に変換するＤＣＡＣコンバータ７４と、各部を制御する制御部７５と、リレーからなる連系側開閉器７６とを備えている。ＤＣＤＣコンバータ７３における燃料電池６と反対側の端子にはＤＣＡＣコンバータ７４が接続されている。ＤＣＡＣコンバータ７４における交流電力の出力端子は、連系側開閉器７６を介して連系出力端７１に接続されている。

　ＤＣＤＣコンバータ７３は、燃料電池６からの直流電力を昇圧してＤＣＡＣコンバータ７４に出力する。ＤＣＡＣコンバータ７４は、ＤＣＤＣコンバータ７３からの直流電力を、電力系統８の電圧に同期させた交流電力に変換して連系出力端７１に出力する単方向のコンバータ（インバータ）である。つまり、ＤＣＤＣコンバータ７３およびＤＣＡＣコンバータ７４は、燃料電池６からの電力を変換して連系給電路１１に出力する変換回路７０を構成する。なお、図１の例では、第３の電力変換装置７は燃料電池６と一体化され燃料電池システム７００を構成しているが、第３の電力変換装置７は燃料電池６と別体であってもよい。

　制御部７５はマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成としており、メモリ（図示せず）に記憶されているプログラムを実行することによって、変換回路７０の動作を制御するための各機能を実現する。ここで、制御部７５は、変換回路７０の出力電流の目標値を設定し、変換回路７０の出力電流が目標値に合うように変換回路７０の動作を制御する。このとき、第３の電力変換装置７全体としては、連系給電路１１の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うことになる。また、制御部７５は、変換回路７０だけでなく、燃料電池６を駆動する補機類（ガスや空気や水等の調節用ポンプ、弁、ブロア等）に対しても対応する動作条件を出力し、補機類の動作も制御する構成であってもよい。さらに、制御部７５は、連系運転時には連系側開閉器７６を接続し、停電などの電力系統８の異常時や第３の電力変換装置７の異常時には連系側開閉器７６を遮断して不要動作や外部（電力系統８）への影響を防止する。

　上記構成により、電力系統８の正常時（連系運転時）には、第１の電力変換装置３と第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７と電力系統８との少なくとも一つからの電力が、連系給電路１１を通して負荷９に供給される。

　ところで、本実施形態の電力供給システム１においては、連系給電路１１における電力系統８との接続点を最上流、負荷９との接続点を最下流として、第１～第３の電力変換装置３，５，７は連系給電路１１の最上流と最下流との間に個別に接続されている。ここで、第１～第３の電力変換装置３，５，７は、図１に示すように上流側から第１の電力変換装置３、第２の電力変換装置５、第３の電力変換装置７の順で連系給電路１１に接続されている。

　また、本実施形態の電力供給システム１は、連系給電路１１における電力潮流を検出するために、第１の検出器１４および第２の検出器１５を連系給電路１１上に備えている。本実施形態では、第１の検出器１４は第２の電力変換装置５に接続され、第２の検出器１５は第３の電力変換装置７に接続されている。第１の検出器１４は、連系給電路１１における第２の電力変換装置５との接続点の上流側の箇所に設けられ、この箇所を流れる電流を検出する電流センサからなる。第２の検出器１５は、連系給電路１１における第３の電力変換装置７との接続点の上流側の箇所に設けられ、この箇所を流れる電流を検出する電流センサからなる。つまり、連系給電路１１において、第１の電力変換装置３と第２の電力変換装置５との間には第１の検出器１４が設けられ、第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７との間には第２の検出器１５が設けられている。言い換えれば、第１の検出器１４は、連系給電路１１における第１の電力変換装置３の接続点と、第２の電力変換装置５および第３の電力変換装置７のうち上流側に接続された一方の電力変換装置（本実施形態では第２の電力変換装置５）の接続点と、の間に設けられている。

　第２の電力変換装置５の制御部５５は、連系給電路１１の電圧波形をモニタしており、この電圧波形と第１の検出器１４で検出された電流波形との位相差を判別することにより、第１の検出器１４が設けられた箇所の電力潮流の向き（逆潮流か否か）を判断する。第３の電力変換装置７の制御部７５は、連系給電路１１の電圧波形をモニタしており、この電圧波形と第２の検出器１５で検出された電流波形との位相差を判別することにより、第２の検出器１５が設けられた箇所の電力潮流の向き（逆潮流か否か）を判断する。このようにして、制御部５５は、連系給電路１１における第１の電力変換装置３と第２の電力変換装置５との間の電力潮流の向きを検出し、制御部７５は、連系給電路１１における第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７との間の電力潮流の向きを検出する。

　制御部５５は、連系給電路１１における第１の検出器１４を設けた箇所で上流側への逆潮流がゼロとなる範囲で、第２の電力変換装置５から連系給電路１１への出力電力が極力大きくなるように目標値を設定し、充放電回路５０の動作を制御する。言い換えれば、第２の電力変換装置５は、基本的に連系給電路１１への出力電力を極力大きくしながらも、出力電力が連系給電路１１を上流側に逆潮流しないように出力電力を制限する。ただし、制御部５５は蓄電池４の残容量を監視しており、残容量が所定の充電閾値を下回った場合には充放電回路５０を充電モードに切り替えて蓄電池４の充電を開始する。なお、制御部５５は、第１の検出器１４を設けた箇所で上流側への逆潮流を検出した場合で、蓄電池４に空き容量が存在する場合、充放電回路５０の動作を充電モードに切り替えてもよい。

　制御部７５は、連系給電路１１における第２の検出器１５を設けた箇所で上流側への逆潮流がゼロとなる範囲で、第３の電力変換装置７から連系給電路１１への出力電力が極力大きくなるように目標値を設定し、変換回路７０の動作を制御する。言い換えれば、第３の電力変換装置７は、基本的に連系給電路１１への出力電力を極力大きくしながらも、出力電力が連系給電路１１を上流側に逆潮流しないように出力電力を制限する。ここで、上述のように、第２の電力変換装置５の制御部５５は、第１の検出器１４で検出される逆潮流電力がゼロとなるように蓄電池４の充放電を制御している。したがって、第３の電力変換装置７の制御部７５は、第１の検出器１４で検出される逆潮流電力がゼロとなるように、第２の発電装置（燃料電池６）から連系給電路１１への出力電力を制御していることになる。なお、このとき、制御部７５は補機類の動作も併せて制御してもよい。なお、制御部７５は、第２の検出器１５を設けた箇所で上流側への逆潮流を検出した場合、連系側開閉器７６を遮断してもよい。

　次に、本実施形態の電力供給システム１の動作について、電力供給システム１の運用パターンの一例を示す図２および図３を参照して説明する。なお、図２では横軸を時刻（０～２４時）とし、縦軸を電力として、需要家全体で使用される電力を使用電力Ｐ１、売電される電力を売電電力Ｐ２で表している。また、図３Ａ～図３Ｃでは第１～第３の電力変換装置３，５，７の図示を省略し、太陽電池２を「ＰＶ」、蓄電池４を「ＳＢ」、燃料電池６を「ＳＣ」、負荷９を「Ｌｓ」で表している。

　この例では、２０時から６時までの間においては、負荷９の消費電力が比較的少ないため、第２および第３の電力変換装置５，７は連系給電路１１への出力を停止し、負荷９の消費電力は電力系統８から供給される買電電力（図２に「Ａ１」で示す）で全て賄われる。さらに、電気料金単価が安くなる深夜時間帯（０時～３時）には、第２の電力変換装置５は、電力系統８からの買電電力（図２に「Ａ２」で示す）を用いて蓄電池４を充電する。つまり、２０時から６時までの間は、図３Ａに示すように、電力系統８からの電力が連系給電路１１を通って負荷９および蓄電池４に供給される。

　一方、６時から２０時の間においては、第３の電力変換装置７が動作し燃料電池６で生成された電力を連系給電路１１へ出力する。このとき、第３の電力変換装置７は、その出力電力が連系給電路１１を上流側に逆潮流しないように出力電力を制限する。結果的に、負荷９の消費電力が燃料電池６の発電電力以下であれば、第３の電力変換装置７の出力電力（図２に「Ａ３」で示す）は、負荷９の消費電力を追従するように、負荷９の消費電力を上限として変化する。

　さらに、６時から２０時の間において、太陽電池２で発電された電力は、積極的に売電電力Ｐ２として電力系統８に逆潮流される。図２の例では、連系給電路１１における第１の電力変換装置３との接続点より下流側で必要な電力（負荷９の消費電力）は、燃料電池６および蓄電池４の出力で全て足りているので、第１の電力変換装置３は、余剰電力となる太陽電池２の発電電力を全て売電する。つまり、６時から２０時までの間で、負荷９の消費電力が燃料電池６の発電電力以下であれば、図３Ｂに示すように、燃料電池６からの電力が連系給電路１１を通って負荷９に供給され、太陽電池２の発電電力は電力系統８に逆潮流される。

　また、６時から２０時の間において、負荷９の消費電力が燃料電池６の発電電力を超える場合、第２の電力変換装置５が動作し蓄電池４に蓄積された電力を連系給電路１１へ出力する。このとき、第２の電力変換装置５は、その出力電力が連系給電路１１を上流側に逆潮流しないように出力電力を制限する。結果的に、負荷９の消費電力と第３の電力変換装置７の出力電力との差分である不足電力は、第２の電力変換装置５から連系給電路１１に供給される放電電力（図２に「Ａ４」で示す）によって賄われる。つまり、６時から２０時までの間で、負荷９の消費電力が燃料電池６の発電電力を超えていれば、図３Ｃに示すように、燃料電池６および蓄電池４からの電力が連系給電路１１を通って負荷９に供給され、太陽電池２の発電電力は電力系統８に逆潮流される。

　また、太陽電池２で十分な発電電力が得られる場合に、負荷９の消費電力が燃料電池６の発電電力と蓄電池４の放電電力との合計を超えるときには、不足分を賄うように、第１の電力変換装置３は太陽電池２の発電電力を負荷９に供給する。この場合、負荷９の消費電力が燃料電池６の発電電力と蓄電池４の放電電力と太陽電池２の発電電力との合計より小さく、太陽電池２に余剰電力が生じる場合、この余剰電力については第１の電力変換装置３が電力系統８に逆潮流して売電する。なお、負荷９の消費電力が燃料電池６の発電電力と蓄電池４の放電電力と太陽電池２の発電電力との合計を超えるときには、不足分は電力系統８から供給される買電電力で賄われる。

　上記の動作は、例えば、第２の電力変換装置５及び第３の電力変換装置７にそれぞれ適宜のタイマー（図示せず）を設け、制御部３５，５５，７５の動作を適宜設定することで実現可能である。

　例えば、所定の第４時刻（図２の例では２０時）になると、第１～第３の電力変換装置３，５，７の制御部３５，５５，７５は、連系側開閉器３６，５６，７６を遮断して連系給電路１１への出力を停止する。所定の第１時刻（上記の例では０時）になると、第２の電力変換装置５の制御部５５は、連系側開閉器５６を接続し且つ充放電回路５０を充電モードで動作させて、電力系統８からの買電電力を用いて蓄電池４を充電する。また第２の電力変換装置５は、所定の第２時刻（上記の例では３時）となるか、蓄電池４の残容量が所定の上限値を上回った場合（蓄電池４が満充電となった場合）には、連系側開閉器５６を遮断して蓄電池４の充電を終了する。所定の第３時刻（上記の例では６時）になると、第３の電力変換装置７の制御部７５は、連系側開閉器７６を接続して連系給電路１１への出力を開始する。このように、第４時刻から第３時刻までの期間（２０時～６時）においては、負荷９の消費電力は、電力系統８からの買電電力で賄われる。

　第３時刻から第４時刻までの期間（６時～２０時）においては、第３の電力変換装置７の制御部７５は、第２の検出器１５で検出される逆潮流電力がゼロとなる範囲で第３の電力変換装置７から連系給電路１１への出力電力が極力大きくなるように、変換回路７０の動作および連系側開閉器７６の開閉を制御する。この期間（６時～２０時）において、第２の電力変換装置５の制御部５５は、第１の検出器１４で検出される逆潮流電力がゼロとなる範囲で第２の電力変換装置５から連系給電路１１への出力電力が極力大きくなるように、充放電回路５０の動作および連系側開閉器５６の開閉を制御する。なお、第３の電力変換装置７から電力を出力している状態において、負荷９での消費電力が急減したときには、第３の電力変換装置７から上流側への逆潮流が発生する可能性がある。第３の電力変換装置７の制御部７５は、第２の検出器１５で上流側への逆潮流を検出した場合、出力電流が小さくなるように変換回路７０の動作を制御する（或いは制御部７５は、連系側開閉器７６を遮断する）。なお、負荷９での消費電力が急減したときには、第３の電力変換装置７が上記のように第２の検出器１５を設けた箇所での逆潮流を防止していても、第１の検出器１４を設けた箇所で逆潮流が発生してしまう可能性がある。第２の電力変換装置５は、電力を出力していて第１の検出器１４で上流側への逆潮流を検出した場合には、出力電力が小さくなるように充放電回路５０を制御する（或いは、充電モードに切り替える）。また、この期間（６時～２０時）において、第１の電力変換装置３の制御部３５は、連系給電路１１の電圧を検出して、電力系統８へ電力を逆潮流させるように変換回路３０の動作および連系側開閉器３６の開閉を制御する。

　つまり、第１期間（図２の場合、０時～３時）では、第１の電力変換装置３は連系給電路１１から遮断され、第２の電力変換装置５は充電モードで動作し、第３の電力変換装置７は連系給電路１１から遮断される。

　第２期間（図２の場合、３時～６時）では、第１～第３の電力変換装置３，５，７は連系給電路１１から遮断される。

　第３期間（図２の場合、６時～２０時）では、第３の電力変換装置７の制御部７５は、第２の検出器１５で検出される逆潮流電力がゼロとなる範囲で第３の電力変換装置７から連系給電路１１への出力電力が極力大きくなるように、変換回路７０の動作および連系側開閉器３６の開閉を制御する。第２の電力変換装置５の制御部５５は、第１の検出器１４で検出される逆潮流電力がゼロとなる範囲で第２の電力変換装置５から連系給電路１１への出力電力が極力大きくなるように、充放電回路５０の動作および連系側開閉器５６の開閉を制御する。第１の電力変換装置３の制御部３５は、連系給電路１１の電圧を検出して、電力系統８へ電力を逆潮流させるように変換回路３０の動作および連系側開閉器３６の開閉を制御する。

　第４期間（図２の場合、２０時～０時）では、第１～第３の電力変換装置３，５，７は連系給電路１１から遮断される。

　以上説明した本実施形態の電力供給システム１によれば、連系給電路１１の下流側に接続された第２および第３の電力変換装置５，７は、連系給電路１１の上流側への逆潮流が防止されているので、負荷９に対して優先的に電力供給することになる。すなわち、需要家内の負荷９の消費電力には、第２および第３の電力変換装置５，７に接続された蓄電池４および燃料電池６からの出力が優先的に用いられる。したがって、第１の電力変換装置３は、太陽電池２の発電電力を電力系統８に逆潮流することで積極的に売電できる。また、負荷９の消費電力が燃料電池６の発電電力と蓄電池４の放電電力との合計を超えるときには、不足分を賄うように、第１の電力変換装置３は太陽電池２の発電電力を負荷９に供給することができる。

　また、本実施形態では、第３の電力変換装置７に接続された第２の発電装置として、電気エネルギーと熱エネルギーとを発生するコージェネレーションシステムを構成する燃料電池６を用いている。したがって、需要家内の負荷９に対して第３の電力変換装置７が最も優先的に電力供給することにより、需要家内で使用される電気エネルギーだけでなく熱エネルギーに関しても、効率的に供給することができる。一方で、売電可能な太陽電池２の発電電力は積極的に売電されるので、結果的に、この電力供給システムによれば光熱費の削減、ＣＯ₂排出量の削減を図ることができる。

　しかも、第２の電力変換装置５は、燃料電池６の発電電力が負荷９の消費電力を下回るときには、蓄電池４に蓄えた電力を出力して不足分を補完するので、電力系統８から供給を受ける電力（買電電力）量を少なく抑えることができる。とくに、図２に例示した運用パターンにおいては、第２の電力変換装置５は、電気料金単価が安くなる深夜時間帯（０時～３時）に、電力系統８からの買電電力を用いて蓄電池４を充電するので、さらなる光熱費の削減に寄与する。

　また、上記構成によれば、夜間や悪天候時などで太陽電池２にて十分な発電電力が見込めないときでも、上述したように電気料金単価が安くなる深夜時間帯に充電した蓄電池４の放電電力と、燃料電池６の出力とで負荷９の消費電力を賄うことができる。したがって、電力系統８から供給を受ける電力（買電電力）量を少なく抑えることができ、光熱費を削減できる。

　ところで、本実施形態の他の構成として、電力供給システム１は、図４に示すように連系給電路１１上に設けられた解列器８１と、停電等の電力系統８の異常の有無を検知する異常検知部８２とをさらに備えていてもよい。解列器８１は、連系給電路１１における第１の電力変換装置３との接続点よりも上流側に設けられている。また、本構成の電力供給システム１は、連系給電路１１における解列器８１よりもさらに上流側に電圧検出器８３を備えている。本構成の異常検知部８２は、電圧検出器８３の出力を受け、停電等の電力系統８の異常の有無を検知する。異常検知部８２は、電力系統８の異常を検知すると、電力系統８を遮断するよう解列器８１を制御し、同時に第１～第３の電力変換装置３，５，７のうち一の電力変換装置（図４の例では第２または第３の電力変換装置５，７）に異常検知信号を送信する。

　異常検知信号を受信した電力変換装置（ここでは第２の電力変換装置５とする）は、連系給電路１１への出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行うように、制御部５５の動作モードを切り替える。つまり、第２の電力変換装置５は、通常時には連系給電路１１の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うが、異常検知部８２からの異常検知信号を受信すると、定電圧制御に切り替わる。なお、定電圧制御時の目標値は可変であってもよい。

　一方、他の電力変換装置（ここでは第１および第３の電力変換装置３，７）は、電力系統８の異常時でも、連系給電路１１の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を継続する。ここで、第１および第３の電力変換装置３，７は、連系給電路１１上の基準となる電圧がなくなると電流制御による動作を継続できないが、連系給電路１１には第２の電力変換装置５からの出力電圧が印加されている。そのため、第１および第３の電力変換装置３，７は、連系給電路１１から電力系統８が遮断された状態で、第２の電力変換装置５の出力電圧を擬似系統（基準電圧）とみなし、電流制御により負荷９への電力供給を行うことになる。

　ここにおいて、電力系統８の異常時における第１～第３の各電力変換装置３，５，７の出力電力のバランスは、太陽電池２、燃料電池６の順にその発電電力を優先的に使用するように設定される。すなわち、第１の電力変換装置３は、最大電力点追従制御を行うことにより太陽電池２の発電電力を最大限取り出すように動作し、第３の電力変換装置７は、負荷９の消費電力からの太陽電池２の発電電力の不足分を燃料電池６の発電電力で賄うように動作する。また、第２の電力変換装置５は、太陽電池２および燃料電池６の発電電力が負荷９の消費電力を超えている場合には余剰電力で蓄電池４を充電し、負荷９の消費電力を下回る場合には不足電力を蓄電池４から放電するように動作する。

　この構成によれば、停電等の電力系統８の異常時、第１～第３の電力変換装置３，５，７のうち一の電力変換装置が異常検知信号を受けて定電圧制御に切り替わることにより、他の電力変換装置は電流制御での動作を継続することができる。そのため、電力系統８の異常時においても、蓄電池４の放電電力だけでなく太陽電池２および燃料電池６の発電電力も負荷９に供給することができ、負荷９への安定した電力供給が可能になる。さらに、太陽電池２の発電電力を優先的に使用することにより、燃料電池６での燃料消費を抑えることができる。

　また、電力系統８の異常時に、異常検知信号を受信して定電圧制御に切り替わる電力変換装置は、第１の電力変換装置３よりも出力電圧が安定している第２または第３の電力変換装置５，７であることが望ましい。言い換えれば、上記“一の電力変換装置”は、第２または第３の電力変換装置５，７のうちのいずれか一方で有ることが好ましい。つまり、第２または第３の電力変換装置５，７は、第１の電力変換装置３のように外部環境（日射量）により出力が停止するようなことなく、他の電力変換装置の電流制御の基準となる電圧を安定して出力することが可能である。とくに、第２の電力変換装置２においては、太陽電池２および燃料電池６の発電電力が負荷９の消費電力を超えている場合、余剰電力を蓄電池４に蓄えて電力不足時に使用することができるという利点もある。つまり、上記“一の電力変換装置”は、蓄電池４に接続された第２の電力変換装置５であることがより好ましい。

　さらに、以下では図５を参照して第１～第３の電力変換装置３，５，７の具体的な構成例を示す。図５は、第１の電力変換装置３におけるＤＣＤＣコンバータ３３およびＤＣＡＣコンバータ３４の回路構成を示しているが、第２，３の電力変換装置５，７においても同様の構成を採用することができる。

　ＤＣＤＣコンバータ３３は、太陽電池２に接続されたインダクタ３３１およびスイッチング素子３３２の直列回路と、ダイオード３３３およびコンデンサ３３４の直列回路とを備えた昇圧チョッパ回路からなる。インダクタ３３１およびスイッチング素子３３２は、インダクタ３３１を太陽電池２の正極側、スイッチング素子３３２を太陽電池２の負極側とするように、太陽電池２に接続されている。ダイオード３３３およびコンデンサ３３４は、インダクタ３３１とスイッチング素子３３２との接続点にダイオード３３３のアノードを接続するように構成されている。また、コンデンサ３３４におけるダイオード３３３と反対側の端子が、太陽電池２の負極側とスイッチング素子３３２との接続点に接続されている。スイッチング素子３３２は、ここでは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）からなり、逆並列にダイオード３３５が接続されている。さらにダイオード３３３にはＩＧＢＴからなる充電用スイッチング素子３３６が並列に接続されている。

　このＤＣＤＣコンバータ３３は、太陽電池２から電力が供給されている状態で、制御部３５がスイッチング素子３３２を高周波でオンオフ制御することにより、コンデンサ３３４の両端に昇圧後の直流電圧を発生する。なお、第２の電力変換装置５のＤＣＤＣコンバータ５３は、蓄電池４の充電時（充電モード）には、スイッチング素子３３２をオフ、充電用スイッチング素子３３６を高周波でオンオフ制御することにより、ＤＣＡＣコンバータ５４からの入力を受けて蓄電池４を充電する。

　ＤＣＡＣコンバータ３４は、ＤＣＤＣコンバータ３３の出力端（コンデンサ３３４の両端）に４つのスイッチング素子３４１～３４４が接続されたフルブリッジ型のインバータ回路からなる。ＤＣＡＣコンバータ３４は、スイッチング素子３４１，３４２の接続点と、スイッチング素子３４３，３４４の接続点との間に、インダクタ３４５、コンデンサ３４６、インダクタ３４７の直列回路からなるＬＣフィルタを有している。各スイッチング素子３４１～３４４は、ここではＩＧＢＴからなり、それぞれ逆並列にダイオード３４８が接続されている。

　このＤＣＡＣコンバータ３４は、ＤＣＤＣコンバータ３３から電力が供給されている状態で、制御部３５がスイッチング素子３４１～３４４をオンオフ制御することにより、コンデンサ３４６の両端に交流電圧を発生する。ＤＣＡＣコンバータ３４の出力端（コンデンサ３４６の両端）は、２点切りの連系側開閉器３６を介して連系出力端３１に接続されている。なお、第２の電力変換装置５のＤＣＡＣコンバータ５４は、蓄電池４の充電時（充電モード）においては、制御部５５がスイッチング素子３４１～３４４をオンオフ制御することにより、ＤＣＤＣコンバータ５３に直流電圧を出力する。直流側（蓄電池４側）から系統側（連系給電路１１側）へ出力するときとＰＷＭ（オンオフ）パターンを逆位相にすることで、スイッチング素子３４１～３４４のオンオフによって、系統側から直流側への電力変換（充電）を行うことができる。

　なお、上記実施形態では、第１～第３の電力変換装置３，５，７は１台ずつ設けられている例を示したが、この例に限らず、第１～第３の電力変換装置３，５，７は複数台ずつ設けられていてもよい。すなわち、電力供給システム１は、少なくとも一つの第１の電力変換装置３と、少なくとも一つの第２の電力変換装置５と、少なくとも一つの第３の電力変換装置７とを備える構成であってもよい。

　（実施形態２）
　本実施形態の電力供給システム１は、第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７とが通信可能に構成されている点で実施形態１の電力供給システム１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については共通の符号を付して適宜説明を省略する。

　本実施形態では、図６に示すように第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７とが通信路１６にて接続されており、第２の電力変換装置５の制御部５５と第３の電力変換装置７の制御部７５とは、通信路１６を介して通信可能に構成されている。なお、第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７との間の通信は、有線に限らず無線式であってもよいし、あるいは連系給電路１１を通信路として用いてもよい。

　ここにおいて、第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７とは、制御部５５，７５同士が互いに通信を行うことにより、連系給電路１１に対する各々の出力電力（第２の電力変換装置５では蓄電池４の充電時の入力電力も含む）を調節する。第２の検出器１５（図１参照）は省略されており、第３の電力変換装置７の制御部７５は、第２の電力変換装置５の制御部５５と連携して、連系給電路１１における第１の検出器１４を設けた箇所で上流側への逆潮流がゼロとなるように目標値を設定する。

　すなわち、両制御部５５，７５は、連系給電路１１における第１の検出器１４を設けた箇所での逆潮流がゼロとなる範囲で、連系給電路１１への出力電力が極力大きくなるように、第２および第３の電力変換装置５，７の出力電力の上限を決定する。このとき、両制御部５５，７５は、第２および第３の電力変換装置５，７から連系給電路１１に供給される電力の合計が、負荷９の消費電力を超えないように第２および第３の電力変換装置５，７の出力電力の上限を制限すればよい。

　そのため、両制御部５５，７５は、蓄電池４の残容量を検出して空き容量がある場合には、蓄電池４の充電用に第２の電力変換装置５で使用される電力分を負荷９の消費電力に上乗せして、第３の電力変換装置７の出力電力の上限を決定する。つまり、第３の電力変換装置７から連系給電路１１への出力電力が負荷９の消費電力を超えている場合、その余剰電力が連系給電路１１を上流側へ逆潮流することがある。このとき、第３の電力変換装置７から逆潮流された余剰電力を第２の電力変換装置５が蓄電池４の充電に使うことにより、連系給電路１１における第１の検出器１４を設けた箇所においては上流側に逆潮流が生じることを防止できる。要するに、本実施形態では、第３の電力変換装置７の出力電力について、連系給電路１１を上流側に逆潮流することが完全に禁止されるのではなく、蓄電池４の充電に使用される場合には逆潮流も許容される。

　次に、本実施形態の電力供給システム１の動作について、電力供給システム１の運用パターンの一例を示して説明する。基本的な動作は、実施形態１において図２および図３に示した運用パターンと同様である。

　実施形態１と異なる点としては、蓄電池４に空き容量があれば、負荷９の消費電力が一時的に減少する際に、第２の電力変換装置５が消費電力の減少分を蓄電池４の充電に用いることにより、第３の電力変換装置７の出力電力を一定に保つことができる。つまり、第２の電力変換装置５は燃料電池６の余剰電力を蓄電池４の充電に用いることにより、第３の電力変換装置７の出力電力を変動させることなく、負荷９の消費電力の変動に対応できる。

　また、毎日決まった時間帯（たとえば深夜時間帯）に電力系統８からの電力で蓄電池４を充電する運用パターンを採用している場合、蓄電池４の残容量が過多であれば、蓄電池４の放電電力を積極的に使うようにしてもよい。たとえば、第３の電力変換装置７が所定の時刻よりも燃料電池６の発電停止のタイミングを早め、且つ、第２の電力変換装置５が蓄電池４の放電電力を連系給電路１１に出力することで燃料電池６の発電停止後の負荷９の消費電力を賄う。

　以上説明した本実施形態の電力供給システム１によれば、蓄電池４と燃料電池６とが組み合わされて使用されることになり、蓄電池４を負荷９のバッファとして用いることができる。これにより、燃料電池６を比較的効率のよい出力領域で継続的に動作させることができ、電力供給システム１全体としての効率の向上を図ることができる。

　また、本実施形態では、連系給電路１１における第２の電力変換装置５、第３の電力変換装置７の順番が逆であってもよい。すなわち、上述の例では、第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７とは、第２の電力変換装置５が上流側となるように連系給電路１１に接続されているが、第３の電力変換装置７が上流側であってもよい。この場合、第１～第３の電力変換装置３，５，７は、上流側から第１の電力変換装置３、第３の電力変換装置７、第２の電力変換装置５の順で連系給電路１１に接続され、第１の検出器１４は第１の電力変換装置３と第３の電力変換装置７との間に設けられる。この構成でも、両制御部５５，７５は、連系給電路１１における第１の検出器１４を設けた箇所での逆潮流がゼロとなる範囲で、連系給電路１１への出力電力が極力大きくなるように、第２および第３の電力変換装置５，７の出力電力の上限を決定する。

　その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

　（実施形態３）
　本実施形態の電力供給システム１は、図７に示すように、電力系統８から切り離された自立給電路１２が連系給電路１１とは別に設けられている点で実施形態１の電力供給システム１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については共通の符号を付して適宜説明を省略する。

　図７の例では、第１～第３の電力変換装置３，５，７は、いずれも電力系統８と連系する連系運転と、電力系統８から切り離される自立運転との２つの運転状態を切替可能に構成されている。さらに、第１の電力変換装置３は、自立運転時に電力の出力端になる自立出力端３２を連系出力端３１とは別に有している。同様に、第２の電力変換装置５は、自立運転時に電力の出力端になる自立出力端５２を連系出力端５１とは別に有し、第３の電力変換装置７は、自立運転時に電力の出力端になる自立出力端７２を連系出力端７１とは別に有している。

　第１～第３の電力変換装置３，５，７は、いずれも自立給電路１２に自立出力端３２，５２，７２を接続しており、自立給電路１２を介して自立出力端３２，５２，７２同士が接続されている。また、各電力変換装置３，５，７はそれぞれ自立側開閉器（図示せず）を有している。各ＤＣＡＣコンバータ３４，５４，７４の交流電力の出力端子は、連系側開閉器３６，５６，７６を介して連系出力端３１，５１，７１に接続され、自立側開閉器を介して自立出力端３２，５２，７２に接続されている。各制御部３５，５５，７５は、連系運転時には連系側開閉器３６，５６，７６を接続して自立側開閉器を遮断し、自立運転時には自立側開閉器を接続して連系側開閉器３６，５６，７６を遮断する。

　第１～第３の電力変換装置３，５，７は、停電等の電力系統８の異常の有無を検知する異常検知部（図示せず）を有しており、異常検知部の検知結果に応じて連系運転・自立運転を自動的に切り替える。つまり、各制御部３５，５５，７５は、電力系統８の正常時には連系運転を選択し、停電等の電力系統８の異常時に自立運転に切り替える。

　連系給電路１１と自立給電路１２とのそれぞれには負荷９が接続される。図７の例では、連系給電路１１および自立給電路１２と負荷９との間には、負荷９の接続先を連系給電路１１と自立給電路１２とで切り替える切替器１３が設けられている。これにより、連系運転時には負荷９を連系給電路１１に接続し、自立運転時には負荷９を自立給電路１２に接続するように切替器１３を切り替えることによって、負荷９をつなぎ替える手間を省くことができる。

　切替部１３は、人の操作により手動で切り替わる構成であってもよいが、本実施形態では人の操作によらずに自動的に切り替わる構成を採用する。具体的には、切替部１３はリレーからなり、連系給電路１１を通して電力系統８から供給される電力を利用してコイルが励磁されることにより、負荷９の接続先を連系給電路１１と自立給電路１２とで切り替える。つまり、切替部１３は、電力系統８の正常時には、電力系統８からの供給電力によりコイルが励磁されて負荷９を連系給電路１１に接続し、停電等の電力系統８の異常時には負荷９を自立給電路１２に接続する。

　なお、自立給電路１２は、電気機器からなる負荷９に直接接続されることは必須ではなく、負荷９を着脱可能に接続可能なコンセント（図示せず）に接続されてもよい。また、切替器１３が省略され、負荷９およびコンセントは連系給電路１１と自立給電路１２とのそれぞれに個別に接続されていてもよい。この場合、連系給電路１１には各電力変換装置の連系運転時に使用可能なコンセントが接続され、自立給電路１２には各電力変換装置の自立運転時に使用可能な自立専用コンセントが接続される。

　ここにおいて、本実施形態では、第１～第３の電力変換装置３，５，７のうち１台の電力変換装置（第１～第３の電力変換装置３，５，７のうち一の電力変換装置；ここでは第２の電力変換装置５とする）は、自立運転時に、自立給電路１２へ出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行う。他の電力変換装置（ここでは第１および第３の電力変換装置３，７）は、自立運転時に、自立給電路１２の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行う。なお、定電圧制御時の目標値は可変であってもよい。

　すなわち、第２の電力変換装置５は、電力系統８の異常を検知すると、制御部５５の動作モードを電流制御から定電圧制御に切り替える。つまり、第２の電力変換装置５は、連系運転時には連系給電路１１の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うが、電力系統８の異常を検知して自立運転に切り替わると、自動的に定電圧制御に切り替わる。

　一方、第１および第３の電力変換装置３，７は、電力系統８の異常を検知して自立運転に切り替わると、自立給電路１２の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行う。ここで、自立給電路１２には第２の電力変換装置５からの出力電圧が印加されている。そのため、第１および第３の電力変換装置３，７は、第２の電力変換装置５の出力電圧を擬似系統（基準電圧）とみなし、電流制御により負荷９への電力供給を行うことになる。

　この構成によれば、停電等の電力系統８の異常時、第１～第３の電力変換装置３，５，７のうち一の電力変換装置が定電圧制御に切り替わることにより、他の電力変換装置は電流制御での動作を継続することができる。そのため、電力系統８の異常時においても、蓄電池４の放電電力だけでなく太陽電池２および燃料電池６の発電電力も負荷９に供給することができ、負荷９への安定した電力供給が可能になる。さらに、電力変換装置３，５，７は、電力系統８の異常を検知する機能（異常検知部）を有するので、別途、電力系統８の異常の有無を検知する装置を設ける必要がなく、システム構成の簡略化を図ることができる。なお、上記“一の電力変換装置（自立運転時に定電圧制御を行う電力変換装置）”は、出力電圧が安定している第２または第３の電力変換装置５，７のうちのいずれか一方で有ることが好ましい。特に、上記“一の電力変換装置”は、蓄電池４に接続された第２の電力変換装置５であることが好ましい。

　また、連系運転時と自立運転時とで負荷９の接続先を連系給電路１１と自立給電路１２とで切り替える切替部１３が設けられているので、負荷９をつなぎ替える手間を省くことができる。しかも、切替部１３は、電力系統８の異常の有無に応じて負荷９の接続先を自動的に切り替えるので、人が切替部１３を切り替える手間もかからない。なお、切替部１３は、第１～第３の電力変換装置３，５，７のうち１台の電力変換装置（ここでは第２の電力変換装置５とする）からの切替信号を受信し、負荷９の接続先を連系給電路１１と自立給電路１２とで切り替える構成であってもよい。

　ここにおいて、本実施形態の他の例として、第１～第３の電力変換装置３，５，７は、一部の電力変換装置（ここでは第２の電力変換装置５とする）のみが連系運転と自立運転との２つの運転状態を切替可能に構成されていてもよい。この場合、連系運転と自立運転との切替機能を持たない電力変換装置（ここでは第１および第３の電力変換装置３，７）は、図８に示すように外部切替器としてのリレー１７，１８を介して、連系給電路１１および自立給電路１２に接続される。外部切替器としてのリレー１７，１８は、第２の電力変換装置５により制御され、第１および第３の電力変換装置３，７の連系出力端３１の接続先を連系給電路１１と自立給電路１２とで切り替える。

　図８の例では、連系運転と自立運転とを切替可能な第２の電力変換装置５は、自立運転時に、自立給電路１２へ出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行う。他の電力変換装置（ここでは第１および第３の電力変換装置３，７）は、連系給電路１１または自立給電路１２の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行う。なお、定電圧制御時の目標値は可変であってもよい。

　すなわち、第２の電力変換装置５は、電力系統８の異常を検知すると、制御部５５の動作モードを電流制御から定電圧制御に切り替える。つまり、第２の電力変換装置５は、連系運転時には連系給電路１１の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うが、電力系統８の異常を検知して自立運転に切り替わると、自動的に定電圧制御に切り替わる。このとき、第２の電力変換装置５は、外部切替器としてのリレー１７，１８を制御して、第１および第３の電力変換装置３，７の連系出力端３１の接続先を連系給電路１１から自立給電路１２へ切り替える。

　一方、第１および第３の電力変換装置３，７は、自立給電路１２の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行う。ここで、自立給電路１２には第２の電力変換装置５からの出力電圧が印加されている。そのため、第１および第３の電力変換装置３，７は、第２の電力変換装置５の出力電圧を擬似系統（基準電圧）とみなし、電流制御により負荷９への電力供給を行うことになる。

　この構成によれば、停電等の電力系統８の異常時、運転状態を切替可能な電力変換装置と切替不可能な電力変換装置とを組み合わせて動作させることができる。そのため、電力系統８の異常時においても、蓄電池４の放電電力だけでなく太陽電池２および燃料電池６の発電電力も負荷９に供給することができ、負荷９への安定した電力供給が可能になる。なお、上記“一の電力変換装置（連系運転と自立運転との切替機能を有する電力変換装置）”は、出力電圧が安定している第２または第３の電力変換装置５，７のうちのいずれか一方で有ることが好ましい。特に、上記“一の電力変換装置”は、蓄電池４に接続された第２の電力変換装置５であることが好ましい。

　ところで、電力供給システム１は、連系給電路１１または自立給電路１２に負荷９が複数接続されている場合、電力供給の対象となる負荷９を選択するための構成を備えていてもよい。

　すなわち、図９Ａに示すように、連系給電路１１に複数（ここでは３つ）の負荷９１～９３が接続されている場合、連系給電路１１と各負荷９１～９３との間には、負荷遮断器１１３が挿入される。さらに、この電力供給システム１は、複数の負荷９１～９３への供給電力を検出するための電流センサ１１１と、負荷９１～９３への供給電力に応じて負荷遮断器１１３を制御する負荷選択部１１２とを備えている。ここで、負荷選択部１１２は、複数の負荷９１～９３について予め設定された優先順位を記憶する記憶部（図示せず）を有している。

　図９Ａの構成では、負荷選択部１１２は、電流センサ１１１で検出される複数の負荷９１～９３への供給電力（合計）を監視し、この供給電力が所定の閾値を超えた場合に、優先順位の低い負荷９１～９３から順に負荷遮断器１１３を遮断する。たとえば、負荷９１，９２，９３の順に高くなるように優先順位が設定されている場合、負荷選択部１１２は、供給電力が閾値を超えるとまず優先順位の最も低い負荷９１が接続された負荷遮断器１１３を遮断し、負荷９１への電力供給を停止する。この状態でもなお供給電力が閾値を超えていると、負荷選択部１１２は次に優先順位の低い負荷９２が接続された負荷遮断器１１３を遮断し、負荷９２への電力供給を停止する。

　また、他の例として、電力供給システム１は、負荷選択部１１２が第１～第３の電力変換装置３，５，７に内蔵され、図９Ｂに示すように第１～第３の電力変換装置３，５，７からの制御信号により負荷遮断部１１３が制御されるように構成されていてもよい。図９Ｂの構成では、第１～第３の電力変換装置３，５，７内の負荷選択部は、各電力変換装置３，５，７の出力電力と負荷９への供給電力（合計）との両方を監視している。負荷選択部は、出力電力と供給電力との差分が所定の閾値以下になると、優先順位の低い負荷９１～９３から順に負荷遮断器１１３を遮断する。

　上述したように、電力供給の対象となる負荷９を選択するための構成が設けられていることにより、電力供給システム１は、自立運転時等で負荷９に供給可能な電力の上限が限られている場合に、優先順位の高い負荷９に対して安定した電力供給が可能になる。

　その他の構成および機能は実施形態１と同様である。また、本実施形態は、第２の電力変換装置５と第３の電力変換装置７とが通信可能な実施形態２と組み合わされてもよい。

Claims

　電力系統へ逆潮流可能な電力を発生させる第１の発電装置に接続され、当該第１の発電装置の発電電力の電力変換を行う第１の電力変換装置と、蓄電池に接続され当該蓄電池の充放電を行う第２の電力変換装置と、前記電力系統へ逆潮流不可能な電力を発生させる第２の発電装置に接続され、当該第２の発電装置の発電電力の電力変換を行う第３の電力変換装置とを備え、上流に前記電力系統が接続された連系給電路の下流に接続されている負荷に電力供給する電力供給システムであって、
　前記第１～第３の電力変換装置は、前記連系給電路に対して前記第１の電力変換装置が最上流側となるように接続されており、
　前記電力供給システムは、前記連系給電路における前記第１の電力変換装置の接続点と前記第２および前記第３の電力変換装置のうち前記上流側に接続された一方の電力変換装置の接続点との間に設けられ、前記連系給電路を前記上流側に流れる逆潮流電力を検出する第１の検出器を備えており、
　前記第２の電力変換装置は、前記第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記蓄電池の充放電を制御し、前記第３の電力変換装置は、前記第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記連系給電路への出力電力を制御することを特徴とする電力供給システム。
　前記第２および前記第３の電力変換装置は、前記連系給電路に対して前記第２の電力変換装置が前記上流側となるように接続されており、
　前記電力供給システムは、前記連系給電路における前記第２の電力変換装置の接続点と前記第３の電力変換装置の接続点との間に設けられ、前記連系給電路を前記上流側に流れる逆潮流電力を検出する第２の検出器をさらに備え、
　前記第２の電力変換装置は、前記第１の検出器に接続され、当該第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記蓄電池の充放電を制御し、
　前記第３の電力変換装置は、前記第２の検出器に接続され、当該第２の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記連系給電路への出力電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
　前記第２および前記第３の電力変換装置のうち前記上流側に接続された一方の電力変換装置は、前記第１の検出器に接続され、
　前記第２および前記第３の電力変換装置は、互いに通信することにより、前記第１の検出器で検出される逆潮流電力がゼロとなるように前記蓄電池の充放電を制御し、且つ前記第３の電力変換装置から前記連系給電路への出力電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
　前記第２の発電装置は、電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生するコージェネレーションシステムであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
　前記第１の発電装置は太陽電池であって、前記第２の発電装置は燃料電池であり、
　前記第１の電力変換装置は、前記太陽電池の発電電力の余剰分を前記電力系統に逆潮流することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電力供給システム。
　前記電力供給システムは、前記連系給電路における前記第１の電力変換装置との接続点よりも上流側に設けられた解列器と、前記電力系統の異常を検知すると前記解列器を遮断し、且つ前記第１～第３の電力変換装置のうち一の電力変換装置に異常検知信号を送信する異常検知部とをさらに備え、
　前記一の電力変換装置は、前記異常検知信号を受信すると前記連系給電路への出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行い、他の電力変換装置は、前記連系給電路の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の電力供給システム。
　前記第１～第３の電力変換装置は、いずれも前記連系給電路を介して前記負荷に電力供給する連系運転と、前記電力系統から切り離された自立給電路を介して前記負荷に電力供給する自立運転とを切替可能であって、
　前記第１～第３の電力変換装置のうち一の電力変換装置は、前記自立運転時に前記自立給電路への出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行い、他の電力変換装置は、前記自立運転時に前記自立給電路の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の電力供給システム。
　前記第１～第３の電力変換装置のうち一の電力変換装置は、前記連系給電路を介して前記負荷に電力供給する連系運転と、前記電力系統から切り離された自立給電路を介して前記負荷に電力供給する自立運転とを切替可能であって、他の電力変換装置は、接続先を前記連系給電路と前記自立給電路とで切り替える外部切替器を介して前記連系給電路および前記自立給電路に接続されており、
　前記一の電力変換装置は、前記自立運転時に前記自立給電路への出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行い、且つ前記外部切替器を前記自立給電路側に切り替え、前記他の電力変換装置は、前記自立給電路の電圧を検出し当該電圧に合わせて電流を出力する電流制御を行うことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の電力供給システム。
　前記負荷は複数あって、
　前記複数の前記負荷の各々への電力供給路に挿入された負荷遮断器と、前記複数の前記負荷について優先順位を記憶する記憶部と、前記複数の前記負荷への供給電力に応じて前記優先順位の低い前記負荷から順に前記負荷遮断器を遮断する負荷選択部とをさらに備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の電力供給システム。