WO2013088799A1

WO2013088799A1 - 電力供給システムおよび充放電用パワーコンディショナ

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Publication number: WO2013088799A1
Application number: PCT/JP2012/073051
Authority: WO
Inventors: 田村　秀樹; 小新　博昭; 和憲木寺
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2013-06-20
Also published as: EP2793352A1; JP5903622B2; EP2793352B1; EP2793352A4; JP2013146171A

Abstract

　自立運転時、発電用パワーコンディショナは太陽電池の発電電力が最大となるように最大電力点追従制御を行い、充放電用パワーコンディショナは電圧検出部で検出される自立給電路の電圧が目標値となるように定電圧制御を行う。発電用パワーコンディショナの出力電力が負荷の消費電力より大きい場合、電圧検出部の検出電圧が目標値より大きくなるので、充放電用パワーコンディショナの制御部は、蓄電池を充電するように充放電回路を制御する。発電用パワーコンディショナの出力電力が負荷の消費電力より小さい場合、検出電圧が目標値より小さくなるので、制御部は、蓄電池を放電するように充放電回路を制御する。

Description

電力供給システムおよび充放電用パワーコンディショナ

　本発明は、電力系統との連系運転と自立運転とを切替可能な電力供給システムおよび充放電用パワーコンディショナに関する。

　太陽電池等の発電源からの直流電力を交流電力に変換する電力変換器を有するパワーコンディショナを備え、商用電源の電力系統だけでなく、パワーコンディショナ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、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、パワーコンディショナは、連系運転時には太陽電池の出力を電力変換器（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、パワーコンディショナからの出力電力で賄えない不足分の電力は、商用電力の電力系統から供給される。また、パワーコンディショナは、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太陽電池からの電力を電力変換器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、一般的なパワーコンディショナは自立運転時の最大出力が制限されており（たとえば１．５ｋＶＡ）、自立運転時に使用可能な負荷（自立負荷）は、消費電力がパワーコンディショナの最大出力以下となる負荷に制限されるため、負荷の選択の自由度は低くなる。しかも、消費電力がパワーコンディショナの最大出力以下となる負荷を使用していたとしても、日射量の低下により太陽電池の発電電力が負荷の消費電力を下回る（発電電力＜消費電力）と、パワーコンディショナの出力は停止することがある。

　本発明は上記事由に鑑みて為されており、自立運転時に、太陽電池の発電電力が負荷の消費電力を下回った場合でも負荷への電力供給を継続できる電力供給システムおよび充放電用パワーコンディショナ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、太陽電池からの電力を変換して電力系統と連系する連系運転および前記電力系統から切り離される自立運転を切替可能な発電用パワーコンディショナと、前記自立運転時に前記発電用パワーコンディショナからの電力供給路になる自立給電路に接続される充放電用パワーコンディショナとを備え、前記充放電用パワーコンディショナは、蓄電池の充放電を行う充放電回路と、前記自立給電路の電圧を検出する電圧検出部と、前記自立運転時において前記電圧検出部の検出電圧が所定の目標値となるように前記充放電回路を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記検出電圧が前記目標値より大きければ前記自立給電路からの電力で前記蓄電池を充電し、前記検出電圧が前記目標値より小さければ前記蓄電池からの電力を前記自立給電路に供給するように前記充放電回路を制御することを特徴とする。

　言い換えれば、本発明の電力供給システムは、電力系統に接続される連系給電路および前記電力系統から切り離される自立給電路を含む給電路と；太陽電池からの電力を変換して前記連系給電路に出力する連系運転および前記自立給電路に接続されて前記電力系統から切り離される自立運転を切替可能な発電用パワーコンディショナと；前記自立給電路に接続される充放電用パワーコンディショナと、を備え、前記充放電用パワーコンディショナは、蓄電池の充放電を行う充放電回路と、前記自立給電路の電圧を検出する電圧検出部と、前記自立運転時において前記電圧検出部の検出電圧が所定の目標値となるように前記充放電回路を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記検出電圧が前記目標値より大きければ前記自立給電路からの電力で前記蓄電池を充電し、前記検出電圧が前記目標値より小さければ前記蓄電池からの電力を前記自立給電路に供給するように前記充放電回路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、前記発電用パワーコンディショナは、前記自立運転時において前記太陽電池から最大出力を取り出す最大電力点追従制御を行うことが望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記発電用パワーコンディショナは、前記自立運転時において前記自立給電路への出力電圧を第１の目標値に維持する定電圧制御を行い、前記充放電用パワーコンディショナは前記電圧検出部の検出電圧を前記目標値としての第２の目標値に維持するように前記充放電回路を制御し、前記第２の目標値は前記第１の目標値より小さく設定されていることがより望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記目標値は所定の幅を有しており、前記制御部は、前記検出電圧が前記目標値の上限より大きければ前記自立給電路からの電力で前記蓄電池を充電し、前記検出電圧が前記目標値の下限より小さければ前記蓄電池からの電力を前記自立給電路に供給し、前記検出電圧が前記目標値の上限と下限との間の範囲内にあれば前記充放電回路が動作を停止するように、前記充放電回路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、前記充放電用パワーコンディショナは、前記自立運転時において前記蓄電池の残容量が所定の上限値以上になると、前記発電用パワーコンディショナから前記自立給電路への出力を停止させることがより望ましい。

　この電力供給システムにおいて、前記充放電用パワーコンディショナは、前記目標値を第１の設定値と第２の設定値とで切り替える切替部をさらに有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、前記切替部は、前記自立運転開始時における前記発電用パワーコンディショナから前記自立給電路への出力に応じて前記目標値を前記第１の設定値と前記第２の設定値とで自動的に切り替えることがより望ましい。

　本発明の充放電用パワーコンディショナは、太陽電池からの電力を変換して電力系統と連系する連系運転および電力系統から切り離される自立運転を切替可能な発電用パワーコンディショナが接続された給電路であって、前記自立運転時に前記発電用パワーコンディショナからの電力供給路になる自立給電路に接続され、蓄電池の充放電を行う充放電回路と、前記自立給電路の電圧を検出する電圧検出部と、前記自立運転時において前記電圧検出部の検出電圧が所定の目標値となるように前記充放電回路を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記検出電圧が前記目標値より大きければ前記自立給電路からの電力で前記蓄電池を充電し、前記検出電圧が前記目標値より小さければ前記蓄電池からの電力を前記自立給電路に供給するように前記充放電回路を制御することを特徴とする。

　言い換えれば、本発明の充放電用パワーコンディショナは、本発明の電力供給システムに適用される充放電用パワーコンディショナであって、自立給電路に接続されており、当該自立給電路は、太陽電池からの電力を変換して電力系統と連系する連系運転および前記電力系統から切り離される自立運転を切替可能なように発電用パワーコンディショナが接続された給電路において、前記自立運転時に前記発電用パワーコンディショナからの電力供給路になる給電路であり、当該充放電用パワーコンディショナは、自身に接続された蓄電池の充放電を行う充放電回路と、前記自立給電路の電圧を検出する電圧検出部と、前記自立運転時において前記電圧検出部の検出電圧が所定の目標値となるように前記充放電回路を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記検出電圧が前記目標値より大きければ前記自立給電路からの電力で前記蓄電池を充電し、前記検出電圧が前記目標値より小さければ前記蓄電池からの電力を前記自立給電路に供給するように前記充放電回路を制御することを特徴とする。

　この充放電用パワーコンディショナにおいて、前記目標値を第１の設定値と第２の設定値とで切り替える切替部をさらに有し、当該切替部は、前記自立運転開始時における前記発電用パワーコンディショナから前記自立給電路への出力に応じて前記目標値を前記第１の設定値と前記第２の設定値とで自動的に切り替えることが望ましい。

　本発明は、自立運転時に、太陽電池の発電電力が負荷の消費電力を下回った場合でも負荷への電力供給を継続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回路図である。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太陽電池の特性の説明図である。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構成を示す回路図である。実施形態４に係る電力供給システムの構成を示す回路図である。

　（実施形態１）
　本実施形態の電力供給システム１は、図２に示すように、太陽電池２と、太陽電池２に接続された発電用パワーコンディショナ３と、蓄電池４と、蓄電池４に接続された充放電用パワーコンディショナ５とを備えている。また、電力系統６に接続された連系給電路７と、電力系統６から切り離された自立給電路８とを備えている。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。

　発電用パワーコンディショナ３および充放電用パワーコンディショナ５は、いずれも商用電源の電力系統（商用系統）６と連系する「連系運転」と、電力系統６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、発電用パワーコンディショナ３は、第１出力端３１と、第２出力端３２とを個別に有している。同様に、充放電用パワーコンディショナ５は、第１出力端５１と、第２出力端５２とを個別に有している。各パワーコンディショナの構成については後述する。

　本実施形態では、発電用パワーコンディショナ３および充放電用パワーコンディショナ５は、いずれも電力系統６が接続された連系給電路７に第１出力端３１，５１を直接接続し、電力系統６から切り離された自立給電路８に第２出力端３２，５２を直接接続している。したがって本実施形態では、第１出力端３１，５１は、連系運転時に電力の出力端となり、第２出力端３２，５２は、自立運転時に電力の出力端となる。つまり、本実施形態では、発電用パワーコンディショナ３と充放電用パワーコンディショナ５とは、連系給電路７を介して第１出力端３１，５１同士が接続され、自立給電路８を介して第２出力端３２，５２同士が接続されている。これにより、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３および充放電用パワーコンディショナ５は、電力系統６と連系する連系運転と、電力系統６から切り離される自立運転との２つの運転状態（接続状態）を切替可能に構成されている。

　連系給電路７と自立給電路８とのそれぞれには負荷９が接続されている。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、パワーコンディショナあるいは電力系統６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７および自立給電路８は、電気機器からなる負荷９に直接接続されてい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）に接続されていてもよい。この場合、連系給電路７には各パワーコンディショナ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８には各パワーコンディショナ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。

　本実施形態の発電用パワーコンディショナ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、リレーからなる第１開閉器３６および第２開閉器３７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、第１開閉器３６を介して第１出力端３１に接続され、第２開閉器３７を介して第２出力端３２に接続されている。したがって、本実施形態では、電力変換器３０における交流電力の出力端子は、第１開閉器３６を介して連系給電路７に接続され、第２開閉器３７を介して自立給電路８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からの直流電力を交流電力に変換して第１出力端３１または第２出力端３２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７または自立給電路８に出力する電力変換器３０を構成する。

　制御部３５は、連系運転時には第１開閉器３６を接続して第２開閉器３７を遮断し、自立運転時には第２開閉器３７を接続して第１開閉器３６を遮断する。本実施形態の制御部３５は、第１開閉器３６および第２開閉器３７の接続状態を切り替えることで、電力系統６に接続される連系運転と電力系統６から切り離される自立運転とを切り替える。さらに、制御部３５は、連系運転から自立運転に切り替える際、連系給電路７上に設けられた解列器（図示せず）を遮断する。なお、連系給電路７上には、停電等の電力系統６の異常の有無を検知する異常検知部（図示せず）が設けられており、制御部３５は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、制御部３５は、電力系統６の正常時には連系運転（電力系統６に接続される状態）を選択し、停電などの電力系統６の異常時に自立運転（電力系統６から切り離される状態）に切り替える。また、発電用パワーコンディショナ３は、一般的に単独運転防止用に停電等の電力系統６の異常の有無を検知する停電検知部（図示せず）を内蔵しているので、制御部３５は、この停電検知部の検知結果に応じて連系運転・自立運転を切り替えてもよい。

　充放電用パワーコンディショナ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、リレーからなる第１開閉器５６および第２開閉器５７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、第１開閉器５６を介して第１出力端５１に接続され、第２開閉器５７を介して第２出力端５２に接続されている。つまり、本実施形態では、充放電回路５０における交流電力の出力端子は、第１開閉器５６を介して連系給電路７に接続され、第２開閉器５７を介して自立給電路８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に出力し、蓄電池４の充電時にはＤＣＡＣコンバータ５４からの直流電力を降圧して蓄電池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からの直流電力を交流電力に変換して第１出力端５１または第２出力端５２に出力する。また、このＤＣＡＣコンバータ５４は、蓄電池４の充電時には第１出力端５１または第２出力端５２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７または自立給電路８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７または自立給電路８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７または自立給電路８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、連系運転時には第１開閉器５６を接続して第２開閉器５７を遮断し、自立運転時には第２開閉器５７を接続して第１開閉器５６を遮断する。本実施形態の制御部５５は、第１開閉器５６および第２開閉器５７の接続状態を切り替えることで、電力系統６に接続される連系運転と電力系統６から切り離される自立運転とを切り替える。なお、制御部５５は、連系給電路７上に設けられた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、制御部５５は、電力系統６の正常時には連系運転を選択し、停電などの電力系統６の異常時に自立運転に切り替える。

　上記構成により、電力系統６の正常時には、発電用パワーコンディショナ３と充放電用パワーコンディショナ５と電力系統６との少なくとも一つからの電力が、連系給電路７を通して負荷９に供給される。また、電力系統６の異常時には、発電用パワーコンディショナ３と充放電用パワーコンディショナ５との少なくとも一方からの電力が、自立給電路８を通して負荷９に供給される。なお、連系給電路７および自立給電路８のいずれにおいても、発電用パワーコンディショナ３よりも充放電用パワーコンディショナ５の方が負荷９寄りに接続されている。

　次に、本実施形態における発電用パワーコンディショナ３および充放電用パワーコンディショナ５のより具体的な構成について、図１を参照して説明する。

　発電用パワーコンディショナ３の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のアノードが接続されている。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。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。

　発電用パワーコンディショナ３の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点切りの第２開閉器３７を介して第２出力端３２に接続されている。

　ところで、太陽電池２は、発電電力が一定ではなく図３に示すように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、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３は、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum PowerPoint Tracking）制御の機能を有している。最大電力点追従制御は、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制御であって周知の技術であるから、詳しい説明は省略する。なお、図３では、横軸を太陽電池２の出力電圧、縦軸を太陽電池２の発電電力として日射強度が比較的小さいときの特性を「Ａ１」、日射強度が比較的大きいときの特性を「Ａ２」で表しており、黒丸は発電電力が最大となる最適点を示している。

　ここで、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３は、少なくとも自立運転時（電力系統６から切り離された状態）においては、最大電力点追従制御を行う。具体的には、発電用パワーコンディショナ３は、太陽電池２の出力電圧を検出する電圧検出部３５１と、ＤＣＡＣコンバータ３４の出力電流を検出する電流検出部３５２とを備え、電圧検出部３５１および電流検出部３５２の出力が制御部３５に入力されている。図１の例では、電圧検出部３５１はＤＣＤＣコンバータ３３における太陽電池２の接続点の電圧を検出し、電流検出部３５２はＤＣＡＣコンバータ３４におけるスイッチング素子３４１，３４２の接続点とインダクタ３４５との間に設けられている。

　制御部３５は、これら電圧検出部３５１、電流検出部３５２の検出結果に基づいて電力変換器（ＤＣＤＣコンバータ３３およびＤＣＡＣコンバータ３４）３０を制御し、最大電力点追従制御を実現する。なお、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、電力変換器３０の動作を制御するための各機能を実現する。

　このような構成により、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３は、第２開閉器３７が接続（オン）されて自立給電路８に接続された状態において、最大電力点追従制御を行う。

　なお、図１には示していないが、発電用パワーコンディショナ３の第１出力端３１は、２点切りの第１開閉器３６を介して、ＤＣＡＣコンバータ３４の出力端（コンデンサ３４６の両端）に接続されている（図２参照）。そして、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３は、第１開閉器３６が接続（オン）されて連系給電路７に接続された状態においても、最大電力点追従制御を行うよう構成されている。

　充放電用パワーコンディショナ５のＤＣＤＣコンバータ５３は、蓄電池４に接続されたインダクタ５３１およびスイッチング素子５３２の直列回路と、ダイオード５３３およびコンデンサ５３４の直列回路とを備えている。インダクタ５３１およびスイッチング素子５３２は、インダクタ５３１を蓄電池４の正極側、スイッチング素子５３２を蓄電池４の負極側とするように、蓄電池４に接続されている。ダイオード５３３およびコンデンサ５３４は、インダクタ５３１とスイッチング素子５３２との接続点にダイオード５３３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５３４におけるダイオード５３３と反対側の端子が、蓄電池４の負極側とスイッチング素子５３２との接続点に接続されている。スイッチング素子５３２は、ここではＩＧＢＴからなり、逆並列にダイオード５３５が接続されている。さらにダイオード５３３にはＩＧＢＴからなる充電用スイッチング素子５３６が並列に接続されている。

　このＤＣＤＣコンバータ５３は、蓄電池４の放電時（放電モード）においては、制御部５５がスイッチング素子５３２を高周波でオンオフ制御することにより、コンデンサ５３４の両端に昇圧後の直流電圧を発生する。また、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５３２をオフ、充電用スイッチング素子５３６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から入力を受け降圧後の直流電圧で蓄電池４を充電する。

　充放電用パワーコンディショナ５のＤＣＡＣコンバータ５４は、ＤＣＤＣコンバータ５３のコンデンサ５３４の両端に４つのスイッチング素子５４１～５４４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５４は、スイッチング素子５４１，５４２の接続点と、スイッチング素子５４３，５４４の接続点との間に、インダクタ５４５、コンデンサ５４６、インダクタ５４７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５４１～５４４は、ここではＩＧＢＴからなり、それぞれ逆並列にダイオード５４８が接続されている。

　このＤＣＡＣコンバータ５４は、蓄電池４の放電時（放電モード）においては、制御部５５がスイッチング素子５４１～５４４をオンオフ制御することにより、コンデンサ５４６の両端に交流電圧を発生する。コンデンサ５４６の両端は、２点切りの第２開閉器５７を介して第２出力端５２に接続されている。また、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５４１～５４４をオフにすることにより、ＤＣＤＣコンバータ５３に直流電圧を出力する。

　ここで、本実施形態の充放電用パワーコンディショナ５は、自立運転時において、蓄電池４の充放電を切り替えることにより、自立給電路８の電圧（実効値）を一定に維持する定電圧制御を行う。具体的には、充放電用パワーコンディショナ５は、第２出力端５２の電圧を検出する電圧検出部５５１を備え、電圧検出部５５１の出力が制御部５５に入力されている。図１の例では、電圧検出部５５１はＤＣＡＣコンバータ５４におけるインダクタ５４５－コンデンサ５４６の接続点とコンデンサ５４６－インダクタ５４７の接続点とに接続され、コンデンサ５４６の両端電圧を検出している。

　制御部５５は、電圧検出部５５１の検出結果に基づいて充放電回路（ＤＣＤＣコンバータ５３およびＤＣＡＣコンバータ５４）５０を制御し、第２出力端５２の電圧を一定に維持する定電圧制御を実現する。つまり、制御部５５は、所定の目標値に電圧検出部５５１の検出電圧（検出結果）を維持するように、検出電圧が目標値よりも小さければ放電モードで充放電回路５０を動作させ、検出電圧が目標値よりも大きければ充電モードで充放電回路５０を動作させる。このとき、制御部５５は、検出電圧と目標値との差分の大きさに応じて、出力電力の大きさを変化させる。なお、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。

　なお、図１には示していないが、充放電用パワーコンディショナ５の第１出力端５１は、２点切りの第１開閉器５６を介して、ＤＣＡＣコンバータ５４の出力端（コンデンサ５４６の両端）に接続されている（図２参照）。そして、本実施形態の充放電用パワーコンディショナ５は、第１開閉器５６が接続（オン）されて連系給電路７に接続された状態においても、定電圧制御を行う。

　次に、電力系統６の異常時（自立運転時）における本実施形態の電力供給システム１の動作について説明する。

　すなわち、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３および充放電用パワーコンディショナ５は、電力系統６の異常を検知すると、第２開閉器３７，５７を接続して自立給電路８を介して互いに接続され、自動的に自立運転に切り替わる。この状態で、発電用パワーコンディショナ３は太陽電池２の発電電力が最大となるように最大電力点追従制御を行い、充放電用パワーコンディショナ５は自立給電路８の電圧が一定となるように定電圧制御を行う。

　発電用パワーコンディショナ３から自立給電路８への出力電力（以下、「生成電力」という）が、自立給電路８に接続されている負荷９での消費電力（以下、「負荷電力」という）よりも大きい場合、負荷電力は全て生成電力で賄われる。このとき、自立給電路８においては発電用パワーコンディショナ３からの電力供給が負荷９への電力供給に対して過剰になるので、自立給電路８の電圧が定格より上昇して、電圧検出部５５１の検出電圧が目標値より大きくなる。

　そのため、充放電用パワーコンディショナ５は、充放電回路５０を充電モードで動作させ、自立給電路８から入力される交流電力を直流電力に変換して蓄電池４に出力することにより、生成電力と負荷電力との差分である余剰電力を用いて蓄電池４を充電する。つまり制御部５５は、検出電圧が目標値より大きければ、自立給電路８からの電力で蓄電池４を充電するように充放電回路５０を制御する。ここでは、充放電用パワーコンディショナ５は、電圧検出部５５１の検出電圧と目標値との差分が大きいほど蓄電池４への出力が大きくなるように、検出電圧と目標値との差分の大きさに応じて出力電力の大きさを変化させる。

　一方、生成電力が負荷電力よりも小さい場合、負荷電力は生成電力と充放電用パワーコンディショナ５からの出力電力とで賄われる。このとき、自立給電路８においては発電用パワーコンディショナ３からの電力供給が負荷９への電力供給に対して不足するので、自立給電路８の電圧が定格より低下して、電圧検出部５５１の検出電圧が目標値より小さくなる。

　そのため、充放電用パワーコンディショナ５は、充放電回路５０を放電モードで動作させ、蓄電池４から入力される直流電力を交流電力に変換して自立給電路８に出力することにより、負荷電力と生成電力との差分である不足電力を蓄電池４の放電電力で補う。つまり制御部５５は、検出電圧が目標値より小さければ、蓄電池４からの電力を自立給電路８に供給するように充放電回路５０を制御する。ここでは、充放電用パワーコンディショナ５は、電圧検出部５５１の検出電圧と目標値との差分が大きいほど自立給電路８への出力が大きくなるように、検出電圧と目標値との差分の大きさに応じて出力電力の大きさを変化させる。

　また、生成電力が負荷電力と略等しい場合、負荷電力は全て生成電力で賄われる。このとき、自立給電路８においては発電用パワーコンディショナ３からの電力供給が負荷９への電力供給とつり合うので、自立給電路８の電圧は定格となり、電圧検出部５５１の検出電圧が目標値と略一致する。そのため、充放電用パワーコンディショナ５は、充放電回路５０の動作を停止し、蓄電池４の充電、放電をいずれも停止する。

　このように、本実施形態の電力供給システム１においては、電力系統６の異常時（自立運転時）、発電用パワーコンディショナ３からの出力電力（生成電力）の変動に影響されることなく、負荷９へ安定して電力供給可能になる。

　なお、充放電用パワーコンディショナ５は、たとえば「１００Ｖ±２Ｖ」というように、ある程度の幅を有する目標値が設定されていてもよい。この場合、充放電用パワーコンディショナ５は、検出電圧が目標値の上限（ここでは１０２Ｖ）を超えると充放電回路５０を充電モードで動作させ、検出電圧が目標値の下限（ここでは９８Ｖ）を下回ると充放電回路５０を放電モードで動作させる。充放電用パワーコンディショナ５は、検出電圧が目標値の上限と下限との間の範囲内にあれば充放電回路５０の動作を停止する。

　なお、本実施形態の電力供給システム１は、電力系統６の異常時だけでなく、電力系統６の正常時（連系運転時）においても、発電用パワーコンディショナ３が最大電力点追従制御を行い、充放電用パワーコンディショナ５が定電圧制御を行う構成となっている。これにより、連系運転時において、生成電力（発電用パワーコンディショナ３からの出力電力）が負荷電力よりも小さい場合、不足電力は充放電用パワーコンディショナ５からの出力電力と電力系統６からの供給電力とで賄われる。つまり、蓄電池４の残容量が十分でない場合には電力系統６から負荷９へ電力供給する。このとき、充放電用パワーコンディショナ５は、充放電回路５０を充電モードで動作させ、電力系統６からの供給電力を用いて蓄電池４を充電してもよい。また、連系運転時において生成電力が負荷電力よりも大きい場合、蓄電池４が満充電状態にあれば、発電用パワーコンディショナ３は余剰電力を電力系統６へ逆潮流して売電してもよい。

　以上説明した構成の電力供給システム１によれば、自立運転時、発電用パワーコンディショナ３は最大電力点追従制御を適用しているので、定電圧制御を適用する場合に比べて、太陽電池２の発電電力を無駄なく有効に利用することができる。つまり、発電用パワーコンディショナ３は、太陽電池２の発電電力が最大となる最適点（最大電力点）を追従するので、自立給電路８に接続されている負荷９の状態にかかわらず、太陽電池２の発電電力を効率的に取り出すことができる。

　しかも、充放電用パワーコンディショナ５は、自立運転時、自立給電路８の電圧を一定に維持する定電圧制御を行うので、発電用パワーコンディショナ３からの出力電力（生成電力）の変動に影響されることなく、負荷９へは安定した電力供給が可能になる。つまり、発電用パワーコンディショナ３が最大電力点追従制御を行うことで発電用パワーコンディショナ３からの出力電力は変動するものの、この変動分を充放電用パワーコンディショナ５によって吸収することができる。したがって、自立給電路８に接続されている負荷９においては、自立給電路８から安定した電力供給を受けることが可能になる。

　また、充放電用パワーコンディショナ５は、自立運転時に余剰電力を用いて蓄電池４を充電するので、負荷９の消費電力が太陽電池２の発電電力を上回るときには、蓄電池４に蓄えた電力を用いて負荷９を動作させることができる。そのため、自立運転時に使用可能な負荷９は、消費電力が発電用パワーコンディショナ３の最大出力を超える負荷であってもよく、負荷の選択の自由度が高くなる。さらに、日射量の低下や消費電力の大きな負荷９が接続されたことに起因して太陽電池２の発電電力が負荷９の消費電力を下回ることがあっても、充放電用パワーコンディショナ５により負荷９への電力供給を継続可能であり、負荷９へ安定して電力供給できる。

　（実施形態２）
　本実施形態の電力供給システム１は、図４に示すように、発電用パワーコンディショナ３の第１出力端３１と、連系給電路７および自立給電路８との間に、接続切替器１０を設けている。また、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３は、第１出力端３１から電力を出力するモードにおいて、最大電力点追従制御を行うよう構成されている。なお、最大電力点追従制御を行うための電圧検出部３５１、電流検出部３５２などの構成は、実施形態１と同様である。つまり、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３では、第１出力端３１が、図１における電力変換器３０の出力端（コンデンサ３４６の両端）に接続されている。なお、本実施形態の充放電用パワーコンディショナ５の構成は、実施形態１と同様である。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４に示す本実施形態の構成では、接続切替器１０は、第１出力端３１と連系給電路７との間に挿入された第１の連結開閉器（連系側開閉器）１０１、および第１出力端３１と自立給電路８との間に挿入された第２の連結開閉器（自立側開閉器）１０２を有している。つまり、電力変換器３０における交流電力の出力端子は、第１の連結開閉器１０１を介して連系給電路７に接続され、第２の連結開閉器１０２を介して自立給電路８に接続されている。この接続切替器１０は、充放電用パワーコンディショナ５の制御部５５からの切替信号に応じて、第１および第２の連結開閉器１０１，１０２を択一的に接続し、第１出力端３１の接続先を連系給電路７と自立給電路８とで切り替える。

　この構成では、発電用パワーコンディショナ３の連系運転（電力系統６と連係する状態）・自立運転（電力系統６から切り離された状態）の切替が接続切替器１０によって行われるのであって、制御部３５は、連系運転・自立運転の別にかかわらず第１開閉器３６を接続して第２開閉器３７を遮断する。すなわち、発電用パワーコンディショナ３は、第１出力端３１のみから出力を行うのであって、その出力を、連系運転時には第１の連結開閉器１０１を介して連系給電路７に供給し、自立運転時には第２の連結開閉器１０２を介して自立給電路８に供給する。

　ここで、市場に提供されている一般的なパワーコンディショナは、第１出力端（連系出力端）から電力を出力するモードでは、最大電力点追従制御を行い、第２出力端（自立出力端）から電力を出力するモードでは、負荷の動作電圧を確保するために、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構成されている。したがって、図４に示す本実施形態の構成によれば、電力供給システム１は、一般的なパワーコンディショナを発電用パワーコンディショナ３として用いることができる。要するに、図４の構成では、発電用パワーコンディショナ３は、常に第１出力端３１が使用されるので、接続切替器１０にて連系運転・自立運転のどちらに切り替わっても、最大電力点追従制御を行うことになる。したがって、最大電力点追従制御用の出力端（第１出力端）および定電圧制御用の出力端（第２出力端）を備えたパワーコンディショナを用いながらも、このパワーコンディショナに常に最大電力点追従制御を行わせることができる。なお、接続切替器１０は、外部からの切替信号を受ける構成に限らず、たとえば停電等の電力系統６の異常の有無を検知する異常検知部（図示せず）を具備し、異常検知部の検知結果に応じて連系運転・自立運転を切り替える構成であってもよい。

　本実施形態の電力供給システム１でも、自立運転時、発電用パワーコンディショナ３は最大電力点追従制御を適用しているので、定電圧制御を適用する場合に比べて、太陽電池２の発電電力を無駄なく有効に利用することができる。

　また、充放電用パワーコンディショナ５は、自立運転時、自立給電路８の電圧を一定に維持する定電圧制御を行うので、発電用パワーコンディショナ３からの出力電力（生成電力）の変動に影響されることなく、負荷９へは安定した電力供給が可能になる。したがって、自立給電路８に接続されている負荷９においては、自立給電路８から安定した電力供給を受けることが可能になる。

　また、充放電用パワーコンディショナ５は、自立運転時において、余剰電力を用いて蓄電池４を充電するので、負荷９の消費電力が太陽電池２の発電電力を上回るときには、蓄電池４に蓄えた電力を用いて負荷９を動作させることができる。そのため、自立運転時に使用可能な負荷９は、消費電力が発電用パワーコンディショナ３の最大出力を超える負荷であってもよく、負荷の選択の自由度が高くなる。さらに、日射量の低下や消費電力の大きな負荷９が接続されたことに起因して太陽電池２の発電電力が負荷９の消費電力を下回ることがあっても、充放電用パワーコンディショナ５により負荷９への電力供給を継続可能であり、負荷９へ安定して電力供給できる。

　なお、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３は、第２出力端３２を備えていなくてもよい。

　（実施形態３）
　本実施形態の電力供給システム１は、図５に示すように電力系統６と発電用パワーコンディショナ３と充放電用パワーコンディショナ５とに接続された切替盤１１を備えている。以下、実施形態２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。

　本実施形態においては、図５に示すようにさらに分電盤１２が設けられており、電力系統６と発電用パワーコンディショナ３と充放電用パワーコンディショナ５とは、切替盤１１および分電盤１２を介して負荷９に接続される。分電盤１２は主幹ブレーカ（図示せず）および複数の分岐ブレーカ（図示せず）を有しており、分岐ブレーカごとに１以上の負荷９が接続可能に構成されている。

　ここで、本実施形態では、連系給電路と自立給電路とが個別に設けられるのではなく、分電盤１２に接続された一つの給電路１３に対して、電力系統６と発電用パワーコンディショナ３と充放電用パワーコンディショナ５とが切替盤１１を介して接続されている。切替盤１１は、図５に示すように電力系統６と給電路１３との間に挿入された系統側開閉器１１１と、発電用パワーコンディショナ３と給電路１３との間に挿入された発電側開閉器１１２とを有している。つまり、給電路１３は、系統側開閉器１１１を介して電力系統６と接続されている。また、発電用パワーコンディショナ３は、発電側開閉器１１２を介して給電路１３と接続されている。また、充放電用パワーコンディショナ５は、切替盤１１を介して給電路１３に常時接続されている。

　すなわち、給電路１３と電力系統６との接続状態は、切替盤１１の系統側開閉器１１１にて切り替えられ、給電路１３は、系統側開閉器１１１が接続（オン）された状態で連系給電路、系統側開閉器１１１が遮断（オフ）された状態では自立給電路として機能する。そのため、発電側開閉器１１２が接続（オン）されていれば、発電用パワーコンディショナ３は、系統側開閉器１１１が接続された状態では連系運転を行い、系統側開閉器１１１が遮断された状態では自立運転を行う。同様に、充放電用パワーコンディショナ５は、系統側開閉器１１１が接続された状態では連系運転を行い、系統側開閉器１１１が遮断された状態では自立運転を行う。

　ここで、本願明細書における「連系運転」、「自立運転」は、発電用パワーコンディショナ３の動作モードを表すのではなく、発電用パワーコンディショナ３と電力系統６との接続状態を表している。要するに、本願明細書では、発電用パワーコンディショナ３が電力系統６に繋がれて電力系統６と連系する状態を「連系運転」といい、発電用パワーコンディショナ３が電力系統６から切り離された状態を「自立運転」という。一般的な発電用パワーコンディショナ３は、第１出力端３１から出力を行う連系運転モードと、第２出力端３２から出力を行う自立運転モードとの２つの動作モードを有しているが、動作モードは、電力系統６との接続状態を表す「連系運転」、「自立運転」とは別である。つまり、発電用パワーコンディショナ３は、たとえば電力系統６から切り離された「自立運転」の状態にあっても、連系運転モードと自立運転モードとのいずれの動作モードも選択可能である。

　なお、本実施形態の発電用パワーコンディショナ３は、動作モードを切り替えるためのスイッチ（図示せず）を備えており、このスイッチが操作されることにより、連系運転モード（第１開閉器３６が接続されて第２開閉器３７が遮断された状態）と自立運転モード（第１開閉器３６が遮断されて第２開閉器３７が接続された状態）とが手動で切り替わる。そのため、たとえば自立運転時（電力系統６から切り離された状態）において蓄電池４の残容量がなくなった場合、発電用パワーコンディショナ３は、動作モードが連系運転モードから自立運転モードに切り替えられることにより電力を確保できる。つまり、発電用パワーコンディショナ３は、自立運転モードで動作することにより、第２出力端３２に接続された専用の自立給電路（図示せず）に電力を供給できる（この点は、第２実施形態の発電用パワーコンディショナ３も同様である）。

　ただし以下では、発電用パワーコンディショナ３は、連系運転・自立運転の別にかかわらず、発電側開閉器１１２が接続された状態では常に第１開閉器３６を接続して第２開閉器３７を遮断した連系運転モードで動作すると仮定する。すなわち、発電用パワーコンディショナ３は、給電路１３に対しては第１出力端３１のみから出力を行うのであって、第１出力端３１が発電側開閉器１１２に常時接続される。同様に、充放電用パワーコンディショナ５は、給電路１３に対しては第１出力端５１のみから出力を行うのであって、第１出力端５１が給電路１３に常時接続される。

　ところで、本実施形態の電力供給システム１は、充放電用パワーコンディショナ５が、切替盤１１との通信機能を有しており、少なくとも制御信号により系統側開閉器１１１および発電側開閉器１１２の開閉制御を可能に構成されている。

　すなわち、充放電用パワーコンディショナ５の制御部５５（図１参照）は、停電等の電力系統６の異常の有無に応じて連系運転・自立運転を自動的に切り替える。つまり、制御部５５は、電力系統６の正常時には系統側開閉器１１１を接続（オン）して連系運転を行い、停電などの電力系統６の異常時に系統側開閉器１１１を遮断（オフ）して自立運転を行う。具体的には、充放電用パワーコンディショナ５は、単独運転防止用に停電等の電力系統６の異常の有無を検知する停電検知部（図示せず）を内蔵しており、制御部５５は、この停電検知部から検知結果（異常）を受けて系統側開閉器１１１を遮断し、自立運転に切り替える。また、系統側開閉器１１１が遮断されていても電力系統６の復旧（復電）を検知できるように、切替盤１１内における系統側開閉器１１１の上流側（電力系統６側）には、復電を検知する復電検知部１１３が設けられている。復電検知部１１３の検知結果は充放電用パワーコンディショナ５に出力されており、制御部５５は、この復電検知部１１３の検知結果（復電）を受けて系統側開閉器１１１を接続し、連系運転に切り替える。

　また、充放電用パワーコンディショナ５は、図５に示すように、自身に接続されている蓄電池４の残容量（充電量）を監視する残容量監視部５９を有している。残容量監視部５９は、たとえば蓄電池４の電圧を計測することにより、蓄電池４の残容量を監視する。以下では、蓄電池４が満充電状態となるときの蓄電池４の残容量を「上限値」という。

　充放電用パワーコンディショナ５の制御部５５（図１参照）は、連系運転時には発電側開閉器１１２を常時接続（オン）し、自立運転時においては、蓄電池４の残容量に応じて発電側開閉器１１２を開閉制御する。ここでは、制御部５５は、自立運転時において、残容量監視部５９で監視されている残容量が上限値未満であれば発電側開閉器１１２を接続し、残容量が上限値以上になると発電側開閉器１１２を遮断（オフ）する。つまり、充放電用パワーコンディショナ５は、電力系統６の異常時（自立運転時）において、蓄電池４が満充電状態になると、発電用パワーコンディショナ３から給電路（自立給電路）１３への出力を強制的に停止させる。

　また、充放電用パワーコンディショナ５は、停電検知部で停電などの電力系統６の異常が検知されると、給電路１３への出力を一旦停止し、系統側開閉器１１１を遮断した後で給電路１３の電圧（実効値）を一定に維持する定電圧制御を開始する。そのため、電力系統６の異常が発生すると、少なくとも充放電用パワーコンディショナ５および電力系統６から給電路１３への電力供給は一時的に停止する。さらに、充放電用パワーコンディショナ５は、復電検知部１１３で電力系統６の復旧（復電）が検知されると、給電路１３への出力を一旦停止し、系統側開閉器１１１を接続した後で連系運転を再開する。

　さらに本実施形態では、電力系統６の正常時（連系運転時）においても、発電用パワーコンディショナ３が最大電力点追従制御を行い、充放電用パワーコンディショナ５が定電圧制御を行っている。

　ここで、発電用パワーコンディショナ３は、最大電力点追従制御時においては、給電路１３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ので、給電路１３上の基準となる電圧がなくなると電流制御（最大電力点追従制御）を継続できない。したがって、電力系統６の異常が発生して充放電用パワーコンディショナ５および電力系統６から給電路１３への電力供給が停止すると、発電用パワーコンディショナ３は、基準となる給電路１３の電圧がなくなるため給電路１３への出力を停止する。これにより、発電用パワーコンディショナ３は、電力系統６の異常時（自立運転時）における単独運転を防止している。同様に、電力系統６の復旧時にも、充放電用パワーコンディショナ５および電力系統６から給電路１３への電力供給が一時的に停止するので、発電用パワーコンディショナ３は、給電路１３への出力を一時的に停止する。

　ここで、本実施形態の電力供給システム１の具体的な回路構成の一例を図６に示す。図６の例では、第２出力端３２，５２（図１参照）および第２開閉器３７，５７（図１参照）の図示を省略し、また分電盤１２（図５参照）の図示も省略している。

　図６の電力供給システム１は、発電用パワーコンディショナ３の第１出力端３１が発電側開閉器１１２を介して給電路１３に接続されている点、および充放電用パワーコンディショナ５の第１出力端５１が給電路１３に接続されている点で実施形態２と相違する。また、図６に示す電力供給システム１は、充放電用パワーコンディショナ５が残容量監視部５９を有し、制御部５５が残容量監視部５９の出力に基づいて発電側開閉器１１２を開閉制御する点でも、実施形態２とは相違する。図６においては、残容量監視部５９は、ＤＣＤＣコンバータ５３における蓄電池４側の入力端間に接続され、蓄電池４の両端電圧を計測することにより蓄電池４の残容量を監視し、結果を制御部５５に出力するよう構成されている。

　次に、本実施形態の電力供給システム１の動作について説明する。

　まず、電力系統６の正常時（非停電時）においては、切替盤１１は系統側開閉器１１１と発電側開閉器１１２との両方が接続状態にある。このとき、電力系統６と発電用パワーコンディショナ３と充放電用パワーコンディショナ５とはいずれも給電路１３を介して分電盤１２に接続されており、発電用パワーコンディショナ３および充放電用パワーコンディショナ５は連系運転を行う。

　一方、電力系統６に停電等の異常が発生すると、充放電用パワーコンディショナ５は、停電検知部の検知結果（異常）を受けて給電路１３への出力を停止し、これに伴って、発電用パワーコンディショナ３も給電路１３への出力を停止する。このとき、充放電用パワーコンディショナ５は、切替盤１１に制御信号を出力して、系統側開閉器１１１を遮断（オフ）し、電力系統６と分電盤１２とを解列する。

　その後、充放電用パワーコンディショナ５は、自立運転に切り替わり給電路１３の電圧（実効値）を一定に維持する定電圧制御を開始し、電力系統６と略同じ周波数且つ振幅の交流波形を給電路１３に出力する。これにより、発電用パワーコンディショナ３は、給電路１３から電力系統６が遮断された状態で、充放電用パワーコンディショナ５の出力電圧を擬似系統（基準電圧）とみなし、連系運転時と同様に最大電力点追従制御により給電路１３への出力を開始する。つまり、発電用パワーコンディショナ３は、給電路１３から電力系統６が遮断された自立運転時においても、連系運転時と同様に連系運転モード（第１出力端３１から電力を出力するモード）にて動作する。

　この状態（自立運転時）において、発電用パワーコンディショナ３は太陽電池２の発電電力が最大となるように最大電力点追従制御を行い、充放電用パワーコンディショナ５は給電路１３の電圧が一定となるように定電圧制御を行う。すなわち、発電用パワーコンディショナ３からの出力電力（生成電力）が、負荷９での消費電力（負荷電力）よりも大きい場合、充放電用パワーコンディショナ５は、生成電力と負荷電力との差分である余剰電力を用いて蓄電池４を充電する。ここで、生成電力および負荷電力は変動するので、負荷電力がゼロの場合を考慮して、蓄電池４としては、充電時の最大許容電力が生成電力の最大値以上である蓄電池を用いることが望ましい。これにより、充放電量パワーコンディショナ５は、自立運転時において負荷電力がゼロであったとしても、生成電力を全て蓄電池４の充電に使用することができる。一方、生成電力が負荷電力よりも小さい場合、充放電用パワーコンディショナ５は、負荷電力と生成電力との差分である不足電力を蓄電池４の放電電力で補う。

　さらに自立運転時、充放電用パワーコンディショナ５は、残容量監視部５９で監視されている蓄電池４の残容量が上限値以上になると、制御信号により発電側開閉器１１２を遮断（オフ）して発電用パワーコンディショナ３と給電路１３とを解列する。これにより、発電用パワーコンディショナ３から給電路１３への出力である生成電力がゼロになるので、充放電用パワーコンディショナ５は、負荷電力を全て蓄電池４の放電電力で補う。放電により蓄電池４の残容量が減って上限値未満になると、充放電用パワーコンディショナ５は、発電側開閉器１１２を接続（オン）して発電用パワーコンディショナ３から給電路１３への出力を再開させる。

　また、電力系統６が復旧（復電）すると、充放電用パワーコンディショナ５は、復電検知部１１３の検知結果（復電）を受けて給電路１３への出力を停止し、これに伴って、発電用パワーコンディショナ３も給電路１３への出力を停止する。このとき、充放電用パワーコンディショナ５は、切替盤１１に制御信号を出力して、系統側開閉器１１１を接続（オン）し、電力系統６と分電盤１２とを接続する。さらに、充放電用パワーコンディショナ５は、発電側開閉器１１２が遮断されている場合には、発電側開閉器１１２についても接続状態に戻す。

　その後、充放電用パワーコンディショナ５は、連系運転に切り替わり給電路１３の電圧（実効値）を一定に維持する定電圧制御を開始し、電力系統６と略同じ周波数且つ振幅の交流波形を給電路１３に出力する。また、発電用パワーコンディショナ３は、電力系統６から給電路１３への供給電圧を基準とし、自立運転時と同様に連系運転モード（第１出力端３１から電力を出力するモード）にて動作し最大電力点追従制御により給電路１３への出力を開始する。

　以上説明した本実施形態の構成によれば、連系運転・自立運転の切替が切替盤１１によって行われるのであって、発電用パワーコンディショナ３の制御部３５は、連系運転・自立運転の別にかかわらず常に連系運転モード（第１出力端３１から電力を出力するモード）にて動作できる。ここで、一般に流通しているパワーコンディショナは、連系運転モードでは最大電力点追従制御を行い、自立運転モード（第２出力端３２から電力を出力するモード）では負荷の動作電圧を確保するために、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構成されている。したがって、本実施形態の構成によれば、電力供給システム１は、一般に流通しているパワーコンディショナを発電用パワーコンディショナ３として用いることができる。要するに、本実施形態の構成では、発電用パワーコンディショナ３は、常に連系運転モードで動作できるので、切替盤１１にて連系運転・自立運転のどちらに切り替わっても、最大電力点追従制御を行うことになる。したがって、最大電力点追従制御用の出力端（第１出力端３１）および定電圧制御用の出力端（第２出力端３２）を備えたパワーコンディショナを用いながらも、常にこのパワーコンディショナに最大電力点追従制御を行わせることができる。

　また、自立運転時において、充放電用パワーコンディショナ５は、蓄電池４の残容量が上限値以上になると、発電用パワーコンディショナ３から給電路１３への出力を停止させるので、蓄電池４の過充電を防止することができる。すなわち、蓄電池４が満充電状態にあれば、発電用パワーコンディショナ３から給電路１３への出力は停止するので、充放電用パワーコンディショナ５は、余剰電力によって蓄電池４を満充電状態からさらに充電することを防止できる。

　なお、自立運転時において蓄電池４の残容量が所定の上限値以上になったときに、充放電用パワーコンディショナ５が発電用パワーコンディショナ３から自立給電路への出力を停止させる構成は、実施形態１，２にも適用可能である。

　例えば、実施形態１においては、発電用パワーコンディショナ３の制御部３５と充放電用パワーコンディショナ５の制御部５５とを通信可能に構成する。そして、充放電用パワーコンディショナ５に、蓄電池４の残容量を監視する残容量監視部５９を設ける。充放電用パワーコンディショナ５の制御部５５は、自立運転時において蓄電池４の残容量が上限値以上になると、制御部３５を介して、発電用パワーコンディショナ３の第１開閉器３６および第２開閉器３７を遮断（オフ）する。これにより、発電用パワーコンディショナ３から給電路（連系給電路７および自立給電路８）への出力を停止させる。

　また、実施形態２においては、充放電用パワーコンディショナ５に、蓄電池４の残容量を監視する残容量監視部５９を設ける。充放電用パワーコンディショナ５の制御部５５は、自立運転時において蓄電池４の残容量が上限値以上になると、第１の連結開閉器１０１および第２の連結開閉器１０２を遮断（オフ）する。これにより、発電用パワーコンディショナ３から給電路（連系給電路７および自立給電路８）への出力を停止させる。

　また、電力供給システム１は、発電用パワーコンディショナ３を１台に限らず複数台備えていてもよい。この場合、発電用パワーコンディショナ３の各々に接続される発電装置としては、太陽電池２に限らず、燃料電池など太陽電池２以外の発電装置が含まれていてもよい。発電用パワーコンディショナ３が複数台ある場合、発電側開閉器１１２は各発電用パワーコンディショナ３ごとに設けられ、充放電用パワーコンディショナ５は、自立運転時に蓄電池４の残容量が所定の上限値以上になると全ての発電側開閉器１１２を遮断する。

　さらに、発電用パワーコンディショナ３が複数台ある場合、蓄電池４としては、充電時の最大許容電力が、発電用パワーコンディショナ３から給電路１３への出力電力（生成電力）の総和の最大値以上である蓄電池を用いることが望ましい。これにより、充放電用パワーコンディショナ５は、自立運転時において、負荷９での消費電力（負荷電力）がゼロであったとしても、蓄電池４が満充電状態にない限りは生成電力を蓄電池４の充電に使用することができる。

　また、電力供給システム１は、系統側開閉器１１１と発電側開閉器１１２とを上述したように切替盤１１に収納することは必須ではなく、個々別々に切替装置として備えていてもよい。さらに、系統側開閉器１１１および発電側開閉器１１２は分電盤１２内に設けられていてもよく、この場合、電力系統６と発電用パワーコンディショナ３と充放電用パワーコンディショナ５とは、分電盤１２に接続された給電路１３に対して直接接続される。

　なお、充放電用パワーコンディショナ５は、停電（電力系統６の異常）については内蔵の停電検知部で検知し、復電については外付けの復電検知部１１３で検知しているが、この構成に限らず、停電と復電との両方を外付けの復電検知部１１３で検知してもよい。

　その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

　（実施形態４）
　本実施形態の電力供給システム１は、発電用パワーコンディショナ３が自立運転時に第２出力端３２からの出力電圧を一定に維持する定電圧制御を行う点で実施形態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、発電用パワーコンディショナ３は、図７に示すように第２出力端３２の電圧を検出する電圧検出部３５３を備え、電圧検出部３５３の出力が制御部３５に入力されている。図７の例では、電圧検出部３５３はＤＣＡＣコンバータ３４におけるスイッチング素子３４１，３４２の接続点と、スイッチング素子３４３，３４４の接続点との間の電圧を検出している。

　発電用パワーコンディショナ３の制御部３５は、電圧検出部３５３の検出電圧（検出結果）に基づいて電力変換器（ＤＣＤＣコンバータ３３およびＤＣＡＣコンバータ３４）３０を制御し、第２出力端３２の電圧を一定に維持する定電圧制御を実現する。つまり、制御部３５は、所定の目標値に電圧検出部３５３の検出電圧を維持するように、検出電圧が目標値よりも小さければ出力を大きくし、検出電圧が目標値よりも大きければ出力を小さくするように電力変換器３０を動作させる。

　なお、発電用パワーコンディショナ３は、連系運転時には最大電力点追従制御を行うので、図７では図示を省略するが実施形態１で説明した電圧検出部３５１および電流検出部３５２も備えている。

　また、本実施形態では、充放電用パワーコンディショナ５は実施形態１と同様に、自立運転時において、蓄電池４の充放電を切り替えることにより、自立給電路８の電圧（実効値）を一定に維持する定電圧制御を行う。ただし、充放電用パワーコンディショナ５の定電圧制御用の目標値（以下、「第２の目標値」という）は、発電用パワーコンディショナ３の定電圧制御用の目標値（以下、「第１の目標値」という）よりも小さく（第２の目標値＜第１の目標値）設定されている。

　すなわち、発電用パワーコンディショナ３および充放電用パワーコンディショナ５は、電力系統６の異常を検知すると、第２開閉器３７，５７を接続して自立給電路８を介して互いに接続され、自動的に自立運転に切り替わる。この状態で、発電用パワーコンディショナ３は第２出力端３２からの出力電圧が第１の目標値となるように定電圧制御を行い、充放電用パワーコンディショナ５は自立給電路８の電圧が第２の目標値となるように定電圧制御を行う。

　発電用パワーコンディショナ３から自立給電路８への出力電力（以下、「生成電力」という）が、自立給電路８に接続されている負荷９での消費電力（以下、「負荷電力」という）よりも大きい場合、負荷電力は全て生成電力で賄われる。このとき、発電用パワーコンディショナ３は、定電圧制御を行うことにより、自立給電路８の電圧を第１の目標値に維持するように動作するので、充放電用パワーコンディショナ５の電圧検出部５５１の検出電圧は第２の目標値（＜第１の目標値）より大きくなる。

　そのため、充放電用パワーコンディショナ５は、充放電回路５０を充電モードで動作させ、自立給電路８から入力される交流電力を直流電力に変換して蓄電池４に出力することにより、蓄電池４を充電する。ここでは、充放電用パワーコンディショナ５は、電圧検出部５５１の検出電圧と第２の目標値との差分が大きいほど蓄電池４への出力が大きくなるように、検出電圧と第２の目標値との差分の大きさに応じて出力電力の大きさを変化させる。

　一方、生成電力が負荷電力よりも小さくなると、発電用パワーコンディショナ３は、定電圧制御を行うものの、過負荷状態となり自立給電路８の電圧を第１の目標値に維持することができず、自立給電路８の電圧が第１の目標値から低下する。これにより、電圧検出部５５１の検出電圧が第２の目標値より小さくなると、充放電用パワーコンディショナ５は、充放電回路５０を放電モードで動作させ、蓄電池４から入力される直流電力を交流電力に変換して自立給電路８に出力し、蓄電池４を放電する。ここでは、充放電用パワーコンディショナ５は、電圧検出部５５１の検出電圧と第２の目標値との差分が大きいほど自立給電路８への出力が大きくなるように、検出電圧と第２の目標値との差分の大きさに応じて出力電力の大きさを変化させる。

　また、電圧検出部５５１の検出電圧が第２の目標値と一致するときには、充放電用パワーコンディショナ５は、充放電回路５０の動作を停止し、蓄電池４の充電、放電をいずれも停止する。

　このように、本実施形態の電力供給システム１においては、第２の目標値が第１の目標値よりも小さく設定されていることにより、電力系統６の異常時、太陽電池２の発電電力が十分にあれば、基本的に充放電用パワーコンディショナ５は蓄電池４を充電する。また、日射量の低下や消費電力の大きな負荷９が接続されたことに起因して太陽電池２の発電電力が負荷９の消費電力を下回った場合には、充放電用パワーコンディショナ５は蓄電池４を放電することで、負荷９へ安定して電力供給できる。

　なお、充放電用パワーコンディショナ５は、たとえば「９７Ｖ±２Ｖ」というように、ある程度の幅を有する第２の目標値が設定されていてもよい。この場合、充放電用パワーコンディショナ５は、検出電圧が第２の目標値の上限（ここでは９９Ｖ）を超えると充放電回路５０を充電モードで動作させ、検出電圧が第２の目標値の下限（ここでは９５Ｖ）を下回ると充放電回路５０を放電モードで動作させる。充放電用パワーコンディショナ５は、検出電圧が第２の目標値の上限と下限との間の範囲内にあれば充放電回路５０の動作を停止する。ただし、この場合の第２の目標値は、上限値が第１の目標値（たとえば１００Ｖ）よりも小さく設定される。

　以上説明した構成の電力供給システム１によれば、充放電用パワーコンディショナ５は、第２の目標値が第１の目標値よりも小さく設定されていることにより、自立運転時、太陽電池２の発電電力が十分にあれば、基本的に蓄電池４を充電する。したがって、充放電用パワーコンディショナ５は、負荷９の消費電力が太陽電池２の発電電力を上回るときには、蓄電池４に蓄えた電力を用いて負荷９を動作させることができる。そのため、自立運転時に使用可能な負荷９は、消費電力が発電用パワーコンディショナ３の最大出力を超える負荷であってもよく、負荷の選択の自由度が高くなる。さらに、日射量の低下や消費電力の大きな負荷９が接続されたことに起因して太陽電池２の発電電力が負荷９の消費電力を下回ることがあっても、充放電用パワーコンディショナ５により負荷９への電力供給を継続可能であり、負荷９へ安定して電力供給できる。

　しかも、一般に流通しているパワーコンディショナは、第１出力端から電力を出力するモードでは最大電力点追従制御を行い、第２出力端から電力を出力するモードでは、負荷の動作電圧を確保するために、出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行う。そのため、本実施形態の電力供給システム１では、一般に流通しているパワーコンディショナを発電用パワーコンディショナ３として用いることができる。要するに、一般的なパワーコンディショナを発電用パワーコンディショナとして備えた既設の電力供給システムに、蓄電池４および充放電用パワーコンディショナ５を付加することにより、上述した電力供給システム１を実現することができる。

　なお、自立運転時において蓄電池４の残容量が所定の上限値以上になったときに、充放電用パワーコンディショナ５が発電用パワーコンディショナ３から自立給電路への出力を停止させる構成は、本実施形態にも適用可能である。例えば、発電用パワーコンディショナ３の制御部３５と充放電用パワーコンディショナ５の制御部５５とを通信可能に構成し、充放電用パワーコンディショナ５に蓄電池４の残容量を監視する残容量監視部５９を設ける。そして、充放電用パワーコンディショナ５の制御部５５は、自立運転時において蓄電池４の残容量が上限値以上になると、制御部３５を介して、発電用パワーコンディショナ３の第１開閉器３６および第２開閉器３７を遮断（オフ）する。これにより、発電用パワーコンディショナ３から給電路（連系給電路７および自立給電路８）への出力を停止させる。

　その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

　ところで、発電用パワーコンディショナ３が自立運転時に最大電力点追従制御を行う実施形態１～３と、発電用パワーコンディショナ３が自立運転時に定電圧制御を行う実施形態４とでは、充放電用パワーコンディショナ５の構成自体は共通である。ただし、実施形態４においては、充放電用パワーコンディショナ５の定電圧制御用の目標値（第２の目標値）は、発電用パワーコンディショナ３の定電圧制御用の目標値（第１の目標値）よりも小さく設定される必要がある。

　そこで、充放電用パワーコンディショナ５は、たとえばディップスイッチからなる操作部（図示せず）と、操作部の操作に応じて目標値の設定値を切り替える切替部５８（図７参照）とを備え、操作部の操作により目標値を切替可能に構成されていてもよい。これにより、充放電用パワーコンディショナ５は、発電用パワーコンディショナ３に合わせて目標値を切り替えることにより、いずれの発電用パワーコンディショナ３にも対応可能となる。つまり、充放電用パワーコンディショナ５は、負荷９に合わせて決められた第１の設定値を目標値とすることにより、自立運転時に最大電力点追従制御を行う発電用パワーコンディショナ３を備えた電力供給システム１に対応可能となる。一方、充放電用パワーコンディショナ５は、第１の目標値よりも小さく設定された第２の設定値（第２の目標値）を目標値とすることにより、自立運転時に定電圧制御を行う発電用パワーコンディショナ３を備えた電力供給システム１に対応可能となる。

　また、切替部５８は、自立運転開始時における自立給電路８への発電用パワーコンディショナ３からの出力に応じて目標値を自動的に切り替えるように構成されていてもよい。具体的には、充放電用パワーコンディショナ５は、第２開閉器５７における第２出力端５２との接続点の電圧を検出する検出器（図示せず）を有し、自立運転開始時の検出器の検出電圧（検出結果）に応じて発電用パワーコンディショナ３の制御方式を判断する。ここで、切替部５８は、自立運転開始時、第２開閉器５７を遮断（開放）した状態で検出器にて電圧が検出されれば定電圧制御、電圧が検出されなければ最大電力点追従制御であると発電用パワーコンディショナ３の制御方式を判断する。

　すなわち、発電用パワーコンディショナ３は、最大電力点追従制御を行う場合には、自立運転開始時、最適点（最大電力点）をサーチするため、自立給電路８への印加電圧を徐々に上げていくよう動作する。これに対し、定電圧制御を行う場合には、発電用パワーコンディショナ３は、自立運転開始時から自立給電路８に所定の電圧（第１の目標値）を印加する。そのため、発電用パワーコンディショナ３の制御方式は、自立運転開始時における発電用パワーコンディショナ３から自立給電路８への印加電圧の有無により判断可能である。

Claims

　太陽電池からの電力を変換して電力系統と連系する連系運転および前記電力系統から切り離される自立運転を切替可能な発電用パワーコンディショナと、前記自立運転時に前記発電用パワーコンディショナからの電力供給路になる自立給電路に接続される充放電用パワーコンディショナとを備え、
　前記充放電用パワーコンディショナは、蓄電池の充放電を行う充放電回路と、前記自立給電路の電圧を検出する電圧検出部と、前記自立運転時において前記電圧検出部の検出電圧が所定の目標値となるように前記充放電回路を制御する制御部とを有し、
　前記制御部は、前記検出電圧が前記目標値より大きければ前記自立給電路からの電力で前記蓄電池を充電し、前記検出電圧が前記目標値より小さければ前記蓄電池からの電力を前記自立給電路に供給するように前記充放電回路を制御することを特徴とする電力供給システム。
　前記発電用パワーコンディショナは、前記自立運転時において前記太陽電池から最大出力を取り出す最大電力点追従制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
　前記発電用パワーコンディショナは、前記自立運転時において前記自立給電路への出力電圧を第１の目標値に維持する定電圧制御を行い、
　前記充放電用パワーコンディショナは前記電圧検出部の検出電圧を前記目標値としての第２の目標値に維持するように前記充放電回路を制御し、
　前記第２の目標値は前記第１の目標値より小さく設定されてい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。
　前記目標値は所定の幅を有しており、
　前記制御部は、前記検出電圧が前記目標値の上限より大きければ前記自立給電路からの電力で前記蓄電池を充電し、前記検出電圧が前記目標値の下限より小さければ前記蓄電池からの電力を前記自立給電路に供給し、前記検出電圧が前記目標値の上限と下限との間の範囲内にあれば前記充放電回路が動作を停止するように、前記充放電回路を制御す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。
　前記充放電用パワーコンディショナは、前記自立運転時において前記蓄電池の残容量が所定の上限値以上になると、前記発電用パワーコンディショナから前記自立給電路への出力を停止させ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。
　前記充放電用パワーコンディショナは、前記目標値を第１の設定値と第２の設定値とで切り替える切替部をさらに有する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。
　前記切替部は、前記自立運転開始時における前記発電用パワーコンディショナから前記自立給電路への出力に応じて、前記目標値を前記第１の設定値と前記第２の設定値とで自動的に切り替えることを特徴とする請求項６に記載の電力供給システム。
　太陽電池からの電力を変換して電力系統と連系する連系運転および電力系統から切り離される自立運転を切替可能な発電用パワーコンディショナが接続された給電路であって、前記自立運転時に前記発電用パワーコンディショナからの電力供給路になる自立給電路に接続され、
　蓄電池の充放電を行う充放電回路と、前記自立給電路の電圧を検出する電圧検出部と、前記自立運転時において前記電圧検出部の検出電圧が所定の目標値となるように前記充放電回路を制御する制御部とを有し、
　前記制御部は、前記検出電圧が前記目標値より大きければ前記自立給電路からの電力で前記蓄電池を充電し、前記検出電圧が前記目標値より小さければ前記蓄電池からの電力を前記自立給電路に供給するように前記充放電回路を制御することを特徴とする充放電用パワーコンディショナ。
　前記目標値を第１の設定値と第２の設定値とで切り替える切替部をさらに有し、当該切替部は、前記自立運転開始時における前記発電用パワーコンディショナから前記自立給電路への出力に応じて前記目標値を前記第１の設定値と前記第２の設定値とで自動的に切り替えることを特徴とする請求項８に記載の充放電用パワーコンディショナ。