WO2016111080A1 - 電力制御システム - Google Patents

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WO2016111080A1
WO2016111080A1 PCT/JP2015/081209 JP2015081209W WO2016111080A1 WO 2016111080 A1 WO2016111080 A1 WO 2016111080A1 JP 2015081209 W JP2015081209 W JP 2015081209W WO 2016111080 A1 WO2016111080 A1 WO 2016111080A1
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WO
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power
conversion
output
unit
bidirectional
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/081209
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English (en)
French (fr)
Inventor
隆人 小林
山田 和夫
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel

Definitions

  • the present invention relates to a power control system including a plurality of power conversion units.
  • the power generated by the solar cell string can be reversely flowed to the commercial power system and sold to a power supplier. Further, when the power generation amount of the solar cell string is reduced, the power supplied to the power load system can be purchased from the commercial power system or discharged from the power storage device. Furthermore, the power purchased from the commercial power system can be stored in the power storage device.
  • Patent Document 1 discloses a large-scale power conversion system in which a plurality of solar battery panels are connected to a plurality of power conditioners via a switch. .
  • the power conditioner to be operated is gathered and connected to a smaller number of power conditioners by switching the switch. This prevents a decrease in power conversion efficiency.
  • Patent Document 2 discloses a photovoltaic power generation system that controls the power of a solar cell string including a solar cell and a secondary battery connected in parallel with a single power conditioner.
  • the output power value of the power conditioner is controlled based on the detection result of the output of the power conditioner and the state of the secondary battery. Realized.
  • an object of the present invention is to improve the utilization efficiency of generated power in a power control system including a plurality of power conversion units.
  • a power control system includes a power generation device and a power storage device connected to a first current path, a second current path and a first current path connected to a power source.
  • a plurality of power conversion units connected in parallel between the power conversion unit and a conversion control unit for controlling the power conversion operation of the plurality of power conversion units, the output terminal of the power generation device is connected in parallel with the input / output terminal of the power storage device It is set as the structure.
  • the total power value of the first output power output from all the power conversion units is converted into the power by some power conversion units.
  • a determination unit that determines whether or not the total power value of the second output power output from the partial power conversion unit when the operation is performed; and at least one of a front stage and a rear stage of each power conversion unit A connection open / close unit connected in series; and an open / close control unit that controls an open / close operation of the connection open / close unit based on a determination result of the determination unit, wherein the open / close control unit has a total power value of the first output power of the first 2 When it is determined that the output power is equal to or less than the total power value, an open operation is performed on the connection open / close unit connected to at least one of the preceding stage and the subsequent stage of the remaining part of all the power conversion units.
  • the structure to be made may be sufficient.
  • connection opening / closing unit may be connected in series to both the front stage and the rear stage of each power conversion unit.
  • the power control system may further include a bidirectional voltage conversion unit provided between the power storage device and the first energization path, and the conversion control unit may further control a voltage conversion operation of the bidirectional voltage conversion unit. .
  • the power control system includes a plurality of voltage conversions that are provided between the first power supply path and each power conversion unit, and convert the voltage value of the power input from the first power supply path into the rated voltage value of the power conversion unit.
  • the conversion control unit may further be configured to further control voltage conversion operations of the plurality of voltage conversion units.
  • the power conversion unit may be configured to be capable of performing power conversion in both directions between the first energization path and the second energization path.
  • the above power control system may be configured to further include a plurality of insulating transformers provided between each power conversion unit and the second energization path.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a photovoltaic power generation system 100 according to the first embodiment.
  • the photovoltaic power generation system 100 is a power control system that is electrically connected to the commercial power system CS and the power load system LS through, for example, a single-phase three-wire current path, and includes two solar cell strings 1a and 1b and a power storage device. 2 and the grid connection operation by the commercial power system CS are possible. Further, in the photovoltaic power generation system 100, the generated power is converted from direct current to alternating current, and is reversely flowed (output) to the commercial power system CS via the second energization path P2, and the power is sold to the power company. It is possible.
  • Each of the solar cell strings 1a and 1b is a power generation device that includes a plurality of solar cell modules connected in series.
  • the solar cell strings 1a and 1b generate power by receiving sunlight, and the generated DC power is transmitted through the backflow prevention devices 11a and 11b. It outputs to the electric circuit P1.
  • the DC power output from the solar cell strings 1a and 1b to the first current path P1 is referred to as generated power.
  • the backflow prevention devices 11a and 11b are configured by a circuit including a rectifying element such as a diode, for example, and prevent back current from flowing through the solar cell strings 1a and 1b.
  • the solar cell strings 1a and 1b and the power storage device 2 are connected to one end of the first current path P1 as shown in FIG. Further, the output terminals of the solar cell strings 1a, 1b are connected in parallel to the input / output terminals of the power storage device 2 via the backflow prevention devices 11a, 11b. Therefore, power generation of solar cell strings 1a and 1b is controlled such that the operating point voltage becomes the same voltage value as the input / output voltage (eg, 340 to 400 [V]) of power storage device 2.
  • the number of the solar cell strings 1a and 1b provided in the solar power generation system 100 is not limited to the illustration of FIG. 1, and may be one or a plurality of three or more.
  • the structure containing 1 solar cell module may be sufficient as the solar cell strings 1a and 1b.
  • the power storage device 2 is capable of repeatedly storing and discharging, can store at least part of the power flowing through the first current path P1, and discharges DC power corresponding to the power storage amount wa to the first current path P1. You can also.
  • the power flowing through the first energization path P1 and its power value are represented by Wp1.
  • the DC power input from the first current path P1 to the power storage device 2 during power storage is referred to as power storage power
  • the DC power output from the power storage device 2 to the first power path P1 during discharge is referred to as power storage power. This is called discharge power.
  • the configuration of power storage device 2 is not particularly limited, but may include secondary batteries such as lithium secondary batteries, nickel hydride batteries, nickel cadmium batteries, and lead batteries, and include electric double layer capacitors. May be. Moreover, the number of the electrical storage apparatuses 2 is not limited to the illustration of FIG. 1, A plurality may be sufficient.
  • the commercial power system CS is an external power source connected to one end of the second energization path P2 via the third energization path P3.
  • An electric energy meter M is provided in the third energization path P3.
  • the watt-hour meter M is a power detection unit that detects the direction in which power flows in the third energization path P3 and the power value thereof, and outputs a detection signal indicating the detection result to the storage / discharge controller 4 described later.
  • the watt-hour meter M indicates that the solar power generation system 100 is selling power to the commercial power grid CS when power flows from the solar power generation system 100 toward the commercial power grid CS in the third conduction path P3. Detect the amount of power to sell.
  • the solar power generation system 100 is connected to the commercial power system CS. Detecting power purchase and the amount of power to be purchased.
  • the power load system LS is connected between one end of the second energization path P2 and the third energization path.
  • the power load system LS is a load device such as a household appliance or a factory equipment, and consumes power supplied from the second energization path P2 and / or the third energization path P3.
  • the first component group Sa, 3a, Ta, and Sb and the second component elements Sc, 3b, Tb are provided.
  • And Sd are connected in parallel.
  • the switch unit Sa, the power conditioner 3a, the insulating transformer Ta, and the switch unit Sb in the first component group are connected in series in order.
  • the switch unit Sc, the power conditioner 3b, the insulating transformer Tb, and the switch unit Sd of the second component group are also connected in series.
  • the power conditioners 3a and 3b are referred to as PCS (Power Conditioning System) 3a and 3b.
  • the configurations of the PCS 3a and the transformer Ta are the same as those of the PCS 3b and the transformer Tb, respectively. Therefore, below, description of PCS3b and the transformer Tb may be abbreviate
  • the switch units Sa to Sd are connection open / close sections that open and close an electrical connection between the first energization path P1 and the second energization path P2 based on an open / close signal described later output from the storage / discharge controller 4.
  • the switch units Sa and Sb are connected in series to the front stage and the rear stage of the PCS 3a, respectively, and switch the ON state (closed: conductive) / OFF state (open: disconnected) of the electrical connection between the first current path P1 and the PCS 3a.
  • the switch units Sc and Sd are connected in series to the front and rear stages of the PCS 3b, respectively, and the electrical connection between the transformer Ta and the second current path P2 is ON (closed: conductive) / OFF (open: disconnected). ).
  • the switch units Sa to Sd open and close the electrical connection in accordance with the operating state of the PCSs 3a and 3b (particularly bidirectional inverters 31a and 31b, which will be described later), thereby connecting the PCSs 3a and 3b to the photovoltaic power generation system 100. Can be disconnected and reconnected individually.
  • PCS 3a is a power conversion device having a bidirectional inverter 31a.
  • the PCS 3a includes a first power detection unit (not shown) that detects the transmission direction and power value of power input / output on the switch unit Sa side of the bidirectional inverter 31a, and the transformer Ta side of the bidirectional inverter 31a.
  • a second power detection unit (not shown) for detecting the transmission direction and power value of the power input / output.
  • the bidirectional inverter 31a is a non-insulated bidirectional power conversion unit controlled by the storage / discharge controller 4, and performs bidirectional power conversion by PWM (Pulse Width Modulation) control or PAM (Pulse Amplitude Modulation) control. be able to.
  • the bidirectional inverter 31a can AC / DC convert AC power input from the transformer Ta into DC power, and output the DC power to the first current path P1 via the switch unit Sa.
  • the bidirectional inverter 31a converts the DC power input from the first energization path P1 through the switch unit Sa into DC / AC having AC frequency according to the power standard of the commercial power system CS and the power load system LS. It can also be converted and output to the transformer Ta.
  • the bidirectional inverter 31a converts the power input from the switch unit Sa side and outputs it to the transformer Ta side as power conversion in the forward conversion direction a, and power conversion in the forward conversion direction a is performed. This is called forward conversion. Further, the bidirectional inverter 31a converts the power input from the transformer Ta side and outputs it to the switch unit Sa side as power conversion in the reverse conversion direction b, and the power conversion in the reverse conversion direction b is reverse conversion. Call.
  • the power conversion efficiency Ea with respect to the power ratio Ra is expressed as Ea (Ra).
  • FIG. 2 is a graph illustrating an example of a variation characteristic of the power conversion efficiency Ea (Ra) with respect to the power ratio Ra.
  • FIG. 2 represents the power conversion efficiency Ea (Ra) in the reverse conversion direction b of the bidirectional inverter 31a.
  • the power conversion efficiency Ea (Ra) starts to decrease when the power ratio Ra becomes less than the lower limit power ratio Ra1 (for example, 0.50), and the power ratio Ra decreases. Decrease rapidly according to When the power ratio Ra becomes equal to or less than the reactive power ratio Ra0 (for example, 0.05), the power ratio Ra becomes 0, and the power Woa output from the bidirectional inverter 31a by inverse conversion becomes 0.
  • the power conversion efficiency Ea (Ra) is the same reverse conversion operation, when the power ratio Ra exceeds the upper limit power ratio Ra2 (for example, 0.83), the power conversion efficiency Ea (Ra) decreases as the power ratio Ra increases. .
  • Such fluctuation characteristics of the power conversion efficiency Ea (Ra) are determined according to the specification of the bidirectional inverter 31a, the configuration of the internal circuit, and the like.
  • the fluctuation characteristic of the power conversion efficiency Eb of the bidirectional inverter 31b is the power conversion efficiency Ea. It is the same as the fluctuation characteristics of. Therefore, the description of the fluctuation characteristics of the bidirectional inverter 31b is omitted.
  • the bidirectional inverter 31a is provided in parallel with the bidirectional inverter 31b, but the distribution method of the electric powers Wia and Wib respectively input to the bidirectional inverters 31a and 31b from the first energization path P1 or the second energization path P2. Is not particularly limited.
  • the input powers Wia and Wib may be distributed equally, or may be distributed according to the ratio of the rated power values VAa and VAb of the bidirectional inverters 31a and 31b. This distribution can be variably set by controlling the power conversion operation of each bidirectional inverter 31a, 31b.
  • the insulation transformer Ta is an insulation transformer that generates and outputs power corresponding to power input from one end at the other end.
  • the transformer Ta transforms AC power input from the second energization path P2 via the switch unit Sb at a predetermined transformation ratio and outputs it to the PCS 3a.
  • the transformer Ta transforms AC power output from the PCS 3a and outputs the AC power to the second energization path P2 via the switch unit Sb.
  • the transformer Ta prevents power from flowing directly between the PCS 3a and the switch unit Sb, but indirectly connects the two.
  • the storage / discharge controller 4 is a power control device that performs power control of the photovoltaic power generation system 100, and includes a display unit 41, an input unit 42, a storage unit 43, and a control unit 44.
  • the display unit 41 displays information on the photovoltaic power generation system 100 on a display (not shown).
  • the input unit 42 receives a user input and outputs an input signal corresponding to the user input to the control unit 44.
  • the storage unit 43 is a non-volatile storage medium that holds stored information non-temporarily without supplying power.
  • the storage unit 43 stores control information, a program, and the like used by each component (particularly the control unit 44) of the storage / discharge controller 4.
  • the storage unit 43 also includes information on the power storage device 2 (for example, the storage capacity wc), information on the switch units Sa to Sd, information on the PCSs 3a and 3b (for example, the rated power values VAa and VAb of the bidirectional inverters 31a and 31b, The rated voltage value, the power conversion efficiency Ea (Ra), the fluctuation characteristics of Eb (Rb), etc.) are also stored.
  • the control unit 44 controls each component of the photovoltaic power generation system 100 using control information, a program, and the like stored in the storage unit 43.
  • the control unit 44 includes a power monitoring unit 441, a power storage device monitoring unit 442, a conversion control unit 443, a determination unit 444, and an opening / closing control unit 445 as functional elements.
  • the power monitoring unit 441 monitors the power flowing through the third energization path P3. For example, the power monitoring unit 441 detects the direction in which power flows in the third energization path P3 and the power value thereof based on the detection signal output from the watt-hour meter M.
  • the power storage device monitoring unit 442 monitors the state of the power storage device 2. For example, the power storage device monitoring unit 442 detects the power storage capacity wc, the power storage amount wa, and the like of the power storage device 2 based on the state notification signal output from the power storage device 2.
  • the conversion control unit 443 controls the bidirectional inverters 31a and 31b and outputs a conversion control signal indicating control information such as a power conversion direction and a power conversion operation to the bidirectional inverters 31a and 31b.
  • the conversion control unit 443 converts the power of each bidirectional inverter 31a, 31b based on the state of the photovoltaic power generation system 100 (power sale / buy power, private power consumption, etc.), the state of the power storage device 2, the user input, and the like. Take control.
  • the conversion control unit 443 controls the power conversion of the bidirectional inverters 31a and 31b based on the rated power values VAa and VAb of the bidirectional inverters 31 and the fluctuation characteristics of the power conversion efficiency Ea (Ra) and Eb (Rb). Individually.
  • the determination unit 444 determines that the total power value Wo1 of the first output power output from all the bidirectional inverters 31a and 31b is a part of both.
  • the total power value Wo2 of the second output power output from the partial bidirectional inverter 31a is equal to or less. Note that the total power value Wo1 of the first output power is output from the PCS 3a to the transformer Ta side and from the PCS 3b to the transformer Tb side when the bidirectional inverters 31a and 31b respectively perform reverse conversion. It shows the sum total with the value of the electric power.
  • the total power value Wo1 of the first output power is output from the PCS 3a to the switch unit Sa and from the PCS 3b to the switch unit Sc when the bidirectional inverters 31a and 31b perform forward conversion. It shows the sum total with the value of the electric power.
  • the opening / closing control unit 445 controls the switch units Sa to Sd.
  • the open / close control unit 445 outputs an open / close signal instructing the switch units Sa to Sd to open or close based on the determination result of the determination unit 444.
  • the switch units Sa to Sd each disconnect or reconnect the electrical connection.
  • the bidirectional inverter 31a and the PCS 3a
  • the bidirectional inverter 31a can be electrically disconnected from the solar power generation system 100 to cut off the power supply from the solar power generation system 100 to the PCS 3a.
  • the bidirectional inverter 31b may be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system 100 to cut off the power supply from the photovoltaic power generation system 100 to the PCS 3b. it can.
  • whether or not the power supply to the PCS 3b can be cut off when only one of the switch units Sc and Sd is disconnected is determined by the configuration of the electric circuit inside the PCS 3b. It depends on.
  • the power supply from the photovoltaic power generation system 100 to the PCS 3b is performed regardless of the configuration of the electric circuit inside the PCS 3b. I can cut it off. Therefore, it is possible to prevent power consumption (for example, consumption of standby power at the time of stop) in the PCS 3b, and improve the overall utilization efficiency of the generated power as viewed from the entire photovoltaic power generation system 100.
  • the output terminals of the solar cell strings 1 a and 1 b are connected in parallel to the input / output terminal of the power storage device 2. Therefore, the generated power of the solar cell strings 1a and 1b cannot be used or the generated generated power can be reduced depending on the connection state of the PCSs 3a and 3b and the power conversion operation of the bidirectional inverters 31a and 31b. There is no. Therefore, the utilization efficiency of the generated power of the solar cell strings 1a and 1b in the solar power generation system 100 including the plurality of bidirectional inverters 31a and 31b can be improved.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining an example of the switching process of the switch units Sa to Sd.
  • the bidirectional inverters 31a and 31b are both set in the reverse conversion direction b.
  • the power conversion capability of the PCS 3a (bidirectional inverter 31a) is superior to that of the PCS 3b (bidirectional inverter 31b). Therefore, power is preferentially supplied to the PCS 3a at the time of inverse conversion.
  • the power ratio Ra of the bidirectional inverter 31a is calculated (S101), and it is determined whether or not the power ratio Ra is equal to or lower than the lower limit threshold Rsa (S102).
  • the lower limit threshold Rsa is used to determine whether or not the operating rate of the PCS 3a is close to zero.
  • the lower limit threshold Rsa is set to be, for example, not less than the reactive power ratio Ra0 and less than the lower limit power ratio Rs1 when the power conversion efficiency Ea (Ra) of the bidirectional inverter 31a is zero.
  • the lower limit threshold Rsa may be set to the reactive power ratio Ra0. In this way, it can be accurately determined that the power conversion efficiency Ea (Ra0) in the reverse conversion direction b of the bidirectional inverter 31a is zero.
  • the solar power generation system 100 cannot convert power in the reverse conversion direction b, the solar power generation system 100 cannot reversely flow (sell power) to the commercial power system CS or consume power by the power load system LS. Therefore, the power generated by the solar cell strings 1a and 1b is stored in the power storage device 2. Thereafter, when the switch units Sa and Sb are switched ON (YES in S104), power is supplied to the PCS 3a, and reverse conversion of the bidirectional inverter 31a is resumed.
  • the means for switching the switch units Sa and Sb to ON is not particularly limited.
  • the switch units Sa and Sb may be manually switched by the user, or automatically when the power value Wp1 of the first energization path P1 is equal to or higher than the power value (Rsa ⁇ VAa) corresponding to the lower limit threshold value Rsa. It may be switched to. Then, the process returns to S101.
  • the power conversion efficiency Ea (Ra) of the bidirectional inverter 31a is not so low. In this case, it is determined whether or not the switch units Sc and Sd are ON (S105). When it is determined to be ON (YES in S105), the bidirectional inverters 31a and 31b are both electrically connected to the photovoltaic power generation system 100. Therefore, the power ratio Rb of the bidirectional inverter 31b is calculated (S106), and it is determined whether the PCSs 3a and 3b satisfy the condition of the following formula 1 (S107).
  • the first output power value Wo1 is the total power value of the first output power output from each bidirectional inverter 31a, 31b when the inverse conversion operation is performed in all the bidirectional inverters 31a, 31b. It is the value (Woa + Wob) of the power actually output from each bidirectional inverter 31a, 31b at the present time.
  • the second output power value Wo2 is the total power value of the second output power output from the bidirectional inverter 31a when the reverse conversion operation is performed only by one bidirectional inverter 31a. This is the value of virtual power output only from 31a.
  • the first output power value Wo1 is equal to or less than the second output power value Wo2.
  • Wo1 Wo2
  • Wo1 Wo2
  • the second conversion from the PCSs 3a and 3b is performed when the reverse conversion operation is performed only by one bidirectional inverter 31a than when the reverse conversion operation is performed by all the bidirectional inverters 31a and 31b.
  • the power output to the energization path P2 becomes high.
  • the switch units Sa and Sb are turned on, but the switch units Sc and Sd are switched to the off state (S108).
  • the electrical connection of the bidirectional inverter 31a (PCS3a) to the photovoltaic power generation system 100 is maintained, but the bidirectional inverter 31b (PCS3b) is electrically disconnected from the photovoltaic power generation system 100. Therefore, the power consumption of the PCS 3b can be omitted. Then, the process returns to S101.
  • the first output power value Wo1 is larger than the second output power value Wo2. Therefore, if the current power conversion operation (when the reverse conversion operation is performed by all the bidirectional inverters 31a and 31b) is continued, the PCS 3a, The electric power output from 3b to the 2nd electricity supply path P2 becomes high. That is, the overall power conversion efficiency of the reverse conversion as viewed from the entire photovoltaic power generation system 100 is increased. Therefore, the switch units Sa to Sd are turned on (S109). By this process, the electrical connection of the bidirectional inverters 31a and 31b (PCS 3a and 3b) to the photovoltaic power generation system 100 is maintained. Then, the process returns to S101.
  • the first output power value Wo1 is the total power value of the first output power output from each bidirectional inverter 31a, 31b when the inverse conversion operation is performed in all the bidirectional inverters 31a, 31b. At this time, it is the value of the virtual power output from each bidirectional inverter 31a, 31b.
  • the second output power value Wo2 is the total power value of the second output power output from the bidirectional inverter 31a when the reverse conversion operation is performed only by one of the bidirectional inverters 31a. This is the power value Woa output from the directional inverter 31a.
  • the power ratio Rm is a value of the power ratio Ra of the bidirectional inverter 31a set when the switch units Sc and Sd are switched to the ON state and the PCS 3b is virtually operated.
  • the power ratio Rm is equal to or higher than the lower limit power ratio Ra1 at which the power conversion efficiency Ea (Ra) starts to decrease in response to the decrease in the power ratio Ra, and the power conversion efficiency Ea (Ra in accordance with the increase in the power ratio Ra. ) Is set to a value within the range of the upper limit power ratio Ra2 or less at which the decrease starts.
  • the first output power value Wo1 is equal to or less than the second output power value Wo2.
  • Wo1 Wo2
  • Wo1 ⁇ Wo2 when the current power conversion operation (when the reverse conversion operation is performed by only one bidirectional inverter 31a) is continued, the reverse conversion operation is performed by all the bidirectional inverters 31a and 31b.
  • the power output from the PCS 3a, 3b to the second energization path P2 is higher. That is, the overall power conversion efficiency of the reverse conversion as viewed from the entire photovoltaic power generation system 100 is increased. Therefore, the switch units Sa and Sb are turned on, and the switch units Sc and Sd are turned off (S108).
  • the electrical connection of the bidirectional inverter 31a (PCS 3a) to the photovoltaic power generation system 100 is maintained.
  • the state where the bidirectional inverter 31b (PCS3b) is electrically disconnected from the photovoltaic power generation system 100 is also maintained. Then, the process returns to S101.
  • the first output power value Wo1 is greater than the second output power value Wo2. Therefore, the power output from the PCS 3a, 3b to the second current path P2 is higher when the reverse conversion operation is performed by all the bidirectional inverters 31a, 31b than when the reverse conversion operation is performed by only one bidirectional inverter 31a. Becomes higher. That is, the overall power conversion efficiency of the reverse conversion as viewed from the entire photovoltaic power generation system 100 is increased. Therefore, the switch units Sa and Sb are turned on, and the switch units Sc and Sd are also turned on (S109).
  • the power control system 100 includes the power generation devices 1a and 1b and the power storage device 2 connected to the first power supply path P1, the second power supply path P2 connected to the power source CS, and the first power supply CS.
  • a plurality of power conversion units 31a, 31b connected in parallel with the current path P1, and a conversion control unit 443 for controlling the power conversion operation of the plurality of power conversion units 31a, 31b;
  • the output terminal 1b is connected in parallel with the input / output terminal of the power storage device 2.
  • the electrical connection between the power generation devices 1a and 1b and the power storage device 2 regardless of changes in the operation state of the power conversion units 31a and 31b Is maintained. Therefore, in each of the power conversion units 31a and 31b, for example, electrical disconnection from the photovoltaic power generation system 100, switching of the power conversion direction, or power conversion amount in the reverse conversion direction b (or input power value) Even if changes such as Wia, Wib) occur, surplus power generated at that time can be stored in the power storage device 2. Therefore, the power generated by the power generation devices 1a and 1b can be supplied to the power conversion units 31a and 31b and / or the power storage device 2 without waste. Therefore, the utilization efficiency of the generated power in the power control system 100 including the plurality of power conversion units 31a and 31b can be improved.
  • the determination unit 444 determines whether or not the total power value Wo2 of the second output power output from the partial power conversion units 31a is equal to or less.
  • connection opening / closing sections Sa to Sd connected in series to the preceding and succeeding stages of the power conversion sections 31a and 31b, and an opening / closing control section for controlling the opening / closing operation of the connection opening / closing sections Sa to Sd based on the determination result of the determination section 444 445, and the open / close control unit 445 determines that the total power value Wo1 of the first output power is equal to or less than the total power value Wo2 of the second output power.
  • the remaining connections closing portion Sc preceding and connected downstream to at least one of a portion of the power conversion unit 31b, is configured to cause the opening operation to Sd.
  • the total power value Wo1 of the first output power when the power conversion operation is performed in all the power conversion units 31a and 31b is the case where the power conversion operation is performed in some of the power conversion units 31a.
  • the remaining power converter 31b can be disconnected from the power control system 100 and the power supply can be cut off. Therefore, it is possible to prevent power consumption (for example, consumption of standby power at the time of stoppage) in the remaining part of the power conversion unit 31b and improve the overall utilization efficiency of the generated power as viewed from the entire power control system 100. it can.
  • connection opening / closing sections Sa to Sd are configured to be connected in series to both the front stage and the rear stage of the power conversion sections 31a and 31b. According to this configuration, the power conversion units 31 a and 31 b can be electrically disconnected from the power control system 100. Therefore, the power supply from the power control system 100 to the power conversion units 31a and 31b can be cut off regardless of the configuration of the electric circuit inside the power conversion units 31a and 31b.
  • the power conversion units 31a and 31b are configured to be capable of bidirectional power conversion between the first energization path P1 and the second energization path P2. According to this configuration, a part of the generated power and / or the discharge power of the power storage device 2 can be converted and output from the first energization path P1 to the second energization path P2. Furthermore, the power supplied from the power source can be converted into electric power and output from the second energization path P2 to the first energization path P1 to be stored in the power storage device 2.
  • the power control system 100 is configured to further include a plurality of insulating transformers Ta and Tb provided between the power converters 31a and 31b and the second energization path P2. According to this configuration, by providing the transformers Ta and Tb for insulation between the power conversion units 31a and 31b and the second current path P2, power does not flow directly between the two, Electrical connection can be maintained indirectly.
  • a bidirectional DC / DC converter 21 is provided in the previous stage of the power storage device 2.
  • the rest is the same as in the first embodiment.
  • a configuration different from the first embodiment will be described.
  • symbol is attached
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the solar power generation system 100 according to the second embodiment.
  • one of the bidirectional DC / DC converters 21 is connected to the power storage device 2, and the other is connected to one end of the first energization path P1.
  • the output terminals of the solar cell strings 1a, 1b are connected in parallel to the input / output ends of the DC / DC converter 21 on the first current path P1 side via the backflow prevention devices 11a, 11b.
  • Bidirectional DC / DC converter 21 is a bidirectional voltage conversion unit controlled by conversion control unit 443, and controls storage / discharge of power storage device 2 based on a control signal output from storage / discharge controller 4.
  • the bidirectional DC / DC converter 21 supplies at least a part of the current flowing through the first energization path P1 to the power storage device 2 as stored power, or causes the power storage device 2 to output discharge power to the first energization path P1. .
  • the storage / discharge of the power storage device 2 can be switched by controlling the power conversion direction of the bidirectional DC / DC converter 21. Therefore, since the timing for storing the generated power and the timing for discharging the power storage device 2 can be set more freely, the power control of the solar power generation system 100 can be performed more precisely.
  • the power generation of the solar cell strings 1a and 1b is controlled so that the operating point voltage is the same as the potential on the first current path P1 side of the bidirectional DC / DC converter 21. Therefore, since the operating point voltage of the solar cell strings 1a and 1b can be controlled to a value different from the input / output voltage of the power storage device 2, the power storage device 2 having various specifications can be connected to the solar power generation system 100. Further, by controlling the power conversion operation of the bidirectional DC / DC converter 21, it is possible to control the operating point voltage of the solar cell strings 1a and 1b, such as MPPT (Maximum Power Point Tracking) control. Accordingly, it is possible to suppress or prevent a decrease in the generated power of the solar cell strings 1a and 1b and improve the use efficiency of the generated power.
  • MPPT Maximum Power Point Tracking
  • the power control system 100 further includes the bidirectional voltage conversion unit 21 provided between the power storage device 2 and the first energization path P1 and the power generation devices 1a and 1b, and the conversion control unit 443. Is configured to further control the voltage conversion operation of the bidirectional voltage converter 21.
  • the bidirectional voltage conversion unit 21 can more freely set the storage / discharge switching of the power storage device 2, so that the power control of the power control system 100 can be performed more precisely. Furthermore, the output voltage of the power generators 1a and 1b can be controlled by the bidirectional voltage converter 21.
  • a third embodiment will be described.
  • a bidirectional DC / DC converter 32a is provided between the first current path P1 and the bidirectional inverter 31a in the PCS 3a.
  • a bidirectional DC / DC converter 32b is provided between the first energization path P1 and the bidirectional inverter 31b.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment.
  • a configuration different from the first embodiment will be described.
  • symbol is attached
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the solar power generation system 100 according to the third embodiment.
  • the PCS 3a further includes a bidirectional DC / DC converter 32a
  • the PCS 3b further includes a bidirectional DC / DC converter 32b. Since the configuration of the bidirectional DC / DC converter 32b is the same as that of the bidirectional DC / DC converter 32a, the description thereof is omitted below.
  • the bidirectional DC / DC converter 32a is a bidirectional voltage converter controlled by the conversion controller 443, and performs DC / DC conversion of power between the first energization path P1 and the bidirectional inverter 31a.
  • the power conversion direction and power conversion operation of the bidirectional DC / DC converter 32 a are set based on a control signal output from the storage / discharge controller 4.
  • bidirectional DC / DC converter 32a converts DC power output from bidirectional inverter 31a into DC power having the same voltage value as the input / output voltage of power storage device 2 when performing power conversion operation in forward conversion direction a. And it outputs to the 1st electricity supply path P1.
  • the bidirectional DC / DC converter 32a converts the voltage value of the DC power input from the first energization path P1 into the rated voltage value of the bidirectional inverter 31a. To the bidirectional inverter 31a.
  • the PCS 3a can transform the output power Woa of the bidirectional inverter 31a to the same voltage value as the DC power Wp1 in the case of the forward conversion direction a and output it to the first conduction path P1, or in the case of the reverse conversion direction b. Can transform the voltage value of the DC power Wp1 to the rated voltage value and input it to the bidirectional inverter 31a. Therefore, even if the specifications of the solar cell strings 1a and 1b and the power storage device 2 and the specifications of the PCS 3a (particularly the bidirectional inverter 31a) are different, both can be connected.
  • the power control system 100 is provided between the first energization path P1 and the power conversion units 31a and 31b, and converts the voltage value of the power input from the first energization path P1 to power conversion.
  • a plurality of voltage conversion units 32a and 32b for converting the voltage into the rated voltage values of the units 31a and 31b are further provided, and the conversion control unit 443 is configured to further control voltage conversion operations of the plurality of voltage conversion units 32a and 32b.
  • the voltage values of the input powers Wia and Wib of the power converters 31a and 31b can be transformed to the rated voltage values by the voltage converters 32a and 32b. Therefore, even if the specifications of the power generation devices 1a and 1b and the power storage device 2 are different from the specifications of the power conversion units 31a and 31b, both can be connected.
  • the solar cell strings 1a and 1b are used for the power generation device, but the present invention is not limited to this example.
  • At least a part of the power generation device may be a power generation device that performs power generation using renewable energy other than sunlight (natural energy power generation such as wind, hydropower, geothermal, biomass, solar heat, waste power generation, etc.).
  • a wind power generation system 100 using wind power generation devices 1 a and 1 b as the power generation device may be used.
  • each wind power generator 1a, 1b is connected to the 1st electricity supply path P1 via AD / DC converter 12a, 12b.
  • an AC power source such as the commercial power system CS is connected to the solar power generation system 100, but the present invention is not limited to this example.
  • a DC power source may be connected to the photovoltaic power generation system 100.
  • each of the PCSs 3a and 3b has a DC / DC converter or a bidirectional DC / DC converter instead of the bidirectional inverters 31a and 31b.
  • a series circuit for example, the first component group Sa, 3a, Ta, Sb, and the second circuit connected in parallel between the first current path P1 and the second current path P2 is used.
  • the number of the two components Sc, 3b, Tb, Sd is two, but the present invention is not limited to this example.
  • the number of the series circuits may be three or more.
  • switching of disconnection / reconnection of the series circuits to the photovoltaic power generation system 100 may be controlled by bringing a plurality of series circuits together.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating another configuration example of the solar power generation system 100. In FIG.
  • the switching control of disconnection / reconnection of the third and fourth components to the photovoltaic power generation system 100 may be performed together. That is, when the third and fourth components are disconnected from the photovoltaic power generation system 100, the switch units Se to Sh may be collectively switched to the OFF state (opening operation).
  • the switch units Se to Sh may be switched to the ON state together (closed operation).
  • the switching control of disconnection / reconnection of the second to fourth components with respect to the photovoltaic power generation system 100 may be performed collectively. That is, when the second to fourth components are disconnected from the photovoltaic power generation system 100, the switch units Sc to Sh may be collectively switched to the OFF state (opening operation). Further, when the second to fourth constituent elements are reconnected to the photovoltaic power generation system 100, the switch units Sc to Sh may be collectively switched to the ON state (closed operation).
  • connection open / close sections are provided in both the front and rear stages of the bidirectional inverters 31a and 31b, respectively. It is not limited.
  • the connection opening / closing section may be connected in series to at least one of the preceding and succeeding stages of the bidirectional inverters 31a and 31b. In this case, the connection opening / closing unit is connected to a position where the power supply can be cut off according to the configuration of the electric circuit inside the bidirectional inverters 31a and 31b (and the PCS 3a and 3b).
  • the bidirectional inverters 31a and 31b are disconnected from the photovoltaic power generation system 100 by the opening operation of the connection opening / closing parts Sa to Sd connected to at least one of the preceding and succeeding stages, and the power supply is cut off. Therefore, it is possible to prevent power consumption (for example, consumption of standby power at the time of stoppage) in the bidirectional inverters 31a and 31b separated from the solar power generation system 100, and to comprehensively generate power from the viewpoint of the entire solar power generation system 100. Utilization efficiency can be improved.
  • the bidirectional inverters 31a and 31b are non-insulated, but the present invention is not limited to this example. At least a part of the bidirectional inverters 31a and 31b may be an insulating type. In this case, the configuration in which the insulating transformers Ta and Tb are connected in series can be omitted.
  • the switch unit Sa is connected to the front stage of the PCS 3a and the insulation transformer Ta and the switch unit Sb are connected to the rear stage.
  • the PCS 3a may include at least one of the switch units Sa and Sb and the insulating transformer Ta.
  • the PCS 3a is an insulating PCS including the transformer Ta
  • the transformer Ta may be omitted.
  • the other PCS 3b may include at least one of the switch units Sc and Sd and the insulating transformer Tb.
  • the PCS 3b is an insulating PCS including the transformer Tb, the transformer Tb may be omitted.
  • control unit 44 At least some or all of the functional components of the control unit 44 are realized by physical components (for example, electric circuits, elements, devices, etc.). It may be.
  • the PCSs 3a and 3b have the bidirectional inverters 31a and 31b.
  • the present invention is not limited to this example.
  • the PCSs 3a and 3b include the bidirectional DC / DC converters 32a and 32b, but the present invention is not limited to this example.
  • the DCS / DC converter (voltage conversion unit) performs voltage conversion in the reverse conversion direction b instead of the bidirectional DC / DC converters 32a and 32b. May be provided.

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Abstract

 電力制御システムは発電装置と蓄電装置と複数の電力変換部と変換制御部とを備える。発電装置及び蓄電装置は第1通電路に接続される。複数の電力変換部は、電力源に接続される第2通電路と第1通電路との間にて並列接続される。変換制御部は複数の電力変換部の電力変換動作を制御する。発電装置の出力端が蓄電装置の入出力端と並列接続される。

Description

電力制御システム
 本発明は、複数の電力変換部を備える電力制御システムに関する。
 近年、商用電力系統と系統連系運転するとともに、発電電力の一部を蓄電装置に蓄電する太陽光発電システムが増えつつある。この太陽光発電システムでは、太陽電池ストリングの発電電力を商用電力系統に逆潮流させて電力供給事業者に売電することができる。また、太陽電池ストリングの発電量が少なくなると、電力負荷系統に供給する電力を商用電力系統から買電したり蓄電装置から放電したりすることもできる。さらに、商用電力系統から買電した電力を蓄電装置に蓄電することもできる。
 なお、本発明に関連する従来技術の一例として、特許文献1は、複数の太陽電池パネルが切替器を介して複数台のパワーコンディショナに接続される大規模な電力変換システムを開示している。この電力変換システムでは、朝晩及び曇天などの際に発電量が低下すると、切替器の切り替えにより各太陽電池パネルをより少ない数のパワーコンディショナに集約して接続することにより、運転するパワーコンディショナの電力変換効率の低下を防止している。
 また、特許文献2は、並列接続された太陽電池及び二次電池を含む太陽電池ストリングを1つのパワーコンディショナで電力制御する太陽光発電システムを開示している。この太陽光発電システムでは、パワーコンディショナの出力及び二次電池の状態の検出結果に基づいてパワーコンディショナの出力電力値を制御することにより、出力電力の平滑化及びタイムシフトを安価なシステムで実現している。
特許第5300404号公報 特許第5028049号公報
 しかしながら、特許文献1のように各太陽電池パネルを複数のパワーコンディショナに接続すると、太陽電池パネルの数に応じた複数の切替器が必要となるため、システムを構築する際のコストが増加する。さらに、切替器の切り替えの際、太陽電池パネル及びパワーコンディショナ間の電気的な接続が一旦切断されるため、切替期間中は太陽電池パネルの発電は利用できず無駄になる。また、切り替え後においても、パワーコンディショナに供給されて電力変換される電力は徐々に立ち上がって増加するため、この立ち上がり期間中に利用可能な太陽電池パネルの発電電力は減少する。従って、切替器を切り替える回数が多くなるほど、太陽電池パネルの発電ロスが増大し、各太陽電池パネルの発電電力を有効に利用できなくなるという問題があった。なお、特許文献2はこのような問題については言及していない。
 本発明は、上記の状況を鑑みて、複数の電力変換部を備える電力制御システムにおける発電電力の利用効率を向上させることを目的とする。
 上記目的を達成するために本発明の一の態様による電力制御システムは、第1通電路に接続される発電装置及び蓄電装置と、電力源に接続される第2通電路と第1通電路との間にて並列接続される複数の電力変換部と、複数の電力変換部の電力変換動作を制御する変換制御部と、を備え、発電装置の出力端が蓄電装置の入出力端と並列接続される構成とされる。
 上記の電力制御システムは、全ての電力変換部で電力変換動作が行われる場合に該全ての電力変換部から出力される第1出力電力の総電力値が、一部の電力変換部で電力変換動作が行われる場合に該一部の電力変換部から出力される第2出力電力の総電力値以下であるか否かを判定する判定部と、各電力変換部の前段及び後段の少なくとも一方に直列接続される接続開閉部と、判定部の判定結果に基づいて接続開閉部の開閉動作を制御する開閉制御部と、をさらに備え、開閉制御部は、第1出力電力の総電力値が第2出力電力の総電力値以下であると判定される場合、全ての電力変換部のうちの残りの一部の電力変換部の前段及び後段の少なくとも一方に接続される接続開閉部に開動作をさせる構成であってもよい。
 上記の電力制御システムにおいて、接続開閉部は、各電力変換部の前段及び後段の両方に直列接続される構成であってもよい。
 上記の電力制御システムは、蓄電装置及び第1通電路間に設けられる双方向電圧変換部をさらに備え、変換制御部は双方向電圧変換部の電圧変換動作をさらに制御する構成であってもよい。
 上記の電力制御システムは、第1通電路及び各電力変換部間にそれぞれ設けられ、第1通電路から入力される電力の電圧値を電力変換部の定格電圧値に電圧変換する複数の電圧変換部をさらに備え、変換制御部は複数の電圧変換部の電圧変換動作をさらに制御する構成であってもよい。
 上記の電力制御システムにおいて、電力変換部は第1通電路及び第2通電路間で双方向に電力変換可能である構成であってもよい。
 上記の電力制御システムは、各電力変換部及び第2通電路間にそれぞれ設けられる絶縁用の変圧器をさらに複数備える構成であってもよい。
 本発明によると、複数の電力変換部を備える電力制御システムにおける発電電力の利用効率を向上させることができる。
第1実施形態に係る太陽光発電システムの構成例を示すブロック図である。 電力比率に対する電力変換効率の変動特性の一例を示すグラフである。 スイッチユニットの切替処理の一例を説明するためのフローチャートである。 第2実施形態に係る太陽光発電システムの構成例を示すブロック図である。 第3実施形態に係る太陽光発電システムの構成例を示すブロック図である。 風力発電システムの構成例を示すブロック図である。 太陽光発電システムの他の構成例を示すブロック図である。
 以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
<第1実施形態>
 図1は、第1実施形態に係る太陽光発電システム100の構成例を示すブロック図である。太陽光発電システム100は、たとえば単相三線の通電路を介して商用電力系統CS及び電力負荷系統LSと電気的に接続される電力制御システムであり、2つの太陽電池ストリング1a、1b及び蓄電装置2と商用電力系統CSとによる系統連系運転が可能である。また、太陽光発電システム100では、発電した電力を直流から交流に変換し、第2通電路P2を介して商用電力系統CSに逆潮流(出力)して、該電力を電力会社に売電することが可能となっている。
 太陽電池ストリング1a、1bはそれぞれ、直列接続された複数の太陽電池モジュールを含む発電装置であり、太陽光を受けて発電し、発電した直流電力を逆流防止装置11a、11bを介して第1通電路P1に出力する。なお、以下では、太陽電池ストリング1a、1bから第1通電路P1に出力される直流電力を発電電力と呼ぶ。逆流防止装置11a、11bは、たとえばダイオードなどの整流素子を含む回路などで構成され、太陽電池ストリング1a、1bに逆電流が流れることを防止する。
 太陽電池ストリング1a、1b及び蓄電装置2は、図1に示すように、第1通電路P1の一端に接続されている。さらに、太陽電池ストリング1a、1bの各出力端は逆流防止装置11a、11bを介して蓄電装置2の入出力端に並列接続されている。そのため、太陽電池ストリング1a、1bの発電は、その動作点電圧が蓄電装置2の入出力電圧(たとえば340~400[V])と同じ電圧値になるように制御される。なお、太陽光発電システム100に設けられる太陽電池ストリング1a、1bの数は、図1の例示に限定されず、1つであってもよいし3つ以上の複数であってもよい。また、太陽電池ストリング1a、1bは、1の太陽電池モジュールを含む構成であってもよい。
 蓄電装置2は、繰り返し蓄放電可能であり、第1通電路P1を流れる電力の少なくとも一部を蓄電することができ、その蓄電量waに応じた直流電力を第1通電路P1に放電することもできる。なお、以下では、第1通電路P1を流れる電力及びその電力値をWp1で表す。また、以下では、蓄電の際に第1通電路P1から蓄電装置2に入力される直流電力を蓄電電力と呼び、放電の際に蓄電装置2から第1通電路P1に出力される直流電力を放電電力と呼ぶ。蓄電装置2の構成は、特に限定しないが、たとえばリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、及び鉛電池などの二次電池を含んでいてもよいし、電気二重層キャパシタなどを含んでいてもよい。また、蓄電装置2の数は、図1の例示に限定されず、複数であってもよい。
 商用電力系統CSは第2通電路P2の一端に第3通電路P3を介して接続される外部の電力源である。第3通電路P3には、電力量計Mが設けられている。電力量計Mは、第3通電路P3において電力が流れる方向及びその電力値を検出する電力検出部であり、その検出結果を示す検出信号を後述する蓄放電コントローラ4に出力する。たとえば、電力量計Mは、第3通電路P3において太陽光発電システム100から商用電力系統CSに向かって電力が流れる場合、太陽光発電システム100が商用電力系統CSに売電していること及び売電する電力量を検出する。また、電力量計Mは、第3通電路P3において商用電力系統CSから太陽光発電システム100及び/又は電力負荷系統LSに向かって電力が流れる場合、太陽光発電システム100が商用電力系統CSから買電していること及び買電する電力量を検出する。
 電力負荷系統LSは第2通電路P2の一端と第3通電路との間に接続されている。この電力負荷系統LSは、たとえば家庭内の電化製品、工場の設備装置などの負荷機器であり、第2通電路P2及び/又は第3通電路P3から供給される電力を消費する。
 次に、第1通電路P1の他端と第2通電路P2の他端との間には、第1構成要素群Sa、3a、Ta、及びSbと、第2構成要素Sc、3b、Tb、及びSdとが並列に接続されている。第1構成要素群のスイッチユニットSa、パワーコンディショナ3a、絶縁用の変圧器Ta、及びスイッチユニットSbは順に直列接続されている。また、第2構成要素群のスイッチユニットSc、パワーコンディショナ3b、絶縁用の変圧器Tb、及びスイッチユニットSdも順に直列接続されている。なお、以下では、パワーコンディショナ3a、3bをPCS(Power Conditioning System)3a、3bと呼ぶ。また、PCS3a及び変圧器Taの各構成はそれぞれPCS3b及び変圧器Tbと同様である。そのため、以下ではPCS3b及び変圧器Tbの説明を省略することがある。
 スイッチユニットSa~Sdは、蓄放電コントローラ4から出力される後述の開閉信号に基づいて第1通電路P1及び第2通電路P2間の電気的な接続を開閉する接続開閉部である。スイッチユニットSa、Sbは、PCS3aの前段及び後段にそれぞれ直列接続され、第1通電路P1及びPCS3a間の電気的な接続のON状態(閉:導通)/OFF状態(開:切断)を切り替える。また、スイッチユニットSc、Sdは、PCS3bの前段及び後段にそれぞれ直列接続され、変圧器Ta及び第2通電路P2間の電気的な接続のON状態(閉:導通)/OFF状態(開:切断)を切り替える。スイッチユニットSa~Sdが各PCS3a、3b(特に後述する双方向インバータ31a、31b)の動作状態に応じて電気的な接続を開閉することにより、太陽光発電システム100に対して各PCS3a、3bを個別に切り離したり再接続したりできる。
 PCS3aは双方向インバータ31aを有する電力変換装置である。このほか、PCS3aは、双方向インバータ31aのスイッチユニットSa側で入出力される電力の伝送方向及び電力値を検知する第1電力検知ユニット(不図示)と、双方向インバータ31aの変圧器Ta側で入出力される電力の伝送方向及び電力値を検知する第2電力検知ユニット(不図示)とをさらに有していてもよい。
 双方向インバータ31aは、蓄放電コントローラ4により制御される非絶縁型の双方向電力変換部であり、PWM(Pulse Width Modulation)制御又はPAM(Pulse Amplitude Modulation)制御などによって双方向の電力変換を行うことができる。たとえば、双方向インバータ31aは、変圧器Taから入力される交流電力を直流電力にAC/DC変換し、スイッチユニットSaを介して第1通電路P1に出力することができる。また、双方向インバータ31aは、第1通電路P1からスイッチユニットSaを介して入力される直流電力を商用電力系統CS及び電力負荷系統LSの電力規格に応じた交流周波数の交流電力にDC/AC変換して変圧器Taに出力することもできる。なお、以下では、双方向インバータ31aがスイッチユニットSa側から入力される電力を電力変換して変圧器Ta側に出力することを順変換方向aの電力変換とし、順変換方向aの電力変換を順変換と呼ぶ。また、双方向インバータ31aが変圧器Ta側から入力される電力を電力変換してスイッチユニットSa側に出力することを逆変換方向bの電力変換とし、逆変換方向bの電力変換を逆変換と呼ぶ。
 ここで、双方向インバータ31aの電力変換効率Eaの変動特性を説明しておく。双方向インバータ31aにおける入力電力値Wiaに対する出力電力値Woaの電力変換効率Ea(=Woa/Wia)は、同じ電力変換動作であっても、その定格電力値VAaに対する入力電力値Wiaの電力比率Ra(=Wia/VAa)に応じて変動する。特に電力比率Raが非常に低くなったり非常に大きくなったりすると、電力変換効率Eaは低減する。以下では、電力比率Raに対する電力変換効率EaをEa(Ra)と表す。図2は、電力比率Raに対する電力変換効率Ea(Ra)の変動特性の一例を示すグラフである。なお、図2は、双方向インバータ31aの逆変換方向bにおける電力変換効率Ea(Ra)を表している。
 電力変換効率Ea(Ra)は、図2に示すように同じ逆変換動作であっても、電力比率Raが下限電力比率Ra1(たとえば0.50)未満になると低減し始め、電力比率Raの減少に応じて急激に低減していく。そして、電力比率Raが無効電力比率Ra0(たとえば0.05)以下になると、電力比率Raは0となり、逆変換より双方向インバータ31aから出力される電力Woaは0となる。また、電力変換効率Ea(Ra)は、同じ逆変換動作であっても、電力比率Raが上限電力比率Ra2(たとえば0.83)を越えると、電力比率Raの増加に応じて低減していく。このような電力変換効率Ea(Ra)の変動特性は双方向インバータ31aの仕様及び内部回路の構成などに応じて定まる。
 なお、双方向インバータ31bにおける無効電力変換率Ra0、下限電力変換率Ra1、及び上限電力変換率Ra2などが異なることはあるが、双方向インバータ31bの電力変換効率Ebの変動特性は電力変換効率Eaの変動特性と同様である。そのため、双方向インバータ31bの変動特性の説明は割愛する。
 また、双方向インバータ31aは双方向インバータ31bと並列に設けられているが、第1通電路P1又は第2通電路P2から双方向インバータ31a、31bにそれぞれ入力される電力Wia、Wibの配分方法は特に限定しない。各入力電力Wia、Wibは、均等に配分されてもよいし、双方向インバータ31a、31bの定格電力値VAa、VAbの割合に応じて配分されてもよい。この配分は、各双方向インバータ31a、31bの電力変換動作の制御により可変に設定できる。
 絶縁用の変圧器Taは、その一方端から入力される電力に応じた電力を他方端で生成して出力する絶縁トランスである。変圧器Taは、双方向インバータ31aが順変換している場合、第2通電路P2からスイッチユニットSbを介して入力される交流電力を所定の変圧比で変圧してPCS3aに出力する。また、変圧器Taは、双方向インバータ31aが逆変換している場合、PCS3aから出力される交流電力を変圧し、スイッチユニットSbを介して第2通電路P2に出力する。このように、変圧器Taは、PCS3a及びスイッチユニットSb間で電力が直接的に流れないようにしているが、間接的には両者間を電気的に接続している。
 次に、蓄放電コントローラ4について説明する。蓄放電コントローラ4は、太陽光発電システム100の電力制御を行う電力制御装置であり、表示部41と、入力部42と、記憶部43と、制御部44と、を備えている。
 表示部41はディスプレイ(不図示)に太陽光発電システム100に関する情報などを表示する。入力部42は、ユーザ入力を受け付け、該ユーザ入力に応じた入力信号を制御部44に出力する。
 記憶部43は、電力を供給しなくても格納された情報を非一時的に保持する不揮発性の記憶媒体である。記憶部43は、蓄放電コントローラ4の各構成要素(特に制御部44)で用いられる制御情報及びプログラムなどを格納している。また、記憶部43は、蓄電装置2に関する情報(たとえば蓄電容量wc)、スイッチユニットSa~Sdに関する情報、PCS3a、3bに関する情報(たとえば双方向インバータ31a、31bの各定格電力値VAa、VAb、各定格電圧値、及び各電力変換効率Ea(Ra)、Eb(Rb)の変動特性など)なども格納している。
 制御部44は、記憶部43に格納された制御情報及びプログラムなどを用いて、太陽光発電システム100の各構成要素を制御する。制御部44は機能的要素として電力監視部441、蓄電装置監視部442、変換制御部443、判定部444、及び開閉制御部445を有している。
 電力監視部441は第3通電路P3を流れる電力を監視する。たとえば電力監視部441は、電力量計Mから出力される検出信号に基づいて第3通電路P3において電力が流れる方向及びその電力値などを検知する。
 蓄電装置監視部442は蓄電装置2の状態を監視する。たとえば蓄電装置監視部442は、蓄電装置2から出力される状態通知信号に基づいて蓄電装置2の蓄電容量wc、及び蓄電量waなどを検知する。
 変換制御部443は、双方向インバータ31a、31bを制御し、電力変換方向及び電力変換動作などの制御情報を示す変換制御信号を各双方向インバータ31a、31bに出力する。たとえば、変換制御部443は、太陽光発電システム100の状態(売電/買電、自家電力消費など)、蓄電装置2の状態、ユーザ入力などに基づいて各双方向インバータ31a、31bの電力変換制御を行う。さらに、変換制御部443は、各双方向インバータ31の定格電力値VAa、VAb及び電力変換効率Ea(Ra)、Eb(Rb)の変動特性などに基づいて双方向インバータ31a、31bの電力変換制御を個別に行う。
 判定部444は、全ての双方向インバータ31a、31bで電力変換動作が行われる場合に該全ての双方向インバータ31a、31bから出力される第1出力電力の総電力値Wo1が、一部の双方向インバータ31aで電力変換動作が行われる場合に該一部の双方向インバータ31aから出力される第2出力電力の総電力値Wo2以下であるか否かを判定する。なお、第1出力電力の総電力値Wo1は、双方向インバータ31a、31bがそれぞれ逆変換する場合、PCS3aからその変圧器Ta側に出力される電力の値とPCS3bからその変圧器Tb側に出力される電力の値との総和を示す。また、第1出力電力の総電力値Wo1は、双方向インバータ31a、31bがそれぞれ順変換する場合、PCS3aからそのスイッチユニットSa側に出力される電力の値とPCS3bからそのスイッチユニットSc側に出力される電力の値との総和を示す。
 開閉制御部445はスイッチユニットSa~Sdを制御する。たとえば開閉制御部445は、判定部444の判定結果に基づいて、スイッチユニットSa~Sdに開動作又は閉動作を指令する開閉信号を出力する。この開閉信号に応じて、スイッチユニットSa~Sdはそれぞれ電気的な接続を切断又は再接続する。スイッチユニットSa、Sbに開動作をさせる場合、双方向インバータ31a(およびPCS3a)を太陽光発電システム100から電気的に切り離して、太陽光発電システム100からPCS3aへの電力供給を断つことができる。また、スイッチユニットSc、Sdに開動作をさせる場合、双方向インバータ31b(およびPCS3b)を太陽光発電システム100から電気的に切り離して、太陽光発電システム100からPCS3bへの電力供給を断つことができる。
 このような開閉制御を行えば、各太陽電池ストリング1a、1bを接続するPCS3a、3bを選択するための切替器を太陽電池ストリング1a、1b毎に設ける必要がないので、太陽光発電システム100を構築する際のコストを安価にできる。この効果は太陽電池ストリング1a、1bの数が多くなるほど顕著に現れる。
 なお、上述の開閉制御とは異なり、スイッチユニットSc、Sdの一方のみで電気的な接続を切断した場合にPCS3bへの電力供給を断つことができるか否かは、PCS3b内部の電気回路の構成によって異なる。一方、上述の開閉制御のように、スイッチユニットSc、Sdの両方で電気的な接続を切断する場合、PCS3b内部の電気回路の構成に依らず、太陽光発電システム100からPCS3bへの電力供給を断つことができる。従って、PCS3bでの電力消費(たとえば停止時の待機電力の消費)を防止して、太陽光発電システム100全体から見た発電電力の総合的な利用効率を向上させることができる。
 以上に説明した太陽光発電システム100では、太陽電池ストリング1a、1bの各出力端が蓄電装置2の入出力端に並列接続されている。従って、各PCS3a、3bの接続状態及び双方向インバータ31a、31bの電力変換動作などに応じて、太陽電池ストリング1a、1bの発電電力が利用できなくなったり利用可能な発電電力が減少したりすることがない。よって、複数の双方向インバータ31a、31bを備える太陽光発電システム100における太陽電池ストリング1a、1bの発電電力の利用効率を向上させることができる。
 たとえば、各PCS3a、3bの少なくとも一方が太陽光発電システム100から切り離される場合、双方向インバータ31a、31bの電力変換方向が切り換わる場合、及び、双方向インバータ31a、31bの直流電力側の各入力電力Wia、Wibが急激に減少する場合などを考える。これらの場合でも、太陽電池ストリング1a、1bは常に蓄電装置2と接続されているため、各PCS3a、3bに入力されない余剰電力は蓄電装置2に蓄電される。この余剰電力は大きく変動するが、蓄電装置2の蓄放電により第1通電路P1を流れる電力の変動は防止できる。従って、太陽電池ストリング1a、1bの利用可能な発電電力の減少を防止できる。
 また、各PCS3a、3bの少なくともいずれか再接続される場合を考える。この場合でも、太陽電池ストリング1a、1bの発電電力のうち、双方向インバータ31a、31bの各入力電力Wia、Wib又は各出力電力Woa、Wobの立ち上がりに応じた量の余剰電力が蓄電装置2に蓄電されるため、発電量を減少させる必要はない。
 次に、スイッチユニットSa~Sdの切替処理について説明する。図3は、スイッチユニットSa~Sdの切替処理の一例を説明するフローチャートである。なお、図3の処理において、双方向インバータ31a、31bはともに逆変換方向bに設定されている。また、PCS3a(双方向インバータ31a)の電力変換能力はPCS3b(双方向インバータ31b)よりも優れている。そのため、逆変換の際にはPCS3aに優先的に電力が供給される。
 まず、双方向インバータ31aの電力比率Raが算出され(S101)、電力比率Raが下限閾値Rsa以下であるか否かが判定される(S102)。なお、下限閾値Rsaは、PCS3aの稼働率が0に近くなっているか否かを判定するために用いられる。この下限閾値Rsaは、たとえば、双方向インバータ31aの電力変換効率Ea(Ra)が0となる場合の無効電力比率Ra0以上且つ下限電力比率Rs1未満に設定される。特に、下限閾値Rsaは無効電力比率Ra0に設定されてもよい。こうすれば、双方向インバータ31aの逆変換方向bの電力変換効率Ea(Ra0)は0となることを正確に判定することができる。
 Ra≦Rsaであると判定される場合(S102でYES)、双方向インバータ31aの電力変換効率Ea(Ra)は非常に低く、PCS3aはほぼ稼働していない。また、この場合、PCS3bもほぼ稼働していない。そのため、スイッチユニットSa~SdがOFF状態に切り替えられる(S103)。この処理によって、双方向インバータ31a、31b(PCS3a、3b)は太陽光発電システム100から電気的に切り離される。従って、PCS3a、3bの消費電力を省略することができる。この際、太陽光発電システム100は、逆変換方向bに電力変換できないので、商用電力系統CSに逆潮流(売電)したり電力負荷系統LSで電力を自家消費したりすることはできない。そのため、太陽電池ストリング1a、1bの発電電力は蓄電装置2に蓄電される。この後、スイッチユニットSa、SbがONに切り替えられると(S104でYES)、PCS3aに電力が供給され、双方向インバータ31aの逆変換が再開される。なお、S104において、スイッチユニットSa、SbがONに切り替えられる手段は特に限定されない。スイッチユニットSa、Sbは、たとえば、ユーザによって手動で切り替えられてもよいし、第1通電路P1の電力値Wp1が上述の下限閾値Rsaに対応する電力値(Rsa・VAa)以上になると自動的に切り替えられてもよい。そして、処理はS101に戻る。
 Ra≦Rsaであると判定されない場合(S102でNO)、双方向インバータ31aの電力変換効率Ea(Ra)はあまり低くなっていない。この場合、スイッチユニットSc、SdがONであるか否かが判定される(S105)。ONであると判定される場合(S105でYESの場合)、双方向インバータ31a、31bはともに太陽光発電システム100に対して電気的に接続されている。そのため、双方向インバータ31bの電力比率Rbが算出され(S106)、PCS3a、3bが次の数式1の条件を満たすか否かが判定される(S107)。
  {VAa・Ra・Ea(Ra)+VAb・Rb・Eb(Rb)}
     ≦{VAa・Ra+VAb・Rb}・Ea(Ra+Rb・VAb/VAa)
                                   (数式1)
 すなわち、S107では、第1出力電力値Wo1が第2出力電力値Wo2以下であるか否かを判定している。ここで、第1出力電力値Wo1は、全ての双方向インバータ31a、31bで逆変換動作が行われる場合に各双方向インバータ31a、31bから出力される第1出力電力の総電力値であり、現時点において実際に各双方向インバータ31a、31bから出力されている電力の値(Woa+Wob)である。また、第2出力電力値Wo2は、一方の双方向インバータ31aのみで逆変換動作が行われる場合に双方向インバータ31aから出力される第2出力電力の総電力値であり、現時点では双方向インバータ31aのみから出力される仮想の電力の値である。
 数式1を満たすと判定される場合(S107でYES)、第1出力電力値Wo1は第2出力電力値Wo2以下となる。ここで、Wo1=Wo2であれば、一方の双方向インバータ31aのみで逆変換動作を行い、PCS3bを太陽光発電システム100から切り離した方がPCS3bでの電力消費を節約することができる。また、Wo1<Wo2であれば、一方の双方向インバータ31aのみで逆変換動作を行う場合の方が全ての双方向インバータ31a、31bで逆変換動作を行う場合よりも、PCS3a、3bから第2通電路P2に出力される電力は高くなる。すなわち、太陽光発電システム100全体から見た逆変換の総合的な電力変換効率は高くなる。そのため、スイッチユニットSa、SbはON状態とされるがスイッチユニットSc、SdがOFF状態に切り替えられる(S108)。この処理によって、太陽光発電システム100に対する双方向インバータ31a(PCS3a)の電気的な接続は維持されるが、双方向インバータ31b(PCS3b)は太陽光発電システム100から電気的に切り離される。従って、PCS3bの消費電力を省略することができる。そして、処理はS101に戻る。
 数式1を満たすと判定されない場合(S107でNO)、第1出力電力値Wo1は第2出力電力値Wo2よりも大きくなる。従って、現時点の電力変換動作(全ての双方向インバータ31a、31bで逆変換動作が行われる場合)を続けた方が、一方の双方向インバータ31aのみで逆変換動作を行う場合よりも、PCS3a、3bから第2通電路P2に出力される電力は高くなる。すなわち、太陽光発電システム100全体から見た逆変換の総合的な電力変換効率は高くなる。そのため、スイッチユニットSa~SdはON状態とされる(S109)。この処理によって、太陽光発電システム100に対する双方向インバータ31a、31b(PCS3a、3b)の電気的な接続は維持される。そして、処理はS101に戻る。
 次に、S105がNOの場合(スイッチユニットSc、SdがONであると判定されない場合)、双方向インバータ31aは太陽光発電システム100に対して電気的に接続されているが、双方向インバータ31bは太陽光発電システム100から電気的に切り離されている。この場合、太陽光発電システム100に対してPCS3a、3bがともに電気的に接続されていると仮定した場合に、PCS3a、3bが次の数式2の条件を満たすか否かが判定される(S110)。
 {Rm・Ea(Rm)+(Ra-Rm)・Eb((Ra-Rm)・VAa/VAb)}
     ≦Ra・Ea(Ra)                    (数式2)
 すなわち、S110では、第1出力電力値Wo1が第2出力電力値Wo2以下であるか否かを判定している。ここで、第1出力電力値Wo1は、全ての双方向インバータ31a、31bで逆変換動作が行われる場合に各双方向インバータ31a、31bから出力される第1出力電力の総電力値であり、現時点では各双方向インバータ31a、31bから出力される仮想の電力の値である。また、第2出力電力値Wo2は、一方の双方向インバータ31aのみで逆変換動作が行われる場合に双方向インバータ31aから出力される第2出力電力の総電力値であり、現時点において実際に双方向インバータ31aから出力されている電力の値Woaである。
 なお、数式2において、電力比率Rmは、スイッチユニットSc、SdをON状態に切り替えてPCS3bを仮想的に稼働させた場合に設定される双方向インバータ31aの電力比率Raの値である。この電力比率Rmは、たとえば電力比率Raの減少に応じて電力変換効率Ea(Ra)の減少が開始される下限電力比率Ra1以上、且つ、電力比率Raの増加に応じて電力変換効率Ea(Ra)の減少が開始される上限電力比率Ra2以下の範囲内の数値に設定される。
 数式2を満たすと判定される場合(S110でYES)、第1出力電力値Wo1は第2出力電力値Wo2以下となる。ここで、Wo1=Wo2であれば、全ての双方向インバータ31a、31bで逆変換動作を行わせる必要が無い。さらに、一方の双方向インバータ31aのみで逆変換動作を行い、他方のPCS3bを太陽光発電システム100から切り離した方がPCS3bでの電力消費を節約することができる。また、Wo1<Wo2であれば、現時点の電力変換動作(一方の双方向インバータ31aのみで逆変換動作を行う場合)を続けた方が全ての双方向インバータ31a、31bで逆変換動作を行う場合よりも、PCS3a、3bから第2通電路P2に出力される電力は高くなる。すなわち、太陽光発電システム100全体から見た逆変換の総合的な電力変換効率は高くなる。そのため、スイッチユニットSa、SbはON状態とされ、スイッチユニットSc、SdはOFF状態とされる(S108)。この処理によって、太陽光発電システム100に対する双方向インバータ31a(PCS3a)の電気的な接続は維持される。さらに、太陽光発電システム100に対して双方向インバータ31b(PCS3b)を電気的に切り離した状態も維持される。そして、処理はS101に戻る。
 数式2を満たすと判定されない場合(S110でNO)、第1出力電力値Wo1は第2出力電力値Wo2よりも大きくなる。従って、全ての双方向インバータ31a、31bで逆変換動作を行う場合の方が一方の双方向インバータ31aのみで逆変換動作を行う場合よりもPCS3a、3bから第2通電路P2に出力される電力は高くなる。すなわち、太陽光発電システム100全体から見た逆変換の総合的な電力変換効率は高くなる。そのため、スイッチユニットSa、SbはON状態とされ、さらにスイッチユニットSc、SdもON状態に切り替えられる(S109)。この処理によって、太陽光発電システム100に対する双方向インバータ31a(PCS3a)の電気的な接続が維持されるほか、双方向インバータ31b(PCS3b)は太陽光発電システム100に対して電気的に再接続される。そして、処理はS101に戻る。
 以上、本実施形態によれば、電力制御システム100は、第1通電路P1に接続される発電装置1a、1b及び蓄電装置2と、電力源CSに接続される第2通電路P2と第1通電路P1との間にて並列接続される複数の電力変換部31a、31bと、複数の電力変換部31a、31bの電力変換動作を制御する変換制御部443と、を備え、発電装置1a、1bの出力端が蓄電装置2の入出力端と並列接続される構成とされる。
 この構成によれば、電力変換部31a、31bの動作状態(たとえば電力変換方向の切替、電力変換量の増減など)の変化によらず、発電装置1a、1b及び蓄電装置2の電気的な接続は維持される。そのため、各電力変換部31a、31bのどちらかにおいて、たとえば、太陽光発電システム100からの電気的な切り離し、又は、電力変換方向の切替、若しくは逆変換方向bの電力変換量(又は入力電力値Wia、Wib)などの変化が起こっても、その際に発生する余剰電力は蓄電装置2に蓄電することができる。従って、発電装置1a、1bの発電電力を無駄なく電力変換部31a、31b、及び/又は蓄電装置2に供給することができる。よって、複数の電力変換部31a、31bを備える電力制御システム100における発電電力の利用効率を向上させることができる。
 また、上記の電力制御システム100は、全ての電力変換部31a、31bで電力変換動作が行われる場合に該全ての電力変換部31a、31bから出力される第1出力電力の総電力値Wo1が、一部の電力変換部31aで電力変換動作が行われる場合に該一部の電力変換部31aから出力される第2出力電力の総電力値Wo2以下であるか否かを判定する判定部444と、各電力変換部31a、31bの前段及び後段に直列接続される接続開閉部Sa~Sdと、判定部444の判定結果に基づいて接続開閉部Sa~Sdの開閉動作を制御する開閉制御部445と、をさらに備え、開閉制御部445は、第1出力電力の総電力値Wo1が第2出力電力の総電力値Wo2以下であると判定される場合、全ての電力変換部31a、31bのうちの残りの一部の電力変換部31bの前段及び後段の少なくとも一方に接続される接続開閉部Sc、Sdに開動作をさせる構成とされる。
 この構成によれば、全ての電力変換部31a、31bで電力変換動作が行われる場合の第1出力電力の総電力値Wo1が、一部の電力変換部31aで電力変換動作が行われる場合の第2出力電力の総電力値Wo2以下であると判定される場合、残りの一部の電力変換部31bを電力制御システム100から切り離し、その電力供給を断つことができる。従って、残りの一部の電力変換部31bでの電力消費(たとえば停止時の待機電力の消費)を防止して、電力制御システム100全体からみた発電電力の総合的な利用効率を向上させることができる。
 また、上記の電力制御システム100において、接続開閉部Sa~Sdは、各電力変換部31a、31bの前段及び後段の両方に直列接続される構成とされる。この構成によれば、電力変換部31a、31bを電力制御システム100から電気的に切り離すことができる。従って、電力変換部31a、31b内部の電気回路の構成に依らず、電力制御システム100から電力変換部31a、31bへの電力供給を断つことができる。
 上記の電力制御システム100において、電力変換部31a、31bは第1通電路P1及び第2通電路P2間で双方向に電力変換可能である構成とされる。この構成によれば、発電電力の一部及び/又は蓄電装置2の放電電力を電力変換して第1通電路P1から第2通電路P2に出力することができる。さらに、電力源から供給される電力を電力変換して第2通電路P2から第1通電路P1に出力して蓄電装置2に蓄電することもできる。
 上記の電力制御システム100は、各電力変換部31a、31b及び第2通電路P2間にそれぞれ設けられる絶縁用の変圧器Ta、Tbをさらに複数備える構成とされる。この構成によれば、電力変換部31a、31b及び第2通電路P2間に絶縁用の変圧器Ta、Tbが設けられることによって、両者間に電力が直接に流れることはないが、両者間の電気的な接続を間接的に維持することができる。
<第2実施形態>
 次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、蓄電装置2の前段に双方向DC/DCコンバータ21が設けられる。これ以外は、第1実施形態と同様である。以下では、第1実施形態と異なる構成について説明する。また、第1実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
 図4は、第2実施形態に係る太陽光発電システム100の構成例を示すブロック図である。図4に示すように、双方向DC/DCコンバータ21の一方は蓄電装置2に接続され、他方は第1通電路P1の一端に接続される。また、DC/DCコンバータ21の第1通電路P1側の入出力端には、太陽電池ストリング1a、1bの各出力端が逆流防止装置11a、11bを介して並列接続されている。
 双方向DC/DCコンバータ21は、変換制御部443により制御される双方向電圧変換部であり、蓄放電コントローラ4から出力される制御信号に基づいて蓄電装置2の蓄放電を制御する。双方向DC/DCコンバータ21は、第1通電路P1を流れる電流の少なくとも一部を蓄電装置2に蓄電電力として供給したり、蓄電装置2から放電電力を第1通電路P1に出力させたりする。
 図4の構成によれば、双方向DC/DCコンバータ21の電力変換方向を制御することにより、蓄電装置2の蓄電/放電を切り替えることができる。従って、発電電力を蓄電するタイミング及び蓄電装置2を放電させるタイミングをより自由に設定することができるので、太陽光発電システム100の電力制御をより緻密に行うことができる。
 また、太陽電池ストリング1a、1bの発電は、その動作点電圧が双方向DC/DCコンバータ21の第1通電路P1側の電位と同じになるように制御される。従って、太陽電池ストリング1a、1bの動作点電圧を蓄電装置2の入出力電圧とは異なる値に制御できるので、太陽光発電システム100に様々な仕様の蓄電装置2を接続することができる。また、双方向DC/DCコンバータ21の電力変換動作を制御することにより、たとえばMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御などの太陽電池ストリング1a、1bの動作点電圧の制御をすることができる。従って、太陽電池ストリング1a、1bの発電電力の低下を抑制又は防止して、発電電力の利用効率を向上させることができる。
 以上、本実施形態によれば、電力制御システム100は、蓄電装置2と第1通電路P1及び発電装置1a、1bとの間に設けられる双方向電圧変換部21をさらに備え、変換制御部443は双方向電圧変換部21の電圧変換動作をさらに制御する構成とされる。
 この構成によれば、双方向電圧変換部21により、蓄電装置2の蓄電/放電の切り替えをより自由に設定できるので、電力制御システム100の電力制御をより緻密に行うことができる。さらに、発電装置1a、1bの出力電圧を双方向電圧変換部21により制御することができる。
<第3実施形態>
 次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態では、PCS3aにおいて第1通電路P1及び双方向インバータ31a間に双方向DC/DCコンバータ32aが設けられる。また、PCS3bにおいて第1通電路P1及び双方向インバータ31b間に双方向DC/DCコンバータ32bが設けられる。これら以外は、第1実施形態と同様である。以下では、第1実施形態と異なる構成について説明する。また、第1実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
 図5は、第3実施形態に係る太陽光発電システム100の構成例を示すブロック図である。図5に示すように、PCS3aは双方向DC/DCコンバータ32aをさらに有し、PCS3bは双方向DC/DCコンバータ32bをさらに有している。なお、双方向DC/DCコンバータ32bの構成は双方向DC/DCコンバータ32aと同様であるため、以下ではその説明を省略する。
 双方向DC/DCコンバータ32aは、変換制御部443によって制御される双方向電圧変換部であり、第1通電路P1及び双方向インバータ31a間で電力のDC/DC変換を行う。双方向DC/DCコンバータ32aの電力変換方向及び電力変換動作は蓄放電コントローラ4から出力される制御信号に基づいて設定される。たとえば、双方向DC/DCコンバータ32aは、順変換方向aの電力変換動作を行う場合、双方向インバータ31aから出力される直流電力を蓄電装置2の入出力電圧と同じ電圧値の直流電力に変換して、第1通電路P1に出力する。また、双方向DC/DCコンバータ32aは、逆変換方向bの電力変換動作を行う場合、第1通電路P1から入力される直流電力の電圧値を双方向インバータ31aの定格電圧値に変換して、双方向インバータ31aに出力する。
 図5の構成によれば、第1通電路P1を流れる直流電力Wp1の電圧値と双方向インバータ31aの定格電圧値とが異なっていても、双方向DC/DCコンバータ32aで変圧することによって、両者を電気的に接続することができる。従って、PCS3aは、順変換方向aの場合には双方向インバータ31aの出力電力Woaを直流電力Wp1と同じ電圧値に変圧して第1通電路P1に出力できるし、逆変換方向bの場合には直流電力Wp1の電圧値を定格電圧値に変圧して双方向インバータ31aに入力できる。よって、太陽電池ストリング1a、1b及び蓄電装置2の仕様とPCS3a(特に双方向インバータ31a)の仕様とが異なっていても、両者を接続することができる。
 以上、本実施形態によれば、電力制御システム100は、第1通電路P1及び各電力変換部31a、31b間にそれぞれ設けられ、第1通電路P1から入力される電力の電圧値を電力変換部31a、31bの定格電圧値に電圧変換する複数の電圧変換部32a、32bをさらに備え、変換制御部443は複数の電圧変換部32a、32bの電圧変換動作をさらに制御する構成とされる。
 この構成によれば、電圧変換部32a、32bによって電力変換部31a、31bの各入力電力Wia、Wibの電圧値を定格電圧値に変圧することができる。従って、発電装置1a、1b及び蓄電装置2の仕様と電力変換部31a、31bの仕様とが異なっていても、両者を接続することができる。
 以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上述の実施形態は例示であり、その各構成要素及び各処理の組み合わせに色々な変形が可能であり、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
 たとえば、上述の第1~第3実施形態では、発電装置に太陽電池ストリング1a、1bを用いているが、本発明はこの例示に限定されない。発電装置の少なくとも一部は、太陽光以外の再生可能エネルギーを利用した発電(風力、水力、地熱、バイオマス、太陽熱など自然エネルギー発電、廃棄物発電など)を行う発電装置であってもよい。たとえば図6のように、発電装置に風力発電装置1a、1bを用いる風力発電システム100であってもよい。この場合、各風力発電装置1a、1bはAD/DCコンバータ12a、12bを介して第1通電路P1に接続される。
 また、上述の第1~第3実施形態では、商用電力系統CSのような交流電力源が太陽光発電システム100に接続されているが、本発明はこの例示に限定されない。商用電力系統CSに代えて、直流電力源が太陽光発電システム100に接続されてもよい。この場合、各PCS3a、3bはそれぞれ、双方向インバータ31a、31bに代えて、DC/DCコンバータ又は双方向DC/DCコンバータを有する構成とされる。
 また、上述の第1~第3実施形態では、第1通電路P1及び第2通電路P2間にて並列接続される直列回路(たとえば第1構成要素群Sa、3a、Ta、Sb、及び第2構成要素Sc、3b、Tb、Sd)の数は2つであるが、本発明はこの例示に限定されない。該直列回路の数は3つ以上の複数であってもよい。さらに、並列接続される直列回路の数が3つ以上である場合、太陽光発電システム100に対する該直列回路の切り離し/再接続の切り替えは複数の直列回路を一まとめにして制御されてもよい。図7は、太陽光発電システム100の他の構成例を示すブロック図である。図7では、第1通電路P1の他端と第2通電路P2の他端との間に4つの直列回路が並列に接続されている。具体的に説明すると、第1構成要素群Sa、3a、Ta、及びSbと、第2構成要素Sc、3b、Tb、及びSdと、第3構成要素群Se、3c、Tc、及びSfと、第4構成要素Sg、3d、Td、及びShとが並列に接続されている。図7において、たとえば、太陽光発電システム100に対する第3及び第4構成要素の切り離し/再接続の切替制御が一まとめに行われてもよい。すなわち、第3及び第4構成要素が太陽光発電システム100から切り離される場合にはスイッチユニットSe~ShがまとめてOFF状態に切り替えられてもよい(開動作)。さらに、第3及び第4構成要素が太陽光発電システム100に再接続される場合にはスイッチユニットSe~ShがまとめてON状態に切り替えられてもよい(閉動作)。或いは、太陽光発電システム100に対する第2~第4構成要素の切り離し/再接続の切替制御が一まとめに行われてもよい。すなわち、第2~第4構成要素が太陽光発電システム100から切り離される場合にはスイッチユニットSc~ShがまとめてOFF状態に切り替えられてもよい(開動作)。さらに、第2~第4構成要素が太陽光発電システム100に再接続される場合にはスイッチユニットSc~ShがまとめてON状態に切り替えられてもよい(閉動作)。
 また、上述の第1~第3実施形態では、双方向インバータ31a、31bの前段及び後段の両方に接続開閉部(スイッチユニットSa~Sd)がそれぞれ設けられているが、本発明はこの例示に限定されない。接続開閉部は、双方向インバータ31a、31bの前段及び後段の少なくとも一方に直列接続されていればよい。この場合、接続開閉部は、双方向インバータ31a、31b(及びPCS3a、3b)の内部の電気回路の構成などに応じて電力供給を断つことができる位置に接続される。こうすれば、双方向インバータ31a、31bはその前段及び後段の少なくとも一方に接続される接続開閉部Sa~Sdの開動作によって太陽光発電システム100から切り離され、その電力供給が断たれる。従って、太陽光発電システム100から切り離された双方向インバータ31a、31bでの電力消費(たとえば停止時の待機電力の消費)を防止して、太陽光発電システム100全体からみた発電電力の総合的な利用効率を向上させることができる。
 また、上述の第1~第3実施形態では、双方向インバータ31a、31bは非絶縁型であるが、本発明はこの例示に限定されない。双方向インバータ31a、31bの少なくとも一部は絶縁型であってもよい。この場合、絶縁用の変圧器Ta、Tbを直列接続する構成は省略できる。
 また、上述の第1~第3実施形態では、PCS3aの前段にスイッチユニットSaが接続され、後段に絶縁用の変圧器Ta及びスイッチユニットSbを接続しているが、本発明はこの例示に限定されない。PCS3aはスイッチユニットSa、Sb及び絶縁用の変圧器Taのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。たとえば、PCS3aが変圧器Taを含むような絶縁型のPCSであれば、変圧器Taは設けない構成としてもよい。なお、他のPCS3bも同様にスイッチユニットSc、Sd及び絶縁用の変圧器Tbのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。たとえば、PCS3bが変圧器Tbを含むような絶縁型のPCSであれば、変圧器Tbは設けない構成としてもよい。
 また、上述の第1~第3実施形態において、制御部44の機能的な構成要素のうちの少なくとも一部又は全部は、物理的な構成要素(たとえば電気回路、素子、装置など)で実現されていてもよい。
 また、上述の第1~第3実施形態では、PCS3a、3bは双方向インバータ31a、31bを有しているが、本発明はこの例示に限定されない。商用電力系統CSに例示される電力源から供給される電力を蓄電装置2に蓄電しない場合には、各PCS3a、3bの少なくとも一部は逆変換方向bに電力変換するインバータ(電力変換部)を備えていてもよい。また、第3実施形態において、PCS3a、3bは双方向DC/DCコンバータ32a、32bを備えているが、本発明はこの例示に限定されない。PCS3a、3bは、逆変換方向bに電力変換するインバータを備える場合には、双方向DC/DCコンバータ32a、32bに代えて、逆変換方向bに電圧変換するDC/DCコンバータ(電圧変換部)を備えていてもよい。
 100      太陽光発電システム、風力発電システム
 1a、1b     太陽電池ストリング、風力発電装置
 11a、11b    逆流防止装置
 12a、12b    AD/DCコンバータ
 2         蓄電装置
 21         双方向DC/DCコンバータ
 3a、3b     パワーコンディショナ(PCS)
 31a、31b    双方向インバータ
 32a、32b    双方向DC/DCコンバータ
 4         蓄放電コントローラ
 41         表示部
 42         入力部
 43         記憶部
 44         制御部
 441         電力監視部
 442         蓄電装置監視部
 443         変換制御部
 444         判定部
 445         開閉制御部
 Sa~Sd     スイッチユニット
 Ta、Tb     変圧器
 P1~P3     第1~第3通電路
 M         電力量計
 CS       商用電力系統
 LS       電力負荷系統

Claims (5)

  1.  第1通電路に接続される発電装置及び蓄電装置と、
     電力源に接続される第2通電路と前記第1通電路との間にて並列接続される複数の電力変換部と、
     複数の前記電力変換部の電力変換動作を制御する変換制御部と、
    を備え、
     前記発電装置の出力端が前記蓄電装置の入出力端と並列接続される電力制御システム。
  2.  全ての前記電力変換部で前記電力変換動作が行われる場合に該全ての前記電力変換部から出力される第1出力電力の総電力値が、一部の前記電力変換部で電力変換動作が行われる場合に該一部の前記電力変換部から出力される第2出力電力の総電力値以下であるか否かを判定する判定部と、
     各電力変換部の前段及び後段の少なくとも一方に直列接続される接続開閉部と、
     前記判定部の判定結果に基づいて前記接続開閉部の開閉動作を制御する開閉制御部と、をさらに備え、
     前記開閉制御部は、前記第1出力電力の総電力値が前記第2出力電力の総電力値以下であると判定される場合、前記全ての前記電力変換部のうちの残りの一部の前記電力変換部の前段及び後段の少なくとも一方に接続される接続開閉部に開動作をさせる請求項1に記載の電力制御システム。
  3.  前記接続開閉部は、各電力変換部の前段及び後段の両方に直列接続される請求項2に記載の電力制御システム。
  4.  前記蓄電装置と前記第1通電路及び前記発電装置との間に設けられる双方向電圧変換部をさらに備え、
     前記変換制御部は前記双方向電圧変換部の電圧変換動作をさらに制御する請求項1~請求項3のいずれかに記載の電力制御システム。
  5.  前記第1通電路及び各電力変換部間にそれぞれ設けられ、前記第1通電路から入力される電力の電圧値を前記電力変換部の定格電圧値に電圧変換する複数の電圧変換部をさらに備え、
     前記変換制御部は複数の前記電圧変換部の電圧変換動作をさらに制御する請求項1~請求項4のいずれかに記載の電力制御システム。
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