WO2019009040A1 - 直流給電システム - Google Patents

直流給電システム Download PDF

Info

Publication number
WO2019009040A1
WO2019009040A1 PCT/JP2018/022774 JP2018022774W WO2019009040A1 WO 2019009040 A1 WO2019009040 A1 WO 2019009040A1 JP 2018022774 W JP2018022774 W JP 2018022774W WO 2019009040 A1 WO2019009040 A1 WO 2019009040A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
voltage
bus
priority
power generation
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/022774
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
羽田　正二
康寛 松永
Original Assignee
Ntn株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018085587A external-priority patent/JP7165507B2/ja
Application filed by Ntn株式会社 filed Critical Ntn株式会社
Publication of WO2019009040A1 publication Critical patent/WO2019009040A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H02J1/12—Parallel operation of dc generators with converters, e.g. with mercury-arc rectifier
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Definitions

  • the present invention relates to a DC power supply system for supplying DC power.
  • Patent Document 1 discloses a distributed power supply system in which a plurality of distributed power supply units are connected via a DC bus.
  • the distributed power supply system allows voltage fluctuation of the DC bus within a predetermined range, and autonomously cooperates and operates the distributed power supply units based on the voltage value of the DC bus.
  • the distributed power supply system includes a wind power generation unit, a solar power generation unit, an electric power storage unit, and a grid connection unit.
  • the grid connection unit mutually supplies power between the DC bus of the distributed power supply system and an external AC power system.
  • each distributed power supply unit autonomously cooperates, each distributed power supply unit can not be operated according to the priority. For example, it is impossible to stop the solar power generation unit and operate only the wind power generation unit. In addition, when the voltage of the DC bus becomes, for example, 380 V or more, the wind power generation unit is also stopped.
  • An object of the present invention is to provide a DC power supply system capable of operating a plurality of DC power sources connected to a DC bus according to priority.
  • the DC power supply system of the present invention With DC bus, One or more first DC power sources that have the highest priority and output a DC voltage to the DC bus;
  • the priority is 2 or less, the upper limit of the output voltage is determined according to the priority, and the DC voltage is output to the DC bus when the voltage of the DC bus is less than the upper limit of the output voltage 1
  • Two or more second DC power sources, And the like are two or more second DC power sources, And the like.
  • the DC power supply system of the present invention is
  • the second direct current power source may include two or more direct current power sources having different priorities.
  • the DC power supply system of the present invention is A system in which the second DC power source has the lowest priority among the second DC power sources, converts an AC voltage supplied from an AC power system into a DC voltage, and outputs the DC voltage to the DC bus It is characterized by including a linking device.
  • the DC power supply system of the present invention is The storage battery of the rated voltage according to the priority and the storage battery are stopped when it is determined that the storage battery is overcharged, and the discharge of the storage battery is stopped when it is determined that the storage battery is overdischarged
  • the storage battery includes one or more power storage devices connected to the DC bus via the protection circuit.
  • the DC power supply system of the present invention is The power storage device is characterized in that the priority is higher than that of the grid connection device.
  • the DC power supply system of the present invention is The power storage device is characterized in that the priority is lower than that of the grid connection device.
  • the DC power supply system of the present invention is The first DC power source does not have an upper limit of the output voltage, When the DC voltage of the DC bus is equal to or higher than the upper limit of the output voltage defined for the second DC power source having the highest priority among the second DC power sources, A power consumption device which consumes power of the DC bus; It is characterized by
  • the DC power supply system of the present invention is
  • the first DC power source comprises one or more wind power generators
  • the power consumption device operates as a brake for suppressing or stopping the rotation of the wind turbine of the wind turbine. It is characterized by
  • the DC power supply system of the present invention is
  • the second DC power source comprises one or more photovoltaic devices comprising a solar cell array, the solar cell array comprising a plurality of strings,
  • the upper limit of the output voltage is determined for each of the strings in accordance with the priority order. It is characterized by
  • a plurality of DC power sources connected to a DC bus can be operated according to the priority.
  • FIG. 3A shows an example in which the switch is provided on the high potential line side.
  • FIG. 3B shows an example in which the switch is provided on the low potential line side.
  • FIG. 3A shows an example in which the switch is provided on the high potential line side.
  • FIG. 3B shows an example in which the switch is provided on the low potential line side.
  • FIG. 3A shows an example in which the switch is provided on the high potential line side.
  • FIG. 3B shows an example in which the switch is provided on the low potential line side.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of a DC power supply system 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the DC power feeding system 1 includes a wind power generation device 10, a hydroelectric power generation device 20, a geothermal power generation device 30, a solar power generation device 40, a normal power storage device 50, an emergency power storage device 60, and a grid connection device 70. , A power consumption device 80, a plurality of loads 90, and a DC bus 100.
  • the power generation devices 10, 20, 30, 40, the power storage devices 50, 60, and the grid connection device 70 are prioritized in advance. These priorities are set when the DC power supply system 1 is not in operation, and can not be changed while the DC power supply system 1 is in operation. Each of these devices is connected to the DC bus 100, and outputs a DC voltage to the DC bus 100 according to the priority.
  • the wind turbine generator 10 has the highest priority.
  • the upper limit of the output voltage of the wind turbine 10 is not set.
  • the wind power generator 10 is a normal general wind power generator.
  • the wind turbine generator 10 stops the output of the DC voltage to the DC bus 100 when the wind turbine is stopped or the rotational speed is reduced.
  • the wind power generator 10 may stop the output of the DC voltage to the DC bus 100 by the output control.
  • the wind turbine generator 10 is an example of the first DC power source in the present invention.
  • the first DC power source has the highest priority.
  • the hydraulic power generation device 20, the geothermal power generation device 30, the solar power generation device 40, and the grid connection device 70 are examples of the second DC power source in the present invention.
  • the upper limit of the output voltage is set to each second DC power source according to the priority.
  • Each second DC power source comprises a device for measuring the voltage of the DC bus 100.
  • Each second DC power source outputs a DC voltage to the DC bus 100 when the measured voltage of the DC bus 100 is less than or equal to the upper limit of the output voltage.
  • the priority of the hydroelectric power generation device 20 and the geothermal power generation device 30 is the second, and is the highest among the respective second DC power sources.
  • the upper limit of the output voltage of the hydroelectric generator 20 and the geothermal generator 30 is 290V.
  • the priority of the solar power generation device 40 is the third.
  • the upper limit of the output voltage in the solar power generation device 40 is 280V.
  • the normal power storage device 50 and the emergency power storage device 60 include storage batteries of a rated voltage according to the priority.
  • the priority of the normal power storage device 50 is the fifth.
  • the rated voltage of the storage battery included in the normal power storage device 50 is 264V.
  • the priority of the emergency power storage device 60 is seventh.
  • the rated voltage of the storage battery included in the emergency power storage device 60 is 252V.
  • Each power storage device 50, 60 stops charging of the storage battery at the time of overcharging, and stops discharging of the storage battery at the time of overdischarging.
  • the priority of the grid connecting device 70 is sixth, and the lowest among the second DC power sources.
  • the upper limit of the output voltage in the grid connecting device 70 is 260V.
  • the grid connection device 70 converts an AC voltage supplied from the external AC power system 200 into a DC voltage and converts it into a DC bus 100. Output.
  • the grid connection device 70 supplies power to the DC bus 100 when the output voltage of each power generation device by natural energy decreases.
  • the priority of the normal power storage device 50 is higher than the priority of the grid connection device 70. Further, the priority of the emergency power storage device 60 is lower than the priority of the grid connection device 70.
  • the upper limit of the set output voltage can be changed while the priority of the DC power supply system 1 does not change.
  • the range in which the upper limit of the output voltage can be changed for the hydraulic power generation device 20 and the geothermal power generation device 30 is 280 V or more.
  • the range which can change the upper limit of the output voltage about the solar power generation device 40 is 264V or more and 290V or less.
  • the range in which the upper limit of the output voltage of the grid connection device 70 can be changed is 252 V or more and 264 V or less.
  • the hydroelectric generator 20 and geothermal The upper limits of the output voltages of the power generation device 30 and the solar power generation device 40 can all be changed to 295V.
  • the hydroelectric power generation device 20 and the geothermal power generation device 30 have the second priority. It is assumed that the priority of the device 40 is third and there is no change in these priorities.
  • the upper limit of the output voltage in the solar power generation device 40 is changed exceeding 290 V, the priority of the hydroelectric power generation device 20, the geothermal power generation device 30, and the solar power generation device 40 is not changed.
  • the load 90 consumes power.
  • the load 90 is, for example, a television, a refrigerator, an air conditioner, a computer, a light, a house, a factory or the like.
  • the load 90 is also prioritized. When the DC voltage of the DC bus 100 drops, the loads 90 are disconnected from the DC bus 100 in the order of lower priority.
  • air conditioning is the lowest priority, and is disconnected from the DC bus 100 when the voltage of the DC bus 100 is 260V.
  • the computer has the highest priority and is disconnected from DC bus 100 when the voltage on DC bus 100 drops to 240V.
  • a plurality of devices may be connected to the DC bus 100.
  • a plurality of wind turbines 10 and a plurality of solar power generators 40 may be connected to the DC bus 100.
  • the power consumption device 80 includes a resistive element 81, a switch SW, and a control unit 82.
  • the switch SW can be realized by, for example, a relay or a semiconductor switching element.
  • a predetermined voltage for example, 295 V
  • the control unit 82 switches The switch element 81 is connected to the DC bus 100 by closing the switch SW.
  • resistance element 81 consumes the power of DC bus 100.
  • the switch SW may be provided on the high potential line LH side as shown in FIG. 3A, or may be provided on the low potential line LL side as shown in FIG. 3B. . In addition, it may be provided on both the high potential line LH side and the low potential line LL side.
  • the wind turbine 10 outputs a large amount of power when the wind is very strong, but if there is not enough load on the output of the wind turbine 10 at this time, the wind turbine may overturn and damage the wind turbine.
  • the power consumption device 80 consumes the surplus power. At this time, the wind turbine 10 is electrically braked, and the rotation of the wind turbine is suppressed or stopped.
  • a device that consumes power may be installed in the wind turbine generator 10.
  • the power consumption device 80 when there are a plurality of wind power generation devices 10 in the DC power feeding system 1, by providing the power consumption device 80, it is possible to omit devices that consume power from the individual wind power generation devices 10, and the cost thereof Can be lowered. Further, even if a high voltage is applied to the DC bus 100 due to an accident or the like, the power consumption device 80 consumes abnormal power. For this reason, damage to each device connected to the DC bus 100 can be prevented.
  • the hydroelectric generator 20 includes a hydroelectric generator 21, a switch SW, and a control unit 22.
  • the priority of the hydroelectric power generation apparatus 20 is 2nd, and the upper limit of the output voltage is 290V.
  • the control unit 22 closes the switch SW to connect the hydroelectric generator 21 and the direct current bus 100.
  • the structure in which the hydraulic power unit 20 has the control part 22 and switch SW is only an illustration.
  • the hydroelectric power generation device 20 may have another structure as long as the hydroelectric power generation device 20 outputs a DC voltage to the DC bus 100 when the voltage of the DC bus 100 is 290 V or less.
  • the hydroelectric power generation device 20 may be a hydroelectric power generation device capable of outputting a voltage up to 290V.
  • the geothermal power generation apparatus 30 includes a geothermal power generator 31, a switch SW, and a control unit 32.
  • the priority of the geothermal power generation device 30 is 2nd, and the upper limit of the output voltage is 290V.
  • the controller 32 closes the switch SW to connect the geothermal generator 31 and the DC bus 100.
  • the structure where the geothermal power generation apparatus 30 has the control part 32 and switch SW is only an illustration.
  • the geothermal power generation device 30 may have any other structure as long as it outputs a DC voltage to the DC bus 100 when the voltage of the DC bus 100 is 290 V or less.
  • the geothermal power generation device 30 may be a geothermal power generation device capable of outputting a voltage up to 290V.
  • the solar power generation device 40 contains the solar cell array 41, The array 41 may include a plurality of strings 42, and each string 42 may be connected to the DC bus 100 via a switch SW.
  • the solar power generation device 40 has a control unit 43.
  • the control unit 43 may close the switch SW and cause the DC bus 100 to output a DC voltage for each string 42. it can.
  • the structure in which the solar power generation device 40 has the control part 43 and switch SW is only an illustration. If the solar power generation device 40 is a solar power generation device in which each string 42 outputs a DC voltage to the DC bus 100 when the voltage of the DC bus 100 is equal to or less than the upper limit defined for each string 42, another structure It may be for example, the solar power generation device 40 may be a solar power generation device in which each string 42 can output a voltage up to the upper limit of the output voltage determined for each string 42.
  • the normal power storage device 50 includes a storage battery 51 and a protection circuit 52.
  • the rated voltage of the storage battery 51 is 264 V in the examples of FIGS. 2 and 7. This is higher than the upper limit (260 V in the example of FIG. 2) of the output voltage in the grid connection device 70.
  • Storage battery 51 is connected to DC bus 100 via protection circuit 52.
  • the protection circuit 52 stops charging of the storage battery 51 when it is determined that the storage battery 51 is overcharged, and stops discharge of the storage battery 51 when it is determined that the storage battery 51 is overdischarged.
  • the protection circuit 52 determines that the battery 51 is overcharged when the voltage of the DC bus 100 is higher than the rated voltage and exceeds a predetermined overcharge determination voltage at which the storage battery 51 is not overcharged. Stop. Alternatively, the protection circuit 52 determines that the battery 51 is overcharged when the voltage between the positive and negative electrode terminals of the storage battery 51 exceeds the overcharge determination voltage, and stops the charging of the storage battery 51.
  • the overcharge determination voltage may not necessarily be a limit voltage at which the storage battery 51 is overcharged.
  • the overcharge determination voltage may be a voltage lower than the limit voltage at which the storage battery 51 is overcharged.
  • protection circuit 52 determines that overdischarge occurs when the voltage of DC bus 100 is lower than the rated voltage and falls below a predetermined overdischarge determination voltage that does not cause overdischarge of storage battery 51, and stops discharge of storage battery 51. .
  • the protection circuit 52 determines that overdischarge occurs when the voltage between the positive and negative electrode terminals of the storage battery 51 falls below the overdischarge determination voltage, and stops the discharge of the storage battery 51.
  • the overdischarge determination voltage may not necessarily be a limit voltage at which the storage battery 51 is overdischarged.
  • the overdischarge determination voltage may be a voltage higher than a limit voltage at which the storage battery 51 is overdischarged.
  • the protection circuit 52 may determine overcharge and overdischarge for each cell included in the storage battery 51. That is, when any of the cells is determined to be overcharged, the protection circuit 52 may determine that the entire storage battery 51 is overcharged, and stop the charging of the storage battery 51. In addition, when any of the cells is determined to be overdischarged, the protection circuit 52 may determine that the entire storage battery 51 is overdischarged and stop the discharge of the storage battery 51.
  • FIG. 7 shows an example in which storage battery 51 is connected to DC bus 100 via protection circuit 52 for storage device 50 for ordinary use
  • a DC / DC converter is used in addition to protection circuit 52.
  • the output voltage of the DC / DC converter may be boosted and output to the DC bus 100, and the voltage of the DC bus 100 may be stepped down by the DC / DC converter and input to the storage battery 51.
  • the rated voltage (for example, 264 V) of the storage battery 51 is a voltage obtained by boosting the actual output voltage of the storage battery 51 by the DC / DC converter.
  • the rated voltage of the normal power storage device 50 can be changed without changing the priority during operation of the DC power supply system 100.
  • the emergency power storage device 60 includes a storage battery 61 and a protection circuit 62.
  • the rated voltage of the storage battery 61 is 252 V in the examples of FIGS. 2 and 8. This is lower than the upper limit (260 V in the example of FIG. 2) of the output voltage in the grid connection device 70.
  • the protection circuit 62 stops charging of the storage battery 61 when it is determined that the storage battery 61 is overcharged, and stops discharge of the storage battery 61 when it is determined that the storage battery 61 is overdischarged.
  • Emergency storage device 60 outputs a DC voltage to DC bus 100 in an emergency. For example, in the emergency power storage device 60, when all the power generation devices 10, 20, 30, 40 are stopped, the normal power storage device 50 is empty, and the power system 200 is out of power, Output
  • the emergency power storage device 60 also uses a DC / DC converter in addition to the protection circuit 62, boosts the output voltage of the storage battery 61 by the DC / DC converter, and outputs it to the DC bus 100.
  • the voltage of the DC bus 100 may be stepped down by the DC / DC converter and input to the storage battery 61.
  • the rated voltage (for example, 252 V) of the storage battery 61 is a voltage obtained by boosting the actual output voltage of the storage battery 61 by the DC / DC converter.
  • the rated voltage of the emergency power storage device 60 can be changed in the range in which the priority does not change during operation of the DC power supply system 100.
  • FIG. 9 shows an example of the configuration of a direct current feed system 2 according to a second embodiment of the present invention.
  • the DC power supply system 2 includes a solar power generation device 45, a normal power storage device 50, a grid connection device 70, a plurality of loads 90, and a DC bus 100.
  • the solar power generation device 45, the normal power storage device 50, and the grid connection device 70 are prioritized as shown in FIG.
  • Each of these devices 45, 50, 70 is connected to the DC bus 100, and outputs a DC voltage to the DC bus 100 according to the priority.
  • the solar power generation device 45 has the highest priority. The upper limit of the output voltage is not set in the solar power generation device 45.
  • the solar power generation device 45 can output a DC voltage to the DC bus 100 up to the maximum output voltage determined by its performance.
  • the solar power generation device 45 is a normal general solar power generation device including a solar cell.
  • the solar power generation device 45 is an example of the first DC power source in the present invention, as in the wind power generation device
  • the priority of the normal power storage device 50 is second.
  • the rated voltage of the storage battery included in the normal power storage device 50 is 264V.
  • the normal power storage device 50 is the same as the normal power storage device 50 according to the first embodiment.
  • the priority of the grid connecting device 70 is the third.
  • the upper limit of the output voltage in the grid connecting device 70 is 260V.
  • the grid connection device 70 is the same as the grid connection device 70 according to the first embodiment.
  • the grid connection device 70 is an example of the second DC power source in the present invention. Also in the DC power supply system 2 according to the second embodiment, the priority is set when the DC power supply system 2 is not in operation, and can not be changed while the DC power supply system 2 is in operation.
  • the upper limit of the set output voltage can be changed while the priority of the DC power feeding system 2 is not changed.
  • the upper limit of the output voltage can be changed in the range of 264 V or less for the grid connecting device 70.
  • FIG. 11 shows an example of the configuration of a direct current feed system 3 according to a third embodiment of the present invention.
  • the DC power feeding system 3 includes a wind turbine generator 10, a normal power storage device 50, a grid connection device 70, a power consumption device 80, a plurality of loads 90, and a DC bus 100.
  • the wind power generation device 10, the normal power storage device 50, and the grid connection device 70 are prioritized as shown in FIG.
  • Each of these devices 10, 50, 70 is connected to the DC bus 100, and outputs a DC voltage to the DC bus 100 according to the priority.
  • the wind turbine generator 10 has the highest priority.
  • the wind turbine generator 10 is the same as the wind turbine generator 10 in the first embodiment.
  • the wind turbine generator 10 is an example of the first DC power source in the present invention.
  • the priority of the normal power storage device 50 is second.
  • the rated voltage of the storage battery included in the normal power storage device 50 is 264V.
  • the normal power storage device 50 is the same as the normal power storage device 50 according to the first embodiment.
  • the priority of the grid connecting device 70 is the third.
  • the upper limit of the output voltage in the grid connecting device 70 is 260V.
  • the grid connection device 70 is the same as the grid connection device 70 according to the first embodiment.
  • the grid connection device 70 is an example of the second DC power source in the present invention.
  • the power consumption device 80 consumes the power of the DC bus 100 when the DC voltage of the DC bus 100 is equal to or higher than a predetermined voltage larger than the upper limit (260 V in the example of FIG.
  • the predetermined voltage be, for example, a voltage higher than the overcharge determination voltage of the normal power storage device 50.
  • the priority is set when the DC power supply system 3 is not in operation, and can not be changed while the DC power supply system 3 is in operation.
  • the grid connection device 70 which is the second DC power source the upper limit of the set output voltage can be changed while the priority of the DC power supply system 3 is not changed.
  • the upper limit of the output voltage can be changed in the range of 264 V or less for the grid connecting device 70.
  • the second direct current power source is only the grid connection device 70.
  • the grid connection device 70 is regarded as having the highest priority among the second DC power sources and the lowest priority among the second DC power sources.
  • the priorities given to the respective devices 10, 20, 30, 40, 45, 50, 60, 70 are set when the DC feeding systems 1, 2, 3 are not operating. Although it can not be changed during operation of the DC power supply system 1, 2, 3, even if the DC power supply system 1, 2, 3 is in operation, the priority of each device can be changed. Good.
  • the priorities of the normal power storage device 50 and the grid connection device 70 are the fifth and sixth, but while the DC power feeding system 1 is in operation, these priorities are changed.
  • the priority of the system linkage device 70 can be set to the fifth, and the priority of the normal power storage device 50 can be set to the sixth.
  • the upper limit of the output voltage of the grid connection device 70 can be set higher than the rated voltage 264 V of the normal power storage device 50, and the power storage device 50 can be charged by the power supplied from the grid connection device 70.
  • the priorities of the hydroelectric power generation device 20, the geothermal power generation device 30, and the solar power generation device 40 can be made lower than the priority of the normal power storage device 50. As a result, it is possible to supply only the power generated by the wind turbine 10 when the wind is strong to the normal power storage device 50 and the load 90.
  • the switch SW is provided on the high potential line LH side for each of the hydraulic power generation device 20, the geothermal power generation device 30, and the solar power generation device 40.
  • the switches SW may be provided on the low potential line LL side as in the power consumption device 80 of FIG. 3 in each of the power generation units 20, 30, and 40, or the high potential line LH side and the low potential line LL. It may be provided on both sides.
  • the hydroelectric power generation device 20, the geothermal power generation device 30, the solar power generation device 40, the grid connection device 70, and the power consumption device 80 operate autonomously.
  • the devices may be centrally controlled in their operating state by a common control device.
  • the upper limit of the output voltage is not set for the first DC power source having the highest priority, but the upper limit of the output voltage of the first DC power source is also set. It may be set.
  • the upper limit of the output voltage of the wind turbine 10 which is the first DC power source is set to 300 V, and the wind turbine 10 has a voltage of the DC bus 100 A DC voltage may be output to the DC bus 100 only when the voltage is 300 V or less. In this case, the power consumption device 80 becomes unnecessary.
  • the DC power supply system 1 according to the first embodiment or the DC power supply system 3 according to the third embodiment has a plurality of wind power generators 10, each wind power generator is included in each wind power generator 10. It is necessary to add a device or the like that consumes power when the DC 10 does not output a DC voltage to the DC bus 100.
  • the priority may be determined among similar devices. For example, when a plurality of solar power generation devices 40 are connected to the DC bus 100, the priorities of the individual solar power generation devices 40 may be determined separately. Further, it comprises the wind turbine generator 10 having the highest priority, the solar power generator 40 having the second priority, the normal power storage device 50 having the third priority, and the grid connecting device 70 having the lowest priority.
  • the present invention can be applied to a DC feeding system having a configuration different from that of the DC feeding system 3.
  • the wind power generation device 10, the hydroelectric power generation device 20, and the geothermal power generation device 30 have higher priorities than the solar power generation device 40. However, all of them may have the same priority. That is, the wind power generation device 10, the hydroelectric power generation device 20, the geothermal power generation device 30, and the solar power generation device 40 may all have the highest priority.
  • the wind power generation device 10, the hydroelectric power generation device 20, the geothermal power generation device 30, and the solar power generation device 40 are the first DC power source of the present invention, and only the grid connecting device 70 is the second DC power of the present invention It becomes a source.
  • a plurality of DC power sources connected to the DC bus can be operated according to the priority.
  • the grid connection device 70 has the lowest priority among the DC power sources.
  • the grid connection device 70 supplies power from the AC power grid 200 to the DC bus 100. For this reason, it is not necessary to install each power generation device using natural energy in accordance with the maximum power consumption of the load 90. Further, by installing the power consumption device 80, even if each power generation device using natural energy outputs more power than the load 90 consumes, the power consumption device 80 can consume the surplus power.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

直流バスに接続された複数の直流電力源を優先度に応じて稼働させる。 風力発電装置１０は、第１の直流電力源である。第１の直流電力源は、優先順位が最も高く、直流バス１００に直流電圧を出力する。水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０と系統連係装置７０とは第２の直流電力源である。各第２の直流電力源には優先順位に応じて出力電圧の上限が定められている。各第２の直流電力源は、直流バス１００の電圧が出力電圧の上限以下であるときに直流バス１００に直流電圧を出力する。水力発電装置２０と地熱発電装置３０は、直流バス１００の電圧が例えば２９０Ｖ以下であるときにそれぞれ直流電圧を出力する。太陽光発電装置４０は、直流バス１００の電圧が例えば２８０Ｖ以下であるときに直流電圧を出力する。系統連係装置７０は、直流バス１００の電圧が例えば２６０Ｖ以下であるときに直流電圧を出力する。

Description

直流給電システム



　本発明は、直流電力を供給する直流給電システムに関する。



　特許文献１は、複数の分散電源ユニットが直流バスを介して接続された分散電源システムを開示する。この分散電源システムは、直流バスの電圧変動を所定範囲内で許容し、この直流バスの電圧値に基づいて各分散電源ユニットを自律的に協調運転する。この分散電源システムは、風力発電ユニットと、太陽光発電ユニットと、電力貯蔵ユニットと、系統連係ユニットとを含む。なお、系統連係ユニットは分散電源システムの直流バスと外部の交流の電力系統との間で電力を相互に供給し合う。



特開２００３－３３９１１８号公報



　自然エネルギーを利用した発電装置には、風力発電ユニットと太陽光発電ユニットの他に水力発電装置や地熱発電装置等もある。このうち、風力発電ユニットは強風時に止めると風車が破壊されるおそれがあるため、優先的に稼働させる必要がある。水力発電装置も水車の破壊を防ぐため、できるだけ稼働させるのが望ましい。



　しかし、特許文献１に記載の分散電源システムでは、各分散電源ユニットが自律的に協調運転するものの、各分散電源ユニットを優先度に応じて稼働させることはできない。例えば、太陽光発電ユニットを停止させて風力発電ユニットのみを稼働させることはできない。また、直流バスの電圧が例えば３８０Ｖ以上になると、風力発電ユニットも停止する。





　本発明の目的は、直流バスに接続された複数の直流電力源を優先度に応じて稼働させることができる直流給電システムを提供することである。



　上記目的を達成するために、本発明の直流給電システムは、



　直流バスと、



　優先順位が最も高く、前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第１の直流電力源と、



　優先順位が２番目以下であり、優先順位に応じて出力電圧の上限が定められており、前記直流バスの電圧が当該出力電圧の上限以下であるときに前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第２の直流電力源と、



　を備えることを特徴とする。





　好ましくは、本発明の直流給電システムは、



前記第２の直流電力源が、優先順位が異なる２つ以上の直流電力源を含むことを特徴とする。





　好ましくは、本発明の直流給電システムは、



　前記第２の直流電力源が、前記各第２の直流電力源の中で優先順位が最も低く、交流の電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力する系統連係装置を含むことを特徴とする。





　好ましくは、本発明の直流給電システムは、



　前記優先順位に応じた定格電圧の蓄電池と、当該蓄電池が過充電であると判定したときに当該蓄電池の充電を停止させ、当該蓄電池が過放電であると判定したときに当該蓄電池の放電を停止させる保護回路とを有し、当該蓄電池が当該保護回路を介して前記直流バスに接続された１つ以上の蓄電装置を備えることを特徴とする。





　好ましくは、本発明の直流給電システムは、



　前記優先順位が前記系統連係装置より高い前記蓄電装置を備えることを特徴とする。





　好ましくは、本発明の直流給電システムは、



　前記優先順位が前記系統連係装置より低い前記蓄電装置を備えることを特徴とする。





　好ましくは、本発明の直流給電システムは、



　前記第１の直流電力源が、出力電圧の上限を定められておらず、



　前記直流バスの直流電圧が、前記各第２の直流電力源の中で前記優先順位が最も高い第２の直流電力源について定められた出力電圧の上限より大きな所定の電圧以上であるときに、前記直流バスの電力を消費する電力消費装置を備える、



　ことを特徴とする





　好ましくは、本発明の直流給電システムは、



　前記第１の直流電力源が、１つ以上の風力発電装置を含み、



　前記電力消費装置が、前記風力発電装置の風車の回転を抑制する、または停止させるためのブレーキとして動作する、



　ことを特徴とする。





　好ましくは、本発明の直流給電システムは、



　前記第２の直流電力源が太陽電池アレイを含む１つ以上の太陽光発電装置を含み、当該太陽電池アレイが複数のストリングを含み、



　前記優先順位に応じて前記ストリング毎に出力電圧の上限が定められている、



　ことを特徴とする。



　本発明によれば、直流バスに接続された複数の直流電力源を優先度に応じて稼働させることができる。



本発明の第１の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。 図１の直流給電システムに含まれる各装置の優先順位の一例を示す図である。 電力消費装置に含まれる抵抗素子と直流バスの接続の一例を示す図である。図３（Ａ）は、スイッチが高電位ライン側に設けられている例を示す。図３（Ｂ）は、スイッチが低電位ライン側に設けられている例を示す。 水力発電装置に含まれる水力発電機と直流バスの接続の一例を示す図である。 地熱発電装置に含まれる地熱発電機と直流バスの接続の一例を示す図である。 太陽光発電装置が太陽電池アレイを含み、太陽電池アレイが複数のストリングを含む場合における各ストリングと直流バスの接続の一例を示す図である。 通常用蓄電装置の構成の一例を示す図である。 非常用蓄電装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。 図９の直流給電システムに含まれる各装置の優先順位の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。 図１１の直流給電システムに含まれる各装置の優先順位の一例を示す図である。



　以下、本発明の実施形態に係る直流給電システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。





　図１は、本発明の第１の実施形態に係る直流給電システム１の構成の一例を示す。



　直流給電システム１は、風力発電装置１０と、水力発電装置２０と、地熱発電装置３０と、太陽光発電装置４０と、通常用蓄電装置５０と、非常用蓄電装置６０と、系統連係装置７０と、電力消費装置８０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。



　各発電装置１０，２０，３０，４０と、各蓄電装置５０，６０と、系統連係装置７０には、図２に示すように、予め優先順位が付けられている。これらの優先順位は、直流給電システム１が稼働していないときに設定され、直流給電システム１の稼働中に変更することはできない。これらの各装置は、直流バス１００に接続されており、優先順位に応じて直流バス１００に直流電圧を出力する。





　風力発電装置１０は、優先順位が最も高い。風力発電装置１０には出力電圧の上限は設定されていない。なお、風力発電装置１０は、通常の一般的な風力発電機である。風力発電装置１０は、風車の停止や回転速度の低下等が起きた場合、直流バス１００への直流電圧の出力を停止する。また、風力発電装置１０は、出力制御により直流バス１００への直流電圧の出力を停止する場合がある。



　風力発電装置１０は、本発明における第１の直流電力源の例である。第１の直流電力源は、優先順位が最も高い。





　水力発電装置２０と、地熱発電装置３０と、太陽光発電装置４０と、系統連係装置７０とは、本発明における第２の直流電力源の例である。各第２の直流電力源には優先順位に応じて出力電圧の上限が設定されている。各第２の直流電力源は、直流バス１００の電圧を測定する装置を有している。各第２の直流電力源は、測定された直流バス１００の電圧が出力電圧の上限以下であるときに直流バス１００に直流電圧を出力する。



　図２の例では、水力発電装置２０と地熱発電装置３０の優先順位は２番目であり、各第２の直流電力源の中で最も高い。水力発電装置２０と地熱発電装置３０における出力電圧の上限は２９０Ｖである。太陽光発電装置４０の優先順位は３番目である。太陽光発電装置４０における出力電圧の上限は２８０Ｖである。





　通常用蓄電装置５０と非常用蓄電装置６０は、優先順位に応じた定格電圧の蓄電池を含む。図２の例では、通常用蓄電装置５０の優先順位は５番目である。通常用蓄電装置５０に含まれる蓄電池の定格電圧は２６４Ｖである。また、非常用蓄電装置６０の優先順位は７番目である。非常用蓄電装置６０に含まれる蓄電池の定格電圧は２５２Ｖである。各蓄電装置５０，６０は、過充電時に蓄電池の充電を停止し、過放電時に蓄電池の放電を停止する。





　図２の例では、系統連係装置７０の優先順位は６番目であり、第２の直流電力源の中で優先順位が最も低い。系統連係装置７０における出力電圧の上限は２６０Ｖである。系統連係装置７０は、直流バス１００の電圧がその出力電圧の上限（２６０Ｖ）以下であるときに、外部の交流の電力系統２００から供給される交流電圧を直流電圧に変換して直流バス１００に出力する。系統連係装置７０は、自然エネルギーによる各発電装置の出力電圧が低下したときに直流バス１００に電力を供給する。通常用蓄電装置５０の優先順位は系統連係装置７０の優先順位より高い。また、非常用蓄電装置６０の優先順位は系統連係装置７０の優先順位より低い。





　各第２の直流電力源において、設定されている出力電圧の上限は、直流給電システム１の稼働中に優先順位が変わらない範囲で変更することができる。



　例えば、図２の例では、水力発電装置２０と地熱発電装置３０について出力電圧の上限を変更できる範囲は、２８０Ｖ以上である。太陽光発電装置４０について出力電圧の上限を変更できる範囲は、２６４Ｖ以上かつ２９０Ｖ以下である。系統連係装置７０について出力電圧の上限を変更できる範囲は、２５２Ｖ以上かつ２６４Ｖ以下である。



　例えば、水力発電装置２０と地熱発電装置３０の出力電圧の上限を２９０Ｖ、太陽光発電装置４０の出力電圧の上限を２８０Ｖとして直流給電システム１が稼働しているときに、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０の出力電圧の上限を全て２９５Ｖに変更することができる。この場合、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０の出力電圧の上限は同一であるが、水力発電装置２０と地熱発電装置３０の優先順位は２番目であり、太陽光発電装置４０の優先順位は３番目であって、これらの優先順位に変更はないとみなす。なお、太陽光発電装置４０における出力電圧の上限は２９０Ｖを超えて変更されているが、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０の優先順位は変わっていない。





　電力消費装置８０は、直流バス１００の直流電圧が水力発電装置２０と地熱発電装置３０における出力電圧の上限（図２の例では２９０Ｖ）より大きな所定の電圧（例えば、２９５Ｖ）以上であるときに直流バス１００の電力を消費する。なお、水力発電装置２０と地熱発電装置３０は各第２の直流電力源の中で優先順位が最も高い。



　負荷９０は、電力を消費する。負荷９０は、例えば、テレビ、冷蔵庫、冷暖房、コンピュータ、照明、住宅、工場等である。負荷９０にも優先順位が付けられている。直流バス１００の直流電圧が低下したとき、負荷９０は優先順位が低い順に直流バス１００から切り離される。例えば、冷暖房は、最も優先順位が低く、直流バス１００の電圧が２６０Ｖのときに直流バス１００から切り離される。コンピュータは、最も優先順位が高く、直流バス１００の電圧が２４０Ｖまで低下したときに直流バス１００から切り離される。



　なお、図１には、各発電装置１０，２０，３０，４０と各蓄電装置５０，６０をそれぞれ１つのみ示したが、各々複数の装置が直流バス１００に接続されていてもよい。例えば、複数の風力発電装置１０や複数の太陽光発電装置４０が直流バス１００に接続されていてもよい。





　図３に示すように、電力消費装置８０は、抵抗素子８１と、スイッチＳＷと、制御部８２とを含む。スイッチＳＷは、例えば、リレーまたは半導体スイッチング素子で実現することができる。直流バス１００の直流電圧が水力発電装置２０と地熱発電装置３０における出力電圧の上限（図２の例では、２９０Ｖ）より大きな所定の電圧（例えば、２９５Ｖ）以上であるとき、制御部８２はスイッチＳＷを閉じて抵抗素子８１を直流バス１００に接続する。このとき、抵抗素子８１は直流バス１００の電力を消費する。



　なお、スイッチＳＷは、図３（Ａ）に示すように高電位ラインＬＨ側に設けられていてもよいし、図３（Ｂ）に示すように低電位ラインＬＬ側に設けられていてもよい。また、高電位ラインＬＨ側と低電位ラインＬＬ側の両方に設けられていてもよい。





　風力発電装置１０は風が非常に強いときに大きな電力を出力するが、このとき風力発電装置１０の出力に十分な負荷がないと、風力により風車が過回転し、損傷するおそれがある。風力発電装置１０が大電力を出力するとき、電力消費装置８０は余剰電力を消費する。このとき、風力発電装置１０に電気的にブレーキがかかり、風車の回転は抑制され、または停止する。



　風力発電装置１０の中に電力を消費する装置を設置することもできる。しかし、直流給電システム１の中に風力発電装置１０が複数存在する場合には、電力消費装置８０を設けることにより、個々の風力発電装置１０から電力を消費する装置を省くことができ、そのコストを低下させることができる。



　また、事故等により直流バス１００に高電圧が印加されても、電力消費装置８０が異常な電力を消費する。このため、直流バス１００に接続されている各装置の損傷を防ぐことができる。





　図４に示すように、水力発電装置２０は、水力発電機２１と、スイッチＳＷと、制御部２２とを含む。図２の例では、水力発電装置２０の優先順位は２番目であり、その出力電圧の上限は２９０Ｖである。直流バス１００の直流電圧が２９０Ｖ以下であるとき、制御部２２はスイッチＳＷを閉じて水力発電機２１と直流バス１００とを接続する。なお、水力発電装置２０が制御部２２とスイッチＳＷを有する構造は例示に過ぎない。水力発電装置２０は、直流バス１００の電圧が２９０Ｖ以下であるときに直流バス１００に直流電圧を出力する水力発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、水力発電装置２０は、２９０Ｖまで電圧を出力することができる水力発電装置であってもよい。



　図５に示すように、地熱発電装置３０は、地熱発電機３１と、スイッチＳＷと、制御部３２とを含む。図２の例では、地熱発電装置３０の優先順位は２番目であり、その出力電圧の上限は２９０Ｖである。直流バス１００の直流電圧が２９０Ｖ以下であるとき、制御部３２はスイッチＳＷを閉じて地熱発電機３１と直流バス１００とを接続する。なお、地熱発電装置３０が制御部３２とスイッチＳＷを有する構造は例示に過ぎない。地熱発電装置３０は、直流バス１００の電圧が２９０Ｖ以下であるときに直流バス１００に直流電圧を出力する地熱発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、地熱発電装置３０は、２９０Ｖまで電圧を出力することができる地熱発電装置であってもよい。





　図２には太陽光発電装置４０の出力電圧の上限が単一（２８０Ｖ）である例を示したが、図６に示すように、太陽光発電装置４０が太陽電池アレイ４１を含み、太陽電池アレイ４１が複数のストリング４２を含み、各ストリング４２がスイッチＳＷを介して直流バス１００に接続されていてもよい。太陽光発電装置４０は制御部４３を有する。太陽光発電装置４０がこの構造である場合、ストリング４２毎に出力電圧の上限を設定することができる。これにより、直流バス１００の電圧がストリング４２毎に定められた出力電圧の上限以下であるとき、制御部４３はスイッチＳＷをそれぞれ閉じてストリング４２毎に直流バス１００に直流電圧を出力させることができる。なお、太陽光発電装置４０が制御部４３とスイッチＳＷを有する構造は例示に過ぎない。太陽光発電装置４０は、直流バス１００の電圧がストリング４２毎に定められた上限以下であるときに各ストリング４２が直流バス１００に直流電圧を出力する太陽光発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、太陽光発電装置４０は、各ストリング４２がそれぞれストリング４２毎に定められた出力電圧の上限まで電圧を出力することができる太陽光発電装置であってもよい。





　図７に示すように、通常用蓄電装置５０は、蓄電池５１と、保護回路５２とを含む。蓄電池５１の定格電圧は、図２と図７の例では２６４Ｖである。これは、系統連係装置７０における出力電圧の上限（図２の例では、２６０Ｖ）より高い。蓄電池５１は保護回路５２を介して直流バス１００に接続される。



　保護回路５２は、蓄電池５１が過充電であると判定したときに蓄電池５１の充電を停止させ、蓄電池５１が過放電であると判定したときに蓄電池５１の放電を停止させる。



　具体的には、保護回路５２は、直流バス１００の電圧が定格電圧より高くて蓄電池５１の過充電を生じない所定の過充電判定電圧を超えたときに過充電と判定し、蓄電池５１の充電を停止させる。または、保護回路５２は、蓄電池５１の正と負の電極端子間の電圧が過充電判定電圧を超えたときに過充電と判定し、蓄電池５１の充電を停止させる。ここで、過充電判定電圧は必ずしも蓄電池５１が過充電となる限界の電圧でなくてもよい。過充電判定電圧は、蓄電池５１が過充電となる限界の電圧よりも低い電圧であればよい。





　また、保護回路５２は、直流バス１００の電圧が定格電圧より低くて蓄電池５１の過放電を生じない所定の過放電判定電圧を下回ったときに過放電と判定し、蓄電池５１の放電を停止させる。または、保護回路５２は、蓄電池５１の正と負の電極端子間の電圧が過放電判定電圧を下回ったときに過放電と判定し、蓄電池５１の放電を停止させる。ここで、過放電判定電圧も必ずしも蓄電池５１が過放電となる限界の電圧でなくてもよい。過放電判定電圧は、蓄電池５１が過放電となる限界の電圧よりも高い電圧であればよい。



　また、保護回路５２は、蓄電池５１に含まれるセル毎に過充電と過放電を判定してもよい。すなわち、保護回路５２は、いずれかのセルが過充電と判定されたときに蓄電池５１全体を過充電と判定し、蓄電池５１の充電を停止させてもよい。また、保護回路５２は、いずれかのセルが過放電と判定されたときに蓄電池５１全体を過放電と判定し、蓄電池５１の放電を停止させてもよい。





　なお、図７には、通常用蓄電装置５０について、保護回路５２を介して蓄電池５１を直流バス１００に接続する例を示したが、保護回路５２に加えてＤＣ／ＤＣコンバータを用い、蓄電池５１の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧して直流バス１００に出力し、直流バス１００の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧して蓄電池５１に入力する構成とすることもできる。この構成では、蓄電池５１の定格電圧（例えば、２６４Ｖ）とは、蓄電池５１の実際の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された電圧をいうものとする。この構成の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧される電圧を変更することにより、直流給電システム１００の稼働中に優先順位が変わらない範囲で通常用蓄電装置５０の定格電圧を変更することができる。





　図８に示すように、非常用蓄電装置６０は、蓄電池６１と、保護回路６２とを含む。蓄電池６１の定格電圧は、図２と図８の例では２５２Ｖである。これは、系統連係装置７０における出力電圧の上限（図２の例では、２６０Ｖ）より低い。



　保護回路６２は、保護回路５２と同様に、蓄電池６１が過充電であると判定したときに蓄電池６１の充電を停止させ、蓄電池６１が過放電であると判定したときに蓄電池６１の放電を停止させる。



　非常用蓄電装置６０は、非常時に直流バス１００に直流電圧を出力する。例えば、非常用蓄電装置６０は、全ての発電装置１０，２０，３０，４０が停止し、通常用蓄電装置５０が空になり、電力系統２００が停電している時に、直流バス１００に直流電圧を出力する。





　なお、非常用蓄電装置６０も、通常用蓄電装置５０と同様に、保護回路６２に加えてＤＣ／ＤＣコンバータを用い、蓄電池６１の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧して直流バス１００に出力し、直流バス１００の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧して蓄電池６１に入力する構成とすることもできる。この構成では、蓄電池６１の定格電圧（例えば、２５２Ｖ）とは、蓄電池６１の実際の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された電圧をいうものとする。この構成の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧される電圧を変更することにより、直流給電システム１００の稼働中に優先順位が変わらない範囲で非常用蓄電装置６０の定格電圧を変更することができる。





　図９は、本発明の第２の実施形態に係る直流給電システム２の構成の一例を示す。



　直流給電システム２は、太陽光発電装置４５と、通常用蓄電装置５０と、系統連係装置７０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。



　太陽光発電装置４５と、通常用蓄電装置５０と、系統連係装置７０には、図１０に示すように優先順位が付けられている。これらの各装置４５，５０，７０は、直流バス１００に接続されており、優先順位に応じて直流バス１００に直流電圧を出力する。



　太陽光発電装置４５は、優先順位が最も高い。太陽光発電装置４５には出力電圧の上限は設定されていない。太陽光発電装置４５は、その性能によって定まる最大出力電圧まで直流バス１００に直流電圧を出力することができる。なお、太陽光発電装置４５は、太陽電池を含む通常の一般的な太陽光発電装置である。太陽光発電装置４５は、第１の実施形態に係る風力発電装置１０と同様に、本発明における第１の直流電力源の例である。





　図１０の例では、通常用蓄電装置５０の優先順位は２番目である。通常用蓄電装置５０に含まれる蓄電池の定格電圧は２６４Ｖである。通常用蓄電装置５０は、第１の実施形態に係る通常用蓄電装置５０と同一である。



　図１０の例では、系統連係装置７０の優先順位は３番目である。系統連係装置７０における出力電圧の上限は２６０Ｖである。系統連係装置７０は、第１の実施形態に係る系統連係装置７０と同一である。系統連係装置７０は、本発明における第２の直流電力源の例である。



　第２の実施形態に係る直流給電システム２でも、優先順位は、直流給電システム２が稼働していないときに設定され、直流給電システム２の稼働中に変更することはできない。ただし、第２の直流電力源である系統連係装置７０において、設定されている出力電圧の上限は、直流給電システム２の稼働中に優先順位が変わらない範囲で変更することができる。例えば、図１０の例では、系統連係装置７０について２６４Ｖ以下の範囲で出力電圧の上限を変更することができる。





　図１１は、本発明の第３の実施形態に係る直流給電システム３の構成の一例を示す。



　直流給電システム３は、風力発電装置１０と、通常用蓄電装置５０と、系統連係装置７０と、電力消費装置８０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。



　風力発電装置１０と、通常用蓄電装置５０と、系統連係装置７０には、図１２に示すように優先順位が付けられている。これらの各装置１０，５０，７０は、直流バス１００に接続されており、優先順位に応じて直流バス１００に直流電圧を出力する。



　風力発電装置１０は、優先順位が最も高い。風力発電装置１０は、第１の実施形態に係風力発電装置１０と同一である。風力発電装置１０は、本発明における第１の直流電力源の例である。





　図１２の例では、通常用蓄電装置５０の優先順位は２番目である。通常用蓄電装置５０に含まれる蓄電池の定格電圧は２６４Ｖである。通常用蓄電装置５０は、第１の実施形態に係る通常用蓄電装置５０と同一である。



　図１２の例では、系統連係装置７０の優先順位は３番目である。系統連係装置７０における出力電圧の上限は２６０Ｖである。系統連係装置７０は、第１の実施形態に係る系統連係装置７０と同一である。系統連係装置７０は、本発明における第２の直流電力源の例である。



　電力消費装置８０は、直流バス１００の直流電圧が系統連係装置７０における出力電圧の上限（図１２の例では２６０Ｖ）より大きな所定の電圧以上であるときに直流バス１００の電力を消費する。なお、本実施形態では、この所定の電圧は、例えば通常用蓄電装置５０の過充電判定電圧以上の電圧であることが望ましい。



　第３の実施形態に係る直流給電システム３でも、優先順位は、直流給電システム３が稼働していないときに設定され、直流給電システム３の稼働中に変更することはできない。ただし、第２の直流電力源である系統連係装置７０において、設定されている出力電圧の上限は、直流給電システム３の稼働中に優先順位が変わらない範囲で変更することができる。例えば、図１２の例では、系統連係装置７０について２６４Ｖ以下の範囲で出力電圧の上限を変更することができる。





　なお、第２の実施形態に係る直流給電システム２と第３の実施形態に係る直流給電システム３では、第２の直流電力源は系統連係装置７０のみである。このような場合、本発明では、系統連係装置７０は第２の直流電力源の中で優先順位が最も高く、かつ第２の直流電力源の中で優先順位が最も低いとみなす。





　また、上述した実施形態では、各装置１０，２０，３０，４０，４５，５０，６０，７０に付けられた優先順位は、直流給電システム１，２，３の稼働していないときに設定され、直流給電システム１，２，３の稼働中に変更することはできないとしたが、直流給電システム１，２，３の稼働中であっても各装置の優先順位を変更することができることとしてもよい。



　この場合、例えば、図２の例では、通常用蓄電装置５０と系統連係装置７０の優先順位は５番目と６番目であるが、直流給電システム１の稼働中に、これらの優先順位を入れ替えて系統連係装置７０の優先順位を５番目、通常用蓄電装置５０の優先順位を６番目とすることができる。これにより、系統連係装置７０の出力電圧の上限を通常用蓄電装置５０の定格電圧２６４Ｖよりも高く設定し、系統連係装置７０から供給される電力によって通常用蓄電装置５０を充電することが可能となる。



　また、直流給電システム１の稼働中に、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０の優先順位を通常用蓄電装置５０の優先順位より低くすることができる。これにより、風が強い場合に風力発電装置１０が発電する電力のみを通常用蓄電装置５０と負荷９０に供給することが可能となる。





　また、図４と図５と図６では、それぞれ水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０とについて、スイッチＳＷが高電位ラインＬＨ側に設けられていている例を示したが、これらの各発電装置２０，３０，４０でも図３の電力消費装置８０と同様に、スイッチＳＷは低電位ラインＬＬ側に設けられていてもよいし、高電位ラインＬＨ側と低電位ラインＬＬ側の両方に設けられていてもよい。



　また、上述した実施形態では、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０と系統連係装置７０と電力消費装置８０とがそれぞれ自律的に動作する例を示したが、これらの各装置は、共通の制御装置によってそれらの稼働状態を集中的に制御されてもよい。





　また、上述した各実施形態では、優先順位が最も高い第１の直流電力源については出力電圧に上限が設定されていない例を示したが、第１の直流電力源ついても出力電圧の上限を設定してもよい。



　例えば、上述した第１の実施形態と第３の実施形態では、第１の直流電力源である風力発電装置１０の出力電圧の上限を３００Ｖと定め、風力発電装置１０は直流バス１００の電圧が３００Ｖ以下であるときに限り直流バス１００に直流電圧を出力してもよい。この場合、電力消費装置８０は不要となる。ただし、第１の実施形態に係る直流給電システム１または第３の実施形態に係る直流給電システム３が複数の風力発電装置１０を有する場合、個々の風力発電装置１０の内部に、各風力発電装置１０が直流バス１００に直流電圧を出力しないときに電力を消費する装置等を付加する必要がある。





　また、上述した実施形態では、各装置１０，２０，３０，４０，４５，５０，６０，７０の種別ごとに優先順位を定める例を示したが、同種の装置が直流バス１００に複数接続されている場合、同種の装置の中で優先順位を定めても良い。例えば、太陽光発電装置４０が直流バス１００に複数接続されている場合に個々の太陽光発電装置４０について別々に優先順位を定めてもよい。



　また、優先順位が最も高い風力発電装置１０と優先順位が２番目である太陽光発電装置４０と優先順位が３番目である通常用蓄電装置５０と優先順位が最も低い系統連係装置７０とからなる直流給電システムや、優先順位が最も高い太陽光発電装置４５と優先順位が２番目である通常用蓄電装置５０と優先順位が３番目である系統連係装置７０と優先順位



が最も低い非常用蓄電装置６０とからなる直流給電システムのように、上述した第１の実施形態に係る直流給電システム１、第２の実施形態に係る直流給電システム２および第３の実施形態に係る直流給電システム３とは異なる構成の直流給電システムに本発明を適用できることはもちろんである。



　また、第１の実施形態では、風力発電装置１０と水力発電装置２０と地熱発電装置３０は太陽光発電装置４０よりも優先順位が高いとしたが、これらを全て同一の優先順位としてもよい。すなわち、風力発電装置１０と水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０は全て優先順位が最も高いとしてもよい。この場合、風力発電装置１０と水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０は本発明の第１の直流電力源であり、系統連係装置７０のみが本発明の第２の直流電力源となる。





　以上説明したように、本発明によれば、直流バスに接続された複数の直流電力源を優先度に応じて稼働させることができる。特に、上述した各実施形態に係る直流給電システム１，２，３では、系統連係装置７０が直流電力源の中で最も優先度が低い。自然エネルギーによる各発電装置が十分な電力を直流バス１００に供給できないとき、系統連係装置７０が交流の電力系統２００から直流バス１００に電力を供給する。このため、自然エネルギーによる各発電装置を負荷９０の最大消費電力に合わせて設置する必要がなくなる。



　また、電力消費装置８０を設置することにより、負荷９０が消費する以上の電力を自然エネルギーによる各発電装置が出力しても電力消費装置８０に余剰電力を消費させることができる。このため、負荷９０の電力消費に合わせて自然エネルギーによる各発電装置の発電量を制御する必要がなくなる。特に、強風時に風力発電機が大電力を出力しても電力消費装置８０が余剰電力を消費するため、風力発電機に電気的にブレーキがかかり、風車が損傷するおそれがなくなる。



　更に、非常時には、非常用蓄電装置６０が直流バスに電力を供給するため、重要な装置を動作させることができる。





　以上、本発明の実施形態について説明したが、設計または製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。



１，２，３…直流給電システム、１０…風力発電装置、２０…水力発電装置、２１…水力発電機、２２…水力発電装置の制御部、３０…地熱発電装置、３１…地熱発電機、３２…地熱発電装置の制御部、４０、４５…太陽光発電装置、４１…太陽電池アレイ、４２…ストリング、４３…太陽光発電装置の制御部、５０…蓄電装置、５１…定格電圧１００Ｖの蓄電池、５２…保護回路、６０…非常用蓄電装置、６１…定格電圧９０Ｖの蓄電池、６２…保護回路、７０…系統連係装置、８０…電力消費装置、８１…抵抗素子、８２…電力消費装置の制御部、９０…負荷、１００…直流バス、２００…交流の電力系統、ＳＷ…スイッチ、ＬＨ…高電位ライン、ＬＬ…低電位ライン

Claims (9)




  1. 　直流バスと、



    　優先順位が最も高く、前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第１の直流電力源と、



    　優先順位が２番目以下であり、優先順位に応じて出力電圧の上限が定められており、前記直流バスの電圧が当該出力電圧の上限以下であるときに前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第２の直流電力源と、



    　を備えることを特徴とする直流給電システム。





  2. 　前記第２の直流電力源が、優先順位が異なる２つ以上の直流電力源を含むことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。





  3. 　前記第２の直流電力源が、前記各第２の直流電力源の中で優先順位が最も低く、交流の電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力する系統連係装置を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の直流給電システム。





  4. 　前記優先順位に応じた定格電圧の蓄電池と、当該蓄電池が過充電であると判定したときに当該蓄電池の充電を停止させ、当該蓄電池が過放電であると判定したときに当該蓄電池の放電を停止させる保護回路とを有し、当該蓄電池が当該保護回路を介して前記直流バスに接続された１つ以上の蓄電装置を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の直流給電システム。





  5. 　前記優先順位が前記系統連係装置より高い前記蓄電装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。





  6. 　前記優先順位が前記系統連係装置より低い前記蓄電装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の直流給電システム。





  7. 　前記第１の直流電力源が、出力電圧の上限を定められておらず、



    　前記直流バスの直流電圧が、前記各第２の直流電力源の中で前記優先順位が最も高い第２の直流電力源について定められた出力電圧の上限より大きな所定の電圧以上であるときに、前記直流バスの電力を消費する電力消費装置を備える、



    　ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の直流給電システム。





  8. 　前記第１の直流電力源が、１つ以上の風力発電装置を含み、



    　前記電力消費装置が、前記風力発電装置の風車の回転を抑制する、または停止させるためのブレーキとして動作する、



    　ことを特徴とする請求項７に記載の直流給電システム。





  9. 　前記第２の直流電力源が太陽電池アレイを含む１つ以上の太陽光発電装置を含み、当該太陽電池アレイが複数のストリングを含み、



    　前記優先順位に応じて前記ストリング毎に出力電圧の上限が定められている、



    　ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の直流給電システム。
PCT/JP2018/022774 2017-07-06 2018-06-14 直流給電システム WO2019009040A1 (ja)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-132480 2017-07-06
JP2017132480 2017-07-06
JP2017185700 2017-09-27
JP2017-185700 2017-09-27
JP2018085587A JP7165507B2 (ja) 2017-07-06 2018-04-26 直流給電システム
JP2018-085587 2018-04-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019009040A1 true WO2019009040A1 (ja) 2019-01-10

Family

ID=64950823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/022774 WO2019009040A1 (ja) 2017-07-06 2018-06-14 直流給電システム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019009040A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005228639A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Sankyo Alum Ind Co Ltd 風力発電型照明具
JP2011097818A (ja) * 2009-10-02 2011-05-12 Panasonic Electric Works Co Ltd 配電システム
JP2015220889A (ja) * 2014-05-19 2015-12-07 シャープ株式会社 電力供給システム
JP2016181976A (ja) * 2015-03-24 2016-10-13 サンケン電気株式会社 電源装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005228639A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Sankyo Alum Ind Co Ltd 風力発電型照明具
JP2011097818A (ja) * 2009-10-02 2011-05-12 Panasonic Electric Works Co Ltd 配電システム
JP2015220889A (ja) * 2014-05-19 2015-12-07 シャープ株式会社 電力供給システム
JP2016181976A (ja) * 2015-03-24 2016-10-13 サンケン電気株式会社 電源装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5076024B2 (ja) 再生可能エネルギーの利用を最大限にする貯蔵システム
US8941263B2 (en) Energy storage system and method of controlling the same
KR101156536B1 (ko) 에너지 저장 시스템, 및 에너지 저장 시스템 제어 방법
WO2011074561A1 (ja) 充放電システム
KR20110062392A (ko) 계통 연계형 전력 저장 시스템 및 전력 저장 시스템 제어 방법
KR20120081930A (ko) 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법
JP2008099527A (ja) 電力系統に接続された自家発電設備における蓄電池設備および蓄電池設備の運転方法
JP2015195674A (ja) 蓄電池集合体制御システム
JP5897501B2 (ja) 電力供給システム
JP2017121171A (ja) 蓄電池充放電システム及び系統連系システム
US9608449B2 (en) Power system and control method of the power system
JP5841279B2 (ja) 電力充電供給装置
KR20150085227A (ko) 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법
JP2021197823A (ja) 直流マイクログリッドシステム及びその制御方法
JP7165507B2 (ja) 直流給電システム
TWI685179B (zh) 供電系統
WO2019074018A1 (ja) 直流給電システム
JP3530519B2 (ja) 蓄電装置の電圧均等化装置及び該装置を備えた電力貯蔵システム
WO2019009040A1 (ja) 直流給電システム
Cavallaro et al. Smart photovoltaic UPS system for domestic appliances
JPWO2020137348A1 (ja) 直流給電装置および直流電力システム
JP2016154421A (ja) 電源システム
JP2016192883A (ja) 蓄電制御システム
JP6752467B1 (ja) 直流電源供給装置
JP6923121B2 (ja) 電力供給装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18829072

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18829072

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1