WO2022219872A1

WO2022219872A1 - 電力変換システム、電力変換装置

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Publication number: WO2022219872A1
Application number: PCT/JP2022/002626
Authority: WO
Inventors: 良典則竹; 宜尚堂ノ本
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2021-04-16
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2022-10-20
Also published as: JP2022164374A; EP4325691A1

Abstract

第１電力変換装置（１０）は、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置（４ａ）により発電された電力を、所定の電圧の交流電力に変換して電力系統（２）の受電点に出力可能である。第２電力変換装置（２０）は、蓄電部（５）を充放電可能なコンバータ（２１）と、インバータ（２２）と、制御部（２５）を有する。電力系統（２）の停電時、第２電力変換装置（２０）の自立出力経路と第１電力変換装置（１０）の連系出力経路が接続される。制御部（２５）は、インバータ（２２）の交流側に入力される電力が、蓄電部（５）の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、第１電力変換装置（１０）の出力を抑制または遮断するように制御する。

Description

電力変換システム、電力変換装置

　本開示は、再生可能エネルギーを用いた発電装置で発電された電力を停電時に使用可能な電力変換システム、電力変換装置に関する。

　日本では、太陽光発電の固定買取価格の引き下げに伴い、太陽光発電システムで発電された電力の自家消費のニーズが増えている。太陽光発電システムで発電された電力を逆潮流させずに蓄電池に貯蔵するために、太陽光発電システムの設置者が、新たに蓄電システムを導入するケースが増えている。

　停電時において、既設の太陽光発電システムと、新設の蓄電システムが独立して自立出力する場合（例えば、図４参照）、太陽光発電システムのパワーコンディショナの出力は、日射変動の影響により不安定になる。また、太陽光発電システムで発電された電力を蓄電池に充電することができない。

　そこで停電時において、新設の蓄電システムの自立出力と、既設の太陽光発電システムの連系出力を連携させる構成が考えられる（例えば、本願の図５、特許文献１参照）。

特開２０１４－１８０１５９号公報

　しかしながら上述した構成では、蓄電池の充電状態によっては太陽光発電の過発電状態となり、システム全体が停止してしまうことがあった。

　本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、停電時において、システム全体の不要な停止を抑制しつつ、発電された電力を有効に活用できる電力変換システム、電力変換装置を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本開示のある態様の電力変換システムは、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置により発電された電力を、所定の電圧の交流電力に変換して電力系統の受電点に出力可能な第１電力変換装置と、蓄電部を充放電可能なコンバータと、前記コンバータが接続された直流バスと前記受電点との間に接続されるインバータと、前記インバータを制御する制御部を有する第２電力変換装置と、を備える。前記電力系統の停電時、前記第２電力変換装置の自立出力経路と前記第１電力変換装置の連系出力経路が接続され、前記制御部は、前記インバータの交流側に入力される電力が、前記蓄電部の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記第１電力変換装置の出力を抑制または遮断するように制御する。

　本開示によれば、停電時において、電力変換システム全体の不要な停止を抑制しつつ、発電された電力を有効に活用できる。

実施の形態に係る電力変換システムを説明するための図である。過発電を説明するための図である。実施の形態に係る第２電力変換装置の停電時の動作例を説明するためのフローチャートである。比較例１に係る電力変換システムを説明するための図である。比較例２に係る電力変換システムを説明するための図である。

　図１は、実施の形態に係る電力変換システム１を説明するための図である。電力変換システム１は、第１電力変換装置１０および第２電力変換装置２０を備える。第１電力変換装置１０は、太陽光発電システム用のパワーコンディショナである。第２電力変換装置２０は、ハイブリッド蓄電システム（創蓄連携システムとも呼ばれる）用のパワーコンディショナである。第２電力変換装置２０は、太陽光発電システム用のパワーコンディショナ機能と、蓄電システム用のパワーコンディショナ機能を一体化させた統合型のパワーコンディショナ（パワーステーション（登録商標）とも呼ばれる）である。

　実施の形態に係る電力変換システム１は、既設の旧式の第１電力変換装置１０と、新設の新式の第２電力変換装置２０を連携させたシステムである。なお本実施の形態では、旧式の第１電力変換装置１０が通信ポートを備えておらず、第１電力変換装置１０と第２電力変換装置２０間が通信線で接続されていないことを前提とする。

　第１電力変換装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、インバータ１２、コンバータ制御回路１３、インバータ制御回路１４、制御部１５、連系リレーＲＹ１、自立出力リレーＲＹ２およびＡＣコンセント１６を備える。

　第１太陽電池４ａは光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接、直流電力に変換する発電装置である。第１太陽電池４ａとして、シリコン太陽電池、化合物半導体などを素材にした太陽電池、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池などが使用される。第１太陽電池４ａは、第１電力変換装置１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１１と接続され、発電した電力を第１電力変換装置１０に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、第１太陽電池４ａから出力される直流電力の電圧を調整可能なコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は例えば、昇圧チョッパで構成することができる。

　コンバータ制御回路１３はＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御する。コンバータ制御回路１３は、第１太陽電池４ａの出力電力が最大になるようＤＣ／ＤＣコンバータ１１をＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking) 制御する。具体的にはコンバータ制御回路１３は、第１太陽電池４ａの出力電圧および出力電流である、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力電圧および入力電流を測定して第１太陽電池４ａの発電電力を推定する。コンバータ制御回路１３は、測定した第１太陽電池４ａの出力電圧と推定した発電電力をもとに、第１太陽電池４ａの発電電力を最大電力点（最適動作点）にするための指令値を生成する。コンバータ制御回路１３は例えば、山登り法に従い動作点電圧を所定のステップ幅で変化させて最大電力点を探索し、最大電力点を維持するように指令値を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、生成された指令値に基づく駆動信号に応じてスイッチング動作する。

　インバータ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から供給される直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ制御回路１４はインバータ１２を制御する。インバータ制御回路１４は基本制御として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ１２間の直流バスの電圧が目標値を維持するようにインバータ１２を制御する。具体的にはインバータ制御回路１４は、直流バスの電圧を検出し、検出したバス電圧を目標値に一致させるための指令値を生成する。インバータ制御回路１４は、直流バスの電圧が目標値より高い場合はインバータ１２の出力電力を上げるための電流指令値を生成し、直流バスの電圧が目標値より低い場合はインバータ１２の出力電力を下げるための電流指令値を生成する。インバータ１２は、生成された電流指令値に基づく駆動信号に応じてスイッチング動作する。

　インバータ１２の出力経路は、連系出力経路と自立出力経路に分岐される。インバータ１２の連系出力経路には連系リレーＲＹ１が挿入される。第１電力変換装置１０の連系出力経路は、解列リレーＲＹ６および出力切替リレーＲＹ５を介して、商用電力系統（以下、単に系統２という）の受電点または第２電力変換装置２０の自立出力経路に接続される。受電点には分電盤（不図示）が設置される。本実施の形態では、系統電源として、単相３線式の１００Ｖ／２００Ｖ電源を想定する。分電盤には一般負荷３ａが接続される。一般負荷３ａは宅内の負荷の総称である。

　出力切替リレーＲＹ５は、第１電力変換装置１０の連系出力経路を、系統２の受電点または第２電力変換装置２０の自立出力経路に選択的に接続するＣ接点リレーである。解列リレーＲＹ６は第１電力変換装置１０を、系統２および電力変換システム１から解列させるためのリレーである。

　インバータ１２の自立出力経路には自立出力リレーＲＹ２が挿入される。第１電力変換装置１０の自立出力経路はＡＣコンセント１６に接続される。停電時、ユーザはＡＣコンセント１６に、家電製品のコンセントプラグを差し込んで当該家電製品を使用することができる。

　制御部１５は第１電力変換装置１０全体を統括的に制御する。制御部１５は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコントローラ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源として、ファームウェアなどのプログラムを利用できる。

　系統連系モードでは、制御部１５は連系リレーＲＹ１をオン（クローズ）および自立出力リレーＲＹ２をオフ（オープン）に制御する。停電時の自立運転モードでは、制御部１５は連系リレーＲＹ１をオフおよび自立出力リレーＲＹ２をオンに制御する。

　第２電力変換装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、インバータ２２、コンバータ制御回路２３、インバータ制御回路２４、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６、コンバータ制御回路２７、制御部２５、連系リレーＲＹ３および自立出力リレーＲＹ４を備える。

　新設の第２太陽電池４ｂは、既設の第１太陽電池４ａと同じ種別の太陽電池であってもよいし、別の種別の太陽電池であってもよい。第２太陽電池４ｂは、第２電力変換装置２０のＤＣ／ＤＣコンバータ２６と接続され、発電した電力を第２電力変換装置２０に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、第２太陽電池４ｂと直流バスＢｄとの間に接続され、第２太陽電池４ｂから出力される直流電力の電圧を調整可能なコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は例えば、昇圧チョッパで構成することができる。

　コンバータ制御回路２７はＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御する。コンバータ制御回路２７は基本制御として、第２太陽電池４ｂの出力電力が最大になるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６をＭＰＰＴ制御する。コンバータ制御回路２７は、直流バスＢｄの電圧が目標値を維持するように、または第２太陽電池４ｂの発電電力の測定値が目標値を維持するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の昇圧比を制御することもできる。第２太陽電池４ｂの発電量を抑制する必要が発生した場合に、発動されることがある制御である。

　蓄電部５は電力を充放電可能であり、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池などの蓄電池を備える。なお蓄電池の代わりに、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどのキャパシタを備えていてもよい。

　蓄電部５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１により充放電制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、蓄電部５と直流バスＢｄとの間に接続され、蓄電部５を充放電するための双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。

　コンバータ制御回路２３はＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。コンバータ制御回路２３は基本制御として、制御部２５から送信されてくる指令値をもとにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を充放電制御する。充放電制御として例えば、定電流（ＣＣ）制御や定電圧（ＣＶ）制御が可能である。また、コンバータ制御回路２３は、直流バスＢｄの電圧が目標値を維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を充放電制御することもできる。

　インバータ２２は、直流バスＢｄと分電盤との間に接続される双方向インバータである。インバータ２２は、直流バスＢｄから入力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を連系リレーＲＹ３を介して分電盤に出力する。インバータ２２は、系統２から分電盤および連系リレーＲＹ３を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を直流バスＢｄに出力することができる。また、インバータ２２は、出力切替リレーＲＹ５および自立出力リレーＲＹ４を介して第１電力変換装置１０から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を直流バスＢｄに出力することもできる。

　インバータ制御回路２４はインバータ２２を制御する。インバータ制御回路２４は基本制御として、直流バスＢｄの電圧が目標値を維持するようにインバータ２２を制御する。具体的にはインバータ制御回路２４は、直流バスＢｄの電圧を検出し、検出したバス電圧を目標値に一致させるための指令値を生成する。インバータ２２は、生成された指令値に基づく駆動信号に応じてスイッチング動作する。

　インバータ２２の出力経路は、連系出力経路と自立出力経路に分岐される。インバータ２２の連系出力経路には連系リレーＲＹ３が挿入される。第２電力変換装置２０の連系出力経路は、分電盤に接続される。

　インバータ２２の自立出力経路には自立出力リレーＲＹ４が挿入される。第２電力変換装置２０の自立出力経路は、分電盤内の一部の分岐配電線に接続される。停電時は　当該分岐配線に接続されたＡＣコンセントにのみ給電される。当該分岐配線に接続されたＡＣコンセントに、停電時にも給電を確保したい特定負荷３ｂ（例えば、照明器具、冷蔵庫など）を接続しておけばよい。なお、第２電力変換装置２０の自立出力経路は分電盤内の全ての分岐配線に接続されていてもよい。その場合、停電時にも、一般負荷３ａに給電することができる。

　制御部２５は第２電力変換装置２０全体を統括的に制御する。制御部２５は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコントローラ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源として、ファームウェアなどのプログラムを利用できる。

　系統連系モードでは、制御部２５は連系リレーＲＹ３をオンおよび自立出力リレーＲＹ４をオフに制御し、出力切替リレーＲＹ５を系統２の受電点側に接続する。自立運転モードでは、制御部２５は連系リレーＲＹ３をオフおよび自立出力リレーＲＹ４をオンに制御し、出力切替リレーＲＹ５を第２電力変換装置２０の自立出力経路側に接続する。また自立運転モードでは、制御部２５は、インバータ２２から系統周波数および系統電圧に対応する交流電圧を出力させるように、インバータ制御回路２４を制御する。

　制御部２５は、インバータ２２の交流側の測定電圧をもとに、系統２の停電を検出することができる。制御部２５は停電を検出すると、系統連系モードから自立運転モードに切り替える。

　制御部２５は、蓄電部５内の制御部（不図示）から蓄電部５のＳＯＣ（State Of Charge）を取得することができる。制御部２５は、ＳＯＣ／ＳＯＰ（State Of Power）テーブル（不図示）を含む。ＳＯＣ／ＳＯＰテーブルは、蓄電部５のＳＯＣと、蓄電部５の充電可能最大電力（最大充電レート）との関係を記述したテーブルである。蓄電部５のＳＯＣごとの充電可能最大電力は、蓄電部５に使用される蓄電池やキャパシタの種別や容量により異なる。設計者は、使用する蓄電池やキャパシタに応じて、予めＳＯＣ／ＳＯＰテーブルを準備する。

　蓄電部５の充電可能最大電力は、ＳＯＣ＝１００％のとき０Ｗである。ＳＯＣが低下するにしたがい充電可能最大電力が増加していく。なお簡易的に、ＳＯＣ＝９８－０％の範囲では、充電可能最大電力を蓄電部５の定格充電電力に固定してもよい。制御部２５は、ＳＯＣ／ＳＯＰテーブルを参照して、蓄電部５の制御部から取得した蓄電部５のＳＯＣをもとに、蓄電部５の充電可能最大電力を特定する。

　制御部２５は、インバータ２２の交流側の測定電圧および測定電流をもとに、インバータ２２から出力される交流電力またはインバータ２２に入力される交流電力を算出する。

　停電時において、制御部２５は、インバータ２２の交流側に入力される電力（以下、インバータ入力電力という）が、蓄電部５の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、第１電力変換装置１０の出力電力から特定負荷３ｂの消費電力を引いた電力が蓄電部５の充電可能最大電力以下になるように制御する。即ち、過発電状態にならないように制御する。過発電状態にならないように制御する方法として、解列リレーＲＹ６をターンオフさせる方法と、インバータ２２の出力電圧を変化させる方法がある。

　まず、解列リレーＲＹ６をターンオフさせて、過発電状態にならないように制御する方法を説明する。制御部２５は、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、解列リレーＲＹ６をターンオフさせる。インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えると予測される状態を検出する方法として、例えば、インバータ入力電力が、充電可能最大電力から所定のマージンを引いた電力を超えたか否かを判定してもよい。インバータ入力電力が充電可能最大電力から所定のマージンを引いた電力を超えると、制御部２５は、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えると予測される状態にあると判定する。

　また、充電可能最大電力が第１設定値未満になった否かを判定してもよい。充電可能最大電力が第１設定値未満になると、制御部２５は、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えると予測される状態にあると判定する。第１設定値には例えば、充電可能最大電力が急激な減少を開始する地点の値が設定されてもよい。

　また、蓄電部５のＳＯＣが第２設定値を超えたか否かを判定してもよい。蓄電部のＳＯＣが第２設定値を超えると、制御部２５は、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えると予測される状態にあると判定する。第２設定値には例えば、満充電付近の値（例えば、９８％）が設定されてもよい。

　次に、インバータ２２の出力電圧を変化させて、過発電状態にならないように制御する方法を説明する。制御部２５は、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、充電可能最大電力と第１電力変換装置１０の最大出力電流をもとに、第１電力変換装置１０の出力電力が充電可能最大電力以下になるように、インバータ２２の出力電圧を低下させる。

　例えば、第１電力変換装置１０の最大出力電流が３０Ａ、蓄電部５の充電可能最大電力が３０００Ｗの場合、制御部２５は、インバータ２２の出力電圧を１００Ｖ（＝３０００Ｗ／３０Ａ）以下に低下させる。これにより、無負荷状態になっても、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えることを回避することができる。

　制御部２５は、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、インバータ２２の出力電圧を、第１電力変換装置１０が異常を検知して停止する電圧に変化させてもよい。

　第１電力変換装置１０は、連系用保護継電器として不足電圧継電器（ＵＶＲ）（不図示）を備えている。不足電圧継電器（ＵＶＲ）は、単独運転検出や瞬時電圧低下対策として設置される。系統連系規程では、不足電圧継電器（ＵＶＲ）が不足電圧を検出する条件として、第１電力変換装置１０の出力電圧が８０％以下に低下した状態が１秒間継続することと規定されている。なお、不足電圧継電器（ＵＶＲ）として、連系リレーＲＹ１やインバータ１２のゲートブロックを用いてもよい。

　上述したように第２電力変換装置２０の制御部２５は、停電を検出すると、出力切替リレーＲＹ５の接続先を、系統２の受電点側から第２電力変換装置２０の自立出力経路側に切り替えるとともに、インバータ２２から系統周波数および系統電圧に対応する交流電圧を出力させる。これにより、第１電力変換装置１０の制御部１５は、停電が発生しても、瞬時電圧低下と判定し、第２電力変換装置２０から自立の交流電圧が出力されると、系統２が正常に復帰したと判断する。

　第２電力変換装置２０の制御部２５がインバータ２２の出力電圧を、第１電力変換装置１０の不足電圧継電器（ＵＶＲ）が不足電圧を検出するレベル以下に検出時限以上、制御すると、第１電力変換装置１０は異常検知により停止する。制御部２５は、インバータ２２の出力電圧を低下させた後、検出時限以上の時間が経過すると、インバータ２２の出力電圧を元に戻す。

　以上、過発電状態にならないように制御する方法として、解列リレーＲＹ６をターンオフさせる方法と、インバータ２２の出力電圧を変化させる方法を説明した。前者の方法と後者の方法のいずれか一方が使用されてもよいし、両者が併用されてもよい。

　図２は、過発電を説明するための図である。過発電とは、「第１太陽電池４ａの発電量＋第２太陽電池４ｂの発電量－特定負荷３ｂの消費電力量」＞「蓄電部５の充電可能最大電力」の状態をいう。過発電状態では、発電された電力が余剰になり、電力の行き場がなくなる。過発電状態が発生すると、蓄電部５への過電流検出機能や、直流バスＢｄの過電圧検出機能などが発動して、第２電力変換装置２０が異常停止する。第２電力変換装置２０の出力電圧がなくなると、第１電力変換装置１０も異常停止する。

　図２において、第１太陽電池４ａの発電量は、第１電力変換装置１０と第２電力変換装置２０間が通信線で接続されていないため、第２電力変換装置２０から制御することができない。一方、第２太陽電池４ｂの発電量は第２電力変換装置２０が制御することができる。特定負荷３ｂの消費電力量は、基本的に第２電力変換装置２０から制御することができない。なお、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラが宅内に設置されている場合、エアコンなどの負荷の消費電力量を制御することが可能であるが、本実施の形態では特定負荷３ｂの消費電力量は制御できない構成を前提とする。

　過発電状態になると、第２電力変換装置２０の直流バスＢｄの電圧が上昇する。第２電力変換装置２０のコンバータ制御回路２７には、直流バスＢｄの電圧が目標値を維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２６の昇圧比を制御する機能が備わっている。コンバータ制御回路２７は、直流バスＢｄの電圧が目標値を超えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の昇圧比を制御して第２太陽電池４ｂの出力電力を低下させる。第２太陽電池４ｂの出力電力を低下させても、直流バスＢｄの電圧が目標値以下にならない場合、コンバータ制御回路２７はＤＣ／ＤＣコンバータ２６をゲートブロックして、第２太陽電池４ｂの発電を停止させる。

　この制御は、直流バスＢｄの電圧の測定値に基づき実行されるものであり、第２太陽電池４ｂの発電量を瞬時に調整することができる。コンバータ制御回路２７は制御部２５から、第２太陽電池４ｂの発電量の指示信号を受信する必要はない。したがって、制御部２５は、第２太陽電池４ｂから蓄電部５への充電電力を監視する必要がない。

　図３は、実施の形態に係る第２電力変換装置２０の停電時の動作例を説明するためのフローチャートである。制御部２５は系統２の停電中（Ｓ１０のＹ）、出力切替リレーＲＹ５を第２電力変換装置２０の自立出力経路側に接続する（Ｓ１１）。制御部２５は、蓄電部５のＳＯＣと設定値（例えば、９８％）を比較し（Ｓ１２）、ＳＯＣが設定値を超えると（Ｓ１２のＹ）、解列リレーＲＹ６をターンオフさせる（Ｓ１３）。ステップＳ１０に遷移する。ＳＯＣが設定値を超えない間は（Ｓ１２のＮ）、ステップＳ１４に遷移する。

　制御部２５は、蓄電部５のＳＯＣをもとに、蓄電部５の充電可能最大電力を特定する（Ｓ１４）。制御部２５は、蓄電部５の充電可能最大電力と、インバータ２２の交流側に入力される電力（以下、インバータ入力電力という）を比較する（Ｓ１５）。インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えると（Ｓ１５のＹ）、制御部２５は、インバータ２２の出力電圧を低下させる（Ｓ１６）。制御部２５は、解列リレーＲＹ６をターンオフさせる（Ｓ１７）。解列リレーＲＹ６がターンオフすると、制御部２５は、インバータ２２の出力電圧を復帰させる（Ｓ１８）。ステップＳ１０に遷移する。インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えない場合（Ｓ１５のＮ）、ステップＳ１０に遷移する。

　図３に示す動作例では、解列リレーＲＹ６の応答が遅いシステム構成を前提としている。例えば、制御部２５が、第２電力変換装置２０の筐体内のマイクロコントローラと筐体外のリモコン設定器のマイクロコントローラの協働で実現されるシステム構成が使用される場合がある。そのシステム構成において、両者のマイクロコントローラ間が、ＲＳ－４８５などの低速のシリアル通信規格で接続されている場合、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えてから解列リレーＲＹ６が実際にオフされるまでに数秒以上かかる場合がある。

　これに対してインバータ２２の出力電圧の低下は、第１電力変換装置１０の出力電圧に瞬時に反映されるため、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超えてから瞬時に第１電力変換装置１０が停止する。ただし、インバータ２２の出力電圧が復帰すると、第１電力変換装置１０が運転を再開する。この場合、第１電力変換装置１０が運転と停止を頻繁に繰り返す可能性がある。

　図３に示す動作例では、解列リレーＲＹ６がオフされた後に、インバータ２２の出力電圧を復帰させることにより、第１電力変換装置１０が運転と停止を頻繁に繰り返すことが回避される。なお制御部２５は、例えば蓄電部５のＳＯＣが所定値まで低下したとき、または日射量が少ない時間帯になったとき、解列リレーＲＹ６をターンオンさせてもよい。いずれの場合も、インバータ入力電力が充電可能最大電力を超える可能性が低下している。

　図３に示す動作例において、第１太陽電池４ａの発電電力の有効活用を優先する場合、ステップＳ１７の処理を省略してもよい。

　以上説明したように本実施の形態によれば、停電時において、電力変換システム１全体の不要な停止を抑制しつつ、第１太陽電池４ａの発電電力を効率的に活用することができる。また、既設の第１電力変換装置１０の内部構成を改良する必要がなく、既設の第１電力変換装置１０をそのまま使用することができる。したがって、第２電力変換装置２０を追記導入するコストが抑えられる。

　図４は、比較例１に係る電力変換システム１を説明するための図である。比較例１では、第２電力変換装置２０が蓄電システムのパワーコンディショナであり、第２太陽電池４ｂが設置されない。また、第２電力変換装置２０の自立出力と第１電力変換装置１０の連系出力が連携しない。この構成では停電時において、第１電力変換装置１０の自立出力が不安定になる。また、第１太陽電池４ａから蓄電部５に充電することができない。

　図５は、比較例２に係る電力変換システム１を説明するための図である。比較例２では、第２電力変換装置２０が蓄電システムのパワーコンディショナであり、第２太陽電池４ｂが設置されない。この構成では、制御部２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から蓄電部５へ供給される電力が充電可能最大電力を超えた場合に、インバータ２２の出力電圧を変化させることにより、過発電状態になることを回避することができる。

　一方、図１に示した電力変換システム１の構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から蓄電部５へ供給される電力が充電可能最大電力を超えた場合に、インバータ２２の出力電圧を変化させる制御を使用すると、第２太陽電池４ｂから蓄電部５への充電により、インバータ２２の出力電圧が頻繁に変動してしまう。

　これに対して、上記実施の形態で開示した技術では、インバータ入力電力と充電可能最大電力を比較することにより、インバータ２２の出力電圧が頻繁に変動することを回避することができる。なお、上記実施の形態で開示した技術は、図５に示した比較例２に係る電力変換システム１にも適用可能であり、汎用性が高い技術である。

　以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　上記実施の形態において、第１太陽電池４ａおよび第２太陽電池４ｂは、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置の一例である。第１太陽電池４ａおよび第２太陽電池４ｂの少なくとも一方の代わりに、風力発電機、マイクロ水力発電機などを用いてもよい。交流出力の発電機が使用される場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの代わりにＡＣ／ＤＣコンバータが使用される。

　上記実施の形態において、連系リレーＲＹ１、自立出力リレーＲＹ２、連系リレーＲＹ３、自立出力リレーＲＹ４、出力切替リレーＲＹ５および解列リレーＲＹ６の少なくとも一つに半導体スイッチが使用されてもよい。

　上記実施の形態において、インバータ２２の出力電圧を変化させて、過発電状態にならないように制御する方法として、インバータ２２の出力電圧を低下させる方法を説明した。この点、第１電力変換装置１０に備わる過電圧継電器（ＯＶＲ）を使用してもよい。系統連系規程では、過電圧継電器（ＯＶＲ）が過電圧を検出する条件として、第１電力変換装置１０の出力電圧が１１５％以上に上昇した状態が１秒間継続することと規定されている。

　第２電力変換装置２０の制御部２５がインバータ２２の出力電圧を、第１電力変換装置１０の過電圧継電器（ＯＶＲ）が過電圧を検出するレベル以上に検出時限以上、制御すると、第１電力変換装置１０は異常検知により停止する。制御部２５は、インバータ２２の出力電圧を上昇させた後、検出時限以上の時間が経過すると、インバータ２２の出力電圧を元に戻す。

　なお、第１電力変換装置１０に備わる周波数上昇継電器（ＯＦＲ）または周波数低下継電器（ＵＦＲ）を使用してもよい。制御部２５は、インバータ２２の出力電圧の周波数を変化させて、第１電力変換装置１０を停止させることができる。

　なお、第１電力変換装置１０が電圧上昇抑制機能を備えている場合、制御部２５はインバータ２２の出力電圧を、第１電力変換装置１０の電圧上昇抑制値以上に上昇させることにより、第１電力変換装置１０の出力電力を抑制させることができる。この場合、過発電状態になりにくくなる。

　なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
　再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置（４ａ）により発電された電力を、所定の電圧の交流電力に変換して電力系統（２）の受電点に出力可能な第１電力変換装置（１０）と、
　蓄電部（５）を充放電可能なコンバータ（２１）と、前記コンバータ（２１）が接続された直流バス（Ｂｄ）と前記受電点との間に接続されるインバータ（２２）と、前記インバータ（２２）を制御する制御部（２５）を有する第２電力変換装置（２０）と、を備え、
　前記電力系統（２）の停電時、前記第２電力変換装置（２０）の自立出力経路と前記第１電力変換装置（１０）の連系出力経路が接続され、
　前記制御部（２５）は、前記インバータ（２２）の交流側に入力される電力が、前記蓄電部（５）の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記第１電力変換装置（１０）の出力を抑制または遮断するように制御することを特徴とする電力変換システム（１）。
　これによれば、停電時において、電力変換システム（１）全体の不要な停止を抑制しつつ、発電装置（４ａ）により発電された電力を効率的に活用することができる。
［項目２］
　前記制御部（２５）は、前記インバータ（２２）の交流側に入力される電力が、前記蓄電部（５）の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記蓄電部（５）の充電可能最大電力と前記第１電力変換装置（１０）の最大出力電流をもとに、前記第１電力変換装置（１０）の出力電力が前記蓄電部（５）の充電可能最大電力以下になるように、前記インバータ（２２）の出力電圧を低下させることを特徴とする項目１に記載の電力変換システム（１）。
　これによれば、インバータ（２２）の交流側に入力される電力を蓄電部（５）の充電可能最大電力以下に制限することができ、過発電状態になることを回避することができる。
［項目３］
　前記制御部（２５）は、前記インバータ（２２）の交流側に入力される電力が、前記蓄電部（５）の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記インバータ（２２）の出力電圧を、前記第１電力変換装置（１０）が停止する電圧に変化させることを特徴とする項目１に記載の電力変換システム（１）。
　これによれば、第１電力変換装置（１０）を停止させることにより、過発電状態になることを回避することができる。
［項目４］
　前記制御部（２５）は、前記インバータ（２２）の交流側に入力される電力が、前記蓄電部（５）の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記第１電力変換装置（１０）の出力経路に挿入されているスイッチ（ＲＹ６）をターンオフさせることを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム（１）。
　これによれば、第１電力変換装置（１０）との連携を解除することにより、過発電状態になることを回避することができる。
［項目５］
　前記制御部（２５）は、前記蓄電部（５）の充電可能最大電力が第１設定値未満になると、前記第１電力変換装置（１０）の出力経路に挿入されているスイッチ（ＲＹ６）をターンオフさせることを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム（１）。
　これによれば、第１電力変換装置（１０）との連携を解除することにより、過発電状態になることを事前に回避することができる。
［項目６］
　前記制御部（２５）は、前記蓄電部（５）のＳＯＣ（State Of Charge)が第２設定値を超えると、前記第１電力変換装置（１０）の出力経路に挿入されているスイッチ（ＲＹ６）をターンオフさせることを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム（１）。
　これによれば、第１電力変換装置（１０）との連携を解除することにより、過発電状態になることを事前に回避することができる。
［項目７］
　前記第２電力変換装置（２０）は、再生可能エネルギーを用いて発電する別の発電装置（４ｂ）により発電された電力の電圧を調整して前記直流バス（Ｂｄ）に出力可能な発電装置（４ｂ）用のコンバータ（２６）をさらに有し、
　前記発電装置（４ｂ）用のコンバータ（２６）は、前記直流バス（Ｂｄ）の電圧が目標値を超えると、出力電力を低下させることを特徴とする項目１から６のいずれか１項に記載の電力変換システム（１）。
　これによれば、別の発電装置（４ｂ）により発電された電力により過発電状態になることを、瞬時に回避することができる。
［項目８］
　再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置（４ａ）により発電された電力を、所定の電圧の交流電力に変換して電力系統（２）の受電点に出力可能な別の電力変換装置（１０）と接続可能な電力変換装置（２０）であって、
　蓄電部（５）を充放電可能なコンバータ（２１）と、
　前記コンバータ（２１）が接続された直流バス（Ｂｄ）と前記受電点との間に接続されるインバータ（２２）と、　前記インバータ（２２）を制御する制御部（２５）と、を備え、
　前記電力系統（２）の停電時、本電力変換装置（２０）の自立出力経路と前記別の電力変換装置（１０）の連系出力経路が接続され、
　前記制御部（２５）は、前記インバータ（２２）の交流側に入力される電力が、前記蓄電部（５）の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記別の電力変換装置（１０）の出力を抑制または遮断するように制御することを特徴とする電力変換装置（２０）。
　これによれば、停電時において、電力変換装置（２０）と別の電力変換装置（１０）の不要な停止を抑制しつつ、発電装置（４ａ）により発電された電力を効率的に活用することができる。

　本開示は、太陽光発電システムに利用可能である。

　１　電力変換システム、　２　系統、　３ａ　一般負荷、　３ｂ　特定負荷、　４ａ　第１太陽電池、　４ｂ　第２太陽電池、　５　蓄電部、　１０　第１電力変換装置、　１１　ＤＣ／ＤＣコンバータ、　１２　インバータ、　１３　コンバータ制御回路、　１４　インバータ制御回路、　１５　制御部、　１６　ＡＣコンセント、　２０　第２電力変換装置、　２１　ＤＣ／ＤＣコンバータ、　２２　インバータ、　２３　コンバータ制御回路、　２４　インバータ制御回路、　２５　制御部、　２６　ＤＣ／ＤＣコンバータ、　２７　コンバータ制御回路、　ＲＹ１　連系リレー、　ＲＹ２　自立出力リレー、　ＲＹ３　連系リレー、　ＲＹ４　自立出力リレー、　ＲＹ５　出力切替リレー、　ＲＹ６　解列リレー、　Ｂｄ　直流バス。

Claims

　再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置により発電された電力を、所定の電圧の交流電力に変換して電力系統の受電点に出力可能な第１電力変換装置と、
　蓄電部を充放電可能なコンバータと、前記コンバータが接続された直流バスと前記受電点との間に接続されるインバータと、前記インバータを制御する制御部を有する第２電力変換装置と、を備え、
　前記電力系統の停電時、前記第２電力変換装置の自立出力経路と前記第１電力変換装置の連系出力経路が接続され、
　前記制御部は、前記インバータの交流側に入力される電力が、前記蓄電部の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記第１電力変換装置の出力を抑制または遮断するように制御することを特徴とする電力変換システム。
　前記制御部は、前記インバータの交流側に入力される電力が、前記蓄電部の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記蓄電部の充電可能最大電力と前記第１電力変換装置の最大出力電流をもとに、前記第１電力変換装置の出力電力が前記蓄電部の充電可能最大電力以下になるように、前記インバータの出力電圧を低下させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
　前記制御部は、前記インバータの交流側に入力される電力が、前記蓄電部の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記インバータの出力電圧を、前記第１電力変換装置が停止する電圧に変化させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
　前記制御部は、前記インバータの交流側に入力される電力が、前記蓄電部の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記第１電力変換装置の出力経路に挿入されているスイッチをターンオフさせることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
　前記制御部は、前記蓄電部の充電可能最大電力が第１設定値未満になると、前記第１電力変換装置の出力経路に挿入されているスイッチをターンオフさせることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
　前記制御部は、前記蓄電部のＳＯＣ（State Of Charge)が第２設定値を超えると、前記第１電力変換装置の出力経路に挿入されているスイッチをターンオフさせることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
　前記第２電力変換装置は、再生可能エネルギーを用いて発電する別の発電装置により発電された電力の電圧を調整して前記直流バスに出力可能な発電装置用のコンバータをさらに有し、
　前記発電装置用のコンバータは、前記直流バスの電圧が目標値を超えると、出力電力を低下させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換システム。
　再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置により発電された電力を、所定の電圧の交流電力に変換して電力系統の受電点に出力可能な別の電力変換装置と接続可能な電力変換装置であって、
　蓄電部を充放電可能なコンバータと、
　前記コンバータが接続された直流バスと前記受電点との間に接続されるインバータと、　前記インバータを制御する制御部と、を備え、
　前記電力系統の停電時、本電力変換装置の自立出力経路と前記別の電力変換装置の連系出力経路が接続され、
　前記制御部は、前記インバータの交流側に入力される電力が、前記蓄電部の充電可能最大電力を超えた、または超えると予測される場合に、前記別の電力変換装置の出力を抑制または遮断するように制御することを特徴とする電力変換装置。