直流給電システム
【課題】蓄電池を直流給電部に直結した場合でも蓄電池の電流または電力を所定値に制御可能にする直流給電システムを提供する。
【解決手段】分散電源装置、負荷および系統電力システムが接続された直流給電部に蓄電池を直結する。前記蓄電池はその入出力電流を検出する蓄電池電流検出部を備える。前記系統電力システムは、系統電力と直流給電部との間に直流を交流に、交流を直流に変換する電力変換器を有する。前記電力変換器は、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて、前記電力変換器の出力を制御して、前記蓄電池電流または電力を所定値に制御する。
【解決手段】分散電源装置、負荷および系統電力システムが接続された直流給電部に蓄電池を直結する。前記蓄電池はその入出力電流を検出する蓄電池電流検出部を備える。前記系統電力システムは、系統電力と直流給電部との間に直流を交流に、交流を直流に変換する電力変換器を有する。前記電力変換器は、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて、前記電力変換器の出力を制御して、前記蓄電池電流または電力を所定値に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流給電システムに関し、特に直流給電部に蓄電池を直結した直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池、風力発電装置及び燃料電池のような分散電源装置が普及し始めている。しかし、現状では分散電源装置で発電した直流電力が交流に変換され、電力を消費する機器において再度直流に変換されて使用される。このように、直流−交流変換及び交流−直流変換が行われるので、そのたびに、変換損失を生じる。そこで、分散電源が発電する直流電力を交流に変換することなく、直流電力のまま送電して機器で使用することにより、変換損失を低減させる直流給電システムが提案されている。
直流給電システムに関して、直流バスに接続された複数の電源ユニットがそれぞれ電流制御部を備え、各電流制御部が電源ユニットに入出力する電流に従い、自律的に直流電圧指令値または直流電圧の制御性を変更する機能を備えることにより、複数の分散電源が自律的に協調運転するとともに、装置容量に依存せずに、簡単にユニットを追加することを可能にする技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２４００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のこのようなシステムでは、複数の分散電源が自律的に協調運転することが可能になるが、１つの機器に急激な負荷変動が生じた場合に、直流バス電圧が変化し、そのため、他のユニットの入出力電流も変化する。このように、１つの機器に負荷変動が生じると、直流バス電圧が変化し、直流バス電圧の安定化は困難になる。また、負荷変動時には複数のユニットが同時に電圧制御状態となるため、直流バス電圧の安定化がさらに困難になる。それに加え、各ユニットの入出力電流変化に応じて直流バス電圧の制御目標値が変更されるため、システム全体の制御が複雑になり、直流バス電圧安定化が困難となる。
このように、各ユニットの電圧制御に代えて、直流バスに、例えば蓄電池のような電圧源を直結することにより、直流バス電圧を無制御で安定化することが可能である。蓄電池は電圧安定化能力が極めて高く、急峻な負荷変動が生じた場合においても直流バス電圧が常時安定化する。しかし、このように直流バスに蓄電池を直結するので、蓄電池と直流バスの間に電力変換器を備えることができず、そのため、蓄電池電流を制御することができない。
本発明は、上記課題に鑑みて、蓄電池を直流給電部に直結した場合でも実質的に蓄電池の電流または電力を所定値もしくは所定範囲内に制御可能にする直流給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の直流給電システムは、上記のような課題を解決するものであり、分散電源装置、負荷および系統電力システムが接続された直流給電部に蓄電池を直結し、前記蓄電池の入出力電流を検出する蓄電池電流検出部を備え、前記系統電力システムは、系統電力と直流給電部との間に交流を直流に、直流を交流に変換する電力変換器を有し、電力変換器は前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて、前記電力変換器の出力を制御し、前記蓄電池電流または電力を所定値もしくは所定範囲内に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、直流給電部に蓄電池を直結した直流給電システムにおいて、系統電力システムの電力変換器を蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて制御することにより、蓄電池電流または電力を所定値もしくは所定範囲内にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の直流給電システムの第１実施形態のブロック図を示す。
【図２】本発明の直流給電システムに使用されるリチウムイオン二次電池の容量―電圧曲線を示す。
【図３】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＤＣ／ＡＣ変換器の回路図を示す。
【図４】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＤＣ／ＡＣ変換器の制御部のブロック図を示す。
【図５】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＡＣ／ＤＣ変換器の回路図を示す。
【図６】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＡＣ／ＤＣ変換器の制御部のブロック図を示す。
【図７】本発明の直流給電システムに使用されるＡＣ／ＤＣ変換器およびＤＣ／ＡＣ変換器の目標値設定表を示す。
【図８】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＡＣ／ＤＣ変換器の別の制御部のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の直流給電システムは、直流給電部に分散電源装置、負荷および系統電力と直流給電部との間に交流を直流に、直流を交流に変換する電力変換器を有する系統電力システムが接続されたシステムを指し、特に直流給電部に蓄電池を直結したものを発明の対象とする。本発明は、この直流給電システムにおいて、蓄電池の入出力電流を検出する蓄電池電流検出部を備え、前記系統電力システムは、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて、前記系統電力システムに備えられた電力変換器の出力を制御して、前記蓄電池電流を所定値もしくは所定範囲内に制御する。
これにより、直流給電部に蓄電池を直結した場合でも、系統電力システムの電力変換器を制御することにより、実質的に蓄電池の電流または電力を所望値もしくは所望範囲内に制御することが可能となる。
蓄電池を直結した直流給電システムにおいては、直流電圧値は蓄電池電圧とほぼ等価であるため、電流制御を行うことと電力制御（電圧×電流を制御）を行うことは同義である。よって、以降は電流制御という文言で統一することとする。
【０００９】
本発明の直流給電システムにおいて、直流給電部は、分散電源装置、負荷および系統電力システムが接続された接続部分であり、直流給電部に蓄電池が直結される。従って、直流給電部に接続された分散電源装置、蓄電池または系統電力システムより、直流負荷に電力を供給する。
また、分散電源は、太陽光発電装置、風力発電装置または燃料電池のような発電装置を指す。
また、負荷は、家庭で使用されるようなエアコン、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、照明装置またはパソコンのような電気機器であるが、オフィスで使用されるコンピュータ、複写機またはファクシミリのような電気機器であってもよい。また店舗で使用されるショーケース及び照明装置であってもよい。
また、系統電力システムは、電力会社より供給される商用交流電源であり、本発明では、分散電源で発電した電力を系統電力へ売電したり、系統電力から買電したりする。
また、蓄電池は、代表的には、リチウムイオン二次電池であるが、その他の電池、例えば鉛電池またはニッケル電池のような二次電池も使用可能である。負荷の消費電力に対応する電池容量をもつ蓄電池が選択される。
【００１０】
また、電力変換器は、蓄電池電流検出部からの蓄電池電流情報に基づいて、電力変換器のスイッチング制御を行っている。
これにより、蓄電池充放電電流を所望値もしくは所望範囲内に制御可能とする。
【００１１】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、更に、前記電力変換器の電流を検出する自経路検出部を備え、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報または自経路検出部の自経路電流情報に基づいて、前記電力変換器のスイッチング制御を行っている。
これにより、系統電力システムの電力変換器は、自経路の電流制御を優先するか、蓄電池経路の電流制御を優先するかを選択することが可能となり、蓄電池が直結された直流給電システムにおいて制御可能な動作を増やすことができる。
【００１２】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、少なくとも前記蓄電池残量情報（実施形態では直流給電部の直流電圧から推定）を用いて制御目標値を選択する制御目標値選択部を備え、前記制御目標値選択部より得られる切替信号によって、前記蓄電池電流情報または自経路検出情報を切り替える切替部を備える。
これにより、蓄電池残量、もしくは時間、もしくはその両方に対応した制御が可能になる。
【００１３】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記切替部は、前記制御目標値選択部より得られる切替信号によって、前記蓄電池電流情報または自経路検出情報を前記電力変換器のスイッチング素子を制御するスイッチング駆動信号生成部に供給するものである。
【００１４】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記電力変換器は、ＤＣ／ＡＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器、または双方向変換器である。
これにより、交流から直流、または直流から交流に変換することができる。
【００１５】
以下には、本発明の直流給電システムの実施形態を図面を使用して説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態のブロック図を示す。図１に示すように、直流給電部１に、太陽光発電システム２と、蓄電池３と、系統電力システム４と、直流負荷５が接続される。このように、直流給電部は、太陽光発電システム２と、蓄電池３と、系統電力システム４が接続され、太陽光発電システム２、蓄電池３または系統電力システム４より、直流負荷５に電力を供給する部分である。図１は、直流給電部１、太陽光発電システム２、蓄電池３、系統電力システム４及び直流負荷５をそれぞれ１つ示すが、これらの個数は制限がなく、１つでも複数でもかまわない。
ここで、直流給電部１の電圧（蓄電池電圧）をＶ、太陽光発電システム２の出力電流をＩpv、蓄電池３の放電電流をＩdc、蓄電池３の充電電流をＩch、系統電力システム４のＤＣ／ＡＣ変換器４２に流れる電流をＩsell、ＡＣ／ＤＣ変換器４３を流れる電流をＩbuy、直流負荷５に供給される電流をＩloadとし、以下説明する。
【００１６】
太陽光発電システム２は、太陽電池２１と、ＤＣ／ＤＣ変換器２２とで構成される。この実施形態は、太陽光発電システムを分散電源装置の代表として説明するが、風力発電装置、燃料電池であってもよい。
太陽電池２１は、結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池または薄膜型太陽電池よりなり、ここでは、例えば、５ｋＷを発電することができるものが使用される。
ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、太陽電池２１の出力電圧を、直流給電部１の直流電圧に変換するものであり、直流給電部１の電圧と電流の両方を検出して、直流給電部側の電圧が蓄電池２１の満充電（残量１００％）の時の電圧（４２０Ｖ）以下においては、太陽電池２１を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御する。しかし、直流給電部側の電圧が蓄電池３の満充電（残量１００％）の時の電圧（４２０Ｖ）に達した場合は、直流給電部側の電圧が蓄電池３の満充電（残量１００％）の時の電圧（４２０Ｖ）に維持する制御に切り替える。この場合、太陽電池２１を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御することができないため、太陽電池の発電量をいくらか無駄にしてしまうことになる。
【００１７】
蓄電池３は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、定格電圧３８０Ｖ、１０Ａｈ（例えば、１００直列、１並列）で構成され、直流給電部１に直結されている。ここで、直結とは、直流給電部１と蓄電池３の間に、ＤＣ／ＤＣ変換器のような電力変換器が介在されないという意味である。従って、直流給電部１と蓄電池３の電圧はほぼ等しくなる（実際には配線の電圧降下が存在する）。このリチウムイオン二次電池は、図２に示す容量―電圧曲線を持っている。即ち、このリチウムイオン二次電池は、電池容量が空の時は３００Ｖ、２０％の時は３６０Ｖ、５０％の時は３８０Ｖ（定格電圧）、８０％の時は４００Ｖ、１００％（満充電）の時は４２０Ｖである。ここでは、リチウムイオン二次電池を代表的に示したが、鉛電池またはニッケル電池などその他の電池でも使用可能である。
また、蓄電池３から直流給電部１への電流値を検出する蓄電池電流検出部６を備えており、蓄電池電流検出部６の検出出力は蓄電池電流情報６ｓとして、ＤＣ／ＡＣ変換器４２及びＡＣ／ＤＣ変換器４３に伝達する。
【００１８】
負荷５は、家庭で使用されるようなエアコン、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、照明装置またはパソコンのような電気機器であるが、オフィス使用されるコンピュータ、複写機またはファクシミリのような電気機器であってもよい。また店舗で使用されるショーケース及び照明装置であってもよい。
【００１９】
系統電力システム４は、系統電力４１に接続され、直流給電部１の直流を系統電力４１の交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器４２と、系統電力４１の交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換器４３とで構成されている。
図３は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の回路図を示す。ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、４つのスイッチ素子３１ａ〜３１ｄをブリッジ回路に接続して構成されるＤＣ／ＡＣ変換部３１と、連系リアクトル３２と、直流給電部１の直流電圧を検出する電圧検出部３３と、直流給電部１の電流を検出する電流検出部３４と、制御部３５とで構成され、直流給電部１の直流バス電圧を系統電力のＡＣ２００Ｖに変換する。本発明の直流給電システムは、直流給電部１に蓄電池３を直結しているので、上記電圧検出部３３が直流給電部１の直流電圧を検出することにより、蓄電池３の電圧を検出することできる。従って、図２に示す蓄電池の容量曲線から、蓄電池残量を推測可能である。よって、蓄電池３の残量は、直流給電部１の電圧を検出することにより検出することができる。
【００２０】
制御部３５は、電圧検出部３３で検出された直流給電部１の直流電圧を差動検出部３６を介して所望の電圧レベルに変換し、蓄電池残量情報を表す直流電圧情報３６ｓとして受け、また、電流検出部３４で検出された直流給電部１の自経路電流を自経路電流情報３４ｓとして受け、更に、蓄電池電流検出部６の検出出力を蓄電池電流情報６ｓとして受け、この直流電圧情報３６ｓ、自経路電流情報３４ｓ及び蓄電池電流情報６ｓに基づいて、４つのスイッチング素子３１ａ〜３１ｄを駆動する駆動信号３５ｓを生成する。
【００２１】
図４は、制御部３５のブロック図を示す。制御部３５は、制御目標値選択部４４、切替部４５、スイッチング素子駆動信号生成部４６よりなる。
制御目標値選択部４４は、内部に時計機能を所有し、図３に示したように電圧検出部３３より差動検出部３６を介して所望の電圧レベルに変換した直流電圧情報３６ｓを取得し、図７に示す目標値設定表に基づき、自経路電流情報３４ｓもしくは蓄電池電流情報６ｓの制御目標値を選択する。図７の目標値設定表に関しては後述する。
制御目標値選択部４４は、自経路電流情報３４ｓまたは蓄電池電流情報６ｓのいずれの制御目標値電流を制御するかに切り替える切替信号を切替部４５に出力する。切替部４５は、制御目標値選択部４４の切替信号を受けて、自経路電流制御と蓄電池電流制御とを切り替える。そして決定した目標値と自経路電流もしくは蓄電池電流とを比較し、自経路電流もしくは蓄電池電流をスイッチング素子駆動信号生成部４６に供給して、スイッチング素子駆動信号生成部４６でスイッチング素子駆動信号を生成する。スイッチング素子駆動信号生成部４６は、例えば、ＰＩ制御、三角波比較により、駆動信号３５ｓを生成する。駆動信号３５ｓにより、４つのスイッチング素子３１ａ〜３１ｄのオン・オフを制御し、系統電力１への出力電圧をＡＣ２００Ｖになるよう制御する。
【００２２】
図５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の回路図を示す。ＡＣ／ＤＣ変換器４３は、整流部６１と、昇圧回路６２と、電圧検出部６３と、電流検出部６４と制御部６５とで構成され、ＡＣ２００Ｖを直流バス電圧へ変換する。整流部６１は、４つのダイオード６１ａ〜６１ｄをブリッジ回路に接続して構成される。昇圧回路６２は、昇圧用インダクタンス６６、スイッチング素子６７、ダイオード６８と平滑コンデンサ６９とで構成される。電圧検出部６３は、直流給電部１の電圧を検出し、差動検出部７０を介して所望の電圧レベルに変換し、、蓄電池残量情報を表す直流電圧情報７０ｓを制御部６５にを提供する。電流検出部６４は、直流給電部１に流れる自経路電流を検出し、制御部６５に自経路電流情報６４ｓを提供する。また、制御部６５は、蓄電池３に流れる電流を検出する蓄電池電流検出部６より、蓄電池電流情報６を受ける。
【００２３】
図６は、制御部６５のブロック図を示す。制御部６５は、図４に示したＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御部３５と同様に構成され、制御目標値選択部７１、切替部７２、スイッチング素子駆動信号生成部７３よりなる。
制御目標値選択部７１は、内部に時計機能を所有し、図５に示したように電圧検出部６３より比較器７０を介して直流電圧情報７０ｓを取得し、図７に示す目標値設定表に基づき、自経路電流情報６４ｓもしくは蓄電池電流情報６ｓの制御目標値を決定する。図７の目標値設定表に関しては後述する。制御目標値選択部７１が所有する時計機能と、制御目標値選択部４４が所有する時計機能は、１つの時計機能を共有してもよい。
制御目標値選択部７１は、自経路電流情報６４ｓまたは蓄電池電流情報６ｓのいずれの制御目標値電流を制御するかを切り替える切替信号を切替部７２に出力する。切替部７２は、制御目標値選択部７１の切替信号７１ｓを受けて、自経路電流制御と蓄電池電流制御とを切り替える。そして決定した目標値と自経路電流もしくは蓄電池電流とを比較し、自経路電流もしくは蓄電池電流をスイッチング素子駆動信号生成部７３に供給して、スイッチング素子駆動信号生成部７３でスイッチング素子駆動信号を生成する。スイッチング素子駆動信号生成部７３は、例えば、ＰＩ制御、三角波比較により、スイッチング素子駆動信号を生成する。
【００２４】
図７は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２およびＡＣ／ＤＣ変換器４３の目標値設定表を示し、ＤＣ／ＡＣ変換器４２およびＡＣ／ＤＣ変換器４３が、どの条件で自経路電流もしくは蓄電池電流をどの目標値に向かって制御するかを示す。図７は、太陽光発電システム２と、蓄電池３を使用する場合の目標値設定表を示す。
例えば、７時〜１７時に、電池残量が２０％未満であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御し、また制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御することで、蓄電池３を１０Ａで充電することを実現する。上記のような記載方法では、ＡＣ／ＤＣ変換器４３とＤＣ／ＡＣ変換器４２が同時に出力しているかのような誤解を招く恐れがあるので簡単な実例を追記しておく。Ｉpvは日射に応じて出力が決定し、Iloadは接続された負荷量に応じて決定されるため任意の値に決定される。仮にＩpv＝１０Ａ、Ｉload＝５Ａであるとすると、Ｉch＝１０Ａに制御するために、例えばＤＣ／ＡＣ変換器４２を制御しようとしても、Ｉsell＝−５Ａに制御しなければならない。ＤＣ／ＡＣ変換器４２は負の出力を行うことができないので、Ｉsell＝０Ａ（つまり無出力）に固定されることになる。結果的にはＡＣ／ＤＣ変換器４３がＩbuy＝５Ａになるように制御することとなる。以上の理由により、ＡＣ／ＤＣ変換器４３とＤＣ／ＡＣ変換器４２が同時に蓄電池電流を同一目標値に制御しようとしても、結局いずれかの変換器しか出力しないことになる。
また、７時〜１７時は、電池残量が２０〜８０％であれば、太陽光発電が見込まれるため、制御目標値は売電量（Ｉsell）を優先するように設定し、例えば、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の電流がＩsell＝５Ａになるよう制御する。このときＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値は設定されず、ＡＣ／ＤＣ変換器４３は動作しない。これにより、固定電力の売電が実行される（売電電力平準化）。この場合においては、蓄電池充電電流Ｉch＝Ｉpv−Iload−Isellとなり（値が負なら放電電流）、IpvとIloadが任意に変化するとIchは変動することになる。つまり蓄電池充電電流は制御できない。
電池残量が８０％以上であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御することで、蓄電池３を１０Ａで放電することを実現する。
【００２５】
また、１７時〜２３時に蓄電池残量が２０％未満であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御する。このように、１７時〜２３時は、日射がなく、太陽光発電がないので、蓄電池残量が少ない場合は充電を優先するよう設定している。
また、電池残量が２０〜８０％であれば、ＤＣ／ＡＣ変換器４２、ＡＣ／ＤＣ変換器４３を停止しておく。この場合は、ＩpvとIloadの差を蓄電池が融通する形になる。
電池残量が８０％以上であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御する。
【００２６】
２３時〜７時に、電池残量が２０％未満であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御する。
また、電池残量が２０〜８０％であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の電流がＩbuy＝５Ａになるよう制御する。このときＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値は設定されず、ＡＣ／ＤＣ変換器４３は動作しない。これにより、固定電力での買電が実行される（負荷平準化）。
電池残量が８０％以上であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御する。
【００２７】
以上のような構成、動作を行うことにより、時刻情報と、直流給電部の電圧を検出した直流電圧情報（即ち、蓄電池電圧）により、系統電力システム４のＤＣ／ＡＣ変換器４２およびＡＣ／ＤＣ変換器４３は、自経路電流を目標値となるように制御したり、蓄電池経路の電流を目標値となるように制御したりすることが可能となる。
以上には、分散電源装置として、太陽光発電システムを使用する場合を説明したが、風力発電装置または燃料電池を使用する場合は、図７に示した目標値設定表の設定条件を風力発電装置または燃料電池に対応するよう変更することにより、蓄電池電流を制御することが可能である。
【００２８】
なお、第１実施形態では、蓄電池電流制御目標値や時経路電流制御目標値を、１０Ａなどの固定値としたが、電流制御目標値にある程度の幅を持たせても構わない。例えば、電流制御目標値を１０Ａのところを８Ａ〜１２Ａとして、８Ａを下回ると目標電流を上げるように制御し、１２Ａを上回ると目標電流を下げるように制御してもよい。
また、第１実施形態では、直流給電電圧から蓄電池残量を想定して制御を行っているが、例えば系統電力システム４は蓄電池３から蓄電池残量情報を通信で受け取っても構わない。そうすることにより、系統電力システム４はより正確な蓄電池残量を取得することが可能となる。
【００２９】
第１実施形態では、動作がわかりやすいようにＤＣ／ＡＣ変換器４２とＡＣ／ＤＣ変換器４３の両方を設けたが、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器に代えても構わない。また、直流給電部１の電圧検出、電流検出は、系統電力システム４が発生する脈動の影響を受けやすいため、ＡＣ側電圧がゼロのタイミングと同期をとって検出することが好ましい。また、系統電力システムとの売電、買電は、高調波等の規制が存在することから、各制御部はＡＣ電圧、ＡＣ電流を検出してさらに別の制御を行うことが望ましいが、本発明とは要点が異なるため省略する。
【００３０】
また、リチウムイオン二次電池の充放電可能な電流値には制限がある場合が多く、例えば１Ｃ（本実施形態では１０Ａｈの電池であるので、１０Ａに相当する）以上の電流での充放電が好ましくないリチウムイオン二次電池を使用した場合、充放電電流は常に１０Ａ以下に抑えなければならない。本実施形態において、７時〜１７時でかつ電池残量が２０〜８０％の場合には、Ｉsell＝５に制御するとしたが、その時間帯に負荷量が多いなどの理由によりIload−Ｉpv＞５となる場合も存在しうる。すると、当然Ｉdc＞１０となり、リチウムイオン二次電池の放電電流は１０Ａを超えてしまう。
このような状況を防ぐために、ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、Ｉsell＝５に制御する動作と、Idc＝１０（あるいはＩch＝１０）に制御する動作を同時に行うことが好ましい。そのような制御を実現する制御部３５の回路図の一例を図８に示す。図８に示すように、この回路では、ダイオード４７、４８が切り替え部の役割を果たし、制御目標値選択部４４からＩsell＝５とIdc＝１０（あるいはＩch＝１０）が出力され、Ｉsell＝５は自経路電流情報７０ｓと比較され、Idc＝１０（あるいはＩch＝１０）は蓄電池電流情報６ｓと比較され、それぞれダイオード４７、４８を介してスイッチング素子駆動信号生成部４６に接続することにより、目標値との差がより大きい電流値を制御することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 直流給電部
２ 太陽光発電システム
３ 蓄電池
４ 系統電力システム
５ 直流負荷
６ 蓄電池電流検出部
２１ 太陽電池
３５ 制御部
４１ 系統電力
４２ ＤＣ／ＡＣ変換器
４３ ＡＣ／ＤＣ変換器
４４ 制御目標値選択部
４５ 切替部
４６ スイッチング素子駆動信号生成部
６１ 整流部
６２ 昇圧部
６３ 直流電圧検出部
６４ 自経路電流検出部
６５ 制御部
７１ 制御目標値選択部
７２ 切替部
７３ スイッチング素子駆動信号生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流給電システムに関し、特に直流給電部に蓄電池を直結した直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池、風力発電装置及び燃料電池のような分散電源装置が普及し始めている。しかし、現状では分散電源装置で発電した直流電力が交流に変換され、電力を消費する機器において再度直流に変換されて使用される。このように、直流−交流変換及び交流−直流変換が行われるので、そのたびに、変換損失を生じる。そこで、分散電源が発電する直流電力を交流に変換することなく、直流電力のまま送電して機器で使用することにより、変換損失を低減させる直流給電システムが提案されている。
直流給電システムに関して、直流バスに接続された複数の電源ユニットがそれぞれ電流制御部を備え、各電流制御部が電源ユニットに入出力する電流に従い、自律的に直流電圧指令値または直流電圧の制御性を変更する機能を備えることにより、複数の分散電源が自律的に協調運転するとともに、装置容量に依存せずに、簡単にユニットを追加することを可能にする技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２４００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のこのようなシステムでは、複数の分散電源が自律的に協調運転することが可能になるが、１つの機器に急激な負荷変動が生じた場合に、直流バス電圧が変化し、そのため、他のユニットの入出力電流も変化する。このように、１つの機器に負荷変動が生じると、直流バス電圧が変化し、直流バス電圧の安定化は困難になる。また、負荷変動時には複数のユニットが同時に電圧制御状態となるため、直流バス電圧の安定化がさらに困難になる。それに加え、各ユニットの入出力電流変化に応じて直流バス電圧の制御目標値が変更されるため、システム全体の制御が複雑になり、直流バス電圧安定化が困難となる。
このように、各ユニットの電圧制御に代えて、直流バスに、例えば蓄電池のような電圧源を直結することにより、直流バス電圧を無制御で安定化することが可能である。蓄電池は電圧安定化能力が極めて高く、急峻な負荷変動が生じた場合においても直流バス電圧が常時安定化する。しかし、このように直流バスに蓄電池を直結するので、蓄電池と直流バスの間に電力変換器を備えることができず、そのため、蓄電池電流を制御することができない。
本発明は、上記課題に鑑みて、蓄電池を直流給電部に直結した場合でも実質的に蓄電池の電流または電力を所定値もしくは所定範囲内に制御可能にする直流給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の直流給電システムは、上記のような課題を解決するものであり、分散電源装置、負荷および系統電力システムが接続された直流給電部に蓄電池を直結し、前記蓄電池の入出力電流を検出する蓄電池電流検出部を備え、前記系統電力システムは、系統電力と直流給電部との間に交流を直流に、直流を交流に変換する電力変換器を有し、電力変換器は前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて、前記電力変換器の出力を制御し、前記蓄電池電流または電力を所定値もしくは所定範囲内に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、直流給電部に蓄電池を直結した直流給電システムにおいて、系統電力システムの電力変換器を蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて制御することにより、蓄電池電流または電力を所定値もしくは所定範囲内にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の直流給電システムの第１実施形態のブロック図を示す。
【図２】本発明の直流給電システムに使用されるリチウムイオン二次電池の容量―電圧曲線を示す。
【図３】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＤＣ／ＡＣ変換器の回路図を示す。
【図４】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＤＣ／ＡＣ変換器の制御部のブロック図を示す。
【図５】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＡＣ／ＤＣ変換器の回路図を示す。
【図６】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＡＣ／ＤＣ変換器の制御部のブロック図を示す。
【図７】本発明の直流給電システムに使用されるＡＣ／ＤＣ変換器およびＤＣ／ＡＣ変換器の目標値設定表を示す。
【図８】本発明の直流給電システムの第１実施形態に使用されるＡＣ／ＤＣ変換器の別の制御部のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の直流給電システムは、直流給電部に分散電源装置、負荷および系統電力と直流給電部との間に交流を直流に、直流を交流に変換する電力変換器を有する系統電力システムが接続されたシステムを指し、特に直流給電部に蓄電池を直結したものを発明の対象とする。本発明は、この直流給電システムにおいて、蓄電池の入出力電流を検出する蓄電池電流検出部を備え、前記系統電力システムは、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて、前記系統電力システムに備えられた電力変換器の出力を制御して、前記蓄電池電流を所定値もしくは所定範囲内に制御する。
これにより、直流給電部に蓄電池を直結した場合でも、系統電力システムの電力変換器を制御することにより、実質的に蓄電池の電流または電力を所望値もしくは所望範囲内に制御することが可能となる。
蓄電池を直結した直流給電システムにおいては、直流電圧値は蓄電池電圧とほぼ等価であるため、電流制御を行うことと電力制御（電圧×電流を制御）を行うことは同義である。よって、以降は電流制御という文言で統一することとする。
【０００９】
本発明の直流給電システムにおいて、直流給電部は、分散電源装置、負荷および系統電力システムが接続された接続部分であり、直流給電部に蓄電池が直結される。従って、直流給電部に接続された分散電源装置、蓄電池または系統電力システムより、直流負荷に電力を供給する。
また、分散電源は、太陽光発電装置、風力発電装置または燃料電池のような発電装置を指す。
また、負荷は、家庭で使用されるようなエアコン、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、照明装置またはパソコンのような電気機器であるが、オフィスで使用されるコンピュータ、複写機またはファクシミリのような電気機器であってもよい。また店舗で使用されるショーケース及び照明装置であってもよい。
また、系統電力システムは、電力会社より供給される商用交流電源であり、本発明では、分散電源で発電した電力を系統電力へ売電したり、系統電力から買電したりする。
また、蓄電池は、代表的には、リチウムイオン二次電池であるが、その他の電池、例えば鉛電池またはニッケル電池のような二次電池も使用可能である。負荷の消費電力に対応する電池容量をもつ蓄電池が選択される。
【００１０】
また、電力変換器は、蓄電池電流検出部からの蓄電池電流情報に基づいて、電力変換器のスイッチング制御を行っている。
これにより、蓄電池充放電電流を所望値もしくは所望範囲内に制御可能とする。
【００１１】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、更に、前記電力変換器の電流を検出する自経路検出部を備え、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報または自経路検出部の自経路電流情報に基づいて、前記電力変換器のスイッチング制御を行っている。
これにより、系統電力システムの電力変換器は、自経路の電流制御を優先するか、蓄電池経路の電流制御を優先するかを選択することが可能となり、蓄電池が直結された直流給電システムにおいて制御可能な動作を増やすことができる。
【００１２】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、少なくとも前記蓄電池残量情報（実施形態では直流給電部の直流電圧から推定）を用いて制御目標値を選択する制御目標値選択部を備え、前記制御目標値選択部より得られる切替信号によって、前記蓄電池電流情報または自経路検出情報を切り替える切替部を備える。
これにより、蓄電池残量、もしくは時間、もしくはその両方に対応した制御が可能になる。
【００１３】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記切替部は、前記制御目標値選択部より得られる切替信号によって、前記蓄電池電流情報または自経路検出情報を前記電力変換器のスイッチング素子を制御するスイッチング駆動信号生成部に供給するものである。
【００１４】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記電力変換器は、ＤＣ／ＡＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器、または双方向変換器である。
これにより、交流から直流、または直流から交流に変換することができる。
【００１５】
以下には、本発明の直流給電システムの実施形態を図面を使用して説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態のブロック図を示す。図１に示すように、直流給電部１に、太陽光発電システム２と、蓄電池３と、系統電力システム４と、直流負荷５が接続される。このように、直流給電部は、太陽光発電システム２と、蓄電池３と、系統電力システム４が接続され、太陽光発電システム２、蓄電池３または系統電力システム４より、直流負荷５に電力を供給する部分である。図１は、直流給電部１、太陽光発電システム２、蓄電池３、系統電力システム４及び直流負荷５をそれぞれ１つ示すが、これらの個数は制限がなく、１つでも複数でもかまわない。
ここで、直流給電部１の電圧（蓄電池電圧）をＶ、太陽光発電システム２の出力電流をＩpv、蓄電池３の放電電流をＩdc、蓄電池３の充電電流をＩch、系統電力システム４のＤＣ／ＡＣ変換器４２に流れる電流をＩsell、ＡＣ／ＤＣ変換器４３を流れる電流をＩbuy、直流負荷５に供給される電流をＩloadとし、以下説明する。
【００１６】
太陽光発電システム２は、太陽電池２１と、ＤＣ／ＤＣ変換器２２とで構成される。この実施形態は、太陽光発電システムを分散電源装置の代表として説明するが、風力発電装置、燃料電池であってもよい。
太陽電池２１は、結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池または薄膜型太陽電池よりなり、ここでは、例えば、５ｋＷを発電することができるものが使用される。
ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、太陽電池２１の出力電圧を、直流給電部１の直流電圧に変換するものであり、直流給電部１の電圧と電流の両方を検出して、直流給電部側の電圧が蓄電池２１の満充電（残量１００％）の時の電圧（４２０Ｖ）以下においては、太陽電池２１を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御する。しかし、直流給電部側の電圧が蓄電池３の満充電（残量１００％）の時の電圧（４２０Ｖ）に達した場合は、直流給電部側の電圧が蓄電池３の満充電（残量１００％）の時の電圧（４２０Ｖ）に維持する制御に切り替える。この場合、太陽電池２１を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御することができないため、太陽電池の発電量をいくらか無駄にしてしまうことになる。
【００１７】
蓄電池３は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、定格電圧３８０Ｖ、１０Ａｈ（例えば、１００直列、１並列）で構成され、直流給電部１に直結されている。ここで、直結とは、直流給電部１と蓄電池３の間に、ＤＣ／ＤＣ変換器のような電力変換器が介在されないという意味である。従って、直流給電部１と蓄電池３の電圧はほぼ等しくなる（実際には配線の電圧降下が存在する）。このリチウムイオン二次電池は、図２に示す容量―電圧曲線を持っている。即ち、このリチウムイオン二次電池は、電池容量が空の時は３００Ｖ、２０％の時は３６０Ｖ、５０％の時は３８０Ｖ（定格電圧）、８０％の時は４００Ｖ、１００％（満充電）の時は４２０Ｖである。ここでは、リチウムイオン二次電池を代表的に示したが、鉛電池またはニッケル電池などその他の電池でも使用可能である。
また、蓄電池３から直流給電部１への電流値を検出する蓄電池電流検出部６を備えており、蓄電池電流検出部６の検出出力は蓄電池電流情報６ｓとして、ＤＣ／ＡＣ変換器４２及びＡＣ／ＤＣ変換器４３に伝達する。
【００１８】
負荷５は、家庭で使用されるようなエアコン、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、照明装置またはパソコンのような電気機器であるが、オフィス使用されるコンピュータ、複写機またはファクシミリのような電気機器であってもよい。また店舗で使用されるショーケース及び照明装置であってもよい。
【００１９】
系統電力システム４は、系統電力４１に接続され、直流給電部１の直流を系統電力４１の交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器４２と、系統電力４１の交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換器４３とで構成されている。
図３は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の回路図を示す。ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、４つのスイッチ素子３１ａ〜３１ｄをブリッジ回路に接続して構成されるＤＣ／ＡＣ変換部３１と、連系リアクトル３２と、直流給電部１の直流電圧を検出する電圧検出部３３と、直流給電部１の電流を検出する電流検出部３４と、制御部３５とで構成され、直流給電部１の直流バス電圧を系統電力のＡＣ２００Ｖに変換する。本発明の直流給電システムは、直流給電部１に蓄電池３を直結しているので、上記電圧検出部３３が直流給電部１の直流電圧を検出することにより、蓄電池３の電圧を検出することできる。従って、図２に示す蓄電池の容量曲線から、蓄電池残量を推測可能である。よって、蓄電池３の残量は、直流給電部１の電圧を検出することにより検出することができる。
【００２０】
制御部３５は、電圧検出部３３で検出された直流給電部１の直流電圧を差動検出部３６を介して所望の電圧レベルに変換し、蓄電池残量情報を表す直流電圧情報３６ｓとして受け、また、電流検出部３４で検出された直流給電部１の自経路電流を自経路電流情報３４ｓとして受け、更に、蓄電池電流検出部６の検出出力を蓄電池電流情報６ｓとして受け、この直流電圧情報３６ｓ、自経路電流情報３４ｓ及び蓄電池電流情報６ｓに基づいて、４つのスイッチング素子３１ａ〜３１ｄを駆動する駆動信号３５ｓを生成する。
【００２１】
図４は、制御部３５のブロック図を示す。制御部３５は、制御目標値選択部４４、切替部４５、スイッチング素子駆動信号生成部４６よりなる。
制御目標値選択部４４は、内部に時計機能を所有し、図３に示したように電圧検出部３３より差動検出部３６を介して所望の電圧レベルに変換した直流電圧情報３６ｓを取得し、図７に示す目標値設定表に基づき、自経路電流情報３４ｓもしくは蓄電池電流情報６ｓの制御目標値を選択する。図７の目標値設定表に関しては後述する。
制御目標値選択部４４は、自経路電流情報３４ｓまたは蓄電池電流情報６ｓのいずれの制御目標値電流を制御するかに切り替える切替信号を切替部４５に出力する。切替部４５は、制御目標値選択部４４の切替信号を受けて、自経路電流制御と蓄電池電流制御とを切り替える。そして決定した目標値と自経路電流もしくは蓄電池電流とを比較し、自経路電流もしくは蓄電池電流をスイッチング素子駆動信号生成部４６に供給して、スイッチング素子駆動信号生成部４６でスイッチング素子駆動信号を生成する。スイッチング素子駆動信号生成部４６は、例えば、ＰＩ制御、三角波比較により、駆動信号３５ｓを生成する。駆動信号３５ｓにより、４つのスイッチング素子３１ａ〜３１ｄのオン・オフを制御し、系統電力１への出力電圧をＡＣ２００Ｖになるよう制御する。
【００２２】
図５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の回路図を示す。ＡＣ／ＤＣ変換器４３は、整流部６１と、昇圧回路６２と、電圧検出部６３と、電流検出部６４と制御部６５とで構成され、ＡＣ２００Ｖを直流バス電圧へ変換する。整流部６１は、４つのダイオード６１ａ〜６１ｄをブリッジ回路に接続して構成される。昇圧回路６２は、昇圧用インダクタンス６６、スイッチング素子６７、ダイオード６８と平滑コンデンサ６９とで構成される。電圧検出部６３は、直流給電部１の電圧を検出し、差動検出部７０を介して所望の電圧レベルに変換し、、蓄電池残量情報を表す直流電圧情報７０ｓを制御部６５にを提供する。電流検出部６４は、直流給電部１に流れる自経路電流を検出し、制御部６５に自経路電流情報６４ｓを提供する。また、制御部６５は、蓄電池３に流れる電流を検出する蓄電池電流検出部６より、蓄電池電流情報６を受ける。
【００２３】
図６は、制御部６５のブロック図を示す。制御部６５は、図４に示したＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御部３５と同様に構成され、制御目標値選択部７１、切替部７２、スイッチング素子駆動信号生成部７３よりなる。
制御目標値選択部７１は、内部に時計機能を所有し、図５に示したように電圧検出部６３より比較器７０を介して直流電圧情報７０ｓを取得し、図７に示す目標値設定表に基づき、自経路電流情報６４ｓもしくは蓄電池電流情報６ｓの制御目標値を決定する。図７の目標値設定表に関しては後述する。制御目標値選択部７１が所有する時計機能と、制御目標値選択部４４が所有する時計機能は、１つの時計機能を共有してもよい。
制御目標値選択部７１は、自経路電流情報６４ｓまたは蓄電池電流情報６ｓのいずれの制御目標値電流を制御するかを切り替える切替信号を切替部７２に出力する。切替部７２は、制御目標値選択部７１の切替信号７１ｓを受けて、自経路電流制御と蓄電池電流制御とを切り替える。そして決定した目標値と自経路電流もしくは蓄電池電流とを比較し、自経路電流もしくは蓄電池電流をスイッチング素子駆動信号生成部７３に供給して、スイッチング素子駆動信号生成部７３でスイッチング素子駆動信号を生成する。スイッチング素子駆動信号生成部７３は、例えば、ＰＩ制御、三角波比較により、スイッチング素子駆動信号を生成する。
【００２４】
図７は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２およびＡＣ／ＤＣ変換器４３の目標値設定表を示し、ＤＣ／ＡＣ変換器４２およびＡＣ／ＤＣ変換器４３が、どの条件で自経路電流もしくは蓄電池電流をどの目標値に向かって制御するかを示す。図７は、太陽光発電システム２と、蓄電池３を使用する場合の目標値設定表を示す。
例えば、７時〜１７時に、電池残量が２０％未満であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御し、また制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御することで、蓄電池３を１０Ａで充電することを実現する。上記のような記載方法では、ＡＣ／ＤＣ変換器４３とＤＣ／ＡＣ変換器４２が同時に出力しているかのような誤解を招く恐れがあるので簡単な実例を追記しておく。Ｉpvは日射に応じて出力が決定し、Iloadは接続された負荷量に応じて決定されるため任意の値に決定される。仮にＩpv＝１０Ａ、Ｉload＝５Ａであるとすると、Ｉch＝１０Ａに制御するために、例えばＤＣ／ＡＣ変換器４２を制御しようとしても、Ｉsell＝−５Ａに制御しなければならない。ＤＣ／ＡＣ変換器４２は負の出力を行うことができないので、Ｉsell＝０Ａ（つまり無出力）に固定されることになる。結果的にはＡＣ／ＤＣ変換器４３がＩbuy＝５Ａになるように制御することとなる。以上の理由により、ＡＣ／ＤＣ変換器４３とＤＣ／ＡＣ変換器４２が同時に蓄電池電流を同一目標値に制御しようとしても、結局いずれかの変換器しか出力しないことになる。
また、７時〜１７時は、電池残量が２０〜８０％であれば、太陽光発電が見込まれるため、制御目標値は売電量（Ｉsell）を優先するように設定し、例えば、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の電流がＩsell＝５Ａになるよう制御する。このときＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値は設定されず、ＡＣ／ＤＣ変換器４３は動作しない。これにより、固定電力の売電が実行される（売電電力平準化）。この場合においては、蓄電池充電電流Ｉch＝Ｉpv−Iload−Isellとなり（値が負なら放電電流）、IpvとIloadが任意に変化するとIchは変動することになる。つまり蓄電池充電電流は制御できない。
電池残量が８０％以上であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御することで、蓄電池３を１０Ａで放電することを実現する。
【００２５】
また、１７時〜２３時に蓄電池残量が２０％未満であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御する。このように、１７時〜２３時は、日射がなく、太陽光発電がないので、蓄電池残量が少ない場合は充電を優先するよう設定している。
また、電池残量が２０〜８０％であれば、ＤＣ／ＡＣ変換器４２、ＡＣ／ＤＣ変換器４３を停止しておく。この場合は、ＩpvとIloadの差を蓄電池が融通する形になる。
電池残量が８０％以上であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御する。
【００２６】
２３時〜７時に、電池残量が２０％未満であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が充電電流Ｉｃｈ＝１０Ａになるよう制御する。
また、電池残量が２０〜８０％であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の電流がＩbuy＝５Ａになるよう制御する。このときＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値は設定されず、ＡＣ／ＤＣ変換器４３は動作しない。これにより、固定電力での買電が実行される（負荷平準化）。
電池残量が８０％以上であれば、制御部６５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御し、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御目標値が蓄電池３の放電電流Ｉｄｃ＝１０Ａになるよう制御する。
【００２７】
以上のような構成、動作を行うことにより、時刻情報と、直流給電部の電圧を検出した直流電圧情報（即ち、蓄電池電圧）により、系統電力システム４のＤＣ／ＡＣ変換器４２およびＡＣ／ＤＣ変換器４３は、自経路電流を目標値となるように制御したり、蓄電池経路の電流を目標値となるように制御したりすることが可能となる。
以上には、分散電源装置として、太陽光発電システムを使用する場合を説明したが、風力発電装置または燃料電池を使用する場合は、図７に示した目標値設定表の設定条件を風力発電装置または燃料電池に対応するよう変更することにより、蓄電池電流を制御することが可能である。
【００２８】
なお、第１実施形態では、蓄電池電流制御目標値や時経路電流制御目標値を、１０Ａなどの固定値としたが、電流制御目標値にある程度の幅を持たせても構わない。例えば、電流制御目標値を１０Ａのところを８Ａ〜１２Ａとして、８Ａを下回ると目標電流を上げるように制御し、１２Ａを上回ると目標電流を下げるように制御してもよい。
また、第１実施形態では、直流給電電圧から蓄電池残量を想定して制御を行っているが、例えば系統電力システム４は蓄電池３から蓄電池残量情報を通信で受け取っても構わない。そうすることにより、系統電力システム４はより正確な蓄電池残量を取得することが可能となる。
【００２９】
第１実施形態では、動作がわかりやすいようにＤＣ／ＡＣ変換器４２とＡＣ／ＤＣ変換器４３の両方を設けたが、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器に代えても構わない。また、直流給電部１の電圧検出、電流検出は、系統電力システム４が発生する脈動の影響を受けやすいため、ＡＣ側電圧がゼロのタイミングと同期をとって検出することが好ましい。また、系統電力システムとの売電、買電は、高調波等の規制が存在することから、各制御部はＡＣ電圧、ＡＣ電流を検出してさらに別の制御を行うことが望ましいが、本発明とは要点が異なるため省略する。
【００３０】
また、リチウムイオン二次電池の充放電可能な電流値には制限がある場合が多く、例えば１Ｃ（本実施形態では１０Ａｈの電池であるので、１０Ａに相当する）以上の電流での充放電が好ましくないリチウムイオン二次電池を使用した場合、充放電電流は常に１０Ａ以下に抑えなければならない。本実施形態において、７時〜１７時でかつ電池残量が２０〜８０％の場合には、Ｉsell＝５に制御するとしたが、その時間帯に負荷量が多いなどの理由によりIload−Ｉpv＞５となる場合も存在しうる。すると、当然Ｉdc＞１０となり、リチウムイオン二次電池の放電電流は１０Ａを超えてしまう。
このような状況を防ぐために、ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、Ｉsell＝５に制御する動作と、Idc＝１０（あるいはＩch＝１０）に制御する動作を同時に行うことが好ましい。そのような制御を実現する制御部３５の回路図の一例を図８に示す。図８に示すように、この回路では、ダイオード４７、４８が切り替え部の役割を果たし、制御目標値選択部４４からＩsell＝５とIdc＝１０（あるいはＩch＝１０）が出力され、Ｉsell＝５は自経路電流情報７０ｓと比較され、Idc＝１０（あるいはＩch＝１０）は蓄電池電流情報６ｓと比較され、それぞれダイオード４７、４８を介してスイッチング素子駆動信号生成部４６に接続することにより、目標値との差がより大きい電流値を制御することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 直流給電部
２ 太陽光発電システム
３ 蓄電池
４ 系統電力システム
５ 直流負荷
６ 蓄電池電流検出部
２１ 太陽電池
３５ 制御部
４１ 系統電力
４２ ＤＣ／ＡＣ変換器
４３ ＡＣ／ＤＣ変換器
４４ 制御目標値選択部
４５ 切替部
４６ スイッチング素子駆動信号生成部
６１ 整流部
６２ 昇圧部
６３ 直流電圧検出部
６４ 自経路電流検出部
６５ 制御部
７１ 制御目標値選択部
７２ 切替部
７３ スイッチング素子駆動信号生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散電源装置、負荷および系統電力システムが接続された直流給電部に蓄電池を直結し、前記蓄電池の入出力電流を検出する蓄電池電流検出部を備え、前記系統電力システムは、系統電力と直流給電部との間に直流を交流に、交流を直流に変換する電力変換器を有し、電力変換器は、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて、前記電力変換器の出力を制御し、前記蓄電池電流または電力を所定値もしくは所定範囲内に制御することを特徴とする直流給電システム。
【請求項２】
更に、前記電力変換器の電流または電力を検出する自経路検出部を備え、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報または自経路検出部の自経路電流情報に基づいて、前記電力変換器の出力を制御する請求項１に記載の直流給電システム。
【請求項３】
更に、蓄電池残量情報検出部を備え、前記蓄電池残量情報検出部によって検出された蓄電池残量情報を用いて制御目標値を選択する制御目標値選択部を備え、前記制御目標値選択部より得られる切替信号によって、前記前記蓄電池電流情報または自経路検出情報を切り替える切替部を備える請求項１または２に記載の直流給電システム。
【請求項４】
前記切替部は、前記制御目標値選択部より得られる切替信号によって、前記蓄電池電流情報または自経路検出情報を前記電力変換器のスイッチング素子を制御するスイッチング駆動信号生成部に供給する請求項１から３までのいずれか１項に記載の直流給電システム。
【請求項５】
前記電力変換器は、ＤＣ／ＡＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器、または双方向変換器である請求項１から４までのいずれか１項に記載の直流給電システム。
【請求項１】
分散電源装置、負荷および系統電力システムが接続された直流給電部に蓄電池を直結し、前記蓄電池の入出力電流を検出する蓄電池電流検出部を備え、前記系統電力システムは、系統電力と直流給電部との間に直流を交流に、交流を直流に変換する電力変換器を有し、電力変換器は、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報に基づいて、前記電力変換器の出力を制御し、前記蓄電池電流または電力を所定値もしくは所定範囲内に制御することを特徴とする直流給電システム。
【請求項２】
更に、前記電力変換器の電流または電力を検出する自経路検出部を備え、前記蓄電池電流検出部より得られる蓄電池電流情報または自経路検出部の自経路電流情報に基づいて、前記電力変換器の出力を制御する請求項１に記載の直流給電システム。
【請求項３】
更に、蓄電池残量情報検出部を備え、前記蓄電池残量情報検出部によって検出された蓄電池残量情報を用いて制御目標値を選択する制御目標値選択部を備え、前記制御目標値選択部より得られる切替信号によって、前記前記蓄電池電流情報または自経路検出情報を切り替える切替部を備える請求項１または２に記載の直流給電システム。
【請求項４】
前記切替部は、前記制御目標値選択部より得られる切替信号によって、前記蓄電池電流情報または自経路検出情報を前記電力変換器のスイッチング素子を制御するスイッチング駆動信号生成部に供給する請求項１から３までのいずれか１項に記載の直流給電システム。
【請求項５】
前記電力変換器は、ＤＣ／ＡＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器、または双方向変換器である請求項１から４までのいずれか１項に記載の直流給電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−５０１６７（Ｐ２０１２−５０１６７Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７１５３（Ｐ２０１０−１８７１５３）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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