直流給電システム
【課題】直流電源装置が接続される直流バスの電圧を安定にする直流給電システムを提供する。
【解決手段】分散電源装置と、前記分散電源装置を負荷に接続する直流バスと、複数の直流電源装置と、前記直流バスに複数の直流電源装置をそれぞれ接続するコンバータと、前記複数のコンバータを制御する制御器とを備える。前記制御器は、前記分散電源装置より直流バスに供給される電圧が所定電圧より低下するとき、少なくとも１つのコンバータによって１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給し、他の少なくとも１つのコンバータによって、前記直流バスの電圧を所定値に保つように直流バスから他の直流電源装置へ電力を供給するように制御する。
【解決手段】分散電源装置と、前記分散電源装置を負荷に接続する直流バスと、複数の直流電源装置と、前記直流バスに複数の直流電源装置をそれぞれ接続するコンバータと、前記複数のコンバータを制御する制御器とを備える。前記制御器は、前記分散電源装置より直流バスに供給される電圧が所定電圧より低下するとき、少なくとも１つのコンバータによって１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給し、他の少なくとも１つのコンバータによって、前記直流バスの電圧を所定値に保つように直流バスから他の直流電源装置へ電力を供給するように制御する。
【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、直流電源装置及び負荷が接続される直流バスの電圧を安定化する直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池のような分散電源装置が普及し始め、分散電源装置より負荷へ直流給電する直流給電システムが検討されているが、分散電源装置は、出力電圧が不安定であるので、直流給電システムの出力安定化が要望されている。
電源装置の出力電圧の安定化技術として、無停電電源装置においては、商用交流電源から入力される交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を、商用交流電源が停電した後の復旧時にソフトスタートすることが公知である（例えば、特許文献１参照）。
また、複数の組電池を並列接続して、各組電池が出力する電力を各コンバータを介して負荷に供給する場合、各コンバータの出力電流を制御することにより、出力電圧を安定化する技術が公知である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４９７６８８号公報
【特許文献２】特開２００７−３２９０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の出力電力安定化技術は、商用交流電源を使用する無停電電源装置を対象とするものや複数の組電池の出力電圧を制御するものである。
本発明は、上記出力電圧制御技術を応用して、分散電源装置及び直流電源装置が接続される直流バスの電圧を安定にする直流給電システムを提供するものである。特に、太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池のように自然再生エネルギーを利用した分散電源装置より直流電源を供給する直流給電システムに好適に利用されるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の直流給電システムは、分散電源装置と、前記分散電源装置を負荷に接続する直流バスと、複数の直流電源装置と、前記直流バスに複数の直流電源装置をそれぞれ接続するコンバータと、前記複数のコンバータを制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記分散電源装置より直流バスに供給される電圧が所定電圧より低下するとき、少なくとも１つのコンバータによって１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給し、他の少なくとも１つのコンバータによって、前記直流バスの電圧を所定値に保つように直流バスから他の直流電源装置へ電力を供給するように制御することを特徴とする。
このようにコンバータを制御することにより、１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給するとき、他の直流電源装置へ電力供給するように制御するので、直流バスの電圧の異常上昇を抑え、電圧を安定化させることができる。
【０００６】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記複数の直流電源装置は、それぞれ蓄電池であり、前記制御器は、少なくとも１つのコンバータが蓄電池から直流バスへ放電するとき、他の少なくとも１つのコンバータは直流バスから蓄電池を充電するように制御する。
このように、制御器は、少なくとも１つのコンバータが蓄電池から直流バスへ放電するとき、他の少なくとも１つのコンバータが直流バスから蓄電池を充電するように制御するので、直流バスの電圧の異常上昇を抑え、電圧を安定化させることができる。
【０００７】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記制御器は、蓄電量の多い蓄電池を放電し、蓄電量の少ない蓄電池を充電するよう制御する。
このように制御器が動作するので、蓄電池の充電量の平準化を測ることができ、その結果、各蓄電池の充電量を余力を残すことなく有効に活用することができる。
【０００８】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記直流バスに、更に、商用交流電源装置を接続したものである。
本発明の直流給電システムは、直流バスに商用交流電源装置を接続するので、商用交流電源装置から電力を購入（買電）することが可能であるとともに、本発明の直流給電システムより商用交流電源装置へ電力を販売（売電）することが可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、分散電源装置及び直流電源装置が接続される直流バスの電圧を安定に制御する直流給電システムが提供される。そのため、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、潮力発電装置または太陽熱発電装置のように自然再生エネルギーを利用した発電装置、または燃料電池またはエンジン式発電装置のような分散電源装置のように、出力電圧変動が大きくても、安定な出力電圧を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の直流給電システムを表す実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の直流給電システムの制御特性と、本発明の直流給電システムのように制御しなかった場合の制御特性を比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の直流給電システムは、分散電源装置と、前記分散電源装置を負荷に接続する直流バスと、複数の直流電源装置と、前記直流バスに複数の直流電源装置をそれぞれ接続するコンバータと、前記複数のコンバータを制御する制御器とを備える。そして、前記制御器は、前記分散電源装置より直流バスに供給される電圧が所定電圧より低下するとき、少なくとも１つのコンバータによって１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給し、他の少なくとも１つのコンバータによって、前記直流バスの電圧を所定値に保つように直流バスから他の直流電源装置へ電力を供給するように制御するものである。
【００１２】
上記分散電源装置は、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、潮力発電装置または太陽熱発電装置のように自然再生エネルギーを利用した発電装置、または燃料電池、エンジン式発電装置を含む。
上記直流電源装置は、蓄電池を含み、充放電可能な電源装置である。この直流電源装置は複数備えられ、それぞれ直流バスに接続される。
また、上記直流バスは、複数の直流電源装置、負荷及び系統電力が接続され、負荷へ電力を供給するため、屋内に配線される電源供給線であり、例えば、家庭用の直流バスの場合、４００Ｖ×５Ａ程度の電流容量を有するのが好ましい。
また、上記コンバータは、直流電源装置の出力電圧が直流バスの電圧に一致するよう昇圧または降圧し、また直流バスの電圧を直流電源装置の電圧に一致するよう降圧または昇圧し、直流バスより蓄電池を充電し、または蓄電池より直流バスへ放電するコンバータである。従って、上記コンバータは、電圧変換と、充電制御及び放電制御機能を備える。
また、制御器は、複数のコンバータに対して共通の制御器が１つ備えられ、制御器は複数のコンバータを制御し、直流電源装置から直流バスへ電力供給するよう、または直流バスから直流電源装置へ電力を吸収するよう制御する。ここで、電力を吸収するとは、通常、蓄電池に充電することであり、本発明でもそのように使うが、負荷またはダミー負荷によって、電力を消費してもよい。
また、本発明は、実施形態において、直流バスに商用交流電源装置が接続されるが、商用交流電源装置は、電力会社から電力を購入することが可能な電源装置であり、本発明では商用交流電源装置から電力を購入（買電）することが可能であるとともに、本発明の直流給電システムより商用交流電源装置へ電力を販売（売電）することが可能である。
【００１３】
以下には、本発明の直流給電システムを実施形態により説明する。
図１は、本発明の直流給電システムを表す実施形態のブロック図である。図１に示すように、本発明の直流給電システムは、直流バス１に、太陽光発電システム２と、少なくとも２系統の直流電源装置３と、系統電力システム４と、負荷５を接続して、構成される。このように、直流バス１に、太陽光発電システム２と、直流電源装置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、直流電源装置３または系統電力システム４より、負荷５に電力を供給する。従って、直流バス１を屋内配線することにより、屋内に存在する電気機器に直流電力を供給することができる。図１は、直流バス１、太陽光発電システム２、系統電力システム４及び負荷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。
【００１４】
直流バス１の規定値電圧（所定電圧）Ｖ１は、直流電源装置３の出力設定電圧と等しく設定され、また太陽光発電システムの出力設定電圧Ｖ２は、直流バス１の規定値上限電圧Ｖ４以下とし、系統電力システム４の出力電圧Ｖ３は、直流バス１の規定値下限電圧Ｖ５以上になるよう設定される。直流バス１の規定値電圧Ｖ１は、例えば、３８０Ｖのように固定された電圧であることが理想であるが、この発明では３５０〜４００Ｖの間の電圧であるとする。３５０〜４００Ｖは、一例であり、これより狭い電圧範囲、またはこれより広い電圧範囲に設定してもかまわない。
また、規定値上限電圧Ｖ４は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１の１０％〜２０％増である。規定値下限電圧Ｖ５は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１の１０％〜２０％減である。
上記規定値上限電圧Ｖ４は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１の１０％〜２０％増及び規定値下限電圧Ｖ５は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１の１０％〜２０％減としたが、この設定は厳密ではなく、本発明の直流給電システムに接続される負荷の正常動作電圧範囲によって設定するとよい。即ち、電圧変動があっても正常に動作する負荷が接続される場合は、負荷が正常動作する電圧範囲に設定すればよく、また、電圧変動があった場合に正常動作しない負荷の場合は、その負荷が正常動作する電圧範囲になるように設定する。また、規定値上限電圧Ｖ４と規定値下限電圧Ｖ５の絶対値は、異なっていてもよい。
【００１５】
また、太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２は、直流バス１の規定値上限電圧Ｖ４以下であり、かつ直流バス１の規定値電圧Ｖ１以上であれば、太陽光発電システム２の出力電力を、直流電源装置３及び系統電力システム４の出力よりも優先的に使用することができ、自然再生エネルギーまたは分散電源装置より供給される電力を有効に利用することができる。また、系統電力システム４の出力設定電圧Ｖ３は、直流バス１の規定値下限電圧Ｖ５以上であり、かつ直流バス１の規定値電圧Ｖ１以下であれば、直流電源装置３の出力電力を系統電力システム４の電力よりも優先的に使用することができ、直流電源装置３に蓄電された電力を有効に利用することができる。
【００１６】
太陽光発電システム２は、太陽電池パネル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、分散電源装置としては、風力発電装置、水力発電装置、潮力発電装置または太陽熱発電装置のように自然再生エネルギーを利用した発電装置、または燃料電池またはエンジン式発電装置であってもかまわない。
太陽電池パネル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、発電出力が１９００Ｗ、出力電圧が２８０Ｖの多結晶太陽電池が使用される。
ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、太陽電池パネル２１によって発電された直流出力電圧を、直流バス１の規定値電圧（例えば、３８０Ｖ、または３５０から４００Ｖの間）に変換するものであり、直流バス１の電圧と電流の両方を検出して、直流バス１の規定値電圧Ｖ１（例えば、３８０Ｖ）以下においては、太陽電池パネル２１を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御する。しかし、直流バス１の規定値電圧Ｖ１に達した場合は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１を維持する制御に切り替える。
【００１７】
直流電源装置３は、蓄電池３１と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を備え、少なくとも２つの系統により構成される。図１において、２つの系統を区別するため、一方に符号ａを付け、他方に符号ｂを付ける。直流電源装置３は、２つ以上の系統であれば、いくつでもよい。
蓄電池３１は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、定格電圧４８Ｖ（例えば、１０直列、１並列）で構成される。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。
【００１８】
上記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、蓄電池３１の出力電圧を直流バス１の規定値電圧Ｖ１に一致するよう昇圧し、また直流バス１の規定値電圧Ｖ１を蓄電池３２の電圧に一致するよう降圧する双方向ＤＣ/ＤＣコンバータである。双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２は、直流バス１から蓄電池３１の方向に電流を制御するとき（矢印Ｅ）、充電動作であり、蓄電池３１から直流バス１の方向に電流を制御するとき（矢印Ｆ）、放電動作である。双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２は、リアクトル、コンデンサ及び４つの半導体スイッチを用い、放電及び充電の選択、並びに出力電圧値、電流値の調整を４つの半導体スイッチの開閉により行うものであり、このような双方向コンバータは、例えば、特開２００６-８７１９７号公報、特開２００７-２７４７７８号公報により公知である。双方向コンバータ３２は、放電制御部と充電制御部のように分けて構成することが可能である。
２つの系統の蓄電池システム３は、同じ蓄電池３１及び同じ双方向ＤＣ/ＤＣコンバータを使用し、同じ蓄電池容量及び同じ電流容量を有することが望ましいが、本発明の直流給電システムが有効に動作するためには、蓄電池容量及び同じ電流容量の差は、２倍〜１／２倍程度であるとよい。これ以上の差があると、制御を有効にすることができなくなり、本発明の効果が得られなくなる可能性がある。
【００１９】
２つの系統の蓄電池システム３は、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータ３２ａ、３２ｂを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２ａ、３２ｂは、１つの制御器３３によって制御される。制御器３３は、直流バス１の電圧が低下して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２ａ、またはＤＣ／ＤＣコンバータ３２ｂがスイッチング動作を開始するとき、一方のＤＣ/ＤＣコンバータを放電方向に制御し、他方のＤＣ/ＤＣコンバータを充電方向に制御する。ここで、直流バス１の電圧が低下するときは、例えば、太陽光発電システム２の出力電圧が直流バス１の規定値電圧Ｖ１以下に低下したとき、または直流バス１に負荷５が接続されたときであり、ＤＣ/ＤＣコンバータの半導体スイッチをスイッチング休止状態からスイッチング動作開始状態へ変化する。
また、このように２つの双方向コンバータ３２ａ、３２ｂを備えるので、低消費電力負荷が接続されるときは、１つの双方向コンバータだけを動作させると、高効率動作させることができる。
【００２０】
系統電力システム４は、商用交流電源を供給する系統電力４１と双方向インバータ４２よりなり、双方向インバータ４２は、直流バス１の直流を系統電力４１の交流に変換し、または系統電力４１の交流を直流給電部１の直流に変換する。双方向インバータ４２は、ＤＣ/ＡＣインバータと、ＤＣ/ＡＣインバータに分けてもよいが、ここでは双方向インバータとして説明する。直流バス１の直流電力を系統電力４１に出力する場合は、売電であり、系統電力４１から直流バス１に出力する場合は買電である。
【００２１】
負荷５は、家庭で使用されるようなエアコン、テレビまたは冷蔵庫であるが、洗濯機、電気調理器、ドライヤー、照明装置またはパソコンのような電気機器であってもよい。また本発明の直流給電システムがオフィスで使用される場合は、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または照明装置であってもよい。この実施形態では、ＤＣ駆動エアコン５１、ＤＣ駆動ＴＶ５２及びＤＣ駆動冷蔵庫５３を示す。
【００２２】
本発明の直流給電システムは、以上のように構成され、次のように動作する。
図２は、本発明の直流給電システムの制御特性と、本発明の直流給電システムのように制御しなかった場合の制御特性を比較して示し、制御器３３が、双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２を制御したときの直流バス１の電圧変化及び電流変化を示す。図２の上側に電圧変化、下側に電流変化を示す。図２の横軸は任意時間、縦軸は電圧を示す。縦軸のＶ１は、直流バス１の規定値電圧（所定電圧）を示す。規定値電圧は３８０Ｖのように固定電圧が望ましいが、３５０Ｖ〜４００Ｖの範囲にあるとする。Ｖ４は、直流バス１の規定値上限電圧を示し、規定値電圧Ｖ０の１０％〜２０％増である。Ｖ５は、直流バス１の規定値下限電圧を示し、規定値電圧Ｖ０の１０％〜２０％減である。
【００２３】
図２において、最初（Ｔ０）、太陽光発電システム２が発電動作して、ＤＣ/ＤＣコンバータ２２は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１より高く、規定値上限電圧Ｖ４以下の電圧を供給している。従って、太陽光発電システム２より直流バス１に供給される電圧は、直流バスの規定値電圧Ｖ１と、規定値上限電圧Ｖ４の間にある。このように太陽光発電システム２より十分な直流電力が供給されているので、蓄電池システム２の双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２及び系統電力システム４の双方向インバータ４２は、動作休止している。即ち、双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２及び双方向インバータ４２の半導体スイッチング素子は動作していない状態であり、従って、直流電源装置３及び系統電力システム４から直流バス１に電力が供給されていない状態であり、太陽光発電システム２より負荷５に電力が供給されている。もし、負荷５で消費されなかった電力がある場合は、双方向コンバータ３２を充電方向に制御して、蓄電池３１を充電するか、または系統電力システム４により、系統電力に売電される。
【００２４】
その後、太陽光発電システム２は、太陽光の照射が弱くなり、または夕方になり発電出力が低下した。そのため、直流バス１への供給電圧は、図２の右下がりの線で示すように低下した。または、直流バス１に負荷が接続され、直流バス１の電圧が低下した。右下がりの線は、電圧が低下することを表すものであり、直線的に電圧が低下することを表すものではない。
このように、直流バス１の電圧が規定値電圧Ｖ１以下に低下したとき（Ｔ１）、その電圧低下を検出し、直流電源装置３の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２が動作するよう制御部３３が制御する。つまり、制御部３３は、直流バス１の電圧検出部より、規定値電圧Ｖ１以下の電圧低下信号を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を開始させる。このように、直流電源装置３ａまたは３ｂが放電動作を開始すると、直流電源装置３ａまたは３ｂより電流曲線（ｂ）に示すように電流が供給されるため、その電圧は、直流バス１の規定値上限電圧Ｖ４より高くなる。例えば、直流バス１の電圧は、図２の立上り線（ａ１）及び変化曲線（ａ２）のように上昇し、規定値上限電圧Ｖ４を超えることがある。ここで、立上り線（ａ１）と、変化曲線（ａ２）は、分けて説明したが、この２つの線は１つの連続した動作曲線である。このように、規定値上限電圧Ｖ４を超えるか、または規定値上限電圧Ｖ４を超えないとしても太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２より大きくなることがある。このように、直流バス１の電圧が上昇すると、負荷５の正常動作電圧範囲を超えるので、負荷は異常動作をするようになる。
【００２５】
本発明の直流給電システムは、図２の変化曲線（ａ２）に示すような上昇を抑えるものである。そのため、２つ以上の直流電源装置を備え、一方の直流電源装置に備えられた双方向ＤＣ/ＤＣコンバータを放電に制御し、他方を充電に制御する。
即ち、図２の上昇曲線（ｃ）は直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａが放電動作するときの放電電流の変化を示し、図２の下降曲線（ｄ）は直流電源装置３ｂのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂが充電動作するときの充電電流の変化を示す。このように、直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａは、図２の上昇曲線（ｃ）のように放電方向に制御するので、直流バス１の電圧を上昇させる。しかし、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂは、図２の下向き曲線（ｄ）のように充電方向に制御し、直流バス１の電圧を下降させる。このとき、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの充電量は、直流バス１の電圧が所定値、例えば、規定値電圧Ｖ１になるように、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａの放電量に対応するように制御する。このように、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａは、放電方向に制御し、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂは、充電方向に制御するので、直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａと、直流電源装置３ｂのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの電流変化を合わせた電流変化は、曲線（ｔ）のように変化の少ない曲線になる。その結果、直流バス１の電圧は、立上り線（ｓ１）と、変化曲線（ｓ２）に示すように電圧変動が少なくなる。ここでも、立上り線（ｓ１）と、変化曲線（ｓ２）は１つの連続した動作曲線である。そのため、直流バス１の電圧変動は、太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２と、商用電源システム４の出力設定電圧Ｖ３の範囲内に抑えることができる。
【００２６】
上記上昇曲線（ｃ）と電流曲線（ｂ）が異なるのは、本発明の直流給電システムでは、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａを放電方向に制御し、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂを充電方向に制御することにより、直流バス１の電圧変動が少なくなったため、上昇曲線（ｃ）の変動が少なくなるためである。一方、本発明の直流給電システムのように、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａを放電方向に制御し、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂを充電方向に制御しない場合、つまりＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａ及びＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂを放電方向に制御する場合、ＤＣバス電圧が(変化曲線ａ２)に示すように増加し、変化曲線（ｂ）に示すように電流が増加する。このように、直流バス１が高電圧になると、負荷は電圧×電流、即ち電力が一定になるように作用するため、負荷に供給される電流が減少し、そのため電流曲線（ｂ）は、上昇曲線（ｃ）の変化より変化が大きくなる。
【００２７】
電流変化を曲線（ｔ）に示すように、変化を少なくし、直流バス１の電圧を、太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２と、商用電源システム４の出力設定電圧Ｖ３の範囲内に抑えるために、２つの蓄電池システム３は、同じ蓄電池容量及び同じ電流容量を有する蓄電池３１及び双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２を使用することが望ましい。しかし、２つの蓄電池の蓄電池容量及び双方向ＤＣ/ＤＣコンバータの電流容量の差は２倍〜１／２倍程度であれば、本発明の直流給電システムを有効に動作することができる。そして、制御部３３は、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａの充電電流と、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの放電電流を、正負逆であるが同様の変化率で、同様の変化幅で同時に変化するよう制御する。
そして、直流バス１の電圧が規定値電圧に達したとき（Ｔ２）、制御部３３は、その放電電流と充電電流のままにＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａの充電動作と、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの放電動作を継続させる。
【００２８】
以上には、Ｔ１のとき、直流電源装置３ａまたは３ｂが動作すると、直流バス１の電圧が異常上昇する場合を説明したが、Ｔ０からＴ１の間で、電気調理器、ドライヤー、冷蔵庫、テレビあるいはエアコンのように消費電力の大きい電気機器が直流バス１に接続されたとき、または太陽光発電装置２の出力低下量が更に大きいとき、直流バス１は、更に電圧低下し、規定値下限電圧Ｖ５に限りなく近づくことがある。そのような場合、制御部３３がＤＣ／ＤＣコンバータ３２ａを充電動作、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂを放電動作に制御すると、直流バス１は規定値電圧に達しないか、時間遅れが生じする。そのため、直流バス１の電圧が規定値下限電圧Ｖ５に近づくように低下したことを検出したときは、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａ及びＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの両方を放電動作するよう制御して、直流バス１を規定値電圧Ｖ１になるよう制御する。
【００２９】
また、図２に示したＴ０からＴ１の変化と逆に、太陽光発電装置のような分散電源装置の出力が大きく増加したとき、または電気調理器、ドライヤーあるいはエアコンのように消費電力の大きい電気機器が切り離されたとき、直流バス１の電圧は上昇する方向に変化する。このような場合にも、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａまたはＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂだけを充電動作するよう制御すると、直流バス１は規定値上限電圧Ｖ４を超えることがある。あるいは、規定値上限電圧Ｖ４をこえないとしても太陽光発電システムの出力設定電圧Ｖ１以上になることがある。
このような場合に、本発明の直流給電システムは、制御部３３によって直流電源装置３ｂのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂは充電動作し、直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａは放電動作するように制御する。このように制御することにより、直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａと、直流電源装置３ｂのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの電流変化を合わせた電流変化は、変化の少ない曲線になる。その結果、直流バス１は、電圧変動が少なくなる。そのため、直流バス１の電圧変動は、太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２と、商用電源システム４の出力設定電圧Ｖ３の範囲内に抑えることができる。
【００３０】
また、上記実施形態は、直流電源装置として、蓄電池を備えた直流電源装置を説明したが、系統電力システム４は、直流バス１へ電力供給し、または直流バス１より電力吸収が可能であるので、直流バス１に電力供給または電力吸収するようにインバータを制御することにより、上記実施形態と同様の動作、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 直流バス
２ 太陽光発電システム
３ 直流電源装置
４ 系統電力システム
５ 負荷
２１ 太陽電池パネル
２２ ＤＣ/ＤＣコンバータ
３１ 蓄電池
３２ 双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ
３３ 制御部
４１ 系統電力
４２ 双方向インバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流給電システムに関し、特に、直流電源装置及び負荷が接続される直流バスの電圧を安定化する直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池のような分散電源装置が普及し始め、分散電源装置より負荷へ直流給電する直流給電システムが検討されているが、分散電源装置は、出力電圧が不安定であるので、直流給電システムの出力安定化が要望されている。
電源装置の出力電圧の安定化技術として、無停電電源装置においては、商用交流電源から入力される交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を、商用交流電源が停電した後の復旧時にソフトスタートすることが公知である（例えば、特許文献１参照）。
また、複数の組電池を並列接続して、各組電池が出力する電力を各コンバータを介して負荷に供給する場合、各コンバータの出力電流を制御することにより、出力電圧を安定化する技術が公知である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４９７６８８号公報
【特許文献２】特開２００７−３２９０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の出力電力安定化技術は、商用交流電源を使用する無停電電源装置を対象とするものや複数の組電池の出力電圧を制御するものである。
本発明は、上記出力電圧制御技術を応用して、分散電源装置及び直流電源装置が接続される直流バスの電圧を安定にする直流給電システムを提供するものである。特に、太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池のように自然再生エネルギーを利用した分散電源装置より直流電源を供給する直流給電システムに好適に利用されるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の直流給電システムは、分散電源装置と、前記分散電源装置を負荷に接続する直流バスと、複数の直流電源装置と、前記直流バスに複数の直流電源装置をそれぞれ接続するコンバータと、前記複数のコンバータを制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記分散電源装置より直流バスに供給される電圧が所定電圧より低下するとき、少なくとも１つのコンバータによって１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給し、他の少なくとも１つのコンバータによって、前記直流バスの電圧を所定値に保つように直流バスから他の直流電源装置へ電力を供給するように制御することを特徴とする。
このようにコンバータを制御することにより、１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給するとき、他の直流電源装置へ電力供給するように制御するので、直流バスの電圧の異常上昇を抑え、電圧を安定化させることができる。
【０００６】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記複数の直流電源装置は、それぞれ蓄電池であり、前記制御器は、少なくとも１つのコンバータが蓄電池から直流バスへ放電するとき、他の少なくとも１つのコンバータは直流バスから蓄電池を充電するように制御する。
このように、制御器は、少なくとも１つのコンバータが蓄電池から直流バスへ放電するとき、他の少なくとも１つのコンバータが直流バスから蓄電池を充電するように制御するので、直流バスの電圧の異常上昇を抑え、電圧を安定化させることができる。
【０００７】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記制御器は、蓄電量の多い蓄電池を放電し、蓄電量の少ない蓄電池を充電するよう制御する。
このように制御器が動作するので、蓄電池の充電量の平準化を測ることができ、その結果、各蓄電池の充電量を余力を残すことなく有効に活用することができる。
【０００８】
また、本発明の直流給電システムは、実施形態において、前記直流バスに、更に、商用交流電源装置を接続したものである。
本発明の直流給電システムは、直流バスに商用交流電源装置を接続するので、商用交流電源装置から電力を購入（買電）することが可能であるとともに、本発明の直流給電システムより商用交流電源装置へ電力を販売（売電）することが可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、分散電源装置及び直流電源装置が接続される直流バスの電圧を安定に制御する直流給電システムが提供される。そのため、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、潮力発電装置または太陽熱発電装置のように自然再生エネルギーを利用した発電装置、または燃料電池またはエンジン式発電装置のような分散電源装置のように、出力電圧変動が大きくても、安定な出力電圧を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の直流給電システムを表す実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の直流給電システムの制御特性と、本発明の直流給電システムのように制御しなかった場合の制御特性を比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の直流給電システムは、分散電源装置と、前記分散電源装置を負荷に接続する直流バスと、複数の直流電源装置と、前記直流バスに複数の直流電源装置をそれぞれ接続するコンバータと、前記複数のコンバータを制御する制御器とを備える。そして、前記制御器は、前記分散電源装置より直流バスに供給される電圧が所定電圧より低下するとき、少なくとも１つのコンバータによって１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給し、他の少なくとも１つのコンバータによって、前記直流バスの電圧を所定値に保つように直流バスから他の直流電源装置へ電力を供給するように制御するものである。
【００１２】
上記分散電源装置は、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、潮力発電装置または太陽熱発電装置のように自然再生エネルギーを利用した発電装置、または燃料電池、エンジン式発電装置を含む。
上記直流電源装置は、蓄電池を含み、充放電可能な電源装置である。この直流電源装置は複数備えられ、それぞれ直流バスに接続される。
また、上記直流バスは、複数の直流電源装置、負荷及び系統電力が接続され、負荷へ電力を供給するため、屋内に配線される電源供給線であり、例えば、家庭用の直流バスの場合、４００Ｖ×５Ａ程度の電流容量を有するのが好ましい。
また、上記コンバータは、直流電源装置の出力電圧が直流バスの電圧に一致するよう昇圧または降圧し、また直流バスの電圧を直流電源装置の電圧に一致するよう降圧または昇圧し、直流バスより蓄電池を充電し、または蓄電池より直流バスへ放電するコンバータである。従って、上記コンバータは、電圧変換と、充電制御及び放電制御機能を備える。
また、制御器は、複数のコンバータに対して共通の制御器が１つ備えられ、制御器は複数のコンバータを制御し、直流電源装置から直流バスへ電力供給するよう、または直流バスから直流電源装置へ電力を吸収するよう制御する。ここで、電力を吸収するとは、通常、蓄電池に充電することであり、本発明でもそのように使うが、負荷またはダミー負荷によって、電力を消費してもよい。
また、本発明は、実施形態において、直流バスに商用交流電源装置が接続されるが、商用交流電源装置は、電力会社から電力を購入することが可能な電源装置であり、本発明では商用交流電源装置から電力を購入（買電）することが可能であるとともに、本発明の直流給電システムより商用交流電源装置へ電力を販売（売電）することが可能である。
【００１３】
以下には、本発明の直流給電システムを実施形態により説明する。
図１は、本発明の直流給電システムを表す実施形態のブロック図である。図１に示すように、本発明の直流給電システムは、直流バス１に、太陽光発電システム２と、少なくとも２系統の直流電源装置３と、系統電力システム４と、負荷５を接続して、構成される。このように、直流バス１に、太陽光発電システム２と、直流電源装置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、直流電源装置３または系統電力システム４より、負荷５に電力を供給する。従って、直流バス１を屋内配線することにより、屋内に存在する電気機器に直流電力を供給することができる。図１は、直流バス１、太陽光発電システム２、系統電力システム４及び負荷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。
【００１４】
直流バス１の規定値電圧（所定電圧）Ｖ１は、直流電源装置３の出力設定電圧と等しく設定され、また太陽光発電システムの出力設定電圧Ｖ２は、直流バス１の規定値上限電圧Ｖ４以下とし、系統電力システム４の出力電圧Ｖ３は、直流バス１の規定値下限電圧Ｖ５以上になるよう設定される。直流バス１の規定値電圧Ｖ１は、例えば、３８０Ｖのように固定された電圧であることが理想であるが、この発明では３５０〜４００Ｖの間の電圧であるとする。３５０〜４００Ｖは、一例であり、これより狭い電圧範囲、またはこれより広い電圧範囲に設定してもかまわない。
また、規定値上限電圧Ｖ４は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１の１０％〜２０％増である。規定値下限電圧Ｖ５は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１の１０％〜２０％減である。
上記規定値上限電圧Ｖ４は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１の１０％〜２０％増及び規定値下限電圧Ｖ５は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１の１０％〜２０％減としたが、この設定は厳密ではなく、本発明の直流給電システムに接続される負荷の正常動作電圧範囲によって設定するとよい。即ち、電圧変動があっても正常に動作する負荷が接続される場合は、負荷が正常動作する電圧範囲に設定すればよく、また、電圧変動があった場合に正常動作しない負荷の場合は、その負荷が正常動作する電圧範囲になるように設定する。また、規定値上限電圧Ｖ４と規定値下限電圧Ｖ５の絶対値は、異なっていてもよい。
【００１５】
また、太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２は、直流バス１の規定値上限電圧Ｖ４以下であり、かつ直流バス１の規定値電圧Ｖ１以上であれば、太陽光発電システム２の出力電力を、直流電源装置３及び系統電力システム４の出力よりも優先的に使用することができ、自然再生エネルギーまたは分散電源装置より供給される電力を有効に利用することができる。また、系統電力システム４の出力設定電圧Ｖ３は、直流バス１の規定値下限電圧Ｖ５以上であり、かつ直流バス１の規定値電圧Ｖ１以下であれば、直流電源装置３の出力電力を系統電力システム４の電力よりも優先的に使用することができ、直流電源装置３に蓄電された電力を有効に利用することができる。
【００１６】
太陽光発電システム２は、太陽電池パネル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、分散電源装置としては、風力発電装置、水力発電装置、潮力発電装置または太陽熱発電装置のように自然再生エネルギーを利用した発電装置、または燃料電池またはエンジン式発電装置であってもかまわない。
太陽電池パネル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、発電出力が１９００Ｗ、出力電圧が２８０Ｖの多結晶太陽電池が使用される。
ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、太陽電池パネル２１によって発電された直流出力電圧を、直流バス１の規定値電圧（例えば、３８０Ｖ、または３５０から４００Ｖの間）に変換するものであり、直流バス１の電圧と電流の両方を検出して、直流バス１の規定値電圧Ｖ１（例えば、３８０Ｖ）以下においては、太陽電池パネル２１を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御する。しかし、直流バス１の規定値電圧Ｖ１に達した場合は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１を維持する制御に切り替える。
【００１７】
直流電源装置３は、蓄電池３１と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を備え、少なくとも２つの系統により構成される。図１において、２つの系統を区別するため、一方に符号ａを付け、他方に符号ｂを付ける。直流電源装置３は、２つ以上の系統であれば、いくつでもよい。
蓄電池３１は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、定格電圧４８Ｖ（例えば、１０直列、１並列）で構成される。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。
【００１８】
上記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、蓄電池３１の出力電圧を直流バス１の規定値電圧Ｖ１に一致するよう昇圧し、また直流バス１の規定値電圧Ｖ１を蓄電池３２の電圧に一致するよう降圧する双方向ＤＣ/ＤＣコンバータである。双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２は、直流バス１から蓄電池３１の方向に電流を制御するとき（矢印Ｅ）、充電動作であり、蓄電池３１から直流バス１の方向に電流を制御するとき（矢印Ｆ）、放電動作である。双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２は、リアクトル、コンデンサ及び４つの半導体スイッチを用い、放電及び充電の選択、並びに出力電圧値、電流値の調整を４つの半導体スイッチの開閉により行うものであり、このような双方向コンバータは、例えば、特開２００６-８７１９７号公報、特開２００７-２７４７７８号公報により公知である。双方向コンバータ３２は、放電制御部と充電制御部のように分けて構成することが可能である。
２つの系統の蓄電池システム３は、同じ蓄電池３１及び同じ双方向ＤＣ/ＤＣコンバータを使用し、同じ蓄電池容量及び同じ電流容量を有することが望ましいが、本発明の直流給電システムが有効に動作するためには、蓄電池容量及び同じ電流容量の差は、２倍〜１／２倍程度であるとよい。これ以上の差があると、制御を有効にすることができなくなり、本発明の効果が得られなくなる可能性がある。
【００１９】
２つの系統の蓄電池システム３は、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータ３２ａ、３２ｂを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２ａ、３２ｂは、１つの制御器３３によって制御される。制御器３３は、直流バス１の電圧が低下して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２ａ、またはＤＣ／ＤＣコンバータ３２ｂがスイッチング動作を開始するとき、一方のＤＣ/ＤＣコンバータを放電方向に制御し、他方のＤＣ/ＤＣコンバータを充電方向に制御する。ここで、直流バス１の電圧が低下するときは、例えば、太陽光発電システム２の出力電圧が直流バス１の規定値電圧Ｖ１以下に低下したとき、または直流バス１に負荷５が接続されたときであり、ＤＣ/ＤＣコンバータの半導体スイッチをスイッチング休止状態からスイッチング動作開始状態へ変化する。
また、このように２つの双方向コンバータ３２ａ、３２ｂを備えるので、低消費電力負荷が接続されるときは、１つの双方向コンバータだけを動作させると、高効率動作させることができる。
【００２０】
系統電力システム４は、商用交流電源を供給する系統電力４１と双方向インバータ４２よりなり、双方向インバータ４２は、直流バス１の直流を系統電力４１の交流に変換し、または系統電力４１の交流を直流給電部１の直流に変換する。双方向インバータ４２は、ＤＣ/ＡＣインバータと、ＤＣ/ＡＣインバータに分けてもよいが、ここでは双方向インバータとして説明する。直流バス１の直流電力を系統電力４１に出力する場合は、売電であり、系統電力４１から直流バス１に出力する場合は買電である。
【００２１】
負荷５は、家庭で使用されるようなエアコン、テレビまたは冷蔵庫であるが、洗濯機、電気調理器、ドライヤー、照明装置またはパソコンのような電気機器であってもよい。また本発明の直流給電システムがオフィスで使用される場合は、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または照明装置であってもよい。この実施形態では、ＤＣ駆動エアコン５１、ＤＣ駆動ＴＶ５２及びＤＣ駆動冷蔵庫５３を示す。
【００２２】
本発明の直流給電システムは、以上のように構成され、次のように動作する。
図２は、本発明の直流給電システムの制御特性と、本発明の直流給電システムのように制御しなかった場合の制御特性を比較して示し、制御器３３が、双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２を制御したときの直流バス１の電圧変化及び電流変化を示す。図２の上側に電圧変化、下側に電流変化を示す。図２の横軸は任意時間、縦軸は電圧を示す。縦軸のＶ１は、直流バス１の規定値電圧（所定電圧）を示す。規定値電圧は３８０Ｖのように固定電圧が望ましいが、３５０Ｖ〜４００Ｖの範囲にあるとする。Ｖ４は、直流バス１の規定値上限電圧を示し、規定値電圧Ｖ０の１０％〜２０％増である。Ｖ５は、直流バス１の規定値下限電圧を示し、規定値電圧Ｖ０の１０％〜２０％減である。
【００２３】
図２において、最初（Ｔ０）、太陽光発電システム２が発電動作して、ＤＣ/ＤＣコンバータ２２は、直流バス１の規定値電圧Ｖ１より高く、規定値上限電圧Ｖ４以下の電圧を供給している。従って、太陽光発電システム２より直流バス１に供給される電圧は、直流バスの規定値電圧Ｖ１と、規定値上限電圧Ｖ４の間にある。このように太陽光発電システム２より十分な直流電力が供給されているので、蓄電池システム２の双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２及び系統電力システム４の双方向インバータ４２は、動作休止している。即ち、双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２及び双方向インバータ４２の半導体スイッチング素子は動作していない状態であり、従って、直流電源装置３及び系統電力システム４から直流バス１に電力が供給されていない状態であり、太陽光発電システム２より負荷５に電力が供給されている。もし、負荷５で消費されなかった電力がある場合は、双方向コンバータ３２を充電方向に制御して、蓄電池３１を充電するか、または系統電力システム４により、系統電力に売電される。
【００２４】
その後、太陽光発電システム２は、太陽光の照射が弱くなり、または夕方になり発電出力が低下した。そのため、直流バス１への供給電圧は、図２の右下がりの線で示すように低下した。または、直流バス１に負荷が接続され、直流バス１の電圧が低下した。右下がりの線は、電圧が低下することを表すものであり、直線的に電圧が低下することを表すものではない。
このように、直流バス１の電圧が規定値電圧Ｖ１以下に低下したとき（Ｔ１）、その電圧低下を検出し、直流電源装置３の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２が動作するよう制御部３３が制御する。つまり、制御部３３は、直流バス１の電圧検出部より、規定値電圧Ｖ１以下の電圧低下信号を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を開始させる。このように、直流電源装置３ａまたは３ｂが放電動作を開始すると、直流電源装置３ａまたは３ｂより電流曲線（ｂ）に示すように電流が供給されるため、その電圧は、直流バス１の規定値上限電圧Ｖ４より高くなる。例えば、直流バス１の電圧は、図２の立上り線（ａ１）及び変化曲線（ａ２）のように上昇し、規定値上限電圧Ｖ４を超えることがある。ここで、立上り線（ａ１）と、変化曲線（ａ２）は、分けて説明したが、この２つの線は１つの連続した動作曲線である。このように、規定値上限電圧Ｖ４を超えるか、または規定値上限電圧Ｖ４を超えないとしても太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２より大きくなることがある。このように、直流バス１の電圧が上昇すると、負荷５の正常動作電圧範囲を超えるので、負荷は異常動作をするようになる。
【００２５】
本発明の直流給電システムは、図２の変化曲線（ａ２）に示すような上昇を抑えるものである。そのため、２つ以上の直流電源装置を備え、一方の直流電源装置に備えられた双方向ＤＣ/ＤＣコンバータを放電に制御し、他方を充電に制御する。
即ち、図２の上昇曲線（ｃ）は直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａが放電動作するときの放電電流の変化を示し、図２の下降曲線（ｄ）は直流電源装置３ｂのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂが充電動作するときの充電電流の変化を示す。このように、直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａは、図２の上昇曲線（ｃ）のように放電方向に制御するので、直流バス１の電圧を上昇させる。しかし、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂは、図２の下向き曲線（ｄ）のように充電方向に制御し、直流バス１の電圧を下降させる。このとき、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの充電量は、直流バス１の電圧が所定値、例えば、規定値電圧Ｖ１になるように、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａの放電量に対応するように制御する。このように、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａは、放電方向に制御し、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂは、充電方向に制御するので、直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａと、直流電源装置３ｂのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの電流変化を合わせた電流変化は、曲線（ｔ）のように変化の少ない曲線になる。その結果、直流バス１の電圧は、立上り線（ｓ１）と、変化曲線（ｓ２）に示すように電圧変動が少なくなる。ここでも、立上り線（ｓ１）と、変化曲線（ｓ２）は１つの連続した動作曲線である。そのため、直流バス１の電圧変動は、太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２と、商用電源システム４の出力設定電圧Ｖ３の範囲内に抑えることができる。
【００２６】
上記上昇曲線（ｃ）と電流曲線（ｂ）が異なるのは、本発明の直流給電システムでは、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａを放電方向に制御し、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂを充電方向に制御することにより、直流バス１の電圧変動が少なくなったため、上昇曲線（ｃ）の変動が少なくなるためである。一方、本発明の直流給電システムのように、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａを放電方向に制御し、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂを充電方向に制御しない場合、つまりＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａ及びＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂを放電方向に制御する場合、ＤＣバス電圧が(変化曲線ａ２)に示すように増加し、変化曲線（ｂ）に示すように電流が増加する。このように、直流バス１が高電圧になると、負荷は電圧×電流、即ち電力が一定になるように作用するため、負荷に供給される電流が減少し、そのため電流曲線（ｂ）は、上昇曲線（ｃ）の変化より変化が大きくなる。
【００２７】
電流変化を曲線（ｔ）に示すように、変化を少なくし、直流バス１の電圧を、太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２と、商用電源システム４の出力設定電圧Ｖ３の範囲内に抑えるために、２つの蓄電池システム３は、同じ蓄電池容量及び同じ電流容量を有する蓄電池３１及び双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ３２を使用することが望ましい。しかし、２つの蓄電池の蓄電池容量及び双方向ＤＣ/ＤＣコンバータの電流容量の差は２倍〜１／２倍程度であれば、本発明の直流給電システムを有効に動作することができる。そして、制御部３３は、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａの充電電流と、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの放電電流を、正負逆であるが同様の変化率で、同様の変化幅で同時に変化するよう制御する。
そして、直流バス１の電圧が規定値電圧に達したとき（Ｔ２）、制御部３３は、その放電電流と充電電流のままにＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａの充電動作と、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの放電動作を継続させる。
【００２８】
以上には、Ｔ１のとき、直流電源装置３ａまたは３ｂが動作すると、直流バス１の電圧が異常上昇する場合を説明したが、Ｔ０からＴ１の間で、電気調理器、ドライヤー、冷蔵庫、テレビあるいはエアコンのように消費電力の大きい電気機器が直流バス１に接続されたとき、または太陽光発電装置２の出力低下量が更に大きいとき、直流バス１は、更に電圧低下し、規定値下限電圧Ｖ５に限りなく近づくことがある。そのような場合、制御部３３がＤＣ／ＤＣコンバータ３２ａを充電動作、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂを放電動作に制御すると、直流バス１は規定値電圧に達しないか、時間遅れが生じする。そのため、直流バス１の電圧が規定値下限電圧Ｖ５に近づくように低下したことを検出したときは、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａ及びＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの両方を放電動作するよう制御して、直流バス１を規定値電圧Ｖ１になるよう制御する。
【００２９】
また、図２に示したＴ０からＴ１の変化と逆に、太陽光発電装置のような分散電源装置の出力が大きく増加したとき、または電気調理器、ドライヤーあるいはエアコンのように消費電力の大きい電気機器が切り離されたとき、直流バス１の電圧は上昇する方向に変化する。このような場合にも、ＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａまたはＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂだけを充電動作するよう制御すると、直流バス１は規定値上限電圧Ｖ４を超えることがある。あるいは、規定値上限電圧Ｖ４をこえないとしても太陽光発電システムの出力設定電圧Ｖ１以上になることがある。
このような場合に、本発明の直流給電システムは、制御部３３によって直流電源装置３ｂのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂは充電動作し、直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａは放電動作するように制御する。このように制御することにより、直流電源装置３ａのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ａと、直流電源装置３ｂのＤＣ/ＤＣコンバータ３２ｂの電流変化を合わせた電流変化は、変化の少ない曲線になる。その結果、直流バス１は、電圧変動が少なくなる。そのため、直流バス１の電圧変動は、太陽光発電システム２の出力設定電圧Ｖ２と、商用電源システム４の出力設定電圧Ｖ３の範囲内に抑えることができる。
【００３０】
また、上記実施形態は、直流電源装置として、蓄電池を備えた直流電源装置を説明したが、系統電力システム４は、直流バス１へ電力供給し、または直流バス１より電力吸収が可能であるので、直流バス１に電力供給または電力吸収するようにインバータを制御することにより、上記実施形態と同様の動作、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 直流バス
２ 太陽光発電システム
３ 直流電源装置
４ 系統電力システム
５ 負荷
２１ 太陽電池パネル
２２ ＤＣ/ＤＣコンバータ
３１ 蓄電池
３２ 双方向ＤＣ/ＤＣコンバータ
３３ 制御部
４１ 系統電力
４２ 双方向インバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散電源装置と、
前記分散電源装置を負荷に接続する直流バスと、
複数の直流電源装置と、
前記直流バスに複数の直流電源装置をそれぞれ接続するコンバータと、
前記複数のコンバータを制御する制御器と
を備え、
前記制御器は、前記分散電源装置より直流バスに供給される電圧が所定電圧より低下するとき、少なくとも１つのコンバータによって１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給し、他の少なくとも１つのコンバータによって、前記直流バスの電圧を所定値に保つように直流バスから他の直流電源装置へ電力を供給するよう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】
前記複数の直流電源装置は、それぞれ蓄電池であり、前記制御器は、少なくとも１つのコンバータが蓄電池から直流バスへ放電するとき、少なくとも他の１つのコンバータが直流バスから蓄電池を充電するように制御する請求項１に記載の直流給電システム。
【請求項３】
前記制御器は、蓄電量の多い蓄電池を放電し、蓄電量の少ない蓄電池を充電するよう制御する請求項１または２に記載の直流給電システム。
【請求項４】
前記直流バスに商用交流電源装置を接続した請求項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１】
分散電源装置と、
前記分散電源装置を負荷に接続する直流バスと、
複数の直流電源装置と、
前記直流バスに複数の直流電源装置をそれぞれ接続するコンバータと、
前記複数のコンバータを制御する制御器と
を備え、
前記制御器は、前記分散電源装置より直流バスに供給される電圧が所定電圧より低下するとき、少なくとも１つのコンバータによって１つの直流電源装置から直流バスへ電力供給し、他の少なくとも１つのコンバータによって、前記直流バスの電圧を所定値に保つように直流バスから他の直流電源装置へ電力を供給するよう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】
前記複数の直流電源装置は、それぞれ蓄電池であり、前記制御器は、少なくとも１つのコンバータが蓄電池から直流バスへ放電するとき、少なくとも他の１つのコンバータが直流バスから蓄電池を充電するように制御する請求項１に記載の直流給電システム。
【請求項３】
前記制御器は、蓄電量の多い蓄電池を放電し、蓄電量の少ない蓄電池を充電するよう制御する請求項１または２に記載の直流給電システム。
【請求項４】
前記直流バスに商用交流電源装置を接続した請求項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。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−９５４１８（Ｐ２０１２−９５４１８Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９７１８（Ｐ２０１０−２３９７１８）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【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５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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