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公開番号2021005972
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019119589
出願日20190627
発明の名称電力供給回路及び分散型電源システム
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人特許業務法人R&C
主分類H02M 7/48 20070101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力供給回路の出力端に接続される太陽電池装置の発電電力が変動しても、発電装置が過負荷の状態になることを抑制できる電力供給回路を提供する。
【解決手段】電力供給回路30は、発電装置10からの電力に所定の電力変換を施した上で出力端44へ出力する第1電力変換回路C1と、第1電力変換回路C1の温度が上昇して第1温度になると高温検知状態に移行し、第1電力変換回路C1の温度が低下して第2温度になると低温検知状態に移行する感温部31と、感温部31が高温検知状態に移行するのに応じてオン状態に切り替わり、感温部31が低温検知状態に移行するのに応じてオフ状態に切り替わるスイッチ部32と、スイッチ部32がオン状態である間は発電装置10からの電力に所定の電力変換を施した上で出力端44へ出力する第2電力変換処理を行い、オフ状態である間は第2電力変換処理を行わない第2電力変換回路C2とを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
発電装置から供給される電力が入力される発電側入力端と、
充放電装置へ向けて電力を出力する出力端と、
前記発電装置から前記発電側入力端に入力された電力に所定の電力変換を施した上で前記出力端へ出力する第1電力変換処理を行う第1電力変換回路と、
前記第1電力変換回路の温度が上昇して第1温度になると高温検知状態に移行し、前記第1電力変換回路の温度が低下して第2温度になると低温検知状態に移行する感温部と、
前記感温部が前記低温検知状態から前記高温検知状態に移行するのに応じてオフ状態からオン状態に切り替わり、前記感温部が前記高温検知状態から前記低温検知状態に移行するのに応じて前記オン状態から前記オフ状態に切り替わるスイッチ部と、
前記スイッチ部が前記オン状態である間は、前記発電装置から前記発電側入力端に入力された電力に所定の電力変換を施した上で前記出力端へ出力する第2電力変換処理を行い、前記スイッチ部が前記オフ状態である間は、前記第2電力変換処理を行わない第2電力変換回路とを有し、
前記第1電力変換回路及び前記第2電力変換回路は、前記発電側入力端と前記出力端との間で互いに並列に接続され、前記第1電力変換回路及び前記第2電力変換回路のそれぞれは、自身の電力変換容量の範囲内で電力変換を実施でき、前記第1電力変換回路の電力変換容量及び前記第2電力変換回路の電力変換容量のそれぞれは、前記発電装置の最大発電電力よりも小さく設計されている電力供給回路。
続きを表示(約 610 文字)【請求項2】
前記スイッチ部は、前記感温部が前記低温検知状態から前記高温検知状態に移行したタイミングで前記オン状態に切り替わり、前記感温部が前記高温検知状態から前記低温検知状態に移行したタイミングで前記オフ状態に切り替わる請求項1に記載の電力供給回路。
【請求項3】
前記スイッチ部は、前記感温部が前記高温検知状態に移行しており且つ前記感温部が前記低温検知状態から前記高温検知状態に移行してから設定時間が経過したタイミングで前記オン状態に切り替わり、前記感温部が前記高温検知状態から前記低温検知状態に移行したタイミングで前記オフ状態に切り替わる請求項1に記載の電力供給回路。
【請求項4】
前記第2電力変換回路は、互いに並列接続された、前記発電装置から前記発電側入力端に入力された電力に所定の電力変換を施した上で前記出力端へ出力する個別電力変換処理を行う複数の個別回路部を有し、
前記個別回路部のそれぞれは、自身の電力変換容量の範囲内で電力変換を実施でき、前記スイッチ部が前記オン状態になった後、前記個別電力変換処理を時間が経過するにつれて順に開始する請求項1〜3の何れか一項に記載の電力供給回路。
【請求項5】
請求項1〜4の何れか一項に記載の電力供給回路と、前記出力端に電力を供給する太陽電池装置と、前記充放電装置と、前記発電装置とを備える分散型電源システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、発電装置の発電電力を充放電装置に供給する電力供給回路及び分散型電源システムに関する。
続きを表示(約 8,600 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、電力系統に接続される電力線と、太陽電池装置(太陽光発電部)と、充放電装置(蓄電部)と、発電装置(燃料電池発電部)とを備える分散型電源システムが記載されている。この分散型電源システムでは、電力系統で停電が発生した場合、自立運転している充放電装置を基準電源として太陽電池装置及び発電装置が連系運転を行い、太陽電池装置及び発電装置から充放電装置へと電力を供給できる。
【0003】
特許文献2には、1台のパワーコンディショナに太陽電池装置及び充放電装置の両方が接続されるシステムが記載されている。このような構成により、太陽電池装置及び充放電装置がそれぞれ別個のパワーコンディショナに接続される場合に比べて、パワーコンディショナの台数を削減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2011−188607号公報
特開2014−23382号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
自立運転を行っている場合、1台のパワーコンディショナに対して太陽電池装置及び充放電装置及び発電装置の3つの装置を接続して、太陽電池装置及び発電装置からそのパワーコンディショナを介して充放電装置へと電力を供給できるような構成も想定できる。例えば、図7及び図8に示す分散型電源システムは、太陽電池装置5A(5)と、充放電装置6と、発電装置10とを備える。図7は電力系統1への連系運転時を示す図であり、図8は自立運転時を示す図である。図7及び図8では、電力が供給されている部分を太線で描いている。図示するように、分散型電源システムは、電力系統1に接続される電力線2と、充放電装置6と、太陽光を受光して発電する太陽電池装置5と、発電装置10と、電力供給回路50とを備える。充放電装置6はパワーコンディショナ20を介して電力線2に接続される。発電装置10は電力線2に接続される。電力供給回路50は、発電装置10とパワーコンディショナ20との間に接続される。
【0006】
充放電装置6は、蓄電部(図示せず)で蓄えている電力の放電及び蓄電部への電力の充電を行うことができる装置であり、パワーコンディショナ20に接続される。図7及び図8に示す例では、パワーコンディショナ20は、充放電装置6が接続されるDC/DC変換部22と、電力供給回路50の出力端44に接続されるDC/DC変換部23と、インバータ21とを有する。パワーコンディショナ20は、充放電装置6を充放電させる動作や、電力線2に電力を出力する動作や、電力線2から電力を受電する動作や、電力供給回路50から電力を受電する動作などを制御する。
【0007】
発電装置10は、発電部11と、発電部11で発生した電力を所望の電圧、周波数、位相の電力に変換するインバータ12とを有する。インバータ12は、電力線2に接続される連系出力線13に電力を出力するか、又は、電力線2には接続されない自立出力線14に電力を出力するかを切り替えることができる。また、発電装置10は、接点aを、接点b及び接点cの何れか一方に接続する状態に切り替える切替スイッチ15を有する。切替スイッチ15の接点aは、重要電力負荷4及び電力供給回路50の発電側入力端46に接続される。切替スイッチ15の接点bは連系出力線13に接続される。切替スイッチ15の接点cは自立出力線14に接続される。
【0008】
図7に示すように、発電装置10では、連系運転時、インバータ12は電力を連系出力線13に供給し、切替スイッチ15は接点aと接点bとを接続する状態に切り替えられる。つまり、発電部11の発電電力は、電力線2及び切替スイッチ15の接点aの両方に供給される。その結果、発電部11の発電電力を、電力線2に接続されている一般電力負荷3と、切替スイッチ15の接点aに接続されている重要電力負荷4との両方に供給できる。加えて、発電部11の発電電力を、電力供給回路50の発電側入力端46にも供給できる。
【0009】
図8に示すように、発電装置10では、自立運転時、インバータ12は電力を自立出力線14に供給し、切替スイッチ15は接点aと接点cとを接続する状態に切り替えられる。つまり、発電部11の発電電力は、切替スイッチ15の接点aに供給されるが、電力線2には供給されない。その結果、発電部11の発電電力を、切替スイッチ15の接点aに接続されている重要電力負荷4に供給できる。加えて、発電部11の発電電力を、電力供給回路50の発電側入力端46にも供給できる。
【0010】
電力供給回路50は、発電装置10から供給される電力が入力される発電側入力端46と、パワーコンディショナ20に向けて電力を出力する出力端44とを有する。加えて、電力供給回路50は、発電側入力端46と出力端44との間に、リレー40とAC/DC変換部34とダイオード33とを備える。つまり、AC/DC変換部34は、電力供給回路50において発電装置10の発電電力に対する電力変換を行う部分である。また、電力供給回路50は、太陽電池装置5から供給される電力が入力される太陽電池側入力端45を備え、その電力は出力端44に供給される。つまり、太陽電池装置5は、ダイオード43を介して電力供給回路50の出力端44に接続される。
【0011】
尚、図7及び図8に示したシステムにおいて、電力供給回路50の機能の一部を、例えば複数の太陽電池装置等からの出力を受けるように構成された接続箱を用いて実現してもよい。図7及び図8に示したシステムの場合、例えば、ダイオード33とダイオード43と出力端44と太陽電池側入力端45とを有する接続箱を設け、その接続箱に設けられるダイオード33に対して電力供給回路50のAC/DC変換部34を接続し、且つ、接続箱に設けられるダイオード43に対して太陽電池装置5Aを接続してもよい。
【0012】
この場合、AC/DC変換部34の電力変換容量、即ち、電力供給回路50において発電側入力端46と出力端44との間の回路部分での電力変換容量は、発電装置10の最大発電電力と同等に設計されている。そのため、AC/DC変換部34が発電装置10に要求する電力はその最大発電電力と同等又はそれよりも小さい値になる。
【0013】
リレー40は、スイッチ41とコイル42とを有する。リレー40のコイル42には、パワーコンディショナ20の連系出力線7が接続されている。図7に示す連系運転時には、連系出力線7に供給される電力によりリレー40のコイル42が通電され、その結果、リレー40のスイッチ41の接点aと接点cとが接続される。リレー40のスイッチ41の接点aには発電装置10から電力が供給されているが、リレー40のスイッチ41の接点aと接点bとが接続されていないため、リレー40のスイッチ41の接点bに電力は供給されない。図8に示す自立運転時には、リレー40のコイル42は通電されず、その結果、リレー40のスイッチ41の接点aと接点bとが接続される。この場合、発電装置10からリレー40のスイッチ41の接点aに供給されている電力が、リレー40のスイッチ41の接点bに供給され、そこからAC/DC変換部34に供給される。
【0014】
図8に示す自立運転時には、電力供給回路50のAC/DC変換部34は、発電装置10から発電側入力端46に供給される電力に電力変換を行った上で出力端44へと供給する。その結果、発電装置10から発電側入力端46に供給される電力と、太陽電池装置5から太陽電池側入力端45に供給される電力との合計の電力が、電力供給回路50の出力端44からパワーコンディショナ20に供給されて、充放電装置6に充電される。
【0015】
但し、自立運転時において、例えば太陽電池装置5の発電電力が大きいために出力端44の電圧が高くなっている場合や、充放電装置6の充電レベルが高いために出力端44の電圧が高くなっている場合などには、電力供給回路50のAC/DC変換部34が出力端44に出力する電力は小さくなる。つまり、AC/DC変換部34が発電装置10に要求する電力が小さくなるため、発電装置10はそれに応じて発電電力を小さくしなければならない。
【0016】
尚、雲などにより日射量が急に低下した場合や夕方になった場合などに、ダイオード43を介して電力供給回路50の出力端44に接続される太陽電池装置5の発電電力が急に小さくなると、その分だけ、同じく電力供給回路50の出力端44に接続されるAC/DC変換部34が発電装置10に要求する電力が急に大きくなる可能性(例えば、発電装置10にその最大発電電力の出力が要求される可能性など)がある。その場合、発電装置10は、発電電力を急激に増加できないために過負荷の状態になり、運転を停止してしまう可能性もある。
【0017】
また、図示は省略するが、電力供給回路50の発電側入力端46と出力端44との間で、別の電力変換部をAC/DC変換部34と並列に設け、更に、その別の電力変換部への電力供給をAC/DC変換部34への電力供給よりも時間的に遅れて開始させる遅延回路部を設ける構成も考えられる。この構成の場合、自立運転が開始された直後には、先ずAC/DC変換部34が発電装置10に電力を要求し、その後、遅延回路部で遅延処理が行われた後に別の電力変換部も発電装置10に電力を要求する。つまり、自立運転が開始された直後では、発電装置10に要求される電力は段階的に増加するため、例えば発電装置10にその最大発電電力の出力が突然要求される可能性は無くなる。
尚、このような構成を採用した場合であっても、自立運転が開始された直後に行われる遅延回路部での遅延処理が終了してしまうと、その後は、AC/DC変換部34及び別の電力変換部の両方が発電装置10に電力を要求できる状態になる。そのため、上述したように太陽電池装置5の発電電力が急に小さくなると、その分だけ、AC/DC変換部34及び別の電力変換部が発電装置10に要求する電力が急に大きくなり、発電装置10が過負荷の状態になるという事象が発生し得る。
【0018】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力供給回路の出力端に接続される太陽電池装置の発電電力が変動しても、発電装置が過負荷の状態になることを抑制できる電力供給回路及び分散型電源システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上記目的を達成するための本発明に係る電力供給回路の特徴構成は、発電装置から供給される電力が入力される発電側入力端と、
充放電装置へ向けて電力を出力する出力端と、
前記発電装置から前記発電側入力端に入力された電力に所定の電力変換を施した上で前記出力端へ出力する第1電力変換処理を行う第1電力変換回路と、
前記第1電力変換回路の温度が上昇して第1温度になると高温検知状態に移行し、前記第1電力変換回路の温度が低下して第2温度になると低温検知状態に移行する感温部と、
前記感温部が前記低温検知状態から前記高温検知状態に移行するのに応じてオフ状態からオン状態に切り替わり、前記感温部が前記高温検知状態から前記低温検知状態に移行するのに応じて前記オン状態から前記オフ状態に切り替わるスイッチ部と、
前記スイッチ部が前記オン状態である間は、前記発電装置から前記発電側入力端に入力された電力に所定の電力変換を施した上で前記出力端へ出力する第2電力変換処理を行い、前記スイッチ部が前記オフ状態である間は、前記第2電力変換処理を行わない第2電力変換回路とを有し、
前記第1電力変換回路及び前記第2電力変換回路は、前記発電側入力端と前記出力端との間で互いに並列に接続され、前記第1電力変換回路及び前記第2電力変換回路のそれぞれは、自身の電力変換容量の範囲内で電力変換を実施でき、前記第1電力変換回路の電力変換容量及び前記第2電力変換回路の電力変換容量のそれぞれは、前記発電装置の最大発電電力よりも小さく設計されている点にある。
ここで、前記スイッチ部は、前記感温部が前記低温検知状態から前記高温検知状態に移行したタイミングで前記オン状態に切り替わり、前記感温部が前記高温検知状態から前記低温検知状態に移行したタイミングで前記オフ状態に切り替わるように構成してもよい。
或いは、前記スイッチ部は、前記感温部が前記高温検知状態に移行しており且つ前記感温部が前記低温検知状態から前記高温検知状態に移行してから設定時間が経過したタイミングで前記オン状態に切り替わり、前記感温部が前記高温検知状態から前記低温検知状態に移行したタイミングで前記オフ状態に切り替わるように構成してもよい。
【0020】
上記特徴構成によれば、第1電力変換回路は、出力端で要求されている電力を出力するように、発電装置から発電側入力端に入力された電力に所定の電力変換を施す第1電力変換処理を常に行うことができる。第1電力変換回路に電流が流れて発電装置から供給される電力の電力変換処理が行われている場合、第1電力変換回路の温度が上昇すると、感温部が高温検知状態に移行して、スイッチ部がオン状態に切り替わる。そして、第2電力変換回路は、スイッチ部がオン状態である場合、発電装置から発電側入力端に入力された電力に所定の電力変換を施した上で出力端へ出力する第2電力変換処理を行うことができる。
【0021】
尚、同じ出力端に接続されている太陽電池装置の発電電力が大きいためにその出力端の電圧が高くなっている場合や、出力端に接続されている充放電装置の充電レベルが高いためにその出力端の電圧が高くなっている場合などには、第1電力変換回路及び第2電力変換回路が出力端に出力する電力は小さくなる。つまり、第1電力変換回路及び第2電力変換回路が発電装置に要求する電力が小さくなるため、発電装置はそれに応じて発電電力を小さくしなければならない。そして、第1電力変換回路での通電電流が小さくなって第1電力変換回路の温度が低下すると、感温部が低温検知状態に移行して、スイッチ部がオフ状態に切り替わる。そして、第2電力変換回路は、スイッチ部がオフ状態である場合、出力端で電力が要求されていても第2電力変換処理を行わない。
【0022】
スイッチ部がオフ状態である間に、例えば雲などにより日射量が急に低下した場合や夕方になった場合などに太陽電池装置の発電電力が急に小さくなることで、出力端の電圧が急に低くなった場合、第1電力変換回路は第1電力変換処理を行って発電装置に対して電力を要求するが、第2電力変換回路は、第1電力変換回路の温度が上昇して第1温度になるまでの間は第2電力変換処理を行わない。つまり、第1電力変換回路の温度が上昇して第1温度になるまでの間、発電装置に要求される電力の上限は、第1電力変換回路の電力変換容量に相当する電力になり、その値は発電装置の最大発電電力よりも小さくなる。そのため、発電電力の大幅な増加が発電装置に対して急に要求されることはない。
従って、太陽電池装置の発電電力が変動しても、発電装置が過負荷の状態になることを抑制できる電力供給回路を提供できる。
【0023】
本発明に係る電力供給回路の更に別の特徴構成は、前記第2電力変換回路は、互いに並列接続された、前記発電装置から前記発電側入力端に入力された電力に所定の電力変換を施した上で前記出力端へ出力する個別電力変換処理を行う複数の個別回路部を有し、前記個別回路部のそれぞれは、自身の電力変換容量の範囲内で電力変換を実施でき、前記スイッチ部が前記オン状態になった後、前記個別電力変換処理を時間が経過するにつれて順に開始する点にある。
【0024】
上記特徴構成によれば、第2電力変換回路が有する複数の個別回路部のそれぞれは、スイッチ部がオン状態になった後、個別電力変換処理を順に開始する。つまり、第2電力変換回路が発電装置に要求する電力が、時間が経過するにつれて順に増加するような電力供給回路を提供できる。
【0025】
本発明に係る分散型電源システムの特徴構成は、上記電力供給回路と、電力系統に接続される電力線と、前記太陽電池装置と、前記充放電装置と、前記発電装置とを備える点にある。
【0026】
上記特徴構成によれば、太陽電池装置の発電電力が変動しても、発電装置が過負荷の状態になることを抑制できる分散型電源システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
第1実施形態の分散型電源システムの連系運転時の状態を示す図である。
第1実施形態の分散型電源システムの自立運転時の状態を示す図である。
第1実施形態の分散型電源システムの自立運転時の状態を示す図である。
第2実施形態の分散型電源システムの自立運転時の状態を示す図である。
第2実施形態の分散型電源システムの自立運転時の状態を示す図である。
第3実施形態の分散型電源システムの構成を示す図である。
分散型電源システムの連系運転時の状態を示す図である。
分散型電源システムの自立運転時の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
<第1実施形態>
以下に図面を参照して、本発明の第1実施形態に係る電力供給回路30A(30)及び分散型電源システムについて説明する。
図1は、第1実施形態の分散型電源システムの電力系統1への連系運転時の状態を示す図である。図2及び図3は、第1実施形態の分散型電源システムの自立運転時の状態を示す図である。図1及び図2及び図3では、電力が供給されている部分を太線で描いている。図示するように、分散型電源システムは、充放電装置6と、太陽光を受光して発電する太陽電池装置5A(5)と、発電装置10と、電力供給回路30Aとを備える。充放電装置6はパワーコンディショナ20を介して、電力系統1に接続される電力線2に接続される。発電装置10は電力線2に接続される。電力供給回路30Aは、発電装置10とパワーコンディショナ20との間に接続される。後述するように、電力供給回路30Aは、発電装置10の発電電力を充放電装置6に供給できる。
【0029】
充放電装置6は、蓄電部(図示せず)で蓄えている電力の放電及び蓄電部への電力の充電を行うことができる装置であり、パワーコンディショナ20に接続される。本実施形態では、パワーコンディショナ20は、充放電装置6が接続されるDC/DC変換部22と、電力供給回路30Aの出力端44に接続されるDC/DC変換部23と、インバータ21とを有する。パワーコンディショナ20は、充放電装置6を充放電させる動作や、電力線2に電力を出力する動作や、電力線2から電力を受電する動作や、電力供給回路30Aから電力を受電する動作などを制御する。例えば、パワーコンディショナ20は、電力供給回路30Aから供給された電力を充放電装置6に充電させることができる。
【0030】
発電装置10は、発電部11と、発電部11で発生した電力を所望の電圧、周波数、位相の電力に変換するインバータ12とを有する。発電装置10は熱と電気とを併せて発生させる熱電併給装置でもよい。発電部11は、例えば燃料電池を備える装置や、エンジンとそのエンジンによって駆動される発電機とを備える装置などにより実現できる。インバータ12は、電力線2に接続される連系出力線13に電力を出力するか、又は、電力線2には接続されない自立出力線14に電力を出力するかを切り替えることができる。また、発電装置10は、接点aを、接点b及び接点cの何れか一方に接続する状態に切り替える切替スイッチ15を有する。切替スイッチ15の接点aは、重要電力負荷4及び電力供給回路30Aの発電側入力端46に接続される。切替スイッチ15の接点bは連系出力線13に接続される。切替スイッチ15の接点cは自立出力線14に接続される。
(【0031】以降は省略されています)

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