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公開番号2021005978
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019119878
出願日20190627
発明の名称自立電源システム及びその制御方法
出願人住友電気工業株式会社
代理人特許業務法人サンクレスト国際特許事務所
主分類H02J 7/34 20060101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】再生可能エネルギー源の自立出力端と負荷との間で安定した充電と安定した給電とを共に提供する。
【解決手段】負荷に電力を供給する自立電源システム100は、再生可能エネルギー源と負荷との間に設けられ、第1の蓄電池30を有し、自立出力を直流電力に変換して第1の蓄電池を充電する蓄電機能及び第1の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第1の蓄電装置3と、再生可能エネルギー源と負荷との間に設けられ、第2の蓄電池40を有し、自立出力を直流電力に変換して第2の蓄電池を充電する蓄電機能及び第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第2の蓄電装置4と、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置のいずれか一方が蓄電機能のみを実行し、他方が給電機能のみを実行し、時間の経過に伴って実行主体が交代するよう制御する制御部5と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
系統非連系の状態で、再生可能エネルギー源から自立出力の供給を受けることが可能であり、負荷に電力を供給する自立電源システムであって、
前記再生可能エネルギー源と前記負荷との間に設けられ、第1の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第1の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第1の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第1の蓄電装置と、
前記再生可能エネルギー源と前記負荷との間に設けられ、第2の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第2の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第2の蓄電装置と、
前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置のいずれか一方は前記蓄電機能のみを実行し、他方は前記給電機能のみを実行し、かつ、時間の経過に伴って実行主体が交代するよう制御する制御部と、
を備えている自立電源システム。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置は互いに並列に接続されており、それぞれが、前記再生可能エネルギー源からの入力側に開閉可能な補助入力スイッチ、前記負荷側に開閉可能な自立出力スイッチ、前記入力側に接続された電圧センサ、及び、前記負荷側に接続された電圧センサを有する請求項1に記載の自立電源システム。
【請求項3】
前記制御部は、現在出力されている交流電圧に基づいて位相を検出し、ゼロクロスのタイミングで前記実行主体の交代を行う請求項2に記載の自立電源システム。
【請求項4】
前記第1の蓄電池及び前記第2の蓄電池のうち、充電されている方の蓄電池が充電上限値に達した場合に、前記実行主体が交代する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の自立電源システム。
【請求項5】
前記第1の蓄電池及び前記第2の蓄電池のうち、放電している方の蓄電池が放電限界値に達した場合に、前記実行主体が交代する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の自立電源システム。
【請求項6】
前記制御部は、前記第1の蓄電装置に設けられる第1制御部、前記第2の蓄電装置に設けられる第2制御部、及び、前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置に共に接続された共通のリモコン装置によって構成される請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の自立電源システム。
【請求項7】
系統非連系の状態で負荷に電力を供給する自立電源システムであって、
自立出力を提供可能な太陽光発電装置と、
前記太陽光発電装置と前記負荷との間に設けられ、第1の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第1の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第1の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第1の蓄電装置と、
前記太陽光発電装置と前記負荷との間に設けられ、第2の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第2の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第2の蓄電装置と、
前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置のいずれか一方は前記蓄電機能のみを実行し、他方は前記給電機能のみを実行し、かつ、時間の経過に伴って実行主体が交代するよう制御する制御部と、
を備えている自立電源システム。
【請求項8】
再生可能エネルギー源から自立出力を提供する出力端と負荷との間に並列に、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置が介在する自立電源システムにおける、当該自立電源システムの制御方法であって、
前記自立出力を直流電力に変換して前記第1の蓄電装置の第1の蓄電池を充電するとともに、前記第2の蓄電装置の第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給し、
前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置の役割を、時間の経過に伴って互いに交代させる、
自立電源システムの制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、自立電源システム及びその制御方法に関する。
続きを表示(約 7,700 文字)【背景技術】
【0002】
太陽光発電パネルの発電出力は、パワーコンディショナ(電力変換装置)を介して商用電力系統に系統連系することができる。また、このような太陽光発電装置に、蓄電池を搭載した系統連系型の蓄電装置を併設した蓄電システムも提案されている(例えば、特許文献1参照。)。蓄電池は商用電力系統の電力により充電される。
【0003】
商用電力系統の停電時には、蓄電装置から需要家内の負荷(重要負荷)への給電を継続することができる。また、パワーコンディショナの自立出力が得られる場合には、自立出力により、需要家内の負荷への給電を継続することができる。負荷へ給電しても余剰電力が生じる場合は、自立出力により蓄電池の充電を行うこともできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2018−11476号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のように、太陽光発電パネルが発電してパワーコンディショナが自立出力を提供しているときには、太陽光発電の電力により負荷への給電及び余剰電力があれば蓄電池の充電が行われる。この状態において、例えば負荷が整流器を含む非線形負荷の場合には、自立出力の電圧が歪む。そのため、蓄電装置が電圧異常を検出して充電を停止する場合がある。また、パワーコンディショナが電圧異常を検出して出力を停止する場合もある。このように、自立出力の場合には、負荷への給電、及び、パワーコンディショナから蓄電池への充電が安定しない。さらに、太陽光発電に基づく負荷への給電は、天候の影響を受けて変化するので安定供給が難しい。
【0006】
かかる課題に鑑み、本発明は、太陽光発電装置に代表される再生可能エネルギー源の自立出力端と負荷との間で安定した充電と安定した給電とを共に実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は特許請求の範囲によって定められるものである。
【0008】
本開示の自立電源システムは、系統非連系の状態で、再生可能エネルギー源から自立出力の供給を受けることが可能であり、負荷に電力を供給する自立電源システムであって、
前記再生可能エネルギー源と前記負荷との間に設けられ、第1の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第1の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第1の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第1の蓄電装置と、
前記再生可能エネルギー源と前記負荷との間に設けられ、第2の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第2の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第2の蓄電装置と、
前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置のいずれか一方は前記蓄電機能のみを実行し、他方は前記給電機能のみを実行し、かつ、時間の経過に伴って実行主体が交代するよう制御する制御部と、
を備えている自立電源システムである。
【0009】
また、本開示の自立電源システムは、系統非連系の状態で負荷に電力を供給する自立電源システムであって、
自立出力を提供可能な太陽光発電装置と、
前記太陽光発電装置と前記負荷との間に設けられ、第1の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第1の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第1の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第1の蓄電装置と、
前記太陽光発電装置と前記負荷との間に設けられ、第2の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第2の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第2の蓄電装置と、
前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置のいずれか一方は前記蓄電機能のみを実行し、他方は前記給電機能のみを実行し、かつ、時間の経過に伴って実行主体が交代するよう制御する制御部と、
を備えている自立電源システムである。
【0010】
一方、本開示は、再生可能エネルギー源から自立出力を提供する出力端と負荷との間に並列に、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置が介在する自立電源システムにおける、当該自立電源システムの制御方法であって、
前記自立出力を直流電力に変換して前記第1の蓄電装置の第1の蓄電池を充電するとともに、前記第2の蓄電装置の第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給し、
前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置の役割を、時間の経過に伴って互いに交代させる、
自立電源システムの制御方法である。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、再生可能エネルギー源の自立出力端と負荷との間で安定した充電と安定した給電とを共に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1は、自立電源システムの単線接続図である。
図2は、商用電力系統が正常な電圧である場合の、自立電源システムの単線接続図である。
図3は、太陽光発電中の商用電力系統の停電時における自立電源システムのスイッチ開閉状態も明記した単線接続図(左側が充電、右側が放電)である。
図4は、太陽光発電中の商用電力系統6の停電時における自立電源システム100のスイッチ開閉状態も明記した単線接続図(左側が放電、右側が充電)である。
図5は、制御部(リモコン装置)が自立出力の開始に伴って実行するフローチャートの一例である。
図6は、制御部が自立出力の開始に伴って実行するフローチャート(1/2)の一例である。
図7は、制御部が自立出力の開始に伴って実行するフローチャート(2/2)の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
[本開示の実施形態の説明]
本開示の実施形態には、その上位概念の要旨として、少なくとも以下のものが含まれる。
【0014】
(1)開示するのは、系統非連系の状態で、再生可能エネルギー源から自立出力の供給を受けることが可能であり、負荷に電力を供給する自立電源システムであって、前記再生可能エネルギー源と前記負荷との間に設けられ、第1の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第1の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第1の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第1の蓄電装置と、前記再生可能エネルギー源と前記負荷との間に設けられ、第2の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第2の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第2の蓄電装置と、前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置のいずれか一方は前記蓄電機能のみを実行し、他方は前記給電機能のみを実行し、かつ、時間の経過に伴って実行主体が交代するよう制御する制御部と、を備えている。
【0015】
このような自立電源システムによれば、再生可能エネルギー源の自立出力は一方の蓄電装置の充電にのみ用いられ、再生可能エネルギー源から直接には負荷への給電を行わない。負荷への給電は常に、いずれかの蓄電装置から行われることになる。よって、非線形負荷に給電する場合でも、再生可能エネルギー源の自立出力はその影響を受けない。そのため、再生可能エネルギー源から出力する交流電流は常に歪の小さい正弦波電流が流れ、安定した充電を行うことができる。一方、負荷への給電は、蓄電装置の自立出力によって行われるため、再生可能エネルギー源が太陽光発電装置であっても、天候の影響を受けることなく安定した電力を負荷に供給することができる。
こうして、再生可能エネルギー源の自立出力端と負荷との間で、安定した充電と、安定した給電とを共に実現することができる。
【0016】
(2)前記(1)の自立電源システムにおいて、例えば、前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置は互いに並列に接続されており、それぞれが、前記再生可能エネルギー源からの入力側に開閉可能な補助入力スイッチ、前記負荷側に開閉可能な自立出力スイッチ、前記入力側に接続された電圧センサ、及び、前記負荷側に接続された電圧センサを有する。
この場合、補助入力スイッチを閉路し自立出力スイッチを開路することで当該蓄電装置を充電することができる。また、補助入力スイッチを開路し自立出力スイッチを閉路することで当該蓄電装置を放電させることができる。これにより、2組の蓄電装置は互いに電気的に分離される。しかも、2組の蓄電装置の一方から見て他方の入出力電圧は電圧センサにより検出することができるので、互いに容易に同期をとることができる。
【0017】
(3)前記(2)の自立電源システムにおいて、例えば、前記制御部は、現在出力されている交流電圧に基づいて位相を検出し、ゼロクロスのタイミングで前記実行主体の交代を行う。
この場合、交代によって供給元が変わっても、交代の前後で互いに同期した交流電圧により負荷に電力を供給し続けることができる。
【0018】
(4)前記(1)から(3)のいずれかの自立電源システムにおいて、例えば、前記第1の蓄電池及び前記第2の蓄電池のうち、充電されている方の蓄電池が充電上限値に達した場合に、前記実行主体が交代する。
この場合、充電上限値に達した蓄電池による放電を直ちに開始することができ、他の蓄電池により引き続き充電を行うことができる。
【0019】
(5)前記(1)から(3)のいずれかの自立電源システムにおいて、例えば、前記第1の蓄電池及び前記第2の蓄電池のうち、放電している方の蓄電池が放電限界値に達した場合に、前記実行主体が交代する。
この場合、放電限界値に達した蓄電池によるさらなる放電を停止すべく、他の蓄電池による放電を開始することができ、停止した蓄電池には充電を開始することができる。
【0020】
(6)前記(1)から(5)のいずれかの自立電源システムにおいて、具体的には例えば、前記制御部は、前記第1の蓄電装置に設けられる第1制御部、前記第2の蓄電装置に設けられる第2制御部、及び、前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置に共に接続された共通のリモコン装置によって構成される。
この場合、蓄電池の充放電はそれぞれの蓄電装置に設けられた第1制御部及び第2制御部により行うことができる。リモコン装置は、第1制御部及び第2制御部から得られる充放電の状態に関する情報に基づいて、充放電の交代を第1制御部及び第2制御部に指示することができる。
【0021】
(7)また、これは、系統非連系の状態で負荷に電力を供給する自立電源システムであって、自立出力を提供可能な太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置と前記負荷との間に設けられ、第1の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第1の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第1の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第1の蓄電装置と、前記太陽光発電装置と前記負荷との間に設けられ、第2の蓄電池を有し、前記自立出力を直流電力に変換して前記第2の蓄電池を充電する蓄電機能、及び、前記第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給する給電機能を有する第2の蓄電装置と、前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置のいずれか一方は前記蓄電機能のみを実行し、他方は前記給電機能のみを実行し、かつ、時間の経過に伴って実行主体が交代するよう制御する制御部と、を備えている。
【0022】
このような自立電源システムによれば、太陽光発電装置の自立出力は一方の蓄電装置の充電にのみ用いられ、太陽光発電装置から直接には負荷への給電を行わない。負荷への給電は常に、いずれかの蓄電装置から行われることになる。よって、非線形負荷に給電する場合でも、太陽光発電装置の自立出力はその影響を受けない。そのため、太陽光発電装置から出力する交流電流は常に歪の小さい正弦波電流が流れ、安定した充電を行うことができる。一方、負荷への給電は、蓄電装置の自立出力によって行われるため、太陽光発電装置が太陽光発電装置であっても、天候の影響を受けることなく安定した電力を負荷に供給することができる。
こうして、太陽光発電装置と負荷との間で、安定した充電と、安定した給電とを共に実現することができる。
【0023】
(8)一方、方法の観点からは、再生可能エネルギー源から自立出力を提供する出力端と負荷との間に並列に、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置が介在する自立電源システムにおける、当該自立電源システムの制御方法であって、前記自立出力を直流電力に変換して前記第1の蓄電装置の第1の蓄電池を充電するとともに、前記第2の蓄電装置の第2の蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に必要な電力を供給し、前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置の役割を、時間の経過に伴って互いに交代させる、自立電源システムの制御方法である。
【0024】
このような自立電源システムの制御方法によれば、再生可能エネルギー源の自立出力は一方の蓄電装置の充電にのみ用いられ、再生可能エネルギー源から直接には負荷への給電を行わない。負荷への給電は常に、いずれかの蓄電装置から行われることになる。よって、非線形負荷に給電する場合でも、再生可能エネルギー源の自立出力はその影響を受けない。そのため、再生可能エネルギー源から出力する交流電流は常に歪の小さい正弦波電流が流れ、安定した充電を行うことができる。一方、負荷への給電は、蓄電装置の自立出力によって行われるため、再生可能エネルギー源が太陽光発電装置であっても、天候の影響を受けることなく安定した電力を負荷に供給することができる。
こうして、再生可能エネルギー源の自立出力端と負荷との間で、安定した充電と、安定した給電とを共に実現することができる。
【0025】
[本開示の実施形態の詳細]
《自立電源システムを含む回路構成》
以下、本開示の自立電源システム(制御方法も含む。)の具体例について、図面を参照して説明する。
図1は、自立電源システム100の単線接続図である。図において、自立電源システム100は、太陽光発電パネル1と、電力変換装置2と、2組の蓄電装置3,4と、制御部5とを主な構成要素として有している。なお、2組の蓄電装置3,4、及び、制御部5のみを、自立電源システム100と考えることもできる。2組の蓄電装置3,4は、共に、電力変換装置2の自立出力端2tと、重要負荷分電盤7を介した負荷8との間に設けられている。また、2組の蓄電装置3,4は、電力変換装置2の自立出力に対して互いに並列の関係にある。
【0026】
太陽光発電パネル1と接続された電力変換装置2は、インバータ回路21と、系統連系スイッチ22と、自立出力スイッチ23とを備えている。これらのスイッチ22,23は、一般にはリレー接点であるが、半導体スイッチの使用も可能である(以下同様。)。系統連系スイッチ22を閉路すると、電力変換装置2を商用電力系統6に系統連系することができる。太陽光発電パネル1と電力変換装置2とで、太陽光発電装置10が構成されている。
【0027】
蓄電装置3は、蓄電池30と、蓄電池30と接続された交流/直流の双方向変換を行うコンバータ回路31と、系統連系スイッチ32と、自立出力スイッチ33と、補助入力スイッチ34と、制御部35と、電圧センサ36,37とを備えている。制御部35は、コンバータ回路31のスイッチング動作を制御するとともに、系統連系スイッチ32,自立出力スイッチ33及び補助入力スイッチ34のそれぞれの開閉を制御する。電圧センサ36は、蓄電装置3への入力電圧を検出し、検出出力を制御部35に送る。電圧センサ37は、蓄電装置3の出力電圧又は蓄電装置4の出力電圧を検出し、検出出力を制御部35に送る。
【0028】
蓄電装置4は、蓄電池40と、蓄電池40と接続された交流/直流の双方向変換を行うコンバータ回路41と、系統連系スイッチ42と、自立出力スイッチ43と、補助入力スイッチ44と、制御部45と、電圧センサ46,47とを備えている。制御部45は、コンバータ回路41のスイッチング動作を制御するとともに、系統連系スイッチ42,自立出力スイッチ43及び補助入力スイッチ44のそれぞれの開閉を制御する。電圧センサ46は、蓄電装置4への入力電圧を検出し、検出出力を制御部45に送る。電圧センサ47は、蓄電装置4の出力電圧又は蓄電装置3の出力電圧を検出し、検出出力を制御部45に送る。
【0029】
制御部35,45は、例えばコンピュータを含み、コンピュータがソフトウェア(コンピュータプログラム)を実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部35,45内の記憶装置(図示せず。)に格納される。制御部35,45はそれぞれ、蓄電池30,40から残量(SOC:State of Charge)に関する情報も定期的に入手し、入手した情報を、共通の制御部5に送信する。
【0030】
2組の蓄電装置3,4に共通の制御部5は、典型的には、モニタ機能及び操作機能を備えたリモコン装置である。制御部5は、例えばコンピュータを含み、コンピュータがソフトウェア(コンピュータプログラム)を実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部5内の記憶装置(図示せず。)に格納される。制御部5は、蓄電装置3,4の制御部35,45とディジーチェーン接続されており、例えばRS485での相互通信が可能である。
(【0031】以降は省略されています)

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