JP2001204140A - 給電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータから電力系統への逆潮流を防ぐと
共に、複数の交流電源装置を備えた場合に、それら各電
源装置の寿命及び信頼性を高くすることができる給電シ
ステムを提供する。 【解決手段】 給電システムを構成する一対の交流電源
装置２１，２１に備えた各ＣＰＵ１６，１６は、電力系
統４からの受電電力が基準受電電力より下回らないよう
に、インバータ７からの出力電力を制御する。ここで、
インバータ７，７の特性のばらつきにより、各インバー
タ７からの出力に差異が生じた場合には、各ＣＰＵ１６
が、インバータ７からの出力電力に応じて、そのインバ
ータ７内の基準受電電力を変更する。これにより、各イ
ンバータ７からの出力のばらつきをなくすことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池から電力を
受けたインバータと電力系統とが協働して負荷に給電す
る給電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】昼夜間の電力需要を平準化するためのシ
ステムとして、従来より揚水発電が知られているが、最
近ではこれに代えて、夜間電力を蓄電池に蓄え、これを
昼間に利用する給電システムの実用化が検討されてい
る。その理由としては、揚水発電は発電所にしか設置で
きないが、蓄電池を利用したシステムは、小型化が可能
であるので、工場や一般家庭にも設置可能となり、ひい
ては電力系統（例えば、ＡＣ１００Ｖの商用電源）が停
電したときの無停電化が可能になるからである。

【０００３】図７には、蓄電池を利用した給電システム
を一般家庭に設置した場合の一例が示されており、この
システムは、蓄電池１に連なる双方向インバータ２（以
下、単に、「インバータ２」という）の出力を、電力系
統４（例えば、ＡＣ１００Ｖの商用電源）と負荷３（例
えば、テレビ、エアコン、冷蔵庫等を合わせた負荷群）
との共通接続点に接続してなる。そして、夜間には、イ
ンバータ２を順変換運転（交流から直流への変換）し
て、電力系統４からの受電電力を蓄電池１に蓄える一
方、昼間には、インバータ２を逆変換運転して蓄電池１
の出力を交流電力に変換し、電力系統４と協働して負荷
３に給電する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記給電シ
ステムでは、電力系統４からの受電電力を監視せずに、
インバータ２が交流電力を出力しているから、インバー
タ２の出力が電力系統４に逆潮流する事態が生じ得る。

【０００５】また、上記給電システムは、実用化に当た
り、一般家庭ごとの需要電力に対応させた仕様にする必
要があるが、容量が異なる複数種類のインバータ及び蓄
電池を揃えると、汎用性が損なわれて製造費が高くな
る。このため、図８に示すように、前記蓄電池１及びイ
ンバータ２を備えた交流電源装置５を、所望台数（同図
では２台）備えて、これらを電力系統４に並列接続し、
各一般家庭ごとの需要電力に対応させる構成が考えられ
る。また、この場合、汎用性の観点から、全インバータ
２を１つの制御回路で統括的に制御するより、各交流電
源装置５が、個々に、インバータ２による変換電力を制
御する構成が好ましい。

【０００６】そこで、本願発明者は、電力系統４からの
受電電力を検出して各交流電源装置５，５に取り込み、
各交流電源装置５，５が、前記受電電力が所定の基準電
力になるように、各インバータ２，２の変換電力を制御
する構成を検討した。ところが、同じように基準受電電
力を設定しても、インバータ２，２の特性のばらつきに
より（図６参照）、インバータ２，２が実際に出力する
電力が一致しない場合がある。具体的には、系統への蓄
電池電力の流出を防止するために、各インバータの変換
電力を制御した場合、受電電力の値が各インバータに一
括して配分されているため、各インバータ内の基準受電
電力の設定値の誤差等により、各インバータの変換電力
に差異が発生する。たとえば、わずかに設定値の大きい
インバータが先に変換電力を絞ってしまい、極端な場
合、電力を変換するインバータと全く変換しないインバ
ータが発生する。このような状態が生じると、それぞれ
のインバータに接続された蓄電池の充放電量に差異が発
生し、蓄電池寿命に差異が発生するという問題があっ
た。また、変換電力が常に大きいインバータが発生する
ので、インバータの信頼性が低下するという問題があっ
た。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、インバータから電力系統への逆潮流を防ぐと共に、
複数の交流電源装置を備えた場合に、それら各電源装置
の寿命及び信頼性を高くすることができる給電システム
の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る給
電システムは、蓄電池から電力を受けたインバータの出
力を、電力系統とそれに連なる負荷との共通接続点に接
続し、インバータと電力系統とが協働して負荷に給電す
る給電システムにおいて、電力系統から受けた受電電力
を検出する系統電力検出手段と、系統電力検出手段から
検出信号を受け、受電電力が、予め設定した基準受電電
力より小さいときに、インバータからの出力を停止する
インバータ出力制御手段とを備えたところに特徴を有す
る。

【０００９】請求項２の発明に係る給電システムは、蓄
電池から電力を受けたインバータの出力を、電力系統と
それに連なる負荷との共通接続点に接続し、インバータ
と電力系統とが協働して負荷に給電する給電システムに
おいて、負荷電力を検出する負荷電力検出手段を備え、
負荷に対して電力系統から供給される電力と、負荷に対
してインバータから供給される電力との比率が一定の値
になるように、インバータの出力を制御するところに特
徴を有する。

【００１０】請求項３の発明に係る給電システムは、蓄
電池と蓄電池から電力を受けるインバータとを備えた複
数の交流電源装置を、電力系統とそれに連なる負荷との
共通接続点に並列接続し、交流電源装置と電力系統とが
協働して負荷に給電する給電システムにおいて、電力系
統から受けた受電電力を検出する系統電力検出手段を備
え、各交流電源装置には、系統電力検出手段から検出信
号を受け、受電電力が、予め設定した基準受電電力を下
回らないように、インバータの変換電力を制御するイン
バータ出力制御手段と、インバータが出力した電力を検
出するインバータ出力電力検出手段と、インバータ出力
電力検出手段から検出信号を受け、その検出信号に応じ
て基準受電電力を変更する基準変更手段とを備えたとこ
ろに特徴を有する。

【００１１】請求項４の発明は、請求項３記載の給電シ
ステムにおいて、基準変更手段は、インバータが出力す
る電力が、小さくなる程、基準受電電力を小さくするよ
うに動作するところに特徴を有する。

【００１２】

【発明の作用及び効果】＜請求項１の発明＞請求項１の
構成では、電力系統からの受電電力が基準受電電力より
小さいときには、インバータがその出力を停止する。つ
まり、インバータが電力を出力しているときには、電力
系統は必ず基準受電電力以上の電力を出力しており、イ
ンバータから電力系統に電力が逆潮流する事態を確実に
防ぐことができる。尚、インバータからの出力が停止さ
れているとき、インバータは起動状態、または、停止状
態のいずれであってもよく、起動状態にしておくと、負
荷の増大に迅速に対応してインバータから出力を出すこ
とができるのでよい。

【００１３】＜請求項２の発明＞請求項２の発明に係る
給電システムによれば、インバータは、負荷電力の全部
ではなく、必ず、負荷電力に一定の比率をかけた負荷電
力の一部に相当する電力を供給するように制御され、全
部の負荷電力からインバータの出力電力を差し引いた残
りの電力は、電力系統から供給される。つまり、インバ
ータが負荷に電力を供給しているときには、電力系統も
必ず負荷に電力を供給しており、インバータから電力系
統に電力が逆潮流する事態を確実に防ぐことができる。

【００１４】＜請求項３及び請求項４の発明＞請求項３
及び請求項４の給電システムでは、インバータの特性の
ばらつきにより、各インバータからの出力に差異が生じ
た場合、各インバータに備えたインバータ出力電力検出
手段が各インバータからの出力を検出し、その検出結果
に応じて基準変更手段が各インバータ内の基準受電電力
を変更することで、各交流電源装置ごとに、基準受電電
力が異なる設定となり、各インバータからの出力のばら
つきをなくすことができる。

【００１５】具体的に、インバータが出力する電力が小
さくなる程、基準変更手段が前記基準受電電力を小さく
するように構成した場合（請求項４の発明）、出力電力
が小さいインバータに係る基準受電電力は、基準変更手
段によって小さくされ、この結果、そのインバータから
の出力が上がり、電力系統からの受電電力は下がる。す
ると、出力電力が大きいインバータでは、電力系統から
の受電電力が基準受電電力より小さいと判断され、その
インバータからの出力が下がる。即ち、出力電力が小さ
かったインバータからの出力は上がる一方、出力電力が
大きかったインバータからの出力は下がり、各インバー
タからの出力がバランスされる。

【００１６】このように、請求項３及び請求項４の発明
によれば、複数のインバータを備えた給電システムで
も、各交流電源装置の出力をバランスさせて、各交流電
源装置に備えた蓄電池の寿命の差異を抑制すると共に、
インバータの信頼性を向上させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞以下、図１〜図
３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る給電シス
テムについて説明する。このシステムは、蓄電池１に連
なる双方向インバータ７（以下、単に「インバータ７」
という）の出力を、電力系統４と負荷３との共通接続点
に接続してなり、夜間には、インバータ７を順変換運転
して、電力系統４からの受電電力を蓄電池１に蓄える一
方、昼間には、インバータ７を逆変換運転して蓄電池１
の出力を交流電力に変換し、電力系統４と協働して負荷
３に給電する。

【００１８】インバータ７には、例えば、ＣＰＵ１５を
備えたインバータ出力制御回路７Ａが設けられ、このＣ
ＰＵ１５からインバータ駆動回路８に指令値を渡して、
インバータ２に所定の電力を出力させる。

【００１９】電力系統４から負荷３への出力ラインの途
中には、電力測定器６が接続されており、この電力測定
器６は、例えば電圧計と電流計とを備え、それらの測定
値の積を電力として算出し、これを例えばデジタルデー
タにして、前記ＣＰＵ１５に与える。

【００２０】インバータ出力制御回路７Ａには、電力系
統４から供給される最低電力を、基準受電電力Ｗ３とし
て予め一定の値（例えば、１００Ｗ）に設定し、これを
例えばＣＰＵ１５に連なるＲＯＭ１５Ａに書き込んであ
る。また、インバータ７に出力させる基準電力を（例え
ば、４００Ｗに）決めて、この基準電力と上記基準受電
電力Ｗ３とを加えた値（５００Ｗ＝１００Ｗ＋４００
Ｗ）を、インバータ出力起動受電電力Ｗ１として設定し
てある。さらに、インバータ７からの出力を停止するか
否かを判別するための基準値としてのインバータ出力停
止出力電力Ｗ２が、Ｗ２＋Ｗ３がインバータ出力起動受
電電力Ｗ１より小さな値（４００Ｗ）になるように設定
されている。

【００２１】上述した各基準値（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）
は、下記にまとめた具体的な電力値として、前記ＣＰＵ
１５に連なるＲＯＭ１５Ａに記憶されている。 ・インバータ出力起動受電電力Ｗ１＝５００［Ｗ］ ・インバータ出力停止出力電力Ｗ２＝３００［Ｗ］ ・基準受電電力Ｗ３ ＝１００［Ｗ］

【００２２】そして、ＣＰＵ１５が、図２に示したフロ
ーに従い、上記基準値（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）と、実測し
た受電電力Ｐ１及びインバータ出力電力Ｐ２とを比較
し、以下のようにインバータ７から出力される電力を制
御する。

【００２３】即ち、本実施形態の給電システムは、充電
モードから放電モードに切り替わると、受電電力計測器
６にて電力系統４からの受電電力Ｐ１が検出され、この
検出結果としての受電電力Ｐ１が電力監視回路３０に備
えたＣＰＵ１５に取り込まれる。なお、充電モードから
放電モードに切り替わった時点では、インバータ７はま
だ起動していない。

【００２４】ＣＰＵ１５は、受電電力Ｐ１を取り込む
と、図２のＳＴＥＰ１に示したように、受電電力Ｐ１が
インバータ出力起動受電電力Ｗ１（＝５００Ｗ）より大
きいか否かが判別される。この時点でインバータ７は出
力を行っていないから、受電電力Ｐ１が負荷電力そのも
のの大きさとなり、結果として、負荷電力がインバータ
出力起動受電電力Ｗ１（＝５００Ｗ）以上か否かが判別
される。ここで、負荷電力が小さい場合は、受電電力Ｐ
１がインバータ出力起動受電電力Ｗ１より小さくなり、
ＳＴＥＰ２に進み、インバータ７は出力が停止されたま
まとなる（図３のグラフにおいて、負荷＝０〜５００Ｗ
参照）。

【００２５】一方、負荷電力が大きい場合は、受電電力
Ｐ１がインバータ出力起動受電電力Ｗ１より大きくな
り、ＳＴＥＰ３に進み、インバータ７が出力を行う。こ
れに伴い、インバータ７が出力したインバータ出力電力
Ｐ２が検出されて、これがＣＰＵ１５に取り込まれる。
すると、ＣＰＵ１５は、図２のＳＴＥＰ４において、イ
ンバータ出力電力Ｐ２が、インバータ出力停止出力電力
Ｗ２（＝３００Ｗ）より大きいか否かを判別し、インバ
ータ７の出力電力が、インバータ出力停止出力電力Ｗ２
より大きいときには、ＳＴＥＰ６に進んで、受電電力Ｐ
１が基準受電電力Ｗ３（＝１００Ｗ）より大きいか否か
を判別する。そして、受電電力Ｐ１が基準受電電力Ｗ３
（＝１００Ｗ）より大きいときには、インバータ７の出
力電力を上げ（ＳＴＥＰ７）、小さいときにはインバー
タ７の出力電力を下げて（ＳＴＥＰ８）、受電電力Ｐ１
が基準受電電力Ｗ３（＝１００Ｗ）に一致するように制
御する。尚、インバータ出力がインバータの最大出力に
達すると、インバータ出力は、最大出力で一定となり、
受電電力が増加する。

【００２６】また、ＣＰＵ１５は、ＳＴＥＰ４におい
て、インバータ７の出力電力が、インバータ出力停止出
力電力Ｗ２より小さいと判断した場合には、ＳＴＥＰ５
に進んで、インバータ７の出力が停止される（ＳＴＥＰ
５）。

【００２７】このように本実施形態の給電システムによ
れば、インバータ７が起動してから、そのインバータ７
からの出力が最大になるまでは、電力系統４からの受電
電力が一定値（＝１００Ｗ）になるように制御されるか
ら（図３参照）、換言すれば、インバータ７が電力を出
力しているときには、電力系統４は必ず基準受電電力Ｗ
３（＝１００Ｗ）以上の電力を出力することとなり、電
力系統４がインバータ７から電力を受けて逆潮流するよ
うな事態が確実に防がれる。

【００２８】＜第２実施形態＞本実施形態の給電システ
ムは、図４に示されており、一対の交流電源装置２１，
２１を備える。これら交流電源装置２１，２１は、同一
の構成をなし、蓄電池１に連なるインバータ７の出力
を、電力系統４と負荷３との共通接続点に接続して備
え、電力系統４と協働して負荷３に給電する。各インバ
ータ７には、ＣＰＵ１６を備えたインバータ出力制御回
路１０が設けられ、このＣＰＵ１６からインバータ駆動
回路８に指令値を渡して、インバータ２に所定の電力を
出力させる。

【００２９】また、電力系統４から負荷３への出力ライ
ンの途中には、第１実施形態と同様の構成の電力測定器
６が接続されており、この電力測定器６の出力をデジタ
ルデータにしてＣＰＵ１６に取り込んでいる。さらに、
各交流電源装置２１のうちインバータ７からの出力部分
には、電力測定器９が接続されており、この電力測定器
９は、やはり電圧計と電流計とを備えて、それらの測定
値の積を電力として算出している。そして、この電力測
定器９の出力を、やはりデジタルデータにしてＣＰＵ１
６に取り込んでいる。

【００３０】さて、各交流電源装置２１，２１のＣＰＵ
１６に連なるＲＯＭ１６Ａには、下記にまとめた所定の
基準値（Ｗ１，Ｗ２。第１実施形態参照）が記憶されて
いる。 ・インバータ出力起動受電電力Ｗ１＝５００［Ｗ］ ・インバータ出力停止出力電力Ｗ２＝３００［Ｗ］

【００３１】ここで、第１実施形態では、基準受電電力
Ｗ３も所定値（＝１００［Ｗ」）に固定してＲＯＭに記
憶されていたが、本実施形態では、ＣＰＵ１６が、電力
測定器９にて検出したインバータ７の出力に基づき、基
準受電電力を逐一変更する構成となっている。そのため
に、ＲＯＭ１６Ａには、インバータ出力電力と、基準受
電電力とを予め対応づけたデータテーブルが記録されて
いる。このデータテーブルにおける、各インバータ出力
電力の値及び各基準受電電力の値は、互いに図５のグラ
フに示すように、インバータ出力電力と基準受電電力と
の間に成立する関係を満たすように設定されている。
尚、基準受電電力の設定値は、電力系統４から受電でき
る電力または契約電力の３〜５％の大きさとなるように
設定するのが好ましい。また、２つのインバータで設定
値に差があるのは、誤差であり、同じになるように装置
を構成した場合に、結果として生じた誤差が現れたもの
である。

【００３２】次に、上記構成からなる本実施形態の動作
を説明する。本実施形態の給電システムは、やはり、夜
間には充電モードとなり、電力系統４からの受電電力で
もって両交流電源装置２１，２１に備えた両蓄電池１，
１を充電する。ここで、各交流電源装置２１に備えた各
ＣＰＵ１６は、電力測定器６，９にて検出した受電電力
及びインバータ出力電力を値を取り込み、これらを第１
実施形態と同様に、図２に示したフローに従って、イン
バータ出力起動受電電力Ｗ１、インバータ出力停止出力
電力Ｗ２及び基準受電電力と比較し、インバータ７から
の出力を制御する。

【００３３】ところで、基準受電電力の設定値設定時の
誤差やインバータ回路特性のバラツキ等により、インバ
ータ出力電力と基準受電電力との関係がインバータによ
り異なる場合がある。本実施形態でも、図５に示すよう
に、２つのインバータで誤差が生じている。ところが、
本実施形態では、両インバータ７，７に設定された基準
受電電力は、インバータ出力電力に応じて逐一変更され
る。即ち、ＣＰＵ１６は、電力測定器９からインバータ
出力電力としての検出信号を受け、その検出信号に対応
した基準受電電力を、予め設定したデータテーブルから
取り出す。そして、電力系統４からの受電電力が基準受
電電力より下回らないように、インバータ７からの出力
を制御する。これにより、各インバータ７からの出力の
ばらつきをなくすことができる。

【００３４】このように本実施形態によれば、一対のイ
ンバータ７，７を備えた給電システムでも、各インバー
タの出力をバランスさせて、各蓄電池１，１の寿命の差
異を抑制すると共に、インバータ７の信頼性を向上させ
ることができる。

【００３５】なお、ＣＰＵ１６による制御方式として
は、例えばインバータ７が出力する電力が、小さくなる
程、基準受電電力を小さくする方式を採用してもよい。
この方式によれば、一方のインバータ７からの出力電力
が小さいと、そのインバータ７に係る基準受電電力がＣ
ＰＵ１６によって小さくされ、この結果、そのインバー
タからの出力が上がる。これにより、電力系統４からの
受電電力が下がり、すると、出力電力が大きい他方のイ
ンバータ７で、電力系統４からの受電電力が基準受電電
力より小さいと判断されて、そのインバータ７からの出
力が下げられる。これにより、出力電力が小さかったイ
ンバータ７からの出力は上がる一方、出力電力が大きか
ったインバータ７からの出力は下がり、各インバータ
７，７からの出力がバランスされる。

【００３６】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。 （１）前記第１及び第２実施形態では、基準受電電力及
び基準出力電力に関する情報をＲＯＭに記憶して設定し
ていたが、例えば分圧回路の出力電圧値として、設定し
てもよい。

【００３７】（２）前記第１及び第２実施形態の給電シ
ステムは、インバータ７によって、夜間は蓄電池１を充
電する構成であったが、蓄電池への充電機能を備えない
給電システムに本発明を適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の給電システムを示す
ブロック図

【図２】 その動作を示すフローチャート

【図３】 受電電力とインバータ出力と負荷電力と関係
を示すグラフ

【図４】 第２実施形態の給電システムを示すブロック
図

【図５】 インバータの特性のばらつきを示すグラフ

【図６】 インバータの特性のばらつきを示すグラフ

【図７】 従来の給電システムを示すブロック図

【図８】 複数の交流電源装置を備えた給電システムを
示すブロック図

【符号の説明】

１…蓄電池 ３…負荷 ４…電力系統 ６…電力測定器（系統電力検出手段） ７…インバータ ７Ａ，１０…インバータ出力制御回路（インバータ出力
制御手段） ９…電力測定器（インバータ出力電力検出手段） １５…ＣＰＵ（インバータ出力制御手段） １６…ＣＰＵ（インバータ出力制御手段、基準変更手
段） ２０，２１…交流電源装置 Ｐ１…受電電力 Ｗ３…基準受電電力

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄電池から電力を受けたインバータの出
   力を、電力系統とそれに連なる負荷との共通接続点に接
   続し、前記インバータと前記電力系統とが協働して前記
   負荷に給電する給電システムにおいて、 前記電力系統から受けた受電電力を検出する系統電力検
   出手段と、 前記系統電力検出手段から検出信号を受け、前記受電電
   力が、予め設定した基準受電電力より小さいときに、前
   記インバータからの出力を停止するインバータ出力制御
   手段とを備えたことを特徴とする給電システム。
2. 【請求項２】 蓄電池から電力を受けたインバータの出
   力を、電力系統とそれに連なる負荷との共通接続点に接
   続し、前記インバータと前記電力系統とが協働して前記
   負荷に給電する給電システムにおいて、 負荷電力を検出する負荷電力検出手段を備え、 前記負荷に対して前記電力系統から供給される電力と、
   前記負荷に対して前記インバータから供給される電力と
   の比率が一定の値になるように、前記インバータの出力
   を制御することを特徴とする給電システム。
3. 【請求項３】 蓄電池と前記蓄電池から電力を受けるイ
   ンバータとを備えた複数の交流電源装置を、電力系統と
   それに連なる負荷との共通接続点に並列接続し、前記交
   流電源装置と前記電力系統とが協働して負荷に給電する
   給電システムにおいて、 前記電力系統から受けた受電電力を検出する系統電力検
   出手段を備え、 前記各交流電源装置には、 前記系統電力検出手段から検出信号を受け、前記受電電
   力が、予め設定した基準受電電力を下回らないように、
   前記インバータの変換電力を制御するインバータ出力制
   御手段と、 前記インバータが出力した電力を検出するインバータ出
   力電力検出手段と、 前記インバータ出力電力検出手段から検出信号を受け、
   その検出信号に応じて前記基準受電電力を変更する基準
   変更手段とを備えたことを特徴とする給電システム。
4. 【請求項４】 前記基準変更手段は、前記インバータが
   出力する電力が、小さくなる程、前記基準受電電力を小
   さくするように動作することを特徴とする請求項３記載
   の給電システム。