JP2007028735A - 分散電源システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】急峻な需要変動や分散電源の出力変動による逆潮流を防止し、かつ、分散電源が有する単独運転防止機能を阻害することなく、電力系統と分散電源との連系を実現する分散電源システムを提供することにある。
【解決手段】分散電源装置１を利用する分散電源システムにおいて、分散電源装置１と電力ネットワーク３との連系を行なう分散電源連系装置４を有する。分散電源連系装置４は、電力需要部２に対する有効電力に基づいて、電気エネルギー蓄積部４４の充放電を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力ネットワーク及び分散電源による電力供給の調整を実現するための分散電源システムに関する。

近年、太陽光発電装置や小規模燃料電池（家庭用燃料電池）などの個別的な電源装置の開発により、従来の電力ネットワーク（電力会社による電力系統）からの電力供給以外に、太陽光発電装置や小規模燃料電池を使用する分散電源が注目されている。

ところで、分散電源は、それを保有する需要家（例えば一般家庭）の電力エネルギー調達コストを最小にする目的で設置される。この場合、電力系統側の運用を阻害することがない様に、分散電源を含む需要家の連系点（電力系統と分散電源との接続点）から電力系統側へ電力が出力されること（逆潮流と呼ばれる）がないように運用する必要がある。また、分散電源の出力変動や起動・停止に伴う電力系統への影響を極力小さくするために、分散電源と電力系統を接続して連系させる場合に、分散電源連系装置が用いられる。

分散電源連系装置には、分散電源と電力系統の間に直列に接続される装置（直列型連系装置）や、分散電源と電力系統との連系点に並列に接続される装置（並列型連系装置）がある。

一般的に、直列型連系装置は、分散電源の電気的な影響が直接電力系統側に伝わらないようにするため、交直変換器と直流回路で構成される装置が使用される。また、電力変動を緩和するために、電気エネルギーを蓄積あるいは放出する装置が直流回路に接続された装置もある（例えば、特許文献１〜４を参照）。一方、並列型連系装置は、分散電源の出力変動や起動時の電圧低下を防止するため、交流側で有効電力や無効電力の放出・吸収を行い、電力系統側へ伝わる影響を最小化する装置である。この装置は主として交直変換器と２次電池やコンデンサから構成される（例えば、特許文献５，６を参照）。
特開平１１−１２７５４６号公報 特開２００２−１７０４４号公報 特開２００２−２１８６５４号公報 特開２００４−３６９４０６号公報 特開２００１−３２７０８０号公報 特開２００４−１８０４６７号公報

前述したように、分散電源としては、太陽光発電や小規模燃料電池等が注目されている。しかし、太陽光発電は、太陽光という自然エネルギーを利用するため、出力の調整が容易でない問題がある。また、小規模燃料電池は、性能上、急峻な需要変動には追従できない問題がある。

このような分散電源を多量に電力系統に接続しようとすると、前者の分散電源では、逆潮の発生によって電力供給の電流の向きが不確実となるための保護上の問題や、電圧を基準値に維持することが困難となるなどの問題がある。後者の場合には、負荷追従できない分は電力系統から供給されることになり、負荷電流の相対的変化（常時流れている負荷電流に対する過渡的変化量の割合）が増大し、同様に電圧を基準値に維持することが困難となる。このような問題があるため、分散電源の導入は容易ではない。

前述の分散電源連系装置は、主として長周期の電力変動に対応したものであり、急峻な需要変動による逆潮流を防止できないことや、既設の分散電源の直流回路に電気エネルギーの蓄積装置を後から取り付けることは設計上対応していないことが多く、技術的に困難な場合や多大な費用がかかる場合がある。

また、分散電源に関しては、一部の需給エリアが電力供給ネットワークから切り離された際に、感電や火災等の二次被害を防止する保安上の理由で、分散電源が切り離された需給エリア内で配電線を介して負荷に電力を供給し続けること（単独運転と呼ばれる）なく速やかに停止できるよう単独運転防止装置の設置が義務付けられているが、新たな分散電源連系装置の付加により、これら機能が阻害されることは絶対に避けなければならない。

そこで、本発明の目的は、急峻な需要変動や分散電源の出力変動による逆潮流を防止し、かつ、分散電源が有する単独運転防止機能を阻害することなく、電力系統と分散電源との連系（電力供給の調整）を実現する分散電源システムを提供することにある。

本発明の観点に従った分散電源システムは、電力系統または分散電源装置からの電力を蓄積し、充放電可能な電力蓄積手段と、前記電力系統と前記分散電源装置の接続点と電力需要側との間に配置された電気量検出手段と、前記電気量検出手段による前記接続点での有効電力の検出結果に基づいて、前記電力蓄積手段の充放電を制御する電力変換制御手段とを備えた構成である。

本発明によれば、急峻な需要変動や分散電源の出力変動による逆潮流を防止し、かつ、分散電源が有する単独運転防止機能を阻害することなく、電力系統と分散電源との連系（電力供給の調整）を実現する分散電源システムを提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
（システムの構成）
図１は、本実施形態に関する分散電源システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、分散電源システムは大別して、分散電源装置１と、電力需要部２と、電力ネットワーク３と、分散電源連系装置４とから構成されている。

分散電源装置１は、太陽光発電を行なう太陽光電池パネル１０、交直変換器１１、交直変換器制御装置１２、交流電圧・電流検出器１３、及び連系用遮断器１４を有する。交直変換器１１は、太陽光電池パネル１０により発電される直流電力を交流電力に変換する。交直変換器制御装置１２は、交流電圧・電流検出器１３により計測された交直変換器１１の出力端の交流電圧及び交流電流を入力信号として、交直変換器１１の出力電圧の大きさと位相を決定し、半導体素子のゲート信号を出力して交直変換器１１を制御する。

このような構成により、分散電源装置１は、太陽光電池パネル１０により発生された直流電力を交直変換器１１で交流電力（Ｐ１）に変換し、連系用遮断器１４を介して出力する。なお、本実施形態は、分散電源として太陽光電池を想定しているが、これ以外の小規模燃料電池や、風力発電装置などの電源でもよい。

電力需要部２は、例えば一般住宅などの需要家負荷であり、具体的には家電器類２０、電灯・照明２１、調理器類２２および冷・暖房２３などを含む。電力需要部２は、電力ネットワーク３または分散電源装置１からの電力（Ｐ２）を消費する。

分散電源連系装置４は、分散電源装置１と電力ネットワーク３との連系（電力供給の調整又は調和）を行なう装置である。分散電源連系装置４は、電力ネットワーク３の電力系統に接続された連系用開閉器４０、電気量検出部４１、電力変換部４２、電力変換制御部４３、及び電気エネルギー蓄積部４４を有する。

電気量検出部４１は、連系用遮断器１４と連系用開閉器４０との間に接続されて、交流電圧及び交流電流を検出する。電力変換部４２は、交流電圧／交流電流検出器４２０、及び交直変換器４２１を有する。交流電圧／交流電流検出器４２０は、交直変換器４２１の出力端の交流電圧及び交流電流を検出する。交直変換器４２１は、電気エネルギー蓄積部４４から出力される直流電力を交流電力に変換する。

電気エネルギー蓄積部４４は、電圧／電流検出器４４０、及び充放電可能な２次電池４４１を有する。電圧／電流検出器４４０は、２次電池４４１の出力端の直流電圧及び直流電流を検出する。

（電力変換制御部４３の要部）
図２は、電力変換制御部４３の要部を示すブロック図である。

電力変換制御部４３は、図２に示すように、潮流方向判定部４３０、電圧レベル判定部４３１、充放電動作判断部４３２、充放電指令生成部４３３、交直変換器制御部４３４、及びゲート信号生成部４３５を有する。ここで、潮流方向判定部４３０、電圧レベル判定部４３１、充放電動作判断部４３２、及び充放電指令生成部４３３は、マイクロコンピュータ及びソフトウェアにより実現される。

潮流方向判定部４３０は、電気量検出部４１からの交流電圧及び交流電流の検出結果（電圧・電流情報）に基づいて、有効電力と無効電力を算出し、有効電力Ｐｂの方向を判定する。ここで、有効電力Ｐｂの方向として、電力ネットワーク３から分散電源装置１及び電力需要部２への方向を正方向とし、その逆を負方向と定義する。

電圧レベル判定部４３１は、２次電池４４１の直流電圧と予め設定された基準電圧レベルとを比較し、当該比較結果を充放電動作判断部４３２に出力する。充放電動作判断部４３２は、潮流方向判定部４３０による有効電力Ｐｂの方向及び電圧レベル判定部４３１の判定結果に基づいて、２次電池４４１に対する充電動作または放電動作を決定する。

充放電指令生成部４３３は、充電動作または放電動作の動作決定信号に応じた充電指令信号または放電指令信号を生成して交直変換器制御部４３４に出力する。交直変換器制御部４３４は、交流電圧／交流電流検出器４２０からの検出値及び充放電指令信号に基づいて、交直変換器４２１の出力電圧の大きさと位相を決定し、ゲート信号生成部４３５に送る。ゲート信号生成部４３５は、交直変換器４２１の半導体素子へのゲート信号を生成し、交直変換器４２１へ送る。

（第１の実施形態の作用効果）
以下、図３から図５を参照して、本実施形態の作用効果を説明する。

分散電源装置１は、太陽光電池パネル１０から太陽光の照射量に応じて直流電力を発生する。交直変換器１１は、直流電力を交流電力に変換し、連系用遮断器１４を介して電力ネットワーク３及び電力需要部２に電力Ｐ１を供給する。ここで、交直変換器制御装置１２は、前述したように、交直変換器１１の出力電圧の大きさと位相を決定し、半導体素子のゲート信号を出力して交直変換器１１を制御する。

このような分散電源装置１により、電力ネットワーク３からの電力供給の調整を行なうことができる。しかしながら、太陽光発電を利用した分散電源装置１では、太陽光の照射量に応じて交流電力の出力が変動する。例えば、雲により太陽光の一部が遮られて、太陽光電池パネル１０に影ができると、その部分の直流電力の発生量が減少し、交流電力の出力が低下する。逆に、雲がなくなり太陽光の照射量が増大すると、太陽光電池パネル１０の直流電力の電圧発生量が増大するため、交流電力の出力も増加する。

図３は、太陽光発電を利用した分散電源装置１において、１日の電力出力状態の一例を示したものである。図３に示すように、日の出とともに電力出力が上昇し、日中は雲による影の状態に応じて電力出力の低下が発生し、日没までに電力出力が徐々に低下する。

図４は、一般住宅での１日の電力需要状況の一例を示す図である。即ち、一般住宅では、使用する電気機器類などにより、図４に示すように、電力需要の変動がある。例えば、調理器類２２の負荷は、朝、昼、夜の食事準備時間帯に電力消費する。また、例えば冷暖房２３は、住宅に人がいる時間帯で、気温の増減に応じて電力消費量が増減する。さらに、電灯・照明２１においては、昼間の電力消費が天気に応じて増減し、夜間は照明器具の使用状況に応じた電力消費となる。これ以外の家電器類２０は、住人のライフスタイルや電気用品の使い方により電力消費量が増減する。

図４に示す具体例では、夜間は冷暖房と一部の照明のみ、朝昼晩の食事準備では消費電力が増加している。日中の照明は最小限であり、家族の殆どは出かけているため電力消費は低めである。また、夕方の買物等で住宅に1人もいない午後１５〜１６時帯は待機電力のみまで低下し、夜１８時以降は家族全員が揃い、住宅全ての部屋で電力消費があるので最大需要となる傾向がある。

（分散電源連系装置４の動作）
以下主として図１、図２及び図５のフローチャートを参照して、分散電源連系装置４の動作を説明する。

分散電源連系装置４は、分散電源（太陽光発電）装置１による有効電力出力Ｐ１と、電力需要部２の消費電力Ｐ２との差「Ｐ１−Ｐ２」が負の場合は、電力ネットワーク３から電力需要の不足分の電力Ｐ３の供給を受ける。

一方、差「Ｐ１−Ｐ２」が正の場合は、電力ネットワーク３へ電力が送られる状態（逆潮流）となる。逆潮流の状態では、電力ネットワーク３の電圧が上昇することになり、電力ネットワーク３の電圧状態管理に影響を及ぼす。また、太陽光発電の性質上、太陽光の照射量により、分散電源装置１の有効電力出力が増減する。このため、電力需要部２での消費電力との関係で、電力ネットワーク３から電力を受けたり、逆に電力を送るといった電力変動が発生し、それに起因した電圧変動が発生する。極端な場合には、電圧フリッカ現象が発生して、近隣の電力需要部（近隣の一般住宅など）の照明のちらつきなどの悪影響が生ずることがある。

ここで、分散電源装置１の交直変換器制御装置１２は、電力ネットワーク３に障害が発生して安定レベルの電力供給が不可能になった場合に、電力ネットワーク３からの電源周波数の低下を検知する。分散電源連系装置４は、分散電源装置１からの電力供給により、電力ネットワークに障害が発生した場合の単独運転防止機能を実現する。

分散電源連系装置４では、電気量検出手段４１は、交流電圧と交流電流を検出し、それらの交流電圧・電流情報を電力変換制御部４３に送る。また、電圧／電流検出器４４０は、２次電池４４１の出力端の直流電圧及び直流電流を検出し、それらの直流電圧・電流情報を電力変換制御部４３に送る。さらに、交流電圧／交流電流検出器４２０は、交直変換器４２１の出力端の交流電圧及び交流電流を検出し、それらの交流電圧・電流情報を電力変換制御部４３に送る。

これらの情報を受けて、電力変換制御部４３は、図５のフローチャートに示すような手順の処理を実行する。

即ち、潮流方向判定部４３０は、電気量検出手段４１からの交流電圧・電流情報に基づいて有効電力・無効電力を算出し、有効電力Ｐｂの方向を判定する（ステップＳ１）。有効電力Ｐｂの方向として、電力ネットワーク３から分散電源装置１及び電力需要部２の方向を正方向とし、その逆を負方向と定義する。潮流方向判定部４３０は、算出した有効電力Ｐｂの値に正方向又負方向を示す符号を付加して、充放電動作判断部４３２に送る。

また、電圧レベル判定部４３１は、電圧／電流検出器４４０からの直流電圧・電流情報に基づいて２次電池４４１の直流電圧（直流出力電圧）Edc を算出し、予め設定された基準電圧レベルEdLVと比較する（ステップＳ２）。

電圧レベル判定部４３１は、比較結果が「Edc≧EdLV」ならば信号１を充放電動作判断部４３２に送り、比較結果が「Edc＜EdLV」ならば信号−１を充放電動作判断部４３２に送る。

充放電動作判断部４３２は、２次電池４４１の直流電圧Edcが基準電圧レベルEdLV以上の場合（Edc≧EdLV）、有効電力Ｐｂの方向が正方向であれば放電動作と決定し、それを指示する動作決定信号及び有効電力Ｐｂの値を充放電指令生成部４３３に出力する（ステップＳ３のＹＥＳ、Ｓ４の正、Ｓ５のＮＯ、Ｓ６）。ここで、有効電力Ｐｂの方向が正方向でも、その有効電力Ｐｂの値が予め設定された最小値Ｐｂmin以下である場合には、充放電動作判断部４３２は、充放電動作不要の信号を充放電指令生成部４３３に送る（ステップＳ５のＹＥＳ、Ｓ７）。

なお、充放電動作判断部４３２は、有効電力Ｐｂの方向が負方向であれば充電動作と決定し、それを指示する動作決定信号及び有効電力Ｐｂの値を充放電指令生成部４３３に出力する（ステップＳ４の負、Ｓ１１）。

一方、充放電動作判断部４３２は、２次電池４４１の直流電圧Edcが基準電圧レベルEdLV未満の場合（Edc＜EdLV）、有効電力Ｐｂの方向が負方向であれば充電動作と決定し、それを指示する動作決定信号及び有効電力Ｐｂの値を充放電指令生成部４３３に出力する（ステップＳ３のＮＯ、Ｓ８の負、Ｓ９）。また、２次電池４４１の直流電圧Edcが基準電圧レベルEdLV未満の場合で、有効電力Ｐｂの方向が正方向の場合には、充放電動作判断部４３２は、充放電動作不要の信号を充放電指令生成部４３３に送る（ステップＳ８の正、Ｓ１０）。

充放電指令生成部４３３は、動作決定信号が放電動作である場合は、有効電力Ｐｂの値以下の放電指令信号を生成し、交直変換器制御部４３４に出力する。また、充放電指令生成部４３３は、動作決定信号が充電動作である場合は、有効電力Ｐｂの値以上の充電指令信号を生成し、交直変換器制御部４３４に出力する。さらに、充放電指令生成部４３３は、動作決定信号が充放電動作不要の信号の場合には、充放電指令信号を０として交直変換器制御部４３４に出力する。

交直変換器制御部４３４は、充放電指令信号に応じて、交直変換器４２１の出力電圧の大きさと位相を決定し、ゲート信号生成部４３５に送る。ゲート信号生成部４３５は、交直変換器４２１の半導体素子へのゲート信号を生成して出力する。これにより、電気エネルギー蓄積部４４での２次電池４４１の充放電を制御することができる。

ここで、交流電圧／交流電流検出器４２０は、交直変換器４２１の出力端の交流電圧及び交流電流を検出し、それらの交流電圧・電流情報を交直変換器制御部４３４に出力している。交直変換器制御部４３４は、当該交流電圧・電流情報及び充放電指令信号に従って、放電動作の場合には、２次電池４４１の電気エネルギーを交流電力として放電するように制御する。逆に充電動作の場合には、交直変換器制御部４３４は、電力需要部２から電力ネットワーク３へ流れる有効電力Ｐｂを２次電池４４１の電気エネルギーとして充電するように制御する。また、充放電指令信号が０の場合には、交直変換器制御部４３４は、交直変換器４２１の出力電力が０となるように制御する。

以上のように本実施形態によれば、有効電力Ｐｂの方向が正方向、即ち電力ネットワーク３から分散電源装置１及び電力需要部２の方向の場合には、２次電池４４１から電力を放電させて、電力需要部２への電力供給を増大させることができる。但し、この場合、２次電池４４１の直流電圧Edcが基準電圧レベルEdLV以上であることが望ましい。

一方、有効電力Ｐｂの方向が負方向、即ち電力ネットワーク３へ電力が送られる場合（逆潮流）には、当該有効電力Ｐｂを２次電池４４１の電気エネルギーとして充電させて、逆潮流を抑制することができる。従って、逆潮流により電力ネットワーク３に発生する悪影響を、未然に回避することができる。

以上要するに、本実施形態の分散電源連系装置４によれば、電力ネットワーク３から電力需要部２に供給される有効電力の方向と値に基づいて、電気エネルギー蓄積部４４の２次電池４４１の充放電を制御することにより、電力ネットワーク３からの電力供給の調整及び逆潮流の抑制を実現することができる。従って、電力ネットワーク３の運用、保護、制御に対して悪影響を及ぼさないようにすることが可能となる。

［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態に関する電力変換制御部４３の要部を示すブロック図である。

本実施形態の電力変換制御部４３は、図６に示すように、潮流方向判定部４３０、充電動作判断部４３６、充電指令生成部４３７、交直変換器制御部４３４、及びゲート信号生成部４３５を有する。なお、分散電源システムの構成については、図１に示す第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。また、図２に示す第１の実施形態に関する電力変換制御部４３における同一構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態の電力変換制御部４３では、充電動作判断部４３６は、前述したように、潮流方向判定部４３０から有効電力Ｐｂの方向が負方向であることを示す符号及び値を受け取ると、充電動作を決定する。充電動作判断部４３６は、放電動作を指示する動作決定信号及び有効電力Ｐｂの値を充電指令生成部４３７に出力する。ここで、有効電力Ｐｂの方向が正方向の場合には、充電動作判断部４３６は、放電動作不要の信号を充電指令生成部４３７に出力する。

充電指令生成部４３７は、動作決定信号が充電動作である場合は、有効電力Ｐｂの値以上の充電指令信号を生成し、交直変換器制御部４３４に出力する。さらに、充電指令生成部４３７は、動作決定信号が充電動作不要の信号の場合には、充放電指令信号を０として交直変換器制御部４３４に出力する。

交直変換器制御部４３４は、充電動作（充電指令信号が０より大きい数値）の場合は、電力需要部２から電力ネットワーク３へ流れる有効電力Ｐｂを２次電池４４１の電気エネルギーとして充電するように制御する。また、充電指令信号が０の場合には、交直変換器制御部４３４は、交直変換器４２１の出力電力が０となるように制御する。

以上のようして、有効電力Ｐｂの方向が負方向、即ち電力ネットワーク３へ電力が送られる場合（逆潮流）には、当該有効電力Ｐｂを２次電池４４１の電気エネルギーとして充電させて、逆潮流を抑制することができる。従って、逆潮流により電力ネットワーク３に発生する悪影響を、未然に回避することができる。特に、交直変換器４２１としてインバータを使用すると、その制御は１０ｍｓ程度と非常に高速に実施できるので、電力ネットワーク３における配電線の潮流反転（潮流、即ち電流の流れる向きが反転する）や配電線の電圧変動も抑制することができる。

［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態に関する電力変換制御部４３の要部を示すブロック図である。

本実施形態の電力変換制御部４３は、図７に示すように、潮流方向判定部４３０、充電動作判断部４３６、充電指令生成部４３７、交直変換器制御部４３４、ゲート信号生成部４３５、及び受電電力設定部４３８を有する。なお、分散電源システムの構成については、図１に示す第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。また、図６に示す第２の実施形態に関する電力変換制御部４３における同一構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態の電力変換制御部４３では、受電電力設定部４３８は、電力ネットワーク３から受電する電力値（Ｐ３ｒｅｆ）をダイヤル設定やスイッチ切換あるいは数値入力、または、外部からの信号によって設定されると、その電力値を充電動作判断部４３６に送る。

充電動作判断部４３６は、下記式（１）により、分散電源連系装置４の有効電力Ｐａを算出する。

Ｐａ＝−Ｐｂ＋Ｐ３ｒｅｆ…（１）
充電動作判断部４３６は、有効電力Ｐａの方向が正方向である場合には充電動作と決定し、動作決定信号と有効電力Ｐａの値を充電指令生成部４３７に送る。また、充電動作判断部４３６は、有効電力Ｐａの方向が負方向である場合には充電動作不要と決定し、当該充電動作不要の信号を充電指令生成部４３７に送る。

充電指令生成部４３７は、動作決定信号が充電動作である場合には、有効電力Ｐａの充電指令信号を生成し、交直変換器制御部４３４に出力する。また、充電指令生成部４３７は、動作決定信号が充電動作でない場合には、充電指令信号を０にして、交直変換器制御部４３４に送る。

以上のように、前述の第２の実施形態と同様に、有効電力Ｐａの方向が正方向、即ち電力ネットワーク３へ電力が送られる場合（逆潮流）には、当該有効電力Ｐａを２次電池４４１の電気エネルギーとして充電させて、逆潮流を抑制することができる。また、分散電源連系装置４を含む分散電源装置１と電力需要部２の全体は、電力ネットワーク３からの一定量以上の電力供給（Ｐ３）を受けるように制御されている。従って、分散電源連系装置４を含む分散電源装置１と電力需要部２の全体は、配電線が上位系統から遮断された場合、電力ネットワーク３からの電力供給がなくなり、電力需要部２の消費電力と分散電源１の電力出力とがアンバランスとなるため、周波数が低下して分散電源が直ちに停止させることができる単独運転防止機能を実現できる。

［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態に関する電力変換制御部４３の要部を示すブロック図である。

本実施形態の電力変換制御部４３は、図８に示すように、潮流方向判定部４３０、充放電動作判断部４３２、充放電指令生成部４３３、交直変換器制御部４３４、ゲート信号生成部４３５、及び受電電力設定部４３８を有する。なお、分散電源システムの構成については、図１に示す第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。また、図２に示す第１の実施形態に関する電力変換制御部４３における同一構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

前述の第３の実施形態と同様に、本実施形態の電力変換制御部４３では、受電電力設定部４３８は、電力ネットワーク３から受電する電力値（Ｐ３ｒｅｆ）をダイヤル設定やスイッチ切換あるいは数値入力、または、外部からの信号によって設定されると、その電力値を充放電動作判断部４３２に送る。一方、前述の第１の実施形態と同様に、潮流方向判定部４３０は、有効電力Ｐｂの方向を判定し、電力ネットワーク３から分散電源１及び電力需要部２の方向を正方向とし、その逆を負方向として、充放電動作判断部４３２に送る。

充放電動作判断部４３２は、前記式（１）により、分散電源連系装置４の有効電力Ｐａを算出し、有効電力Ｐａの方向が正方向である場合には充電動作と決定し、動作決定信号と有効電力Ｐａの値を充放電指令生成部４３３に送る。また、充電動作判断部４３２は、有効電力Ｐａの方向が負方向である場合には放電動作と決定し、動作決定信号と有効電力Ｐａの値を充放電指令生成部４３３に送る。ここで、充電動作判断部４３２は、有効電力Ｐａの方向が負方向で、その絶対値が予め設定された最小値Ｐａmin以下である場合には、充放電動作不要の信号を充放電指令生成部４３３に送る。

充放電指令生成部４３３は、動作決定信号が充電動作である場合には、有効電力Ｐａの充電指令信号を生成し、交直変換器制御部４３４に出力する。また、充放電指令生成部４３３は、動作決定信号が放電動作である場合には、有効電力Ｐａの放電指令信号を生成し、交直変換器制御部４３４に出力する。さらに、充放電指令生成部４３３は、動作決定信号が充放電動作不要の場合には、充放電指令信号を０にして、交直変換器制御部４３４に送る。

以上のようにして、本実施形態の分散電源連系装置４を含む分散電源装置１と電力需要部２の全体によれば、電力ネットワーク３から電力需要部２に供給される有効電力の方向と値に基づいて、電気エネルギー蓄積部４４の２次電池４４１の充放電を制御することにより、電力ネットワーク３からの電力供給の調整及び逆潮流の抑制を実現することができる。従って、電力ネットワーク３の運用、保護、制御に対して悪影響を及ぼさないようにすることが可能となる。

また、分散電源連系装置４を含む分散電源装置１と電力需要部２の全体は、電力ネットワーク３からの一定量以上の電力供給（Ｐ３）を受けるように制御されている。従って、分散電源連系装置４は、配電線が上位系統から遮断された場合、電力ネットワーク３からの電力供給がなくなり、電力需要部２の消費電力と分散電源１の電力出力とがアンバランスとなるため、周波数が低下して分散電源が直ちに停止させることができる単独運転防止機能を実現できる。

［第５の実施形態］
図９は、第５の実施形態に関する電力変換制御部４３の要部を示すブロック図である。

本実施形態の電力変換制御部４３は、図９に示すように、潮流方向判定部４３０、充電動作判断部４３６、充電指令生成部４３７、受電電力設定部４３８、放電動作判断部４３９、放電指令生成部５００、充放電指令切換部５１０、放電時間帯確認部５２０、放電時間帯設定部５３０、及び時刻カウンタ５４０を有する。さらに、電力変換制御部４３は、交直変換器制御部４３４及びゲート信号生成部４３５を有する。

なお、分散電源システムの構成については、図１に示す第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。また、図２に示す第１の実施形態に関する電力変換制御部４３における同一構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態の電力変換制御部４３では、充電動作判断部４３６及び放電動作判断部４３９はそれぞれ、潮流方向判定部４３０から有効電力Ｐｂの正方向又は負方向を示す符号及び値を受け取る。また、充電動作判断部４３６及び放電動作判断部４３９はそれぞれ、受電電力設定部４３８から、電力ネットワーク３から受電する電力値（Ｐ３ｒｅｆ）をダイヤル設定やスイッチ切換あるいは数値入力、または、外部からの信号によって設定される。

充電動作判断部４３６は、前記式（１）により分散電源連系装置４の有効電力Ｐａを算出し、有効電力Ｐａの向きが正方向である場合には充電動作と決定し、動作決定信号と有効電力Ｐａの値を充電指令生成部４３７に送る。また、充電動作判断部４３６は、有効電力Ｐａの向きが負方向の場合には、充電動作不要の信号を充電指令生成部４３７に送る。

充電指令生成部４３７は、動作決定信号が充電動作である場合には、有効電力Ｐａの充電指令信号を生成し、充放電指令切換部５１０に送る。充電指令生成部４３７は、動作決定信号が充電動作不要の場合には、充電指令信号を０にして、充放電指令切換部５１０に送る。

一方、放電動作判断部４３９は、前記式（１）により分散電源連系装置４の有効電力Ｐａを算出し、有効電力Ｐａの向きが負方向である場合には放電動作と決定し、動作決定信号と有効電力Ｐａの値を放電指令生成部５００に送る。また、放電動作判断部４３９は、有効電力Ｐａの向きが正方向の場合には、放電動作不要の信号を放電指令生成部５００に送る。

放電指令生成部５００は、動作決定信号が放電動作である場合には、有効電力Ｐａの放電指令信号を生成し、充放電指令切換部５１０に送る。放電指令生成部５００は、動作決定信号が放電動作不要の場合には、放電指令信号を０にして、充放電指令切換部５１０に送る。

放電時間帯設定部５３０は、分散電源連系装置４が放電を開始する放電開始時刻、及び放電を終了する放電終了時刻を、ダイヤル設定やスイッチ切換あるいは数値入力、または、外部からの信号によってそれぞれ設定されると、それらを放電時間帯確認部５２０に送る。また、時刻カウンタ５４０は、地域の標準時刻と同期した時刻をカウントし、現在時刻を放電時間帯確認部５２０に送る。

放電時間帯確認部５２０は、現在時刻、放電開始時刻、放電終了時刻を確認し、現在時刻が放電開始時刻と放電終了時刻の時間帯の範囲内であれば、放電時間帯であると判断し、放電指令を優先する信号を充放電指令切換部５１０に送る。一方、現在時刻が放電開始時刻と放電終了時刻の時間帯の範囲外であれば、放電時間帯確認部５２０は、放電時間帯ではないと判断し、充電指令を優先する信号を充放電指令切換部５１０に送る。

充放電指令切換部５１０は、放電時間帯確認部５２０の優先信号に従って、優先信号が充電指令を優先する信号であれば、充電指令信号を交直変換器制御部４３４に送る。また、充放電指令切換部５１０は、優先信号が放電指令を優先する信号であれば、放電指令信号を交直変換制御部４３４に送る。

以上のようにして、交直変換器制御部４３４は、充放電指令切換部５１０から充電指令信号または放電指令の一方を優先して受け取る。これにより、交直変換器制御部４３４は、前述の第１の実施形態と同様に、放電動作の場合は、２次電池４４１の電気エネルギーを交流電力として放電するように制御する。逆に充電動作の場合は、交直変換器制御部４３４は、電力需要部２から電力ネットワーク３へ流れる有効電力を２次電池４４１の電気エネルギーとして充電するように制御する。

以上要するに本実施形態によれば、太陽光発電のように昼間のみ発電するような分散電源１では、昼間は一定量以上の供給を電力ネットワーク３から受けるように電力変換部４２を制御して電気エネルギー蓄積部４４に充電する。一方、分散電源１が停止する夜間に一定量以上の電力を電力ネットワーク３から供給されつつ、電気エネルギー蓄積部４４からも電力需要部２に供給するので、充放電回数は大幅に削減され、電気エネルギー蓄積部４４の寿命を改善することが可能となる。その他の方式の分散電源においても、停止あるいは出力を絞り込むような時間帯において電気エネルギー蓄積部４４を放電して、電力需要部２に電力を供給すれば同様の効果が得られる。

［第６の実施形態］
図１０は、第６の実施形態に関する分散電源システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態の分散電源システムは、図１０に示すように、電気エネルギー蓄積部４４の蓄積状態監視部４５及び分散電源並列・解列制御部（以下単に並列・解列制御部と表記する）４６を含む分散電源連系装置４を備えた構成である。なお、他の構成については、前述の図１に示す第１の実施形態と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。

なお、本実施形態の分散電源連系装置４に含まれる電力変換制御部４３は、前述の図２、図６〜図９に示す第１の実施形態から第５の実施形態に関する電力変換制御部のいずれにも適用できる。

（作用効果）
本実施形態の分散電源連系装置４では、蓄積状態監視部４５は、電気エネルギー蓄積部４４の電圧・電流検出器４４０から、２次電池４４１の電圧および電流検出値を取り込み、それらの積算値から充放電用電力を算出する。さらに、蓄積状態監視部４５は、当該時間積算値から電気エネルギー蓄積部４４の充電エネルギー量を算出する。蓄積状態監視部４５は、当該充電エネルギー量が予め設定された基準量の上限レベルを超えた場合には、充電エネルギー超過信号をオフからオンにして、電力変換制御部４３及び並列・解列制御部４６のそれぞれに送る。

並列・解列制御部４６は、充電エネルギー超過信号がオフからオンになった場合に、分散電源１の交直変換器制御部１２に停止信号を送る。あるいは、並列・解列制御部４６は、連系用遮断器１４の開放信号を出力する。一方、電力変換制御部４３は、充電エネルギー超過信号がオフからオンになった場合に、充電動作を停止するためのゲート信号を電力変換部４２の交直変換器４２１に送る。

この後に、電力変換制御部４３は、分散電源１の停止あるいは連系用遮断器１４の開放状態を示す信号を受信すると、電気エネルギー蓄積部４４を放電させるための放電動作を行うためのゲート信号を交直変換器４２１に送る。

次に、蓄積状態監視部４５は、電気エネルギー蓄積部４４の充電エネルギーが放電されて、充電エネルギー量が予め設定した基準量の下限レベル以下になった場合には、充電エネルギー超過信号をオンからオフにして、電力変換制御部４３及び並列・解列制御部４６のそれぞれに送る。

並列・解列制御部４６は、充電エネルギー超過信号がオンからオフになった場合に、分散電源１の交直変換器制御装置１２に起動信号を送る。あるいは、並列・解列制御部４６は、連系用遮断器１４の投入信号を出力する。一方、電力変換制御部４３は、充電エネルギー超過信号がオンからオフになった場合に、放電動作を停止するためのゲート信号を電力変換部４２の交直変換器４２１に送る。この後に、電力変換制御部４３は、分散電源１の起動あるいは連系用遮断器１４の投入状態を示す信号を受信すると、充放電動作を行うためのゲート信号を交直変換器４２１に送る。

以上のように本実施形態によれば、電気エネルギー蓄積部４４の充電量を監視することにより、一定レベル量以上の充電量になるとそれ以上の充電ができなくなるため、分散電源１へ解列信号を送ることにより、分散電源１を停止またはシステムから切り離す。これにより、電力ネットワーク３側への逆潮流を防止することができる。

また、分散電源１を停止またはシステムから切り離した後に、電力ネットワーク３からの供給と電気エネルギー蓄積部４４の充電電力を利用して電力需要部２に供給して、電気エネルギー蓄積部４４の充電量が一定レベル以下に達したところで、再度、分散電源１を起動またはシステムに接続する。これにより、分散電源１を再び有効活用することが可能となる。

なお、第１から第６の実施形態において、分散電源連系装置４に含まれる電力変換制御部４３、蓄積状態監視部４５、及び並列・解列制御部４６は、コンピュータ及びプログラムにより実現される構成でもよい。プログラムは、コンピュータにより制御されるハードディスクドライブ、ＩＣメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの記録媒体に格納される。

さらに、分散電源装置１としては、太陽光発電や小規模燃料電池だけでなく、風力発電等の自然エネルギー発電装置にも適用できる。また、電力需要部２としては、一般住宅の需要家だけでなく、集合住宅、工場、ビル等の様々な電力需要家に対しても適用できるものである。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に関するシステムの構成を示すブロック図。 本実施形態に関する電力変換制御部の要部を示すブロック図。 本実施形態に関する分散電源装置１の電力出力状態の一例を示す図。 本実施形態の作用効果に関して、一般住宅での１日の電力需要状況の一例を説明するための図。 本実施形態に関する電力変換制御部の動作を説明するためのフローチャート。 第２の実施形態に関する電力変換制御部の要部を示すブロック図。 第３の実施形態に関する電力変換制御部の要部を示すブロック図。 第４の実施形態に関する電力変換制御部の要部を示すブロック図。 第５の実施形態に関する電力変換制御部の要部を示すブロック図。 第６の実施形態に関するシステムの構成を示すブロック図。

符号の説明

１…分散電源装置、２…電力需要部、３…電力ネットワーク、
４…分散電源連系装置、１０…太陽光電池パネル、１１…交直変換器、
１２…交直変換器制御装置、１３…交流電圧・電流検出器、１４…連系用遮断器、
４０…連系用開閉器、４１…電気量検出部、４２…電力変換部、
４３…電力変換制御部、４４…電気エネルギー蓄積部、４５…蓄積状態監視部、
４６…分散電源並列・解列制御部、４３０…潮流方向判定部、
４３１…電圧レベル判定部、４３２…充放電動作判断部、
４３３…充放電指令生成部、４３４…交直変換器制御部、４３５…ゲート信号生成部。

Claims (11)

1. 電力ネットワークの電力系統と分散電源装置とに接続して、電力需要側に対する電力供給を調整する分散電源システムにおいて、
   前記電力系統または前記分散電源装置からの電力を蓄積し、充放電可能な電力蓄積手段と、
   前記電力系統と前記分散電源装置の接続点と、前記電力需要側との間に配置された電気量検出手段と、
   前記電気量検出手段による前記接続点での有効電力の検出結果に基づいて、前記電力蓄積手段の充放電を制御する電力変換制御手段と
   を具備したことを特徴とする分散電源システム。
2. 前記電力変換制御手段は、
   前記電気量検出手段による前記接続点での有効電力の検出結果に基づいて、前記電力系統側に電力が送られる逆潮流状態の場合には、前記電力蓄積手段の充電動作を実行させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の分散電源システム。
3. 前記電力変換制御手段は、
   前記電気量検出手段による前記接続点での有効電力の検出結果に基づいて、当該有効電力の方向が前記電力系統から前記電力需要側の場合で、前記電力蓄積手段の出力電圧レベルが基準値以上の場合に、前記電力蓄積手段の放電動作を実行させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の分散電源システム。
4. 前記電力蓄積手段の出力電圧レベルを検出する検出手段を有し、
   前記電力変換制御手段は、前記電力蓄積手段の出力電圧レベルが予め設定された基準レベル未満の場合には放電動作を停止し、または前記電力蓄積手段の出力電圧レベルが前記基準レベルを超える場合には充電動作を停止するように制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の分散電源システム。
5. 前記電力変換制御手段は、
   前記電気量検出手段による前記接続点での有効電力の検出結果に基づいて、当該有効電力の値が予め設定された最小値以下の場合には、前記電力蓄積手段の充放電動作を停止するように制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の分散電源システム。
6. 前記電力変換制御手段は、
   前記電力系統から予め設定された一定量以上の電力供給を受けるように、前記電力蓄積手段の充電動作を実行させるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の分散電源システム。
7. 前記電力蓄積手段の充電動作または放電動作の一方を、指定の時間帯に従って優先的に指示するための指示手段を有し、
   前記電力変換制御手段は、
   前記指示手段からの指示に応じて、指定の時間帯で前記電力蓄積手段の充電動作又放電動作を実行させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の分散電源システム。
8. 前記電力蓄積手段の充電状態を監視する監視手段と、
   前記分散電源装置からの電力出力を制御するための分散電源制御手段とを有し、
   前記分散電源制御手段は、前記監視手段からの監視結果に基づいて前記電力蓄積手段の充電量が予め設定された基準量を超えた場合には、前記分散電源装置からの電力出力を停止する制御を実行するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の分散電源システム。
9. 前記電力変換制御手段は、前記分散電源制御手段により前記分散電源装置からの電力出力を停止された後に、前記電力蓄積手段から電力を放電させるように制御し、
   前記分散電源制御手段は、前記監視手段からの監視結果に基づいて前記電力蓄積手段の充電量が予め設定された基準量以下になった場合には、前記分散電源装置からの電力出力を有効にさせるように制御することを特徴とする請求項８に記載の分散電源システム。
10. 電力ネットワークの電力系統と分散電源装置とに接続して、電力需要側に対する電力供給を調整する分散電源システムに適用する制御方法おいて、
    前記電力系統と前記分散電源装置の接続点での有効電力を検出するステップと、
    前記有効電力の検出結果に基づいて、前記電力系統または前記分散電源装置からの電力を蓄積する電力蓄積手段の充放電を制御するステップと
    を有する手順を実行することを特徴とする制御方法。
11. コンピュータにより読取り可能な記録媒体であって、
    電力ネットワークの電力系統と分散電源装置とに接続して、電力需要側に対する電力供給を調整する分散電源システムにおいて、
    前記電力系統と前記分散電源装置の接続点での有効電力を検出するステップと、
    前記有効電力の検出結果に基づいて、前記電力系統または前記分散電源装置からの電力を蓄積する電力蓄積手段の充放電を制御するステップと
    を有する手順を実行するプログラムを格納した記録媒体。

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