JP2013165624A - 蓄電装置用パワーコンディショナ、蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時において、突入電流の発生を抑制する機能と、出力電圧を迅速に立ち上がらせる機能とを両立させる。
【解決手段】パワーコンディショナ１２は、蓄電池１１の電力を電力系統から給電路３０に供給される電力と等価である電力に変換するために、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１およびＤＣ−ＡＣ変換回路１２２とを備える。ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１およびＤＣ−ＡＣ変換回路１２２は、制御部１２３が制御する。ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２から給電路３０に出力する電流は電流検出部１２５が検出する。制御部１２３は、電力系統が給電を停止した後に、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２から給電路３０に出力する電圧を時間経過に伴って上昇させ、かつ給電路３０に出力する電圧の上昇率を、電流検出部１２５で検出される電流値が閾値以下では大きくし、閾値を超えると０にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力の需要家において用いられる蓄電装置用パワーコンディショナ、パワーコンディショナと蓄電池とを組み合わせた蓄電装置に関するものである。

近年、電力の需要家に蓄電装置を設置することが提案されている。蓄電装置は、需要家の配電網に接続され、需要家が使用する負荷機器（電気負荷）に電力を供給するために用いられる。また、蓄電装置に蓄電する電力は、需要家に設置された発電装置から供給される電力、電力系統から需要家に供給される電力の少なくとも一方が用いられる。

蓄電装置は、需要家に設置された太陽光発電装置や風力発電装置のような自然エネルギーを利用した発電装置と併用する用途、コージェネレーション装置のような熱と電力とを生成する発電装置と併用する用途、電力系統と併用する用途などが知られている。

発電装置と蓄電装置とを併用すれば、蓄電装置からの放電により負荷機器の消費電力に対する発電装置の発電電力の不足分を補償し、蓄電装置への蓄電により消費電力に対する発電電力の余剰分を吸収する動作が可能になる。また、太陽光発電装置と蓄電装置とを負荷機器への共通の給電路に接続し、蓄電装置で給電路の電圧を管理すれば、電力系統からの給電が停止した場合でも、太陽光発電装置は最大電力点追従制御（以下、「ＭＰＰＴ制御」という）による効率を優先した動作が可能になる。

蓄電装置を電力系統とともに負荷機器への給電路に接続している場合には、蓄電装置の蓄電を適宜に行っておき、電力系統から需要家に供給される電力のピークを抑制するために、蓄電装置から給電路に電力を供給する動作が可能になる。この動作を行えば、電力系統から需要家が受電する電力に上限値あるいは制限値が定められている場合に、負荷機器での消費電力が上限値あるいは制限値を超えないように、蓄電装置から負荷機器に電力を供給することが可能になる。また、電力系統の供給能力が不足する可能性がある場合に、需要家が蓄電装置から負荷機器に電力を供給すれば、電力系統の供給能力が不足しないように需要家で支援することが可能になる。

ところで、太陽光発電装置や蓄電装置のように電力を供給する装置を給電路に接続した電力供給システムは、給電路への電力の供給を開始した時点で、装置から給電路に突入電流が流れる場合がある。突入電流は、この種の装置に電流ストレスを与え、装置の故障や破損の原因になることがある。

この種の問題を解決するために、特許文献１では、給電路に電力を供給する装置と給電路との間にリアクタを設けた構成が提案されている。この構成により、装置の起動時における突入電流が抑制される。

特開２００５−１３７１４９号公報

特許文献１に記載された構成は、パワーコンディショナから出力される交流電力を給電路に供給する際に、リアクタが高周波電流を阻止する機能を利用して突入電流の発生を抑制している。そのため、パワーコンディショナが起動されてから給電路の線間電圧が規定の目標電圧に達するまでの時間（立ち上がり時間）が、給電路に接続された負荷機器とリアクタとによって定まる。

すなわち、給電路に接続された負荷機器の負荷の大きさにかかわりなく突入電流を防止しようとすれば、リアクタンスの比較的大きいリアクタが必要になり、結果的に立ち上がり時間が長くなるという問題が生じる。一方、立ち上がり時間を短縮するためにリアクタンスの比較的小さいリアクタを用いると、負荷機器の負荷の大きさによっては突入電流が流れるという問題が生じる。

本発明は、蓄電池から負荷機器への電力の供給を開始する際に、突入電流の発生を抑制する機能と、出力電圧を迅速に立ち上がらせる機能とを両立させた蓄電装置用パワーコンディショナを提供することを目的とし、さらに、この蓄電装置用パワーコンディショナと蓄電池とを組み合わせた蓄電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電装置用パワーコンディショナは、負荷機器に給電する給電路に接続され蓄電池の電力を用いて前記給電路に電力を供給するパワーコンディショナであって、前記蓄電池の電力を電力系統から前記給電路に供給される電力と等価である電力に変換する機能を有する電力変換手段と、前記電力変換手段が前記給電路に出力する電圧を制御し、かつ前記電力系統から前記給電路への給電が停止したときに、前記電力変換手段が前記給電路に出力する電圧を時間経過に伴って規定の電圧まで上昇させる制御手段と、前記電力変換手段から前記給電路に流れる電流の電流値を検出する電流検出手段とを備え、前記制御手段は、前記電圧を上昇させる期間には前記電流検出手段が検出する前記電流値に応じて前記電圧の上昇率を変化させ、前記上昇率は、前記電流値が相対的に小さい期間には前記上昇率が大きくなり、前記電流値が相対的に大きい期間には前記上昇率が大きくなる関係に設定されていることを特徴とする。

この蓄電装置用パワーコンディショナにおいて、前記制御手段は、前記電流検出手段により検出される電流値が規定した第１の閾値を超えない期間には前記電力変換手段から前記給電路に出力する電圧の上昇率を採用可能な範囲で最大にすることが好ましい。

この蓄電装置用パワーコンディショナにおいて、前記制御手段は、前記電流検出手段により検出される電流値が規定した第２の閾値を超える期間には前記電力変換手段から前記給電路に出力する電圧の上昇率を０にすることが好ましい。

この蓄電装置用パワーコンディショナにおいて、前記制御手段は、前記電力変換手段から前記給電路に出力する電圧の上昇率を２段階から選択し、大きいほうの上昇率が選択されているときに前記電流検出手段により検出される電流値が規定した第３の閾値を超えると小さいほうの上昇率を選択し、小さいほうの上昇率が選択されているときに前記電流検出手段により検出された電流値が前記第３の閾値よりも小さい第４の閾値以下になると大きいほうの上昇率を選択することが好ましい。

本発明に係る蓄電装置は、蓄電池と、負荷機器に給電する給電路に接続され前記蓄電池の電力を用いて前記給電路に電力を供給する機能と、前記給電路からの電力を用いて前記蓄電池に蓄電する機能とを有するパワーコンディショナとを備える蓄電装置であって、前記パワーコンディショナは、前記蓄電池の電力を電力系統から前記給電路に供給される電力と等価である電力に変換する機能を有する電力変換手段と、前記電力変換手段が前記給電路に出力する電圧を制御し、かつ前記電力系統から前記給電路への給電が停止したときに、前記電力変換手段が前記給電路に出力する電圧を時間経過に伴って規定の電圧まで上昇させる制御手段と、前記電力変換手段から前記給電路に流れる電流の電流値を検出する電流検出手段とを備え、前記制御手段は、前記電圧を上昇させる期間には前記電流検出手段が検出する前記電流値に応じて前記電圧の上昇率を変化させ、前記上昇率は、前記電流値が相対的に小さい期間には前記上昇率が大きくなり、前記電流値が相対的に大きい期間には前記上昇率が大きくなる関係に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る蓄電装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電装置用パワーコンディショナと、前記蓄電池とを備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、蓄電池から負荷機器への電力の供給を開始する際に、突入電流の発生を抑制する機能と、出力電圧を迅速に立ち上がらせる機能とを両立させることが可能になる。すなわち、重負荷時でも出力電圧を迅速に立ち上がらせ、かつ突入電流による故障や破損が防止されるという効果が得られる。

実施形態を示すブロック図である。 同上の要部の処理手順を示す動作説明図である。 同上の動作例を示す動作説明図である。 同上を用いた電力供給システムの構成例を示す概略構成図である。 同上に用いるパワーコンディショナを示す回路図である。

（全体構成）
本実施形態は、図４に示す電力供給システムを例に用いて説明する。この電力供給システムは、主として戸建て住宅で用いる住宅用であって、分電盤２１を通して負荷機器２２に電力を供給する。ただし、集合住宅の住戸、オフィスビルや店舗ビルの各室などにおいて以下に説明する技術を採用することを妨げない。

分電盤２１には、周知のように、内器として複数個の分岐ブレーカ（図示せず）が収納され、分岐ブレーカには負荷機器２２に給電するための配電網２０が接続される。照明器具やエアコンのような負荷機器２２は配電網２０に直接接続され、テレビジョン受像機、冷蔵庫、電子レンジのような負荷機器２２はコンセント（図示せず）を介して配電網２０に接続される。

図４に示す電力供給システムは、分電盤２１を通して負荷機器２２に給電する電源を４種類から選択可能になっている。各電源は給電路３０を通して分電盤２１の１次側に接続される。すなわち、給電路３０に接続される電源として、図示例では、蓄電装置１０と、商用電源の電力系統３１と、太陽光発電装置３２と、燃料電池３３とが用いられている。すなわち、図４に示す電力供給システムの構成例は、発電装置として太陽光発電装置３２と燃料電池３３とを備える。太陽光発電装置３２は、太陽光が照射されることにより直流電力を出力する太陽電池パネル３２１と、太陽電池パネル３２１で発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ３２２とを備える。燃料電池３３は、たとえば、都市ガスを改質することにより水素を生成する機能を有し、電力とともに熱を生成するコージェネレーション装置として機能する。

蓄電装置１０を利用する形態に応じて、太陽光発電装置３２と燃料電池３３とは省略可能であり、一方のみを備えていてもよい。電力系統３１と太陽光発電装置３２と燃料電池３３とは、それぞれ開閉器３４，３５，３６を介して給電路３０に接続される。開閉器３４，３５，３６の開閉は、基本的には、電力系統３１の線間電圧と太陽光発電装置３２の出力電圧と燃料電池３３の出力電圧とを監視することにより行われる。

電力系統３１の給電状態は、蓄電装置１０と太陽光発電装置３２と燃料電池３３とが個々に監視し、蓄電装置１０と太陽光発電装置３２と燃料電池３３とは個々に商用電源の給電停止を検出する。また、電力系統３１の線間電圧は復電センサ３７により監視され、商用電源が給電を停止した後に復電すると復電センサ３７から電圧信号が出力される。

開閉器３４は、常時はオンであるが、商用電源からの給電が停止したことを蓄電装置１０が検出したとき、蓄電装置１０に制御されてオフになる。また、開閉器３４は、オフ時には復電センサ３７からの電圧信号を受けて復電を検出するとオンになる。開閉器３４，３５，３６と復電センサ３７とは、個別部品で構成するほか、開閉器３４，３５，３６の開閉を制御するための構成と併せて独立した装置として構成されていてもよい。

以下では、燃料電池３３を用いない場合を例として説明する。つまり、蓄電装置１０が給電路３０に常時接続され、電力系統３１が開閉器３４を介して給電路３０に接続され、太陽光発電装置３２が開閉器３５を介して給電路３０に接続されている場合を想定する。また、太陽光発電装置３２のパワーコンディショナ３２２は、基本的には、最大電力点追従制御（以下、「ＭＰＰＴ制御」という）を行うが、出力電圧を定電圧に維持する電圧制御も可能になっている。

ここに、太陽光発電装置３２は、出力電圧を一定に保つ電圧制御を行っていると、日照量が不足して出力電圧を維持できなくなったときに出力が停止する。一方、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御が行われていれば、電圧制御では出力が停止する程度に日照量が低下しても出力の継続が可能である。ただし、ＭＰＰＴ制御を行うには、太陽光発電装置３２が接続された給電路３０の線間電圧を一定に保つために、太陽光発電装置３２とは別に電源が必要である。太陽光発電装置３２が電力系統２１と連系している期間であれば、電力系統３１により給電路３０の線間電圧が一定に保たれているから太陽光発電装置３２はＭＰＰＴ制御が可能である。しかしながら、電力系統３１からの給電が停止している期間（たとえば、停電している期間）には、給電路３０の線間電圧を定電圧に維持することができないから、ＭＰＰＴ制御を行えなくなる。

これに対して、太陽光発電装置３２とともに蓄電装置１０を給電路３０に接続し、蓄電装置１０において出力電圧を定電圧に保つ電圧制御を行えば、電力系統からの給電が停止した場合に、蓄電装置１０から給電路３０に定電圧が印加される。つまり、太陽光発電装置３２を、蓄電装置１０と併用すれば、太陽光発電装置３２は電力系統と連系している状態と同様にＭＴＴＰ制御が可能になり、太陽光のエネルギーを無駄なく利用することが可能になる。

（蓄電装置）
蓄電装置１０は、蓄電池１１と、蓄電池１１の充放電を行うパワーコンディショナ１２とを備える。蓄電池１１とパワーコンディショナ１２とは同じ筐体に収納される場合と、異なる筐体を備える場合とがある。ここでは、蓄電池１１とパワーコンディショナ１２とが異なる筐体を備え、蓄電装置１０のうちの蓄電池１１が交換可能である場合を例として説明する。蓄電池１１は、扱いが比較的容易であり、かつ体積当たりの容量が大きいほうが望ましいから、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池などから選択される。

パワーコンディショナ１２は、図１に示すように、蓄電池１１と給電路３０との間で電力変換を行うための電力変換手段としてＤＣ−ＤＣ変換回路１２１とＤＣ−ＡＣ変換回路１２２とを備える。ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１は、一方の直流端子が蓄電池１１に接続され、他方の直流端子がＤＣ−ＡＣ変換回路１２２の直流端子に接続される。ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２の交流端子は給電路３０に接続される。なお、直流端子は直流電力の出入に用いる端子を表し、交流端子は交流電力の出入に用いる端子を表す。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１およびＤＣ−ＡＣ変換回路１２２は、ともに入出力を逆にすることが可能であって双方向に動作する。すなわち、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１は、蓄電池１１の端子電圧を昇圧して直流電圧を出力する機能と、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２から出力された直流電圧を降圧して蓄電池１１の充電を行う機能とを有する。また、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２は、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１から出力された直流を交流に変換して給電路３０に出力する機能と、給電路３０から入力された交流を直流に変換してＤＣ−ＤＣ変換回路１２１に出力する機能とを有する。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１とＤＣ−ＡＣ変換回路１２２とはスイッチング素子（後述する）を備え、パワーコンディショナ１２は、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１およびＤＣ−ＡＣ変換回路１２２のスイッチング素子のオンオフを制御する制御部（つまり、制御手段）１２３を備える。制御部１２３は、商用電源の状態に応じて後述する動作を行う。また、パワーコンディショナ１２は、給電路３０に印加する電圧を検出する電圧検出部１２４および給電路３０から流入する電流を検出する電流検出部（つまり、電流検出手段）１２５と、蓄電池１２の充電状態を監視する充電監視部１２６とを備える。充電監視部１２６は、たとえば、蓄電池１２の端子電圧を用いることにより、蓄電池１２が満充電か否かを検出する。

蓄電装置１０は、電力系統３１からの給電が行われている間に、電力系統３１と太陽光発電装置３２と燃料電池３２とのいずれかの電力を用いて蓄電池１１に蓄電する。また、蓄電装置１０は、電力系統３１からの給電が停止すると、蓄電池１１が電力系統１１に代わって給電路３０に電圧を印加する電源として機能する。これらの機能は、制御部１２３が、電圧検出部１２４と電流検出部１２５と充電監視部１２６との出力を用いてＤＣ−ＤＣ変換回路１２１およびＤＣ−ＡＣ変換回路１２２の動作を制御することにより実現される。

図５を用いて、パワーコンディショナ１２の具体的な構成例を説明する。ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１は、直列に接続された２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と蓄電池１１の一方の端子との間に挿入されるインダクタＬ１とを備える。また、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１は、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路に並列に接続された平滑用のキャパシタＣ１を備える。さらに、スイッチング素子Ｑ１にはダイオードＤ１が逆並列に接続され、スイッチング素子Ｑ２にはダイオードＤ２が逆並列に接続される。ここでは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としてＩＧＢＴを用いているが、他の素子を用いることも可能である。

一方、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２は、直列接続された２個のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、直列接続された２個のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６とを備える。２個のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路と２個のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路とは互いに並列に接続される。スイッチング素子Ｑ３にはダイオードＤ３が逆並列に接続され、スイッチング素子Ｑ４にはダイオードＤ４が逆並列に接続される。また、スイッチング素子Ｑ５にはダイオードＤ５が逆並列に接続され、スイッチング素子Ｑ６にはダイオードＤ６が逆並列に接続される。ここでは、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６としてＩＧＢＴを用いているが、他の素子を用いることも可能である。

さらに、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２は、２個のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点に一端が接続されたインダクタＬ２と、２個のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点に一端が接続されたインダクタＬ３とを備える。２個のインダクタＬ２，Ｌ３の他端間にはキャパシタＣ２が接続される。インダクタＬ２，Ｌ３およびキャパシタＣ２は、商用周波数よりも高い周波数成分を除去するローパスフィルタを構成する。

パワーコンディショナ１２は、給電線３０と接続するための接続端子Ｔ１，Ｔ２を備え、キャパシタＣ２の各一端と各接続端子Ｔ１，Ｔ２との間には、それぞれ解列開閉器の接点ＳＷ１，ＳＷ２が挿入される。接点ＳＷ１，ＳＷ２は常時は閉成されている。

制御部１２３は、蓄電池１１に蓄電する際には、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６と、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１のスイッチング素子Ｑ１とをともに商用周波数よりも高い高周波でオンオフさせる。制御部１２３は、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２については、給電線３０の電圧極性に応じて選択されるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のスイッチングを行う。この動作により、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２は、給電線３０の線間に印加された交流電圧を整流し、かつ力率改善回路として機能する。また、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１は、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１とダイオードＤ２とからなる降圧チョッパ回路として機能し、キャパシタＣ１の両端に印加される電圧のピーク値よりも低い電圧で蓄電池１１を充電する。

制御部１２３は、給電線３０に交流を出力する際には、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１のスイッチング素子Ｑ２と、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６とを、商用周波数よりも高い高周波でオンオフさせる。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のオンオフに際しては、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６が同時にオンになる期間とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５が同時にオンになる期間とを設ける。また、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は同時にオンにならないように制御し、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は同時にオンにならないように制御する。

すなわち、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１は、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ１とキャパシタＣ１とからなる昇圧チョッパ回路として機能する。また、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２は、キャパシタＣ１の両端電圧を交流に変換するフルブリッジ型のインバータとして機能する。制御部１２３は、電圧検出部１２４で検出される電圧が所望の電圧になるように、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のオンデューティを制御するＰＷＭ制御を行うことにより、給電線３０に印加する交流電圧の振幅を調節する。なお、制御部１２３は、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１の出力電圧が給電線３０に印加する交流電圧のピーク電圧よりも高くなるように、スイッチング素子Ｑ２のスイッチングを制御する。

（制御部）
制御部１２３の動作をさらに詳しく説明する。制御部１２３は、図１に示すように、電圧検出部１２４と電流検出部１２５と充電監視部１２６との出力を取得する取得部１２３１を備える。また、制御部１２３は、電力系統３１から給電が行われているときに動作する充電制御部１２３２と、電力系統３１からの給電が停止しているときに動作する初期制御部１２３３および定常制御部１２３４とを備える。

電圧検出部１２４は、蓄電装置１０の出力電圧（もしくは、給電路３０の線間電圧）の振幅、ピーク電圧、実効値、平均値のいずれかを監視するために用いられる。以下では、蓄電装置１０の出力電圧の振幅を用いる場合を例として説明する。取得部１２３１は、蓄電装置１０の出力電圧の半周期以下の時間間隔で電圧検出部１２４の出力を取得する。また、取得部１２３１は、蓄電装置１０から出力される電流のピーク値を検出する。ピーク値の検出には、たとえば、出力電圧のゼロクロス毎にピークホールドを行えばよい。なお、取得部１２３１が充電監視部１２６の出力を取得するタイミングは適宜（たとえば、１秒、１分、５分など）に設定すればよい。

充電制御部１２３２は、取得部１２３１が取得した充電監視部１２６の出力を用いて動作する。また、初期制御部１２３３および定常制御部１２３４は、取得部１２３１が取得した電圧検出部１２４および電流検出部１２５の出力を用いて動作する。

充電制御部１２３２は、電力系統３１から給電されている間に動作し、給電路３０から受電した電力を用いて蓄電池１１が充電されるようにＤＣ−ＡＣ変換回路１２２およびＤＣ−ＤＣ変換回路１２３の動作を制御する。この間に、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２は整流回路として機能し、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１は降圧回路として機能する。つまり、ＤＣ−ＡＣ変換回路１２２は給電路３０から供給される交流電圧を整流し、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１は整流後の直流電圧を降圧して蓄電池１１に蓄電する。また、充電制御部１２３は、蓄電池１１を蓄電している期間に充電監視部１２６により蓄電池１１の満充電が検出されると、蓄電池１１への蓄電を停止させる。

初期制御部１２３３および定常制御部１２３４は、電力系統３１から給電されない間に動作し、給電路３０に交流を出力するように、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２１およびＤＣ−ＡＣ変換回路１２２を制御する。初期制御部１２３３は電力系統３１からの給電が停止した直後に動作する。定常制御部１２３４は、初期制御部１２３３の動作後に、給電路３０の線間電圧（パワーコンディショナ１２の出力電圧）のピーク値（実効値あるいは平均値でもよい）の変動が規定範囲内になると、初期制御部１２３３の制御を引き継いで動作する。

初期制御部１２３３から定常制御部１２３４への制御の引き継ぎのタイミングは、給電路３０の線間電圧のピーク値の変動が規定範囲内になった時点に代えて、初期制御部１２３３の起動から一定時間後としてもよい。図示例では、処理制御部１２３３と定常制御部１２３４とを機能に分けて表しているが、蓄電池１１の電力を用いて給電路３０に交流を出力する制御を１つの機能にまとめてもよい。

定常制御部１２３４は、初期制御部１２３３の動作が終了した後、電圧検出部１２４が検出する電圧を一定に保つようにＤＣ−ＤＣ変換回路１２１を制御する。すなわち、蓄電装置１０が給電路３０の線間電圧を一定に保つことにより、給電路３０は、線間電圧については電力系統３１から給電されている期間と等価になる。したがって、給電路３０に接続されている太陽光発電装置３２は、電力系統３１から給電されている期間と同様に動作する。すなわち、太陽光発電装置３２は効率を優先したＭＰＰＴ制御を行うことが可能になる。

初期制御部１２３３は、電力系統３１からの給電が停止することにより開閉器３４が遮断された後に始動する。すなわち、電力系統３１からの給電が停止すると、開閉器３４が遮断されることにより、給電路３０の線間電圧が一旦０Ｖになり、その後、初期制御部１２３３が始動されることにより、給電路３０に電圧が印加される。初期制御部１２３３は、給電路３０の線間電圧の振幅（ピーク電圧）を、時間経過に伴って上昇させることにより、定常制御部１２３４の動作時における線間電圧に近づける。すなわち、初期制御部１２３３は、いわゆるソフトスタートを行う。

このような動作により、給電路３０に電圧が印加された時点で、負荷機器２２のスイッチが投入されていたとしても、蓄電装置１０はソフトスタートを行うから、蓄電装置１０から給電路３０に突入電流が流れることがない。すなわち、蓄電装置１０において電流ストレスの発生が防止される。なお、開閉器３５は、電力系統３１からの給電の停止に伴って開閉器３４（および開閉器３６）とともに遮断され、給電路３０の線間電圧が規定した電圧に達した後に閉成される。

ところで、初期制御部１２３３がソフトスタートを行う期間において、単位時間当たりの電圧の増分（以下、「電圧の上昇率」という）が小さいほど、給電路３０の線間電圧が規定の電圧に達するまでの時間が長くなる。給電路３０の線間電圧を規定の電圧に到達させるのに要する時間を短くするには、電圧の上昇率を大きくすることが考えられる。しかしながら、電圧の上昇率が大きくなれば蓄電装置１０から給電路３０に流れる電流も増加するから、蓄電装置１０における電流ストレスが許容範囲を超える可能性がある。初期制御部１２３３の動作による蓄電装置１０の最終的な出力電圧（規定の電圧）は、定常制御部１２３４が動作する期間の電圧であって、通電時の電力系統３１と同電圧であることが望ましい。なお、定常制御部１２３４が動作する期間の電圧（定常制御部１２３４の目標電圧）は、負荷機器２２が動作可能な電圧範囲であれば許容される。

初期制御部１２３３は、電圧の上昇率を比較的大きく設定して給電路３０の線間電圧が所望電圧に到達するまでの時間を比較的短くしながらも、蓄電装置１０における電流ストレスの増加を抑制するために、図２に示す動作を行う。以下では、電圧の上昇率を変更するために、単位時間当たりの電圧の増分を２種類から選択可能にしてある。すなわち、電圧の上昇率が大きいほうの増分をΔＶとし、電圧の序章率が小さいほうの増分は０としている。

初期制御部１２３３は、動作を開始すると、電圧の増分の初期値としてΔＶを設定する（Ｓ１１）。その後、取得部１２３１が取得した電流検出部１２５の出力を取り込み（Ｓ１２）、取り込んだ電流値に応じて電圧の増分を選択する（Ｓ１３〜Ｓ１６）。つまり、初期制御部１２３３は、蓄電装置１０から給電路３０に出力している電流の電流値を取り込み、蓄電装置１０の出力電圧波形の半周期毎に、蓄電装置１０の出力電圧の増分を決定する。

ステップＳ１３では、取得した電流値を閾値と比較する。図示例において、電流値が閾値を超えている場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、電圧振幅の増分を０にし（Ｓ１５）、電流値が閾値以下である場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、電圧振幅の増分をΔＶにしている（Ｓ１４）。電圧の増分が決まると、次に電圧を変更するタイミングを待ち（Ｓ１６）、決められた増分で電圧振幅を補正する（Ｓ１７）。電圧を変更するタイミングは、たとえば蓄電装置１０の出力電圧のゼロクロス点とする。

上述した動作は、定常制御部１２３４を機能させる条件が満足されるようになるまで（Ｓ１８：Ｎｏ）繰り返され、定常制御部１２３４を機能させる条件が満たされると（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、定常制御部１２３４による制御に移行する（Ｓ１９）。

蓄電装置１０の動作例を図３に示す。図３（ａ）は給電路３０の線間電圧（電圧検出部１２４の出力）を示し、図３（ｂ）は蓄電装置１０から給電路３０に供給される電流（電流検出部１２５の出力）を示している。すなわち、電力系統３１からの給電が時刻ｔ０で停止した後に、蓄電装置１０の初期制御部１２３３の動作が時刻ｔ１で開始されると、図３（ａ）のように、蓄電装置１０の出力電圧が時間経過に伴って増加する。すなわち、初期制御部１２３３の始動直後には増分はΔＶが選択されている。

給電路３０の線間電圧の上昇率が比較的大きいときには、時刻ｔ２のように、電流検出部１２５が検出する電流値が閾値Ｔｈを超える場合が生じる。電流値が閾値Ｔｈを超えたとき、初期制御部１２３３は、増分として０Ｖを選択することにより、蓄電装置１０の出力電圧の振幅を変化させずに一定に保つ。

蓄電装置１０に対して給電路３０が過負荷ではなく、閾値Ｔｈが適正に設定されていれば、電流検出部１２５が検出する電流値は、時刻ｔ３のように時間の経過に伴って閾値Ｔｈ以下になる。このように電流値が閾値Ｔｈ以下になると、初期制御部１２３３は、再び増分ΔＶを選択して出力電圧の振幅を増加させる。

なお、図３に示す動作例では、蓄電装置１０が時刻ｔ１に動作を開始してから電圧波形の２〜３周期後に電流値を検出している。すなわち、制御部１２３および電流検出部１２５の動作が安定するまでの時間が経過した後に電流値を検出しているのである。

以上説明した動作を繰り返すことによって、蓄電装置１０の出力電圧を比較的短時間で電力系統３１と同じ電圧まで上昇させながらも、蓄電装置１０から給電路３０に供給する電流が過大になるのを防止できる。たとえば、負荷機器２２が容量性負荷である場合や発熱線を備える負荷（白熱電球や抵抗線ヒータ）である場合であっても、蓄電装置１０において突入電流が連続して流れることが防止される。上述した動作では、蓄電装置１０から出力される電圧の増分をΔＶと０Ｖとから選択しているが、０Ｖの増分に代えてΔＶよりも小さい適宜の増分を選択することにより電圧の振幅を増加させてもよい。

以上説明したように、電源系統３１からの給電が停止すると開閉器３４が遮断された後に、蓄電装置１０から給電路３０への電力の供給が開始される。蓄電装置１０から給電路への給電が開始された直後には、初期制御部１２３３が動作する。したがって、蓄電装置１０の出力電圧は、比較的大きい上昇率で上昇し、時間経過に伴って比較的短時間で上昇する。ただし、初期制御部１２３は、電流検出部１２５で検出される電流値が閾値Ｔｈを超えると電圧の上昇率を小さくすることにより蓄電装置１０の電流ストレスを抑制する。その後、電流検出部１２５で検出される電流値が閾値Ｔｈ以下になると、電力系統３１と同電圧に到達するまでの時間が短くなるように、電流の上昇率を大きくする。このような動作により、初期制御部１２３３の動作時間を可及的に短くしながらも、突入電流による蓄電装置１０の電流ストレスを抑制することが可能になる。

なお、上述した構成例では、電圧の増分は２種類から選択可能としているが、電流検出部１２５が検出する電流値を３段階以上の複数段階に分類し、段階別に電圧の増分を定めてもよい。すなわち、初期制御部１２３３は、電圧の上昇率を３段階以上から選択するようにしてもよい。この場合でも、初期制御部１２３３は、上述した構成例と同様に、電流検出部１２５で検出された電流値が小さいほど電圧の上昇率が大きくなるように電圧の増分を選択する。上述したように、初期制御部１２３３が動作する期間（出力電圧を上昇させる期間）には、電流検出部１２５が検出する電流値に応じて出力電圧の上昇率を変化させる。そして、上昇率は、電流検出部１２５が検出する電流値が相対的に小さい期間には上昇率が大きくなり、電流値が相対的に大きい期間には上昇率が大きくなる関係に設定される。

電圧の上昇率を上述の構成例のように２段階から選択する場合には、電圧の上昇率の選択を１つの閾値Ｔｈのみで行うことが可能であるが、３段階以上から選択する場合は２つの閾値を設定する必要がある。この場合、電流検出部１２５により検出される電流値が小さいほうの閾値（以下、「第１の閾値」という）以下である期間には、初期制御部１２３３は、電圧の上昇率を採用可能な範囲で最大にする。すなわち、初期制御部１２３３は、電圧の上昇率を３段階から選択する場合、電流値が第１の閾値以下である期間に３段階のうちの最大の上昇率を採用する。

一方、電流検出部１２５により検出される電流値が大きいほうの閾値（以下、「第２の閾値」という）を超える期間には、初期制御部１２３３は、電圧の上昇率を０にする（あるいは、採用可能な範囲で最小にする）。

上述した構成例において、初期制御部１２３３は、電流検出部１２５により検出された電流値が閾値以下か閾値を超えるかによって電圧の上昇率を変更しているが、電圧の上昇率を２段階から選択する構成であれば、変更点にヒステリシスを付与してもよい。ここでは、電流値に対する閾値を上下２段階に設定し、大きいほうの閾値を第３の閾値、小さいほうの閾値を第４の閾値と呼ぶことにする。

電圧の上昇率を変更する切換点にヒステリシスを付与すると、初期制御部１２３３は、以下の動作を行う。すなわち、初期制御部１２３３は、２段階のうちの大きいほうの上昇率が選択されているときには、電流検出部１２５により検出される電流値が規定した第３の閾値を超えると小さいほうの上昇率を選択する。また、初期制御部１２３３は、２段階のうちの小さいほうの上昇率が選択されているときには、電流検出手段１２５により検出された電流値が第４の閾値以下になると大きいほうの上昇率を選択する。このように、初期制御部１２３３が、上述のようにヒステリシスを付与する動作を行えば、電流値が閾値付近であるときに、電圧の上昇率が頻繁に切り替わることが防止される。

１０ 蓄電装置
１１ 蓄電池
１２ （蓄電装置用）パワーコンディショナ
２０ 配電網
２１ 分電盤
２２ 負荷機器
３０ 給電路
３１ 電力系統
３２ 太陽光発電装置（発電装置）
３３ 燃料電池（発電装置）
３４ 開閉器
１２１ ＤＣ−ＤＣ変換回路（電力変換手段）
１２２ ＤＣ−ＡＣ変換回路（電力変換手段）
１２３ 制御部（制御手段）
１２５ 電流検出部（電流検出手段）

Claims (6)

1. 負荷機器に給電する給電路に接続され蓄電池の電力を用いて前記給電路に電力を供給するパワーコンディショナであって、
   前記蓄電池の電力を電力系統から前記給電路に供給される電力と等価である電力に変換する機能を有する電力変換手段と、
   前記電力変換手段が前記給電路に出力する電圧を制御し、かつ前記電力系統から前記給電路への給電が停止したときに、前記電力変換手段が前記給電路に出力する電圧を時間経過に伴って規定の電圧まで上昇させる制御手段と、
   前記電力変換手段から前記給電路に流れる電流の電流値を検出する電流検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記電圧を上昇させる期間には前記電流検出手段が検出する前記電流値に応じて前記電圧の上昇率を変化させ、前記上昇率は、前記電流値が相対的に小さい期間には前記上昇率が大きくなり、前記電流値が相対的に大きい期間には前記上昇率が大きくなる関係に設定されている
   ことを特徴とする蓄電装置用パワーコンディショナ。
2. 前記制御手段は、前記電流検出手段により検出される電流値が、規定した第１の閾値を超えない期間には前記電力変換手段から前記給電路に出力する電圧の上昇率を採用可能な範囲で最大にすることを特徴とする請求項１記載の蓄電装置用パワーコンディショナ。
3. 前記制御手段は、前記電流検出手段により検出される電流値が、規定した第２の閾値を超える期間には前記電力変換手段から前記給電路に出力する電圧の上昇率を０にすることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電装置用パワーコンディショナ。
4. 前記制御手段は、前記電力変換手段から前記給電路に出力する電圧の上昇率を２段階から選択し、大きいほうの上昇率が選択されているときに前記電流検出手段により検出される電流値が規定した第３の閾値を超えると小さいほうの上昇率を選択し、小さいほうの上昇率が選択されているときに前記電流検出手段により検出された電流値が前記第３の閾値よりも小さい第４の閾値以下になると大きいほうの上昇率を選択することを特徴とする請求項１記載の蓄電装置用パワーコンディショナ。
5. 蓄電池と、
   負荷機器に給電する給電路に接続され前記蓄電池の電力を用いて前記給電路に電力を供給する機能と、前記給電路からの電力を用いて前記蓄電池に蓄電する機能とを有するパワーコンディショナとを備える蓄電装置であって、
   前記パワーコンディショナは、
   前記蓄電池の電力を電力系統から前記給電路に供給される電力と等価である電力に変換する機能を有する電力変換手段と、
   前記電力変換手段が前記給電路に出力する電圧を制御し、かつ前記電力系統から前記給電路への給電が停止したときに、前記電力変換手段が前記給電路に出力する電圧を時間経過に伴って規定の電圧まで上昇させる制御手段と、
   前記電力変換手段から前記給電路に流れる電流の電流値を検出する電流検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記電圧を上昇させる期間には前記電流検出手段が検出する前記電流値に応じて前記電圧の上昇率を変化させ、前記上昇率は、前記電流値が相対的に小さい期間には前記上昇率が大きくなり、前記電流値が相対的に大きい期間には前記上昇率が大きくなる関係に設定されている
   ことを特徴とする蓄電装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電装置用パワーコンディショナと、
   前記蓄電池と
   を備えることを特徴とする蓄電装置。

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