JP2014131422A - 電力供給システムおよびパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】既設のパワーコンディショナについてはそのまま使用しながらも、電力系統の停電時における負荷への電力供給の安定化を図ることができるようにする。
【解決手段】第１のパワーコンディショナ４は、分散電源２の出力電力を入力として、電力系統８に接続された連系給電路９に電力供給する。第２のパワーコンディショナ５は、分散電源２の出力電力を入力として蓄電池３を充電し、分散電源２の出力電力および蓄電池３の放電電力を入力として非常用負荷１３に電力供給する。切替器６は、分散電源２に第１のパワーコンディショナ４と第２のパワーコンディショナ５とを択一的に接続する。制御装置７は、電力系統８の非停電時には分散電源２に第１のパワーコンディショナ４を電気的に接続し、電力系統８の停電時には分散電源２に第２のパワーコンディショナ５を電気的に接続するように、電力系統８の停電の有無に基づいて切替器６を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷への電力供給に用いられる電力供給システムおよびパワーコンディショナに関する。

近年、化石燃料の代替エネルギーとして再生可能エネルギーが注目されており、一般家庭においても、再生可能エネルギーを用いて発電する分散電源（たとえば太陽電池パネル）から負荷へ電力供給可能に構成された電力供給システムが導入されている。この種の電力供給システムには、分散電源を電力系統（商用交流電源）に系統連系させる（系統）連系運転と、分散電源を電力系統から系統分離する自立運転とを切替可能に構成されたパワーコンディショナが用いられる（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に記載のパワーコンディショナは、自立運転用給電装置からのモード切替信号に応じて連系運転と自立運転との切替を行い、自立運転時には電力系統から分離された自立運転用コンセントに給電を行う。

そのため、上記パワーコンディショナによれば、電力系統の停電時においても、自立運転に切り替わることにより、分散電源の出力電力により自立運転用コンセントに接続された負荷（電気機器）に電力供給できる。

特開２０１０−２５９１７０号公報

しかし、上述したような従来のパワーコンディショナを用いた電力供給システムは、電力系統の停電時、分散電源の出力変動の影響で負荷への電力供給が不安定になる可能性がある。たとえば分散電源が太陽電池であれば、分散電源の出力は日射強度によって変動するため、電力供給システムは、日射強度が不足することにより負荷への電力供給が不安定になることがある。とくに、日射強度の低下により負荷での消費電力に対して分散電源の出力電力が不足すると、パワーコンディショナは動作を停止し負荷への電力供給を停止する。そのため、分散電源の出力電力と負荷での消費電力とが拮抗しているような状態では、パワーコンディショナは、停止と再稼働とを頻繁に繰り返し、負荷への電力供給が不安定になる。

また、近年、太陽電池はパワーコンディショナと一緒に広く普及しているため、一般家庭においても、既にパワーコンディショナが備わっていることがある。このような場合には、新たな電力供給システムを導入するにしても、既設のパワーコンディショナについてはそのまま使用できるようにすることが望ましい。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、既設のパワーコンディショナについてはそのまま使用しながらも、電力系統の停電時における負荷への電力供給の安定化を図ることができる電力供給システムおよびパワーコンディショナを提供することを目的とする。

本発明の電力供給システムは、再生可能エネルギーを用いて発電する分散電源の出力電力を入力として、電力系統に接続された第１給電路に電力供給する第１のパワーコンディショナと、前記分散電源の出力電力を入力として蓄電池を充電し、前記分散電源の出力電力および前記蓄電池の放電電力を入力として負荷に電力供給する第２のパワーコンディショナと、前記分散電源に前記第１のパワーコンディショナと前記第２のパワーコンディショナとを択一的に接続する切替器と、前記電力系統の非停電時には前記分散電源に前記第１のパワーコンディショナを電気的に接続し、前記電力系統の停電時には前記分散電源に前記第２のパワーコンディショナを電気的に接続するように、前記電力系統の停電の有無に基づいて前記切替器を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。

この電力供給システムにおいて、前記第２のパワーコンディショナは、前記第１給電路とは別の第２給電路に電力供給するように構成されていることが望ましい。

この電力供給システムにおいて、前記第２のパワーコンディショナは、前記分散電源の出力電力を任意の電圧の直流電力に変換する第１変換部と、前記第１変換部の出力電力を交流電力に変換して負荷に供給する第２変換部とを有しており、前記第１変換部の出力電力で前記蓄電池を充電し、前記蓄電池の放電電力を前記第１変換部の出力電力と併せて前記第２変換部の入力とするように、前記第１変換部と前記第２変換部との間に、前記蓄電池の充放電を行う充放電部が接続されていることがより望ましい。

この電力供給システムにおいて、前記第１のパワーコンディショナと前記第２のパワーコンディショナとは、分電盤を介して負荷に接続されていることがより望ましい。

本発明のパワーコンディショナは、再生可能エネルギーを用いて発電する分散電源に接続される第１接続部と、蓄電池に接続される第２接続部と、前記分散電源の出力電力を任意の電圧の直流電力に変換する第１変換部と、前記第１変換部の出力電力を交流電力に変換して負荷に供給する第２変換部とを有しており、前記第１変換部の出力電力で前記蓄電池を充電し、前記蓄電池の放電電力を前記第１変換部の出力電力と併せて前記第２変換部の入力とするように、前記第１変換部と前記第２変換部との間に、前記蓄電池の充放電を行う充放電部が接続されていることを特徴とする。

本発明は、制御装置が、電力系統の非停電時には分散電源に第１のパワーコンディショナを電気的に接続し、電力系統の停電時には分散電源に第２のパワーコンディショナを電気的に接続するように切替器を制御する。したがって、電力供給システムは、電力系統の停電時には、分散電源の出力が変動することがあっても、分散電源の出力の変動分を蓄電池の充放電で吸収し、負荷へは平準化されて安定した電力を出力することができる。結果的に、既設のパワーコンディショナについてはそのまま使用しながらも、電力系統の停電時における負荷への電力供給の安定化を図ることができるという利点がある。

本実施形態に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る電力供給システムの非停電時の動作を示す説明図である。 本実施形態に係る電力供給システムの停電時の動作を示す説明図である。 本実施形態に係る電力供給システムの他の構成を示すブロック図である。

本実施形態の電力供給システム１は、図１に示すように、分散電源２と、蓄電池３と、第１のパワーコンディショナ４と、第２のパワーコンディショナ５と、切替器６と、制御装置７とを備えている。

第１のパワーコンディショナ４は、再生可能エネルギーを用いて発電する分散電源２の出力電力を入力として、電力系統８に接続された第１給電路（連系給電路９）に電力供給する。第２のパワーコンディショナ５は、分散電源２の出力電力を入力として蓄電池３を充電し、分散電源２の出力電力および蓄電池３の放電電力を入力として負荷（非常用負荷１３）に電力供給する。

切替器６は、分散電源２に第１のパワーコンディショナ４と第２のパワーコンディショナ５とを択一的に接続する。制御装置７は、電力系統８の非停電時には分散電源２に第１のパワーコンディショナ４を電気的に接続し、電力系統８の停電時には分散電源２に第２のパワーコンディショナ５を電気的に接続するように、電力系統８の停電の有無に基づいて切替器６を制御する。

以下、本実施形態に係る電力供給システム１の各構成要素の構成および機能について説明する。なお、本実施形態では、電力供給システム１が一般的な戸建住宅に用いられる場合を例として説明するが、これに限らず、電力供給システム１は集合住宅の各住戸や施設、事業所等に用いられてもよい。

分散電源２は、本実施形態では、太陽の光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池が分散電源２として用いられる。ただし、分散電源２は、太陽電池に限らず、たとえば風力発電装置や水力発電装置など、太陽光以外の再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置であってもよい。

蓄電池３は、充電時に電気エネルギーを蓄え、蓄えた電気エネルギーを放電時に放出する。ここでは、蓄電池３は、住宅ごとに設けられており、たとえば鉛蓄電池やリチウムイオン電池などからなる。

第１のパワーコンディショナ４は、商用電源の電力系統（商用系統）８と連系する連系運転と、電力系統８から切り離される自立運転との２つの運転状態を切替可能に構成されている。さらに、第１のパワーコンディショナ４は、連系運転時に電力の出力端になる連系出力端４１と、自立運転時に電力の出力端になる自立出力端４２とを個別に有している。第１のパワーコンディショナ４は、電力系統８が接続された第１給電路としての連系給電路９に連系出力端４１を接続している。ただし、本実施形態では、第１のパワーコンディショナ４は自立運転することがないので、自立出力端４２には何も接続されていない。第１のパワーコンディショナ４の詳しい構成については後述する。

第１給電路である連系給電路９には複数の負荷１０が接続されている。負荷１０は、照明器具や冷蔵庫、テレビ、医療機器、携帯電話端末の充電器など様々な電気機器であって、ここでは、第１のパワーコンディショナ４あるいは電力系統８から交流電力の供給を受けて動作する交流駆動型の電気機器からなる。

また、連系給電路９は、第１のパワーコンディショナ４および電力系統８に接続された幹線と、幹線から複数に分岐した分岐線とからなり、このうち１以上の分岐線に負荷１０が接続されている。本実施形態では、連系給電路９上に分電盤１１が設けられており、第１のパワーコンディショナ４は分電盤１１を介して負荷１０に接続されている。この分電盤１１は、幹線に挿入された主幹ブレーカ（図示せず）と、主幹ブレーカの二次側（負荷１０側）に接続された複数の分岐ブレーカ（図示せず）とを備えている。分岐ブレーカは各分岐線に挿入されており、各分岐ブレーカの一次側端子が各分岐線における幹線からの分岐点になる。

なお、連系給電路９は、電気機器からなる負荷１０に直接接続されていることは必須ではなく、負荷１０を着脱可能に接続するコンセント（図示せず）に接続されていてもよい。連系給電路９に接続されたコンセントは、定常時（電力系統８の非停電時）に使用可能である。また、連系給電路９上には解列器（図示せず）が設けられ、停電等の電力系統８の異常時には解列器が連系給電路９を電力系統８から切り離すように動作してもよい。

第２のパワーコンディショナ５は、第１のパワーコンディショナ４のように２つの運転状態を切替可能ではなく、単一の電力の出力端５１を有している。第２のパワーコンディショナ５は、連系給電路９とは別の第２給電路としての自立給電路１２に出力端５１を接続している。自立給電路１２は電力系統８から切り離されている。第２のパワーコンディショナ５の詳しい構成については後述する。

第２給電路である自立給電路１２には、非常時（電力系統８の停電時）に使用される非常用負荷１３が接続される。非常用負荷１３は、連系給電路９に接続される負荷１０と同様に、照明器具や冷蔵庫、テレビ、医療機器、携帯電話端末の充電器など様々な電気機器であって、第２のパワーコンディショナ５から交流電力の供給を受けて動作する交流駆動型の電気機器からなる。

また、本実施形態では、自立給電路１２上に負荷（非常用負荷１３）を着脱可能に接続する自立用コンセント１４が設けられており、第２のパワーコンディショナ５は自立用コンセント１４を介して非常用負荷１３に接続されている。この自立用コンセント１４は、非常時（電力系統８の停電時）に使用可能である。

なお、自立給電路１２は、自立用コンセント１４に接続されていることは必須ではなく、非常用負荷１３に直接接続されていてもよい。

切替器６は、第１および第２の各パワーコンディショナ４，５と、分散電源２との間に挿入されており、分散電源２の接続先を、第１のパワーコンディショナ４と第２のパワーコンディショナ５とから択一的に選択する。ここでは、切替器６は、分散電源２に接続された共通接点を２接点のいずれに接続するかを切り替える切替接点式のリレーからなり、制御装置７からの制御信号により切り替えられる。すなわち、切替器６は、分散電源２を第１のパワーコンディショナ４に接続する状態と、分散電源２を第２のパワーコンディショナ５に接続する状態とを、制御装置７からの制御信号に応じて択一的に選択する。

制御装置７は、電力系統８の停電の有無を検知する検知部７１を有している。検知部７１は、分電盤１１への電力系統８の引込線に印加されている電圧を計測し、この計測値に基づいて停電の有無を判断する。制御装置７は、検知部７１にて電力系統８が停電していない、つまり非停電と判断されている状態では、分散電源２に第１のパワーコンディショナ４が接続されるように、切替器６に制御信号を送信して切替器６を制御する。一方、制御装置７は、検知部７１にて電力系統８が停電中と判断されている状態では、分散電源２に第２のパワーコンディショナ５が接続されるように、切替器６に制御信号を送信して切替器６を制御する。

次に、第１のパワーコンディショナ４および第２のパワーコンディショナ５の詳しい構成について説明する。

第１のパワーコンディショナ４は、分散電源２に接続される接続部Ｔ０と、接続部Ｔ０に接続された第３変換部４３と、第３変換部４３の出力に接続された第４変換部４４とを有している。

接続部Ｔ０は、切替器６を介して分散電源２に接続されており、切替器６が分散電源２を第１のパワーコンディショナ４に接続した状態で、分散電源２に接続される。

第３変換部４３は、ＤＣ／ＤＣコンバータからなり、接続部Ｔ０に接続された分散電源２の出力電力を任意の電圧の直流電力に変換する。ここでは第３変換部４３は、分散電源２からの直流電力を昇圧あるいは降圧して、後段の第４変換部４４へ出力する。

第４変換部４４は、ＤＣ／ＡＣコンバータ（インバータ）からなり、第３変換部４３の出力電力を交流電力に変換する。ここで、第４変換部４４は、直流電力を電力系統８の位相に同期した交流電力に変換する。第４変換部４４の出力は、連系出力端４１と自立出力端４２との各々に接続されており、第１のパワーコンディショナ４は、連系運転時には第４変換部４４で変換された交流電力を連系出力端４１に出力し、自立運転時には自立出力端４２に出力する。ただし、本実施形態では、第１のパワーコンディショナ４は、上述したように自立運転することがないので、第４変換部４４の出力を自立出力端４２へ出力することはなく、常に連系出力端４１から連系給電路９へ出力する。

本実施形態において、太陽電池からなる分散電源２の発電電力は、電力会社に売電することが許可されている電力であるので、第１のパワーコンディショナ４は分散電源２の発電電力の余剰分があれば電力系統８に逆潮流させて売電する。すなわち、負荷１０での消費電力が分散電源２の発電電力より小さく分散電源２に余剰電力（発電電力−消費電力）が生じる場合、この余剰電力については第１のパワーコンディショナ４が電力系統８に逆潮流して売電する。反対に、負荷１０の消費電力が分散電源２の発電電力を超えるときには、不足電力（消費電力−発電電力）は電力系統８から供給される買電電力で賄われる。

その結果、第１のパワーコンディショナ４は、日射強度の変動により太陽電池からなる分散電源２の出力が変動することがあっても、分散電源２の出力の変動分を電力系統８で吸収し、負荷１０へは平準化されて安定した電力を出力することができる。

また、第１のパワーコンディショナ４は、一般的に単独運転防止用に停電等の電力系統８の異常の有無を検知する停電検知部（図示せず）を内蔵しており、この停電検知部の検知結果に応じて連系運転・自立運転を切り替える。なお、制御装置７は、第１のパワーコンディショナ４に内蔵の停電検知部の検知結果を取得して利用する構成とすれば、検知部７１がなくても、電力系統８の停電の有無に基づいて切替器６を切り替えることができる。

第２のパワーコンディショナ５は、分散電源２に接続される第１接続部Ｔ１と、蓄電池３に接続される第２接続部Ｔ２と、第１接続部Ｔ１に接続された第１変換部５２と、第１変換部５２の出力に接続された第２変換部５３とを有している。さらに、第２のパワーコンディショナ５は、蓄電池３の充放電（充電および放電）を行う充放電部５４を有している。

第１接続部Ｔ１は、切替器６を介して分散電源２に接続されており、切替器６が分散電源２を第２のパワーコンディショナ５に接続した状態で、分散電源２に接続される。第２接続部Ｔ２は、常に蓄電池３に接続されている。

第１変換部５２は、ＤＣ／ＤＣコンバータからなり、第１接続部Ｔ１に接続された分散電源２の出力電力を任意の電圧の直流電力に変換する。ここでは第１変換部５２は、分散電源２からの直流電力を昇圧あるいは降圧して、後段の第２変換部５３へ出力する。

第２変換部５３は、ＤＣ／ＡＣコンバータ（インバータ）からなり、第１変換部５２の出力電力を交流電力に変換する。第２変換部５３は、直流電力を電力系統８と同一周波数で同電圧の交流電力に変換する。第２変換部５３の出力は、出力端５１に接続されており、第２のパワーコンディショナ５は、第２変換部５３で変換された交流電力を、出力端５１から自立給電路１２へ出力する。

充放電部５４には第２接続部Ｔ２が接続されており、充放電部５４は、第２接続部Ｔ２に接続された蓄電池３の充放電を行う。充放電部５４は、双方向のコンバータからなり、蓄電池３との間で双方向に電力の授受を行う。

ここで、第２のパワーコンディショナ５は、第１変換部５２の出力電力で蓄電池３を充電し、蓄電池３の放電電力を第１変換部５２の出力電力と併せて第２変換部５３の入力とするように、第１変換部５２と第２変換部５３との間に充放電部５４が接続されている。

すなわち、蓄電池３は、充放電部５４を介して第１変換部５２と第２変換部５３との接続点に接続される。充放電部５４は、蓄電池３の放電時には蓄電池３からの直流電力を昇圧して第２変換部５３に出力し、蓄電池３の充電時には第１変換部５２からの直流電力を降圧して蓄電池３に出力する。そのため、蓄電池３は、充電時には第１変換部５２で変換された分散電源２の出力電力によって充電され、放電時にはその放電電力が第２変換部５３で交流電力に変換されて出力端５１へ出力されることになる。以下では、蓄電池３を充電するときの充放電部５４の動作を充電モード、蓄電池３を放電するときの充放電部５４の動作を放電モードという。

非常用負荷１３での消費電力が分散電源２の発電電力より小さく分散電源２に余剰電力（発電電力−消費電力）が生じる場合、第２のパワーコンディショナ５は、充放電部５４を充電モードで動作させ、この余剰電力を用いて蓄電池３を充電する。反対に、非常用負荷１３の消費電力が分散電源２の発電電力を超えるときには、第２のパワーコンディショナ５は、充放電部５４を放電モードで動作させ、この不足電力（消費電力−発電電力）を蓄電池３の放電電力で賄う。つまり、第２のパワーコンディショナ５は、非常用負荷１３の消費電力と分散電源２の発電電力との大小関係に基づいて、充放電部５４を充電モードと放電モードとで切り替えて動作させる。

その結果、第２のパワーコンディショナ５は、日射強度の変動により太陽電池からなる分散電源２の出力が変動することがあっても、分散電源２の出力の変動分を蓄電池３の充放電で吸収し、非常用負荷１３へは平準化されて安定した電力を出力することができる。

なお、充放電部５４は、第２のパワーコンディショナ５に備わっていることは必須ではなく、蓄電池３と組み合わされて蓄電装置を構成していてもよい。この場合、第２のパワーコンディショナ５は、蓄電装置の充放電部を制御することによって、蓄電池３の充電と放電とを切り替える。

具体的な仕様の一例として、第１のパワーコンディショナ４は配電方式が単相三線式で最大定格出力が２００Ｖ、５．５ｋＷの仕様であり、第２のパワーコンディショナ５は配電方式が単相二線式で最大定格出力が１００Ｖ、１．５ｋＷの仕様であればよい。ただし、これらの仕様に限定する趣旨ではない。

ところで、太陽電池からなる分散電源２は、日射強度が同じでも発電電力が一定ではなく出力電圧に応じて発電電力が変化する特性を持つので、発電電力が最大となる最適点（最大電力点）で動作することが望ましい。そこで、本実施形態の第１のパワーコンディショナ４および第２のパワーコンディショナ５は、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御の機能をそれぞれに有している。最大電力点追従制御は、分散電源２の温度変化や日射強度の変化に伴う出力電圧や出力電流の変動に対し、分散電源２の動作点が常に最大電力点を追従して、分散電源２の出力を最大限に引き出す制御であって周知の技術であるから、詳しい説明は省略する。

第１のパワーコンディショナ４は、少なくとも連系運転時においては、分散電源２の出力電圧と出力電流とに基づいて第３変換部４３を制御し、最大電力点追従制御を実現する。第１のパワーコンディショナ４は、連系運転時に最大電力点追従制御を行い、自立運転時に出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行う。ただし、本実施形態では、第１のパワーコンディショナ４は、上述したように自立運転することがないので、常に最大電力点追従制御を行うことになる。そして、第１のパワーコンディショナ４は、上述のように分散電源２の出力の変動分を電力系統８で吸収するので、最大電力点追従制御を行いながらも、負荷１０へは平準化されて安定した電力を出力することができる。

ここにおいて、市場に提供されている太陽光発電用の一般的なパワーコンディショナは、連系運転時に最大電力点追従制御を行い、自立運転時に負荷の動作電圧を確保するために定電圧制御を行う。したがって、本実施形態の電力供給システム１は、一般的なパワーコンディショナを第１のパワーコンディショナ４として用いることができる。

第２のパワーコンディショナ５は、分散電源２の出力電圧と出力電流とに基づいて第１変換部５２を制御し、常に最大電力点追従制御を実現する。そして、第２のパワーコンディショナ５は、上述のように分散電源２の出力の変動分を蓄電池３の充放電で吸収するので、最大電力点追従制御を行いながらも、非常用負荷１３へは平準化されて安定した電力を出力することができる。

次に、電力系統８の非停電時（定常時）における本実施形態の電力供給システム１の動作について、図２を参照して説明する。

電力系統８の非停電時には、切替器６は、分散電源２を第１のパワーコンディショナ４に接続する状態にあるので、分散電源２の出力電力は切替器６を介して第１のパワーコンディショナ４の第３変換部４３に入力される（図２のＦ１）。この状態では、第１のパワーコンディショナ４のみ動作し、第２のパワーコンディショナ５は動作を停止する。

第３変換部４３は、分散電源２の出力電力を任意の電圧の直流電電力に変換し、第４変換部４４へ出力する（Ｆ２）。第４変換部４４は、入力された直流電力を交流電力に変換し、連系出力端４１へ出力する（Ｆ３）。これにより、第１のパワーコンディショナ４は、連系出力端４１から連系給電路９を通して分電盤１１に交流電力を供給し（Ｆ４）、分電盤１１に接続された複数の負荷１０へ電力供給する（Ｆ５）。

ここで、分散電源２の発電電力に余剰分があれば、余剰電力は分電盤１１から電力系統８へ逆潮流される（Ｆ６）。つまり、負荷１０へは、分散電源２の出力電力（Ｆ１で送電される電力）から余剰電力（Ｆ６で送電される電力）を差し引いた電力が、供給されることになる。一方、分散電源２の発電電力が不足していれば、不足電力は電力系統８から分電盤１１へ供給される（Ｆ７）。つまり、負荷１０へは、分散電源２の出力電力（Ｆ１で送電される電力）に電力系統８からの購入電力（Ｆ７で送電される電力）を加えた電力が、供給されることになる。

次に、電力系統８の停電時（非常時）における本実施形態の電力供給システム１の動作について、図３を参照して説明する。

制御装置７は、検知部７１にて電力系統８の停電発生を検知すると、自動的に、分散電源２を第２のパワーコンディショナ５に接続する状態に切替器６を切り替える。すなわち、電力系統８の停電時には、切替器６は、分散電源２を第２のパワーコンディショナ５に接続する状態にあるので、分散電源２の出力電力は切替器６を介して第２のパワーコンディショナ５の第１変換部５２に入力される（図３のＦ１１）。この状態では、第２のパワーコンディショナ５のみ動作し、第１のパワーコンディショナ４は動作を停止する。

第１変換部５２は、分散電源２の出力電力を任意の電圧の直流電電力に変換し、第２変換部５３へ出力する（Ｆ１２）。第２変換部５３は、入力された直流電力を交流電力に変換し、出力端５１へ出力する（Ｆ１３）。これにより、第２のパワーコンディショナ５は、出力端５１から自立給電路１２を通して自立用コンセント１４に交流電力を供給し（Ｆ１４）、自立用コンセント１１に接続された非常用負荷１３へ電力供給する（Ｆ１５）。

ここで、分散電源２の発電電力に余剰分があれば、余剰電力は第１変換部５２の出力から充放電部５４を通して蓄電池３へ充電電力として供給される（Ｆ１６）。つまり、非常用負荷１３へは、分散電源２の出力電力（Ｆ１１で送電される電力）から蓄電池３の充電電力（Ｆ１６で送電される電力）を差し引いた電力が、供給されることになる。一方、分散電源２の発電電力が不足していれば、不足電力は蓄電池３から充放電部５４を通して第２変換部５３へ供給される（Ｆ１７）。つまり、非常用負荷１３へは、分散電源２の出力電力（Ｆ１１で送電される電力）に蓄電池３の放電電力（Ｆ１７で送電される電力）を加えた電力が、供給されることになる。

以上説明した本実施形態の電力供給システム１によれば、下記（１）〜（３）に示すような効果がある。

（１）この電力供給システム１によれば、制御装置７は、電力系統８の非停電時には分散電源２に第１のパワーコンディショナ４を電気的に接続し、電力系統８の停電時には分散電源２に第２のパワーコンディショナ５を電気的に接続するように切替器６を制御する。ここで、第１のパワーコンディショナ４は、再生可能エネルギーを用いて発電する分散電源２の出力電力を入力として、電力系統８に接続された第１給電路（連系給電路９）に電力供給する。第２のパワーコンディショナ５は、分散電源２の出力電力を入力として蓄電池３を充電し、分散電源２の出力電力および蓄電池３の放電電力を入力として負荷（非常用負荷１３）に電力供給する。

したがって、電力供給システム１は、電力系統８の非停電時には、分散電源２の出力が変動することがあっても、分散電源２の出力の変動分を電力系統８で吸収し、第１給電路に接続された負荷１０へは平準化されて安定した電力を出力することができる。また、電力供給システム１は、電力系統８の停電時には、分散電源２の出力が変動することがあっても、分散電源２の出力の変動分を蓄電池３の充放電で吸収し、負荷へは平準化されて安定した電力を出力することができる。

また、第１のパワーコンディショナ４は、太陽電池等の分散電源２に接続され、分散電源２の出力電力を入力として、電力系統８に接続された第１給電路に電力供給する構成であればよい。そのため、本実施形態の電力供給システム１を導入するにしても、太陽光発電用のパワーコンディショナが既に備わっている場合には、第１のパワーコンディショナ４として既設のパワーコンディショナをそのまま使用することができる。この場合、既存のシステムには、第２のパワーコンディショナ５、切替器６、制御装置７が付加されることになる。

結果的に、この構成によれば、既設のパワーコンディショナについてはそのまま使用しながらも、電力系統８の停電時における負荷への電力供給の安定化を図ることができるという利点がある。

（２）この電力供給システム１は、第２のパワーコンディショナ５が、第１給電路（連系給電路９）とは別の第２給電路（自立給電路１０）に電力供給するように構成されている。

この構成によれば、電力系統８の非停電時（定常時）には第１給電路に接続された負荷へ電力供給され、電力系統９の停電時（非常時）には第２給電路に接続された負荷（非常用負荷１３）へ電力供給されることになる。すなわち、電力供給システム１は、第１給電路に様々な負荷が接続されていたとしても、非常時には、これらの負荷への電力供給を停止し、第２給電路に接続された負荷への電力供給へ切り替える。したがって、電力供給システム１は、たとえば医療機器など非常時にも必要な非常用負荷を第２給電路に接続することによって、非常時の限られた電力を、非常用負荷に優先的に供給することができる。

（３）この電力供給システム１は、第２のパワーコンディショナ５が、分散電源２の出力電力を任意の電圧の直流電力に変換する第１変換部５２と、第１変換部４の出力電力を交流電力に変換して負荷に供給する第２変換部５３とを有している。第２のパワーコンディショナ５は、第１変換部５２の出力電力で蓄電池３を充電し、蓄電池３の放電電力を第１変換部５２の出力電力と併せて第２変換部５３の入力とするように、第１変換部５２と第２変換部５３との間に、充放電部５４が接続されている。

この構成によれば、蓄電池３は、充電時には第１変換部５２で変換された分散電源２の出力電力によって充電され、放電時にはその放電電力が第２変換部５３で交流電力に変換されて出力されることになる。したがって、第２のパワーコンディショナ５は、分散電源２の出力が変動することがあっても、分散電源２の出力の変動分を蓄電池３の充放電で吸収し、負荷へは平準化されて安定した電力を出力することができる。

ところで、本実施形態では、第１のパワーコンディショナ４は分電盤１１を介して負荷１０に接続され、第２のパワーコンディショナ５は、自立用コンセント１４を介して非常用負荷１３に接続されているが、この構成に限る趣旨ではない。たとえば、第１のパワーコンディショナ４と第２のパワーコンディショナ５とは、分電盤１１を介して負荷１０に接続されていてもよい。この場合、第１のパワーコンディショナ４と第２のパワーコンディショナ５とは、いずれも分電盤１１に接続された負荷１０に対して電力供給することになるので、電力系統８の非停電時と停電時とで同じ負荷１０に電力供給することができる。

また、第１のパワーコンディショナ４に接続される分電盤と第２のパワーコンディショナ５に接続される分電盤とは、別々に設けられていてもよい。この場合、図４に示すように、第２のパワーコンディショナ５の出力端５１に接続された自立給電路１２上に分電盤１１とは別の自立分電盤１５が設けられ、第２のパワーコンディショナ５は自立分電盤１５を介して非常用負荷１３に接続される。つまり、第２給電路である自立給電路１２は、第２のパワーコンディショナ５に接続された幹線と、幹線から複数に分岐した分岐線とからなり、このうち１以上の分岐線に非常用負荷１３が接続されている。自立分電盤１５は、幹線に挿入された主幹ブレーカ（図示せず）と、主幹ブレーカの二次側（非常用負荷１３側）に接続された複数の分岐ブレーカ（図示せず）とを備えている。分岐ブレーカは各分岐線に挿入されており、各分岐ブレーカの一次側端子が各分岐線における幹線からの分岐点になる。

さらに、自立分電盤１５は、切替装置（図示せず）を介して連系給電路９上の分電盤１１に接続され、非常時（電力系統８の停電時）に、切替装置が切り替わることにより第２のパワーコンディショナ５の出力端５１に接続されるように構成されていてもよい。この構成によれば、自立分電盤１５は、定常時（電力系統８の非停電時）には分電盤１１から電力供給を受けるので、非常用負荷１３は、非常時だけでなく定常時にも使用可能になる。

また、電力系統８の停電時における負荷への電力供給の安定化を図るだけであれば、本実施形態の電力供給システム１のように第２のパワーコンディショナ５を設ける構成に限らず、たとえば以下のような構成でも対応可能である。すなわち、電力供給システムは、第１のパワーコンディショナ４に蓄電池３を接続し、自立運転時における電力変動分を蓄電池３の充放電で吸収する構成とすることが考えられる。ただし、この電力供給システムは、第１のパワーコンディショナ４に蓄電池３を接続するために、既設のパワーコンディショナの交換が必要である。パワーコンディショナの交換には大掛かりな工事が必要になり、また、補助金を受けたパワーコンディショナにあっては、一定期間は交換、廃棄できないという制約もあるので、導入時に既設のパワーコンディショナの交換を伴う電力供給システムは好ましくない。

また、既設のパワーコンディショナをそのまま使用するだけであれば、本実施形態の電力供給システム１のように第２のパワーコンディショナ５を設ける構成に限らず、以下のような構成でも対応可能である。すなわち、電力供給システムとして、負荷の接続先を、第１のパワーコンディショナ４の自立出力端４２と、蓄電池３とで切替可能な構成とすることが考えられる。ただし、この構成では、負荷が自立出力端４２に接続されている間には、負荷への電力供給の安定化を図ることができないという問題がある。

本実施形態に係る電力供給システム１は、これらの問題をまとめて解決することが可能である。

（実施形態２）
本実施形態の電力供給システム１は、第２のパワーコンディショナ５が最大電力点追従制御ではなく、第１変換部５２の出力電圧を所定の目標値に維持する定電圧制御を行う点で、実施形態１に記載の電力供給システム１と相違する。以下では、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態では、第２のパワーコンディショナ５は、第１変換部５２の出力電圧（実効値）に基づいて、この出力電圧を目標値に維持するように第１変換部５２を制御することにより、定電圧制御を行う。

この構成であっても、実施形態１の構成と同様に、電力系統８の停電時には、分散電源２の出力が変動することがあっても、分散電源２の出力の変動分を蓄電池３の充放電で吸収し、負荷へは平準化されて安定した電力を出力することができる。結果的に、この構成によれば、既設のパワーコンディショナについてはそのまま使用しながらも、電力系統８の停電時における負荷への電力供給の安定化を図ることができるという利点がある。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

１ 電力供給システム
２ 分散電源
３ 蓄電池
４ 第１のパワーコンディショナ
５ 第２のパワーコンディショナ
５２ 第１変換部
５３ 第２変換部
５４ 充放電部
６ 切替器
７ 制御装置
８ 電力系統
９ 連系給電路（第１給電路）
１３ 非常用負荷（負荷）
Ｔ１ 第１接続部
Ｔ２ 第２接続部

Claims (5)

1. 再生可能エネルギーを用いて発電する分散電源の出力電力を入力として、電力系統に接続された第１給電路に電力供給する第１のパワーコンディショナと、
   前記分散電源の出力電力を入力として蓄電池を充電し、前記分散電源の出力電力および前記蓄電池の放電電力を入力として負荷に電力供給する第２のパワーコンディショナと、
   前記分散電源に前記第１のパワーコンディショナと前記第２のパワーコンディショナとを択一的に接続する切替器と、
   前記電力系統の非停電時には前記分散電源に前記第１のパワーコンディショナを電気的に接続し、前記電力系統の停電時には前記分散電源に前記第２のパワーコンディショナを電気的に接続するように、前記電力系統の停電の有無に基づいて前記切替器を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする電力供給システム。
2. 前記第２のパワーコンディショナは、前記第１給電路とは別の第２給電路に電力供給するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記第２のパワーコンディショナは、
   前記分散電源の出力電力を任意の電圧の直流電力に変換する第１変換部と、
   前記第１変換部の出力電力を交流電力に変換して負荷に供給する第２変換部とを有しており、
   前記第１変換部の出力電力で前記蓄電池を充電し、前記蓄電池の放電電力を前記第１変換部の出力電力と併せて前記第２変換部の入力とするように、前記第１変換部と前記第２変換部との間に、前記蓄電池の充放電を行う充放電部が接続されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給システム。
4. 前記第１のパワーコンディショナと前記第２のパワーコンディショナとは、分電盤を介して負荷に接続されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
5. 再生可能エネルギーを用いて発電する分散電源に接続される第１接続部と、
   蓄電池に接続される第２接続部と、
   前記分散電源の出力電力を任意の電圧の直流電力に変換する第１変換部と、
   前記第１変換部の出力電力を交流電力に変換して負荷に供給する第２変換部とを有しており、
   前記第１変換部の出力電力で前記蓄電池を充電し、前記蓄電池の放電電力を前記第１変換部の出力電力と併せて前記第２変換部の入力とするように、前記第１変換部と前記第２変換部との間に、前記蓄電池の充放電を行う充放電部が接続されている
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。

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