JP2014197955A - 給電システム及び給電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】給電システムは、発電装置と、発電装置の発電電力を所定の交流電力に変換するパワーコンディショナと、商用電力系統と負荷との間を接続するとともに、商用電力系統が停電した場合に商用電力系統と負荷との間を遮断する交流スイッチと、負荷に給電する電力を蓄積する蓄電池と、交流スイッチの負荷側と蓄電池との間で交流電力と直流電力とを双方向に変換する双方向変換装置と、発電装置の発電電力が流れる経路を、パワーコンディショナを介して交流スイッチの負荷側に流れる第1経路と、パワーコンディショナを介して交流スイッチの商用電力系統側に流れる第2経路とのいずれか一方に切り替える経路切替部と経路切替部に対して、発電装置の発電電力が流れる経路を切り替えさせる制御を行う制御部とを備える。
【選択図】図1
Description
双方向変換装置が、前記交流スイッチの負荷側と前記蓄電池との間で交流電力と直流電力とを双方向に変換する過程と、経路切替部が、前記発電装置の発電電力が流れる経路を、前記パワーコンディショナを介して前記交流スイッチの負荷側に流れる第1経路と、前記パワーコンディショナを介して前記交流スイッチの商用電力系統側に流れる第2経路とのいずれか一方に切り替える過程と、制御部が、前記経路切替部に対して、前記発電装置の発電電力が流れる経路を切り替えさせる制御を行うと過程とを含むことを特徴とする給電方法である。
図1は、本発明の一実施形態による給電システム1の構成例を示すブロック図である。
図1に示すように、給電システム1は、給電制御装置10と、蓄電池20と、分散型電源30と、経路切替部40とを備えている。また、給電システム1には商用電力系統2が接続されているとともに、負荷3が接続されている。
分散型電源30は、商用電力系統2とは別系統で発電を行う小規模な発電設備である。発電装置31は、例えば、太陽光発電、風力発電、小型水力発電等の自然エネルギー型の発電装置、ディーゼル発電、ガスタービン、ガスエンジン等の石油系及び天然ガス系の燃焼型コージェネレーションシステム、燃料電池等を用いた直接発電型のコージェネレーションシステム、廃棄物発電、バイオマス発電等を用いて直流又は交流電力を発電する装置である。パワーコンディショナ32は、発電装置31の発電電力を、商用電力系統2と連系可能な交流電力に変換して出力する。
なお、並列する時点から解列する時点までの状態を「系統連系運転」といい、並列する動作を、「連系する」あるいは「再連系する」等とも呼ぶ。
また、本実施形態では、経路切替部40は、接続点C0を接続点C1に接続した状態と、接続点C0を接続点C2に接続した状態とを相互に切り替える際に、接続点C0が接続点C1と接続点C2とのいずれにも接続していない中間の状態を任意の時間(所定の期間)経過させることができる機能を有している。したがって、経路切替部40は、経路切替の際に、中間の状態を所定時間(所定の期間)持たせることができる。経路切替部40は、この中間の状態を任意の時間(所定の期間)経過させることにより、接続点C0と接続点C1との間と、接続点C0と接続点C2との間とを交互に切り替える場合に、上述した単独運転防止機能、及び並列時に周波数、電圧及び位相を並列先の系統にあわせる機能を、パワーコンディショナ32に動作させる。
ACスイッチ11(交流スイッチ)は、交流電力を接続及び遮断する半導体スイッチである。図1に示した例では、スイッチの一端が端子72を介して配線51によって商用電力系統2に接続されている。また、ACスイッチ11の他端は、端子74を介して配線53によって負荷3に接続されている。ACスイッチ11は、制御部13の指示に応じて、商用電力系統2が停電した場合等にオフし、商用電力系統2と負荷3との間の接続を遮断する。あるいは、ACスイッチ11は、商用電力系統2から入力する電力を所定の値以下に制限するような場合にオン・オフ制御される。すなわち、ACスイッチ11は、商用電力系統2と負荷3との間を接続するとともに、商用電力系統2が停電した場合に商用電力系統2と負荷3との間を遮断する。なお、以下では、ACスイッチ11からみて端子72側を商用電力系統2側と呼び、また、端子74側を負荷3側と呼ぶことがある。
また、端子72における電圧等を監視して、停電が復旧したと判定した場合にはACスイッチ11を接続する。その際、双方向変換装置12又は分散型電源30から交流電力が負荷3に対して給電されている場合には、系統連系規定等によって定められた仕様を満たすようにして、電圧、周波数、位相等を接続先の系統にあわせて給電制御装置10の負荷3側(2次側)を商用電力系統2(1次側)に並列する(すなわち接続する)。
また、制御部13は、時刻を計時する機能あるいは外部のネットワーク等から時刻等の情報を取得する機能を有し、時間帯に応じて蓄電池20を充電状態としたり、放電状態としたりする制御を行う。なお、以上の制御部13の動作については、既存の技術を用いて行うことができるものであり、説明を省略する。
図2は、本実施形態における制御部13の動作例を示すフローチャートである。
なお、図2において、基準値SOC1(第1基準値)は、例えば、蓄電池残容量SOCが満充電あるいは満充電に近いような状態、又は運用上、分散型電源30等からこれ以上蓄電池20に充電させないことが好ましいような状態の蓄電池残容量SOCの値に対応する基準値である。
なお、基準値SOC1や基準値SOC2は、各1個の固定した値にすることに限らず、例えば、温度、時刻、曜日等に応じて異なる値に設定することができる。
また、図2に示した処理は、所定の時間間隔で繰り返し実行される。
図3は、本実施形態における経路切替部40の構成例、及び動作例を示す図である。
ここで、図3(a)は、経路切替部40の一構成例を示した回路図であり、図3(b)は、図3(a)に示した信号又は接点の変化を示したタイミングチャートである。
電磁継電器41は、電磁コイル401、メーク接点402及びブレーク接点406を有している。電磁継電器42は、電磁コイル408及び瞬時動作限時復帰ブレーク接点403を有している。電磁継電器43は、電磁コイル404及び瞬時動作限時復帰ブレーク接点407を有している。電磁継電器44は、電磁コイル405及びメーク接点411を有している。そして、電磁継電器45は、電磁コイル409及びメーク接点410を有している。
このように、本実施形態における経路切替部40は、同時にオンすることがないインターロック機能を有している。
このように、経路切替部40は、経路を切り替える際に、所定の期間(期間T1)、いずれの経路にも接続されていない期間を経過した後に、経路を切り替える。すなわち、制御部13は、経路切替部40の経路を切り替える際に、第1経路及び第2経路のいずれにも発電装置31の発電電力が所定の期間(期間T1)、電力が流れていない状態を経過した後に、第1経路から第2経路への切り替え又は第2経路から第1経路への切り替えを行う。
図4は、本実施形態における給電システム1の動作例(通常時)を説明するための模式図である。
図4に示したように、Aモードにおいて、経路切替部40は、接続点C0と接続点C1との間がON(オン)であり、接続点C0と接続点C2との間がOFF(オフ)である。すなわち、Aモードにおいて、経路切替部40は、発電装置31の発電電力が流れる経路を、第1経路に切り替える。
この場合、分散型電源30による発電電力は、システム内の負荷3に給電され(電力の流れPF13、PF14)、余剰が発生した場合は、蓄電池20に充電される(電力の流れPF12の下向きの流れ)。また、電力の流れPF11等を監視し、商用電力系統2からの入力電力制限設定に応じて給電制御装置10は装置内のACスイッチ11を切り変えながら運用を継続する。
図5は、本実施形態における給電システム1の動作例(逆潮流時)を説明するための模式図である。
図5に示したように、Bモードにおいて、給電制御装置10の制御部13からの接点信号SCにより、経路切替部40は、給電経路を第2経路(接続点C0がら接続点C2に流れる経路)に切替える。この切替えフローは、以下の順とする。
(2)経路切替部40は、接続点C0と接続点C2との間をONにする。
(4)経路切替部40は、接続点C0と接続点C1との間をONにする。
本実施形態における給電システム1は、商用電力系統2に異常(例えば、停電)が発生した場合に、システム運用の状態により、以下のモードに切り替える。
図6は、本実施形態における給電システム1の動作例(通常時に停電した場合)を説明するための模式図である。
図6に示すように、Aモード(給電経路は第1経路)において、給電制御装置10の制御部13が停電発生を検知した場合、制御部13は、ACスイッチ11を無瞬断でOFFにする。この場合、給電システム1は、経路切替部40による給電経路が第1経路になっているため、分散型電源30及び蓄電池20による負荷3への給電を無瞬断で継続する(電力の流れPF32、PF33、及びPF34)。
図7は、本実施形態における給電システム1の動作例(逆潮流時に停電した場合)を説明するための模式図である。
図7に示すように、Bモード(給電経路は第2経路)において、停電が発生した場合、パワーコンディショナ32は、単独運転防止機能により自動的に停止する。給電制御装置10の制御部13は、Aモードでの動作と同様に、停電発生を検知した場合、制御部13は、ACスイッチ11を無瞬断でOFFにする。この場合、給電システム1は、経路切替部40による給電経路が第2経路になっているため、蓄電池残容量SOCの条件によって以下の運用を行う(電力の流れPF42、及びPF44)。
制御部13は、給電経路を第2経路から変更しないまま、蓄電池20による負荷3への電力供給(電力の給電)を継続する(図7の電力の流れPF42、及びPF44参照)。
なお、この状態において、時間が経過して、蓄電池残容量SOC<基準値SOC2になった場合には、制御部13は、下記のC2−2モードと同様の状態に遷移させる。
制御部13は、給電経路を第2経路から第1経路に切り替えて、パワーコンディショナ32を再連系する(図6の示す運用状態)。なお、給電経路を第2経路から第1経路に切り替えている間、給電システム1は、蓄電池20による負荷3への給電を無瞬断で継続する。そして、再連系後に、給電システム1は、分散型電源30と蓄電池20とによる負荷3への電力供給を行う(図6の電力の流れPF32、PF33、及びPF34参照)。すなわち、制御部13は、給電経路が第2経路である状態において、商用電力系統2が停電した場合に、ACスイッチ11を遮断させるとともに、双方向変換装置12に蓄電池20からの直流電力を交流電力に変換させて負荷3に給電させる。さらに、制御部13は、蓄電池残容量SOCが第2基準値(基準値SOC2)より小さい場合に、給電経路を第1経路に切り替える(すなわちC1モードに移行する)。
例えば、制御部13は、給電経路が第2経路である状態において、商用電力系統2が停電から復旧した場合に、ACスイッチ11を接続させ、さらに、蓄電池残容量SOCが第2基準値(基準値SOC2)より小さい場合に、給電経路を第1経路に切り替える。すなわち、給電システム1は、上述したC2−1モードからBモードに移行した後、蓄電池残容量SOC<基準値SOC2に達した場合に、Aモードに移行する。なお、ここでのC2−1モードからBモードに移行する際に、パワーコンディショナ32は、商用電力系統2が停電から復旧したことにより、第2経路において再連系する。
図8は、24時間(1日)の給電システム1の動作例を示したタイミングチャートである。
この図において、各波形及び状態は、上から順に、負荷電力の波形W1、商用系統電力の波形W2、太陽光発電力の波形W3、蓄電池充放電電力の波形W4、蓄電池残容量の波形W5、ACスイッチ11の状態ACSW、C0−C1間の状態CS1、及びC0−C2間の状態CS2の変化を示している。また、横軸は、時間を示している。ここで、C0−C1間の状態とは、経路切替部40による接続点C0と接続点C1との間の状態を示し、C0−C2間の状態とは、経路切替部40による接続点C0と接続点C2との間の状態を示している。
また、時刻t3において、状態CS1がオフからオン、状態CS2がオンからオフに切り替わっている。そのため、太陽光発電による電力は、時刻t2から時刻t3までは逆潮流し、時刻t3以降は負荷3で消費又は蓄電池20への充電で消費されている。
また、本実施形態における給電システム1では、経路切替部40の切替制御によって入力の系統電力を任意に変更できる仕様としているため、契約状況や供給側の需給変動に応じて電力受電制限、及び、商用電力系統2の電力を一定にすることにより、商用電力系統2の電力の負荷軽減を実現することができる。
また、これまで蓄電池20の充電後に止めていた分散型電源30を動作させることができるため、本実施形態における給電システム1は、電気料金の抑制に寄与することができる。
これにより、本実施形態における給電システム1は、蓄電池20を切離すことなく逆潮流させることができる。
これにより、本実施形態における給電システム1は、蓄電池残容量SOCに応じて制御するので、簡易な制御により、発電装置31を効率よく利用することができる。
これにより、パワーコンディショナ32は、経路を切り替える際に、パワーコンディショナ32は、単独運転防止機能により自動的に停止し、自動的に並列時に周波数、電圧及び位相を並列先の系統にあわせて運転を再開する。そのため、本実施形態における給電システム1は、安全に経路を切り替えることができる。また、本実施形態における給電システム1は、直接パワーコンディショナ32を制御することなしに、経路の切り替えを安全に制御することができる。
これにより、本実施形態における給電システム1は、制御部13が出力する接点信号SCによる簡易な手段により、経路の切り替えを適切に制御することができる。
これにより、本実施形態における給電システム1は、停電が発生した場合に、無瞬断で電力供給を継続するとともに、発電装置31の発電電力を効率よく利用することができる。
これにより、本実施形態における給電システム1は、停電が復旧した場合においても、無瞬断で電力供給を継続するとともに、発電装置31の発電電力を効率よく利用することができる。
これにより、本実施形態による給電方法は、給電システム1と同様の効果を奏する。
上記の実施形態において、経路切替部40は、パワーコンディショナ32の外部に設ける場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図9に示すように、パワーコンディショナ32(図9ではパワーコンディショナ32aと表記)が、経路切替部40を備える形態であってもよい。
また、電力系統は、例えば、3相や単相、単相3線式等の形態とすることができ、その場合、経路切替部40や各配線は、それらに対応した複数の構成を有するものとする。
また、分散型電源30は、1つに限らず、複数であってもよく、その場合、1つの経路切替部40に並列に複数の分散型電源30を接続してもよいし、経路切替部40を複数用いるようにしてもよい。
また、上記の実施形態において、経路切替部40で限時時間を生成する場合について説明したが、制御部13が、限時時間を生成し、限時時間を設けるように経路切替部40を切り替える制御を行ってもよい。
2 商用電力系統
3 負荷
10 給電制御装置
11 ACスイッチ
12 双方向変換装置
13 制御部
20 蓄電池
30、30b 分散型電源
31 発電装置
32、32a、32−1、32−2 パワーコンディショナ
40 経路切替部
51、52、53、54、55、56 配線
Claims (9)
- 発電装置と、
前記発電装置の発電電力を所定の交流電力に変換するパワーコンディショナと、
商用電力系統と負荷との間を接続するとともに、前記商用電力系統が停電した場合に前記商用電力系統と前記負荷との間を遮断する交流スイッチと、
前記負荷に給電する電力を蓄積する蓄電池と、
前記交流スイッチの負荷側と前記蓄電池との間で交流電力と直流電力とを双方向に変換する双方向変換装置と、
前記発電装置の発電電力が流れる経路を、前記パワーコンディショナを介して前記交流スイッチの負荷側に流れる第1経路と、前記パワーコンディショナを介して前記交流スイッチの商用電力系統側に流れる第2経路とのいずれか一方に切り替える経路切替部と
前記経路切替部に対して、前記発電装置の発電電力が流れる経路を切り替えさせる制御を行う制御部と
を備えることを特徴とする給電システム。 - 前記制御部は、前記発電装置の発電電力を前記商用電力系統に逆潮流させる場合に、前記経路切替部の前記経路を第2経路に切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載の給電システム。 - 前記制御部は、前記蓄電池の蓄電池残容量に応じて前記経路切替部を制御する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の給電システム。 - 前記制御部は、
前記蓄電池残容量が第1基準値より大きい場合に前記発電装置の発電電力が流れる経路を前記第2経路に切り替え、前記蓄電池残容量が前記第1基準値より小さい第2基準値より小さい場合に前記発電装置の発電電力が流れる経路を前記第1経路に切り替える
ことを特徴とする請求項3に記載の給電システム。 - 前記制御部は、
前記経路が第2経路である状態において、前記商用電力系統が停電した場合に、前記交流スイッチを遮断させるとともに、前記双方向変換装置に前記蓄電池からの直流電力を交流電力に変換させて前記負荷に給電させ、さらに、前記蓄電池残容量が前記第2基準値より小さい場合に、前記経路を前記第1経路に切り替える
ことを特徴とする請求項4に記載の給電システム。 - 前記制御部は、
前記経路が第2経路である状態において、前記商用電力系統が停電から復旧した場合に、前記交流スイッチを接続させ、さらに、前記蓄電池残容量が前記第2基準値より小さい場合に、前記経路を前記第1経路に切り替える
ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の給電システム。 - 前記パワーコンディショナは、単独運転を防止する機能と、並列時に周波数、電圧及び位相を並列先の系統にあわせる機能とを有し、
前記制御部は、
前記経路切替部に対して、前記経路を切り替える際に、前記第1経路及び前記第2経路のいずれにも前記発電装置の発電電力が所定の期間、流れていない状態を経過した後に、前記第1経路から前記第2経路への切り替え又は前記第2経路から前記第1経路への切り替えをさせる
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の給電システム。 - 前記経路切替部は、
経路を切り替える際に、前記所定の期間を経過した後に経路を切り替える機能を有する
ことを特徴とする請求項7に記載の給電システム。 - 発電装置の発電電力及び商用電力系統からの電力を負荷に給電する給電システムにおける給電方法であって、
パワーコンディショナが、前記発電装置の発電電力を所定の交流電力に変換する過程と、
交流スイッチが、商用電力系統と負荷との間を接続するとともに、前記商用電力系統が停電した場合に前記商用電力系統と前記負荷との間を遮断する過程と、
蓄電池が、前記負荷に給電する電力を蓄積する過程と、
双方向変換装置が、前記交流スイッチの負荷側と前記蓄電池との間で交流電力と直流電力とを双方向に変換する過程と、
経路切替部が、前記発電装置の発電電力が流れる経路を、前記パワーコンディショナを介して前記交流スイッチの負荷側に流れる第1経路と、前記パワーコンディショナを介して前記交流スイッチの商用電力系統側に流れる第2経路とのいずれか一方に切り替える過程と、
制御部が、前記経路切替部に対して、前記発電装置の発電電力が流れる経路を切り替えさせる制御を行うと過程と
を含むことを特徴とする給電方法。
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