JP2015073368A

JP2015073368A - パワーコンディショナシステム

Info

Publication number: JP2015073368A
Application number: JP2013207642A
Authority: JP
Inventors: 憲光田中; Norimitsu Tanaka; 忠利馬場崎; Tadatoshi Babasaki; 金井　康通; Yasumichi Kanai; 康通金井; 謙介村井; Kensuke Murai; 隼平稲森; Shunpei Inamori; 孔貴浅木森; Yoshitaka Asakimori; 樋口　裕二; Yuji Higuchi; 裕二樋口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-16

Abstract

【課題】発電機と中間バスを介して接続された蓄電池の充放電をバス電圧制御により制御するパワーコンディショナシステムを提供すること。【解決手段】パワーコンディショナシステム１００は、太陽電池１１１とＭＰＰＴ制御のＤＣ／ＤＣコンバータ１１２とからなる太陽光発電ユニット１１０、蓄電池１２１と蓄電池１２１の出力電圧と出力電流を測定する電圧・電流計１２２からなる蓄電池ユニット１２０、太陽光発電ユニット１１０および蓄電池ユニット１２０から出力される直流電力を電力系統１５０と同期させながら交流電力に変換するインバータ１３０、およびインバータ１３０を制御する連携制御装置１４０を備える。太陽電池１１１からの発電電力はＤＣ／ＤＣコンバータ１１２で最大化されて中間バスに供給される。連携制御装置１４０は、電圧・電流計１２２の測定値に基づきインバータ１３０の交流電力の出力電力量を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、発電機と蓄電池とが接続されたパワーコンディショナシステムに関する。

一般に、太陽電池、燃料電池、ガスエンジン等の自家発電設備を用いて発電された電力は、パワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power Conditioning Subsystem）を介して系統電力に変換し、需要家に供給されている。

図４（ａ）、（ｂ）に、太陽光発電ユニットおよび蓄電池ユニットが接続された従来のパワーコンディショナシステムを示す。太陽光発電ユニット４１０および蓄電池ユニット４２０から出力された電力を中間バスで接続されたインバータ４３０で電力系統４４０と同期し、家庭内負荷４５０に電力を供給することができる。

太陽光発電ユニット４１０は、太陽電池４１１で発電された電力を、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御のＤＣ／ＤＣコンバータ４１２によって出力を最大化して中間バスに出力する。

蓄電池ユニット４２０は、中間バスから蓄電池４２１に充電するとき（図４（ａ））、および蓄電池４２１から中間バスに放電するとき（図４（ｂ））のそれぞれにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２２で所定の電圧まで昇圧または降圧を行う。

このように、蓄電池を備えたシステムでは、夜間の安価な電力や太陽電池で発電した余剰電力で蓄電池を充電し、太陽電池での発電量が不足するときに蓄電池から放電することで系統電力の使用量を抑えて電気代を節約したり、電力系統が停電した際にも電力供給を可能にしたりすることができる。

難波満成著、「多様なエネルギーを高効率で活用するマルチソースパワーコンディショナー」、ＮＥＣ技報、２０１２年、Ｖｏｌ．６５、Ｎｏ．１、Ｐ．６１−６４

しかしながら、蓄電池４２１に一旦蓄電し、蓄電池４２１から放電した電力を家庭内負荷４５０に供給する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２２で２回電圧変換を行う必要がある。一般にＤＣ／ＤＣコンバータで昇降圧を行うと電力損失が発生するため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２２の効率を９０％程度とすると、２回の電圧変換を行うことで８１％（＝０．９×０．９）程度まで効率が低下するという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、発電機と中間バスを介して接続された蓄電池の充放電をバス電圧制御により制御するパワーコンディショナシステムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、パワーコンディショナシステムであって、直流電力を交流電力に変換するインバータと、蓄電池と、直流電力を出力する発電機と、前記インバータ、蓄電池および発電機を電気的に接続する直流バスと、前記蓄電池と前記直流バスとの間に設置された電圧・電流計と、前記電圧・電流計の測定結果に基づき、前記インバータを制御することにより、前記蓄電池の充放電を制御する連携制御装置と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパワーコンディショナシステムにおいて、前記連携制御装置は、前記蓄電池を充電する場合、前記電圧・電流計の電圧値が前記蓄電池の所定の充電電圧値に達するように、前記インバータの出力を減少させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のパワーコンディショナシステムにおいて、前記連携制御装置は、前記電圧・電流計の電圧値が前記蓄電池の所定の充電電圧値に達した後、前記電圧・電流計の電流値が所定の電流値よりも低くなると、前記インバータの出力を増加させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のパワーコンディショナシステムにおいて、前記連携制御装置は、前記電圧・電流計の電圧値が前記蓄電池の所定の放電終止電圧値に達すると、前記インバータの出力を減少させることを特徴とする。

本発明は、蓄電池の充放電用にＤＣ／ＤＣコンバータを必要としないため、そのＤＣ／ＤＣコンバータで生じていた電圧変換時の電力損失を削減する効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナシステムの構成を示す図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナシステムの太陽光発電高出力時（晴天時）の動作を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナシステムの太陽光発電低出力時（曇天時）の動作を説明するフローチャートである。太陽光発電ユニットおよび蓄電池ユニットが接続された従来のパワーコンディショナシステムの構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナシステムの構成を示す。パワーコンディショナシステム１００は、太陽電池１１１とＭＰＰＴ制御のＤＣ／ＤＣコンバータ１１２とからなる太陽光発電ユニット１１０、蓄電池１２１と蓄電池１２１の出力電圧と出力電流を測定する電圧・電流計１２２からなる蓄電池ユニット１２０、太陽光発電ユニット１１０および蓄電池ユニット１２０から出力される直流電力を電力系統１５０と同期させながら交流電力に変換するインバータ１３０、およびインバータ１３０を制御する連携制御装置１４０を備える。尚、太陽光発電ユニット１１０は、燃料電池、ガスエンジン等の他の自家発電設備に置き換えてもよい。

太陽電池１１１はＤＣ／ＤＣコンバータ１１２を介して中間バスに接続され、太陽電池１１１からの発電電力はＤＣ／ＤＣコンバータ１１２で最大化されて中間バスに供給される。蓄電池１２１は、電圧・電流計１２２を介して中間バスに接続されている。連携制御装置１４０は、電圧・電流計１２２の測定値に基づきインバータ１３０の交流電力の出力電力量を制御する。

本発明では、蓄電池１２１と中間バスとの間にＤＣ／ＤＣコンバータを設けず、インバータ１３０を制御して中間バスの電圧を制御し、蓄電池１２１の充放電を制御する。このように、蓄電池１２１の充放電用にＤＣ／ＤＣコンバータを必要としないため、そのＤＣ／ＤＣコンバータで生じていた電圧変換時の電力損失を削減することができる。

図２に、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナシステムの太陽光発電高出力時（晴天時）の動作を説明するフローチャートを示す。晴天時等、太陽電池１１１の発電量が多く、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１２の出力がインバータ１３０の出力より高い場合、中間バスの電圧は上昇する。

このような場合、連携制御装置１４０は、電圧・電流計１２２の測定結果に基づき、中間バスの電圧が所定の充電電圧よりも高いか否かを判定し（Ｓ２０１）、中間バスの電圧が所定の充電電圧に達したと判定すると、電圧・電流計１２２の電流値が所定の充電電流値よりも低いか否かを判定する（Ｓ２０２）。尚、電圧・電流計１２２の電流値、すなわち蓄電池１２１に流入する充電電流の値が所定の電流値よりも低い場合、蓄電池１２１は満充電状態であるとみなすことができる。

連携制御装置１４０は、電圧・電流計１２２の電流値が所定の充電電流値よりも低いと判定すると、蓄電池１２１は満充電状態であるとみなし、インバータ１３０の出力を増加させる（Ｓ２０３）。

ここでインバータ１３０の出力がＤＣ／ＤＣコンバータ１１２の出力よりも大きい場合、中間バスの電圧は低下を始める。中間バスの電圧が蓄電池１２１の定格電圧よりも低くなると、蓄電池１２１は放電を始める。

連携制御装置１４０は、中間バスの電圧が所定の電圧以下の放電終止電圧に達したか否かを判定し（Ｓ２０４）、中間バスの電圧が放電終止電圧に達するとインバータ１３０の出力を減少させる（Ｓ２０５）。

図３に、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナシステムの太陽光発電低出力時（曇天時）の動作を説明するフローチャートを示す。曇天時や雨天時等、太陽電池１１１の発電量が少なく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１２の出力がインバータ１３０の出力より低い場合、中間バスの電圧は低下する。中間バスの電圧が蓄電池１２１の定格電圧よりも低くなると、蓄電池１２１は放電を始める。

このような場合、連携制御装置１４０は、電圧・電流計１２２の測定結果に基づき、中間バスの電圧が所定の電圧以下の放電終止電圧に達したか否かを判定し（Ｓ３０１）、中間バスの電圧が放電終止電圧に達するとインバータ１３０の出力を減少させる（Ｓ３０２）。

ここでインバータ１３０の出力がＤＣ／ＤＣコンバータ１１２の出力よりも小さい場合、中間バスの電圧は上昇を始める。

連携制御装置１４０は、中間バスの電圧が所定の充電電圧よりも高いか否かを判定し（Ｓ３０３）、中間バスの電圧が所定の充電電圧に達したと判定すると、電圧・電流計１２２の電流値が所定の充電電流値よりも低いか否かを判定する（Ｓ３０４）。

連携制御装置１４０は、電圧・電流計１２２の電流値が所定の充電電流値よりも低いと判定すると、蓄電池１２１は満充電状態であるとみなし、インバータ１３０の出力を増加させる（Ｓ３０５）。

１００パワーコンディショナシステム
１１０、４１０太陽光発電ユニット
１１１、４１１太陽電池
１１２、４１２、４２２ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２０、４２０蓄電池ユニット
１２１、４２１蓄電池
１２２電圧・電流計
１３０、４３０インバータ
１４０連携制御装置
１５０、４４０電力系統
１６０、４５０家庭内負荷

Claims

直流電力を交流電力に変換するインバータと、
蓄電池と、
直流電力を出力する発電機と、
前記インバータ、蓄電池および発電機を電気的に接続する直流バスと、
前記蓄電池と前記直流バスとの間に設置された電圧・電流計と、
前記電圧・電流計の測定結果に基づき、前記インバータを制御することにより、前記蓄電池の充放電を制御する連携制御装置と、
を備えたことを特徴とするパワーコンディショナシステム。
前記連携制御装置は、前記蓄電池を充電する場合、前記電圧・電流計の電圧値が前記蓄電池の所定の充電電圧値に達するように、前記インバータの出力を減少させることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナシステム。
前記連携制御装置は、前記電圧・電流計の電圧値が前記蓄電池の所定の充電電圧値に達した後、前記電圧・電流計の電流値が所定の電流値よりも低くなると、前記インバータの出力を増加させることを特徴とする請求項２に記載のパワーコンディショナシステム。
前記連携制御装置は、前記電圧・電流計の電圧値が前記蓄電池の所定の放電終止電圧値に達すると、前記インバータの出力を減少させることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナシステム。