JP3147724B2

JP3147724B2 - 分散形電源装置

Info

Publication number: JP3147724B2
Application number: JP21661195A
Authority: JP
Inventors: 孝之大橋; 真澄小幡; 雅英山口
Original assignee: 日本電池株式会社
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 2001-03-19
Anticipated expiration: 2015-08-01
Also published as: JPH0946925A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池等を利用
した発電装置を商用電力系統と連系運転させると共に、
この商用電力系統の異常時には発電装置を自立運転させ
蓄電池と共に非常用の負荷に電力を供給する分散形電源
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】病院や学校等の施設では、省エネルギー
化を図るために分散形電源装置を用いる場合がある。分
散形電源装置は、太陽電池等を利用した発電装置を施設
内に設置し、この発電装置で発電した直流電力をインバ
ータ（直流交流変換装置）で交流に変換し商用電力系統
と連系させて施設内の負荷（一般負荷）に供給するもの
である。そして、この分散形電源装置には、災害等によ
り商用電力系統に停電等の異常が発生したときにも、発
電装置を自立運転させて、この発電装置の直流電力をイ
ンバータで交流に変換し非常用の負荷（自立運転負荷）
に供給できるようにしたものがある。また、太陽電池等
を用いた発電装置では日射量等に応じて発電電力が変動
するため、この自立運転の際には、蓄電池を発電装置に
併設して電力を安定供給できるようにする。

【０００３】上記分散形電源装置の従来の構成例を図３
に示す。この分散形電源装置は、発電装置である太陽電
池アレイ１の出力と蓄電池３の出力をインバータ４の直
流入力に共通に接続している。このインバータ４の交流
出力には、電磁接触器５を介して一般負荷６が接続され
ると共に、電磁接触器７を介して自立運転負荷８が接続
される。一般負荷６には、受電点１１を介して商用電力
系統からの交流電力も供給されるようになっている。ま
た、蓄電池３には、充電器１４が接続され、受電点１１
を介して商用電力系統から供給される交流電力と、イン
バータ４の交流出力から電磁接触器５を介して供給され
る交流電力とを直流に変換して蓄電池３に供給すること
により、商用電力系統の正常時にこの蓄電池３の充電を
行うようになっている。

【０００４】上記分散形電源装置は、商用電力系統の正
常時に、電磁接触器７をＯＦＦにすると共に電磁接触器
５をＯＮにし、太陽電池アレイ１が発電した直流電力を
インバータ４で交流に変換して、商用電力系統との連系
運転により交流電力を一般負荷６に供給する。また、商
用電力系統の異常時には、電磁接触器７をＯＮにすると
共に電磁接触器５をＯＦＦにし、太陽電池アレイ１が発
電した直流電力と、この発電電力が不足した場合に蓄電
池３を放電させて得た直流電力とをインバータ４で交流
に変換して、自立運転により交流電力を自立運転負荷８
に供給する。そして、太陽電池アレイ１の発電電力が不
足して蓄電池３が放電を行うと、次にこの太陽電池アレ
イ１の発電電力が十分に大きくなったときに、この直流
電力が蓄電池３にも供給されて回復充電が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
分散形電源装置では、太陽電池アレイ１と蓄電池３とを
常時並列接続していたので、端子電圧が変動したり不必
要な充放電電流が流れてこの蓄電池３を適切な状態に保
つことができないという問題があった。また、このよう
に太陽電池アレイ１と蓄電池３とが常時並列接続されて
いると、この蓄電池３の電力が逆潮流されるおそれがあ
るという問題もあった。

【０００６】さらに、上記分散形電源装置は、商用電力
系統の正常時にインバータ４を最大電力追跡制御（以下
「ＭＰＰＴ制御」という）によって運転し、太陽電池ア
レイ１での発電電力を最大限に有効利用できるようにす
べきである。しかし、このようなＭＰＰＴ制御を行うと
太陽電池アレイ１の出力電圧が常に変動する。従って、
蓄電池３をこのように常時並列接続していると、インバ
ータ４をこのＭＰＰＴ制御によって運転することができ
ないという問題もあった。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、蓄電池への充電電流の流入を制御することに
より、この蓄電池を最適な状態に保ちインバータのＭＰ
ＰＴ制御による運転も可能にする分散形電源装置を提供
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、請求項１の発明
は、上記課題を解決するために、直流電力を発電する発
電装置と、直流電力を蓄積し供給する蓄電池と、商用電
力系統の正常時に、この発電装置が発電した直流電力を
交流に変換し商用電力系統と連系して一般負荷に供給す
ると共に、商用電力系統の異常時に、これら発電装置及
び／又は蓄電池から出力される直流電力を交流に変換し
て自立運転負荷に供給する直流交流変換装置とを備えた
分散形電源装置において、発電装置の出力が直流交流変
換装置の直流入力に接続されると共に、蓄電池の出力
が、この蓄電池の充放電電流をしゃ断する状態と放電電
流のみを導通させる状態と充放電電流又は充電電流のみ
を導通させる状態とが切り換え可能な切換回路を介して
直流交流変換装置の直流入力に接続され、この切換回路
が、蓄電池の放電電流に対して順方向となるダイオード
と第１開閉器との並列回路と、突入電流制限用の抵抗器
と第２開閉器との直列回路と第３開閉器とが並列に接続
された回路とが、直列に接続された回路からなり、商用
電力系統の正常時には、蓄電池の充放電電流をしゃ断す
る状態に切換回路を切り換え、商用電力系統の異常時に
は、まず最初に第２開閉器を閉じて、抵抗器を通して蓄
電池の放電電流を導通させ、次に第３開閉器を閉じて、
抵抗器を通さずに蓄電池の放電電流を導通させると共
に、その後、蓄電池の端子電圧低下時に、第１開閉器を
閉じて充放電電流を導通させる状態に切換回路を切り換
える切換回路制御手段が設けられたことを特徴とする。

【０００９】また、請求項２の発明は、直流電力を発電
する発電装置と、直流電力を蓄積し供給する蓄電池と、
商用電力系統の正常時に、この発電装置が発電した直流
電力を交流に変換し商用電力系統と連系して一般負荷に
供給すると共に、商用電力系統の異常時に、これら発電
装置及び／又は蓄電池から出力される直流電力を交流に
変換して自立運転負荷に供給する直流交流変換装置とを
備えた分散形電源装置において、発電装置の出力が直流
交流変換装置の直流入力に接続されると共に、蓄電池の
出力が、この蓄電池の充放電電流をしゃ断する状態と放
電電流のみを導通させる状態と充放電電流又は充電電流
のみを導通させる状態とが切り換え可能な切換回路を介
して直流交流変換装置の直流入力に接続され、この切換
回路が、蓄電池の放電電流に対して順方向となるダイオ
ードと第１開閉器との並列回路と、突入電流制限用の抵
抗器と第３開閉器との並列回路と、第２開閉器とが直列
接続された回路からなり、商用電力系統の正常時には、
蓄電池の充放電電流をしゃ断する状態に切換回路を切り
換え、商用電力系統の異常時には、まず最初に第２開閉
器を閉じて、抵抗器を通して蓄電池の放電電流を導通さ
せ、次に第３開閉器を閉じて、抵抗器を通さずに蓄電池
の放電電流を導通させると共に、その後、蓄電池の端子
電圧低下時に、第１開閉器を閉じて充放電電流を導通さ
せる状態に切換回路を切り換える切換回路制御手段が設
けられたことを特徴とする。

【００１０】請求項１と請求項２の発明によれば、商用
電力系統の正常時には、切換回路を蓄電池の充放電電流
をしゃ断する状態に切り換えることにより、発電装置の
発電電力のみを直流交流変換装置に供給して、商用電力
系統との連系運転を行うことができる。そして、この場
合には、蓄電池が切り離されるので、直流交流変換装置
をＭＰＰＴ制御によって運転することができるようにな
る。

【００１１】また、商用電力系統の異常時には、まず第
２開閉器を閉じることによって、蓄電池からの放電電流
を直流交流変換装置に供給し運転を開始させる。しか
も、この運転開始の際には、蓄電池からの放電電流が抵
抗器を介して供給されるので、直流交流変換装置に大き
な突入電流が流れるのを防止することができる。そし
て、直流交流変換装置が運転を開始した後には、第３開
閉器を閉じることによって、蓄電池からの放電電流を直
接供給することができる。

【００１２】さらに、直流交流変換装置の運転が開始さ
れても、発電装置から蓄電池に充電電流が流入するのを
ダイオードによって阻止することができるので、この蓄
電池を常に適切な状態に保つと共に、この蓄電池の電力
が逆潮流されるのを防ぐこともできる。そして、蓄電池
が放電電流の供給により端子電圧が低下した場合にの
み、第１開閉器を閉じることによって、発電装置からの
充電電流を蓄電池に供給することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１４】図１及び図２は本発明の一実施形態を示す
ものであって、図１は分散形電源装置の構成を示す回路
ブロック図、図２は切換回路の他の構成を示す部分回路
ブロック図である。

【００１５】本実施形態では、病院や学校等の施設に設
置した、太陽電池を利用する分散形電源装置について説
明する。この施設には、野外や屋上等の太陽光が照射す
る場所に発電装置として太陽電池アレイ１が設置されて
いる。太陽電池アレイ１は、太陽光を受光することによ
り直流電力を発電する太陽電池を平面状に多数配列させ
たものである。この太陽電池アレイ１には、切換回路２
を介して蓄電池３が併設されている。そして、この太陽
電池アレイ１の正極出力と切換回路２を介した蓄電池３
の正極とがインバータ４の直流入力に接続されている。
インバータ４は、直流電力を交流に変換する静止型の直
流交流変換装置である。

【００１６】上記切換回路２は、電磁接触器２ａ（第１
開閉器）とダイオード２ｂの並列回路と、電磁接触器２
ｃ（第２開閉器）と抵抗器２ｄの直列回路に並列に電磁
接触器２ｅ（第３開閉器）を接続した回路とを直列に接
続したものである。従って、全ての電磁接触器２ａ，２
ｃ，２ｅがＯＦＦの場合には、蓄電池３と太陽電池アレ
イ１やインバータ４との間が切り離されて、充放電電流
がしゃ断された状態となる。また、電磁接触器２ｃのみ
をＯＮにすると、蓄電池３の放電電流が抵抗器２ｄとダ
イオード２ｂを介してインバータ４に供給されるので、
放電電流のみが抵抗器２ｄに制限されて流れる状態とな
る。次に、電磁接触器２ｅをＯＮにすると、蓄電池３の
放電電流がダイオード２ｂを介してインバータ４に供給
され、放電電流のみが抵抗器２ｄに制限されることなく
流れる状態となる。そして、電磁接触器２ａもＯＮにす
ると、蓄電池３の放電電流が直接インバータ４に供給さ
れると共に、太陽電池アレイ１からの充電電流がこの蓄
電池３に供給されるようになり、充放電電流が流れる状
態となる。

【００１７】上記インバータ４の交流出力には、電磁接
触器５を介して一般負荷６，６が接続されると共に、電
磁接触器７を介して自立運転負荷８が接続されている。
また、このインバータ４の交流出力には、これらの電磁
接触器５，７と電磁切換接触器９を介して連系自立共用
負荷１０が接続されている。一般負荷６，６は、商用電
力系統の正常時に使用される施設内の一般的な負荷であ
り、これら一般負荷６，６と電磁接触器５との間に商用
電力系統の受電点１１からの配電線が接続されることに
より、この商用電力系統からも電力の供給を受けるよう
になっている。また、これら一般負荷６，６と電磁接触
器５との間には、系統連系保護継電器１２が接続され、
商用電力系統の異常を検出して電磁接触器５，７のＯＮ
／ＯＦＦと電磁切換接触器９の切り換えを制御できるよ
うになっている。自立運転負荷８は、商用電力系統の異
常時に使用される施設内の非常用の負荷である。そし
て、連系自立共用負荷１０は、商用電力系統の正常時と
異常時に共通に使用される施設内の負荷である。

【００１８】上記蓄電池３と切換回路２との間には、継
電器回路１３が接続され、この蓄電池３の端子電圧を検
出して切換回路２の電磁接触器２ａのＯＮ／ＯＦＦを制
御できるようになっている。また、この蓄電池３と切換
回路２との間には、充電器１４の直流出力が接続されて
いる。この充電器１４は、受電点１１からの配電線を介
して供給される交流電力とインバータ４の交流出力から
電磁接触器５を介して供給される交流電力とを直流に変
換して蓄電池３に供給する充電回路であり、商用電力系
統の正常時に、この蓄電池３の自己放電分の電力を充電
するようになっている。

【００１９】上記構成の分散形電源装置の動作を説明す
る。商用電力系統の正常時には、系統連系保護継電器１
２が電磁接触器５をＯＮにすると共に電磁接触器７をＯ
ＦＦにし、電磁切換接触器９を一般負荷６側に切り換え
る。また、切換回路２の電磁接触器２ａ，２ｃ，２ｅは
全てＯＦＦとなって蓄電池３が切り離される。すると、
太陽電池アレイ１が発電した直流電力は、インバータ４
で交流に変換され電磁接触器５を介して一般負荷６，６
に供給されると共に、さらに電磁切換接触器９を介して
連系自立共用負荷１０に供給されるので、商用電力系統
との連系運転が行われる。従って、一般負荷６，６や連
系自立共用負荷１０は、日中の発電電力が十分な場合に
は太陽電池アレイ１から電力の供給を受け、夜間や日中
であっても日射量が少ないためにこの発電電力が不足す
る場合には、受電点１１を介して商用電力系統から不足
分の電力の供給を受ける。また、この際には、蓄電池３
が切換回路２により太陽電池アレイ１やインバータ４か
ら切り離されて、太陽電池アレイ１の出力電圧の変動の
影響を受けないようになるので、このインバータ４をＭ
ＰＰＴ制御によって運転することができるようになる。

【００２０】商用電力系統に例えば停電による異常が発
生すると、系統連系保護継電器１２がこれを検出して、
インバータ４の運転を停止させると共に、電磁接触器５
をＯＦＦにする。そして、まず切換回路２の電磁接触器
２ｃをＯＮにして蓄電池３の放電電流を抵抗器２ｄとダ
イオード２ｂを介して供給しインバータ４の運転を再開
させる。また、数秒後には、電磁接触器２ｅをＯＮにし
蓄電池３の放電電流をダイオード２ｂのみを介してイン
バータ４に供給すると共に、電磁接触器７をＯＮにし、
電磁切換接触器９を自立運転負荷８側に切り換える。す
ると、インバータ４は、自立運転を開始して、太陽電池
アレイ１が発電した直流電力や蓄電池３から供給される
直流電力を交流に変換し自立運転負荷８と連系自立共用
負荷１０に供給するようになる。また、このインバータ
４の運転再開時には、蓄電池３の放電電流が最初の数秒
間だけ抵抗器２ｄを介して供給されるので、大きな突入
電流が流れるのを防止することができる。このようにし
て自立運転が開始されると、自立運転負荷８や連系自立
共用負荷１０は、日中の発電電力が十分な場合には太陽
電池アレイ１から電力の供給を受け、夜間や日中であっ
ても日射量が少ないためにこの発電電力が不足する場合
には、蓄電池３から不足分の電力の供給を受ける。

【００２１】上記商用電力系統の異常時には、蓄電池３
が切換回路２を介して太陽電池アレイ１やインバータ４
に接続される。ただし、切換回路２は、電磁接触器２ａ
がＯＦＦのままであるため、蓄電池３からの放電電流は
流出させるが、充電電流はダイオード２ｂによってしゃ
断される。従って、この蓄電池３は、太陽電池アレイ１
やインバータ４に接続した場合にも、通常はこれらから
充電電流が流入するのを防ぐことができる。

【００２２】上記蓄電池３の端子電圧が放電により所定
値以下に低下すると、継電器回路１３がこれを検出して
切換回路２の電磁接触器２ａをＯＮにする。継電器回路
１３は、例えば蓄電池３が鉛蓄電池の場合には、この蓄
電池３のセル単位の端子電圧が２．１０Ｖ以下に低下す
ると、電磁接触器２ａをＯＮにする。すると、ダイオー
ド２ｂがバイパスされて蓄電池３が直接太陽電池アレイ
１の出力に接続されるので、この太陽電池アレイ１の発
電電力が十分に大きければ、蓄電池３に充電電流が流入
して充電が行われる。また、蓄電池３の端子電圧がこの
充電により所定値以上まで回復すると、継電器回路１３
がこれを検出して切換回路２の電磁接触器２ａをＯＦＦ
に戻して充電を完了する。継電器回路１３は、上述のよ
うに蓄電池３が鉛蓄電池の場合には、この蓄電池３のセ
ル単位の端子電圧が２．４５Ｖ以上に上昇すると、電磁
接触器２ａをＯＦＦに戻す。そして、以降も蓄電池３が
放電して端子電圧が所定値以下に低下する度に同様の動
作で充電が行われる。

【００２３】従って、本実施形態の分散形電源装置によ
れば、商用電力系統の正常時には、切換回路２によって
蓄電池３が切り離されるので、インバータ４をＭＰＰＴ
制御によって運転し、太陽電池アレイ１の発電電力を有
効利用できるようになる。また商用電力系統の異常時に
は、切換回路２のダイオード２ｂによって充電電流がし
ゃ断されるので、この蓄電池３を常に適切な状態に保つ
と共に、この蓄電池３の電力が逆潮流されるのを防ぐこ
ともできる。さらに、この商用電力系統の異常時には、
蓄電池３がある程度以上放電した場合にのみ、太陽電池
アレイ１からの充電電流を切換回路２を介してこの蓄電
池３に供給し充電を行うことができる。

【００２４】図２に切換回路２の他の構成例を示す。こ
の切換回路２は、電磁接触器２ａ（第１開閉器）とダイ
オード２ｂの並列回路と、電磁接触器２ｅ（第３開閉
器）と抵抗器２ｄの並列回路と、電磁接触器２ｃとを直
列に接続したものである。この切換回路２の場合にも、
商用電力系統の正常時に、電磁接触器２ａ，２ｃ，２ｅ
を全てＯＦＦにすれば、蓄電池３を切り離すことができ
る。また、商用電力系統の異常時には、まず電磁接触器
２ｃをＯＮにすれば、蓄電池３の放電電流が抵抗器２ｄ
を介して供給される。さらに、数秒後に電磁接触器２ｅ
をＯＮにすれば、蓄電池３の放電電流を直接インバータ
４に供給することができる。そして、電磁接触器２ａを
ＯＮにすると、ダイオード２ｂがバイパスされて、太陽
電池アレイ１から蓄電池３に充電電流が流入し充電が行
われる。即ち、この図２に示した切換回路２の場合に
も、図１に示した切換回路２の場合と同じ制御により電
磁接触器２ａ，２ｃ，２ｅのＯＮ／ＯＦＦを切り換える
ことにより同様の効果を得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の分散形電源装置によれば、商用電力系統の異常時に、
切換回路によって蓄電池を直流交流変換装置に放電電流
のみが流れる状態で接続するので、この蓄電池を常に適
切な状態に保つと共に、この蓄電池の電力が逆潮流され
るのを防ぐこともできる。また、商用電力系統の正常時
には、切換回路によって蓄電池が切り離されるので、直
流交流変換装置をＭＰＰＴ制御によって運転することが
可能となり、発電装置が発電した電力を最大限に有効利
用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、分散
形電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、切換
回路の他の構成を示す部分回路ブロック図である。

【図３】従来例を示すものであって、分散形電源装置の
構成を示す回路ブロック図である。

【符号の説明】

１太陽電池アレイ２切換回路２ａ電磁接触器２ｂダイオード２ｃ電磁接触器２ｄ抵抗器２ｅ電磁接触器３蓄電池４インバータ６一般負荷８自立運転負荷１１商用電力系統の受電点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−178461（ＪＰ，Ａ) 特開平１−103128（ＪＰ，Ａ) 特開平４−251531（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/35 H02J 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電力を発電する発電装置と、直流電
力を蓄積し供給する蓄電池と、商用電力系統の正常時
に、この発電装置が発電した直流電力を交流に変換し商
用電力系統と連系して一般負荷に供給すると共に、商用
電力系統の異常時に、これら発電装置及び／又は蓄電池
から出力される直流電力を交流に変換して自立運転負荷
に供給する直流交流変換装置とを備えた分散形電源装置
において、発電装置の出力が直流交流変換装置の直流入力に接続さ
れると共に、蓄電池の出力が、この蓄電池の充放電電流
をしゃ断する状態と放電電流のみを導通させる状態と充
放電電流又は充電電流のみを導通させる状態とが切り換
え可能な切換回路を介して直流交流変換装置の直流入力
に接続され、この切換回路が、蓄電池の放電電流に対し
て順方向となるダイオードと第１開閉器との並列回路
と、突入電流制限用の抵抗器と第２開閉器との直列回路
と第３開閉器とが並列に接続された回路とが、直列に接
続された回路からなり、商用電力系統の正常時には、蓄
電池の充放電電流をしゃ断する状態に切換回路を切り換
え、商用電力系統の異常時には、まず最初に第２開閉器
を閉じて、抵抗器を通して蓄電池の放電電流を導通さ
せ、次に第３開閉器を閉じて、抵抗器を通さずに蓄電池
の放電電流を導通させると共に、その後、蓄電池の端子
電圧低下時に、第１開閉器を閉じて充放電電流を導通さ
せる状態に切換回路を切り換える切換回路制御手段が設
けられたことを特徴とする分散形電源装置。
【請求項２】直流電力を発電する発電装置と、直流電
力を蓄積し供給する蓄電池と、商用電力系統の正常時
に、この発電装置が発電した直流電力を交流に変換し商
用電力系統と連系して一般負荷に供給すると共に、商用
電力系統の異常時に、これら発電装置及び／又は蓄電池
から出力される直流電力を交流に変換して自立運転負荷
に供給する直流交流変換装置とを備えた分散形電源装置
において、発電装置の出力が直流交流変換装置の直流入
力に接続されると共に、蓄電池の出力が、この蓄電池の
充放電電流をしゃ断する状態と放電電流のみを導通させ
る状態と充放電電流又は充電電流のみを導通させる状態
とが切り換え可能な切換回路を介して直流交流変換装置
の直流入力に接続され、この切換回路が、蓄電池の放電
電流に対して順方向となるダイオードと第１開閉器との
並列回路と、突入電流制限用の抵抗器と第３開閉器との
並列回路と、第２開閉器とが直列接続された回路からな
り、商用電力系統の正常時には、蓄電池の充放電電流を
しゃ断する状態に切換回路を切り換え、商用電力系統の
異常時には、まず最初に第２開閉器を閉じて、抵抗器を
通して蓄電池の放電電流を導通させ、次に第３開閉器を
閉じて、抵抗器を通さずに蓄電池の放電電流を導通させ
ると共に、その後、蓄電池の端子電圧低下時に、第１開
閉器を閉じて充放電電流を導通させる状態に切換回路を
切り換える切換回路制御手段が設けられたことを特徴と
する分散形電源装置。