JP5338831B2

JP5338831B2 - 電力制御装置および電力制御方法

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Publication number: JP5338831B2
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Inventors: 潤一郎山田; 武男西川; 亘岡田
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Filing date: 2011-03-15
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Description

本発明は、電力制御装置および電力制御方法に関し、特に、異なる電圧の電力が同一経路に流れ込むことを、より確実に防止することができるようにした電力制御装置および電力制御方法に関する。

近年、太陽光発電パネルおよび蓄電池を備えた太陽光発電システムが普及している。このような太陽光発電システムでは、太陽光発電パネルで発電された直流電圧の電力が、パワーコンディショナにより交流電圧の電力に変換された後、負荷に供給されて消費されたり、商用電力系統へ戻されて売電されたりする。また、太陽光発電パネルで発電された電力を蓄電池に充電することにより、天候に左右されない安定的な電力の供給が行われる。

一般的に、商用電力系統では、交流電圧２００Ｖの電力が送電される一方、家電製品などの負荷では、交流電圧１００Ｖの電力が消費される。そのため、パワーコンディショナは、太陽光発電パネルで発電された直流電圧の電力を、交流電圧１００Ｖまたは２００Ｖの電力にそれぞれ変換して出力を切り替えることができるように構成されている。

例えば、特許文献１には、電力系統の系統電圧を検知して、出力する電力を交流電圧１００Ｖまたは２００Ｖで切り替えることができる電力変換装置が開示されている。

また、太陽光発電システムでは、停電が発生して商用電力系統からの電力の供給が停止した場合には、商用電力系統から独立して自立運転を行う自立運転モードとなる。自立運転モードでは、太陽光発電パネルで発電された電力、または蓄電池に充電されている電力が、パワーコンディショナにより交流電圧１００Ｖの電力に変換されて負荷に供給される。

例えば、特許文献２には、商用電力系統と連系した系統連系運転モードと、商用電力系統から独立され自立運転を行う自立運転モードとを有するインバータ装置が開示されている。

特開２００２−１１２４６１号公報特開２００５−２７８２９７号公報

ところで、停電が発生してパワーコンディショナが自立運転モードで交流電圧１００Ｖの電力を出力しているときに、停電が復旧して商用電力系統から交流電圧２００Ｖ電力が供給されると、電圧の異なる電力経路が電気的に接触して、異なる電圧の電力が同一経路に流れ込む事態が発生する。このような事態が発生すると、パワーコンディショナがダメージを受けて故障する恐れがあった。

なお、特許文献１に記載の電力変換装置では、熱暴走などによって制御部に異常が発生したとき、交流電圧１００Ｖの経路と２００Ｖの経路とが接触する可能性がある。また、特許文献２に記載のインバータ装置では、制御部に何らかの不具合が発生してリレーの開閉状態が制御できない状態となったとき、自立運転モードで出力されている電力の経路と商用電力系統の電力の経路とが接触する可能性がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、異なる電圧の電力が同一経路に流れ込むことを、より確実に防止することができるようにするものである。

本発明の一側面の電力制御装置は、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される直流電圧の電力を、系統から供給される電力の電圧値である第１の電圧値の交流電圧の電力、または、前記第１の電圧値とは異なる第２の電圧値の交流電圧の電力に変換する第１の変換手段と、前記系統および前記第１の変換手段から供給される前記第１の電圧値の交流電圧の電力、または、前記第１の変換手段から供給される前記第２の電圧値の交流電圧の電力を、直流電圧の電力に変換する第２の変換手段と、前記系統および前記第１の変換手段から前記第２の変換手段に前記第１の電圧値の交流電圧の電力を供給する配線を開閉する第１の開閉手段と、前記第１の変換手段から前記第２の変換手段に前記第２の電圧値の交流電圧の電力を供給する配線であって、前記第１の開閉手段よりも前記第２の変換手段側に接続される配線を開閉する第２の開閉手段と、前記系統から電力が供給されている状態では、前記第１の開閉手段に対してハイレベルの電圧を印加して前記第１の開閉手段を閉鎖するとともに、前記第２の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第２の開閉手段を開放する制御を行い、前記系統からの電力の供給が停止したことを検知すると、前記第１の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第１の開閉手段を開放するとともに、前記第２の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第２の開閉手段を閉鎖する制御を行う開閉制御手段とを備え、前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段は、前記開閉制御手段が、前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段のうちの一方に対してハイレベルの電圧を印加しているときに、他方に対してハイレベルの電圧を印加しても、その他方側が開放された状態を維持する排他的回路により構成されることを特徴とする。

本発明の一側面の電力制御方法は、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される直流電圧の電力を、系統から供給される電力の電圧値である第１の電圧値の交流電圧の電力、または、前記第１の電圧値とは異なる第２の電圧値の交流電圧の電力に変換する第１の変換手段と、前記系統および前記第１の変換手段から供給される前記第１の電圧値の交流電圧の電力、または、前記第１の変換手段から供給される前記第２の電圧値の交流電圧の電力を、直流電圧の電力に変換する第２の変換手段と、前記系統および前記第１の変換手段から前記第２の変換手段に前記第１の電圧値の交流電圧の電力を供給する配線を開閉する第１の開閉手段と、前記第１の変換手段から前記第２の変換手段に前記第２の電圧値の交流電圧の電力を供給する配線であって、前記第１の開閉手段よりも前記第２の変換手段側に接続される配線を開閉する第２の開閉手段を備える電力制御装置の電力制御方法において、前記系統から電力が供給されている状態では、前記第１の開閉手段に対してハイレベルの電圧を印加して前記第１の開閉手段を閉鎖するとともに、前記第２の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第２の開閉手段を開放する制御を行い、前記系統からの電力の供給が停止したことを検知すると、前記第１の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第１の開閉手段を開放するとともに、前記第２の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第２の開閉手段を閉鎖する制御を行うステップを含み、前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段は、前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段のうちの一方に対してハイレベルの電圧が印加されているときに、他方に対してハイレベルの電圧が印加されても、その他方側が開放された状態を維持する排他的回路により構成されることを特徴とする。

本発明の一側面においては、系統から電力が供給されている状態では、第１の開閉手段に対してハイレベルの電圧を印加して第１の開閉手段を閉鎖するとともに、第２の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して第２の開閉手段を開放する制御が行われ、系統からの電力の供給が停止したことが検知されると、第１の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して第１の開閉手段が開放されるとともに、第２の開閉手段に対してハイレベルの電圧が印加されて第２の開閉手段が閉鎖される制御が行われる。そして、第１の開閉手段および第２の開閉手段は、第１の開閉手段および第２の開閉手段のうちの一方に対してハイレベルの電圧が印加されているときに、他方に対してハイレベルの電圧が印加されても、その他方側が開放された状態を維持する排他的回路により構成される。

本発明の一側面によれば、異なる電圧の電力が同一経路に流れ込むことを、より確実に防止することができる。

本発明を適用したエネルギーコントローラの第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。排他的回路の構成例を示す図である。停電時における電力経路を示す説明する。通常時における電力経路を示す説明する。本発明を適用したエネルギーコントローラの第２の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用したエネルギーコントローラの第３の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用したエネルギーコントローラの第４の実施の形態の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用したエネルギーコントローラの第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。

図１において、エネルギーコントローラ１１は、図示しない太陽光パネルに接続されるとともに、分電盤１２を介して、交流電圧２００Ｖの電力を供給する商用電力系統に接続されている。

エネルギーコントローラ１１は、太陽光パネルで発電された電力および商用電力系統から供給される電力をバッテリ１３に充電したり、太陽光パネルで発電された電力およびバッテリ１３に充電されている電力を負荷に供給したりする電力制御を行う。また、エネルギーコントローラ１１は、商用電力系統から電力が供給される通常時における運転モードである通常運転モードと、商用電力系統から電力の供給が停止した停電時における運転モードである自立運転モードとを備えている。そして、エネルギーコントローラ１１は、通常運転モードでは、分電盤１２を介して負荷に電力を供給し、自立運転モードでは、自立出力用コンセント１４に接続された負荷に対して電力を供給する。

エネルギーコントローラ１１は、太陽光パネル用ＰＣＳ（Power Conditioning System：パワーコンディショニングシステム）２１、バッテリ用ＰＣＳ２２、充電用AC/DC（Alternating Current / Direct Current）変換部２３、電力モニタ２５および２６、入出力部２７、並びに制御部２８を備えて構成されている。

また、エネルギーコントローラ１１では、充電用AC/DC変換部２３および分電盤１２の配線用ブレーカ４４を接続する配線に、リレー３１および３２が直列に接続されている。さらに、リレー３２および充電用AC/DC変換部２３を接続する配線と太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子とを接続する配線に、リレー３３が接続されている。また、分電盤１２の配線用ブレーカ４４およびリレー３１を接続する配線とバッテリ用ＰＣＳ２２とを接続する配線に、リレー３４が接続されている。

分電盤１２では、端子４１が商用電力系統の電力線に接続されている。また、端子４１に接続された配線が漏電ブレーカ４２、ブレーカ部４３、および配線用ブレーカ４４を介して、バッテリ用ＰＣＳ２２および充電用AC/DC変換部２３に接続されている。また、端子４１および漏電ブレーカ４２を接続する配線には、漏電ブレーカ４５を介して太陽光パネル用ＰＣＳ２１が接続されている。ブレーカ部４３は、複数のブレーカを有しており、それらのブレーカを介して、例えば、家屋内にある電気機器などの負荷が接続される。

太陽光パネル用ＰＣＳ２１は、図示しない太陽光パネルにより発電される電力を調整し、太陽光パネルにより発電された直流電圧の電力を、交流電圧の電力に変換して出力する。例えば、エネルギーコントローラ１１が通常運転モードであるとき、太陽光パネル用ＰＣＳ２１は、太陽光パネルから供給される電力を、交流電圧２００Ｖの電力に変換して分電盤１２に供給する。この電力は、漏電ブレーカ４５および漏電ブレーカ４２を介してブレーカ部４３の各ブレーカに接続された負荷に供給されたり、漏電ブレーカ４５および端子４１を介して商用電力系統に戻されて売電されたりする。

また、太陽光パネル用ＰＣＳ２１は、自立運転出力端子を備えている。自立運転モードへの移行を指示する信号（以下、適宜、自立運転信号と称する）が制御部２８から供給されると、太陽光パネル用ＰＣＳ２１は、自立運転出力端子から交流電圧１００Ｖの電力を出力する。太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子から出力される電力は、リレー３３を介して充電用AC/DC変換部２３に供給される。

バッテリ用ＰＣＳ２２は、バッテリ１３に蓄積されている電力を、交流電圧の電力に変換して出力する。例えば、エネルギーコントローラ１１が通常運転モードであるとき、バッテリ用ＰＣＳ２２は、バッテリ１３から供給される電力を交流電圧２００Ｖの電力に変換し、リレー３４を介して分電盤１２に供給する。この電力は、負荷での消費電力に応じて調整され、配線用ブレーカ４４を介して、ブレーカ部４３に接続された負荷にのみ供給され、商用電力系統に流れ出ることは防止されている。

また、バッテリ用ＰＣＳ２２は、自立運転出力端子を備えており、自立運転信号が制御部２８から供給されると、自立運転出力端子から交流電圧１００Ｖの電力を出力する。バッテリ用ＰＣＳ２２の自立運転出力端子から出力される電力は、端子３７を介して、自立出力用コンセント１４に接続されている負荷に供給される。

充電用AC/DC変換部２３は、交流電圧（１００Ｖまたは２００Ｖ）の電力を、バッテリ１３の充電に適した直流電圧の電力に変換してバッテリ１３に供給し、バッテリ１３を充電する。例えば、充電用AC/DC変換部２３は、バッテリ１３の充電量を確認し、その充電量に応じて制御される電圧でバッテリ１３を充電する。また、バッテリ１３の充電量などによっては、充電用AC/DC変換部２３から出力される電力は、バッテリ用ＰＣＳ２２に供給される。

電力モニタ２５は、充電用AC/DC変換部２３に入力される電力を監視し、その電力量（電流値Ａ１および電圧値Ｖ１）を制御部２８に通知する。電力モニタ２６は、商用電力系統から分電盤１２に供給される電力を監視し、その電力量（電流値Ａ２および電圧値Ｖ２）を制御部２８に通知する。なお、充電用AC/DC変換部２３から出力される電力の電力量（電流値Ａ３および電圧値Ｖ３）が、充電用AC/DC変換部２３により制御部２８に通知される。

入出力部２７は、エネルギーコントローラ１１内の各部と制御部２８とが通信を行うためのインタフェース（例えば、System I/O board）である。

制御部２８は、入出力部２７を介してエネルギーコントローラ１１内の各部と通信を行って、各種の制御を行う。

例えば、制御部２８は、電力モニタ２６から通知される電力量に基づいて、商用電力系統から電力の供給が停止したことを検知したとき、即ち、停電を検知したとき、太陽光パネル用ＰＣＳ２１およびバッテリ用ＰＣＳ２２に対して自立運転信号を供給する。また、このとき、制御部２８は、リレー３１および３２の接続をオフ（開放状態）にするとともに、リレー３３の接続をオン（接続状態）にする制御を行う。

また、例えば、制御部２８は、停電が復旧して、商用電力系統から電力の供給が開始されたことを検知したとき、太陽光パネル用ＰＣＳ２１およびバッテリ用ＰＣＳ２２に対して、自立運転を解除する信号を供給する。また、このとき、制御部２８は、リレー３１および３２の接続をオンにするとともに、リレー３３の接続をオフにする制御を行う。

このように、エネルギーコントローラ１１では、自立運転モード時には、リレー３１および３２の接続がオフされ、リレー３３の接続がオンされる一方、通常運転モード時には、リレー３１および３２の接続がオンされ、リレー３３の接続がオフされる。このように、リレー３１および３２と、リレー３３とでオンおよびオフが排他的に機能するように、リレー３１乃至３３は排他的回路を構成している。

図２には、リレー３１乃至３３により構成される排他的回路の構成例を示す図である。

リレー３１は、コイル３１ａ、主スイッチ３１ｂおよび３１ｃ、並びに、補助スイッチ３１ｄを備えて構成され、主スイッチ３１ｂおよび３１ｃは常開型とされ、補助スイッチ３１ｄは常閉型とされる。即ち、リレー３１では、コイル３１ａに電流が流れている状態で、主スイッチ３１ｂおよび３１ｃが閉鎖される一方、補助スイッチ３１ｄが開放され、コイル３１ａに電流が流れていない状態で、主スイッチ３１ｂおよび３１ｃが開放される一方、補助スイッチ３１ｄが閉鎖される。

リレー３２は、コイル３２ａ、主スイッチ３２ｂおよび３２ｃ、並びに、補助スイッチ３２ｄを備えて構成され、リレー３１と同様の動作を行う。

リレー３３は、コイル３３ａ、主スイッチ３３ｂおよび３３ｃ、並びに、補助スイッチ３３ｄおよび３３ｅを備えて構成される。主スイッチ３３ｂおよび３３ｃは常開型とされ、補助スイッチ３３ｄおよび３３ｅは常閉型とされる。即ち、リレー３３では、コイル３３ａに電流が流れている状態で、主スイッチ３３ｂおよび３３ｃが閉鎖される一方、補助スイッチ３３ｄおよび３３ｅが開放され、コイル３３ａに電流が流れていない状態で、主スイッチ３３ｂおよび３３ｃが開放される一方、補助スイッチ３３ｄおよび３３ｅが閉鎖される。

リレー３１の主スイッチ３１ｂおよび３１ｃの一方の端子は、図１の分電盤１２を介して、交流電圧２００Ｖの電力を供給する商用電力系統の電力線にそれぞれ接続されている。リレー３１の主スイッチ３１ｂおよび３１ｃの他方の端子は、リレー３２の主スイッチ３２ｂおよび３２ｃの一方の端子に接続されており、リレー３２の主スイッチ３２ｂおよび３２ｃの他方の端子は、充電用AC/DC変換部２３に接続されている。

また、リレー３３の主スイッチ３３ｂおよび３３ｃの一方の端子は、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子に接続されており、リレー３３の主スイッチ３３ｂおよび３３ｃの他方の端子は、リレー３２および充電用AC/DC変換部２３を接続する配線に接続されている。

ここで、入出力部２７は、＋２４Ｖの電圧を印加する端子Ａ、端子Ｂ、および端子Ｃを有しており、制御部２８の制御に従い、端子Ａ、端子Ｂ、および端子Ｃに電圧が印加されて、リレー３１乃至３３の開閉が制御される。

入出力部２７の端子ＡからＧＮＤまでの間には、リレー３１の補助スイッチ３１ｄ、リレー３２の補助スイッチ３２ｄ、およびリレー３３のコイル３３ａが直列に接続されている。入出力部２７の端子ＢからＧＮＤまでの間には、リレー３１のコイル３１ａ、およびリレー３３の補助スイッチ３３ｅが直列に接続されている。入出力部２７の端子ＣからＧＮＤまでの間には、リレー３２のコイル３２ａ、およびリレー３３の補助スイッチ３３ｄが直列に接続されている。

このような接続構成により、商用電力系統と太陽光パネル用ＰＣＳ２１とで、充電用AC/DC変換部２３に対する接続は排他的となっている。即ち、充電用AC/DC変換部２３と商用電力系統とが接続されているときには、充電用AC/DC変換部２３と太陽光パネル用ＰＣＳ２１との接続は解除される。一方、充電用AC/DC変換部２３と太陽光パネル用ＰＣＳ２１とが接続されているときには、充電用AC/DC変換部２３と商用電力系統との接続は解除される。

具体的には、通常運転モードにおいて、制御部２８は、入出力部２７の端子Ｂおよび端子Ｃに＋２４Ｖの電圧を印加し、入出力部２７の端子Ａに対する電圧の印加を停止する（０Ｖとする）制御を行う。

これにより、リレー３１では、コイル３１ａに電流が流れて、主スイッチ３１ｂおよび３１ｃが閉鎖されて通電状態となり、補助スイッチ３１ｄが開放される。また、リレー３２では、コイル３２ａに電流が流れて、主スイッチ３２ｂおよび３２ｃが閉鎖されて通電状態となり、補助スイッチ３２ｄが開放される。また、リレー３３では、主スイッチ３３ｂおよび３３ｃが開放されて遮断状態となり、補助スイッチ３３ｄおよび３３ｅは閉鎖される。従って、通常運転モードでは、充電用AC/DC変換部２３と商用電力系統とが接続される一方、充電用AC/DC変換部２３と太陽光パネル用ＰＣＳ２１との接続は解除された状態となる。

なお、この状態で、仮に不具合が発生して、入出力部２７の端子Ａに＋２４Ｖの電圧が印加されたとする。この場合、リレー３１の補助スイッチ３１ｄおよびリレー３２の補助スイッチ３２ｄが開放されているため、リレー３３のコイル３３ａに電流が流れることはなく、リレー３３の主スイッチ３３ｂおよび３３ｃが閉鎖されることはない。即ち、この場合でも、充電用AC/DC変換部２３と太陽光パネル用ＰＣＳ２１との接続は解除された状態が維持され、リレー３３の主スイッチ３３ｂおよび３３ｃが通電状態となることは回避される。

また、自立運転モードにおいて、制御部２８は、入出力部２７の端子Ａに＋２４Ｖの電圧を印加させるとともに、入出力部２７の端子Ｂおよび端子Ｃに対する電圧の印加を停止する（０Ｖとする）制御を行う。

これにより、リレー３１では、主スイッチ３１ｂおよび３１ｃが開放されて遮断状態となり、補助スイッチ３１ｄが閉鎖される。また、リレー３２では、主スイッチ３２ｂおよび３２ｃが開放されて遮断状態となり、補助スイッチ３２ｄが閉鎖される。また、リレー３３では、コイル３３ａに電流が流れて、主スイッチ３３ｂおよび３３ｃが閉鎖されて通電状態となり、補助スイッチ３３ｄおよび３３ｅは開放される。従って、自立運転モードでは、充電用AC/DC変換部２３と太陽光パネル用ＰＣＳ２１とが接続される一方、充電用AC/DC変換部２３と商用電力系統との接続は解除された状態となる。

なお、この状態で、仮に不具合が発生して、入出力部２７の端子Ｂおよび端子Ｃに＋２４Ｖの電圧が印加されたとする。この場合、リレー３３の補助スイッチ３３ｄおよび３３ｅが開放されているため、リレー３１のコイル３１ａおよびリレー３２のコイル３２ａに電流が流れることはなく、リレー３１の主スイッチ３１ｂおよび３１ｃ並びにリレー３２の主スイッチ３２ｂおよび３２ｃが閉鎖されることはない。即ち、この場合でも、充電用AC/DC変換部２３と商用電力系統との接続は解除された状態が維持され、リレー３１の主スイッチ３１ｂおよび３１ｃ並びにリレー３２の主スイッチ３２ｂおよび３２ｃが通電状態となることは回避される。

次に、図３および図４を参照して、停電時および通常時におけるエネルギーコントローラ１１の電力経路について説明する。図３および図４において、それぞれの電力経路が太線により表されている。

図３には、停電時における電力経路が示されている。

上述したように、制御部２８は、電力モニタ２６から通知される電力量に基づいて、商用電力系統からの電力の供給が停止したことを検知すると、太陽光パネル用ＰＣＳ２１およびバッテリ用ＰＣＳ２２に対して自立運転信号を供給する。同時に、制御部２８は、リレー３１および３２の接続をオフにする（図２の端子Ｂおよび端子Ｃに対する電圧の印加を停止する）とともに、リレー３３の接続をオンにする（図２の端子Ａに＋２４Ｖの電圧を印加する）。

太陽光パネル用ＰＣＳ２１は、自立運転信号に従って、太陽光パネルから供給される直流電圧の電力を交流電圧１００Ｖの電力に変換して、自立運転出力端子から出力する。このとき、リレー３３の接続がオンとなっているので、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子から出力された電力は、リレー３３を介して充電用AC/DC変換部２３に供給される。

このとき、リレー３１および３２の接続がオフとなっているので、太陽光パネル用ＰＣＳ２１から出力される電力は、分電盤１２側へ流れ出ることはない。さらに、エネルギーコントローラ１１では、リレー３１および３２が直列に接続されているので、リレー３１および３２の一方が故障して、接続をオフすることができない状態になっても、故障していない方により接続をオフすることができる。このように、リレー３１および３２を直列に接続することで、分電盤１２に電力が出力されないようにする制御を、より確実に行うことができる。

充電用AC/DC変換部２３は、太陽光パネル用ＰＣＳ２１から供給される交流電圧の電力を直流電圧の電力に変換して、バッテリ１３またはバッテリ用ＰＣＳ２２に供給する。なお、充電用AC/DC変換部２３から出力される電力がバッテリ１３およびバッテリ用ＰＣＳ２２のどちらに供給されるのかは、バッテリ１３の充電量や、自立出力用コンセント１４に接続された負荷での電力消費量（つまり、バッテリ用ＰＣＳ２２から出力される電力量）などによって決まる。

バッテリ用ＰＣＳ２２は、自立運転信号に従って、充電用AC/DC変換部２３から供給される直流電圧の電力、または、バッテリ１３に充電されている直流電圧の電力を、交流電圧１００Ｖの電力に変換して、自立運転出力端子から出力する。これにより、自立出力用コンセント１４に接続されている負荷に、バッテリ用ＰＣＳ２２の自立運転出力端子から出力された電力が供給される。

また、このとき、停電を察知したユーザにより漏電ブレーカ４５がオフにされ、太陽光パネル用ＰＣＳ２１と商用電力系統との電気的な接続が切断される。なお、漏電ブレーカ４５がオフにされなくても、自立運転モードにおいて、太陽光パネル用ＰＣＳ２１は商用電力系統に接続される端子への電力の出力は行わず、太陽光パネル用ＰＣＳ２１から分電盤１２へ電力が流れ出ることはない。

また、太陽光パネル用ＰＣＳ２１と漏電ブレーカ４５との間に、制御部２８により開閉制御が可能なリレーを接続し、制御部２８が停電を検知したときに、そのリレーをオフにするようにしてもよい。なお、制御部２８は、リレー３４の接続もオフにして、バッテリ用ＰＣＳ２２と商用電力系統との電気的な接続も切断する。

図４は、通常時における電力経路が示されている。

例えば、制御部２８は、電力モニタ２６から通知される電力量に基づいて、商用電力系統から電力の供給が再開したこと（停電の復旧）を検知すると、太陽光パネル用ＰＣＳ２１およびバッテリ用ＰＣＳ２２に対して自立運転を解除する信号を供給する。同時に、制御部２８は、リレー３１および３２の接続をオンにする（図２の端子Ｂおよび端子Ｃに＋２４Ｖの電圧を印加する）とともに、リレー３３の接続をオフにする（図２の端子Ａに対する電圧の印加を停止する）。また、制御部２８は、リレー３４の接続もオンにする。

太陽光パネル用ＰＣＳ２１は、自立運転を解除する信号に従って、自立運転出力端子からの電力の出力を停止し、太陽光パネルから供給される直流電圧の電力を交流電圧２００Ｖの電力に変換して、分電盤１２に供給する。これにより、分電盤１２のブレーカ部４３に接続された負荷に、太陽光パネルで発電された電力が供給される。なお、このとき、停電の復旧を察知したユーザにより漏電ブレーカ４５がオンにされている。

なお、リレー３３の接続がオフとなっているので、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子から交流電圧１００Ｖの電力が出力される状態であったとしても、その交流電圧１００Ｖの電力と、商用電力系統から供給される交流電圧２００Ｖの電力とが同一経路に流れ込むことは回避される。

充電用AC/DC変換部２３は、商用電力系統から供給される交流電圧２００Ｖの電力を直流電圧の電力に変換して、バッテリ１３に供給する。

バッテリ用ＰＣＳ２２は、自立運転を解除する信号に従って、バッテリ１３から供給される直流電圧の電力を、交流電圧２００Ｖの電力に変換して、リレー３４を介して分電盤１２に供給する。これにより、分電盤１２のブレーカ部４３に接続された負荷に、バッテリ１３に充電されていた電力が供給される。

以上のように、エネルギーコントローラ１１では、停電時および通常時で電力経路が切り替えられる。

例えば、停電時において、リレー３３の接続がオンされるとともにリレー３１および３２の接続がオフされるので、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子から出力される電力が分電盤１２側へ流れ出ることを防止することができる。これにより、商用電力系統側で停電を復旧するための作業をしている作業者が居ても安全に作業を行うことができ、その安全性を確保することができる。

また、停電が復旧した際には、リレー３１および３２の接続がオンされるとともにリレー３３の接続がオフされるので、商用電力系統から供給される交流電圧２００Ｖの電力と、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子から出力されていた交流電圧１００Ｖの電力とが同一経路に流れ込むような事態が回避される。これにより、そのような事態が発生したときに想定される故障を回避することができ、エネルギーコントローラ１１の信頼性を高めることができる。

次に、図５は、本発明を適用したエネルギーコントローラの第２の実施の形態の構成例を示すブロック図である。

図５において、エネルギーコントローラ１１Ａは、図１のエネルギーコントローラ１１と同様に、図示しない太陽光パネルに接続されるとともに、分電盤１２を介して、交流電圧２００Ｖの電力を供給する商用電力系統に接続されている。

エネルギーコントローラ１１Ａは、太陽光パネル用ＰＣＳ２１、バッテリ用ＰＣＳ２２、電力モニタ２５および２６、入出力部２７、並びに制御部２８を備える点で、図１のエネルギーコントローラ１１と同一の構成であり、その詳細な説明は省略する。即ち、エネルギーコントローラ１１Ａは、充電用AC/DC変換部２３Ａを備える点で、エネルギーコントローラ１１と異なった構成となっている。

また、図５に示すように、エネルギーコントローラ１１Ａは、エネルギーコントローラ１１が有するリレー３１乃至３３を備えておらず、充電用AC/DC変換部２３Ａに、分電盤１２からの配線が直接的に接続されているとともに、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子が直接的に接続されている。つまり、エネルギーコントローラ１１Ａでは、充電用AC/DC変換部２３Ａが、リレー３１乃至３３が構成する排他的回路の機能を内蔵した構成となっている。

従って、エネルギーコントローラ１１Ａでは、制御部２８が、自立運転信号を充電用AC/DC変換部２３Ａにも供給し、充電用AC/DC変換部２３Ａの内部において、商用電力系統との接続と、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子との接続とが排他的に切り替えられる。

つまり、エネルギーコントローラ１１Ａでは、停電時において、充電用AC/DC変換部２３Ａは、自立運転信号に従って、商用電力系統との接続を解除するとともに、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子と接続するように、充電用AC/DC変換部２３Ａの内部で排他的回路の切り替えを行う。また、停電が復旧したとき、充電用AC/DC変換部２３Ａは、自立運転を解除する信号に従って、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子との接続を解除するとともに、商用電力系統と接続するように、充電用AC/DC変換部２３Ａの内部で排他的回路の切り替えを行う。

これにより、エネルギーコントローラ１１Ａでは、図１のエネルギーコントローラ１１と同様に、安全性および信頼性を確保することができるのに加えて、充電用AC/DC変換部２３Ａが排他的回路の機能を内蔵することによって、装置の簡素化および小型化を図ることができる。

次に、図６は、本発明を適用したエネルギーコントローラの第３の実施の形態の構成例を示すブロック図である。

図６において、エネルギーコントローラ１１Ｂは、図１のエネルギーコントローラ１１と同様に、図示しない太陽光パネルに接続されるとともに、分電盤１２を介して、交流電圧２００Ｖの電力を供給する商用電力系統に接続されている。

エネルギーコントローラ１１Ｂは、太陽光パネル用ＰＣＳ２１、電力モニタ２５および２６、入出力部２７、制御部２８、並びにリレー３１乃至３３を備える点で、図１のエネルギーコントローラ１１と同一の構成であり、その詳細な説明は省略する。即ち、エネルギーコントローラ１１Ｂは、双方向AC/DC変換部２３Ｂを備える点で、エネルギーコントローラ１１と異なった構成となっている。

双方向AC/DC変換部２３Ｂは、分電盤１２を介して供給される交流電圧の電力を直流電圧の電力に変換して、バッテリ１３に供給して充電させる。また、双方向AC/DC変換部２３Ｂは、通常時において、バッテリ１３から供給される直流電圧の電力を交流電圧の電力に変換して、分電盤１２を介してブレーカ部４３の各ブレーカに接続された負荷に供給する。また、双方向AC/DC変換部２３Ｂは、停電時において、バッテリ１３から供給される直流電圧の電力を交流電圧に変換した電力、または、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子から供給される交流電圧の電力を、自立出力用コンセント１４に接続された負荷に対して供給する。

つまり、双方向AC/DC変換部２３Ｂは、図１のバッテリ用ＰＣＳ２２および充電用AC/DC変換部２３の両方の機能を備えた構成となっている。

エネルギーコントローラ１１Ｂでは、停電時において、制御部２８は、リレー３１および３２の接続をオフにするとともに、リレー３３の接続をオンにする制御を行う。また、通常時において、制御部２８は、リレー３１および３２の接続をオンにするとともに、リレー３３の接続をオフにする制御を行う。つまり、エネルギーコントローラ１１Ｂでは、図１のエネルギーコントローラ１１と同様に、リレー３１乃至３３が排他的回路を構成している。

従って、エネルギーコントローラ１１Ｂは、図１のエネルギーコントローラ１１と同様に、安全性および信頼性を確保することができるのに加えて、双方向AC/DC変換部２３Ｂが、図１のバッテリ用ＰＣＳ２２および充電用AC/DC変換部２３の両方の機能を備えることによって、装置の簡素化および小型化を図ることができる。

次に、図７は、本発明を適用したエネルギーコントローラの第４の実施の形態の構成例を示すブロック図である。

図７において、エネルギーコントローラ１１Ｃは、図１のエネルギーコントローラ１１と同様に、図示しない太陽光パネルに接続されるとともに、分電盤１２を介して、交流電圧２００Ｖの電力を供給する商用電力系統に接続されている。

エネルギーコントローラ１１Ｃは、太陽光パネル用ＰＣＳ２１、電力モニタ２５および２６、入出力部２７、並びに制御部２８を備える点で、図１のエネルギーコントローラ１１と同一の構成であり、その詳細な説明は省略する。即ち、エネルギーコントローラ１１Ｃは、双方向AC/DC変換部２３Ｃを備える点で、エネルギーコントローラ１１と異なった構成となっている。

さらに、図７に示すように、エネルギーコントローラ１１Ｃは、エネルギーコントローラ１１が有するリレー３１乃至３３を備えておらず、双方向AC/DC変換部２３Ｃに、分電盤１２からの配線が直接的に接続されているとともに、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子が直接的に接続されている。

つまり、エネルギーコントローラ１１Ｃでは、双方向AC/DC変換部２３Ｃが、リレー３１乃至３３が構成する排他的回路の機能を内蔵した構成となっている。従って、エネルギーコントローラ１１Ｃでは、制御部２８が、自立運転信号を双方向AC/DC変換部２３Ｃにも供給し、双方向AC/DC変換部２３Ｃの内部において、商用電力系統との接続と、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子との接続とが排他的に切り替えられる。

さらに、双方向AC/DC変換部２３Ｃは、図６の双方向AC/DC変換部２３Ｂと同様に、図１のバッテリ用ＰＣＳ２２および充電用AC/DC変換部２３の両方の機能を備えて構成される。

つまり、エネルギーコントローラ１１Ｃでは、停電時において、双方向AC/DC変換部２３Ｃは、自立運転信号に従って、商用電力系統との接続を解除するとともに、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子と接続するように、双方向AC/DC変換部２３Ｃの内部で排他的回路の切り替えを行う。そして、双方向AC/DC変換部２３Ｃは、バッテリ１３から供給される直流電圧の電力を交流電圧に変換した電力、または、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子から供給される交流電圧の電力を、自立出力用コンセント１４に接続された負荷に対して供給する。

また、エネルギーコントローラ１１Ｃでは、停電が復旧したとき、双方向AC/DC変換部２３Ｃは、自立運転を解除する信号に従って、太陽光パネル用ＰＣＳ２１の自立運転出力端子との接続を解除するとともに、商用電力系統と接続するように、双方向AC/DC変換部２３Ｃの内部で排他的回路の切り替えを行う。そして、双方向AC/DC変換部２３Ｃは、バッテリ１３から供給される直流電圧の電力を交流電圧の電力に変換して、分電盤１２を介してブレーカ部４３の各ブレーカに接続された負荷に供給する。

従って、エネルギーコントローラ１１Ｃでは、図１のエネルギーコントローラ１１と同様に、安全性および信頼性を確保することができる。さらに、エネルギーコントローラ１１Ｃでは、双方向AC/DC変換部２３Ｃが、排他的回路の機能を内蔵するとともに、図１のバッテリ用ＰＣＳ２２および充電用AC/DC変換部２３の両方の機能を備えることによって、装置のさらなる簡素化および小型化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態では、リレー３１乃至３３により排他的回路が構成されているが、必ずしもリレー３１乃至３３により排他的回路が構成されていなくてもよい。つまり、制御部２８が、商用電力系統からの電力の供給に基づいて、リレー３１乃至３３それぞれの開閉を独立して制御してもよく、停電を検知したとき、少なくともリレー３１および３２をオフすることで、安全性および信頼性を確保することができる。そして、制御部２８は、リレー３１および３２をオフした後に、リレー３３をオンすればよい。また、リレー３１乃至３３は、図２で説明した２４Ｖで駆動するものの他、例えば、１２Ｖで駆動するものなど、適宜、設計に応じた電圧で駆動するものを採用することができる。

さらに、本実施の形態では、太陽光発電パネルを発電手段とした発電システムについて説明したが、本技術は、太陽光発電パネルの他、風力発電などのように、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段による電力を利用した発電システムに適用することができる。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１エネルギーコントローラ，１２分電盤，１３バッテリ，１４自立出力用コンセント，２１太陽光パネル用ＰＣＳ，２２バッテリ用ＰＣＳ，２３充電用AC/DC変換部，２５および２６電力モニタ，２７入出力部，２８制御部，３１乃至３４リレー，３７端子，４１端子，４２漏電ブレーカ，４３ブレーカ部，４４配線用ブレーカ，４５漏電ブレーカ

Claims

自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される直流電圧の電力を、系統から供給される電力の電圧値である第１の電圧値の交流電圧の電力、または、前記第１の電圧値とは異なる第２の電圧値の交流電圧の電力に変換する第１の変換手段と、
前記系統および前記第１の変換手段から供給される前記第１の電圧値の交流電圧の電力、または、前記第１の変換手段から供給される前記第２の電圧値の交流電圧の電力を、直流電圧の電力に変換する第２の変換手段と、
前記系統および前記第１の変換手段から前記第２の変換手段に前記第１の電圧値の交流電圧の電力を供給する配線を開閉する第１の開閉手段と、
前記第１の変換手段から前記第２の変換手段に前記第２の電圧値の交流電圧の電力を供給する配線であって、前記第１の開閉手段よりも前記第２の変換手段側に接続される配線を開閉する第２の開閉手段と、
前記系統から電力が供給されている状態では、前記第１の開閉手段に対してハイレベルの電圧を印加して前記第１の開閉手段を閉鎖するとともに、前記第２の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第２の開閉手段を開放する制御を行い、前記系統からの電力の供給が停止したことを検知すると、前記第１の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第１の開閉手段を開放するとともに、前記第２の開閉手段に対してハイレベルの電圧を印加して前記第２の開閉手段を閉鎖する制御を行う開閉制御手段と
を備え、
前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段は、前記開閉制御手段が、前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段のうちの一方に対してハイレベルの電圧を印加しているときに、他方に対してハイレベルの電圧を印加しても、その他方側が開放された状態を維持する排他的回路により構成される
ことを特徴とする電力制御装置。
前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段が、前記第２の変換手段内に組み込まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
前記第２の変換手段から出力される電力、または、前記第２の変換手段から出力された電力を蓄積する蓄積手段に蓄積されている電力を、交流電圧の電力に変換して負荷に供給する第３の変換手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力制御装置。
前記第２の変換手段および前記第３の変換手段が一体で構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の電力制御装置。
自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される直流電圧の電力を、系統から供給される電力の電圧値である第１の電圧値の交流電圧の電力、または、前記第１の電圧値とは異なる第２の電圧値の交流電圧の電力に変換する第１の変換手段と、前記系統および前記第１の変換手段から供給される前記第１の電圧値の交流電圧の電力、または、前記第１の変換手段から供給される前記第２の電圧値の交流電圧の電力を、直流電圧の電力に変換する第２の変換手段と、前記系統および前記第１の変換手段から前記第２の変換手段に前記第１の電圧値の交流電圧の電力を供給する配線を開閉する第１の開閉手段と、前記第１の変換手段から前記第２の変換手段に前記第２の電圧値の交流電圧の電力を供給する配線であって、前記第１の開閉手段よりも前記第２の変換手段側に接続される配線を開閉する第２の開閉手段を備える電力制御装置の電力制御方法において、
前記系統から電力が供給されている状態では、前記第１の開閉手段に対してハイレベルの電圧を印加して前記第１の開閉手段を閉鎖するとともに、前記第２の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第２の開閉手段を開放する制御を行い、前記系統からの電力の供給が停止したことを検知すると、前記第１の開閉手段に対してローレベルの電圧を印加して前記第１の開閉手段を開放するとともに、前記第２の開閉手段に対してハイレベルの電圧を印加して前記第２の開閉手段を閉鎖する制御を行う
ステップを含み、
前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段は、前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段のうちの一方に対してハイレベルの電圧が印加されているときに、他方に対してハイレベルの電圧が印加されても、その他方側が開放された状態を維持する排他的回路により構成される
ことを特徴とする電力制御方法。