JP6190224B2

JP6190224B2 - 電力貯蔵システム

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Publication number: JP6190224B2
Application number: JP2013194298A
Authority: JP
Inventors: 岳生相薗; 宏板橋; 功一横倉
Original assignee: NF CORP
Current assignee: NF CORP
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2033-09-19
Also published as: JP2015061429A

Description

本発明は、ピークカットとピークシフトを行なうことで、契約電力料金と使用電力料金の低減を図り、災害時などに停電が発生したときに、蓄電池から特定負荷に対して電力を供給し、太陽光発電と併設された場合には、その太陽光発電で発電した電力を蓄電池に貯蔵する電力貯蔵システムに関する。

この種の蓄電池を使用した電力貯蔵システムとして、例えば特許文献１には、系統連系時に一般負荷と特定負荷に対してシステムから電力を供給しているが、停電時に切替手段を用いて一般負荷を切り離すことで、蓄電池からの電力の供給量を低減させ、電池容量を少なくしてシステムの小型化及び低価格化を図る考えが示されている。しかしこれは、蓄電池やインバータユニットを含む電力貯蔵装置と、負荷のみで構成されたシステムで利用されることを前提としており、太陽光発電との連系については全く考慮していない。このため、太陽光発電がある場合とない場合、売電する場合としない場合といった拡張性に対応できない。

一方、特許文献２には、太陽光発電の電力が負荷電力よりも大きい場合に、その余剰分を電源系統に売電する一方で、負荷電力が太陽光発電の電力よりも大きい場合に、電源系統からの使用電力が所定のしきい値を超えないように、蓄電池から放電することにより、太陽光発電からの売電を行なうと共に、使用電力のピークカットを行なう系統連系形電源システムが提案されている。

しかし、この系統連系形電源システムは、太陽電池で発電した直流電流を直接システムに取り込んでおり、市販されている安価な既設のパワーコンディショナを活用することに考えが及んでいない。また、太陽電池が発電した電力だけでなく、蓄電池が放電した電力も電源系統に流れ込むため、電源系統に悪影響を及ぼすという問題もある。更に、負荷は一種類だけで、災害時に重要となる一般負荷から特定負荷への切替えも全く考慮されていない。

特開２００６−３２００９９号公報特開２００２−３６９４０６号公報

電力使用量のピークを低減するためのピークカットや、安価な夜間電力を昼間に使用するピークシフトの他に、災害時における停電対策などを目的として、店舗、ビル、オフィス、工場、学校や公民館などの公共設備において、近年は電力貯蔵システムの導入が始まっている。

一方、政府が主導している再生可能エネルギーの固定価格買取制度や防災拠点の整備により、こうした公共設備では太陽光発電が既に普及している。そのため、太陽光発電で使用されるパワーコンディショナは安価になっており、電力貯蔵システムを導入する際には、太陽電池とパワーコンディショナを組み合わせた太陽光発電設備が先に導入されているケースが多い。また、太陽光発電設備と電力貯蔵システムを併設する場合、民間の設備であれば太陽光発電の余剰電力を売電するが、上述の公共設備では売電せずに全て施設内で使用する場合が多い。

このように、電力貯蔵システムは単独で設置されるだけでなく、太陽光発電と併設される場合や、太陽光発電と併設される場合であっても、売電される場合や売電されない場合がある。また、先に電力貯蔵システムが導入され、後から太陽光発電設備が導入されて連系する場合もある。このような様々な設置条件毎に、電力貯蔵システムを専用に設計していたのではシステムの価格が高くなり、特に太陽光発電設備が後から導入されるなどのように、システムの設置後に条件が変わると、大幅な改造が生じてしまう。

安価な夜間電力を電力貯蔵システムに蓄電し、これを電気代が高い昼間に放電して売電することは、一般に電力会社が認めておらず、電力貯蔵システムからの放電電力を電源系統に逆潮流させない工夫が必要である。また、太陽光発電の電力を固定価格買取制度などを使って売電する場合には、太陽光発電の電力に対する価格が決まっているため、太陽光発電からの電力と電力貯蔵システムからの放電電力が混ざらないようにする必要がある。

本発明は上記問題点に鑑み、大掛かりな改造を伴うことなく、安価な市販品や既設の太陽光発電設備を接続することが可能となり、コストを低減できる電力貯蔵システムを提供することを第１の目的とする。

また本発明の第２の目的は、外部コントローラを付加することなく、太陽光発電設備から電源系統への売電の有無を選択できる電力貯蔵システムを提供することにある。

また本発明の第３の目的は、電源系統に悪影響を及ぼすことなく、電源系統と太陽光発電設備とを容易に接続して、売電を行なうことが可能な電力貯蔵システムを提供することにある。

本発明は、電源系統に接続した系統連系時に、前記電源系統と蓄電池との間に接続する双方向インバータを制御して、前記電源系統から供給される電力のピークシフトやピークカットを行なう一方で、前記電源系統から切り離された自立運転時に、前記蓄電池からの直流電力を前記双方向インバータで交流電力に変換し、その交流電力を負荷に供給する電力貯蔵システムにおいて、太陽光発電設備からの交流電力を、前記負荷に供給できるように開閉制御される第１の切替手段と、前記双方向インバータの交流側で、前記負荷が接続される配線路を単相２線式から単相３線式に変換する変換器とを追加して構成される。

請求項１の発明によれば、既存の電力貯蔵システムに第１の切替手段と変換器を追加すれば、大掛かりな改造を伴うことなく、太陽電池とパワーコンディショナを組み合わせた交流電力を出力する太陽光発電設備を、電力貯蔵システムに簡単に接続することが可能となる。また、既存の電力貯蔵システムに変換器を追加することにより、太陽光発電設備を接続した構成で、蓄電池からの放電電力を、単相３線式の配線路に接続できる様々な負荷に供給することが可能になる。このように、既存の電力貯蔵システムに第１の切替手段と変換器を追加しただけで、大掛かりな改造を伴うことなく、安価な市販品や既設の太陽光発電設備を接続することが可能となり、電力貯蔵システムとしてのコストを低減できると共に、太陽光発電設備や蓄電池から単相３線式の配線路を介して、様々な負荷に電力を供給できる。

請求項２の発明によれば、第２の切替手段を追加しただけの構成で、第２の切替手段を電力貯蔵システム側で開閉制御することで、外部コントローラを付加することなく、太陽光発電設備から電源系統への売電を行なうことができる。

請求項３の発明によれば、追加した第１の切替手段を利用して、この第１の切替手段を開閉制御することで、蓄電池から電源系統への放電電力の逆潮流を完全に防止できる。そのため、電源系統に悪影響を及ぼすことなく、電源系統と太陽光発電設備とを容易に接続して、売電を行なうことが可能になる。

請求項４の発明によれば、電力貯蔵システムを全体のシステム構成に応じて、第１システム構成、第２システム構成、または第３システム構成へと段階的に拡張し、拡張した第１の切替手段や第２の切替手段を電力貯蔵システム側で切替制御することにより、太陽光発電設備の併設有無や、太陽光発電設備の売電有無による電力貯蔵システムの大掛かりな改造をなくすことが可能となり、システム構築の際のコストを低減することが可能になる。

本発明の一実施例を示す全体システム構成のブロック構成図である。同上、電力貯蔵システムの３つのシステム構成に関する説明図である。同上、第１システム構成の系統連系時における電力貯蔵システムの構成と動作状態を示すブロック構成図である。同上、第１システム構成の自立運転時における電力貯蔵システムの構成と動作状態を示すブロック構成図である。同上、第１システム構成における各切替手段の動作状態を示す説明図である。同上、第２システム構成の系統連系時における電力貯蔵システムの構成と動作状態を示すブロック構成図である。同上、第２システム構成の自立運転時における電力貯蔵システムの構成と動作状態を示すブロック構成図である。同上、第２システム構成における各切替手段の動作状態を示す説明図である。同上、第３システム構成の系統連系時における電力貯蔵システムの構成と動作状態を示すブロック構成図である。同上、第３システム構成の自立運転時における電力貯蔵システムの構成と動作状態を示すブロック構成図である。同上、第３システム構成における各切替手段の動作状態を示す説明図である。

以下、本発明における電力貯蔵システムとその制御方式について、添付図面を参照しながら、その好ましい一実施例を詳細に説明する。

図１は、電力貯蔵システム１を含む全体システム構成を概略的に示している。同図において、２は電力会社が提供する電源系統、３は電源系統２に接続して公共や民間の受電設備４内に引き込まれる交流２００Ｖ単相３線式の給電路である。給電路３の電圧線と中性線との間には、交流１００Ｖの一般負荷５Ａが着脱可能に接続されると共に、給電路３の各電圧線間には、交流２００Ｖの一般負荷５Ｂが着脱可能に接続され、電源系統２からの系統電力が、給電路３を介して一般負荷５Ａ，５Ｂに供給されるようになっている。また、電源系統２から受電設備４に供給する電流量を検出するために、電流検出器となる変流器６が給電路３に配設される。

給電路３には、一般負荷５Ａ，５Ｂと並列に電力貯蔵システム１のシステム本体７が接続される。電源系統２に連系して運転されるシステム本体７は、インバータユニット８と、蓄電池９と、第２切替手段１２と、第３切替手段１３と、これらの各部を繋ぐ第１配線路３１〜第４配線路３４とにより構成され、必要に応じて第４切替手段１４やトランス１６が追加で装備される。またシステム本体７には、太陽光発電設備２１からの発電電力を入力可能にする太陽光発電接続用端子１７が配設される。蓄電池９は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池により構成される。

インバータユニット８は、第１切替手段１１の他に、一乃至複数の半導体スイッチング素子（図示せず）を備えた双方向の電力変換が可能な双方向インバータ１８と、双方向インバータ１８を制御する制御コントローラ１９とにより構成される。双方向インバータ１８は、給電路３と蓄電池９との間の第１配線路３１に接続され、制御コントローラ１９からの充電制御信号を受けて、給電路３からの交流電力を直流電力に変換し、また制御コントローラ１９からの放電制御信号を受けて、蓄電池９からの直流電力を交流電力に変換するものである。また制御コントローラ１９は、変流器６で検出される電源系統２から受電設備４への電流の情報や、インバータユニット８で計測される双方向インバータ１８の交流側の電流と電圧の情報などを取込んで、双方向インバータ１８への充電制御信号や放電制御信号を生成し、電源系統２との系統連系時にピークシフトやピークカットなどの制御を行なう機能を備えている。さらに制御コントローラ１９は、第１切替手段１１〜第５切替手段１５を制御する。

第１切替手段１１は、給電路３と双方向インバータ１８との間の第１配線路３１に挿入接続される。

システム本体７には、前述した第１配線路３１の他に、第２切替手段１２が挿入接続される第２配線路３２や、トランス１６と第３切替手段１３が挿入接続される第３配線路３３や、第４切替手段１４が挿入接続される第４配線路３４がそれぞれ設けられる。第２配線路３２は、給電路３と第１切替手段１１との間の第１配線路３１に一端を接続し、第３配線路３３に他端を接続している。第３配線路３３は、第１切替手段１１と双方向インバータ１８と間の第１配線路３１に一端を接続し、この一端と第２配線路３２の他端が接続する接続点との間に、トランス１６と第３切替手段１３が順に挿入接続される。さらに第３配線路３３の他端側は、システム本体７の外部に延設され、そこで交流１００Ｖの特定負荷４１Ａや、交流２００Ｖの特定負荷４１Ｂが接続できる構成となっている。第４配線路３４は、太陽光発電接続用端子１７に一端を接続し、第２切替手段１２と第３配線路３３との間の第２配線路３２に他端を接続している。

太陽光発電設備２１は、太陽光を受けて発電する太陽電池２２に、インバータなどを内蔵するＰＣＳ（Power Conditioning System：パワーコンディショナ）２３を組み込んで構成され、太陽電池２２により発電された直流電力をＰＣＳ２３で交流電力に変換して出力するものである。太陽光発電設備２１とシステム本体７の太陽光発電接続用端子１７は、第５配線路３５によって接続され、ＰＣＳ２３からの交流電力が、太陽光発電接続用端子１７を介してシステム本体７に供給される構成となっている。また、ＰＣＳ２３からの交流電力を逆潮流で電源系統２とは別契約の電源系統５１に売電するために、第５配線路３５と電源系統５１との間には第６配線路３６が接続される。第６配線路３６には第５切替手段１５が挿入接続され、前述したシステム本体７と、このシステム本体７の外部に装備される第５切替手段１５とを含めて、本実施例の電力貯蔵システム１が構成される。

切替器としての第１切替手段１１〜第５切替手段１５は、何れも制御部としての制御コントローラ１９と信号線（図示せず）で接続されており、制御コントローラ１９からの制御信号により、それぞれ独立して開閉動作される。また本実施例では、太陽光発電設備２１が導入されておらず、システム本体７だけで稼働する場合は、第５切替手段１５の他に、トランス１６や第４切替手段１４を電力貯蔵システム１から取り外し、電源系統２からの供給電力の有無に応じて、第１切替手段１１〜第３切替手段１３の開閉を制御コントローラ１９でそれぞれ切替制御する第１システム構成となり、太陽光発電設備２１からの発電電力を、別系統の電源系統５１への売電に利用せず、システム本体７だけで利用する場合は、トランス１６や第４切替手段１４を電力貯蔵システム１に装着する一方で、第５切替手段１５を電力貯蔵システム１から取り外し、第５の配線路３５を介して太陽光発電設備２１を太陽光発電接続用端子１７に接続して、電源系統２からの供給電力の有無に応じて、第１切替手段１１〜第４切替手段１４の開閉を制御コントローラ１９でそれぞれ切替制御する第２システム構成となり、太陽光発電設備２１からの発電電力を、システム本体７だけでなく、電源系統５１への売電にも利用する場合は、トランス１６や第４切替手段１４の他に、第５切替手段１５も電力貯蔵システム１に装着し、第５配線路３５を介して太陽光発電設備２１を太陽光発電接続用端子１７に接続すると共に、第５切替手段１５を挿入接続した第６配線路３６を介して第５配線路３５と電源系統５１とを接続して、電源系統２からの供給電力の有無に応じて、第１切替手段１１〜第５切替手段１５の開閉を制御コントローラ１９でそれぞれ切替制御する第３システム構成となっている。

次に、上記第１〜第３システム構成の各動作についてそれぞれ説明する。図２は、各システム構成について、その動作状態に対応する図番を一覧で示している。ここでは先ず、太陽光発電設備２１の無い基本となる第１システム構成の動作を説明し、そこから太陽光発電設備２１を有し、電源系統５１への売電を行なわない拡張した第２システム構成と、太陽光発電設備２１を有し、電源系統５１への売電を行なうさらに拡張した第３システム構成を順に説明する。

第１システム構成に関して、図３は系統連系時における電力貯蔵システム１の構成と各部の動作状態を示し、図４は自立運転時における電力貯蔵システム１の構成と各部の動作状態を示し、図５は第１切替手段１１〜第５切替手段１５の動作状態を一覧で示している。

前述したように、太陽光発電設備２１が存在しない第１システム構成では、システム本体７の内部にトランス１６や第４切替手段１４は装備されず、システム本体７の外部でも、太陽光発電設備２１はもとより、第５切替手段１５も装備されない。第１システム構成では、交流１００Ｖの特定負荷４１Ａだけを接続し、交流２００Ｖの特定負荷４１Ｂは接続しない例を示している。このため、図３や図４に示すように、第３配線路３３は途中にトランス１６が挿入接続されず、第３切替手段１３だけが挿入接続される関係で、交流１００Ｖの単相２線式となり、交流１００Ｖの特定負荷４１Ａだけが第３配線路３３に接続して、インバータユニット８から第２配線路３２を経由して特定負荷４１Ａに電力を供給できる構成となる。これは、インバータユニット８において、第１配線路３１の第１切替手段１１と双方向インバータ１８との間の線路が交流１００Ｖの単相２線式であり、交流２００Ｖの特定負荷４１Ｂを接続できないことに起因する。

ここで制御コントローラ１９は、変流器６からの検出信号によって、電源系統２から受電設備４に電力が供給されていると判断した場合には、電力貯蔵システム１を電源系統２と系統連系させるために、第１切替手段１１と第２切替手段１２を「入り」すなわち閉状態にし、第３切替手段１３を「切り」すなわち開状態に切替制御する一方で、停電などが原因で、電源系統２から受電設備４に電力が供給されていないと判断した場合には、電源系統２に依らず電力貯蔵システム１を自立運転させるために、第１切替手段１１と第２切替手段１２を「切り」すなわち開状態にし、第３切替手段１３を「入り」すなわち閉状態に切替制御する。ここでは、変流器６からの検出信号によって電源系統２から電力が供給されていると判断する例を示したが、インバータユニット８内において給電路３１の電圧を計測し、この電圧検出信号によって判断してもよい。

図３に示すように、第１システム構成における電力貯蔵システム１の系統連系時には、閉状態である第１切替手段１１と第２切替手段１２によって、電源系統２に電力貯蔵システム１が連系され、電源系統２からの系統電力が給電路３に接続する一般負荷５Ａ，５Ｂに供給されると共に、第２切替手段１２を経由して、第３配線路３３に接続する特定負荷４１Ａに供給される。また、インバータユニット８では、例えば電気代が安い夜間などの時間帯に蓄電池９を充電し、電気代が高い昼間などの時間帯に蓄電池９を放電して、受電設備４の使用電力量を平準化させるために、制御コントローラ１９が内蔵する計時手段（図示せず）を利用して、所定の時間帯に充電制御信号や放電制御信号を双方向インバータ１８に送出するピークシフトや、変流器６からの検出信号と、双方向インバータ１８の交流側の電圧情報から、電源系統２からの系統電力量を算出し、その算出した系統電力量が所定値を超えないように、制御コントローラ１９が放電制御信号を双方向インバータ１８に送出して蓄電池９を放電し、受電設備４の使用電力量をカットするピークカットが行われる。これにより、制御コントローラ１９から双方向インバータ１８に充電制御信号が送出される間は、電源系統２からの系統電力が第１切替手段１１を経由して双方向インバータ１８に印加され、ここで変換された直流電力を蓄電池９に供給して、当該蓄電池９を充電する一方で、制御コントローラ１９から双方向インバータ１８に放電制御信号が送出される間は、蓄電池９からの直流電力が双方向インバータ１８で交流電力に変換され、電力系統２から受電設備４への系統電力を補うように、その変換した交流電力が第１切替手段１１を経由して一般負荷５Ａ，５Ｂに供給され、さらに第２切替手段１２を経由して特定負荷４１Ａにも供給される。また、制御コントローラ１９において変流器６からの検出信号で逆潮流を検出した場合、第１切替手段１１を「切り」すなわち開状態にすることにより、双方向インバータ１８の出力が電源系統２に逆潮流することを完全に防止することができる。つまり、蓄電池９に蓄えられた電力が電源系統２に流れ込むことを抑止できる。ここでは、変流器６からの検出信号を使って電源系統２からの系統電力量を算出する例を示したが、電力会社が設置した最大需用電力量計の出力パルスを用いて電力量を算出してもよい。

また、図４に示すように、第１システム構成における電力貯蔵システム１の自立運転時には、開状態である第１切替手段１１と第２切替手段１２によって、電源系統２から電力貯蔵システム１が切り離される。この場合、電源系統２から一般負荷５Ａ，５Ｂへの電力供給は断たれるものの、インバータユニット８は、第３配線路３３に接続する特定負荷４１Ａに電力を供給するために、制御コントローラ１９から双方向インバータ１８に放電制御信号を送出する。これにより、蓄電池９からの直流電力が双方向インバータ１８で交流電力に変換され、その変換した交流電力が閉状態である第３切替手段１３を経由して特定負荷４１Ａに供給される。

こうして、第１システム構成では、系統電源２に電力貯蔵システム１を接続して系統連系させる通常時には、給電路３に接続する一般負荷５Ａ，５Ｂだけでなく、第３配線路３３の他端側に接続する特定負荷４１Ａに対しても電力を供給し、必要に応じて双方向インバータ１８を動作させて、系統電源２から供給される系統電力のピークシフトやピークカットを行ない、系統電源２から電力貯蔵システム１を切離して、電力貯蔵システム１を自立運転させる災害時（停電時）には、蓄電池９から重要な特定負荷４１Ａに対してのみ電力を供給することができる。

次に、第２システム構成に関して、図６は系統連系時における電力貯蔵システム１の構成と各部の動作状態を示し、図７は自立運転時における電力貯蔵システム１の構成と各部の動作状態を示し、図８は第１切替手段１１〜第５切替手段１５の動作状態を一覧で示している。

太陽光発電設備２１が併設されるものの、その太陽光発電設備２１から電源系統５１へは売電を行なわない第２システム構成では、システム本体７の内部にトランス１６や第４切替手段１４が装備され、システム本体７の外部では、太陽光発電設備２１が第５配線路３５を介してシステム本体７の太陽光発電接続用端子１７に接続されるが、第５切替手段１５は装備されない。太陽光発電設備２１では、太陽電池２２で発電した直流電力がＰＣＳ２３で交流電力に変換され、この変換された交流電力が、交流２００Ｖの単相３線式の第５配線路３５を経由して、システム本体７の太陽光発電接続用端子１７に供給される。またトランス１６は、交流２００Ｖの単相２線式を交流２００Ｖの単相３線式に変換する。第３配線路３３の途中にトランス１６を挿入接続すると、このトランス１６よりも第３配線路３３の他端側では、交流２００Ｖの単相３線式となり、その第３配線路３３の他端側に、交流１００Ｖの特定負荷４１Ａや交流２００Ｖの特定負荷４１Ｂを接続することで、インバータユニット８から第３配線路３３を経由して、これらの特定負荷４１Ａ，４１Ｂに電力を供給できる構成となる。つまり、ここでのトランス１６は、双方向インバータ１８の交流側に接続する単相２線式の配線路を、交流１００Ｖの特定負荷４１Ａだけでなく、交流２００Ｖの特定負荷４１Ｂをも接続できる単相３線式の配線路に変換するインターフェース手段としての役割を果たす。

ここで制御コントローラ１９は、変流器６からの検出信号によって、電源系統２から受電設備４に電力が供給されていると判断した場合には、電力貯蔵システム１を電源系統２と系統連系させるために、第１切替手段１１，第２切替手段１２及び第４切替手段１４を「入り」すなわち閉状態にし、第３切替手段１３を「切り」すなわち開状態に切替制御する一方で、停電などが原因で、電源系統２から受電設備４に電力が供給されていないと判断した場合には、電源系統２に依らず電力貯蔵システム１を自立運転させるために、第１切替手段１１と第２切替手段１２を「切り」すなわち開状態にし、第３切替手段１３を「入り」すなわち閉状態に切替制御し、さらに第４切替手段１４を、蓄電池９が満充電されていない通常時には「入り」すなわち閉状態にし、蓄電池９の満充電時には「切り」すなわち開状態に切替制御する。なお、蓄電池９が満充電であるか否かは、インバータユニット８において蓄電池９の電池電圧や充電率（ＳＯＣ）等に基づいて、制御コントローラ１９が判断する。蓄電池９が満充電の時に第４切替手段１４を「切り」すなわち開状態にするのは、太陽光発電設備２１の発電電力が特定負荷４１Ａと特定負荷４１Ｂの消費電力よりも大きく、かつ蓄電池９が満充電のために双方向インバータ１８が充電できない時に、配線路の電圧が上昇して危険な状態となるのを回避するためである。ここでは、変流器６からの検出信号によって電源系統２から電力が供給されていると判断する例を示したが、インバータユニット８内において給電路３１の電圧を計測し、この電圧検出信号によって判断してもよい。また満充電であるか否かの判断はインバータユニット８で行っているが、蓄電池９の充電可否信号によって判断してもよい。

図６に示すように、第２システム構成における電力貯蔵システム１の系統連系時には、閉状態である第１切替手段１１と第２切替手段１２によって、電源系統２に電力貯蔵システム１が連系される。そのため、電源系統２からの系統電力が給電路３に接続する一般負荷５Ａ，５Ｂに供給されると共に、第２切替手段１２を経由して、第３配線路３３に接続する特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給される。また、閉状態である第４切替手段１４によって、太陽光発電設備２１に電力貯蔵システム１が連系されるので、太陽電池２２で発電が行なわれる間は、電源系統２から受電設備４への系統電力を補うように、太陽光発電設備２１からの交流電力が、第４切替手段１４を経由して特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給され、さらに第２切替手段１２を経由して一般負荷５Ａ，５Ｂにも供給される。

そして、第２システム構成においても、電力貯蔵システム１の系統連系時には、上述したようなピークシフトやピークカットがインバータユニット８で行われる。こうした制御に伴い、制御コントローラ１９から双方向インバータ１８に充電制御信号が送出される間は、電源系統２からの系統電力が第１切替手段１１を経由し、また太陽光発電設備２１からの交流電力が、第４切替手段１４と第２切替手段１２と第１切替手段１１を順に経由して、双方向インバータ１８に印加され、ここで変換された直流電力を蓄電池９に供給して、当該蓄電池９を充電する一方で、制御コントローラ１９から双方向インバータ１８に放電制御信号が送出される間は、蓄電池９からの直流電力が双方向インバータ１８で交流電力に変換され、電力系統２から受電設備４への系統電力を補うように、その変換した交流電力が第１切替手段１１を経由して一般負荷５Ａ，５Ｂに供給されると共に、さらに第２切替手段１２を経由して特定負荷４１Ａ，４１Ｂにも供給される。また、制御コントローラ１９において変流器６からの検出信号で逆潮流を検出した場合、第１切替手段１１を「切り」すなわち開状態にすることにより、双方向インバータ１８の出力が電源系統２に逆潮流することを完全に防止することができる。つまり、蓄電池９に蓄えられた電力が電源系統２に流れ込むことを抑止できる。

また、図７に示すように、第２システム構成における電力貯蔵システム１の自立運転時には、開状態である第１切替手段１１と第２切替手段１２によって、電源系統２から電力貯蔵システム１が切り離される。この場合、電源系統２から一般負荷５Ａ，５Ｂへの電力供給は断たれるものの、インバータユニット８は、蓄電池９や太陽光発電設備２１から特定負荷４１Ａ，４１Ｂに電力を供給するために、蓄電池９が満充電ではない通常時には、第４切替手段１４を閉状態に切替えることで、太陽光発電設備２１からの交流電力が特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給され、交流電力に余裕があるときにはさらに蓄電池９を充電する一方で、蓄電池９の満充電時には、制御コントローラ１９から双方向インバータ１８に放電制御信号を送出することで、蓄電池９からの直流電力が双方向インバータ１８で交流電力に変換され、その変換した交流電力が閉状態である第３切替手段１３を経由して特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給される。

こうして、第２システム構成では、電源系統２に接続した系統連系時に、太陽光発電設備２１からの交流電力を一般負荷５Ａ，５Ｂや特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給できるように閉状態となり、電源系統２から切り離された自立運転時に、蓄電池９の充電状態に応じて開状態または閉状態となって、少なくとも閉状態では太陽光発電設備２１からの交流電力を特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給できるような第４切替手段１４を、第１システム構成の電力貯蔵システム１に付加している。また、ＰＣＳ２３の交流２００Ｖ単相３線の出力と双方向インバータ１８の交流２００Ｖ単相２線の入出力をトランス１６を付加して接続することにより、太陽光発電設備２１が発電した交流電力を蓄電池９に充電することができる。さらに、このトランス１６を付加することにより、双方向インバータ１８の出力が交流２００Ｖ単相３線に変換されるため、蓄電池９に充電した電力を交流１００Ｖの特定負荷４１Ａ（例えば、照明設備や放送設備）と交流２００Ｖの特定負荷４１Ｂ（例えば、業務用冷蔵庫や業務用エアコン）に供給することができる。これにより、太陽電池２２とＰＣＳ２３を組み合わせた太陽光発電設備２１が先に導入され、あるいは後で導入される場合に、既存の電力貯蔵システム１に第４切替手段１４とトランス１６を追加するだけで、大掛かりな改造を伴うことなく、そうした安価な市販品や既設の太陽光発電設備２１を電力貯蔵システム１に簡単に接続することが可能となり、電力貯蔵システム１としてのコストを低減できる。また第２システム構成では、トランス１６を追加しているので、自立運転時に太陽光発電設備２１から交流１００Ｖの特定負荷４１Ａだけでなく、交流２００Ｖの特定負荷４１Ｂにも電力を供給することができる。

次に、第３システム構成に関して、図９は系統連系時における電力貯蔵システム１の構成と各部の動作状態を示し、図１０は自立運転時における電力貯蔵システム１の構成と各部の動作状態を示し、図１１は第１切替手段１１〜第５切替手段１５の動作状態を一覧で示している。

太陽光発電設備２１が併設され、且つその太陽光発電設備２１から電源系統５１へ売電を行なう第３システム構成では、システム本体７の内部にトランス１６や第４切替手段１４が装備され、システム本体７の外部では、太陽光発電設備２１が第５配線路３５を介してシステム本体７の太陽光発電接続用端子１７に接続されると共に、第６配線路３６を介して電源系統５１に接続され、さらに第６配線路３６には第５切替手段１５が装備される。トランス１６や第４切替手段１４の機能は、前記第２システム構成で説明した通りであるが、ここでの第４切替手段１４はさらに、太陽電池設備２１から電源系統５１に売電を行なっているときに、開状態に切替制御されることで、蓄電池９からの放電電力が太陽光発電接続用端子１７を経由して電源系統５１に逆潮流するのを防止する機能も担っている。

ここで制御コントローラ１９は、変流器６からの検出信号によって、電源系統２から受電設備４に電力が供給されていると判断した場合には、電力貯蔵システム１を電源系統２と系統連系させるために、第１切替手段１１，第２切替手段１２及び第５切替手段１５を「入り」すなわち閉状態にし、第３切替手段１３と第４切替手段１４を「切り」すなわち開状態に切替制御する一方で、停電などが原因で、電源系統２から受電設備４に電力が供給されていないと判断した場合には、電源系統２に依らず電力貯蔵システム１を自立運転させるために、第１切替手段１１，第２切替手段１２及び第５切替手段１５を「切り」すなわち開状態にし、第３切替手段１３を「入り」すなわち閉状態に切替制御にし、さらに第４切替手段１４を、蓄電池９が満充電されていない通常時には「入り」すなわち閉状態にし、蓄電池９の満充電時には「切り」すなわち開状態に切替制御する。ここでも、蓄電池９が満充電であるか否かは、インバータユニット８において蓄電池９の電池電圧や充電率（ＳＯＣ）等に基づいて、制御コントローラ１９が判断する。ここでは、変流器６からの検出信号によって電源系統２から電力が供給されていると判断する例を示したが、インバータユニット８内において給電路３１の電圧を計測し、この電圧検出信号によって判断してもよい。また満充電であるか否かの判断はインバータユニット８で行っているが、蓄電池９の充電可否信号によって判断してもよい。

図９に示すように、第３システム構成における電力貯蔵システム１の系統連系時には、閉状態である第１切替手段１１と第２切替手段１２によって、電源系統２に電力貯蔵システム１が連系される。そのため、電源系統２からの系統電力が給電路３に接続する一般負荷５Ａ，５Ｂに供給されると共に、第２切替手段１２を経由して、第３配線路３３に接続する特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給される。また、閉状態である第５切替手段１５によって、太陽電池２２で発電が行なわれる間は、太陽光発電設備２１からの交流電力が売電のために電源系統５１に供給される一方で、開状態である第４切替手段１４によって、太陽光発電設備２１がシステム本体７から切り離され、蓄電池９からの放電電力が太陽光発電接続用端子１７を経由して電源系統５１に逆潮流するのを完全に防止する。これにより、電源系統５１に悪影響を及ぼすことがなくなり、電力会社が管理する電源系統５１と太陽光発電設備２１とを容易に接続して、売電を行なうことができる。

そして、第３システム構成においても、電力貯蔵システム１の系統連系時には、上述したようなピークシフトやピークカットがインバータユニット８で行われる。こうした制御に伴い、制御コントローラ１９から双方向インバータ１８に充電制御信号が送出される間は、電源系統２からの系統電力が第１切替手段１１を経由して、双方向インバータ１８に印加され、ここで変換された直流電力を蓄電池９に供給して、当該蓄電池９を充電する一方で、制御コントローラ１９から双方向インバータ１８に放電制御信号が送出される間は、蓄電池９からの直流電力が双方向インバータ１８で交流電力に変換され、電力系統２から受電設備４への系統電力を補うように、その変換した交流電力が第１切替手段１１を経由して一般負荷５Ａ，５Ｂに供給されると共に、さらに第２切替手段１２を経由して特定負荷４１Ａ，４１Ｂにも供給される。また、制御コントローラ１９において変流器６からの検出信号で逆潮流を検出した場合、第１切替手段１１を「切り」すなわち開状態にすることにより、双方向インバータ１８の出力が電源系統２に逆潮流することを完全に防止することができる。つまり、蓄電池９に蓄えられた電力が電源系統２に流れ込むことを抑止できる。

また、図１０に示すように、第３システム構成における電力貯蔵システム１の自立運転時には、開状態である第１切替手段１１と第２切替手段１２によって、電源系統２から電力貯蔵システム１が切り離される。この場合、電源系統２から一般負荷５Ａ，５Ｂへの電力供給は断たれるものの、インバータユニット８は、蓄電池９や太陽光発電設備２１から特定負荷４１Ａ，４１Ｂに電力を供給するために、第５切替手段１５を開状態に切替えて、電源系統５１への売電を停止すると共に、蓄電池９が満充電ではない通常時には、第４切替手段１４を閉状態に切替えることで、太陽光発電設備２１からの交流電力が特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給され、交流電力に余裕があるときにはさらに蓄電池９を充電する一方で、蓄電池９の満充電時、または太陽光発電設備２１の発電量が特定負荷４１Ａ，４１Ｂの消費電力より小さい時には、制御コントローラ１９から双方向インバータ１８に放電制御信号を送出することで、蓄電池９からの直流電力が双方向インバータ１８で交流電力に変換され、その変換した交流電力が閉状態である第３切替手段１３を経由して特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給される。

こうして、第３システム構成では、上述した第２システム構成の特徴に加えて、システム本体７の外部で、太陽光発電設備２１と電源系統５１との間に第５切替手段１５を付加し、システム本体７の内部に設けたインバータシステム８の制御コントローラ１９が、第５切替手段１５の開閉を切替制御することで、第５切替手段１５を閉状態にしたときに、太陽光発電設備２１で発電した電力を、売電のために別系統電源５１に供給することが可能となる。つまりここでは、追加した第５切替手段１５を電力貯蔵システム１側で開閉制御することで、外部コントローラをわざわざ付加せずに、太陽光発電設備２１から電源系統５１への売電の有無を任意に選択できる。

また第３システム構成では、第２システム構成で追加した第４切替手段１４を切替制御することで、太陽光発電設備２１をシステム本体７から切り離して、蓄電池９からの放電電力が太陽光発電接続用端子１７を経由して電源系統５１に逆潮流するのを完全に防止することが可能になる。これにより、電源系統５１に悪影響を及ぼすことがなくなり、電力会社が管理する電源系統５１と太陽光発電設備２１とを容易に接続して、売電を行なうことができる。

以上のように本実施例では、電源系統２に接続した系統連系時に、電源系統２と蓄電池９との間に接続する双方向インバータ１８を制御して、電源系統２から供給される系統電力のピークシフトやピークカットを行なう一方で、電源系統２から切り離された自立運転時に、蓄電池９からの直流電力を双方向インバータ１８で交流電力に変換し、その交流電力を負荷である特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給する電力貯蔵システム１において、前記系統連系時や前記自立運転時に、太陽光発電設備２１からの交流電力を特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給できるように開閉制御される第４切替手段１４と、双方向インバータ１８の交流側で、特定負荷４１Ａ，４１Ｂが接続される第３配線路３３を、単相２線式から単相３線式に変換する変換器としてのトランス１６を、電力貯蔵システム１に追加した構成を有している。

この場合、既存の電力貯蔵システム１に第４切替手段１４とトランス１６を追加すれば、大掛かりな改造を伴うことなく、太陽電池２２とＰＣＳ２３を組み合わせた交流電力を出力する太陽光発電設備２１を、電力貯蔵システム１に簡単に接続することが可能となり、電力貯蔵システム１としてのコストを低減できる。また、既存の電力貯蔵システム１にトランス１６を追加することにより、太陽光発電設備２１を接続した構成で、蓄電池９からの放電電力を、交流２００Ｖ単相３線式の第３配線路３３に接続できる様々な特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給することが可能になる。

つまり、既存の電力貯蔵システム１に第４切替手段１４とトランス１６を追加しただけで、大掛かりな改造を伴うことなく、安価な市販品や既設の太陽光発電設備２１を接続することが可能となり、電力貯蔵システム１としてのコストを低減できると共に、太陽光発電設備２１や蓄電池９から交流２００Ｖ単相３線式の第３配線路３３を介して、様々な特定負荷４１Ａ，４１Ｂに電力を供給できる。

そしてこれは、電力貯蔵システム１に第４切替手段１４とトランス１６を追加して、太陽光発電設備２１からの交流電力を特定負荷４１Ａ，４１Ｂに供給できるように第４切替手段１４を開閉制御し、電力貯蔵システム１にトランス１６を追加して、双方向インバータ１８の交流側で、特定負荷４１Ａ，４１Ｂが接続される第３配線路３３を、単相２線式から単相３線式に変換する電力貯蔵システム１の制御方式によっても実現できる。

また、本実施例の電力貯蔵システム１は、太陽光発電設備２１から発電した交流電力を、売電のために電源系統５１に供給できるように開閉制御される第５切替手段１５を、システム本体７の外部にさらに追加して構成される。

この場合、第５切替手段１５を追加しただけの構成で、この第５切替手段１５を電力貯蔵システム１側で開閉制御することで、外部コントローラを付加することなく、太陽光発電設備２１から電源系統５１への売電を行なうことができる。

そしてこれは、電力貯蔵システム１に第５切替手段１５を追加して、太陽光発電設備２１からの交流電力を、売電のために電源系統５１に供給できるように第５切替手段１５を開閉制御する電力貯蔵システム１の制御方式によっても実現できる。

また、本実施例の電力貯蔵システム１は、第４切替手段１４を切替制御することにより、蓄電池９から電源系統５１への放電電力の逆潮流を防止するように構成している。

この場合、追加した第４切替手段１４を利用して、この第４切替手段１４を開閉制御することで、蓄電池９から電源系統５１への放電電力の逆潮流を完全に防止できる。そのため、電源系統５１に悪影響を及ぼすことなく、電源系統５１と太陽光発電設備２１とを容易に接続して、売電を行なうことが可能になる。

そしてこれは、蓄電池９からの放電電力の逆潮流を防止するために、第４切替手段１４を切替制御する電力貯蔵システム１の制御方式によっても実現できる。

また、本実施例の電力貯蔵システム１は、太陽光発電設備２１を接続しない場合には、第４切替手段１４と、第５切替手段１５と、トランス１６とを装備しない第１システム構成とし、太陽光発電設備２１を接続するものの、その太陽光発電設備２１からの売電を行なわない場合には、第４切替手段１４とトランス１６を装備し、第５切替手段１５を装備しない第２システム構成とし、太陽光発電設備２１を接続し、且つ太陽光発電設備２１からの売電を行なう場合には、第４切替手段１４と、第５切替手段１５と、トランス１６とを装備する第３システム構成として、段階的に拡張できる構成を有している。

この場合、電力貯蔵システム１を全体のシステム構成に応じて、第１システム構成、第２システム構成、または第３システム構成へと段階的に拡張し、拡張した第４切替手段１４や第５切替手段１５を電力貯蔵システム１側で切替制御することにより、太陽光発電設備２１の併設有無や、太陽光発電設備２１の売電有無による電力貯蔵システム１の大掛かりな改造をなくすことが可能となり、電力貯蔵システム１としてシステム構築の際のコストを低減することが可能になる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更、修正及び改良が可能である。例えば、上述した第１切替手段１１〜第５切替手段１５は、何れも機械式の切替器であるが、同等の機能を発揮する別な手段を用いてもよい。また本実施例では、説明のために電源系統２と電源系統５１を別々に図示しているが、これは商業的に契約が別である電源系統をそれぞれ示しているに過ぎず、電気的には一つの電源系統と見なして差し支えない。

１電力貯蔵システム
２，５１電源系統
９蓄電池
１８双方向インバータ
１４第４切替手段（第１の切替手段）
１５第５切替手段（第２の切替手段）
１６トランス（変換器）
３３第３配線路（配線路）
４１Ａ，４１Ｂ特定負荷（負荷）

Claims

電源系統に接続した系統連系時に、前記電源系統と蓄電池との間に接続する双方向インバータを制御して、前記電源系統から供給される電力のピークシフトやピークカットを行なう一方で、前記電源系統から切り離された自立運転時に、前記蓄電池からの直流電力を前記双方向インバータで交流電力に変換し、その交流電力を負荷に供給する電力貯蔵システムにおいて、
太陽光発電設備からの交流電力を、前記負荷に供給できるように開閉制御される第１の切替手段と、
前記双方向インバータの交流側で、前記負荷が接続される配線路を単相２線式から単相３線式に変換する変換器とを追加したことを特徴とする電力貯蔵システム。
前記太陽光発電設備からの交流電力を、売電のために前記電源系統に供給できるように開閉制御される第２の切替手段を追加したことを特徴とする請求項１記載の電力貯蔵システム。
前記第１の切替手段を切替制御して、前記蓄電池からの放電電力の逆潮流を防止する構成としたことを特徴とする請求項２記載の電力貯蔵システム。
前記太陽光発電設備を接続しない場合には、前記第１の切替手段と、前記第２の切替手段と、前記変換器とを装備しない第１システム構成とし、
前記太陽光発電設備を接続するものの、前記太陽光発電設備からの売電を行なわない場合には、前記第１の切替手段と前記変換器を装備し、前記第２の切替手段を装備しない第２システム構成とし、
前記太陽光発電設備を接続し、且つ前記太陽光発電設備からの売電を行なう場合には、前記第１の切替手段と、前記第２の切替手段と、前記変換器とを装備する第３システム構成として、段階的に拡張できる構成としたことを特徴とする請求項２記載の電力貯蔵システム。