WO2018092821A1

WO2018092821A1 - 電力変換システム

Info

Publication number: WO2018092821A1
Application number: PCT/JP2017/041180
Authority: WO
Inventors: 森田　功
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-05-24
Also published as: JP6895604B2; JP7165953B2; JP2021158914A; JP7450176B2; JP2024051003A; JP2018085780A; JP2022179781A

Abstract

電力変換システムは、直流電力を交流電力に変換するＤ／Ａ回路（４）と、太陽電池（２ａ乃至２ｄ）で発電された直流電力をＤ／Ａ回路（４）で交流電力へ変換させる第１の機能と、太陽電池（２ａ乃至２ｄ）で発電された直流電力および蓄電池（１３ａ乃至１３ｄ）から出力された直流電力の少なくともいずれか一方をＤ／Ａ回路（４）で交流電力に変換させる第２の機能と、のいずれか一方を、蓄電池がＤ／Ａ回路（４）に接続されているか否かに基づいて選択する第３の機能を実行する制御部（５）と、を備えるものである。

Description

電力変換システム

　本発明は、太陽電池で発電された直流電力を交流電力へ変換する電力変換回路を備える電力変換システムに関する。

　近年、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換する電力変換システムが利用されている。交流電力は、全量または一部、建屋内の負荷で自己消費される。負荷で消費されなかった余剰の交流電力は、電力系統へ売電される。交流電力は、全量、電力系統へ売電されることもある。このシステムは太陽電池の発電に依存しているため、夜間や暗いときなどでは実質的に活用できないものであった。また上記システムは、電力系統の停電時は余剰電力を売電することができず、またその余剰電力を夜間に再利用をすることもできないものであった。

　このため、特許文献１に記載されているように、蓄電池に余剰電力を一旦蓄え、蓄電池に充電された電力を必要に応じて再利用する電力変換システムが提案されている。特許文献１に記載された電力変換システムは、蓄電池からこの電力変換システムを制御するための電力を受けている。したがって、蓄電池を備えることが前提とされている。

特許第５１２４１１４号公報

　従来の電力変換システムは、システム設置後の蓄電池の新設または撤去に関して柔軟性を欠いている。

　本発明の一態様に係る電力変換システムは、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、太陽電池で発電された直流電力を電力変換回路で交流電力へ変換させる第１の機能と、太陽電池で発電された直流電力又は蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか一方を、電力変換回路で交流電力に変換させる第２の機能と、のいずれか一方を蓄電池が電力変換回路に接続されているか否かに基づいて選択する第３の機能を実行する制御部と、を備えることを特徴とするものである。

　これにより、単一の電力変換システムが蓄電池を備える状態と蓄電池を備えない状態とで運転モードを切り換えて動作できる。したがって、システム設置後の蓄電池の新設または撤去に関して柔軟な電力変換システムを提供できる。

図１は本発明の一実施形態の電力変換システムを示すブロック図である。図２はＤ／Ｄ回路の１例を示す回路図である。図３はＤ／Ａ回路の１例を示す回路図である。図４はチョッパ式双方向Ｄ／Ｄ回路を示す回路図である。図５は制御部の一部の動作を示すフローチャートである。

　本発明の一態様に係る電力変換システムは、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、太陽電池で発電された直流電力を電力変換回路で交流電力へ変換させる第１の機能と、太陽電池で発電された直流電力又は蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか一方を電力変換回路で交流電力に変換させる第２の機能と、のいずれか一方を、蓄電池が電力変換回路に接続されているか否かに基づいて選択する第３の機能を実行する制御部と、を備える。

　図１は、本発明の一実施形態の電力変換システムを示すブロック図である。パワーコンディショナ１は、直流／直流変換回路３ａ乃至直流／直流変換回路３ｄ（以下、「Ｄ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄ」と称す。）、および、電力変換回路４（以下、「Ｄ／Ａ回路」と称す。）を備える。Ｄ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄは、太陽電池２ａ乃至太陽電池２ｄ（以下、「太陽電池２ａ乃至２ｄ」と称す。）で発電された直流電力を昇圧する。Ｄ／Ａ回路４は、Ｄ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄから出力される直流電力を交流電力に変換する。夫々の太陽電池２ａ乃至２ｄは夫々の端子（図中マルで表記）を介して夫々の対応するＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄに電気的に接続される。夫々の太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力は夫々の対応するＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄに供給される。尚、夫々のＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄと対応する端子との間には直流電力の供給を遮断する開閉器を備えている。図１ではこの開閉器の図示を省略している。

　Ｄ／Ｄ回路３ａは、太陽電池２ａから出力される直流電力を特定の昇圧比で昇圧する。昇圧比は、Ｄ／Ｄ回路３ａの出力電圧が最大の値又は目標とする値になるように適切に変えられる。昇圧の回路方式は、限定されるものではなく、例えば、主にリアクタ、スイッチング素子、ダイオード、平滑用コンデンサを用いた非絶縁のチョッピング方式、または、主にスイッチング素子、絶縁トランス、整流回路、コンデンサを用いた絶縁フォワード型が利用できる。さらに昇圧の回路方式として、チャージポンプ型、フライバック型、共振型などを用いることも可能である。昇圧比の制御は、制御部５により行われる。尚、Ｄ／Ｄ回路３ｂ乃至３ｄも同様の構成であるため説明を省略する。

　Ｄ／Ａ回路４は、直流電力を所定の周波数（例えば、電力系統６と連系運転する際は電力系統６と同期する周波数、自立運転を行う際は５０Ｈｚおよび６０Ｈｚのいずれかの周波数）の交流電力に変換する。Ｄ／Ａ回路４は、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式に基づき、複数のスイッチング素子（半導体スイッチング素子など）のオンとオフのスイッチングを繰り返して疑似正弦波の交流電力を生成する。Ｄ／Ａ回路４は、フィルター回路でこの疑似正弦波の高周波成分を除去または減衰させて、スムーズな正弦波状の交流電力を生成する。図１では、Ｄ／Ａ回路４はこのフィルター回路を含めて表記しているが、別体で表記してもよいものである。また、Ｄ／Ａ回路４の電力変換方式はこのようなＰＷＭ方式に限らない。例えば、Ｄ／Ａ回路４は、ＮＰＣ（Ｎｅｕｔｒａｌ　Ｐｏｉｎｔ　Ｃｌａｍｐｅｄ）方式によるインバータ、または、階調制御型インバータでもよい。Ｄ／Ａ回路４は、出力側または入力側がクランプされたインバータブリッジ回路でもよい。

　Ｄ／Ａ回路４は、交流電力を出力すると共に、この交流電力の周波数、ピーク電圧（実効値でもよい）、電圧と電流との位相差を制御してもよい。Ｄ／Ａ回路４は、Ｄ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄと同様に制御部５により制御される。尚、この制御部５は、単数または複数のマイクロプロセッサ（一般的なマイコン）、または、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を含んでもよい。制御部５の構成は限定されるものではない。

　切り換え回路７は、電力系統６との連系運転の際の交流電力の出力と、自立運転の際の交流電力の出力とを切り換える。切り替え回路７は、例えば、リレーまたは半導体スイッチング素子を含む回路である。電力系統６との連系運転の際は、Ｄ／Ａ回路４から出力される交流電力は切り換え回路７、系統連系リレー８を介して電力系統６へ供給される。このとき、Ｄ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄおよびＤ／Ａ回路４は、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力を電力系統６と実質的に同期した交流電力に変換する。制御部５は、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力をＤ／Ａ回路４で交流電力へ変換させる。この動作が第１の機能に相当する。この第１の機能は、電力系統６の停電検知、電力系統６への出力抑制制御、切り換え回路７の動作など系統連系運転に必要な制御を含んでもよいものである。この交流電力のピーク電圧を電力系統６のピーク電圧より高く制御することにより電力系統６へ供給する電力を制御できる。また、この交流電力の電圧と電流との位相差を制御して無効電力を電力系統６へ注入することによりパワーコンディショナ１の単独運転を検知することが可能である。

　図２はＤ／Ｄ回路３ａの１例を示す回路図である。Ｄ／Ｄ回路３ａは、リアクトル、スイッチング素子、ダイオード、コンデンサといった回路素子を備える。これらの回路素子は、チョッパ型の昇圧回路を構成するように結線されている。図３はＤ／Ａ回路４の１例を示す回路図である。Ｄ／Ａ回路４は、ブリッジ回路と、フィルター回路と、出力クランプ回路とを備える。ブリッジ回路は、４個（三相交流電力を生成する場合は６個）のスイッチング素子を単相ブリッジ状（三相交流電力の際は三相ブリッジ状）に結線したものである。フィルター回路は、ブリッジ回路の出力側に接続されたリアクタとコンデンサとを含む。出力クランプ回路は、リアクタによる回生電流を短絡させるために、直列に接続された２個のスイッチング素子を含む。

　図１に戻り、電力検出器９は、例えば電力系統６へ供給する電力または電力系統６から供給される電力を検出して制御部５へ出力するものである。電力検出の方式としては、直接電力を検出するもの、電圧と電流を検出して演算で求めるもの、電圧波形から積分して求めるものなどを用いることができ、その検出方式は限定されるものでない。

　図１に記載の電力変換システムでは、配電盤用ブレーカー１０が、系統連系リレー８と電力検出器９との間の電力配線に接続されている。配電盤用ブレーカー１０は、電力系統６およびパワーコンディショナ１の両方から交流電力を得ることができる。配電盤用ブレーカー１０には、例えば子ブレーカー１０ａおよび子ブレーカー１０ｂが接続される。子ブレーカー１０ｂは建屋内の一般的な負荷へ交流電力を供給する。子ブレーカー１０ａは切換器１１を介して特定負荷へ交流電力を供給する。特定負荷は、電力系統６が停電などの異常で交流電力が供給されない時にも交流電力を供給する優先順位が高い負荷である。このような負荷としては、緊急通報システムや冷蔵庫など、また利用者が指定した電気機器が含まれる。

　制御部５は、電力系統６の停電などでパワーコンディショナ１が単独運転状態になっている場合、切り換え回路７を連系運転側から自立運転側に切り換えて交流電力を切換器１１に出力する。切換器１１はパワーコンディショナ１の切り換え回路７から交流電力が供給されていることを検知し、パワーコンディショナ１からの交流電力を特定負荷へ供給する。切換器１１は、切り替え回路７が連系運転側に接続されているときは、子ブレーカー１０ａからの交流電力を特定負荷に供給するものである。

　モニター１２は、制御部５と信号線により制御信号およびデータの送受が可能に構成されている。モニター１２は、制御部５と有線接続および無線接続は問わず、信号通信が可能に構成されている。このモニター１２には通信ネットワーク経由で接続されるパーソナルコンピュータ、携帯通信機、携帯端末、専用端末なども用いることができる。モニター１２は、太陽電池の発電量、電力系統６への売電量、電力系統６からの買電量などの電力量を表示する。モニター１２は、さらに、通信ネットワークを介して外部のサーバーから制御信号および電力系統６へ供給する電力の上限を決める信号などを受信し、制御部５と連動して動作する。また、モニター１２は、発電量などの電力量のデータをサーバーや他のモニターなどにも送信することができるものである。

　蓄電池１３ａ乃至１３ｄは、夫々は少なくとも充放電制御（定電圧充電、定電流充電、放電量の制御など）、充電率（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）の表示（送信）、過充電、過放電に対する保護動作などの機能を備える。蓄電池１３ａ乃至１３ｄの電池の種類は限定されない。コンバータ１４ａおよび１４ｂは、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａおよび１５ｂ（双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｃおよび１５ｄ）並びにコンバータ制御部１６ａ（コンバータ制御部１６ｂ）を備える。双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａおよび１５ｂは、夫々パワーコンディショナ１から供給される直流電圧を蓄電池（例えば蓄電池１３ａであり、他の蓄電池１３ｂ乃至１３ｄも同様である）の充電制御が機能する電圧まで降圧する。双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａおよび１５ｂは、さらに、蓄電池１３ａ乃至１３ｄの放電電圧をＤ／Ａ回路４が機能する電圧まで昇圧する。

　図４は双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ（双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｂ乃至１５ｄも同様であり説明は省略する。）の１例を示すチョッパ式双方向Ｄ／Ｄ回路の回路図である。この回路は図２に示したチョッパ型の昇圧回路にスイッチング素子とコンデンサとから成る降圧回路を付加したものである。低圧側の直流電圧を昇圧する際は、リアクタ１８ａ、スイッチング素子１８ｂ、ダイオード１８ｃ、コンデンサ１８ｄがチョッパ型の昇圧回路を成す。スイッチング素子１８ｂのＯＮデューティは、フィードバック値に基づき高圧側に目標電圧が得られるように可変制御される。高圧側の直流電圧を降圧する際は、スイッチング素子１８ｅ、リアクタ１８ａ、コンデンサ１８ｆがチョッパ型の降圧回路を成す。スイッチング素子１８ｅのＯＮデューティは、フィードバック値に基づき低圧側に目標電圧が得られるように可変制御される。

　従って、例えば蓄電池１３ａを充電するときは、パワーコンディショナ１から供給される直流電力を双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａが充電用の電圧まで降圧する。蓄電池１３ａが放電をするときは、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａで昇圧した直流電力がパワーコンディショナ１へ供給される。

　双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａは図４に示したチョッパ式に限らない。例えば、絶縁トランスを用いたプッシュプル型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、フルブリッジ型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＡＢ（Ｄｕａｌ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｂｒｉｄｇｅ）方式による双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＬＬＣ共振コンバータを用いる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いることができる。

　コンバータ制御部１６ａは、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａおよび双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｂの昇圧動作および降圧動作を制御する。コンバータ制御部１６ａは、さらに、蓄電池１３ａおよび蓄電池１３ｂの状態や充電率（ＳＯＣ）を蓄電池１３ａおよび蓄電池１３ｂとそれぞれ接続された信号線（一点鎖線で記載）を介して取得する。また、コンバータ制御部１６ａは信号線（一点鎖線で記載）を介してパワーコンディショナ１の制御部５と接続され相互に制御信号や充電率（ＳＯＣ）データの送受を行う。

　コンバータ１４ａは２台の蓄電池１３ａおよび蓄電池１３ｂを接続している。ただし、接続される蓄電池の数はこれに限るものではなく増減させてもよいものである。この場合、接続される蓄電池ごとに双方向Ｄ／Ｄ回路を設けてもよく、また出力容量の大きい双方向Ｄ／Ｄ回路に複数の蓄電池を接続するように構成してもよいものである。コンバータ１４ｂはコンバータ１４ａと同様に構成することができるので説明は省略する。

　コンバータ１４ａおよびコンバータ１４ｂの夫々の双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ乃至１５ｄは、直流ライン１９へ開閉器１７を介して接続されている。直流ライン１９は、パワーコンディショナ１のＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄとＤ／Ａ回路４とをつなげ、直流電力を流す。この直流ライン１９が双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ乃至１５ｄの高圧側に接続される。蓄電池１３ａ乃至１３ｄから放電された直流電力はＤ／Ａ回路４の直流入力側に供給されて、Ｄ／Ａ回路４で交流電力に変換される。開閉器１７は、信号用の補助接片１７ａを有する。補助接片１７ａの開閉の状態は、開閉器１７の開閉の状態に連動する。その補助接片１７ａの開閉の状態は制御部５よりスキャンされ制御部５の制御に用いられる。尚、開閉器１７は手動で開閉状態を切り換えるスイッチである。すなわち、蓄電池を接続した場合（蓄電池がある場合）に作業者が開閉器１７を手動で閉じるものである。

　制御部５は、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力をＤ／Ａ回路４で交流電力に変換させる（第１の機能）。

　制御部５は、開閉器１７が閉じられ双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ乃至１５ｄの高圧側がパワーコンディショナ１の直流ライン１９に接続されている場合には、第１の機能に基づく動作に加えて、蓄電池１３ａ乃至１３ｄの充放電制御を行う。この蓄電池１３ａ乃至１３ｄから出力された直流電力を双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ乃至１５ｄで昇圧して直流ライン１９を介してＤ／Ａ回路４へ供給することにより蓄電池１３ａ乃至１３ｄからの直流電力を交流電力に変換することが可能になる。

　つまり、制御部５は、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力および蓄電池１３ａ乃至１３ｄから出力された直流電力の少なくともいずれか一方をＤ／Ａ回路４で交流電力に変換させる（第２の機能）。

　コンバータ１４ａ（コンバータ１４ｂも同様）の放電制御は、制御部５から送信される制御信号（放電終了に用いる充電率（ＳＯＣ）と単位時間あたりの放電量）に基づいてコンバータ制御部１６ａが行う。

　コンバータ制御部１６ａは、コンバータ１４ａに接続される蓄電池１３ａおよび１３ｂの合算された充電率（ＳＯＣ）が例えば１０％を下回った際に放電終了の処理を行い放電終了の信号（ＳＯＣ＝１０％）を制御部５へ送信する。尚、放電終了を判断する充電率（ＳＯＣ）は１０％に限るものではなく任意に設定できるものである。災害や停電等に備えて充電率（ＳＯＣ）を常に十分に確保したいときは５０％、６０％（９０％でも可能）などの大きめの値を設定し、蓄電池を効率よく活用したい場合は０％、１０％などの小さい値を設定すればよい。この充電率（ＳＯＣ）の値は制御部５に設定された運転モードに応じてあらかじめ設定されていてもよいものである。

　また、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ（双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｂも同様）は単位時間当たりの放電量が例えばＡＡ「Ｗ」（蓄電池の許容放電電力以下の値）で設定された場合は、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａの低圧側の電力（蓄電池１３ａの電圧と蓄電池１３ａからの放電電流との積）がＡＡ「Ｗ」に成るように双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａの昇圧比が制御される。尚、蓄電池が２台接続されているときは、２台の蓄電池の放電電力の合計がＡＡ「Ｗ」になるように夫々の放電電力が分配されるものである。

　また、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａおよび双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｂの昇圧動作によりパワーコンディショナ１の直流ライン１９の電圧が所定の保護用電圧以上に上昇した際は、制御部５がこの電圧上昇を判断しコンバータ制御部１６ａへ放電電力をＢＢ「Ｗ」（＜ＡＡ「Ｗ」）まで減らす信号を送信する。

　このＡＡ「Ｗ」の放電電力は、例えば負荷の電力消費に対して太陽電池２ａ乃至２ｄの発電量が不足している際の補充として算出してもよく、またこの不足分は電力系統６からの買電量が一定量を超える分の補充として算出してもよく、さらに１日のうち特定の時間帯にこれらの補充として算出してもよく、自立運転時の特定負荷の消費電力相当として算出してもよく、電力変換システムの設計仕様に合わせて設定すればよい。尚、これらの算出は夫々の運転モードに設定し、利用者が運転モードを任意に選択するように構成してもよい。

　コンバータ１４ａ（コンバータ１４ｂも同様）の充電制御は、制御部５から送信される制御信号（充電終了に用いる充電率（ＳＯＣ）と単位時間あたりの充電量）に基づいてコンバータ制御部１６ａが行う。

　コンバータ制御部１６ａは、コンバータ１４ａに接続される蓄電池１３ａおよび１３ｂの夫々の充電率（ＳＯＣ）が例えば１００％を超えた際に充電終了の処理を行い充電終了の信号（ＳＯＣ＝１００％）を制御部５へ送信する。尚、充電終了を判断する充電率（ＳＯＣ）は１００％に限るものではなく任意に設定できるものである。例えば、蓄電池１３ａおよび蓄電池１３ｂへのストレスを考慮してＳＯＣ＝９０％としてもよいものであり、また蓄電池１３ａおよび蓄電池１３ｂの充電特性から９５％などを充電終了の判断に用いてもよいものである。

　また、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ（双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｂも同様）は単位時間当たりの充電量が例えばＣＣ「Ｗ」（蓄電池の許容充電電圧以下、及び許容電流以下を満たす値）で設定された場合は、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａの低圧側の電力（蓄電池１３ａの電圧と蓄電池１３ａへの電流との積）がＣＣ「Ｗ」に成るように双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａの降圧比が制御される。

　蓄電池１３ａ乃至１３ｄにリチウムイオン電池を用いた場合は、ＣＣ「Ｗ」以内で定電流定電圧充電（ＣＣＣＶ）を用いることができる。定電流充電の際の電流値は蓄電池１３ａ乃至１３ｄの公称電流容量値の１０％に相当する１Ｃ「Ａ」であり、定電圧充電の際の電圧値はセル相当で４．２「Ｖ」を用いるがこれに限るものではない。制御部５から送信されるＣＣ「Ｗ」の値が小さいときは、０．７Ｃ、０．５Ｃなどの値を用いてもよいものである。

　制御部５から送信される単位時間当たりの充電量の値は、例えば負荷の電力消費に対する太陽電池２ａ乃至２ｄの発電量の余剰分から算出してもよく、充電を優先する場合は１Ｃによる充電が可能な値を算出してもよく、また、夜間に充電を行う際も１Ｃ（充電に要する時間を長くしてもよい場合は、０．５Ｃ、０．７Ｃなどの小さい値にしてもよい）による充電が可能な値を算出してもよい。

　コンバータ１４ａは蓄電池１３ａおよび蓄電池１３ｂの種類を手動で設定する設定部を備える。例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などの設定が行える。コンバータ１４ａは設定された電池の種類に応じて適した充電制御／放電制御を行うものである。尚、この設定はモニター１２の操作で設定するようにすることも可能である。

　モニター１２は、蓄電池１３ａ乃至１３ｄの発電量や売電情報などを表示することができると共に、パワーコンディショナ１の各種設定機能を備えている。操作ボタン又は表示部のタッチパネルを操作することにより、少なくともパワーコンディショナ１および蓄電池１３ａ乃至１３ｄを備える電力変換システムの運転モードの切換え、表示項目の切換え、コンバータの接続数の設定などを行うことが可能である。また、家庭内のホーム・エネルギー・マネジメント・システムとの接続も可能であり、当該システムとの間で制御信号やデータのやり取りをすることも可能である。

　また、制御部５は、蓄電池の接続（有無）を開閉器（手動スイッチ）１７と連動する補助接片１７ａの状態のスキャンにより検出する。これに変えて、モニター１２の操作でモニター１２に蓄電池の接続（有無）の状態を示すデータを電気的に記憶させた後、その記憶されたデータを制御部５へ送信してパワーコンディショナ１に設定させてもよいものである。

　運転モードは、例えば、４つの運転モードを含む。第１の運転モードは、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力がＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄで昇圧された後にＤ／Ａ回路４へ供給された際（太陽電池が発電を行っている際）には、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力をＤ／Ａ回路４で交流電力へ変換して電力系統６又は負荷へ供給する（第１の機能を包含する機能）。

　第２の運転モードは、第１の運転モードの動作に加えて、太陽電池２ａ乃至２ｄの発電電力よりも負荷が消費している電力が少なく余剰電力が生じているときに、この余剰電力の大きさに応じて蓄電池１３ａ乃至１３ｄに単位時間当たりＣＣ「Ｗ」の充電を行う。第２の運転モードは、さらに、この充電中にさらに余剰電力が残る場合及び蓄電池１３ａ乃至１３ｄの充電終了が判断された場合にはこの余剰電力（直流電力）を交流電力に変換して電力系統６へ売電するものである。

　第２の運転モードは、さらに、太陽電池２ａ乃至２ｄの発電量が少ないとき、この発電がないとき、この発電量より負荷の消費電力が大きいとき、電力系統６からの単位時間当たりの買電量が所定の値を超えるときなどに、蓄電池１３ａ乃至１３ｄから単位時間当たりＡＡ「Ｗ」の直流電力の放電を直流ライン１９へ行うものである。尚、負荷の消費電力に対して放電量が少ないときは、その不足の電力は電力系統６から補填されるものである。また、停電時は切り換え回路７が切り換わり特定負荷へのみ交流電力が供給されるようになるものである。すなわち、第２の運転モードは、蓄電池１３ａ乃至１３ｄから出力された直流電力が直流ライン１９を介してＤ／Ａ回路４へ供給された際には、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力および蓄電池１３ａ乃至１３ｄから出力された直流電力の少なくともいずれか一方をＤ／Ａ回路４で交流電力に変換させるものである（第２の機能を包含する機能）。

　Ｄ／Ａ回路４は太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力および蓄電池１３ａ乃至１３ｄから放電された直流電力のいずれか一方、または、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力と蓄電池１３ａ乃至１３ｄから放電された直流電力とを合算した直流電力を交流電力に変換することができるものである。

　第３の運転モードは、第１の運転モードの動作に加えて、夜間（特定の時間帯、深夜電力などが有効な時間帯など）に電力系統６から電力を受けて蓄電池１３ａ乃至１３ｄの充電を行い、昼間に太陽電池２ａ乃至２ｄの発電量が負荷の電力消費量より少ないときに不足分を蓄電池１３ａ乃至１３ｄから放電するものである。この際、第２の運転モードと同様に太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力および蓄電池１３ａ乃至１３ｄから出力された直流電力の少なくともいずれか一方をＤ／Ａ回路４で交流電力に変換させるものである（第２の機能に相当）。

　第３の運転モードは、さらに、太陽電池２ａ乃至２ｄの発電量が負荷の電力消費量を超える場合は、この余剰分を電力系統６へ売電するものである。尚、蓄電池１３ａ乃至１３ｄの合計の蓄電率（ＳＯＣ）が所定値以下のときは、蓄電池１３ａ乃至１３ｄの単位時間当たりの売電量が設定値を超える分を蓄電池１３ａ乃至１３ｄへ充電するように構成してもよいものである。

　第４の運転モードは、第３の運転モードに加えて、蓄電池１３ａ乃至１３ｄの放電を充電率（ＳＯＣ）６０％（充電率（ＳＯＣ）は７０％、８０％など利用状況に応じて変更してもよいものである。）を下回らないようにするものである。第４の運転モードは、夜間に充電率（ＳＯＣ）が１００％になるまで蓄電池１３ａ乃至１３ｄを充電する。第４の運転モードは、さらに、太陽電池２ａ乃至２ｄの発電量に余裕のある時は日中でも可能なまで蓄電池１３ａ乃至１３ｄを充電するものである。この際、第２の運転モードと同様に太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力および蓄電池１３ａ乃至１３ｄから出力された直流電力の少なくともいずれか一方をＤ／Ａ回路４で交流電力に変換させるものである（第２の機能に相当）。

　運転モードはこれら第１の運転モード乃至第４の運転モードに限るものではなく、少なくとも第１の機能及び第２の機能を包含していればよく、運転モードの仕様は想定する使用状況に応じて任意に設定すればよいものである。

　図５は制御部５の動作のうち第３の機能に相当する動作の概略を示すフローチャートである。ステップＳ１で、制御部５は、蓄電池の接続の有無を判断する。この判断のため、制御部５は、まず開閉器１７（手動スイッチ）の開閉状態に対応する補助接片１７ａの開閉状態をスキャンする。制御部５は、補助接片１７ａが閉じているときは、さらにコンバータ制御部１６ａと制御部５との間で信号通信が可能か否かを判断する。信号通信が可能か否かは、例えば、信号通信の確立を試み、この信号通信の確立が成功するか否かにより判断できる。制御部５は、この信号通信が可能であればコンバータ１４ａが接続されていると判断し、少なくとも蓄電池１３ａおよび蓄電池１３ｂのいずれか一方が接続（有る）されていると判断する。尚、コンバータ１４ｂの接続の有無も同様に判断される。また補助接片の１７ａの開閉状態のスキャンに変えてモニター１２に記憶された蓄電池の接続の有無を電気的に設定した状態（データ）を判断に用いることも可能である。また、少なくとも補助接片１７ａの開閉状態、コンバータ制御部１６ａおよび１６ｂと制御部５との間の信号通信の可否、モニター１２のデータのいずれか一つを用いて蓄電池の接続の有無の判断を行うことも可能である。

　また、蓄電池の接続の有無の判断にはコンバータ制御部１６ａに放電を指示する信号を送信した際に開閉器１７のコンバータ１４ａ側の電位が上昇したか否かによって蓄電池から直流電力が出力されているか否かの判断ができる。すなわち、制御部５は、蓄電池から出力された直流電力に基づいて、蓄電池の接続の有無を判断できる。この場合、コンバータ制御部１６ａと制御部５との間で信号通信が可能であることも同時に判断することができる。蓄電池の接続の有無が判断された後はその状態を保持する。例えば、制御部５が、制御部５内のメモリに蓄電池の接続の有無を記憶する。その後、制御部５は、運転モードの選択のステップへ進む。

　ステップＳ１で蓄電池の接続が無いと判断されたとき（蓄電池の接続が有ると判断されなかったとき）はステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、制御部５は、第１の運転モードを設定しステップＳ７に進む。ステップＳ７では、制御部５は、第１の運転モードで電力変換システムを運転する。ステップＳ１で蓄電池の接続が有ると判断されたときはステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、制御部５は、第２の運転モード乃至第４の運転モードからの選択を可能にした後、いずれの運転モードが選択されているかを判断する。この運転モードの選択は、ユーザーによるモニター１２の操作により行われる。パワーコンディショナ１に設けられる設定スイッチや信号線で制御部５につながる他の情報機器等で運転モードの選択を行うようにすることも可能である。第２の運転モードが選択されているときは、制御部５は、ステップＳ４で第２の運転モードを設定しステップＳ７に進む。ステップＳ７では、制御部５は、第２の運転モードで電力変換システムを運転する。第３の運転モードが選択されているときは、制御部５は、ステップＳ５で第３の運転モードを設定しステップＳ７に進む。ステップＳ７では、制御部５は、第３の運転モードで電力変換システムを運転する。第４の運転モードが選択されているときは、制御部５は、ステップＳ６で第４の運転モードを設定しステップＳ７に進む。ステップＳ７では、制御部５は、第４の運転モードで電力変換システムを運転する。

　従来の電力変換システムは、いくつかの問題を含んでいる。例えば、蓄電池内蔵の電力変換システムでは、充分な蓄電量を確保しようとすると電力変換システムを設置するスペースに対して蓄電池の占める割合が大きくなる。そのため、このシステムは、住宅等においてはあまり利用されていなかった。

　また、蓄電池を内蔵しない電力変換システムでは、後日蓄電池を活用できる電力変換システムを要望した場合は、新たに蓄電池内蔵のシステムに全体を入れ換える必要がある。しかしながら、電力変換システムは、一般に１０年程度の耐用年数があるので、システムの入れ換えや普及が進まない問題点となっていた。

　また、単に蓄電池（または電池）の取り外しを可能とした電子機器がある。この電子機器では蓄電池（または電池）の接続の有無にかかわらず直流電力を交流電力へ変換できないものであった。すなわち、電力系統の停電時などでは建屋内の負荷へ交流電力を供給することができないものであった。

　また、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に電気自動車に搭載される蓄電池を接続できるように構成したシステムがある。このシステムではシステム自体が大きなものとなり電気自動車と合わせて設置場所の確保が必要となるものであった。

　これに対し、本発明の一態様に係る電力変換システムは、システム設置後の蓄電池の新設または撤去に関して柔軟である。すなわち、システム設置後でも施設の改築に合わせて電力変換システムの規模を適宜調整できる。これにより、電力変換システムの普及を促進することができる。

　以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

　本発明の電力変換システムは、太陽電池で発電された直流電力および蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか一方を電力変換回路で交流電力に変換させることを可能にした電力変換システムに適用できるものである。

　１　　パワーコンディショナ
　２ａ乃至２ｄ　　太陽電池
　３ａ乃至３ｄ　　Ｄ／Ｄ回路
　４　　Ｄ／Ａ回路
　５　　制御部
　６　　電力系統
１２　　モニター
１３ａ乃至１３ｄ　　蓄電池
１４ａ，１４ｂ　　コンバータ
１５ａ乃至１５ｄ　　双方向Ｄ／Ｄ回路
１６ａ乃至１６ｂ　　コンバータ制御部
１７　　開閉器
１７ａ　　補助接片
１９　　直流ライン

Claims

　直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
　太陽電池で発電された直流電力を前記電力変換回路で前記交流電力へ変換させる第１の機能と、前記太陽電池で発電された直流電力又は蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか一方を前記電力変換回路で前記交流電力に変換させる第２の機能と、のいずれか一方を、前記蓄電池が前記電力変換回路に接続されているか否かに基づいて選択する第３の機能を実行する制御部と、
　を備えることを特徴とする電力変換システム。
　前記制御部は、少なくとも手動スイッチの開閉状態、又は電気的に設定された状態のいずれかを用いて、前記蓄電池が前記電力変換回路に接続されているか否かを判断するものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
　前記制御部は、前記蓄電池から出力される直流電力に基づいて、前記蓄電池が前記電力変換回路に接続されているか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
　前記制御部は、前記蓄電池が前記電力変換回路に接続されているか否かの判断の結果を保持することを特徴とする請求項３に記載の電力変換システム。
　前記制御部は、前記蓄電池の制御部との間で信号通信が可能か否かに基づいて、前記蓄電池が前記電力変換回路に接続されているか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
　前記蓄電池から出力される直流電力は前記電力変換回路の直流入力側に供給されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電力変換システム。
　前記交流電力は実質的に電力系統と同期した交流電力であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電力変換システム。