(57)【要約】【課題】どんなに短い瞬間であっても逆潮流が生じないようにハードウェアで防止する機能を備え、故障を減らして信頼性を高くすることが可能な系統非連系サブシステム及びそれを有する自然エネルギ電源システムを提供する。【解決手段】系統非連系サブシステム１０は、電力制御装置２０に非連系ユニット４０を接続して構成される。電力制御装置２０は、第１電力変換器２２と第２電力変換器２４と第３電力変換器２６とを有する。非連系ユニット４０は、第１開閉器４２と第２開閉器４４と制限手段４６と整流器４８とを有する。第１開閉器４２は、グリッド１４から外部負荷１６に出力される電力をオンオフする。第２開閉器４４は、第３電力変換器２６から外部負荷１６に出力される電力をオンオフする。制限手段４６は、第１開閉器４２及び第２開閉器４４に同時に電流が流れないように制限する。整流器４８は、グリッド１４からの電力を整流して第１電力変換器２２の出力側の配線に出力する。【選択図】図２
2020065316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力制御装置に非連系ユニットを接続して構成された系統非連系サブシステムであって、
前記電力制御装置は、
太陽光発電パネルから出力された電力を変換して出力する第１電力変換器と、
前記第１電力変換器から出力された電力を変換して二次電池に出力すると共に、前記二次電池から出力された電力を変換して出力する双方向の第２電力変換器と、
前記第１電力変換器及び前記第２電力変換器から出力された電力を変換して外部負荷に出力する第３電力変換器と、を有し、
前記非連系ユニットは、
前記外部負荷とグリッドとの間に接続され、前記グリッドから前記外部負荷に出力される電力をオンオフする第１開閉器と、
前記外部負荷と前記第３電力変換器との間に接続され、前記第３電力変換器から前記外部負荷に出力される電力をオンオフする第２開閉器と、
前記グリッドからの電力を整流して前記第１電力変換器の出力側の配線に出力する整流器、又は前記グリッドからの電力を充電用電力に変換して前記二次電池に出力する充電器と、
前記第１開閉器及び前記第２開閉器に同時に電流が流れないように制限する制限手段と、を有する系統非連系サブシステム。
【請求項２】
前記電力制御装置は、さらに、制御部を有し、前記制御部は、通常時及び停電時に、前記第１開閉器をオフすると共に前記第２開閉器をオンし、前記二次電池の非常時及び残量が所定の割合よりも減少した時に、前記第１開閉器をオンすると共に前記第２開閉器をオフするように制御する請求項１に記載の系統非連系サブシステム。
【請求項３】
前記制御部は、さらに、前記外部負荷の消費電力が前記電力制御装置の最大出力電力よりも大きくなった時に、前記第１開閉器をオンすると共に前記第２開閉器をオフするように制御する請求項２に記載の系統非連系サブシステム。
【請求項４】
前記非連系ユニットは、さらに、トランスを有し、前記トランスは、前記第１開閉器と前記第２開閉器との間の配線上の接続点と前記外部負荷との間に接続され、前記第１開閉器及び前記第２開閉器からの電力の電圧を変換して対応する外部負荷に出力する請求項１〜３のいずれか１項に記載の系統非連系サブシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の系統非連系サブシステムと、
前記第１電力変換器に接続された前記太陽光発電パネルと、
前記第２電力変換器に接続された前記二次電池と、を有する自然エネルギ電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力制御装置とそれに接続された非連系ユニットとから成る系統非連系サブシステム、及びそれを有する自然エネルギ電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギの自給及び二酸化炭素の削減のために、商用電源（グリッド、系統とも呼ばれる）に対して、太陽光発電パネルと二次電池と電力制御装置（ＰＣＳ、パワーコントロールシステム、パワコンとも呼ばれる）とを組み合わせた自然エネルギ電源システムを併用する住宅が増加している。そして、そのようなシステムを使用する時に、以下のような２つの方法がある。
【０００３】
第１の方法は、系統連系する方法であり、その場合には、自然エネルギ電源システムから商用電源に逆潮流が生じるので、系統連系の事前承認などの煩雑な事務手続きが必要である。これに対して、第２の方法は、系統連系しない方法であり、その場合には、逆潮流が生じないので、煩雑な事務手続きを行わずに設置後直ちに使用を開始することができるという利点がある。従って、自然エネルギ電源システムを併用するに当たって、第２の方法に対する関心が高まっている。
【０００４】
しかしながら、現在、市場で広く販売されている量産品のＰＣＳは、第１の方法として系統連系するのに適した製品であり、第２の方法として系統連系しないのに適した製品ではない。即ち、二次電池を充電するためにＰＣＳを介して系統と二次電池とを接続した場合、二次電池の放電時にＰＣＳから系統に逆潮流が生じる可能性がある。そして、この逆潮流が生じないように、ＰＣＳのソフトウェアではなくハードウェアで防止しない限り系統連系協議が必要なことが規則で定められている。従って、量産品のＰＣＳを組み込んだ自然エネルギ電源システムを系統非連系で使用するためには、量産品のＰＣＳのハードウェアを変更して逆潮流を防止しなければならないという課題があった。
【０００５】
また、上記量産品のＰＣＳを組み込んだ自然エネルギ電源システムを系統非連系で使用する場合には、夜間や悪天候時などのような、太陽光発電パネルから電力が出力されない時、二次電池の残量が減少した時、自然エネルギ電源システムを構成する各機器に不具合が起こった時などに、ＰＣＳの出力が低下して外部負荷に電力を供給することができないという欠点がある。即ち、量産品のＰＣＳを組み込んだ自然エネルギ電源システムを系統非連系で使用し、かつこの欠点を解決するためには、量産品のＰＣＳに系統から外部負荷への出力とＰＣＳから外部負荷への出力とを切り換える手段を組み込まなければならないという課題があった。
【０００６】
上記課題を解決する手段として、そのようなシステムに簡単に接続可能なものが開発されている。例えば、特許文献１には、電源系統に接続した系統連系時に、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、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、電源系統から切り離された自立運転時に、蓄電池からの直流電力を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が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第６１９０２２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の電力貯蔵システムは、太陽光発電設備からの交流電力を、負荷に供給できるように開閉制御される第１の切替手段を備え、その第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ことが記載されている。また、その第１の切替手段は、系統連系時及び自立運転中の通常時に「入り」になることによって、太陽光発電設備からの交流電力が負荷に供給され、自立運転中の満充電時に「切り」になることによって、その供給が停止されることが記載されている。しかしながら、その第１の切替手段を開閉制御することは、蓄電池から電源系統への放電電力の逆潮流を防止することと全く無関係である。即ち、蓄電池と電源系統との間には、その第１の切替手段とは別の切替手段が接続され、その別の切替手段が「切り」になるのは、制御コントローラが、電源系統からの電流量を検出するために配設された変流器からの検出信号で逆潮流を検出した場合であると記載されている。従って、特許文献１の電力貯蔵システムは、制御コントローラが逆潮流を検出してから切替手段が「切り」になるまでの間に逆潮流が生じているという問題があった。
【０００９】
また、蓄電池と電源系統との間の切替手段は、特段の記載がないため、一般的には制御コントローラのソフトウェアによって開閉制御されるので、ＣＰＵの暴走又はプログラムのバグによって逆潮流が生じる可能性がある。従って、特許文献１の電力貯蔵システムは、逆潮流が生じないようにハードウェアで防止することを定めた規則に従っていないという問題があった。さらに、太陽光発電設備を構成するＰＣＳは、太陽電池が発電した直流電力を交流電力に変換して出力すると記載されているので、そのためのインバータを有する。従って、特許文献１の電力貯蔵システムは、ＰＣＳと組み合わせた時のインバータの合計数が２つ、売電を行なわない場合の切替手段の合計数が４つになり、その分複雑になるので、故障が増えて信頼性が低下する恐れがあるという問題があった。
【００１０】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、どんなに短い瞬間であっても逆潮流が生じないようにハードウェアで防止する機能を備え、故障を減らして信頼性を高くすることが可能な系統非連系サブシステム、及びそれを有する自然エネルギ電源システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、従来と同等以上にエネルギをより多く、手軽かつ安全に有効活用すること、及び外部負荷の消費電力に対して出力電力の余裕を考慮せずに電力制御装置を選定することが可能な系統非連系サブシステム、及びそれを有する自然エネルギ電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、まず、太陽光発電パネルから出力された電力を変換して出力する第１電力変換器と、第１電力変換器から出力された電力を変換して二次電池に出力すると共に、二次電池から出力された電力を変換して出力する双方向の第２電力変換器と、第１電力変換器及び第２電力変換器から出力された電力を変換して外部負荷に出力する第３電力変換器と、を有する電力制御装置（ＰＣＳ）に、外部負荷とグリッドとの間に接続された第１開閉器と、外部負荷と第３電力変換器との間に接続された第２開閉器と、グリッドからの電力を整流して第１電力変換器の出力側の配線に出力する整流器、又はグリッドからの電力を充電用電力に変換して二次電池に出力する充電器と、を有する非連系ユニットを接続して系統非連系サブシステムを構成することによって、ＰＣＳと組み合わせた時のインバータの合計数が１つ、切替手段の合計数が２つになり、その分シンプルになるので、故障を減らして信頼性を高くすることができることを見出した。
【００１２】
また、本発明者は、第１開閉器及び第２開閉器に同時に電流が流れないように制限する制限手段を非連系ユニットが有することによって、どんなに短い瞬間であっても逆潮流が生じないようにハードウェアで防止する機能を備えるようになることを見出し、本発明に至ったものである。
【００１３】
即ち、本発明の第１の実施形態は、電力制御装置に非連系ユニットを接続して構成された系統非連系サブシステムであって、電力制御装置は、太陽光発電パネルから出力された電力を変換して出力する第１電力変換器と、第１電力変換器から出力された電力を変換して二次電池に出力すると共に、二次電池から出力された電力を変換して出力する双方向の第２電力変換器と、第１電力変換器及び第２電力変換器から出力された電力を変換して外部負荷に出力する第３電力変換器と、を有し、非連系ユニットは、外部負荷とグリッドとの間に接続され、グリッドから外部負荷に出力される電力をオンオフする第１開閉器と、外部負荷と第３電力変換器との間に接続され、第３電力変換器から外部負荷に出力される電力をオンオフする第２開閉器と、グリッドからの電力を整流して第１電力変換器の出力側の配線に出力する整流器、又はグリッドからの電力を充電用電力に変換して二次電池に出力する充電器と、第１開閉器及び第２開閉器に同時に電流が流れないように制限する制限手段と、を有する系統非連系サブシステムを提供するものである。
【００１４】
ここで、上記においては、電力制御装置は、さらに、制御部を有し、制御部は、通常時及び停電時に、第１開閉器をオフすると共に第２開閉器をオンし、二次電池の非常時及び残量が所定の割合よりも減少した時に、第１開閉器をオンすると共に第２開閉器をオフするように制御するのが好ましい。
制御部は、さらに、外部負荷の消費電力が電力制御装置の最大出力電力よりも大きくなった時に、第１開閉器をオンすると共に第２開閉器をオフするように制御するのが好ましい。
非連系ユニットは、さらに、トランスを有し、トランスは、第１開閉器と第２開閉器との間の配線上の接続点と外部負荷との間に接続され、第１開閉器及び第２開閉器からの電力の電圧を変換して対応する外部負荷に出力するのが好ましい。
【００１５】
また、本発明の第２の実施形態は、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムと、第１電力変換器に接続された太陽光発電パネルと、第２電力変換器に接続された二次電池と、を有する自然エネルギ電源システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、どんなに短い瞬間であっても逆潮流が生じないようにハードウェアで防止する機能を備え、故障を減らして信頼性を高くすることができる。
また、本発明によれば、上記効果に加え、従来と同等以上にエネルギをより多く、手軽かつ安全に有効活用すること、及び外部負荷の消費電力に対して出力電力の余裕を考慮せずに電力制御装置を選定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムの概要を示すブロック図である。
【図２】図１の系統非連系サブシステムの詳細を示すブロック図である。
【図３】図２の系統非連系サブシステムの中の制限手段及びその周辺の回路図の一例である。
【図４】図２の系統非連系サブシステムの中の制限手段及びその周辺の回路図の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムの概要を示すブロック図であり、図２は、図１の系統非連系サブシステムの詳細を示すブロック図である。
【００１９】
系統非連系サブシステム１０は、太陽光発電パネル（ＰＶパネル）１２から出力された電力及びグリッド１４からの電力を、直接外部負荷１６に出力する、又は一時的に二次電池１８に蓄えた後に逆潮流が生じないようにハードウェアで防止しながら外部負荷１６に出力する装置である。系統非連系サブシステム１０は、電力制御装置２０に非連系ユニット４０を接続して構成される。
【００２０】
電力制御装置２０は、第１電力変換器２２と第２電力変換器２４と第３電力変換器２６とを有する。第１電力変換器２２は、ＤＣＤＣコンバータであり、太陽光発電パネル１２から出力された電力を変換して出力する。第２電力変換器２４は、双方向のＤＣＤＣコンバータであり、第１電力変換器２２から出力された電力を変換して二次電池１８に出力すると共に、二次電池１８から出力された電力を変換して出力する。第３電力変換器２６は、ＤＣＡＣインバータであり、第１電力変換器２２及び第２電力変換器２４から出力された電力を変換して外部負荷１６に出力する。
【００２１】
非連系ユニット４０は、第１開閉器４２と第２開閉器４４と制限手段４６と整流器４８とを有する。非連系ユニット４０は、整流器４８の代わりに充電器５０を有しても良い。第１開閉器４２は、外部負荷１６とグリッド１４との間に接続され、グリッド１４から外部負荷１６に出力される電力をオンオフする。第２開閉器４４は、外部負荷１６と第３電力変換器２６との間に接続され、第３電力変換器２６から外部負荷１６に出力される電力をオンオフする。制限手段４６は、第１開閉器４２及び第２開閉器４４に同時に電流が流れないように制限する。整流器４８は、グリッド１４からの電力を整流して、図のｍを通って第１電力変換器２２の出力側の配線に出力する。充電器５０は、グリッド１４からの電力を充電用電力に変換して、図のｎを通って二次電池１８に出力する。整流器４８又は充電器５０は、図２の破線矢印Ｉ１、Ｉ２のように電流を逆方向に流すことができない、即ち、逆潮流を引き起こさないので、整流器４８又は充電器５０を使用してグリッド１４からの電力を二次電池１８に充電することによって、逆潮流が生じないようにハードウェアで防止することができる。
【００２２】
整流器４８は、交流電流を直流電流に変換する整流回路を備えた電気機器であり、ダイオードのような、電流を一方向にだけ流す整流素子で構成される。整流器４８は、例えば、１つの整流素子で構成された単相半波整流器、２つ又は４つの整流素子で構成された単相全波整流器、３つの整流素子で構成された三相半波整流器、及び６つの整流素子で構成された三相全波整流器の内の１つであり、直流電流を交流電流に変換して出力することはできない。また、充電器５０は、二次電池を充電するために交流電流を直流電流に変換して出力する電気機器であり、双方向充電器を含まないので、直流電流を交流電流に変換して出力することはできない。
【００２３】
なお、整流器４８によって整流された電力が出力される第１電力変換器２２の出力側の配線には、双方向の第２電力変換器２４の片側の配線及び第３電力変換器２６の入力側の配線が接続される。また、整流器４８は、制御部３２によって起動停止されないが、充電器５０は、例えば、夜間のように太陽光発電パネル１２が電力を出力しない時に二次電池１８の残量が、例えば、３０％よりも減少した場合に、制御部３２が出力した起動信号によって起動し、二次電池１８を満充電させた後、制御部３２が出力した停止信号によって停止する。充電器５０は、制御部３２からの停止信号で充電器５０が停止する代わりに、自身のタイマーで充電器５０が自動停止しても良い。さらに、第１開閉器４２及び第２開閉器４４に同時に電流が流れると、第２開閉器４４を通った電流が図２の破線矢印Ｉ３、Ｉ４のように第１開閉器４２を通ってグリッド１４に流れ込むような逆潮流が生じる可能性がある。本発明では、第１開閉器４２及び第２開閉器４４に同時に電流が流れないように制限する制限手段４６を有することによって、この逆潮流が生じないようにハードウェアで防止することができる。
このような構成とすることで、本発明の系統非連系サブシステムは、どんなに短い瞬間であっても逆潮流が生じないようにハードウェアで防止する機能を備え、故障を減らして信頼性を高くすることができる。
【００２４】
次に、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムに接続される二次電池について説明する。
二次電池１８は、鉛蓄電池、ニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、全固体電池から成る群から選択された１つであっても良い。鉛蓄電池は、正極に二酸化鉛を使用し、負極に海綿状の鉛を使用し、電解液に希硫酸を使用した二次電池である。ニカド電池は、正極にオキシ水酸化ニッケルを使用し、負極にカドミウムを使用し、電解液に水酸化カリウム水溶液を使用した二次電池である。ニッケル水素電池は、正極にオキシ水酸化ニッケルを使用し、負極に水素又は水素吸蔵合金を使用し、電解液に水酸化カリウム水溶液を使用した二次電池である。リチウムイオン二次電池は、正極にリチウム遷移金属複合酸化物、負極に炭素材料、電解質に非水溶液系電解液を使用した二次電池である。リチウムポリマー二次電池は、正極にリチウム遷移金属複合酸化物、負極に炭素材料、電解質にゲル状の非水溶液系電解質ポリマーを使用した二次電池である。全固体電池は、正極にリチウム遷移金属複合酸化物、負極に炭素材料、電解質に無機系固体電解質を使用した二次電池である。
【００２５】
次に、量産品の系統連系型電力制御装置が備えている必須でない機能及び構成部品について説明する。
第１電力変換器２２は、太陽光発電パネル１２が最大電力点で動作するように出力電圧、出力電流を追従制御する最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）の機能を備えても良い。最大電力点追従制御の具体的な制御方法は、山登り法、電圧追従法などが知られている。山登り法は、まず電圧を取得し、次にその電圧に第１の微小変動を与えた時の電力を計測し、さらにその電圧に第２の微小変動を与えた時の電力を計測し、２つの電力を比較することによって電力が大きくなる側に調整することを繰り返すものである。
【００２６】
第３電力変換器２６は、双方向のＤＣＡＣインバータであっても良い。電力制御装置２０は、さらに、外部負荷接続リレー２８とグリッド接続リレー３０とを有しても良い。量産品の系統連系型電力制御装置を使用して系統連系システムを構成する場合には、一端が第３電力変換器２６に接続された外部負荷接続リレー２８の他端に外部負荷１６を接続し、一端が第３電力変換器２６に接続されたグリッド接続リレー３０の他端にグリッド１４を接続し、通常時には両方のリレーを同時にオンさせて使用する。これに対して、本発明のように、量産品の系統連系型電力制御装置を使用して系統非連系システムを構成する場合には、外部負荷接続リレー２８の他端に第２開閉器４４を接続し、グリッド接続リレー３０の他端を未接続にし、通常時には外部負荷接続リレー２８だけをオンさせて使用する。
このような構成とすることで、本発明の系統非連系サブシステムは、量産品の系統連系型電力制御装置をそのまま使用してよりシンプルな系統非連系システムを構成することができるので、故障を減らして信頼性を高くすることができる。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムを構成する制御部について説明する。
電力制御装置２０は、さらに、制御部３２を有しても良い。その場合には、制御部３２は、通常時及び停電時に、第１開閉器４２をオフすると共に第２開閉器４４をオンすることによって、太陽光発電パネル１２及び二次電池１８の少なくとも一方からの電力を外部負荷１６に出力するように制御する。また、制御部３２は、二次電池１８の非常時及び残量が所定の割合、例えば、１０％よりも減少した時に、第１開閉器４２をオンすると共に第２開閉器４４をオフすることによって、グリッド１４からの電力を外部負荷１６に出力するように制御する。なお、二次電池１８の非常時は、二次電池１８が過温度、過電流、過充電及び過放電の内の少なくとも１つの状態の時であり、二次電池１８の通常時は、二次電池１８の非常時以外の時である。
このような構成とすることで、本発明の系統非連系サブシステムは、煩わしいスイッチ操作を行う必要がないので、エネルギを手軽かつ安全に有効活用することができる。
【００２８】
制御部３２は、さらに、外部負荷１６の消費電力が電力制御装置２０の最大出力電力よりも大きくなった時に、第１開閉器４２をオンすると共に第２開閉器４４をオフするように制御しても良い。即ち、外部負荷１６が、例えば、電磁調理器、輻射式暖房機のような消費電力が大きい機器であり、それを非連系ユニット４０に接続した時に、外部負荷１６の消費電力が電力制御装置２０の最大出力電力を超えてしまった場合には、グリッド１４から外部負荷１６に電力を供給するように切り換える。
このような構成とすることで、本発明の系統非連系サブシステムは、外部負荷として接続可能な機器の消費電力の範囲が広がるので、外部負荷の消費電力に対して出力電力の余裕を考慮せずに電力制御装置を選定することができる。
【００２９】
次に、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムを構成するトランスについて説明する。
非連系ユニット４０は、さらに、トランス５２を有しても良い。その場合には、トランス５２は、第１開閉器４２と第２開閉器４４との間の配線上の接続点５４と外部負荷１６との間に接続され、第１開閉器４２及び第２開閉器４４からの電力の電圧、例えば、２００Ｖを１００Ｖに変換して対応する外部負荷１６、即ち、１００Ｖ負荷１６ｌに出力する。また、トランス５２は、接続点５４と外部負荷１６との間の配線上の分岐点５６で分岐した一方の配線に接続されても良い。その場合には、分岐した一方の配線を通った電力は、トランス５２で１００Ｖに変換されて１００Ｖ負荷１６ｌに出力され、分岐した他方の配線を通った電力は、２００Ｖのまま２００Ｖ負荷１６ｈに出力される。なお、グリッド１４は、単相三線式１００Ｖ／２００Ｖであり、グリッド１４から非連系ユニット４０に入力される電力は、単相二線式２００Ｖであり、２００Ｖ負荷１６ｈに出力される電力は、単相二線式２００Ｖであり、１００Ｖ負荷１６ｌに出力される電力は、単相二線式１００Ｖである。
このような構成とすることで、本発明の系統非連系サブシステムは、外部負荷として接続可能な機器の電源電圧の種類が増えるので、エネルギをより多く有効活用することができる。
【００３０】
次に、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムを構成する制限手段の一例について説明する。図３は、図２の系統非連系サブシステムの中の制限手段及びその周辺の回路図の一例である。
【００３１】
第１開閉器４２に対応する第１リレー６２は、＋Ｖｃｃ電源に抵抗Ｒ１を介して接続された電磁コイルＣ１と、電磁コイルＣ１の機械的な動きでオンオフされるスイッチＳ１から構成されている。スイッチＳ１のａ接点（メーク接点、メイク接点、ノーマリーオープン接点とも呼ばれる）の一方の配線６２ａは、図２の配線４２ａに対応し、グリッド１４に接続され、他方の配線６２ｂは、図２の配線４２ｂに対応し、外部負荷１６に接続される。また、第２開閉器４４に対応する第２リレー６４は、＋Ｖｃｃ電源に抵抗Ｒ２を介して接続された電磁コイルＣ２と、電磁コイルＣ２の機械的な動きでオンオフされるスイッチＳ２から構成されている。スイッチＳ２のａ接点の一方の配線６４ａは、図２の配線４４ａに対応し、第３電力変換器２６に接続され、他方の配線６４ｂは、図２の配線４４ｂに対応し、外部負荷１６に接続される。
【００３２】
制限手段４６に対応する制限回路６６は、ＣＭＯＳ−ＩＣなどから成る４つの２入力ＮＡＮＤゲート素子６６ｐ〜６６ｓで構成されている。ＮＡＮＤゲート素子６６ｐの２つの入力端子は、制御信号出力端子Ｐ２に接続され、出力端子は、ＮＡＮＤゲート素子６６ｑの一方の入力端子に接続されている。ＮＡＮＤゲート素子６６ｑの他方の入力端子は、制御信号出力端子Ｐ１に接続され、出力端子は、第１リレー６２の電磁コイルＣ１に接続されている。ＮＡＮＤゲート素子６６ｒの２つの入力端子は、制御信号出力端子Ｐ１に接続され、出力端子は、ＮＡＮＤゲート素子６６ｓの一方の入力端子に接続されている。ＮＡＮＤゲート素子６６ｓの他方の入力端子は、制御信号出力端子Ｐ２に接続され、出力端子は第２リレー６４の電磁コイルＣ２に接続されている。
【００３３】
制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１がＨレベル（ハイレベル）になり、かつ制御信号出力端子Ｐ２がＬレベル（ローレベル）になった時には、ＮＡＮＤゲート素子６６ｑの出力Ｑ１がＬレベルになってスイッチＳ１のａ接点がオンし、ＮＡＮＤゲート素子６６ｓの出力Ｑ２がＨレベルになってスイッチＳ２のａ接点がオフする。反対に、制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１がＬレベルになり、かつ制御信号出力端子Ｐ２がＨレベルになった時には、出力Ｑ１がＨレベルになってスイッチＳ１のａ接点がオフし、出力Ｑ２がＬレベルになってスイッチＳ２のａ接点がオンする。また、制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１及びＰ２が共にＨレベルになった時には、出力Ｑ１及びＱ２が共にＨレベルになってスイッチＳ１のａ接点及びＳ２のａ接点が共にオフする。反対に、制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１及びＰ２が共にＬレベルになった時にも、出力Ｑ１及びＱ２が共にＨレベルになってスイッチＳ１のａ接点及びＳ２のａ接点が共にオフする。従って、系統非連系サブシステム１０は、制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１、Ｐ２の４通りの全ての組み合わせに対して、どんなに短い瞬間であってもスイッチＳ１及びＳ２に同時に電流が流れるのを防止するハードウェアを備えている。
【００３４】
次に、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムを構成する制限手段の変形例について説明する。図４は、図２の系統非連系サブシステムの中の制限手段及びその周辺の回路図の変形例である。
【００３５】
第１開閉器４２に対応する第１リレー７２は、＋Ｖｃｃ電源に抵抗Ｒ１を介して接続された電磁コイルＣ１と、電磁コイルＣ１の機械的な動きでオンオフされるスイッチＳ１から構成されている。また、第２開閉器４４に対応する第２リレー７４は、＋Ｖｃｃ電源に抵抗Ｒ２を介して接続された電磁コイルＣ２と、電磁コイルＣ２の機械的な動きでオンオフされるスイッチＳ２から構成されている。さらに、制限手段４６に対応する制限回路７６は、スイッチＳ１のｂ接点Ｓ１ｂ（ブレーク接点、ブレイク接点、ノーマリークローズ接点とも呼ばれる）及びスイッチＳ２のｂ接点Ｓ２ｂで構成されている。
【００３６】
スイッチＳ２のｂ接点Ｓ２ｂの一方の配線７２ａは、図２の配線４２ａに対応し、グリッド１４に接続され、他方の配線７２ｂは、スイッチＳ１のａ接点Ｓ１ａの一方に接続され、ａ接点Ｓ１ａの他方の配線７２ｃは、図２の配線４２ｂに対応し、外部負荷１６に接続される。スイッチＳ１のｂ接点Ｓ１ｂの一方の配線７４ａは、図２の配線４４ａに対応し、第３電力変換器２６に接続され、他方の配線７４ｂは、スイッチＳ２のａ接点Ｓ２ａの一方に接続され、ａ接点Ｓ２ａの他方の配線７４ｃは、図２の配線４４ｂに対応し、外部負荷１６に接続される。
【００３７】
制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１がＨレベル（ハイレベル）になり、かつ制御信号出力端子Ｐ２がＬレベル（ローレベル）になった時には、スイッチＳ１のａ接点Ｓ１ａがオフすると共にｂ接点Ｓ１ｂがオンし、スイッチＳ２のａ接点Ｓ２ａがオンすると共にｂ接点Ｓ２ｂがオフするので、配線７２ａと配線７２ｃとの間は、非導通状態になり、配線７４ａと配線７４ｃとの間は、導通状態になる。反対に、制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１がＬレベルになり、かつ制御信号出力端子Ｐ２がＨレベルになった時には、スイッチＳ１のａ接点Ｓ１ａがオンすると共にｂ接点Ｓ１ｂがオフし、スイッチＳ２のａ接点Ｓ２ａがオフすると共にｂ接点Ｓ２ｂがオンするので、配線７２ａと配線７２ｃとの間は、導通状態になり、配線７４ａと配線７４ｃとの間は、非導通状態になる。
【００３８】
また、制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１及びＰ２が共にＨレベルになった時には、スイッチＳ１のａ接点Ｓ１ａ及びスイッチＳ２のａ接点Ｓ２ａが共にオフするので、配線７２ａと配線７２ｃとの間及び配線７４ａと配線７４ｃとの間は、共に非導通状態になる。反対に、制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１及びＰ２が共にＬレベルになった時にも、スイッチＳ１のｂ接点Ｓ１ｂ及びスイッチＳ２のｂ接点Ｓ２ｂが共にオフするので、配線７２ａと配線７２ｃとの間及び配線７４ａと配線７４ｃとの間は、共に非導通状態になる。従って、系統非連系サブシステム１０は、制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１、Ｐ２の４通りの全ての組み合わせに対して、どんなに短い瞬間であってもスイッチＳ１及びＳ２に同時に電流が流れるのを防止するハードウェアを備えている。
【００３９】
なお、制限回路７６を構成するスイッチＳ１のｂ接点Ｓ１ｂ及びスイッチＳ２のｂ接点Ｓ２ｂは、第２開閉器４４を通った電流が図２の破線矢印Ｉ３、Ｉ４のように第１開閉器４２を通ってグリッド１４に流れ込む流路の途中に直列に接続されているので、その内の一方を取り除いても全く同様に、制御部３２の制御信号出力端子Ｐ１、Ｐ２の４通りの全ての組み合わせに対して、どんなに短い瞬間であってもスイッチＳ１及びＳ２に同時に電流が流れるのを防止することができる。
【００４０】
本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムは、基本的に以上のように構成される。このような構成とすることで、本発明の系統非連系サブシステムは、どんなに短い瞬間であっても逆潮流が生じないようにハードウェアで防止する機能を備え、故障を減らして信頼性を高くすることができ、また、従来と同等以上にエネルギをより多く、手軽かつ安全に有効活用すること、及び外部負荷の消費電力に対して出力電力の余裕を考慮せずに電力制御装置を選定することができる。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施形態の自然エネルギ電源システムについて説明する。第２の実施形態は、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステムを有する自然エネルギ電源システムであり、既に図１、２に示されているものである。
【００４２】
自然エネルギ電源システム８０は、系統非連系サブシステム１０と太陽光発電パネル１２と二次電池１８とを有する。太陽光発電パネル１２は、第１電力変換器２２に接続され、二次電池１８は、第２電力変換器２４に接続される。本発明の第２の実施形態の自然エネルギ電源システム８０を構成する系統非連系サブシステムは、本発明の第１の実施形態の系統非連系サブシステム１０と同一であるので、その説明を省略する。
このような構成とすることで、本発明の自然エネルギ電源システムは、どんなに短い瞬間であっても逆潮流が生じないようにハードウェアで防止する機能を備え、故障を減らして信頼性を高くすることができる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態の自然エネルギ電源システムを構成する二次電池について説明する。
二次電池１８は、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）を備えたリチウムイオン二次電池であっても良い。即ち、リチウムイオン二次電池のバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）は、過温度、過電流、過充電及び過放電の各保護回路を備え、過温度の保護回路は、例えば、６１℃以上又は０℃以下で作動するように設定され、過電流の保護回路は、例えば、８１〜１１７Ａ以上で作動するように設定され、過充電の保護回路は、例えば、４．２Ｖ以上で作動するように設定され、過放電の保護回路は、例えば、２．４Ｖ以下で作動するように設定され、各保護回路の作動によって、二次電池１８の充放電電流が遮断される。
このような構成とすることで、本発明の系統非連系サブシステムは、二次電池が保護機能を備えているので、エネルギを安全に有効活用することができる。
【００４４】
本発明の第２の実施形態の自然エネルギ電源システムは、基本的に以上のように構成される。このような構成とすることで、本発明の自然エネルギ電源システムは、どんなに短い瞬間であっても逆潮流が生じないようにハードウェアで防止する機能を備え、故障を減らして信頼性を高くすることができ、また、従来と同等以上にエネルギをより多く、手軽かつ安全に有効活用すること、及び外部負荷の消費電力に対して出力電力の余裕を考慮せずに電力制御装置を選定することができる。
【００４５】
以上、本発明の系統非連系サブシステム、及びそれを有する自然エネルギ電源システムについて詳細に説明したが、本発明は上記記載に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしても良いのはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の系統非連系サブシステム、及びそれを有する自然エネルギ電源システムは、どんなに短い瞬間であっても逆潮流が生じないようにハードウェアで防止する機能を備え、故障を減らして信頼性を高くすることができるという効果に加え、従来と同等以上にエネルギをより多く、手軽かつ安全に有効活用すること、及び外部負荷の消費電力に対して出力電力の余裕を考慮せずに電力制御装置を選定することができるという効果もあるので、産業上有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  系統非連系サブシステム
１２  太陽光発電パネル
１４  グリッド
１６  外部負荷
１６ｈ  ２００Ｖ負荷
１６ｌ  １００Ｖ負荷
１８  二次電池
２０  電力制御装置
２２  第１電力変換器
２４  第２電力変換器
２６  第３電力変換器
２８  外部負荷接続リレー
３０  グリッド接続リレー
３２  制御部
４０  非連系ユニット
４２  第１開閉器
４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ、６２ａ、６２ｂ、６４ａ、６４ｂ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ  配線
４４  第２開閉器
４６  制限手段
４８  整流器
５０  充電器
５２  トランス
５４  接続点
５６  分岐点
６２、７２  第１リレー
６４、７４  第２リレー
６６、７６  制限回路
６６ｐ、６６ｑ、６６ｒ、６６ｓ  ＮＡＮＤゲート素子
８０  自然エネルギ電源システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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