(57)【要約】【課題】負荷に直流電力を供給するパワーコンディショナの交換あるいは点検等のメンテナンス時においても、負荷への電力の供給を継続することができるパワーコンディショナシステム、電源切替装置および電源切替方法を提供する。【解決手段】太陽電池１２０から得られる電力に基づく直流電力、または商用電源１４０からの電力に基づく直流電力を供給するハイブリッドパワーコンディショナ１１０と、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０から得られる直流電力と、商用電源１４０から得られる交流電力とを切り替える電源切替器１７０とを含み、電源切替器１７０は、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０が電力を供給していないとき、および／または、ハイブリッドパワーコンディショナ１１が直流電力の出力を許可する信号を出力していないときは、商用電源１４０から得られる交流電力に切り替えて負荷に電力を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置から得られる電力に基づく直流電力、または電力系統からの電力に基づく直流電力を供給する直流電力供給部と、
前記直流電力供給部から得られる直流電力と、前記電力系統から得られる交流電力とを切り替えることにより何れかの電力を負荷に供給する切替部と、を含み、
前記切替部の供給する電力は、前記直流電力供給部の所定の状態が検出されないことに基づき、前記電力系統から得られる交流電力であることを特徴とするパワーコンディショナシステム。
【請求項２】
前記所定の状態とは、前記直流電力供給部が電力を供給している状態、および／または、前記直流電力供給部が直流電力の出力を許可する信号を出力している状態であることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナシステム。
【請求項３】
前記切替部は、直流電力から交流電力へ或いは交流電力から直流電力へ切り替える際に双方がＯＦＦされるタイミングを有することを特徴とする請求項１または２記載のパワーコンディショナシステム。
【請求項４】
電源装置から得られる電力に基づく直流電力または電力系統からの電力に基づく直流電力を供給する直流電力供給部から得られる直流電力と、前記電力系統から得られる交流電力とを切り替えることにより何れかの電力を負荷に供給する電源切替装置であって、
前記直流電力供給部の所定の状態が検出されないことに基づき、前記電力系統から得られる交流電力に切り替えて前記負荷に電力を供給することを特徴とする電源切替装置。
【請求項５】
電源装置から得られる電力に基づく直流電力または電力系統からの電力に基づく直流電力を供給する直流電力供給部から負荷に電力を供給し、
前記直流電力供給部の所定の状態が検出されなくなったときに、前記電力系統から得られる交流電力に切り替えて前記負荷に電力を供給することを特徴とする電源切替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーコンディショナシステム、電源切替装置および電源切替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池や燃料電池等から発生する直流電力（ＤＣ電力）を効率良く利用するために、蓄電可能なパワーコンディショナが提案されている。図１１は、蓄電可能なパワーコンディショナの構成を示す図である。パワーコンディショナ１１０ａは、ＤＣ／ＤＣ変換器１１１にて、太陽電池１２０が発生するＤＣ電力を、インバータ１１２で使えるＤＣ電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣ変換器５００は、パワーコンディショナ１１０ａからＤＣ電圧を取り出して蓄電池５０１に充電し、あるいは蓄電池５０１からパワーコンディショナに放電する。
【０００３】
パワーコンディショナ１１０ａのＤＣ電力は、昼間は蓄電池５０１に蓄えられ、余剰分は、インバータ１１２にて直流交流変換され、分電盤１３０を通じてＡＣ負荷２０１に供給される。さらに余剰分は、商用電源１４０に逆潮流される。蓄電池５０１に蓄えられた電力は、夜間に蓄電池５０１から取り出されてＡＣ負荷２０１で利用される。
【０００４】
また、従来技術として引用文献１には、交流直流変換器を内蔵した無停電電源装置が開示されている。この無停電電源装置は、交流直流変換器で内蔵バッテリーにＤＣ電力を蓄えており、電源正常時には、商用電源から直にＡＣ電力を負荷に供給し、電源異常時には電力供給路を切り替えて、内蔵バッテリーに蓄えられているＤＣ電力を負荷に供給するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２８５０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した蓄電可能なパワーコンディショナは、パワーコンディショナの交換あるいは点検等のメンテナンスを行う場合の配慮が何もされておらず、蓄電池のＤＣ負荷が例えばＬＥＤ照明等である場合には、パワーコンディショナの交換の間、あるいは点検の間は、蓄電機能が停止するので、ＬＥＤ照明を点灯し続けることが不可能になる。
【０００７】
また、引用文献１の無停電電源装置においても、故障やメンテナンスが考慮されていないため、装置が故障した時やメンテナンス時には負荷に電力を供給し続けることが不可能になる。
【０００８】
本発明は、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、負荷に直流電力を供給するパワーコンディショナの交換あるいは点検等のメンテナンス時においても、負荷への電力の供給を継続することができるパワーコンディショナシステム、電源切替装置および電源切替方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のパワーコンディショナシステムは、電源装置から得られる電力に基づく直流電力、または電力系統からの電力に基づく直流電力を供給する直流電力供給部と、前記直流電力供給部から得られる直流電力と、前記電力系統から得られる交流電力とを切り替えることにより何れかの電力を負荷に供給する切替部とを含み、前記切替部の供給する電力は、前記直流電力供給部の所定の状態が検出されないことに基づき、前記電力系統から得られる交流電力であることを特徴とする。
【００１０】
前記所定の状態とは、前記直流電力供給部が電力を供給している状態、および／または、前記直流電力供給部が直流電力の出力を許可する信号を出力している状態であることが好ましい。また、前記切替部は、直流電力から交流電力へ或いは交流電力から直流電力へ切り替える際に双方がＯＦＦされるタイミングを有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の電源切替装置は、電源装置から得られる電力に基づく直流電力または電力系統からの電力に基づく直流電力を供給する直流電力供給部から得られる直流電力と、前記電力系統から得られる交流電力とを切り替えることにより何れかの電力を負荷に供給する電源切替装置であって、前記直流電力供給部の所定の状態が検出されないことに基づき、前記電力系統から得られる交流電力に切り替えて前記負荷に電力を供給することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の電源切替方法は、電源装置から得られる電力に基づく直流電力または電力系統からの電力に基づく直流電力を供給する直流電力供給部から負荷に電力を供給し、
前記直流電力供給部の所定の状態が検出されなくなったときに、前記電力系統から得られる交流電力に切り替えて前記負荷に電力を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、負荷に直流電力を供給するパワーコンディショナの交換あるいは点検等のメンテナンス時においても、負荷への電力の供給を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナシステムの構成を示す図である。
【図２】ロジック回路１７２の実施例を示す図である。
【図３】ＩＦ部１１５の実施例を示す図である。
【図４】ロジック回路１７２の動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】電源切替器の電源部を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るパワーコンディショナシステムの構成を示す図である。
【図７】ロジック回路１７２ａの実施例を示す図である。
【図８】ロジック回路１７２ａの動作を説明するタイミングチャートである。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るパワーコンディショナシステムの構成を示す図である。
【図１０】ロジック回路１７２ｂの実施例を示す図である。
【図１１】蓄電可能なパワーコンディショナの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナシステムの構成を示す図である。図１に示すパワーコンディショナシステムは、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０と、電源切替器１７０からなる。ハイブリッドパワーコンディショナ１１０には、電源装置としての太陽電池１２０が接続され、分電盤１３０を介して商用電源１４０（電力系統）が接続される。電源切替器１７０には、灯具電源１５０を介してＬＥＤ照明１６０が接続される。
【００１６】
ハイブリッドパワーコンディショナ１１０は、ＤＣ／ＤＣ変換器１１１と、インバータ１１２と、連系リレー１１３と、ＣＰＵ１１４と、ＩＦ回路１１５を備えている。ＤＣ／ＤＣ変換器１１１は、太陽電池１２０で発生した電力を直流交流変換に使用するため所定のＤＣ電圧に変換する。インバータ１１２は、直流交流変換を行い、連系リレー１１３を通じて分電盤１３０に電力を供給する。連系リレー１１３は、必要に応じて商用電源１４０から遮断する時にオフさせる。ＣＰＵ１１４は、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０全体を制御する。ＩＦ回路１１５は、ＣＰＵ１１４からの制御信号を電源切替器１７０に送信する。
【００１７】
インバータ１１２から連系リレー１１３を通じて分電盤１３０に供給された電力は、ＡＣ負荷２０１で消費され、余剰分は商用電源１４０に逆潮流される。一方、ＤＣ／ＤＣ変換器１１１で所定のＤＣ電圧に変換された電圧は、そのまま電源切替器１７０を通じて灯具電源１５０に供給される。また、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０は、日射量が低下して太陽電池１２０で発生する電力が不足する場合は、インバータ１１２で逆動作を行って、すなわち交流直流変換を行って商用電源１４０からのＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、変換されたＤＣ電圧を、電源切替器１７０を通じて灯具電源１５０に供給する。電源切替器１７０には、分電盤１３０からブレーカ１３２を通じてＡＣ電源が接続されている。
【００１８】
灯具電源１５０は、ＡＣ電圧も入力可能な負荷であり、灯具電源１５０には、ＬＥＤ照明１６０等が接続される。灯具電源１５０は、ＬＥＤ照明１６０に対して所定の電圧に変換してＤＣ電力を提供する。
【００１９】
次に、第１の実施形態の動作を図１〜図４を参照して説明する。図２は、ロジック回路１７２の実施例を示す図であり、図３は、ＩＦ部１１５の実施例を示す図であり、図４は、ロジック回路１７２の動作を説明するタイミングチャートである。
【００２０】
ハイブリッドパワーコンディショナ１１０が灯具電源１５０にＤＣ電圧を出力する時、ＣＰＵ１１４は、ＩＦ部１１５のトランジスタ１８０（図３参照）に“Ｈ”（直流電力の出力を許可する信号）を出力する。すると、ロジック回路１７２の入力Ｃ（図２参照）が“Ｌ”になる。
【００２１】
ロジック回路１７２内のバッファ１７５とバッファ１７７と間には遅延回路１７６が設けられている。この遅延回路１７６の時間は、リレー１７３やリレー１７４の機械的な遅れ以上の値に設定されている。
【００２２】
ＣＰＵ１１４からの制御によって信号Ｃが“Ｌ”になると、信号Ａも“Ｌ”になり、設定された所定の遅延時間後に信号Ｂも“Ｌ”になる。信号Ａと信号Ｂは、ＡＮＤ回路１７８に入力され、信号Ｄは、信号Ａと信号ＢのＡＮＤであるので、信号Ａと信号Ｂのどちらかが“Ｌ”の場合は“Ｌ”になる。この信号Ｄの“Ｌ”によってトランジスタ１８１がＯＦＦし、リレー１７３が遮断する。
【００２３】
また、信号Ａと信号Ｂは、ＮＯＲ回路１７９に入力され、信号Ｅは、信号Ａと信号ＢのＮＯＲであるので、信号Ａと信号Ｂの双方が“Ｌ”の場合は“Ｈ”になる。信号Ｅは、所定の遅延時間後に“Ｈ”になるので、信号Ｄと信号Ｅには確実に双方ともＯＦＦの時間が設定される。この信号Ｅによりトランジスタ１８２がＯＮし、リレー１７４を導通させ、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０側からのＤＣ出力が灯具電源１５０に供給される。
【００２４】
トランジスタの破損、あるいは断線などでハイブリッドパワーコンディショナ１１０に故障が発生した場合は、信号Ｃは“Ｈ”になり、ＤＣ側のリレー１７４が遮断され、ＡＣ側のリレー１７３が優先的にＯＮするので、ＬＥＤ照明１６０への電力供給が確保される。
【００２５】
図４のタイミングチャートから分かるように、ＡＣ側のリレー１７３が遮断され、リレー１７３の遅延時間を考慮した時間をおいて確実にＤＣ側のリレー１７４がＯＮするのでＡＣ電圧とＤＣ電圧（高圧）の混触の心配が無い。また、灯具電源１５０は、ＡＣ電圧でもＤＣ電圧でも動作可能としているのでどちらに切り替えられてもＬＥＤ照明１６０に電力を供給可能となる。
【００２６】
ハイブリッドパワーコンディショナ１１０のメンテナンス時に、運転をオフにするとＣＰＵ１１４の出力が“Ｌ”になり、電源切替器１７０の出力はＡＣ側に切り替わり、ＬＥＤ照明１６０の点灯は維持される。また、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０を取り外した場合もＩＦ部１１５は開放になり、プルアップ抵抗により電源切替器１７０の出力はＡＣ側に保持される。また、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０の故障の際は、ＣＰＵ１１４が“Ｌ”出力になるので、電源切替器１７０の出力はＡＣ側に切り替わる。
【００２７】
負荷である灯具電源１５０内にあるＰＦＣ（Power Factor Correction）回路は、交流電流の活用を満遍なく行い、力率を改善するものであるが、ＤＣ入力時は動作が不要であるため、停止させることによってＤＣ給電時の効率をさらに高めることが可能になる。
【００２８】
図５は、電源切替器の電源部を示す図である。電源部１７１は、ＡＣ／ＤＣ変換部と、ＤＣ／ＤＣ変換部を備えており、商用電源１４０からのＡＣ電圧だけでなく、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０から供給される高圧のＤＣ電圧でも作動するので、電源切替器１７０は、パワーコンディショナシステム１１０を取り外した時（交換時）に、商用電源１４０からの電力を負荷に供給できるとともに、商用電源１４０の異常によりＡＣ電圧が供給されなくなった時にも、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０からの電力を負荷に供給することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態に係るパワーコンディショナシステムについて説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係るパワーコンディショナシステムの構成を示す図である。第２の実施形態は、電源切替器が、ハイブリッドパワーコンディショナからのＤＣ出力の電圧の有無を判断してＡＣ側とＤＣ側とを切り替えるものである。
【００３０】
第２の実施形態では、第１の実施形態のＩＦ回路がハイブリッドパワーコンディショナ側に無い代わりに、ロジック回路側にトランジスタ１８４、フォトカプラ１８３で構成されるＤＣ出力検出回路が設けられている。その他は、第１の実施形態と同様であるので相違点のみを説明する。
【００３１】
次に、第２の実施形態の動作を図６〜図８を参照して説明する。図７は、ロジック回路１７２ａの実施例を示す図であり、図８は、ロジック回路１７２ａの動作を説明するタイミングチャートである。
【００３２】
ハイブリッドパワーコンディショナ１１０ａがＤＣ電圧を出力すると、ロジック回路１７２ａ内のＤＣ出力検出回路がＯＮし、信号Ｃが“Ｌ”になる。ロジック回路１７２ａは、アーク等が発生しない低い電圧（例えば４Ｖ程度）以上でＤＣ出力があると判定する。
【００３３】
なお、図７の実施例では、ＤＣ出力があると判定するための電圧値は、トランジスタ１８４に接続されたツェナダイオードのツェナ降伏電圧Ｖｚによって設定される。このため、ＤＣ出力があると判定するための電圧値は、用いるツェナダイオードのツェナ降伏電圧を選ぶことにより、任意に設定可能である。また、トランジスタ１８４のゲートに、ツェナダイオードにより生じる電圧を固定抵抗器や可変抵抗器を用いて分圧した電圧を入力することにより、ＤＣ出力があると判定するための電圧値を任意に設定できるように構成してもよい。
【００３４】
ロジック回路１７２ａ内のバッファ１７５とバッファ１７７と間には遅延回路１７６が設けられている。この遅延回路１７６の時間は、ＡＣリレー１７３やＤＣリレー１７４の機械的な遅れ以上の値に設定されている。
【００３５】
信号Ｃが“Ｌ”になると、信号Ａも“Ｌ”になり、設定された所定の遅延時間後に信号Ｂも“Ｌ”になる。信号Ａと信号Ｂは、ＡＮＤ回路１７８に入力され、信号Ｄは、信号Ａと信号ＢのＡＮＤであるので、信号Ａと信号Ｂのどちらかが“Ｌ”の場合は“Ｌ”になる。この信号Ｄの“Ｌ”によってトランジスタ１８１がＯＦＦし、リレー１７３が遮断する。
【００３６】
また、信号Ａと信号Ｂは、ＮＯＲ回路１７９に入力され、信号Ｅは、信号Ａと信号ＢのＮＯＲであるので、信号Ａと信号Ｂの双方が“Ｌ”の場合は“Ｈ”になる。信号Ｅは、所定の遅延時間後に“Ｈ”になるので、信号Ｄと信号Ｅには確実に双方ともＯＦＦの時間が設定される。この信号Ｅによりトランジスタ１８２がＯＮし、リレー１７４をＯＮ導通させ、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０側からのＤＣ出力が負荷に供給される。
【００３７】
図８のタイミングチャートから分かるように、ＡＣ側のリレー１７３が遮断され、リレー１７３の遅延時間を考慮した時間をおいて確実にＤＣ側のリレー１７４がＯＮするのでＡＣ電圧とＤＣ電圧（高圧）の混触の心配が無い。また、灯具電源１５０は、ＡＣ電圧でもＤＣ電圧でも動作可能としているのでどちらに切り替えられてもＬＥＤ照明１６０に電力を供給可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第３の実施形態に係るパワーコンディショナシステムについて説明する。図９は、本発明の第３の実施形態に係るパワーコンディショナシステムの構成を示す図であり、図１０は、ロジック回路１７２ｂの実施例を示す図である。第３の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせたものである。
【００３９】
第３の実施形態は、図９および図１０に示すように、ＩＦ部１１５からの制御信号と、トランジスタ１８４、フォトカプラ１８３で構成されるＤＣ出力検出回路からの信号とがＯＲ回路１９０に入力され、ＣＰＵ１１４からの制御信号によってＤＣ側へ切り替える指示が出た状態と、ハイブリッドパワーコンディショナ１１０からＤＣ電圧が出力された状態とが揃わないと、ＤＣ側へ切り替わらないようにすることが可能になるので、より安全なシステムにすることができる。
【００４０】
上述したように、本発明は、電力供給を切り替える電源切替器を備えているので、負荷に直流電力を供給するパワーコンディショナの交換あるいは点検等のメンテナンス時においても、負荷への電力の供給を継続することができる。
【００４１】
なお、上述した実施形態では、電源装置を太陽電池として、本発明のパワーコンディショナシステムについて説明したが、電源装置は、蓄電池、燃料電池、風力発電装置などでも良い。
【符号の説明】
【００４２】
１１０、１１０ａ  ハイブリッドパワーコンディショナ
１１１  ＤＣ／ＤＣ変換器
１１２  インバータ
１１３  連系リレー
１１４  ＣＰＵ
１１５  ＩＦ部
１２０  太陽電池
１３０  分電盤
１３１  ブレーカ
１４０  商用電源（電力系統）
１５０  灯具電源
１６０  ＬＥＤ照明
１７０  電源切替器
１７１  電源部
１７２、１７２ａ、１７２ｂ  ロジック回路
１７３  ＡＣリレー
１７４  ＤＣリレー
１７５、１７７  バッファ
１７６  遅延回路
１７８  ＡＮＤ回路
１７９  ＮＯＲ回路
１８０、１８１、１８２、１８３、１８４  トランジスタ
１９０  ＯＲ回路
２０１  ＡＣ負荷
５００  ＤＣ／ＤＣ変換器
５０１  蓄電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014023191.tif 000009
【図８】
2014023191.tif 000010
【図９】
2014023191.tif 000011
【図１０】
2014023191.tif 000012
【図１１】
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