(57)【要約】【課題】発電装置に使用される系統連系する電源装置において、交流電源の電圧上昇を発生することなく、発電電力を有効利用することを目的とする。【解決手段】発電手段１と，前記発電手段１により得られた発電電力を交流電源２へ出力する，スイッチング素子３と逆並列したダイオード４を上下に直列接続した２つのアーム５により構成したフルブリッジインバータ６と、前記２つのアーム５に並列に接続したコンデンサ７と、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８を備えた系統連系インバータ９において、前記コンデンサ７に並列接続し、かつ交流電源２の電圧の上下変動に応じて前記発電手段１からの発電電力を充電あるいは交流電源出力するための放電を行なう蓄電手段１０を備える構成とすることにより、交流電源２の電圧上昇あるいは低下に合わせて充放電することで，発電電力を有効利用することができる電源装置が得られる。【選択図】図１
2006060984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電手段と、前記発電手段により得られた発電電力を交流電源へ出力する，スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した２つのアームにより構成したフルブリッジインバータと、前記２つのアームに並列に接続したコンデンサと、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部を備えた系統連系インバータにおいて、前記コンデンサに並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて前記発電手段からの発電電力を充電あるいは交流電源出力するための放電を行なう蓄電手段を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
蓄電手段は、発電手段からの発電電力のみ充電する発電電力充電手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
蓄電手段に具備した蓄電池の回復充電は、発電手段からの発電電力のみで行なう回復充電制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
発電手段の発電電力が蓄電池の定電流充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても、充電を継続する定電流充電手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
発電手段の発電電力が蓄電池の定電圧充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても充電を継続し、かつ充電継続時間をカウントしない定電圧充電手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
蓄電池の充電制御において、発電手段の発電電力が変動による、蓄電池電圧のオーバーシュートを抑制する蓄電池電圧抑制手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項７】
蓄電池電圧抑制手段は、蓄電池電圧の比例積分制御を備えたことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
蓄電池電圧抑制手段は、蓄電池電圧の比例積分制御及び微分制御を備えたことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項９】
蓄電池の回復充電中において、発電電力の給電優先順位は蓄電池を最優先する優先順位制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項１０】
蓄電池の回復充電以外の場合、発電電力の給電優先順位は交流電源への出力を最優先する第二優先順位制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ技術を利用した電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般家庭の負荷の増加による化石燃料の枯渇、地球温暖化問題などが生じており、太陽光発電システムや節電装置、あるいは系統電圧の安定化装置などによる、クリーンエネルギーの利用や省エネルギー装置が求められている。
【０００３】
従来、この種の電源装置は、発電装置の発電電力を系統側に連系する系統連系電力変換装置として、進相無効成分を含む電流を出力し、需要家負荷の消費電力を低減可能とするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、その電源装置について図１５及び図１６を参照しながら説明する。
【０００５】
図１５に示すように、系統連系インバータ１０１から配電系統１０２へ進相無効成分を含む電流Ｉｉｎｖを出力すると、需要家一般負荷１０３への供給電圧Ｖｌｉｎｅ＝Ｖｉｎｖは、系統電圧Ｖｇに系統インピーダンス１０４（Ｒ＋ｊ×Ｌ）における電圧降下分Ｖｄｉｆを加えた値となる。図１６の（ａ）は太陽光の照射があり直流電源が配電系統１０２に有効電力を供給している有効電力調整モードで、系統連系インバータ１０１は直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、配電系統１０２および需要家一般負荷１０３に電力供給した場合のベクトル図を示す。この運転モードでは、通常負荷電圧Ｖｌｉｎｅは系統電圧Ｖｇより高くなる。次に図１６の（ｂ）では、系統連系インバータ１０１の制御を変えて同時に無効電力を配電系統１０２および需要家一般負荷１０３に供給している場合のベクトル図を示す。この場合、図に示すように、負荷電圧Ｖｌｉｎｅが系統電圧Ｖｇより低くなり、系統インピーダンス１０４の定数を加味して有効電力および無効電力を適切に制御することにより、需要家一般負荷１０３に供給する負荷電圧Ｖｌｉｎｅをその運転可能下限電圧以上の範囲で定格電圧より低い電圧値に制御することができることとなる。よって、需要家一般負荷１０３への供給電圧をその定格電圧未満に制御することができ、需要家一般負荷１０３の消費電力を低減可能としている。
【特許文献１】特開２００３−１５３４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の電源装置では、発電装置が地域に集中して設置され、系統電源に連系した場合、系統電源の電圧が上昇し、発電電力を抑制する必要が発生するという課題があり、確実に系統電圧の上昇を抑制し、かつ発電装置により発電した電力を有効に利用することが要求されている。
【０００７】
また、発電電力は系統電源に対し、発電が多い昼間は逆潮流する場合が頻発し、かつ夜間あるいは曇天時など発電が期待できない場合は、系統電源から買電する場合が頻発し、発電電力を有効に活用できないという課題があり、発電電力のピークシフトする電源装置が要求されている。
【０００８】
さらに、蓄電池を備えた設備は蓄電池の長寿命化のため、回復充電を実施する必要性があるが、同時に地域に集中して連系した場合、蓄電池の回復充電を実施するための系統電源の負担は大きくなり、系統から見た負荷が大きくなるという課題があり、回復充電中であっても、できるだけ系統電源の負担を少なくする電源装置が要求されている。
【０００９】
また、蓄電池の回復充電中に、発電電力が少なくなり、規定の定電流充電が行なえなくなる場合が発生し、回復充電に必要な時間が長くなる、あるいは回復充電と中断状態を反復することで蓄電池の過充電、すなわち蓄電池の寿命に影響を及ぼす可能性があるという課題があり、回復充電を効率的に行なう電源装置が要求されている。
【００１０】
さらに、太陽光発電のような不安定な電力供給源の場合、回復充電中に充分な発電電力が得られなくなることで、蓄電池電圧が下がり、再度発電電力が多くなった際に通常の蓄電池への充電方法をとった場合、蓄電池電圧が規定電圧を超過し、蓄電池の寿命に影響を及ぼす可能性があるという課題があり、回復充電中においても発電電力の変動による蓄電池の規定電圧オーバーシュートを抑制する必要がある。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、発電装置が集中設置された場合であっても、系統電源の電圧上昇を抑制しつつ、発電電力を有効利用することができる電源装置を提供することを目的としている。
【００１２】
また、本発明は、負荷の利用時間に合わせて発電電力を利用することができる電源装置を提供することを目的としている。
【００１３】
さらに、本発明は、蓄電池の回復充電中であっても系統に対する影響を極小化することができる電源装置を提供することを目的としている。
【００１４】
また、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行ない、かつ蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができる電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の電源装置は上記目的を達成するために、発電手段と、前記発電手段により得られた発電電力を交流電源へ出力する、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した２つのアームにより構成したフルブリッジインバータと、前記２つのアームに並列に接続したコンデンサと、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部を備えた系統連系インバータにおいて、前記コンデンサに並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて前記発電手段からの発電電力を充電あるいは交流電源出力するための放電を行なう蓄電手段を備える構成としたものである。
【００１６】
この手段により、発電装置が集中設置された場合であっても、系統電源の電圧上昇を抑制しつつ、発電電力を有効利用することができる電源装置が得られる。
【００１７】
また、蓄電手段は、発電手段からの発電電力のみ充電する発電電力充電手段を備える構成としたものである。
【００１８】
この手段により、負荷の利用時間に合わせて発電電力を利用することができる電源装置が得られる。
【００１９】
さらに、蓄電手段に具備した蓄電池の回復充電は、発電手段からの発電電力のみで行なう回復充電制御手段を備える構成としたものである。
【００２０】
この手段により、蓄電池の回復充電中であっても系統に対する影響を極小化することができる電源装置が得られる。
【００２１】
また、発電手段の発電電力が、蓄電池の定電流充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても充電を継続する定電流充電手段を備える構成としたものである。
【００２２】
この手段により、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行ない、かつ蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができる電源装置が得られる。
【００２３】
さらに、発電手段の発電電力が、蓄電池の定電圧充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても充電を継続し、かつ充電継続時間をカウントしない定電圧充電手段を備える構成としたものである。
【００２４】
この手段により、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行ない、かつ充電効率の悪い場合には充電量をカウントせず、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができる電源装置が得られる。
【００２５】
また、蓄電池の充電制御において、発電手段の発電電力が変動による、蓄電池電圧のオーバーシュートを抑制する蓄電池電圧抑制手段を備える構成としたものである。
【００２６】
この手段により、発電電力のみによる回復充電であっても、蓄電池の電圧を規定範囲内とすることができ、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができる電源装置が得られる。
【００２７】
さらに、蓄電池電圧抑制手段は、蓄電池電圧の比例積分制御を備える構成としたものである。
【００２８】
この手段により、発電電力のみによる回復充電であっても、蓄電池の電圧を規定範囲内とすることができ、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができる電源装置が得られる。
【００２９】
また、蓄電池電圧抑制手段は、蓄電池電圧の比例積分制御及び微分制御を備える構成としたものである。
【００３０】
この手段により、発電電力のみによる回復充電で急峻な蓄電池電圧の上昇があっても、蓄電池の電圧を規定範囲内とすることができ、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができる電源装置が得られる。
【００３１】
さらに、蓄電池の回復充電中において、発電電力の給電優先順位は蓄電池を最優先する優先順位制御手段を備える構成としたものである。
【００３２】
この手段により、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行なうことができる電源装置が得られる。
【００３３】
また、蓄電池の回復充電以外の場合、発電電力の給電優先順位は交流電源への出力を最優先する第二優先順位制御手段を備える構成としたものである。
【００３４】
この手段により、蓄電池の容量を最小化でき、装置全体を小型化することができる電源装置が得られる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、発電手段と、前記発電手段により得られた発電電力を交流電源へ出力する、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した２つのアームにより構成したフルブリッジインバータと、前記２つのアームに並列に接続したコンデンサと、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部を備えた系統連系インバータにおいて、前記コンデンサに並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて前記発電手段からの発電電力を充電あるいは交流電源出力するための放電を行なう蓄電手段を備える構成とすることで、発電装置が集中設置された場合であっても、系統電源の電圧上昇を抑制しつつ、発電電力を有効利用することができるという効果のある電源装置を提供できる。
【００３６】
また、蓄電手段は、発電手段からの発電電力のみ充電する発電電力充電手段を備える構成とすることで、負荷の利用時間に合わせて発電電力を利用することができるという効果のある電源装置を提供できる。
【００３７】
さらに、蓄電手段に具備した蓄電池の回復充電は、発電手段からの発電電力のみで行なう回復充電制御手段を備える構成とすることで、蓄電池の回復充電中であっても系統に対する影響を極小化することができるという効果のある電源装置を提供できる。
【００３８】
また、発電手段の発電電力が、蓄電池の定電流充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても充電を継続する定電流充電手段を備える構成とすることで、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行ない、かつ蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという効果のある電源装置を提供できる。
【００３９】
さらに、発電手段の発電電力が、蓄電池の定電圧充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても充電を継続し、かつ充電継続時間をカウントしない定電圧充電手段を備える構成とすることで、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行ない、かつ充電効率の悪い場合には充電量をカウントせず、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという効果のある電源装置を提供できる。
【００４０】
また、蓄電池の充電制御において、発電手段の発電電力が変動による、蓄電池電圧のオーバーシュートを抑制する蓄電池電圧抑制手段を備える構成とすることで、発電電力のみによる回復充電であっても、蓄電池の電圧を規定範囲内とすることができ、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという効果のある電源装置を提供できる。
【００４１】
さらに、蓄電池電圧抑制手段は、蓄電池電圧の比例積分制御を備える構成とすることで、発電電力のみによる回復充電であっても、蓄電池の電圧を規定範囲内とすることができ、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという効果のある電源装置を提供できる。
【００４２】
また、蓄電池電圧抑制手段は、蓄電池電圧の比例積分制御及び微分制御を備える構成とすることで、発電電力のみによる回復充電で急峻な蓄電池電圧の上昇があっても、蓄電池の電圧を規定範囲内とすることができ、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという効果のある電源装置を提供できる。
【００４３】
さらに、蓄電池の回復充電中において、発電電力の給電優先順位は蓄電池を最優先する優先順位制御手段を備える構成とすることで、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行なうことができるという効果のある電源装置を提供できる。
【００４４】
また、蓄電池の回復充電以外の場合、発電電力の給電優先順位は交流電源への出力を最優先する第二優先順位制御手段を備える構成とすることで、蓄電池の容量を最小化でき、装置全体を小型化することができるという効果のある電源装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明の請求項１記載の発明は、発電手段と、前記発電手段により得られた発電電力を交流電源へ出力する、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した２つのアームにより構成したフルブリッジインバータと、前記２つのアームに並列に接続したコンデンサと、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部を備えた系統連系インバータにおいて、前記コンデンサに並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて前記発電手段からの発電電力を充電あるいは交流電源出力するための放電を行なう蓄電手段を備える構成としたものであり、発電装置が集中設置された場合であっても、系統電源の電圧上昇を抑制しつつ、発電電力を有効利用することができるという作用を有する。
【００４６】
また、蓄電手段は、発電手段からの発電電力のみ充電する発電電力充電手段を備える構成としたものであり、負荷の利用時間に合わせて発電電力を利用することができるという作用を有する。
【００４７】
さらに、蓄電手段に具備した蓄電池の回復充電は、発電手段からの発電電力のみで行なう回復充電制御手段を備える構成としたものであり、蓄電池の回復充電中であっても系統に対する影響を極小化することができるという作用を有する。
【００４８】
また、発電手段の発電電力が、蓄電池の定電流充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても充電を継続する定電流充電手段を備える構成としたものであり、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行ない、かつ蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという作用を有する。
【００４９】
さらに、発電手段の発電電力が、蓄電池の定電圧充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても充電を継続し、かつ充電継続時間をカウントしない定電圧充電手段を備える構成としたものであり、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行ない、かつ充電効率の悪い場合には充電量をカウントせず、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという作用を有する。
【００５０】
また、蓄電池の充電制御において、発電手段の発電電力が変動による、蓄電池電圧のオーバーシュートを抑制する蓄電池電圧抑制手段を備える構成としたものであり、発電電力のみによる回復充電であっても、蓄電池の電圧を規定範囲内とすることができ、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという作用を有する。
【００５１】
さらに、蓄電池電圧抑制手段は、蓄電池電圧の比例積分制御を備える構成としたものであり、発電電力のみによる回復充電であっても、蓄電池の電圧を規定範囲内とすることができ、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという作用を有する。
【００５２】
また、蓄電池電圧抑制手段は、蓄電池電圧の比例積分制御及び微分制御を備える構成としたものであり、発電電力のみによる回復充電で急峻な蓄電池電圧の上昇があっても、蓄電池の電圧を規定範囲内とすることができ、蓄電池の長寿命化に対して悪影響を抑制した充電を行なうことができるという作用を有する。
【００５３】
さらに、蓄電池の回復充電中において、発電電力の給電優先順位は蓄電池を最優先する優先順位制御手段を備える構成としたものであり、発電電力のみによる回復充電であっても、回復充電を効率的に行なうことができるという作用を有する。
【００５４】
また、蓄電池の回復充電以外の場合、発電電力の給電優先順位は交流電源への出力を最優先する第二優先順位制御手段を備える構成としたものであり、蓄電池の容量を最小化でき、装置全体を小型化することができるという作用を有する。
【００５５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における電源装置の構成図を示す。
【００５７】
図に示すように、発電手段１としての太陽電池１ａ及び昇圧チョッパ回路１ｂと、太陽電池１ａからの電力を昇圧チョッパ回路１ｂにより昇電圧した発電電力を交流電源２へ出力する、スイッチング素子３ａ〜３ｄと逆並列したダイオード４ａ〜４ｄを上下に直列接続した２つのアーム５ａ及び５ｂにより構成したフルブリッジインバータ６と、前記２つのアーム５ａ及び５ｂに並列に接続したコンデンサ７と、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８を備えた系統連系インバータ９において、前記コンデンサ７に並列接続し、かつ交流電源２の電圧の上下変動に応じて発電手段１からの発電電力を充電あるいは交流電源２に出力するための放電を行なう蓄電手段１０としての蓄電池１０ａ、充放電回路１０ｂ及び充放電制御部１０ｃにより構成している。
【００５８】
次に、充放電制御部１０ｃの制御フローチャートについて、図２を参照しながら説明する。
【００５９】
図に示すように、充放電制御部１０ｃは、系統電圧Ｖａｃを入力する。系統電圧Ｖａｃが系統上限電圧Ｖａｃ＿ｍａｘを超えた場合、系統連系インバータ９の出力電流指令値を△Ｉのみ下げるように指令する。この時の出力電流指令値を下げるのはゼロまでとし、交流電源２から受電することは行なわない。この指令により、発電電力の需給バランスが崩れるため、中間のコンデンサ７の電圧が上昇することとなる。次に、充放電制御部１０ｃはコンデンサ７の電圧を入力する。入力したコンデンサ７の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｃｈより高いか否かを判定し、Ｖｃｈ以上であれば充電を行なう。充電電流の指令値は、コンデンサ７の電圧の目標値Ｖｃｈ＊と実際の電圧値Ｖｃとの偏差からＰＩ制御器に入力し、算出する。ここで、充電電流指令値は、蓄電池１０ａの充電可能電流Ｉｂ＿ｃｈａより大きければ、充電電流指令値はＩｂ＿ｃｈａに制限する。さらに充電電流を制限し、交流電源２への出力を絞ることにより、発電電力の需給バランスが崩れた場合には、昇圧チョッパ回路１ｂは太陽電池１ａのＭＰＰＴ制御（最大電力追従制御）を外れて定電力制御へリミット制御することとなる。逆に、系統電圧Ｖａｃが系統下限電圧Ｖａｃ＿ｍｉｎを下回った場合、系統連系インバータ９の出力電流指令値を△Ｉのみ上げるように指令する。この時の出力電流の指令は、系統連系インバータ９から出力可能な最大電流Ｉｉｎｖ＿ｍａｘまでとし、リミット制御を行なう。この出力電流の増加指令により、発電電力の需給バランスが崩れるため、中間のコンデンサ７の電圧は低下することとなる。次に充放電制御部１０ｃはコンデンサ７の電圧を入力する。入力したコンデンサ７の電圧Ｖｃが放電閾値Ｖｃｌより低いか否かを判定し、Ｖｃｌ以下であれば放電を行なう。また、放電電流の指令値は、充電の時と同様に、コンデンサ７の電圧の目標値Ｖｃｌ＊と実際の電圧値Ｖｃとの偏差からＰＩ制御器に入力し、算出する。さらに、放電電流指令値は、蓄電池１０ａの放電可能電流Ｉｂ＿ｄｉｓより大きければ、放電電流指令値はＩｂ＿ｄｉｓに制限する。
【００６０】
以上のように、本実施の形態１によれば、太陽電池１ａ及び昇圧チョッパ回路１ｂと、太陽電池１ａからの電力を昇圧チョッパ回路１ｂにより昇電圧した発電電力を交流電源２へ出力する、スイッチング素子３ａ〜３ｄと逆並列したダイオード４ａ〜４ｄを上下に直列接続した２つのアーム５ａ及び５ｂにより構成したフルブリッジインバータ６と、前記２つのアーム５ａ及び５ｂに並列に接続したコンデンサ７と、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８を備えた系統連系インバータ９において、前記コンデンサ７に並列接続し、かつ交流電源２の電圧の上下変動に応じて発電手段１からの発電電力を充電あるいは交流電源２に出力するための放電を行なう蓄電手段１０としての蓄電池１０ａ、充放電回路１０ｂ及び充放電制御部１０ｃにより構成することで、フルブリッジインバータ６からの過剰電力を蓄電池１０ａへ充放電回路１０ｂを通して充電あるいは放電することができることとなる。また、発電装置が集中設置された場合であっても、系統電源の電圧上昇を抑制しつつ、発電電力を有効利用することができる。
【００６１】
なお、本実施例においては、蓄電手段１０の蓄電媒体として蓄電池１０ａとしたが、電気二重層コンデンサ、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等であってもよい。
【００６２】
（実施の形態２）
図３は、本実施の形態２における電源装置の構成図を示す。
【００６３】
図に示すように、実施の形態２における電源装置は、発電手段１としての太陽電池１ａ及び昇圧チョッパ回路１ｂと、太陽電池１ａからの電力を昇圧チョッパ回路１ｂにより昇電圧した発電電力を交流電源２へ出力する、スイッチング素子３ａ〜３ｄと逆並列したダイオード４ａ〜４ｄを上下に直列接続した２つのアーム５ａ及び５ｂにより構成したフルブリッジインバータ６と、前記２つのアーム５ａ及び５ｂに並列に接続したコンデンサ７と、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８を備えた系統連系インバータ９において、前記コンデンサ７に並列接続し、かつ交流電源２の電圧の上下変動に応じて発電手段１からの発電電力を充電あるいは交流電源２に出力するための放電を行なう蓄電手段１０としての蓄電池１０ａ、充放電回路１０ｂ及び充放電制御部１０ｃと、コンデンサ７とフルブリッジインバータ６との間に直列に挿入した、発電電力充電手段あるいは回復充電制御手段としての逆流防止ダイオード１１ａにより構成している。
【００６４】
以上のように、本実施の形態２によれば、蓄電手段１０の蓄電池１０ａへの充電は、逆流防止ダイオード１１ａにより、交流電源２からの電力流入を防止し、発電手段１からの発電電力のみ充電あるいは蓄電池１０ａの回復充電を行なうことができる。
【００６５】
（実施の形態３）
図４は、本実施の形態３における電源装置の構成図を示す。
【００６６】
図に示すように、実施の形態３における電源装置は、発電手段１としての太陽電池１ａ及び昇圧チョッパ回路１ｂと、太陽電池１ａからの電力を昇圧チョッパ回路１ｂにより昇電圧した発電電力を交流電源２へ出力する、スイッチング素子３ａ〜３ｄと逆並列したダイオード４ａ〜４ｄを上下に直列接続した２つのアーム５ａ及び５ｂにより構成したフルブリッジインバータ６と、前記２つのアーム５ａ及び５ｂに並列に接続したコンデンサ７と、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８を備えた系統連系インバータ９において、前記コンデンサ７に並列接続し、かつ交流電源２の電圧の上下変動に応じて発電手段１からの発電電力を充電あるいは交流電源２に出力するための放電を行なう蓄電手段１０としての蓄電池１０ａ、充放電回路１０ｂ及び充放電制御部１０ｃと、発電電力充電手段あるいは回復充電制御手段としてのインバータ逆流防止制御部１１ｂにより構成している。
【００６７】
次に、インバータ逆流防止制御部１１ｂのフローチャートについて、図５を参照しながら説明する。
【００６８】
図に示すように、インバータ逆流防止制御部１１ｂは、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８の出力電力指令値を常時正の値Ｐｏ＿ｍｉｎをとるように出力下限値設定を送信する。また、充放電回路１０ｂは、充電時にコンデンサ７の電圧がＶｃ＿ｃｈａとなるように制御する。このため、発電電力が充分ない状態となった時には、コンデンサ７の電圧は低下することとなる。従って、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８が常時正の値Ｐｏ＿ｍｉｎを出力下限値として動作することから、コンデンサ７の電圧の低下を充放電回路１０ｂが制御することとなり、蓄電池１０ａへ充電するよう制御していた運転制御は充電電流を絞り、放電制御へと切り換わることとなる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態３によれば、蓄電手段１０の蓄電池１０ａへの充電は、インバータ逆流防止制御部１１ｂにより、交流電源２に対し、常時出力する制御を行なうため、交流電源２からの電力流入が防止でき、発電手段１からの発電電力のみ充電あるいは回復充電することができることとなる。
【００７０】
（実施の形態４）
図６は、本実施の形態４における電源装置の構成図を示す。
【００７１】
図に示すように、実施の形態４における電源装置は、発電手段１の発電電力が、蓄電池１０ａの定電流充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても充電を継続する定電流充電手段１２と、発電手段１の発電電力が、蓄電池１０ａの定電圧充電に必要な電力量を満たさなかった場合であっても充電を継続し、かつ充電継続時間をカウントしない定電圧充電手段１３と、蓄電池１０ａの充電制御において、発電手段１の発電電力が変動による、蓄電池１０ａの電圧のオーバーシュートを抑制する蓄電池電圧抑制手段１４を備える構成としている。
【００７２】
次に、定電流充電手段１２のフローチャートについて、図７を参照しながら説明する。  
【００７３】
図に示すように、定電流充電手段１２は、回復充電中であることを示す回復充電フラグ信号と、回復充電に必要な発電電力があるか否かを示す回復充電可能フラグ信号を入力する。入力した回復充電フラグ信号と回復充電可能フラグ信号の両信号がＯＮすなわち回復充電中でかつ必要な発電電力が無い場合、コンデンサ７の電圧が一定となるよう制御し、定電流充電ではなく、コンデンサ７の電圧を一定に保ちながら充電制御を行なう。この時の充電電流の上限値は、蓄電池１０ａの定電流充電時の指令値を使用し蓄電池１０ａへの過充電も防止する。従って、蓄電池１０ａの定電流充電の指令値を超える充電量へと発電電力が増加した際には、上限値である定電流充電時の指令値により飽和し、上限値以上の指令とならないよう構成している。
【００７４】
次に、定電圧充電手段１３のフローチャートについて、図８を参照しながら説明する。  
【００７５】
図に示すように、定電圧充電手段１３は、回復充電中に蓄電池１０ａの電圧が規定の電圧に到達し、その時の充電電流が規定値より小さくなった場合、充電継続時間のカウントを開始する。その後、発電電力が減少し、蓄電池１０ａの定電圧充電が継続できなくなった時には、蓄電池１０ａへの充電は継続するが、充電継続時間のカウントを中断する。この充電継続時間のカウントは、再度発電電力が回復充電に充分な発電電力となり、蓄電池１０ａの電圧が規定電圧に到達すると同時に、規定の充電電流より小さくなった場合に再開する。この再開時の充電継続時間のカウントの初期値は、充電を中断した際のカウント値とする。
【００７６】
次に、蓄電池電圧抑制手段１４の制御ブロックについて、図９を参照しながら説明する。
【００７７】
図に示すように、蓄電池電圧抑制手段１４は、定電圧充電時の制御ブロックと定電流充電時の制御ブロックにより構成している。定電圧充電時の制御ブロックは、蓄電池１０ａの電圧目標値と、実際の蓄電池１０ａの電圧との偏差により充電電流を決定している。その充電電流の指令値は、偏差をＰＩ制御器に入力することで計算する。次に定電流充電時の制御ブロックは、蓄電池１０ａの充電電流目標値と、実際の充電電流との偏差からＰＩ制御器に入力することで充放電制御部１０ｃに指令を送信する。さらに蓄電池１０ａの電圧の上昇速度が速い場合、図１０に示すような、微分制御を追加しＰＩＤ制御器へ蓄電池１０ａの電圧を入力することで対応する。微分制御の入力には蓄電池１０ａの電圧が逐次入力され、蓄電池１０ａの電圧変化量に微分ゲインを掛けることで演算する。これにより蓄電池１０ａの電圧は、充電状態に関わらず、規定電圧をオーバーしない制御としている。
【００７８】
図１１に、蓄電池電圧抑制手段１４による蓄電池１０ａの電圧上昇を抑えた結果例を示す。
【００７９】
図に示すように、蓄電池１０ａの電圧は、充電開始時の初期立ち上り速度は通常のＰＩ制御器と同等であり、蓄電池１０ａの電圧が上昇してきた際には、規定電圧をオーバーしないように制御を可能としている。
【００８０】
以上のように、本実施の形態４によれば、蓄電池１０ａへの回復充電中は発電電力を有効に充電するため、規定電流を充電できない場合であっても、蓄電池１０ａに充電することができる。また、蓄電池１０ａが満充電付近となり充電制御が定電圧充電に切り換わった後、発電電力が不足した場合、蓄電池１０ａの充電効率が悪化するため、充電カウントを停止し、蓄電池１０ａの長寿命化を図ることができる。さらに、蓄電池１０ａへの回復充電中に発電電力が減少し、一時的に蓄電池１０ａの電圧が低下した際には、定電流充電から再スタートする場合であっても、通常時の充電と同等の充電立ち上り速度を確保することで早期に充電を開始、継続することができ、また蓄電池１０ａの電圧は規定電圧を超えることなく制御することができる。
【００８１】
（実施の形態５）
図１２は、本実施の形態５における電源装置の構成図を示す。
【００８２】
図に示すように、実施の形態５における電源装置は、蓄電池１０ａの回復充電中において、発電電力の給電優先順位は蓄電池１０ａを最優先とする優先順位制御手段１５と、蓄電池１０ａの回復充電以外の場合、発電電力の給電優先順位は交流電源２への出力を最優先する第二優先順位制御手段１６を備えている。
【００８３】
次に、優先順位制御手段１５のフローチャートについて、図１３を参照しながら説明する。
【００８４】
図に示すように、優先順位制御手段１５は、回復充電フラグ信号を入力し、回復充電であるか否かを判別する。判定した結果、回復充電中であれば、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８をコンデンサ７の電圧制御モードで動作するよう指令を送信する。さらに優先順位制御手段１５は、充放電制御部１０ｃに対して定電流充電制御を行なうように指令を送信する。
【００８５】
次に、第二優先順位制御手段１６のフローチャートについて、図１４を参照しながら説明する。
【００８６】
図に示すように、第二優先順位制御手段１６は、回復充電フラグ信号から回復充電中でない場合、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８に対して、定電力制御指令を送信する。さらに第二優先順位制御手段１６は、充放電制御部１０ｃに対してコンデンサ７の電圧制御を行なうように指令を送信する。
【００８７】
以上のように、本実施の形態５によれば、優先順位制御手段１５により、回復充電中は蓄電池１０ａの管理及び長寿命化のための充電を第一優先に発電電力を給電し、第二優先順制御手段１６により、回復充電以外の時は系統への出力を第一優先に発電電力を給電することができる。従って、発電電力のみの回復充電であっても、回復充電を効率的に実施することができ、また必要容量のみ蓄電池１０ａを具備するため、蓄電池１０ａの容量を最小化でき、装置全体の小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
太陽電池や燃料電池を用いた発電手段を、コンデンサに対して並列接続したシステムに対して、蓄電手段を用いて容易に発電電力のピークシフトができるため、発電電力の平準化あるいは負荷の平準化が必要となる家庭向けにも適用でき、また、交流電源側のインピーダンスを自動判定することにより、系統連系の際の出力抑制を未然に予測することができるため、系統側との調和を図る必要のある集中連系の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施例１の電源装置の構成図
【図２】同充放電制御部の制御フローチャート
【図３】本発明の実施例２の電源装置の構成図
【図４】本発明の実施例３の電源装置の構成図
【図５】同インバータ逆流防止制御部のフローチャート
【図６】本発明の実施例４の電源装置の構成図
【図７】同定電流充電手段のフローチャート
【図８】同定電圧充電手段のフローチャート
【図９】同蓄電池電圧抑制手段（ＰＩ制御時）の制御ブロック図
【図１０】同蓄電池電圧抑制手段（ＰＩＤ制御時）の制御ブロック図
【図１１】（ａ）同蓄電池電圧上限値をオーバーした場合の実施例を示す図（ｂ）同蓄電池電圧の上昇抑制時の実施例を示す図
【図１２】本発明の実施例５の電源装置の構成図
【図１３】同優先順位制御手段のフローチャート
【図１４】同第二優先順位制御手段のフローチャート
【図１５】従来の電源装置（系統連系インバータ）のブロック図
【図１６】同供給電圧制御時のベクトル図
【符号の説明】
【００９０】
１  発電手段
２  交流電源
３  スイッチング素子
４  ダイオード
５  アーム
６  フルブリッジインバータ
７  コンデンサ
８  主回路制御部
９  系統連系インバータ
１０ａ  蓄電池
１０ｂ  充放電回路
１０ｃ  充放電制御部
１１ａ  逆流防止ダイオード
１１ｂ  インバータ逆流防止制御部
１２  定電流充電手段
１３  定電圧充電手段
１４  蓄電池電圧抑制手段
１５  優先順位制御手段
１６  第二優先順位制御手段
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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