(57)【要約】【課題】  発電システムと蓄電システムが直列接続されたシステムにおいて、電力変換器が故障した際に、システムの運転継続を実現することを目的とする。【解決手段】  発電装置と、前記発電装置と直流側で接続された第一の電力変換器を有する発電システムと、交流側で直列接続された複数の第二の電力変換器と、前記複数の第二の電力変換器の直流側にそれぞれ接続した蓄電装置を有する蓄電システムと、前記発電システムと前記蓄電システムを制御する制御装置を備え、前記発電システムと、前記蓄電システムが直列接続された電力供給システムにおいて、前記蓄電システムと並列に接続したバイパス装置を有することを特徴とする電力供給システム。【選択図】  図１
2015047024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置と、前記発電装置と直流側で接続された第一の電力変換器を有する発電システムと、
交流側で直列接続された複数の第二の電力変換器と、前記複数の第二の電力変換器の直流側にそれぞれ接続した蓄電装置を有する蓄電システムと、
前記発電システムと前記蓄電システムを制御する制御装置を備え、
前記発電システムと、前記蓄電システムが直列接続された電力供給システムにおいて、
前記蓄電システムと並列に接続したバイパス装置を有することを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記電力供給システムから系統に供給される電力が前記発電システムの出力のみの場合、前記バイパス装置にバイパスを実施させる制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記バイパス装置がバイパスを実施している場合、系統へ供給する電力が正弦波に近付くよう、前記発電システムに前記蓄電システムの出力電圧を補完するような電圧を出力させる制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項４】
請求項３に記載の電力供給システムにおいて、
前記補完する出力電圧が櫛状の電圧であることを特徴とする電力供給システム。
【請求項５】
請求項１乃至２のいずれかに記載の電力供給システムにおいて、
前記第一の電力変換器は矩形波出力とＰＷＭ制御の出力を切り替える機能を有し、
前記制御装置は、前記バイパス装置がバイパスを実施している状態で、前記第一の電力変換器をＰＷＭ制御に切り替えるよう制御することを特徴とする電力供給システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、設定された第一の閾値を下回る日射強度を検知した場合に、若しくは設定された第二の閾値を下回る前記発電装置の出力を検知した場合に、前記バイパス装置のバイパスを実施させる制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記第一の変換器が櫛状電圧を発生させるときに生じる第一の損失電力を計算し、前記蓄電池システムを通過させることにより発生する第二の損失電力を計算し、前記第二の損失電力が前記第一の損失電力を上回ると判断した場合に、前記バイパス装置のバイパスを実施させる制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記複数の第二の電力変換器の一つ以上で異常が発生し、前記異常が発生した第二の電力変換器のいずれかにおいてスイッチング回路内でバイパスすることが出来ない状態の場合、前記バイパス装置のバイパスを実施させる制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項９】
請求項１乃至２のいずれかに記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記複数の第二の電力変換器の一つ以上で異常が発生した場合に、前記蓄電システム内で、前記異常が発生した第二の電力変換器を個別にバイパスさせる制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項１０】
請求項１乃至２のいずれかに記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記複数の第二の電力変換器の一つ以上で異常が発生した場合に、前記異常が発生した第二の電力変換器のすべてにおいてスイッチング回路内でバイパスする制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、系統へ供給する電力が正弦波に近付くよう、前記発電システムが、スイッチング回路内でバイパスしている前記第二の電力変換器の出力電圧を補完するような電圧を出力する制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記発電システムが前記スイッチング回路内でバイパスしている第二の電力変換器の出力を補完する状態の場合に、前記バイパス装置のバイパスを実施する制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項１３】
発電装置と、
前記発電装置と直流側で接続された第一の電力変換器と、
複数の蓄電装置と、
前記蓄電装置のそれぞれと直流側で接続された第二の電力変換器を有し、
前記第一の電力変換器と前記第二の電力変換器が交流側で直列に接続された電力供給システム運転方法において、
日射強度が低下した時、若しくは前記第二の電力変換器に異常が発生した時、前記第二の電力変換器をすべてバイパスすることを特徴とする電力供給システム運転方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力供給システム運転方法であって、
前記第二の電力変換器をバイパスした場合、
前記第一の電力変換器の制御方法を切り替えることを特徴とする電力供給システム運転方法。
【請求項１５】
電力供給システムの運転方法であって、
前記電力供給システムは、発電装置と、前記発電装置と直流側で接続された第一の電力変換器を有する発電システムと、
交流側で直列接続された複数の第二の電力変換器と、前記複数の第二の電力変換器の直流側にそれぞれ接続した蓄電装置を有する蓄電システムと、
前記発電システムと前記蓄電システムを制御する制御装置と、
前記蓄電システムと並列に接続したバイパス装置を備え、
前記発電システムと前記蓄電システムが直列接続され、
前記蓄電システムで異常が発生した場合、
前記蓄電システムの前記異常が発生した箇所を前記第二の電力変換器単位でバイパスし、バイパスした前記第二の電力変換器の出力を補完するように前記第一の電力変換器の出力パターンを切替え、
前記バイパス状態の情報、若しくは前記出力パターンの情報から発電機会損失量を算出し、それに基づき前記異常がある状態で運転継続する期間を決定することを特徴とする電力供給システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換器を備えた電力供給システムに関し、特に太陽光発電システムなどの発電電力を電力系統に連系して電力を供給するシステムに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー自給率向上のため、再生可能エネルギーの利用が推進されている。その一翼を担うものとして、太陽光発電や風力発電がある。これらは、エネルギー源が枯渇する心配が無く発電時にCO2を排出しないが、天候に依存するため出力が不安定である。そのため、再生可能エネルギー利用拡大時には、電力の出力変動を抑制するため電力貯蔵装置が不可欠である。電力貯蔵装置の一つに蓄電システムがあり、例えば、太陽光発電と蓄電システムを組み合わせることで、太陽光発電の出力電力の変動を抑制することができる。
【０００３】
非特許文献１に開示されているように、従来、太陽光発電システムと蓄電システムを直列接続し、太陽光発電システムと蓄電システムの出力電圧を合成することで、システム全体の交流電流の高調波ひずみを低減し、電力系統に電力を供給するシステムがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Real Time Digital Simulation of a novel Battery-integrated PV System for High Penetration Application，2010 2nd IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems, p.786-790
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１はしかしながら、発電システムと蓄電システムが直列接続しているため、蓄電システムから電力を供給しない場合でも、太陽光発電システムで発電した電力は蓄電システムの電力変換器を通過し、その際に電力を消費してしまい、電力を有効に供給できないとうという課題がある。
【０００６】
本発明は、発電システムと蓄電システムが直列接続されたシステムにおいて、発電システムのみの運転時に、蓄電システムから電力を供給しない場合に、蓄電システムをシステムから切り離し、太陽光発電システムのみを電力系統と連系し、蓄電システムで発生する損失を抑制し、電力系統に有効に電力を供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００８】
発電装置と、前記発電装置と直流側で接続された第一の電力変換器を有する発電システムと、交流側で直列接続された複数の第二の電力変換器と、前記複数の第二の電力変換器の直流側にそれぞれ接続した蓄電装置を有する蓄電システムと、前記発電システムと前記蓄電システムを制御する制御装置を備え、前記発電システムと、前記蓄電システムが直列接続された電力供給システムにおいて、前記蓄電システムと並列に接続したバイパス装置を有することを特徴とする電力供給システム 。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１０】
本発明の電力供給システムでは、蓄電システムから電力を供給しない場合に、蓄電システムをシステムから切り離し、太陽光発電システムのみを電力系統と連系し、蓄電システムで発生する損失を抑制し、電力を有効に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の電力供給システムの全体の概略構成例を示すシステムブロック図である。
【図２】本発明の電力供給システムの電力変換器の接続構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の電力供給システムの小型電力変換器の接続構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の電力供給システムの制御装置の制御内容例を示すブロック線図である。
【図５】本発明の電力供給システムの動作例を説明する図であって、日射強度とバイパス装置である開閉器の制御信号の関係を示す関係図である。
【図６】本発明の電力供給システムの動作例を説明する図であって、電力供給システムの目標電圧と出力電圧と出力電流、バイパス装置の制御信号、電力変換器と各小型電力変換器の出力電圧の関係を示す関係図である。
【図７】実施例のＰＷＭ制御を説明するために、電力変換装置の目標電圧とキャリア波、電力変換器のスイッチングパターン、電力変換器の出力電圧の関係例を示す関係図である。
【図８】本発明の電力供給システムの動作例を説明する図であって、電力供給システムの目標電圧、バイパス装置の制御信号、電力変換器の出力電圧の関係を示す関係図である。
【図９】本発明の電力供給システムの動作例を説明する図であって、電力供給システムの目標電圧と出力電圧と出力電流、バイパス装置の制御信号、電力変換器と各小型電力変換器の出力電圧の関係を示す関係図である。
【図１０】本発明の電力供給システムの動作例を説明する図であって、電力供給システムの目標電圧と出力電圧と出力電流、バイパス装置の制御信号、電力変換器と各小型電力変換器の出力電圧の関係を示す関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００１３】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００１５】
図１に、本発明の電力供給システムの実施例として電力変換装置１０１を示す。電力変換装置１０１は、リアクトル１０４を介し、電力系統１０５へ電力を供給する装置である。電力変換装置１０１は太陽光発電システム１０２、蓄電システム１０３、制御装置１０６及び計測装置１０７、バイパス装置１１９を有する。なお、本実施形態では、電力系統１０５が単相の場合を例に挙げて説明するが、電力系統１０５が三相の場合もある。この場合には、三相の各相に対応して設けられた三相分の蓄電システム１０３が三相のリアクトルを介して三相の電力系統１０５と連系することになる。
【００１６】
バイパス装置１１９は、蓄電システムを電気的に切り離したり接続したりする手段であり、その形態はどのような形でもよい。例えば蓄電システムの両端を結ぶバイパス経路に開閉器を設置する。この開閉器の開閉にのみによってバイパスが実現される構成であってもよいし、これと蓄電システム内の操作を組み合わせてバイパス状態となってもよい。
【００１７】
リアクトル１０４は、合成された発電システム１０２と蓄電システム１０３の出力電圧をより滑らかにし、系統に送電される高調波成分を抑制する効果がある。  太陽光発電システム１０２は、太陽光パネル１０９、コンデンサ１１０、直流と交流を変換する電力変換器１１１及び太陽光パネル１０９へ電流が逆流するのを防止するためのダイオード１１２を有する。太陽光パネル１０９とコンデンサ１１０は並列接続され、太陽光パネル１０９とコンデンサ１１０の間に太陽光パネル１０９と直列にダイオード１１２が接続され、これらが電力変換器１１１の直流側端子に接続されている。なお、太陽光パネル１０９は、出力端に太陽光パネル１０９電流値を計測する計測装置を備えるものとする。
【００１８】
蓄電システム１０３は、蓄電装置１１６〜１１８及び直流と交流を変換する小型電力変換器１１３〜１１５を有する。蓄電装置１１６〜１１８はそれぞれ小型電力変換器１１３〜１１５の直流側接続部に接続され、それら小型電力変換器１１３〜１１５が交流側接続部で直列接続されている。なお、図１では蓄電装置として蓄電池を例に挙げて説明するが、キャパシタなど他の蓄電装置を用いても構わない。
【００１９】
バイパス装置１１９は蓄電システムに並列に接続されている。バイパス装置１１９には、図１では開閉器を用いた例を挙げる。
【００２０】
図１の計測装置１０７は電力系統１０５の電圧値と電流値を計測し、制御装置１０６へ計測した電圧値を計測したデータを送信する。  図２に電力変換器１１１の構成を示す。電力変換器１１１は、スイッチング回路２０、直流接続部２１、交流接続部２２、制御装置２７、平滑化コンデンサ２８、開閉器２９を有する。直流接続部２１には、電力変換器１１１の直流側の電圧と電流とを計測する計測装置を備え、制御装置２７へ計測した電圧データと電流データを送信する。制御装置２７は取得したデータを制御装置１０６へ送信する。
【００２１】
スイッチング回路２０は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるスイッチング素子２３ａ〜２６ａを有する。なお、本実施の形態では、スイッチング素子２３ａ〜２６ａとしてＩＧＢＴを用いた場合を例に挙げて説明するが、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、他のスイッチング素子を用いても構わない。
【００２２】
スイッチング回路２０は、上アームのスイッチング素子２３ａのエミッタと下アームのスイッチング素子２４ａのコレクタとが電気的に直列に接続されて構成された第１のレグと、上アームのスイッチング素子２５ａのエミッタと下アームのスイッチング素子２６ａのコレクタとが電気的に直列に接続されて構成された第２のレグとを有し、上アームのスイッチング素子２３ａ，２５ａのドレイン同士及び下アームのスイッチング素子２４ａ，２６ａのソース同士が電気的に接続されて、第１のレグと第２のレグとが電気的に並列に接続された単相フルブリッジインバータ回路である。
【００２３】
スイッチング素子２３ａ〜２６ａのコレクタとエミッタ間には、それぞれダイオード２３ｂ〜２６ｂが設けられている。
【００２４】
図３に小型電力変換器１１３の構成を示す。小型電力変換器１１３は、スイッチング回路３０、直流接続部３１、交流接続部３２、制御装置３７、平滑化コンデンサ３８、開閉器３９を有する。直流接続部３１には、小型電力変換器１１３の直流側の電圧と電流とを計測する計測装置を備え、制御装置３７へ計測した電圧値と電流値のデータを送信する。制御装置３７は取得したデータを制御装置１０６へ送信する。
【００２５】
開閉器３９は、過電流により開放し、開放したことを制御装置３７へ通知する機能を有する。
【００２６】
スイッチング回路３０は、ＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子３３ａ〜３６ａを有する。なお、本実施の形態では、スイッチング素子３３ａ〜３６ａとしてＭＯＳＦＥＴを用いた場合を例に挙げて説明するが、ＩＧＢＴなど、他のスイッチング素子を用いても構わない。
【００２７】
スイッチング回路３０は、上アームのスイッチング素子３３ａのソースと下アームのスイッチング素子３４ａのドレインとが電気的に直列に接続されて構成された第１のレグと、上アームのスイッチング素子３５ａのソースと下アームのスイッチング素子３６ａのドレインとが電気的に直列に接続されて構成された第２のレグとを有し、上アームのスイッチング素子３３ａ，３５ａのドレイン同士及び下アームのスイッチング素子３４ａ，３６ａのソース同士下が電気的に接続されて、第１のレグと第２のレグとが電気的に並列に接続された単相フルブリッジインバータ回路である。
【００２８】
スイッチング素子３３ａ〜３６ａのソースとドレイン間には、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴの構造上、寄生ダイオード３３ｂ〜３６ｂが設けられている。このため、別途、ダイオードを、スイッチング素子のドレインとソースとの間に設ける必要がない。
【００２９】
以下、通常時に電力変換装置１０１が交流電力系統へ一定の電力を供給する場合の制御について説明する。
【００３０】
図４に制御装置１０６の制御内容の一例をブロック線図で表したものを示す。制御装置１０６は、太陽光パネル１０９の具備されている計測装置から太陽光パネル１０９の出力電流値のデータ、電力変換器１１１の直流側接続部２１の計測装置から電圧値を計測したデータと電流値を計測したデータ、電力変換器１１１の交流側接続部２２の計測装置から電圧値と電流値をそれぞれ計測したデータ、計測装置１０７から電力系統１０５の電圧値と電流値をそれぞれ計測したデータ、及び小型電力変換器１１３〜１１５の直流側接続部３１の計測装置から電圧値を計測したデータと、電流値を計測したデータと開閉器３９の開閉状態を示すデータを取得する。なお、電力変換器１１１の直流側接続部２１の電圧値を計測したデータは、コンデンサ１１０の両端の電圧値を計測したデータに相当する。
【００３１】
以下、これら取得したデータに基づいて各ブロックにて各演算が行われる。
【００３２】
計測装置１０７から取得した電力系統１０５の交流電圧と交流電流とをそれぞれ計測した計測データは目標電圧計算ブロック４０１に入力し、電力変換器１０１が出力する電圧の目標電圧Ｖｍを計算する。この目標電圧Ｖｍは、電力変換装置１０１がリアクトル１０４を介して交流電力系統１０５へ電力を供給するために、電力変換装置１０１が出力すべき目標となる電圧波形である。
【００３３】
取得したコンデンサ１１０の両端の電圧値を計測したデータと太陽光パネル１０９に具備された計測装置から取得した電流値を計測したデータと目標電圧計算ブロック４０１で計算した目標電圧Ｖｍをスイッチングパターン生成ブロック４０２へ入力し、スイッチングパターンＶｕを生成する。
【００３４】
目標電圧計算ブロック４０１で計算した目標電圧Ｖｍとスイッチングパターン生成ブロック４０２で計算したスイッチングパターンＶｕとコンデンサ１１０の両端の電圧を計測したデータを出力電圧パターン計算ブロック４０３に入力し、電力変換器１１１が出力する電圧波形Ｖｅを計算する。具体的には、スイッチングパターン生成ブロック４０２で生成したＶｕにコンデンサ１１０の両端の電圧値を計測したデータを乗算することで、電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１を推定できる。
【００３５】
出力電圧パターン計算ブロック４０３で推定した電力変換器１１１の出力電圧Ｖeは目標電圧Ｖｍと差分をとられ、小型電力変換器１１３〜１１５が担う蓄電システムが出力すべき目標電圧波形Ｖｂとして電圧波形分割ブロック４０５に入力され、そこで電圧方向に分割され補正パターン生成ブロック４０８へ入力する。
【００３６】
まず、蓄電システム１０３の小型電力変換器１１３〜１１５が出力する電圧波形Ｖｓ１〜Ｖｓ３を演算で求める。小型電力変換器１１３〜１１５は電気的に直列接続されているので、小型電力変換器１１３〜１１５が出力すべき電圧波形Ｖｓ１〜Ｖｓ３はそれぞれ加算され、蓄電システムが出力すべき目標電圧波形Ｖｂに対応した階段状のマルチレベル電圧となる。Ｖｓ１〜Ｖｓ３個々の電圧を得るための具体的な分割方法は、蓄電池１１６〜１１８それぞれの両端の電圧値のデータＶｂａ１〜Ｖｂａ３をから、蓄電システムが出力すべき目標電圧波形Ｖｂを電圧方向で３分割する。これらを用いて小型電力変換器１１３〜１１５の電圧波形を順次求める。
【００３７】
まず、小型電力変換器１１３では、蓄電システムが出力すべき目標電圧波形Ｖｂの電圧値が０以上Ｖｂａ１未満の間の場合に正の電圧方向に振幅の高さがＶｂａ１の矩形波が発生するとし、電圧波形Ｖｂの電圧値が−Ｖｂａ１より大きく０以下の場合に負の電圧方向に振幅の高さが−Ｖｂａ１の矩形波を発生するとして小型電力変換器１１３の電圧波形Ｖｓ１を演算にて生成する。
【００３８】
小型電力変換器１１４も同様に、蓄電システムが出力すべき目標電圧波形Ｖｂの電圧値がＶｂａ１以上Ｖｂａ１＋Ｖｂａ２未満の間の場合に正の電圧方向に振幅の高さがＶｂａ２の矩形波が発生するとし、電圧波形Ｖｂの電圧値が−(Ｖｂａ１＋Ｖｂａ２）より大きく−Ｖｂａ１以下の場合に負の電圧方向に振幅の高さが−Ｖｂａ２の矩形波を発生するとして小型電力変換器１１４の電圧波形Ｖｓ２を演算にて生成する。
【００３９】
小型電力変換器１１５も同様に、蓄電システムが出力すべき目標電圧波形Ｖｂの電圧値がＶｂａ１＋Ｖｂａ２以上Ｖｂａ１＋Ｖｂａ２＋Ｖｂａ３未満の間の場合に正の電圧方向に振幅の高さがＶｂａ３の矩形波が発生するとし、電圧波形Ｖｂの電圧値が−(Ｖｂａ１＋Ｖｂａ２＋Ｖｂａ３)より大きく−（Ｖｂａ１＋Ｖｂａ２）以下の場合に負の電圧方向に振幅の高さが−Ｖｂａ３の矩形波を発生するとして小型電力変換器１１４の電圧波形Ｖｓ３を演算にて生成する。
【００４０】
太陽光パネル１０９の出力電流とコンデンサ１１０の両端の電圧と小型電力変換器１１３〜１１５のそれぞれの交流側接続部３２の計測装置で計測した電圧値と電流値のデータと小型電力変換器１１３〜１１５のそれぞれの開閉器３９の開閉状態を示すデータとを状態診断ブロック４０６に入力する。状態診断ブロック４０６は、太陽光パネル１０９の出力電流とコンデンサ１１０の両端の電圧から推定できる日射強度や、若しくは小型電力変換器１１３〜１１５の計測装置で計測した電圧値と電流値のデータからそれぞれの小型電力変換器の動作状態を診断し、状態Ｓｊを出力する。
【００４１】
ここで、小型電力変換器の動作状態の診断とは、複数ある小型電力変換器それぞれが正常運転をしているか、若しくは電力変換器内の素子に異常があり故障しているか等を診断することである。仮に小型変換器が故障状態ならば、故障に該当する小型電力変換器が該小型変換器のスイッチング素子を用いて、スイッチング回路内でバイパス可能な故障状態かを追加で診断する。例えば、小型電力変換器１１３のスイッチング素子３４ａと３５ａが開放故障した場合、小型電力変換器１１３はスイッチング素子の制御ではバイパスすることができない。このような、小型変電力変換器のスイッチング素子の状態を小型電力変換器の交流側接続部３２の計測装置から取得した電圧値と電流値の計測データと、開閉器３９の開閉状態から推定する。
【００４２】
バイパス信号生成ブロック４０７では、状態診断ブロック４０６で診断した状態Ｓｊを用いて、バイパス装置１１９の開閉を制御する制御信号を生成する。この制御信号により、適切なタイミングでバイパス装置１１９が閉じることで、蓄電システムを切り離し、太陽光発電システムのみを電力系統へ連系し電力を供給する。
【００４３】
出力電圧パターン計算ブロック４０３で計算した出力電圧パターンＶｅ、電圧波形分割ブロックで分割した小型電力変換器１１３〜１１５が出力すべき電圧波形Ｖｓ１〜Ｖｓ３及び状態診断ブロック４０６で診断した状態Ｓｊを補正パターン生成ブロック４０８に入力することで、電力変換器１１１と小型電力変換器のスイッチングパターンを補正する。
【００４４】
具体的には、まず日射強度が低い場合や、少なくとも一つ以上の小型電力変換器が該小型変換器のスイッチング素子を用いてバイパス不可能な故障の場合には、前述の通りバイパス装置がバイパスを実施することで、蓄電システムが切り離され太陽光発電システムのみで電力系統と連系し、効率のよい送電を継続できる。電力変換器１１１のスイッチングパターンＶｅに補正パターン生成ブロック４０８で生成した補正パターンＶｑを加算して、電力変換器１１１の出力電圧を補正する。この補正はバイパスされた蓄電システムが担っていた電圧を補完するものであり、この補完電圧により系統に出力される電圧波形は正弦波に近付く。この補正により、システムの交流電流の高調波ひずみを低減できる。
【００４５】
次に、異常が発生した小型電力変換器すべてが、スイッチング素子を用いてバイパス可能な故障の場合には、故障した小型電力変換器のスイッチングパターンに応じて該小型電力変換器１１３〜１１５、電力変換器１１１が補正電圧を出力するように補正パターンＶｑをスイッチングパターン生成ブロック４０２で生成したスイッチングパターンＶｕにスイッチングパターン生成ブロック４１０で加算する。この補正により、故障した小型電力変換器が出力できない電圧を、電力変換器１１１が補正電圧を出力することで、正弦波に近い出力波形が維持され、システムの交流電流の高調波ひずみを低減できる。小型電力変換器のスイッチングパターンを生成するスイッチングパターン生成ブロック４０９には、故障に該当する小型電力変換器のみバイパスができるスイッチングパターンになるように、補正パターンＶｐ１〜Ｖｐ３を入力する。スイッチング回路内でバイパスされる状態の小型電力変換器が一つの場合は、スイッチングパターン生成ブロック４０９に入力される補正パターンはＶp1〜Ｖp２のみでもよい。また、スイッチング回路内でバイパスされる状態の小型電力変換器が２つの場合は、入力される補正パターンはＶp1のみとしてもよい。
【００４６】
小型電力変換器すべてに異常が発生した場合、例えすべての小型電力変換器がスイッチング素子を用いてスイッチング回路内でバイパス可能な状態であったとしても、蓄電システムから得られる電圧寄与は無く、本実施例の構成で低減することが可能となった蓄電システム内の電力損失が発生するため、バイパス装置で蓄電池システムをバイパスし、システムから切断するのが望ましい。しかし、バイパス装置の不具合等、何らかの理由ですべての小型電力変換器をスイッチング回路内バイパスで接続しておく状態は、送電継続性の観点から望ましいとされる状況も考えられる。
【００４７】
スイッチングパターン生成ブロック４０９は、補正パターン演算ブロック４０８で演算する補正パターンに応じて小型電力変換器が出力するスイッチングパターンを生成する。
【００４８】
スイッチングパターン生成ブロック４１０は、スイッチングパターン生成ブロック４０２で生成したスイッチングパターンＶｕと補正パターン生成ブロック４０８で生成した補正パターンをスイッチングパターン生成ブロック４１０に入力して、電力変換器１１１のスイッチングパターンを生成する。
【００４９】
制御装置１０６はスイッチングパターン生成ブロック４１０で生成された電力変換器１１１のスイッチングパターンを電力変換器１１１へ通信手段を用いて送付する。スイッチングパターン生成ブロック４０９で生成された小型電力変換器１１３〜１１５のスイッチングパターンをそれぞれ小型電力変換器１１３〜１１５へ通信手段を用いて送付する。
【００５０】
日射強度に応じてバイパス装置を制御する方法について説明する。
【００５１】
図５にバイパス装置バイパス装置１１９の制御信号と日射強度の関係を示す。上側のグラフにバイパス装置１１９の制御信号の電圧波形を示し、下側のグラフに日射強度を示す。上側のグラフは、縦軸に電圧、横軸に時刻を示す。下側のグラフは、縦軸に日射強度、横軸に時刻を示す。例えば、Ｅｔｈ＿ｕとＥｔｈ＿ｌの２つの閾値を設け、これらの閾値と日射強度の関係からバイパス装置１１９を制御する。具体的には、Ｅｔｈ＿ｌより日射強度が下回る時、バイパス装置１１９を閉じ、蓄電システムを切り離し、太陽光発電システムのみで電力系統と連系する。Ｅｔｈ＿ｕより日射強度が上回る時は、バイパス装置１１９を開き、太陽光発電システムと蓄電システムを接続した回路で電力系統と連系する。
【００５２】
日射強度が低下すると、発電供給システムが供給する電圧が低下し、太陽光発電システム１０２と蓄電システム１０３の出力電圧を合成して系統に供給する方式に対して、矩形波を供給するに不十分な電力変換器１１１電圧出力となり、出力を正弦波に近い波形に維持することが困難となる状況になる恐れがある。また、日射強度が低下すると、蓄電池システムを通過することにより発生する電力損失が、系統に送電される電力に対する割合として大きくなる。日射強度低下時に、バイパス装置のバイパスを実施し、蓄電システムを電力供給システムから切断することで、蓄電システムによる電力損失を抑制出来る。同時に電力変換器１１１の出力波形を適切に変更することで、高調波発生が抑制できる。さらに、太陽光発電システムの出力が低くても、送電継続するために必要な日射強度の許容範囲が、損失が抑制された分だけ広くなり、太陽光発電システムの送電継続性を向上できる効果がある。日射強度の低下を判断する方法としては、前述のように２つの閾値を設定してもよいし、単純に日射強度の閾値を一つ設定し、若しくは発電システムの出力値の閾値を設定し、それら閾値を下回ったことを制御装置が検知した時にバイパスを実施するようにも出来る。
【００５３】
さらに、前述のようにバイパスした蓄電池システムの出力電圧を補完するように電力変換器１１１が出力する補正電圧は、高調波ひずみを低減するために櫛状の電圧であるのが望ましい。そのような櫛状電圧を発生させるために電力変換器１１１で生じる損失が、小型電力変換器１１〜１１５を通過させることにより生じる損失を下回るような条件を、バイパスの判断基準となる日射強度の閾値として、例えば、定めることができる。
【００５４】
以下、制御装置１０６で演算された電力変換器１１１と小型電力変換器１１３〜１１５それぞれのスイッチングパターンで各変換器が出力する電圧波形と電力変換器１０１の出力電流波形について説明する。
【００５５】
図６に小型電力変換器が正常動作時の電力変換装置１０１の出力電圧と目標電圧、電力変換器の出力電流、電力変換器１１１の出力電圧、小型電力変換器１１３〜１１５の出力電圧の関係（１サイクル分）示す。縦軸に電圧（正、負）を、横軸に時間をとり、上から順に電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔと目標電圧（点線）Ｖｍ、電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１、電力変換器１０１の出力電流Ｉｏｕｔ、バイパス装置１１９の出力制御信号、小型電力変換器１１５の出力電圧Ｖ４、小型電力変換器１１４の出力電圧Ｖ３、小型電力変換器１１３の出力電圧Ｖ２をそれぞれ示す。なお、日射強度が閾値Ｅｔｈ_u以上であるとする。
【００５６】
電力変換装置１０１の目標電圧（点線）Ｖｍは、図４のブロック線図で示した目標電圧計算ブロック４０１で計算したものである。
【００５７】
電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔは、電気的に直列接続されている電力変換器１１１及び小型電力変換器１１３〜１１５のそれぞれの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４の合成波形である。
【００５８】
バイパス装置１１９の出力制御信号は、図４のブロック線図で示した状態診断ブロック４０６で診断した小型電力変換器の動作状態Ｓｊからバイパス信号生成ブロック４０７でバイパス装置１１９を制御する信号を生成する。
【００５９】
電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１は、図４のブロック線図で示したスイッチングパターン生成ブロック４１０で生成されたスイッチングパターンにより、電力変換器１１１のスイッチング回路２０が動作して交流側接続部２２に発生させた出力電圧波形である。
【００６０】
小型電力変換器１１３の出力電圧Ｖ２は、図４のブロック線図で示したスイッチングパターン生成ブロック４０９で生成されたスイッチングパターンにより、小型電力変換器１１３のスイッチング回路３０が動作して交流側接続部３２に発生させた出力電圧波形である。
【００６１】
小型電力変換器１１４、１１５の出力電圧Ｖ３、Ｖ４も小型電力変換器１１３と同様に、図４のブロック線図で示したスイッチングパターン生成ブロック４０９で生成されたそれぞれのスイッチングパターンにより、小型電力変換器１１４、１１５それぞれのスイッチング回路が動作してそれぞれの交流側接続部に発生させた出力電圧波形である。
【００６２】
バイパス装置１１９の出力制御信号は、図５に示すように時刻Ｔ５〜Ｔ６において、バイパス装置１１９によりバイパスを実施するように論理値１を出力するようにもできる。その場合、Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においても、対応する時刻０〜Ｔ１１の期間でバイパス装置１１９によりバイパスを実施した期間と同じ期間にバイパスを実施するように論理値１を出力する。このように、電力供給システムから系統に供給される電力が太陽光発電システムのみからの出力である場合は、このバイパス装置１１９の出力制御信号が論理値１を出力し、バイパス装置にバイパスを実施させ、太陽光発電システムのみが系統と連系する状態となる。
【００６３】
電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１は、時刻Ｔ４〜Ｔ７において、交流接続部２２に正の電圧の矩形波が発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生させた正の電圧と同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、正の電圧とは振幅の向きが逆の電圧（負の電圧）が、正の電圧とは対称的に発生する。
【００６４】
小型電力変換器１１３の出力電圧Ｖ２は、図６に示すように時刻Ｔ１〜Ｔ４、Ｔ５〜Ｔ６、Ｔ７〜Ｔ１０の期間において、交流接続部３２に正の電圧の矩形波が発生し、時刻Ｔ４〜Ｔ５、Ｔ６〜Ｔ７の期間において、交流接続部３２に負の電圧の矩形波が発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生する正の電圧、負の電圧とそれぞれ同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、振幅の向きが逆の電圧が対称的に発生する。
【００６５】
小型電力変換器１１４の出力電圧Ｖ３は、図６に示すように時刻Ｔ２〜Ｔ４、Ｔ７〜Ｔ９の期間において、小型電力変換器１１４の交流接続部に正の電圧の矩形波が発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生する正の電圧と同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、正の電圧とは振幅の向きが逆の電圧（負の電圧）が、正の電圧とは対称的に発生する。
【００６６】
小型電力変換器１１５の出力電圧Ｖ４も同様に、図６に示すように時刻Ｔ３〜Ｔ４、Ｔ７〜Ｔ８の期間において、小型電力変換器１１５の交流接続部に正の電圧の矩形波が発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生する正の電圧と同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、正の電圧とは振幅の向きが逆の電圧（負の電圧）が、正の電圧とは対称的に発生する。
【００６７】
電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔは、電力変換器１１１と小型電力変換器１１３〜１１５がそれぞれ電気的に直列接続されているため、これらの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４の加算により、図６に示すように、目標電圧Ｖｍに対応した階段状の正弦波に近い電圧が出力される。
【００６８】
電力変換器１０１の出力電流Ｉｏｕｔは、電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１が、正弦波に近い電圧となるので、ひずみの少ない波形となる。
【００６９】
図７を用いて、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御の概要を説明する。  図７は、縦軸に電圧を、横軸に時刻をとり、上から順に電力変換装置１０１の目標電圧Ｖｍとキャリア波Ｖｃｒ、電力変換器１１１のスイッチングパターン、ＰＷＭ制御する時の電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１の半サイクル分を示す。ＰＷＭ制御では、三角波であるキャリア波Ｖｃｒと目標電圧Ｖｍを用いて、電力変換器１１１のスイッチングパターンを生成している。図７に示すように、キャリア波Ｖｃｒと目標電圧Ｖｍの電圧値の大小比較を行い、キャリア波Ｖｃｒより目標電圧Ｖｍ大きい場合は論理値１を生成し、逆にキャリア波Ｖｃｒより目標電圧Ｖｍが小さい場合は論理値０を生成することで、電力変換器１１１のスイッチングパターンを生成する。このスイッチングパターンを用いて、電力変換器１１１のスイッチング回路２０を動作させることで、図７に示すような電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１を発生させる。ＰＷＭ制御により、発生させた電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１は、電圧のデューティ比を変えることで、電力変換装置１０１の目標電圧Ｖｍを矩形波で近似した波形を生成する。そのスイッチングパターンに関わらず、目標電圧を複数の同一ピーク電圧の矩形波で近似するように出力された波形を、櫛状の波形と表現する。
【００７０】
櫛状の波形を出力するＰＷＭ制御は、電力変換器１１１で状況に応じて使われる。例えば、日射強度が低下した時や、小型電力変換器１１３〜１１５のいずれかにおいてスイッチング回路内バイパス出来ない時等に、バイパス装置１１９のバイパスが実施された状態において、電力変換器１１１を図６の０〜T12、つまり常時ＰＷＭ制御することが考えられる。それにより正弦波に近い電圧を出力され、高調波成分が抑制される。別の方法として、T4〜Ｔ5及びその逆の電圧の間は従来通り矩形の電圧を出力し、それ以外の、バイパスされるまで蓄電システムが担っていた電圧を補完する部分においてのみＰＷＭ制御の出力とすることも考えられる。それにより、すべてＰＷＭ制御とする場合よりは少し高調波成分抑制効果が低減するが、ＰＷＭ制御を行う時に発生する電力損失を抑制することができる。
【００７１】
また、小型電力変換器１１３〜１１５のいずれか一つ以上がスイッチング回路内でバイパスされている時、それを補完する電圧を電力変換器１１１が出力するタイミングでバイパス装置１１９のバイパスが実施されるが、電力変換器１１１がそのタイミングで部分的にＰＷＭ制御することが考えられる。
【００７２】
図８に小型電力変換器１１３〜１１５のいずれかが該小型変換器のスイッチング素子を用いてバイパスできない故障状態、若しくは日射強度が低い時に、バイパス装置１１９がバイパス状態に固定され、電力変換器１１１で継続的にＰＷＭ制御が用いられている状況の場合の、電力変換器１０１の出力電圧と目標電圧とバイパス装置１１９のへの制御信号の関係（１サイクル分）を具体的に示す。
【００７３】
縦軸に電圧（正、負）を、横軸に時間をとり、上から順に電力変換装置１０１の目標電圧（点線）Ｖｍ、バイパス装置１１９の制御信号、電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１をそれぞれ示す。
【００７４】
電力変換装置１０１の目標電圧（点線）Ｖｍは、図４のブロック線図で示した目標電圧計算ブロック４０１で計算したものである。
【００７５】
電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔは、ＰＷＭ制御により生成する。なお、キャリア波は図４のブロック線図で示したスイッチングパターン生成ブロック４０２の内部で生成できるとする。
【００７６】
バイパス装置１１９の制御信号は、図４のバイパス信号生成ブロック４０７で生成する。
【００７７】
電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１は、図８に示すように時刻Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ３〜Ｔ４、Ｔ５〜Ｔ６、Ｔ７〜Ｔ８、Ｔ９〜Ｔ１０、Ｔ１１〜Ｔ１２、Ｔ１３〜Ｔ１４、Ｔ１５〜Ｔ１６、Ｔ１７〜Ｔ１８において、交流接続部２２にコンデンサ１１０の両端の電圧値と等しい振幅の高さ（絶対値）の正の電圧が発生する。時刻Ｔ１９〜Ｔ２０の期間においては時刻Ｔ１〜Ｔ１８の期間において発生させた正の電圧と同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、正の電圧とは振幅の向きが逆の電圧（負の電圧）が、正の電圧とは対称的に発生する。
【００７８】
日射強度が低い場合、具体的にはＥｔｈ＿lよりも日射強度が低い場合、若しくは小型電力変換器のいずれかにおいてスイッチング素子を用いてスイッチング回路内でバイパス出来ない状態である場合に、バイパス装置１１９の制御信号は、時刻０〜Ｔ１６の期間で太陽陽光発電システムの出力のみで系統と連系するように、論理値１が出力される。
【００７９】
本実施例の電力供給システムにおいて、蓄電システムは小型電力変換器１１３〜１１５の３個で構成されているが、小型電力変換器が２個や４個以上の場合でも同様に、すべての小型電力変換器を同時にバイパスするバイパス装置１１９を有することで、以上に説明したような効果が得られる。そのような構成の場合、蓄電システムと太陽光発電システムが出力した電力を合成する時に、望ましいステップ状の波形を得るために、各小型電力変換器が出力するスイッチングパターンは適宜分配する。
【００８０】
本実施例の電力供給システムにおいて発電装置は太陽光発電だが、直列に接続された蓄電システムが必要となる出力が安定しない電源であれば、本実施例による効果を得られる。例えば風力発電装置を本実施例の電力供給システムに接続した場合、風力発電装置が出力する交流電圧を直流に変換する電力変換器を電力変換器１１１との間に設置し、本実施例を同様に実施できる。
【００８１】
本実施例において、発電システム１０２と蓄電システム１０３を制御する制御装置１０６と、各々の電力変換器のスイッチングやその周辺のセンシングを制御する制御装置２７及び制御装置２８として、構成を分けて説明したが、これら構成毎の役割区分は、これまでの説明の区分けに限られるものではない。又、説明において各制御装置間の指示について明示はしていなかったが、制御装置２７が行うスイッチング制御の種別を制御装置１０６が指定したり、制御装置２７に入力されたセンサー信号の伝達により制御装置１０６がバイパス装置１１９のバイパスを指示したりすることが考えられる。
【００８２】
以上、本実施例の電力供給システムにより、蓄電システム１０３内において小型変換器が個別にバイパスできない故障の場合、若しくは日射強度が低い場合に、蓄電システムに並列に接続したバイパス装置を用いて、太陽光発電システムの出力のみで系統と連系することができる。よって、太陽光発電システムと蓄電システムを直列接続するシステムにおいて、日射強度が低く発電量が少ない場合でも、有効に系統へ電力を供給できる。又、蓄電システム内で故障部分をバイパスが出来ないときでも、系統への電力供給を継続できる。
【００８３】
また、蓄電システムの正常作動時や一部の小型電力変換器に異常がある時に関わらず、蓄電システムからの出力がなく発電システムのみから系統に電力を供給する場合において、バイパス装置１１９がバイパスを実施することで、使用するタイミングにおいて蓄電システムによる安定化効果を得つつ、同時に蓄電システムで発生する電力損失を抑制できる。
【実施例２】
【００８４】
実施例２では、小型変換器が故障した場合の運転継続方法について説明する。本実施例では、小型電力変換器が該小型変換器のスイッチング素子を用いてスイッチング回路内でバイパスできる故障時の運転継続方法と高調波ひずみ低減方法について説明する。
【００８５】
電力供給システムの構成とその制御のフローに関しては、図１〜４と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００８６】
まずは、電力変換器１１１が、スイッチング回路内でバイパスされた小型変換器１１５の電圧を補完しなかった場合について、本実施例の比較として、波形を説明する。
【００８７】
図９に小型電力変換器１１５が故障により該小型変換器のスイッチング素子を用いてバイパスした状態の時の電力変換器１０１、電力変換器１１１、小型電力変換器１１３〜１１５の出力電圧と目標電圧の関係（１サイクル分）示す。
【００８８】
縦軸に電圧（正、負）を、横軸に時間をとり、上から順に電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔと目標電圧（点線）Ｖｍ、電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１、電力変換器１０１の出力電流Ｉｏｕｔ、小型電力変換器１１３の出力電圧Ｖ２、小型電力変換器１１４の出力電圧Ｖ３、小型電力変換器１１５の出力電圧Ｖ４をそれぞれ示す。
【００８９】
電力変換装置１０１の目標電圧（点線）Ｖｍは、図４のブロック線図で示した目標電圧計算ブロック４０１で計算したものである。
【００９０】
電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔは、電気的に直列接続されている電力変換器１１１及び小型電力変換器１１３〜１１５のそれぞれの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４の合成波形である。
【００９１】
電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１は、図４のブロック線図で示したスイッチングパターン生成ブロック４１０で生成されたスイッチングパターンにより、電力変換器１１１のスイッチング回路２０が動作して交流側接続部２２に発生させた出力電圧波形である。
【００９２】
小型電力変換器１１３、１１４の出力電圧Ｖ２、Ｖ３は、図４のブロック線図で示したスイッチングパターン生成ブロック４０９で生成されたそれぞれのスイッチングパターンにより、小型電力変換器１１３、１１４それぞれのスイッチング回路が動作してそれぞれの交流側接続部に発生させた出力電圧波形である。
【００９３】
小型電力変換器１１５の出力電圧Ｖ４は、図４のブロック線図で示した状態診断ブロックで生成した状態Ｓｊに基づいて、スイッチングパターン生成ブロック４０９で生成するスイッチングパターンにより、小型電力変換器１１５のスイッチング回路３０が動作することで交流側接続部に発生させたバイパス状態の出力電圧波形である。
【００９４】
電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１は、図９に示すように時刻Ｔ４〜Ｔ７において、交流接続部２２に正の電圧の矩形波が発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生させた正の電圧と同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、正の電圧とは振幅の向きが逆の電圧（負の電圧）が、正の電圧とは対称的に発生する。
【００９５】
小型電力変換器１１３の出力電圧Ｖ２は、図９に示すように時刻Ｔ１〜Ｔ４、Ｔ５〜Ｔ６、Ｔ７〜Ｔ１０の期間において、交流接続部３２に正の電圧の矩形波が発生し、時刻Ｔ４〜Ｔ５、Ｔ６〜Ｔ７の期間において、交流接続部３２に負の電圧の矩形波が発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生する正の電圧、負の電圧とそれぞれ同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、振幅の向きが逆の電圧が対称的に発生する。
【００９６】
小型電力変換器１１４の出力電圧Ｖ３は、図９に示すように時刻Ｔ２〜Ｔ４、Ｔ７〜Ｔ９の期間において、小型電力変換器１１４の交流接続部に正の電圧の矩形波が発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生する正の電圧と同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、正の電圧とは振幅の向きが逆の電圧（負の電圧）が、正の電圧とは対称的に発生する。
【００９７】
小型電力変換器１１５は、故障によりバイパス状態であるため、出力電圧Ｖ４は、図９に示すように小型電力変換器１１５の交流接続部には振幅の高さが（絶対値）０の電圧波形が発生する。
【００９８】
電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔは、電力変換器１１１と小型電力変換器１１３〜１１５がそれぞれ電気的に直列接続されているため、これらの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４の加算により、図９に示すように、目標電圧Ｖｍに対応した階段状の電圧が出力される。本来は電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔは、正弦波に近い電圧波形となるが、小型電力変換器１１５が故障により該小型変換器のスイッチング素子を用いたバイパス状態で電圧を出力しないため、正弦波に近い電圧波形とはならない。
【００９９】
電力変換器１０１の出力電流Ｉｏｕｔは、電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１が、正弦波に近い電圧とならないので、図９に示すようにひずみが大きい波形となる。
【０１００】
次に、本実施例の電力供給システムにおいて、電力変換器１１１が、スイッチング回路内でバイパスした小型電力変換器の出力電圧を補完する電力を出力した場合の波形について説明する。
【０１０１】
図１０に小型電力変換器１１５が故障により該小型変換器のスイッチング素子を用いてバイパスした状態で、かつ電力変換器１１１からの補正電圧を付加した時の電力変換器１０１、電力変換器１１１、小型電力変換器１１３〜１１５の出力電圧と目標電圧の関係（１サイクル分）示す。
【０１０２】
縦軸に電圧（正、負）を、横軸に時間をとり、上から順に電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔと目標電圧（点線）Ｖｍ、電力変換器１０１の出力電流Ｉｏｕｔ、電力変換器１１１のスイッチングパターンに付加する補正パターンＶｑ、電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１、小型電力変換器１１３の出力電圧Ｖ２、小型電力変換器１１４の出力電圧Ｖ３、小型電力変換器１１５の出力電圧Ｖ４をそれぞれ示す。
【０１０３】
電力変換装置１０１の目標電圧（点線）Ｖｍは、図４のブロック線図で示した目標電圧計算ブロック４０１で計算したものである。
【０１０４】
電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔは、電気的に直列接続されている電力変換器１１１及び小型電力変換器１１３〜１１５のそれぞれの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４の合成波形である。
【０１０５】
電力変換器１１１のスイッチングパターンに付加する補正パターンＶｑは、図４のブロック線図で示した補正パターン生成ブロック４０８で生成する補正パターンである。図４の補正パターン生成ブロック４０８で生成する補正パターンＶｑとスイッチングパターン生成ブロック４０２で生成するスイッチングパターン生成ブロック４１０に入力することで、電力変換器１１１のスイッチングパターンを生成する。
【０１０６】
電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１は、図４のブロック線図で示したスイッチングパターン生成ブロック４１０で生成されたスイッチングパターンにより、電力変換器１１１のスイッチング回路２０が動作して交流側接続部２２に発生する出力電圧波形である。
【０１０７】
小型電力変換器１１３、１１４の出力電圧Ｖ２、Ｖ３は、図４のブロック線図で示したスイッチングパターン生成ブロック４０９で生成されたそれぞれのスイッチングパターンにより、小型電力変換器１１３、１１４それぞれのスイッチング回路が動作してそれぞれの交流側接続部に発生させた出力電圧波形である。
【０１０８】
小型電力変換器１１５の出力電圧Ｖ４は、図４のブロック線図で示した状態診断ブロックで生成した状態Ｓｊに基づいて、スイッチングパターン生成ブロック４０９で生成するスイッチングパターンにより、小型電力変換器１１３のスイッチング回路３０が動作することで交流側接続部に発生させたバイパス状態の出力電圧波形である。
【０１０９】
電力変換器１１１のスイッチングパターンに付加する補正パターンＶｑは、図１０に示すように時刻Ｔ３〜Ｔ４と時刻Ｔ７〜Ｔ８の期間に電力変換器１１１の交流接続部２２に櫛状の正の補正電圧波形が発生するような補正パターンである。同様に時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては、時刻０〜Ｔ１１の期間に電力変換器１１１が発生する正の電圧と同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、正の電圧とは振幅の向きが逆の電圧（負の電圧）が、正の電圧とは対称的に発生するような補正パターンとなる。
【０１１０】
電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１は、図１０に示すように時刻Ｔ３〜Ｔ４に櫛状の正の電圧波形、時刻Ｔ４〜Ｔ７に正の電圧の矩形波、時刻Ｔ７〜Ｔ８に櫛状の正の電圧波形がそれぞれ交流接続部２２発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生させた正の電圧と同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、正の電圧とは振幅の向きが逆の電圧（負の電圧）が、正の電圧とは対称的に発生する。
【０１１１】
小型電力変換器１１３の出力電圧Ｖ２は、図１０に示すように時刻Ｔ１〜Ｔ３、Ｔ５〜Ｔ６、Ｔ８〜Ｔ１０の期間において、交流接続部３２に正の電圧の矩形波が発生し、時刻Ｔ４〜Ｔ５、Ｔ６〜Ｔ７の期間において、交流接続部３２に負の電圧の矩形波が発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生する正の電圧、負の電圧とそれぞれ同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、振幅の向きが逆の電圧が対称的に発生する。
【０１１２】
小型電力変換器１１４の出力電圧Ｖ３は、図１０に示すように時刻Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ８〜Ｔ９の期間において、小型電力変換器１１４の交流接続部に正の電圧の矩形波が発生する。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２の期間においては時刻０〜Ｔ１１の期間において発生する正の電圧と同じ期間（同じ振幅の幅）及び同じ振幅の高さ（絶対値）で、正の電圧とは振幅の向きが逆の電圧（負の電圧）が、正の電圧とは対称的に発生する。
【０１１３】
小型電力変換器１１５は、故障により該小型変換器のスイッチング素子を用いて状態であるため、出力電圧Ｖ４は、図１０に示すように小型電力変換器１１５の交流接続部には振幅の高さが（絶対値）０の電圧波形が発生する。
【０１１４】
電力変換装置１０１の出力電圧Ｖｏｕｔは、電力変換器１１１と小型電力変換器１１３〜１１５がそれぞれ電気的に直列接続されているため、これらの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４の加算により、図１０に示すような電圧が出力される。
【０１１５】
電力変換器１０１の出力電流Ｉｏｕｔは、電力変換器１１１の出力電圧Ｖ１を補正するため、図９に示した電力変換器１０１の出力電流Ｉｏｕｔのひずみより、図１０で示した電力変換器１０１の出力電流Ｉｏｕｔのひずみの方が小さくなる。
【０１１６】
以上、本実施例においては、小型電力変換器１１５に異常が発生し、スイッチング回路内バイパスされる状態について説明したが、他の小型電力変換器１１３若しくは１１４若しくはそれら複数が回路内バイパスされる状態となることが考えられる。その場合には二つの対処方法を例として挙げる。
【０１１７】
小型電力変換器１１５ではなく小型電力変換器１１４が故障しスイッチング回路内バイパスされた状況を考える。一つ目の対処方法では、図６の小型電力変換器１１５の出力するスイッチングパターンと、小型電力変換器１１４の出力するスイッチングパターンを切り替える。その結果、小型電力変換器１１５は出力電圧Ｖ3を出力し、小型電力変換器１１４はバイパスされ出力が０電圧となる。これにより、本実施例において小型電力変換器１１５に異常が発生し、回路内バイパスとなった時と波形が同じ状況となり、電力変換器１１１の出力電圧は以前の例と同様の補完電力を出力することになる。小型電力変換器１１３が故障した時も適宜小型電力変換器１１５と出力電圧パターンの分担を切り替えることで対応できる。一つ目の対処方法では、電力変換器１１１が補完するために出力する櫛状の電圧が、もっとも頻度が少なく期間の短い電圧Ｖ4の部分のみで済むため、櫛状電圧生成の損失が最小限に抑えられ、効率が良い。複数の小型電力変換器がバイパスされる状態であっても、同様に最も頻度が少なく期間の短いスイッチングパターンの組み合わせを電力変換器１１１が補完すればいいように、小型電力変換器の間で適宜パターンを切り替える。
【０１１８】
二つ目の対処方法としては、小型電力変換器１１４が故障しスイッチング回路内バイパスされた時、電力変換器１１１は図６の出力電圧Ｖ４に相当する電圧を補完する。つまり、図６のＴ2〜Ｔ4、Ｔ7〜Ｔ10とそれに対応する逆電圧の期間、電力変換器１１１はＶ４に相当する櫛状の電圧を出力する。同時に、Ｔ2〜Ｔ9の間はバイパス装置１１９のバイパスが実施されるため蓄電池システムの出力電圧は０となる。小型電力変換器１１３と小型電力変換器１１４で同時に異常が発生し、２つの小型電力変換器が回路内バイパスされた状況の場合も、電力変換器１１１はＴ2〜Ｔ4、Ｔ7〜Ｔ10とそれに対応する逆電圧の期間、同様の補完電圧を出力すればよい。また、小型電力変換器１１３がバイパスされるときは、Ｔ1〜Ｔ4、Ｔ7〜Ｔ10及び対応する逆電圧の間、電力変換器１１１が櫛状電圧を出力する。一つ目の対処方法では、故障に応じて場当たり的に小型電力変換器間でスイッチングパターンを切り替えた場合、蓄電池の消耗の計画的管理が煩雑になるデメリットがあるが、二つ目の対処方法では正常な小型電力変換器はそのまま運用されるためそのようなデメリットは解消される。
【０１１９】
これら対処方法は、電力供給システムを構成する小型電力変換器の数や、個別にバイパスされる小型電力変換器の数などの状況に合わせ、損失が最小となるように組み合わせて採用されることが望ましい。
【０１２０】
本実施例の電力供給システムにおいて、各小型電力変換器はスイッチング素子を用いてスイッチング回路内でバイパス出来ることを条件として記述されている。それにより、新たに個別の電力変換器をバイパスするための手段を追加する必要が無く、蓄電池システムをすべてバイパスするバイパス装置のみで、効率がよく、送電継続性もよい電力供給システムを実現している。
【０１２１】
本実施例の構成は、特に多数の小型電力変換器を有するシステムにおいてコスト的に有利であるが、コスト以上に変換効率を重視する場合、個々の小型電力変換器の交流側端子を個別にバイパスするバイパス装置が設置されていてもよい。その場合、故障した小型電力変換器は回路内バイパスできるかどうかにかかわらず個別にバイパスされ、その分の電圧を電力変換器１１１が補完する。補完する電圧が出力されている間は、蓄電池システムを通すことにより生じる損失を抑制するために、蓄電池システム全体をバイパスするバイパス装置１１９がバイパスを実施するのは、本実施例と同様である。
【実施例３】
【０１２２】
実施例１及び２で説明したような電力供給システムを用いた、発電システム運転方法について説明する。
【０１２３】
太陽光発電システムは投資対象となっており、その総発電量は投資回収性に直結しているため、発電の継続性は非常に重要である。そのため、不具合が発生した場合はすぐに修繕し、最も効率のよい状態で発電が継続できるようにすることが望ましい。しかし、太陽光発電システムは様々な規模で多量に点在するように建造されるため、人員的な問題ですぐに対応出来ないケースもある。またその保守には人件費がかかるため、故障により生じる機会損失がメンテナンス費用を上回らない場合は、次に大きな故障が起きるまで故障したまま放置し、その分だけ総発電量が低下する状況が考えられる。故障とは例えば、変換器のスイッチング素子の故障や蓄電池の劣化などが考えられる。
【０１２４】
実施例１及び２の、蓄電システムを有する効率の高い電力供給システムは、生じうる様々な異常発生規模にそれぞれ応じた最適な運転を、初期投資額を増大させることなく提供する構成を有する。それにより、故障により生じる発電機会損失を、故障の部位・規模に応じた最小限の範囲に抑制することができる。同時に、メンテナンスをしなければいけない状況となる頻度が減少するため、メンテナンス頻度及び費用を抑制できる。また、電力変換器１１１の出力波形を部分的に櫛状パターンに切り替えることで、効率が最大限維持され、異常を内包する運転状態であっても系統に供給する電力品質は劣化しないため、メンテナンスしなければいけない緊急性を下げることが出来る。さらに、究極的には蓄電システムを完全に切り離した状態でも高調波が抑制された望ましい波形出力で運転継続できるため、蓄電池システムに関する故障耐性が高い。
【０１２５】
以上のような発電機会損失とメンテ費用を抑制する電力供給システムの特性を有効に発揮する運転方法として、蓄電システムの中で異常が発生した時に、電力送電を停止せずに、実施例１，２に記載の方法で異常発生箇所に対応するバイパスを実施し、適切に制御を切り替え、系統への送電を継続する。その上で、制御装置１０６はすぐには修繕の必要性を示唆する表示を出さずに、ある条件に達するまで異常を内包したまま運転を継続する。
【０１２６】
上記の運転方法を行うために、電力供給システム１０１の制御装置１０６が、発生した異常に対応して切り替えたスイッチングパターンにより生じる発電機会損失、若しくは変換器の電力損失を計算する機能を有する。具体的には、電力供給システムから系統に供給する電力を、電力変換器１１１と蓄電システムの交流側で計測した電圧と電流値等からその時々の実際の電力出力を計測し保存する。蓄電システム内の異常を制御装置１０６が検知し、その異常に対応するバイパスが実施された後は、どの小型電力変換器でバイパスが実施されているかのバイパス状態に対応するスイッチングパターン情報から、若しくは電力変換器１１１と小型電力変換器１１３〜１１５の直流側の電圧計測値から、そのとき蓄電システムに異常が無かった場合に得られるはずの電力出力、または異常を修繕した場合に得られるはずの電力出力をあらかじめ以上発生部と対応づけて設定された係数、若しくは正常運転時の学習データから推定し保存する。これら実際の電力出力と、得られるはずの電力出力の差分から発電機会損失量を積算して保存する。
【０１２７】
制御装置１０６は計算した発電機会損失量に関わるデータと、状態診断ブロック４０６で決定した異常に関する情報を用いて、今後の損失予測を算出し、それを予めテーブルの形式で入力されている該当異常発生箇所の修繕費と共に表示画面に表示する。また、それら損失予測と修繕費を制御装置１０６が比較し、異常発生個所の修繕を行う時期を決定し、表示装置に表示してもよい。修繕時期決定方法として例えば、制御装置１０６に予め0.5というパラメータを定めておき、機会損失予測額が予測修繕費の0.5倍を超える前にメンテナンスを行う判断を決定する。保守員はその表示の情報を元にメンテナンスを行うことが出来る。電力供給装置は、制御装置１０６が検知した異常がある状態で運転継続する期間を決定する機能を有し、その決定に基づき運転することができる。
【０１２８】
以上に説明した計算はや画面表示は、電力供給システムのオンサイトで制御装置１０６により行われる必要はなく、例えば保守員が常駐する遠隔地の管理センターにあるサーバーで行ってもよい。その場合は、制御装置１０６は発電機会損失量に関わるデータを、状態診断ブロック４０６で決定した異常に関する情報と共に管理センターに送信する機能を有し、管理センターのサーバーは以上説明した計算や表示を行うための電子計算機と表示装置を有する。管理センターのサーバーは、複数の電力供給システムから受信した発電機会損失量と異常発生箇所の情報から、メンテを早期に行う必要性の高い電力供給システムに対して優先度を決定する機能を備えていてもよい。更に、当該サーバーは決定した優先度を元に、電力供給システムのメンテナンスを実施する順番を決定する機能を有していてもよい。実施例１及び２の電力供給システムは、異常発生箇所とそのときのバイパス方法や変換器の出力パターンが明確に対応付けられているため、電力供給システムのバイパス状況と出力パターンに応じた発電機会損失量の推定が容易であるという利点もある。
【０１２９】
以上、本実施例の電力供給システムにより、蓄電システムの小型電力変換器が該小型変換器のスイッチング素子を用いてバイパス可能な故障の場合に、太陽光発電システムから補完する電圧を出力することで、小型電力変換器が故障したことで増加する出力電流の高調波ひずみを低減しながら、システムの運転継続可能である。
【０１３０】
以上説明した各実施例の電力供給システムは、太陽光発電装置である太陽光パネル１０９と、太陽光パネル１０９と直流側で接続された第一の電力変換器である電力変換器１１１と、太陽光パネル１０９と電力変換器１１１の直流側との間に並列接続されたコンデンサ１１０とを有する太陽光発電システム１０２と、交流側で直列接続された複数の第二の電力変換器である小型電力変換器１１３、１１４、１１５と、小型電力変換器１１３、１１４、１１５の直流側にそれぞれ接続された蓄電装置１１６、１１７、１１８を有する蓄電システム１０３と、電力変換器１１１と小型電力変換器１１３、１１４、１１５を制御する制御装置１０６を備え、電力変換器１１１の交流側に発生する電圧と、小型電力変換器１１３、１１４、１１５の交流側に発生する電圧とを合成し、リアクトル１０４を介して系統へ電力を供給する電力供給システムである電力変換装置１０１において、前記蓄電システムに並列に接続するバイパス装置を有することを特徴とする電力供給システム。このような構成により、太陽光発電システムと蓄電システムが直列接続されたシステムにおいて、電力変換器が故障した際に、システムの運転継続することができる。さらに、システムの出力電流の高調波ひずみを低減することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
２０  スイッチング回路
２１  直流接続部
２２  交流接続部
２３ａ〜２６ａ  スイッチング素子
２２ｂ〜２５ｂ  ダイオード
２７  制御装置
２８  平滑化コンデンサ
２９  開閉器
３０  スイッチング回路
３１  直流接続部
３２  交流接続部
３３ａ〜３６ａ  スイッチング素子
３３ｂ〜３６ｂ  寄生ダイオード
３７  制御装置
３８  平滑化コンデンサ
３９  開閉器
１０１  電力変換装置
１０２  太陽光発電システム
１０３  蓄電システム
１０４  リアクトル
１０５  電力系統
１０６  制御装置
１０９  太陽光パネル
１１０  コンデンサ
１１１  電力変換器
１１２  ダイオード
１１３〜１１５  小型電力変換器
１１６〜１１８  蓄電装置
１１９  バイパス装置
【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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