(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を出力する分散型電源の入力電圧を異なる電圧に変圧してＤＣリンク用コンデンサに出力可能な第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電池と上記ＤＣリンク用コンデンサとの間で互いに電力を双方向に流せる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源として電力系統と連系して運転する第１のＤＣ／ＡＣインバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源として停電対策が必要な常用負荷に対して電力を供給する第２のＤＣ／ＡＣインバータと備えるとともに、上記第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータを制御するコントローラを含み、
上記コントローラは、上記蓄電池の放電を系統事故時にのみ実行する第１の制御モードを実行するものであり、上記分散型電源は最大電力点に追従して制御されており、上記第１の制御モードを実行する場合、上記コントローラには、
上記ＤＣリンク用コンデンサの電圧を検出して得られるＤＣリンク電圧とこのＤＣリンク電圧の目標値となる目標電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記目標電圧よりも小さい場合には電力指令値を現在値よりも小さく、上記目標電圧よりも大きい場合には電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を決定する制御部と、
上記目標電圧よりも大きい値に設定された第１の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第１の閾値よりも小さい場合には発電抑制電力指令値を現在値よりも小さく、上記第１の閾値よりも大きい場合には発電抑制電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記分散型電源の発電抑制電力指令値を決定する制御部と、
上記目標電圧よりも小さい値に設定された第２の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第２の閾値よりも小さい場合には充電電力指令値を現在値よりも大きく、上記第２の閾値よりも大きい場合には充電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの放電を停止して上記電力系統から上記ＤＣリンク用コンデンサを充電するための充電電力指令値を決定する制御部と、
上記第２の閾値よりも小さい値に設定された第３の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第３の閾値よりも小さい場合には蓄電池の放電電力指令値を現在値よりも大きく、上記第３の閾値よりも大きい場合には同蓄電池の放電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが放電する上記蓄電池の放電電力指令値を決定する制御部と、
が構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
直流電圧を出力する分散型電源の入力電圧を異なる電圧に変圧してＤＣリンク用コンデンサに出力可能な第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電池と上記ＤＣリンク用コンデンサとの間で互いに電力を双方向に流せる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源として電力系統と連系して運転する第１のＤＣ／ＡＣインバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源として停電対策が必要な常用負荷に対して電力を供給する第２のＤＣ／ＡＣインバータと備えるとともに、上記第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータを制御するコントローラを含み、
上記コントローラは、上記電力系統からの買電電力を一定値以下に抑えるために実行する第２の制御モードを実行するものであり、上記分散型電源は最大電力点に追従して制御されており、上記第２の制御モードを実行する場合、上記コントローラには、
上記ＤＣリンク用コンデンサの電圧を検出して得られるＤＣリンク電圧とこのＤＣリンク電圧の目標値となる目標電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記目標電圧よりも小さい場合には蓄電池の放電電力指令値を現在値よりも大きく、上記目標電圧よりも大きい場合には放電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが上記蓄電池から放電する放電電力指令値を決定する制御部と、
上記目標電圧よりも大きい値に設定された第４の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第４の閾値よりも小さい場合には分散型電源の発電抑制電力指令値を現在値よりも小さく、上記第４の閾値よりも大きい場合には分散型電源の発電抑制電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記分散型電源の発電抑制電力指令値を決定する制御部と、
上記電力系統から購入する買電電力を検出し、この検出した買電電力と買電電力目標値とを比較し、上記買電電力が買電電力目標値よりも小さい場合には第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を現在値よりも小さく、上記買電電力目標値よりも大きい場合には第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を決定する制御部と、
上記目標電圧よりも小さい値に設定された第５の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第５の閾値よりも小さい場合にはインバータ出力電力抑制指令値を現在値よりも大きく、上記第５の閾値よりも大きい場合にはインバータ出力電力抑制指令値を現在値よりも小さくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を低下させるインバータ出力電力抑制指令値を決定する制御部と、
上記第５の閾値よりも小さい値に設定された第６の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第６の閾値よりも小さい場合には充電電力指令値を現在値よりも大きく、上記第６の閾値よりも大きい場合には充電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの放電を停止して上記電力系統から上記ＤＣリンク用コンデンサを充電するための充電電力指令値を決定する制御部と、
が構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
直流電圧を出力する分散型電源の入力電圧を異なる電圧に変圧してＤＣリンク用コンデンサに出力可能な第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電池と上記ＤＣリンク用コンデンサとの間で互いに電力を双方向に流せる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源とする第１のＤＣ／ＡＣインバータと、第２のＤＣ／ＡＣインバータと、上記第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータを制御するコントローラと、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータを電力系統または常用負荷に択一的に接続する第１の切替器と、上記第２のＤＣ／ＡＣインバータを上記電力系統または上記常用負荷に択一的に接続する第２の切替器とを備え、
上記コントローラは、上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力容量、上記常用負荷の消費電力、および上記電力系統に供給する電力の大きさに応じて上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータの少なくとも一つが接続されるように上記第１、第２の切替器による接続切り替え制御を実行するとともに、
上記蓄電池の放電を系統事故時にのみ実行する第１の制御モードと、上記電力系統からの買電電力を一定値以下に抑えるために実行する第２の制御モードとの少なくとも一方を実行するものであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
上記分散型電源は最大電力点に追従して制御されており、上記第１の制御モードを実行する場合、上記コントローラには、
上記ＤＣリンク用コンデンサの電圧を検出して得られるＤＣリンク電圧とこのＤＣリンク電圧の目標値となる目標電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記目標電圧よりも小さい場合には電力指令値を現在値よりも小さく、上記目標電圧よりも大きい場合には電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を決定する制御部と、
上記目標電圧よりも大きい値に設定された第１の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第１の閾値よりも小さい場合には発電抑制電力指令値を現在値よりも小さく、上記第１の閾値よりも大きい場合には発電抑制電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記分散型電源の発電抑制電力指令値を決定する制御部と、
上記目標電圧よりも小さい値に設定された第２の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第２の閾値よりも小さい場合には充電電力指令値を現在値よりも大きく、上記第２の閾値よりも大きい場合には充電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの放電を停止して上記電力系統から上記ＤＣリンク用コンデンサを充電するための充電電力指令値を決定する制御部と、
上記第２の閾値よりも小さい値に設定された第３の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第３の閾値よりも小さい場合には蓄電池の放電電力指令値を現在値よりも大きく、上記第３の閾値よりも大きい場合には同蓄電池の放電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが放電する上記蓄電池の放電電力指令値を決定する制御部と、
が構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記分散型電源は最大電力点に追従して制御されており、上記第２の制御モードを実行する場合、上記コントローラには、
上記ＤＣリンク用コンデンサの電圧を検出して得られるＤＣリンク電圧とこのＤＣリンク電圧の目標値となる目標電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記目標電圧よりも小さい場合には蓄電池の放電電力指令値を現在値よりも大きく、上記目標電圧よりも大きい場合には放電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが上記蓄電池から放電する放電電力指令値を決定する制御部と、
上記目標電圧よりも大きい値に設定された第４の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第４の閾値よりも小さい場合には分散型電源の発電抑制電力指令値を現在値よりも小さく、上記第４の閾値よりも大きい場合には分散型電源の発電抑制電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記分散型電源の発電抑制電力指令値を決定する制御部と、
上記電力系統から購入する買電電力を検出し、この検出した買電電力と買電電力目標値とを比較し、上記買電電力が買電電力目標値よりも小さい場合には第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を現在値よりも小さく、上記買電電力目標値よりも大きい場合には第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を決定する制御部と、
上記目標電圧よりも小さい値に設定された第５の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第５の閾値よりも小さい場合にはインバータ出力電力抑制指令値を現在値よりも大きく、上記第５の閾値よりも大きい場合にはインバータ出力電力抑制指令値を現在値よりも小さくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を低下させるインバータ出力電力抑制指令値を決定する制御部と、
上記第５の閾値よりも小さい値に設定された第６の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第６の閾値よりも小さい場合には充電電力指令値を現在値よりも大きく、上記第６の閾値よりも大きい場合には充電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの放電を停止して上記電力系統から上記ＤＣリンク用コンデンサを充電するための充電電力指令値を決定する制御部と、
が構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記ＤＣリンク電圧が上記目標電圧と上記第１の閾値との間に予め設定された第７の閾値を超えたときに、上記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが上記蓄電池の充電を開始してその充電電力指令値を決定する制御部を備えることを特徴とする請求項１または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記ＤＣリンク電圧が上記目標電圧と上記第４の閾値との間に予め設定された第８の閾値を超えたときに、上記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが上記蓄電池の充電を開始しその充電電力指令値を決定する制御部を備えることを特徴とする請求項２または請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項８】
上記分散型電源は、太陽電池であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
上記分散型電源は、燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
上記分散型電源は、直流出力可能な風力発電用パワーコンディショナであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池などの分散型電源を電力系統と連系して動作させる系統連系用の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電に代表される分散型電源が増加する一方、その分散型電源の発電電力量は天候に左右されるため、出力の不安定性から一時的な電力系統からの電力の逼迫、不足が発生する恐れがある。そこで、電力系統を安定化するため、蓄電池が注目を浴びており、分散型電源の電力量不足時の補償のために、太陽電池と畜電池を組み合わせて発電可能な電力変換装置の開発が進んでいる。
【０００３】
このような場合において、インバータを複数台設置し、系統事故時にも蓄電池から自立負荷に対してエネルギーを間断なく送り続けることが可能なように、複数台のインバータの内の少なくとも１台は自立運転時にも利用できるインバータとし、蓄電池からこの１台のインバータを介して自立負荷に対して電力供給できるように接続先切り替え用の開閉器を設けた電力変換装置が開発されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に記載のものでは、自立運転用の負荷に対しては電力を常時供給するような構成とはなっておらず、電力系統で事故が発生した際に、これに応じて自立運転用の負荷に分散型電源から電力を供給するように電力切り替えを行う構成なので、電力系統で事故が発生した場合には、その切り替え時に一定時間にわたって自立運転用の負荷に電力を供給できなくなる。
【０００６】
また、太陽電池を電力系統と連系する電力変換装置には、電力系統の電圧の異常時においても電力系統を解列せずに一定時間動作を継続し、電力系統の電圧の復帰時に速やかに電力送電を行える機能が要求されているため（ＦＲＴ要件：Ｆａｕｌｔ  Ｒｉｄｅ  Ｔｈｒｏｕｇｈ)、一定期間、電力変換装置は電力系統と解列することができない。
【０００７】
したがって、その間は、電力系統の瞬時電圧低下によって使用中の機器が停止もしくはリスタートすることになるが、その機器の種類が、常に電力供給が必要となるサーバーなどの常用の機器である場合には、多大な被害につながる恐れがある。
【０００８】
このような常用の機器に対しては、その対策として、従来、専用の無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）が備えられるが、蓄電池が高価であるため、長時間にわたってバックアップするにはコストが問題となる。
【０００９】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、電力系統の事故発生時にも常用の機器に対して無瞬断で電力を供給することができ、かつ高価な蓄電池の容量を抑えつつ、長時間のバックアップを実現することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の第１の発明に係る電力変換装置は、直流電圧を出力する分散型電源の入力電圧を異なる電圧に変圧してＤＣリンク用コンデンサに出力可能な第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電池と上記ＤＣリンク用コンデンサとの間で互いに電力を双方向に流せる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源として電力系統と連系して運転する第１のＤＣ／ＡＣインバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源として停電対策が必要な常用負荷に対して電力を供給する第２のＤＣ／ＡＣインバータと備えるとともに、上記第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータを制御するコントローラを含み、上記コントローラは、上記蓄電池の放電を系統事故時にのみ実行する第１の制御モードを実行するものであり、上記分散型電源は最大電力点に追従して制御されており、上記第１の制御モードを実行する場合、上記コントローラには、上記ＤＣリンク用コンデンサの電圧を検出して得られるＤＣリンク電圧とこのＤＣリンク電圧の目標値となる目標電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記目標電圧よりも小さい場合には電力指令値を現在値よりも小さく、上記目標電圧よりも大きい場合には電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を決定する制御部と、上記目標電圧よりも大きい値に設定された第１の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第１の閾値よりも小さい場合には発電抑制電力指令値を現在値よりも小さく、上記第１の閾値よりも大きい場合には発電抑制電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記分散型電源の発電抑制電力指令値を決定する制御部と、上記目標電圧よりも小さい値に設定された第２の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第２の閾値よりも小さい場合には充電電力指令値を現在値よりも大きく、上記第２の閾値よりも大きい場合には充電電力指令値を現在値より小さくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの放電を停止して上記電力系統から上記ＤＣリンク用コンデンサを充電するための充電電力指令値を決定する制御部と、上記第２の閾値よりも小さい値に設定された第３の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第３の閾値よりも小さい場合には蓄電池の放電電力指令値を現在値よりも大きく、上記第３の閾値よりも大きい場合には同蓄電池の放電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが放電する上記蓄電池の放電電力指令値を決定する制御部と、が構成されていることを特徴としている。
また、本願の第２の発明に係る電力変換装置は、直流電圧を出力する分散型電源の入力電圧を異なる電圧に変圧してＤＣリンク用コンデンサに出力可能な第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電池と上記ＤＣリンク用コンデンサとの間で互いに電力を双方向に流せる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源として電力系統と連系して運転する第１のＤＣ／ＡＣインバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源として停電対策が必要な常用負荷に対して電力を供給する第２のＤＣ／ＡＣインバータと備えるとともに、上記第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータを制御するコントローラを含み、上記コントローラは、上記電力系統からの買電電力を一定値以下に抑えるために実行する第２の制御モードを実行するものであり、上記分散型電源は最大電力点に追従して制御されており、上記第２の制御モードを実行する場合、上記コントローラには、上記ＤＣリンク用コンデンサの電圧を検出して得られるＤＣリンク電圧とこのＤＣリンク電圧の目標値となる目標電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記目標電圧よりも小さい場合には蓄電池の放電電力指令値を現在値よりも大きく、上記目標電圧よりも大きい場合には放電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが上記蓄電池から放電する放電電力指令値を決定する制御部と、上記目標電圧よりも大きい値に設定された第４の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第４の閾値よりも小さい場合には分散型電源の発電抑制電力指令値を現在値よりも小さく、上記第４の閾値よりも大きい場合には分散型電源の発電抑制電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記分散型電源の発電抑制電力指令値を決定する制御部と、上記電力系統から購入する買電電力を検出し、この検出した買電電力と買電電力目標値とを比較し、上記買電電力が買電電力目標値よりも小さい場合には第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を現在値よりも小さく、上記買電電力目標値よりも大きい場合には第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を現在値よりも大きくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力指令値を決定する制御部と、上記目標電圧よりも小さい値に設定された第５の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第５の閾値よりも小さい場合にはインバータ出力電力抑制指令値を現在値よりも大きく、上記第５の閾値よりも大きい場合にはインバータ出力電力抑制指令値を現在値よりも小さくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を低下させるインバータ出力電力抑制指令値を決定する制御部と、上記第５の閾値よりも小さい値に設定された第６の閾値と上記ＤＣリンク電圧とを比較し、上記ＤＣリンク電圧が上記第６の閾値よりも小さい場合には充電電力指令値を現在値よりも大きく、上記第６の閾値よりも大きい場合には充電電力指令値を現在値よりも小さくするように、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータの放電を停止して上記電力系統から上記ＤＣリンク用コンデンサを充電するための充電電力指令値を決定する制御部と、が構成されていることを特徴としている。
また、本願の第３の発明に係る電力変換装置は、直流電圧を出力する分散型電源の入力電圧を異なる電圧に変圧してＤＣリンク用コンデンサに出力可能な第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電池と上記ＤＣリンク用コンデンサとの間で互いに電力を双方向に流せる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、上記ＤＣリンク用コンデンサを入力源とする第１のＤＣ／ＡＣインバータと、第２のＤＣ／ＡＣインバータと、上記第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータを制御するコントローラと、上記第１のＤＣ／ＡＣインバータを電力系統または常用負荷に択一的に接続する第１の切替器と、上記第２のＤＣ／ＡＣインバータを上記電力系統または上記常用負荷に択一的に接続する第２の切替器とを備え、上記コントローラは、上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータの出力電力容量、上記常用負荷の消費電力、および上記電力系統に供給する電力の大きさに応じて上記第１、第２のＤＣ／ＡＣインバータの少なくとも一つが接続されるように上記第１、第２の切替器による接続切り替え制御を実行するとともに、上記蓄電池の放電を系統事故時にのみ実行する第１の制御モードと、上記電力系統からの買電電力を一定値以下に抑えるために実行する第２の制御モードとの少なくとも一方を実行するものであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明に係る電力変換装置によれば、電力系統に併設される系統連系用の分散型電源である太陽電池および蓄電池を連系し、蓄電池の放電を系統事故時にのみ実行する第１の制御モードを採用することで、電力系統の異常時においても常用負荷へ無瞬断で電力を供給して長時間のバックアップを実現することができる。
また、第２の発明に係る電力変換装置によれば、電力系統からの買電電力を一定値以下に抑えるピークカット運転を実行する第２の制御モードを採用することで、電力系統３からの買電電力を制限して余分な支出を抑えることができ、しかも、このピークカット運転中でも常用負荷に対して必要な電力を安定して供給することができる。
また、第１、第２の発明に係る電力変換装置は、いずれも１つの筐体でインバータ方式の無停電電源装置と系統連系用インバータの両機能を同時に満足することができ、省スペース化が期待できる。
さらに、第３の発明に係る電力変換装置によれば、上記の第１の制御モードと第２の制御モードのいずれであっても、第１、第２の切替器の接続を切り替えることで、大きな電力を要する常用負荷への電力供給や、大きな発電容量をもつ太陽電池からの発電電力の売電、電力系統への供給能力の向上などを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１から実施の形態３における電力変換装置の回路構成図である。
【図２】この実施の形態１における動作状態Ｘ−１および実施の形態２における動作状態Ｙ−１の電力の流れを示す説明図である。
【図３】この実施の形態１における動作状態Ｘ−２の電力の流れを示す説明図である。
【図４】この実施の形態１における動作状態Ｘ−３の電力の流れを示す説明図である。
【図５】この実施の形態１における動作状態Ｘ−４の電力の流れを示す説明図である。
【図６】この実施の形態１および実施の形態２における動作状態Ｘ−５の電力の流れを示す説明図である。
【図７】この実施の形態１および実施の形態２における動作状態Ｘ−６の電力の流れを示す説明図である。
【図８】この実施の形態１および実施の形態２における動作状態Ｘ−７の電力の流れを示す説明図である。
【図９】この実施の形態１における系統連系用インバータの出力制御を示すブロック図である。
【図１０】この実施の形態１における太陽電池の出力電力抑制制御を示すブロック図である。
【図１１】この実施の形態１における系統連系用インバータの充電出力制御を示すブロック図である。
【図１２】この実施の形態１における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの放電電力制御を示すブロック図である。
【図１３】この実施の形態１における動作状態Ｘ−８における過負荷時の電力の流れを示す説明図である。
【図１４】この実施の形態１において電力系統３の事故発生などの系統異常が発生した場合にのみ蓄電池２からの放電を実施する第１の制御モードを実施する場合のＤＣリンク電圧の変化に対する太陽電池の制御状態、蓄電池の放電状態、および系統連系用インバータの充放電動作状態を示す説明図である。
【図１５】この実施の形態２における動作状態Ｙ−２の電力の流れを示す説明図である。
【図１６】この実施の形態２における動作状態Ｙ−３の電力の流れを示す説明図である。
【図１７】この実施の形態２における動作状態Ｙ−４の電力の流れを示す説明図である。
【図１８】この実施の形態２における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの出力制御を示すブロック図である。
【図１９】この実施の形態２における太陽電池の出力電力抑制制御を示すブロック図である。
【図２０】この実施の形態２における買電電力制御を示すブロック図である。
【図２１】この実施の形態２における系統連系用インバータの放電出力抑制制御を示すブロック図である。
【図２２】この実施の形態２における系統連系用インバータの充電電力制御を示すブロック図である。
【図２３】この実施の形態２において電力系統３に対するピークカット運転を行う第２の制御モードを実施する場合のＤＣリンク電圧の変化に対する太陽電池の制御状態、蓄電池の放電状態、および系統連系用インバータの充放電動作状態を示す説明図である。
【図２４】この実施の形態３における余剰電力充電制御を示すブロック図である。
【図２５】この実施の形態３におけるＤＣリンク電圧変化に対する太陽電池の制御状態、蓄電池の充放電状態、および系統連系用インバータの充放電動作を示す説明図である。
【図２６】この発明の実施の形態４における電力変換装置の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの実施の形態における電力変換装置の構成図である。
この実施の形態１の電力変換装置は、太陽電池１の入力を異なる電圧に変圧してＤＣリンク用コンデンサ８に出力可能なＤＣ／ＤＣコンバータ６と、蓄電池２とＤＣリンク用コンデンサ８との間に接続されて互いに電力を送電および充電が可能な双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７とを備える。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ６および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、それぞれ直流入力を昇圧してＤＣリンク用コンデンサ８に出力可能な昇圧型チョッパを利用している。
【００１４】
なお、上記のＤＣ／ＤＣコンバータ６が特許請求の範囲における第１のＤＣ／ＤＣコンバータに、上記の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７が特許請求の範囲における第２のＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ対応している。
【００１５】
更に、この実施の形態１の電力変換装置は、ＤＣリンク用コンデンサ８を入力源としてその直流を交流に変換し、連系用リレー１２を介して電力系統３へ送電する系統連系用インバータ９と、ＤＣリンク用コンデンサ８を入力源としその直流を交流に変換して自立用リレー１３を介して常に電力供給が必要となる機器（以下、常用負荷という）４へ送電する定電圧インバータ１０を備えている。また、連系用リレー１２と電力系統３の間には必要に応じて接続される一般的な負荷（以下、一般負荷という）１１が取り付けられる。
【００１６】
そして、上記の連系用リレー１２は、電力系統３が正常時にはオンとなり、また、電力系統３が系統事故等の異常が発生した場合には連系運転を停止させるためにオフされる。また、自立用リレー１３は電力系統３の正常時と異常時のいずれの場合でも常にオンされている。
【００１７】
この実施の形態１では、各インバータ９、１０は、フルブリッジ２レベル方式に代表されるＰＷＭインバータで構成されている。そして、上記の各コンバータ６、７および各インバータ９、１０はコントローラ５によってその動作が制御される。
【００１８】
なお、上記の系統連系用インバータ９が特許請求の範囲における第１のＤＣ／ＡＣインバータに、上記の定電圧インバータ１０が特許請求の範囲における第２のＤＣ／ＡＣインバータにそれぞれ対応している。
【００１９】
なお、この実施の形態１では、上記の各ＤＣ／ＤＣコンバータ６、７はそれぞれ昇圧型チョッパを用いているが、これに限らず降圧型チョッパも利用可能である。また、各インバータ９、１０については、ＰＷＭインバータを使用しているが、これに限らず、他のインバータの方式として、例えば３レベルインバータに代表されるマルチレベルインバータ方式も利用できる。
【００２０】
また、上記の各ＤＣ／ＤＣコンバータ６、７および各インバータ９、１０に用いるスイッチング用半導体にはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などに代表される自己消弧形の半導体スイッチング素子を適用することができる。
【００２１】
このスイッチング半導体は、図１に示すようにＭＯＳＦＥＴを利用しており、それぞれ並列にフリーホイールダイオードが接続されている。なお、ＭＯＳＦＥＴを利用する場合は、フリーホイールダイオードを並列接続する代わりに、寄生ダイオードを利用することもできる。
【００２２】
この実施の形態１における電力変換装置は、蓄電池２の残量をできるだけ長期にわたって確保するために、電力系統３の事故発生などの系統異常が発生した場合にのみ蓄電池２からの放電を実施して常用負荷４に対して常に安定した電力供給を行う。このように、蓄電池２からの放電が系統事故時にのみ実施されるようにするためには、各負荷４、１１への電力供給の優先順位が、太陽電池１、電力系統３、蓄電池２の順になるような制御モードを採用する。そして、このような制御モードが特許請求の範囲における第１の制御モードに対応している。
【００２３】
以下、この第１の制御モードについて、図２〜図８を用いて説明する。なお、各図中の矢印内の数値は電力の大きさの絶対値を示している。また、矢印の向きは電力の流れる方向を示している。
【００２４】
図２はこの実施の形態１における動作状態Ｘ−１での電力の流れを示している。
最大電力点に追従するように制御されている太陽電池１の発電電力が常用負荷４および一般負荷１１の合計の消費電力を上回っている場合、系統連系用インバータ９は放電し、太陽電池１の発電電力と両負荷４、１１の全消費電力との差分となる余剰電力を電力系統３に対して売電できる。
【００２５】
図３はこの実施の形態１における動作状態Ｘ−２での電力の流れを示している。
最大電力点に追従するように制御されている太陽電池１の発電電力が常用負荷４の消費電力を上回っているが、一般負荷１１の消費電力まで賄えない場合、系統連系用インバータ９は太陽電池１の発電電力と常用負荷４の消費電力の差分を放電し、一般負荷１１に対する不足電力分は電力系統３から供給を受ける。
【００２６】
図４はこの実施の形態１における動作状態Ｘ−３での電力の流れを示している。
最大電力点に追従するように制御されている太陽電池１の発電電力が常用負荷４の消費電力を下回っている場合、系統連系用インバータ９はＤＣリンク用コンデンサ８の充電動作を行い、電力系統３から両負荷４、１１に対する不足電力分の供給を受ける。
【００２７】
図５はこの実施の形態１における動作状態Ｘ−４での電力の流れを示している。
太陽電池１が発電していない場合、系統連系用インバータ９はＤＣリンク用コンデンサ８の充電動作を行い、両負荷４、１１の全消費電力を電力系統３から供給を受ける。
【００２８】
図６はこの実施の形態１における動作状態Ｘ−５での電力の流れを示している。
電力系統３は系統事故により利用できない状態にある。このとき、太陽電池１の発電電力量が常用負荷４の消費電力を上回っている間は、系統連系用インバータ９は停止もしくはＦＲＴ要件を満足するように継続動作を実施し、太陽電池１の出力電力が常用負荷４の消費電力を賄うレベルまで出力が抑制される。
【００２９】
図７はこの実施の形態１における動作状態Ｘ−６での電力の流れを示している。
電力系統３は系統事故により利用できない状態にある。このとき、太陽電池１の発電電力量が常用負荷４の消費電力を下回っている間は、系統連系用インバータ９は停止もしくはＦＲＴ要件を満足するように継続動作を実施する一方、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、常用負荷４の消費電力と太陽電池１の出力電力との差を賄うように、蓄電池２からの出力電力が制御される。
【００３０】
図８はこの実施の形態１における動作状態Ｘ−７での電力の流れを示している。
電力系統３は系統事故により利用できない状態にある。このとき、太陽電池１は発電を停止しており、系統連系用インバータ９は停止もしくはＦＲＴ要件を満足するように継続動作を実施する一方、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、常用負荷４の消費電力を全て賄うように蓄電池２からの出力電力が制御される。
【００３１】
このように、この実施の形態１において、コントローラ５は、上記のＸ−１〜Ｘ−７の７つの動作状態を少なくとも満足するための制御を行っている。ここで、系統連系用インバータ９は、出力電流を目標電流に制御する電流制御型電圧インバータ方式で動作しており、また定電圧インバータ１０は、出力電圧を目標電圧に制御する電圧制御型電圧インバータ方式で動作している。
【００３２】
そのため、コントローラ５は、ＤＣリンク用コンデンサ８の電圧（以下、ＤＣリンク電圧という）Ｖｌｉｎｋを検出しており、このＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが制御目標となる目標電圧Ｖｔｈ１になるように系統連系用インバータ９の出力電力つまりは出力電流を制御している。
【００３３】
図９にコントローラ５による系統連系用インバータ９の出力制御のブロック図を示す。
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋと目標電圧Ｖｔｈ１の偏差より制御器５１により系統連系用インバータ９の出力電力を定める出力電力指令値を決定する。制御器５１は、比例制御や比例積分制御に代表される制御手段を有している。上記の出力電力指令値とは、例えば系統連系用インバータ９が出力する電力値、もしくは系統連系用インバータ９が出力する目標電流値である。制御器５１で得られた上記の出力電力指令値は、リミッタ６１によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。
【００３４】
太陽電池１の出力を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ６は、山登り法に代表される最大電力点追従制御を実施している。ここで、前記動作状態Ｘ−５（図６）のように太陽電池１の発電量が各インバータ９、１０の最大出力電力を上回った場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが上昇する。このため、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが目標電圧Ｖｔｈ１より高い値に予め設定された太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ２（＞Ｖｔｈ１）を超えた場合には、太陽電池１の出力電圧を最大電力点電圧Ｖｍｐｐよりも高い電圧に制御することにより発電電力を抑制する。この時、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ２に制御される。
【００３５】
図１０にコントローラ５によるＤＣ／ＤＣコンバータ６の太陽電池１の出力電力抑制制御のブロック図を示す。
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋと太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ２の偏差より制御器５２によりＤＣ／ＤＣコンバータ６の発電抑制電力を定める発電抑制電力指令値を決定する。上記の発電抑制電力指令値とは、例えば太陽電池電圧の制御目標電圧を最大電力点電圧Ｖｍｐｐから開放電圧側に変更させる電圧変化量、もしくは太陽電池の出力電流を減少させる電流変化量である。制御器５２で得られた上記の発電抑制電力指令値は、リミッタ６２によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。
【００３６】
次に、前記動作状態Ｘ−３（図４）のように、太陽電池１の発電量が常用負荷４の消費電力を下回った場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは降下する。このため、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが目標電圧Ｖｔｈ１以下の値に予め設定された太陽電池不足閾値Ｖｔｈ３（＜Ｖｔｈ１）を下回った場合、系統連系用インバータ９がＤＣリンク用コンデンサ８の充電動作を開始する。上記の太陽電池不足閾値Ｖｔｈ３が目標電圧Ｖｔｈ１と同じ値とした場合には、充放電切り替えが連続的に円滑に行える。この時、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは太陽電池不足閾値Ｖｔｈ３に制御される。
【００３７】
図１１にコントローラ５による系統連系用インバータ９の充電電力制御のブロック図を示す。
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋと太陽電池不足閾値Ｖｔｈ３の偏差より制御器５３により系統連系用インバータ９の充電電力を定める充電電力指令値を決定する。上記の充電電力指令値とは、例えば系統連系用インバータ９が充電する電力値そのもの、もしくは系統連系用インバータ９が充電する目標電流値である。制御器５３で得られた上記の充電電力指令値は、リミッタ６３によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。
【００３８】
次に、前記動作状態Ｘ−６（図７）のように、電力系統３が系統事故により異常な状態であるとき、系統連系用インバータ９による充放電能力が大きく損なわれる。このとき、太陽電池１の発電量が常用負荷４の消費電力を下回る場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは太陽電池不足閾値Ｖｔｈ３よりも更に降下する。ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが太陽電池不足閾値Ｖｔｈ３よりも低く予め設定された系統不足閾値Ｖｔｈ４（＜Ｖｔｈ３）を下回った場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７が蓄電池２の放電動作を開始する。このとき、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは系統不足閾値Ｖｔｈ４に制御される。
【００３９】
図１２にコントローラ５による双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７の放電電力制御のブロック図を示す。
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋと系統不足閾値Ｖｔｈ４の偏差より制御器５４により双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７の蓄電池２からの放電電力を定める放電電力指令値を決定する。上記の放電電力指令値とは、例えば双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７が蓄電池２から放電させる電力値そのもの、もしくは双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７が蓄電池２から放電させる目標電流値である。制御器５４で得られた上記の放電電力指令値は、リミッタ６４によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。
【００４０】
また、図１３に示す動作状態Ｘ−８のように、電力系統３が異常であるために系統連系用インバータ９の充放電能力が大きく損なわれており、かつ太陽電池１の発電電力および蓄電池２の最大放電電力の合計が常用負荷４の消費電力を下回る場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは系統不足閾値Ｖｔｈ４よりも更に降下する。そして、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが系統不足閾値Ｖｔｈ４よりも低い値に予め設定された下限値Ｖｔｈ５（＜Ｖｔｈ４）まで下がったときには、コントローラ５は過負荷と判断して電力変換装置の動作を停止する。
【００４１】
図１４はこの実施の形態１において、電力系統３の事故発生などの系統異常が発生した場合にのみ蓄電池２からの放電を実施して常用負荷４に対して常に安定した電力供給を行う第１の制御モードを実施する場合の、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋの変化に対する太陽電池１の制御状態、蓄電池２の放電状態、および系統連系用インバータ９の充放電動作状態をまとめたものである。以下、図１４を用いてこれらの動作状態について説明する。
【００４２】
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが目標電圧Ｖｔｈ１に制御されている基本状態である状態Ｃから、太陽電池１の最大発電電力が系統連系用インバータ９の放電限界を超えた場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが上昇し、状態Ｂを経由して状態Ａに移行する。これに応じて、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ２に制御されるように太陽電池１の発電電力が抑制される。
【００４３】
次に、基本状態である状態Ｃから太陽電池１の発電電力量が常用負荷４の消費電力量を下回った場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが減少して状態Ｄを経由して状態Ｅに移行する。これに応じて、系統連系用インバータ９はＤＣリンク用コンデンサ８へのり充電動作を開始し、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが太陽電池不足閾値Ｖｔｈ３に制御されるように電力系統３より電力の供給を受ける。
【００４４】
次に、電力系統３に瞬時電圧低下、あるいは停電が発生し、かつ太陽電池１の発電電力量が常用負荷４の消費電力量を下回った場合には、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは状態Ｅから更に減少し、状態Ｆを経由して状態Ｇに移行する。これに応じて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７が出力動作を開始し、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが系統不足閾値Ｖｔｈ４に制御されるように蓄電池２の放電を行う。
【００４５】
次に、電力系統３に瞬時電圧低下、もしくは停電が発生し、かつ太陽電池１の発電電力量と蓄電池２の合計の最大放電電力が、常用負荷４の消費電力量を下回った場合には、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは状態Ｇから更に減少し、状態Ｈを経由して状態Ｉに移行する。これに応じて、コントローラ５は、過負荷と判断して装置の動作を停止する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態１では、電力系統３に併設される系統連系用の分散型電源である太陽電池１および蓄電池２を連系し、各負荷４、１１への電力供給の優先順位を太陽電池１、電力系統３、蓄電池２の順になるような第１の制御モードを採用することで、電力系統３の異常時においても常用負荷４へ無瞬断で電力を供給して長時間のバックアップを実現することができる。
【００４７】
また、一般的な太陽電池用のパワーコンディショナは、太陽電池電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと系統に連係するＤＣ／ＡＣインバータで構成されており、個別の場合は５種の変換器が必要であるのに対して、この実施の形態１では、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ６、７と２つのインバータ９、１０の４種の変換器を備えることで、常時、インバータ方式の無停電電源装置と系統連系用インバータの両機能を満足することができるので、省スペース化、低コスト化が期待できる。
【００４８】
実施の形態２．
この実施の形態２における電力変換装置の基本的な構成は、図１に示した実施の形態１の場合と同じであるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４９】
この実施の形態２における電力変換装置は、電力系統３から電力供給を受ける買電電力をゼロ、もしくは一定値以下になるように抑える制御を行う、いわゆるピークカット運転を行う。このように、電力系統３からの買電電力を抑えるためには、電力系統３のピークカット運転が蓄電池２の放電により実現されるように、各負荷４、１１への電力供給の優先順位が太陽電池１、蓄電池２、電力系統３の順になるような制御モードを採用する。そして、このような制御モードが特許請求の範囲における第２の制御モードに対応している。
【００５０】
以下、この第２の制御モードについて、図２および図１５〜図１７を用いて説明する。なお、各図中の矢印内の数値は電力の大きさの絶対値を示している。また、矢印の向きは電力の流れる方向を示している。なお、ここでは電力系統３からの買電電力をゼロとした場合を例とし、太陽電池１の発電状態、常用負荷４および一般負荷１１の消費電力と電力系統３の受電電力の流れを説明する。
【００５１】
図２はこの実施の形態２における動作状態Ｙ−１での電力の流れを示している。
最大電力点に追従するように制御されている太陽電池１の発電電力が常用負荷４および一般負荷１１の消費電力を上回っている場合、系統連系用インバータ９は放電し、太陽電池１の発電電力と両負荷４、１１の全消費電力との差分となる余剰電力を電力系統３に対して売電できる。
【００５２】
図１５はこの実施の形態２における動作状態Ｙ−２での電力の流れを示している。
最大電力点に追従するように制御されている太陽電池１の発電電力が常用負荷４の消費電力を上回っているが、一般負荷１１の消費電力まで賄えない場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、常用負荷４と一般負荷１１の全消費電力と太陽電池１の発電電力との差分を蓄電池２から放電させ、太陽電池１の発電電力と蓄電池２の放電電力をＤＣリンク用コンデンサ８で合成し、系統連系用インバータ９は一般負荷１１に、定電圧インバータ１０は常用負荷４にそれぞれ消費電力分を送電する。
【００５３】
図１６はこの実施の形態２における動作状態Ｙ−３での電力の流れを示している。
最大電力点に追従するように制御されている太陽電池１の発電電力と蓄電池２の最大放電電力の合計が、常用負荷４の消費電力を上回っているものの、一般負荷１１と常用負荷４との合計の消費電力を下回っている場合、電力系統３からその不足電力分の供給を受ける。
【００５４】
図１７はこの実施の形態２における動作状態Ｙ−４での電力の流れを示している。
最大電力点に追従するように制御されている太陽電池１の発電電力と蓄電池２の最大放電電力の合計が常用負荷４の消費電力を下回っている場合、系統連系用インバータ９はＤＣリンク用コンデンサ８への充電動作を開始し、電力系統３から一般負荷１１の消費電力と常用負荷４の消費電力に対する不足電力分の供給を受ける。
【００５５】
なお、この実施の形態２においても、系統事故時の電力の流れは、実施の形態１で示したＸ−５、Ｘ−６、Ｘ−７と同様であるので詳しい説明は省略する。
【００５６】
このように、この実施の形態２において、コントローラ５は、少なくともＹ−１〜Ｙ４およびＸ５〜Ｘ７の７つの動作状態を満足するための制御を行っている。ここで、系統連系用インバータ９は、出力電流を目標電流に制御する電流制御型電圧インバータ方式で動作しており、また定電圧インバータ１０は、出力電圧を目標電圧に制御する電圧制御型電圧インバータ方式で動作している。
【００５７】
そのため、コントローラ５は、ＤＣリンク用コンデンサ８のＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋを検出しており、このＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが制御目標となる目標電圧Ｖｔｈ６となるように蓄電池２が放電する電力を制御している。
【００５８】
図１８にコントローラ５による双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力制御のブロック図を示す。
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋと目標電圧Ｖｔｈ６の偏差より制御器５５により双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７が蓄電池２から放電する放電電力を定める放電電力指令値を決定する。制御器５５は比例制御や比例積分制御に代表される制御手段を有している。上記の放電電力指令値とは、例えば双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７により蓄電池２から出力される目標電力値もしくは目標電流値である。制御器５５で得られた上記の放電電力指令値は、リミッタ６５によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。
【００５９】
太陽電池１の出力を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ６は、山登り法に代表される最大電力点追従制御を実施している。ここで、前記動作状態Ｘ−５（図６）のように、太陽電池１の発電量が各インバータ９、１０の最大出力電力を上回った場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは上昇する。このため、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが目標電圧Ｖｔｈ６より高い値に予め設定された太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ７（＞Ｖｔｈ６）を超えた場合には、太陽電池１の出力電圧を最大電力点電圧Ｖｍｐｐよりも高い電圧に制御することにより発電電力を抑制する。この時、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ７に制御される。
【００６０】
図１９にコントローラ５による太陽電池１の出力電力抑制制御のブロック図を示す。
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋと太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ７の偏差より制御器５６により太陽電池１に対する発電抑制電力を定める発電抑制電力指令値を決定する。上記の発電抑制電力指令値とは、例えば太陽電池電圧の制御目標電圧を最大電力点電圧Ｖｍｐｐから開放電圧側に変更させる電圧変化量、もしくは太陽電池１の出力電流を減少させる電流減少量である。制御器５６で得られた上記の発電抑制電力指令値は、リミッタ６６によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。
【００６１】
コントローラ５は、電力系統３に流れる買電電力Ｐｇｒｉｄを検出しており、この買電電力Ｐｇｒｉｄが制御目標となる目標買電電力Ｐｔｈ１となるように系統連系用インバータ９の出力電力、つまりは出力電流を決定する。
【００６２】
図２０にコントローラ５による系統連系用インバータ９の買電電力制御のブロック図を示す。
買電電力Ｐｇｒｉｄと目標買電電力Ｐｔｈ１の偏差より制御器５７により系統連系用インバータ９の出力電力を定める出力電力指令値を決定する。上記の出力電力指令値とは、例えば系統連系用インバータ９が出力する電力値、もしくは系統連系用インバータ９が出力する目標電流値である。制御器５７で得られた上記の出力電力指令値は、リミッタ６７によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。なお、この実施の形態２では、買電電力の目標値をゼロとして説明しているので、このとき、上記の目標買電電力Ｐｔｈ１は、“０”ということになる。
【００６３】
次に、前記動作状態Ｙ−３（図１６）のように、最大電力点に追従するように制御されている太陽電池１の発電電力と蓄電池２の最大放電電力の合計が、常用負荷４の消費電力を上回っているものの、一般負荷１１と常用負荷４との合計の消費電力を下回っている場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは降下する。このため、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが目標電圧Ｖｔｈ６以下の値に予め設定された蓄電池不足閾値Ｖｔｈ８（＜Ｖｔｈ６）を下回った場合、系統連系用インバータ９からの出力電力を抑制する制御を開始し、電力系統３からの電力供給が開始される。この時、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは蓄電池不足閾値Ｖｔｈ８に制御される。
【００６４】
図２１にコントローラ５による系統連系用インバータ９の出力電力抑制制御のブロック図を示す。
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋと蓄電池不足閾値Ｖｔｈ８の偏差より制御器５８により系統連系用インバータの出力電力の抑制値を定めるインバータ出力電力抑制指令値を決定する。上記のインバータ出力電力抑制指令値とは、例えば系統連系用インバータ９が抑制する出力電力値そのもの、もしくは系統連系用インバータ９が抑制する出力電流値である。制御器５８で得られた上記のインバータ出力電力抑制指令値は、リミッタ６８によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。
【００６５】
次に、前記動作状態Ｙ−４（図１７）のように、太陽電池１の発電電力と蓄電池２の最大放電出力の合計値が常用負荷４の消費電力を下回っている場合、系統連系用インバータ９の放電を停止したとしてもＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは蓄電池不足閾値Ｖｔｈ８よりも更に降下する。ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが蓄電池不足閾値Ｖｔｈ８よりも低く予め設定された直流電力不足閾値Ｖｔｈ９を下回った場合、系統連系用インバータ９はＤＣリンク用コンデンサ８の充電動作を開始し、電力系統３からＤＣリンク用コンデンサ８を充電する。この時、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは直流電力不足閾値Ｖｔｈ９に制御される。この直流電力不足閾値Ｖｔｈ９が上記の蓄電池不足閾値Ｖｔｈ８と同じ値とした場合、系統連系用インバータ９の充放電切り替えが連続的に円滑に実行できる。
【００６６】
図２２にコントローラ５による系統連系用インバータ９の充電電力制御のブロック図を示す。
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋと直流電力不足閾値Ｖｔｈ９の偏差より制御器５９により系統連系用インバータ９の電力系統３からの充電電力を定める充電電力指令値を決定する。上記の充電電力指令値とは、例えば系統連系用インバータ９が充電する出力電力値そのもの、もしくは系統連系用インバータ９が制御する充電電流値である。制御器５９で得られた上記の充電電力指令値は、リミッタ６９によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。
【００６７】
また、前記動作状態Ｘ−８（図１３）のように、電力系統３が系統事故により異常な状態であるとき、系統連系用インバータ９の充放電能力が大きく損なわれる。このとき、太陽電池１の発電電力および蓄電池２の最大放電電力の合計が常用負荷４の消費電力を下回る場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは直流電力不足閾値Ｖｔｈ９よりも更に降下する。そして、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが直流電力不足閾値Ｖｔｈ９よりも低い値に予め設定された直流下限値Ｖｔｈ１０（＜Ｖｔｈ９）まで下がったときには、コントローラ５は過負荷と判断して電力変換装置の動作を停止する。
【００６８】
図２３は、この実施の形態２において、電力系統３から電力供給を受ける買電電力をゼロ、もしくは一定値以下に抑える制御を行う、いわゆるピークカット運転を行う第２の制御モードを実施する場合の、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋの変化に対する太陽電池１の制御状態、蓄電池２の放電状態、および系統連系用インバータ９の充放電動作状態をまとめたものである。以下、図２３を用いてこれらの動作状態について説明する。
【００６９】
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが目標電圧Ｖｔｈ６に制御されている基本状態である状態Ｌから、太陽電池１の最大発電電力が系統連系用インバータ９の放電量を超えた場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが上昇し、状態Ｋを経由して状態Ｊに移行する。これに応じて、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ７に制御されるように太陽電池１の発電電力が抑制される。
【００７０】
次に、基本状態である状態Ｌから太陽電池１の発電電力および蓄電池２の最大発電電力が常用負荷４と一般負荷１１の合計の消費電力量を下回った場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは減少して状態Ｍを経由して状態Ｎに移行する。これに応じて、系統連系用インバータ９は放電電力が抑制され、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが蓄電池不足閾値Ｖｔｈ８に制御されるように電力系統３より一般負荷１１へ電力の供給を受ける。
【００７１】
次に、状態Ｎから太陽電池１の発電電力および蓄電池２の合計の最大発電電力が常用負荷４の消費電力量を下回った場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは更に減少し、状態Ｏを経由して状態Ｐに移行する。これに応じて、系統連系用インバータ９はＤＣリンク用コンデンサ８への充電動作を開始し、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが直流電力不足閾値Ｖｔｈ９に制御されるように電力系統３より電力の供給を受ける。
【００７２】
次に、電力系統３に瞬時電圧低下、もしくは停電が発生し、かつ太陽電池１の発電電力量と蓄電池２の合計の最大放電電力が常用負荷４の消費電力量を下回った場合には、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは状態Ｐから更に減少し、状態Ｑを経由して状態Ｒに移行する。これに応じて、コントローラ５は、過負荷と判断して装置の動作を停止する。
【００７３】
以上のように、この実施の形態２では、各負荷４、１１への電力供給の優先順位を太陽電池１、蓄電池２、電力系統３の順になるような第２の制御モードを採用することで、電力系統３から購入する電力が一定電力を越えないように制御するピークカット運転を容易に実施することができる。しかも、このピークカット運転中でも常用負荷に対して必要な電力を安定して供給することができる。
【００７４】
実施の形態３．
この実施の形態３では、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋを制御する際に使用する実施の形態１で示した目標電圧Ｖｔｈ１と太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ２との間、あるいは、実施の形態２で示した目標電圧Ｖｔｈ６と太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ７の間に、余剰電力充電閾値Ｖｔｈ１１を設定する。
【００７５】
例えば、上記の実施の形態２において、余剰電力充電閾値Ｖｔｈ１１を設定した場合について、太陽電池１の発電量が各インバータ９、１０の出力電力を上回った場合、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは上昇を始める。ここで、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが上記の余剰電力充電閾値Ｖｔｈ１１を超えた場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７は蓄電池２への充電動作を開始する。そして、この充電電力は、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋが余剰電力充電閾値Ｖｔｈ１１に制御されるように決定される。
【００７６】
しかし、蓄電池２への充電可能電力、常用負荷４、および一般負荷１１の消費電力の合計よりも更に太陽電池１の発電電力が高い場合には、ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋは太陽電池抑制閾値Ｖｔｈ７まで更に上昇するので、これに応じて太陽電池１の発電電力の抑制が開始される。
【００７７】
図２４にコントローラ５による双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７の蓄電池２に対する余剰電力充電制御のブロック図を示す。
ＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋと余剰電力充電閾値Ｖｔｈ１１の偏差より制御器７０により双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７の蓄電池２に対する充電電力を定める充電電力指令値を決定する。制御器７０で得られた上記の充電電力指令値は、リミッタ８０によりその上限値および下限値がそれぞれ制限される。
【００７８】
なお、図２５はこの実施の形態３において、電力系統３から電力供給を受ける買電電力をゼロ、もしくは一定値以下に抑える制御を行う、いわゆるピークカット運転を行う第２の制御モードを実施する際に、余剰電力充電閾値Ｖｔｈ１１を設定した場合のＤＣリンク電圧Ｖｌｉｎｋの変化に対する太陽電池１の制御状態、蓄電池２の放電状態、および系統連系用インバータ９の充放電動作状態をまとめたものである。
【００７９】
この実施の形態３によれば、実施の形態１あるいは実施の形態２の効果に加えて、太陽電池１の余剰電力を電力系統３へ逆潮流できない場合に蓄電池２への充電が可能となるので、太陽電池１の発電ロスを抑えることができる。
【００８０】
実施の形態４．
図２６はこの実施の形態４における電力変換装置の構成図であり、図１に示した構成と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００８１】
この実施の形態４の特徴は、系統連系用インバータ９を電力系統３または常用負荷４に択一的に接続する第１の切替器１４と、定電圧インバータ１０を電力系統３または常用負荷４に択一的に接続する第２の切替器１５とを備え、コントローラ５は、第１、第２の切替器１４、１５による接続切り替えを制御するように構成されていることである。
その他の構成については、図１に示した場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００８２】
この実施の形態４において、通常状態では第１の切替器１４は電力系統３への接続端子に、また第２の切替器１５は常用負荷４への接続端子にそれぞれ接続されている。
【００８３】
ここで、常用負荷４の消費電力が定電圧インバータ１０の出力可能限界を超えており、かつ太陽電池１の発電電力が十分大きくて常用負荷４の消費電力よりも高い値に予め設定される単独発電可能閾値を超えている場合、コントローラ５により第１の切替器１４に対して接続先を変更する指令を与え、第１の切替器１４の接続先を電力系統３から常用負荷４の接続端に切り替え、かつ系統連系用インバータ９は電圧制御型電圧インバータ方式で出力制御を行う。これにより、従来よりも大きな電力を要する常用負荷４を利用することができる。
【００８４】
また、利用する常用負荷４が存在しない場合、コントローラ５により第２の切替器１５に対して接続先を変更する指令を与え、第２の切替器１５の接続先を常用負荷４の接続端から電力系統３に接続端に切り替え、かつ定電圧インバータ１０は電流制御型電圧インバータ方式で出力制御を行う。これにより、従来よりも大きな発電容量をもつ太陽電池１の発電電力を売電可能となる。
【００８５】
また、系統連系用インバータ９と定電圧インバータ１０の出力電力容量が異なる場合は、常用負荷４の消費電力、一般負荷１１の消費電力、および電力系統３へ供給する電力の大きさに応じて、系統連系用インバータ９と定電圧インバータ１０の内、各出力電力を放電可能なインバータが選択されるように、第１、第２の切替器１４、１５により接続を切り替えることで、インバータと負荷を適宜選択することが可能となる。
【００８６】
例えば、系統連系用インバータ９の定格出力電力が２ｋＶＡであり、定電圧インバータ１０の定格出力電力が４ｋＶＡである場合に、常用負荷４の消費電力が２ｋＶＡ以下であるならば、系統連系用インバータ９が常用負荷４へ電力を供給するように第１の切替器１４の接続を切り替え、また、定電圧インバータ１０が電力系統３に電力を供給するように第２の切替器１５の接続を切り替える。これにより、電力系統３への供給能力を向上することができ、また、系統連系用インバータ９と定電圧インバータ１０の内、１台は小さい容量品を設置できるので、コストを抑えることが可能となる。
【００８７】
なお、この発明は、上記の実施の形態１〜４の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、各実施の形態１〜４の構成に変形を加えたり、構成を一部省略することができ、更に、各実施の形態１〜４を適宜に組み合わせることが可能である。
【００８８】
例えば、上記の実施の形態１〜４では分散型電源として太陽電池１を採用しているが、これに限らず燃料電池や直流出力可能な風力発電用パワーコンディショナなどの他の分散型電源を用いることもでき、また、このような分散型電源と組み合わせれば、太陽電池１が発電しない天候時や時間であっても長時間のバックアップを実現できるので都合が良い。
【００８９】
また、この実施の形態１〜４では、ＤＣリンク用コンデンサ８には、２台のＤＣ／ＤＣコンバータ６、７を並列接続した構成としているが、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力数はこのような２台に限らず、３台以上のＤＣ／ＤＣコンバータを利用して多数の分散型電源と連携して動作させる構成とすることも可能である。
【００９０】
また、上記の実施の形態１では、コントローラ５は、図９〜図１２に示す構成の制御部を備えたものとし、また、上記の実施の形態２では、コントローラ５は、図１８〜図２２に示す構成の制御部を備えたものとし、更に、上記の実施の形態３では、更に図２４に示す構成の制御部を備えたものとしているが、これらの各制御部は、専用のハードウェアで構成するだけでなく、所定のプログラムをインストールするなどしてソフトウェアで構成することが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１  太陽電池、２  蓄電池、３  電力系統、４  常用負荷、５  コントローラ、
６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、７  双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、
８  ＤＣリンク用コンデンサ、
９  系統連系用インバータ（第１のＤＣ／ＡＣインバータ）、
１０  定電圧インバータ（第２のＤＣ／ＡＣインバータ）、１１  一般負荷、
１４  第１の切替器、１５  第２の切替器。
【図１】
0006635671.tif 000002
【図２】
0006635671.tif 000003
【図３】
0006635671.tif 000004
【図４】
0006635671.tif 000005
【図５】
0006635671.tif 000006
【図６】
0006635671.tif 000007
【図７】
0006635671.tif 000008
【図８】
0006635671.tif 000009
【図９】
0006635671.tif 000010
【図１０】
0006635671.tif 000011
【図１１】
0006635671.tif 000012
【図１２】
0006635671.tif 000013
【図１３】
0006635671.tif 000014
【図１４】
0006635671.tif 000015
【図１５】
0006635671.tif 000016
【図１６】
0006635671.tif 000017
【図１７】
0006635671.tif 000018
【図１８】
0006635671.tif 000019
【図１９】
0006635671.tif 000020
【図２０】
0006635671.tif 000021
【図２１】
0006635671.tif 000022
【図２２】
0006635671.tif 000023
【図２３】
0006635671.tif 000024
【図２４】
0006635671.tif 000025
【図２５】
0006635671.tif 000026
【図２６】
0006635671.tif 000027