(57)【要約】【課題】逆潮流防止動作切替時のタイムラグと交流配電網への電圧過渡変動を抑制するとともに、エネルギーロスの削減が可能な逆潮流防止機能付き双方向電力変換装置を提供する。【解決手段】商用出力電流検出回路１４により検出された商用出力電流が逆潮流設定電流値Ｉｓｍ（Ａ）を下回ると、逆潮流防止出力制御回路１３は商用出力電流がＩｓｍ（Ａ）を下回らないよう双方向電力変換ユニット１１のコンバータ２７のスイッチングパターンの制御により交流出力電圧を下げることで直流配電網１８から交流配電網１９への電力変換量を減少させ、逆潮流を防止する。また、直流配電網１８内の余剰電力は双方向変換ユニット１１と並列に直流配電網１８に接続された直流電圧安定用バッテリー１２に蓄える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直流電源と複数の直流負荷が接続される直流配電網と、商用電源と複数の交流負荷が接続される交流配電網とに接続され、交流と直流間の相互電力変換を行う双方向電力変換装置であって、
交流と直流間の相互電力変換を行う双方向電力変換ユニットと、
前記商用電源から前記交流配電網へ流れる電流を検出する商用出力電流検出回路と、
前記商用出力電流検出回路の検出電流を逆潮流設定電流値と比較し、前者が後者を下回ると、前記双方向電力変換ユニットに出力抑制信号を出力し、前記双方向電力変換ユニットの交流出力を減少させ、逆潮流を防止する逆潮流防止出力制御回路と、
逆潮流防止動作時の直流配電網の余剰電流を吸収する直流電圧安定用バッテリーと
を有する双方向電力変換装置。
【請求項２】
前記双方向電力変換ユニットを複数含む、請求項１に記載の双方向電力変換装置。
【請求項３】
前記直流電圧安定用バッテリーとして、逆潮流防止制御中に直流負荷または交流負荷の減少により直流配電網電圧が増加する場合に、満充電にならない定格電圧のバッテリーを用いる、請求項１または２に記載の双方向電力変換装置。
【請求項４】
前記双方向電力変換装置により維持される直流配電網電圧を前記直流電圧安定用バッテリーが満充電にならない電圧範囲に制御する制御手段を有する、請求項１から３のいずれかに記載の双方向電力変換装置。
【請求項５】
前記双方向変換ユニットは直流配電網に接続されたコンバータと、交流配電網側に接続されたインバータを有し、前記コンバータはスイッチング動作により前記双方向電力変換ユニットの交流出力を減少させる、請求項１に記載の双方向電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の直流電源と複数の直流負荷が接続される直流配電網と、商用電源と複数の交流負荷が接続される交流配電網とに接続され、直流配電網と交流配電網間との間の相互電力供給を行う双方向電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
系統と連系運転する自家発電設備における逆潮流防止装置がたとえば特許文献１や特許文献２から公知である。特許文献１は負荷が減少すると発電装置側の出力も減少させる制御を行なう。また、特許文献２は商用電力が停電したら、太陽光発電などの分散電源を直ちに停止させる制御を行なう。
【０００３】
このような逆潮流防止機能付き発電装置を用いた電力供給システムの従来例を図５に示す。この逆潮流防止機能付き発電装置は交流発電機３と商用出力電力検出器４とダミー抵抗電力検出器５と逆潮流防止制御回路６と出力制御コントローラ７、ダミー抵抗投入回路８とダミー抵抗９から構成され、交流負荷２に対して商用電源１と連系して電力を供給している。
【０００４】
交流負荷２の減少により交流発電機３の発電量が交流負荷２に対して相対的に過剰になると、逆潮流防止制御回路６は商用出力電力検出器４の検出値から逆潮流電力量を算出し、ダミー抵抗投入回路８に逆潮流電力量に相当するダミー抵抗９を投入する信号を送出する。また、これと平行して出力制御コントローラ７に交流発電機３の発電量を抑制する信号を送出する。その後、交流発電機３の出力が減少し、商用出力電力検出器４により検出された商用電源の出力が、ダミー抵抗電力検出器５により検出されたダミー抵抗の消費電力より大きくなると、逆潮流防止制御回路６はダミー抵抗投入回路８にダミー抵抗を開放する信号を送出する。
【特許文献１】特開平７−１２３５９６号公報
【特許文献２】特開平１１−４１８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の逆潮流防止機能付き発電装置では、逆潮流防止のために交流負荷にスイッチを介して並列に接続するダミー抵抗が必要であり、ダミー抵抗の接続を行うスイッチにはリレーが用いられるため、逆潮流防止動作の切替時にタイムラグが生じ、ダミー抵抗の投入は交流配電網へ過渡的な電圧変動を引き起こし、また、ダミー抵抗の消費電力が全て損失になるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、逆潮流防止動作切替時のタイムラグと交流配電網への電圧過渡変動を抑制するとともに、エネルギーロスの削減が可能な逆潮流防止機能付き双方向電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の双方向電力変換装置は、交流と直流間の相互電力変換を行う双方向電力変換ユニットと、商用電源から前記交流配電網へ流れる電流を検出する商用出力電流検出回路と、商用出力電流検出回路の検出電流を逆潮流設定電流値と比較し、前者が後者を下回ると、前記双方向電力変換ユニットに出力抑制信号を出力し、双方向電力変換ユニットの交流出力を減少させ、逆潮流を防止する逆潮流防止出力制御回路と、逆潮流防止動作時の直流配電網の余剰電流を吸収する直流電圧安定用バッテリーとを有する。
【０００８】
商用出力電流検出回路により検出された商用出力電流が逆潮流設定電流値Ｉｓｍ（Ａ）を下回ると、逆潮流防止出力制御回路は商用出力電流がＩｓｍ（Ａ）を下回らないよう双方向電力変換ユニットのコンバータのスイッチングパターンの制御により交流出力電圧を下げることで直流配電網から交流配電網への電力変換量を減少させ、逆潮流を防止する。また、直流電源の発電量および直流負荷が減少しないと直流配電網に余剰電力が発生するが、直流配電網内の余剰電力は双方向変換ユニットと並列に直流配電網に接続された直流電圧安定用バッテリーに蓄える。これにより、従来の逆潮流防止機能を有する発電装置に比べて、ダミー抵抗投入によるスイッチングを行う必要がないため、逆潮流防止動作の切替時のタイムラグが発生せず、過渡電圧変動を抑制し、逆潮流防止動作中のエネルギーロスの低減が可能になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、双方向電力変換装置の逆潮流防止制御について、逆潮流防止動作切替時のタイムラグと交流配電網への電圧過渡変動を抑制するとともに、逆潮流動作時の余剰発電量を直流電圧安定用バッテリーに蓄えることによってエネルギーロスの削減が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１を参照すると、本実施形態の逆潮流防止機能付き双方向電力変換装置１０は、直流電圧Ｖ０（Ｖ）の直流配電網１８とＡＣ２００（Ｖ）の交流配電網１９、商用電源１に接続されている。直流配電網１８は太陽光発電装置１５、燃料電池１６などの複数の直流電源と複数の直流負荷１７から構成されている。交流配電網１９は、複数の交流負荷２と商用電源１から構成されている。双方向電力変換装置１０は双方向変換ユニット１１と商用出力電流検出回路１４と逆潮流防止出力制御回路１３と直流電圧安定用バッテリー１２から構成されている。双方向変換ユニット１１は直流配電網１８側にコンバータ２７、交流配電網１９側にインバータ２８を備えている。コンバータ２７とインバータ２８間はＶｌｉｎｋ２９と呼ぶ。双方向変換ユニット１１のコンバータ２７は、図２に示すように、スイッチ２０とダイオード２１とインダクタンス２２とコンデンサー２３と入力電圧検出回路２４と入力電圧制御回路２５と逆潮流防止出力抑制回路２６で構成されている。なお、図１には実際には双方向変換ユニット１１が複数含まれている。双方向変換ユニット１１が１台の場合でも複数の場合でも逆潮流の防止のための、双方向変換ユニット１１での交流出力低減を独立して行なうことができる。
【００１２】
双方向電力変換装置１０は、直流配電網１８の電圧がＶｈ≧Ｖ０≧Ｖｌを満たすＶ０（Ｖ）では直流配電網１８と交流配電網１９間で電力のやり取りを行わない待機動作の状態であり、Ｖｌｉｎｋ２９はコンバータ２７とインバータ２８によりＶｒ（Ｖ）に保たれる。直流配電網１８の電圧ＶｄｃがＶｈ（Ｖ）を上回ると、双方向電力変換装置１０は直流配電網１８の電圧ＶｄｃをＶ０（Ｖ）に下げるように、直流配電網１８から交流配電網１９に電力を送るインバータ動作に遷移する。また、直流配電網１８の電圧ＶｄｃがＶｌ（Ｖ）を下回ると双方向電力変換装置１０は直流配電網１８の電圧ＶｄｃをＶ０（Ｖ）に上げるように交流配電網１９から直流配電網１８へ電力を送る整流動作に遷移する。
【００１３】
次に、本実施形態の双方向電力変換装置１０の動作を、コンバータ２７の制御方法を示す図３を参照して説明する。
【００１４】
１）通常のインバータ動作時
直流配電網１８の電圧Ｖｄｃを下げるために、直流から交流への電力変換を行なうインバータ動作中の双方向電力変換装置１０のインバータ出力はＶｌｉｎｋの電圧に比例して大きくなる。また、コンバータ２７のスイッチングのオン時間Ｔｏｎはコンバータ２７の出力電圧に比例する。そこで、直流配電網１８の電圧Ｖｄｃと目標電圧Ｖ０の差が大きいほど、コンバータ２７の出力電圧を減少させる制御を行ない、直流系統から交流系統への電力変換量を増大させる。
【００１５】
直流配電網１８の電圧ＶｄｃがＶｈ（Ｖ）を上回ると（ステップ１０１）、直流から交流へのインバータ動作時が開始され（ステップ１０２）、商用出力電流検出回路１４で検出された商用出力電流Ｉｃｓに比例した信号が逆潮流防止出力制御回路１３へ出力される。コンバータ２７のスイッチ２０のオン時間Ｔｏｎを０に初期化する（ステップ１０３）。電圧Ｖｄｃと電圧Ｖ０の差に定数γを掛けこれにＴｏｎを加えたものをＴｏｎ‘とする（ステップ１０４）。逆潮流防止出力制御回路１３ではＩｃｓと、逆潮流を起こさない余裕分を含めた逆潮流設定電流（Ｉｓｍ（Ａ））とを比較する（ステップ１０５）。IｃｓがＩｓｍよりも大きい場合、Ｔｏｎ’をＴｏｎとし（ステップ１０６）、入力電圧制御回路２５からスイッチ２０にスイッチング信号Ｔｏｎを送信し（ステップ１０７）、ステップ１０４に戻る。
【００１６】
２）逆潮流防止制御動作時
直流配電網１８の電圧Ｖｄｃが高いため双方向の交流出力が増加し、商用出力電流が減少すると、交流負荷が小さい場合、逆潮流が起こる。そのため、逆潮流の閾値電流Ｉｓｍと商用出力電流Ｉｃｓの差に反比例するように、コンバータの２７のスイッチングのオン時間を制御し、双方向の交流出力を減少させる。
【００１７】
商用出力電流検出回路１４で検出されるＩｃｓが減少し、ＩｃｓがＩｓｍ（Ａ）を下回ると（ステップ１０５のＮＯの場合）、Ｔｏｎ‘をＴｏｎ“とし（ステップ１０８）、Ｘ（ｎ）を０に初期化する（ステップ１０９）。次に、ＩｃｓとＩｓｍの差に定数κを掛け、これにＸ（ｎ）を加えたものをＸ（ｎ＋１）とする（ステップ１１０）。Ｘ（ｎ＋１）をＸ（ｎ）とし（ステップ１１１）、このＸ（ｎ）にＴｏｎ”を掛けたものをＴｏｎとし（ステップ１１２）、入力電圧制御回路２５からスイッチ２０にスイッチング信号Ｔｏｎを送信する（ステップ１１３）。以上のステップ１１０から１１３をＸ（ｎ）が１以上になるまで繰り返す。Ｘ（ｎ）が１以上になると、ステップ１０３に戻る。
【００１８】
なお、直流電圧安定用バッテリー１２には、双方向電力変換装置１０が待機動作時の直流電圧Ｖ０（Ｖ）でも充電容量７５％程度で満充電にならない定格電圧の蓄電池を用いる。直流充電電圧と直流電圧安定用バッテリー１２の充電容量の関係例を図４に示す。直流電圧安定用バッテリー１２は双方向電力変換装置１０内の直流配電網１８側に双方向変換ユニット１１と並列に接続されている。双方向電力変換装置１０の逆潮流防止動作が働いた場合に、交流負荷２または直流負荷１７が減少した場合、直流配電網１８内の発電量が過剰になり、直流配電網１８の電圧が上昇する。これに伴い、直流電圧安定用バッテリー１２は充電を開始し、直流配電網１８の電圧上昇を抑制する。一方、直流電圧安定用バッテリー１２に蓄えられた電力は、直流配電網１８の電圧が低下した場合に放電することによって、直流負荷１７または交流負荷２にて消費されることで、逆潮流防止動作時の余剰電力を有効に利用できる。なお、直流電圧安定用バッテリー１２が例えばシール鉛蓄電池の場合で、単一電池の電圧は電池が容量０％の場合が１．６Ｖ、容量が１００％の場合が２．２３Ｖだとすると、直流電圧安定用バッテリー１２の各１個１個の電圧がこの電圧範囲から逸脱しないように双方向電力変換装置１０の整流動作開始電圧ＶＬ、インバータ動作開始電圧ＶＨを設定する制御手段（不図示）が双方向電力変換装置１０内に備えられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による逆潮流防止機能付き双方向電力変換装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】双方向変換ユニットのコンバータの構成を示す図である。
【図３】双方向電力変換ユニットのコンバータ制御の説明図である。
【図４】直流配電網電圧と直流電圧安定用バッテリーの充電量特性を示す図である。
【図５】従来の逆潮流防止機能付き交流発電装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    商用電源
２    交流負荷
３    交流発電機
４    商用出力電力検出器
５    ダミー抵抗電力検出器
６    逆潮流防止制御回路
７    出力制御コントローラ
８    ダミー抵抗投入回路
９    ダミー抵抗
１０    双方向電力変換装置
１１    双方向変換ユニット
１２    直流電圧安定用バッテリー
１３    逆潮流防止出力制御回路
１４    商用出力電流検出回路
１５    風力発電装置
１６    燃料電池
１７    直流負荷
１８    直流配電網
１９    交流配電網
２０    スイッチ
２１    ダイオード
２２    インダクタンス
２３    コンデンサー
２４    入力電圧検出回路
２５    出力電圧制御回路
２６    逆潮流防止出力制御回路
２７    コンバータ
２８    インバータ
２９    Ｖｌｉｎｋ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007159370.tif 000006
【図５】
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