(57)【要約】【課題】第１の発電部が発電する直流電力を交流電力に変換して出力する第１の電力変換装置と、第２の発電部が発電する直流電力を交流電力に変換して出力する第２の電力変換装置とを備える発電システムにおいて、自立運転モード時の発電電力の一層の有効利用を図る。【解決手段】第１の発電部Ａが発電する直流電力を第１の電力変換装置１から第２の電力変換装置１へ供給する直流電力供給電路１０，１１，１６と、該直流電力供給電路１０，１１，１６の中途部に設けられて電路を開閉可能なスイッチング手段１４とを備え、自立運転モード時にスイッチング手段１４を閉動作させることによって、第１の発電部Ａの発電電力を第１の電力変換装置１から第２の電力変換装置１へ供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発電部が発電する直流電力を交流電力に変換して出力する第１の電力変換装置と、第２の発電部が発電する直流電力を交流電力に変換して出力する第２の電力変換装置とを備える発電システムにおいて、
第１の発電部が発電する直流電力を第１の電力変換装置から第２の電力変換装置へ供給する直流電力供給電路と、該直流電力供給電路の中途部に設けられて電路を開閉可能なスイッチング手段とを備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電システムにおいて、前記直流電力供給電路の中途部には電力の逆流を防止する整流器がさらに設けられていることを特徴とする発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発電システムにおいて、第１及び第２の電力変換装置はそれぞれ、第１又は第２の発電部が発電する直流電力を昇圧するコンバータと、該コンバータによって昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間に設けられたＤＣリンク部とを備え、前記直流電力供給電路は、第１の電力変換装置の前記ＤＣリンク部と第２の電力変換装置の前記ＤＣリンク部とを接続するものであることを特徴とする発電システム。
【請求項４】
第１の電力変換装置が、所定の出力抑制運転モード時に出力を所定電力未満に制限するよう動作可能に構成された請求項１，２又は３に記載の発電システムにおいて、第１の電力変換装置が前記出力抑制運転モードである時に前記スイッチング手段を閉動作させる電力供給制御手段をさらに備えていることを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の発電システムにおいて、各電力変換装置は、系統電力に連系するよう出力電力を調整して電力系統に出力する系統連系運転モードと、出力電力を自立コンセントに出力する自立運転モードとに運転モードとを切替え可能に構成され、前記出力抑制運転モードは前記自立運転モードであることを特徴とする発電システム。
【請求項６】
請求項５に記載の発電システムにおいて、各電力変換装置は、出力電力の自立コンセントへの電路を開閉する開閉器と、該開閉器の開閉動作を制御する自立運転制御手段とをさらに備え、各電力変換装置の自立運転制御手段は、自立運転モード時に前記開閉器を閉動作させるとともに、第１の電力変換装置の自立運転制御手段は、自立運転モード時に所定の電力不足判定条件を満たすと第１の電力変換装置の前記開閉器を開動作させることを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムなどの発電システムに関し、特に２以上の発電部と各発電部毎に設けられた電力変換装置（パワーコンディショナ）とを有する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電の普及に伴い、一の需要家が比較的大出力の太陽光発電システムを導入するケースも増えつつある。このような大出力の太陽光発電システムは、下記の特許文献１及び２などにも開示されているように、複数の太陽光発電部（太陽電池アレイ）と、各発電部に対応してそれぞれ設けられた複数のパワーコンディショナとを備えている。
【０００３】
また、従来のパワーコンディショナの一般的な構成として、系統連系運転モード時には太陽電池の発電電力をパワーコンディショナを介して商用電力系統に出力する一方、停電が発生したときには自立運転モードに切替えて自立コンセントを介して負荷に発電電力を供給するように構成されている。コンセントの定格電流は１５Ａであるため、各パワーコンディショナは、自立運転モード時には出力を１．５ｋＷで制限するよう出力抑制制御を行うよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２１７６４４号公報
【特許文献２】特許第４７８３２９９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、発電部の発電出力に余裕があり、１．５ｋＷ以上の発電が可能である場合においても、自立運転モード時には１．５ｋＷまでに出力抑制制御がなされるため、１．５ｋＷを超える分の発電量を自立運転出力としては使用できないという問題がある。また、自立運転出力によって負荷を稼働させる場合、各パワーコンディショナごとに個別に自立コンセントが設けられているため、すべての発電部のトータル発電量が負荷の動作必要電力以上であっても、各発電部毎の発電量が負荷の動作必要電力未満であると、負荷を稼働させることができないという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の発電部毎にパワーコンディショナなどの電力変換装置が設けられた発電システムにおいて、発電電力の一層の有効利用を図ることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。
【０００８】
すなわち、本発明は、第１の発電部が発電する直流電力を交流電力に変換して出力する第１の電力変換装置と、第２の発電部が発電する直流電力を交流電力に変換して出力する第２の電力変換装置とを備える発電システムにおいて、第１の発電部が発電する直流電力を第１の電力変換装置から第２の電力変換装置へ供給する直流電力供給電路と、該直流電力供給電路の中途部に設けられて電路を開閉可能なスイッチング手段とを備えることを特徴とするものである（請求項１）。
【０００９】
かかる本発明の発電システムによれば、スイッチング手段を開動作させれば、第１の発電部が発電する直流電力はすべて第１の電力変換装置において交流電力に変換出力され、第２の発電部が発電する直流電力はすべて第２の電力変換装置において交流電力に変換出力される。一方、スイッチング手段を閉動作させると、第１の電力変換装置の出力部に接続された負荷の消費電力が第１の発電部の発電量よりも少ない場合、第１の発電部の余剰電力が直流電力供給電路を介して第２の電力変換装置に供給されて第２の発電部が発電する直流電力と合わせて交流電力に変換され、この交流電力を第２の電力変換装置の出力部に接続された負荷に出力することにより、第２の発電部の発電量が比較的少なくても、第２の電力変換装置の出力部に接続された負荷に第２の発電部の発電量を超える交流電力を供給でき、発電電力の一層の有効利用を図ることができる。
【００１０】
上記本発明の発電システムにおいて、前記直流電力供給電路の中途部には電力の逆流を防止する整流器がさらに設けられているものとすることができる（請求項２）。これによれば、第２の電力変換装置から第１の電力変換装置への電力の逆流を防止でき、第２の電力変換装置の出力部に優先的に動作させたい電気機器を接続することにより、優先的に動作させたい電気機器が電力不足により稼働できなくなることを防止できる。
【００１１】
また、第１及び第２の電力変換装置はそれぞれ、第１又は第２の発電部が発電する直流電力を昇圧するコンバータと、該コンバータによって昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間に設けられたＤＣリンク部とを備える構成とし、前記直流電力供給電路は、第１の電力変換装置の前記ＤＣリンク部と第２の電力変換装置の前記ＤＣリンク部とを接続するものとすることができる（請求項３）。これによれば、ＤＣリンク部の電圧は、発電部の出力電圧よりも安定しているため、第１の電力変換装置から第２の電力変換装置への上記直流電力の供給も安定化し、第２の電力変換装置のインバータが出力する交流電力の安定化に繋がる。
【００１２】
また、第１の電力変換装置は、所定の出力抑制運転モード時に出力を所定電力未満に制限するよう動作可能に構成されたものとすることができ、この場合、本発明の発電システムは、第１の電力変換装置が前記出力抑制運転モードである時に前記スイッチング手段を閉動作させる電力供給制御手段をさらに備えることができる（請求項４）。これによれば、第１の電力変換装置の出力抑制運転時の第１の発電部の余剰電力を出力抑制運転モードに連動して第２の電力変換装置に供給するように電力供給制御手段によって自動的にスイッチング手段を閉動作させることができる。
【００１３】
さらに、各電力変換装置は、系統電力に連系するよう出力電力を調整して電力系統に出力する系統連系運転モードと、出力電力を自立コンセントに出力する自立運転モードとに運転モードを切替え可能に構成されたものとすることができ、前記出力抑制運転モードは前記自立運転モードであってよい（請求項５）。これによれば、自立運転中の第１の発電部の発電電力の有効利用を図ることができる。
【００１４】
また、各電力変換装置は、出力電力の自立コンセントへの電路を開閉する開閉器と、該開閉器の開閉動作を制御する自立運転制御手段とをさらに備え、各電力変換装置の自立運転制御手段は、自立運転モード時に前記開閉器を閉動作させるとともに、第１の電力変換装置の自立運転制御手段は、自立運転モード時に所定の電力不足判定条件を満たすと第１の電力変換装置の前記開閉器を開動作させるものとすることができる（請求項６）。これによれば、停電時などの自立運転中に所定の電力不足判定条件を満たすと、第１の電力変換装置の自立運転制御手段が第１の電力変換装置の前記開閉器を開動作させて、第１の電力変換装置の出力部に接続された負荷への電力供給を遮断し、第１の発電部が発電する直流電力をすべて第２の電力変換装置に供給し、第２の電力変換装置は、第１及び第２の発電部が発電するすべての直流電力を交流電力に変換して第２の電力変換装置の出力部に接続された負荷に供給するので、優先的に稼働させたい負荷、例えば日常生活に欠かせない電気機器である給湯器や調理器などを第２の電力変換装置の自立コンセントに接続しておくことにより、優先度の高い電気機器の動作を可能な限り継続させることができる。
【００１５】
なお、上記電力不足判定条件は、電力不足状態であると判定するための適宜のものであってよく、例えば、第１又は第２の電力変換装置のＤＣリンク部の電圧が降下したことを検出した場合などとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る発電システムによれば、スイッチング手段を開動作させれば、第１の発電部が発電する直流電力はすべて第１の電力変換装置において交流電力に変換出力され、第２の発電部が発電する直流電力はすべて第２の電力変換装置において交流電力に変換出力される。一方、スイッチング手段を閉動作させると、第１の電力変換装置の出力部に接続された負荷の消費電力が第１の発電部の発電量よりも少ない場合、第１の発電部の余剰電力が直流電力供給電路を介して第２の電力変換装置に供給されて第２の発電部が発電する直流電力と合わせて交流電力に変換され、この交流電力を第２の電力変換装置の出力部に接続された負荷に出力することにより、第２の発電部の発電量が比較的少なくても、第２の電力変換装置の出力部に接続された負荷に第２の発電部の発電量を超える交流電力を供給でき、発電電力の一層の有効利用を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る発電システムによれば、第２の電力変換装置から第１の電力変換装置への電力の逆流を防止でき、第２の電力変換装置の出力部に優先的に動作させたい電気機器を接続することにより、優先的に動作させたい電気機器が電力不足により稼働できなくなることを防止できる。
【００１８】
また、本発明の請求項３に係る発電システムによれば、ＤＣリンク部の電圧は、発電部の出力電圧よりも安定しているため、第１の電力変換装置から第２の電力変換装置への上記直流電力の供給も安定化し、第２の電力変換装置のインバータが出力する交流電力の安定化に繋がる。
【００１９】
また、本発明の請求項４に係る発電システムによれば、第１の電力変換装置の出力抑制運転時の第１の発電部の余剰電力を出力抑制運転モードに連動して第２の電力変換装置に供給するように電力供給制御手段によって自動的にスイッチング手段を閉動作させることができる。
【００２０】
また、本発明の請求項５に係る発電システムによれば、自立運転中の第１の発電部の発電電力の有効利用を図ることができる。
【００２１】
また、本発明の請求項６に係る発電システムによれば、停電時などの自立運転中に所定の電力不足判定条件を満たすと、第１の電力変換装置の自立運転制御手段が第１の電力変換装置の前記開閉器を開動作させて、第１の電力変換装置の出力部に接続された負荷への電力供給を遮断し、第１の発電部が発電する直流電力をすべて第２の電力変換装置に供給し、第２の電力変換装置は、第１及び第２の発電部が発電するすべての直流電力を交流電力に変換して第２の電力変換装置の出力部に接続された負荷に供給するので、優先的に稼働させたい負荷、例えば日常生活に欠かせない電気機器である給湯器や調理器などを第２の電力変換装置の自立コンセントに接続しておくことにより、優先度の高い電気機器の動作を可能な限り継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電システムの回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムを示しており、該発電システムは、２つの太陽電池アレイＡ，Ｂ（第１及び第２の発電部）と、各太陽電池アレイＡ，Ｂ毎に設けられた２つのパワーコンディショナ１（第１及び第２の電力変換装置）とを備えている。なお、本実施形態では、２つのパワーコンディショナ１は同じ構成のものを用いている。
【００２５】
各パワーコンディショナ１は、その入力部に接続された太陽電池アレイＡ，Ｂから供給される直流電力を交流電力に変換して商用電力系統Ｓ若しくは自立コンセント２に接続された電気負荷Ａ，Ｂに対して電力供給できるように構成されている。すなわち、パワーコンディショナ１は、ＤＣリンクコンデンサにより構成されるＤＣリンク部３と、太陽電池アレイＡ，Ｂから供給される直流電力を昇圧してＤＣリンク部３に出力する非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ４と、ＤＣリンク部３から供給される直流の発電電力を系統電力に連系する交流電力に電力変換して系統側に出力するための電圧形ブリッジインバータ５（ＤＣ／ＡＣインバータ）と、インバータ５の出力側に設けられた解列用保護リレー６（解列器）と、インバータ５と保護リレー６との間の交流電路から分岐して自立コンセント２に接続される分岐電路に設けられた自立運転用リレー７（開閉器）と、上記コンバータ４並びにインバータ５における各電力変換動作、及び、保護リレー６並びに自立運転用リレー７の開閉動作を制御するための制御部８とを備え、各パワーコンディショナ１の出力部は遮断器９を介して商用電力系統Ｓに接続されている。なお、ＤＣリンク部３には、ＤＣリンク電圧を検出するための電圧センサ（図示せず）が設けられ、制御部８は、ＤＣリンク電圧が所定電圧となるようコンバータ４の昇圧動作を制御するよう構成されている。また、制御部８は、ＤＣリンク部３から供給される電力によって動作するよう構成されている。
【００２６】
また、各パワーコンディショナ１の筐体には、系統連系運転モードと自立運転モードとを切替えるための運転モード切替スイッチ（図示せず）が設けられており、系統連系運転モードに切替えられたときは、制御部８は、保護リレー６を閉動作させる一方、自立運転用リレー７を開動作させて、各太陽電池アレイＡ，Ｂが発電する直流電力をそれぞれ個別に系統電力に連系する交流電力に変換して、商用電力系統Ｓに出力するよう動作制御を行う。
【００２７】
一方、自立運転モードに切替えられたときは、制御部８は、保護リレー６を開動作させるとともに自立運転用リレー７を閉動作させ、各太陽電池アレイＡ，Ｂが発電する直流電力を商用系統電力と同等の交流電力に変換して自立コンセント２に出力するよう動作制御を行う。この自立運転モード時、制御部８は、自立コンセント２からの出力電流がコンセントの定格電流である１５Ａを超えないように、インバータ５の出力を抑制するよう制御する。したがって、自立運転モードは、一種の出力抑制運転モードの一つとなる。なお、商用系統電力と同等とは、例えば、商用系統電力が単相３線式２００Ｖであれば、自立コンセント２出力が単相２線式１００Ｖである。
【００２８】
各パワーコンディショナ１のＤＣリンク部３には、出力電路１０及び入力電路１１が接続されており、出力電路１０は筐体に設けられた電力出力端子１２とＤＣリンク部３とを接続しており、また、入力電路１１は筐体に設けられた電力入力端子１３とＤＣリンク部３とを接続している。出力電路１０の中途部には、電路を開閉可能なリレーやＦＥＴなどにより構成されるスイッチング手段１４と、電力の逆流を防止する整流器１５とが設けられている。なお、スイッチング手段１４及び／又は整流器１５は、入力電路１１の中途部に設けることもできる。
【００２９】
発電部Ａに接続されたパワーコンディショナ１（第１の電力変換装置）の電力出力端子１２と、発電部Ｂに接続されたパワーコンディショナ１（第２の電力変換装置）の電力入力端子１３とは、接続配線１６によって接続されている。而して、出力電路１０、接続配線１６及び入力電路１１によって、発電部Ａが発電する直流電力を、発電部Ａに接続されたパワーコンディショナ１のＤＣリンク部３から発電部Ｂに接続されたパワーコンディショナ１のＤＣリンク部３へ供給する直流電力供給電路が構成されている。なお、図示実施例では、ＤＣリンク部３のグラウンド同士も直流電力供給電路によって接続することにより、スイッチング手段１４を閉動作させたときにグラウンドの電位を揃えるようにしているが、各パワーコンディショナ１のＤＣリンク部１のグラウンドを共通のアースに接続するなどの方法により電位を合わせることもでき、その場合には直流電力供給電路は正側ラインのみにより構成することもできる。
【００３０】
直流電力供給電路のスイッチング手段１４は、運転モード切替スイッチの切替え操作に連動するスイッチにより構成することもできるが、本実施形態では、制御部８（電力供給制御手段）からの制御信号によって開閉動作する開閉器（リレー）やＦＥＴなどのスイッチング素子により構成しており、第１のパワーコンディショナ１の自立運転モード時に閉動作して、発電部Ａの発電電力を第１のパワーコンディショナ１から第２のパワーコンディショナ２へ供給可能に構成している。
【００３１】
２つのパワーコンディショナ１の制御部８同士は、適宜の通信手段によって通信可能に接続されており、自機の運転モードが系統連系運転モードであるか自立運転モードであるかの情報や、自機のＤＣリンク部３の電圧情報などを他機に送信するよう制御構成されている。
【００３２】
本実施形態では、第１のパワーコンディショナ１の制御部８は、第２のパワーコンディショナ１のＤＣリンク部３の電圧が所定の閾値以下に降下すると、第２のパワーコンディショナ１の自立コンセント２に接続された負荷Ｂの電力不足状態となっていると判定して、第１のパワーコンディショナ１の自立運転用リレー７を開動作させて負荷Ａへの電力供給を遮断し、両発電部Ａ，Ｂの発電電力をすべて負荷Ｂに供給するよう制御構成されている。このように、第２のパワーコンディショナ１の自立コンセント２を、第１のパワーコンディショナ１の自立コンセント２よりも電力供給の優先度が高くなるように制御構成すれば、日常生活に必要な電気機器を負荷Ｂとして第２のパワーコンディショナ１に接続し、特に日常生活に必須ではない電気機器を負荷Ａとして第１のパワーコンディショナ１に接続することにより、十分な発電量が確保できる場合には負荷Ａ，Ｂともに稼働させることができ、また、発電部Ｂの発電量が負荷Ｂの消費電力よりも少ないが発電部Ａ，Ｂのトータル発電量が負荷Ｂの消費電力よりも多い場合には負荷Ａへの電力供給を遮断してすべての発電電力を負荷Ｂに供給することにより、停電時でも優先度の高い電気機器を動作させることが可能である。
【００３３】
本実施形態の発電システムによれば、各発電部Ａ，Ｂや各パワーコンディショナ１の定格出力が異なる場合であっても、自立運転モード時にＤＣリンク部３同士を直流電力供給電路を介して接続することにより、発電部Ａが発電する直流電力を第１のパワーコンディショナ１から第２のパワーコンディショナ１へ供給することができ、十分な発電量が確保できているときには第１のパワーコンディショナ１の自立コンセント２に接続した負荷Ａへも電力供給できる。
【００３４】
また、発電部Ａが２ｋＷの電力を出力可能な状態であるにもかかわらず負荷Ａへの供給電力が１．５ｋＷ（１５Ａ，１００Ｖ）となり、第１のパワーコンディショナ１が出力抑制運転している一方、発電部Ｂの発電出力が１ｋＷしかない場合、発電部Ａの余剰電力を直流電力供給電路を介して第１のパワーコンディショナ１から第２のパワーコンディショナ１へ供給することにより、負荷Ｂの消費電力として１．５ｋＷを出力することができ、発電電力の有効利用を図ることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、上記実施形態では直流電力供給電路に整流器１５を設けたが、この整流器１５を設けずに双方向で電力供給可能に構成することもできる。また、図示実施例では第１のパワーコンディショナ１の電力入力端子１３、及び、第２のパワーコンディショナ１の電力出力端子１２はともに開放としたが、これら端子１２，１３をも接続配線で接続することにより、双方向で電力供給可能に構成することもできる。この場合、各パワーコンディショナ１の制御部８に電力供給のための優先順位を設定しておき、自機の優先順位が他機の優先順位よりも高い場合には、自立運転モード時であってもスイッチング手段１４を開動作させて他機へ直流電力の供給を行わないように構成することもでき、これによれば高い優先順位が設定されているパワーコンディショナ１から優先順位の低いパワーコンディショナ１へ発電電力が供給されてしまうことを防止できるとともに、制御部８の優先順位設定を変更するのみで、配線を変更することなく、いずれの負荷Ａ，Ｂへの電力供給を優先するかの設定を変更できる。
【００３６】
また、上記実施形態では２つのパワーコンディショナ１を接続する構成について説明したが、３つ以上のパワーコンディショナ１を順次、接続配線１６によって接続することもできる。また、上記実施形態では自立運転モード時の電力不足判定を第２のパワーコンディショナ１のＤＣリンク部３の電圧に基づいて行ったが、第１のパワーコンディショナ１のＤＣリンク部３に電圧が所定の閾値以下になったか否かにより電力不足判定を行うこともできる。
【００３７】
また、上記実施形態では同じ構成のパワーコンディショナ１を複数接続することによって構成したが、第１のパワーコンディショナ１としては入力電路１１が設けられていないものを用い、第２のパワーコンディショナ１としては出力電路１０が設けられていないものを用いることもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１  電力変換装置
２  自立コンセント
３  ＤＣリンク部
４  コンバータ
５  インバータ
７  開閉器（自立運転用リレー）
８  制御部（電力供給制御手段）
１０  出力電路（直流電力供給電路）
１１  入力電路（直流電力供給電路）
１４  スイッチング手段
１５  整流器
１６  接続配線（直流電力供給電路）
Ａ  第１の発電部
Ｂ  第２の発電部
【図１】
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