(57)【要約】【課題】分散型電源及び電力貯蔵装置の総合的な電力効率を高めることのできる電力供給システムを提供する。【解決手段】電力供給システム１はＰＶ装置２及び蓄電装置３から負荷６への電力供給を行う。蓄電装置３は、系統電源５が停電した際、ＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力未満の場合には、放電により負荷６への電力供給を行う。蓄電装置３は、ＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力以上の場合には、ＰＶ装置２の出力電力のうち、負荷６への供給電力を超える余剰分の電力を充電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力貯蔵装置（３）及び分散型電源（２）から負荷（６）に電力を供給する電力供給システム（１）であって、
前記電力貯蔵装置は、前記分散型電源の出力電力が前記負荷の消費電力未満の場合には、放電により前記負荷への電力供給を行い、前記分散型電源の出力電力が前記負荷の消費電力以上の場合には、前記分散型電源の出力電力のうち、前記負荷への供給電力を超える余剰分の電力を充電することを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記分散型電源は、太陽光発電装置（２）からなることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記電力貯蔵装置は、充放電可能な蓄電池（３０）を有する蓄電装置（３）からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
系統電源（５）から前記電力貯蔵装置及び前記負荷へ電力を供給する電力線（Ｗａｃ２）と、
前記電力線を開閉するスイッチング素子（３１５）と、を更に備え、
前記電力貯蔵装置は、
前記系統電源が停電した場合、前記スイッチング素子を開状態にすることにより前記系統電源と前記電力貯蔵装置との間の電気的な接続を遮断するとともに、前記系統電源と前記負荷との間の電気的な接続を遮断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記電力貯蔵装置は、
前記分散型電源の出力電圧を検出する電圧センサ（３１３）を更に備え、
前記分散型電源の出力電圧に基づき前記分散型電源の出力電力が前記負荷の消費電力未満であるか否かを判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散型電源及び電力貯蔵装置から負荷に電力を供給する電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力供給システムとしては、特許文献１に記載のシステムがある。特許文献１に記載の電力供給システムは、系統電源から負荷に電力を供給するための基幹電力線と、基幹電力線に接続される分散型電源としての太陽光発電（ＰＶ： photovoltaics）装置と、同じく基幹電力線に接続される電力貯蔵装置としての蓄電装置とを備えている。
【０００３】
ＰＶ装置は、太陽電池と、ＰＶパワーコンディショナと、ＰＶ電力モニタ用カレントトランスとを有している。ＰＶパワーコンディショナは、ＰＶ用電力線により基幹電力線に接続されている。ＰＶパワーコンディショナは、太陽電池の発電電力を負荷に供給可能な状態に変換し、変換後の電力をＰＶ用電力線及び基幹電力線を介して負荷に供給する。ＰＶ電力モニタ用カレントトランスは、ＰＶ用電力線を流れる電流、すなわちＰＶパワーコンディショナの出力電流を検出する。
【０００４】
蓄電装置は、蓄電池と、蓄電制御用カレントトランスと、蓄電パワーコンディショナとを有している。蓄電制御用カレントトランスは、基幹電力線及びＰＶ装置の双方から負荷に供給される系統電流を検出する。蓄電パワーコンディショナは、蓄電制御用カレントトランスにより検出される系統電流と、ＰＶ電力モニタ用カレントトランスにより検出されるＰＶパワーコンディショナの出力電流との差分値を演算し、当該差分値に基づき蓄電池の充放電制御を行う。詳しくは、蓄電パワーコンディショナは、差分値が零以上の場合には、当該差分値が零となるように蓄電装置の放電制御を実行する。また、蓄電パワーコンディショナは、差分値が零未満の場合には、当該差分値が零となるように蓄電池の充電制御を実行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−５５０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の電力供給システムでは、例えば系統電源に停電が生じた場合、基幹電力線からの電力供給が停止するため、負荷への電力供給がＰＶ装置及び蓄電装置のみから行われるようになる。また、電力供給システムが、例えば系統電源から独立したＰＶ装置及び蓄電装置からなる場合、負荷への電力供給はＰＶ装置及び蓄電装置からのみ行われることとなる。負荷への電力供給がＰＶ装置及び蓄電装置のみから行われている場合、蓄電制御用カレントトランスは、ＰＶ装置の出力電流のみを検出する。このような状況では、蓄電制御用カレントトランスにより検出される電流は、ＰＶ電力モニタ用カレントトランスにより検出される電流と同一の値となる。すなわち、上記の差分値が常に零になるため、蓄電パワーコンディショナでは充放電制御の切り替えが機能しなくなる。これがＰＶ装置及び蓄電装置の総合的な電力効率を低下させる要因となっている。
【０００７】
なお、このような課題は、ＰＶ装置のような分散型電源と、蓄電装置のような電力貯蔵装置とを備える電力供給システムに共通する課題である。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、分散型電源及び電力貯蔵装置の総合的な電力効率を高めることのできる電力供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、電力貯蔵装置（３）及び分散型電源（２）から負荷（６）に電力を供給する電力供給システム（１）において、電力貯蔵装置は、分散型電源の出力電力が負荷の消費電力未満の場合には、放電により負荷への電力供給を行う。また、電力貯蔵装置は、分散型電源の出力電力が負荷の消費電力以上の場合には、分散型電源の出力電力のうち、負荷への供給電力を超える余剰分の電力を充電する。
【００１０】
この構成によれば、分散型電源から負荷及び電力貯蔵装置への電力の供給、並びに分散型電源の充電及び放電を効率良く行うことができる。よって、分散型電源及び電力貯蔵装置の総合的な電力効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、分散型電源及び電力貯蔵装置の総合的な電力効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電力供給システムの一実施形態についてその構成を示すブロック図。
【図２】実施形態の電力供給システムにより実行される蓄電池の充放電制御の手順を示すフローチャート。
【図３】電力供給システムの他の実施形態についてその構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、電力供給システムの一実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態の電力供給システム１は、太陽光発電（ＰＶ：photovoltaics）装置２と、蓄電装置３と、分電盤４と、単相三線式の系統電源５と、負荷６とを有している。電力供給システム１は、例えば住宅に設定される。負荷６は、例えば住宅内のコンセント等の各種電気機器である。
【００１４】
ＰＶ装置２は分散型電源として機能する。ＰＶ装置２は、太陽電池モジュール２０と、ＰＶパワーコンディショナ２１とを備えている。
【００１５】
太陽電池モジュール２０は、複数の太陽電池をモジュール化したものであり、日射量に応じた直流電力を生成する。太陽電池モジュール２０は、生成した直流電力をＰＶパワーコンディショナ２１に出力する。
【００１６】
ＰＶパワーコンディショナ２１は、図示しないインバータ等を備えており、太陽電池モジュール２０から出力される直流電力を所定の基準電圧及び所定の基準周波数の交流電力に変換する。所定の基準電圧は、例えば実効値で１００［Ｖ］に設定される。所定の基準周波数は、例えば商用周波数の５０［Ｈｚ］あるいは６０［Ｈｚ］に設定される。ＰＶパワーコンディショナ２１は、変換した交流電力を負荷６にＰＶ用電力線Ｗａｃ１を介して供給することが可能となっている。また、ＰＶパワーコンディショナ２１は、生成した電力を負荷６や系統電源５に分電盤４を介して供給することも可能となっている。
【００１７】
蓄電装置３は電力貯蔵装置として機能する。蓄電装置３は、充放電可能な蓄電池３０と、蓄電パワーコンディショナ３１とを備えている。蓄電パワーコンディショナ３１は、コンバータ３１０と、インバータ３１１とを有している。
【００１８】
蓄電池３０、コンバータ３１０、インバータ３１１、及び系統電源５は、この順で直列に接続されている。詳しくは、コンバータ３１０は、直流電力線Ｗｄｃ１を介して蓄電池３０に接続されるとともに、直流電力線Ｗｄｃ２を介してインバータ３１１に接続されている。インバータ３１１は、蓄電用電力線Ｗａｃ２を介して系統電源５に接続されている。ＰＶ用電力線Ｗａｃ１と蓄電用電力線Ｗａｃ２は連結用電力線Ｗａｃ３を介して接続されている。すなわち、ＰＶ装置２、系統電源５、及び蓄電池３０は負荷６に対して並列に接続されている。なお、図１には、ＰＶ用電力線Ｗａｃ１と連結用電力線Ｗａｃ３との第１接続点が符号Ｐ１で示されるとともに、蓄電用電力線Ｗａｃ２と連結用電力線Ｗａｃ３との第２接続点が符号Ｐ２で示されている。
【００１９】
コンバータ３１０は、蓄電池３０から供給される直流電力を昇圧し、昇圧後の直流電力をインバータ３１１に供給する昇圧動作を行うことが可能となっている。また、コンバータ３１０は、インバータ３１１から供給される直流電力を降圧し、降圧後の直流電力を蓄電池３０に供給する降圧動作を行うことも可能となっている。
【００２０】
インバータ３１１は、コンバータ３１０から供給される直流電力を交流電力に変換するとともに、変換後の交流電力を負荷６に各電力線Ｗａｃ１〜Ｗａｃ３を介して供給するＤＣ／ＡＣ変換動作を行うことが可能となっている。また、インバータ３１１は、系統電源５あるいはＰＶ装置２から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換後の直流電力をコンバータ３１０に供給するＡＣ／ＤＣ変換動作を行うことも可能となっている。
【００２１】
蓄電装置３は、電圧センサ３１３と、スイッチング素子３１４，３１５とを有している。
電圧センサ３１３は、ＰＶ用電力線Ｗａｃ１におけるＰＶパワーコンディショナ２１と第１接続点Ｐ１との間の位置Ｐ３の電圧、すなわちＰＶ装置２から負荷６に出力されるＰＶ出力電圧Ｖを検出する。電圧センサ３１３は、ＰＶ出力電圧Ｖに応じた電気信号を制御部３１２に出力する。
【００２２】
スイッチング素子３１４，３１５は例えばリレーからなる。スイッチング素子３１４は、ＰＶ用電力線Ｗａｃ１における電圧センサ３１３の電圧検出位置Ｐ３と第１接続点Ｐ１との間に配置されている。スイッチング素子３１４は、その閉動作により、ＰＶ装置２と負荷６とを電気的に接続する。また、スイッチング素子３１４は、その開動作により、ＰＶ装置２と負荷６との電気的な接続を遮断する。
【００２３】
スイッチング素子３１５は、蓄電用電力線Ｗａｃ２における第２接続点Ｐ２よりも系統電源５側の部分に配置されている。スイッチング素子３１５は、その閉動作により、系統電源５と蓄電装置３とを電気的に接続するとともに、系統電源５と負荷６とを電気的に接続する。また、スイッチング素子３１５は、その開動作により、系統電源５と蓄電装置３との電気的な接続を遮断するとともに、系統電源５と負荷６との電気的な接続を遮断する。
【００２４】
制御部３１２は、電圧センサ３１３から出力される検出信号に基づきＰＶ出力電圧Ｖを検出する。また、制御部３１２は、コンバータ３１０、インバータ３１１、及びスイッチング素子３１４，３１５のそれぞれの動作を制御する。
【００２５】
詳しくは、制御部３１２は、系統電源５に停電が発生していない通常運転時には、スイッチング素子３１４を開状態にするとともに、スイッチング素子３１５を閉状態にする。また、制御部３１２は、インバータ３１１をＡＣ／ＤＣ変換動作させるとともに、コンバータ３１０を降圧動作させる。これにより、系統電源５から供給される交流電力が直流電力に変換されるとともに降圧され、その降圧された直流電力により蓄電池３０が充電される。また、系統電源５から負荷６に供給される交流電力により、負荷６の動作電源が確保される。さらに、ＰＶ装置の発電電力は、分電盤４を介して負荷６に供給されるとともに、負荷６の消費電力を超える余剰分の発電電力が系統電源５に逆潮流される。
【００２６】
制御部３１２は、系統電源５に停電が発生した場合には、系統電源５から独立してＰＶ装置２及び蓄電装置３のみで負荷６への電力供給を行う、いわゆる自立運転を行う。制御部３１２は、自立運転の際、スイッチング素子３１５を開状態にすることにより系統電源５と蓄電装置３との間の電気的な接続を遮断するとともに、系統電源５と負荷６との間の電気的な接続を遮断する。なお、この際、ＰＶパワーコンディショナ２１は分電盤４への電力供給を停止する。また、制御部３１２は、スイッチング素子３１４を閉状態にすることにより、ＰＶ装置２から負荷６及び蓄電池３０への電力供給を可能とする。そして、制御部３１２は、電圧センサ３１３により検出されるＰＶ出力電圧Ｖに基づき蓄電装置３の充放電を制御する。
【００２７】
次に、図２を参照して、制御部３１２により実行される蓄電装置３の充放電制御の手順を説明する。なお、制御部３１２は、自立運転時に図２に示される処理を所定の周期で繰り返し実行する。
【００２８】
図２に示されるように、制御部３１２は、まず、ＰＶ装置２から負荷６に出力されている電力が負荷６の消費電力未満か否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、制御部３１２は、電圧センサ３１３により検出されるＰＶ出力電圧Ｖに基づいて、ＰＶ装置２から負荷６に供給される交流電圧の実効値Ｖｅを演算し、演算したＰＶ出力電圧の実効値Ｖｅが閾値Ｖｔｈ未満であるか否かを判断することによりステップＳ１の判定処理を行う。例えば日射量の低下に伴いＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力よりも小さくなると、負荷６の消費電力に対してＰＶ装置２の出力電力が不足する場合がある。ＰＶ装置２の出力電力が不足すると、ＰＶ出力電圧の実効値Ｖｅが基準電圧（例えば１００［Ｖ］）よりも小さくなる。したがって、ＰＶ出力電圧の実効値Ｖｅの低下に基づき、ＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力よりも小さくなったと判定することが可能である。これに着目し、本実施形態では、ＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力未満か否かをＰＶ出力電圧の実効値Ｖｅにより判定できるように閾値Ｖｔｈが予め実験等により設定されている。閾値Ｖｔｈは、例えば基準電圧と同等の値、あるいはそれよりも若干小さい値に設定される。
【００２９】
制御部３１２は、ＰＶ出力電圧の実効値Ｖｅが閾値Ｖｔｈ未満である場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、すなわちＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力未満の場合には、負荷６への供給電力を増加させるために、蓄電池３０の放電制御を実行する（ステップＳ２）。例えば、制御部３１２は、ＰＶ出力電圧の実効値Ｖｅと閾値Ｖｔｈとの偏差の絶対値が大きくなるほど、蓄電池３０から放電される電力が大きくなるようにコンバータ３１０及びインバータ３１１の駆動を制御する。この際、制御部３１２は、電圧センサ３１３により検出されるＰＶ出力電圧Ｖの経時的な変化に基づき、ＰＶ出力電圧Ｖの位相及び周期を検出する。そして、制御部３１２は、ＰＶ出力電圧Ｖの位相及び周期と同一の位相及び周期の交流電力がインバータ３１１から供給されるように、インバータ３１１及びコンバータ３１０の駆動を制御する。これにより、負荷６の消費電力とＰＶ装置２の出力電力との偏差、すなわち負荷６の消費電力に対して不足している電力が蓄電装置３から放電されるため、蓄電装置３の放電効率を高めることができる。
【００３０】
制御部３１２は、ＰＶ出力電圧の実効値Ｖｅが閾値Ｖｔｈ以上である場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、すなわち、ＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力以上である場合には、ＰＶ装置２により発電される余剰分の電力を蓄電池３０に充電するために、蓄電池３０の充電制御を実行する（ステップＳ３）。例えば、制御部３１２は、ＰＶ出力電圧の実効値Ｖｅと閾値Ｖｔｈとの偏差の絶対値が大きくなるほど、蓄電池３０に充電される電力が大きくなるようにコンバータ３１０及びインバータ３１１の駆動を制御する。これにより、ＰＶ装置２の出力電力のうち、負荷６への供給電力を超える余剰分の電力が蓄電池３０に充電されるため、蓄電装置３の蓄電効率を高めることができる。
【００３１】
以上説明した電力供給システム１によれば、以下の（１）〜（５）に示される作用及び効果を得ることができる。
【００３２】
（１）系統電源５の停電時にＰＶ装置２及び蓄電装置３が自立運転する際、ＰＶ装置２から負荷６及び蓄電装置３への電力の供給、並びに蓄電装置３の充電及び放電を効率良く行うことができる。よって、ＰＶ装置２及び蓄電装置３の総合的な電力効率を高めることができる。
【００３３】
（２）制御部３１２は、系統電源５が停電した際、スイッチング素子３１５を開状態にすることにより系統電源５と蓄電装置３との間の電気的な接続を遮断するとともに、系統電源５と負荷６との間の電気的な接続を遮断することとした。これにより、系統電源５から独立した状態でＰＶ装置２及び蓄電装置３の電力制御を行うことができるため、それらの電力制御をより的確に実行することができる。
【００３４】
（３）制御部３１２は、電圧センサ３１３により検出されるＰＶ出力電圧Ｖに基づいて、ＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力未満か否かを判定することとした。これにより、ＰＶ装置２の出力電力及び負荷６の消費電力の大小関係を容易に判定することができ、蓄電装置３の充放電制御を容易に行うことができる。
【００３５】
（４）ＰＶ出力電圧の実効値Ｖｅが閾値Ｖｔｈ未満となった場合、すなわちＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力よりも小さくなった場合には、蓄電池３０が充電状態から放電状態へと即座に切り替わるため、負荷６への電力遮断を抑制することができる。
【００３６】
（５）負荷６に対してＰＶ装置２及び蓄電装置３のそれぞれの出力電圧が並列放電されるため、ＰＶ装置２及び蓄電装置３のそれぞれの最大出力電圧の合計を負荷６に供給することができる。よって、負荷６の供給電力を高めることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・図３に示されるように、コンバータ３１０に対して蓄電池３０とＰＶ装置２とを並列に接続してもよい。詳しくは、ＰＶ装置２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１６を介して直流電力線Ｗｄｃ１に接続されている。負荷６は、交流電力線Ｗａｃ５を介して蓄電用電力線Ｗａｃ２に接続する。電圧センサ３１３は、ＰＶ装置２とＡＣ／ＤＣコンバータ３１６とを接続する交流電力線Ｗａｃ４の電圧を検出する。この場合、閾値Ｖｔｈは、ＰＶ装置２からＡＣ／ＤＣコンバータ３１６、コンバータ３１０、及びインバータ３１１を介して負荷６に供給されている電力が不足しているか否かを判断することができるように予め実験等により設定される。このような構成であっても、図２に示される制御を制御部３１２が実行することにより、上記実施形態に準じた作用及び効果を得ることができる。なお、太陽電池モジュール２０の出力線をＰＶパワーコンディショナ２１及びＡＣ／ＤＣコンバータ３１６を介さずにＰＶ用電力線Ｗａｃ１に直接接続することも可能である。
【００３８】
・上記実施形態の制御部３１２は、電圧センサ３１３により検出されるＰＶ出力電圧Ｖに基いてＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力よりも小さいか否かを判定することとしたが、この判定方法は適宜変更可能である。例えばＰＶパワーコンディショナ２１に、ＰＶ装置２から出力される電圧及び電流を検出する電圧センサ及び電流センサを設ける。ＰＶパワーコンディショナ２１は、これらの電圧センサ及び電流センサによりＰＶ装置２の出力電圧及び出力電流を検出し、それらの検出値を乗算することによりＰＶ装置２の出力電力を検出する。ＰＶパワーコンディショナ２１は、ＰＶ装置２の出力電力の情報を制御部３１２に送信する。また、蓄電装置３には、負荷６に供給される電圧及び電流を検出する電圧センサ及び電流センサを設ける。制御部３１２は、これらの電圧センサ及び電流センサにより負荷６の供給電圧及び供給電流を検出し、それらの検出値を乗算することにより負荷６の消費電力を検出する。そして、制御部３１２は、検出したＰＶ装置２の出力電力及び負荷６の消費電力の情報に基づき図２のステップＳ１の処理を実行する。このように、制御部３１２がＰＶ装置２の出力電力及び負荷６の消費電力を直接用いる場合でも、上記実施形態に準じた作用及び効果を得ることができる。
【００３９】
・電力供給システム１は、ＰＶ装置２の出力電力が負荷６の消費電力よりも小さいか否かを判定する方法として、次のような方法を採用することもできる。まず、ＰＶパワーコンディショナ２１は、ＰＶ装置２からＰＶ用電力線Ｗａｃ１を介して負荷６に供給される電力に基づき、負荷６の消費電力に対して余剰分の電力及び不足分の電力を演算する。また、ＰＶパワーコンディショナ２１は、余剰分の電力及び不足分の電力の情報を制御部３１２に送信する。制御部３１２は、ＰＶパワーコンディショナ２１から送信される余剰分の電力及び不足分の電力の情報に基づき図２のステップＳ１の処理を実行する。このような構成であっても、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４０】
・電力供給システム１は、蓄電装置３に代えて、超伝導コイル式の電力貯蔵装置や、電気二重層キャパシタ等、適宜の電力貯蔵装置を用いることができる。
【００４１】
・電力供給システム１は、ＰＶ装置２に代えて、燃料電池装置や、自然エネルギを利用した発電装置等、適宜の分散型電源を用いることができる。
【００４２】
・電力供給システム１は住宅以外にも適用可能である。電力供給システム１を住宅以外に適用する場合、その適用対象に併せて負荷６を適宜変更してもよい。
【００４３】
・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置や条件等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４４】
Ｗａｃ２：電力線
１：電力供給システム
２：太陽光発電装置（分散型電源）
３：蓄電装置（電力貯蔵装置）
５：系統電源
６：負荷
３０：蓄電池
３１３：電圧センサ
３１５：スイッチング素子
【図１】
2016096646.tif 000003
【図２】
2016096646.tif 000004
【図３】
2016096646.tif 000005