(57)【要約】【課題】出力が急激に低下する分散電源と過渡応答の遅い分散電源とが並列に接続されてもいずれの分散電源も停止しない電源装置。【解決手段】太陽電池１に接続され、定電圧制御し入力電圧が所定値以下又は入力電流が所定値以上又は出力電流が所定値以上になると出力電圧を垂下させる第１コンバータ４を備える第１分散電源と、太陽電池以外の電池２に接続され且つ第１分散電源に並列に接続され、定電圧制御し入力電圧が所定値以下又は入力電流が所定値以上又は出力電流が所定値以上になると出力電圧を垂下させる第２コンバータ５を備える第２分散電源とを備え、第１コンバータは、電圧指令に応じて出力電圧を制御し、入力電圧の低下変化量を検出し、入力電圧の低下変化量が所定値を超えた場合には電圧指令を所定の電圧だけ低下させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池に接続され、定電圧制御し入力電圧が所定値以下又は入力電流が所定値以上又は出力電流が所定値以上になると出力電圧を垂下させる第１コンバータを備える第１分散電源と、
前記太陽電池以外の電池に接続され且つ前記第１分散電源に並列に接続され、定電圧制御し入力電圧が所定値以下又は入力電流が所定値以上又は出力電流が所定値以上になると出力電圧を垂下させる第２コンバータを備える第２分散電源とを備え、
前記第１コンバータは、電圧指令に応じて出力電圧を制御し、入力電圧の低下変化量を検出し、入力電圧の低下変化量が所定値を超えた場合には前記電圧指令を所定の電圧だけ低下させることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記第１分散電源及び第２分散電源に有するコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータを備え、
前記第１分散電源及び第２分散電源の内の優先度の高い分散電源のコンバータは、前記分散電源の優先度に応じて、優先度の低い分散電源のコンバータに対して出力電圧が高く設定されていることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記第２分散電源は、燃料電池であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の分散電源を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や蓄電池、燃料電池などを組み合わせた分散型電源システムが普及しつつある。しかしながら、この分散型電源システムでは、電力の変換回数が多く、高いシステム効率が得られないという課題を有していた。
【０００３】
蓄電池は他の電力源が無い非常時に使用し、太陽光などの自然エネルギーは積極的に利用したいという思想があるため、各電力源から使用する電力に優先度を付ける必要がある。
【０００４】
各電力源を並列に接続する方法には、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。特許文献１の電源装置は、分散電源と集中電源を並列に接続し、分散電源から供給する電流を制限する。負荷電流が所定値のとき、集中電源の端子電圧に一致し、負荷電流が所定値以下のときは集中電源の端子電圧よりわずかに高い電圧を維持する電圧垂下特性を備えた分散電源を用いている。
【０００５】
特許文献２の電源装置は、出力電流の大きさに関わらず定電圧を出力する第１の電源機器と、出力電流の大きさにつれて単調に小さくなる直流電圧を出力する第２の直流電源装置を並列に接続し、第２の電源機器は、電源供給可能量が所定の閾値以下であるかに応じて、可変電圧モードと定電圧モードを切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０１−０８１６２１号公報
【特許文献２】特開２００９−２３２６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、分散電源には、出力が急激に低下する分散電源や過渡応答の遅い分散電源がある。
【０００８】
しかしながら、これらの分散電源が並列に接続されると、出力が急激に低下する分散電源が停止することがある。
【０００９】
本発明の課題は、出力が急激に低下する分散電源と過渡応答の遅い分散電源とが並列に接続されてもいずれの分散電源も停止しない電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電源装置は、太陽電池に接続され、定電圧制御し入力電圧が所定値以下又は入力電流が所定値以上又は出力電流が所定値以上になると出力電圧を垂下させる第１コンバータを備える第１分散電源と、前記太陽電池以外の電池に接続され且つ前記第１分散電源に並列に接続され、定電圧制御し入力電圧が所定値以下又は入力電流が所定値以上又は出力電流が所定値以上になると出力電圧を垂下させる第２コンバータを備える第２分散電源とを備え、前記第１コンバータは、電圧指令に応じて出力電圧を制御し、入力電圧の低下変化量を検出し、入力電圧の低下変化量が所定値を超えた場合には前記電圧指令を所定の電圧だけ低下させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１コンバータは、電圧指令に応じて出力電圧を制御し、入力電圧の低下変化量を検出し、入力電圧の低下変化量が所定値を超えた場合には電圧指令を所定の電圧だけ低下させるので、出力が急激に低下する電池を使用した分散電源と過渡応答の遅い電池を使用した分散電源とが並列に接続されてもいずれの分散電源も停止しない電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る電源装置の構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る電源装置内の各コンバータの出力電圧と出力電流の特性を示す図である。
【図３】本発明のインバータ入力電圧と第１コンバータの出力電圧と第２コンバータの入力電流との波形を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１コンバータの詳細な回路構成を示す図である。
【図５】本発明の第１コンバータの出力電圧と電流との詳細な特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係る電源装置の構成ブロック図である。図１に示す電源装置は、高圧のＤＣバスでそれぞれのコンバータを接続した一体型の複合パワーコンディショナであり、太陽電池（ＰＶ）１、燃料電池（ＦＣ）２の２つの電力源と、２つの電力源に対応して設けられた第１及び第２コンバータ４〜５と、第１及び第２コンバータ４〜５の出力に接続されるインバータ７とを備えている。
【００１５】
太陽電池１と第１コンバータ４とは第１分散電源を構成し、燃料電池２と第２コンバータ５とは第２分散電源を構成する。太陽電池１は、第１コンバータ４に接続され、太陽光により得られた直流電力を第１コンバータ４に出力する。燃料電池２は、第２コンバータ５に接続され、燃料により得られた直流電力を第２コンバータ５に出力する。
【００１６】
第１及び第２コンバータ４〜５の各々は、それぞれ、自立運転時に定電圧制御し、入力電圧が所定電圧以下又は入力電流が所定電流以上のとき出力電圧を低下させる。第１及び第２コンバータ４〜５の各々は、入力された直流電力を所定の直流電力に変換する。
【００１７】
２つの分散電源の内の優先度の高い分散電源のコンバータは、２つの分散電源の優先度に応じて、優先度の低い分散電源のコンバータに対して出力電圧が高く且つ出力電圧を低下させる出力電流が低く設定されている。
【００１８】
第１及び第２コンバータ４〜５の各々は、並列に接続され、インバータ７の入力端に接続される。インバータ７は、第１コンバータ４、第２コンバータ５からの直流電力を交流電力に変換して自立出力を図示しない負荷に供給する。
【００１９】
図２は、実施例１の各コンバータの出力電圧と出力電流の特性を示す図である。この例では、第１コンバータ４の優先度が最も高く、出力電圧が３９０Ｖで出力電流がＩ１で、第２コンバータ５の優先度が次に高く、出力電圧が３８０Ｖで出力電流がＩ２（Ｉ１＜Ｉ２）である。
【００２０】
次に、図２を参照しながら、各コンバータ４〜５の動作を説明する。まず、系統が停電している時の電源装置の自立運転モード時、即ち、コンバータ４〜５の出力電流が所定出力電流以下のときは、コンバータ４〜５は、定電圧制御で動作している。
【００２１】
ここで、使用したい電力源の優先順位（優先度）が高い順に、コンバータの出力電圧指令値を高く設定する。図２に示す例では、第１コンバータ４の出力電圧指令値を３９０Ｖ、第２コンバータ５の出力電圧指令値を３８０Ｖに設定する。
【００２２】
この場合には、第１コンバータ４の出力電圧指令値が最も高いので、第１コンバータ４が優先して太陽電池１の電力を使用している。
【００２３】
次に、自立出力負荷が大きくなった時や太陽電池１の発電電力が低下して、太陽電池１の発電電力だけでは自立出力電圧が維持できなくなると、即ち、入力電圧が所定電圧以下又は入力電流が所定電流以上のとき、第１コンバータ４は、出力電圧を垂下させる。
【００２４】
そして、第１コンバータ４の出力電圧が第２コンバータ５の出力電圧指令値に達し且つ電流がＩ１になると、第１コンバータ４と第２コンバータ５とが動作して、太陽電池１からの直流電力と燃料電池２からの直流電力がインバータ７に供給されて、負荷に供給される。
【００２５】
このため、負荷の増加により各電力源１〜２に優先度を持たせて各電力源１〜２からインバータ７に電力を供給することができる。
【００２６】
このように、通常は、第１コンバータ４の出力電圧が第２コンバータ５の出力電圧まで低下すると、第２コンバータ５から給電が追加されて、それ以上電圧が低下することはない。
【００２７】
しかし、第１コンバータ４の出力電圧は、実際には、図３に示すように時刻ｔ１〜ｔ２において急速に低下する。燃料電池２は、負荷の急変に対する応答が遅いので、負荷の急変により出力が低下するが、図３に示すように第２コンバータ５の入力電流は、時刻ｔ２ぐらいから立ち上がる。このため、第１コンバータ４の出力電圧が停止電圧まで低下してしまうため、第１コンバータ４が停止することがある。
【００２８】
この問題点を解決するために、実施例１の第１コンバータ４は、図４に示す電力変換部１１、電流検出部１２、電圧検出部１３、制御回路１４、ｄｖ／ｄｔ検出部１５を備える。
【００２９】
電力変換部１１は、制御回路１４からのＰＷＭ信号に基づいて太陽電池１から直流電力を所定の直流電力に変換する。電流検出部１２は、電力変換部１１で変換された所定の直流電力に基づき出力電流を検出し電流指令を制御回路１４に出力する。
【００３０】
電圧検出部１３は、電力変換部１１で変換された所定の直流電力に基づき出力電圧を検出し電圧指令を制御回路１４に出力する。ｄｖ／ｄｔ検出部１５は、太陽電池１の電圧の変化を検出するために、所定の間隔で太陽電池出力電圧を検出し、メモリに保持していた前回の太陽電池出力電圧値と今回の太陽電池出力電圧値との差分値を出力するとともに、今回の太陽電池出力電圧値をメモリに保持する。
【００３１】
制御回路１４は、ｄｖ／ｄｔ検出部１５から出力される差分値が所定値以下である場合には、電圧指令及び電流指令に基づいて、ＰＷＭ信号を生成して電力変換部１１に出力する。
【００３２】
制御回路１４は、ｄｖ／ｄｔ検出部１５から出力される差分値ΔＶ（入力電圧の低下変化量）が所定値を超えた場合には、電圧指令を所定の低下電圧Ｖｄだけ減算する。これにより、第１コンバータ４の出力電圧が低下する。第１コンバータ４は、出力電圧が低下することにより、入力電流が減少する。すると、太陽電池１の電圧は上昇するので、第１コンバータ４の出力電圧は、この電圧を維持する。
【００３３】
しかし、このときに、ｄｖ／ｄｔ検出部１５から出力される差分値ΔＶが所定値を超えた場合には、さらに電圧指令を所定の低下電圧Ｖｄだけ減算する。この減算処理は、差分値ΔＶが所定値を超えなくなるまで実施される。
【００３４】
なお、第１コンバータ４の出力電圧が低下しても、第１コンバータ４の停止電圧以上である場合には、第１コンバータ４は停止することはない。
【００３５】
以上の処理を図５に示す第１コンバータ４の出力電圧と電流との特性を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、Ａ点で運転していた第１コンバータ４が垂下機能により出力電圧が低下して、Ｂ点に移動する。Ａ点の電圧ＶａとＢ点の電圧Ｖｂの差分値は、所定値を超えるので、制御回路１４は、電圧指令を所定の低下電圧Ｖｄだけ減算する。すると、第１コンバータ４は、運転状態がＣ点に移動する。
【００３７】
このため、第１コンバータ４の出力電圧は低下し、入力電流が減少する。このとき、太陽電池１は、出力電力が低下するので、出力電圧を上昇する。第１コンバータ４は、太陽電池１からの入力電圧が上昇するので、Ｃ点での運転状態を維持する。
【００３８】
以上のように動作するので、第１コンバータ４が停止することはなくなる。その後、第２コンバータ５が立ち上がるので、インバータ７に入力される電圧が大きく低下することはなく、インバータ７の出力には影響しない。
【符号の説明】
【００３９】
１  太陽電池（ＰＶ）
２  燃料電池（ＦＣ）
４  第１コンバータ
５  第２コンバータ
７  インバータ
１１  電力変換部
１２  電流検出部
１３  電圧検出部
１４  制御回路
１５  ｄｖ／ｄｔ検出部
【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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