(57)【要約】【課題】電力変換器の低電力時の電力変換効率を向上させ、電力変換器の寿命を長くすると同時に電力の平準化やピークシフトができ、電力変換器を増設せずにシンプルかつローコストに構成された電力変換システムを提供する。【解決手段】電力変換システム１０は、発電装置１２、二次電池１４、電力変換器１６、逆流防止手段１８ａおよび制御手段１８ｂを有する。制御手段１８ｂは、電力変換器１６の低電力時の電力変換効率を向上させかつ電力変換器１６の寿命を長くするための間欠駆動機能を備え、二次電池１４に接続され、二次電池１４の放電電圧のみに基づいて電力変換器１６の電力変換を開始または終了し、電力変換器１６からの交流電力を最大にするように制御する。【選択図】図１
2016116435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギを直流電力に変換して出力する発電装置と、
前記発電装置に接続され、前記発電装置への逆流を防止する逆流防止手段と、
前記逆流防止手段に接続され、前記逆流防止手段からの直流電力を常時平準化する二次電池と、
前記逆流防止手段および前記二次電池に接続され、前記二次電池によって平準化された直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換器と、
前記二次電池に接続され、前記二次電池の放電電圧のみに基づいて前記電力変換器の電力変換を開始または終了する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記二次電池の前記放電電圧が上昇し、第１の設定値に到達した時点で前記電力変換器の電力変換を開始し、前記二次電池の前記放電電圧が下降し、前記第１の設定値よりも低い第２の設定値に到達した時点で前記電力変換器の電力変換を終了するように制御する電力変換システム。
【請求項２】
さらに、前記発電装置と前記逆流防止手段との間に接続され、前記発電装置が前記エネルギから変換した直流電力を最大にするように制御する制御装置を有し、
前記二次電池は、互いに直列に接続された少なくとも１つの二次電池要素から成り、
前記発電装置の最大出力電圧は、各二次電池要素の過充電危険電圧の和よりも低く、各二次電池要素の満充電電圧の和と同じまたはそれよりも低い請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項３】
さらに、前記逆流防止手段および前記二次電池ならびに前記電力変換器の間に接続され、前記二次電池によって平準化された直流電力を供給するかしないか切り換えることができる電力遮断手段と、外部電源から外部負荷への交流電力を供給するかしないか切り換えることができる電源切換装置と、を有し、
前記制御手段は、前記二次電池の前記放電電圧が上昇し、第１の設定値に到達した時点で前記電力変換器の電力変換を開始すると同時に、前記外部電源からの交流電力が前記外部負荷に供給されないように、前記電力遮断手段および前記電源切換装置を制御し、前記二次電池の前記放電電圧が下降し、前記第１の設定値よりも低い第２の設定値に到達した時点で前記電力変換器の電力変換を終了すると同時に、前記外部電源からの交流電力が前記外部負荷に供給されるように、前記電力遮断手段および前記電源切換装置を制御する請求項１または２に記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記二次電池の前記放電電圧が前記第１の設定値に到達した時点で前記電力変換器を起動すると共に前記電力遮断手段をオンした後、前記電力変換器からの交流電力が安定的に前記外部負荷に供給されるようになった時点で、前記電源切換装置をオフし、前記二次電池の前記放電電圧が前記第２の設定値に到達した時点で前記電源切換装置をオンした後、前記外部電源からの交流電力が安定的に前記外部負荷に供給されるようになった時点で、前記電力変換器を停止すると共に前記電力遮断手段をオフする請求項３に記載の電力変換システム。
【請求項５】
エネルギを直流電力に変換して出力する直流電力発生装置と、
前記直流電力発生装置に接続され、前記直流電力発生装置への逆流を防止する逆流防止手段と、
前記逆流防止手段に接続され、前記逆流防止手段からの直流電力を常時平準化する二次電池と、
前記二次電池に接続され、前記二次電池によって平準化された直流電力を交流電力または電圧の異なる直流電力に変換して出力する電力変換器と、
前記二次電池と前記電力変換器との間に設けられた第１スイッチと、
前記二次電池に接続され、前記二次電池の端子間電圧に基づいて前記第１スイッチをオンオフする制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記二次電池の前記端子間電圧が上昇し、第１の設定値に到達した時点で前記第１スイッチをオンし、前記二次電池の前記端子間電圧が下降し、前記第１の設定値よりも低い第２の設定値に到達した時点で前記第１スイッチをオフする電力変換システム。
【請求項６】
前記直流電力発生装置は、エネルギを直接直流電力に変換して出力する直流発電装置、ならびに、エネルギを交流電力に変換する交流発電装置と前記エネルギから変換された交流電力を直流電力に再変換して出力するＡＣＤＣ変換器とから成る複合装置の少なくとも一方を備え、
前記直流電力発生装置は、さらに、前記直流発電装置と前記逆流防止手段との間に接続され、かつ前記直流発電装置が前記エネルギから変換した直流電力を最大にするように制御する直流ＭＰＰＴ装置を有し、
前記複合装置は、さらに、前記交流発電装置と前記ＡＣＤＣ変換器との間に接続され、かつ前記交流発電装置が前記エネルギから変換した交流電力を最大にするように制御する交流ＭＰＰＴ装置を有し、
前記二次電池は、互いに直列に接続された少なくとも１つの二次電池要素から成り、
前記直流電力発生装置の最大出力電圧は、各二次電池要素の過充電危険電圧の和から成る前記二次電池の過充電危険電圧よりも低く、各二次電池要素の満充電電圧の和から成る前記二次電池の満充電電圧と同じまたはそれよりも低い請求項５に記載の電力変換システム。
【請求項７】
さらに、前記逆流防止手段と前記二次電池との間に設けられた第２スイッチを有し、
前記制御手段は、前記二次電池の端子間電圧、温度、および電流を監視し、前記二次電池の端子間電圧が予め設定された電圧下限値よりも低い場合、前記二次電池の端子間電圧が前記電圧下限値よりも高い値に予め設定された電圧上限値よりも高い場合、前記二次電池の温度が予め設定された温度下限値よりも低い場合、前記二次電池の温度が前記温度下限値よりも高い値に予め設定された温度上限値よりも高い場合、または前記二次電池の電流が予め設定された電流上限値よりも大きい場合のいずれかの場合に、前記第２スイッチをオフし、
前記制御手段は、前記二次電池の端子間電圧が前記電圧下限値以上かつ前記電圧上限値以下の場合、かつ前記二次電池の温度が前記温度下限値以上かつ前記温度上限値以下の場合、かつ前記二次電池の電流が前記電流上限値以下の場合に、前記第２スイッチをオンする請求項６に記載の電力変換システム。
【請求項８】
前記二次電池の前記電圧下限値は、前記二次電池の放電終止電圧と前記第２の設定値との間の値に設定され、前記二次電池の前記電圧上限値は、前記二次電池の前記満充電電圧と前記第１の設定値との間の値に設定される請求項７に記載の電力変換システム。
【請求項９】
さらに、前記逆流防止手段と前記電力変換器との間を、前記二次電池を介さずに直接接続するために設けられた第３スイッチを有し、
前記制御手段は、前記第２スイッチがオフの場合に、前記第３スイッチをオンし、前記第２スイッチがオンの場合に、前記第３スイッチをオフする請求項７または８に記載の電力変換システム。
【請求項１０】
さらに、外部電源から外部負荷への交流電力または直流電力を供給するかしないか切り換えることができる電源切換装置を有し、
前記制御手段は、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチの少なくとも一方がオンの場合に、前記外部電源からの交流電力または直流電力が前記外部負荷に供給されないように前記電源切換装置を制御し、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチが共にオフの場合に、前記外部電源からの交流電力または直流電力が前記外部負荷に供給されるように前記電源切換装置を制御する請求項９に記載の電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換効率が高い領域で電力変換器を使用することによって、電力変換器から最大の交流電力を出力する電力変換システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギを利用する発電システム、例えば地熱エネルギ、風力エネルギ、太陽光エネルギを利用する発電システムが注目されている。しかしながら、例えば太陽光発電は、天候の影響を受けて出力が大きく変動するので、その変動による効率低下を抑制したり、その変動を平滑化したりする技術が提案されている。
【０００３】
例えば、図８（ａ）に示すように、従来の太陽光発電システム５０は、太陽光発電装置５２（太陽電池、ソーラーセルともいう）と、その発電した電力が最大となるように制御するためのＭＰＰＴ(Max Power Point Tracking)ユニット５４と、発電された直流電力から商用の交流電力を電気的に生成する電力変換器５６（インバータともいう）で構成されている。
【０００４】
ＭＰＰＴユニット５４は、太陽光発電装置５２が最大電力点で動作するように出力電圧、出力電流を追従制御するユニットであり、例えば、太陽光発電装置５２の出力電圧を変化させ、その変化前後の出力電力が大きくなるような電圧の増減極性を選定して、最大電力点まで動作点を移動させる山登り法や、太陽光発電装置５２の出力電圧が一定になるように制御する電圧追従法が考案されている。
【０００５】
そして、例えば、太陽光発電装置５２の定格出力電力が１０ｋＷの場合のＭＰＰＴユニット５４の出力電力は、図８（ｂ）に示すように、午前７時から午後７時までの日照条件の変化によって０ｋＷから１０ｋＷまで激しく変化するが、その波形は、５〜１０分程度の短周期変動と日の出から日の入りまでの長周期変動とが合成された形であり、その波形の短周期変動を平準化した場合の出力電力は、最大５ｋＷ程度となる。これに対応して、電力変換器５６は、その最大５ｋＷ程度の電力を出力するために、その２倍の１０ｋＷの電力変換能力、即ち、平準化した出力電力の最大値５ｋＷに対して２００％の余剰変換能力が必要となる。このように大きな負荷変動とそれに伴う大きな余剰変換能力は、電力変換器５６の寿命を短くするだけでなく、電力変換効率を低下させる要因となっていた。
【０００６】
具体的には、図９に示すように、電力変換器５６の電力変換効率は、定格入力電力のｈ％の時にη％となり、それよりも高い電力範囲ではほぼ一定であるが、それよりも低い電力範囲では著しく低下することが知られている。従って、定格入力電力のｈ％よりも低い電力範囲では電力変換器５６を全く作動させず、定格入力電力のｈ％よりも高い電力範囲で常に作動させるのが好ましいが、低日射時には定格入力電力のｈ％よりも低い電力範囲に対応する電力しか発電できないので、電力変換器５６の電力変換効率が著しく低下していた。
【０００７】
その解決策として、特許文献１には、直流を交流に変換するインバータを２台で構成し、そのうちの１台で最大電力追従制御を行い、得られた最大直流電力をもっとも効率が高くなるように２台のインバータに分担させることにより、発電運転の全領域で効率の良い運転が出来るようになると共に、副次的な効果として、それぞれのインバータの運転時間を短縮できるので、インバータの寿命を延ばすことが出来る太陽光発電システムが記載されている。
【０００８】
また、特許文献２には、複数のインバータが並列に備えられ、負荷の要求電力に応じてそれらのインバータを選択的に駆動することにより、システムの消費電力を低減し、インバータの効率を高める電力貯蔵システムが記載されている。
【０００９】
さらに、特許文献３には、従来利用できなかった、特に低日射時の発電電力を有効に利用し、太陽光発電装置における電力変換効率の向上を図るとともに、特に低日射時に発生していたインバータのチャタリング現象を極力防止するようにした、信頼性の高い太陽光発電装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３１３７６７号公報
【特許文献２】特開２０１３−８５４５９号公報
【特許文献３】特許第３６８８７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の太陽光発電システムは、定格出力電力が小さい２台のインバータに分担させても、低電力時の電力変換効率の低下という問題を本質的に解消したわけではなく、負荷変動によるインバータの短寿命化という問題に加えて、インバータの増設分のコストが増加すると共に、太陽電池の出力に応じて各々のインバータに交流出力電流基準値を与えることでシステムが複雑化するという新たな問題が生じた。
【００１２】
また、特許文献２に記載の電力貯蔵システムは、定格出力電力が小さい複数のインバータを選択的に駆動しても、低電力時の電力変換効率の低下という問題を本質的に解消したわけではなく、双方向コンバータの使用によって電力変換効率が低下するという問題に加えて、インバータの増設分のコストと双方向コンバータ分のコストが増加すると共に、負荷の要求電力に応じてインバータを選択的に駆動することでシステムが複雑化するという新たな問題が生じた。
【００１３】
さらに、特許文献３に記載の太陽光発電装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して設けた蓄電手段に低日射時の発電電力を充電し、その電力でインバータの制御回路を駆動しても、その電力がインバータを通って負荷に出力されないため、低日射が長時間継続すると充電量が増加し、インバータの制御回路だけでは消費できなくなる。従って、この太陽光発電装置は、低電力時の電力変換効率の低下という問題を本質的に解消したわけではなく、充電容量不足の場合に生じる負荷変動によるインバータの短寿命化という問題とＤＣ／ＤＣコンバータの使用によって電力変換効率が低下するという問題に加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ分のコストが増加すると共に、蓄電手段の充電をオンオフすることがインバータの負荷変動を引き起こすという新たな問題が生じた。
【００１４】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、電力変換器の低電力時の電力変換効率を向上させ、電力変換器の寿命を長くすると同時に電力の平準化やピークシフトができ、電力変換器を増設せずにシンプルかつローコストに構成された電力変換システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、ＤＣ／ＤＣコンバータの使用による電力変換効率の低下がなく、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用せずにシンプルかつローコストに構成された電力変換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】
【００１５】
本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、二次電池を発電装置に並列に常時接続して発電装置の出力電力を平準化することによって、電力変換器の寿命を長くすると同時に電力の平準化やピークシフトができること、また、電力変換器の余剰変換能力を削減し、定格出力電力が小さい電力変換器を選定すれば、電力変換器の低電力時の電力変換効率を向上させることができること、および、電力変換器を増設せずにシンプルかつローコストに電力変換システムを構成することができることを知見した。
【００１６】
また、本発明者は、二次電池の放電電圧が上昇し、第１の設定値に到達した時点で電力変換器の電力変換を開始し、二次電池の放電電圧が下降し、第１の設定値よりも低い第２の設定値に到達した時点で電力変換器の電力変換を終了するように制御することによって、電力変換器の低電力時の電力変換効率の低下という問題を完全に解消できることを知見した。さらに別の方法として、本発明者は、二次電池と電力変換器との間にスイッチを設け、二次電池の放電電圧が上昇し、第１の設定値に到達した時点でスイッチをオンして電力変換器への放電を開始し、二次電池の放電電圧が下降し、第１の設定値よりも低い第２の設定値に到達した時点でスイッチをオフして電力変換器への放電を終了しても、同様の結果が得られることを知見し、本発明に至ったものである。
【００１７】
即ち、本発明の第１の実施形態は、エネルギを直流電力に変換して出力する発電装置と、発電装置に接続され、発電装置への逆流を防止する逆流防止手段と、逆流防止手段に接続され、逆流防止手段からの直流電力を常時平準化する二次電池と、逆流防止手段および二次電池に接続され、二次電池によって平準化された直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換器と、二次電池に接続され、二次電池の放電電圧のみに基づいて電力変換器の電力変換を開始または終了する制御手段と、を有し、制御手段は、二次電池の放電電圧が上昇し、第１の設定値に到達した時点で電力変換器の電力変換を開始し、二次電池の放電電圧が下降し、第１の設定値よりも低い第２の設定値に到達した時点で電力変換器の電力変換を終了するように制御する電力変換システムを提供するものである。
【００１８】
ここで、上記においては、さらに、発電装置と逆流防止手段との間に接続され、発電装置がエネルギから変換した直流電力を最大にするように制御する制御装置を有し、二次電池は、互いに直列に接続された少なくとも１つの二次電池要素から成り、発電装置の最大出力電圧は、各二次電池要素の過充電危険電圧の和よりも低く、各二次電池要素の満充電電圧の和と同じまたはそれよりも低いのが好ましい。
さらに、逆流防止手段および二次電池ならびに電力変換器の間に接続され、二次電池によって平準化された直流電力を供給するかしないか切り換えることができる電力遮断手段と、外部電源から外部負荷への交流電力を供給するかしないか切り換えることができる電源切換装置と、を有し、制御手段は、二次電池の放電電圧が上昇し、第１の設定値に到達した時点で電力変換器の電力変換を開始すると同時に、外部電源からの交流電力が外部負荷に供給されないように、電力遮断手段および電源切換装置を制御し、二次電池の放電電圧が下降し、第１の設定値よりも低い第２の設定値に到達した時点で電力変換器の電力変換を終了すると同時に、外部電源からの交流電力が外部負荷に供給されるように、電力遮断手段および電源切換装置を制御するのが好ましい。
制御手段は、二次電池の放電電圧が第１の設定値に到達した時点で電力変換器を起動すると共に電力遮断手段をオンした後、電力変換器からの交流電力が安定的に外部負荷に供給されるようになった時点で、電源切換装置をオフし、二次電池の放電電圧が第２の設定値に到達した時点で電源切換装置をオンした後、外部電源からの交流電力が安定的に外部負荷に供給されるようになった時点で、電力変換器を停止すると共に電力遮断手段をオフするのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の第２の実施形態は、エネルギを直流電力に変換して出力する直流電力発生装置と、直流電力発生装置に接続され、直流電力発生装置への逆流を防止する逆流防止手段と、逆流防止手段に接続され、逆流防止手段からの直流電力を常時平準化する二次電池と、二次電池に接続され、二次電池によって平準化された直流電力を交流電力または電圧の異なる直流電力に変換して出力する電力変換器と、二次電池と電力変換器との間に設けられた第１スイッチと、二次電池に接続され、二次電池の端子間電圧に基づいて第１スイッチをオンオフする制御手段と、を有し、制御手段は、二次電池の端子間電圧が上昇し、第１の設定値に到達した時点で第１スイッチをオンし、二次電池の端子間電圧が下降し、第１の設定値よりも低い第２の設定値に到達した時点で第１スイッチをオフする電力変換システムを提供するものである。
【００２０】
ここで、上記においては、直流電力発生装置は、エネルギを直接直流電力に変換して出力する直流発電装置、ならびに、エネルギを交流電力に変換する交流発電装置とエネルギから変換された交流電力を直流電力に再変換して出力するＡＣＤＣ変換器とから成る複合装置の少なくとも一方を備え、直流電力発生装置は、さらに、直流発電装置と逆流防止手段との間に接続され、かつ直流発電装置がエネルギから変換した直流電力を最大にするように制御する直流ＭＰＰＴ装置を有し、複合装置は、さらに、交流発電装置とＡＣＤＣ変換器との間に接続され、かつ交流発電装置がエネルギから変換した交流電力を最大にするように制御する交流ＭＰＰＴ装置を有し、二次電池は、互いに直列に接続された少なくとも１つの二次電池要素から成り、直流電力発生装置の最大出力電圧は、各二次電池要素の過充電危険電圧の和から成る二次電池の過充電危険電圧よりも低く、各二次電池要素の満充電電圧の和から成る二次電池の満充電電圧と同じまたはそれよりも低いのが好ましい。
さらに、逆流防止手段と二次電池との間に設けられた第２スイッチを有し、制御手段は、二次電池の端子間電圧、温度、および電流を監視し、二次電池の端子間電圧が予め設定された電圧下限値よりも低い場合、二次電池の端子間電圧が電圧下限値よりも高い値に予め設定された電圧上限値よりも高い場合、二次電池の温度が予め設定された温度下限値よりも低い場合、二次電池の温度が温度下限値よりも高い値に予め設定された温度上限値よりも高い場合、または二次電池の電流が予め設定された電流上限値よりも大きい場合のいずれかの場合に、第２スイッチをオフし、制御手段は、二次電池の端子間電圧が電圧下限値以上かつ電圧上限値以下の場合、かつ二次電池の温度が温度下限値以上かつ温度上限値以下の場合、かつ二次電池の電流が電流上限値以下の場合に、第２スイッチをオンするのが好ましい。
【００２１】
ここで、上記においては、二次電池の電圧下限値は、二次電池の放電終止電圧と第２の設定値との間の値に設定され、二次電池の電圧上限値は、二次電池の満充電電圧と第１の設定値との間の値に設定されるのが好ましい。
さらに、逆流防止手段と電力変換器との間を、二次電池を介さずに直接接続するために設けられた第３スイッチを有し、制御手段は、第２スイッチがオフの場合に、第３スイッチをオンし、第２スイッチがオンの場合に、第３スイッチをオフするのが好ましい。
さらに、外部電源から外部負荷への交流電力または直流電力を供給するかしないか切り換えることができる電源切換装置を有し、制御手段は、第１スイッチおよび第３スイッチの少なくとも一方がオンの場合に、外部電源からの交流電力または直流電力が外部負荷に供給されないように電源切換装置を制御し、第１スイッチおよび第３スイッチが共にオフの場合に、外部電源からの交流電力または直流電力が外部負荷に供給されるように電源切換装置を制御するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電力変換システムによれば、電力変換器の低電力時の電力変換効率を向上させ、電力変換器の寿命を長くすると同時に電力の平準化やピークシフトができ、電力変換器を増設せずにシンプルかつローコストに構成することができる。
また、本発明の電力変換システムによれば、これに加え、ＤＣ／ＤＣコンバータの使用による電力変換効率の低下がなく、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用せずにシンプルかつローコストに構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態の電力変換システムの構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す二次電池の構成を示す回路図である。
【図３】図１に示す二次電池に蓄積された電力量に対する放電電圧の変化を示すグラフである。
【図４】晴天時の電力変換器の作動状態を示すグラフである。
【図５】曇天時の電力変換器の作動状態を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、本発明の第２の実施形態の電力変換システムの構成を示す回路図であり、（ｂ）は、（ａ）の直流電力発生装置とは異なる直流電力発生装置の構成を示す回路図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第３の実施形態の電力変換システムの構成を示す回路図であり、（ｂ）は、（ａ）の直流電力発生装置とは異なる直流電力発生装置の構成を示す回路図である。
【図８】（ａ）は、従来の太陽光発電システムの基本構成を示す回路図であり、（ｂ）は、そのＭＰＰＴユニットの出力電力を示すグラフである。
【図９】一般的な電力変換器の電力変換効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る電力変換システムを添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。まず、本発明の第１の実施形態の電力変換システムについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の電力変換システムの構成を示す回路図である。
【００２５】
電力変換システム１０は、発電装置１２、二次電池１４、電力変換器１６、逆流防止手段１８ａおよび制御手段１８ｂを有する。逆流防止手段１８ａおよび制御手段１８ｂは、第１制御装置１８の中に配置されても良い。発電装置１２は、エネルギを直流電力に変換して出力し、逆流防止手段１８ａは、発電装置１２に接続され、発電装置１２への逆流を防止し、二次電池１４は、逆流防止手段１８ａに接続され、逆流防止手段１８ａからの直流電力を常時平準化し、電力変換器１６は、逆流防止手段１８ａおよび二次電池１４に接続され、二次電池１４によって平準化された直流電力を交流電力に変換して出力し、制御手段１８ｂは、電力変換器１６の低電力時の電力変換効率を向上させかつ電力変換器１６の寿命を長くするための間欠駆動機能を備え、二次電池１４に接続され、二次電池１４の放電電圧のみに基づいて電力変換器１６の電力変換を開始または終了し、電力変換器１６からの交流電力を最大にするように制御する。
【００２６】
発電装置１２は、地熱発電装置、風力発電装置、太陽光発電装置を含む。発電装置１２からの直流電力は、発電装置１２の発電状態に応じて二次電池１４の充放電がなされることによって平準化される。即ち、発電装置１２からの直流電力が急激に増加した場合には二次電池１４の充電がなされ、発電装置１２からの直流電力が急激に減少した場合には二次電池１４の放電がなされる。逆流防止手段１８ａは、例えばダイオードであり、発電電圧がゼロの時間帯に二次電池１４の電気が発電装置１２に逆流するのを防止するものであり、発電装置１２と二次電池１４との間に接続される。
【００２７】
二次電池１４は、逆流防止手段１８ａを介して発電装置１２に常時接続され、逆流防止手段１８ａを通過した発電装置１２からの直流電力を常時平準化するので、充電のオンオフによる電力変換器１６の負荷変動が生じないという効果を有する。制御手段１８ｂは、二次電池１４の放電電圧のみに基づいて電力変換器１６の電力変換を開始または終了し、発電装置１２からの直流電力の大きさとは無関係に制御するので、両方の物理量に基づいて制御する場合と比較してシンプルかつローコストに構成することができるという効果を有する。
【００２８】
電力変換システム１０は、さらに、発電装置１２と逆流防止手段１８ａとの間に接続された第２制御装置２０を有するのが好ましい。第２制御装置２０は、ＭＰＰＴ制御機能を備え、発電装置１２がエネルギから変換した直流電力を最大にするように制御する。本発明の第１の実施形態の制御装置は、第２制御装置２０に対応する。
【００２９】
電力変換システム１０は、さらに、逆流防止手段１８ａおよび二次電池１４ならびに電力変換器１６の間に接続され、二次電池１４によって平準化された直流電力を供給するかしないか切り換えることができる電力遮断手段１８ｃと、外部電源２４から外部負荷２６への交流電力を供給するかしないか切り換えることができる電源切換装置２２と、を有するのが好ましい。電力遮断手段１８ｃは、第１制御装置１８の中に配置されても良い。
【００３０】
図８（ａ）の従来の太陽光発電システム５０では、例えば、太陽光発電装置５２の出力電圧が６００Ｖ、出力電力が０〜１０ｋＷである場合に、出力電圧が４００Ｖ、電力変換能力が５ｋＷ±１００％の電力変換器５６が使用されるので、電力変換効率が８５％、電力変換器５６内のコンデンサの交換寿命が７年となる。これに対して、二次電池１４を用いた図１の電力変換システム１０では、発電装置１２の出力電圧が６００Ｖ、出力電力が０〜１０ｋＷである場合に、出力電圧が４００Ｖ、電力変換能力が５ｋＷ±２０％の電力変換器１６が使用されるので、電力変換効率が９０％、電力変換器１６内のコンデンサの交換寿命が１５年となる、即ち、二次電池１４を用いた電力変換システム１０は、従来よりも電力変換器の電力変換効率を向上させ、寿命を長くすることができる。
【００３１】
また、二次電池１４の充電容量と放電容量は、発電装置１２からの直流電力の波形における５〜１０分程度の短周期変動の山を吸収し、かつ、谷を埋めるのに十分な能力を有するように設計する必要が有る。例えば、短周期変動を平準化した場合の直流電力を基準として、短周期変動の山が最大１．６ｋＷｈであり、短周期変動の谷が最大１．４ｋＷｈであると想定される場合には、例えば、二次電池１４の全容量を８ｋＷｈとし、その６０％が充電された状態で、所定の開路電圧を発生するように設計すれば良い。この二次電池１４は、所定の開路電圧を発生した状態で、最大３．２ｋＷｈのエネルギを吸収できるので、上記直流電力の山を吸収できると同時に、最大４．８ｋＷｈのエネルギを放出できるので、上記直流電力の谷を埋めることができる。
【００３２】
次に、二次電池１４の構成について説明する。図２は、図１に示す二次電池の構成を示す回路図である。
二次電池１４は、互いに直列に接続された少なくとも１つの二次電池要素１４ａから成るのが好ましい。発電装置１２の最大出力電圧は、各二次電池要素１４ａの過充電危険電圧Ｖｃの和よりも低く、各二次電池要素１４ａの満充電電圧Ｖｄの和と同じまたはそれよりも低いのが好ましい。
【００３３】
ここで、過充電危険電圧Ｖｃ（安全限界電圧ともいう）とは、二次電池の正負極端子間に安全にかけられる電圧の上限値であり、この電圧を超えると、過充電による破損、例えば破裂や発火が発生する恐れがある充電電圧である。また、満充電電圧Ｖｄとは、長時間にわたる放電の間に徐々に低下していく二次電池の正負極端子間の放電開始時の放電電圧である。
【００３４】
図２には、互いに直列に接続された第１〜第ｍ二次電池群１４ｇ−１〜１４ｇ−ｍが記載されているが、二次電池群１４ｇの個数は、１つ以上であれば良い。また、図２には、それぞれ複数の二次電池要素１４ａを並列に接続して構成される二次電池群１４ｇが記載されているが、各二次電池群１４ｇの二次電池要素１４ａの個数は、１つ以上であれば良い。
【００３５】
二次電池１４が互いに直列に接続された２つの二次電池要素１４ａから成る場合についてより詳細に説明すると、二次電池１４は、第１二次電池群１４ｇ−１と第２二次電池群１４ｇ−２とを有する。第１二次電池群１４ｇ−１は、少なくとも１つの第１二次電池要素１４ａ−１を含み、その第１二次電池要素１４ａ−１は、第１満充電電圧Ｖｄ−１と第１過充電危険電圧Ｖｃ−１とを有する。また、第２二次電池群１４ｇ−２は、第１二次電池群１４ｇ−１に直列に接続され、少なくとも１つの第２二次電池要素１４ａ−２を含み、その第２二次電池要素１４ａ−２は、第２満充電電圧Ｖｄ−２と第２過充電危険電圧Ｖｃ−２とを有する。
【００３６】
図１の電力変換システム１０では、発電装置１２の最大出力電圧が、二次電池１４の満充電電圧Ｖｄ、即ち、第１二次電池要素１４ａ−１の第１満充電電圧Ｖｄ−１と第２二次電池要素１４ａ−２の第２満充電電圧Ｖｄ−２とを加算して得られた満充電電圧と同じまたはそれよりも低いので、発電装置１２と二次電池１４との間に電圧変換用のＤＣ−ＤＣコンバータを設けずに両者を直接並列に接続することができる。従って、このような二次電池１４を用いた電力変換システム１０は、従来よりもシンプルかつローコストに構成することができる。なお、ここで省略できるＤＣ−ＤＣコンバータは、発電装置１２の最大出力電圧と二次電池１４の満充電電圧との関係を調整するためにそれらの間に設けられる電圧変換用のＤＣ−ＤＣコンバータであり、ＭＰＰＴ制御回路の中に使用されることがあるＭＰＰＴ制御機能用のＤＣ−ＤＣコンバータとは異なるものである。
【００３７】
第１二次電池要素１４ａ−１の接続数および第２二次電池要素１４ａ−２の接続数は、特に制限的ではないが、第１二次電池群１４ｇ−１の合計放電容量が、第２二次電池群１４ｇ−２の合計放電容量に等しくなるようにそれぞれ決定されるのが好ましい。なお、複数の二次電池を並列に接続した場合の合計放電容量は、二次電池の接続数に比例する。ここで、第２二次電池群１４ｇ−２の合計放電容量に等しいとは、第２二次電池群１４ｇ−２の合計放電容量±１０％の範囲内にあることをいう。二次電池１４の放電容量は、第１二次電池群１４ｇ−１の合計放電容量と第２二次電池群１４ｇ−２の合計放電容量の内、小さい方の合計放電容量によって制限される。
【００３８】
次に、二次電池群１４ｇの第１の形態について説明する。
第１二次電池群１４ｇ−１および第２二次電池群１４ｇ−２のそれぞれは、互いに同じ二次電池を並列に接続された構成でも良い。その場合には、第１二次電池要素１４ａ−１および第２二次電池要素１４ａ−２の種類は、特に制限的ではないが、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ＬＴＯ系リチウムイオン電池、ＬＦＰＯ系リチウムイオン電池、ＮＣＡ系リチウムイオン電池、ニッケル系リチウムイオン電池、コバルト系リチウムイオン電池およびマンガン系リチウムイオン電池の中からそれぞれ選択される１種であるのが好ましい。
【００３９】
次に、二次電池群１４ｇの第２の形態について説明する。
第１二次電池群１４ｇ−１および第２二次電池群１４ｇ−２のそれぞれは、互いに近接した平均放電電圧を有する水溶液系二次電池とリチウムイオン電池とが並列に接続された構成でも良い。その場合には、水溶液系二次電池は、鉛蓄電池またはニッケル水素電池であり、リチウムイオン電池は、ＬＴＯ系リチウムイオン電池、ＬＦＰＯ系リチウムイオン電池、ＮＣＡ系リチウムイオン電池、ニッケル系リチウムイオン電池、コバルト系リチウムイオン電池およびマンガン系リチウムイオン電池の中から選択される１種であるのが好ましい。
【００４０】
ここで、平均放電電圧とは、長時間にわたる放電の間に徐々に低下していく二次電池の正負極端子間の放電開始から放電終了までの放電電圧の平均値であるが、放電中の放電電圧の低下速度は、ほぼ一定なので、二次電池の充電率が約５０％の時の二次電池の放電電圧を用いても良い。また、水溶液系二次電池とリチウムイオン電池とが互いに近接した平均放電電圧を有するとは、二次電池１４が所定の負荷に接続された時に、両方が共に所定の分割電圧を担うことができる場合がある、即ち、両方が放電して負荷を駆動することができる場合があることをいう。
【００４１】
その場合にはさらに、リチウムイオン電池の過充電危険電圧が、水溶液系二次電池の充電終止電圧よりも高くなるように構成され、リチウムイオン電池は、リチウムイオン電池の過充電危険電圧を超えて充電されるとリチウムイオン電池が危険な状態に至り、水溶液系二次電池は、水溶液系二次電池の充電終止電圧を超えて充電されると水溶液系二次電池が過充電に至るものであり、第１二次電池群１４ｇ−１および第２二次電池群１４ｇ−２のそれぞれに対して、リチウムイオン電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、水溶液系二次電池が水系電解液分解反応を行うことにより過充電エネルギを吸収し、第１二次電池群１４ｇ−１および第２二次電池群１４ｇ−２のそれぞれの充電電圧を水溶液系二次電池の充電終止電圧に抑え、リチウムイオン電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたものであるのが好ましい。
【００４２】
次に、二次電池群１４ｇの第３の形態について説明する。
第３の形態の二次電池群１４ｇは、図２と異なり、互いに直列に接続された第１二次電池群１４ｇ−１および第２二次電池群１４ｇ−２から成る水溶液系二次電池群が、互いに直列に接続された第３二次電池群１４ｇ−３および第４二次電池群１４ｇ−４から成るリチウムイオン電池群に対して、並列に接続された構成でも良い。その場合には、第３二次電池群１４ｇ−３は、第３放電電圧範囲を有する少なくとも１つの第３二次電池要素１４ａ−３を含み、第４二次電池群１４ｇ−４は、第４放電電圧範囲を有する少なくとも１つの第４二次電池要素１４ａ−４を含む。また、水溶液系二次電池群を構成する直列接続の電池の合計平均放電電圧は、リチウムイオン電池群を構成する直列接続の電池の合計平均放電電圧に近接する。
【００４３】
その場合には、水溶液系二次電池群を構成する第１二次電池要素１４ａ−１および第２二次電池要素１４ａ−２は、鉛蓄電池またはニッケル水素電池であり、リチウムイオン電池群を構成する第３二次電池要素１４ａ−３および第４二次電池要素１４ａ−４は、ＬＴＯ系リチウムイオン電池、ＬＦＰＯ系リチウムイオン電池、ＮＣＡ系リチウムイオン電池、ニッケル系リチウムイオン電池、コバルト系リチウムイオン電池およびマンガン系リチウムイオン電池から成る群から選択される１種であるのが好ましい。なお、第２の形態の説明の中で、水溶液系二次電池の充電終止電圧とリチウムイオン電池の過充電危険電圧との関係について説明したが、第３の形態では、それぞれの電池を電池群に読み換え、それぞれの電圧を電池群を構成する直列接続の電池の合計電圧に読み換えることができる。また、平均放電電圧の近接についても同様に読み換えることができる。
【００４４】
次に、太陽光発電装置の出力電圧と出力電流の関係について説明する。
出力開放時は、出力電流はゼロであり、この時の出力電圧を開放電圧という。逆に、出力短絡時は、出力電圧はゼロであり、この時の出力電流を短絡電流という。負荷接続時は、負荷抵抗の大きさに対応して動作点が変化し、負荷の抵抗値をゼロから徐々に増加させて、動作点の出力電圧を増加させると、出力電流が短絡電流から徐々に減少し、出力電圧が開放電圧の８０％になる近傍からは、出力電流が急速に減少し、出力電圧が開放電圧に等しくなった時に、出力電流がゼロになる。
【００４５】
次に、太陽光発電装置の温度を一定とし、受光量をパラメータとして１００％から２５％まで低下させた場合の太陽光発電装置の出力電圧と出力電流の関係を説明する。受光量を１００％から２５％まで低下させた場合、短絡電流と出力電流の減少量は１００％から２５％まで低下するのに対して、開放電圧はほとんど変化しない。即ち、太陽光発電装置の出力電圧と出力電流の関係を示すグラフ上では、受光量が２５％の時のグラフは、受光量が１００％の時のグラフの出力電圧のスケールを変更せずに、出力電流のスケールのみを１００％から２５％に書き換えたグラフとほぼ同一である。従って、受光量を１００％から２５％まで低下させた場合でも、ＭＰＰＴ制御による動作点の電圧は、開放電圧の８０％の近傍から変化しない。従って、太陽光発電装置の温度変化による影響が小さい場合には、ＭＰＰＴ制御による動作点の電圧と同じ放電電圧を有する二次電池を太陽光発電装置に接続すれば、その太陽光発電装置は、ＭＰＰＴ制御機能がなくてもＭＰＰＴ制御機能による動作点の電圧に保持することができる。
【００４６】
次に、電力変換器１６を間欠駆動する制御手段１８ｂの制御方法について説明する。図３は、図１に示す二次電池に蓄積された電力量に対する放電電圧の変化を示すグラフである。なお、Ｖｇは、二次電池１４の放電終止電圧を示し、Ｗｇは、その時に二次電池１４に残っている電力量を示す。また、縦軸は、満充電の状態を示し、Ｖｄは、上述のように二次電池１４の満充電電圧を示す。
二次電池１４を充電すると横軸の右から左に向かうように二次電池１４の放電電圧が上昇し、二次電池１４に蓄積された電力量がＷｅの時に放電電圧が第１の設定値Ｖｅに到達するので、制御手段１８ｂは、この時点で電力変換器１６の電力変換を開始するように制御する。電力変換システム１０が電源切換装置２２を有する場合には、それと同時に、制御手段１８ｂは、外部電源２４からの交流電力が外部負荷２６に供給されないように、電力遮断手段１８ｃおよび電源切換装置２２を制御する。
【００４７】
具体的には、制御手段１８ｂは、二次電池１４の放電電圧が第１の設定値Ｖｅに到達した時点で電力変換器１６を起動すると共に電力遮断手段１８ｃをオンした後、電力変換器１６からの交流電力が安定的に外部負荷２６に供給されるようになった時点で、電源切換装置２２をオフするのが好ましい。
【００４８】
二次電池１４を放電すると横軸の左から右に向かうように二次電池１４の放電電圧が下降し、二次電池１４に蓄積された電力量がＷｅよりも少ないＷｆの時に放電電圧が第１の設定値Ｖｅよりも低い第２の設定値Ｖｆに到達するので、制御手段１８ｂは、この時点で電力変換器１６の電力変換を終了するように制御する。電力変換システム１０が電源切換装置２２を有する場合には、それと同時に、制御手段１８ｂは、外部電源２４からの交流電力が外部負荷２６に供給されるように、電力遮断手段１８ｃおよび電源切換装置２２を制御する。
【００４９】
具体的には、制御手段１８ｂは、二次電池１４の放電電圧が第２の設定値Ｖｆに到達した時点で電源切換装置２２をオンした後、外部電源２４からの交流電力が安定的に外部負荷２６に供給されるようになった時点で、電力変換器１６を停止すると共に電力遮断手段１８ｃをオフするのが好ましい。
【００５０】
次に、制御手段１８ｂによって間欠駆動された電力変換器１６の晴天時の動作について説明する。図４は、晴天時の電力変換器の作動状態を示すグラフである。
Ａ０は、午前７時から午後７時までの晴天時の発電装置１２の出力電力波形に含まれる５〜１０分程度の短周期変動を除去し、日の出から日の入りまでの長周期変動だけを残した直流電力を参照用として示したものである。また、Ａ１〜Ａ５は、Ａ０から変換されて電力変換器１６から出力された交流電力である。
【００５１】
Ａ１は、二次電池１４の放電電圧が発電装置１２による充電によって上昇し、第１の設定値Ｖｅに到達した時点で電力変換器１６の電力変換を開始した後、受光量不足で充電量よりも放電量の方が大きいために二次電池１４の放電電圧が下降し、第１の設定値Ｖｅよりも低い第２の設定値Ｖｆに到達した時点で電力変換器１６の電力変換を終了したことを示す。
【００５２】
Ａ２は、放電量がゼロになったために再び二次電池１４の放電電圧が上昇し、第１の設定値Ｖｅに到達した時点で電力変換器１６の電力変換を開始した後、Ａ１の時よりも受光量が増加したもののまだ不足していて、充電量よりも放電量の方がわずかに大きいために二次電池１４の放電電圧が徐々に下降し、第２の設定値Ｖｆに到達した時点で電力変換器１６の電力変換を終了したことを示す。
【００５３】
Ａ３は、同様に電力変換器１６の電力変換を開始した後、日中は受光量が十分大きくて、充電量よりも放電量の方が小さいために二次電池１４の放電電圧が下降せず、夕方になって受光量が減少して第２の設定値Ｖｆに到達した時点で電力変換器１６の電力変換を終了したことを示す。Ａ４は、Ａ２と同様であり、Ａ５は、Ａ１と同様である。また、Ａ１〜Ａ５の縦軸は、電力変換器１６が起動から停止まで定格の交流電力Ｗ０を出力することを示す。
【００５４】
次に電力変換器１６の曇天時の動作について説明する。図５は、曇天時の電力変換器の作動状態を示すグラフである。
Ｂ０は、午前７時から午後７時までの曇天時の発電装置１２の出力電力波形に含まれる短周期変動を除去し、Ａ０と同様に長周期変動だけを残した直流電力を参照用として示したものである。また、Ｂ１〜Ｂ６は、Ｂ０から変換されて電力変換器１６から出力された交流電力である。
【００５５】
Ｂ１は、Ａ１と同様であり、Ｂ２は、Ａ２と同様であるが、受光量不足で充電量が小さいため、Ｂ１とＢ２の間隔がＡ１とＡ２の間隔よりも広くなる。また、受光量不足で充電量よりも放電量の方がかなり大きいため、Ｂ１の幅がＡ１の幅よりも狭くなり、Ｂ２の幅がＡ２の幅よりも狭くなる。
【００５６】
Ｂ３は、同様に電力変換器１６の電力変換を開始した後、日中でも受光量が不足していて、充電量よりも放電量の方が大きいために二次電池１４の放電電圧が下降して電力変換器１６の電力変換を終了したことを示す。Ｂ４は、Ｂ３と同様であり、Ｂ５は、Ｂ２と同様であり、Ｂ６は、Ｂ１と同様である。また、Ｂ１〜Ｂ６の縦軸は、電力変換器１６が起動から停止まで定格の交流電力Ｗ０を出力することを示す。
【００５７】
本発明の電力変換システムは、電力変換器の低電力時の電力変換効率を向上させ、電力変換器の寿命を長くすると同時に電力の平準化やピークシフトができ、電力変換器を増設せずにシンプルかつローコストに構成することができるという効果がある。
また、本発明の電力変換システムは、これに加え、ＤＣ／ＤＣコンバータの使用による電力変換効率の低下がなく、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用せずにシンプルかつローコストに構成することができるという効果がある。
本発明の第１の実施形態の電力変換システムは、基本的に以上のように構成される。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施形態の電力変換システムについて説明する。図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態の電力変換システムの構成を示す回路図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の直流電力発生装置とは異なる直流電力発生装置の構成を示す回路図である。
【００５９】
電力変換システム３０は、二次電池１４、電力変換器１６、逆流防止手段１８ａ、直流電力発生装置３２、制御手段３８ａおよび第１スイッチ３８ｂを有する。直流電力発生装置３２は、エネルギを直流電力に変換して出力する。逆流防止手段１８ａは、直流電力発生装置３２に接続され、直流電力発生装置３２への逆流を防止する。二次電池１４は、逆流防止手段１８ａに接続され、逆流防止手段１８ａからの直流電力を常時平準化する。電力変換器１６は、二次電池１４に接続され、二次電池１４によって平準化された直流電力を交流電力または電圧の異なる直流電力に変換して出力する。第１スイッチ３８ｂは、二次電池１４と電力変換器１６との間に設けられる。制御手段３８ａは、二次電池１４に接続され、二次電池１４の端子間電圧に基づいて第１スイッチ３８ｂをオンオフし、電力変換器１６からの交流電力を最大にするように制御する。
【００６０】
電力変換システム３０は、電力変換システム１０と比較すると、発電装置１２の代わりに直流電力発生装置３２を有する点、ならびに制御手段１８ｂおよび電力遮断手段１８ｃの代わりに制御手段３８ａおよび第１スイッチ３８ｂを有する点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６１】
まず、第１スイッチ３８ｂを用いて電力変換器１６への放電を開始または終了する制御手段３８ａの制御方法について、上述の第１の実施形態と同様に図３を用いて説明する。
二次電池１４を充電すると横軸の右から左に向かうように二次電池１４の端子間電圧が上昇し、二次電池１４に蓄積された電力量がＷｅの時に端子間電圧が第１の設定値Ｖｅに到達するので、制御手段３８ａは、この時点で電力変換器１６への放電を開始するように制御する。即ち、制御手段３８ａは、二次電池１４の端子間電圧が上昇し、第１の設定値Ｖｅに到達した時点で第１スイッチ３８ｂをオンする。電力変換システム３０が電源切換装置２２を有する場合には、それと同時に、制御手段３８ａは、外部電源２４からの交流電力が外部負荷２６に供給されないように、電源切換装置２２を制御する。具体的には、制御手段３８ａは、二次電池１４の端子間電圧が第１の設定値Ｖｅに到達した時点で第１スイッチ３８ｂをオンすると共に電源切換装置２２をオフするのが好ましい。
【００６２】
二次電池１４を放電すると横軸の左から右に向かうように二次電池１４の端子間電圧が下降し、二次電池１４に蓄積された電力量がＷｅよりも少ないＷｆの時に端子間電圧が第１の設定値Ｖｅよりも低い第２の設定値Ｖｆに到達するので、制御手段３８ａは、この時点で電力変換器１６への放電を終了するように制御する。即ち、制御手段３８ａは、二次電池１４の端子間電圧が下降し、第１の設定値Ｖｅよりも低い第２の設定値Ｖｆに到達した時点で第１スイッチ３８ｂをオフする。電力変換システム３０が電源切換装置２２を有する場合には、それと同時に、制御手段３８ａは、外部電源２４からの交流電力が外部負荷２６に供給されるように、電源切換装置２２を制御する。具体的には、制御手段３８ａは、二次電池１４の端子間電圧が第２の設定値Ｖｆに到達した時点で第１スイッチ３８ｂをオフすると共に電源切換装置２２をオンするのが好ましい。
【００６３】
次に、電力変換システム３０のいくつかの好ましい形態について、順に説明する。
直流電力発生装置３２は、直流発電装置３２ａ１および複合装置３２ｂの少なくとも一方を備えるのが好ましい。直流発電装置３２ａ１は、エネルギを直接直流電力に変換して出力する。複合装置３２ｂは、交流発電装置３２ｂ１とＡＣＤＣ変換器３２ｂ２とから成り、交流発電装置３２ｂ１は、エネルギを交流電力に変換し、ＡＣＤＣ変換器３２ｂ２は、エネルギから変換された交流電力を直流電力に再変換して出力する。
【００６４】
直流電力発生装置３２が直流発電装置３２ａ１を備える場合には、直流電力発生装置３２は、さらに、直流ＭＰＰＴ装置３２ａ２を有するのが好ましい。直流ＭＰＰＴ装置３２ａ２は、直流発電装置３２ａ１と逆流防止手段１８ａとの間に接続され、直流発電装置３２ａ１がエネルギから変換した直流電力を最大にするように制御する。
【００６５】
直流電力発生装置３２が複合装置３２ｂを備える場合には、複合装置３２ｂは、さらに、交流ＭＰＰＴ装置３２ｂ３を有するのが好ましい。交流ＭＰＰＴ装置３２ｂ３は、交流発電装置３２ｂ１とＡＣＤＣ変換器３２ｂ２との間に接続され、交流発電装置３２ｂ１がエネルギから変換した交流電力を最大にするように制御する。
【００６６】
二次電池１４は、互いに直列に接続された少なくとも１つの二次電池要素１４ａから成り、直流電力発生装置３２の最大出力電圧は、各二次電池要素１４ａの過充電危険電圧の和から成る二次電池１４の過充電危険電圧よりも低く、各二次電池要素１４ａの満充電電圧の和から成る二次電池１４の満充電電圧と同じまたはそれよりも低いのが好ましい。これによって、直流電力発生装置３２が発生させた電力を最大にすると共に、本システム使用時の安全性を向上させることができる。
【００６７】
電力変換システム３０は、さらに、第２スイッチ３８ｃを有するのが好ましい。第２スイッチ３８ｃは、逆流防止手段１８ａと二次電池１４との間に設けられる。制御手段３８ａは、二次電池１４の端子間電圧、温度、および電流を監視し、二次電池１４の端子間電圧が予め設定された電圧下限値よりも低い場合、二次電池１４の端子間電圧が電圧下限値よりも高い値に予め設定された電圧上限値よりも高い場合、二次電池１４の温度が予め設定された温度下限値よりも低い場合、二次電池１４の温度が温度下限値よりも高い値に予め設定された温度上限値よりも高い場合、または二次電池１４の電流が予め設定された電流上限値よりも大きい場合のいずれかの場合に、第２スイッチ３８ｃをオフし、制御手段３８ａは、二次電池１４の端子間電圧が電圧下限値以上かつ電圧上限値以下の場合、かつ二次電池１４の温度が温度下限値以上かつ温度上限値以下の場合、かつ二次電池１４の電流が電流上限値以下の場合に、第２スイッチ３８ｃをオンするのが好ましい。これによって、本システム使用時の安全性をさらに向上させることができる。
【００６８】
また、二次電池１４の電圧下限値は、二次電池１４の放電終止電圧Ｖｇと第２の設定値Ｖｆとの間の値に設定され、二次電池１４の電圧上限値は、二次電池１４の満充電電圧Ｖｄと第１の設定値Ｖｅとの間の値に設定されるのが好ましい。これによって、本システム使用時の安全性をさらに向上させることができる。
【００６９】
電力変換システム３０は、さらに、第３スイッチ３８ｄを有するのが好ましい。第３スイッチ３８ｄは、逆流防止手段１８ａと電力変換器１６との間を、二次電池１４を介さずに直接接続するために設けられる。制御手段３８ａは、第２スイッチ３８ｃがオフの場合に、第３スイッチ３８ｄをオンし、第２スイッチ３８ｃがオンの場合に、第３スイッチ３８ｄをオフするのが好ましい。また、電力変換システム３０では、二次電池１４、逆流防止手段１８ａ、制御手段３８ａ、第１スイッチ３８ｂ、第２スイッチ３８ｃおよび第３スイッチ３８ｄを１つの筐体に収納することによって、ブースタ３８を構成しても良い。ブースタ３８は、弱電力用のブースタであり、太陽光発電装置を備えた電力変換システムではＰＶブースタと呼ばれる。これによって、直流電力発生装置３２が発生させた電力を無駄なく外部負荷２６に供給することができる。
【００７０】
電力変換システム３０は、さらに、電源切換装置２２を有するのが好ましい。電源切換装置２２は、外部電源２４から外部負荷２６への交流電力または直流電力を供給するかしないか切り換えることができる。制御手段３８ａは、第１スイッチ３８ｂおよび第３スイッチ３８ｄの少なくとも一方がオンの場合に、外部電源２４からの交流電力または直流電力が外部負荷２６に供給されないように電源切換装置２２を制御し、第１スイッチ３８ｂおよび第３スイッチ３８ｄが共にオフの場合に、外部電源２４からの交流電力または直流電力が外部負荷２６に供給されるように電源切換装置２２を制御するのが好ましい。これによって、電力を外部負荷２６に途切れることなく連続的に供給することができる。なお、電力変換器１６から出力される電力が交流電力である場合には、外部電源２４から外部負荷２６に供給される電力も交流電力であり、電力変換器１６から出力される電力が直流電力である場合には、外部電源２４から外部負荷２６に供給される電力も直流電力であるのが好ましい。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施形態の電力変換システムについて説明する。図７（ａ）は、本発明の第３の実施形態の電力変換システムの構成を示す回路図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の直流電力発生装置とは異なる直流電力発生装置の構成を示す回路図である。電力変換システム４０は、電力変換システム３０と比較すると、直流ＭＰＰＴ装置３２ａ２の接続位置および交流ＭＰＰＴ装置３２ｂ３の有無以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
図６（ａ）のように、直流発電装置３２ａ１を備えた電力変換システム３０では、直流発電装置３２ａ１とブースタ３８に備えられた逆流防止手段１８ａとの間に直流ＭＰＰＴ装置３２ａ２が接続され、直流発電装置３２ａ１がエネルギから変換した直流電力を最大にするように制御する。直流発電装置３２ａ１として例えば太陽光発電装置を使用する場合には、直流ＭＰＰＴ装置３２ａ２の設置台数は、直流発電装置３２ａ１を構成する発電要素の数と同じなので、各発電要素が出力する直流電力を独立して最大にするように制御できるという利点がある。これに対して、図７（ａ）のように、直流発電装置３２ａ１を備えた電力変換システム４０では、ブースタ３８に備えられた第１スイッチ３８ｂと電力変換器１６との間に直流ＭＰＰＴ装置３２ａ２が接続され、二次電池１４が平準化した直流電力を最大にするように制御する。この場合、一般的には、直流ＭＰＰＴ装置３２ａ２の設置台数は、電力変換器１６の設置台数と同じなので、設置コストを低減できるという利点がある。
【００７３】
図６（ｂ）のように、交流発電装置３２ｂ１を備えた電力変換システム３０では、交流発電装置３２ｂ１とＡＣＤＣ変換器３２ｂ２との間に交流ＭＰＰＴ装置３２ｂ３が接続され、交流発電装置３２ｂ１がエネルギから変換した交流電力を最大にするように制御する。交流発電装置３２ｂ１として例えば風力発電装置を使用する場合には、交流ＭＰＰＴ装置３２ｂ３の設置台数は、交流発電装置３２ｂ１の数と同じなので、複数の風力発電装置を備える場合には、各風力発電装置が出力する交流電力を独立して最大にするように制御できるという利点がある。これに対して、図７（ｂ）のように、交流発電装置３２ｂ１を備えた電力変換システム４０では、図７（ａ）と同様の位置に接続された直流ＭＰＰＴ装置３２ａ２が二次電池１４によって平準化された直流電力を最大にするように制御するので、上述のように設置コストを低減できるという利点がある。
【００７４】
本発明の電力変換システムは、電力変換器の低電力時の電力変換効率を向上させ、電力変換器の寿命を長くすると同時に電力の平準化やピークシフトができ、電力変換器を増設せずにシンプルかつローコストに構成することができるという効果がある。
また、本発明の電力変換システムは、これに加え、ＤＣ／ＤＣコンバータの使用による電力変換効率の低下がなく、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用せずにシンプルかつローコストに構成することができるという効果がある。
本発明の第２の実施形態の電力変換システムは、基本的に以上のように構成される。
【００７５】
以上、本発明の電力変換システムについて詳細に説明したが、本発明は上記記載に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしても良いのはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の電力変換システムは、電力変換器の低電力時の電力変換効率を向上させ、電力変換器の寿命を長くすると同時に電力の平準化やピークシフトができ、電力変換器を増設せずにシンプルかつローコストに構成することができるという効果に加え、ＤＣ／ＤＣコンバータの使用による電力変換効率の低下がなく、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用せずにシンプルかつローコストに構成することができるという効果があるので、産業上有用である。
【符号の説明】
【００７７】
１０、３０、４０  電力変換システム
１２  発電装置
１４  二次電池
１４ａ  二次電池要素
１４ａ−１〜１４ａ−ｍ  第１〜第ｍ二次電池要素
１４ｇ  二次電池群
１４ｇ−１〜１４ｇ−ｍ  第１〜第ｍ二次電池群
１６  電力変換器
１８  第１制御装置
１８ａ  逆流防止手段
１８ｂ  制御手段
１８ｃ  電力遮断手段
２０  第２制御装置
２２  電源切換装置
２４  外部電源
２６  外部負荷
３２  直流電力発生装置
３２ａ１  直流発電装置
３２ａ２  直流ＭＰＰＴ装置
３２ｂ  複合装置
３２ｂ１  交流発電装置
３２ｂ２  ＡＣＤＣ変換器
３２ｂ３  交流ＭＰＰＴ装置
３８  ブースタ
３８ａ  制御手段
３８ｂ  第１スイッチ
３８ｃ  第２スイッチ
３８ｄ  第３スイッチ
５０  太陽光発電システム
５２  太陽光発電装置
５４  ＭＰＰＴユニット
５６  電力変換器
【図１】
2016116435.tif 000003
【図２】
2016116435.tif 000004
【図３】
2016116435.tif 000005
【図４】
2016116435.tif 000006
【図５】
2016116435.tif 000007
【図６】
2016116435.tif 000008
【図７】
2016116435.tif 000009
【図８】
2016116435.tif 000010
【図９】
2016116435.tif 000011