(57)【要約】【課題】電力系統への電力出力が抑制される状況においても、電力を捨てずに蓄電することを容易にする。【解決手段】系統連系システム１０は、直流電力を発電する発電部１に接続されるパワーコンディショナ６と、直流接続スイッチ５と、蓄電池２と、ＤＣ／ＤＣ変換器３と、制御部１５とを備える。直流接続スイッチ５は、パワーコンディショナ６の直流経路におけるノードに接続される。蓄電池２は、直流接続スイッチ５及びＤＣ／ＤＣ変換器３を介して、パワーコンディショナ６の直流経路のノードに接続される。制御部１５は、電力系統９への電力出力の抑制指令を受けた場合に直流接続スイッチ５をオンにする。【選択図】図１
2017077092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を発電する発電部に接続され、前記発電部で発電された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統及び／又は負荷に出力するパワーコンディショナと、
前記パワーコンディショナの直流経路におけるノードに接続される直流接続スイッチと、
前記直流接続スイッチを介して、前記パワーコンディショナの前記直流経路のノードに接続される蓄電池と、
前記蓄電池と前記直流接続スイッチとの間に接続されるＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記電力系統への電力出力の抑制指令を外部機器から受けた場合に前記直流接続スイッチをオンにして、前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御することにより、前記発電部で発電された電力の少なくとも一部を前記蓄電池に充電可能とする制御部とを備える、系統連系システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記発電部で発電された電力を前記電力系統へ出力する時に前記直流接続スイッチをオフにする、請求項１に記載の系統連系システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記電力系統への電力出力の抑制指令を外部機器から受けた場合に前記直流接続スイッチをオンにして、前記ＤＣ／ＤＣ変換器に加えて前記パワーコンディショナも制御することにより、前記発電部で発電された電力を、前記負荷へ供給するとともに前記蓄電池に充電する、請求項１又は２に記載の系統連系システム。
【請求項４】
前記電力系統と重要負荷との間の接続と、前記重要負荷と前記蓄電池との間の接続とを切り替えるスイッチと、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器及び前記直流接続スイッチの間のノードと、前記スイッチとの間に配置され、前記蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器とをさらに備え、
前記電力系統の電圧が閾値を下回った場合に、前記スイッチは、前記重要負荷と前記蓄電池との間を接続する状態となり、前記蓄電池から前記ＤＣ／ＤＣ変換器及び前記ＤＣ／ＡＣ変換器を介して、前記重要負荷へ交流電力が供給される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の系統連系システム。
【請求項５】
前記電力系統と、前記ＤＣ／ＤＣ変換器との間に接続され、前記電力系統の交流電力を、直流電力に変換して前記ＤＣ／ＤＣ変換器へ出力するＡＣ／ＤＣ変換器をさらに備える、請求項４に記載の系統連系システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統と発電装置を接続する系統連系システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統により供給される電力を利用する住宅等の電力需要施設において、太陽光発電装置等の発電設備が設けられるようになっている。例えば、太陽光発電装置で発電された電力は、パワーコンディショナにより交流の電力に変換された後、宅内家電等の負荷に供給されたり、電力系統へ戻されたりする。
【０００３】
一例として、特開２０１１−１０４１２号公報（特許文献１）では、商用系統の給電ラインが停電しても、蓄電池及び太陽電池により重要負荷に継続して電力供給を行うことができる自立運転制御システムが開示されている。
【０００４】
また、特開２０１１―２２９３６８号公報（特許文献２）には、蓄電池の直流の電力を交流の電力に変換して各負荷へ出力する双方向ＤＣＡＣ変換部を含む制御装置が開示されている。双方向ＤＣＡＣ変換部と各負荷との間の配線に系統が接続される。この制御装置は、系統からの配線に流れる電流量に基づいて双方向ＤＣＡＣ変換器の交流電力の出力量を増減することにより、電力が蓄電池から系統へ流れ出ることを防止する。これは、蓄電池の電力を電力系統に戻すことが認められていないという制度上の問題に対処する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１０４１２号公報
【特許文献２】特開２０１１―２２９３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特開２０１１−１０４１２号公報（特許文献１）に記載の従来技術では、商用系統の給電ラインに電力スイッチを介して重要負荷が接続される。電力スイッチと重要負荷との接続ラインにインバータを介して蓄電池が接続され、この接続ラインにさらに、パワーコンディショナを介して太陽光電池が接続される。この構成では、太陽光電池から蓄電池へ至る経路には、パワーコンディショナとインバータが配置される。そのため、太陽光電池から蓄電池へ充電しようとすると、太陽光電池の直流電力をパワーコンディショナで交流電力に変換し、この交流電力を直流に変換して蓄電池へ供給する必要がある。ここで、変換ロスが生じる。また、パワーコンディショナから負荷へ供給する電力には上限が設定されることがある。発電された電力のうち上限を超える電力は捨てられる。そのため、太陽光電池から蓄電池への電力供給では、エネルギー効率が低下する。
【０００７】
また、上記従来技術では、電力系統への電力出力（逆潮流）を抑制すべき状況が発生した場合に、太陽光電池で発電された電力のうち負荷で消費できない余剰分を有効に利用することは想定されていない。そのため、太陽光電池で発電された電力に余剰があるものの、電力系統への出力ができない場合は、余剰分を捨てることになる。今後、住宅における発電装置の普及が進むと、電力系統への電力供給過剰が発生しやすくなる。その結果、例えば、各住宅の太陽光発電等から電力系統への出力を抑制しなければいけない状況が発生しやすくなる。
【０００８】
そこで、本願は、電力系統への電力出力が抑制される状況においても、電力を捨てずに効率よく蓄電することが容易にできる系統連系システムを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態における系統連系システムは、パワーコンディショナと、直流接続スイッチと、蓄電池と、ＤＣ／ＤＣ変換器と、制御部とを備える。前記パワーコンディショナは、直流電力を発電する発電部に接続され、前記発電部で発電された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統及び／又は負荷に出力する。前記直流接続スイッチは、前記パワーコンディショナの直流経路におけるノードに接続される。前記蓄電池は、前記直流接続スイッチを介して、前記パワーコンディショナの前記直流経路のノードに接続される。前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記蓄電池と前記直流接続スイッチとの間に接続される。前記制御部は、前記電力系統への電力出力の抑制指令を外部機器から受けた場合に前記直流接続スイッチをオンにして、前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御することにより、前記発電部で発電された電力の少なくとも一部を前記蓄電池に充電可能とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願開示によれば、電力系統への電力出力が抑制される状況においても、電力を捨てずに蓄電することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態１における系統連系システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、太陽光パネルで発電した電力を電力系統へ出力する場合（ケース１）の電力の流れを示す図である。
【図３】図３は、太陽光パネル及び電力系統からの電力を、宅内家電及び重要負荷へ供給する場合（ケース２）の電力の流れを示す図である。
【図４】図４は、出力抑制指令を受けた場合（ケース３）の電力の流れを示す図である。
【図５】図５は、太陽光パネルで発電していない時に、蓄電池から宅内家電及び重要負荷へ電力を供給する場合（ケース４）の電力の流れを示す図である。
【図６】図６は、電力系統の停電中に、太陽光パネルが発電している場合（ケース５）の電力の流れを示す図である。
【図７】図７は、電力系統の停電中に、太陽光パネルが発電していない場合（ケース６）の電力の流れを示す図である。
【図８】図８は、電力系統の電力を、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒに供給するとともに、蓄電池に充電する場合（ケース７）の電力の流れを示す図である。
【図９】図９は、実施形態２における系統連系システムの構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態３における系統連系システムの構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、図１に系統連系システムを、第２重要負荷を接続可能な形態に変更した変形例を示す図である。
【００１２】
本発明の実施形態における系統連系システムは、パワーコンディショナと、直流接続スイッチと、蓄電池と、ＤＣ／ＤＣ変換器と、制御部とを備える。前記パワーコンディショナは、直流電力を発電する発電部に接続され、前記発電部で発電された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統及び／又は負荷に出力する。前記直流接続スイッチは、前記パワーコンディショナの直流経路におけるノードに接続される。前記蓄電池は、前記直流接続スイッチを介して、前記パワーコンディショナの前記直流経路のノードに接続される。前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記蓄電池と前記直流接続スイッチとの間に接続される。前記制御部は、前記電力系統への電力出力の抑制指令を外部機器から受けた場合に前記直流接続スイッチをオンにして、前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御することにより、前記発電部で発電された電力の少なくとも一部を前記蓄電池に充電可能とする。
【００１３】
上記構成によれば、電力系統への電力出力の抑制指令を受けた場合は、直流接続スイッチがオンとなり、発電部と蓄電池とが直流経路で接続される。この状態で蓄電池に接続されたＤＣ／ＤＣ変換器を制御することにより、発電部から蓄電池２への充電量を制御することができる。その結果、発電部から蓄電池へ、直流経路で効率よく電力を供給できる。すなわち、電力系統への電力出力が抑制される状況においても、電力を捨てずに効率よく蓄電することが容易になる。
【００１４】
前記制御部は、前記発電部で発電された電力を前記電力系統へ出力する時に、前記直流接続スイッチをオフにすることができる。これにより、売電時には、蓄電池とパワーコンディショナの直流経路との間の接続が切られる。そのため、売電時に、蓄電池の電力がパワーコンディショナを通じて系統へ出力するのを容易に防止することができる。
【００１５】
前記制御部は、前記電力系統への電力出力の抑制指令を外部機器から受けた場合に前記直流接続スイッチをオンにして、前記ＤＣ／ＤＣ変換器に加えて前記パワーコンディショナも制御することにより、前記発電部で発電された電力を前記負荷へ供給するとともに前記蓄電池に充電することができる。
【００１６】
上記構成では、電力系統へ電力を出力できない状況において、ＤＣ／ＤＣ変換器及びパワーコンディショナの制御により、発電部から負荷への電力供給と、発電部から蓄電池への電力供給とを同時に行うことができる。また、前記ＤＣ／ＤＣ変換器により、発電部から蓄電池への充電量を制御できる。そのため、例えば、発電部で発電された電力のうち負荷で消費しない分を蓄電池に充電することが可能になる。その結果、発電部で発電された電力の余剰分を効率よく蓄電することができる。
【００１７】
上記系統連系システムは、スイッチと、ＤＣ／ＡＣ変換器とをさらに備えてもよい。前記スイッチは、前記電力系統と重要負荷との間の接続と、前記重要負荷と前記蓄電池との間の接続とを切り替える。ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記ＤＣ／ＤＣ変換器及び前記直流接続スイッチの間のノードと、前記スイッチとの間に配置され、前記蓄電池からの直流電力を交流電力に変換する。前記電力系統の電圧が閾値を下回った場合に、前記スイッチは、前記重要負荷と前記蓄電池との間を接続する状態となり、前記蓄電池から前記ＤＣ／ＤＣ変換器及び前記ＤＣ／ＡＣ変換器を介して、前記重要負荷へ交流電力が供給される。
【００１８】
スイッチにより、電力系統の電圧低下（例えば、停電）が検出された場合、瞬時に、負荷と電力系統を切り離し、負荷と蓄電池とを接続することができる。また、ＤＣ／ＤＣ変換器と直流接続スイッチとの間のノードと、スイッチとの間に、ＤＣ／ＡＣ変換器が配置される。これにより、停電時には、蓄電池からの直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器及びＤＣ／ＡＣ変換器で、適切な交流電力に変換して重要負荷に供給することができる。すなわち、電力系統の電圧低下時でも安定した電力を供給する無停電電源が構成される。そのため、発電部と蓄電池との直流経路による接続を可能にしつつも、同じ蓄電池を用いて無停電電源を構成することができる。
【００１９】
また、上記構成では、蓄電値とスイッチとの間にはＤＣ／ＤＣ変換器及びＤＣ／ＡＣ変換器が配置され、これらのＤＣ／ＤＣ変換器及びＤＣ／ＡＣ変換器の間のノードが、直流接続スイッチを介してパワーコンディショナの直流経路に接続される。そのため、停電時には、直流接続スイッチをオフにして、蓄電池からの直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器で交流に変換して重要負荷に供給するモードと、直流接続スイッチをオンにして、発電部の電力を蓄電池に供給しながら、蓄電池から重要負荷へ電力を供給するモードとの両方の動作が可能になる。
【００２０】
上記系統連系システムは、前記電力系統と、前記ＤＣ／ＤＣ変換器との間に接続され、前記電力系統の交流電力を、直流電力に変換して前記ＤＣ／ＤＣ変換器へ出力するＡＣ／ＤＣ変換器をさらに備えてもよい。これにより、例えば、発電部から蓄電池へ供給される電力が十分でない場合に、電力系統から蓄電池へ電力を供給することができる。なお、前記ＤＣ／ＡＣ変換器及び前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、１つの双方向インバータで構成されてもよい。
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【００２２】
［実施形態１］
（システムの構成例）
図１は、実施形態１における系統連系システムの構成例を示す図である。図１に示す系統連系システム１０は、発電部の一例である太陽光パネル１を、電力系統９に接続するためのシステムである。系統連系システム１０は、太陽光パネル１を電力系統９と連系させる連系部Ａと、電力を蓄える蓄電部Ｂを有する。連系部Ａは、太陽光パネル１に接続されるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）１１、パワーコンディショナ６、及び解列スイッチ８を含む。解列スイッチ８は、分電盤４に接続される。分電盤４には、電力系統９及び宅内家電Ｈ（負荷の一例）が接続される。
【００２３】
＜蓄電部Ｂの構成例＞
系統連系システム１０の蓄電部Ｂは、太陽光パネル１及び電力系統９からの電力を蓄電し、電力系統９の低電圧時（例えば、停電時）には、重要負荷Ｒへ電力を供給する。本実施形態では、この蓄電部Ｂは、無停電電源（ＵＰＳ）を構成する。蓄電部Ｂは、蓄電池２、ＤＣ／ＤＣ変換器３、直流接続スイッチ５、ＡＣ／ＤＣ変換器１２、ＤＣ／ＡＣ変換器１３、及びＵＰＳスイッチ７を含む。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣ変換器３は、蓄電池２に接続される。直流接続スイッチ５は、ＤＣ／ＤＣ変換器３とパワーコンディショナ６の直流経路との間に配置される。
ＡＣ／ＤＣ変換器１２及びＤＣ／ＡＣ変換器１３は、ＵＰＳスイッチ７と、ＤＣ／ＤＣ変換器３及び直流接続スイッチ５の間のノードとの間に並列に接続される。ＡＣ／ＤＣ変換器１２及びＵＰＳスイッチ７の間のノードは、分電盤４を介して電力系統９に接続される。ＵＰＳスイッチ７は、重要負荷Ｒに接続される。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣ変換器３は、例えば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータで構成することができる。ＤＣ／ＤＣ変換器３は、太陽光パネル１からＭＰＰＴ１１を経て蓄電池２へ入力される直流電圧、又は電力系統９からＡＣ／ＤＣ変換器１２を経て蓄電池２へ入力される直流電圧を、蓄電池２に適した直流電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣ変換器３は、蓄電池２から出力される直流電圧を、パワーコンディショナ６又はＤＣ／ＡＣ変換器１３に適した直流電圧に変換する。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣ変換器３は、例えば、コイルと、コイルに流れる電流のオン／オフを繰り返すスイッチング素子を含む昇圧回路及び降圧回路を含む。スイッチング素子のオン／オフ時間の比（デューティ）を制御することにより、出力電圧を変化させる。これにより、蓄電池２へ入力される電力量（充電量）又は蓄電池２から出力される電力量（放電量）を調整することができる。すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換器３は、蓄電池２の充電及び放電を制御することができる。
【００２７】
ＤＣ／ＡＣ変換器１３は、蓄電池２からＤＣ／ＤＣ変換器３を介して出力される直流電力を交流電力に変換し、重要負荷Ｒへ供給する。ＤＣ／ＡＣ変換器１３は、例えば、インバータで構成される。ＡＣ／ＤＣ変換器１２は、電力系統９からの交流電力を直流電力に変換し、ＤＣ／ＤＣ変換器３を介して蓄電池２へ供給する。ＡＣ／ＤＣ変換器１２は、例えば、整流器で構成される。
【００２８】
ＵＰＳスイッチ７は、電力系統９と重要負荷Ｒとの間の接続と、重要負荷Ｒと蓄電池２との間の接続とを切り替えるものである。すなわち、ＵＰＳスイッチ７は、分電盤４から入力された電力系統９の交流電力から得られる交流電力を重要負荷Ｒへ供給する外部電力供給モードと、蓄電池２を電源とする直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器１３が交流に変換することにより得られる交流電力を重要負荷Ｒへ供給する電池電力供給モードとを切り替える。
【００２９】
無停電電源の動作方式は、特定のものに限定されないが、例えば、系統連系システム１０を、常時商用給電方式で動作させることができる。常時商用給電方式では、電力系統９から交流電力が正常に供給されるとき（正常時）は、ＵＰＳスイッチ７を、分電盤４と重要負荷Ｒとを接続する状態にして、電力系統９の交流電力を重要負荷Ｒへ供給する。このとき、ＡＣ／ＤＣ変換器１２により電力系統９の交流電力を直流電力に変換して蓄電池２を充電することができる。
【００３０】
常時商用給電方式の場合、異常時において電力系統９における低電圧状態（例えば、停電）が検出されると、ＵＰＳスイッチ７は、重要負荷Ｒと電力系統９（分電盤４）との接続を切断して、重要負荷ＲとＤＣ／ＡＣ変換器１３との接続に切り替える。これにより、重要負荷Ｒは、ＤＣ／ＡＣ変換器１３を介して蓄電池２と接続される。ＤＣ／ＡＣ変換器１３は、ＵＰＳスイッチ７により接続が切り替わるとすぐに動作を開始し、蓄電池２からの直流電力を交流電力に変換して重要負荷Ｒへ供給する。なお、電力系統９の停電時には、解列スイッチ８の切り替えによって、太陽光パネル１、パワーコンディショナ６は、電力系統９から切り離される。パワーコンディショナ６は、動作を停止する。
【００３１】
常時商用給電方式の他、例えば、常時インバータ給電方式で蓄電システムを動作させることもできる。常時インバータ給電方式では、正常時に、ＵＰＳスイッチ７をＤＣ／ＡＣ変換器１３と重要負荷Ｒとを接続する状態にしておき、電力系統９の交流電力を、ＡＣ／ＤＣ変換器１２及びＤＣ／ＡＣ変換器１３を介して、重要負荷Ｒへ供給する。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２が、電力系統９の交流電力を直流電力に変換して蓄電池２へ充電するとともに、蓄電池２からの直流電力を、ＤＣ／ＡＣ変換部１３が、交流電力に変換して重要負荷Ｒへ出力する。電力系統９の異常時には、蓄電池２からの電力が重要負荷Ｒに供給される。これにより、電力系統９の交流電力よりも、電圧変動が小さく、サージ電圧やノイズ電圧が抑制された電力を、重要負荷Ｒへ供給することが可能になる。
【００３２】
常時インバータ給電方式では、ＡＣ／ＤＣ変換器１２又はＤＣ／ＡＣ変換器１３が、故障又は点検等により動作を停止した時、ＵＰＳスイッチ７は、重要負荷ＲとＤＣ／ＡＣ変換器１３との接続を切断して、重要負荷Ｒと電力系統９（分電盤４）との接続に切り替える。
【００３３】
＜連系部Ａの構成例＞
ＭＰＰＴ１１は、太陽光パネル１の発電を効率よく出力するための回路である。ＭＰＰＴ１１は、例えば、ＭＰＰＴ制御により太陽光パネルの電圧及び電流を最適化するとともに後段への出力電圧を調節する昇圧回路を有する。なお、ＭＰＰＴ１１におけるＭＰＰＴ制御は、後段の回路で兼用することが可能である。例えば、ＭＰＰＴ１１をパワーコンディショナ６の一部とすることもできる。
【００３４】
パワーコンディショナ６は、太陽光パネル１で発電された直流電力を交流電力に変換し、電力系統９及び宅内家電Ｈに供給する装置である。パワーコンディショナ６は、太陽光パネル１と、電力系統９との間に接続される。パワーコンディショナ６は、例えば、太陽光パネル１から出力された直流電力を電力系統９の交流電力に変換するインバータ（連系ＩＮＶ）、及び、インバータで変換された交流電力にフィルタ処理を施すフィルタ回路を有する。
【００３５】
パワーコンディショナ６の直流経路のノードには、直流接続スイッチ５の一方端が接続される。直流接続スイッチ５の他方端は、ＤＣ／ＤＣ変換器３を介して、蓄電池２に接続される。直流接続スイッチ５は、蓄電池２と太陽光パネル１とを直流で接続する配線の接続／非接続を切り替える。直流接続スイッチ５は、例えば、リレー、ＦＥＴ又はＩＧＢＴ等により構成することができる。
【００３６】
図１に示す例では、直流接続スイッチ５は、ＭＰＰＴ１１の昇圧回路と、パワーコンディショナ６のインバータとの間の直流経路に接続されている。これに対して、太陽光パネル１とＭＰＰＴ１１の昇圧回路との間の直流経路に直流接続スイッチ５を接続することもできる。
【００３７】
＜制御部の構成例＞
系統連系システム１０は、直流接続スイッチ５及びＤＣ／ＤＣ変換器３を制御する制御部１５を備える。また、系統連系システム１０には、電力系統９に対する売電量及び買電量、太陽光パネル１の発電量、宅内家電の消費電力をそれぞれ測定するためのセンサ１４が設けられる。センサ１４は、電流センサ及び電圧センサを含んでもよい。
【００３８】
制御部１５は、ネットワークＮを介して外部機器と通信する通信機器１７に接続される。通信機器１７を介して、制御部１５は、外部機器の一例である管理装置１６からの系統連系に関する制御情報を取得することができる。管理装置１６は、電力系統９の状態（例えば、電力系統９における電力の需要と供給等）に基づく制御情報を、電力系統９に連系する複数のシステム（系統連系システム１０を含む）に対して送信する。管理装置１６は、例えば、電力系統を管理する電力会社が設置するサーバとすることができる。制御情報には、例えば、電力系統９への電力の出力をしないように要請する出力抑制指令及び、電力出力抑制を解除する旨の解除指令等が含まれる。
【００３９】
制御部１５は、センサ１４の測定結果及び外部機器から取得した制御情報に基づいて、直流接続スイッチ５及びＤＣ／ＤＣ変換器３等を制御する。
【００４０】
例えば、制御部１５は、分電盤４と電力系統９とを結ぶ配線に設けられたセンサ１４から、電力系統９から電力を使用中（すなわち買電中）か、電力系統９へ電力を出力中（売電中、逆潮流中）か、を判断することができる。制御部１５は、売電中は、直流接続スイッチ５をオフにする。これにより、売電中は、蓄電池２から電力系統９へ電力を出力できないようにすることができる。
【００４１】
通信機器１７が、管理装置１６からネットワークＮを介して出力抑制指令を受けた場合、通信機器１７は、制御部１５へ出力抑制指令を出力する。制御部１５は、出力抑制指令を受けると、直流接続スイッチ５をオンにする。これにより、太陽光パネル１で発電された電力を、直流経路を介して効率よく蓄電池２へ充電することが可能になる。また、制御部１５は、ＤＣ／ＤＣ変換器３を制御して、太陽光パネル１で発電された電力の少なくとも一部を蓄電池２に充電可能な状態にする。すなわち、制御部１５は、太陽光パネル１で発電された電力のうち接続される負荷（宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒ）で消費されない余剰分を、蓄電池２に充電するようＤＣ／ＤＣ変換器３を動作させる。
【００４２】
なお、制御部１５が出力抑制指令に応じて直流接続スイッチ５をオンにするタイミングは、出力抑制指令の受信時に限られない。制御部１５は、例えば、出力抑制指令を受けてから解除指令を受けるまでの間で、太陽光パネル１で発電された電力に余剰が生じた時に直流接続スイッチ５をオンにしてもよい。すなわち、出力抑制指令を受けた場合であっても、太陽光パネル１で発電されていない場合や、発電量に余剰がない場合は、直流接続スイッチ５をオフにしてもよい。
【００４３】
制御部１５は、出力抑制指令を受けた場合、ＤＣ／ＤＣ変換器３に加えてパワーコンディショナ６も制御して、太陽光パネル１で発電された電力を宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒへ供給するとともに、これらの負荷で消費されない余剰分の電力を蓄電池２に充電することができる。
【００４４】
例えば、制御部１５は、センサ１４で検出される宅内家電Ｈの消費電力及び太陽光パネル１の発電電力の推定値から、余剰分の電力を算出することができる。一例として、太陽光パネル１の発電電力から宅内家電Ｈの消費電力を差し引いた値を余剰分の電力とすることができる。制御部１５は、算出された余剰分の電力がＤＣ／ＤＣ変換器３を通じて蓄電池２に供給されるよう、ＤＣ／ＤＣ変換器３の動作を制御する。なお、制御部１５は、パワーコンディショナ６及びＤＣ／ＤＣ変換器３の動作を制御して、両者の電力量を調整することもできる。
【００４５】
太陽光パネル１のある時刻における発電電力すなわち発電可能な量の推定値は、例えば、過去の同時刻の発電量を用いて計算することができる。一例として、前日の同時刻の発電量、又は、前日までの所定期間における発電量の各時刻の平均値を、推定値とすることができる。また、推定値の計算に過去の日射量のデータを用いることもできる。或いは、発電電力の推定のための特殊な回路を設けることもできる。
【００４６】
なお、直流接続スイッチ５の動作は、上記例に限られない。制御部１５は、例えば、売電中でない場合、及び、売電抑制指令を受けていない場合には、太陽光パネル１による発電量、時間帯、電力系統９の状態等に応じて、直流接続スイッチ５を制御することができる。
【００４７】
制御部１５は、例えば、外部機器からの出力抑制指令又はセンサ１４の検出結果に基づく制御信号に基づいて、直流接続スイッチ５及びＤＣ／ＤＣ変換器３を制御する制御回路で構成することができる。或いは、制御部１５は、メモリに記録されたプログラムを実行するプロセッサ（マイコン）を含んでもよい。制御部１５への出力抑制指令及びセンサ１４の検出結果の伝送方式は、物理層、論理層を含め特定のものに限られない。
【００４８】
また、制御部１５は、パワーコンディショナ６、宅内家電Ｈ、重要負荷Ｒその他の機器を制御する制御装置の一部であってもよい。例えば、系統連系システム１０に、ＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）等のエネルギー管理システムを導入することができる。この場合、例えば、管理装置１６をＨＥＭＳ管理サーバとし、制御部１５が含まれる制御装置をＨＥＭＳコントローラとすることもできる。ＨＥＭＳの通信プロトコルとしては、例えば、ＳＥＰ２．０（Ｓｍａｒｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｆｉｌｅ ２．０）、ＥＣＨＯＮＥＴ  Ｌｉｔｅ等が挙げられる。
【００４９】
以上のように、図１に示す系統連系システム１０では、連系部Ａの直流経路と、蓄電部Ｂの直流経路とが、直流接続スイッチ５を介して接続される。この構成は、太陽光パネル１から蓄電池２への直流経路を介しての効率のよい電力供給を可能にし、さらに、この蓄電池２を用いたＵＰＳ構築を可能にする。また、売電抑制時には、太陽光パネル１から蓄電池２への余剰電力の充電が可能になる。さらに、売電時には、蓄電池２から電力系統９への電力出力を防止することができる。
【００５０】
（システムの動作例）
次に、図２〜図８を参照し、図１に示す系統連系システム１０の動作例を説明する。以下では、一例として、系統連系システム１０の蓄電システムが、常時商用給電方式で動作する場合について説明する。なお、図２〜図８では、見やすくするため、制御部１５及びセンサ１４の図示を省略している。
【００５１】
＜ケース１：太陽光発電、売電時＞
図２は、太陽光パネル１で発電した電力を電力系統９へ出力（売電）する場合の電力の流れを示す図である。太陽光パネル１で発電した電力は、ＭＰＰＴ１１、パワーコンディショナ６、及び分電盤４を通って、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒへ供給される。宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒで消費されない余剰分は、電力系統９へ出力（売電）される。例えば、太陽光パネル１の発電量が５ｋＷで、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒの消費電力が２ｋＷの場合、３ｋＷ分は、余剰となり売電される。
【００５２】
この場合、電力系統９へ電力を出力しているので、直流接続スイッチ５はオフになるよう制御される。例えば、制御部１５は、分電盤４と電力系統９とを接続する配線において、電力（電流）が分電盤４から電力系統９の方へ流れている間は、直流接続スイッチ５をオフにすることができる。すなわち、売電が開始されると直流接続スイッチ５をオフにし、売電が終了すると直流接続スイッチ５をオンにするよう制御することができる。これにより、売電中は、蓄電池２からの電力が電力系統９へ出力されるのを防ぐことができる。
【００５３】
なお、図２に示す例では、蓄電池２は、充電、放電いずれも行っていないので、ＤＣ／ＤＣ変換器３、ＡＣ／ＤＣ変換器１２、及びＤＣ／ＡＣ変換器１３は、動作を停止している。
【００５４】
＜ケース２：太陽光発電、買電時＞
図３は、太陽光パネル１で発電した電力及び電力系統９からの電力を、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒへ供給する場合の電力の流れを示す図である。太陽光パネル１で発電した電力は、ＭＰＰＴ１１、パワーコンディショナ６、及び分電盤４を通って、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒへ供給される。また、電力系統９の電力も、分電盤４を通って、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒへ供給される。すなわち、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒで消費される電力のうち太陽光パネル１で発電される電力では足りない不足分が、電力系統９から入力（買電）される。例えば、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒの消費電力が２ｋＷで、太陽光パネル１の発電量が１ｋＷの場合、不足分の１ｋＷが、電力系統９から入力される。
【００５５】
なお、図３に示す例では、蓄電池２は、充電、放電いずれも行っていないので、ＤＣ／ＤＣ変換器３、ＡＣ／ＤＣ変換器１２、及びＤＣ／ＡＣ変換器１３は、動作を停止している。直流接続スイッチ５はオフになっている。しかし、このケース２では、電力系統９へ電力を出力していないため、直流接続スイッチ５はオンにしてもよい。
【００５６】
例えば、直流接続スイッチ５をオンにして、ＤＣ／ＤＣ変換器３を動作させ、蓄電池２の電力を、パワーコンディショナ６へ出力することもできる。この場合、太陽光パネル１の発電量の不足分を、蓄電池２から出力される電力で補うことができる。蓄電池２からパワーコンディショナ６へ電力を出力する場合は、電力系統９へ余剰電力が出力（売電）されないよう、ＤＣ／ＤＣ変換器３により蓄電池２の放電量を調整することができる。
【００５７】
＜ケース３：出力（売電）抑制指令時＞
図４は、電力系統９への電力の出力（売電）を抑制する旨の指令（出力抑制指令）を受けた場合の系統連系システム１０における電力の流れを示す図である。出力抑制指令を受けているため、直流接続スイッチ５はオンにされる。太陽光パネル１で発電した電力は、ＭＰＰＴ１１、パワーコンディショナ６、及び分電盤４を通って、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒへ供給される。宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒで消費されない余剰分は、直流接続スイッチ５及びＤＣ／ＤＣ変換器３を通って、蓄電池２へ充電される。例えば、太陽光パネル１の発電量が５ｋＷで、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒの消費電力が２ｋＷの場合、３ｋＷ分は、余剰となり、蓄電池２へ充電される。
【００５８】
直流接続スイッチ５は、出力抑制指令を受け、かつ太陽光パネル１で発電された電力が宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒで消費される電力より多い場合に、オンになっていればよい。直流接続スイッチ５をオンにするタイミングや、出力抑制指令が解除された後、どのタイミングでオフにするかは、特に限定されない。
【００５９】
図４に示す例は、太陽光パネル１の発電量に余剰がある場合である。これに対して、出力抑制指令を受けている時に、太陽光パネル１の発電量が、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒの消費電力より少ない場合は、不足分の電力を、電力系統９又は蓄電池２の電力で補うことができる。蓄電池２の電力で不足分を補う場合、直流接続スイッチ５をオンにしてＤＣ／ＤＣ変換器３及びパワーコンディショナ６を動作させる。これにより、蓄電池２の電力が、ＤＣ／ＤＣ変換器３及びパワーコンディショナ６を介して宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒへ出力される。
【００６０】
なお、図４に示す例では、電力系統９から蓄電池２へ及び蓄電池２から重要負荷Ｒへの電力供給は行われていないため、ＡＣ／ＤＣ変換器１２及びＤＣ／ＡＣ変換器１３は、動作を停止している。
【００６１】
＜ケース４：太陽光発電無し、蓄電池放電時＞
図５は、太陽光パネル１で発電していない時に、蓄電池２から宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒへ電力を供給する場合の、電力の流れを示す図である。図５に示すケースは、例えば、朝、夕の電力系統９の消費電力が増加する時間に、夜間に蓄電した蓄電池２を放電（ピークシフト放電）するケースである。この場合、直流接続スイッチ５はオンの状態で、ＤＣ／ＤＣ変換器３が動作し、蓄電池２の電力が、パワーコンディショナ６へ出力される。蓄電池２の電力は、パワーコンディショナ６、分電盤４を介して、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒへ供給される。このとき、蓄電池２の電力が電力系統９へ出力しないように、ＤＣ／ＤＣ変換器３又はパワーコンディショナ６のインバータで、出力電力が調整される。
【００６２】
図５に示す例では、太陽光パネル１で発電していないため、ＭＰＰＴ１１は動作していない。また、電力系統９から蓄電池２へ及び蓄電池２から重要負荷Ｒへの電力供給は行われていないため、ＡＣ／ＤＣ変換器１２及びＤＣ／ＡＣ変換器１３は、動作を停止している。
【００６３】
＜ケース５：停電、太陽光発電時＞
図６は、電力系統９の停電中に、太陽光パネル１が発電している場合の、電力の流れを示す図である。停電が発生すると解列スイッチ８がオフになり、太陽光パネル１、ＭＰＰＴ１１及びパワーコンディショナ６は、電力系統９から解列する。停電発生時、電力系統９の電圧が所定の閾値を下回ると、ＵＰＳスイッチ７が、電力系統９と重要負荷Ｒとの接続から、蓄電池２と重要負荷Ｒとの接続に、瞬時に切り替わる。ＵＰＳスイッチ７の切り替わりと略同時に、ＤＣ／ＡＣ変換器１３が動作を開始し、蓄電池２から重要負荷Ｒへ電力が供給される。これにより、停電が発生しても、重要負荷Ｒには途切れることなく電力供給が継続される。
【００６４】
停電時において太陽光パネル１が発電している場合、直流接続スイッチ５はオンとなるよう制御される。これにより、太陽光パネル１で発電した電力を、直流経路を介して効率よく蓄電池２へ充電することができる。このとき、パワーコンディショナ６のインバータは、動作を停止していてもよい。例えば、太陽光パネル１で発電された電力を、重要負荷Ｒへ供給し、余剰電力の少なくとも一部を蓄電値２へ充電することができる。この場合、余剰電力は、太陽光パネル１の発電可能な量（推定値）から宅内消費電力を差し引いた値となる。ＤＣ／ＤＣ変換器３は、太陽光パネル１の余剰電力分を特電池２へ充電するよう、充電量を制御することができる。なお、停電時には、太陽光パネル１で発電した電力を全て蓄電池２へ充電することもできる。
【００６５】
＜ケース６：停電、太陽光発電無し＞
図７は、電力系統９の停電中に、太陽光パネル１が発電していない場合の、電力の流れを示す図である。停電時で、太陽光パネル１が発電していない場合（例えば、夜間等）、直流接続スイッチ５はオフになるよう制御される。蓄電池２から放電される電力は、ＤＣ／ＤＣ変換器３、ＤＣ／ＡＣ変換器１３を経て交流電力に変換され、重要負荷Ｒに供給される。太陽光パネル１が発電していないので、ＭＰＰＴ１１、パワーコンディショナ６は動作を停止している。
【００６６】
＜ケース７：電力系統から蓄電池へ充電時＞
図８は、電力系統９の電力を、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒに供給するとともに、蓄電池２に充電する場合の、電力の流れを示す図である。このケースでは、太陽光パネル１による発電は行われていない。例えば、昼間の太陽光パネル１で発電した電力による充電が不十分であった場合に、夜間に蓄電池２へ追加充電するケースが想定される。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２が動作して電力系統９の交流電力を直流電力に変換し、ＤＣ／ＤＣ変換器３へ供給する。この場合、直流接続スイッチ５はオフになるよう制御される。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１２から出力される直流電力がパワーコンディショナ６又はＭＰＰＴ１１へ流れるのを防ぐことができる。太陽光パネル１による発電は行われていないため、ＭＰＰＴ１１及びパワーコンディショナ６の動作は停止している。
【００６７】
（実施形態の効果）
本実施形態における系統連系システム１０では、パワーコンディショナ６の直流経路と、蓄電池２のＤＣ／ＤＣ変換器３とが直流接続スイッチ５を介してつながっている。そのため、太陽光パネル１による発電量の余剰分を、直流線路を介して効率よく蓄電池２へ充電できる。また、売電時には、直流接続スイッチ５をオフにして蓄電池２から電力系統９へ電力を出力しないようできる。電力系統９への電力出力の抑制（売電抑制）が必要な時は、直流接続スイッチ５をオンにして、太陽光パネル１による発電量の余剰分を蓄電池２へ充電することができる。また、売電しない場合は、直流接続スイッチ５をオンにして蓄電池２を放電することにより、パワーコンディショナ６を介して、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒに蓄電池２から電力を供給することもできる。これにより、例えば、ピークシフトが可能になる。
【００６８】
系統連系システム１０は、さらに、電力系統９及び重要負荷Ｒ間の接続と、重要負荷Ｒ及び蓄電池２間の接続とを切り替えるＵＰＳスイッチ７を備える。ＵＰＳスイッチ７と、ＤＣ／ＤＣ変換器３及び直流接続スイッチ５間のノードとの間に、蓄電池２からの直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１３が配置される。これにより、安定した交流電力を供給するＵＰＳを構成することができる。蓄電池２は、太陽光パネル１で発電された電力を効率よく充電できるとともに、電力系統９の電圧低下時にも、途切れることなく安定して重要負荷に電力を供給することができる。
【００６９】
また、系統連系システム１０は、電力系統９の交流電力を直流電力に変換してＤＣ／ＤＣ変換器３へ出力するＡＣ／ＤＣ変換器１２を備える。これにより、電力系統９の電力を蓄電池２に充電することができる。すなわち、太陽光パネル１の電力、及び、電力系統９からの電力のいずれも蓄電池１に充電することができる。例えば、太陽光パネル１で発電される電力では蓄電池２に十分に充電できない場合に、電力系統９の電力を蓄電池２に充電することができる。その結果、ＵＰＳの電源としての残量を確保できる。その他、太陽光パネル１の電力による充電と、電力系統９の電力による充電とを組み合わせることで、ピークシフト制御、及び蓄電池２の消耗を鑑みた充電制御等が可能になる。
【００７０】
［実施形態２］
図９は、実施形態２における系統連系システムの構成例を示す図である。図９において、図１と同じ部分には同じ符号を付している。図９に示す系統連系システム１０ａでは、図１のＡＣ／ＤＣ変換器１２及びＤＣ／ＡＣ変換器１３の代わりに、双方向インバータ１９が配置される。双方向インバータ１９を用いることで、装置の小型化が容易になる。
【００７１】
双方向インバータ１９は、ＵＰＳスイッチ７と、ＤＣ／ＤＣ変換器３との間に配置される。ＵＰＳスイッチ７は、分電盤４を介して系統電力９と接続される第１端子７ａ、双方向インバータ１９と接続される第２端子７ｂ、及び重要負荷Ｒに接続される第３端子７ｃを有する。第１端子７ａは、スイッチ１８を介して双方向インバータ１９とも接続されている。すなわち、スイッチ１８と第１端子７ａとの間のノードは、分電盤４（系統電力９）に接続されている。
【００７２】
双方向インバータ１９は、電力系統９から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電池２へ供給するとともに、蓄電池２から出力された直流電力を交流電力に変換して、重要負荷Ｒへ供給する。なお、双方向インバータ１９から出力される交流電流は、電力系統９の交流電流の周波数に同期していなくてもよい。
【００７３】
電力系統９の電圧が正常な時は、ＵＰＳスイッチ７は、第１端子７ａと第３端子７ｃを接続する状態となっている。すなわち、電力系統９の交流電力が重要負荷Ｒに供給される状態となっている。電力系統９の電力を蓄電池２へ充電する際には、スイッチ１８がオンになる。停電等の異常時に、電力系統９の低電圧状態が検出されると、ＵＰＳスイッチ７は、第２端子７ｂと第３端子７ｃとを接続する状態に瞬時に切り替わるとともに、スイッチ１８がオフになる。これにより、電力系統９と蓄電池２とをすばやく切り離すことができる。また、蓄電池２から放電された直流電力が、双方向インバータ１９で交流に変換され、重要負荷Ｒに供給される。
【００７４】
系統連系システム１０ａのその他の動作は、実施形態１における系統連系システム１０と同様に実行することができる。
【００７５】
［実施形態３］
図１０は、実施形態３における系統連系システムの構成例を示す図である。図１０において、図１と同じ部分には同じ符号を付している。図１０に示す系統連系システム１０ｂでは、図１のＡＣ／ＤＣ変換器１２が除去されている。これにより、装置の小型化が容易になる。また、パワーコンディショナ６ａには、双方向インバータが用いられる。これにより、電力系統９からの電力を、パワーコンディショナ６ａを介して、蓄電池２へ充電することができる。
【００７６】
例えば、太陽光パネル１が発電していない時に、パワーコンディショナ６ａの双方向インバータを駆動して、電力系統９の交流電力を直流に変換してＤＣ／ＤＣ変換器３へ出力することができる。この時、直流接続スイッチ５はオンにする。これにより、例えば、実施形態１におけるケース７と同様に、夜間等に電力系統９の電力を蓄電池２に充電することが可能になる。系統連系システム１０ｂのその他の動作は、実施形態１における系統連系システム１０と同様に実行することができる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について説明した。上記実施形態１〜３における系統連系システム１０、１０ａ、１０ｂは、発電部（太陽光パネル１）の電力を効率よく蓄電できる蓄電池をＵＰＳとして機能させることができる。また、宅内家電Ｈ及び重要負荷Ｒ等の負荷に対して、電力系統９、発電部及び蓄電池２のいずれからも電力を供給することができる。蓄電池２には、発電部のみならず電力系統９からの電力も充電することができる。さらに、停電時には、発電部の電力を全て蓄電池２に充電することができる。
【００７８】
本発明の実施形態は、上記実施形態１〜３に限られない。発電部は、太陽光パネル１に限られない。発電部は、例えば、風力発電装置又は燃料電池等であってもよい。また、系統連系システムの設置場所は、住宅に限られず、例えば、店舗、オフィス、事業所等の商業施設や、工場、農場等の生産施設等に系統連系システムを設置することができる。
【００７９】
ＵＰＳスイッチ７とＤＣ／ＤＣ変換器３との間の電力変換手段は、上記例に限られず、様々な形態の変換器を用いることができる。また、ＵＰＳと負荷との接続形態も上記例に限られない。例えば、正常時に電力系統９の交流電力を供給する第１重要負荷に加えて、正常時に蓄電池２に接続されたインバータで変換された交流電力を供給する第２重要負荷を系統連系システムに接続することができる。
【００８０】
図１１は、図１に系統連系システム１０を、第２重要負荷を接続可能な形態に変更した変形例を示す図である。図１１に示す例では、ＤＣ／ＡＣ変換器１３に、さらに、第２重要負荷Ｒ２が接続される。この場合、正常時において、ＡＣ／ＤＣ変換器１２及びＤＣ／ＡＣ変換器１３が動作し、第２重要負荷Ｒ２に、安定した交流電力を供給することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  太陽光パネル（発電部の一例）
２  蓄電池
３  ＤＣ／ＤＣ変換器
５  直流接続スイッチ
６  パワーコンディショナ
７  ＵＰＳスイッチ
９  電力系統
１０、１０ａ、１０ｂ  系統連系システム
１２  ＡＣ／ＤＣ変換器
１３  ＤＣ／ＡＣ変換器
１４  センサ
１５  制御部
【図１】
2017077092.tif 000003
【図２】
2017077092.tif 000004
【図３】
2017077092.tif 000005
【図４】
2017077092.tif 000006
【図５】
2017077092.tif 000007
【図６】
2017077092.tif 000008
【図７】
2017077092.tif 000009
【図８】
2017077092.tif 000010
【図９】
2017077092.tif 000011
【図１０】
2017077092.tif 000012
【図１１】
2017077092.tif 000013