(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池と前記蓄電池から電力を受けるインバータとを備えた複数の交流電源装置を、電力系統とそれに連なる負荷との共通接続点に並列接続し、前記交流電源装置と前記電力系統とが協働して負荷に給電する給電システムにおいて、
前記電力系統から受けた受電電力を検出する系統電力検出手段を備え、
前記各交流電源装置には、
前記インバータが出力した電力を検出するインバータ出力電力検出手段と、
前記インバータ出力電力検出手段から検出信号を受け、前記インバータが出力する電力が小さくなる程、基準受電電力を小さく変更する基準変更手段と、前記系統電力検出手段から検出信号を受け、前記受電電力が前記基準受電電力より小さいときに前記インバータからの出力電力を低下させ、かつ、前記受電電力が前記基準受電電力より大きいときには前記インバータからの出力電力を上昇させるように前記インバータを制御するインバータ出力制御手段とを備えたことを特徴とする給電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池から電力を受けたインバータと電力系統とが協働して負荷に給電する給電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
昼夜間の電力需要を平準化するためのシステムとして、従来より揚水発電が知られているが、最近ではこれに代えて、夜間電力を蓄電池に蓄え、これを昼間に利用する給電システムの実用化が検討されている。その理由としては、揚水発電は発電所にしか設置できないが、蓄電池を利用したシステムは、小型化が可能であるので、工場や一般家庭にも設置可能となり、ひいては電力系統（例えば、ＡＣ１００Ｖの商用電源）が停電したときの無停電化が可能になるからである。
【０００３】
図７には、蓄電池を利用した給電システムを一般家庭に設置した場合の一例が示されており、このシステムは、蓄電池１に連なる双方向インバータ２（以下、単に、「インバータ２」という）の出力を、電力系統４（例えば、ＡＣ１００Ｖの商用電源）と負荷３（例えば、テレビ、エアコン、冷蔵庫等を合わせた負荷群）との共通接続点に接続してなる。そして、夜間には、インバータ２を順変換運転（交流から直流への変換）して、電力系統４からの受電電力を蓄電池１に蓄える一方、昼間には、インバータ２を逆変換運転して蓄電池１の出力を交流電力に変換し、電力系統４と協働して負荷３に給電する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記給電システムでは、電力系統４からの受電電力を監視せずに、インバータ２が交流電力を出力しているから、インバータ２の出力が電力系統４に逆潮流する事態が生じ得る。
【０００５】
また、上記給電システムは、実用化に当たり、一般家庭ごとの需要電力に対応させた仕様にする必要があるが、容量が異なる複数種類のインバータ及び蓄電池を揃えると、汎用性が損なわれて製造費が高くなる。このため、図８に示すように、前記蓄電池１及びインバータ２を備えた交流電源装置５を、所望台数（同図では２台）備えて、これらを電力系統４に並列接続し、各一般家庭ごとの需要電力に対応させる構成が考えられる。また、この場合、汎用性の観点から、全インバータ２を１つの制御回路で統括的に制御するより、各交流電源装置５が、個々に、インバータ２による変換電力を制御する構成が好ましい。
【０００６】
そこで、本願発明者は、電力系統４からの受電電力を検出して各交流電源装置５，５に取り込み、各交流電源装置５，５が、前記受電電力が所定の基準電力になるように、各インバータ２，２の変換電力を制御する構成を検討した。ところが、同じように基準受電電力を設定しても、インバータ２，２の特性のばらつきにより（図６参照）、インバータ２，２が実際に出力する電力が一致しない場合がある。具体的には、系統への蓄電池電力の流出を防止するために、各インバータの変換電力を制御した場合、受電電力の値が各インバータに一括して配分されているため、各インバータ内の基準受電電力の設定値の誤差等により、各インバータの変換電力に差異が発生する。たとえば、わずかに設定値の大きいインバータが先に変換電力を絞ってしまい、極端な場合、電力を変換するインバータと全く変換しないインバータが発生する。このような状態が生じると、それぞれのインバータに接続された蓄電池の充放電量に差異が発生し、蓄電池寿命に差異が発生するという問題があった。
また、変換電力が常に大きいインバータが発生するので、インバータの信頼性が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、インバータから電力系統への逆潮流を防ぐと共に、複数の交流電源装置を備えた場合に、それら各電源装置の寿命及び信頼性を高くすることができる給電システムの提供を目的とする。
【０００８】
請求項１に係る給電システムは、蓄電池と前記蓄電池から電力を受けるインバータとを備えた複数の交流電源装置を、電力系統とそれに連なる負荷との共通接続点に並列接続し、前記交流電源装置と前記電力系統とが協働して負荷に給電する給電システムにおいて、前記電力系統から受けた受電電力を検出する系統電力検出手段を備え、前記各交流電源装置には、前記インバータが出力した電力を検出するインバータ出力電力検出手段と、前記インバータ出力電力検出手段から検出信号を受け、前記インバータが出力する電力が小さくなる程、基準受電電力を小さく変更する基準変更手段と、前記系統電力検出手段から検出信号を受け、前記受電電力が前記基準受電電力より小さいときに前記インバータからの出力電力を低下させ、かつ、前記受電電力が前記基準受電電力より大きいときには前記インバータからの出力電力を上昇させるように前記インバータを制御するインバータ出力制御手段とを備えたことを特徴とする給電システムである。
【００１４】
【発明の作用及び効果】
本発明の給電システムでは、インバータの特性のばらつきにより、各インバータからの出力に差異が生じた場合、各インバータに備えたインバータ出力電力検出手段が各インバータからの出力を検出し、その検出結果に応じて基準変更手段が各インバータ内の基準受電電力を変更することで、各交流電源装置ごとに、基準受電電力が異なる設定となり、各インバータからの出力のばらつきをなくすことができる。
【００１５】
本発明では、インバータが出力する電力が小さくなる程、基準変更手段が前記基準受電電力を小さくするように構成しているから、複数の交流電源装置のうち出力電力が小さいインバータに係る基準受電電力は、基準変更手段によって小さくされ、この結果、そのインバータからの出力が上がり、電力系統からの受電電力は下がる。すると、出力電力が大きいインバータでは、電力系統からの受電電力が基準受電電力より小さいと判断され、そのインバータからの出力が下がる。即ち、出力電力が小さかったインバータからの出力は上がる一方、出力電力が大きかったインバータからの出力は下がり、各インバータからの出力がバランスされる。
【００１６】
このように、本発明によれば、複数のインバータを備えた給電システムでも、各交流電源装置の出力をバランスさせて、各交流電源装置に備えた蓄電池の寿命の差異を抑制すると共に、インバータの信頼性を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜参考例＞
まず、図１〜図３を参照しつつ、本発明の理解の参考となる参考例に係る給電システムについて説明する。このシステムは、蓄電池１に連なる双方向インバータ７（以下、単に「インバータ７」という）の出力を、電力系統４と負荷３との共通接続点に接続してなり、夜間には、インバータ７を順変換運転して、電力系統４からの受電電力を蓄電池１に蓄える一方、昼間には、インバータ７を逆変換運転して蓄電池１の出力を交流電力に変換し、電力系統４と協働して負荷３に給電する。
【００１８】
インバータ７には、例えば、ＣＰＵ１５を備えたインバータ出力制御回路７Ａが設けられ、このＣＰＵ１５からインバータ駆動回路８に指令値を渡して、インバータ２に所定の電力を出力させる。
【００１９】
電力系統４から負荷３への出力ラインの途中には、電力測定器６が接続されており、この電力測定器６は、例えば電圧計と電流計とを備え、それらの測定値の積を電力として算出し、これを例えばデジタルデータにして、前記ＣＰＵ１５に与える。
【００２０】
インバータ出力制御回路７Ａには、電力系統４から供給される最低電力を、基準受電電力Ｗ３として予め一定の値（例えば、１００Ｗ）に設定し、これを例えばＣＰＵ１５に連なるＲＯＭ１５Ａに書き込んである。また、インバータ７に出力させる基準電力を（例えば、４００Ｗに）決めて、この基準電力と上記基準受電電力Ｗ３とを加えた値（５００Ｗ＝１００Ｗ＋４００Ｗ）を、インバータ出力起動受電電力Ｗ１として設定してある。さらに、インバータ７からの出力を停止するか否かを判別するための基準値としてのインバータ出力停止出力電力Ｗ２が、Ｗ２＋Ｗ３がインバータ出力起動受電電力Ｗ１より小さな値（４００Ｗ）になるように設定されている。
【００２１】
上述した各基準値（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）は、下記にまとめた具体的な電力値として、前記ＣＰＵ１５に連なるＲＯＭ１５Ａに記憶されている。
・インバータ出力起動受電電力Ｗ１＝５００［Ｗ］
・インバータ出力停止出力電力Ｗ２＝３００［Ｗ］
・基準受電電力Ｗ３              ＝１００［Ｗ］
【００２２】
そして、ＣＰＵ１５が、図２に示したフローに従い、上記基準値（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）と、実測した受電電力Ｐ１及びインバータ出力電力Ｐ２とを比較し、以下のようにインバータ７から出力される電力を制御する。
【００２３】
即ち、本参考例の給電システムは、充電モードから放電モードに切り替わると、受電電力計測器６にて電力系統４からの受電電力Ｐ１が検出され、この検出結果としての受電電力Ｐ１が電力監視回路３０に備えたＣＰＵ１５に取り込まれる。なお、充電モードから放電モードに切り替わった時点では、インバータ７はまだ起動していない。
【００２４】
ＣＰＵ１５は、受電電力Ｐ１を取り込むと、図２のＳＴＥＰ１に示したように、受電電力Ｐ１がインバータ出力起動受電電力Ｗ１（＝５００Ｗ）より大きいか否かが判別される。この時点でインバータ７は出力を行っていないから、受電電力Ｐ１が負荷電力そのものの大きさとなり、結果として、負荷電力がインバータ出力起動受電電力Ｗ１（＝５００Ｗ）以上か否かが判別される。
ここで、負荷電力が小さい場合は、受電電力Ｐ１がインバータ出力起動受電電力Ｗ１より小さくなり、ＳＴＥＰ２に進み、インバータ７は出力が停止されたままとなる（図３のグラフにおいて、負荷＝０〜５００Ｗ参照）。
【００２５】
一方、負荷電力が大きい場合は、受電電力Ｐ１がインバータ出力起動受電電力Ｗ１より大きくなり、ＳＴＥＰ３に進み、インバータ７が出力を行う。
これに伴い、インバータ７が出力したインバータ出力電力Ｐ２が検出されて、これがＣＰＵ１５に取り込まれる。すると、ＣＰＵ１５は、図２のＳＴＥＰ４において、インバータ出力電力Ｐ２が、インバータ出力停止出力電力Ｗ２（＝３００Ｗ）より大きいか否かを判別し、インバータ７の出力電力が、インバータ出力停止出力電力Ｗ２より大きいときには、ＳＴＥＰ６に進んで、受電電力Ｐ１が基準受電電力Ｗ３（＝１００Ｗ）より大きいか否かを判別する。そして、受電電力Ｐ１が基準受電電力Ｗ３（＝１００Ｗ）より大きいときには、インバータ７の出力電力を上げ（ＳＴＥＰ７）、小さいときにはインバータ７の出力電力を下げて（ＳＴＥＰ８）、受電電力Ｐ１が基準受電電力Ｗ３（＝１００Ｗ）に一致するように制御する。
尚、インバータ出力がインバータの最大出力に達すると、インバータ出力は、最大出力で一定となり、受電電力が増加する。
【００２６】
また、ＣＰＵ１５は、ＳＴＥＰ４において、インバータ７の出力電力が、インバータ出力停止出力電力Ｗ２より小さいと判断した場合には、ＳＴＥＰ５に進んで、インバータ７の出力が停止される（ＳＴＥＰ５）。
【００２７】
このように本参考例の給電システムによれば、インバータ７が起動してから、そのインバータ７からの出力が最大になるまでは、電力系統４からの受電電力が一定値（＝１００Ｗ）になるように制御されるから（図３参照）、換言すれば、インバータ７が電力を出力しているときには、電力系統４は必ず基準受電電力Ｗ３（＝１００Ｗ）以上の電力を出力することとなり、電力系統４がインバータ７から電力を受けて逆潮流するような事態が確実に防がれる。
【００２８】
＜実施形態＞
本発明の実施形態の給電システムは、図４に示されており、一対の交流電源装置２１，２１を備える。これら交流電源装置２１，２１は、同一の構成をなし、蓄電池１に連なるインバータ７の出力を、電力系統４と負荷３との共通接続点に接続して備え、電力系統４と協働して負荷３に給電する。
各インバータ７には、ＣＰＵ１６を備えたインバータ出力制御回路１０が設けられ、このＣＰＵ１６からインバータ駆動回路８に指令値を渡して、インバータ２に所定の電力を出力させる。
【００２９】
また、電力系統４から負荷３への出力ラインの途中には、参考例と同様の構成の電力測定器６が接続されており、この電力測定器６の出力をデジタルデータにしてＣＰＵ１６に取り込んでいる。さらに、各交流電源装置２１のうちインバータ７からの出力部分には、電力測定器９が接続されており、この電力測定器９は、やはり電圧計と電流計とを備えて、それらの測定値の積を電力として算出している。そして、この電力測定器９の出力を、やはりデジタルデータにしてＣＰＵ１６に取り込んでいる。
【００３０】
さて、各交流電源装置２１，２１のＣＰＵ１６に連なるＲＯＭ１６Ａには、下記にまとめた所定の基準値（Ｗ１，Ｗ２。参考例参照）が記憶されている。
・インバータ出力起動受電電力Ｗ１＝５００［Ｗ］
・インバータ出力停止出力電力Ｗ２＝３００［Ｗ］
【００３１】
ここで、参考例では、基準受電電力Ｗ３も所定値（＝１００［Ｗ」）に固定してＲＯＭに記憶されていたが、本実施形態では、ＣＰＵ１６が、電力測定器９にて検出したインバータ７の出力に基づき、基準受電電力を逐一変更する構成となっている。そのために、ＲＯＭ１６Ａには、インバータ出力電力と、基準受電電力とを予め対応づけたデータテーブルが記録されている。このデータテーブルにおける、各インバータ出力電力の値及び各基準受電電力の値は、互いに図５のグラフに示すように、インバータ出力電力と基準受電電力との間に成立する関係を満たすように設定されている。
尚、基準受電電力の設定値は、電力系統４から受電できる電力または契約電力の３〜５％の大きさとなるように設定するのが好ましい。また、２つのインバータで設定値に差があるのは、誤差であり、同じになるように装置を構成した場合に、結果として生じた誤差が現れたものである。
【００３２】
次に、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
本実施形態の給電システムは、やはり、夜間には充電モードとなり、電力系統４からの受電電力でもって両交流電源装置２１，２１に備えた両蓄電池１，１を充電する。
ここで、各交流電源装置２１に備えた各ＣＰＵ１６は、電力測定器６，９にて検出した受電電力及びインバータ出力電力を値を取り込み、これらを第１実施形態と同様に、図２に示したフローに従って、インバータ出力起動受電電力Ｗ１、インバータ出力停止出力電力Ｗ２及び基準受電電力と比較し、インバータ７からの出力を制御する。
【００３３】
ところで、基準受電電力の設定値設定時の誤差やインバータ回路特性のバラツキ等により、インバータ出力電力と基準受電電力との関係がインバータにより異なる場合がある。本実施形態でも、図５に示すように、２つのインバータで誤差が生じている。ところが、本実施形態では、両インバータ７，７に設定された基準受電電力は、インバータ出力電力に応じて逐一変更される。即ち、ＣＰＵ１６は、電力測定器９からインバータ出力電力としての検出信号を受け、その検出信号に対応した基準受電電力を、予め設定したデータテーブルから取り出す。そして、電力系統４からの受電電力が基準受電電力より下回らないように、インバータ７からの出力を制御する。これにより、各インバータ７からの出力のばらつきをなくすことができる。
【００３４】
このように本実施形態によれば、一対のインバータ７，７を備えた給電システムでも、各インバータの出力をバランスさせて、各蓄電池１，１の寿命の差異を抑制すると共に、インバータ７の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
なお、ＣＰＵ１６による制御方式としては、例えばインバータ７が出力する電力が、小さくなる程、基準受電電力を小さくする方式を採用してもよい。この方式によれば、一方のインバータ７からの出力電力が小さいと、そのインバータ７に係る基準受電電力がＣＰＵ１６によって小さくされ、この結果、そのインバータからの出力が上がる。これにより、電力系統４からの受電電力が下がり、すると、出力電力が大きい他方のインバータ７で、電力系統４からの受電電力が基準受電電力より小さいと判断されて、そのインバータ７からの出力が下げられる。これにより、出力電力が小さかったインバータ７からの出力は上がる一方、出力電力が大きかったインバータ７からの出力は下がり、各インバータ７，７からの出力がバランスされる。
【００３６】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記参考例及び実施形態では、基準受電電力及び基準出力電力に関する情報をＲＯＭに記憶して設定していたが、例えば分圧回路の出力電圧値として、設定してもよい。
【００３７】
（２）前記参考例及び実施形態の給電システムは、インバータ７によって、夜間は蓄電池１を充電する構成であったが、蓄電池への充電機能を備えない給電システムに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例の給電システムを示すブロック図
【図２】  その動作を示すフローチャート
【図３】  受電電力とインバータ出力と負荷電力と関係を示すグラフ
【図４】  本発明の実施形態の給電システムを示すブロック図
【図５】  インバータの特性のばらつきを示すグラフ
【図６】  インバータの特性のばらつきを示すグラフ
【図７】  従来の給電システムを示すブロック図
【図８】  複数の交流電源装置を備えた給電システムを示すブロック図
【符号の説明】
１…蓄電池
３…負荷
４…電力系統
６…電力測定器（系統電力検出手段）
７…インバータ
７Ａ，１０…インバータ出力制御回路（インバータ出力制御手段）
９…電力測定器（インバータ出力電力検出手段）
１５…ＣＰＵ（インバータ出力制御手段）
１６…ＣＰＵ（インバータ出力制御手段、基準変更手段）
２０，２１…交流電源装置
Ｐ１…受電電力
Ｗ３…基準受電電力
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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