(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、風力等で運転される発電機と、蓄電池とを電源とし、系統正常時に系統に連系運転される分散型電源設備において、
前記発電機から最大電力の直流を取出す発電機用コンバータと、
前記蓄電池を浮動充電する充電用コンバータと、
系統停電等による自立運転時に閉成されて前記両コンバータそれぞれのバイパス路を形成する発電機出力用及び蓄電池出力用のバイパス路スイッチと、
直流側に前記太陽電池及び前記両コンバータ，前記両バイパス路スイッチが接続され，連系運転時は前記直流側の電圧が前記蓄電池の充電電圧以上の間前記直流側から最大電力を取出すようにインバータ運転され，前記直流側の電圧が前記蓄電池の充電電圧より低下したときに前記インバータ運転からコンバータ運転に切換わって系統電源を充電用の直流に変換し，自立運転時は系統電源に相当する電圧制御された交流電源を出力するようにインバータ運転される双方向コンバータと
を備えたことを特徴とする分散型電源設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池と、風力発電機等の発電機と、蓄電池とを電源として動作する分散型電源設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の分散型電源設備は図２に示すように形成され、いわゆる電流源としての太陽電池１の直流出力はＤＣ／ＤＣコンバータ２に供給される。
【０００３】
このＤＣ／ＤＣコンバータ２は、計器用変流器３により検出される太陽電池１の出力電流が増加してその出力電力が増大するように運転制御され、最大電力追尾制御（以下Ｐｍａｘ制御という）で太陽電池１から最大電力を取出す。
【０００４】
また、風力発電機４は風力にしたがって交流の出力電圧が変化し、従来は整流器５のダイオードブリッジ整流によりその交流出力が直流に変換されて取出される。
【０００５】
さらに、自立運転時等の補助電源を形成する蓄電池６は、常時は、系統７に接続された専用の充電器８により充電される。
【０００６】
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２，整流器５の直流出力は蓄電池６の直流出力とともにＤＣ／ＡＣインバータ９の直流側に供給され、このインバータ９は交流側の連系スイッチ１０が閉成されて系統７に接続される連系運転時、系統電源１１に電圧同期して連系運転され、その交流の出力を系統７の負荷１２に給電する。
【０００７】
また、系統７の遮断器１３が開放される系統停電時はＤＣ／ＡＣインバータ９が自立運転に切換えられ、このとき、電圧制御によりＤＣ／ＡＣインバータ９が系統電源１１に相当する交流の出力を形成して負荷１２に給電する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の分散型電源設備の場合、ＤＣ／ＡＣインバータ９だけでなく、太陽電池１の容量に応じた大容量の大型，高価なＤＣ／ＤＣコンバータ２を要し、しかも、蓄電池６を系統電力で充電する専用の充電器８も必要であり、小型化及び低価格化を図ることができない問題点がある。
【０００９】
また、風力発電機４の電力が太陽電池１のようにＰｍａｘ制御で取出されず、しかも、連系運転時のＤＣ／ＡＣインバータ９の直流入力電圧が蓄電池６のほぼ定格の高い電圧に維持され、太陽電池１，風力発電機４の電力に基づくＤＣ／ＤＣコンバータ２，整流器５の出力電圧が低くなると、これらの電力が利用されないため、太陽電池１，風力発電機４の電力を十分に有効に利用することができない問題点がある。
【００１０】
さらに、太陽電池１，風力発電機４から取出される電力が多く、連系運転時に直流側に余剰電力が発生しても、この電力を有効に利用することができない問題点がある。
【００１１】
そして、風力発電機４の代わりに他の自然エネルギ等を利用する発電機を備えた場合にも同様の問題点がある。
【００１２】
本発明は、従来の太陽電池の専用のＤＣ−ＤＣコンバータを設けることなく、太陽電池の出力をＰｍａｘ制御で取出すことができるようにするとともに、太陽電池及び発電機の電力を極力有効に利用して連系運転し得るようにし、さらに、専用の充電器を用いることなく、太陽電池及び発電機の余剰電力を有効に利用して蓄電池の充電が行えるようにし、しかも、系統停電時等に自立運転により太陽電池，発電機及び蓄電池の電力を有効に利用して負荷給電が行えるようにすることを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の分散型電源装置においては、発電機から最大電力の直流を取出す発電機用コンバータと、
蓄電池を浮動充電する充電用コンバータと、
系統停電等による自立運転時に閉成されて両コンバータそれぞれのバイパス路を形成する発電機出力用及び蓄電池出力用のバイパス路スイッチと、
直流側に太陽電池及び両コンバータ，両バイパス路スイッチが接続され，連系運転時は直流側の電圧が蓄電池の充電電圧以上の間直流側から最大電力を取出すようにインバータ運転され，直流側の電圧が蓄電池の充電電圧より低下したときにインバータ運転からコンバータ運転に切換わって系統電源を充電用の直流に変換し，自立運転時は系統電源に相当する電圧制御された交流電源を出力するようにインバータ運転される双方向コンバータとを備える。
【００１４】
したがって、太陽電池からＰｍａｘ制御で出力を取出す従来の専用のＤＣ／ＤＣコンバータが省かれ、太陽電池は従来設備のＤＣ／ＡＣインバータの代わりに設けられた双方向コンバータの連系運転により、Ｐｍａｘ制御で電力が取出される。
【００１５】
また、蓄電池は双方向コンバータの直流側の充電用コンバータにより常時浮動充電され、連系運転中に太陽電池及び発電機の余剰電力が発生すると、この電力が蓄電池の充電に有効に利用され、太陽電池及び発電機の出力が減少して双方向コンバータの直流側の電圧が蓄電池の充電電圧より低下すると、双方向コンバータがインバータ運転からコンバータ運転に移行し、系統電源で蓄電池の充電が継続される。
【００１６】
さらに、連系運転時の双方向コンバータの直流側の電圧が蓄電池の電圧に固定されず、太陽電池及び発電機の電力が蓄電池の充電電圧の影響を受けることなく、十分に有効に利用される。
【００１７】
そして、系統停電時等には双方向コンバータの自立運転とバイパス路スイッチの閉成とにより、太陽電池，発電機及び蓄電池の電力を有効に利用して負荷給電が行われる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の１形態につき、図１を参照して説明する。
図１において、図２と同一符号は同一もしくは相当するものを示す。
そして、図２の従来設備のＤＣ／ＤＣコンバータ２は省かれ、図２のＤＣ／ＡＣインバータ９の代わりに双方向コンバータ１４が設けられ、このコンバータ１４の直流側に太陽電池１が接続されている。
【００１９】
また、整流器５の後段に発電機用コンバータとしての出力電流制御用チョッパ回路１５が設けられ、このチョッパ回路１５は入力側の計器用変圧器１６，計器用変流器１７の計測結果に基づき、入力電力が増加するように整流器５の出力をチョッパ制御し、風力発電機４から最大電力を取出す。
【００２０】
さらに、双方向コンバータ１４の直流側に充電用コンバータ１８を介して蓄電池６が接続され、充電用コンバータ１８は出力側の計器用変圧器１９の計測電圧に基づき、常時、蓄電池６を浮動充電する。
【００２１】
つぎに、双方向コンバータ１４は運転モードの連系／自立の設定と、計器用変圧器１９，直流側の計器用変流器２０，計器用変圧器２１の計測結果及び系統側の計器用変圧器２２の計測結果とに基づいて動作する。
【００２２】
そして、連系スイッチ１０及び遮断器１３が閉成する系統電源１１の正常時は、双方向コンバータ１４が系統電源１１に連系運転され、このとき、直流側の電圧は図２の従来設備のＤＣ／ＡＣインバータ９のように蓄電池６の充電電圧に固定されず、太陽電池１の出力電圧とチョッパ回路１５の出力電圧を任意に変化させることが可能である。
【００２３】
そして、直流側の電圧が蓄電池６の充電電圧より高く、太陽電池１，風力発電機４の発生電力が蓄電池６の電力以上であれば、双方向コンバータ１４は直流側の入力電力が最大になるようにＰｍａｘ制御でインバータ運転され、系統電源１１に電圧同期した交流電力を連系スイッチ１０を介して負荷１２に給電する。
【００２４】
このとき、図２の専用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を省いても、太陽電池１は双方向コンバータ１４によりＰｍａｘ制御で最大電力が取出される。
【００２５】
したがって、連系運転時は太陽電池１及び風力発電機４から最大電力が取出され、蓄電池６の充電電圧の影響を受けることなく、太陽電池１及び風力発電機４の電力を極力有効に利用して負荷給電が行われる。
【００２６】
また、太陽電池１及び風力発電機４の余剰電力は充電用コンバータ１８を介して蓄電池６の充電に利用され、それらの電力が一層有効に利用される。
【００２７】
しかも、太陽電池１及び風力発電機４の出力が低下したときは、双方向コンバータ１４がコンバータ運転され、系統電源１１により蓄電池６が充電される。
【００２８】
すなわち、連系運転中に太陽電池１，風力発電機４の出力が低下し、双方向コンバータ１４の直流側の電圧が蓄電池６の充電電圧より低くなると、双方向コンバータ１４が自動的にインバータ運転からコンバータ運転に移行し、系統電源１１が充電用の直流に変換され、この直流により充電用コンバータ１８を介して蓄電池６が浮動充電され、満充電状態に保たれる。
【００２９】
つぎに、何らかの原因で系統電源１１が停電または遮断器１３が開放されると、図示省略されたＵＶリレー等によって系統停電が検出され、まず、連系スイッチ１０が開放されて双方向コンバータ１４等の運転が一旦停止する。
【００３０】
さらに、系統電源１１の停電中に双方向コンバータ１４が自立運転モードで運転されるとともに、連系スイッチ１０及びコンバータ１５，１８に並列に設けられた発電機出力用，蓄電池出力用のバイパス路スイッチ２３，２４が閉成される。
【００３１】
そして、双方向コンバータ１４の直流側に、太陽電池１の出力と、整流器５により直流に変換された風力発電機４の出力と、蓄電池６の出力とに基づくハイブリッド直流電源が供給され、双方向コンバータ１４はこのハイブリッド直流電源に基づく出力電圧制御のインバータ運転により、負荷１２が要求する電圧の交流電源を形成して給電する。
【００３２】
したがって、図１の設備は、従来設備の太陽電池１の専用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を省いて形成することができる。
【００３３】
また、双方向コンバータ１４の直流側が蓄電池６の充電電圧に固定されず、太陽電池１の出力及びチョッパ回路１５により取出された風力発電機４の最大電力の出力が双方向コンバータ１４の直流側に供給されるため、連系運転時、蓄電池６の充電電圧の影響を受けることなく、それらの電力を極力有効に利用することができる。
【００３４】
さらに、双方向コンバータ１４の直流側に充電用コンバータ１８を接続し、従来設備の専用の充電器８等を用いることなく、蓄電池６を常時浮動充電して系統停電に備えることができる。
【００３５】
さらに、系統電源１１の停電等による自立運転時は、整流器５により直流に変換された風力発電機４の出力及び蓄電池６の出力がバイパス路スイッチ２３，２４を介して双方向コンバータ１４の直流側にそのまま供給され、太陽電池１の出力とともに双方向コンバータ１４で極力有効に利用されて負荷給電が行われる。
【００３６】
ところで、設備内の各部の構成は図１のものに限られるものではなく、例えば発電機用コンバータはチョッパ回路以外のコンバータ回路であってもよい。
【００３７】
また、風力発電機４の代わりに自然エネルギ等を利用した種々の発電機を備えた場合にも同様に適用することができ、この場合、発電機の出力が直流であれば整流器５等を省くことができるのは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は以下に記載する効果を奏する。
双方向コンバータ１４を備えたため、太陽電池１から最大電力追尾制御（Ｐｍａｘ制御）で出力を取出す従来設備の専用のＤＣ／ＤＣコンバータを省き、双方向コンバータ１４のインバータ運転により太陽電池１のＰｍａｘ制御の出力を取出すことができる。
【００３９】
また、蓄電池６は双方向コンバータ１４の直流側の充電用コンバータ１８により常時浮動充電されるため、連系運転中に太陽電池１及び発電機４の余剰電力が発生すると、この電力を蓄電池６の充電に有効に利用することができ、太陽電池１及び発電機４の出力が減少して双方向コンバータ１４の直流側の電圧が蓄電池６の充電電圧より低下すると、双方向コンバータ１４がインバータ運転からコンバータ運転に移行し、系統電源１１で蓄電池６の充電を継続することができる。
【００４０】
さらに、連系運転時の双方向コンバータ１４の直流側の電圧が蓄電池６の電圧に固定されないため、太陽電池１及び発電機４の電力が蓄電池６の充電電圧の影響を受けることなく、十分に有効に利用される。
【００４１】
そして、系統停電時等には双方向コンバータ１４の自立運転とバイパス路スイッチ２３，２４の閉成とにより、太陽電池１，発電機４及び蓄電池６の電力を有効に利用して負荷給電を行うことができる。
【００４２】
したがって、小型，軽量，安価で性能の優れた新規な分散型電源設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分散型電源装置の実施の１形態の結線図である。
【図２】従来装置の結線図である。
【符号の説明】
１  太陽電池
４  風力発電機
６  蓄電池
１１  系統電源
１４  双方向コンバータ
１５  発電機用コンバータとしてのチョッパ回路
１８  充電用コンバータ
２３，２４  バイパス路スイッチ
【図１】
0003820757.tif 000002
【図２】
0003820757.tif 000003