(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機および太陽電池の少なくとも一方と蓄電池とを具備し、前記風力発電機、前記太陽電池、前記蓄電池はそれぞれ第１ないし第３の電力変換装置を介して共通に負荷に接続され、前記蓄電池は、前記風力発電機、前記太陽電池の発電電力のうちの余剰電力を貯蔵し、前記風力発電機、前記太陽電池の発電量の低下時に前記負荷への給電を行う電力供給システムにおける余剰電力制御方法において、
前記第３の電力変換装置により前記蓄電池の充電電流および充電電圧を検知して余剰電力を監視し、この監視結果に応じて前記第３の電力変換装置の出力電圧を変化させ、該出力電圧の変化に応じて第１、第２の電力変換装置により、第１、第２の電力変換装置の出力電力を変化させることにより前記蓄電池の過充電を防止することを特徴とする電力供給システムにおける余剰電力制御方法。
【請求項２】
前記第３の電力変換装置の出力電圧安定化用のフィードバック制御ループにおける基準電圧を余剰電力の監視結果に応じて変えることにより前記第３の電力変換装置の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項１の電力供給システムにおける余剰電力制御方法。
【請求項３】
基準電圧を有し、前記第１、第２の電力変換装置の出力電力が前記基準電圧に応じた値になるように制御しているフィードバック制御ループにおける該基準電圧を前記出力電圧に応じて変えることにより前記第１、第２の電力変換装置の出力電力を変化させることを特徴とする請求項１または２の電力供給システムにおける余剰電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力供給システムにおける余剰電力制御方法に関し、特に、風力発電機および太陽電池の少なくとも一方と蓄電池とを具備し、風力発電機、太陽電池、蓄電池はそれぞれ第１ないし第３の電力変換装置を介して共通に負荷に接続され、蓄電池は、風力発電機、太陽電池の発電電力のうちの余剰電力を貯蔵し、風力発電機、太陽電池の発電量の低下時に負荷への給電を行う電力供給システムの余剰電力制御方法であって、蓄電池を適正な充電電流で充電でき、また、その過充電を防止することができる電力供給システムにおける余剰電力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電機や太陽電池の発電電力を負荷に供給すると共にその余剰電力を蓄電池に貯蔵し、風力発電機や太陽電池の発電量の低下時に蓄電池に貯蔵されている電力を負荷に供給する電力供給システムが自然エネルギの有効活用を図るクリーンな電力供給システムとして注目されている。
【０００３】
図４は、従来の電力供給システムを示すブロック構成図であり、風力発電機１および太陽電池２の発電電力は、それぞれ電力変換装置Ａ、Ｂにより変換されて負荷４に供給される。風力発電機１および太陽電池２の発電電力のうちの余剰電力は、電力変換装置Ａ、Ｂ、さらには電力変換装置Ｃを介して蓄電池３に供給され、蓄電池３に貯蔵される。風力発電機１や太陽電池２の発電量が低下し、それらにより負荷４に電力を十分に供給することができなくなった時には、蓄電池３に貯蔵されている電力が電力変換装置Ｃにより変換されて負荷４に供給される。
【０００４】
また、蓄電池３に接続されている電力変換装置Ｃの入力側または出力側に、例えば、抵抗負荷と放熱器からなるダミー負荷５が投入可能に接続されており、風力発電機１または太陽電池２の発電量が負荷４の需要電力を超えて大幅に増大し、余剰となった場合の蓄電池３の過充電が防止されるようになっている。すなわち、風力発電機１または太陽電池２の発電量が負荷４の需要電力を超えて大幅に余剰となった場合、ダミー負荷５が投入接続され、それにより余剰電力が消費されて蓄電池３への充電電流および充電電圧が過大になることが防止される。これにより風や太陽光の強さにかかわらず安定して負荷４に電力を供給することができると共に蓄電池３の過充電を防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力供給システムでは、上述のように、余剰電力を消費させるために抵抗負荷と放熱器などからなるダミー負荷５を必要とする。また、余剰電力による蓄電池３の過充電を防止するためにダミー負荷５の投入接続の制御を行わなければならないがその制御は困難である。すなわち、余剰電力は常に一定ではなく負荷４の需要電力により変動し、その変動幅も変化するものであり、そのような余剰電力による蓄電池３の過充電を防止するためには余剰電力に応じたアナログ的なダミー負荷５の投入接続の制御が必要となるが、ダミー負荷５の制御はそれを投入するか否か、また、投入のタイミングの制御であり、その制御をアナログ的にきめ細かく行うことは困難である。さらに、風力発電機１や太陽電池２が増設されて余剰電力の増加が予測される場合には、それに応じてダミー負荷５も増設しなければならない。
【０００６】
本発明は、ダミー負荷を必要とせずに、蓄電池の過充電を防止するための余剰電力の制御をアナログ的にきめ細かく行うことができ、また、風力発電機や太陽電池が増設されて余剰電力の増加が予測される場合にも容易に対応することができる電力供給システムの余剰電力制御方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明は、蓄電池に接続された電力変換装置により蓄電池の充電電流および充電電圧を検知して余剰電力を監視し、その監視結果に応じて自身の出力電圧を変化させ、この出力電圧の変化に応じて風力発電機に接続された電力変換装置、太陽電池に接続された電力変換装置の出力電力を変化させることにより前記蓄電池の過充電を防止する点に第１の特徴がある。また、本発明は、余剰電力の監視結果に応じて、蓄電池に接続された電力変換装置の出力電圧安定化用のフィードバック制御ループにおける基準電圧を変化させることにより該電力変換装置の出力電圧を変化させる点に第２の特徴がある。さらに、本発明は、風力発電機に接続された電力変換装置、太陽電池に接続された電力変換装置において、基準電圧を有し、前記第１、第２の電力変換装置の出力電力が前記基準電圧に応じた値になるように制御しているフィードバック制御ループにおける該基準電圧を前記出力電圧に応じて変えることにより前記第１、第２の電力変換装置の出力電力を変化させる点に第３の特徴がある。
【０００８】
上記第１ないし第３の特徴によれば、ダミー負荷を必要とせず、蓄電池の過充電を防止するための余剰電力の制御をアナログ的にきめ細かく行うことができ、また、風力発電機や太陽電池が増設されて余剰電力の増加が予測される場合にも容易に対応することができる。また、フィードバック制御機能により余剰電力を一定に保つ制御が行われるので、必要以上の余剰電力の制御が行われず、突発的な余剰電力の発生時にも即応性のよい制御が行われる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態が適用された電力供給システムを示すブロック構成図である。ここで図４と異なる点は、ダミー負荷が設けられておらず、電力変換装置Ａ′〜Ｃ′の構成が電力変換装置Ａ〜Ｃの構成とは異なり、電力変換装置Ｃ′から電力変換装置Ａ′、Ｂ′へ余剰電力の情報が伝送され、電力変換装置Ａ′、Ｂ′におけるフィードバック制御ループにその余剰電力の情報が加えれらて余剰電力の制御が行われるように構成されている点である。なお、負荷４に供給する電力が交流である場合には、電力変換装置Ａ′は、前段に交流−直流変換器、後段に直流−交流変換器を有する二段構成のものとすればよく、電力変換装置Ｂ′、Ｃ′は、直流−交流変換器とすればよいが、これに限られず、負荷４に供給する電力が直流である場合には、電力変換装置Ａ′を交流−直流変換器とし、電力変換装置Ｂ′、Ｃ′を直流−直流変換器とすればよい。また、電力変換装置Ａ′〜Ｃ′は、電流制御型のものであっても電圧制御型のものであってもよく、またそれらを組み合わせたものでもよい。
【００１０】
図２は、図１における電力変換装置Ａ′またはＢ′の一具体例を示す基本制御ブロック図であり、ここでは本発明に関係する余剰電力の制御についての部分のみを示している。なお、電力の変換についての具体的構成は、上述のように、電力変換装置Ａ′とＢ′とでは異なるが、その構成および動作は周知であるので省略してある。
【００１１】
図３は、図１における電力変換装置Ｃ′の一具体例を示す基本制御ブロック図であり、ここでも本発明に関係する余剰電力の制御についての部分のみを示しており、電力の変換についての具体的構成は省略してある。なお、図２および図３の出力電圧の規定値Ｖoref１３と１８は同一値である。
【００１２】
風力発電機１または太陽電池２の発電電力は、電力変換パワー回路６により変換された後、電力変換装置Ａ′またはＢ′の出力７として出力され、図１の負荷４に供給される。出力７のうちの余剰電力は、図３の電力変換用パワー回路１６を介して蓄電池３に供給され、蓄電池３に貯蔵される。蓄電池３に対する充電電流は電流センサ１７により検知される。風力発電機１や太陽電池２の発電量が低下し、出力７により負荷４へ電力を十分に供給することができなくなった時には、蓄電池３に貯蔵されている電力が電力変換用パワー回路１６により変換されて出力７として出力され、図１の負荷４に供給される。
【００１３】
図２において、風力発電機１または太陽電池２の出力電圧と直流電圧の規定値Ｖdref１８との差分が誤差増幅器９で増幅され、この出力と出力７の瞬時値とが乗算器１０で乗算される。電力変換用パワー回路６から出力７へ流れる電流が電流センサ１１で検知され、この出力と乗算器１０の出力との差分が誤差増幅器１２で増幅され、この出力により電力変換用パワー回路６が制御される。これにより電力変換装置Ａ′またはＢ′の出力電流は乗算器１０の出力値になるようにフィードバック制御される。このフィードバック制御回路には、さらに出力７と出力電圧の規定値Ｖoref１３との差分を増幅し、直流電圧の規定値Ｖdref１８に加算するための誤差増幅器１４およびダイオード１５が設けられている。
【００１４】
図３においては、出力７と出力電圧の規定値Ｖoref１８との差分が誤差増幅器１９で増幅され、この出力により電力変換用パワー回路１６が制御される。これにより出力７は出力電圧の規定値Ｖoref１８になるようにフィードバック制御される。このフィードバック制御回路には、蓄電池３の電圧と直流電圧の規定値Ｖdref２２０との差分および電流センサ１７により検知される蓄電池３の充電電流と直流電流の規定値Ｉdref２１との差分を出力電圧の規定値Ｖoref１８に加算するための誤差増幅器２２、２３およびダイオード２４、２５が設けられている。
【００１５】
次に、図２および図３を参照して本発明の一実施形態の余剰電力制御方法について説明する。蓄電池３への充電電流および充電電圧がそれぞれの規定値Ｉdref２１、Ｖdref２２０内であれば、出力７の電圧値は、図３における電力変換用パワートランジスタ１６、出力電圧の規定値Ｖoref１８および誤差増幅器１９のフィードバック制御ループにより規定値Ｖoref１８になるように制御される。
【００１６】
風力発電機１または太陽電池２の発電量が増大し、出力７が負荷４の需要電力を超えて大幅に余剰となると、蓄電池３の充電電流が大きくなる。この充電電流を検知する電流センサ１７の出力が充電電流の規定値Ｉdref２１より大きくなると、この出力と充電電流の規定値Ｉdref２１との差分が誤差増幅器２３で増幅され、ダイオード２５を通して出力電圧の規定値Ｖoref１８に加算される。また、蓄電池３の電圧が充電電圧の規定値Ｖdref２２０より大きくなると、その差分が誤差増幅器２２で増幅され、ダイオード２４を通して出力電圧の規定値Ｖoref１８に加算される。これにより電力変換装置Ｃ′における出力電圧のフィードバック制御の規定値が上昇し、その結果、出力７の電圧値が出力電圧の規定値Ｖoref１８より大きくなる。
【００１７】
図２において、出力７の電圧値が出力電圧の規定値Ｖoref１３内であれば、風力発電機１または太陽電池２の出力電圧と直流電圧の規定値Ｖdref１８との差分と出力７の瞬時値との乗算結果と、電流センサ１１で検知される出力との差分とに基づくフィードバック制御が行われる。
【００１８】
上述したように、出力７の電圧値が出力電圧の規定値Ｖoref１８、すなわちＶoref１３より大きくなると、出力７と出力電圧の規定値Ｖoref１３との差分を増幅する誤差増幅器１４の出力が直流電圧の規定値Ｖdref１８に加算され、図２のフィードバック制御回路は、出力７の瞬時値、電流センサ１１により検知される出力電流、および風力発電機１または太陽電池２の出力電圧と誤差増幅器１４の出力が加算された直流電圧の規定値Ｖdref１８に基づいた制御を行う。誤差増幅器１４の出力が直流電圧の規定値Ｖdref１８に加算されたフィードバック制御の結果、電力変換装置Ａ′またはＢ′の出力電力は減少する。これにより余剰電力が制御され、蓄電池３に対する充電電流および充電電圧が過大になることが防止される。蓄電池３に対する充電電流および充電電圧が低下すると、上述とは逆の動作により出力７の電圧値が下降し、出力電力は増大する。
【００１９】
なお、以上では電力変換装置Ａ′〜Ｃ′におけるフィードバック制御ループを利用して出力電圧、出力電力を変化させる実施態様について説明したが、本発明は、フィードバック制御ループを利用するものに限らず、蓄電池の充電電流および充電電圧の監視結果に応じてアナログ的に出力電圧、出力電力を変化させる種々の構成を採用し得る。また、以上では風力発電機と太陽電池の両方を用いた電力供給システムについて説明したが、風力発電機と太陽電池のうちの一方を用いる電力供給システムに本発明を適用することができ、また、それらの個数は限られないことも明らかであり、そのようなものも本発明の範囲内のものである。さらに、風力発電機や太陽電池を増設しても余剰電力の制御は、それに備えられた電力変換装置により行われるので、ダミー負荷の増設などが必要ないことも明らかである。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１ないし３の発明によれば、ダミー負荷を必要とせず、蓄電池の過充電を防止するために余剰電力の制御をアナログ的にきめ細かく行うことができ、突発的な余剰電力の発生に対しても即応性に優れ、必要以上の余剰電力の制御を行わないので、蓄電池の延命を図ることができると共に自然エネルギの有効利用を図ることができるようになる。また、風力発電機や太陽電池が増設されて余剰電力の増加が予測される場合にも容易に対応することができる。さらに、負荷に接続している配電線を利用して余剰電力の情報を伝送するので、電力変換装置相互間で余剰電力の情報を伝送するための特別な信号線が不要であり、電力変換装置を何ら支障なく分散配置することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施態様が適用された電力供給システムを示すブロック構成図である。
【図２】  図１における電力変換装置Ａ′またはＢ′の一具体例を示す基本制御ブロック図である。
【図３】  図１における電力変換装置Ｃ′の一具体例を示す基本制御ブロック図である。
【図４】  従来の電力供給システムを示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１・・・風力発電機、２・・・太陽電池、３・・・蓄電池、４・・・負荷、５・・・ダミー負荷、６，１６ ・・・電力変換パワー回路、７・・・出力、８，２０・・・直流電圧の規定値、９，１２，１４，１９，２２，２３・・・誤差増幅器、１０・・・乗算器、１１，１７・・・電流センサ、１３，１８・・・出力電圧の規定値、１５，２４，２５・・・ダイオード、２１・・・直流電流の規定値、Ａ′〜Ｃ′・・・電力変換装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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