JP5799254B2 - Power distribution system - Google Patents
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Description
この発明は、電力系統から負荷に電力を供給する配電システムに関する。 The present invention relates to a power distribution system that supplies power from a power system to a load.
近年、配電効率等の観点から太陽電池、燃料電池等の直流配電装置からの直流電力を負荷に供給する直流供給型配電システムが一般的になりつつある。従来、直流供給型配電システムとして、例えば、特許文献1に開示される構成が採用されている。直流供給型配電システムには、図8に示す様に太陽からの光エネルギを電気エネルギ(直流電力)に変換する太陽電池101と、太陽電池101により発電される直流電力を適切な出力電圧Voutに変換し負荷に電力を供給するコンバータ103と、物質の化学反応により発電する燃料電池102と、燃料電池102により発電される直流電力を適切な出力電圧Voutに変換し負荷に電力を供給するコンバータ104と、太陽電池101及び燃料電池102からの直流電力による動作する直流負荷105とからなる。
In recent years, a DC supply type distribution system that supplies DC power from a DC distribution device such as a solar cell or a fuel cell to a load is becoming common from the viewpoint of distribution efficiency. Conventionally, for example, a configuration disclosed in
太陽電池101は図7に示すような出力特性を持ち、その動作電圧により太陽電池101の出力電力は大きく変動する。太陽電池101の動作電圧をVmpで動作するようにコンバータ103で制御することができれば太陽電池101から最大出力電力Pmax出力させることができ効率的に太陽電池101を利用していることになる。この太陽電池101からの出力電力をPmaxで出力させ太陽電池101を最大限に利用するための制御を最大出力動作点追尾制御(以下、MPPT制御)という。
The
また、燃料電池102においても、自身に適した発電ルールが存在する。発電ルールにおいては、例えば、最大出力電力が規定されていたり、発電電力の急激な変化を規制したりしている。この発電ルールによれば、燃料電池102に適した態様にて使用されるため、燃料電池102から電力を効率よく取り出せるとともに、同燃料電池102の長寿命化が図れる。
The
以上のように、太陽電池101及び燃料電池102等の直流発電装置においては、発電ルール、MPPT制御などのそれぞれの事情に沿って電力を発電する実益がある。
また、例えば特許文献2に示されるように、蓄電池を備えた直流配電システムが存在する。本配電システムにおいて、蓄電池は、直流発電装置からの発電電力が少なくなったときに放電を行うといった主にバックアップ用として用いられる。
As described above, in the DC power generation devices such as the
For example, as shown in
ところで、上記特許文献1に示す配電システムにおいては、太陽電池101や燃料電池102の発電電力と直流負荷105で消費される消費電力は、各種電力変換機器での損失や配線での損失を無視すれば同一電力である。つまり、直流配電システムにおいてやりとりされる電力は直流負荷105の消費電力により決定されてしまうことになる。つまり、太陽電池101や燃料電池102の発電能力が消費電力を上回ることができる場合においても直流負荷105の消費電力分しか発電することができないため非効率な運転となる。また、消費電力が逆に太陽電池101及び燃料電池102のMPPT制御及び発電ルールに従った発電電力を上回る場合には、例えば、燃料電池102から上記発電ルールを反故して電力を出力することが考えられる。しかしこれは、上述のように燃料電池102の発電効率及び寿命の点で好ましくない。
By the way, in the power distribution system shown in the above-mentioned
このように、太陽電池101及び燃料電池102等の直流発電装置において、直流負荷105の消費電力(需要電力)によっては、MPPT制御及び発電ルールに従った発電ができないおそれがある。
As described above, in a DC power generation device such as the
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流負荷の需要電力に関わらず、直流発電装置において自身に適した発電が可能となる配電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a power distribution system capable of generating power suitable for itself in a DC power generation device regardless of demand power of a DC load.
本発明に従う配電システムの一形態は、動作電圧が最大出力電圧である場合に最大の直流電力を発電する直流発電装置により発電される直流電力が直流配線を介して直流負荷に供給される直流電力系統と、前記直流電力系統に連携され、交流電源から交流配線を介して交流電力が供給される交流電力系統と、前記交流配線から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流配線から供給される直流電力を交流電力に変換する双方向コンバータと、前記直流配線に接続され、前記直流発電装置の動作電圧が前記最大出力電圧となるように出力電力を制御することにより前記直流発電装置に前記最大の直流電力を発電させ、前記直流発電装置により発電された直流電力を前記直流負荷に供給するDC/DCコンバータと、前記直流配線の電圧を検出する電圧検出手段と、前記直流配線に接続されるバッテリと、前記直流配線と前記バッテリとの間に設けられ、前記直流配線の電力により前記バッテリを充電し、前記バッテリの電力を前記直流配線に放電する充放電回路と、前記双方向コンバータ、前記DC/DCコンバータ、および、前記充放電回路を制御する制御部と、を備え、前記直流配線により供給される電力である供給電力と前記直流負荷が必要とする電力である需要電力とが平衡する場合における前記直流配線の電圧が第1指令値であり、前記第1指令値よりも小さい電圧が第2指令値であり、前記第1指令値と前記第2指令値との間に第2しきい値が設定される場合、前記制御部は、前記電圧検出手段により検出された前記直流配線の電圧が前記第2しきい値よりも大きい電圧である場合、前記直流発電装置が前記最大の直流電力を発電するように前記DC/DCコンバータを制御し、前記直流配線の電圧が前記第1指令値となるように前記双方向コンバータを制御し、前記電圧検出手段により検出された前記直流配線の電圧が前記第2しきい値以下の電圧である場合、前記充放電回路を起動させ、前記直流発電装置が前記最大の直流電力を発電するように前記DC/DCコンバータを制御し、前記直流配線の電圧が前記第1指令値となるように前記双方向コンバータを制御し、前記電圧検出手段により検出された前記直流配線の電圧が前記第2指令値未満の電圧である場合、前記直流発電装置が前記最大の直流電力を発電するように前記DC/DCコンバータを制御し、前記直流配線の電圧が前記第2指令値となるように前記双方向コンバータおよび前記充放電回路を制御する。 One form of a power distribution system according to the present invention is a DC power in which DC power generated by a DC power generator that generates the maximum DC power when the operating voltage is the maximum output voltage is supplied to a DC load via a DC wiring. A system, an AC power system that is linked to the DC power system and supplied with AC power from an AC power source via AC wiring, and converts AC power supplied from the AC wiring into DC power, from the DC wiring A bidirectional converter that converts supplied DC power into AC power, and the DC power generator connected to the DC wiring and controlling the output power so that the operating voltage of the DC power generator becomes the maximum output voltage. A DC / DC converter for generating the maximum DC power and supplying DC power generated by the DC power generator to the DC load; and a voltage of the DC wiring Voltage detecting means for detecting, a battery connected to the DC wiring, and the DC wiring and the battery are provided between the DC wiring and the battery, and the battery is charged by the power of the DC wiring, and the power of the battery is supplied to the DC wiring. A charging / discharging circuit for discharging the electric power, a bidirectional converter, the DC / DC converter, and a control unit for controlling the charging / discharging circuit, and the supply power and the direct current that are the power supplied by the direct current wiring When the demand power, which is the power required by the load, is balanced, the voltage of the DC wiring is the first command value, the voltage smaller than the first command value is the second command value, and the first command When the second threshold value is set between the value and the second command value, the control unit detects that the voltage of the DC wiring detected by the voltage detection means is larger than the second threshold value. The DC converter controls the DC / DC converter so that the DC power generator generates the maximum DC power, and sets the bidirectional converter so that the voltage of the DC wiring becomes the first command value. And when the voltage of the DC wiring detected and detected by the voltage detection means is equal to or lower than the second threshold value, the charge / discharge circuit is activated, and the DC power generator generates the maximum DC power. Controlling the DC / DC converter so as to control the bidirectional converter so that the voltage of the DC wiring becomes the first command value, and the voltage of the DC wiring detected by the voltage detecting means is When the voltage is less than the second command value, the DC power generator controls the DC / DC converter so that the maximum DC power is generated, and the voltage of the DC wiring is the second command value. The bidirectional converter and the charge / discharge circuit are controlled so that
本発明によれば、配電システムにおいて、直流負荷の需要電力に関わらず、直流発電装置は自身に適した発電ができる。 According to the present invention, in the power distribution system, the DC power generator can generate power suitable for itself regardless of the demand power of the DC load.
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる配電システムを具体化した第1の実施形態について図1〜図6を参照して説明する。
(First embodiment)
A first embodiment that embodies a power distribution system according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1に示すように、住宅には、宅内に設置された各種機器(照明機器、エアコン、家電、オーディオビジュアル機器等)に電力を供給する配電システム1が設けられている。配電システム1は、家庭用の商用交流電源(AC電源)2の電力の他に、太陽光により発電する太陽電池3の電力や、物質の化学反応により発電する燃料電池16の電力も各種機器に供給する。また、配電システム1は、直流電源(DC電源)を入力して動作するDC機器5の他に、交流電源(AC電源)を入力して動作するAC機器6にも電力を供給する。
As shown in FIG. 1, a home is provided with a
配電システム1には、その分電盤としてコントロールユニット7及びDC分電盤(直流ブレーカ内蔵)8が設けられている。また、配電システム1には、住宅のDC機器5の動作を制御する機器として制御ユニット9及びリレーユニット10が設けられている。
The
コントロールユニット7には、交流電源を分岐させるAC分電盤11が直交流接続線12を介して接続されている。また、AC分電盤11には、交流系電力線23を介してAC電源2及びAC機器6が接続されている。コントロールユニット7には、直流系電力線13を介して太陽電池3が接続されるとともに、直流系電力線15を介して燃料電池16が接続されている。コントロールユニット7は、AC分電盤11から交流電力を取り込むとともに太陽電池3及び燃料電池16から直流電力を取り込み、これら電力を機器電源として所定の直流電力に変換する。そして、コントロールユニット7は、この変換後の直流電力を、直流系電力線14を介してDC分電盤8に出力する。コントロールユニット7は、AC電力を取り込むのみならず、太陽電池3や燃料電池16の電力を交流電力に変換してAC分電盤11に供給する。また、コントロールユニット7は、信号線17を介してDC分電盤8とデータのやり取りを実行する。
An AC distribution board 11 for branching an AC power supply is connected to the
DC分電盤8は、直流電力対応の一種のブレーカである。DC分電盤8は、コントロールユニット7から入力した直流電力を分岐させ、その分岐後の直流電力を、直流系電力線18を介して制御ユニット9に出力したり、直流系電力線19を介してリレーユニット10に出力したりする。また、DC分電盤8は、信号線44を介して制御ユニット9とデータのやり取りをしたり、信号線45を介してリレーユニット10とデータのやり取りをしたりする。
The
制御ユニット9には、複数のDC機器5が接続されている。これらDC機器5は、直流電力及びデータの両方を一対の線によって搬送可能な直流供給線路22を介して制御ユニット9と接続されている。直流供給線路22は、DC機器の電源となる直流電圧に、高周波の搬送波によりデータを電送する通信信号を重畳する、いわゆる電力線搬送通信により、一対の線で電力及びデータの両方をDC機器5に搬送する。制御ユニット9は、直流系電力線18を介してDC機器5の直流電源を取得し、DC分電盤8から信号線44を介して得る動作指令を基に、どのDC機器5をどのように制御するのかを把握する。そして、制御ユニット9は、指示されたDC機器5に直流供給線路22を介して直流電圧及び動作指令を出力し、DC機器5の動作を制御する。
A plurality of
制御ユニット9には、宅内のDC機器5の動作を切り換える際に操作するスイッチ43が直流供給線路22を介して接続されている。また、制御ユニット9には、例えば赤外線リモートコントローラからの発信電波を検出するセンサ24が直流供給線路22を介して接続されている。よって、DC分電盤8からの動作指示のみならず、スイッチ43の操作やセンサ24の検知によっても、直流供給線路22に通信信号を流してDC機器5が制御される。
A
リレーユニット10には、複数のDC機器5がそれぞれ個別の直流系電力線25を介して接続されている。リレーユニット10は、直流系電力線19を介してDC機器5の直流電源を取得し、DC分電盤8から信号線45を介して得る動作指令を基に、どのDC機器5を動作させるのかを把握する。そして、リレーユニット10は、指示されたDC機器5に対し、内蔵のリレーにて直流系電力線25への電源供給をオンオフすることで、DC機器5の動作を制御する。また、リレーユニット10には、DC機器5を手動操作するための複数のスイッチ46が接続されており、スイッチ46の操作によって直流系電力線25への電源供給をリレーにてオンオフすることにより、DC機器5が制御される。
A plurality of
DC分電盤8には、例えば壁コンセントや床コンセントの態様で住宅に建て付けられた直流コンセント27が直流系電力線28を介して接続されている。この直流コンセント27にDC機器のプラグ(図示略)を差し込めば、同機器に直流電力を直接供給することが可能である。
The
また、AC分電盤11及びAC電源2との間には、AC電源2の使用量を遠隔検針可能な電力メータ29が接続されている。電力メータ29には、商用電源使用量の遠隔検針の機能のみならず、例えば電力線搬送通信や無線通信の機能が搭載されている。電力メータ29は、電力線搬送通信や無線通信等を介して検針結果を電力会社等に送信する。
Further, between the AC distribution board 11 and the
配電システム1には、宅内の各種機器をネットワーク通信によって制御可能とするネットワークシステム30が設けられている。ネットワークシステム30には、同システム30のコントロールユニットとして宅内サーバ31が設けられている。宅内サーバ31は、インターネットなどのネットワークNを介して宅外の管理サーバ32と接続されるとともに、信号線33を介して宅内機器34に接続されている。また、宅内サーバ31は、DC分電盤8から直流系配線35を介して取得する直流電力を電源として動作する。管理サーバ32からは、例えば、ネットワークNを介して宅内サーバ31に売電(逆潮流)に関する情報が送信される。
The
宅内サーバ31には、ネットワーク通信による宅内の各種機器の動作制御を管理するコントロールボックス36が信号線37を介して接続されている。コントロールボックス36は、信号線17を介してコントロールユニット7及びDC分電盤8に接続されるとともに、直流供給線路38を介してDC機器5を直接制御可能である。よって、宅内サーバ31は、前記売電(逆潮流)に関する情報を、コントロールボックス36を介してコントロールユニット7に出力可能となる。また、コントロールボックス36には、例えば使用したガス量や水道量を遠隔検針可能なガス/水道メータ39が接続されるとともに、ネットワークシステム30の操作パネル40が接続されている。操作パネル40には、例えばドアホン子器やセンサやカメラからなる監視機器41が接続されている。
A
宅内サーバ31は、ネットワークNを介して宅内の各種機器の動作指令を入力すると、コントロールボックス36に指示を通知して、各種機器が動作指令に準じた動作をとるようにコントロールボックス36を動作させる。また、宅内サーバ31は、コントロールボックス36を介してガス/水道メータ39から取得した各種情報を、ネットワークNを通じて管理サーバ32に提供可能であるとともに、監視機器41で異常検出があったことを操作パネル40から受け付けると、その旨もネットワークNを通じて管理サーバ32に提供する。
When the in-
次に、コントロールユニット7の具体的構成について説明する。
図2に示すように、コントロールユニット7は、制御部51と、第1DC/DCコンバータ(以下、「第1コンバータ」という。)55と、第2DC/DCコンバータ(以下、「第2コンバータ」という。)56と、バッテリ側コンバータ57と、双方向コンバータ60と、バッテリ54と、逆潮電力検出回路50と、を備える。
Next, a specific configuration of the
As shown in FIG. 2, the
第1コンバータ55は、太陽電池3から入力される直流電力(太陽電池電力Ppv)を所望の直流電力に変換してDC分電盤8に出力する。
詳細には、第1コンバータ55は、図3に示すように、太陽電池3側の電圧を検出する入力電圧検出回路61と、DC分電盤8側の電圧値を検出する出力電圧検出回路62と、太陽電池3側の電流値を検出する入力電流検出回路63と、電力変換用のパワー回路64と、前記パワー回路64を制御するCPU65と、同CPU65がアクセスする不揮発性のメモリ65aとから構成される。
The
Specifically, as shown in FIG. 3, the
CPU65は、メモリ65aに格納されるプログラムに従って、パワー回路64を適切に制御する。具体的には、同プログラムに従って、上記背景技術において説明したMPPT制御が実行される。太陽電池3の発電効率の観点からは、常時、MPPT制御が行われることが好ましい。
The
パワー回路64は、CPU65からの制御信号に基づき、太陽電池3から供給される電力を所望の電力に変換してDC分電盤8側に出力する。MPPT制御によれば、上記背景技術において、図7を参照して説明したように、CPU65は、パワー回路64を通じて、出力電力Pout(太陽電池電力Ppv)を最大出力電力Pmaxに制御する。
Based on the control signal from the
パワー回路64の入力電圧及び入力電流は入力電圧検出回路61及び入力電流検出回路63により検出され、出力電圧は出力電圧検出回路62により検出される。これら検出結果は、CPU65に出力される。これにより、CPU65は、入力電力が適切に出力電力に変換されたか否かを判断する。なお、パワー回路64は複数のスイッチ素子等で構成される。また、CPU65は、制御部51から出力電力Poutに関する指令信号を入力する。
The input voltage and input current of the
第2コンバータ56は、燃料電池16から入力される直流電力を所望の直流電力に変換してDC分電盤8に出力する。第2コンバータ56の具体的構成は、先の図3に示される第1コンバータ55とほぼ同様である。第1コンバータ55との相違点は、図3に示すように、第2コンバータ56において、そのメモリ65aには燃料電池16の発電ルールが記憶されている。発電ルールは、最大出力電力を規定したり、発電電力の急激な変化を禁止したりしている。この発電ルールに従って発電されることで、燃料電池16からの発電効率を高めつつ、同燃料電池16の長寿命化が図れる。
The
バッテリ側コンバータ57及びバッテリ54は、バッテリ接続線53を介して直流系電力線14に接続されている。バッテリ側コンバータ57は、直流系電力線14の電力を所望の電力に変換してバッテリ54に充電させたり、バッテリ54に充電されている電力を所望の電力に変換して直流系電力線14に放電させたりする。バッテリ側コンバータ57は、DC/DC双方向コンバータである。バッテリ側コンバータ57の具体的構成は、バッテリ54側及び直流系電力線14側の双方向に電力を出力できることを除いて、先の図3に示される第1コンバータ55とほぼ同様である。また、バッテリ側コンバータ57は、自身の入力電圧検出回路61の検出結果を制御部51に出力する。制御部51は、同検出結果に基づきバッテリ54のバッテリ電圧Vbを認識できる。
The battery-
双方向コンバータ60は、直交流接続線12に設けられている。双方向コンバータ60は、AC/DCコンバータ58と、DC/ACコンバータ59とからなる。DC/ACコンバータ59は、直流系電力線14からの直流電力を交流電力(出力電流iout)に変換し、交流系電力線23に供給する。また、AC/DCコンバータ58は、交流系電力線23からの交流電力を直流電力(出力電流Iout)に変換し、直流系電力線14に供給する。AC/DCコンバータ58及びDC/ACコンバータ59は、所望の出力電力に変換することができる。AC/DCコンバータ58及びDC/ACコンバータ59の具体的構成は、パワー回路64が直流及び交流間で電力を変換することを除いて、先の図3に示される第1コンバータ55とほぼ同様である。
The
AC/DCコンバータ58は、制御部51により制御されるとともに、出力電圧検出回路62(図3参照)の検出結果を制御部51に出力する。制御部51は、同検出結果に基づき直流系電力線14の電圧Vを認識できる。このように、直交流接続線12に双方向コンバータ60を設けることで、交流電力を直流電力に変換して直流系電力線14に送電したり、直流電力を交流電力に変換して交流系電力線23に送電したりできる。
The AC /
ここで、太陽電池3によって発電された直流電力をDC機器5に供給できる。よって、例えば、太陽電池3の発電電力を必ず交流に変換するシステムに比べて、電力変換に係る電力損失を低減することができ、送電効率が良い。しかし、太陽電池3による発電は、時間及び天候に左右されるため、DC機器5に安定した電力を供給することは困難である。一方、交流電力は、例えば、電力会社により生成されるAC電源2からの安定した送電が期待できる。よって、太陽電池3による十分な発電ができないときには、AC電源2からの交流電力を直流電力に変換してDC機器5に供給できるため、安定してDC機器5に電力を供給できる。また、逆に、太陽電池3による発電量がDC機器5の使用電力量を上回ったと判断されたときには、太陽電池3の直流電力を交流電力に変換してAC機器6に電力を供給したり、AC電源2すなわち電力会社に電力を逆潮流させることで売電したりできる。
Here, direct-current power generated by the
逆潮電力検出回路50は、AC分電盤11及びAC電源2間の交流系電力線23に供給される電力、特にAC分電盤11からAC電源2側に逆潮される電力を検出する。同検出結果は制御部51に出力される。
The reverse
制御部51は、逆潮電力検出回路50からの検出結果に基づき逆潮される電力を認識するとともに、この逆潮される電力を時間で積分することで、電力量Whを算出する。ここで、図1に示すように、管理サーバ32からネットワークN、宅内サーバ31及びコントロールボックス36を介してコントロールユニット7に逆潮電力に関する情報が所定周期毎に送信される。制御部51は信号線17を介してこの逆潮電力に関する情報を受け取る。電力の逆潮に関しては、常に無制限に認められるわけではなく、例えば、所定期間毎によって、電力の逆潮が禁止されていたり、逆潮が許容される電力量が制限されていたりする。電力の逆潮が禁止されている場合には、逆潮流を防止する必要がある。ここでは、逆潮が許容される電力量をしきい値Wh1とする。逆潮電力に関する情報には、しきい値Wh1等の情報が含まれている。制御部51は、逆潮流に関する情報を受ける毎にしきい値Wh1等の情報を更新(メモリ51aに記憶)し、これ以降この最新の情報に基づき制御を行う。
Based on the detection result from the reverse
制御部51は、上記情報に応じて、電力の逆潮を禁止又は逆潮を許容する電力量Whを制限する。電力の逆潮を禁止する場合、制御部51は、逆潮電力検出回路50を通じて検出された電力に相当する分だけの電力を直流系電力線14からバッテリ側コンバータ57を通じてバッテリ54に充電する。これにより、直流系電力線14の電圧Vに影響を及ぼすことなく、電力の逆潮を禁止できる。逆潮する電力量Whを制限する場合、制御部51は、所定期間内における電力を時間で積分して電力量Whを算出する。そして、制御部51は、算出された電力量Whがしきい値Wh1に達したとき、上記同様に逆潮される電力分だけバッテリ側コンバータ57を通じてバッテリ54に充電することで、電力の逆潮を禁止する。ここで、逆潮電力検出回路50を通じて逆潮電力が検出されたとき、換言すると、電力量Whがしきい値Wh1に達したときからバッテリ54の充電が開始されるまでの期間においては電力が逆潮されてしまうものの、時間的にごく僅かであるため時間の関数である電力量Whも無視できるほど小さい。なお、この時間差による逆潮電力を見込んで、しきい値Wh1を小さく設定してもよい。
The
制御部51は、AC/DCコンバータ58を通じて直流系電力線14の電圧Vを常時監視する。具体的には、制御部51は、図4(a)に示すように、電圧Vと自身のメモリ51aに記憶される第1及び第2しきい値V1,V2並びに第1及び第2指令値A1,A2とを比較する。
The
例えば、需要電力に対して発電電力が多い場合、直流系電力線14の電圧Vは高まる。一方、需要電力に対して発電電力が少ない場合、直流系電力線14の電圧Vは低くなる。このような傾向があることから直流系電力線14の電圧Vをみることで、供給電力及び需要電力の平衡状態の認識が可能となる。直流系電力線14の電圧Vが第1指令値A1に一致するときは、供給電力及び需要電力が平衡状態にある。ここで、供給電力は、発電電力に交流及び直流電力系統間でやり取りされる電力を足し引きした値となる。制御部51は、電圧Vが第1指令値A1を超える場合、発電電力が需要電力より大きいと判断し、電圧Vが第1指令値A1未満の場合、発電電力が需要電力より小さいと判断する。そして、制御部51は、図4(b)に示すように、電圧Vが第1指令値A1を超える期間においては、DC/ACコンバータ59を通じて出力電流ioutを増加、若しくはAC/DCコンバータ58を通じて出力電流Ioutを減少させる。具体的には、図4(b)に示すように、電圧Vが第1指令値A1を超える期間T1においては、AC/DCコンバータ58を通じて出力電流Ioutが減少される。ここでは、出力電流Ioutがゼロに達していないため、DC/ACコンバータ59が出力電流ioutを出力することはない。また、電圧Vが第1指令値A1を超えた期間T2においては、AC/DCコンバータ58を通じて出力電流Ioutが減少されて、出力電流Ioutがゼロに達する。このとき、依然として電圧Vが第1指令値A1を超えている場合には、DC/ACコンバータ59を通じて出力電流ioutの出力が開始され、電圧Vが第1指令値A1に一致するまで出力電流ioutが増加される。電圧Vが第1指令値A1に一致したとき出力電流ioutが一定とされる。当該制御により電圧Vは第1指令値A1に保たれる。
For example, when the generated power is larger than the demand power, the voltage V of the
電圧Vが第1指令値A1未満となる期間においては、AC/DCコンバータ58を通じて出力電流Ioutが増加、若しくはDC/ACコンバータ59を通じて出力電流ioutが減少される。具体的には、電圧Vが第1指令値A1未満となった期間T3においては、DC/ACコンバータ59を通じてその出力電流ioutが減少されて、出力電流ioutがゼロに達したとき、AC/DCコンバータ58を通じた出力電流Ioutの出力が開始される。AC/DCコンバータ58の出力電流Ioutは、電圧Vが第1指令値A1に一致するまで、増加される。電圧Vが第1指令値A1に一致したとき出力電流Ioutが一定とされる。当該制御により電圧Vは第1指令値A1に保たれる。
During the period in which the voltage V is less than the first command value A1, the output current Iout increases through the AC /
これにより、太陽電池3及び燃料電池16は、需要電力に関わらず、自身の事情に見合った電力を発電できる。具体的には、常に、太陽電池3及び燃料電池16は発電ルールに従った発電が可能となる。ここで、太陽電池3の発電ルールとは、MPPT制御により実行されるものである。また、発電ルールは制御ルールに相当する。
Thereby, the
第1しきい値V1は、第1指令値A1より大きな値に設定される。第1しきい値V1は、直流系電力線14が許容可能な最大の電圧Vに基づき設定される。また、発電電力が需要電力より大きい場合において、余剰電力を交流系電力線23へ供給することが十分にできないとき、電圧Vは第1しきい値V1に達する。交流系電力線23へ供給することが十分にできない場合としては、交流系電力線23へ送電すべき電力がDC/ACコンバータ59の最大出力電力を超えるときや、電力の逆潮流が制限されている場合が想定される。この場合、直流系電力線14の電圧Vが上昇する。
The first threshold value V1 is set to a value larger than the first command value A1. The first threshold value V1 is set based on the maximum voltage V that the
制御部51は、図4(a)に示すように、直流系電力線14の電圧Vが上昇して第1しきい値V1に達したとき(図4(a)の時刻t1)には、第2コンバータ56及び第1コンバータ55の順で出力電力Poutを抑制する。これにより、直流系電力線14の電圧Vが第1しきい値V1未満となり、電圧Vの過度の上昇が抑制される。また、第2コンバータ56の出力電力を優先して抑制することで、燃料電池16の燃料の消耗を抑えつつ、太陽電池3の発電効率を維持することができる。
As shown in FIG. 4A, the
第2指令値A2は第1指令値A1より小さく設定される。また、第2しきい値V2は第1指令値A1及び第2指令値A2の間の値に設定される。第2指令値A2は、DC機器5の需要電力に対して供給電力が不足するときの直流系電力線14の電圧Vを基準に設定される。ここで、例えば、停電等によりAC電源2からの交流電力をAC/DCコンバータ58を通じて直流系電力線14に供給できない場合が想定できる。このような場合に、直流系電力線14の電圧Vは第2指令値A2未満となる。また、例えば、DC機器5の需要電力が急激に増大した場合、AC/DCコンバータ58の最大出力電力には限りがあるところ、すぐにはこれに対応できず、電圧Vが第2指令値A2未満となる場合も想定できる。電圧Vが第2指令値A2未満の状態においては、DC機器5に電力が十分に供給されず同DC機器5が正常に動作しないおそれがある。制御部51は、電圧Vが第1指令値A1に一致するように制御する。具体的には、当該制御は直流系電力線14の電圧Vが低下して第2指令値A2に達したとき(図4(a)の時刻t3)、バッテリ側コンバータ57を通じて、バッテリ54の電力を直流系電力線14に放電することで実行される。ここで、バッテリ側コンバータ57は、電圧Vが第2指令値A2より大きい第2しきい値V2に達するまでは停止している。よって、直流系電力線14の電圧Vが第2指令値A2未満の場合には、AC/DCコンバータ58を通じた交流系電力線23から直流系電力線14への電力供給を補助する態様にて、バッテリ54の電力を直流系電力線14に供給する。これにより、直流系電力線14の電圧Vが第2指令値A2に一致するように制御される。よって、発電ルールに従った太陽電池3及び燃料電池16の発電に影響を及ぼすことなく、上記不足電力を補填することができる。
The second command value A2 is set smaller than the first command value A1. The second threshold value V2 is set to a value between the first command value A1 and the second command value A2. The second command value A2 is set based on the voltage V of the
また、制御部51は電圧Vが低下して第2しきい値V2に達したとき、バッテリ側コンバータ57を起動させる。ここで、バッテリ側コンバータ57は、上記電力の逆潮流を禁止するべく電力をバッテリ54に充電している場合を除いて、電圧Vが第2しきい値V2に達するまで停止している。また、バッテリ側コンバータ57は、起動開始から実際に電力を供給できる起動完了まで一定時間を要する。これを考慮して第2しきい値V2は設定される。すなわち、電圧Vの急激な電圧降下があっても、同電圧Vが第2指令値A2に達したときには、バッテリ側コンバータ57の起動が完了するように、第2しきい値V2は設定されている。このため、制御部51は、電圧Vが第2しきい値V2に達した時点でバッテリ側コンバータ57を起動することにより電圧Vが第2指令値A2に達したとき(図4(a)の時刻t2)には、バッテリ側コンバータ57を通じて直流系電力線14に電力を供給できる。これにより、より迅速に上記不足電力を補填することができる。また、バッテリ側コンバータ57は、電圧Vが第2しきい値V2に達するまでは停止しているため、それまでのバッテリ側コンバータ57の待機電力をなくすことができる。
The
また、電圧Vが第2しきい値V2となった時点で起動したバッテリ側コンバータ57は、同電圧Vが第1指令値A1以上となったときに再び停止される。なお、バッテリ側コンバータ57は、電圧Vが第2しきい値V2以上となったときに再び停止されてもよい。
Further, the battery-
また、図2に示すように、DC分電盤8は、DCブレーカ70と、一対のDC/DCコンバータ71とからなる。DCブレーカ70は、直流系電力線14上に設けられて、直流系電力線14に異常な電流が流れたときに、その異常電流を遮断する。これにより、その電流のDC機器5への流入が防止される。DC/DCコンバータ71は直流系電力線14の電力を適切な電圧に降圧してDC機器5に供給する。ここで、DCブレーカ70は、直流系電力線14の電圧を降圧しないため、高圧の電力をDC機器5に供給することができる。このように、高圧の電力を供給することで、送電時の電力損失を抑制することができる。
As shown in FIG. 2, the
次に、制御部51が実行する給電制御処理手順について、図5(a)のフローチャートを参照しつつ説明する。当該フローは、メモリ51aに格納された給電プログラムに従い実行される。なお、給電プログラムは、供給電力及び需要電力の平衡を保つ観点から作成されている。
Next, the power supply control processing procedure executed by the
電圧Vが第1指令値A1に維持される制御が実行される(S101)。当該制御は、前述のように、双方向コンバータ60の制御を通じて行われる。そして、電圧Vが第1しきい値V1以上であるか否かが判断される(S102)。電圧Vが第1しきい値V1未満である旨判断された場合(S102でNO)、両コンバータ55,56を通じて太陽電池3及び燃料電池16自身の発電ルールに従った発電が行われる(S103)。ここで、太陽電池3の発電ルールは、MPPT制御を通じて実行される。そして、ステップS105へ処理が移行される。一方、電圧Vが第1しきい値V1以上である旨判断された場合(102でYES)、両コンバータ55,56を通じて、その出力電力Poutが抑制される(S104)。この後、ステップS105の処理に移行される。
Control for maintaining the voltage V at the first command value A1 is executed (S101). The control is performed through the control of the
ステップS105では、電圧Vが第2しきい値V2以下であるか否かが判断される。電圧Vが第2しきい値V2以下である旨判断された場合(S105でYES)であって、電圧Vが第2指令値A2未満のとき、バッテリ側コンバータ57を通じて、電圧Vが第2指令値A2に制御される(S106)。これにて、給電プログラムの処理が終了される。一方、電圧Vが第2しきい値V2を超える場合(S105でNO)、ステップS107において、バッテリ側コンバータ57は停止状態を維持したまま、給電プログラムの処理が終了される。
In step S105, it is determined whether or not the voltage V is equal to or lower than the second threshold value V2. If it is determined that the voltage V is equal to or lower than the second threshold value V2 (YES in S105), and the voltage V is less than the second command value A2, the voltage V is sent through the battery-
なお、本フローチャートにおいて、ステップS101は双方向コンバータ60を通じて実行され、ステップS102〜S104は第1及び第2コンバータ55,56を通じて実行され、ステップS105〜S107はバッテリ側コンバータ57を通じて実行される。
In this flowchart, step S101 is executed through the
次に、制御部51が実行する逆潮流規制処理手順について、図5(b)のフローチャートを参照しつつ説明する。当該フローは、メモリ51aに格納された逆潮流規制プログラムに従い実行される。当該プログラムは、上記給電プログラムとは別に実行される。
Next, the reverse power flow regulation process procedure executed by the
まず、逆潮電力検出回路50を通じて検出される逆潮電力に基づき電力量Whが算出される(S151)。次いで、算出された電力量Whがしきい値Wh1以上であるか否かが判断される(S152)。 First, the electric energy Wh is calculated based on the reverse power detected by the reverse power detection circuit 50 (S151). Next, it is determined whether or not the calculated power amount Wh is equal to or greater than a threshold value Wh1 (S152).
電力量Whがしきい値Wh1未満の場合(S152でNO)、逆潮流規制プログラムの処理が終了される。当該プログラムが所定制御周期毎に繰り返されることで、電力量Whがしきい値Wh1に達するか否か監視される。 If the amount of power Wh is less than the threshold value Wh1 (NO in S152), the process of the reverse flow restriction program is terminated. Whether or not the electric energy Wh reaches the threshold value Wh1 is monitored by repeating the program every predetermined control period.
電力量Whがしきい値Wh1以上となったとき(S152でYES)、換言すると、逆潮が許容される最大電力量に達したときには、バッテリ側コンバータ57を通じて直流系電力線14の電力をバッテリ54に充電する(S153)。このとき、逆潮電力検出回路50を通じて検出された電力に相当する分の電力が直流系電力線14からバッテリ側コンバータ57を通じてバッテリ54に充電される。これにより、逆潮が許容される最大電力量に達した以降の逆潮流を禁止できる。
When the power amount Wh becomes equal to or greater than the threshold value Wh1 (YES in S152), in other words, when the reverse power reaches the maximum allowable power amount, the
なお、上記電力の逆潮流が禁止されている場合には、しきい値Wh1はゼロに設定されていると仮定でき、必ずステップS152においてYESとなり、ステップS153の処理が実行される。 When the reverse power flow is prohibited, it can be assumed that the threshold value Wh1 is set to zero, and YES is always obtained in step S152, and the process of step S153 is executed.
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
(1)直流系電力線14の電圧Vが第1指令値A1に一致するように双方向コンバータ60を通じて直流系電力線14の電圧Vを第1指令値A1に一致させることで、供給電力及び需要電力を平衡状態とすることができる。従って、発電電力及び需要電力の不平衡が生じた場合であれ、太陽電池3及び燃料電池16の発電電力を調整する必要がない。これにより、DC機器5の需要電力に関わらず、太陽電池3及び燃料電池16は自身に適切な電力で発電できる。
As described above, according to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) Supply voltage and demand power by matching the voltage V of the DC
(2)直流系電力線14の電圧Vが第1しきい値V1以上となったとき、同電圧Vが第1しきい値V1未満となるように制御される。すなわち、制御部51により両コンバータ55,56を通じて太陽電池3及び燃料電池16の発電電力が抑制され、直流系電力線14の電圧Vの上昇が抑制される。これにより、配電システム1に過電力が発生することが抑制され、同システム1の安全性を高めることができる。
(2) When the voltage V of the DC
(3)電圧Vが第2指令値A2に一致するように制御される。具体的には、当該制御は直流系電力線14の電圧Vが第2指令値A2未満となったとき、バッテリ54の電力が直流系電力線14へ放電されることで実行される。ここで、第2指令値A2は、需要電力に対して供給電力が不足しているときの直流系電力線14の電圧Vを基準に設定される。直流系電力線14の電圧Vが第2指令値A2未満となる状況としては、例えば停電等により交流系電力線23から直流系電力線14に電力を供給できない場合が考えられる。この場合であっても、バッテリ54の電力がバッテリ側コンバータ57を通じて直流系電力線14に放電されることで、電圧Vが第2指令値A2に一致するように制御される。これにより、発電ルールに従った太陽電池3及び燃料電池16の発電を維持しつつ、DC機器5にいっそう安定的に電力を供給することができる。
(3) The voltage V is controlled so as to coincide with the second command value A2. Specifically, the control is executed by discharging the power of the
(4)直流系電力線14の電圧Vが第2しきい値V2以下となったとき、バッテリ側コンバータ57が起動される。このように、直流系電力線14の電圧Vが第2しきい値V2以下となるまでは、バッテリ側コンバータ57を停止させることができるため、起動までの待機電力をなくすことができる。また、第2指令値A2以下となる前にバッテリ側コンバータ57を起動させることで、同第2指令値A2以下となったときには、バッテリ側コンバータ57は、すぐにバッテリ54の電力を直流系電力線14に放電できる。これにより、より迅速に供給電力の不足を補填できる。
(4) When the voltage V of the
(5)AC電源2に逆潮流される電力がバッテリ54の充電により調整される。これにより、太陽電池3及び燃料電池16の発電電力を調整することなく、逆潮流する電力を調整することができる。従って、逆潮流される電力に関わらず太陽電池3及び燃料電池16は自身に適切な電力を発電できる。
(5) The power flowing backward to the
(6)AC電源2に逆潮流される電力に相当する分だけ直流系電力線14の電力がバッテリ側コンバータ57を通じてバッテリ54に充電される。これにより、太陽電池3及び燃料電池16の発電電力を調整することなく、逆潮流を禁止することができる。
(6) The power of the
(7)バッテリ側コンバータ57を通じて検出される直流系電力線14の電圧Vにより供給電力及び需要電力が平衡状態であるか否かが判断可能となる。さらに、直流系電力線14の電圧Vが第1指令値A1に一致するようにバッテリ54の充放電が制御されることにより、供給電力及び需要電力を平衡状態とすることができる。このように、制御部51は、バッテリ54の充放電制御を通じて、容易に供給電力及び需要電力を平衡状態とすることができる。ここで、例えば、負荷機器の使用電力及び発電装置の発電電力をそれぞれ受信し、それらに基づき、制御部が自身に記憶される所定のアルゴリズムに従って、バッテリの電力を充放電制御する構成が考えられる。しかし、本構成に比較して、本実施形態においては負荷機器や発電装置との通信が不要となる。また、直流系電力線14の電圧Vをみてフィードバック制御するだけなので、それら通信に係る複雑な制御を省略することができる。これにより、例えば、太陽電池3の急峻な日射変動やDC機器5のON/OFFによる負荷急変による急激な電力不平衡に対応することができる。
(7) It is possible to determine whether the supply power and the demand power are in an equilibrium state based on the voltage V of the
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について、図6を参照して説明する。この実施形態の配電システムは、制御部51が省略され、その機能が各コンバータ55〜59(正確には、各CPU65)に分散されて構成されている点が上記第1の実施形態と異なっている。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The power distribution system of this embodiment is different from the first embodiment in that the
各コンバータ55〜59は、自身の出力電圧検出回路62(図3参照)を通じて、直流系電力線14の電圧Vを認識する。なお、DC/ACコンバータ59は、直流系電力線14の電圧Vを検出するべく、出力電圧検出回路62に替えて、入力電圧検出回路(図示略)を備えている。そして、第1コンバータ55及び第2コンバータ56は、自身のメモリ65aに第1しきい値V1を記憶している。そして、両コンバータ55,56は、電圧Vが第1しきい値V1に達したとき、自身の出力を抑制する。また、双方向コンバータ60を構成するAC/DCコンバータ58及びDC/ACコンバータ59は、自身のメモリ65aに第1指令値A1を記憶している。そして、AC/DCコンバータ58は、電圧Vが第1指令値A1未満のときに、交流系電力線23の電力を直流系電力線14に供給する。また、DC/ACコンバータ59は、電圧Vが第1指令値A1を超えたときに、直流系電力線14の電力を交流系電力線23に供給する。これにより、上記実施形態と同様に電圧Vが第1指令値A1に一致するように制御される。
Each
また、バッテリ側コンバータ57は、自身のメモリ65aに第2しきい値V2及び第2指令値A2を記憶している。そして、バッテリ側コンバータ57は、電圧Vが第2しきい値V2に達したとき起動し、第2指令値A2未満となったときにバッテリ54の電力を直流系電力線14に放電して、電圧Vを第2指令値A2に一致させる制御を実行する。
The battery-
また、バッテリ側コンバータ57は、信号線17を通じて取得される逆潮電力に関する情報に含まれるしきい値Wh1を認識する。さらに、バッテリ側コンバータ57は逆潮電力検出回路50から出力される逆潮される電力に基づき電力量Whを算出する。そして、上記第1の実施形態と同様に、電力量Whがしきい値Wh1に達したとき、バッテリ側コンバータ57は、逆潮される電力に相当する分だけバッテリ54に充電することで、電力の逆潮を禁止する。
Further, the battery-
以上、説明した実施形態によれば、第1の実施形態の(1)〜(7)の作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
(8)第1の実施形態における制御部51を省略できる。よって、コントロールユニット7をより簡易な構成とすることができるとともに、制御部51に係るコストを抑制できる。また、各コンバータ55〜58は互いに通信することなく、しきい値、指令値を基準とした独自の発電ルールに従って発電するものの、結果的に第1の実施形態と同様に、供給電力及び需要電力の平衡を図ることができる。また、各コンバータ55〜58の通信が不要となるところ、それに係る処理が不要となる。これにより、ひいては、より迅速に電力の平衡状態を実現することができる。さらに、各コンバータ55〜58は独立して構成されているため、システムの更新、拡張を容易に行うことができる。具体的には、必要に応じて各コンバータ55〜58の交換等を通じて、システムの更新等が可能となる。
As mentioned above, according to embodiment described, in addition to the effect of (1)-(7) of 1st Embodiment, there can exist the following effects.
(8) The
また、バッテリ側コンバータ57は、第1の実施形態と同様に、逆潮流を禁止したり、逆潮流される電力量Whを制限したりできる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
In addition, the battery-
In addition, the said embodiment can be implemented with the following forms which changed this suitably.
・第1の実施形態においては、制御部51は、図5(a)のフローチャートに従って実行される給電プログラムにより各コンバータ55〜59を通じて電圧Vの制御を行っていた。しかし、制御部51は、各コンバータ55〜59を通じて異なるプログラムを実行してもよい。この場合、ステップS101と、ステップS102〜S104と、S105〜S107とはそれぞれ独立したプログラムの処理手順とされる。具体的には、制御部51は双方向コンバータ60を通じて、ステップS101の処理を常時行う。それと同時に、所定周期毎に制御部51は両コンバータ55,56を通じて、ステップS102〜S104の処理を行うとともに、バッテリ側コンバータ57を通じてステップS105〜S107の処理を行う。第2実施形態においては、双方向コンバータ60、両コンバータ55,56及びバッテリ側コンバータ57は、それぞれ上記処理手順にてプログラムを実行する。
In the first embodiment, the
・上記実施形態においては、バッテリ54の充電により逆潮流される電力を調整していた。しかし、バッテリ54の放電を通じて、逆潮流される電力を調整してもよい。この場合には、例えばバッテリ54からの電力はDC機器5に供給され、その分余った発電電力が逆潮流されることで、逆潮される電力を増やすこともできる。
In the above embodiment, the power that flows backward by charging the
・上記両実施形態においては、電力の逆潮を禁止する場合、逆潮電力検出回路50を通じて検出された電力に相当する分だけの電力が直流系電力線14からバッテリ側コンバータ57を通じてバッテリ54に充電されていた。しかし、逆潮電力検出回路50を通じて、逆潮流電力の一部の電力がバッテリ54に充電されてもよい。この場合には、逆潮流電力を任意に調整できる。
In both the above-described embodiments, when prohibiting reverse power flow, power corresponding to the power detected through the reverse
・第1の実施形態においては、制御部51は、逆潮電力検出回路50の検出結果に基づき電力量Whを算出していたが、逆潮電力検出回路50において電力量Whを算出してもよい。この場合には、逆潮電力検出回路50は検出される電力に基づき電力量を算出する。第2の実施形態においても、同様に逆潮電力検出回路50が電力量Whを算出してもよい。
In the first embodiment, the
・上記両実施形態においては、所定の期間において逆潮流が認められていた。しかし、逆潮流が全く認められない配電システム1であってもよい。この場合には、制御部51又はバッテリ側コンバータ57は常に電力の逆潮流を禁止する。
In both of the above embodiments, reverse power flow was recognized during a predetermined period. However, it may be a
・第1の実施形態においては、電圧Vは制御部51によりAC/DCコンバータ58を通じて認識されていた。しかし、制御部51は、電圧Vをその他のコンバータ、例えば、バッテリ側コンバータ57を通じて認識してもよい。また、コンバータとは別に電圧検出回路を設けてもよい。
In the first embodiment, the voltage V is recognized by the
・上記両実施形態においては、直流発電装置として燃料電池16及び太陽電池3を設けたが、直流発電装置は直流電力を発電するものであれば、これに限定されるものではない。例えば、蓄電池、風力発電装置等であってもよい。蓄電池、風力発電装置に関しても、発電効率や寿命の観点から自身に適した発電ルールが存在する。また、太陽電池3のみ、又は燃料電池16のみで直流発電装置を構成してもよい。
In both the above embodiments, the
・上記両実施形態においては、第1及び第2しきい値V1,V2並びに第1及び第2指令値A1,A2を設定したが、第2しきい値V2及び第1及び第2指令値A1,A2を省略してもよい。この場合であっても、電圧Vが第1指令値A1に制御されることで、供給電力及び需要電力の平衡が図られる。また、例えば、第1しきい値V1のみ、又は第2しきい値V2のみを省略することも可能である。さらに、第2しきい値V2及び第2指令値A2を省略してもよい。
・上記両実施形態においては、バッテリ54、バッテリ側コンバータ57及び逆潮電力検出回路50を備えていたが、これらを省略してもよい。この場合であっても、交流系電力線23及び直流系電力線14間で双方向コンバータ60を通じて電力を授受することで、需要電力及び供給電力の平衡が図られる。
In both the above embodiments, the first and second threshold values V1 and V2 and the first and second command values A1 and A2 are set, but the second threshold value V2 and the first and second command values A1 are set. , A2 may be omitted. Even in this case, the supply voltage and the demand power are balanced by controlling the voltage V to the first command value A1. Further, for example, it is possible to omit only the first threshold value V1 or only the second threshold value V2. Further, the second threshold value V2 and the second command value A2 may be omitted.
In both the above embodiments, the
(付記1)配電システムは、直流発電装置により発電される直流電力が直流配線を介して直流負荷に供給される直流電力系統と、前記直流電力系統に連携され、交流電源から交流配線を介して交流電力が供給される交流電力系統と、を備える配電システムにおいて、前記交流配線からの交流電力を直流電力に、前記直流配線からの直流電力を交流電力に変換する双方向コンバータと、前記直流配線に接続され、前記直流発電装置の出力電圧を前記直流発電装置が発電する直流電力が最大となる最大出力電圧に制御することにより前記直流発電装置から入力される直流電力を最大出力電力として前記直流負荷に供給するDC/DCコンバータと、前記直流配線の電圧を検出する電圧検出手段と、前記直流配線の電圧が第1指令値となるように前記双方向コンバータを制御することで、前記直流配線への供給電力と、前記直流配線を通じて必要される需要電力との平衡を図る制御部と、を備える。 (Supplementary note 1) A power distribution system includes a DC power system in which DC power generated by a DC power generator is supplied to a DC load via a DC wiring, and is linked to the DC power system, from an AC power source via an AC wiring. In a power distribution system comprising an AC power system to which AC power is supplied, a bidirectional converter that converts AC power from the AC wiring into DC power, DC power from the DC wiring into AC power, and the DC wiring The DC power input from the DC power generator is set as the maximum output power by controlling the output voltage of the DC power generator to the maximum output voltage that maximizes the DC power generated by the DC power generator. A DC / DC converter to be supplied to the load, voltage detection means for detecting the voltage of the DC wiring, and the voltage so that the voltage of the DC wiring becomes the first command value. By controlling the bi-directional converter comprises a power supplied to the DC line, and a control unit to achieve a balance needs to be power demand through the DC wiring.
上記配電システムによれば、直流配線の電圧が第1指令値に一致するように交流及び直流電力系統間で電力が授受されることにより、供給電力及び直流負荷の需要電力を平衡状態とすることができる。換言すると、直流配線の電圧が第1指令値に一致したとき、供給電力及び需要電力が平衡状態となる。従って、直流発電装置の発電電力及び需要電力の不平衡が生じた場合であれ、直流発電装置の発電電力を調整する必要がない。これにより、直流負荷の需要電力に関わらず、直流発電装置は自身に適切な電力で発電できる。 According to the above power distribution system, the supply power and the demand power of the DC load are balanced by transferring power between the AC and DC power systems so that the voltage of the DC wiring matches the first command value. Can do. In other words, when the voltage of the DC wiring coincides with the first command value, the supplied power and the demand power are in an equilibrium state. Therefore, it is not necessary to adjust the generated power of the DC power generator even when an imbalance between the generated power and the demand power of the DC power generator occurs. As a result, the DC power generation device can generate electric power with its own power regardless of the demand power of the DC load.
(付記2)付記1に記載の配電システムにおいて、前記制御部は、前記電圧検出手段を通じて検出された前記直流配線の電圧が前記第1指令値より大きい第1しきい値以上となったとき、前記DC/DCコンバータの制御を通じて前記直流発電装置の発電電力を抑制して、前記直流配線の電圧が第1しきい値未満となるように制御する。 (Supplementary note 2) In the power distribution system according to
例えば、電力平衡状態を保つために直流配線から交流配線に供給させるべき電力が、双方向コンバータの最大出力電力を超えるときや、電力の逆潮流が制限されている場合には、十分に直流配線の電力を交流配線に供給できない。よって、直流配線の電圧は上昇する。上記配電システムでは、直流配線の電圧が第1しきい値以上となったとき、同電圧が第1しきい値未満となるように制御される。すなわち、制御部によりDC/DCコンバータを通じて直流発電装置の発電電力が抑制され、直流配線の電圧の上昇が抑制される。これにより、配電システムに過電力が発生することが抑制され、同システムの安全性を高めることができる。 For example, if the power to be supplied from the DC wiring to the AC wiring to maintain the power balance exceeds the maximum output power of the bidirectional converter, or if the reverse power flow is limited, the DC wiring is sufficient. Power cannot be supplied to AC wiring. Therefore, the voltage of the DC wiring rises. In the power distribution system, when the voltage of the DC wiring becomes equal to or higher than the first threshold value, the voltage is controlled to be lower than the first threshold value. That is, the control unit suppresses the generated power of the DC power generator through the DC / DC converter, and suppresses the increase in the voltage of the DC wiring. Thereby, generation | occurrence | production of overpower in a power distribution system is suppressed, and the safety | security of the system can be improved.
(付記3)付記1又は2に記載の配電システムにおいて、前記直流配線に接続されるバッテリと、前記直流配線及び前記バッテリ間に設けられ、同直流配線の電力を同バッテリに充電し、前記バッテリの電力を前記直流配線に放電する充放電回路と、を備え、前記制御部は、前記電圧検出手段を通じて検出された前記直流配線の電圧が、前記第1指令値より小さい第2指令値未満となったとき、前記直流配線の電圧を前記第2指令値に一致させるべく前記充放電回路を制御する。 (Supplementary note 3) In the power distribution system according to
上記配電システムによれば、電圧が第2指令値に一致するように制御される。具体的には、当該制御は、直流配線の電圧が第2指令値未満となったとき、バッテリの電力が直流配線へ放電されることで実行される。ここで、第2指令値は、直流負荷の需要電力に対して供給電力が不足しているときの直流配線の電圧を基準に設定される。直流配線の電圧が第2指令値未満となる状況としては、例えば停電等により交流配線から直流配線に電力を供給できない場合が考えられる。このように、直流配線の電圧が第2指令値未満のときは、直流配線の電圧が第2指令値に一致するように、前記充放電回路を通じてバッテリが制御される。これにより、直流発電装置の自身に適した発電を維持しつつ、直流負荷にいっそう安定的に電力を供給することができる。 According to the power distribution system, the voltage is controlled to match the second command value. Specifically, the control is executed by discharging the battery power to the DC wiring when the voltage of the DC wiring becomes less than the second command value. Here, the second command value is set based on the voltage of the DC wiring when the supply power is insufficient with respect to the demand power of the DC load. As a situation where the voltage of the DC wiring is less than the second command value, for example, a case where power cannot be supplied from the AC wiring to the DC wiring due to a power failure or the like can be considered. As described above, when the voltage of the DC wiring is less than the second command value, the battery is controlled through the charge / discharge circuit so that the voltage of the DC wiring matches the second command value. As a result, it is possible to supply power more stably to the DC load while maintaining power generation suitable for the DC power generator itself.
(付記4)付記3に記載の配電システムにおいて、前記制御部は、前記電圧検出手段を通じて検出された前記直流配線の電圧が前記第1指令値及び第2指令値間の値に設定される第2しきい値以下となったとき、前記充放電回路を起動させる。 (Supplementary note 4) In the power distribution system according to
上記配電システムによれば、直流配線の電圧が第2しきい値以下となったとき、充放電回路が起動される。このように、直流配線の電圧が第2しきい値以下となるまでは、充放電回路を停止させることができるため、起動時までの充放電回路の待機電力をなくすことができる。また、第2指令値以下となる前に充放電回路を起動させることで、同第2指令値以下となったときには、充放電回路は、すぐに交流電力系統からの交流電力を直流電力に変換して、これを直流配線に供給できる。これにより、より迅速に前記直流負荷に供給する電力の不足を補填できる。以上により、充放電回路において、電圧降下に対する追従制御性及び消費電力の低減を両立させることができる。 According to the power distribution system, the charge / discharge circuit is activated when the voltage of the DC wiring becomes equal to or lower than the second threshold value. Thus, since the charge / discharge circuit can be stopped until the voltage of the DC wiring becomes equal to or lower than the second threshold value, standby power of the charge / discharge circuit until the start can be eliminated. In addition, by starting the charge / discharge circuit before the second command value or less, when the second command value or less is reached, the charge / discharge circuit immediately converts AC power from the AC power system to DC power. This can be supplied to the DC wiring. Thereby, the shortage of the electric power supplied to the DC load can be compensated more quickly. As described above, in the charge / discharge circuit, it is possible to achieve both follow-up controllability against voltage drop and reduction in power consumption.
(付記5)付記3又は4に記載の配電システムにおいて、前記交流配線に接続されるとともに、前記交流電源へ逆潮流する電力を検出する逆潮電力検出回路と、を備え、前記制御部は、前記逆潮電力検出回路の検出結果に基づき前記逆潮流する電力を、前記充放電回路を通じた前記バッテリの充放電により調整する。 (Supplementary Note 5) In the power distribution system according to
例えば、発電電力が需要電力を上回っている場合には、直流電力が双方向コンバータを通じて、交流配線に供給される。このとき、売電のため電力を交流電源に逆潮流することもある。ここで、電力の逆潮は、常に無制限に認められるわけではなく、例えば、所定期間毎によって、電力の逆潮が禁止されていたり、逆潮が許容される電力量が制限されていたりする。上記構成によれば、逆潮流される電力がバッテリの充放電により調整される。これにより、直流発電装置の発電電力を調整することなく、逆潮流する電力を調整することができる。従って、逆潮流される電力に関わらず直流発電装置は自身に適切な電力を発電できる。 For example, when the generated power exceeds the demand power, the DC power is supplied to the AC wiring through the bidirectional converter. At this time, the power may flow back to the AC power source for power sales. Here, the reverse power flow is not always recognized without limitation. For example, the reverse power flow is prohibited or the amount of power that allows the reverse power flow is limited every predetermined period. According to the said structure, the electric power which flows backward is adjusted by charging / discharging of a battery. Thereby, the electric power which flows backward can be adjusted, without adjusting the electric power generated by the DC power generator. Therefore, the DC power generator can generate electric power suitable for itself regardless of the reversely flowing power.
(付記6)付記5に記載の配電システムにおいて、前記制御部は、前記逆潮電力検出回路により検出される逆潮流する電力に相当する分だけ前記直流配線の電力を、前記充放電回路を通じて前記バッテリに充電して、逆潮流を防止する。 (Supplementary note 6) In the power distribution system according to
上記配電システムによれば、逆潮流される電力に相当する分だけ直流配線の電力が充放電回路を通じてバッテリに充電される。これにより、直流発電装置の発電電力を調整することなく、逆潮流を防止することができる。 According to the above power distribution system, the power of the DC wiring is charged to the battery through the charge / discharge circuit by the amount corresponding to the reversely flowed power. Thereby, a reverse power flow can be prevented without adjusting the generated power of the DC power generator.
(付記7)付記3〜6の何れか一項に記載の配電システムにおいて、前記制御部は、前記DC/DCコンバータ、前記双方向コンバータ及び前記充放電回路に分散して設けられ、前記充放電回路は、前記第2指令値を記憶するとともに、前記直流配線の電圧が前記第2指令値未満となったとき、同第2指令値に一致するように前記バッテリの充放電制御を行い、前記DC/DCコンバータは、前記第1しきい値を記憶するとともに、電圧が前記第1しきい値以上となったとき、前記直流配線の電圧が同第1しきい値未満となるように出力電圧の制御を行い、前記双方向コンバータは、前記第1指令値を記憶するとともに、電圧が前記第1指令値から外れたとき、前記直流配線の電圧が同第1指令値に一致するように前記直流配線及び前記交流配線への出力電力の制御を行う。 (Supplementary note 7) In the power distribution system according to any one of
上記配電システムによれば、制御部が各コンバータに分散されて設けられる。よって、各コンバータは、独自で直流配線の電圧及び各自に記憶される指令値又はしきい値の比較を通じて、直流配線の電圧を制御する。このように、各コンバータは、他のコンバータとの通信を行うことなく、供給電力及び需要電力の平衡が図れる。 According to the power distribution system, the control unit is distributed and provided in each converter. Therefore, each converter independently controls the voltage of the DC wiring through the comparison of the voltage of the DC wiring and the command value or threshold value stored in each converter. Thus, each converter can balance supply power and demand power without communicating with other converters.
1…配電システム、2…AC電源(交流電源)、3…太陽電池(直流発電装置)、7…コントロールユニット、12…直交流接続線、13〜15…直流系電力線(直流配線)、16…燃料電池(直流発電装置)、18,19…直流系電力線、50…逆潮電力検出回路、51…制御部、51a…メモリ、54…バッテリ、55…第1コンバータ、56…第2コンバータ、57…バッテリ側コンバータ(充放電回路)、58…AC/DCコンバータ(電圧検出手段)、59…DC/ACコンバータ、60…双方向コンバータ、61…入力電圧検出回路、62…出力電圧検出回路、63…入力電流検出回路、64…パワー回路、65…CPU。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記直流電力系統に連携され、交流電源から交流配線を介して交流電力が供給される交流電力系統と、
前記交流配線から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流配線から供給される直流電力を交流電力に変換する双方向コンバータと、
前記直流配線に接続され、前記直流発電装置の動作電圧が前記最大出力電圧となるように出力電力を制御することにより前記直流発電装置に前記最大の直流電力を発電させ、前記直流発電装置により発電された直流電力を前記直流負荷に供給するDC/DCコンバータと、
前記直流配線の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記直流配線に接続されるバッテリと、
前記直流配線と前記バッテリとの間に設けられ、前記直流配線の電力により前記バッテリを充電し、前記バッテリの電力を前記直流配線に放電する充放電回路と、
前記双方向コンバータ、前記DC/DCコンバータ、および、前記充放電回路を制御する制御部と、を備え、
前記直流配線により供給される電力である供給電力と前記直流負荷が必要とする電力である需要電力とが平衡する場合における前記直流配線の電圧が第1指令値であり、前記第1指令値よりも小さい電圧が第2指令値であり、前記第1指令値と前記第2指令値との間に第2しきい値が設定される場合、
前記制御部は、
前記電圧検出手段により検出された前記直流配線の電圧が前記第2しきい値よりも大きい電圧である場合、前記直流発電装置が前記最大の直流電力を発電するように前記DC/DCコンバータを制御し、前記直流配線の電圧が前記第1指令値となるように前記双方向コンバータを制御し、
前記電圧検出手段により検出された前記直流配線の電圧が前記第2しきい値以下の電圧である場合、前記充放電回路を起動させ、前記直流発電装置が前記最大の直流電力を発電するように前記DC/DCコンバータを制御し、前記直流配線の電圧が前記第1指令値となるように前記双方向コンバータを制御し、
前記電圧検出手段により検出された前記直流配線の電圧が前記第2指令値未満の電圧である場合、前記直流発電装置が前記最大の直流電力を発電するように前記DC/DCコンバータを制御し、前記直流配線の電圧が前記第2指令値となるように前記双方向コンバータおよび前記充放電回路を制御する
配電システム。 A DC power system in which DC power generated by a DC generator that generates maximum DC power when the operating voltage is the maximum output voltage is supplied to a DC load via a DC wiring;
An AC power system that is linked to the DC power system and is supplied with AC power from an AC power source through AC wiring ,
A bidirectional converter for converting converts AC power supplied from the AC wiring to the DC power, the DC power supplied from the DC line to AC power,
The DC power generator is connected to the DC wiring, and the DC power generator is configured to generate the maximum DC power by controlling the output power so that the operating voltage of the DC power generator becomes the maximum output voltage. A DC / DC converter for supplying the direct- current power to the direct-current load;
Voltage detecting means for detecting the voltage of the DC wiring;
A battery connected to the DC wiring;
A charge / discharge circuit that is provided between the DC wiring and the battery, charges the battery with the power of the DC wiring, and discharges the power of the battery to the DC wiring;
The bidirectional converter, the DC / DC converter, and a control unit that controls the charge / discharge circuit,
The voltage of the DC wiring when the supply power, which is the power supplied by the DC wiring, and the demand power, which is the power required by the DC load, is a first command value, and from the first command value, A smaller voltage is the second command value, and a second threshold value is set between the first command value and the second command value,
The controller is
When the voltage of the DC wiring detected by the voltage detection means is larger than the second threshold value, the DC power generator controls the DC / DC converter so as to generate the maximum DC power. And controlling the bidirectional converter so that the voltage of the DC wiring becomes the first command value,
When the voltage of the DC wiring detected by the voltage detection means is equal to or lower than the second threshold value, the charge / discharge circuit is activated so that the DC power generator generates the maximum DC power. Controlling the DC / DC converter, controlling the bidirectional converter so that the voltage of the DC wiring becomes the first command value,
If the voltage of the DC wiring detected by the voltage detection means is less than the second command value, the DC power generator controls the DC / DC converter so as to generate the maximum DC power; The bidirectional converter and the charge / discharge circuit are controlled so that the voltage of the DC wiring becomes the second command value.
Power distribution system.
請求項1に記載の配電システム。 The power distribution system according to claim 1.
前記制御部は、前記逆潮電力検出回路の検出結果に基づいて前記充放電回路を制御し、その制御にともなう前記バッテリの充放電により前記交流電源に逆潮流する電力を調節する The control unit controls the charge / discharge circuit based on the detection result of the reverse power detection circuit, and adjusts the power flowing backward to the AC power source by charging / discharging of the battery accompanying the control.
請求項1または2に記載の配電システム。 The power distribution system according to claim 1.
請求項3に記載の配電システム。 The power distribution system according to claim 3.
前記充放電回路は、前記第2指令値を記憶し、前記直流配線の電圧が前記第2指令値未満の電圧である場合、前記直流配線の電圧が前記第2指令値となるように前記バッテリの充放電を制御し、 The charging / discharging circuit stores the second command value, and when the voltage of the DC wiring is less than the second command value, the battery is set so that the voltage of the DC wiring becomes the second command value. Control the charge and discharge of
前記DC/DCコンバータは、前記第1しきい値を記憶し、前記直流配線の電圧が前記第1しきい値以上の電圧である場合、前記直流配線の電圧が前記第1しきい値未満の電圧となるように出力電力を制御し、 The DC / DC converter stores the first threshold value. When the voltage of the DC wiring is equal to or higher than the first threshold value, the voltage of the DC wiring is less than the first threshold value. Control the output power to become voltage,
前記双方向コンバータは、前記第1指令値を記憶し、前記直流配線の電圧が前記第1指令値から外れている場合、前記直流配線の電圧が前記第1指令値となるように前記直流配線に出力する電力を制御する The bidirectional converter stores the first command value, and when the voltage of the DC wiring is out of the first command value, the DC wiring is set so that the voltage of the DC wiring becomes the first command value. The power output to the
請求項2、請求項2を引用する請求項3、または、その請求項3を引用する請求項4に記載の配電システム。 The power distribution system according to claim 2, claim 3 quoting claim 2, or claim 4 quoting claim 3 thereof.
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