特許 6475002 蓄電池付き分散型電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6475002

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年2月27日

(54)【発明の名称】蓄電池付き分散型電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20190218BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20190218BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/32

   H02M7/48 R

   H02M7/48 E

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-236373(P2014-236373)

(22)【出願日】2014年11月21日

(65)【公開番号】特開2016-100992(P2016-100992A)

(43)【公開日】2016年5月30日

【審査請求日】2017年10月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000217491

【氏名又は名称】田淵電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100144082

【弁理士】

【氏名又は名称】林田 久美子

(74)【代理人】

【識別番号】100167977

【弁理士】

【氏名又は名称】大友 昭男

(72)【発明者】

【氏名】杉本 英彦

【審査官】 永井 啓司

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−２３９５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９９９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−００１４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５４６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６０９８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ１／１２−１／４４

１／４５−７／００

Ｈ０２Ｊ３／００−７／１２

７／３４−７／３６

Ｈ０２Ｍ７／４２−７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分散型電源と、蓄電池と、分散型電源および／または蓄電池から出力される直流電力と商用の電力系統に連系する交流電力とを双方向に変換する、直流側に平滑コンデンサを有する双方向性インバータと、前記分散型電源と前記双方向性インバータとの間に設けられて当該分散型電源の直流電力を直流変換する一方向性コンバータと、前記蓄電池と前記双方向性インバータとの間に設けられて当該蓄電池の直流電力を双方向に直流変換する双方向性コンバータと、システム全体を制御する制御部とを備え、電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給する、蓄電池付き分散型電源システムであって、
前記制御部は、
前記分散型電源および／または蓄電池から前記平滑コンデンサに供給された有効電力が負荷電力の有効電力以上に大きいとき、前記双方向性インバータから出力されるインバータ出力電流の力率を前記負荷に流れる負荷電流の力率と一致させるように制御するものであり、
前記平滑コンデンサで検出された前記分散型電源および／または蓄電池からの有効電力および前記双方向性インバータの出力電力に依存する直流電圧値と、電圧指令値との偏差を演算して、前記双方向性インバータから出力されるインバータ出力電流の有効電流の目標振幅を生成する目標振幅演算手段と、
前記インバータ出力電流の有効電流を前記目標振幅内で前記負荷に流れる負荷電流の有効電流に比例させるフィードバック制御を行うインバータ出力電流制御手段とを有する、蓄電池付き分散型電源システム。

【請求項2】

請求項１において、
前記制御部は、前記分散型電源および／または蓄電池からの有効電力が前記負荷電力の有効電力よりも小さいとき、前記インバータ出力電流の有効電流を前記負荷電流の有効電流よりも小さく、当該インバータ出力電流の無効電流を当該負荷電流の無効電流と同一となるように制御する、蓄電池付き分散型電源システム。

【請求項3】

請求項１において、
前記制御部は、前記インバータ出力電流の有効電流振幅の最大値を前記負荷電流の有効電流振幅の最大値と一致させることが可能で、かつ前記分散型電源の直流電力が負荷電力の有効電力より大きい余剰電力発生状態で、前記蓄電池に蓄電が可能な当該余剰電力を充電させるように前記双方向性コンバータの制御を行う、蓄電池付き分散型電源システム。

【請求項4】

請求項１において、
前記分散型電源は単一または複数の電源であり、少なくとも太陽電池が含まれる、蓄電池付き分散型電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池のような分散型電源の直流電力を蓄電池が充電するとともに、商用の電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給する蓄電池付き分散型電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、蓄電池を有効活用し、太陽電池のような分散型電源の電力の有効利用を図る、蓄電池付き分散型電源システムが知られている。このシステムにおいて、太陽電池の直流電力を系統連系するためインバータが設けられており、例えば容量性や誘導性の機器を含む例えば家庭用負荷の場合、電力系統から負荷に流れる無効電力が多くなり、この無効電力を少なくするためにインバータが無効電力を発生させて、無効電力補償することが知られている。この一例として電力系統における系統電力の有効電力と無効電力の算出に基づき、インバータが無効電力を補償する電力を発生させる電力変換装置が挙げられる（例えば、特許文献１）。

【0003】

また、系統電力の有効電力と無効電力の算出に基づき、系統電流の力率の変化を検出して、インバータの発生する無効電流を増減させることで、電力系統から負荷に無効電流が流れ込まないように制御して無効電力を補償する系統連系インバータ装置も知られている（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−２４８１８０号公報

【特許文献2】特開２００４−３２８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、例えば、複数の負荷のうち力率の悪い負荷と、例えば力率１のような良い負荷とが混在している状態で、前者のみを検出して制御したい場合がある。また、停電時に太陽電池や蓄電池から給電する必要がある負荷と、停電時に給電する必要のない負荷が混在している状態で、前者のみを検出して制御したい場合がある。しかし、これらの場合に、従来のように系統電流の力率を検出しただけでは、上記のような制御が必要な負荷について迅速かつ適切な制御を行うことができないことがある。

【0006】

また、特許文献２は、系統電流の力率の変化に応じて無効電力を補償しているが、負荷の電力が変化した直後ではインバータ出力電流が変化していないため、電力系統から無効電流が供給されて、系統電流の力率変化が発生し、この系統電流の力率と負荷電流の力率とでズレが生じて、負荷電流の力率の変化に適切に対応しないことから電力供給が不安定になる場合がある。

【0007】

本発明は、制御が必要な負荷について負荷電流の力率の変化に迅速かつ適切に対応して安定した電力を供給でき、かつ無効電力補償が可能な蓄電池付き分散型電源システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明に係る蓄電池付き分散型電源システムは、分散型電源と、蓄電池と、分散型電源および／または蓄電池から出力される直流電力と商用の電力系統に連系する交流電力とを双方向に変換する、直流側に平滑コンデンサを有する双方向性インバータと、前記分散型電源と前記双方向性インバータとの間に設けられて当該分散型電源の直流電力を直流変換する一方向性コンバータと、前記蓄電池と前記双方向性インバータとの間に設けられて当該蓄電池の直流電力を双方向に直流変換する双方向性コンバータと、システム全体を制御する制御部とを備えて、電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給する。
前記制御部は、前記分散型電源および／または蓄電池から前記平滑コンデンサに供給された有効電力が負荷電力の有効電力以上に大きいとき、前記双方向性インバータから出力されるインバータ出力電流の力率を前記負荷に流れる負荷電流の力率と一致させるように制御する。

【0009】

この構成によれば、分散型電源および／または蓄電池から平滑コンデンサに供給された有効電力が負荷電力の有効電力以上に大きいとき、双方向性インバータから出力されるインバータ出力電流の力率を負荷に流れる負荷電流の力率と一致させるように制御するので、制御が必要な負荷について、インバータ出力電流の力率を負荷電流の力率に一致させることにより、負荷電流の力率の変化に迅速かつ適切に対応して安定した電力を供給でき、かつ無効電流を補償することが可能となる。

【0010】

本発明では、前記制御部は、前記平滑コンデンサで検出された前記分散型電源および／または蓄電池からの有効電力および前記双方向性インバータの出力電力に依存する直流電圧値と、電圧指令値との偏差を演算して、前記双方向性インバータから出力されるインバータ出力電流の有効電流の目標振幅を生成する目標振幅演算手段と、前記インバータ出力電流の有効電流を前記目標振幅内で前記負荷に流れる負荷電流の有効電流に比例させるフィードバック制御を行うインバータ出力電流制御手段とを有することが好ましい。

【0011】

この構成によれば、分散型電源および／または蓄電池からの有効電力の直流電圧に基づいてインバータ出力電流の有効電流の目標振幅を生成し、インバータ出力電流の有効電流を目標振幅以内で負荷電流の有効電流に比例させるので、制御が必要な負荷について、高調波電流を制限して無効電流を補償し、負荷電流の有効電流の変化に迅速かつ適切に対応して安定した電力を供給できる。

【0012】

また、本発明では、前記制御部は、前記分散型電源および／または蓄電池からの有効電力が前記負荷電力の有効電力よりも小さいとき、前記インバータ出力電流の有効電流を前記負荷電流の有効電流よりも小さく、当該インバータ出力電流の無効電流を当該負荷電流の無効電流と同一となるように制御することも好ましい。この場合、無効電流を補償しながら、双方向性インバータが出力可能な電力を供給することができる。

【0013】

本発明では、前記制御部は、前記インバータ出力電流の有効電流振幅の最大値を前記負荷電流の有効電流振幅の最大値と一致させることが可能で、かつ分散型電源の直流電力が負荷電力の有効電力より大きい余剰電力発生状態で、前記蓄電池に蓄電が可能な当該余剰電力を充電させるように前記双方向性コンバータの制御を行うことが好ましい。この場合、分散型電源で発生する余剰電力を蓄電池に充電して蓄電池を有効に活用できる。

【0014】

また、本発明では、前記制御部は、前記余剰電力発生状態で、電力系統へ逆潮流可能な直流電力を逆潮流させる制御を行ってもよい。この場合、蓄電池が蓄電限度で充電されたうえで、さらに分散型電源側に余剰電力があるとき、その余剰電力を逆潮流することができる。

【0015】

さらに、本発明では、前記分散型電源は単一または複数の電源であり、少なくとも太陽電池が含まれてもよい。この場合、太陽電池により比較的安定した直流電力を供給することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明では、太陽電池および／または蓄電池から平滑コンデンサに供給された有効電力が負荷電力の有効電力以上に大きいとき、双方向性インバータから出力されるインバータ出力電流の力率を負荷に流れる負荷電流の力率と一致させるように制御するので、制御が必要な負荷について、負荷電流の力率の変化に迅速かつ適切に対応して安定した電力を供給でき、かつ無効電流を補償することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１実施形態に係る蓄電池付き分散型電源システムを示すブロック図である。

【図2】図１の蓄電池付き分散型電源システムを示す回路図である。

【図3】図２の部分詳細図である。

【図4】本システムの動作を示す特性図である。

【図5】第２実施形態に係る蓄電池付き分散型電源システムを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る蓄電池付き分散型電源システム１を示すブロック図である。この蓄電池付き分散型電源システム１は、蓄電池を有効活用して、太陽電池のような分散型電源の電力の有効利用を図るものであり、例えば、消費電力のピークが上限値を超えそうなときに蓄電池に蓄電した電力で補填してピークカットする場合等に使用される。

【0019】

図１の分散型電源システム１は、太陽電池２のような分散型電源と、その直流電力を直流変換する一方向性コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）３と、充放電を行う蓄電池４と、その直流電力を双方向に直流変換する双方向性コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）５と、太陽電池２および蓄電池４からの各コンバータ３、５を介した直流電力と商用の電力系統８に連系する商用の交流電力とを双方向に変換する、双方向性インバータ（ＤＣ／ＡＣインバータ）７と、システム全体を制御する制御部１０とを備え、電力系統８と連系して負荷９へ交流電力を供給する。

【0020】

双方向性インバータ７の直流側には平滑コンデンサ６が接続されている。双方向性インバータ７の交流側には例えばコイルとコンデンサからなるフィルタ回路１３が接続されており（図２）、インバータ出力電流の高調波ノイズが除去される。

【0021】

前記制御部１０は、太陽電池２および蓄電池４から平滑コンデンサ６に供給された有効電力が負荷電力の有効電力以上に大きいとき、双方向性インバータ７から出力されるインバータ出力電流ｉｂの力率を負荷９に流れる負荷電流ｉａの力率と一致させるように制御するもので、目標振幅演算手段１１とインバータ出力電流制御手段１２とを有する。

【0022】

前記目標振幅演算手段１１は、平滑コンデンサ６で検出された太陽電池２および蓄電池４からの有効電力の直流電圧値（実際の直流電圧値）と、予め設けられた電力系統８および負荷９へ供給可能な交流電圧を生成するための電圧指令値との偏差を演算して、双方向性インバータ７から出力されるインバータ出力電流ｉｂの目標振幅を生成する。

【0023】

前記インバータ出力電流制御手段１２は、インバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１を目標振幅（最大値）以内で負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１に比例させるフィードバック制御を行う。インバータ出力電流ｉｂの無効電流ｉｂ２は、負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２と同一電流を出力するように制御される。電力系統８から負荷９には系統電流ｉｃが流れる。

【0024】

ここで、負荷に流れる負荷電流ｉａの力率とインバータ出力電流ｉｂの力率の一致とは、負荷電流ｉａの力率は、その有効電流をｉａ１、無効電流をｉａ２としたときＣＯＳ（ｉａ１／ｉａ）であり、インバータ出力電流ｉｂの力率は、その有効電流をｉｂ１、無効電流ｉｂ２としたときＣＯＳ（ｉｂ１／ｉｂ）であり、これらの両力率を一致させることをいう。

【0025】

なお、ここでいう力率を一致させる制御は、太陽電池等の直流電力を電力系統に逆潮流させる際に、電力系統の電圧上昇を抑制するために、指定された力率に制御して無効電力を送り込む、いわゆる「力率一定制御」とは異なる。

【0026】

図３に示すように、太陽電池２の直流電力は電圧検出器４１と電流検出器４２で検出され、前記制御部１０の制御により、太陽電池２と双方向性インバータ７間の一方向性コンバータ３が選択的に動作されて、太陽電池２の発生電力が最大となるように制御される（ＭＴＴＰ制御）。太陽電池２と一方向性コンバータ３との間に、これらを接続または非接続する太陽電池スイッチ４３が設けられている。このコンバータ３は、制御部１０の制御により、太陽電池２の発生電力を負荷９に供給可能または逆潮流可能な電圧レベルの直流電力に変換し、蓄電池４に貯蔵可能な電圧レベルの直流電力に変換する。

【0027】

蓄電池４の直流電力は電圧検出器４５と電流検出器４６で検出され、蓄電池４と双方向インバータ７間に蓄電池４の直流電力を双方向に直流変換する双方向性コンバータ５が設けられている。蓄電池４と双方向性コンバータ５との間に、これらを接続または非接続する蓄電池スイッチ４７が設けられている。双方向性コンバータ５は、制御部１０の制御により、放電に際して、蓄電池４に貯蔵された直流電力の直流電圧レベルを放電（負荷９に供給または逆潮流）可能な電圧レベルに変換して放電を行う。充電に際して、太陽電池２からの直流電力の直流電圧レベルを、蓄電池４に充電することが可能な電圧レベルに変換して充電を行う。

【0028】

図１において、系統電圧（負荷電圧）を検出する第１電圧検出器３２と、平滑コンデンサ６に並列に接続されて、太陽電池２および蓄電池４から出力される直流電圧を検出する第２電圧検出器３３と、負荷９に流れる負荷電流ｉａを検出する第１電流検出器３４と、双方向性インバータ７の出力電流ｉｂを検出する第２電流検出器３５と、太陽電池２および蓄電池４からの出力電流を検出する第３電流検出器３６と、が設けられている。

【0029】

負荷９の電力の有効電力、負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１および無効電流ｉａ２は、第１電圧検出器３２と第１電流検出器３４とより検出できる。インバータ出力電力の有効電力、インバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１および無効電流ｉｂ２は、第１電圧検出器３２と第２電流検出器３５とより検出できる。太陽電池２から出力する直流電力（有効電力）および蓄電池４から放電する直流電力（有効電力）は、第２電圧検出器３３と第３電流検出器３６により検出できる。

【0030】

図２において、連系スイッチ３０は、制御部１０の制御により、電力系統８と負荷９との間を接続または切断することができる。電力系統８から系統電力を売電または買電をしない場合に切断される。例えば、電力系統８を切り離して太陽電池２等のみから負荷９に電力を供給する場合、スイッチオフとされる。インバータスイッチ３１は、制御部１０の制御により、双方向性インバータ７と負荷９との間を接続または切断することができる。例えば、双方向性インバータ７を切り離して電力系統８のみから負荷９に電力を供給する場合、スイッチオフとされる。

【0031】

前記制御部１０の目標振幅演算手段１１は、コンデンサ電圧目標値（電圧指令値）部１４、第１減算器１５および比例積分要素部１６を備えている。インバータ出力電流制御手段１２は、乗算器２１、制限器２２、インバータ出力電流目標値部２３、第２減算器２４、電流補償器２５、加算器２６およびＰＷＭ信号発生器２７を備えている。

【0032】

この例では、太陽電池２からの直流電力（有効電力）および蓄電池４が放電する直流電力（有効電力）を使用しているが、各直流電力の状態に応じて、太陽電池２の直流電力（有効電力）または蓄電池４の直流電力（有効電力）のいずれか一方の直流電力を使用してもよい。

【0033】

まず、目標振幅演算手段１１において、第１減算器１５は、平滑コンデンサ６の電圧目標値（電圧指令値）を、第２電圧検出器３３で検出された双方向インバータ７による直流電圧制御、出力制御の結果として得られる、つまり双方向性インバータ７の出力電力に依存する太陽電池２および蓄電池４の実際の直流電圧値（以下、太陽電池等の直流電圧）から減算する。比例積分要素部１６は、減算結果に基づいて、前記電圧目標値に、太陽電池２等の直流電圧を一致させるように、両電圧の偏差分を０に近づけるための演算結果を出力する。こうして、インバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１の目標振幅を生成するための、電力系統８および負荷９へ供給可能な交流電圧の基準となる負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１の倍数が生成される。比例積分要素部１６には例えばＰＩ制御器が使用される。

【0034】

つぎに、インバータ出力電流制御手段１２において、比例積分要素部１６の出力と、負荷電流ｉａとが乗算器２１で乗算される。この例では、インバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１の振幅を、負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１と等倍に比例（同一）させ、インバータ出力電流ｉｂの無効電流ｉｂ２を、負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２と同一にしている。制限器２２は、乗算器２１からの出力電流を電流制限レベル以下にする。この出力がインバータ出力有効電流目標値部２３に入力されて、インバータ出力電流ｉｂの有効電流目標値となる。

【0035】

第２減算器２４は、インバータ出力電流目標値から第２電流検出器３５で検出された実際に流れているインバータ出力電流ｉｂを減算する。電流補償器２５は、この減算出力に基づいて、インバータ出力電流ｉｂを負荷電流ｉａに近づけるための補償電流を出力する。この電流出力と系統電圧（負荷電圧）が加算器２６で加算され、この加算された電力に基づいて、ＰＷＭ信号発生器２７は、双方向性インバータ７を制御するＰＷＭ信号を発生させる。

【0036】

前記比例積分要素部１６において、（ａ）（電圧目標値−実際の直流電圧値）が０であれば、太陽電池２および蓄電池３の出力電力（有効電力）と負荷電力の有効電力とが同一の大きさでつり合っている。この場合、インバータ出力電流制御部１２のフィードバック制御により、双方向性インバータ７から、負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１と等倍に比例した（同一の）インバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１と、負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２と同一のインバータ出力電流ｉｂの無効電流ｉｂ２とによる出力電力が供給される。

【0037】

比例積分要素部１６において、（ｂ）（電圧目標値−実際の直流電圧値）が正であれば、太陽電池２および蓄電池３の出力電力が負荷有効電力よりも小さいので、インバータ出力電流目標値が負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１よりも小さくされる（例えば０．９倍）。この場合、インバータ出力電流制御部１２のフィードバック制御により、インバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１が負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１よりも小さく比例され、インバータ出力電流ｉｂの無効電流ｉｂ２を負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２と同一となるように制御される。こうして、双方向性インバータ７が出力可能な電力を供給することができるとともに、制御部１０の制御により、電力の不足分が電力系統８から負荷９に供給される。

【0038】

比例積分要素部１６において、（ｃ）（電圧目標値−実際の直流電圧値）が負であれば、この比例積分要素部１６により実際の直流電圧値は電圧目標値に近づけられて、インバータ出力電流制御部１２のフィードバック制御により、双方向性インバータ７から、負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１と等倍に比例した（同一の）インバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１と、負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２と同一のインバータ出力電流ｉｂの無効電流ｉｂ２とによる出力電力が供給される。

【0039】

なお、平滑コンデンサ６の電圧目標値を、電力系統８の交流電圧に比例して変化させてもよい。これは逆潮流において、インバータ出力電圧が電力系統８に電流を流すのに必要な電圧以上でできるだけ低くし、インバータ効率を向上させるときに有効となる。

【0040】

上述したとおり、上記（ａ）、（ｃ）について太陽電池２および蓄電池４からの有効電力が負荷電力の有効電力以上に大きいとき、インバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１の振幅を、負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１の振幅に等倍に比例（同一）させ、インバータ出力電流ｉｂの無効電流ｉａ２を、負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２と同一にしているので、両電流における有効電流および無効電流の比は互いに同一であり、負荷電流ｉａの力率とインバータ出力電流ｉｂの力率は一致している。また、インバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１は、平滑コンデンサ６の目標振幅（負荷供給電圧および系統電圧に相当）以内で負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１と比例されているので、双方向インバータ７からの高調波電流が制限される。さらに、（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合も、インバータ出力電流ｉｂの無効電流ｉｂ２は、負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２と同一のものである。

【0041】

この場合、複数の負荷９のうち力率の悪い負荷と良い負荷が混在している状態で、力率の悪い負荷のみを検出して制御したい場合や、停電時に太陽電池や蓄電池から給電する必要がある負荷と、停電時に給電する必要のない負荷が混在している状態で、停電時に給電する必要がある負荷のみを検出して制御したい場合でも、上記制御が必要な負荷９についての負荷電流ｉａの力率とインバータ出力電流ｉｂの力率は一致しているので、当該負荷電流ｉａの力率の変化に迅速かつ適切に対応して安定した電力を供給できる。また、双方向インバータ７からの高調波電流が制限されるとともに、インバータ出力電流ｉｂと負荷電流ｉａの無効電流ｉｂ２、ｉａ２は同一であるので電力系統８から負荷９に無効電流が流れ込まないように制御されるから、高調波電流の発生を抑制しながら無効電力を補償することができる。

【0042】

インバータ出力電流制御手段１２の動作を図４に基づいて説明する。図４（ａ）において、系統電圧αを破線で示し、インバータ出力電流ｉｂが０のとき、電力系統８から負荷９に流れる系統電流ｉｃ（図示β）を太線で示し、その有効電流ｉｃ１（図示β１）および無効電流ｉｃ２（図示β２）を細線で示す。図４（ｂ）は、双方向インバータ７から負荷９に流すインバータ出力電流ｉｂ（図示γ）を太線で示し、その有効電流ｉｂ１（図示γ１）および無効電流ｉｂ２（図示γ２）を細線で示す。この例では、双方向インバータ７からのインバータ出力電流ｉｂの有効電流ｉｂ１は負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１と等倍に比例して同一で、かつインバータ出力電流ｉｂの無効電流ｉｂ２は負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２と同一で、両者は全く同一波形となるので、負荷電流ｉａの力率とインバータ出力電流ｉｂの力率は一致している。

【0043】

図４（ｃ）は、双方向インバータ７が負荷電流ｉａのすべてを流す場合を示し、このとき系統電流ｉｃ（図示ε）は０となる。図４（ｄ）は、双方向インバータ７が負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２のすべて、および有効電流ｉａ１の一部を流す場合を示し、このとき系統電流ｉｃ（図示εａ）は、負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１の一部となり、無効電流ｉａ２は含まれない。すなわち、図２において、ｉａ＝ｉｂ＋ｉｃであり、ｉａ２＝ｉｂ２のとき、無効電力補償されて、系統電流ｉｃの無効電流が流れないこととなる。図４（ｅ）は、本発明の射程範囲外を示すもので、双方向インバータ７が負荷電流ｉａの一部を流す場合で両電流の力率は一致しておらず、このとき系統電流ｉｃ（図示εｂ）は、負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１の一部となり、無効電流ｉａ２が含まれてしまう。

【0044】

図２の比例積分要素部１６において、（電圧目標値−実際の直流電圧値）が負のとき、双方向インバータ７が出力できる有効電力である、太陽電池２および蓄電池４の出力電力が負荷電力の有効電力よりも大きく、さらに太陽電池２単独で余剰電力が発生する場合、制御部１０の制御により、この余剰電力が蓄電池４に充電される。すなわち、蓄電池４の充電については、インバータ出力電流ｉｂの有効電流振幅の最大値を負荷電流ｉａの有効電流振幅の最大値と一致させることが可能で、かつ太陽電池２の直流電力が負荷９の有効電力より大きい余剰電力発生状態で、制御部１０による双方向性コンバータ５の制御により、蓄電池４に蓄電が可能な状態で当該余剰電力が充電される。

【0045】

蓄電池４に蓄電が可能とは、蓄電池４の残存容量、最大容量、充電状態などに基づいて、太陽電池２からの直流電力および電力系統８から供給された直流電力が蓄電池４に蓄電することが可能な状態をいう。例えば深夜時のように太陽電池２の出力電力が負荷有効電力よりも小さいとき、電力系統８から買電して、蓄電池４に充電される。

【0046】

蓄電池４の放電については、例えば深夜時のように太陽電池２の出力電力が負荷電力の有効電力よりも小さく、太陽電池２の直流電力が不足する場合には、蓄電池４が放電可能の状態のとき、制御部１０による双方向性コンバータ５の制御により、蓄電池４に蓄電された直流電力が放電されて負荷９へ電力が供給される。

【0047】

また、逆潮流については、制御部１０の制御により、太陽電池２および蓄電池４の出力電力が負荷電力の有効電力よりも大きい上記余剰電力発生状態で、電力系統８へ逆潮流可能な場合に、太陽電池２および蓄電池４から出力される直流電力が電力系統８の交流電力と同期のとれた交流電力に変換されて電力系統８に供給される。この例では、太陽電池２の直流電力は、蓄電池４が蓄電限度になると、蓄電池４への充電が停止されて、電力系統８へ逆潮流される。

【0048】

図５は、第２実施形態を示す。この第２実施形態では、図２の乗算器２１に代えて、乗算器４１および加算器４２を備えている。また、負荷電流有効分検出器２８および負荷電流無効分検出器２９が設けられており、第１電圧検出器３２および第１電流検出器３４で検出された負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１の振幅、負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２がそれぞれ検出される。なお、負荷電流有効分検出器２８は負荷電流ｉａの実効値検出器であってもよい。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0049】

図５において、インバータ出力電流制御手段１２では、比例積分要素１６の出力と、負荷電流有効分検出器２８からの負荷電流ｉａの有効電流ｉａ１とが乗算器４１で乗算される。この出力と負荷電流無効分検出器２９からの負荷電流ｉａの無効電流ｉａ２そのものとが加算器４２で加算される。第２実施形態では、負荷電流ｉａを有効分と無効分に分けているので、負荷電流ｉａについてより正確な検出が可能であるものの、負荷電流ｉａ自体を乗算器２１で乗算させる第１実施形態の方がより迅速な制御が可能となる。

【0050】

こうして、本発明では、太陽電池および／または蓄電池から平滑コンデンサに供給された有効電力が負荷電力の有効電力以上に大きいとき、双方向性インバータから出力されるインバータ出力電流の力率を負荷に流れる負荷電流の力率と一致させるように制御するので、制御が必要な負荷について、インバータ出力電流の力率を負荷電流の力率に一致させることにより、負荷電流の力率の変化に迅速かつ適切に対応して安定した電力を供給でき、かつ無効電流を補償することが可能となる。

【0051】

なお、上記各実施形態では、分散型電源として単一の太陽電池を使用しているが、複数の太陽電池を使用してもよく、太陽電池のほかに燃料電池やエンジン駆動交流発電機などが複数使用されてもよい。

【0052】

この場合、燃料電池と、一方向性ＤＣ／ＤＣコンバータ（燃料電池用）が使用され、エンジン駆動交流発電機と、一方向性ＡＣ／ＤＣコンバータ（エンジン駆動交流発電機用）が使用される。いずれの発生電力も逆潮流されない。燃料電池の場合、一方向性ＤＣ／ＤＣコンバータの一方の直流側は燃料電池に、他方の直流側は、双方向性インバータ７の直流側に接続された平滑コンデンサに接続される。エンジン駆動交流発電機の場合、一方向性ＡＣ／ＤＣコンバータの交流側はエンジン駆動交流発電機に、直流側は双方向性インバータ７の直流側に接続された平滑コンデンサに接続される。

【0053】

なお、上記各実施形態では、分散型電源の余剰電力を逆潮流させているが、システム上で逆潮流を省略してもよい。

【0054】

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0055】

１：蓄電池付き分散型電源システム
２：分散型電源（太陽電池）
３：一方向性コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
４：蓄電池
５：双方向性コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
６：平滑コンデンサ
７：双方向性インバータ（ＤＣ／ＡＣインバータ）
８：電力系統
９：負荷
１０：制御部
１１：目標振幅演算手段
１２：インバータ出力電流制御手段
ｉａ：負荷電流
ｉａ１：負荷電流の有効電流
ｉａ２：負荷電流の無効電流
ｉｂ：インバータ出力電流
ｉｂ１：インバータ出力電流の有効電流
ｉｂ２：インバータ出力電流の無効電流
ｉｃ：系統電流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】