特許 7473898 給電装置およびそれを備える給電システム

(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】

(24)【登録日】2024-04-16

(45)【発行日】2024-04-24

(54)【発明の名称】給電装置およびそれを備える給電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20240417BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240417BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240417BHJP

   H02J 3/46 20060101ALI20240417BHJP

   H02J 7/35 20060101ALI20240417BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 306B

H02J1/00 304H

H02J1/00 309C

H02J3/32

H02J3/38 130

H02J3/38 180

H02J3/46

H02J7/35 K

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021089250

(22)【出願日】2021-05-27

(65)【公開番号】P2022181984

(43)【公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-07-11

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 智大

【審査官】大手 昌也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１３１４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２００２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３３４３７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ １／００

Ｈ０２Ｊ ３／３２

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｈ０２Ｊ ３／４６

Ｈ０２Ｊ ７／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源から負荷に電力を供給するための給電線と、
太陽電池によって生成される電力を前記給電線に供給する第１の電力変換器と、
電力貯蔵装置と前記給電線との間で電力を授受する第２の電力変換器と、
前記電源の健全時には、前記太陽電池の出力が最大になるように前記第１の電力変換器を制御し、前記電源の停電時には、前記太陽電池が負荷電力よりも小さな第１の電力を出力するように前記第１の電力変換器を制御する第１の制御部と、
前記電源の健全時には、前記電力貯蔵装置の端子間電圧が第１の参照電圧になるように前記第２の電力変換器を制御し、前記電源の停電時には、前記給電線の電圧が第２の参照電圧になるように前記第２の電力変換器を制御する第２の制御部とを備える、給電装置。

【請求項2】

前記第１の制御部は、前記電源の停電時に前記給電線の電圧が予め定められた上限電圧よりも上昇した場合には、前記太陽電池が前記第１の電力よりも小さな電力を出力するように前記第１の電力変換器を制御する、請求項１に記載の給電装置。

【請求項3】

それぞれＮ個の前記電力貯蔵装置と前記給電線との間で電力を授受するＮ個の前記第２の電力変換器と、
それぞれＮ個の前記第２の電力変換器を制御するＮ個の前記第２の制御部と、
前記電源の停電時にＮ個の前記第２の制御部を順次選択する選択部とを備え、
Ｎは２以上の整数であり、
各前記第２の制御部は、
前記選択部によって選択されていない場合には、対応する前記電力貯蔵装置の端子間電圧が前記第１の参照電圧になるように、対応する前記第２の電力変換器を制御して対応する前記電力貯蔵装置を充電させ、
前記選択部によって選択されている場合には、前記給電線の電圧が前記第２の参照電圧になるように、対応する前記第２の電力変換器を制御して対応する前記電力貯蔵装置を放電させる、請求項１または請求項２に記載の給電装置。

【請求項4】

前記第１の制御部は、前記電源の停電時には、前記第１の電力と、前記選択部によって選択されていない（Ｎ－１）個の前記第２の制御部に対応する（Ｎ－１）個の前記電力貯蔵装置を充電するために必要な第２の電力との和である第３の電力を前記太陽電池が出力するように前記第１の電力変換器を制御する、請求項３に記載の給電装置。

【請求項5】

前記選択部は、予め定められた時間が経過する毎に、現在選択している前記第２の制御部と異なる前記第２の制御部を選択する、請求項３または請求項４に記載の給電装置。

【請求項6】

前記選択部は、現在選択している前記第２の制御部に対応する前記電力貯蔵装置の端子間電圧が予め定められた下限電圧よりも低下したことに応じて、現在選択している前記第２の制御部と異なる前記第２の制御部を選択する、請求項３または請求項４に記載の給電装置。

【請求項7】

前記第１および第２の電力変換器は、それぞれ第１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器であり、
前記第２の参照電圧は、予め定められた直流電圧であり、
前記電源は、商用交流電源と前記給電線との間で電力を授受するＡＣ／ＤＣ変換器であり、
前記電源の健全時は前記商用交流電源の健全時であり、前記電源の停電時は前記商用交流電源の停電時であり、
前記商用交流電源の健全時には、前記給電線の電圧が前記第２の参照電圧になるように前記ＡＣ／ＤＣ変換器を制御し、前記商用交流電源の停電時には前記ＡＣ／ＤＣ変換器の運転を停止させる第３の制御部をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の給電装置。

【請求項8】

前記給電線から受ける直流電力を交流電力に変換して交流負荷に供給するＤＣ／ＡＣ変換器をさらに備える、請求項７に記載の給電装置。

【請求項9】

前記第１の電力変換器は、前記太陽電池によって生成される直流電力を交流電力に変換して前記給電線に供給する第１のＤＣ／ＡＣ変換器であり、
前記第２の電力変換器は、前記電力貯蔵装置と前記給電線との間で電力を授受する第２のＤＣ／ＡＣ変換器であり、
前記第２の参照電圧は、予め定められた交流電圧であり、
前記電源は商用交流電源であり、
前記電源の健全時は前記商用交流電源の健全時であり、前記電源の停電時は前記商用交流電源の停電時であり、
前記商用交流電源と前記給電線との間に接続され、前記商用交流電源の健全時にはオンされ、前記商用交流電源の停電時にはオフされるスイッチをさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の給電装置。

【請求項10】

請求項１または請求項２に記載の給電装置と、
前記太陽電池と、
前記電力貯蔵装置とを備える、給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は給電装置に関し、特に、電源、太陽電池、および電力貯蔵装置から負荷に電力を供給する給電装置およびそれを備える給電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば特開２０１５－１６４３７３号公報（特許文献１）には、負荷に直流電力を供給するための給電線と、商用交流電源と給電線の間に設けられた直流電源と、太陽電池と給電線の間に設けられた第１の電力変換器と、電力貯蔵装置と給電線の間に設けられた第２の電力変換器とを備える給電装置が開示されている。

【0003】

商用交流電源の健全時には、直流電源から給電線に直流電力が供給され、太陽電池から第１の電力変換器を介して給電線に直流電力が供給されるとともに、給電線から第２の電力変換器を介して電力貯蔵装置に直流電力が供給され、負荷が運転されるとともに電力貯蔵装置が充電される。

【0004】

商用交流電源の停電が発生すると、直流電源および第１の電力変換器の運転が停止され、電力貯蔵装置から第２の電力変換器を介して給電線に直流電力が供給され、電力貯蔵装置が放電されて負荷が運転される。電力貯蔵装置の直流電力が下限値よりも減少すると、第２の電力変換器の運転が停止され、太陽電池から第１の電力変換器を介して給電線に直流電力が供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１６４３７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１の給電装置では、商用交流電源の停電時に電力貯蔵装置を放電させた後において、太陽光が弱いために太陽電池の発電量が負荷電力よりも小さい場合には負荷を運転することができなかった。したがって、停電時における太陽電池の使用効率が低かった。

【0007】

それゆえに、本開示の発明の主たる目的は、停電時における太陽電池の使用効率が高い給電装置およびそれを備える給電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の発明の一態様に係る給電装置は、電源から負荷に電力を供給するための給電線と、太陽電池によって生成される電力を給電線に供給する第１の電力変換器と、電力貯蔵装置と給電線との間で電力を授受する第２の電力変換器と、電源の健全時には、太陽電池の出力が最大になるように第１の電力変換器を制御し、電源の停電時には、太陽電池が負荷電力よりも小さな第１の電力を出力するように第１の電力変換器を制御する第１の制御部と、電源の健全時には、電力貯蔵装置の端子間電圧が第１の参照電圧になるように第２の電力変換器を制御し、電源の停電時には、給電線の電圧が第２の参照電圧になるように第２の電力変換器を制御する第２の制御部とを備えたものである。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る給電装置では、電源の停電時には、太陽電池から給電線に負荷電力よりも小さな第１の電力を供給させるとともに、給電線の電圧が第２の参照電圧になるように電力貯蔵装置を放電させる。したがって、太陽光が弱いために太陽電池の発電量が負荷電力よりも小さい場合でも、太陽電池で生成される直流電力を使用することができ、停電時における太陽電池の使用効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に従う直流給電装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図2】図１に示す制御回路の構成を示すブロック図である。

【図3】図１に示すパワーコンディショナ５の構成を示すブロック図である。

【図4】図１に示すパワーコンディショナ６の構成を示すブロック図である。

【図5】実施の形態２に従う直流給電装置の要部を示すブロック図である。

【図6】実施の形態３に従う直流給電装置の要部を示す回路ブロック図である。

【図7】図６に示す選択信号を生成する選択信号生成部の構成を示すブロック図である。

【図8】図６に示すパワーコンディショナ６Ａの構成を示すブロック図である。

【図9】図６に示すパワーコンディショナ５Ａの構成を示すブロック図である。

【図10】実施の形態４に従う直流給電装置の要部を示す回路ブロック図である。

【図11】実施の形態５に従う交流給電装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図12】図１１に示す制御回路７１の構成を示すブロック図である。

【図13】実施の形態６に従う交流給電装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図14】図１３に示す制御回路の構成を示すブロック図である。

【図15】図１３に示すパワーコンディショナ５Ｃの構成を示すブロック図である。

【図16】図１３に示すパワーコンディショナ６Ｂの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に従う直流給電装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この直流給電装置は、スイッチ１、電流検出器ＣＤ１～ＣＤ４、ＡＣ／ＤＣ変換器２、給電線３、制御回路４、およびパワーコンディショナ５，６を備え、商用交流電源１１、太陽電池１２、およびバッテリ１３から電力を受けて直流負荷１４に直流電力を供給する。直流給電装置、太陽電池１２、およびバッテリ１３は、給電システムの一実施例を構成する。

【0012】

スイッチ１の一方端子は、商用交流電源１１から供給される交流電圧ＶＡを受け、その他方端子はＡＣ／ＤＣ変換器２の交流端子２ａに接続される。ＡＣ／ＤＣ変換器２の直流端子２ｂは、給電線３を介して直流負荷１４に接続される。

【0013】

スイッチ１のオンおよびオフは、制御回路４によって制御される。商用交流電源１１から交流電圧ＶＡが正常に供給されている場合（商用交流電源１１の健全時）には、スイッチ１はオンされる。商用交流電源１１から交流電圧ＶＡが正常に供給されなくなった場合（商用交流電源１１の停電時）には、スイッチ１はオフされる。

【0014】

ＡＣ／ＤＣ変換器２は、制御回路４によって制御され、商用交流電源１１の健全時には、商用交流電源１１と給電線３との間で電力を授受し、商用交流電源１１の停電時には、その運転が停止される。電流検出器ＣＤ１は、スイッチ１とＡＣ／ＤＣ変換器２の交流端子２ａとの間に流れる交流電流ＩＡを検出し、その検出値を示す信号ＩＡｆを制御回路４に出力する。

【0015】

制御回路４は、商用交流電源１１から供給される交流電圧ＶＡと、給電線３の直流電圧ＶＤと、電流検出器ＣＤ１の出力信号ＩＡｆとに基づいて、スイッチ１およびＡＣ／ＤＣ変換器２を制御するとともに、停電検出信号ＤＰを生成してパワーコンディショナ５，６に出力する。

【0016】

図２は、制御回路４の構成を示すブロック図である。図２において、制御回路４は、電圧検出器２１，２２、参照電圧発生器２３、停電検出器２４、および制御部２５を含む。電圧検出器２１は、商用交流電源１１から供給される交流電圧ＶＡの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＡｆを停電検出器２４および制御部２５に出力する。電圧検出器２２は、給電線３の直流電圧ＶＤを検出し、その検出値を示す信号ＶＤｆを制御部２５に出力する。参照電圧発生器２３は、参照電圧ＶＤｒを生成して制御部２５に出力する。

【0017】

停電検出器２４は、電圧検出器２１の出力信号ＶＡｆに基づいて、商用交流電源１１から交流電圧ＶＡが正常に供給されているか否かを判別し、その判別結果を示す停電検出信号ＤＰを制御部２５およびパワーコンディショナ５，６に出力する。停電検出器２４は、たとえば、交流電圧ＶＡが正常範囲内である場合には交流電圧ＶＡが正常に供給されていると判別し、交流電圧ＶＡが正常範囲から外れている場合には交流電圧ＶＡが正常に供給されていないと判別する。

【0018】

商用交流電源１１から交流電力が正常に供給されている場合（商用交流電源１１の健全時）には、停電検出信号ＤＰは非活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。商用交流電源１１から交流電力が正常に供給されなくなった場合（商用交流電源１１の停電時）には、停電検出信号ＤＰは活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。

【0019】

停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、制御部２５（第３の制御部）は、スイッチ１をオンさせるとともに、電圧検出器２１，２２の出力信号ＶＡｆ，ＶＤｆと、電流検出器ＣＤ１の出力信号ＩＡｆと、参照電圧発生器２３からの参照電圧ＶＤｒとに基づいて、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒ（たとえば３８０Ｖ）になるようにＡＣ／ＤＣ変換器２を制御する。停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、制御部２５は、スイッチ１をオフさせるとともに、ＡＣ／ＤＣ変換器２の運転を停止させる。

【0020】

再び図１を参照して、太陽電池１２は、太陽光を受けて直流電力を出力する。パワーコンディショナ５の入力端子５ａは太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰを受け、その出力端子５ｂは給電線３に接続される。電流検出器ＣＤ２は、太陽電池１２の直流出力電流ＩＰを検出し、その検出値を示す信号ＩＰｆをパワーコンディショナ５に出力する。電流検出器ＣＤ３は、給電線３から直流負荷１４に流れる直流電流ＩＬ（負荷電流）を検出し、その検出値を示す信号をパワーコンディショナ５に出力する。

【0021】

パワーコンディショナ５は、停電検出信号ＤＰと、太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰと、電流検出器ＣＤ２，ＣＤ３の出力信号ＩＰｆ，ＩＬｆとに基づいて、太陽電池１２から給電線３に供給される直流電力を制御する。

【0022】

図３は、パワーコンディショナ５の構成を示すブロック図である。図３において、パワーコンディショナ５は、電圧検出器３１，３２、演算部３３，３４、指令部３５、ＤＣ／ＤＣ変換器３６、および制御部３７を含む。

【0023】

電圧検出器３１は、給電線３の直流電圧ＶＤを検出し、その検出値を示す信号ＶＤｆを演算部３３に出力する。電圧検出器３２は、太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰを検出し、その検出値を示す信号ＶＰｆを演算部３４および制御部３７に出力する。

【0024】

演算部３３は、電圧検出器３１の出力信号ＶＤｆによって示される給電線３の直流電圧ＶＤと、電流検出器ＣＤ３の出力信号ＩＬｆによって示される負荷電流ＩＬとに基づいて、直流負荷１４の消費電力ＰＬ＝ＶＤ×ＩＬを求め、求めた負荷電力ＰＬを示す信号ＰＬｆを指令部３５に出力する。なお、電圧検出器３１を除去し、電圧検出器２２（図２）の出力信号ＶＤｆを演算部３３に供給しても構わない。

【0025】

演算部３４は、電圧検出器３２の出力信号ＶＰｆによって示される太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰと、電流検出器ＣＤ２の出力信号ＩＰｆによって示される太陽電池１２の直流出力電流ＩＰとに基づいて、太陽電池１２の直流出力電力Ｐｏ＝ＶＰ×ＩＰを求め、求めた直流出力電力Ｐｏを示す信号Ｐｏｆを制御部３７に出力する。

【0026】

指令部３５は、演算部３３の出力信号ＰＬｆによって示される負荷電力ＰＬよりも所定電力Ｐａ（たとえば１ｋＷ）だけ小さな発電量指令値Ｐｃ＝ＰＬ－Ｐａを求め、その発電量指令値Ｐｃを示す信号Ｐｃｆを制御部３７に出力する。

【0027】

ＤＣ／ＤＣ変換器３６（第１の電力変換器）は、入力端子５ａと出力端子５ｂ（図１）との間に接続され、制御部３７によって制御され、太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰを昇圧（または降圧）して給電線３に出力する。

【0028】

制御部３７（第１の制御部）は、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、太陽電池１２の最大電力追従制御を行なう。すなわち、制御部３７は、太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰ、直流出力電流ＩＰ、および直流出力電力Ｐｏに基づいて、太陽電池１２の直流出力電力Ｐｏが最大になるように（Ｐｏ＝Ｐｍａｘ）ＤＣ／ＤＣ変換器３６を制御する。

【0029】

また、制御部３７は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、発電量指令値Ｐｃ、太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰ、直流出力電流ＩＰ、および直流出力電力Ｐｏに基づいて、太陽電池１２の直流出力電力Ｐｏが発電量指令値Ｐｃまたは最大電力追従制御により求められた発電量Ｐｍａｘの小さい方になるようにＤＣ／ＤＣ変換器３６を制御する。

【0030】

再び図１を参照して、パワーコンディショナ６の入力端子６ａはバッテリ１３に接続され、その出力端子６ｂは給電線３に接続される。バッテリ１３（電力貯蔵装置）は、直流電力を蓄える。バッテリ１３は、たとえばリチウムイオン電池である。バッテリ１３の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。電流検出器ＣＤ４は、バッテリ１３と入力端子６ａとの間に流れる直流電流ＩＢを検出し、その検出値を示す信号ＩＢｆをパワーコンディショナ６に出力する。

【0031】

パワーコンディショナ６は、停電検出信号ＤＰと、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢと、電流検出器ＣＤ４の出力信号ＩＢｆと、給電線３の直流電圧ＶＤとに基づいて、給電線３とバッテリ１３との間で直流電力を授受する。

【0032】

図４は、パワーコンディショナ６の構成を示すブロック図である。図４において、パワーコンディショナ６は、電圧検出器４１，４２、参照電圧発生器４３，４４、ＤＣ／ＤＣ変換器４５、および制御部４６を含む。

【0033】

電圧検出器４１は、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢを検出し、その検出値を示す信号ＶＢｆを制御部４６に出力する。電圧検出器４２は、給電線３の直流電圧ＶＤを検出し、その検出値を示す信号ＶＤｆを制御部４６に出力する。なお、電圧検出器４２を除去し、電圧検出器２２（図２）または電圧検出器３１（図３）の出力信号ＶＤｆを制御部４６に供給しても構わない。

【0034】

参照電圧発生器４３は、参照電圧ＶＢｒを制御部４６に出力する。参照電圧発生器４４は、参照電圧ＶＤｒを制御部４６に出力する。なお、参照電圧発生器４４を除去し、参照電圧発生器２３（図２）の出力電圧ＶＤｒを制御部４６に供給しても構わない。

【0035】

ＤＣ／ＤＣ変換器４５（第２の電力変換器）は、入力端子６ａと出力端子６ｂ（図１）との間に接続され、制御部４６によって制御され、給電線３とバッテリ１３との間で直流電力を授受する。

【0036】

制御部４６（第２の制御部）は、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、電圧検出器４１，４２の出力信号ＶＢｆ，ＶＤｆおよび電流検出器ＣＤ４の出力信号ＩＢｆによって示されるバッテリ電圧ＶＢ、給電線３の直流電圧ＶＤ、バッテリ電流ＩＢと、参照電圧ＶＢｒとに基づいて、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。

【0037】

なお、ＤＣ／ＤＣ変換器４５およびＡＣ／ＤＣ変換器２を制御することによってバッテリ１３と商用交流電源１１（電力系統）の間で電力を授受し、電力系統における消費電力のピークカット、ピークシフトを行なうことも可能である。

【0038】

また、制御部４６は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、電圧検出器４１，４２の出力信号ＶＢｆ，ＶＤｆおよび電流検出器ＣＤ４の出力信号ＩＢｆによって示されるバッテリ電圧ＶＢ、給電線３の直流電圧ＶＤ、バッテリ電流ＩＢと、参照電圧ＶＤｒとに基づいて、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。

【0039】

次に、この直流給電装置の動作について説明する。商用交流電源１１の健全時には、制御回路４の停電検出器２４（図２）によって停電検出信号ＤＰが非活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。

【0040】

停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされると、制御部２５（図２）によってスイッチ１がオンされ、商用交流電源１１がスイッチ１を介してＡＣ／ＤＣ変換器２に接続される。制御部２５は、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるようにＡＣ／ＤＣ変換器２を制御する。

【0041】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされると、パワーコンディショナ５の制御部３７（図３）によって太陽電池１２の最大電力追従制御が実行され、太陽電池１２によって生成される直流電力がＤＣ／ＤＣ変換器３６（図３）を介して給電線３に供給される。また、演算部３３（図３）によって負荷電力ＰＬ＝ＶＤ×ＩＬが求められ、指令部３５（図３）によって負荷電力ＰＬよりも所定電力Ｐａだけ小さな発電量指令値Ｐｃ＝ＰＬ－Ｐａが生成される。

【0042】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされると、給電線３の直流電力がパワーコンディショナ６のＤＣ／ＤＣ変換器４５（図４）を介してバッテリ１３に供給され、バッテリ１３が充電される。制御部４６（図４）は、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。

【0043】

太陽電池１２の発電量が負荷電力ＰＬよりも小さい場合には、不足分の電力が商用交流電源１１からＡＣ／ＤＣ変換器２を介して給電線３に供給され、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒに維持される。逆に、太陽電池１２の発電量が負荷電力ＰＬよりも大きい場合には、余剰分の電力が給電線３からＡＣ／ＤＣ変換器２を介して商用交流電源１１に供給され、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒに維持される。直流負荷１４は、給電線３からの直流電力によって駆動される。

【0044】

商用交流電源１１の停電が発生すると、制御回路４の停電検出器２４（図２）によって停電検出信号ＤＰが活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされると、制御部２５によってスイッチ１がオフされ、商用交流電源１１とＡＣ／ＤＣ変換器２の間が遮断される。制御部２５（図２）は、ＡＣ／ＤＣ変換器２の運転を停止させる。これにより、給電線３からＡＣ／ＤＣ変換器２およびスイッチ１を介して商用交流電源１１に電力が流出することが防止される。

【0045】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされると、パワーコンディショナ５の制御部３７（図３）は、太陽電池１２の発電量Ｐｏが発電量指令値Ｐｃ＝ＰＬ－Ｐａまたは最大電力追従制御により求められた発電量Ｐｍａｘの小さい方になるようにＤＣ／ＤＣ変換器３６を制御する。このとき、太陽電池１２の発電量Ｐｏが負荷電力ＰＬよりも小さくなるが、不足分の電力はバッテリ１３から補充される。

【0046】

すなわち、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされると、バッテリ１３の直流電力がパワーコンディショナ６のＤＣ／ＤＣ変換器４５（図４）を介して給電線３に供給される。制御部４６（図４）は、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。したがって、商用交流電源１１の停電が発生した場合でも、バッテリ１３に直流電力が残存している期間には直流負荷１４の運転を継続することができる。

【0047】

以上のように、この実施の形態１では、商用交流電源１１の停電時には、太陽電池１２が負荷電力ＰＬよりも小さな直流電力Ｐｃを出力するようにＤＣ／ＤＣ変換器３６を制御するとともに、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。したがって、太陽光が弱いために太陽電池１２の発電量が負荷電力ＰＬよりも小さい場合でも、太陽電池１２で生成される直流電力を使用することができ、停電時における太陽電池１２の使用効率を高めることができる。

【0048】

［実施の形態２］
実施の形態１において、制御回路４とパワーコンディショナ５間の停電検出信号ＤＰの授受の遅れによって制御部３７での発電量指令値Ｐｃの切り替えが遅れた場合、太陽電池１２の発電量Ｐｏが負荷電力ＰＬよりも大きいときに商用交流電源１１の停電が発生すると、給電線３に対する電力供給量が過大になり、給電線３の直流電圧ＶＤが過大になって直流給電装置、直流負荷１４が破損する恐れがある。この実施の形態２では、この問題の解決が図られる。

【0049】

図５は、実施の形態２に従う直流給電装置の要部を示すブロック図であって、図３と対比される図である。図５を参照して、この直流給電装置が実施の形態１の直流給電装置と異なる点は、パワーコンディショナ５がパワーコンディショナ５Ａで置換されている点である。パワーコンディショナ５Ａは、パワーコンディショナ５の制御部３７を制御部３７Ａで置換したものである。

【0050】

制御部３７Ａは、制御部３７と同じ動作を行なう他、電圧検出器３１の出力信号ＶＤｆによって示される給電線３の直流電圧ＶＤをモニタし、直流電圧ＶＤが上限電圧ＶＤＨ（たとえば、３８０＋１０＝３９０Ｖ）よりも上昇すると、太陽電池１２の発電量を所定電力だけ低下させる。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

【0051】

以上のように、この実施の形態２では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、直流電圧ＶＤが上限電圧ＶＤＨよりも上昇すると太陽電池１２の発電量を低下させるので、制御部３７Ａでの発電量指令値の切り替えが遅れた場合でも給電線３の直流電圧ＶＤが過大になることを防止することができ、商用交流電源１１の健全時の運転から停電時の運転に安定に移行することができる。

【0052】

［実施の形態３］
図６は、実施の形態３に従う直流給電装置の要部を示すブロック図であって、図１と対比される図である。図６を参照して、この直流給電装置が実施の形態１の直流給電装置と異なる点は、Ｎ個のバッテリ１３に対応するＮ組のパワーコンディショナ６Ａおよび電流検出器ＣＤ４と、Ｍ個の太陽電池１２に対応するＭ組のパワーコンディショナ５Ａおよび電流検出器ＣＤ２とが設けられている点である。ここで、Ｎは２以上の整数であり、Ｍは自然数であり、本実施の形態３ではＮ＝Ｍ＝３の場合について説明する。

【0053】

停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、各パワーコンディショナ６Ａは、パワーコンディショナ６と同様に動作し、対応するバッテリ１３の端子間電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるように、対応するバッテリ１３を充電する。

【0054】

３個のパワーコンディショナ６Ａには、それぞれ選択信号Ｓ１～Ｓ３が与えられる。停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、選択信号Ｓ１～Ｓ３は所定時間ずつ順次「Ｈ」レベルにされる。各パワーコンディショナ６Ａは、対応する選択信号が「Ｈ」レベルにされている場合には、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるように対応するバッテリ１３を放電させる。

【0055】

また、各パワーコンディショナ６Ａは、対応する選択信号が「Ｌ」レベルにされている場合には、対応するバッテリ１３の端子間電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるように対応するバッテリ１３を充電する。

【0056】

図７は、選択信号Ｓ１～Ｓ３を生成する選択部５１の構成を示すブロック図である。選択部５１は、たとえば制御回路４（図１）に含まれる。図７において、選択部５１は、タイマー５２および信号発生部５３を含む。タイマー５２は、商用交流電源１１の停電が発生して停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられたことに応じてセットされ、停電発生時から経過した時間を計測し、計測した時間を示す信号φＴを出力する。

【0057】

また、タイマー５２は、商用交流電源１１が復電して停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられたことに応じてリセットされ、計測した時間は０にリセットされる。

【0058】

信号発生部５３は、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、選択信号Ｓ１～Ｓ３の各々を「Ｌ」レベルに維持する。また、信号発生部５３は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、タイマー５２の出力信号φＴに基づいて動作し、選択信号Ｓ１～Ｓ３を所定時間ずつ順次「Ｈ」レベルにする。

【0059】

すなわち、信号発生部５３は、前回に「Ｈ」レベルにした選択信号（たとえばＳ２）を記憶している。信号発生部５３は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされたことに応じて、前回に「Ｈ」レベルにした選択信号（この場合はＳ２）の次の選択信号（この場合はＳ３）を「Ｈ」レベルに立ち上げる。

【0060】

所定時間が経過すると信号発生部５３は、前回に「Ｈ」レベルにした選択信号（この場合はＳ３）を「Ｌ」レベルに立ち下げるとともに、次の選択信号（この場合はＳ１）を「Ｈ」レベルに立ち上げる。さらに所定時間が経過すると信号発生部５３は、前回に「Ｈ」レベルにした選択信号（この場合はＳ１）を「Ｌ」レベルに立ち下げるとともに、次の選択信号（この場合はＳ２）を「Ｈ」レベルに立ち上げる。以下同様にして、信号発生部５３は、選択信号Ｓ１～Ｓ３を所定時間ずつ順次「Ｈ」レベルにする。

【0061】

図８は、パワーコンディショナ６Ａの構成を示すブロック図であって、図４と対比される図である。図８を参照して、パワーコンディショナ６Ａはパワーコンディショナ６の制御部４６を制御部４６Ａで置換したものである。図８では、３個のパワーコンディショナ６Ａのうちの選択信号Ｓ１を受けるパワーコンディショナ６Ａが示されている。

【0062】

停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）、および停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）において選択信号Ｓ１が「Ｌ」レベルであるときには、制御部４６Ａは、電圧検出器４１，４２の出力信号ＶＢｆ，ＶＤｆおよび電流検出器ＣＤ４の出力信号ＩＢｆによって示されるバッテリ電圧ＶＢ、給電線３の直流電圧ＶＤ、バッテリ電流ＩＢと、参照電圧ＶＢｒとに基づいて、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。

【0063】

このとき、制御部４６Ａは、電圧検出器４１の出力信号ＶＢｆおよび電流検出器ＣＤ４の出力信号ＩＢｆによって示されるバッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ電流ＩＢに基づいて、対応するバッテリ１３に供給している電力Ｐ１を求め、その値を示す信号Ｐ１ｆを出力する。

【0064】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）において選択信号Ｓ１が「Ｈ」レベルであるときには、制御部４６Ａは、電圧検出器４１，４２の出力信号ＶＢｆ，ＶＤｆおよび電流検出器ＣＤ４の出力信号ＩＢｆによって示されるバッテリ電圧ＶＢ、給電線３の直流電圧ＶＤ、バッテリ電流ＩＢと、参照電圧ＶＤｒとに基づいて、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。このとき、制御部４６Ａは、バッテリ１３に供給している電力Ｐ１が０であることを示す信号Ｐ１ｆ＝０を出力する。

【0065】

選択信号Ｓ２，Ｓ３を受けるパワーコンディショナ６Ａは、選択信号Ｓ１を受けるパワーコンディショナ６Ａと同様の構成であり、信号Ｐ１ｆの代わりに信号Ｐ２ｆ，Ｐ３ｆをそれぞれ出力する。

【0066】

再び図６を参照して、各パワーコンディショナ５Ａは、停電検出信号ＤＰと、対応する太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰと、対応する電流検出器ＣＤ２の出力信号ＩＰｆと、電流検出器ＣＤ３の出力信号ＩＬｆと、３個のパワーコンディショナ６Ａの出力信号Ｐ１ｆ～Ｐ３ｆとに基づいて、対応する太陽電池１２から給電線３に供給される直流電力を制御する。

【0067】

図９は、パワーコンディショナ５Ｂの構成を示すブロック図であって、図３と対比される図である。図９を参照して、パワーコンディショナ５Ｂは、パワーコンディショナ５に演算部５５を追加し、指令部３５を指令部３５Ａで置換したものである。

【0068】

演算部５５は、信号Ｐ１ｆ～Ｐ３ｆによって示される電力Ｐ１～Ｐ３を加算して、商用交流電源１１の停電時に、３台のバッテリ１３のうちの２台のバッテリ１３を充電するために必要な電力Ｐｂ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３を求め、その電力Ｐｂを示す信号Ｐｂｆを指令部３５Ａに出力する。

【0069】

指令部３５Ａは、演算部３３の出力信号ＰＬｆによって示される負荷電力ＰＬよりも所定電力Ｐａ（たとえば１ｋＷ）だけ小さく、かつ演算部５５の出力信号Ｐｂｆによって示される電力Ｐｂだけ大きな電力を太陽電池１２の数（この場合は３個）で除算して発電量指令値Ｐｃ＝（ＰＬ－Ｐａ＋Ｐｂ）／３を求め、その発電量指令値Ｐｃを示す信号Ｐｃｆを制御部３７に出力する。

【0070】

制御部３７は、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、太陽電池１２の最大電力追従制御を行なう。すなわち、制御部３７は、太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰ、直流出力電流ＩＰ、および直流出力電力Ｐｏに基づいて、太陽電池１２の直流出力電力Ｐｏが最大になるように（Ｐｏ＝Ｐｍａｘ）ＤＣ／ＤＣ変換器３６を制御する。

【0071】

また、制御部３７は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、発電量指令値Ｐｃと太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰ、直流出力電流ＩＰ、および直流出力電力Ｐｏとに基づいて、太陽電池１２の直流出力電力Ｐｏが発電量指令値Ｐｃまたは最大電力追従制御により求められた発電量Ｐｍａｘの小さい方になるようにＤＣ／ＤＣ変換器３６を制御する。

【0072】

次に、この直流給電装置の動作について説明する。商用交流電源１１の健全時には、制御回路４の停電検出器２４（図２）によって停電検出信号ＤＰが非活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。

【0073】

停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされると、制御部２５（図２）によってスイッチ１がオンされ、商用交流電源１１がスイッチ１を介してＡＣ／ＤＣ変換器２に接続される。制御部２５は、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるようにＡＣ／ＤＣ変換器２を制御する。

【0074】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされると、各パワーコンディショナ５Ｂの制御部３７（図３、図９）によって太陽電池１２の最大電力追従制御が実行され、太陽電池１２によって生成された直流電力がＤＣ／ＤＣ変換器３６（図３、図９）を介して給電線３に供給される。

【0075】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされると、給電線３の直流電力が各パワーコンディショナ６ＡのＤＣ／ＤＣ変換器４５（図４、図８）を介してバッテリ１３に供給され、各バッテリ１３が充電される。制御部４６Ａ（図８）は、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。

【0076】

３個の太陽電池１２の発電量が負荷電力ＰＬよりも小さい場合には、商用交流電源１１からＡＣ／ＤＣ変換器２を介して給電線３に電力が供給され、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒに維持される。逆に、３個の太陽電池１２の発電量が負荷電力ＰＬよりも大きい場合には、給電線３からＡＣ／ＤＣ変換器２を介して商用交流電源１１に電力が供給され、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒに維持される。直流負荷１４は、給電線３からの直流電力によって駆動される。

【0077】

商用交流電源１１の停電が発生すると、制御回路４の停電検出器２４（図２）によって停電検出信号ＤＰが活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされると、制御部２５によってスイッチ１がオフされ、商用交流電源１１とＡＣ／ＤＣ変換器２の間が遮断される。制御部２５（図２）は、ＡＣ／ＤＣ変換器２の運転を停止させる。これにより、給電線３からＡＣ／ＤＣ変換器２およびスイッチ１を介して商用交流電源１１に電力が流出することが防止される。

【0078】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされると、選択部５１（図７）によって、前回「Ｈ」レベルにされた選択信号（たとえばＳ３）の次の選択信号（この場合はＳ１）が「Ｈ」レベルにされる。「Ｈ」レベルにされた選択信号（この場合はＳ１）に対応するパワーコンディショナ６ＡのＤＣ／ＤＣ変換器４５（図４、図８）は、対応するバッテリ１３の直流電力を給電線３に供給する。そのパワーコンディショナ６Ａの制御部４６Ａ（図８）は、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。

【0079】

「Ｌ」レベルにされた選択信号（この場合はＳ２またはＳ３）に対応するパワーコンディショナ６ＡのＤＣ／ＤＣ変換器４５（図４、図８）は、給電線３の直流電力を対応するバッテリ１３に供給する。そのパワーコンディショナ６Ａの制御部４６Ａ（図８）は、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御するとともに、バッテリ１３に供給している電力Ｐ２（またはＰ３）を示す信号Ｐ２ｆ（またはＰ３ｆ）をパワーコンディショナ５Ａに出力する。

【0080】

各パワーコンディショナ５Ｂの演算部３３（図３、図９）によって負荷電力ＰＬ＝ＶＤ×ＩＬが求められるとともに、演算部５５（図９）によって２個のバッテリ１３を充電するために必要な電力Ｐｂが求められ、指令部３５Ａ（図９）によって発電量指令値Ｐｃ＝（ＰＬ－Ｐａ＋Ｐｂ）／３が生成される。

【0081】

制御部３７（図３、図９）は、太陽電池１２の発電量Ｐｏが発電量指令値Ｐｃまたは最大電力追従制御により求められた発電量Ｐｍａｘの小さい方になるようにＤＣ／ＤＣ変換器３６を制御する。このとき、３個の太陽電池１２の発電量（３×Ｐｏ）が負荷電力ＰＬと２個のバッテリ１３を充電するために必要な電力Ｐｂとの和（ＰＬ＋Ｐｂ）よりも小さくなるが、不足分は１個のバッテリ１３から補充される。

【0082】

すなわち、「Ｈ」レベルの選択信号（この場合はＳ１）に対応するバッテリ１３の直流電力がパワーコンディショナ６ＡのＤＣ／ＤＣ変換器４５（図４、図８）を介して給電線３に供給される。制御部４６Ａ（図８）は、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるようにＤＣ／ＤＣ変換器４５を制御する。

【0083】

停電発生から所定時間が経過すると、選択部５１（図７）によって、次の選択信号（この場合はＳ２）が「Ｈ」レベルに立ち上げられて同様の動作が行なわれる。さらに所定時間が経過すると、選択部５１（図７）によって、次の選択信号（この場合はＳ３）が「Ｈ」レベルに立ち上げられて同様の動作が行なわれる。したがって、商用交流電源１１の停電が発生した場合でも、３個のバッテリ１３に直流電力が残存している期間には直流負荷１４の運転を継続することができる。

【0084】

以上のように、この実施の形態３では、商用交流電源１１の停電時に、太陽電池１２によって生成される直流電力によって２台のバッテリ１３を充電するので、実施の形態１よりも太陽電池１２の使用効率を高めることができる。

【0085】

［実施の形態４］
図１０は、実施の形態４に従う直流給電装置の要部を示すブロック図であって、図７と対比される図である。図１０を参照して、この直流給電装置が実施の形態３の直流給電装置と異なる点は、選択部５１が選択部６０で置換されている点である。選択部６０は、比較器６１～６３および信号発生部６４を含む。

【0086】

比較器６１～６３は、それぞれ３個のパワーコンディショナ６Ａの電圧検出器４１（図８）に対応して設けられている。比較器６１～６３は、それぞれ３個の電圧検出器４１の出力信号ＶＢｆによって示されるバッテリ電圧ＶＢと下限電圧ＶＢＬとの高低を比較し、比較結果を示す信号φ６１～φ６３をそれぞれ出力する。ＶＢ＞ＶＢＬである場合は信号φ６１～φ６３は「Ｈ」レベルにされ、ＶＢ≦ＶＢＬである場合には信号φ６１～φ６３は「Ｌ」レベルにされる。

【0087】

信号発生部６４は、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、選択信号Ｓ１～Ｓ３の各々を「Ｌ」レベルに維持する。また、信号発生部６４は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、比較器６１～６３の出力信号φ６１～φ６３に基づいて、選択信号Ｓ１～Ｓ３を順次「Ｈ」レベルにする。

【0088】

すなわち、信号発生部６４は、前回に「Ｈ」レベルにした選択信号（たとえばＳ２）を記憶している。信号発生部６４は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされたことに応じて、前回に「Ｈ」レベルにした選択信号（この場合はＳ２）の次の選択信号（この場合はＳ３）を「Ｈ」レベルに立ち上げる。

【0089】

「Ｈ」レベルの選択信号（この場合はＳ３）に対応する比較器（この場合は６３）の出力信号φ６３が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられると信号発生部６４は、前回に「Ｈ」レベルにした選択信号（この場合はＳ３）を「Ｌ」レベルに立ち下げるとともに、次の選択信号（この場合はＳ１）を「Ｈ」レベルに立ち上げる。

【0090】

次に、「Ｈ」レベルの選択信号（この場合はＳ１）に対応する比較器（この場合は６１）の出力信号φ６１が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられると信号発生部６４は、前回に「Ｈ」レベルにした選択信号（この場合はＳ１）を「Ｌ」レベルに立ち下げるとともに、次の選択信号（この場合はＳ２）を「Ｈ」レベルに立ち上げる。以下同様にして、選択信号Ｓ１～Ｓ３は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）に１つずつ順次「Ｈ」レベルにされる。他の構成および動作は、実施の形態３と同じであるので、その説明は繰り返さない。

【0091】

以上のように、この実施の形態４では、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢが下限電圧ＶＢＬに到達すると、そのバッテリ１３の放電を停止して充電を開始するので、バッテリ１３の放電時間が所定時間に到達すると、そのバッテリ１３の放電を停止して充電を開始する実施の形態３と比べ、バッテリ１３の直流電力の使用効率を高めることができる。

【0092】

［実施の形態５］
図１１は、実施の形態５に従う直流給電装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図１１を参照して、この直流給電装置が実施の形態１の直流給電装置と異なる点は、ＤＣ／ＡＣ変換器７０、電流検出器ＣＤ５、および制御回路７１が追加されている点である。この直流給電装置は、交流負荷７２に交流電力を供給する無停電電源装置を構成する。

【0093】

ＤＣ／ＡＣ変換器７０の直流端子７０ａは給電線３に接続され、その交流端子７０ｂは交流負荷７２に接続される。ＤＣ／ＡＣ変換器７０は、制御回路７１によって制御され、給電線３の直流電圧ＶＤを商用周波数の交流電圧ＶＯに変換して交流負荷７２に供給する。交流負荷７２は、ＤＣ／ＡＣ変換器７０から供給される交流電力によって駆動される。

【0094】

電流検出器ＣＤ５は、ＤＣ／ＡＣ変換器７０の交流端子７０ｂと交流負荷７２との間に流れる交流電流ＩＯを検出し、その検出値を示す信号ＩＯｆを制御回路７１に出力する。制御回路７１は、商用交流電源１１の交流出力電圧ＶＡと、ＤＣ／ＡＣ変換器７０の交流出力電圧ＶＯと、電流検出器ＣＤ５の出力信号ＩＯｆとに基づいて、ＤＣ／ＡＣ変換器７０を制御する。

【0095】

図１２は、制御回路７１の構成を示すブロック図である。図１２において、制御回路７１は、電圧検出器７３，７４、参照電圧発生器７５、および制御部７６を含む。電圧検出器７３は、商用交流電源１１の交流電圧ＶＡの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＡｆを制御部７６に出力する。なお、電圧検出器７３を除去し、電圧検出器２１（図２）の出力信号ＶＡｆを制御部７６に供給しても構わない。

【0096】

電圧検出器７４は、ＤＣ／ＡＣ変換器７０の交流出力電圧ＶＯの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＯｆを制御部７６に出力する。参照電圧発生器７５は、商用周波数で正弦波状に変化する参照電圧ＶＯｒを制御部７６に出力する。

【0097】

制御部７６は、電圧検出器７３，７４の出力信号ＶＡｆ，ＶＯｆと、電流検出器ＣＤ５の出力信号ＩＯｆと、参照電圧ＶＯｒとに基づいて、ＤＣ／ＡＣ変換器７０の交流出力電圧ＶＯが参照電圧ＶＯｒになるようにＤＣ／ＡＣ変換器７０を制御する。

【0098】

次に、この無停電電源装置の動作について説明する。商用交流電源１１の健全時には、停電検出器２４（図２）によって停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされ、スイッチ１がオンされ、商用交流電源１１がスイッチ１を介してＡＣ／ＤＣ変換器２に接続される。ＡＣ／ＤＣ変換器２は、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるように、商用交流電源１１と給電線３との間で電力を授受する。

【0099】

太陽電池１２によって太陽光が直流電力に変換され、その直流電力がパワーコンディショナ５を介して給電線３に供給される。このときパワーコンディショナ５は、太陽電池１２の最大電力追従制御を行なう。

【0100】

また、給電線３の直流電力がパワーコンディショナ６を介してバッテリ１３に供給され、バッテリ１３が充電される。このときパワーコンディショナ６は、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるようにバッテリ１３を充電する。給電線３の直流電圧ＶＤは、ＤＣ／ＡＣ変換器７０によって商用周波数の交流電圧ＶＯに変換されて交流負荷７２に供給され、交流負荷７２が運転される。

【0101】

商用交流電源１１の停電が発生すると、停電検出器２４（図２）によって停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされ、スイッチ１がオフされ、ＡＣ／ＤＣ変換器２の運転が停止される。

【0102】

負荷電力ＰＬよりも所定電力Ｐａだけ小さな電力または最大電力追従制御による電力の小さい方が太陽電池１２からパワーコンディショナ５を介して給電線３に供給されるとともに、バッテリ１３の直流電力がパワーコンディショナ６を介して給電線３に供給される。このとき、パワーコンディショナ６は、給電線３の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤｒになるようにバッテリ１３の出力電力を制御する。

【0103】

給電線３の直流電圧ＶＤは、ＤＣ／ＡＣ変換器７０によって商用周波数の交流電圧ＶＯに変換されて交流負荷７２に供給され、交流負荷７２が運転される。したがって、商用交流電源１１の停電が発生した場合でも、バッテリ１３に直流電力が残っている期間は交流負荷７２の運転を継続することができる。

【0104】

この実施の形態５でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。

【0105】

［実施の形態６］
図１３は、実施の形態６に従う交流給電装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図１３を参照して、この交流給電装置が実施の形態１の直流給電装置と異なる点は、スイッチ１、電流検出器ＣＤ１、ＡＣ／ＤＣ変換器２、および制御回路４が高速スイッチ８０および制御回路８１で置換され、パワーコンディショナ５，６がそれぞれパワーコンディショナ５Ｃ，６Ｂで置換されている点である。

【0106】

この交流給電装置は、商用交流電源１１、太陽電池１２、およびバッテリ１３から電力を受けて交流負荷７２に交流電力を供給する。交流給電装置、太陽電池１２、およびバッテリ１３は、給電システムの一実施例を構成する。

【0107】

高速スイッチ８０の一方端子は、商用交流電源１１から供給される交流電圧ＶＡを受け、その他方端子は給電線３を介して交流負荷７２に接続される。高速スイッチ８０のオンおよびオフは、制御回路８１によって制御される。高速スイッチ８０は、応答速度が速い半導体スイッチである。商用交流電源１１の健全時には、高速スイッチ８０はオンされる。商用交流電源１１の停電時には、高速スイッチ８０はオフされる。

【0108】

制御回路８１は、商用交流電源１１から供給される交流電圧ＶＡに基づいて、高速スイッチ８０を制御するとともに、停電検出信号ＤＰを生成してパワーコンディショナ５Ｃ，６Ｂに出力する。

【0109】

図１４は、制御回路８１の構成を示すブロック図であって、図２と対比される図である。図１４を参照して、制御回路８１が制御回路４と異なる点は、電圧検出器２２および参照電圧発生器２３が除去され、制御部２５が制御部８２で置換されている点である。

【0110】

停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、制御部８２は、高速スイッチ８０をオンさせる。停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、制御部８２は、高速スイッチ８０をオフさせる。

【0111】

再び図１３を参照して、パワーコンディショナ５Ｃは、停電検出信号ＤＰと、太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰと、電流検出器ＣＤ２，ＣＤ３の出力信号ＩＰｆ，ＩＬｆとに基づいて、太陽電池１２から給電線３に供給される電力を制御する。

【0112】

図１５は、パワーコンディショナ５Ｃの構成を示すブロック図であって、図３と対比される図である。図１５を参照して、パワーコンディショナ５Ｃがパワーコンディショナ５と異なる点は、電圧検出器３１、制御部３７、およびＤＣ／ＤＣ変換器３６がそれぞれ電圧検出器８５、制御部８６、およびＤＣ／ＡＣ変換器８７で置換されている点である。

【0113】

電圧検出器３１は、給電線３の交流電圧ＶＯの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＯｆを演算部３３に出力する。演算部３３は、電圧検出器８５の出力信号ＶＯｆによって示される給電線３の交流電圧ＶＯと、電流検出器ＣＤ３の出力信号ＩＬｆによって示される負荷電流ＩＬとに基づいて、交流負荷７２の消費電力ＰＬ＝ＶＯ×ＩＬを求め、求めた負荷電力ＰＬを示す信号ＰＬｆを指令部３５に出力する。

【0114】

指令部３５は、演算部３３の出力信号ＰＬｆによって示される負荷電力ＰＬよりも所定電力Ｐａ（たとえば１ｋＷ）だけ小さな発電量指令値Ｐｃ＝ＰＬ－Ｐａを求め、その発電量指令値Ｐｃを示す信号を制御部８６に出力する。

【0115】

ＤＣ／ＡＣ変換器８７は、入力端子５ａと出力端子５ｂ（図１、図１３）との間に接続され、制御部８６によって制御され、太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰを交流電圧ＶＯに変換して給電線３に出力する。

【0116】

制御部８６は、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、太陽電池１２の最大電力追従制御を行なう。すなわち、制御部８６は、太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰ、直流出力電流ＩＰ、および直流出力電力Ｐｏに基づいて、太陽電池１２の直流出力電力Ｐｏが最大になるようにＤＣ／ＡＣ変換器８７を制御する。

【0117】

また、制御部８６は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、発電量指令値Ｐｃと太陽電池１２の直流出力電圧ＶＰ、直流出力電流ＩＰ、および直流出力電力Ｐｏとに基づいて、太陽電池１２の直流出力電力Ｐｏが発電量指令値Ｐｃまたは最大電力追従制御により求められた発電量Ｐｍａｘの小さい方になるようにＤＣ／ＡＣ変換器８７を制御する。

【0118】

再び図１３を参照して、パワーコンディショナ６Ｂは、停電検出信号ＤＰと、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢと、電流検出器ＣＤ４の出力信号ＩＢｆと、給電線３の交流電圧ＶＯとに基づいて、給電線３とバッテリ１３との間で電力を授受する。

【0119】

図１６は、パワーコンディショナ６Ｂの構成を示すブロック図であって、図４と対比される図である。図１６を参照して、パワーコンディショナ６Ｂがパワーコンディショナ６と異なる点は、電圧検出器４２、参照電圧発生器４４、制御部４０、およびＤＣ／ＤＣ変換器４５がそれぞれ電圧検出器９１、参照電圧発生器９２、制御部９３、およびＤＣ／ＡＣ変換器９４で置換されている点である。

【0120】

電圧検出器９１は、給電線３の交流電圧ＶＯを検出し、その検出値を示す信号ＶＯｆを制御部９３に出力する。なお、電圧検出器９１を除去し、電圧検出器８５（図１５）の出力信号ＶＯｆを制御部９３に供給しても構わない。

【0121】

参照電圧発生器９２は、商用周波数で正弦波状に変化する参照電圧ＶＯｒを制御部９３に出力する。ＤＣ／ＡＣ変換器９４は、入力端子６ａと出力端子６ｂ（図１）との間に接続され、制御部９３によって制御され、給電線３とバッテリ１３との間で電力を授受する。

【0122】

制御部９３は、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）には、電圧検出器４１，９１の出力信号ＶＢｆ，ＶＯｆおよび電流検出器ＣＤ４の出力信号ＩＢｆによって示されるバッテリ電圧ＶＢ、給電線３の交流電圧ＶＯ、バッテリ電流ＩＢと、参照電圧ＶＢｒとに基づいて、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるようにＤＣ／ＡＣ変換器９４を制御する。

【0123】

なお、ＤＣ／ＡＣ変換器９４を制御することによってバッテリ１３と商用交流電源１１（電力系統）の間で電力を授受し、電力系統における消費電力のピークカット、ピークシフトを行なうことも可能である。

【0124】

また、制御部９３は、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には、電圧検出器４１，９１の出力信号ＶＢｆ，ＶＯｆおよび電流検出器ＣＤ４の出力信号ＩＢｆによって示されるバッテリ電圧ＶＢ、給電線３の交流電圧ＶＯ、バッテリ電流ＩＢと、参照電圧ＶＯｒとに基づいて、給電線３の交流電圧ＶＯが参照電圧ＶＯｒになるようにＤＣ／ＡＣ変換器９４を制御する。

【0125】

次に、この直流給電装置の動作について説明する。商用交流電源１１の健全時には、制御回路８１の停電検出器２４（図２、図１４）によって停電検出信号ＤＰが非活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。

【0126】

停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされると、制御部８２によって高速スイッチ８０がオンされ、商用交流電源１１の交流電圧ＶＡが高速スイッチ８０を介して給電線３に供給される。

【0127】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされると、パワーコンディショナ５の制御部８６（図１５）によって太陽電池１２の最大電力追従制御が実行され、太陽電池１２によって生成される直流電力がＤＣ／ＡＣ変換器８７（図１５）を介して給電線３に供給される。また、演算部３３（図３、図１５）によって負荷電力ＰＬ＝ＶＯ×ＩＬが求められ、指令部３５（図３、図１５）によって負荷電力ＰＬよりも所定電力Ｐａだけ小さな発電量指令値Ｐｃ＝ＰＬ－Ｐａが生成される。

【0128】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｈ」レベルにされると、給電線３の電力がパワーコンディショナ６ＢのＤＣ／ＡＣ変換器９４（図１６）を介してバッテリ１３に供給され、バッテリ１３が充電される。制御部９３（図１６）は、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるようにＤＣ／ＡＣ変換器９４を制御する。

【0129】

太陽電池１２の発電量が負荷電力ＰＬよりも小さい場合には、不足分の交流電力が商用交流電源１１から高速スイッチ８０を介して給電線３に供給される。逆に、太陽電池１２の発電量が負荷電力ＰＬよりも大きい場合には、余剰分の交流電力が給電線３から高速スイッチ８０を介して商用交流電源１１に供給される。交流負荷７２は、給電線３からの交流電力によって駆動される。

【0130】

商用交流電源１１の停電が発生すると、制御回路８１の停電検出器２４（図２、図１４）によって停電検出信号ＤＰが活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされると、制御部８２によって高速スイッチ８０が瞬時にオフされ、商用交流電源１１と給電線３の間が遮断される。これにより、給電線３から高速スイッチ８０を介して商用交流電源１１に電力が流出することが防止される。

【0131】

また、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされると、パワーコンディショナ５Ｃの制御部８６（図１５）は、太陽電池１２の発電量Ｐｏが発電量指令値Ｐｃ＝ＰＬ－Ｐａまたは最大電力追従制御により求められた発電量Ｐｍａｘの小さい方になるようにＤＣ／ＡＣ変換器８７を制御する。このとき、太陽電池１２の発電量Ｐｏが負荷電力ＰＬよりも小さくなるが、不足分はバッテリ１３から補充される。

【0132】

すなわち、停電検出信号ＤＰが「Ｌ」レベルにされると、バッテリ１３の直流電力がパワーコンディショナ６ＢのＤＣ／ＡＣ変換器９４（図１６）を介して給電線３に供給される。制御部９３（図１６）は、給電線３の交流電圧ＶＯが参照電圧ＶＯｒになるようにＤＣ／ＡＣ変換器９４を制御する。したがって、商用交流電源１１の停電が発生した場合でも、バッテリ１３に直流電力が残存している期間には交流負荷７２の運転を継続することができる。

【0133】

以上のように、この実施の形態６では、商用交流電源１１の停電時には、太陽電池１２が負荷電力ＰＬよりも小さな直流電力Ｐｃを出力するようにＤＣ／ＡＣ変換器８７を制御するとともに、給電線３の交流電圧ＶＯが参照電圧ＶＯｒになるようにＤＣ／ＡＣ変換器９４を制御する。したがって、太陽光が弱いために太陽電池１２の発電量が負荷電力ＰＬよりも小さい場合でも、太陽電池１２で生成される直流電力を使用することができ、停電時における太陽電池１２の使用効率を高めることができる。

【0134】

なお、上記実施の形態１～６を適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。たとえば、実施の形態６と実施の形態３を組み合わせ、Ｎ個のバッテリ１３に対応するＮ組のパワーコンディショナおよび電流検出器ＣＤ４と、Ｍ個の太陽電池１２に対応するＭ組のパワーコンディショナおよび電流検出器ＣＤ２とを設けても構わない。

【0135】

この場合は、商用交流電源１１の停電時には、Ｎ個のパワーコンディショナが１個ずつ順次選択され、選択されたパワーコンディショナは対応するバッテリ１３の直流電力を交流電力に変換して給電線３に供給するとともに、選択されない各パワーコンディショナは給電線３からの交流電力を直流電力に変換して対応するバッテリ１３に蓄える。

【0136】

Ｍ個のパワーコンディショナは、負荷電力ＰＬよりも所定電力Ｐａだけ小さく、（Ｎ－１）個のバッテリ１３を充電するために必要な電力Ｐｂだけ大きな電力をＭ個の太陽電池１２から給電線３に供給させる。

【0137】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0138】

１ スイッチ、ＣＤ１～ＣＤ５ 電流検出器、２ ＡＣ／ＤＣ変換器、３ 給電線、４，７１，８１ 制御回路、５，５Ａ～５Ｃ，６，６Ａ，６Ｂ パワーコンディショナ、１１ 商用交流電源、１２ 太陽電池、１３ バッテリ、１４ 直流負荷、２１，２２，３１，３２，４１，４２，７３，７４，８５，９１ 電圧検出器、２３，４３，４４，７５，９２ 参照電圧発生器、２４ 停電検出器、２５，３７，３７Ａ，４６，４６Ａ，７６，８２，８６，９３ 制御部、３３，３４，５５ 演算部、３５，３５Ａ 指令部、３６，４５ ＤＣ／ＤＣ変換器、５１，６０ 選択部、５２ タイマー、５３，６４ 信号発生部、６１～６３ 比較器、７０，８７，９４ ＤＣ／ＡＣ変換器、７２ 交流負荷、８０ 高速スイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】