WO2017073076A1 - 電力制御システム及び電力制御システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

本開示に係る電力制御システムは、自立運転時に電流センサに対して順潮流に相当する疑似電流を供給し、連系運転時には供給しない疑似出力部と、疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定して、疑似出力部の動作を継続するか否かを制御する制御部と、を備える。

Description

電力制御システム及び電力制御システムの制御方法 関連出願の相互参照

　本出願は、日本国特許出願２０１５－２１２４１０号（２０１５年１０月２８日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

　本開示は、電力制御システム及び電力制御システムの制御方法に関する。

　太陽光パネル等の発電設備を備える発電システムの発電パワーコンディショナとして、系統連系運転と自立運転とを可能にしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。系統連系運転では、商用電源系統（以下、適宜、系統と略記する）に連系して交流電力が出力される。また、自立運転では、系統から解列して交流電力が出力される。

　また、系統電力によって充電される蓄電池等の蓄電設備を備える蓄電システムの蓄電パワーコンディショナとして、上記の発電パワーコンディショナと同様に、系統連系運転と、自立運転とを可能としたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７－０４９７７０号公報 特開２００８－２５３０３３号公報

　本開示に係る電力制御システムは、疑似出力部と、制御部とを備える。前記疑似出力部は、自立運転時に電流センサに対して順潮流に相当する疑似電流を供給し、連系運転時には供給しない。前記制御部は、前記疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定して、前記疑似出力部の動作を継続するか否かを制御する。

　本開示に係る電力制御システムの制御方法は、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップとを含む。前記第１ステップは、自立運転時に電流センサに対して順潮流に相当する疑似電流を供給し、連系運転時には供給しないステップである。前記第２ステップは、前記疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定するステップである。前記第３ステップは、供給状態を継続するか否かを制御する制御ステップである。

　本開示に係る電力制御システム、電力制御システムの制御方法によれば、系統連系運転中に所定の分散電源からの発電電力が系統に逆潮流することを低減できる。

本開示の第１の実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。 本開示の第１の実施形態に係る電力制御システムの疑似出力部及びリレー部に関する配線を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る電力制御システムの制御部の動作を表にまとめた図である。 本開示の第１の実施形態に係る電力制御システムの制御部の自立運転時の動作を示すフローチャートである。 本開示の第１の実施形態に係る電力制御システムの制御部の連系運転時の動作を示すフローチャートである。 本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。 本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムの電圧センサを備える疑似出力部及びリレーに関する配線を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムの電流センサを備える疑似出力部及びリレーに関する配線を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムの制御部の動作を表にまとめた図である。 本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムの制御部の自立運転時の動作を示すフローチャートである。 本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムの制御部の連系運転時の動作を示すフローチャートである。

　電力制御システムの分散電源によっては、発電した電力が系統に逆潮流しないよう、電力の逆潮流を検出した場合、発電を停止するものもある。この場合、例えば系統連系運転中に発電電力が系統に逆潮流しないように、誤動作を低減する仕組みが必要となる。本開示の電力制御システム及び電力制御システムの制御方法によれば、系統連系運転中に所定の分散電源からの発電電力が系統に逆潮流することを低減できる。

　図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
　まず、本開示の第１の実施形態に係る電力制御システムについて説明する。本実施形態に係る電力制御システムは、系統から供給される電力の他に、売電可能な電力を供給する分散電源及び／又は売電が契約上できない電力を供給する分散電源を備える。売電可能な電力を供給する分散電源は、例えば太陽光発電などによって電力を供給するシステムである。ここで系統とは、電力系統であり、電力を需要家施設が受電するのに必要な発電・変電・送電・配電を統合したシステムである。より具体的には、系統は、需要家施設が電力供給を受ける配電設備を含む。上記契約は、電力を供給する事業者と、電力の供給を受ける需要家との間で結ばれるものである。

　一方、売電が契約上できない電力を供給する分散電源は、例えば電力を充放電することができる蓄電池システム、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）などの燃料電池を含む燃料電池システム、及びガス燃料により発電するガス発電機システムなどである。本実施形態においては、売電可能な電力を供給する分散電源として太陽電池を備える例を示す。また本実施形態においては、売電が契約上できない電力を供給する分散電源として、蓄電池と、燃料電池又はガス発電機である発電装置とを備える例を示す。ただし、事業者及び需要家間の契約、又は国家の制度等によっては、売電可能な電力を供給する分散電源が、蓄電設備及び／又は燃料電池を備えていてもよい。

　図１は、本開示の第１の実施形態に係る電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電力制御システムは、太陽電池１１と、蓄電池１２と、パワーコンディショナ２０と、分電盤３１と、負荷３２と、発電装置３３と、電流センサ４０と、疑似出力部５０と、リレー部６０とを備える。ここで、発電装置３３は、燃料電池又はガス発電機により構成される。電力制御システムは、通常は系統との連系運転を行い、系統から供給される電力と、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）からの電力とを負荷３２に供給する。

　電力制御システムは、停電時など系統からの電力供給がない場合は自立運転を行い、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）からの電力を負荷３２に供給する。電力制御システムが自立運転を行う場合には、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）は系統から解列した状態である。電力制御システムが連系運転を行う場合には、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）は系統と並列した状態である。ここで系統から解列した状態とは系統と電気的に切断された状態であり、系統と並列した状態とは系統と電気的に接続した状態である。

　図１において、各機能ブロックを結ぶ実線は電力の流れる配線を表す。図１において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号又は通信される情報の流れを表す。当該破線が示す通信は有線通信としてもよいし、無線通信としてもよい。制御信号及び情報の通信には、各階層含め、様々な方式を採用可能である。例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの近距離通信方式による通信を採用することができる。また、制御信号及び情報の通信には、赤外線通信、電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）など、様々な伝送メディアを使用することができる。またそれぞれの通信に適した物理層を含む下位の層の上で、各種プロトコル、例えばＺｉｇＢｅｅ、ＳＥＰ２．０（Smart Energy Profile2.0）、ＥＣＨＯＮＥＴ　Ｌｉｔｅ（登録商標）、ＫＮＸなどのような論理層だけ規定される通信プロトコルを動作させてもよい。

　太陽電池１１は、太陽光のエネルギーを直流の電力に変換する。太陽電池１１は、例えば光電変換セルを有する発電部がマトリクス状に接続され、所定の短絡電流（たとえば１０Ａ）を出力するように構成される。太陽電池１１は、シリコン系多結晶太陽電池、シリコン系単結晶太陽電池、又はＣＩＧＳ等薄膜系太陽電池等、光電変換可能なものであればその種類は制限されない。

　蓄電池１２は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ＮＡＳ電池、又はレドックスフロー電池等の蓄電池から構成される。蓄電池１２は、充電された電力を放電することにより、電力を供給可能である。また、蓄電池１２は、系統、太陽電池１１から供給される電力に加え、発電装置３３から供給される電力を充電可能である。

　パワーコンディショナ２０は、太陽電池１１及び蓄電池１２から供給される直流の電力と、系統及び発電装置３３から供給される交流の電力との変換を行うとともに、連系運転及び自立運転の切り替え制御を行う。パワーコンディショナ２０は、インバータ２１と、連系運転スイッチ２２及び２３と、自立運転スイッチ２４と、パワーコンディショナ２０全体を制御する制御部２５とを備える。連系運転スイッチ２３は、パワーコンディショナ２０外に出すよう構成してもよい。

　インバータ２１は、双方向インバータである。インバータ２１は、太陽電池１１及び蓄電池１２から供給される直流の電力を交流の電力に変換する。また、インバータ２１は、系統及び発電装置３３から供給される交流の電力を直流の電力に変換する。インバータ２１の前段に、太陽電池１１及び蓄電池１２からの直流電力を一定の電圧まで昇圧するコンバータを設けてもよい。

　連系運転スイッチ２２及び２３並びに自立運転スイッチ２４は、それぞれリレー、トランジスタなどにより構成され、オンまたはオフ制御される。図示の通り、自立運転スイッチ２４は、発電装置３３と蓄電池１２との間に配される。連系運転スイッチ２２及び２３と自立運転スイッチ２４とは、双方が同時にオン（又はオフ）とならないように、同期して切り替えられる。より詳しくは、連系運転スイッチ２２、２３がオンとなるとき、自立運転スイッチ２４は同期してオフとなり、パワーコンディショナ２０は連系運転を行う。連系運転スイッチ２２及び２３がオフとなるとき、自立運転スイッチ２４は同期してオンとなり、パワーコンディショナ２０は自立運転を行う。連系運転スイッチ２２及び２３並びに自立運転スイッチ２４の同期制御は、連系運転スイッチ２２及び２３への制御信号の配線を自立運転スイッチ２４に分岐させることによりハードウェア的に実現される。なお、スイッチ毎に同一の制御信号に対するオンとオフの状態を区別して設定可能なことはいうまでもない。連系運転スイッチ２２及び２３並びに自立運転スイッチ２４の同期制御は、制御部２５によりソフトウェア的に実現することも可能である。

　制御部２５は、例えばマイクロコンピュータで構成される。制御部２５は、系統電圧の上昇や停電等の状態等に基づいて、インバータ２１、連系運転スイッチ２２及び２３、自立運転スイッチ２４等の各部の動作を制御する。制御部２５は、連系運転時には、連系運転スイッチ２２、２３をオン、自立運転スイッチ２４をオフに切り替える。制御部２５は、自立運転時には、連系運転スイッチ２２、２３をオフ、自立運転スイッチ２４をオンに切り替える。

　分電盤３１は、連系運転時に系統より供給される電力を複数の支幹に分岐させて負荷３２に分配する。分電盤３１は、複数の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）から供給される電力を、複数の支幹に分岐させて負荷３２に分配する。ここで、負荷３２とは、電力を消費する電力負荷である。負荷３２は、たとえば家庭内で使用されるエアコン、電子レンジ、テレビ等の各種電器製品や、商工業施設で使用される空調機や照明器具などの機械、照明設備等である。

　発電装置３３は、燃料電池又はガス発電機により構成される。燃料電池は、水素を用いて空気中の酸素との化学反応により直流の電力を発電するセルと、発電された直流電力を１００Ｖあるいは２００Ｖの交流電力に変換するインバータと、その他補機類とを備える。発電装置３３としての燃料電池は、パワーコンディショナ２０を介さずとも負荷３２に対する交流電力の供給を可能とするシステムであり、必ずしもパワーコンディショナ２０との接続を想定して設計されたものではなく、汎用性を有するシステムであってよい。また、ガス発電機は、所定のガスなどを燃料とするガスエンジンで発電するものである。

　発電装置３３は、対応する電流センサ４０が第１方向に流れる電流を検出する間に発電を行う。発電装置３３は、発電時には負荷３２の消費電力に追従する負荷追従運転又は所定の定格電力値による定格運転を行う。第１方向に流れる電流は、特に限定されるものではないが、例えば、需要家施設が買電する方向に流れる電流であり、所謂、順潮流に当たるものである。負荷追従運転時の追従範囲は、例えば２００～７００Ｗであり、定格運転時の定格電力値は、例えば７００Ｗである。なお、発電装置３３は、連系運転時に負荷３２の消費電力に追従する負荷追従運転を行い、自立運転時に負荷追従運転又は定格電力値による定格運転を行ってもよい。

　電流センサ４０は、系統及び発電装置３３の間を流れる電流を検出する。例えば、発電装置３３が発電する電力は売電が契約上できないと規定されている場合には、電流センサ４０が系統側への第２方向に流れる電流を検出したときに、発電装置３３は発電を停止する。第２方向に流れる電流は、特に限定されるものではないが、例えば、需要家施設から系統へ売電する方向に流れる電流であり、所謂、逆潮流に当たるものである。電流センサ４０が順潮流を検出する間、発電装置３３は負荷３２に自身から電力を供給できるものとして負荷追従運転又は定格運転での発電を実行する。

　ここで、本実施形態における電力制御システムは、発電装置３３と蓄電池１２とが系統から解列した状態で、電流センサ４０に対し、順潮流に相当する同方向の疑似的な電流（疑似電流）を、疑似出力部５０を通じて流す。これにより、発電装置３３を定格運転させ、発電装置３３が発電する電力を蓄電池１２に蓄電することが可能となる。逆に、上記のような状態で、例えば発電装置３３が発電を開始しようとした場合に、発電装置３３は、系統から電力を得る代わりに蓄電池１２から電力を得て発電を開始することも可能である。発電装置３３は、一度発電が安定すれば、自身が発電する電力の一部を用いて発電を継続することが可能である。以下、自立運転時及び連系運転時の疑似出力部５０の動作について詳述する。

　疑似出力部５０は、自立運転時に、電流センサ４０に対して順潮流と同方向の電流である疑似電流を供給可能である。疑似出力部５０は、正常に動作している場合、連系運転時には疑似電流を供給しない。図２は、第１の実施形態に係る電力制御システムの疑似出力部５０及びリレー部６０に関する配線を示す図である。疑似出力部５０は、トランス５１と、疑似電流負荷５２とを備える。図２では一例として、系統が２００Ｖの単相３線の場合について示している。この場合、疑似出力部５０は、リレー部６０を介して、インバータ２１と自立運転スイッチ２４との間に配線され、パワーコンディショナ２０から電力供給を受ける。疑似出力部５０に対して、電圧線の一方と中性線とが接続される。リレー部６０は、中性線との接続点と疑似出力部５０との間に設置される。疑似出力部５０は、その出力が２本の電圧線それぞれに設置した電流センサ４０を通るように配線される。なお、疑似出力部５０は、パワーコンディショナ２０とは独立した構成としてもよいし、パワーコンディショナ２０と一体的に構成してもよい。図２では、疑似出力部５０は、パワーコンディショナ２０とは独立して構成されている。

　トランス５１は、パワーコンディショナ２０からの電圧を最適な値に降下させる。図２では、トランス５１は、パワーコンディショナ２０から供給されたＡＣ１００Ｖの電圧を例えばＡＣ５Ｖの電圧に降下させている。疑似電流の電圧は、適宜設定すればよく、例えば、０Ｖより大きく、且つ１０Ｖ以下となるように設定することができる。疑似電流負荷５２は、疑似出力部５０内の電流調整のため適宜設けられる負荷である。疑似電流負荷５２として、疑似出力部５０の外部の負荷を用いてもよい。

　リレー部６０は、リレー６１と、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor（ＦＥＴ））６２とを備える。リレー６１は、正常に動作している場合、自立運転時にオンになり、パワーコンディショナ２０から供給される電流を疑似出力部５０に流す。この場合、疑似出力部５０は、トランス５１及び疑似電流負荷５２を介して、電流センサ４０に疑似電流を供給する。電流センサ４０は疑似電流を検出するので、発電装置３３は発電を行うことが可能である。従って、自立運転時であっても、発電装置３３が発電した電力を蓄電池１２へ充電することが可能である。

　リレー６１は、正常に動作している場合、連系運転時にオフになり、パワーコンディショナ２０から疑似出力部５０へ電流を供給しない。この場合、疑似出力部５０は、電流センサ４０に疑似電流を供給せず、電流センサ４０は疑似電流を検出しない。

　ＦＥＴ６２のゲート端子は、制御部２５のＯＵＴ１と接続される。他の２つの端子（ソース端子、ドレイン端子）の一方は接地され、他方はリレー６１と制御部２５のＩＮ１との間に接続される。ＦＥＴ６２は、ゲート端子に対して制御部２５のＯＵＴ１からハイ（Ｈ）の出力信号を受けると、オンになる。この時、制御部２５は、ＩＮ１においてロー（Ｌ）の入力信号を検出し、リレー６１はオンになる。すなわち、制御部２５は、ハイの信号をＯＵＴ１から出力して、自立運転時にリレー６１がオンになるように制御する。一方、ＦＥＴ６２は、ゲート端子に対して制御部２５のＯＵＴ１からローの出力信号を受けると、オフになる。このとき、制御部２５は、ＩＮ１においてハイの入力信号を検出し、リレー６１はオフになる。すなわち、制御部２５は、ローの信号をＯＵＴ１から出力して、連系運転時にリレー６１がオフになるように制御する。以下、制御部２５のＯＵＴ１の出力状態（設定出力値）とＩＮ１の検出状態（検出値）とに基づいた制御部２５の制御について詳述する。

　図３は、第１の実施形態において、制御部２５のＯＵＴ１の出力状態とＩＮ１の検出状態とに基づいて、疑似電流の供給状態と各状態における制御部２５の動作とを表にまとめた図である。Ｎｏ．１及びＮｏ．２は、制御部２５のＯＵＴ１からハイの信号が出力されている状態、すなわち、自立運転時の状態である。Ｎｏ．３及びＮｏ．４は、制御部２５のＯＵＴ１からローの信号が出力されている状態、すなわち、連系運転時の状態である。制御部２５は、ＯＵＴ１の出力状態とリレー部６０からの検出状態とに基づき、疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定する。

　Ｎｏ．１は、制御部２５のＯＵＴ１からハイの信号が出力され、ＩＮ１においてローの信号が検出されている状態である。この場合、ＦＥＴ６２は正常にオンになっており、リレー６１がオンになる。従って、自立運転時に、疑似出力部５０は正常に疑似電流を電流センサ４０に供給可能である。すなわち、制御部２５は、上記のような状態で、自立運転時に、疑似出力部５０が疑似電流を供給する供給状態が正常であると判定する。この場合、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続するように制御する。

　Ｎｏ．２は、制御部２５のＯＵＴ１からハイの信号が出力され、ＩＮ１においてハイの信号が検出されている状態である。この場合、ＦＥＴ６２は何らかの原因により正常にオンになっておらず、リレー６１もオフになる。従って、自立運転時であるにもかかわらず、疑似出力部５０は疑似電流を電流センサ４０に供給することができない。すなわち、制御部２５は、上記のような状態で、自立運転時に、疑似出力部５０が疑似電流を供給しない供給状態が異常であると判定する。この場合、制御部２５は、エラー報知を行う。制御部２５がエラー報知を行う理由は、一点目に、当該エラー状態では単に疑似出力部５０から疑似電流が供給されないだけであり、自立運転時でもあるので、発電装置３３からの発電電力が系統に逆潮流することもないからである。従って、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続するように制御しても問題はない。二点目に、自立運転時でもあり系統に代わる電力供給源が必要となるので、制御部２５は、太陽電池１１、蓄電池１２、及びインバータ２１を含む自立運転システムの動作についても継続するように制御する必要があるからである。これにより、パワーコンディショナ２０は、自立運転時であっても負荷３２に安定して電力を供給できる。

　Ｎｏ．３は、制御部２５のＯＵＴ１からローの信号が出力され、ＩＮ１においてハイの信号が検出されている状態である。この場合、ＦＥＴ６２は正常にオフになっており、リレー６１がオフになる。従って、連系運転時に、疑似出力部５０は疑似電流を電流センサ４０に供給しない。すなわち、制御部２５は、上記のような状態で、連系運転時に疑似出力部５０が疑似電流を供給しない供給状態が正常であると判定する。この場合、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続するように制御する。

　Ｎｏ．４は、制御部２５のＯＵＴ１からローの信号が出力され、ＩＮ１においてローの信号が検出されている状態である。この場合、ＦＥＴ６２は、何らかの原因、例えばショート破損により正常にオフになっておらず、リレー６１もオンとなる。従って、連系運転時であるにもかかわらず、疑似出力部５０は疑似電流を電流センサ４０に供給することになる。すなわち、制御部２５は、上記のような状態で、連系運転時に、疑似出力部５０が疑似電流を供給する供給状態が異常であると判定する。この場合、制御部２５は、エラー報知、連系運転停止、自立運転スイッチ２４オフ、及びインバータ２１停止を行う。すなわち、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続しないように制御する。このような動作を行う理由は、系統と連系している場合に上記のような状態になると、発電装置３３の発電電力が系統に逆潮流する可能性があるからである。言い換えると、上記の動作により、疑似出力部５０は疑似電流を供給することもなく、発電装置３３の発電電力が系統に逆潮流することを防ぐことが可能となる。

　次に、本開示の第１の実施形態に係る電力制御システムについて、図４及び図５に示すフローチャートによりその動作を説明する。電力制御システムの動作は、自立運転時と連系運転時とにおいて異なる。まず、自立運転時の動作について図４を用いて説明する。

　はじめに、制御部２５は、ＯＵＴ１からハイの信号を出力する（ステップＳ１００）。

　次に、制御部２５は、ＩＮ１においてリレー部６０からローの信号を検出しているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ローの信号を検出している場合には、ステップＳ１０２に進む。ローの信号を検出しない、すなわち、ＩＮ１においてリレー部６０からハイの信号を検出している場合には、ステップＳ１０３に進む。

　続いて、制御部２５は、ＩＮ１において検出したリレー部６０からのローの信号に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給する供給状態が正常であると判定する（ステップＳ１０２）。

　続いて、制御部２５は、正常であるとの判定に基づいて、疑似出力部５０の動作を継続するように制御する（ステップＳ１０４）。その後、制御部２５は、制御を終了する。

　一方、制御部２５は、ＩＮ１において検出したリレー部６０からのハイの信号に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給しない供給状態が異常であると判定する（ステップＳ１０３）。

　続いて、制御部２５は、異常であるとの判定に基づいて、エラー報知を行う（ステップＳ１０５）。制御部２５は、この場合、エラー報知を行い、上述の通り、疑似出力部５０の動作と太陽電池１１、蓄電池１２、及びインバータ２１を含む自立運転システムの動作とを継続するように制御する。その後、制御部２５は、制御を終了する。

　続いて、連系運転時の動作について図５を用いて説明する。連系運転時、制御部２５は、ＯＵＴ１からローの信号を出力する（ステップＳ２００）。

　次に、制御部２５は、ＩＮ１においてリレー部６０からハイの信号を検出しているか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ハイの信号を検出している場合には、ステップＳ２０２に進む。ハイの信号を検出しない場合、すなわち、ＩＮ１においてリレー部６０からローの信号を検出している場合には、ステップＳ２０３に進む。

　続いて、制御部２５は、ＩＮ１において検出したリレー部６０からのハイの信号に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給しない供給状態が正常であると判定する（ステップＳ２０２）。

　続いて、制御部２５は、正常であるとの判定に基づいて、疑似出力部５０の動作を継続するように制御する（ステップＳ２０４）。その後、制御部２５は、制御を終了する。

　一方、制御部２５は、ＩＮ１において検出したリレー部６０からのローの信号に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給する供給状態が異常であると判定する（ステップＳ２０３）。

　続いて、制御部２５は、異常であるとの判定に基づいて、エラー報知、連系運転停止、自立運転スイッチ２４オフ、及びインバータ２１停止を行う（ステップＳ２０５）。すなわち、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続しないように制御する。これにより、疑似出力部５０は疑似電流を供給することなく、発電装置３３の発電電力が系統に逆潮流することを防ぐことが可能となる。その後、制御部２５は、制御を終了する。

　以上のような構成の第１の実施形態の電力制御システムによれば、制御部２５は、自立運転時及び連系運転時に、疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定して、疑似出力部５０の動作を継続するか否かを制御することが可能である。

　これにより、自立運転時であって、疑似電流の供給状態が正常である場合は、疑似出力部５０は、安定して疑似電流の供給を継続でき、発電装置３３の発電も継続できる。

　また、自立運転時であって、疑似電流の供給状態が異常である場合は、制御部２５は、エラー報知を行う。制御部２５は、自立運転システムの動作を継続する。これにより、パワーコンディショナ２０は、自立運転時であっても負荷３２に安定して電力を供給することができる。

　また、連系運転時であって、疑似電流の供給状態が正常である場合は、疑似出力部５０は、疑似電流を供給せず、その動作を継続する。これにより、第１の実施形態に係る電力制御システムは、電流センサ４０の本来の機能により、発電装置３３の発電電力の系統への逆潮流を防ぐことができる。

　また、連系運転時であって、疑似電流の供給状態が異常である場合は、制御部２５は、エラー報知、連系運転停止、自立運転スイッチ２４オフ、及びインバータ２１停止を行う。すなわち、疑似出力部５０は動作を継続せず、疑似電流の供給が停止する。上記の動作により、第１の実施形態に係る電力制御システムは、発電装置３３の発電電力の系統への逆潮流を防ぐことができる。

（第２の実施形態）
　続いて、本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムについて説明する。第２の実施形態では、疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定する手法が第１の実施形態と異なる。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能及び構成を有する部位には同じ符号を付し、その説明を省略する。

　図６は、本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムは、リレー部６０に代えて、リレー７０を備える。

　図７及び図８は、第２の実施形態に係る電力制御システムの疑似出力部５０及びリレー７０に関する配線を示す図である。図７及び図８では図２と同様に、系統は、２００Ｖの単相３線としている。この場合、疑似出力部５０は、リレー７０を介して、インバータ２１と自立運転スイッチ２４との間に配線され、パワーコンディショナ２０から電力供給を受ける。疑似出力部５０に、電圧線の一方と中性線とが接続される。リレー７０は、中性線との接続点と疑似出力部５０との間に設置される。

　第２の実施形態に係る電力制御システムの疑似出力部５０は、その出力を測定するための電圧センサ５３（図７）又は電流センサ５４（図８）をさらに備える。電圧センサ５３及び電流センサ５４の出力は、制御部２５のＩＮ１と接続される。

　図７に示すとおり、電圧センサ５３は、疑似電流負荷５２の両端にかかる電圧差を測定する。その測定信号は制御部２５のＩＮ１に入力され、制御部２５は、その測定信号に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給しているか否かを判定する。

　図８に示すとおり、電流センサ５４は、トランス５１と電流センサ４０との間に設置され、その電流値を測定する。その測定信号は制御部２５のＩＮ１に入力され、制御部２５は、その測定信号に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給しているか否かを判定する。

　以下、第２の実施形態に係る電力制御システムの状態と電圧センサ５３又は電流センサ５４の出力値とに基づいた制御部２５の制御について詳述する。

　図９は、第２の実施形態において、第２の実施形態に係る電力制御システムの状態と電圧センサ５３又は電流センサ５４の出力値とに基づいて、疑似電流の供給状態と各状態における制御部２５の動作とを表にまとめた図である。Ｎｏ．１及びＮｏ．２は、自立運転時の状態である。Ｎｏ．３及びＮｏ．４は、連系運転時の状態である。制御部２５は、電圧センサ５３又は電流センサ５４からの出力値に基づいて、疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定する。

　Ｎｏ．１は、自立運転時、ＩＮ１において電圧センサ５３又は電流センサ５４から０よりも大きい出力値が検出されている状態である。この場合、リレー７０は正常にオンになっている。従って、自立運転時に、疑似出力部５０は正常に疑似電流を電流センサ４０に供給可能である。すなわち、制御部２５は、上記のような状態で、自立運転時に、疑似出力部５０が疑似電流を供給する供給状態が正常であると判定する。この場合、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続するように制御する。

　Ｎｏ．２は、自立運転時、ＩＮ１において電圧センサ５３又は電流センサ５４から０の出力値が検出されている状態である。この場合、リレー７０は何らかの原因により正常にオンになっていない。従って、自立運転時であるにもかかわらず、疑似出力部５０は疑似電流を電流センサ４０に供給することができない。すなわち、制御部２５は、上記のような状態で、自立運転時に、疑似出力部５０が疑似電流を供給しない供給状態が異常であると判定する。この場合、制御部２５は、エラー報知のみを行う。エラー報知のみ行う理由は、一点目に、当該エラー状態では単に疑似出力部５０から疑似電流が供給されないだけであり、自立運転時でもあるので、発電装置３３からの発電電力が系統に逆潮流することもないからである。従って、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続するように制御しても問題はない。二点目に、自立運転時でもあり系統に代わる電力供給源が必要となるので、制御部２５は、太陽電池１１、蓄電池１２、及びインバータ２１を含む自立運転システムの動作についても継続するように制御する必要があるからである。これにより、パワーコンディショナ２０は、自立運転時であっても負荷３２に安定して電力を供給できる。

　Ｎｏ．３は、連系運転時、ＩＮ１において電圧センサ５３又は電流センサ５４から０の出力値が検出されている状態である。この場合、リレー７０は正常にオフになっている。従って、連系運転時に、疑似出力部５０は疑似電流を電流センサ４０に供給しない。すなわち、制御部２５は、上記のような状態で、連系運転時に、疑似出力部５０が疑似電流を供給しない供給状態が正常であると判定する。この場合、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続するように制御する。

　Ｎｏ．４は、連系運転時、ＩＮ１において電圧センサ５３又は電流センサ５４から０よりも大きい出力値が検出されている状態である。この場合、リレー７０は、何らかの原因、例えばショート破損により正常にオフになっていない。従って、連系運転時であるにもかかわらず、疑似出力部５０は疑似電流を電流センサ４０に供給することになる。すなわち、制御部２５は、上記のような状態で、連系運転時に、疑似出力部５０が疑似電流を供給する供給状態が異常であると判定する。この場合、制御部２５は、エラー報知、連系運転停止、自立運転スイッチ２４オフ、及びインバータ２１停止を行う。すなわち、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続しないように制御する。このような動作を行う理由は、系統と連系している場合に上記のような状態になると、発電装置３３の発電電力が系統に逆潮流する可能性があるからである。言い換えると、上記の動作により、疑似出力部５０は疑似電流を供給することもなく、発電装置３３の発電電力が系統に逆潮流することを防ぐことが可能となる。

　次に、本開示の第２の実施形態に係る電力制御システムについて、図１０及び図１１に示すフローチャートによりその動作を説明する。電力制御システムの動作は、自立運転時と連系運転時とにおいて異なる。まず、自立運転時の動作について図１０を用いて説明する。

　はじめに、制御部２５は、ＩＮ１において０よりも大きい出力値を検出しているか否かを判定する（ステップＳ３００）。０よりも大きい出力値を検出している場合には、ステップＳ３０１に進む。０よりも大きい出力値を検出しない、すなわち、ＩＮ１において電圧センサ５３又は電流センサ５４から０の出力値を検出している場合には、ステップＳ３０２に進む。

　次に、制御部２５は、ＩＮ１において検出した電圧センサ５３又は電流センサ５４からの０よりも大きい出力値に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給する供給状態が正常であると判定する（ステップＳ３０１）。

　続いて、制御部２５は、正常であるとの判定に基づいて、疑似出力部５０の動作を継続するように制御する（ステップＳ３０３）。その後、制御部２５は、制御を終了する。

　一方、制御部２５は、ＩＮ１において検出した電圧センサ５３又は電流センサ５４からの０の出力値に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給しない供給状態が異常であると判定する（ステップＳ３０２）。

　続いて、制御部２５は、異常であるとの判定に基づいて、エラー報知を行う（ステップＳ３０４）。制御部２５は、この場合、エラー報知を行い、疑似出力部５０の動作と太陽電池１１、蓄電池１２、及びインバータ２１を含む自立運転システムの動作とを継続するように制御する。その後、制御部２５は、制御を終了する。

　続いて、連系運転時の動作について図１１を用いて説明する。連系運転時、制御部２５は、ＩＮ１において０の出力値を検出しているか否かを判定する（ステップＳ４００）。０の出力値を検出している場合には、ステップＳ４０１に進む。０の出力値を検出しない、すなわち、ＩＮ１において電圧センサ５３又は電流センサ５４から０よりも大きい出力値を検出している場合には、ステップＳ４０２に進む。

　次に、制御部２５は、ＩＮ１において検出した電圧センサ５３又は電流センサ５４からの０の出力値に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給しない供給状態が正常であると判定する（ステップＳ４０１）。

　続いて、制御部２５は、正常であるとの判定に基づいて、疑似出力部５０の動作を継続するように制御する（ステップＳ４０３）。その後、制御部２５は、制御を終了する。

　一方、制御部２５は、ＩＮ１において検出した電圧センサ５３又は電流センサ５４からの０よりも大きい出力値に基づいて、疑似出力部５０が疑似電流を供給する供給状態が異常であると判定する（ステップＳ４０２）。

　続いて、制御部２５は、異常であるとの判定に基づいて、エラー報知、連系運転停止、自立運転スイッチ２４オフ、及びインバータ２１停止を行う（ステップＳ４０４）。すなわち、制御部２５は、疑似出力部５０の動作を継続しないように制御する。これにより、疑似出力部５０は疑似電流を供給することもなく、発電装置３３の発電電力が系統に逆潮流することを防ぐことが可能となる。その後、制御部２５は、制御を終了する。

　以上のような第２の実施形態の電力制御システムによれば、第１の実施形態の電力制御システムと同様に、制御部２５は、自立運転時及び連系運転時に、疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定して、疑似出力部５０の動作を継続するか否かを制御できる。

　これにより、自立運転時であって、疑似電流の供給状態が正常である場合は、疑似出力部５０は、安定して疑似電流の供給を継続でき、発電装置３３の発電も継続できる。

　また、自立運転時であって、疑似電流の供給状態が異常である場合は、制御部２５は、エラー報知を行う。制御部２５は、自立運転システムの動作を継続する。これにより、パワーコンディショナ２０は、自立運転時であっても負荷３２に安定して電力を供給することができる。

　また、連系運転時であって、疑似電流の供給状態が正常である場合は、疑似出力部５０は、疑似電流を供給せず、その動作を継続する。これにより、第１の実施形態に係る電力制御システムは、電流センサ４０の本来の機能により、発電装置３３の発電電力の系統への逆潮流を防ぐことができる。

　また、連系運転時であって、疑似電流の供給状態が異常である場合は、制御部２５は、エラー報知、連系運転停止、自立運転スイッチ２４オフ、及びインバータ２１停止を行う。すなわち、疑似出力部５０は動作を継続せず、疑似電流の供給が停止する。上記の動作により、第２の実施形態に係る電力制御システムは、発電装置３３の発電電力の系統への逆潮流を防ぐことができる。

　なお、図１及び図６において、電流センサ４０は、パワーコンディショナ２０内で、自立運転時に発電装置３３の発電による電流が流れない箇所、例えば系統と連系運転スイッチ２３との間に配置してもよい。これは、発電装置３３の発電による電流が流れる箇所に電流センサ４０を配置すると、発電装置３３を発電させるための疑似電流を当該発電による電流を上回る電力で出力する必要があるため、疑似電流に関する消費電力が増大するためである。すなわち、電流センサ４０を、パワーコンディショナ２０において、自立運転時に発電装置３３の発電による電流が流れない箇所に配置することにより、疑似電流に係る消費電力を低減することも可能である。

　本開示は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。従って、先の記述は例示的なものであり、これに限定されるものではない。発明の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含されるものとする。

１１　太陽電池
１２　蓄電池
２０　パワーコンディショナ
２１　インバータ
２２、２３　連系運転スイッチ
２４　自立運転スイッチ
２５　制御部
３１　分電盤
３２　負荷
３３　発電装置
４０、５４　電流センサ
５０　疑似出力部
５１　トランス
５２　疑似電流負荷
５３　電圧センサ
６０　リレー部
６１、７０　リレー
６２　電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor（ＦＥＴ））
 
 

Claims (15)

1. 　自立運転時に電流センサに対して順潮流に相当する疑似電流を供給し、連系運転時には供給しない疑似出力部と、
   　前記疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定して、前記疑似出力部の動作を継続するか否かを制御する制御部と、を備える、
   　電力制御システム。
2. 　前記供給状態が正常な状態において、自立運転時にはリレーがオンになり、連系運転時には前記リレーがオフになるリレー部をさらに備え、
   　前記制御部は、設定出力値と前記リレー部からの検出値とに基づき、前記供給状態が正常であるか否かを判定することを特徴とする、
   　請求項１に記載の電力制御システム。
3. 　前記制御部は、自立運転時に前記設定出力値としてハイの信号を出力し、前記検出値がローの信号であれば正常であると判定して、前記疑似出力部の動作を継続することを特徴とする、
   　請求項２に記載の電力制御システム。
4. 　前記制御部は、自立運転時に前記設定出力値としてハイの信号を出力し、前記検出値がハイの信号であれば正常でないと判定して、エラー報知を行い、前記疑似出力部の動作を継続することを特徴とする、
   　請求項２に記載の電力制御システム。
5. 　前記制御部は、連系運転時に前記設定出力値としてローの信号を出力し、前記検出値がハイの信号であれば正常であると判定して、前記疑似出力部の動作を継続することを特徴とする、
   　請求項２に記載の電力制御システム。
6. 　前記制御部は、連系運転時に前記設定出力値としてローの信号を出力し、前記検出値がローの信号であれば正常でないと判定して、エラー報知を行い、前記疑似出力部の動作を継続しないことを特徴とする、
   　請求項２に記載の電力制御システム。
7. 　前記疑似出力部は、出力を測定するための電圧センサ又は電流センサをさらに備え、
   　前記制御部は、前記電圧センサ又は前記電流センサからの出力値に基づいて、前記供給状態が正常であるか否かを判定することを特徴とする、
   　請求項１に記載の電力制御システム。
8. 　前記制御部は、自立運転時、前記出力値が０であれば正常でないと判定し、前記出力値が０よりも大きければ正常であると判定することを特徴とする、
   　請求項７に記載の電力制御システム。
9. 　前記制御部は、連系運転時、前記出力値が０であれば正常であると判定し、前記出力値が０よりも大きければ正常でないと判定することを特徴とする、
   　請求項７に記載の電力制御システム。
10. 　自立運転時に電流センサに対して順潮流に相当する疑似電流を供給し、連系運転時には供給しないステップと、
    　前記疑似電流の供給状態が正常であるか否かを判定する判定ステップと、
    　前記供給状態を継続するか否かを制御する制御ステップと、を含む、
    　電力制御システムの制御方法。
11. 　前記判定ステップは、設定出力値と、前記供給状態が正常な状態において自立運転を行っているか連系運転時を行っているかを示す検出値と、に基づき、前記供給状態が正常であるか否かを判定する、
    　請求項１０に記載の電力制御システムの制御方法。
12. 　自立運転時に前記設定出力値としてハイの信号を出力するステップ、をさらに含み、
    　前記判定ステップは、前記検出値がローの信号であれば正常であると判定し、
    　前記制御ステップは、前記判定ステップで正常であると判定された場合に、前記供給状態を継続する、
    　請求項１１に記載の電力制御システムの制御方法。
13. 　自立運転時に前記設定出力値としてハイの信号を出力するステップ、をさらに含み、
    　前記判定ステップは、前記検出値がハイの信号であれば正常でないと判定し、
    　前記制御ステップは、前記判定ステップで正常でないと判定された場合に、エラー報知を行い、前記供給状態を継続する、
    　請求項１１に記載の電力制御システムの制御方法。
14. 　連系運転時に前記設定出力値としてローの信号を出力するステップ、をさらに含み、
    　前記判定ステップは、前記検出値がハイの信号であれば正常であると判定し、
    　前記制御ステップは、前記判定ステップで正常であると判定された場合に、前記供給状態を継続する、
    　請求項１１に記載の電力制御システムの制御方法。
15. 　連系運転時に前記設定出力値としてローの信号を出力するステップ、をさらに含み、
    　前記判定ステップは、前記検出値がローの信号であれば正常でないと判定し、
    　前記制御ステップは、前記判定ステップで正常でないと判定された場合に、エラー報知を行い、前記供給状態を継続しない、
    　請求項１１に記載の電力制御システムの制御方法。
     

Images