JP2014090569A - 電力変換装置、電力供給システム、及び電源供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池に異常が発生した場合に、より確実にその異常を検出できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】太陽電池に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、出力側が商用系統に接続されるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとに接続され、蓄電池からの電力も供給される直流バスと、前記直流バスから取得した電圧に基づいて電源を生成する電源回路と、前記電源回路から電力を供給され、前記蓄電池の異常を検出可能な制御基板と、を備え、前記直流バスの電圧が所定電圧以上の場合、前記太陽電池もしくは前記蓄電池から前記電源回路に電圧が供給され、前記直流バスの電圧が前記所定電圧より低下した場合、前記商用系統から前記電源回路に電圧が供給され、前記電源回路は供給された電圧に基づいて前記制御基板に電源供給する電力変換装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

昨今、一度利用しても比較的短期間に再生が可能であり、資源が枯渇しない再生可能エネルギーが注目されており、例えば太陽光を用いた発電システムが普及しつつある。

太陽光発電システムの従来例を図２に示す。図２に示す従来の太陽光発電システム１５は、太陽電池１と、パワーコンディショナー１０とから構成される。パワーコンディショナー１０は、太陽電池１により発電された電力を直流から交流へ変換して出力する電力変換装置であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０Ｂ、電源回路１０Ｃ、及び制御基板１０Ｄを備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａは、太陽電池１により発電された直流電力を所定電圧値の直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａの出力側とＤＣ／ＡＣコンバータ１０Ｂの入力側はＤＣバス（直流バス）１０Ｅによって接続されており、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０Ｂは、入力される直流電力を交流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣコンバータ１０Ｂの出力側には、商用系統２及び負荷３が接続される。

電源回路１０Ｃは、ＤＣバス１０Ｅから取得される直流電圧に基づいて制御基板１０Ｄ用の電源を生成し、制御基板１０Ｄに電力供給する。制御基板１０Ｄは、パワーコンディショナー１０の各部を制御し、例えばマイコン及びＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサー）を搭載している。

また、太陽光発電システムの別の従来例を図３に示す。図３に示す従来の太陽光発電システム２５は、太陽電池１と、パワーコンディショナー２０とから構成される。

図３に示すパワーコンディショナー２０の上記図２で示したパワーコンディショナー１０との相違点は、電源回路２０Ｃが、太陽電池１から直流電圧を直接取得して制御基板２０Ｄ用の電源を生成することである。

図２及び図３に示す太陽光発電システムにおいては、日没により太陽電池１の発電量が非常に低下した場合、電源回路１０Ｃ又は２０Ｃに入力される電圧が不足し、制御基板１０Ｄ又は２０Ｄは電源を喪失することになる。しかしながら、パワーコンディショナー自体、日没後の動作が不要であったため問題がなかった。

特開平１０−２０１１２９号公報

また、従来、太陽光発電システムに蓄電池を組み合わせた電力供給システムも提案されている（例えば特許文献１）。

そこで、図４に示すように、図２に示したパワーコンディショナー１０のＤＣバス１０Ｅに蓄電池３０を接続したような電力供給システム３５も考えられる。この時、蓄電池の構成により決定される蓄電池電圧が十分高い場合（例えば380V以上）は不要になるが、一般的には蓄電池電圧をＤＣバス１０Ｅの電圧まで昇圧するための双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ｆが蓄電池３０とＤＣバス１０Ｅの間に配置される。

このような電力供給システム３５であれば、日没となって太陽電池１の発電量が非常に低下した場合でも、蓄電池３０が出力する直流電圧を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ｆを介して電源回路１０Ｃは取得できるので、制御基板１０Ｄも電源を喪失しない。従って、原則２４時間、制御基板１０Ｄに電源供給が可能となる。

ここで、昼間などで太陽電池１の発電により制御基板１０Ｄに電源が供給されている場合に、蓄電池３０に異常が発生した場合、制御基板１０Ｄは蓄電池３０の異常を検出することができる。

しかしながら、日没後において蓄電池３０に異常が発生した場合は、電源回路１０Ｃに入力される電圧が不足し、制御基板１０Ｄは電源を喪失してしまう。従って、制御基板１０Ｄは蓄電池３０の異常を検出できないという問題があった。

そこで、本発明は、蓄電池に異常が発生した場合に、より確実にその異常を検出できる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
太陽電池により発電された電力が入力されるＤＣ／ＤＣコンバータと、
出力側が商用系統に接続されるＤＣ／ＡＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとに接続され、蓄電池からの電力も供給される直流バスと、
前記直流バスから取得した電圧に基づいて電源を生成する電源回路と、
前記電源回路から電力を供給され、前記蓄電池の異常を検出可能な制御基板と、を備え、
前記直流バスの電圧が所定電圧以上の場合、前記太陽電池もしくは前記蓄電池から前記電源回路に電圧が供給され、
前記直流バスの電圧が前記所定電圧より低下した場合に、前記商用系統から前記電源回路に電圧が供給され、前記電源回路は供給された電圧に基づいて前記制御基板に電源供給する電力変換装置としている。

また、上記構成において、入力側が前記ＤＣ／ＡＣコンバータと前記商用系統を結ぶ電力ラインの途中に接続される第２電源回路と、
アノードが前記第２電源回路の出力側に接続されると共に、カソードが前記直流バスに接続されるダイオードと、
を更に備えた構成としてもよい。

また、本発明は、上記いずれかの構成の電力変換装置と、太陽電池と、蓄電池と、を備えた電力供給システムとしている。

また、本発明は、
太陽電池により発電された電力が入力されるＤＣ／ＤＣコンバータと、
出力側が商用系統に接続されるＤＣ／ＡＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとに接続され、蓄電池からの電力も供給される直流バスと、
前記直流バスから取得した電圧に基づいて電源を生成する電源回路と、
前記電源回路から電力を供給され、前記蓄電池の異常を検出可能な制御基板と、を備えた電力変換装置における電源供給方法であって、
前記直流バスの電圧が所定電圧以上の場合、前記太陽電池もしくは前記蓄電池から前記電源回路に電圧を供給して前記電源回路から前記制御基板に電源供給し、
前記直流バスの電圧が前記所定電圧より低下した場合に、前記商用系統から前記電源回路に電圧を供給して前記電源回路から前記制御基板に電源供給する電源供給方法としている。

本発明によると、蓄電池に異常が発生した場合に、より確実にその異常を検出できる。

本発明の一実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図である。 太陽光発電システムの従来例の構成を示す図である。 太陽光発電システムの別の従来例の構成を示す図である。 太陽光発電システムの従来例に蓄電池を組み合わせた電力供給システムを示す図である。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る電力供給システムの構成を図１に示す。

図１に示す電力供給システム６は、太陽光を受けて発電する太陽電池１と、充放電可能な蓄電池４と、パワーコンディショナー５と、を備えている。

パワーコンディショナー５は、太陽電池１により発電された電力、及び蓄電池４から放電された電力を直流から交流へ変換する電力変換装置であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ５Ａ、ＤＣ／ＡＣコンバータ５Ｂ、電源回路５Ｃ、制御基板５Ｄ、ＤＣバス（直流バス）５Ｅ、電源回路５Ｆ、ダイオード５Ｇ、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５Ｈを備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５Ａは、太陽電池１により発電された直流電力を所定電圧値の直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５Ａの出力側とＤＣ／ＡＣコンバータ５Ｂの入力側はＤＣバス５Ｅによって接続されており、ＤＣバス５Ｅには蓄電池４も接続される。蓄電池４は、例えばリチウムイオン電池で構成される。

ＤＣ／ＡＣコンバータ５Ｂは、入力される直流電力を交流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣコンバータ５Ｂの出力側には、商用系統２及び負荷３が接続される。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５Ｈは、ＤＣバス５Ｅと蓄電池４との間に配置され、蓄電池４が放電する際に蓄電池４の出力電圧をＤＣバス５Ｅの電圧まで昇圧する。かつ、蓄電池４の充電の際には、ＤＣバス５Ｅの電圧を蓄電池４の充電電圧まで降圧する機能を持つ。なお、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５Ｈは、蓄電池４の構成によって決まる蓄電池電圧によっては、不要になる場合もある。

電源回路５Ｃは、ＤＣバス５Ｅから取得される直流電圧に基づいて制御基板５Ｄ用の電源を生成し、制御基板５Ｄに電力供給する。制御基板５Ｄは、パワーコンディショナー５の各部を制御し、例えばマイコン及びＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサー）を搭載している。ここで、蓄電池４には保護回路が搭載されており、この保護回路は、温度、電圧や電流を監視し、異常が発生した場合に蓄電池４の保護を行う。この保護回路に備えられたマイコンは、異常が発生した場合に制御基板５Ｄに対して異常検出を送信するので、制御基板５Ｄは蓄電池４の異常を検出することが可能となっている。

電源回路５Ｆは、商用系統２からの交流電圧を所定電圧値の直流電圧に変換して出力する回路であり、入力側はＤＣ／ＡＣコンバータ５Ｂと商用系統２を結ぶ電力ラインの途中に接続され、出力側はダイオード５Ｇのアノードに接続される。そして、ダイオード５Ｇのカソードは、ＤＣバス５Ｅに接続される。

ＤＣバス５Ｅの電圧を例えば３９５Ｖとした場合、電源回路５Ｆの出力電圧は３９５Ｖよりも低い例えば３３０Ｖに設定する。以下、これらの電圧値を用いて説明するが、これらの電圧値は一例に過ぎない。

昼間などで太陽電池１が発電している場合や、日没後であるが蓄電池４が正常状態である場合は、ＤＣバス５Ｅの電圧は３９５Ｖとなり、電源回路５Ｆの出力電圧３３０Ｖよりも高いので、ダイオード５Ｇには逆方向バイアスがかかってダイオード５Ｇはオフである。この場合、電源回路５Ｃは、ＤＣバス５Ｅから取得した電圧３９５Ｖに基づいて電源を生成し、制御基板５Ｄに電力供給する。

ここで、日没後において蓄電池４に異常が発生した場合、ＤＣバス５Ｅの電圧が３９５Ｖより低下し、電源回路５Ｆの出力電圧３３０Ｖよりも低い電圧となる。これにより、ダイオード５Ｇに順方向バイアスがかかり、ダイオード５Ｇはオンとなる。

よって、電源回路５ＣはＤＣバス５Ｅから取得した電圧３３０Ｖに基づいて電源を生成し、制御基板５Ｄに電力供給する。即ち、制御基板５Ｄは、商用系統２から電源回路５Ｆ及び５Ｃを介して電源を供給されることになる。従って、制御基板５Ｄは、蓄電池４の異常を検出することができる。

このように、本実施形態であれば、日没後において蓄電池４に異常が発生した場合でも、制御基板５Ｄが電源を喪失することを抑止し、蓄電池４の異常を検出できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々変形が可能である。

１ 太陽電池
２ 商用系統
３ 負荷
４ 蓄電池
５ パワーコンディショナー
５Ａ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５Ｂ ＤＣ／ＡＣコンバータ
５Ｃ 電源回路
５Ｄ 制御基板
５Ｅ ＤＣバス
５Ｆ 電源回路
５Ｇ ダイオード
５Ｈ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ 電力供給システム

Claims (4)

1. 太陽電池により発電された電力が入力されるＤＣ／ＤＣコンバータと、
   出力側が商用系統に接続されるＤＣ／ＡＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとに接続され、蓄電池からの電力も供給される直流バスと、
   前記直流バスから取得した電圧に基づいて電源を生成する電源回路と、
   前記電源回路から電力を供給され、前記蓄電池の異常を検出可能な制御基板と、を備え、
   前記直流バスの電圧が所定電圧以上の場合、前記太陽電池もしくは前記蓄電池から前記電源回路に電圧が供給され、
   前記直流バスの電圧が前記所定電圧より低下した場合に、前記商用系統から前記電源回路に電圧が供給され、前記電源回路は供給された電圧に基づいて前記制御基板に電源供給する、ことを特徴とする電力変換装置。
2. 入力側が前記ＤＣ／ＡＣコンバータと前記商用系統を結ぶ電力ラインの途中に接続される第２電源回路と、
   アノードが前記第２電源回路の出力側に接続されると共に、カソードが前記直流バスに接続されるダイオードと、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置と、太陽電池と、蓄電池と、を備えた電力供給システム。
4. 太陽電池により発電された電力が入力されるＤＣ／ＤＣコンバータと、
   出力側が商用系統に接続されるＤＣ／ＡＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとに接続され、蓄電池からの電力も供給される直流バスと、
   前記直流バスから取得した電圧に基づいて電源を生成する電源回路と、
   前記電源回路から電力を供給され、前記蓄電池の異常を検出可能な制御基板と、を備えた電力変換装置における電源供給方法であって、
   前記直流バスの電圧が所定電圧以上の場合、前記太陽電池もしくは前記蓄電池から前記電源回路に電圧を供給して前記電源回路から前記制御基板に電源供給し、
   前記直流バスの電圧が前記所定電圧より低下した場合に、前記商用系統から前記電源回路に電圧を供給して前記電源回路から前記制御基板に電源供給することを特徴とする電源供給方法。

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