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WO2019163008A1 - 直流給電システム - Google Patents

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Publication number
WO2019163008A1
WO2019163008A1 PCT/JP2018/006122 JP2018006122W WO2019163008A1 WO 2019163008 A1 WO2019163008 A1 WO 2019163008A1 JP 2018006122 W JP2018006122 W JP 2018006122W WO 2019163008 A1 WO2019163008 A1 WO 2019163008A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
storage battery
bus
power supply
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/006122
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
鈴木 真吾
克夫 直井
琢真 光永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to US16/969,322 priority Critical patent/US11418051B2/en
Priority to PCT/JP2018/006122 priority patent/WO2019163008A1/ja
Publication of WO2019163008A1 publication Critical patent/WO2019163008A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/10Parallel operation of DC sources
    • H02J1/102Parallel operation of DC sources being switching converters
    • H02J7/575
    • H02J7/82

Definitions

  • the present invention relates to an independent DC power supply system that is not connected to a commercial power source.
  • a power feeding system (solar power generation device) disclosed in Patent Document 1 below is known as a power feeding system that can be operated independently during a power failure of a power system supplied with commercial power (system power).
  • system power commercial power
  • the DC power of the storage battery is converted into power instead of the system power supply and supplied to the load in the independent operation.
  • each control device of a plurality of AC array units (parts composed of a solar cell, a storage battery, a power conversion device, a control device (control unit), and the like) arranged in a distributed manner is provided.
  • day / night discrimination means for discriminating between daytime and nighttime from the magnitude of the voltage of the solar cell
  • charge / discharge monitoring means for monitoring the voltage of the storage battery
  • day / night discrimination means by computer software processing Based on the determination and monitoring of the charge / discharge monitoring means, during the daytime when the system is normal, the storage battery voltage rises to the full charge voltage set every time the storage battery voltage drops to the discharge limit voltage set near the overdischarge voltage
  • the power converter is controlled to charge operation, and at night when the system is normal, the voltage of the storage battery rises to the full charge voltage every time the storage battery voltage drops to the lower limit voltage of the charging state higher than the discharge limit voltage.
  • a charging control means for controlling the charging operation of the power converter, interconnected operation the power converter is controlled to either autonomous operation and charging operation.
  • the control device of each AC array unit prioritizes the grid operation during the daytime when the system is normal, and the storage battery is reduced to the discharge limit voltage or less by the independent operation at the time of power failure of the power system. Only when the battery is discharged, a charging operation is performed after the system is restored, and the storage battery is immediately charged to a fully charged state. Further, at night when the system is normal, when the storage battery is reduced to the lower limit voltage in the charge maintaining state due to natural discharge or the like, the charging operation is executed to ensure that the storage battery is fully charged.
  • the control device is a solar cell.
  • the power converter In the daytime when power is generated, operations corresponding to the above-described self-sustained operation and charging operation are executed based on the power generated by the solar cell.
  • the power converter also performs a discharging operation and a charging operation based on the generated power.
  • the control device performs an operation corresponding to the above-described self-sustained operation based on the charging power of the storage battery.
  • the power converter also performs a discharging operation based on the charging power.
  • the voltage of the storage battery (hereinafter referred to as charging) is caused by the control device continuing the operation corresponding to the autonomous operation at night. If the voltage is also lower than the lower limit voltage of the operable voltage range of the control device itself, the control device may fall into an inoperable state. For this reason, in this stand-alone power supply system, even when the night ends after that, it becomes daytime, and even when the solar cell starts power generation operation, the power conversion device is switched from nighttime discharge operation to daytime charge operation. There is a case where the control is not executed, that is, the array unit cannot be restarted.
  • a pause transition voltage higher than the lower limit voltage of the operable voltage range for the control device is defined in advance in all the array units of the independent power feeding system.
  • the control device disconnects the storage battery from the power system (for example, a switch between the storage battery and the power conversion apparatus or between the power conversion apparatus and the power system). And by turning this switch off), the time until the charging voltage of the storage battery reaches the lower limit voltage of the operable voltage range (the time during which the control device is maintained in the operating state) is sufficiently long. It is also possible to adopt a configuration.
  • the stand-alone power supply system with this configuration has a configuration in which the pause transition voltage is set higher than the discharge limit voltage of the storage battery, the discharge capacity of the storage battery is not used up in all the array units (the charge voltage is paused). There arises a problem to be improved that the electric power that can be discharged by the storage battery cannot be used effectively until the discharge limit voltage is reached from the transition voltage.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is a stand-alone type that can effectively use the power charged in a plurality of storage batteries while sufficiently increasing the time during which the control unit can be maintained in the operating state.
  • the main purpose is to provide a direct current power supply system.
  • the DC power supply system is an independent DC power supply system that is not connected to a commercial power supply, and includes a DC bus that serves as a power supply bus, a power generation device, and power generated by the power generation device.
  • a first converter that supplies the DC bus to the DC bus, a plurality of storage batteries, each of the plurality of storage batteries and the DC bus connected to each other, and the generated power supplied to the DC bus and the storage battery
  • a plurality of bidirectional converters that convert charging power into bidirectional power and supply power from the DC bus to the storage battery or from the storage battery to the DC bus, and the generated power supplied to the DC bus and
  • a second converter that converts DC power of at least one of the charging powers into a DC voltage and supplies the DC voltage to a load device; and before a specific storage battery of the plurality of storage batteries
  • a control unit that operates with charging power and controls a power conversion operation of the plurality of bidirectional converters, wherein the control unit is configured such that the SOC of the specific storage battery is an SOC of another storage battery among the plurality of storage batteries.
  • the power conversion operation of the plurality of bidirectional converters is controlled so as to be always larger than that, and the power supply from the other storage battery to the DC bus is performed with respect to the power supply from the specific storage battery to the DC bus.
  • the SOC of the other storage battery falls below a predetermined lower limit value due to power supply to the DC bus
  • the other storage battery by the corresponding bidirectional converter transfers the DC bus to the DC bus. Stop the power supply.
  • the SOC of a specific storage battery in which charging power is used to operate the control unit is always larger than the SOC of other storage batteries, all the storage batteries are used to supply power to the DC bus.
  • the time required for the SOC of a specific storage battery to drop to the lower limit value can be made sufficiently long, that is, the time during which the control unit can be maintained in an operating state is made sufficiently long. be able to.
  • other power storage batteries are preferentially discharged when power is supplied to the DC bus, and the power supply to the DC bus is stopped when the SOC reaches the lower limit value. It is possible to effectively use the charged power until the battery is overdischarged while reliably avoiding the occurrence of a situation in which the storage battery is overdischarged.
  • the plurality of bidirectional converters operate with the charging power of a corresponding storage battery among the plurality of storage batteries, and the control unit corresponds to the other storage battery in which the SOC is lower than the lower limit value.
  • the bidirectional converter may be stopped.
  • power consumption in the bidirectional converter can be reduced by stopping the bidirectional converter (by shifting to the sleep state). Thereby, the power consumption in the entire DC power supply system can also be reduced.
  • a third converter that converts the charging power of the specific storage battery into an operation voltage of the control unit and outputs the voltage is provided.
  • the third converter stabilizes the operating voltage of the voltage value used in the control unit. Can be output.
  • the controller that operates with the charge power of this specific storage battery is operated for a sufficiently long time. Can be maintained in a state.
  • the charging power of other storage batteries can be used effectively before being overdischarged.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a DC power supply system 1.
  • the DC power supply system 1 includes a DC bus 2, 1 or 2 or more power generators 3 (in this example, two power generators 3 a and 3 b as an example; hereinafter, also referred to as “power generator 3” when not distinguished), Correspondingly disposed converters 4 (in this example, two AC / DC converters 4a and 4b, which will be described later as an example), one or two or more load devices 71 connected to the DC power supply system 1 (this In the example, as an example, two load devices 71a and 71b, hereinafter referred to as “load device 71” when not distinguished from each other, a second converter 5 (corresponding to two second converters described later as an example in this example) is provided. 5a, 5b.
  • second converter 5" a plurality of direct-current power supply 6 (DC power supply device 6 1, 6 2, ⁇ ⁇ ⁇ , 6 n), third An independent DC power supply system (commercial power supply (commercial power supply)) that includes a converter 7 and a power management device 9, generates a DC voltage based on the power generated by the power generation device 3 (generated power), and supplies the DC voltage to the load device 71.
  • DC power supply system that is not connected to commercial AC power supply).
  • the DC bus 2 is laid across the installation location of the power generation device 3, the installation location of each DC power supply device 6, and the installation location of the load device 71, and functions as a DC power supply bus. Further, the DC bus 2 charges and discharges a bi-directional DC / DC converter 14 (described later) in the plurality of DC power supply devices 6 (both generates power supplied to the DC bus 2 and charging power of the storage battery 11 described later).
  • the power management operation 9 is controlled by the power management device 9 so that it is within a predetermined voltage range including the nominal bus voltage (for example, within a voltage range of DC340V to DC400V including DC370V as the nominal bus voltage). ) Defines the bus voltage Vbs.
  • the power generation device 3 is composed of a distributed power supply device.
  • the distributed power supply device can be configured by a power generation device using natural regeneration energy such as a solar power generation device and a wind power generation device, or an engine type power generation device using fossil energy such as light oil and gasoline. It is.
  • it is composed of one engine-type power generation device 3a and one power generation device 3b using natural regeneration energy.
  • the power generation device 3a is started / stopped by an operator's operation (manual), or started / stopped by an instruction from the power management device 9 (the former as an example in this example). An alternating voltage V1 is generated and output.
  • the power generation device 3a is used when the DC power supply system 1 is first started.
  • the electric power generating apparatus 3b is comprised by 1 or 2 or more solar power generation devices as an example, and produces
  • the converter 4 includes two converters, an AC / DC converter 4a and a power conditioner 4b, which are disposed corresponding to the two power generation devices 3a and 3b.
  • the AC / DC converter 4a is disposed corresponding to the power generation device 3a.
  • the AC / DC converter 4a operates with a DC voltage generated internally based on the AC voltage V1, and uses the AC voltage V1 as the generated power output from the power generator 3a for charging the DC voltage (charging voltage Vba). ) And supplied to a specific storage battery 11 to be described later.
  • the power conditioner 4b includes a DC / DC converter as an example, and is disposed as a first converter corresponding to the power generation device 3b. Further, the power conditioner 4b operates with a DC voltage generated internally based on the DC voltage V2, and is controlled by the power management device 9 to control the power generation operation of the corresponding power generation device 3b, thereby generating generated power. It is configured to be controllable, and a DC voltage V2 as generated power output from the power generator 3b is converted into a bus voltage Vbs and supplied to the DC bus 2. Further, the power conditioner 4b has a power measurement function for measuring the generated power W2 supplied to the DC bus 2 from the power generation device 3b (for example, measuring at a period T) and outputting it to the power management device 9. Yes.
  • the second converter 5 is composed of, for example, a DC / DC converter that operates with a DC voltage generated internally based on the bus voltage Vbs.
  • the load device 71 (DC load) connected to the DC power supply system 1 is two load devices 71a and 71b, and the second converter 5 includes the load device 71a.
  • the second converter 5a also referred to as DC / DC converter 5a
  • the second converter 5b also referred to as DC / DC converter 5b
  • the DC / DC converter 5a is controlled by the power management device 9 to convert the bus voltage Vbs into a load voltage VLa that is a DC voltage used in the load device 71a (DC voltage conversion). To supply. Further, the DC / DC converter 5a has a current limiting function for limiting the load current supplied from the DC bus 2 to the load device 71a with the upper limit current value set by the power management device 9. Further, the DC / DC converter 5a measures the load power WLa supplied from the DC bus 2 to the load device 71a based on the load voltage VLa and the load current (for example, measured at a period T), and a power management apparatus. 9 has a power measurement function for outputting to the power source 9.
  • the DC / DC converter 5b is controlled by the power management device 9 to convert the bus voltage Vbs into a load voltage VLb that is a DC voltage used in the load device 71b (DC voltage conversion) and supply the load voltage to the load device 71b. .
  • the DC / DC converter 5 b has a current limiting function that limits the load current supplied from the DC bus 2 to the load device 71 b with the upper limit current value set by the power management device 9.
  • the DC / DC converter 5b measures the load power WLb supplied from the DC bus 2 to the load device 71b based on the load voltage VLb and the load current (for example, measured at a cycle T), and a power management device. 9 has a power measurement function for outputting to the power source 9.
  • the load devices 71a and 71b are DC loads that operate by receiving supply of load voltages VLa and VLb (hereinafter, also referred to as load voltage VL, unless otherwise specified), which are DC voltages. It consists of lighting equipment that operates, home appliances such as a TV and a refrigerator that operate with a DC voltage, and information devices such as personal computers and portable terminals that operate with a DC voltage.
  • the DC power supply device 6 is provided with n DC power supply devices 6 1 , 6 2 ,..., 6 n (n is an integer greater than or equal to 2; hereinafter, also referred to as the DC power supply device 6 unless otherwise specified). Yes.
  • Each DC power supply device 6 includes a storage battery 11, a battery management device (BMU (Battery Management Unit)) 12, a contactor 13, and a bidirectional DC / DC converter 14.
  • BMU Battery Management Unit
  • the storage batteries 11 1 , 11 2 ,..., 11 n are constituted by lithium ion batteries, lead storage batteries, nickel metal hydride batteries, NAS batteries (sodium sulfur batteries), and the like. be able to.
  • each storage battery 11 has the same prescription
  • the storage batteries 11 other storage batteries 11 other than the specific storage battery 11 to be described later are used for supplying power to the DC bus 2, so that the SOC (State of charge) Amount (remaining capacity)) within a range from a state of 100% (full charge state) to a state where a predetermined lower limit (for example, several percent) is reached before overdischarge occurs. It is possible, that is, with respect to the discharge operation, it is configured such that the charged electric power (charging electric power) is almost used up (can be effectively used).
  • a specific storage battery 11 of the storage batteries 11 1 to 11 n (in this example, one of the storage batteries 11 1 is used as an example, but a plurality of storage batteries 11 other than the specific storage battery 11 may be provided. ) Is used as an example in this example for supplying power to the DC bus 2 in the same manner as the other storage batteries 11, but unlike the other storage batteries 11, each of the DC power supply devices 6 1 to 6 is used. It is mainly used to supply power for the operation of the n BMUs 12 and contactors 13 and power for the operation of the power management device 9. That is, the specific storage battery 11 mainly functions as the storage battery 11 that supplies power for generating an operation voltage Vop (voltage for operating each BMU 12, each contactor 13, and the power management device 9) described later.
  • Vop operation voltage for operating each BMU 12, each contactor 13, and the power management device 9 described later.
  • each contactor 13, and the power management device 9 a specific storage battery 11 that supplies power to the BMU 12 is charged by the power generation device 3 a as described later when the DC power supply system 1 is started, and then power generation is performed. Even when the device 3a is stopped, power is supplied from the specific storage battery 11 until the power generation device 3b starts generating power and the specific storage battery 11 can be charged (that is, until surplus power is generated).
  • charge / discharge control processing is executed to cause each DC power supply device 6 to discharge from the storage battery 11, and when surplus power is generated, The charging / discharging control process for discharging is switched to the charging / discharging control process for causing each DC power supply device 6 to charge the storage battery 11 to be executed. There is a need.
  • charge / discharge control of the specific storage battery 11 is performed by the power management device 9 so that the SOC of the specific storage battery 11 is always larger than the SOC of the other storage batteries 11.
  • the specific storage battery 11 is charged by the electric power supplied from the DC bus 2, it is charged until the SOC reaches 100% (until full charge) in preference to the other storage batteries 11.
  • the other storage battery 11 is then charged.
  • the SOC of the specific storage battery 11 is charged to 100%, the SOC of the specific storage battery 11 is the same 100% and matches the other storage battery 11, but the SOC of the other storage battery 11 reaches 100%.
  • the charge / discharge control is performed so as to be always larger than the SOC of the other storage battery 11.
  • bidirectional DC / DC converter 14 In this example, bidirectional DC / DC converter 14 1 , a part of this power is supplied. Is used as power used to generate the operating voltage Vop for each BMU 12, each contactor 13, and the power management device 9.
  • the specific storage battery 11 starts discharging to the DC bus 2 after all other storage batteries 11 are discharged to the lower limit value of the SOC, and the SOC is stored in advance.
  • the discharge to the DC bus 2 is stopped when the lower limit value for the specified specific storage battery 11 (hereinafter referred to as the specific first lower limit value (a value larger than the lower limit value for the other storage batteries 11)) is reached. Charge and discharge are controlled.
  • the specific first lower limit value a value larger than the lower limit value for the other storage batteries 11
  • the specific first lower limit value a value larger than the lower limit value for the other storage batteries 11
  • the SOC of the specific storage battery 11 in a state where the discharge to the DC bus 2 is stopped is a specific first lower limit value that is larger than the lower limit values of the other storage batteries 11, and therefore the SOC is the specific first value.
  • the discharge operation is performed until the lower limit value is reached from the lower limit value, and the supply of the electric power used for generating the operation voltage Vop is continued.
  • the specific first lower limit value is defined in advance so that the specific storage battery 11 can continue to supply the electric power used to generate the operation voltage Vop.
  • the specific first lower limit value can be defined as an arbitrary value between the lower limit value and 100% as long as it is larger than the lower limit value (for example, several percent) for the other storage battery 11, but the operating voltage Vop. In order that the power supply for generating the power can be sufficiently continued, it is preferable to define the value as large as possible, such as several tens of percent.
  • the specific first lower limit value is defined as 100%, the specific storage battery 11 does not supply power to the DC bus 2 but only supplies power for generating the operating voltage Vop. Function as.
  • each storage battery 11 1, 11 2 corresponding, ..., are respectively disposed 11 n, later
  • the operation voltage Vop operates.
  • each BMU 12 has, as an example, a function for measuring the charging voltage Vba of the storage battery 11, a function for calculating the SOC of the storage battery 11, and information including the measured charging voltage Vba and the calculated SOC as battery information in the operating state. And a function of outputting to the power management device 9 at a predetermined period T.
  • the BMU 12 executes the control content indicated by the contactor control information to the contactor 13 (when the control content is a disconnection instruction, the contactor 13 is shifted to the disconnection state). And when the control content is a connection instruction, the contactor 13 is shifted to a connected state.
  • Each BMU 12 stores in advance a data table indicating the relationship between the charging voltage Vba and the SOC of the corresponding storage battery 11 (the relationship that the SOC increases as the charging voltage Vba increases). Is configured to obtain (calculate) the current SOC from the measured charging voltage Vba by referring to this data table.
  • Contactor 13 1, 13 2, ..., 13 n (hereinafter, when not particularly distinguished, also referred to as contactor 13), the corresponding storage battery 11 1, 11 2, ..., and positive and negative 11 n, corresponding bidirectional DC / DC converter 14 1, 14 2,..., the storage battery 11 1, 11 2 at 14 n, ..., it is disposed between the pair of output terminals of the 11 n-side, below The operation voltage Vop operates.
  • Each contactor 13 is controlled by the corresponding BMU 12 to shift to any one of the disconnected state and the connected state. When in the disconnected state, the positive and negative electrodes and the pair of input / output terminals Is disconnected (disconnected), and in the connected state, the positive electrode and the negative electrode are connected to the pair of input / output terminals.
  • the bidirectional DC / DC converters 14 1 , 14 2 ,..., 14 n are a pair of input / output on the storage battery 11 side as described above.
  • the terminals (one pair of input / output terminals) are connected to the corresponding storage battery 11 via the corresponding contactor 13, and the other pair of input / output terminals are connected to the DC bus 2, whereby the corresponding storage battery 11. Are connected (arranged) between the DC bus 2 and the DC bus 2.
  • the bidirectional DC / DC converter 14 is CV-operated (constant voltage charging / discharging operation) with a DC voltage generated internally based on the bus voltage Vbs, and the operation is controlled by the power management device 9. Specifically, when the control information received from the power management device 9 is a charging instruction, the bidirectional DC / DC converter 14 steps up or steps down (voltage conversion) the bus voltage Vbs input from the other pair of input / output terminals. Then, the storage battery 11 is charged by performing output from one pair of input / output terminals to the storage battery 11 (performs a charging operation). Thereby, the bus voltage Vbs of the DC bus 2 is lowered.
  • the bidirectional DC / DC converter 14 boosts or steps down (converts) the charging voltage Vba of the storage battery 11 input from one pair of input / output terminals to the other pair. Is output from the input / output terminal to the DC bus 2 to discharge the storage battery 11 (perform a discharging operation). As a result, the bus voltage Vbs of the DC bus 2 is increased.
  • the bidirectional DC / DC converter 14 can be constituted by a known bidirectional DC / DC converter disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-152641.
  • the bidirectional DC / DC converter 14 has a current limiting function for limiting the current value of the charging current supplied to the storage battery 11 and the discharge current discharged from the storage battery 11 to be equal to or less than the maximum current value of the storage battery 11.
  • the third converter 7 is composed of a DC / DC converter (hereinafter also referred to as DC / DC converter 7).
  • the DC / DC converter 7 is connected to the charging voltage Vba (the AC / DC converter 4a when the DC power supply system 1 is started) supplied from a specific storage battery 11 (storage battery 11 1 in this example) among the storage batteries 11 1 to 11 n. It is also a voltage supplied from In this case, when the SOC of the specific storage battery 11 (in this example, the storage battery 11 1 ) exceeds the lower limit value, the DC / DC converter 7 receives power supply from the specific storage battery 11 and shifts to an operating state.
  • a BMU12 and contactor 13 of each DC power supply device 6 on the basis of this power, generates and outputs an operation voltage Vop used in the power management apparatus 9 (specifically, the charging of a particular battery 11 1
  • the voltage Vba is stepped up or stepped down (voltage conversion) to generate and output an operating voltage Vop).
  • the DC / DC converter 7 stops generating / outputting the operating voltage Vop because the transition to the operating state cannot be made when the SOC of the specific storage battery 11 (storage battery 11 1 ) is equal to or lower than the lower limit value.
  • the power management device 9 is composed of a computer that operates with the operating voltage Vop, and functions as a control unit.
  • the power management device 9 executes charge / discharge control processing for each DC power supply device 6 and power control processing for the second converter 5.
  • the power management apparatus 9 executes a voltage measurement process for measuring the bus voltage Vbs.
  • the power management device 9 can adopt a configuration in which the bus voltage Vbs is directly measured.
  • the power conditioner 4b as the first converter measures the bus voltage Vbs together with the generated power to generate power.
  • a configuration in which the power management device 9 indirectly measures the bus voltage Vbs via the power conditioner 4b so as to have a function of outputting to the management device 9 may be employed.
  • Each contactor 13 is initially in a disconnected state.
  • the power generation device 3a when the DC power supply system 1 is first activated, first, the power generation device 3a is operated for a certain period to output the AC voltage V1.
  • the AC / DC converter 4a operates upon receiving the supply of the AC voltage V1, converts the AC voltage V1 into a DC voltage, and supplies it to the specific storage battery 11 (storage battery 11 1 in this example). Therefore, the storage battery 11 1 of the charging voltage Vba is increased, thereby SOC also rises. Further, when the SOC of the storage battery 11 1 is equal to or higher than the lower limit value, DC / DC converter 7 starts outputting the operation voltage Vop.
  • the BMU 12 and the contactor 13 of each DC power supply device 6 and the power management device 9 receive the supply of the operating voltage Vop and shift to the operating state.
  • Battery 11 1 a power generating device 3a by operating a predetermined period, the SOC is charged to a state well above the lower limit.
  • DC / DC converter 7 until the surplus power generated power generator 3b starts to operate, on the basis of the power supplied from the battery 11 1, for operation It is possible to continue outputting the voltage Vop.
  • the BMUs 12 1 to 12 n of the DC power supply devices 6 1 to 6 n in the operating state measure the charging voltage Vba, the SOC, and the like of the corresponding storage batteries 11 1 to 11 n at the period T, and measure these. Each time it is output, it is output to the power management apparatus 9 as battery information.
  • the power management apparatus 9 in the operating state is performing a charge / discharge control process.
  • the power generation device 3a When the fixed period has elapsed, the power generator 3a is stopped.
  • the power generation device 3a may be configured such that a timer (not shown) provided in itself measures the operation time and stops itself when the operation time reaches the same time as a certain period,
  • the power management device 9 that has started operating upon receiving the operation voltage Vop measures the elapsed time from the start of the operation as the operating time of the power generation device 3a, and this elapsed time is the same as a certain period.
  • the power generation device 3a can also be configured to stop when reaching the value. Thereby, after the end of the certain period, the DC power feeding system 1 shifts to a normal operation state in which only the power generation device 3b operates to generate power. Since it is assumed that the power generation device 3a is composed of an engine-type power generation device that uses fossil energy such as light oil and gasoline, it is desirable that the power generation device 3a be used only for a short time as much as possible.
  • the power management device 9 executes the following charge / discharge control processing.
  • the power conditioner 4b operates by receiving the supply of the DC voltage V2 from the power generation device 3b, converts the DC voltage V2 into the bus voltage Vbs, and converts the DC bus 2 into the bus voltage Vbs. To supply. Accordingly, the bus voltage Vbs of the DC bus 2 rises within a predetermined voltage range (a voltage range of DC 340V to DC400V). Further, the power conditioner 4b measures the generated power W2 supplied to the DC bus 2 from the power generation device 3b and outputs it to the power management device 9.
  • a predetermined voltage range a voltage range of DC 340V to DC400V
  • the power management device 9 In the charge / discharge control process when the power generation device 3b is generating power, the power management device 9 first acquires new generated power W2 from the power conditioner 4b of the power generation device 3b, and the generated power W2 is When it is equal to or higher than a predetermined reference power, it is determined that power can be supplied to the load device 71, and the load voltage VLa used in the corresponding load device 71a, 71b is determined for each DC / DC converter 5a, 5b. , VLb, the bus voltage Vbs is converted and output. As a result, the DC / DC converters 5a and 5b execute supply of load power to the corresponding load devices 71a and 71b.
  • Each DC / DC converter 5a, 5b measures the load power WLa, WLb supplied to the corresponding load device 71a, 71b and outputs it to the power management apparatus 9.
  • the power management apparatus 9 acquires the load powers WLa and WLb and calculates the total load power (WLa + WLb).
  • the power management device 9 compares the generated power W2 with the total load power (WLa + WLb), and when the generated power W2 is greater than the total load power (WLa + WLb) (for example, because the amount of sunlight is large, the power generation device 3b When the generated power W2 is large), surplus power is generated, so that it is determined that the storage battery 11 of each DC power supply device 6 can be charged.
  • the power management device 9 acquires from the BMU 12 of each DC power supply device 6
  • the DC power supply device 6 having the rechargeable storage battery 11 (the storage battery 11 whose SOC has not reached 100%) is specified based on the battery information and the contact indicating the connection instruction to the BMU 12 of the specified DC power supply device 6
  • Control information is output, and control information indicating a charging instruction is output to the bidirectional DC / DC converter 14 of the DC power supply device 6 (a charging operation is executed).
  • the power management device 9 when the SOC of any battery 11 including a battery 11 1 is less than 100%, the power management device 9, not all of the storage battery 11 is fully charged based on the SOC of each battery 11 contained in the battery information (i.e. , A state where charging is possible). Therefore, the power management apparatus 9 outputs a contact control information showing the connection instruction to the BMU12 1 ⁇ 12 n for all of the DC power supply device 6 1 ⁇ 6 n, and all of the DC power supply device 6 1 ⁇ 6 n Control information indicating a charging instruction is output to the bidirectional DC / DC converters 14 1 to 14 n .
  • each storage battery 11 is connected to the bidirectional DC / DC converter 14 that performs the charging operation via the connected contactor 13. Charging of each storage battery 11 is executed.
  • the power management device 9 determines whether or not the SOC included in the battery information output at the period T from the BMU 12 of each DC power supply device 6 has reached 100% (that is, whether the storage battery 11 has been fully charged). If it is determined that the fully charged state is detected, contact control information indicating a disconnection instruction is output to the BMU 12 of the DC power supply device 6 including the storage battery 11 to put the contactor 13 in the disconnected state.
  • the storage battery 11 is disconnected from the bidirectional DC / DC converter 14 by shifting. Thereby, the overcharge with respect to the storage battery 11 is prevented.
  • the power management apparatus 9 when identifying the DC power supply device 6 having a rechargeable battery 11, the DC power supply device 61 having a specific storage battery 11 1 into the DC power supply device 6 that this particular is included when and performs a charging operation to prioritize charging of the particular storage battery 11 1 than the other battery 11 2 ⁇ 11 n.
  • the power management unit 9 first outputs the control information indicating the charging instruction to a bidirectional DC / DC converter 14 1 of the DC power supply device 61 having a specific storage battery 11 1, SOC is charging a particular battery 11 1 up to 100%.
  • the specific storage battery 11 1 because it always supplied electric power that is used to generate the operating voltage Vop to the DC / DC converter 7, charging complete stop after the SOC is charged to a 100% When this is done, the SOC gradually decreases from 100%. For this reason, the power management device 9 performs control indicating a charging instruction to the bidirectional DC / DC converter 14 1 so that the SOC is maintained at 100% based on the SOC of the storage battery 11 1 included in the battery information. Output information.
  • the power management device 9 outputs control information indicating a charging instruction to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n of the DC power supply devices 6 2 to 6 n having the other storage batteries 11 2 to 11 n. Then, the other storage batteries 11 2 to 11 n are charged until the SOC becomes 100%. In this way, the power management apparatus 9, when the SOC of a specific battery 11 1 is the SOC of the other battery 11 2 to 11 always than SOC of n (the other battery 11 2 to 11 n becomes 100% The SOCs of all the storage batteries 11 are aligned at 100%, but each storage battery 11 is subjected to charge / discharge control so as to increase (always in other cases).
  • the power management device 9 maintains the bus voltage Vbs measured by executing the voltage measurement process within the above-described predetermined voltage range (voltage range of DC340V to DC400V).
  • the number of DC power supply devices 6 that execute the charging operation and the time for executing the charging operation are controlled to control the charging power supplied from the DC bus 2 to each DC power supply device 6.
  • the power management apparatus 9 charges the other storage batteries 11 2 to 11 n even during the charging of the specific storage battery 11 1.
  • the bus voltage Vbs Control the rise.
  • the power management device 9 performs charge / discharge control of each storage battery 11 so that the SOC of the specific storage battery 11 1 is always larger than the SOCs of the other storage batteries 11 2 to 11 n .
  • the power management device 9 specifies the DC power supply device 6 having the rechargeable storage battery 11 based on the battery information (specifically, SOC) acquired from the BMU 12 of each DC power supply device 6 and the specified DC power supply.
  • SOC battery information
  • the power management device 9 is one of the DC power supply devices 6 2 to 6 n corresponding to the DC power supply device 6 having the dischargeable storage battery 11 (the SOC of the storage battery 11 is SOC).
  • the DC power supply device 6 is specified as a DC power supply device 6 having a storage battery 11 that can be discharged.
  • the power management device 9 has a DC power supply device 6 (other than the specific storage battery 11) other than the DC power supply device 6 (DC power supply device 6 1 in this example) having the specific storage battery 11 in the specified DC power supply device 6.
  • DC power supply device 6 having another storage battery 11.
  • any one of DC power supply devices 6 2 to 6 n is included, any one of these DC power supply devices 6 is preferentially discharged. .
  • the power management device 9 first causes one of the above-described DC power supply devices 6 (any one of the DC power supply devices 6 2 to 6 n specified) to execute a discharge operation. Therefore, contact control information indicating a connection instruction is output to the BMU 12 of the DC power supply device 6, and control information indicating a discharge instruction is output to the bidirectional DC / DC converter 14.
  • the BMU 12 connects the storage battery 11 to the bidirectional DC / DC converter 14 by shifting the contactor 13 to the connected state based on the contact control information indicating the connection instruction acquired from the power management device 9.
  • the bidirectional DC / DC converter 14 performing the discharge operation based on the control information indicating the discharge instruction obtained from the power management device 9 boosts or steps down (voltage converts) the charging voltage Vba of the storage battery 11 to provide a DC bus. 2 (discharge the storage battery 11).
  • the power management apparatus 9 performs the discharge operation so that the bus voltage Vbs measured by executing the voltage measurement process is maintained within the above-described predetermined voltage range (voltage range of DC340V to DC400V).
  • the number of DC power supply devices 6 to be executed and the time for executing the discharge operation are controlled to control the discharge power supplied from the DC power supply device 6 to the DC bus 2.
  • the power management unit 9 this one of the DC power supply device 6 (DC power supply units 61 other than the DC power supply device 6) results in which the discharge operation is executed continuously in, SOC is the lower limit value of the battery 11 Is detected based on the battery information acquired from the BMU 12, contact control information indicating a disconnection instruction is output to the BMU 12 of the DC power supply device 6.
  • SOC is the lower limit value of the battery 11 Is detected based on the battery information acquired from the BMU 12
  • contact control information indicating a disconnection instruction is output to the BMU 12 of the DC power supply device 6.
  • the storage battery 11 is disconnected from the bidirectional DC / DC converter 14 (discharging operation is stopped) by the BMU 12 causing the contactor 13 to shift to the cut-off state. For this reason, generation
  • the power management apparatus 9 (i.e., other than the DC power supply device 61 when stopping the discharge operation for all of the DC power supply device 6 other than the DC power supply device 61 of the DC power supply device 6 identified of the time the SOC reaches the lower limit value) of the storage battery 11 of all of the DC power supply device 6 identified, then to perform the discharging operation to the DC power supply 61.
  • the power management apparatus 9 outputs a contact control information showing the connection instruction to BMU12 1 of the DC power supply device 61, and the control information indicating the discharge instruction to the bidirectional DC / DC converter 14 1 Output.
  • BMU12 1 is, by shifting the contactor 13 1 to the connection state based on the contact control information showing the connection instruction acquired from the power management device 9, the bidirectional DC / DC converter storage battery 11 1 14 Connect to 1 .
  • the bidirectional DC / DC converter 14 1 that is discharging based on the control information indicating the discharge instruction acquired from the power management device 9 boosts or steps down (voltage converts) the charging voltage Vba of the storage battery 11 1. and outputs to the DC bus 2 (discharging the storage battery 11 1).
  • the power management apparatus 9 performs direct current measurement so that the bus voltage Vbs measured by executing the voltage measurement process is maintained within the predetermined voltage range (voltage range of DC340V to DC400V).
  • power supply 6 by controlling the time for executing the discharging operation with respect to 1, controls the discharge power supplied from the DC power supply device 6 to the DC bus 2.
  • the power management unit 9 includes a DC power supply device 61 results above discharge operation is executed continuously in, that the SOC of the battery 11 1 has reached the first lower limit specified drops, obtained from BMU12 1 upon detecting, based on the battery information (SOC of) outputs a contact control information indicating shutoff instruction to BMU12 1 of the DC power supply device 61.
  • the power management device 9 performs charge / discharge control for discharging each storage battery 11 so that the SOC of the specific storage battery 11 1 is always larger than the SOC of the other storage batteries 11 2 to 11 n .
  • the storage battery 11 1 is, in this way, because the SOC is disconnected from the bidirectional DC / DC converter 14 at the time of the decrease in specific first lower limit value greater than the lower limit value, the lower limit of SOC specific first lower limit value It is possible to supply power for generating the operating voltage Vop to the DC / DC converter 7 in a sufficiently long period until the value decreases.
  • the power management device 9 performs the same operation as when the generated power W2 is smaller than the total load power (WLa + WLb). Therefore, the power management device 9 first detects whether or not the DC power supply device 6 having the rechargeable storage battery 11 exists based on the battery information acquired from the BMU 12 of each DC power supply device 6. Then, the DC power supply device 6 is specified and discharged to enable the DC / DC converters 5a and 5b to generate load voltages VLa and Vlb to the corresponding load devices 71a and 71b.
  • the DC power supply device 6 having a dischargeable storage battery 11 when the DC power supply device 6 other than the DC power supply device 61 is present, first, the battery 11 of the DC power supply device 6 other than the DC power supply device 61 that discharged until the SOC decreases to the lower limit value, then the storage battery 11 1 of the DC power supply units 61 whose SOC is discharged to decrease to a specific first lower limit value.
  • the power management device 9 performs charge / discharge control for discharging each storage battery 11 so that the SOC of the specific storage battery 11 1 is always larger than the SOC of the other storage batteries 11 2 to 11 n . Therefore, the storage battery 11 1 is in a sufficiently long period from SOC specific first lower limit to decrease to the lower limit value, the power for generating the operating voltage Vop against DC / DC converter 7 It is possible to supply.
  • the power management device 9 operates with the charging power of a specific storage battery (storage battery 11 1 in this example) among the plurality of storage batteries 11 (specifically, this charging power). Based on the operating voltage Vop output from the DC / DC converter 7), and the SOC of the specific storage battery 11 1 is the SOC of the other storage batteries 11 2 to 11 n of the plurality of storage batteries 11.
  • the charging / discharging operation (power conversion operation) of the plurality of bidirectional DC / DC converters 14 1 to 14 n is controlled so as to be always larger than the above, and the power supply from the specific storage battery 11 1 to the DC bus 2 is controlled.
  • the SOC of the specific storage battery 11 1 that uses the charging power to operate the power management device 9 is always larger than the SOC of the other storage batteries 11 2 to 11 n. Therefore, all of the storage battery 11 differs from the configuration that equally used to power the DC bus 2, it is possible to sufficiently increase the time required for the SOC of a specific battery 11 1 is reduced to the lower limit value of the That is, the time during which the power management apparatus 9 can be maintained in the operating state can be made sufficiently long.
  • the DC power supply system 1 when supplying power to the DC bus 2, the other storage batteries 11 2 to 11 n are discharged with priority, and when the SOC reaches the lower limit value, Due to the configuration in which the power supply is stopped, it is possible to effectively use the charged power up to the point before overdischarge while reliably avoiding the occurrence of a situation in which the other storage batteries 11 2 to 11 n are overdischarged. .
  • the DC power supply system 1 due to the provision of the DC / DC converter 7 which generates and outputs an operation voltage Vop based on charging electric power of a particular battery 11 1, certain battery 11 1 of SOC If there has changed (i.e., if a particular storage battery 11 1 of the charging voltage Vba is changed) even, BMU12 and contactor 13 and the respective DC power supply device 6, various voltages used in the power management apparatus 9 The operation voltage Vop can be stably output.
  • the DC power supply system 1 employs a preferable configuration including the DC / DC converter 7. For example, the BMU 12 and the contactor 13 of each DC power supply device 6 and the operating voltage range of the power management device 9 are used.
  • each DC A configuration in which power is directly supplied to the BMU 12 and the contactor 13 of the power supply device 6 and the power management device 9 can also be adopted.
  • each DC power supply device 6 a contactor 13 is disposed between each storage battery 11 and the corresponding bidirectional DC / DC converter 14.
  • a configuration is adopted in which the storage battery 11 and the bidirectional DC / DC converter 14 corresponding to the storage battery 11 can be disconnected (that is, the storage battery 11 and the DC bus 2 can be disconnected) while being always operated with the bus voltage Vbs.
  • the power management device 9 is configured to output a stop instruction as control information to each bidirectional DC / DC converter 14, and the bidirectional DC / DC converter 14 operates when the control information is a stop instruction. It can also be set as the structure which can transfer to the sleep state which stops power consumption and reduces power consumption.
  • the bidirectional DC / DC converter 14 is configured to be able to escape from the sleep state and execute the charge operation or the discharge operation when receiving the charge instruction or the discharge instruction as the control information in the sleep state. .
  • the DC power supply system 1 of this configuration by outputting a stop instruction as control information to the bidirectional DC / DC converter 14 of the DC power supply device 6 that has stopped supplying power to the DC bus 2 of the storage battery 11,
  • the bidirectional DC / DC converter 14 can be shifted to the sleep state to reduce power consumption. Thereby, the power consumption in the entire DC power supply system 1 can also be reduced.
  • the bidirectional DC / DC converter 14 of the DC power supply device 6 can be stopped in this way, the bidirectional DC / DC converter 14 is stopped to supply power from the corresponding storage battery 11 to the DC bus 2.
  • the contactor 13 may be omitted and a configuration in which each storage battery 11 and the corresponding bidirectional DC / DC converter 14 are directly connected may be employed.
  • the bidirectional DC / DC converter 14 may be configured to operate at any one of the bus voltage Vbs and the charging voltage Vba of the storage battery 11.
  • the present invention since the power charged in the plurality of storage batteries can be used more effectively while sufficiently increasing the time during which the control unit can be maintained in the operating state, the present invention requires the storage battery.
  • the present invention can be widely applied to independent DC power supply systems.

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Abstract

制御部を動作状態に維持し得る時間を十分に長くしつつ、複数の蓄電池に充電されている電力をより有効に利用する。 電力管理装置9(制御部)は、蓄電池111~11nのうちの特定の蓄電池111の充電電圧Vbaで動作して、各双方向DC/DCコンバータ141~14nの電力変換動作を制御する。電力管理装置9は、特定の蓄電池111のSOCが他の蓄電池112~11nのSOCよりも常に大きくなるように各双方向DC/DCコンバータ141~14nの電力変換動作を制御すると共に、特定の蓄電池111から直流バス2への電力供給に対して他の蓄電池112~11nから直流バス2への電力供給を優先して実行し、直流バス2への電力供給によって他の蓄電池112~11nのSOCが予め規定された下限値を下回ったときには、対応する双方向コンバータ142~14nによる他の蓄電池112~11nから直流バス2への電力供給を停止させる。

Description

直流給電システム
 本発明は、商用電源に接続されない独立型の直流給電システムに関するものである。
 商用電源(系統電源)が供給される電力系統の停電時に自立運転可能な給電システムとして、下記の特許文献1に開示された給電システム(太陽光発電装置)が知られている。この種の給電システムでは、自立運転において、蓄電池の直流電力を系統電源の代わりの電力に変換して負荷に給電する。このため、この種の給電システムでは、自立運転に備えるために、蓄電池は極力満充電または満充電に近い状態に保持するのが好ましく、仮に蓄電池の充電が十分でない場合には、自立運転可能な時間が短くなり、場合によっては自立運転が行えない事態が生じる。
 そこで、特許文献1に開示された給電システムでは、分散設置された複数のACアレイ部(太陽電池、蓄電池、電力変換装置および制御装置(制御部)などで構成される部位)の各制御装置が、コンピュータのソフトウェア処理による、(a)太陽電池の電圧の大小から昼間と夜間とを判別する昼夜判別手段、(b)蓄電池の電圧を監視する充放電監視手段、および(c)昼夜判別手段の判別と充放電監視手段の監視とに基づき、系統正常時の昼間は蓄電池の電圧が過放電電圧近傍に設定した放電限界電圧に低下する毎に蓄電池の電圧が設定した満充電電圧に上昇するまで電力変換装置を充電運転に制御し、系統正常時の夜間は蓄電池の電圧が放電限界電圧より高い充電状態の下限電圧に低下する毎に蓄電池の電圧が満充電電圧に上昇するまで電力変換装置を充電運転に制御する充電制御手段を備えて、電力変換装置を連系運転、自立運転および充電運転のいずれかに制御する。
 要するに、この給電システムでは、各ACアレイ部の制御装置は、系統正常時の昼間においては、連系運転を優先して実行し、電力系統の停電時の自立運転によって蓄電池が放電限界電圧以下に放電したときのみ、系統復帰後に充電運転を実行して、すみやかに蓄電池を満充電状態に充電する。また、系統正常時の夜間においては、蓄電池が自然放電等で充電維持状態の下限電圧に低下したときには、充電運転を実行して、蓄電池を確実に満充電状態に保つようにする。したがって、この給電システムによれば、昼間は連系運転を優先しつつ、放電した蓄電池を昼夜の別なくすみやかに充電するため、蓄電池を極力満充電状態に保って次の自立運転に備えることが可能となっている。
特許第3687464号公報(第2-4、第1図)
 ところで、特許文献1に開示の給電システムとは異なり、電力系統に接続されていない給電システム(以下、「独立型給電システム」ともいう)も存在しており、このような独立型給電システムでは、上記のACアレイ部に相当する各構成要素(太陽電池、蓄電池、電力変換装置および制御装置で構成される構成要素。以下では単に「アレイ部」ともいう)において、この制御装置が、太陽電池が発電する昼間においては、太陽電池での発電電力に基づき、上記の自立運転や充電運転に相当する動作を実行する。この場合、電力変換装置も発電電力に基づき放電動作や充電動作を実行する。一方、太陽電池が発電しない夜間においては、制御装置が、蓄電池の充電電力に基づき、上記の自立運転に相当する動作を実行する。この場合、電力変換装置も充電電力に基づき放電動作を実行する。
 しかしながら、このような独立型給電システムでは、夜間における蓄電池への充電が行えないことから、夜間に制御装置が自立運転に相当する動作を継続したことに起因して、蓄電池の電圧(以下、充電電圧ともいう)が制御装置自身の動作可能電圧範囲の下限電圧を下回ると、制御装置が動作不能な状態に陥ることがある。このため、この独立型給電システムでは、その後に夜間が終わって昼間になり、太陽電池が発電動作を開始した場合であっても、電力変換装置を夜間での放電運転から昼間の充電運転に切り替える制御が実行されない、つまり、アレイ部が再起動し得ないという状況に陥ることがある。
 そこで、このような状況に陥る事態を回避するため、この独立型給電システムのすべてのアレイ部において、制御装置についての動作可能電圧範囲の下限電圧よりも高い休止移行電圧を予め規定しておき、夜間において充電電圧がこの休止移行電圧まで低下したときに、制御装置が蓄電池を電力系統から切り離すことで(例えば、蓄電池と電力変換装置との間や、電力変換装置と電力系統との間にスイッチを配設して、このスイッチをオフにすることで)、蓄電池の充電電圧が動作可能電圧範囲の下限電圧に達するまでの時間(制御装置が動作状態に維持される時間)を十分に長くする構成を採用することも考えられる。
 ところが、この構成の独立型給電システムには、蓄電池の放電限界電圧よりも休止移行電圧を高く規定する構成のため、すべてのアレイ部において、蓄電池の放電能力を使い切れていない状況(充電電圧が休止移行電圧から放電限界電圧に達するまで蓄電池が放電し得る電力を有効に利用できていない状況)になるという改善すべき課題が生じる。
 本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、制御部を動作状態に維持し得る時間を十分に長くしつつ、複数の蓄電池に充電されている電力をより有効に利用し得る独立型の直流給電システムを提供することを主目的とする。
 上記目的を達成すべく、本発明に係る直流給電システムでは、商用電源に接続されない独立型の直流給電システムであって、給電の母線となる直流バスと、発電装置と、前記発電装置の発電電力を前記直流バスに供給する第1コンバータと、複数の蓄電池と、前記複数の蓄電池の各々と前記直流バスとの間に接続されて、当該直流バスに供給されている前記発電電力と当該蓄電池の充電電力とを双方向に電力変換して、当該直流バスから当該蓄電池へ、または当該蓄電池から当該直流バスへ電力供給する複数の双方向コンバータと、前記直流バスに供給されている前記発電電力および前記充電電力のうちの少なくとも一方の直流電力を直流電圧に変換して負荷機器に供給する第2コンバータと、前記複数の蓄電池のうちの特定の蓄電池の前記充電電力で動作して、前記複数の双方向コンバータの電力変換動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記特定の蓄電池のSOCが前記複数の蓄電池のうちの他の蓄電池のSOCよりも常に大きくなるように前記複数の双方向コンバータの前記電力変換動作を制御すると共に、前記特定の蓄電池から前記直流バスへの電力供給に対して前記他の蓄電池から前記直流バスへの電力供給を優先して実行し、当該直流バスへの電力供給によって当該他の蓄電池の前記SOCが予め規定された下限値を下回ったときには、対応する前記双方向コンバータによる当該他の蓄電池から前記直流バスへの電力供給を停止させる。
 本発明によれば、制御部を動作させるために充電電力が使用される特定の蓄電池のSOCを他の蓄電池のSOCよりも常に大きくする構成のため、すべての蓄電池を直流バスへの電力供給に同等に使用する構成とは異なり、特定の蓄電池のSOCが下限値まで低下するのに要する時間を十分に長くすることができる、つまり、制御部を動作状態に維持し得る時間を十分に長くすることができる。また、この発明によれば、直流バスへの電力供給に際して他の蓄電池を優先して放電させると共に、そのSOCが下限値に達したときに直流バスへの電力供給を停止させる構成のため、他の蓄電池が過放電に至る事態の発生を確実に回避しつつ、過放電となる手前までそれらの充電電力を有効に使用することができる。
 好ましくは、前記複数の双方向コンバータは、前記複数の蓄電池のうちの対応する蓄電池の前記充電電力で動作し、前記制御部は、前記SOCが前記下限値を下回った前記他の蓄電池に対応する前記双方向コンバータを停止させるとよい。この場合、双方向コンバータを停止させることで(スリープ状態に移行させることで)、双方向コンバータでの消費電力を低減することができる。これにより、直流給電システム全体での消費電力についても低減することができる。
 また、好ましくは、前記特定の蓄電池の前記充電電力を前記制御部の動作用電圧に変換して出力する第3コンバータを備えているとよい。この場合、特定の蓄電池のSOCが変化した場合(つまり、特定の蓄電池の充電電圧が変化した場合)であっても、第3コンバータが制御部で使用される電圧値の動作用電圧を安定して出力することができる。
 本発明によれば、特定の蓄電池のSOCが下限値まで低下するのに要する時間を十分に長くすることができることから、この特定の蓄電池の充電電力で動作する制御部を十分に長い時間、動作状態に維持することができる。また、過放電となる手前まで他の蓄電池の充電電力を有効に使用することができる。
直流給電システム1の構成図である。
 以下、直流給電システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、直流給電システムは以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれると共に、その構成要素は、適宜組み合わせることが可能である。
 最初に、直流給電システムとしての直流給電システム1の構成について説明する。
 直流給電システム1は、直流バス2、1または2以上の発電装置3(本例では一例として2つの発電装置3a,3b。以下、区別しないときには「発電装置3」ともいう)、発電装置3に対応して配設されたコンバータ4(本例では一例として後述するAC/DCコンバータ4aとパワーコンディショナ4bの2つ)、直流給電システム1に接続される1または2以上の負荷機器71(本例では一例として2つの負荷機器71a,71b。以下、区別しないときには「負荷機器71」ともいう)に対応して配設された第2コンバータ5(本例では一例として後述する2つの第2コンバータ5a,5b。以下、区別しないときには「第2コンバータ5」ともいう)、複数の直流電源装置6(直流電源装置6,6,・・・,6)、第3コンバータ7、および電力管理装置9を備え、発電装置3で発電された電力(発電電力)に基づいて直流電圧を生成して、負荷機器71に供給可能な独立型の直流給電システム(商用電源(商用交流電源)に接続されない直流給電システム)として構成されている。
 直流バス2は、発電装置3の設置場所、各直流電源装置6の設置場所および負荷機器71の設置場所に亘って敷設されて、直流給電の母線として機能する。また、直流バス2は、複数の直流電源装置6内の後述する双方向DC/DCコンバータ14の充放電動作(直流バス2に供給されている発電電力と後述する蓄電池11の充電電力とを双方向に電力変換する電力変換動作)が電力管理装置9によって制御されることにより、公称バス電圧を含む所定の電圧範囲内(例えば、公称バス電圧としてのDC370Vを含むDC340V以上DC400V以下の電圧範囲内)にバス電圧Vbsが規定される。
 発電装置3は、分散型電源装置で構成されている。この場合、分散型電源装置は、太陽光発電装置および風力発電装置などの自然再生エネルギーを利用した発電装置や、軽油およびガソリンなどの化石エネルギーを利用したエンジン方式の発電装置で構成することが可能である。本例では、理解の容易のため、一例として、エンジン方式の1つの発電装置3aと、自然再生エネルギーを利用した1つの発電装置3bとで構成されている。
 発電装置3aは、オペレータの操作(手動)による起動・停止、または電力管理装置9からの指示による起動・停止(本例では一例として前者)が行われて、動作状態において、所定の電圧値の交流電圧V1を生成して出力する。また、発電装置3aは、直流給電システム1の最初の起動時に使用される。また、発電装置3bは、一例として1または2以上の太陽光発電装置で構成されて、直流電圧V2を生成して出力する。
 コンバータ4は、本例では2つの発電装置3a,3bに対応して配設されたAC/DCコンバータ4aとパワーコンディショナ4bの2つのコンバータで構成されている。本例では一例として、AC/DCコンバータ4aは、発電装置3aに対応して配設されている。また、AC/DCコンバータ4aは、交流電圧V1に基づいて内部で生成した直流電圧で動作して、発電装置3aから出力される発電電力としての交流電圧V1を充電用の直流電圧(充電電圧Vba)に変換して、後述する特定の蓄電池11に供給する。
 パワーコンディショナ4bは、一例としてDC/DCコンバータを含んで構成されて、発電装置3bに対応して第1コンバータとして配設されている。また、パワーコンディショナ4bは、直流電圧V2に基づいて内部で生成した直流電圧で動作すると共に、電力管理装置9によって制御されて、対応する発電装置3bの発電動作を制御することで発電電力を制御可能に構成されると共に、発電装置3bから出力される発電電力としての直流電圧V2をバス電圧Vbsに変換して、直流バス2に供給する。また、パワーコンディショナ4bは、発電装置3bから直流バス2に供給されている発電電力W2を計測して(例えば周期Tで計測して)電力管理装置9に出力する電力計測機能を有している。
 第2コンバータ5は、例えば、バス電圧Vbsに基づいて内部で生成した直流電圧で動作するDC/DCコンバータで構成されている。本例では、理解の容易のため、一例として、直流給電システム1に接続される負荷機器71(直流負荷)は負荷機器71a,71bの2つであるとして、第2コンバータ5は、負荷機器71aに対応する第2コンバータ5a(DC/DCコンバータ5aともいう)と、負荷機器71bに対応する第2コンバータ5b(DC/DCコンバータ5bともいう)の2つで構成されているものとする。この場合、DC/DCコンバータ5aは、電力管理装置9によって制御されて、バス電圧Vbsを負荷機器71aで使用される直流電圧である負荷電圧VLaに変換(直流電圧変換)して、負荷機器71aに供給する。また、DC/DCコンバータ5aは、直流バス2から負荷機器71aに供給される負荷電流について、電力管理装置9から設定された上限電流値で制限する電流制限機能を有している。また、DC/DCコンバータ5aは、この負荷電圧VLaおよび負荷電流に基づき、直流バス2から負荷機器71aに供給されている負荷電力WLaを計測して(例えば周期Tで計測して)電力管理装置9に出力する電力計測機能を有している。
 DC/DCコンバータ5bは、電力管理装置9によって制御されて、バス電圧Vbsを負荷機器71bで使用される直流電圧である負荷電圧VLbに変換(直流電圧変換)して、負荷機器71bに供給する。また、DC/DCコンバータ5bは、直流バス2から負荷機器71bに供給される負荷電流について、電力管理装置9から設定された上限電流値で制限する電流制限機能を有している。また、DC/DCコンバータ5bは、この負荷電圧VLbおよび負荷電流に基づき、直流バス2から負荷機器71bに供給されている負荷電力WLbを計測して(例えば周期Tで計測して)電力管理装置9に出力する電力計測機能を有している。
 なお、負荷機器71a,71bは、直流電圧である負荷電圧VLa,VLb(以下、特に区別しないときには、負荷電圧VLともいう)の供給を受けて動作する直流負荷であって、例えば、直流電圧で動作する照明機器、直流電圧で動作するテレビおよび冷蔵庫などの家電製品、並びに直流電圧で動作するパソコンや携帯端末などの情報機器などで構成される。
 直流電源装置6は、直流電源装置6,6,・・・,6のn個(nは2以上の整数。以下、特に区別しないときには、直流電源装置6ともいう)配設されている。各直流電源装置6は、蓄電池11、電池管理装置(BMU(Battery Management Unit ))12、コンタクタ13および双方向DC/DCコンバータ14をそれぞれ備えて構成されている。
 蓄電池11,11,・・・,11(以下、特に区別しないときには、蓄電池11ともいう)は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池およびNAS電池(ナトリウム硫黄電池)などで構成することができる。また、各蓄電池11は、一例として、同じ規定の電力容量(同じ公称容量)を有している。また、各蓄電池11のうちの後述する特定の蓄電池11以外の他の蓄電池11については、直流バス2への電力供給のために使用されるものであることから、SOC(State of charge :電池残量(残容量))が100%の状態(満充電の状態)から過放電となる手前に予め規定された下限値(例えば、数%)となる状態までの範囲内で充電動作および放電動作が可能に、つまり、放電動作に関しては、充電された電力(充電電力)をほぼ使い切れるように(有効に利用し得るように)構成されている。
 また、蓄電池11~11のうちの特定の蓄電池11(本例では一例として蓄電池11の1つであるが、この特定の蓄電池11以外の他の蓄電池11よりも少ない複数個としてもよい)は、本例では一例として、他の蓄電池11と同じように直流バス2への電力の供給のために使用されるが、この他の蓄電池11とは異なり、各直流電源装置6~6のBMU12およびコンタクタ13の動作のための電力と、電力管理装置9の動作のための電力とを供給するために主として使用される。つまり、特定の蓄電池11は、後述する動作用電圧Vop(各BMU12、各コンタクタ13および電力管理装置9を動作させるための電圧)を生成させるための電力を供給する蓄電池11として主として機能する。
 この場合、各BMU12、各コンタクタ13および電力管理装置9については、これらに電力を供給する特定の蓄電池11が直流給電システム1の起動時に後述のようにして発電装置3aによって充電され、その後に発電装置3aが停止された場合においても、発電装置3bが発電を開始して特定の蓄電池11への充電が可能になるまで(つまり、余剰電力が生じるまで)、この特定の蓄電池11から電力の供給を受けて動作状態を継続して、発電電力が不足しているときには、各直流電源装置6に対して蓄電池11からの放電を実行させる充放電制御処理を実行し、余剰電力が生じたときには、放電のための充放電制御処理から、各直流電源装置6に対して蓄電池11への充電を実行させる充放電制御処理に切り替えて実行するようにする必要がある。
 このため、特定の蓄電池11は、そのSOCが他の蓄電池11のSOCよりも常に大きくなるように、電力管理装置9によって充放電制御される。具体的には、特定の蓄電池11は、直流バス2から供給される電力によって充電されるときには、他の蓄電池11に優先して、SOCが100%になるまで(満充電になるまで)充電され、他の蓄電池11はその後に充電が開始される。これにより、特定の蓄電池11は、他の蓄電池11もSOCが100%に充電されたときには、SOCは同じ100%で他の蓄電池11と一致するが、他の蓄電池11のSOCが100%に達するまでは、他の蓄電池11のSOCよりも常に大きくなるように充放電制御される。なお、特定の蓄電池11が、対応する双方向DC/DCコンバータ14(本例では、双方向DC/DCコンバータ14)から充電のための電力の供給を受けているときには、この電力の一部は、各BMU12、各コンタクタ13および電力管理装置9のための動作用電圧Vopの生成に使用される電力として使用される。
 また、特定の蓄電池11は、放電によって直流バス2へ電力を供給するときには、他の蓄電池11がすべてSOCの下限値まで放電された後に、直流バス2への放電を開始し、そのSOCが予め規定された特定の蓄電池11についての下限値(以下、特定第1下限値(他の蓄電池11についての下限値よりも大きい値))に達したときに直流バス2への放電が停止されるように充放電制御される。この直流バス2への電力供給の際に、特定の蓄電池11から放電される電力は、対応する双方向DC/DCコンバータ14(双方向DC/DCコンバータ14)に供給されると共に、各BMU12、各コンタクタ13および電力管理装置9のための動作用電圧Vopの生成に使用される電力としても使用される。ただし、他の蓄電池11のSOCはすべて下限値に達していることから、特定の蓄電池11は、そのSOCが他の蓄電池11のSOCよりも常に大きくなるように充放電制御される。
 さらに、特定の蓄電池11は、直流バス2への放電を停止した後(対応する双方向DC/DCコンバータ14への電力の供給を停止した後)においても、各BMU12、各コンタクタ13および電力管理装置9のための動作用電圧Vopの生成に使用される電力を継続して供給する。この場合、特定の蓄電池11は、直流バス2への放電を停止した状態でのSOCが他の蓄電池11についての下限値よりも大きな特定第1下限値であることから、SOCがこの特定第1下限値から下限値に達するまで放電動作して、上記した動作用電圧Vopの生成に使用される電力の供給を継続する。
 したがって、この直流給電システム1では、余剰電力がなくなってから(例えば、発電装置3bが発電を停止したときから)、次に余剰電力が生じるとき(例えば、発電装置3bが発電を開始したとき)まで、特定の蓄電池11が上記した動作用電圧Vopの生成に使用される電力の供給を継続し得るように、特定第1下限値が予め規定されている。特定第1下限値は、他の蓄電池11についての下限値(例えば、数%)よりも大きければその下限値から100%までの間の任意の値に規定することができるが、動作用電圧Vopの生成のための電力の供給を十分に継続し得るようにするためには、数十%などのできるだけ大きな値に規定するのが好ましい。また、特定第1下限値を100%に規定したときには、特定の蓄電池11は、直流バス2への電力の供給は行わずに、動作用電圧Vopの生成のための電力の供給のみを行う蓄電池として機能する。
 BMU12,12,・・・,12(以下、特に区別しないときには、BMU12ともいう)は、対応する各蓄電池11,11,・・・,11にそれぞれ配設されて、後述する動作用電圧Vopで動作する。また、各BMU12は、動作状態において、一例として蓄電池11の充電電圧Vbaを計測する機能と、蓄電池11のSOCを演算する機能と、計測した充電電圧Vbaや算出したSOCを含む情報を電池情報として所定の周期Tで電力管理装置9に出力する機能とを有している。また、BMU12は、電力管理装置9からコンタクタ制御情報を入力したときには、このコンタクタ制御情報で示される制御内容をコンタクタ13に対して実行する(制御内容が遮断指示のときにはコンタクタ13を遮断状態に移行させ、制御内容が連結指示のときにはコンタクタ13を連結状態に移行させる)機能も有している。なお、各BMU12には、対応する蓄電池11についての充電電圧VbaとSOCとの関係(充電電圧Vbaが高くなるに従い、SOCが大きくなるとの関係)を示すデータテーブルが予め記憶されており、各BMU12は、このデータテーブルを参照することで、計測した充電電圧Vbaから現在のSOCを求める(演算する)ように構成されている。
 コンタクタ13,13,・・・,13(以下、特に区別しないときには、コンタクタ13ともいう)は、対応する蓄電池11,11,・・・,11の正極および負極と、対応する双方向DC/DCコンバータ14,14,・・・,14における蓄電池11,11,・・・,11側の一対の入出力端子との間に配設されて、後述する動作用電圧Vopで動作する。また、各コンタクタ13は、対応するBMU12によって制御されて、遮断状態および連結状態のうちの任意の一方の状態に移行し、遮断状態のときには、この正極および負極と、この一対の入出力端子とを遮断し(切り離し)、連結状態のときには、この正極および負極と、この一対の入出力端子とを連結する。
 双方向DC/DCコンバータ14,14,・・・,14(以下、特に区別しないときには、双方向DC/DCコンバータ14ともいう)は、上記したように蓄電池11側の一対の入出力端子(一方の一対の入出力端子)が対応するコンタクタ13を介して対応する蓄電池11に接続されると共に、他方の一対の入出力端子が直流バス2に接続されることで、対応する蓄電池11と直流バス2との間に接続(配設)されている。
 また、双方向DC/DCコンバータ14は、バス電圧Vbsに基づいて内部で生成した直流電圧でCV動作(定電圧充電・放電動作)すると共に、電力管理装置9によって動作制御される。具体的には、双方向DC/DCコンバータ14は、電力管理装置9から受信した制御情報が充電指示のときには、他方の一対の入出力端子から入力したバス電圧Vbsを昇圧または降圧(電圧変換)して一方の一対の入出力端子から蓄電池11に出力することにより、蓄電池11を充電する(充電動作を実行する)。これにより、直流バス2のバス電圧Vbsが低下させられる。一方、双方向DC/DCコンバータ14は、受信した制御情報が放電指示のときには、一方の一対の入出力端子から入力した蓄電池11の充電電圧Vbaを昇圧または降圧(電圧変換)して他方の一対の入出力端子から直流バス2に出力することにより、蓄電池11を放電させる(放電動作を実行する)。これにより、直流バス2のバス電圧Vbsが上昇させられる。双方向DC/DCコンバータ14としては、例えば特開2016-152641号公報に開示の公知の双方向DC/DCコンバータで構成することができる。
 また、双方向DC/DCコンバータ14は、蓄電池11に供給する充電電流および蓄電池11から放電する放電電流の各電流値を蓄電池11の最大電流値以下に制限する電流制限機能を有している。
 第3コンバータ7は、DC/DCコンバータで構成されている(以下、DC/DCコンバータ7ともいう)。また、DC/DCコンバータ7は、蓄電池11~11のうちの特定の蓄電池11(本例では蓄電池11)から供給される充電電圧Vba(直流給電システム1の起動時にはAC/DCコンバータ4aから供給される電圧でもある)で動作する。この場合、DC/DCコンバータ7は、特定の蓄電池11(本例では蓄電池11)のSOCが下限値を超える状態のときには、特定の蓄電池11から電力の供給を受けて動作状態に移行して、この電力に基づいて各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13と、電力管理装置9とで使用される動作用電圧Vopを生成して出力する(具体的には、特定の蓄電池11の充電電圧Vbaを昇圧または降圧(電圧変換)して、動作用電圧Vopを生成して出力する)。なお、DC/DCコンバータ7は、特定の蓄電池11(蓄電池11)のSOCが下限値以下のときには、動作状態に移行できないことから、動作用電圧Vopの生成・出力を停止する。
 電力管理装置9は、動作用電圧Vopで動作するコンピュータで構成されて、制御部として機能する。この電力管理装置9は、各直流電源装置6に対する充放電制御処理、および第2コンバータ5に対する電力制御処理を実行する。また、電力管理装置9は、バス電圧Vbsを計測する電圧計測処理を実行する。この場合、電力管理装置9は、バス電圧Vbsを直接的に計測する構成を採用することもできるし、例えば、第1コンバータとしてのパワーコンディショナ4bが発電電力と共にバス電圧Vbsを計測して電力管理装置9に出力する機能を有するようにして、電力管理装置9がパワーコンディショナ4bを介してバス電圧Vbsを間接的に計測する構成を採用することもできる。
 次に、図1に示した直流給電システム1の動作について説明する。なお、各コンタクタ13は、当初、遮断状態にあるものとする。
 この直流給電システム1では、例えば、直流給電システム1の最初の起動時には、まず、発電装置3aを一定期間だけ動作させて、交流電圧V1を出力させる。これにより、AC/DCコンバータ4aが、交流電圧V1の供給を受けて動作して、この交流電圧V1を直流電圧に変換して特定の蓄電池11(本例では蓄電池11)に供給する。したがって、蓄電池11の充電電圧Vbaが上昇し、これによりSOCも上昇する。また、蓄電池11のSOCが下限値以上になったときに、DC/DCコンバータ7が動作用電圧Vopの出力を開始する。これにより、各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13と、電力管理装置9とが、この動作用電圧Vopの供給を受けて動作状態に移行する。蓄電池11は、発電装置3aを一定期間だけ動作させることで、そのSOCが下限値を十分に上回る状態まで充電される。これにより、発電装置3aの停止後においても、DC/DCコンバータ7は、発電装置3bが動作を開始して余剰電力が生じるまでの間、蓄電池11から供給される電力に基づいて、動作用電圧Vopを出力し続けることが可能となっている。
 したがって、動作状態にある各直流電源装置6~6のBMU12~12は、対応する蓄電池11~11についての充電電圧VbaやSOC等を周期Tで計測すると共に、これらを計測する都度、電池情報として電力管理装置9に出力している。また、動作状態にある電力管理装置9は、充放電制御処理を実行している。
 この一定期間が経過した時点で、発電装置3aは停止される。この場合、発電装置3aは、自身に設けられた不図示のタイマが動作時間を計測して、この動作時間が一定期間と同じ時間に達したときに自ら停止する構成であってもよいし、また動作用電圧Vopの供給を受けて動作を開始した電力管理装置9が、動作を開始してからの経過時間を発電装置3aの動作時間として計測して、この経過時間が一定期間と同じ時間に達したときに発電装置3aを停止させる構成とすることもできる。これにより、この一定期間の終了後は、直流給電システム1は、発電装置3bだけが動作して発電する通常動作状態に移行する。発電装置3aは軽油およびガソリンなどの化石エネルギーを利用したエンジン方式の発電装置で構成されていることが想定されているため、極力短時間のみの使用にとどめることが望ましい。
 この通常動作状態において直流給電システム1では、電力管理装置9は、次のような充放電制御処理を実行している。
 まず、発電装置3bが発電を行っているときには、パワーコンディショナ4bが、発電装置3bから直流電圧V2の供給を受けて動作して、この直流電圧V2をバス電圧Vbsに変換して直流バス2に供給する。したがって、直流バス2のバス電圧Vbsが所定の電圧範囲(DC340V以上DC400V以下の電圧範囲)内に上昇する。また、パワーコンディショナ4bは、発電装置3bから直流バス2に供給されている発電電力W2を計測して電力管理装置9に出力する。
 この発電装置3bが発電を行っているときの充放電制御処理では、電力管理装置9は、まず、発電装置3bのパワーコンディショナ4bから新たな発電電力W2を取得して、この発電電力W2が予め規定された基準電力以上のときには、負荷機器71への電力供給が可能と判別して、各DC/DCコンバータ5a,5bに対して、対応する負荷機器71a,71bで使用される負荷電圧VLa,VLbとなるようにバス電圧Vbsを変換して出力させる制御を実行する。これにより、DC/DCコンバータ5a,5bは、対応する負荷機器71a,71bに対して負荷電力の供給を実行する。また、各DC/DCコンバータ5a,5bは、対応する負荷機器71a,71bに供給されている負荷電力WLa,WLbを計測して電力管理装置9に出力する。電力管理装置9は、この負荷電力WLa,WLbを取得して、総負荷電力(WLa+WLb)を算出する。
 次いで、電力管理装置9は、発電電力W2と総負荷電力(WLa+WLb)とを比較して、発電電力W2が総負荷電力(WLa+WLb)よりも大きいとき(例えば、日照量が多いため、発電装置3bの発電電力W2が大きいとき)には、余剰電力が生じるため、各直流電源装置6の蓄電池11への充電が可能な状態にあると判別する。
 この比較の結果、発電電力W2が総負荷電力(WLa+WLb)よりも大きく、充電が可能(余剰電力が生じている)と判別したときには、電力管理装置9は、各直流電源装置6のBMU12から取得した電池情報に基づいて充電可能な蓄電池11(SOCが100%に達していない蓄電池11)を有する直流電源装置6を特定すると共に、特定した直流電源装置6のBMU12に対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつこの直流電源装置6の双方向DC/DCコンバータ14に対して充電指示を示す制御情報を出力する(充電動作を実行する)。
 例えば、蓄電池11を含むすべての蓄電池11のSOCが100%未満のときには、電力管理装置9は、電池情報に含まれる各蓄電池11のSOCに基づいてすべての蓄電池11が満充電ではない(つまり、充電が可能な状態)ことを検出する。このため、電力管理装置9は、すべての直流電源装置6~6のBMU12~12に対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつすべての直流電源装置6~6の双方向DC/DCコンバータ14~14に対して充電指示を示す制御情報を出力する。
 これにより、各直流電源装置6では、各コンタクタ13が連結状態に移行することから、各蓄電池11が充電動作する双方向DC/DCコンバータ14に連結状態のコンタクタ13を介して接続されるため、各蓄電池11に対する充電が実行される。この場合、電力管理装置9は、各直流電源装置6のBMU12から周期Tで出力される電池情報に含まれるSOCが100%に達したか否か(つまり、蓄電池11が満充電状態になったか否か)を検出しつつ、満充電状態になったと判別したときには、その蓄電池11を含む直流電源装置6のBMU12に対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を出力して、コンタクタ13を遮断状態に移行させることでこの蓄電池11を双方向DC/DCコンバータ14から切り離す。これにより、蓄電池11に対する過充電が防止される。
 ただし、電力管理装置9は、充電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6を特定した際に、この特定した直流電源装置6の中に特定の蓄電池11を有する直流電源装置6が含まれているときには、他の蓄電池11~11よりも特定の蓄電池11の充電を優先させる充電動作を実行する。
 具体的には、電力管理装置9は、まず、特定の蓄電池11を有する直流電源装置6の双方向DC/DCコンバータ14に対して充電指示を示す制御情報を出力して、SOCが100%になるまで特定の蓄電池11を充電する。なお、特定の蓄電池11は、動作用電圧Vopの生成に使用される電力をDC/DCコンバータ7に常時供給しているため、SOCが100%になるまで充電された後に充電が完全に停止されると、SOCは100%から徐々に低下する。このため、電力管理装置9は、電池情報に含まれる蓄電池11のSOCに基づき、このSOCが100%に維持されるように、双方向DC/DCコンバータ14に対して充電指示を示す制御情報を出力する。
 次いで、電力管理装置9は、他の蓄電池11~11を有する各直流電源装置6~6の双方向DC/DCコンバータ14~14に対して充電指示を示す制御情報を出力して、SOCが100%になるまで他の蓄電池11~11を充電する。このようにして、電力管理装置9は、特定の蓄電池11のSOCが他の蓄電池11~11のSOCよりも常に(他の蓄電池11~11のSOCが100%になったときには、すべての蓄電池11のSOCが100%で揃った状態になるが、この状態以外のときには常に)大きくなるように各蓄電池11を充放電制御する。
 また、電力管理装置9は、充電動作の実行中において、電圧計測処理を実行して計測しているバス電圧Vbsが上記した所定の電圧範囲(DC340V以上DC400V以下の電圧範囲)内に維持されるように、充電動作を実行させる直流電源装置6の数や、充電動作を実行させる時間を制御して、直流バス2から各直流電源装置6に供給される充電電力を制御する。この場合、電力管理装置9は、特定の蓄電池11に対する充電だけでは、バス電圧Vbsの上昇を制御できないときには、特定の蓄電池11の充電中においても、他の蓄電池11~11に対する充電を実行することで(具体的には、充電動作を実行させる直流電源装置6~6の数や、充電動作を実行させる時間を制御しつつ充電を実行することで)、バス電圧Vbsの上昇を制御する。なお、この場合においても、電力管理装置9は、特定の蓄電池11のSOCが他の蓄電池11~11のSOCよりも常に大きくなるように各蓄電池11を充放電制御する。
 一方、電力管理装置9は、発電電力W2と総負荷電力(WLa+WLb)との比較の結果、発電電力W2が総負荷電力(WLa+WLb)よりも小さいとき(例えば、日照量が少ないため、発電装置3bの発電電力W2が小さいとき)には、不足電力が生じるため、各直流電源装置6の蓄電池11からの放電が必要な状態にあると判別する。この場合、電力管理装置9は、各直流電源装置6のBMU12から取得した電池情報(具体的にはSOC)に基づいて放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6を特定すると共に、特定した直流電源装置6のBMU12に対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつこの直流電源装置6の双方向DC/DCコンバータ14に対して放電指示を示す制御情報を出力する(放電動作を実行させる)。
 この場合、直流給電システム1では、上記したように蓄電池11はそのSOCが常時、ほぼ100%になるように充電される構成のため、電力管理装置9は、放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6として直流電源装置6を常に特定する。また、電力管理装置9は、放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6として、直流電源装置6~6のうちのいずれかの直流電源装置6が該当するとき(蓄電池11のSOCがSOCについての上記した下限値を上回っている直流電源装置6に該当するとき)には、この直流電源装置6を放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6として特定する。また、電力管理装置9は、特定した直流電源装置6の中に特定の蓄電池11を有する直流電源装置6(本例では直流電源装置6)以外の直流電源装置6(特定の蓄電池11以外の他の蓄電池11を有する直流電源装置6。本例では直流電源装置6~6のうちのいずれか)が含まれているときには、このいずれかの直流電源装置6を優先的に放電動作させる。以下、特定した直流電源装置6の中に直流電源装置6以外の直流電源装置6が含まれている例を挙げて説明する。
 この例では、電力管理装置9は、まず、上記のいずれかの直流電源装置6(直流電源装置6~6のうちの特定されたいずれかの直流電源装置6)に放電動作を実行させるために、この直流電源装置6のBMU12に対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつ双方向DC/DCコンバータ14に対して放電指示を示す制御情報を出力する。この直流電源装置6では、BMU12が、電力管理装置9から取得した連結指示を示すコンタクト制御情報に基づいてコンタクタ13を連結状態に移行させることで、蓄電池11を双方向DC/DCコンバータ14に接続させる。また、電力管理装置9から取得した放電指示を示す制御情報に基づいて放電動作している双方向DC/DCコンバータ14は、蓄電池11の充電電圧Vbaを昇圧または降圧(電圧変換)して直流バス2に出力する(蓄電池11を放電する)。
 この場合、電力管理装置9は、電圧計測処理を実行して計測しているバス電圧Vbsが上記した所定の電圧範囲(DC340V以上DC400V以下の電圧範囲)内に維持されるように、放電動作を実行させる直流電源装置6の数や、放電動作を実行させる時間を制御して、直流電源装置6から直流バス2に供給される放電電力を制御する。
 電力管理装置9は、このいずれかの直流電源装置6(直流電源装置6以外の直流電源装置6)において上記の放電動作が継続して実行された結果、その蓄電池11のSOCがその下限値に達したことを、そのBMU12から取得した電池情報に基づいて検出したときには、この直流電源装置6のBMU12に対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を出力する。これにより、この直流電源装置6では、BMU12によってコンタクタ13が遮断状態に移行させられることで、蓄電池11が双方向DC/DCコンバータ14から切り離される(放電動作が停止させられる)。このため、SOCが下限値を下回る状態において蓄電池11が放電される事態(蓄電池11の過放電)の発生が防止される。
 また、電力管理装置9は、特定された直流電源装置6のうちの直流電源装置6以外のすべての直流電源装置6に対して放電動作を停止させたとき(つまり、直流電源装置6以外の特定されたすべての直流電源装置6の蓄電池11のSOCが下限値に達したとき)には、次に、直流電源装置6に放電動作を実行させる。この場合、電力管理装置9は、直流電源装置6のBMU12に対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつ双方向DC/DCコンバータ14に対して放電指示を示す制御情報を出力する。直流電源装置6では、BMU12が、電力管理装置9から取得した連結指示を示すコンタクト制御情報に基づいてコンタクタ13を連結状態に移行させることで、蓄電池11を双方向DC/DCコンバータ14に接続させる。また、電力管理装置9から取得した放電指示を示す制御情報に基づいて放電動作している双方向DC/DCコンバータ14は、蓄電池11の充電電圧Vbaを昇圧または降圧(電圧変換)して直流バス2に出力する(蓄電池11を放電する)。
 この場合においても、電力管理装置9は、電圧計測処理を実行して計測しているバス電圧Vbsが上記した所定の電圧範囲(DC340V以上DC400V以下の電圧範囲)内に維持されるように、直流電源装置6に対して放電動作を実行させる時間を制御して、直流電源装置6から直流バス2に供給される放電電力を制御する。
 電力管理装置9は、直流電源装置6において上記の放電動作が継続して実行された結果、その蓄電池11のSOCが低下して特定第1下限値に達したことを、BMU12から取得した電池情報(のうちのSOC)に基づいて検出したときには、直流電源装置6のBMU12に対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を出力する。これにより、直流電源装置6では、BMU12によってコンタクタ13が遮断状態に移行させられることで、蓄電池11が双方向DC/DCコンバータ14から切り離される(直流バス2への放電動作が停止させられる)。電力管理装置9は、このようにして、特定の蓄電池11のSOCが他の蓄電池11~11のSOCよりも常に大きくなるように、各蓄電池11を放電させる充放電制御を実行する。また、蓄電池11は、このようにして、SOCが下限値よりも大きい特定第1下限値に低下した時点で双方向DC/DCコンバータ14から切り離されるため、SOCが特定第1下限値から下限値に低下するまでの十分な長さの期間において、動作用電圧Vopを生成するための電力をDC/DCコンバータ7に対して供給することが可能となっている。
 これにより、直流電源装置6から直流バス2への電力供給がすべて停止される。直流給電システム1では、発電電力W2が総負荷電力(WLa+WLb)よりも小さい状態で、DC/DCコンバータ5a,5bが上記動作をそのまま継続したときには、バス電圧Vbsが低下して、所定の電圧範囲(本例ではDC340V以上DC400V以下の範囲)の下限電圧値(DC340V)を下回る恐れがある。このため、電力管理装置9は、電圧計測処理で計測しているバス電圧Vbsが上記した所定の電圧範囲内に維持されるように、第2コンバータ5(本例では、DC/DCコンバータ5a,5bの少なくとも一方)に対して電力制御処理を実行することで、総負荷電力(WLa+WLb)を減少させる(発電電力W2が増加したときには、増加させる)。
 次に、発電装置3bが非発電状態(発電停止状態)となるときの充放電制御処理について説明する。
 この充放電制御処理では、発電電力W2はほぼゼロであることから、電力管理装置9は、上記した発電電力W2が総負荷電力(WLa+WLb)よりも小さいときと同じ動作を実行する。したがって、電力管理装置9は、まず、各直流電源装置6のBMU12から取得した電池情報に基づいて放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6が存在するか否かを検出して、存在するときには、この直流電源装置6を特定して放電動作させることにより、DC/DCコンバータ5a,5bにおいて対応する負荷機器71a,71bへの負荷電圧VLa,Vlbを生成可能な状態とする。
 したがって、放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6として、直流電源装置6以外の直流電源装置6が存在するときには、まず、この直流電源装置6以外の直流電源装置6の蓄電池11をそのSOCが下限値に低下するまで放電させ、次いで、直流電源装置6の蓄電池11をそのSOCが特定第1下限値に低下するまで放電させる。電力管理装置9は、このようにして、特定の蓄電池11のSOCが他の蓄電池11~11のSOCよりも常に大きくなるように、各蓄電池11を放電させる充放電制御を実行する。このため、蓄電池11は、SOCが特定第1下限値から下限値に低下するまでの十分な長さの期間において、動作用電圧Vopを生成するための電力をDC/DCコンバータ7に対して供給することが可能となっている。
 このように、この直流給電システム1では、電力管理装置9は、複数の蓄電池11のうちの特定の蓄電池(本例では蓄電池11)の充電電力で動作する(具体的には、この充電電力に基づいてDC/DCコンバータ7から出力される動作用電圧Vopで動作する)ように構成され、特定の蓄電池11のSOCが複数の蓄電池11のうちの他の蓄電池11~11のSOCよりも常に大きくなるように複数の双方向DC/DCコンバータ14~14の充放電動作(電力変換動作)を制御すると共に、特定の蓄電池11から直流バス2への電力供給に対して他の蓄電池11~11から直流バス2への電力供給を優先して実行し、直流バス2への電力供給によって他の蓄電池11~11のSOCが下限値(過放電となる手前に予め規定された値)を下回ったときには、対応する双方向DC/DCコンバータ14による他の蓄電池11から直流バス2への電力供給を停止させる。
 したがって、この直流給電システム1によれば、電力管理装置9を動作させるために充電電力が使用される特定の蓄電池11のSOCを他の蓄電池11~11のSOCよりも常に大きくする構成のため、すべての蓄電池11を直流バス2への電力供給に同等に使用する構成とは異なり、特定の蓄電池11のSOCが下限値まで低下するのに要する時間を十分に長くすることができる、つまり、電力管理装置9を動作状態に維持し得る時間を十分に長くすることができる。また、この直流給電システム1によれば、直流バス2への電力供給に際して他の蓄電池11~11を優先して放電させると共に、そのSOCが下限値に達したときに直流バス2への電力供給を停止させる構成のため、他の蓄電池11~11が過放電に至る事態の発生を確実に回避しつつ、過放電となる手前までそれらの充電電力を有効に使用することができる。
 また、この直流給電システム1によれば、特定の蓄電池11の充電電力に基づいて動作用電圧Vopを生成して出力するDC/DCコンバータ7を備えているため、特定の蓄電池11のSOCが変化した場合(つまり、特定の蓄電池11の充電電圧Vbaが変化した場合)であっても、各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13や、電力管理装置9で使用される種々の電圧値の動作用電圧Vopを安定して出力することができる。このように、この直流給電システム1では、DC/DCコンバータ7を備えた好ましい構成を採用しているが、例えば、各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13や、電力管理装置9の動作電圧範囲が十分に広い(特定の蓄電池11の充電電圧Vbaの変化の範囲よりも広い)ときには、DC/DCコンバータ7の配設を省略して、特定の蓄電池11の充電電圧Vbaを、各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13や、電力管理装置9に直接供給する構成を採用することもできる。
 なお、この直流給電システム1では、各直流電源装置6において、各蓄電池11と対応する双方向DC/DCコンバータ14との間にコンタクタ13を配設して、双方向DC/DCコンバータ14についてはバス電圧Vbsで常時動作させるようにすると共に、蓄電池11と対応する双方向DC/DCコンバータ14とを切り離し可能(つまり、蓄電池11と直流バス2とを切り離し可能)とする構成を採用しているが、電力管理装置9が各双方向DC/DCコンバータ14に対して制御情報として停止指示を出力し得る構成とし、双方向DC/DCコンバータ14は、制御情報が停止指示のときには、自身の動作を停止させて消費電力を低減させるスリープ状態に移行し得る構成とすることもできる。なお、この構成においては、双方向DC/DCコンバータ14は、スリープ状態において制御情報として充電指示または放電指示を受信したときには、スリープ状態から脱して、充電動作または放電動作を実行し得る構成とする。
 この構成の直流給電システム1によれば、蓄電池11の直流バス2への電力供給を停止した直流電源装置6の双方向DC/DCコンバータ14に対して制御情報として停止指示を出力することにより、双方向DC/DCコンバータ14をスリープ状態に移行させて消費電力を低減することができる。これにより、直流給電システム1全体での消費電力についても低減することができる。
 また、このように直流電源装置6の双方向DC/DCコンバータ14を停止し得る構成においては、双方向DC/DCコンバータ14を停止させることで、対応する蓄電池11から直流バス2への電力供給を停止させることができるため、図示はしないが、コンタクタ13を省略して、各蓄電池11と対応する双方向DC/DCコンバータ14とを直接接続する構成を採用することもできる。また、この構成においては、双方向DC/DCコンバータ14は、バス電圧Vbsおよび蓄電池11の充電電圧Vbaのうちの任意の一方で動作させる構成とすることもできる。
 本願発明によれば、制御部を動作状態に維持し得る時間を十分に長くしつつ、複数の蓄電池に充電されている電力をより有効に利用することができるため、本発明は、蓄電池を必須とする独立型の直流給電システムに広く適用することができる。
    1 直流給電システム
    2 直流バス
   3a,3b 発電装置
   4b 第1コンバータ
   5a,5b 第2コンバータ
    9 電力管理装置
  11~11 蓄電池
  14~14 双方向DC/DCコンバータ
  71,71 負荷機器
   W2 発電電力
  Wla,Wlb 負荷電力

Claims (3)

  1.  商用電源に接続されない独立型の直流給電システムであって、
     給電の母線となる直流バスと、
     発電装置と、
     前記発電装置の発電電力を前記直流バスに供給する第1コンバータと、
     複数の蓄電池と、
     前記複数の蓄電池の各々と前記直流バスとの間に接続されて、当該直流バスに供給されている前記発電電力と当該蓄電池の充電電力とを双方向に電力変換して、当該直流バスから当該蓄電池へ、または当該蓄電池から当該直流バスへ電力供給する複数の双方向コンバータと、
     前記直流バスに供給されている前記発電電力および前記充電電力のうちの少なくとも一方の直流電力を直流電圧に変換して負荷機器に供給する第2コンバータと、
     前記複数の蓄電池のうちの特定の蓄電池の前記充電電力で動作して、前記複数の双方向コンバータの電力変換動作を制御する制御部とを備え、
     前記制御部は、
     前記特定の蓄電池のSOCが前記複数の蓄電池のうちの他の蓄電池のSOCよりも常に大きくなるように前記複数の双方向コンバータの前記電力変換動作を制御すると共に、前記特定の蓄電池から前記直流バスへの電力供給に対して前記他の蓄電池から前記直流バスへの電力供給を優先して実行し、当該直流バスへの電力供給によって当該他の蓄電池の前記SOCが予め規定された下限値を下回ったときには、対応する前記双方向コンバータによる当該他の蓄電池から前記直流バスへの電力供給を停止させる直流給電システム。
  2.  前記複数の双方向コンバータは、前記複数の蓄電池のうちの対応する蓄電池の前記充電電力で動作し、
     前記制御部は、前記SOCが前記下限値を下回った前記他の蓄電池に対応する前記双方向コンバータを停止させる請求項1記載の直流給電システム。
  3.  前記特定の蓄電池の前記充電電力を前記制御部の動作用電圧に変換して出力する第3コンバータを備えている請求項1または2記載の直流給電システム。
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