電源システム
【課題】電力系統からの電力供給が停止された場合であっても、負荷への電力供給を継続的に行うこと。
【解決手段】実施形態に係る電源システムは、蓄電池と、蓄電池と、インバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備える。インバータ装置は、入力側に発電装置および電力系統が接続され、出力側に負荷が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方にインバータ装置のコンバータ部が接続され、他方に蓄電池が接続される。制御装置は、電力系統からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、蓄電池の電力をインバータ装置へ供給させる。
【解決手段】実施形態に係る電源システムは、蓄電池と、蓄電池と、インバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備える。インバータ装置は、入力側に発電装置および電力系統が接続され、出力側に負荷が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方にインバータ装置のコンバータ部が接続され、他方に蓄電池が接続される。制御装置は、電力系統からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、蓄電池の電力をインバータ装置へ供給させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統から供給される電力に加え、太陽光発電装置等の発電装置によって発電される電力や蓄電池に蓄えられた電力を併用して負荷への電力供給を行う電源システムが開発されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、太陽光発電装置の発電量と負荷の消費電力量とに基づいて、電力系統および蓄電池が負荷に対して供給する電力を制御する電源システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０８３０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような電源システムにおいては、電力系統からの電力供給が停止された場合であっても、負荷への電力供給を継続的に行うことが望ましい。
【０００６】
実施形態の一態様は、電力系統からの電力供給が停止された場合であっても、負荷への電力供給を継続的に行うことのできる電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一態様に係る電源システムは、蓄電池と、インバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備える。インバータ装置は、入力側に発電装置および電力系統が接続され、出力側に負荷が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方にインバータ装置のコンバータ部が接続され、他方に蓄電池が接続される。制御装置は、電力系統からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、蓄電池の電力をインバータ装置へ供給させる。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、電力系統からの電力供給が停止された場合であっても、負荷への電力供給を継続的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、情報記憶部に記憶される停止情報および復旧情報の一例を示す図である。
【図３】図３は、インバータ装置およびＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、充放電制御部およびＤＣ／ＤＣコンバータの具体的な構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、電力指令生成処理の説明図である。
【図６】図６は、電源システムの動作例を示す図である。
【図７】図７は、制御装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電源システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
［１．電源システムの構成］
まず、第１の実施形態に係る電源システムの構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。なお、図１では、電源システムの特徴を説明するために必要な構成要素を示しており、一般的な構成要素についての記載を適宜省略している。
【００１２】
図１に示すように、電源システム１００は、電力系統１と、太陽光発電装置２と、蓄電池３と、インバータ装置４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、制御装置６と、操作パネル７と、日射計８と、負荷９と、スイッチ１１，１２とを含んで構成される。なお、電源システム１００は、少なくとも蓄電池３と、インバータ装置４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、制御装置６とを備えていればよい。
【００１３】
電力系統１は、たとえば電力会社から供給される商用交流電源である。太陽光発電装置２は、太陽光エネルギーを電力へ変換する発電装置である。太陽光発電装置２は、ソーラパネル２１と、インバータ部２２とを備える。
【００１４】
ソーラパネル２１は、光起電力効果を利用して、光エネルギーを電力へ変換する電力機器である。ソーラパネル２１によって生成された直流電力は、インバータ部２２へ出力される。インバータ部２２は、ソーラパネル２１から入力される直流電力を交流電力へ変換する。インバータ部２２としては、たとえば一般的なパワーコンディショナーを適用する。
【００１５】
太陽光発電装置２は、最大電力追従制御により発電し、発電した電力をインバータ装置４へ出力する。なお、ここでは、太陽光発電装置２が交流電力を出力する場合の例について示したが、太陽光発電装置は、直流電力を出力する構成であってもよい。かかる場合には、後述するインバータ装置４のコンバータ部４１の出力側に太陽光発電装置を接続すればよい。
【００１６】
蓄電池３は、充放電可能な電池である。インバータ装置４は、電力系統１や太陽光発電装置２から供給される電力を、所定周波数の交流電力へ変換して負荷９へ供給する装置である。具体的には、インバータ装置４は、コンバータ部４１とインバータ部４２とを備える。
【００１７】
コンバータ部４１は、電力系統１および太陽光発電装置２に対して入力側が接続され、電力系統１や太陽光発電装置２から入力される交流電力を直流電力へ変換する。コンバータ部４１によって生成される直流電力は、インバータ部４２へ出力される。
【００１８】
インバータ部４２は、入力側にコンバータ部４１の出力側が接続され、出力側に負荷９が接続される。かかるインバータ部４２は、コンバータ部４１から入力される直流電力を交流電力へ変換して負荷９へ供給する。
【００１９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、一方にコンバータ部４１の出力側が接続され、他方に蓄電池３が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、コンバータ部４１からの直流電力を蓄電池３へ供給する処理（すなわち、充電処理）および蓄電池３からの直流電力をインバータ部４２へ供給する処理（すなわち、放電処理）を行う。
【００２０】
制御装置６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作を制御することによって、蓄電池３の充放電を制御する制御装置である。
【００２１】
操作パネル７は、ユーザの入力操作を受け付ける入力デバイスであり、制御装置６に接続される。日射計８は、たとえばソーラパネル２１の近傍に設置され、ソーラパネル２１周辺の日射量を計測する。日射計８によって計測された日射量は、制御装置６へ入力される。負荷９は、インバータ装置４から供給される交流電力を消費するものであり、たとえば家電製品などである。
【００２２】
スイッチ１１は、電力系統１からの電力供給のオン／オフを切り替えるスイッチである。また、スイッチ１２は、太陽光発電装置２からの電力供給のオン／オフを切り替えるスイッチである。スイッチ１１，１２のオン／オフは制御装置６によって制御される。
【００２３】
第１の実施形態に係る電源システム１００は、動作モードとして「通常動作モード」および「計画停電動作モード」を備える。ここで、「通常動作モード」における電源システム１００の動作について説明する。
【００２４】
「通常動作モード」において、電源システム１００は、電力系統１および太陽光発電装置２の協調運転により、負荷９への電力供給を行う。
【００２５】
具体的には、電源システム１００は、太陽光発電装置２によって発電される電力をメイン電力として負荷９へ供給する。このとき、電源システム１００は、太陽光発電装置２によって発電される電力が負荷９の消費電力を下回っている場合、不足分の電力を電力系統１から供給される電力によって賄う。
【００２６】
また、電源システム１００は、太陽光発電装置２によって発電される電力が負荷９の消費電力を上回っている場合には、余剰電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５経由で蓄電池３へ供給し、これによって蓄電池３を充電する。
【００２７】
このように、「通常動作モード」では、主として太陽光発電装置２によって発電される電力を使用しつつ、不足分を電力系統１からの供給電力を用いて補ったり、余剰分を蓄電池３へ蓄えたりする。
【００２８】
つづいて、「計画停電動作モード」における電源システム１００の動作について説明する。「計画停電動作モード」において、電源システム１００は、蓄電池３と太陽光発電装置２との協調運転を行うことによって負荷９への電力供給を行う。具体的には、電源システム１００は、太陽光発電装置２によって発電される電力が負荷９の消費電力を下回っている場合には、不足分の電力を蓄電池３に蓄えられた電力によって賄う。
【００２９】
このように、「計画停電動作モード」では、主として太陽光発電装置２によって発電される電力を使用しつつ、不足分の電力を蓄電池３からの供給電力を用いて補うことで、電力系統１からの電力供給が絶たれた場合であっても、負荷９への電力供給を行うことができる。なお、「計画停電動作モード」においては、「通常動作モード」と同様に、余剰分を蓄電池３へ蓄える動作も行われる。「計画停電動作モード」の詳細については、図６を用いて後述する。
【００３０】
ところで、たとえば計画停電のように、電力系統１からの電力供給が停止する時刻が予め判明している場合には、電力系統１からの電力供給が停止する時刻が到来した時点で蓄電池３の放電を開始させることで、負荷９への電力供給を継続させることが考えられる。
【００３１】
しかしながら、停電開始時刻が到来した時点で蓄電池３の放電を開始させたとしても、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の応答速度の限界によって、蓄電池３からの電力が実際に負荷９へ供給されるまでに若干のタイムラグが生じる。このようなタイムラグが生じると、負荷９への電力供給が瞬間的に低下または途絶する可能性がある。応答速度の速いＤＣ／ＤＣコンバータを用いることによって無停電状態に近づけることも考えられるが、設備費用が嵩むため好ましくない。
【００３２】
そこで、電源システム１００は、停電開始時刻が到来する所定時間前に、「計画停電動作モード」へ移行するための準備を行う。すなわち、電源システム１００は、停電開始時刻が到来するよりも前に、蓄電池３から負荷９へ電力が供給される状態へ移行しておく。これにより、無停電状態を容易に実現することができる。
【００３３】
具体的には、電源システム１００は、「通常動作モード」から「計画停電動作モード」へ移行するための「停止移行モード」と、「計画停電動作モード」から「通常動作モード」へ移行するための「復旧移行モード」とを備える。以下では、これら「停止移行モード」、「復旧移行モード」および「計画停電動作モード」における電源システム１００の動作について具体的に説明する。
【００３４】
［２．制御装置６の構成］
制御装置６は、電力系統１からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御して、蓄電池３の電力をインバータ装置４へ供給させる。図１に示すように、制御装置６は、情報取得部６１と、情報記憶部６２と、指令出力部６３と、充放電制御部６４とを備える。
【００３５】
情報取得部６１は、計画停電などによって電力系統１からの電力供給が停止する時刻（以下、「計画停電開始時刻」と記載する）を示す停止情報と、電力系統１からの電力供給が復旧する時刻（以下、「計画停電復旧時刻」と記載する）を示す復旧情報とを取得する。
【００３６】
停止情報および復旧情報は、たとえば操作パネル７から入力される。すなわち、ユーザは、操作パネル７を操作することによって計画停電開始時刻および計画停電復旧時刻を制御装置６へ設定することができる。なお、情報取得部６１は、図示しないサーバ装置などからインターネットといった通信網を介して停止情報および復旧情報を取得してもよい。
【００３７】
情報取得部６１は、停止情報および復旧情報を取得すると、取得した停止情報および復旧情報を情報記憶部６２へ記憶する。このように、情報取得部６１は、「停止情報取得部」および「復旧情報取得部」の一例として機能する。
【００３８】
情報記憶部６２は、不揮発性メモリやハードディスクドライブといった記憶デバイスであり、停止情報および復旧情報を記憶する。ここで、情報記憶部６２に記憶される停止情報および復旧情報の内容について図２を用いて説明する。図２は、情報記憶部６２に記憶される停止情報および復旧情報の一例を示す図である。
【００３９】
図２に示すように、停止情報は、「日時」項目に対して「計画停電開始時刻」項目を関連付けた情報である。また、復旧情報は、「日時」項目に対して「計画停電復旧時刻」項目を関連付けた情報である。
【００４０】
図２に示す例では、日時「２０１１／１１／２６」に対して、計画停電開始時刻「２１：００」および計画停電復旧時刻「２３：００」がそれぞれ関連付けられている。これは、２０１１年１１月２６日の２１時から２３時までの期間において計画停電が行われることを示している。このように、情報記憶部６２は、「停止情報記憶部」および「復旧情報記憶部」の一例である。
【００４１】
図１に戻り、指令出力部６３について説明する。指令出力部６３は、情報記憶部６２に記憶された停止情報に基づき、計画停電開始時刻よりも所定時間前のタイミングである切替タイミングを検出し、検出した切替タイミングで切替指令を充放電制御部６４へ出力する処理部である。
【００４２】
また、指令出力部６３は、情報記憶部６２に記憶された復旧情報に基づき、計画停電復旧時刻よりも所定時間前のタイミングである復旧タイミングを検出し、検出した復旧タイミングで復旧指令を充放電制御部６４へ出力する処理部でもある。
【００４３】
このように、指令出力部６３は、「切替指令出力部」および「復旧指令出力部」の一例として機能する。なお、切替指令および復旧指令の出力タイミングについては、図６を用いて具体的に説明する。
【００４４】
充放電制御部６４は、指令出力部６３から出力された切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御して、蓄電池３の電力をインバータ装置４へ供給させる処理部である。
【００４５】
既に説明したように、切替指令は、計画停電開始時刻よりも所定時間前のタイミングで出力される。したがって、充放電制御部６４は、計画停電開始時刻よりも前のタイミングで、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御を行う。これにより、負荷９は、計画停電が開始される前から蓄電池３の電力が供給されることとなる。
【００４６】
このため、電力系統１からの電力供給が停止された場合であっても、負荷９への供給電力が低下したり途絶したりするおそれがない。すなわち、応答速度の速いＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく、無停電状態を容易に実現することができる。
【００４７】
なお、充放電制御部６４は、指令出力部６３から出力された復旧指令を取得した場合に、太陽光発電装置２からインバータ装置４への電力供給を停止させた後、蓄電池３からインバータ装置４への電力供給を停止させる処理も行う。かかる点については、後述する。このように、充放電制御部６４は、「停電制御部」の一例として機能する。
【００４８】
［３．インバータ装置４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の回路構成］
次に、インバータ装置４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の回路構成の一例について図３を用いて説明する。図３は、インバータ装置４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の回路構成の一例を示す図である。
【００４９】
図３に示すように、コンバータ部４１は、ダイオードＤ１〜Ｄ６と、電源突入防止用スイッチＣ１と、コンデンサＣ２と、抵抗器Ｒ１とを備える。かかるコンバータ部４１は、入力される交流電圧をダイオードＤ１〜Ｄ６を用いて整流し、整流後の電圧をコンデンサＣ２を用いて平滑することによって直流電圧を生成する。なお、電源突入防止用スイッチＣ１としては、マグネットコンタクタを適用し、電源投入時に電流を抵抗器Ｒ１に流すように構成されている。
【００５０】
インバータ部４２は、制御装置６によってオン／オフが制御されるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を備える。かかるインバータ部４２は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のオン／オフが制御されることによって、コンバータ部４１の直流電圧を交流電圧へ変換して負荷９へ出力する。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６としては、たとえば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子を用いることができる。
【００５１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、スイッチング素子ＳＷ７，ＳＷ８を備え、制御装置６によってスイッチング素子ＳＷ７，ＳＷ８のオン／オフが制御され、蓄電池３とインバータ装置４との間で双方向の電圧変換を行う。
【００５２】
たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、蓄電池３からインバータ装置４への電圧変換を行う場合には、蓄電池３の電圧を昇圧してインバータ装置４へ出力する昇圧回路として動作する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、インバータ装置４から蓄電池３への電圧変換を行う場合には、インバータ装置４の直流電圧を降圧して蓄電池３へ降圧する降圧回路として動作する。スイッチング素子ＳＷ７，ＳＷ８としては、たとえば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子を用いることができる。
【００５３】
なお、インバータ装置４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５は、図３に示す構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００５４】
［４．充放電制御部６４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の具体的な構成］
次に、充放電制御部６４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の具体的な構成について図４を用いて説明する。図４は、充放電制御部６４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の具体的な構成の一例を示す図である。
【００５５】
図４に示すように、充放電制御部６４は、乗算部６４ａと、出力予測部６４ｂと、負荷電力検出部６４ｃと、減算部６４ｄと、減算部６４ｅと、スイッチ６４ｆと、電力指令生成部６４ｇとを備える。また、充放電制御部６４は、放電規制部６４ｈと、スイッチ６４ｉ，６４ｊと、ソフトスタータ６４ｋと、電流指令生成部６４ｌとを備える。
【００５６】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、減算部５１と、リミッタ付電流制御部５２と、減算部５３と、リミッタ付電圧制御部５４と、ＰＷＭ制御部５５とを備える。
【００５７】
まず、充放電制御部６４の構成について説明する。乗算部６４ａは、インバータ装置４とＤＣ／ＤＣコンバータ５との間で検出された電圧検出値および電流検出値を乗算する。また、乗算部６４ａは、かかる乗算結果を減算部６４ｅへ出力する。
【００５８】
出力予測部６４ｂは、日射計８から入力されるソーラパネル２１周辺の日射量を用いて太陽光発電装置２の予測発電量を算出する。出力予測部６４ｂによって算出された太陽光発電装置２の予測発電量は、減算部６４ｄへ出力される。
【００５９】
負荷電力検出部６４ｃは、インバータ装置４から負荷９に対して供給される電力を検出する。負荷電力検出部６４ｃによって検出された負荷電力は、減算部６４ｄへ出力される。具体的には、負荷電力検出部６４ｃは、電力検出器を用いてもよいし、インバータ装置４と負荷９との間で検出された電流検出値とインバータ装置４の出力電圧とを乗算することによって、負荷電力を検出してもよい。なお、負荷電力検出部６４ｃは、電圧検出器を用いて出力電圧を検出してもよいし、インバータ装置４の電圧指令を用いて出力電圧をしてもよいし、インバータ装置４の電力演算値を用いて出力電圧を検出してもよい。
【００６０】
減算部６４ｄは、負荷電力検出部６４ｃから入力される負荷電力から、出力予測部６４ｂから入力される太陽光発電装置２の予測発電量を減算する。減算部６４ｄは、かかる減算結果を減算部６４ｅへ出力する。
【００６１】
減算部６４ｅは、減算部６４ｄから入力される減算結果から、乗算部６４ａから入力される乗算結果を減算する。また、減算部６４ｅは、かかる減算結果を過不足電力値Ｐｘとして電力指令生成部６４ｇへ出力する。スイッチ６４ｆは、出力予測部６４ｂから減算部６４ｄへの出力のオン／オフ状態を切り替えるスイッチである。
【００６２】
電力指令生成部６４ｇは、減算部６４ｅから入力される過不足電力値Ｐｘに応じた電力指令Ｐｃを生成して出力する。ここで、電力指令生成部６４ｇによる電力指令生成処理の内容について図５を用いて説明する。図５は、電力指令生成処理の説明図である。
【００６３】
図５に示すように、電力指令生成部６４ｇは、減算部６４ｅから入力される過不足電力値Ｐｘが０よりも大きい場合には、正の値の電力指令を出力し、過不足電力値Ｐｘがｂ（＜０）よりも小さい場合には、負の値の電力指令Ｐｃを出力することになる。
【００６４】
また、電力指令生成部６４ｇは、過不足電力値Ｐｘが０＜Ｐｘ≦ａまたはｃ≦Ｐｘ＜ｂの範囲内である場合には、過不足電力値Ｐｘに比例した大きさの電力指令Ｐｃを出力する。すなわち、電力指令生成部６４ｇは、過不足電力値Ｐｘが０＜Ｐｘ≦ａの範囲内である場合には、過不足電力値Ｐｘが大きいほど大きい電力指令Ｐｃを出力し、ｃ≦Ｐｘ＜ｂの範囲内である場合には、過不足電力値Ｐｘが小さいほど小さい電力指令Ｐｃを出力する。
【００６５】
このように、電力指令生成部６４ｇは、蓄電池３の現在の電力供給量および太陽光発電装置２の発電量の総量が、負荷電力よりも少ない場合には、不足分の電力（すなわち、過不足電力値Ｐｘ）に応じた正の値の電力指令Ｐｃを出力する。また、電力指令生成部６４ｇは、蓄電池３の現在の電力供給量および太陽光発電装置２の発電量の総量が、負荷電力よりも多い場合には、余剰分の電力（すなわち、過不足電力値Ｐｘ）に応じた負の値の電力指令Ｐｃを出力する。
【００６６】
なお、電力指令生成部６４ｇは、過不足電力値Ｐｘがｂ≦Ｐｘ≦０である場合には、電力指令として「０」を出力する。また、電力指令Ｐｃには、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ５の性能に応じた上限値および下限値が設定される。すなわち、電力指令生成部６４ｇは、過不足電力値Ｐｘがａよりも大きい場合には、Ｐｘ＝ａにおける電力指令Ｐｃを出力し、過不足電力値Ｐｘがｃよりも小さい場合には、Ｐｘ＝ｃにおける電力指令Ｐｃを出力する。
【００６７】
このような電力指令生成処理が行われることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、図５に示すように、０＜Ｐｘ≦ａの範囲では放電運転となり、ｃ≦Ｐｘ＜ｂの範囲では充電運転となり、ｂ≦Ｐｘ≦０の範囲では運転休止状態となる。ここで、ａ、ｂ、ｃの各値は、例えば、蓄電池３やＤＣ／ＤＣコンバータ５の容量などの能力によって決められる。
【００６８】
図４に戻り、放電規制部６４ｈについて説明する。放電規制部６４ｈは、たとえばリミッタ回路であり、放電運転を行わせる電力指令Ｐｃが入力された場合に、かかる電力指令Ｐｃの出力を規制する（すなわち、電力指令Ｐｃの出力を行わない）処理部である。
【００６９】
スイッチ６４ｉは、放電規制部６４ｈとソフトスタータ６４ｋとを接続する経路に設けられるスイッチである。また、スイッチ６４ｊは、電力指令生成部６４ｇとソフトスタータ６４ｋとを接続する経路に設けられるスイッチである。
【００７０】
ソフトスタータ６４ｋは、入力される電力指令Ｐｃの変化率を制限して出力する。ソフトスタータ６４ｋは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の容量などの能力に応じて必要により設けられる。ソフトスタータ６４ｋから出力された電力指令Ｐｃは、電流指令生成部６４ｌへ入力される。
【００７１】
電流指令生成部６４ｌは、負荷電力検出部６４ｃの検出結果に基づいて電流指令を生成する。すなわち、電流指令生成部６４ｌは、ソフトスタータ６４ｋから入力される電力指令Ｐｃを、蓄電池３とＤＣ／ＤＣコンバータ５との間で検出された電圧検出値で除することによって電流指令を生成する。電流指令生成部６４ｌによって生成された電流指令は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の減算部５１へ入力される。
【００７２】
つづいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の構成について説明する。減算部５１は、電流指令生成部６４ｌから入力される電流指令から、蓄電池３とＤＣ／ＤＣコンバータ５との間で検出された電流検出値を減算する。減算部５１による減算結果は、リミッタ付電流制御部５２へ出力される。
【００７３】
リミッタ付電流制御部５２は、減算部５１から入力される減算結果に基づいて、電圧指令を生成する。具体的には、リミッタ付電流制御部５２は、電流検出値と電流指令との差分をＰＩ制御して電圧指令を生成する。リミッタ付電流制御部５２によって生成された電圧指令は、減算部５３へ入力される。
【００７４】
減算部５３は、リミッタ付電流制御部５２から入力される電圧指令から、インバータ装置４とＤＣ／ＤＣコンバータ５との間で検出された電圧検出値を減算する。減算部５３による減算結果は、リミッタ付電圧制御部５４へ入力される。
【００７５】
リミッタ付電圧制御部５４は、減算部５３から入力される減算結果に基づいて、出力電圧指令を生成する。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を駆動する駆動信号を生成する。リミッタ付電圧制御部５４によって生成された出力電圧指令は、ＰＷＭ制御部５５へ入力される。
【００７６】
なお、リミッタ付電圧制御部５４は、減算部５３から入力される減算結果が上限値を超える場合には、定電圧制御を行う。このように、リミッタ付電圧制御部５４は、太陽光発電装置２の発電量や負荷で使用される電力の変動に応じてＰＷＭ制御部５５を制御する。
【００７７】
ＰＷＭ制御部５５は、リミッタ付電圧制御部５４から入力される出力電圧指令をＰＷＭ制御してスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を駆動する駆動信号を生成し、かかる駆動信号に従ってスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を駆動させる。このように、リミッタ付電圧制御部５４およびＰＷＭ制御部５５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の一方の入出力端子の電圧と電圧指令との差分に基づいてスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を駆動する駆動信号を生成する「電圧制御部」の一例として機能する。
【００７８】
「計画停電動作モード」においては、太陽光発電装置２がメインで負荷９への電力供給を行いつつ、不足分の電力を蓄電池３が補う。かかる場合、第１の実施形態に係る電源システム１００のように、電圧制御ではなく電流制御によってＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御することにより、負荷９への電力供給をより安定的に行うことができる。
【００７９】
なお、天候が急変した場合には、太陽光発電装置２の発電量が急激に変化し、負荷電力と供給電力が大きく乖離するとリミッタ付電圧制御部５４のリミッタが働き、結果的に定電圧制御が行われることとなる。
【００８０】
［５．電源システム１００の動作例］
次に、電源システム１００の動作例について図６を用いて説明する。図６は、電源システム１００の動作例を示す図である。
【００８１】
ここで、図６には、時刻Ｔ１（たとえば、２１時００分）に計画停電が開始され、時刻Ｔ２（たとえば、２３時００分）に計画停電が終了する場合の例を示している。すなわち、電力系統１は、時刻Ｔ１以前および時刻Ｔ２以降においては稼動中であり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２間においては停止中であるものとする。
【００８２】
また、図６では、負荷電力の変動を実線で、太陽光発電装置２から負荷９へ供給される電力の変動を一点鎖線で、蓄電池３から負荷９へ供給される電力の変動を破線で示している。図６では、蓄電池３から負荷９へ供給される電力の変動をｔ２〜ｔ３の期間およびＴ２〜ｔ８の期間についてのみ示しているが、実際には、蓄電池３の電力は、ｔ２〜ｔ８までの期間において供給される。また、蓄電池３は、満充電状態であるとする。
【００８３】
図６に示すように、計画停電の開始時刻であるＴ１よりも所定時間前のタイミングであるｔ１よりも前において、電源システム１００は、電力系統１と太陽光発電装置２との協調運転により負荷９への電力供給を行う。図６では太陽光発電装置２の発電量が負荷電力を下回り、不足分が電力系統１から賄われている例を示している。
【００８４】
なお、タイミングｔ１よりも前においては、スイッチ１１，１２（図１参照）、スイッチ６４ｆ，６４ｉ（図４参照）がオンされた状態であり、スイッチ６４ｊがオフされた状態となっている。タイミングｔ１よりも前における電源システム１００の状態が「通常動作モード」に相当する。
【００８５】
つづいて、タイミングｔ１が到来すると、電源システム１００は、「停止移行モード」へ移行する。「停止移行モード」へ移行すると、電源システム１００は、まず、タイミングｔ１において太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止する。これにより、電源システム１００は、電力系統１のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。
【００８６】
つづいて、電源システム１００は、計画停電開始時刻Ｔ１よりも前かつタイミングｔ１よりも後のタイミングｔ２において、蓄電池３の放電を開始させる。すなわち、電源システム１００は、電力系統１と蓄電池３との協調運転を行う。
【００８７】
このとき、蓄電池３からの供給電力は、充放電制御部６４が備えるソフトスタータ６４ｋの働きにより（図４参照）、ｔ２からｔ３にかけて徐々に増加する。すなわち、負荷電力に対する蓄電池３の供給電力の割合（以下、「蓄電池３の負荷分担」と記載する）は、ｔ２からｔ３の期間をかけて０％から１００％へ徐々に増加する。
【００８８】
このように、蓄電池３から負荷９への供給電力を徐々に増加させることで、急激に増加させる場合と比較して、不必要な電力変動を抑えるほか、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を必要以上に大きな容量とせずに済み、蓄電池３の寿命に与える影響を抑えることができる。なお、充放電制御部６４は、必ずしもソフトスタータ６４ｋを備える必要はない。
【００８９】
また、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止した後に、蓄電池３の放電を開始することとしたため、蓄電池３の負荷分担の制御を容易に行うことができる。
【００９０】
タイミングｔ３に達すると、蓄電池３の負荷分担が１００％となり、蓄電池３のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。この時点で、「計画停電動作モード」へ移行するための準備が完了したこととなり、電源システム１００は、「停止移行モード」から「計画停電動作モード」へ移行する。
【００９１】
このように、電源システム１００は、計画停電開始時刻Ｔ１よりも前に「計画停電動作モード」へ移行する、すなわち、電力系統１を用いず蓄電池３のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。したがって、計画停電開始時刻Ｔ１が到来し、電力系統１からの電力供給が停止された場合であっても、負荷９への電力供給を継続的に行うことができる。
【００９２】
つづいて、計画停電開始時刻Ｔ１から所定期間経過後のタイミングｔ４が到来すると、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を再開する。これにより、電源システム１００は、蓄電池３と太陽光発電装置２との協調運転により負荷９への電力供給を行う。
【００９３】
なお、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力は、太陽光発電装置２の発電量に対する割合が、所定期間（図６では、ｔ４〜ｔ５の期間）かけて０％から１００％となるように制御装置６によって制御される。これにより、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を再開した場合の不必要な電力変動を抑えることができる。
【００９４】
つづいて、計画停電復旧時刻Ｔ２よりも所定時間前のタイミングｔ６が到来すると、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止する。このとき、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力は、太陽光発電装置２の発電量に対する割合が、所定期間（図６では、ｔ６〜ｔ７の期間）かけて１００％から０％となるように制御装置６によって制御される。これにより、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止した場合の不必要な電力変動を抑えることができる。
【００９５】
タイミングｔ７に達すると、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給が完全に停止する。これにより、蓄電池３の負荷分担が再び１００％となり、蓄電池３のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。
【００９６】
ここで、ｔ４〜ｔ７の期間、すなわち、蓄電池３と太陽光発電装置２との協調運転中において、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力が負荷電力を下回っている場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は放電運転を行う。また、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力が負荷電力を上回っている場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は充電運転を行う。
【００９７】
たとえば、図６に示す場合には、ｔ１１〜ｔ１２の期間において、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力が負荷電力を上回っている。このため、ｔ１１〜ｔ１２の期間において蓄電池３は充電される。
【００９８】
なお、ここでは、「計画停電動作モード」において、蓄電池３と太陽光発電装置２との協調運転を行う場合の例を示したが、充放電制御部６４は、日射計８の計測情報に基づいて、蓄電池３および太陽光発電装置２の協調運転を行うか否かを決定してもよい。たとえば、日射計８の計測情報または太陽光発電装置２の実際の発電量、もしくはこれらの低下率が所定の閾値以下である場合、充放電制御部６４は、蓄電池３のみを用いて負荷９への電力供給を行ってもよい。
【００９９】
つづいて、計画停電復旧時刻Ｔ２が到来すると、電源システム１００は、「計画停電動作モード」から「復旧移行モード」へ移行する。具体的には、電源システム１００は、蓄電池３の負荷分担をＴ２からｔ８の期間をかけて１００％から０％へ低下させる。これにより、電源システム１００は、電力系統１のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。
【０１００】
つづいて、タイミングｔ８よりも後のタイミングｔ９が到来すると、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を再開させる。これにより、電源システム１００は、電力系統１と太陽光発電装置２との協調運転を行うことによって負荷９への電力供給を行う。また、電源システム１００は、タイミングｔ９が到来すると、「復旧移行モード」を終了し、「通常動作モード」へ移行する。
【０１０１】
［６．制御装置６の具体的動作］
次に、図４および図６を参照しつつ、制御装置６の具体的動作について図７を用いて説明する。図７は、制御装置６が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図７においては、切替タイミングが検出されることによって「通常動作モード」から「停止移行モード」へ移行してから、再び「通常動作モード」へ戻るまでの処理手順について示している。
【０１０２】
図７に示すように、制御装置６では、情報取得部６１が、情報記憶部６２に記憶された停止情報を用いて切替タイミング（図６に示すタイミングｔ１）を検出する（ステップＳ１０１）。また、制御装置６では、指令出力部６３が、充放電制御部６４に対して切替指令を出力する（ステップＳ１０２）。
【０１０３】
切替指令を取得すると、充放電制御部６４は、太陽光発電装置給電停止処理を行う（ステップＳ１０３）。具体的には、充放電制御部６４は、図４に示すスイッチ１２、スイッチ６４ｆをオフする。これにより、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給が停止されるとともに、出力予測部６４ｂから減算部６４ｄに対する予測発電量の入力が停止される。
【０１０４】
タイミングｔ２が到来すると、充放電制御部６４は、蓄電池放電開始処理を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、充放電制御部６４は、図４に示すスイッチ６４ｉをオフし、スイッチ６４ｊをオンする。これにより、放電規制部６４ｈによる放電運転の規制状態が解除され、蓄電池３の放電が開始される。
【０１０５】
タイミングｔ４が到来すると、充放電制御部６４は、太陽光発電装置給電再開処理を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、充放電制御部６４は、図４に示すスイッチ１２およびスイッチ６４ｆをオンする。これにより、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給が再開されるとともに、出力予測部６４ｂから減算部６４ｄに対する予測発電量の入力も再開される。
【０１０６】
つづいて、制御装置６では、情報取得部６１が、情報記憶部６２に記憶された復旧情報を用いて復旧タイミング（図６に示すタイミングｔ６）を検出する（ステップＳ１０６）。また、制御装置６では、指令出力部６３が、充放電制御部６４に対して復旧指令を出力する（ステップＳ１０７）。
【０１０７】
復旧指令を取得すると、充放電制御部６４は、太陽光発電装置給電停止処理を行う（ステップＳ１０８）。かかる処理は、ステップＳ１０３の処理と同じである。
【０１０８】
また、充放電制御部６４は、計画停電復旧時刻Ｔ２が到来すると、蓄電池放電停止処理を行う（ステップＳ１０９）。具体的には、充放電制御部６４は、図４に示すスイッチ６４ｉをオンし、スイッチ６４ｊをオフする。これにより、蓄電池３の放電が放電規制部６４ｈによって規制されることとなる。
【０１０９】
そして、タイミングｔ９が到来すると、充放電制御部６４は、太陽光発電装置給電再開処理を行い（ステップＳ１１０）、処理を終える。これにより、電源システム１００は、「通常動作モード」へ戻る。
【０１１０】
上述してきたように、第１の実施形態では、電源システムが、蓄電池と、インバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備える。インバータ装置は、入力側に発電装置および電力系統が接続され、出力側に負荷が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方にインバータ装置のコンバータ部が接続され、他方に蓄電池が接続される。制御装置は、電力系統からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、蓄電池の電力をインバータ装置へ供給させる。
【０１１１】
したがって、第１の実施形態に係る電源システムによれば、電力系統からの電力供給が停止された場合であっても、負荷への電力供給を継続的に行うことができる。
【０１１２】
また、第１の実施形態では、充放電制御部６４は、指令出力部６３から出力された切替指令を取得した場合に、太陽光発電装置２からインバータ装置４への電力供給を停止させた後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御して、蓄電池３の電力をインバータ装置４へ供給させる。すなわち、第１の実施形態では、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止した後に、蓄電池３の放電を開始することとしたため、蓄電池３の負荷分担の制御を容易に行うことができる。
【０１１３】
また、第１の実施形態では、充放電制御部６４が、切替指令を取得してＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御した後、予め定められた期間（図６では、ｔ６〜ｔ９の期間）が経過した場合に、太陽光発電装置２からインバータ装置４への電力供給を再開させる。具体的には、第１の実施形態では、蓄電池３の負荷分担が０％となった後に、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を再開させることとしたため、蓄電池３の負荷分担の制御を容易に行うことができる。
【０１１４】
（第２の実施形態）
上述してきた第１の実施形態では、計画停電開始時刻および計画停電復旧時刻が予め設定されておき、制御装置６が、設定された計画停電開始時刻および計画停電復旧時刻に従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御を自動的に行う場合の例について説明した。具体的には、第１の実施形態では、情報記憶部６２に記憶された停止情報および復旧情報に基づいて切替指令や復旧指令の出力タイミングを決定することとした。
【０１１５】
しかし、切替指令や復旧指令の出力タイミングは、ユーザからの操作に応じて決定してもよい。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御を自動ではなく手動で行ってもよい。
【０１１６】
たとえば、ユーザは、操作パネル７に設けられる「計画停電動作モード移行ボタン」を押下する。そして、「計画停電動作モード移行ボタン」が押下された旨の情報が操作パネル７から指令出力部６３へ入力されると、指令出力部６３は、充放電制御部６４に対して切替指令を出力する。
【０１１７】
また、ユーザは、操作パネル７に設けられる「通常動作モード移行ボタン」を押下する。そして、「通常動作モード移行ボタン」が押下された旨の情報が操作パネル７から指令出力部６３へ入力されると、指令出力部６３は、充放電制御部６４に対して復旧指令を出力する。なお、「計画停電動作モード移行ボタン」および「通常動作モード移行ボタン」は、物理的なボタンである必要はなく、たとえば、操作パネル７が備えるタッチパネルディスプレイ上に表示される仮想的なボタンであってもよい。
【０１１８】
このように、第２の実施形態では、指令出力部６３が所定の操作に応じて切替指令を出力し、充放電制御部６４が切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、蓄電池３の電力をインバータ装置４へ供給するように制御する。
【０１１９】
かかる場合であっても、ユーザが、計画停電が開始される前に手動で「計画停電動作モード」への移行を行うことができるため、負荷９への電力供給を継続的に行うことが可能である。
【０１２０】
なお、上述してきた各実施形態では、電源システム１００が、発電装置として太陽光発電装置２を備える場合の例について説明したが、発電装置は、太陽光発電装置２に限られない。たとえば、発電装置は、風力発電装置やバイオマス発電装置など、太陽光発電装置以外の自然エネルギー発電装置であってもよい。また、インバータ装置４には、太陽光発電装置、風力発電装置およびバイオマス発電装置のうち複数が接続されてもよい。このように、発電装置は、太陽光発電装置、風力発電装置、バイオマス発電装置の少なくとも１つである。
【０１２１】
また、上述してきた各実施形態では、「停止移行モード」における蓄電池３の立ち上げおよび「復旧移行モード」における蓄電池３の立ち下げの前後において、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止することとした。しかし、充放電制御部６４は、必ずしも太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止する処理を行う必要はない。すなわち、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を常時行うこととしてもよい。
【０１２２】
また、上述してきた各実施形態では、「計画停電動作モード」において、蓄電池３のみで負荷９への電力供給を行う期間を設けたが、かかる期間は、必ずしも設ける必要はない。かかる場合、充放電制御部６４は、「計画停電動作モード」中の全ての期間において蓄電池３および太陽光発電装置２の協調運転が行われるように、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給の再開タイミングおよび停止タイミングを制御すればよい。
【０１２３】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 電力系統
２ 太陽光発電装置（発電装置の一例）
３ 蓄電池
４ インバータ装置
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ 制御装置
１００ 電源システム
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統から供給される電力に加え、太陽光発電装置等の発電装置によって発電される電力や蓄電池に蓄えられた電力を併用して負荷への電力供給を行う電源システムが開発されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、太陽光発電装置の発電量と負荷の消費電力量とに基づいて、電力系統および蓄電池が負荷に対して供給する電力を制御する電源システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０８３０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような電源システムにおいては、電力系統からの電力供給が停止された場合であっても、負荷への電力供給を継続的に行うことが望ましい。
【０００６】
実施形態の一態様は、電力系統からの電力供給が停止された場合であっても、負荷への電力供給を継続的に行うことのできる電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一態様に係る電源システムは、蓄電池と、インバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備える。インバータ装置は、入力側に発電装置および電力系統が接続され、出力側に負荷が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方にインバータ装置のコンバータ部が接続され、他方に蓄電池が接続される。制御装置は、電力系統からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、蓄電池の電力をインバータ装置へ供給させる。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、電力系統からの電力供給が停止された場合であっても、負荷への電力供給を継続的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、情報記憶部に記憶される停止情報および復旧情報の一例を示す図である。
【図３】図３は、インバータ装置およびＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、充放電制御部およびＤＣ／ＤＣコンバータの具体的な構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、電力指令生成処理の説明図である。
【図６】図６は、電源システムの動作例を示す図である。
【図７】図７は、制御装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電源システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
［１．電源システムの構成］
まず、第１の実施形態に係る電源システムの構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。なお、図１では、電源システムの特徴を説明するために必要な構成要素を示しており、一般的な構成要素についての記載を適宜省略している。
【００１２】
図１に示すように、電源システム１００は、電力系統１と、太陽光発電装置２と、蓄電池３と、インバータ装置４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、制御装置６と、操作パネル７と、日射計８と、負荷９と、スイッチ１１，１２とを含んで構成される。なお、電源システム１００は、少なくとも蓄電池３と、インバータ装置４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、制御装置６とを備えていればよい。
【００１３】
電力系統１は、たとえば電力会社から供給される商用交流電源である。太陽光発電装置２は、太陽光エネルギーを電力へ変換する発電装置である。太陽光発電装置２は、ソーラパネル２１と、インバータ部２２とを備える。
【００１４】
ソーラパネル２１は、光起電力効果を利用して、光エネルギーを電力へ変換する電力機器である。ソーラパネル２１によって生成された直流電力は、インバータ部２２へ出力される。インバータ部２２は、ソーラパネル２１から入力される直流電力を交流電力へ変換する。インバータ部２２としては、たとえば一般的なパワーコンディショナーを適用する。
【００１５】
太陽光発電装置２は、最大電力追従制御により発電し、発電した電力をインバータ装置４へ出力する。なお、ここでは、太陽光発電装置２が交流電力を出力する場合の例について示したが、太陽光発電装置は、直流電力を出力する構成であってもよい。かかる場合には、後述するインバータ装置４のコンバータ部４１の出力側に太陽光発電装置を接続すればよい。
【００１６】
蓄電池３は、充放電可能な電池である。インバータ装置４は、電力系統１や太陽光発電装置２から供給される電力を、所定周波数の交流電力へ変換して負荷９へ供給する装置である。具体的には、インバータ装置４は、コンバータ部４１とインバータ部４２とを備える。
【００１７】
コンバータ部４１は、電力系統１および太陽光発電装置２に対して入力側が接続され、電力系統１や太陽光発電装置２から入力される交流電力を直流電力へ変換する。コンバータ部４１によって生成される直流電力は、インバータ部４２へ出力される。
【００１８】
インバータ部４２は、入力側にコンバータ部４１の出力側が接続され、出力側に負荷９が接続される。かかるインバータ部４２は、コンバータ部４１から入力される直流電力を交流電力へ変換して負荷９へ供給する。
【００１９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、一方にコンバータ部４１の出力側が接続され、他方に蓄電池３が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、コンバータ部４１からの直流電力を蓄電池３へ供給する処理（すなわち、充電処理）および蓄電池３からの直流電力をインバータ部４２へ供給する処理（すなわち、放電処理）を行う。
【００２０】
制御装置６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作を制御することによって、蓄電池３の充放電を制御する制御装置である。
【００２１】
操作パネル７は、ユーザの入力操作を受け付ける入力デバイスであり、制御装置６に接続される。日射計８は、たとえばソーラパネル２１の近傍に設置され、ソーラパネル２１周辺の日射量を計測する。日射計８によって計測された日射量は、制御装置６へ入力される。負荷９は、インバータ装置４から供給される交流電力を消費するものであり、たとえば家電製品などである。
【００２２】
スイッチ１１は、電力系統１からの電力供給のオン／オフを切り替えるスイッチである。また、スイッチ１２は、太陽光発電装置２からの電力供給のオン／オフを切り替えるスイッチである。スイッチ１１，１２のオン／オフは制御装置６によって制御される。
【００２３】
第１の実施形態に係る電源システム１００は、動作モードとして「通常動作モード」および「計画停電動作モード」を備える。ここで、「通常動作モード」における電源システム１００の動作について説明する。
【００２４】
「通常動作モード」において、電源システム１００は、電力系統１および太陽光発電装置２の協調運転により、負荷９への電力供給を行う。
【００２５】
具体的には、電源システム１００は、太陽光発電装置２によって発電される電力をメイン電力として負荷９へ供給する。このとき、電源システム１００は、太陽光発電装置２によって発電される電力が負荷９の消費電力を下回っている場合、不足分の電力を電力系統１から供給される電力によって賄う。
【００２６】
また、電源システム１００は、太陽光発電装置２によって発電される電力が負荷９の消費電力を上回っている場合には、余剰電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５経由で蓄電池３へ供給し、これによって蓄電池３を充電する。
【００２７】
このように、「通常動作モード」では、主として太陽光発電装置２によって発電される電力を使用しつつ、不足分を電力系統１からの供給電力を用いて補ったり、余剰分を蓄電池３へ蓄えたりする。
【００２８】
つづいて、「計画停電動作モード」における電源システム１００の動作について説明する。「計画停電動作モード」において、電源システム１００は、蓄電池３と太陽光発電装置２との協調運転を行うことによって負荷９への電力供給を行う。具体的には、電源システム１００は、太陽光発電装置２によって発電される電力が負荷９の消費電力を下回っている場合には、不足分の電力を蓄電池３に蓄えられた電力によって賄う。
【００２９】
このように、「計画停電動作モード」では、主として太陽光発電装置２によって発電される電力を使用しつつ、不足分の電力を蓄電池３からの供給電力を用いて補うことで、電力系統１からの電力供給が絶たれた場合であっても、負荷９への電力供給を行うことができる。なお、「計画停電動作モード」においては、「通常動作モード」と同様に、余剰分を蓄電池３へ蓄える動作も行われる。「計画停電動作モード」の詳細については、図６を用いて後述する。
【００３０】
ところで、たとえば計画停電のように、電力系統１からの電力供給が停止する時刻が予め判明している場合には、電力系統１からの電力供給が停止する時刻が到来した時点で蓄電池３の放電を開始させることで、負荷９への電力供給を継続させることが考えられる。
【００３１】
しかしながら、停電開始時刻が到来した時点で蓄電池３の放電を開始させたとしても、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の応答速度の限界によって、蓄電池３からの電力が実際に負荷９へ供給されるまでに若干のタイムラグが生じる。このようなタイムラグが生じると、負荷９への電力供給が瞬間的に低下または途絶する可能性がある。応答速度の速いＤＣ／ＤＣコンバータを用いることによって無停電状態に近づけることも考えられるが、設備費用が嵩むため好ましくない。
【００３２】
そこで、電源システム１００は、停電開始時刻が到来する所定時間前に、「計画停電動作モード」へ移行するための準備を行う。すなわち、電源システム１００は、停電開始時刻が到来するよりも前に、蓄電池３から負荷９へ電力が供給される状態へ移行しておく。これにより、無停電状態を容易に実現することができる。
【００３３】
具体的には、電源システム１００は、「通常動作モード」から「計画停電動作モード」へ移行するための「停止移行モード」と、「計画停電動作モード」から「通常動作モード」へ移行するための「復旧移行モード」とを備える。以下では、これら「停止移行モード」、「復旧移行モード」および「計画停電動作モード」における電源システム１００の動作について具体的に説明する。
【００３４】
［２．制御装置６の構成］
制御装置６は、電力系統１からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御して、蓄電池３の電力をインバータ装置４へ供給させる。図１に示すように、制御装置６は、情報取得部６１と、情報記憶部６２と、指令出力部６３と、充放電制御部６４とを備える。
【００３５】
情報取得部６１は、計画停電などによって電力系統１からの電力供給が停止する時刻（以下、「計画停電開始時刻」と記載する）を示す停止情報と、電力系統１からの電力供給が復旧する時刻（以下、「計画停電復旧時刻」と記載する）を示す復旧情報とを取得する。
【００３６】
停止情報および復旧情報は、たとえば操作パネル７から入力される。すなわち、ユーザは、操作パネル７を操作することによって計画停電開始時刻および計画停電復旧時刻を制御装置６へ設定することができる。なお、情報取得部６１は、図示しないサーバ装置などからインターネットといった通信網を介して停止情報および復旧情報を取得してもよい。
【００３７】
情報取得部６１は、停止情報および復旧情報を取得すると、取得した停止情報および復旧情報を情報記憶部６２へ記憶する。このように、情報取得部６１は、「停止情報取得部」および「復旧情報取得部」の一例として機能する。
【００３８】
情報記憶部６２は、不揮発性メモリやハードディスクドライブといった記憶デバイスであり、停止情報および復旧情報を記憶する。ここで、情報記憶部６２に記憶される停止情報および復旧情報の内容について図２を用いて説明する。図２は、情報記憶部６２に記憶される停止情報および復旧情報の一例を示す図である。
【００３９】
図２に示すように、停止情報は、「日時」項目に対して「計画停電開始時刻」項目を関連付けた情報である。また、復旧情報は、「日時」項目に対して「計画停電復旧時刻」項目を関連付けた情報である。
【００４０】
図２に示す例では、日時「２０１１／１１／２６」に対して、計画停電開始時刻「２１：００」および計画停電復旧時刻「２３：００」がそれぞれ関連付けられている。これは、２０１１年１１月２６日の２１時から２３時までの期間において計画停電が行われることを示している。このように、情報記憶部６２は、「停止情報記憶部」および「復旧情報記憶部」の一例である。
【００４１】
図１に戻り、指令出力部６３について説明する。指令出力部６３は、情報記憶部６２に記憶された停止情報に基づき、計画停電開始時刻よりも所定時間前のタイミングである切替タイミングを検出し、検出した切替タイミングで切替指令を充放電制御部６４へ出力する処理部である。
【００４２】
また、指令出力部６３は、情報記憶部６２に記憶された復旧情報に基づき、計画停電復旧時刻よりも所定時間前のタイミングである復旧タイミングを検出し、検出した復旧タイミングで復旧指令を充放電制御部６４へ出力する処理部でもある。
【００４３】
このように、指令出力部６３は、「切替指令出力部」および「復旧指令出力部」の一例として機能する。なお、切替指令および復旧指令の出力タイミングについては、図６を用いて具体的に説明する。
【００４４】
充放電制御部６４は、指令出力部６３から出力された切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御して、蓄電池３の電力をインバータ装置４へ供給させる処理部である。
【００４５】
既に説明したように、切替指令は、計画停電開始時刻よりも所定時間前のタイミングで出力される。したがって、充放電制御部６４は、計画停電開始時刻よりも前のタイミングで、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御を行う。これにより、負荷９は、計画停電が開始される前から蓄電池３の電力が供給されることとなる。
【００４６】
このため、電力系統１からの電力供給が停止された場合であっても、負荷９への供給電力が低下したり途絶したりするおそれがない。すなわち、応答速度の速いＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく、無停電状態を容易に実現することができる。
【００４７】
なお、充放電制御部６４は、指令出力部６３から出力された復旧指令を取得した場合に、太陽光発電装置２からインバータ装置４への電力供給を停止させた後、蓄電池３からインバータ装置４への電力供給を停止させる処理も行う。かかる点については、後述する。このように、充放電制御部６４は、「停電制御部」の一例として機能する。
【００４８】
［３．インバータ装置４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の回路構成］
次に、インバータ装置４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の回路構成の一例について図３を用いて説明する。図３は、インバータ装置４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の回路構成の一例を示す図である。
【００４９】
図３に示すように、コンバータ部４１は、ダイオードＤ１〜Ｄ６と、電源突入防止用スイッチＣ１と、コンデンサＣ２と、抵抗器Ｒ１とを備える。かかるコンバータ部４１は、入力される交流電圧をダイオードＤ１〜Ｄ６を用いて整流し、整流後の電圧をコンデンサＣ２を用いて平滑することによって直流電圧を生成する。なお、電源突入防止用スイッチＣ１としては、マグネットコンタクタを適用し、電源投入時に電流を抵抗器Ｒ１に流すように構成されている。
【００５０】
インバータ部４２は、制御装置６によってオン／オフが制御されるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を備える。かかるインバータ部４２は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のオン／オフが制御されることによって、コンバータ部４１の直流電圧を交流電圧へ変換して負荷９へ出力する。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６としては、たとえば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子を用いることができる。
【００５１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、スイッチング素子ＳＷ７，ＳＷ８を備え、制御装置６によってスイッチング素子ＳＷ７，ＳＷ８のオン／オフが制御され、蓄電池３とインバータ装置４との間で双方向の電圧変換を行う。
【００５２】
たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、蓄電池３からインバータ装置４への電圧変換を行う場合には、蓄電池３の電圧を昇圧してインバータ装置４へ出力する昇圧回路として動作する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、インバータ装置４から蓄電池３への電圧変換を行う場合には、インバータ装置４の直流電圧を降圧して蓄電池３へ降圧する降圧回路として動作する。スイッチング素子ＳＷ７，ＳＷ８としては、たとえば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子を用いることができる。
【００５３】
なお、インバータ装置４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５は、図３に示す構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００５４】
［４．充放電制御部６４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の具体的な構成］
次に、充放電制御部６４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の具体的な構成について図４を用いて説明する。図４は、充放電制御部６４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の具体的な構成の一例を示す図である。
【００５５】
図４に示すように、充放電制御部６４は、乗算部６４ａと、出力予測部６４ｂと、負荷電力検出部６４ｃと、減算部６４ｄと、減算部６４ｅと、スイッチ６４ｆと、電力指令生成部６４ｇとを備える。また、充放電制御部６４は、放電規制部６４ｈと、スイッチ６４ｉ，６４ｊと、ソフトスタータ６４ｋと、電流指令生成部６４ｌとを備える。
【００５６】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、減算部５１と、リミッタ付電流制御部５２と、減算部５３と、リミッタ付電圧制御部５４と、ＰＷＭ制御部５５とを備える。
【００５７】
まず、充放電制御部６４の構成について説明する。乗算部６４ａは、インバータ装置４とＤＣ／ＤＣコンバータ５との間で検出された電圧検出値および電流検出値を乗算する。また、乗算部６４ａは、かかる乗算結果を減算部６４ｅへ出力する。
【００５８】
出力予測部６４ｂは、日射計８から入力されるソーラパネル２１周辺の日射量を用いて太陽光発電装置２の予測発電量を算出する。出力予測部６４ｂによって算出された太陽光発電装置２の予測発電量は、減算部６４ｄへ出力される。
【００５９】
負荷電力検出部６４ｃは、インバータ装置４から負荷９に対して供給される電力を検出する。負荷電力検出部６４ｃによって検出された負荷電力は、減算部６４ｄへ出力される。具体的には、負荷電力検出部６４ｃは、電力検出器を用いてもよいし、インバータ装置４と負荷９との間で検出された電流検出値とインバータ装置４の出力電圧とを乗算することによって、負荷電力を検出してもよい。なお、負荷電力検出部６４ｃは、電圧検出器を用いて出力電圧を検出してもよいし、インバータ装置４の電圧指令を用いて出力電圧をしてもよいし、インバータ装置４の電力演算値を用いて出力電圧を検出してもよい。
【００６０】
減算部６４ｄは、負荷電力検出部６４ｃから入力される負荷電力から、出力予測部６４ｂから入力される太陽光発電装置２の予測発電量を減算する。減算部６４ｄは、かかる減算結果を減算部６４ｅへ出力する。
【００６１】
減算部６４ｅは、減算部６４ｄから入力される減算結果から、乗算部６４ａから入力される乗算結果を減算する。また、減算部６４ｅは、かかる減算結果を過不足電力値Ｐｘとして電力指令生成部６４ｇへ出力する。スイッチ６４ｆは、出力予測部６４ｂから減算部６４ｄへの出力のオン／オフ状態を切り替えるスイッチである。
【００６２】
電力指令生成部６４ｇは、減算部６４ｅから入力される過不足電力値Ｐｘに応じた電力指令Ｐｃを生成して出力する。ここで、電力指令生成部６４ｇによる電力指令生成処理の内容について図５を用いて説明する。図５は、電力指令生成処理の説明図である。
【００６３】
図５に示すように、電力指令生成部６４ｇは、減算部６４ｅから入力される過不足電力値Ｐｘが０よりも大きい場合には、正の値の電力指令を出力し、過不足電力値Ｐｘがｂ（＜０）よりも小さい場合には、負の値の電力指令Ｐｃを出力することになる。
【００６４】
また、電力指令生成部６４ｇは、過不足電力値Ｐｘが０＜Ｐｘ≦ａまたはｃ≦Ｐｘ＜ｂの範囲内である場合には、過不足電力値Ｐｘに比例した大きさの電力指令Ｐｃを出力する。すなわち、電力指令生成部６４ｇは、過不足電力値Ｐｘが０＜Ｐｘ≦ａの範囲内である場合には、過不足電力値Ｐｘが大きいほど大きい電力指令Ｐｃを出力し、ｃ≦Ｐｘ＜ｂの範囲内である場合には、過不足電力値Ｐｘが小さいほど小さい電力指令Ｐｃを出力する。
【００６５】
このように、電力指令生成部６４ｇは、蓄電池３の現在の電力供給量および太陽光発電装置２の発電量の総量が、負荷電力よりも少ない場合には、不足分の電力（すなわち、過不足電力値Ｐｘ）に応じた正の値の電力指令Ｐｃを出力する。また、電力指令生成部６４ｇは、蓄電池３の現在の電力供給量および太陽光発電装置２の発電量の総量が、負荷電力よりも多い場合には、余剰分の電力（すなわち、過不足電力値Ｐｘ）に応じた負の値の電力指令Ｐｃを出力する。
【００６６】
なお、電力指令生成部６４ｇは、過不足電力値Ｐｘがｂ≦Ｐｘ≦０である場合には、電力指令として「０」を出力する。また、電力指令Ｐｃには、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ５の性能に応じた上限値および下限値が設定される。すなわち、電力指令生成部６４ｇは、過不足電力値Ｐｘがａよりも大きい場合には、Ｐｘ＝ａにおける電力指令Ｐｃを出力し、過不足電力値Ｐｘがｃよりも小さい場合には、Ｐｘ＝ｃにおける電力指令Ｐｃを出力する。
【００６７】
このような電力指令生成処理が行われることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、図５に示すように、０＜Ｐｘ≦ａの範囲では放電運転となり、ｃ≦Ｐｘ＜ｂの範囲では充電運転となり、ｂ≦Ｐｘ≦０の範囲では運転休止状態となる。ここで、ａ、ｂ、ｃの各値は、例えば、蓄電池３やＤＣ／ＤＣコンバータ５の容量などの能力によって決められる。
【００６８】
図４に戻り、放電規制部６４ｈについて説明する。放電規制部６４ｈは、たとえばリミッタ回路であり、放電運転を行わせる電力指令Ｐｃが入力された場合に、かかる電力指令Ｐｃの出力を規制する（すなわち、電力指令Ｐｃの出力を行わない）処理部である。
【００６９】
スイッチ６４ｉは、放電規制部６４ｈとソフトスタータ６４ｋとを接続する経路に設けられるスイッチである。また、スイッチ６４ｊは、電力指令生成部６４ｇとソフトスタータ６４ｋとを接続する経路に設けられるスイッチである。
【００７０】
ソフトスタータ６４ｋは、入力される電力指令Ｐｃの変化率を制限して出力する。ソフトスタータ６４ｋは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の容量などの能力に応じて必要により設けられる。ソフトスタータ６４ｋから出力された電力指令Ｐｃは、電流指令生成部６４ｌへ入力される。
【００７１】
電流指令生成部６４ｌは、負荷電力検出部６４ｃの検出結果に基づいて電流指令を生成する。すなわち、電流指令生成部６４ｌは、ソフトスタータ６４ｋから入力される電力指令Ｐｃを、蓄電池３とＤＣ／ＤＣコンバータ５との間で検出された電圧検出値で除することによって電流指令を生成する。電流指令生成部６４ｌによって生成された電流指令は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の減算部５１へ入力される。
【００７２】
つづいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の構成について説明する。減算部５１は、電流指令生成部６４ｌから入力される電流指令から、蓄電池３とＤＣ／ＤＣコンバータ５との間で検出された電流検出値を減算する。減算部５１による減算結果は、リミッタ付電流制御部５２へ出力される。
【００７３】
リミッタ付電流制御部５２は、減算部５１から入力される減算結果に基づいて、電圧指令を生成する。具体的には、リミッタ付電流制御部５２は、電流検出値と電流指令との差分をＰＩ制御して電圧指令を生成する。リミッタ付電流制御部５２によって生成された電圧指令は、減算部５３へ入力される。
【００７４】
減算部５３は、リミッタ付電流制御部５２から入力される電圧指令から、インバータ装置４とＤＣ／ＤＣコンバータ５との間で検出された電圧検出値を減算する。減算部５３による減算結果は、リミッタ付電圧制御部５４へ入力される。
【００７５】
リミッタ付電圧制御部５４は、減算部５３から入力される減算結果に基づいて、出力電圧指令を生成する。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を駆動する駆動信号を生成する。リミッタ付電圧制御部５４によって生成された出力電圧指令は、ＰＷＭ制御部５５へ入力される。
【００７６】
なお、リミッタ付電圧制御部５４は、減算部５３から入力される減算結果が上限値を超える場合には、定電圧制御を行う。このように、リミッタ付電圧制御部５４は、太陽光発電装置２の発電量や負荷で使用される電力の変動に応じてＰＷＭ制御部５５を制御する。
【００７７】
ＰＷＭ制御部５５は、リミッタ付電圧制御部５４から入力される出力電圧指令をＰＷＭ制御してスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を駆動する駆動信号を生成し、かかる駆動信号に従ってスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を駆動させる。このように、リミッタ付電圧制御部５４およびＰＷＭ制御部５５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の一方の入出力端子の電圧と電圧指令との差分に基づいてスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を駆動する駆動信号を生成する「電圧制御部」の一例として機能する。
【００７８】
「計画停電動作モード」においては、太陽光発電装置２がメインで負荷９への電力供給を行いつつ、不足分の電力を蓄電池３が補う。かかる場合、第１の実施形態に係る電源システム１００のように、電圧制御ではなく電流制御によってＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御することにより、負荷９への電力供給をより安定的に行うことができる。
【００７９】
なお、天候が急変した場合には、太陽光発電装置２の発電量が急激に変化し、負荷電力と供給電力が大きく乖離するとリミッタ付電圧制御部５４のリミッタが働き、結果的に定電圧制御が行われることとなる。
【００８０】
［５．電源システム１００の動作例］
次に、電源システム１００の動作例について図６を用いて説明する。図６は、電源システム１００の動作例を示す図である。
【００８１】
ここで、図６には、時刻Ｔ１（たとえば、２１時００分）に計画停電が開始され、時刻Ｔ２（たとえば、２３時００分）に計画停電が終了する場合の例を示している。すなわち、電力系統１は、時刻Ｔ１以前および時刻Ｔ２以降においては稼動中であり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２間においては停止中であるものとする。
【００８２】
また、図６では、負荷電力の変動を実線で、太陽光発電装置２から負荷９へ供給される電力の変動を一点鎖線で、蓄電池３から負荷９へ供給される電力の変動を破線で示している。図６では、蓄電池３から負荷９へ供給される電力の変動をｔ２〜ｔ３の期間およびＴ２〜ｔ８の期間についてのみ示しているが、実際には、蓄電池３の電力は、ｔ２〜ｔ８までの期間において供給される。また、蓄電池３は、満充電状態であるとする。
【００８３】
図６に示すように、計画停電の開始時刻であるＴ１よりも所定時間前のタイミングであるｔ１よりも前において、電源システム１００は、電力系統１と太陽光発電装置２との協調運転により負荷９への電力供給を行う。図６では太陽光発電装置２の発電量が負荷電力を下回り、不足分が電力系統１から賄われている例を示している。
【００８４】
なお、タイミングｔ１よりも前においては、スイッチ１１，１２（図１参照）、スイッチ６４ｆ，６４ｉ（図４参照）がオンされた状態であり、スイッチ６４ｊがオフされた状態となっている。タイミングｔ１よりも前における電源システム１００の状態が「通常動作モード」に相当する。
【００８５】
つづいて、タイミングｔ１が到来すると、電源システム１００は、「停止移行モード」へ移行する。「停止移行モード」へ移行すると、電源システム１００は、まず、タイミングｔ１において太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止する。これにより、電源システム１００は、電力系統１のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。
【００８６】
つづいて、電源システム１００は、計画停電開始時刻Ｔ１よりも前かつタイミングｔ１よりも後のタイミングｔ２において、蓄電池３の放電を開始させる。すなわち、電源システム１００は、電力系統１と蓄電池３との協調運転を行う。
【００８７】
このとき、蓄電池３からの供給電力は、充放電制御部６４が備えるソフトスタータ６４ｋの働きにより（図４参照）、ｔ２からｔ３にかけて徐々に増加する。すなわち、負荷電力に対する蓄電池３の供給電力の割合（以下、「蓄電池３の負荷分担」と記載する）は、ｔ２からｔ３の期間をかけて０％から１００％へ徐々に増加する。
【００８８】
このように、蓄電池３から負荷９への供給電力を徐々に増加させることで、急激に増加させる場合と比較して、不必要な電力変動を抑えるほか、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を必要以上に大きな容量とせずに済み、蓄電池３の寿命に与える影響を抑えることができる。なお、充放電制御部６４は、必ずしもソフトスタータ６４ｋを備える必要はない。
【００８９】
また、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止した後に、蓄電池３の放電を開始することとしたため、蓄電池３の負荷分担の制御を容易に行うことができる。
【００９０】
タイミングｔ３に達すると、蓄電池３の負荷分担が１００％となり、蓄電池３のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。この時点で、「計画停電動作モード」へ移行するための準備が完了したこととなり、電源システム１００は、「停止移行モード」から「計画停電動作モード」へ移行する。
【００９１】
このように、電源システム１００は、計画停電開始時刻Ｔ１よりも前に「計画停電動作モード」へ移行する、すなわち、電力系統１を用いず蓄電池３のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。したがって、計画停電開始時刻Ｔ１が到来し、電力系統１からの電力供給が停止された場合であっても、負荷９への電力供給を継続的に行うことができる。
【００９２】
つづいて、計画停電開始時刻Ｔ１から所定期間経過後のタイミングｔ４が到来すると、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を再開する。これにより、電源システム１００は、蓄電池３と太陽光発電装置２との協調運転により負荷９への電力供給を行う。
【００９３】
なお、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力は、太陽光発電装置２の発電量に対する割合が、所定期間（図６では、ｔ４〜ｔ５の期間）かけて０％から１００％となるように制御装置６によって制御される。これにより、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を再開した場合の不必要な電力変動を抑えることができる。
【００９４】
つづいて、計画停電復旧時刻Ｔ２よりも所定時間前のタイミングｔ６が到来すると、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止する。このとき、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力は、太陽光発電装置２の発電量に対する割合が、所定期間（図６では、ｔ６〜ｔ７の期間）かけて１００％から０％となるように制御装置６によって制御される。これにより、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止した場合の不必要な電力変動を抑えることができる。
【００９５】
タイミングｔ７に達すると、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給が完全に停止する。これにより、蓄電池３の負荷分担が再び１００％となり、蓄電池３のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。
【００９６】
ここで、ｔ４〜ｔ７の期間、すなわち、蓄電池３と太陽光発電装置２との協調運転中において、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力が負荷電力を下回っている場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は放電運転を行う。また、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力が負荷電力を上回っている場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は充電運転を行う。
【００９７】
たとえば、図６に示す場合には、ｔ１１〜ｔ１２の期間において、太陽光発電装置２から負荷９への供給電力が負荷電力を上回っている。このため、ｔ１１〜ｔ１２の期間において蓄電池３は充電される。
【００９８】
なお、ここでは、「計画停電動作モード」において、蓄電池３と太陽光発電装置２との協調運転を行う場合の例を示したが、充放電制御部６４は、日射計８の計測情報に基づいて、蓄電池３および太陽光発電装置２の協調運転を行うか否かを決定してもよい。たとえば、日射計８の計測情報または太陽光発電装置２の実際の発電量、もしくはこれらの低下率が所定の閾値以下である場合、充放電制御部６４は、蓄電池３のみを用いて負荷９への電力供給を行ってもよい。
【００９９】
つづいて、計画停電復旧時刻Ｔ２が到来すると、電源システム１００は、「計画停電動作モード」から「復旧移行モード」へ移行する。具体的には、電源システム１００は、蓄電池３の負荷分担をＴ２からｔ８の期間をかけて１００％から０％へ低下させる。これにより、電源システム１００は、電力系統１のみを用いて負荷９への電力供給を行う状態となる。
【０１００】
つづいて、タイミングｔ８よりも後のタイミングｔ９が到来すると、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を再開させる。これにより、電源システム１００は、電力系統１と太陽光発電装置２との協調運転を行うことによって負荷９への電力供給を行う。また、電源システム１００は、タイミングｔ９が到来すると、「復旧移行モード」を終了し、「通常動作モード」へ移行する。
【０１０１】
［６．制御装置６の具体的動作］
次に、図４および図６を参照しつつ、制御装置６の具体的動作について図７を用いて説明する。図７は、制御装置６が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図７においては、切替タイミングが検出されることによって「通常動作モード」から「停止移行モード」へ移行してから、再び「通常動作モード」へ戻るまでの処理手順について示している。
【０１０２】
図７に示すように、制御装置６では、情報取得部６１が、情報記憶部６２に記憶された停止情報を用いて切替タイミング（図６に示すタイミングｔ１）を検出する（ステップＳ１０１）。また、制御装置６では、指令出力部６３が、充放電制御部６４に対して切替指令を出力する（ステップＳ１０２）。
【０１０３】
切替指令を取得すると、充放電制御部６４は、太陽光発電装置給電停止処理を行う（ステップＳ１０３）。具体的には、充放電制御部６４は、図４に示すスイッチ１２、スイッチ６４ｆをオフする。これにより、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給が停止されるとともに、出力予測部６４ｂから減算部６４ｄに対する予測発電量の入力が停止される。
【０１０４】
タイミングｔ２が到来すると、充放電制御部６４は、蓄電池放電開始処理を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、充放電制御部６４は、図４に示すスイッチ６４ｉをオフし、スイッチ６４ｊをオンする。これにより、放電規制部６４ｈによる放電運転の規制状態が解除され、蓄電池３の放電が開始される。
【０１０５】
タイミングｔ４が到来すると、充放電制御部６４は、太陽光発電装置給電再開処理を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、充放電制御部６４は、図４に示すスイッチ１２およびスイッチ６４ｆをオンする。これにより、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給が再開されるとともに、出力予測部６４ｂから減算部６４ｄに対する予測発電量の入力も再開される。
【０１０６】
つづいて、制御装置６では、情報取得部６１が、情報記憶部６２に記憶された復旧情報を用いて復旧タイミング（図６に示すタイミングｔ６）を検出する（ステップＳ１０６）。また、制御装置６では、指令出力部６３が、充放電制御部６４に対して復旧指令を出力する（ステップＳ１０７）。
【０１０７】
復旧指令を取得すると、充放電制御部６４は、太陽光発電装置給電停止処理を行う（ステップＳ１０８）。かかる処理は、ステップＳ１０３の処理と同じである。
【０１０８】
また、充放電制御部６４は、計画停電復旧時刻Ｔ２が到来すると、蓄電池放電停止処理を行う（ステップＳ１０９）。具体的には、充放電制御部６４は、図４に示すスイッチ６４ｉをオンし、スイッチ６４ｊをオフする。これにより、蓄電池３の放電が放電規制部６４ｈによって規制されることとなる。
【０１０９】
そして、タイミングｔ９が到来すると、充放電制御部６４は、太陽光発電装置給電再開処理を行い（ステップＳ１１０）、処理を終える。これにより、電源システム１００は、「通常動作モード」へ戻る。
【０１１０】
上述してきたように、第１の実施形態では、電源システムが、蓄電池と、インバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備える。インバータ装置は、入力側に発電装置および電力系統が接続され、出力側に負荷が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方にインバータ装置のコンバータ部が接続され、他方に蓄電池が接続される。制御装置は、電力系統からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、蓄電池の電力をインバータ装置へ供給させる。
【０１１１】
したがって、第１の実施形態に係る電源システムによれば、電力系統からの電力供給が停止された場合であっても、負荷への電力供給を継続的に行うことができる。
【０１１２】
また、第１の実施形態では、充放電制御部６４は、指令出力部６３から出力された切替指令を取得した場合に、太陽光発電装置２からインバータ装置４への電力供給を停止させた後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御して、蓄電池３の電力をインバータ装置４へ供給させる。すなわち、第１の実施形態では、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止した後に、蓄電池３の放電を開始することとしたため、蓄電池３の負荷分担の制御を容易に行うことができる。
【０１１３】
また、第１の実施形態では、充放電制御部６４が、切替指令を取得してＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御した後、予め定められた期間（図６では、ｔ６〜ｔ９の期間）が経過した場合に、太陽光発電装置２からインバータ装置４への電力供給を再開させる。具体的には、第１の実施形態では、蓄電池３の負荷分担が０％となった後に、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を再開させることとしたため、蓄電池３の負荷分担の制御を容易に行うことができる。
【０１１４】
（第２の実施形態）
上述してきた第１の実施形態では、計画停電開始時刻および計画停電復旧時刻が予め設定されておき、制御装置６が、設定された計画停電開始時刻および計画停電復旧時刻に従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御を自動的に行う場合の例について説明した。具体的には、第１の実施形態では、情報記憶部６２に記憶された停止情報および復旧情報に基づいて切替指令や復旧指令の出力タイミングを決定することとした。
【０１１５】
しかし、切替指令や復旧指令の出力タイミングは、ユーザからの操作に応じて決定してもよい。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御を自動ではなく手動で行ってもよい。
【０１１６】
たとえば、ユーザは、操作パネル７に設けられる「計画停電動作モード移行ボタン」を押下する。そして、「計画停電動作モード移行ボタン」が押下された旨の情報が操作パネル７から指令出力部６３へ入力されると、指令出力部６３は、充放電制御部６４に対して切替指令を出力する。
【０１１７】
また、ユーザは、操作パネル７に設けられる「通常動作モード移行ボタン」を押下する。そして、「通常動作モード移行ボタン」が押下された旨の情報が操作パネル７から指令出力部６３へ入力されると、指令出力部６３は、充放電制御部６４に対して復旧指令を出力する。なお、「計画停電動作モード移行ボタン」および「通常動作モード移行ボタン」は、物理的なボタンである必要はなく、たとえば、操作パネル７が備えるタッチパネルディスプレイ上に表示される仮想的なボタンであってもよい。
【０１１８】
このように、第２の実施形態では、指令出力部６３が所定の操作に応じて切替指令を出力し、充放電制御部６４が切替指令を取得した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、蓄電池３の電力をインバータ装置４へ供給するように制御する。
【０１１９】
かかる場合であっても、ユーザが、計画停電が開始される前に手動で「計画停電動作モード」への移行を行うことができるため、負荷９への電力供給を継続的に行うことが可能である。
【０１２０】
なお、上述してきた各実施形態では、電源システム１００が、発電装置として太陽光発電装置２を備える場合の例について説明したが、発電装置は、太陽光発電装置２に限られない。たとえば、発電装置は、風力発電装置やバイオマス発電装置など、太陽光発電装置以外の自然エネルギー発電装置であってもよい。また、インバータ装置４には、太陽光発電装置、風力発電装置およびバイオマス発電装置のうち複数が接続されてもよい。このように、発電装置は、太陽光発電装置、風力発電装置、バイオマス発電装置の少なくとも１つである。
【０１２１】
また、上述してきた各実施形態では、「停止移行モード」における蓄電池３の立ち上げおよび「復旧移行モード」における蓄電池３の立ち下げの前後において、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止することとした。しかし、充放電制御部６４は、必ずしも太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を停止する処理を行う必要はない。すなわち、電源システム１００は、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給を常時行うこととしてもよい。
【０１２２】
また、上述してきた各実施形態では、「計画停電動作モード」において、蓄電池３のみで負荷９への電力供給を行う期間を設けたが、かかる期間は、必ずしも設ける必要はない。かかる場合、充放電制御部６４は、「計画停電動作モード」中の全ての期間において蓄電池３および太陽光発電装置２の協調運転が行われるように、太陽光発電装置２から負荷９への電力供給の再開タイミングおよび停止タイミングを制御すればよい。
【０１２３】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 電力系統
２ 太陽光発電装置（発電装置の一例）
３ 蓄電池
４ インバータ装置
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ 制御装置
１００ 電源システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池と、インバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備えた電源システムであって、
前記インバータ装置は、入力側に発電装置および電力系統が接続され、出力側に負荷が接続され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方に前記インバータ装置のコンバータ部が接続され、他方に前記蓄電池が接続され、
前記制御装置は、前記電力系統からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、前記蓄電池の電力を前記インバータ装置へ供給させることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記電力系統からの電力供給が停止する時刻を示す停止情報を取得する停止情報取得部と、
前記停止情報取得部によって取得された前記停止情報を記憶する停止情報記憶部と、
前記停止情報記憶部に記憶された前記停止情報に基づき、前記電力系統からの電力供給が停止する時刻よりも所定時間前のタイミングを検出し、当該検出したタイミングで前記切替指令を出力する切替指令出力部と、
前記切替指令出力部から出力された前記切替指令を取得した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、前記蓄電池の電力を前記インバータ装置へ供給させる停電制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
所定の操作に応じて前記切替指令を出力する切替指令出力部と、
前記切替指令出力部から出力された前記切替指令を取得した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、前記蓄電池の電力を前記インバータ装置へ供給させる停電制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記停電制御部は、
前記切替指令出力部から出力された前記切替指令を取得した場合に、前記発電装置から前記インバータ装置への電力供給を停止させた後に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、前記蓄電池の電力を前記インバータ装置へ供給させることを特徴とする請求項２または３に記載の電源システム。
【請求項５】
前記停電制御部は、
前記切替指令を取得して前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御した後、予め定められた期間が経過した場合に、前記発電装置から前記インバータ装置への電力供給を再開させることを特徴とする請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記電力系統からの電力供給が復旧する時刻を示す復旧情報を取得する復旧情報取得部と、
前記復旧情報取得部によって取得された前記復旧情報を記憶する復旧情報記憶部と、
前記復旧情報記憶部に記憶された前記復旧情報に基づき、前記電力系統からの電力供給が復旧する時刻よりも所定時間前のタイミングを検出し、当該検出したタイミングで復旧指令を出力する復旧指令出力部とを備え、
前記停電制御部は、
前記復旧指令出力部から出力された前記復旧指令を取得した場合に、前記発電装置から前記インバータ装置への電力供給を停止させた後、前記蓄電池から前記インバータ装置への電力供給を停止させることを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
【請求項７】
前記インバータ装置から前記負荷に対して供給される電力を検出する負荷電力検出部を備え、
前記停電制御部は、前記負荷電力検出部の検出結果に基づいて電流指令を生成する電流指令生成部を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
スイッチング素子と、
前記蓄電池に流れる電流と前記電流指令との差分に基づいて電圧指令を生成する電流制御部と、
前記一方の入出力端子の電圧と前記電圧指令との差分に基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する電圧制御部と
を備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項８】
前記発電装置は、太陽光発電装置、風力発電装置、バイオマス発電装置の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１】
蓄電池と、インバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備えた電源システムであって、
前記インバータ装置は、入力側に発電装置および電力系統が接続され、出力側に負荷が接続され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方に前記インバータ装置のコンバータ部が接続され、他方に前記蓄電池が接続され、
前記制御装置は、前記電力系統からの電力供給が停止する前に生成される切替指令を取得した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、前記蓄電池の電力を前記インバータ装置へ供給させることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記電力系統からの電力供給が停止する時刻を示す停止情報を取得する停止情報取得部と、
前記停止情報取得部によって取得された前記停止情報を記憶する停止情報記憶部と、
前記停止情報記憶部に記憶された前記停止情報に基づき、前記電力系統からの電力供給が停止する時刻よりも所定時間前のタイミングを検出し、当該検出したタイミングで前記切替指令を出力する切替指令出力部と、
前記切替指令出力部から出力された前記切替指令を取得した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、前記蓄電池の電力を前記インバータ装置へ供給させる停電制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
所定の操作に応じて前記切替指令を出力する切替指令出力部と、
前記切替指令出力部から出力された前記切替指令を取得した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、前記蓄電池の電力を前記インバータ装置へ供給させる停電制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記停電制御部は、
前記切替指令出力部から出力された前記切替指令を取得した場合に、前記発電装置から前記インバータ装置への電力供給を停止させた後に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、前記蓄電池の電力を前記インバータ装置へ供給させることを特徴とする請求項２または３に記載の電源システム。
【請求項５】
前記停電制御部は、
前記切替指令を取得して前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御した後、予め定められた期間が経過した場合に、前記発電装置から前記インバータ装置への電力供給を再開させることを特徴とする請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記電力系統からの電力供給が復旧する時刻を示す復旧情報を取得する復旧情報取得部と、
前記復旧情報取得部によって取得された前記復旧情報を記憶する復旧情報記憶部と、
前記復旧情報記憶部に記憶された前記復旧情報に基づき、前記電力系統からの電力供給が復旧する時刻よりも所定時間前のタイミングを検出し、当該検出したタイミングで復旧指令を出力する復旧指令出力部とを備え、
前記停電制御部は、
前記復旧指令出力部から出力された前記復旧指令を取得した場合に、前記発電装置から前記インバータ装置への電力供給を停止させた後、前記蓄電池から前記インバータ装置への電力供給を停止させることを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
【請求項７】
前記インバータ装置から前記負荷に対して供給される電力を検出する負荷電力検出部を備え、
前記停電制御部は、前記負荷電力検出部の検出結果に基づいて電流指令を生成する電流指令生成部を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
スイッチング素子と、
前記蓄電池に流れる電流と前記電流指令との差分に基づいて電圧指令を生成する電流制御部と、
前記一方の入出力端子の電圧と前記電圧指令との差分に基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する電圧制御部と
を備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項８】
前記発電装置は、太陽光発電装置、風力発電装置、バイオマス発電装置の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１５９４６（Ｐ２０１３−１１５９４６Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６０９３１（Ｐ２０１１−２６０９３１）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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