CN102804540A - 配电系统 - Google Patents

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CN102804540A CN2010800287923A CN201080028792A CN102804540A CN 102804540 A CN102804540 A CN 102804540A CN 2010800287923 A CN2010800287923 A CN 2010800287923A CN 201080028792 A CN201080028792 A CN 201080028792A CN 102804540 A CN102804540 A CN 102804540A
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忠泽孝明
品川干夫
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Abstract

为系统连接单元(1)提供反向电流阻止电路(10)。当从燃料电池(6)和/或蓄电池(7)输出的电力大于由交流负载和直流负载消耗的电力时，反向电流阻止电路(10)阻止过量电力向商业电源(4)反向流动。在交流系统主电力通路(20)上，太阳能电池(5)的连接点与燃料电池(6)和蓄电池(7)的连接点之间加置反向电流阻止电路(10)。反向电流阻止电路(10)将从燃料电池(6)和蓄电池(7)输出的电力与由交流负载和直流负载消耗的电力相比较；以及在前者变得大于后者时，电气地阻断交流系统主电力通路(20)。从而，仅使用反向电流阻止电路(10)，可以阻止从燃料电池(6)和/或蓄电池(7)输出的电力向商业电源(4)反向流动。相比于为除太阳能电池(5)之外的每个分布式电源提供反向电流阻止设备的情形而言，可以减少系统的成本。

Description

配电系统
技术领域
本发明涉及采用太阳能电池和除太阳能电池之外的分布式电源的配电系统。
背景技术
以往，存在这样的系统：该系统包括并联连接到商业电源的太阳能电池，并且该系统执行从商业电源和太阳能电池向负载供电的系统协调操作。这种系统被公知为采用太阳能电池作为分布式电源的配电系统。在这种配电系统中，在白天，太阳能电池可以生成充足电力，因此太阳能电池的生成的电力会超过消耗的电力并引起电力的过量(在下文中称作“过量电力”)。在此状况下，此配电系统可以通过将过量电力馈送到商业电力系统将过量电力销售给电力公司(参见JP 2003-189477A)。
近来，提供了进一步包括除太阳能电池之外的分布式电源(例如，燃料电池和蓄电池)的配电系统。除此之外，在该配电系统中，也将电力储存设备作为分布式电源的类型。根据该配电系统，分布式电源即使在太阳能电池将会生成降低的电力的夜间也可以向负载提供足够电力。
然而，当前在日本，考虑到对商业电力系统的不利影响，仅针对太阳能电池允许售电。简言之，针对除太阳能电池之外的分布式电源(例如，燃料电池和蓄电池)，不允许售电。因此，“guideline for technicalrequirements for interconnection regarding ensuring power quality(确保电力质量互连的技术需求指南)”规定即使在燃料电池和蓄电池产生过剩电力的情况下，过剩电力也不应当流入商业电力系统中。通常，为除太阳能电池之外的分布式电源(例如，燃料电池和蓄电池)单独提供用于阻止反向电力流动的反向电力流动阻止设备。
当配电系统包括除太阳能电池之外的多个分布式电源时，以及当为除太阳能电池之外的每个分布式电源(例如，燃料电池和蓄电池)提供反向电力流动阻止设备时，配电系统包括作为整体的多个反向电力流动阻止设备。反向电力流动阻止设备具有用于商业电力系统保护的复杂构造。因此，多个反向电力流动阻止设备的添加阻碍降低用于实施配电系统的成本。
发明内容
鉴于以上不足，本发明旨在提出可以相比于为除太阳能电池之外的每个分布式电源提供反向电力流动阻止设备的配置而言以降低的成本实施的配电系统。
根据本发明的配电系统包括：限定为太阳能电池的第一分布式电源；包括除第一分布式电源之外的多个分布式电源的第二分布式电源；以及用于向负载供电并连接到第一分布式电源、第二分布式电源以及商业电源的主电力通路。第一分布式电源在商业电源和主电力通路的连接点与第二分布式电源和主电力通路的连接点之间的连接点处连接到主电力通路。配电系统还包括反向电力流动阻止电路，该反向电力流动阻止电路加置在主电力通路中、第一分布式电源和主电力通路的连接点与第二分布式电源和主电力通路的连接点之间，且被配置为响应于分布式电源中过量电力的出现中断主电力通路。
根据上面的配置，较之为除太阳能电池之外的每个分布式电源提供反向电流流动阻止设备的状况而言，据此可以以降低的成本实施配电系统。
在该配电系统中，优选地，主电力通路包括适于向AC负载提供AC电力的AC主电力通路和适于向DC负载提供DC电力的DC主电力通路。配电系统还包括AC主电力通路与DC主电力通路之间加置的电力转换电路，电力转换电路被配置为将从AC主电力通路提供的交流转换为要向DC主电力通路提供的直流。第一分布式电源在不经过电力转换电路的情况下连接到DC主电力通路。
附图说明
图1是例示根据第一实施例的配电系统的配置的示意图，
图2是例示根据第二实施例的配电系统的配置的示意图，
图3是例示根据第三实施例的配电系统的配置的示意图，以及
图4是例示根据第四实施例的配电系统的配置的示意图。
具体实施方式
(第一实施例)
如图1中所示，本实施例的配电系统用于向居所中安装的负载(电气设备)配送电力，且该配电系统包括AC配送板2和DC配送板3。AC配送板2被置于居所中的预定位置中，并被配置为向AC供电的负载(在下文中，称作“AC负载”)提供AC电力。DC配送板3被置于居所中的预定位置中，并被配置为向DC供电的负载(在下文中，称作“DC负载”)提供DC电力。
AC配送板2被配置为容纳作为对地泄漏电路断路器的主断路器21以及多个分支断路器22。将AC电力中使用的负载电路连接到分支断路器22使得能够向AC负载(未示出)提供AC电力。主断路器21被加置在连接到商业电源4的AC主电力通路20中。每个分支断路器22被连接到主断路器21的二级侧端子。除此之外，以上负载电路例如包括布线设备(例如，适于安装在房间中的AC插座以及墙壁开关)和照明器具。商业电源4适于在单相三线系统中使用。商业电源4通过包括三条线(包括中性线和一对电压线)的AC主电力通路20的使用连接到主断路器21。
每个分支断路器22包括电力端子(未示出)，并以电力端子经由主断路器21的二级侧端子分别连接到三条线(中性线和成对电压线)中仅两条线的方式电连接到主断路器21。当连接到中性线和电压线中的任一条电压线时，分支断路器22接收100V的AC电压。当连接到成对电压线时，分支断路器22接收200V的AC电压。另外，每个分支断路器22包括适于使用以连接到负载电路的负载端子(未示出)，以及其电力端子与其负载端子之间加置的接触点(未示出)。分支断路器22通过打开和闭合其接触点接通和关断向相应负载电路的供电。
本实施例的配电系统包括太阳能电池5、燃料电池6以及蓄电池7作为分布式电源。太阳能电池5限定第一分布式电源，燃料电池6和蓄电池7限定第二分布式电源。
太阳能电池5通过连接盒50、开关11以及被配置为将直流转换为交流的逆变器电路12连接到AC主电力通路20。连接盒50包括阵列开关51，并被配置为收集在太阳能电池5处产生的电量。逆变器电路12经由AC主电力通路20连接到主断路器21的一级侧端子(用于与商业电源4连接的端子)。逆变器电路12将太阳能电池5的输出电压转换为同样电压值和频率的AC电压作为商业电源4的输出电压。经由AC配送板2将所得AC电压施加到AC负载。除此之外，开关11和逆变器电路12构建与入口设备13等协作的系统协调单元1。入口设备13用于将商业电源4连接到AC主电力通路20。
在该配电系统中，在白天，太阳能电池5可以生成充足电力，因此太阳能电池5的生成电力会超过负载中消耗的电力并引起电力的过量(在下文中称作“过量电力”)。该配电系统被配置为将过量电力提供给商业电力系统以将过量电力销售给电力公司。因此，在商业电源4与系统协调单元1之间加置购买电力计量器41和销售电力计量器42。购买电力计量器41被配置为测量从商业电源4向用户提供的电力。销售电力计量器42被配置为测量从用户向商业电源4馈送的电力。
DC配送板3被配置为容纳作为对地泄漏电路断路器的主断路器31以及多个分支保护器32。在连接到燃料电池6和蓄电池7的DC主电力通路30中加置主断路器31。每个分支保护器32连接到主断路器31的二级侧端子。燃料电池6经由开关61和DC/DC转换器62连接到主断路器31的一级侧端子。蓄电池7经由放电和充电电路71和开关72连接到主断路器31的一级侧端子。放电和充电电路71被配置为对蓄电池7放电和充电。蓄电池7构建与放电和充电电路71和开关72协作的电力储存单元70。
因此，将DC电力中使用的负载电路连接到分支保护器32使得能够从燃料电池6和蓄电池7中的至少之一向DC负载(未示出)提供DC电力。除此之外，上面的负载电路例如包括布线设备(例如，DC插座33和墙壁开关34)和照明器具。DC插座33包括一对馈送部分(正电极和负电极)，并适于被置于房间中。分支保护器32被配置为监视经过相应负载电路的电流。在检测到故障(例如，短路)后，分支保护器32降低向相应DC负载提供的电力或终止向相应DC负载提供电力。
将DC负载分类成高压DC负载和低压DC负载。将高压DC负载定义为以相对高电压(例如，300V)工作的设备，诸如空调和冰箱。将低压DC负载定义为以相对低电压(例如，48V)工作的设备，诸如电话、个人计算机以及液晶电视。因而，DC配送板3包括用于降低电压的DC/DC转换器35。低压DC负载经由分支保护器32连接到DC/DC转换器35的输出端子。
DC主电力通路(连接到主断路器31的一级侧端子的通路)和AC主电力通路(连接到主断路器21的二级侧端子的通路)20经由电力转换电路63彼此连接。电力转换电路63经由开关64连接到AC主电力通路20。电力转换电路63被配置为将AC转换为DC和将DC转换为AC。电力转换电路63被配置为将从AC主电力通路20接收的AC电力转换为DC电力，然后将得到的DC电力输出到DC主电力通路30。此外，电力转换电路63被配置为将从DC主电力通路30接收的DC电力转换为AC电力，然后将得到的AC电力输出到AC主电力通路20。因此，当商业电源4和太阳能电池5未能通过它们自己向AC负载提供充足电力时，燃料电池6和蓄电池7可以补充AC负载需要的电力。同时，当燃料电池6和蓄电池7未能通过它们自己向DC负载提供充足电力时，商业电源4和太阳能电池5可以补充DC负载需要的电力。电力转换电路63和开关64构建与燃料电池6的开关61和DC/DC转换器62协作的转换器单元60。
具有上面解释的配置的配电系统包括被配置为控制从太阳能电池5、燃料电池6以及蓄电池7的每一个中获得的电力的控制单元(未示出)。控制单元被配置为接收包括消耗电力的负载信息，并被配置为独立地接通和关断开关11、61、64和72中的每一个。在太阳能电池5与主电力通路20、30之间加置开关11。在燃料电池6与主电力通路20、30之间加置开关61。在蓄电池7与主电力通路20、30之间加置开关72。在电力转换电路64与AC主电力通路20之间加置开关64。例如，在太阳能电池5可以生成充足电力的白天，控制单元保持关断开关11、61、64和72中的开关61，从而使燃料电池6与DC主电力通路30分离。因而，优先于其它分布式电源，将太阳能电池5生成的电力提供给负载。在该状况下，控制单元控制放电和充电电路71以利用来自太阳能电池5的输出对蓄电池7充电。同时，在太阳能电池5将不能生成充足电力的夜间，控制单元保持接通开关61，从而将燃料电池6连接到DC主电力通路30。因而，优先于其它分布式电源，将燃料电池6生成的电力提供给负载。在该状况下，控制单元控制放电和充电电路71，从而使蓄电池7放电以弥补燃料电池6未能通过它本身提供充足电力时出现的短缺。
因此，配电系统可以在不使用从商业电源4提供的电力的情况下，从分布式电源(太阳能电池5、燃料电池6以及蓄电池7)提供如居所中负载需要的一样多的电力。此外，控制单元被配置为在检测到太阳能电池5的故障后，关断与太阳能电池5相对应的开关11。控制单元被配置为在检测到燃料电池6的故障后，关断与燃料电池6相对应的开关61。因而，控制单元具有保护商业电力系统免受太阳能电池5和/或燃料电池6的故障引起的不利影响的功能。
除此之外，在配电系统中，系统协调单元1包括用于响应于商业电源4电力故障(断供)的发生使分布式电源(太阳能电池5、燃料电池6以及蓄电池7)与商业电源4分离的断开设备15。断开设备15被配置为在检测到分布式电源的孤立操作后，关断(打开)开关14。在入口设备13与AC主电力通路20之间加置开关14。因此，当商业电源4的电力故障发生时，在系统协调单元1中将商业电源4与AC主电力通路20分离。因此，AC负载和DC负载通过分布式电源通电并随后工作。在图1中示出的实例中，将AC主电力通路20定义为断开设备15与电力转换电路63之间的通路，并将DC主电力通路30定义为电力转换电路63与DC/DC转换器35之间的通路。
此外，在本实施例的配电系统中，系统协调单元1包括反向电力流动阻止电路10。反向电力流动阻止电路10被配置为在燃料电池6和/或蓄电池7输出超过AC负载和DC负载中消耗电力的电力时阻止过量电力向商业电源4中的反向流动。当前在日本，允许销售由太阳能电池5生成的电力，但是禁止销售除太阳能电池5之外的分布式电源(例如，燃料电池6和蓄电池7)生成的电力。因此，提供反向电力流动阻止电路10以阻止燃料电池6和/或蓄电池7生成的电力的反向流动。
当从燃料电池6和/或蓄电池7输出的电力超过居所中的AC负载和DC负载中消耗的电力时，可以假定在燃料电池6和/或蓄电池7中生成过量电力。基于上面的假定，在太阳能电池5的逆变器电路12和AC主电力通路20的连接点与AC配送电力板2和AC主电力通路20的连接点之间的AC主电力通路20中加置反向电力流动阻止电路10。此外，反向电力流动阻止电路10被配置为将从燃料电池6和/或蓄电池7输出的电力与AC负载和DC负载中消耗的电力相比较。反向电力流动阻止电路10被配置为在判定从燃料电池6和/或蓄电池7输出的电力不少于AC负载和DC负载中消耗的电力后确定过量电力的生成，并然后将AC配送板2与商业电源4电分离。相应地，可以阻止燃料电池6和/或蓄电池7生成的电力向商业电源4中的反向流动。
可替选地，反向电力流动阻止电路10可以被配置为在确定燃料电池6和/或蓄电池7中过量电力的生成后，向AC主电力通路20的靠近AC配送板2的一部分连接负载(在下文中称作“备用负载”)。因此，向备用负载提供并随后在备用负载中消耗由燃料电池6和/或蓄电池7产生的过量电力。因此，可以高效利用过量电力。例如，当备用负载是用于加热水的加热器时，可以使用过量电力作为居所中的热能量。
根据上面解释的配置，可以通过仅一个反向电力流动阻止电路10的使用来阻止来自多个分布式电源(燃料电池6和蓄电池7)的反向电力流动。在太阳能电池5和AC主电力通路20的连接点下游和分布式电源(例如，燃料电池6和蓄电池7)和AC主电力通路20的连接点上游的AC主电力通路20中加置反向电力流动阻止电路10。因此，反向电力流动阻止电路10可以阻止来自除太阳能电池5之外的分布式电源的所有反向电力流动，但是允许来自太阳能电池5的反向电力流动。因此，配电系统可以较之为除太阳能电池5之外的分布式电源提供反向电力流动阻止设备的情况而言，减少其反向电力流动阻止电路的数量，据此可以按降低的成本实施配电系统。
除此之外，本实施例示范了第二分布式电源包括燃料电池6和蓄电池7的配电系统，但是不限于以上解释的实例。例如，配电系统的第二分布式电源可以包括多个燃料电池6、多个蓄电池7、多个其它分布式电源(除太阳能电池5之外)或者其组合。
(第二实施例)
如图2中所示，本实施例的配电系统与第一实施例的配电系统不同之处在于太阳能电池5在不经过电力转换电路63的情况下连接到DC主电力通路30。
在本实施例中，太阳能电池5经由连接盒50和开关11连接到DC/DC转换器65。DC/DC转换器65使其输出端子连接到DC配送板3的主断路器31的一级侧端子。此外，太阳能电池5还在不经过DC/DC转换器65的情况下经由开关11连接到系统协调单元1的逆变器电路12。
在本实施例中，控制单元可以被配置为保持关断电力转换电路63与AC主电力通路20之间的开关64，以在太阳能电池5将会生成充足电力的白天将AC主电力通路20与DC主电力通路30分离。通过该布置，可以将太阳能电池5生成的电力提供给AC负载和DC负载二者。
根据以上解释的配置，可以将由太阳能电池5生成的DC电力直接提供给DC主电力通路30。因此，较之由太阳能电池5生成的DC电力通过逆变器电路12转换为AC电力并随后通过电力转换电路63转换为DC电力的状况而言，可以减少电力转换损耗。
本实施例的其它部件和功能与第一实施例的一样。
(第三实施例)
如图3中所示，本实施例的配电系统与第一实施例的配电系统不同之处在于燃料电池6在不经过电力转换电路63的情况下连接到AC主电力通路20。
在本实施例中，燃料电池6经由开关66连接到逆变器电路67。逆变器电路67被配置为将从燃料电池6提供的DC转换为要提供给AC主电力通路20的AC。逆变器电路67使其输出端子连接到AC配送板2的主断路器21的一级侧端子。简言之，在太阳能电池5和AC主电力通路20的连接点与燃料电池6和AC主电力通路20的连接点之间的AC主电力通路20中加置反向电力流动阻止电路10。太阳能电池5的逆变器电路12和开关11从系统协调单元1分离，并构建与燃料电池6的逆变器电路67和开关66协作的逆变器单元68。
此外，将本实施例设计为仅向DC负载的低压DC负载提供电力。因此，DC配送板3没有DC/DC转换器35，且本实施例被配置为经由分支保护器32将输出电力从电力转换电路63提供给低压DC负载。除此之外，在图3中示出的实例中，转换器单元60可选，且电力转换电路63和开关64被装设在DC配送板3中。
根据该配置，例如，即使在电力转换电路63故障时，配电系统也可以将由太阳能电池5和/或燃料电池6生成的电力提供给AC主电力通路20，从而在不使用从商业电源4提供的电力的情况下提供如居所中的负载所需的一样多的电力。
本实施例的其它部件和功能与第一实施例的一样。
(第四实施例)
如图4中所示，本实施例的配电系统与第一实施例的配电系统不同之处在于：本实施例除了电力储存单元70之外还包括应急电力储存单元90。应急电力储存单元90包括蓄电池9、放电和充电电路91以及开关92。
在本实施例中，将低压DC负载定义为被配置为即使在商业电源4的电力故障期间也保持接通的应急负载(例如，应急灯)。本实施例包括应急电力储存单元90，以在商业电源4的电力断供期间成功提供用于操作应急负载的电力。在用于连接到低压DC负载的分支保护器32与DC/DC转换器35之间的DC主电力通路30中加置安全隔离变压器36。应急电力储存单元90通过DC主电力通路30连接到安全隔离变压器36的二级侧端子。
在本实施例中，低压DC负载包括被配置为以低于DC/DC转换器35输出电压(例如，48V)的工作电压(例如，24V、12V以及5V)工作的负载。这种负载经由被配置为将来自安全隔离变压器36二级侧端子的输出电压降低成负载工作电压的DC/DC转换器37连接到安全隔离变压器36。存在安全隔离变压器36与每个DC/DC转换器37之间加置的开关38。在图4中示出的实例中，将DC主电力通路30定义为电力转换电路63与DC/DC转换器37之间的通路。除此之外，连接到安全隔离变压器36二级侧端子的电路用作安全特低电压(SELV，satety extra-lowvoltage)电路。
此外，燃料电池6和电力储存单元70在不经过电力转换电路63的情况下连接到AC主电力通路20。例如，逆变器电路67被附接到燃料电池6，并被配置为将从燃料电池6输出的DC电力转换为要输出到AC主电力通路20的AC电力。逆变器电路67使其输出端子经由开关66连接到AC主电力通路20。电力储存单元70经由AC/DC转换器73连接到AC主电力通路20，AC/DC转换器73被配置为将从AC主电力通路20提供的AC转换为要提供给电力储存单元70的DC，并将从电力储存单元70提供的DC转换为要提供给AC主电力通路20的AC。在本实施例中，转换器单元60的电力转换电路63被配置为将AC转换为DC但是未被配置为将DC转换为AC。除此之外，在图4中示出的实例中，系统协调单元1可选，太阳能电池5的逆变器电路12和开关11构建与电力转换电路63和电力储存单元70的AC/DC转换器73协作的转换器单元60。
转换器单元60包括被配置以控制太阳能电池5的逆变器电路12、燃料电池6的逆变器电路67、电力储存单元70的AC/DC转换器73、放电和充电电路71以及电力转换电路63的控制单元69。控制单元69被配置为接收包括消耗电力的负载信息，并被配置为调整从太阳能电池5、燃料电池6以及蓄电池7中的每一个获得的电力。
入口设备13和反向电力流动阻止电路10被装设在AC配送板2中，并经由一级侧电力传送断路器23连接到电力转换电路63的AC输入端子。AC配送板2的主断路器21连接在反向电力流动阻止电路10与一级侧电力传送断路器23之间。在地与主断路器21和分支断路器22的连接点之间加置浪涌保护器24。除此之外，在图4中未示出断开设备15。
根据上面的配置，配电系统在正常时间期间保持应急电力储存单元90几乎完全充电，并仅在商业电源4的电力故障期间使应急电力储存单元90放电。因此，可以成功保留应急电力储存单元90中的电力，以在商业电源4的电力故障期间操作低压DC负载。此外，应急电力储存单元90直接连接到DC主电力通路30。因此，配电系统可以在不引起DC与AC之间的电力转换伴有的损耗的情况下向低压DC负载高效供电。因此，电力储存单元70无需保留用于在商业电源4的电力断供期间操作低压DC负载的电力。通过在电力消耗相对低的时间段期间使电力储存单元70充电，并且在电力消耗相对高的时间段期间使电力储存单元70放电，可以将电力储存单元70用于负载均衡。
除此之外，应急电力储存单元90优选地被置于与低压DC负载相邻。在该实例中，可以减少由应急电力储存单元90与低压DC负载之间的DC主电力通路30引起的电力损耗。
本实施例的其它部件和功能与第一实施例的一样。

Claims (2)

1.一种配电系统，包括：
限定为太阳能电池的第一分布式电源；
包括除所述第一分布式电源之外的多个分布式电源的第二分布式电源；以及
用于向负载供电并连接到所述第一分布式电源、所述第二分布式电源以及商业电源的主电力通路，
其中，所述第一分布式电源在所述商业电源和所述主电力通路的连接点与所述第二分布式电源和所述主电力通路的连接点之间的连接点处连接到所述主电力通路，
所述配电系统还包括所述第一分布式电源和所述主电力通路的连接点与所述第二分布式电源和所述主电力通路的连接点之间的所述主电力通路中加置的、被配置为响应于所述分布式电源中过量电力的出现而中断所述主电力通路的反向电力流动阻止电路。
2.如权利要求1所述的配电系统，其中
所述主电力通路包括用于向交流AC负载提供AC电力的AC主电力通路和用于向直流DC负载提供DC电力的DC主电力通路，
所述配电系统还包括所述AC主电力通路与所述DC主电力通路之间加置的电力转换电路，所述电力转换电路被配置为将从所述AC主电力通路提供的交流转换为要向所述DC主电力通路提供的直流，并且所述第一分布式电源在不经过所述电力转换电路的情况下连接到所述DC主电力通路。
CN2010800287923A 2009-06-30 2010-06-08 配电系统 Pending CN102804540A (zh)

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