JP2004266962A - 電力供給システム - Google Patents
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Abstract
【課題】分散型電源と商用電源とを連系させずに、安定した電力供給が図れる電力供給システムの提供。
【解決手段】分散型電源２から負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに電力を供給する電力供給系統４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと、これらの一部の系統４Ｂ、４Ｃ、４Ｄにそれぞれ設けられ、各負荷系統Ｂ、Ｃ、Ｄに電力供給をする電源を分散型電源２から商用電源１０に切り替える切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと、各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを各々個別に切替制御する制御部１４と、分散型電源２の供給電力を計測する供給電力計測部（電力計）Ｗａと、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力を計測する消費電力計測部（電力計）Ｗｂとを備える。制御部１４は、計測部ＷａおよびＷｂからの計測データに基づき、切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを適宜切り替えて、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力が分散型電源２からの供給電力を上回らないようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】分散型電源２から負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに電力を供給する電力供給系統４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと、これらの一部の系統４Ｂ、４Ｃ、４Ｄにそれぞれ設けられ、各負荷系統Ｂ、Ｃ、Ｄに電力供給をする電源を分散型電源２から商用電源１０に切り替える切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと、各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを各々個別に切替制御する制御部１４と、分散型電源２の供給電力を計測する供給電力計測部（電力計）Ｗａと、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力を計測する消費電力計測部（電力計）Ｗｂとを備える。制御部１４は、計測部ＷａおよびＷｂからの計測データに基づき、切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを適宜切り替えて、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力が分散型電源２からの供給電力を上回らないようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散型電源を用いた電力供給システムに関し、特に商用電源を併用して、安定した電力供給が図れるシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、分散型電源が注目を浴びている。この分散型電源としては、太陽電池システムや風力発電システムなど、自然エネルギーを利用した発電システムをはじめ、この他に、マイクロガスタービン（μＧＴ）やマイクロガスエンジン（μＧＥ）などを用いた小型発電システムや、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）などの燃料電池システム、それにレドックスフロー電池やナトリウム−硫黄電池、鉛蓄電池などを用いた電力貯蔵システムなどがある。
【０００３】
これらの分散型電源は、天候などの自然条件に左右されて、電力の安定供給が困難であったり、あるいはその電力供給能力及びその信頼性に限界があることから、一般に、電源の信頼性向上のために商用電源と併用されている。商用電源と併用される場合には、分散型電源の電力供給系統を商用電源の電力供給系統に接続して、分散型電源および商用電源の双方により連系して電力の供給を行う、いわゆる系統連系方式が採られていた。この系統連系方式は、分散型電源の供給電力が不足しても、その不足分を商用電源で自動的に賄うことができることから、電力の安定供給の点で優れている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−４６９２５号公報（第１−５頁、第１−３図）
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−３００１３３号公報（第１−５頁、第１−４図）
【０００６】
【特許文献３】
特開平１１−８９０９５号公報（第１−８頁、第１−１０図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような系統連系方式には、次のような問題があった。すなわち、分散型電源の電力供給系統と商用電源の電力供給系統とを相互に接続しているため、どちらか一方でメンテナンス作業等を行う場合に、作業員が感電しないように、双方の電源の間を切り離さなければならず、甚だ面倒であった。また、どちらか一方の電源で事故等の不具合が発生したときに、他方の電源に大きな影響を及ぼさないように回避するために、両者間に両者を自動的に分断する機構を設けなければならず、設定作業が非常に面倒である上、コストアップを招いた。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、分散型電源と商用電源とを連系させずに、安定した電力供給が図れるような電力供給システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明に係る電力供給システムにあっては、分散型電源から複数系統の負荷に対して夫々電力を供給する複数の電力供給系統と、前記電力供給系統のうちの少なくとも一部の系統に系統毎に設けられ、前記負荷に対して電力を供給する電源を前記分散型電源から商用電源に切り替える切替スイッチと、前記分散型電源の供給電力を計測する供給電力計測手段と、前記負荷の消費電力を計測する消費電力計測手段と、前記供給電力計測手段および前記消費電力計測手段の各計測結果に基づき、前記切替スイッチを切替制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このシステムにあっては、分散型電源から複数系統の負荷に対して電力を供給する複数の電力供給系統のうちの少なくとも一部の系統に、商用電源に切り替える切替スイッチを設け、この切替スイッチを、分散型電源の供給電力および負荷の消費電力の各計測結果に基づき切替制御することで、分散型電源で足りない電力については、商用電源から供給することができ、分散型電源の供給電力と負荷の消費電力とのバランスを確保することができる。つまり、安定した電力供給を行いつつ商用電源と分散型電源とを系統上分離することができ、これにより、従来、両者の連系により生じていた不具合を解消することができる。
【００１１】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記分散型電源として、燃料の燃焼により電力を生成して供給する燃料燃焼型発電システムを備えていても良い。また、かかる電力供給システムにあっては、前記分散型電源として、燃料電池により電力を供給する燃料電池システムを備えていても良い。また、かかる電力供給システムにあっては、前記分散型電源として、前記商用電源からの電力を貯蔵して供給する電力貯蔵システムを備えていても良い。また、かかる電力供給システムにあっては、前記分散型電源として、太陽光や風力等の自然エネルギーにより発電をする自然エネルギー発電システムを備えていても良い。これらのシステムを備えていれば、分散型電源として効率良く電力を生成して供給することができる。
【００１２】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記電力供給系統のうち、所定の負荷に対して電力を供給する電力供給系統が、他の負荷に対して電力を供給する電力供給系統と別の系統で設けられていても良い。さらに前記所定の負荷は、無停電負荷や防災負荷等の重要負荷であっても良い。
【００１３】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記電力供給系統として、前記負荷に対して交流電力を供給する交流電力供給系統と、前記負荷に対して直流電力を供給する直流電力供給系統とを備えていても良い。
【００１４】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記交流電力供給系統と、前記直流電力供給系統との間にバイパス経路が設けられ、当該バイパス経路には、前記交流電力供給系統から前記直流電力供給系統へ向かう向きを順方向とする第１のダイオードが設けられているとともに、当該ダイオードと直列に第１の開閉スイッチが設けられ、前記直流電力供給系統には、前記第１のダイオードと突き合わされるように第２のダイオードが設けられるとともに、当該第２のダイオードと並列に第２の開閉スイッチが設けられていても良い。
【００１５】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記第１および第２の開閉スイッチは、前記第１の開閉スイッチが閉じられるのに先立って前記第２の開閉スイッチが開かれ、前記第１の開閉スイッチが開かれた後に前記第２の開閉スイッチが閉じられるようにインターロック制御されるようにしても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る電力供給システムの実施の形態について、添付図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る電力供給システムの一実施形態を示したブロック構成図である。この電力供給システムは、自家発電電源である分散型電源２または商用電源１０から負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに対して電力を供給するシステムであり、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対してそれぞれ個別に分散型電源２から電力の供給をする電力供給系統４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ（本発明における電力供給系統に相当）と、これらの電力供給系統のうちの一部の系統４Ｂ、４Ｃ、４Ｄにそれぞれ系統毎に設けられ、各負荷系統Ｂ、Ｃ、Ｄに電力供給をする電源を分散型電源２から商用電源１０に切り替える切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと、これら各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと商用電源１０とを結ぶ商用電力供給系統６Ｂ、６Ｃ、６Ｄと、負荷系統Ｅに対して商用電源１０から電力を供給する商用電力供給系統１２Ｅとを備えている。この他に、本システムは、制御部１４と、分散型電源２の供給電力を計測する供給電力計測部（電力計）Ｗａと、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力を計測する消費電力計測部（電力計）Ｗｂとを備えている。なお、負荷系統Ａは、分散型電源２からの電力供給のみを受けるようになっている。また、負荷系統Ｅは、商用電源１０からの電力供給のみを受けるようになっている。
【００１７】
各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、各々個別に独立して切り替えることができる。各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの切替は、制御部１４により各制御ライン７Ｂ、７Ｃ、７Ｄを介して行われる。
【００１８】
制御部１４は、供給電力計測部Ｗａおよび消費電力計測部Ｗｂから夫々計測データを取得して、その取得した計測データに基づき、各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを切替制御する。すなわち、制御部１４は、供給電力計測部Ｗａから取得した計測データ、即ち分散型電源２からの供給電力と、消費電力計測部Ｗｂから取得した計測データ、即ち分散型電源２に接続された負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力とを比較し、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力が分散型電源２からの供給電力を上回るような場合に、切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄのうちの少なくとも１つを分散型電源２側から商用電源１０側に切り替えて、負荷系統Ｂ、Ｃ、Ｄのうちの少なくとも１つに対して商用電源１０から電力供給を行うようにする。これによって、分散型電源２から電力供給を受ける負荷系統を減らして、分散型電源２の供給電力と負荷系統の消費電力とのバランスを確保し、分散型電源２の電力供給能力に見合った電力供給が行われるようにする。このため、従来のように、分散型電源２と商用電源１０とを連系させなくても、効率良く安定した電力供給を行うことができ、これにより、分散型電源２と商用電源１０との間の相互干渉を回避することができる。
【００１９】
図２は、本発明に係る電力供給システムのより具体的な実施形態の一例を示した構成図である。このシステムは、分散型電源として、小型発電システム２０、２２と、燃料電池システム２４と、電力貯蔵システム２６と、太陽光発電システム２８と、風力発電システム３０とを備えている。
【００２０】
小型発電システム２０、２２は、マイクロガスタービン（μＧＴ）やマイクロガスエンジン（μＧＥ）等により燃料を燃焼してガスを生成して発電するシステムである。本実施形態では、小型発電システム２０、２２により交流電力が生成される。ここで生成された交流電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ・ＤＣ／ＡＣコンバータ３２、３４によりそれぞれ一旦直流電力に変換された後、再び交流電力に再変換されて交流電力供給ライン４６に供給される。
【００２１】
また、燃料電池システム２４は、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）などの燃料電池により電力を生成するシステムであり、本実施形態では、燃料電池システム２４により直流電力が生成される。生成された直流電力は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３６により交流電力に変換されて交流電力供給系統４６に供給される。
【００２２】
また、電力貯蔵システム２６は、レドックスフロー電池（ＲＦ）やナトリウム−硫黄電池（ＮＡＳ）、鉛蓄電池など、電力の貯蔵可能な手段を備えたシステムであり、電力消費量の少ない夜間等に商用電源１０から商用電力供給系統３７を介して安価な電力を取得して貯蔵して、電力消費量の大きい昼間等に、貯蔵した電力を放出する。電力は、直流電力として２つの系統２６ａ、２６ｂを通じて放出され、一方の系統２６ａでは、放出された直流電力がＤＣ／ＡＣコンバータ３８により交流電力に変換されて交流電力供給系統４６に供給される。他方の系統２６ｂでは、放出された直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ４０を介してそのまま直流電力として直流電力供給系統４８に供給される。また、電力貯蔵システム２６に電力を貯蔵するための商用電力供給系統３７には、タイマー制御により開閉動作する開閉スイッチＭＣ２が設けられ、昼間時等の電力放出時には開閉スイッチＭＣ２が開かれて電力貯蔵システム２６への電力供給を確実に遮断する。一方、夜間時等の電力貯蔵時には開閉スイッチＭＣ２が閉じて電力貯蔵システム２６へ電力供給が行われる。
【００２３】
これら小型発電システム２０、２２、燃料電池システム２４および電力貯蔵システム２６の電力供給側には、これらのシステムから供給される交流電力を計測するための供給電力計測部Ｗ２が設けられている。
【００２４】
太陽光発電システム２８は、太陽光のエネルギーにより電力を生成するシステムであり、本実施形態では、太陽光発電システム２８により直流電力が生成され、生成された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を介して直流電力供給系統４８に供給される。また、風力発電システム３０は、風力により電力を生成するシステムであり、本実施形態では、風力発電システム３０により直流電力が生成され、生成された直流電力はＤＣ／ＤＣコンバータ４４を介して直流電力供給系統４８に供給される。
【００２５】
これら太陽光発電システム２８、風力発電システム３０および電力貯蔵システム２６の電力供給側には、これらのシステムから供給される直流電力を計測するための供給電力計測部Ｗ４が設けられている。
【００２６】
一方、本システムの負荷としては、一般負荷（３φ：三相）５０、５２と、余剰発電負荷（３φ）５４と、防災負荷（３φ）５６と、無停電負荷（３φ、１φ）５８、６０と、無停電照明６２と、防災照明６４と、余剰発電照明６６と、その他負荷６８とがある。一般負荷５０、５２、余剰発電負荷５４、防災負荷５６および無停電負荷５８、６０は交流負荷であり、無停電照明６２、防災照明６４、余剰発電照明６６及びその他負荷６８は直流負荷である。
【００２７】
一般負荷５０、５２は、例えば室内設置される電気機器など、重要度のあまり高くない負荷であり、その電力供給は、分散型電源２０、２２、２４、２６からではなく、商用電源１０から商用電力供給系統１９を介して受けるようになっている。
【００２８】
一方、防災負荷５６は、例えば、スプリンクラーや排煙装置をはじめとする消防設備などといった、停電時や災害時等の非常時に電力供給が必要な重要度の高い負荷である。このため、防災負荷５６は、停電のおそれがある商用電源１０からではなく、分散型電源２０、２２、２４、２６から交流電力供給系統４６を介して電力供給を受けるようになっている。
【００２９】
また、余剰発電負荷５４は、停電時や災害時等の非常時以外の通常時に、防災負荷５６に代わって、分散型電源２０、２２、２４、２６からの供給電力を消費するための負荷である。すなわち、防災負荷５６は、非常時のみしかほとんど作動せず、通常時は停止状態か或いは待機状態であることから、あまり多くの電力供給は必要ない。そこで、通常時に防災負荷５６に代わって電力を消費する負荷が必要となるのである。この余剰発電負荷５４としては、例えば、ビル内の空調設備やエレベータ設備、給排水設備等を割り当てることができる。もちろん、この他の負荷を余剰発電負荷５４として割り当てても構わない。
【００３０】
また、無停電負荷５８、６０は、例えばサーバ等のコンピュータシステムなど、停電等により電力供給が停止しては困るような負荷などであり、非常に重要度が高い負荷であることから、防災負荷５６と同様、その電力供給は、商用電源１０からではなく、交流電力供給系統４６を介して受けるようになっている。なお、無停電負荷（１φ）６０には、交流電力供給系統４６から相変換器７０を介して交流電力を三相から単相に変換し、必要に応じて電圧も変換して供給される。
【００３１】
防災負荷５６および余剰発電負荷５４と、無停電負荷５８、６０とは、交流電力供給系統４６からそれぞれ別々の系統４６ａ、４６ｂを通じて電力供給がなされる。各系統４６ａ、４６ｂには、夫々切替スイッチＭＣ６、ＭＣ７が設けられ、分散型電源２０、２２、２４、２６が故障等により電力供給不能に陥ったときに自動的にかつ無瞬低で商用電源１０側に切り替えて、商用電力供給系統７２を通じて各負荷５４、５６、５８、６０にそれぞれ電力を供給するようになっている。また、防災負荷５６および余剰発電負荷５４が接続された系統４６ａには、これらの負荷５６、５４における消費電力を計測するための消費電力計測部Ｗ１が設けられている。
【００３２】
一方、無停電照明６２は、例えば、防災センターの照明など、停電や災害時等の非常時においても電力供給が停止してはならない照明のことであり、分散型電源２６、２８、３０の直流側から直流電力供給系統４８を通じて電力供給を受けるようになっている。また、無停電照明６２は、後に詳しく説明するように、交流側の分散型電源２０、２２、２４や商用電源１０から交流電力供給系統４６、７２及びバイパス経路７４を通じて電力供給を受けることもできる。
【００３３】
また、防災照明６４は、例えば非常灯など、非常時に点灯する照明であり、直流電力供給系統４８から電力供給を受ける。
また、余剰発電照明６６は、前述した余剰発電負荷５４と同様、停電時や災害時等の非常時以外の通常時において、防災照明６４に代わって、分散型電源２６、２８、３０の直流側から供給される電力を消費する負荷であり、例えば、室内照明等の各種照明が割り当てられる。この他に、余剰発電照明６６は、後に詳しく説明するように、交流側の分散型電源２０、２２、２４や商用電源１０から交流電力供給系統４６、７２及びバイパス経路７４を通じて電力供給を受けることもできる。
【００３４】
他方、その他負荷６８としては、例えば、モニュメントを動かす駆動モータなど、重要度が非常に低い負荷などであり、本実施形態では、前述した無停電照明６２や防災照明６４、余剰発電照明６６とは別の系統に接続され、当該系統に設けられた開閉スイッチＭＣ８により分散型電源２６、２８、３０から直流電力供給系統４９を通じて必要に応じて適宜電力供給を受けるようになっている。
【００３５】
本実施形態では、余剰発電負荷５４が複数（×ｎ）の電力供給系統に分散されて接続されていて、各系統毎にそれぞれ切替スイッチＭＣ１が設けられ、電力を供給する電源を分散型電源および商用電源のどちらか一方に択一的に切り替えられるようになっている。各切替スイッチＭＣ１の切替は、図示しない制御部により行われている。制御部は、供給電力計測部Ｗ２および消費電力計測部Ｗ１から夫々計測データを取得して、これらの計測データに基づき、防災負荷５６および余剰発電負荷５４の消費電力が、分散型電源２０、２２、２４、２６からの供給電力を上回らないように切替スイッチＭＣ１を１箇所または複数箇所にわたり適宜商用電源１０側に切り替えて商用電源から電力を供給するようにして調節する。つまり、分散型電源２０、２２、２４、２６から電力供給を受ける負荷の数を調節して、分散型電源２０、２２、２４、２６からの供給電力と、当該電源から電力供給を受ける負荷における消費電力とのバランスを図る。
【００３６】
また、余剰発電照明６６についても余剰発電負荷５４と同様、余剰発電照明６６が複数（×ｎ）の電力供給系統に分散されて接続されていて、各系統毎にそれぞれ切替スイッチＭＣ５が設けられ、電力を供給する電源を分散型電源２６、２８、３０（後述する開閉スイッチＭＣ３が閉じたときには、交流側の分散型電源２０、２２、２４も含む）および商用電源１０のどちらか一方に択一的に切り替えられるようになっている。各切替スイッチＭＣ５の切替は、図示しない制御部により行われ、制御部は、供給電力計測部Ｗ４および消費電力計測部Ｗ２から夫々計測データを取得して、これらの計測データに基づき、防災照明６４および余剰発電照明６６の消費電力が、分散型電源２６、２８、３０（後述する開閉スイッチＭＣ３が閉じたときには、交流側の分散型電源２０、２２、２４も含む）からの供給電力を上回らないように切替スイッチＭＣ５を１箇所または複数箇所にわたり適宜商用電源１０側に切り替えて商用電源１０から商用電力供給系統８０を介して電力を供給するようにして調節する。つまり、分散型電源２０、２２、２４、２６、２８、３０から電力供給を受ける負荷の数を調節して、分散型電源２０、２２、２４、２６、２８、３０からの供給電力と、当該電源から電力供給を受ける負荷における消費電力とのバランスを図る。
【００３７】
これによって、分散型電源２０、２２、２４、２６、２８、３０と商用電源１０とを系統上分離して非連系にすることができ、このことから、従来、両者を連系させることにより生じていた相互干渉等の不具合を解消することができる。
【００３８】
さらに本システムでは、夜間等に電力貯蔵システム２６や太陽発電システム２８からの電力供給が途絶え、直流負荷６２、６４、６６への電力供給が不足することから、その不足分を交流電力で補うべく、交流電力供給系統４６と直流電力供給系統４８との間にバイパス経路７４が設けられている。このバイパス経路７４には、交流電力供給系統４６から直流電力供給系統４８へ向かう向きを順方向とするダイオードＤ１（本発明における第１のダイオードに相当）が設けられているとともに、当該ダイオードＤ１と直列に開閉スイッチＭＣ３（本発明における第１の開閉スイッチに相当）が設けられている。ダイオードＤ１は、交流電力供給系統４６からの交流電力を直流電力に変換する役割を果たす。
【００３９】
また、直流電力供給系統４８には、当該直流電力系統４８とバイパス経路７４との接続点から分散型電源３０側に開閉スイッチＭＣ４（本発明における第２の開閉スイッチに相当）が設けられているとともに、この開閉スイッチＭＣ４に対して並列に、分散型電源３０側から直流負荷６２、６４、６６へ向かう向きを順方向とするダイオードＤ２（本発明における第２のダイオードに相当）が設けられている。ダイオードＤ２は、ダイオードＤ１と突き合わされるように接続されている。開閉スイッチＭＣ４は、交流電力供給系統４６から直流電力供給系統４８へと電力供給を行う際に開かれる。これにより、ダイオードＤ２を経由して分散型電源３０側から直流負荷６２、６４、６６に対して電力供給が行われるとともに、交流電力供給系統４６側から分散型電源３０側への電圧の印加や交流成分の流入を防止する。
【００４０】
さらに開閉スイッチＭＣ３と開閉スイッチＭＣ４とは、相互にインターロックを取りながら開閉されるようになっている。すなわち、開閉スイッチＭＣ３が閉じられるときには、当該開閉スイッチＭＣ３に先立って開閉スイッチＭＣ４が開かれるとともに、開閉スイッチＭＣ３が開かれるときには、当該開閉スイッチＭＣ３が開かれた後、開閉スイッチＭＣ４が閉じられるようにインターロック制御される。これによって、交流電力供給系統４６から直流電力供給系統４８へと電力供給を開始および取り止める際に、交流電力供給系統４６側から分散型電源３０側への電圧の印加や交流成分の流入を確実に防止することができる。
【００４１】
なお、開閉スイッチＭＣ３が閉じられるのに先立って開閉スイッチＭＣ４が開かれるとき、および開閉スイッチＭＣ３が開かれた後に開閉スイッチＭＣ４が閉じられるとき、２つの開閉スイッチＭＣ３、ＭＣ４が共に開かれる状況が一時的に起こるが、このとき、開閉スイッチＭＣ４に対して並列にダイオードＤ２が設けられているため、当該ダイオードＤ２を経由して分散型電源２６、２８、３０側から直流負荷６２、６４、６６へと電力供給がなされ、これにより、スイッチ切換時に瞬間的な停電が発生するのを防止することができる。
【００４２】
なお、切替スイッチＭＣ１、ＭＣ５、ＭＣ６、ＭＣ７および開閉スイッチＭＣ２、ＭＣ３、ＭＣ４、ＭＣ８は、例えば電磁接触器等により構成する。
【００４３】
図３は、このような電力供給システムの昼間の動作状況を示す。同図に示すように、昼間は、電力需要が多いため、全ての分散型電源、即ち小型発電システム２０、２２、燃料電池システム２４、電力貯蔵システム２６、太陽発電システム２８および風力発電システム３０が稼働して、負荷５４、５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８に対して電力供給を行う。また、小型発電システム２０、２２および燃料電池システム２４から発生した排熱は、コージェネレーションシステムなどにより有効利用が図られる。交流電力供給系統４６と直流電力供給系統４８とを結ぶバイパス経路７４は、開閉スイッチＭＣ３が開放され、交流電力供給系統４６から直流負荷６２、６４、６６への電力供給は行われない。
【００４４】
また、切替スイッチＭＣ１およびＭＣ５は、各余剰発電負荷５４または各余剰発電照明６６で消費される電力に応じて分散型電源２０、２２、２４、２６、２８、３０側と商用電源１０側との間で適宜切替制御される。
また、切替スイッチＭＣ６、ＭＣ７は、分散型電源２０、２２、２４、２６が故障等により電力供給が滞ったときに商用電源１０側に自動的に切り替わって、負荷５４、５６、５８、６０に対して瞬低なく電力供給を行う。
【００４５】
図４は、この電力供給システムの夜間の動作状況を説明したものである。同図に示すように、夜間は、電力需要が昼間に比べて少ないことから、小型発電システム２０、２２の稼働が停止されるとともに、電力貯蔵システム２６は、商用電源１０から安価な深夜電力を取得して貯蔵すべく電力貯蔵モードとなり、電力貯蔵システム２６からの電力供給も途絶える。また、太陽光発電システム２８も停止して、燃料電池システム２４と風力発電システム３０のみにより電力供給を行う。なお、燃料電池システム２４については、昼間に比べてその出力が例えば６０％減等といった具合に抑えられたベースロード運転状態で稼働される。
【００４６】
また、風力発電システム３０は、その発電量が天候等の自然条件により左右され、電力供給が不足気味になることから、開閉スイッチＭＣ３を閉じてバイパス経路７４を経由して、交流電力供給系統４６から直流負荷６２、６４、６６に対して電力供給を行う。この際に、開閉スイッチＭＣ４を開いてダイオードＤ２により、交流電力供給系統４６側から分散型電源３０側へと電圧の印加や交流成分の流入を防止する。
【００４７】
なお、ここでも、交流側の分散型電源２０、２２、２４、２６または直流側の分散型電源２６、２８、３０の供給電力が、交流負荷５４、５６、５８、６０または直流負荷６２、６４、６６の消費電力を上回らないようにするために、切替スイッチＭＣ１、ＭＣ５を適宜、商用電源１０側に切り替えて、負荷に対して商用電源１０側から電力供給を行うようにする。
【００４８】
図５は、この電力供給システムの１日の動作状況の一例をまとめたものである。また、図６は、図５の動作状況の一例に応じた消費電力および供給電力の内訳の１日の変化を示したものである。なお、ここで、負荷▲１▼は一般負荷５０、５２、負荷▲２▼は余剰発電負荷５４及び防災負荷５６、負荷▲３▼は無停電負荷５８、６０、負荷▲４▼は無停電照明６２、防災照明６４、余剰発電照明６６、負荷▲５▼はその他照明６８である。同図に示すように、「７：００〜１２：００」の間は、昼間モードとなり、図３に示すように、小型発電システム２０、２２（マイクロガスタービンμＧＴ▲１▼、▲２▼）、燃料電池システム２４（リン酸型燃料電池：ＰＡＦＣ）および電力貯蔵システム２６（鉛蓄電池）、太陽光発電システム２８、風力発電システム３０が全て稼働する。余剰発電負荷５４および余剰発電照明６６の一部は、場合により商用電源１０からの電力供給となる。その他負荷６８は、太陽光発電システム２８および風力発電システム３０の双方から電力供給が行われない場合には、その稼働を停止する。
【００４９】
「１２：００〜１３：００」の間は、昼休みとなるため、小型発電システム（μＧＴ▲２▼）２２の稼働を停止して分散型電源全体の発電能力を抑える。昼休みが終わった後、「１３：００〜１７：００」の間は、再び小型発電システム（μＧＴ▲２▼）２２が稼働する。「１７：００〜２１：００」の間は、再び小型発電システム（μＧＴ▲２▼）２２の稼働を停止して分散型電源全体の発電能力を抑える。さらに「２１：００〜２２：５９」の間は、小型発電システム（μＧＴ▲１▼）２０の稼働も停止し、分散型電源全体の発電能力がさらに抑えられる。
【００５０】
そして、「２３：００」になると、夜間モードとなり、さらに燃料電池システム２４（リン酸型燃料電池：ＰＡＦＣ）の発電能力を１００％から４０％へとダウンさせて、発電能力をさらに抑える。また、図４にも示したように、開閉スイッチＭＣ３が閉じられ、バイパス経路が導通されるとともに、開閉スイッチＭＣ４が開かれ、ダイオードＤ１、Ｄ２が両方ともオンし、交流側電源と直流側電源とが結合して、交流電力供給系統から直流電力供給系統へも電力供給がなされる。この夜間モードは、翌朝「７：００」まで継続される。
【００５１】
なお、本システムにおいては、燃料電池システム２４は、無停電負荷５８、６０および無停電照明６２の電力消費量により適宜選定すると良い。また、電力貯蔵システム２６は、防災負荷５６、無停電負荷５８、６０、無停電照明６２、防災照明６４の電力消費量により適宜選定すると良い。また、小型発電システム２０、２２は、排熱利用設備容量により適宜選定すると良い。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、分散型電源から負荷に電力を供給する複数の電力供給系統のうちの少なくとも一部の系統に切替スイッチを設け、分散型電源の供給電力及び負荷の消費電力の計測結果に基づき、この切替スイッチを分散型電源側から商用電源側に切り替えるから、分散型電源の電力供給能力に見合った電力を負荷に供給することができ、これにより商用電源と分散型電源とを連系しなくても、安定した電力供給が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力供給システムの一実施形態を示したブロック構成図である。
【図２】本発明に係る電力供給システムの他の実施形態を示したブロック構成図である。
【図３】図２に示す電力供給システムの昼間の動作状況の一例を説明する説明図である。
【図４】図２に示す電力供給システムの夜間の動作状況の一例を説明する説明図である。
【図５】本実施形態に係る電力供給システムの動作状況の一例を示した表である。
【図６】図５の動作状況に応じた各負荷の消費電力と各電源の供給電力の内訳の１日の変化を示す。
【符号の説明】
２ 分散型電源
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 電力供給系統
６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ 電力供給系統
８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ 切替スイッチ
１０ 商用電源
１２Ｅ 電力供給系統
１４ 制御部
２０、２２ 小型発電システム
２４ 燃料電池システム
２６ 電力貯蔵システム
２８ 太陽発電システム
３０ 風力発電システム
４６ 交流電力供給系統
４８ 直流電力供給系統
５０、５２ 一般負荷
５４ 余剰発電負荷
５６ 防災負荷
５８、６０ 無停電負荷
６２ 無停電照明
６４ 防災照明
６６ 余剰発電照明
７４ バイパス経路
ＭＣ１、ＭＣ５ 切替スイッチ
ＭＣ３、ＭＣ４ 開閉スイッチ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｗａ、Ｗ２、Ｗ４ 供給電力計測部
Ｗｂ、Ｗ１、Ｗ３ 消費電力計測部
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散型電源を用いた電力供給システムに関し、特に商用電源を併用して、安定した電力供給が図れるシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、分散型電源が注目を浴びている。この分散型電源としては、太陽電池システムや風力発電システムなど、自然エネルギーを利用した発電システムをはじめ、この他に、マイクロガスタービン（μＧＴ）やマイクロガスエンジン（μＧＥ）などを用いた小型発電システムや、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）などの燃料電池システム、それにレドックスフロー電池やナトリウム−硫黄電池、鉛蓄電池などを用いた電力貯蔵システムなどがある。
【０００３】
これらの分散型電源は、天候などの自然条件に左右されて、電力の安定供給が困難であったり、あるいはその電力供給能力及びその信頼性に限界があることから、一般に、電源の信頼性向上のために商用電源と併用されている。商用電源と併用される場合には、分散型電源の電力供給系統を商用電源の電力供給系統に接続して、分散型電源および商用電源の双方により連系して電力の供給を行う、いわゆる系統連系方式が採られていた。この系統連系方式は、分散型電源の供給電力が不足しても、その不足分を商用電源で自動的に賄うことができることから、電力の安定供給の点で優れている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−４６９２５号公報（第１−５頁、第１−３図）
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−３００１３３号公報（第１−５頁、第１−４図）
【０００６】
【特許文献３】
特開平１１−８９０９５号公報（第１−８頁、第１−１０図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような系統連系方式には、次のような問題があった。すなわち、分散型電源の電力供給系統と商用電源の電力供給系統とを相互に接続しているため、どちらか一方でメンテナンス作業等を行う場合に、作業員が感電しないように、双方の電源の間を切り離さなければならず、甚だ面倒であった。また、どちらか一方の電源で事故等の不具合が発生したときに、他方の電源に大きな影響を及ぼさないように回避するために、両者間に両者を自動的に分断する機構を設けなければならず、設定作業が非常に面倒である上、コストアップを招いた。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、分散型電源と商用電源とを連系させずに、安定した電力供給が図れるような電力供給システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明に係る電力供給システムにあっては、分散型電源から複数系統の負荷に対して夫々電力を供給する複数の電力供給系統と、前記電力供給系統のうちの少なくとも一部の系統に系統毎に設けられ、前記負荷に対して電力を供給する電源を前記分散型電源から商用電源に切り替える切替スイッチと、前記分散型電源の供給電力を計測する供給電力計測手段と、前記負荷の消費電力を計測する消費電力計測手段と、前記供給電力計測手段および前記消費電力計測手段の各計測結果に基づき、前記切替スイッチを切替制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このシステムにあっては、分散型電源から複数系統の負荷に対して電力を供給する複数の電力供給系統のうちの少なくとも一部の系統に、商用電源に切り替える切替スイッチを設け、この切替スイッチを、分散型電源の供給電力および負荷の消費電力の各計測結果に基づき切替制御することで、分散型電源で足りない電力については、商用電源から供給することができ、分散型電源の供給電力と負荷の消費電力とのバランスを確保することができる。つまり、安定した電力供給を行いつつ商用電源と分散型電源とを系統上分離することができ、これにより、従来、両者の連系により生じていた不具合を解消することができる。
【００１１】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記分散型電源として、燃料の燃焼により電力を生成して供給する燃料燃焼型発電システムを備えていても良い。また、かかる電力供給システムにあっては、前記分散型電源として、燃料電池により電力を供給する燃料電池システムを備えていても良い。また、かかる電力供給システムにあっては、前記分散型電源として、前記商用電源からの電力を貯蔵して供給する電力貯蔵システムを備えていても良い。また、かかる電力供給システムにあっては、前記分散型電源として、太陽光や風力等の自然エネルギーにより発電をする自然エネルギー発電システムを備えていても良い。これらのシステムを備えていれば、分散型電源として効率良く電力を生成して供給することができる。
【００１２】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記電力供給系統のうち、所定の負荷に対して電力を供給する電力供給系統が、他の負荷に対して電力を供給する電力供給系統と別の系統で設けられていても良い。さらに前記所定の負荷は、無停電負荷や防災負荷等の重要負荷であっても良い。
【００１３】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記電力供給系統として、前記負荷に対して交流電力を供給する交流電力供給系統と、前記負荷に対して直流電力を供給する直流電力供給系統とを備えていても良い。
【００１４】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記交流電力供給系統と、前記直流電力供給系統との間にバイパス経路が設けられ、当該バイパス経路には、前記交流電力供給系統から前記直流電力供給系統へ向かう向きを順方向とする第１のダイオードが設けられているとともに、当該ダイオードと直列に第１の開閉スイッチが設けられ、前記直流電力供給系統には、前記第１のダイオードと突き合わされるように第２のダイオードが設けられるとともに、当該第２のダイオードと並列に第２の開閉スイッチが設けられていても良い。
【００１５】
また、かかる電力供給システムにあっては、前記第１および第２の開閉スイッチは、前記第１の開閉スイッチが閉じられるのに先立って前記第２の開閉スイッチが開かれ、前記第１の開閉スイッチが開かれた後に前記第２の開閉スイッチが閉じられるようにインターロック制御されるようにしても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る電力供給システムの実施の形態について、添付図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る電力供給システムの一実施形態を示したブロック構成図である。この電力供給システムは、自家発電電源である分散型電源２または商用電源１０から負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに対して電力を供給するシステムであり、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対してそれぞれ個別に分散型電源２から電力の供給をする電力供給系統４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ（本発明における電力供給系統に相当）と、これらの電力供給系統のうちの一部の系統４Ｂ、４Ｃ、４Ｄにそれぞれ系統毎に設けられ、各負荷系統Ｂ、Ｃ、Ｄに電力供給をする電源を分散型電源２から商用電源１０に切り替える切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと、これら各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと商用電源１０とを結ぶ商用電力供給系統６Ｂ、６Ｃ、６Ｄと、負荷系統Ｅに対して商用電源１０から電力を供給する商用電力供給系統１２Ｅとを備えている。この他に、本システムは、制御部１４と、分散型電源２の供給電力を計測する供給電力計測部（電力計）Ｗａと、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力を計測する消費電力計測部（電力計）Ｗｂとを備えている。なお、負荷系統Ａは、分散型電源２からの電力供給のみを受けるようになっている。また、負荷系統Ｅは、商用電源１０からの電力供給のみを受けるようになっている。
【００１７】
各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、各々個別に独立して切り替えることができる。各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの切替は、制御部１４により各制御ライン７Ｂ、７Ｃ、７Ｄを介して行われる。
【００１８】
制御部１４は、供給電力計測部Ｗａおよび消費電力計測部Ｗｂから夫々計測データを取得して、その取得した計測データに基づき、各切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを切替制御する。すなわち、制御部１４は、供給電力計測部Ｗａから取得した計測データ、即ち分散型電源２からの供給電力と、消費電力計測部Ｗｂから取得した計測データ、即ち分散型電源２に接続された負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力とを比較し、負荷系統Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費電力が分散型電源２からの供給電力を上回るような場合に、切替スイッチ８Ｂ、８Ｃ、８Ｄのうちの少なくとも１つを分散型電源２側から商用電源１０側に切り替えて、負荷系統Ｂ、Ｃ、Ｄのうちの少なくとも１つに対して商用電源１０から電力供給を行うようにする。これによって、分散型電源２から電力供給を受ける負荷系統を減らして、分散型電源２の供給電力と負荷系統の消費電力とのバランスを確保し、分散型電源２の電力供給能力に見合った電力供給が行われるようにする。このため、従来のように、分散型電源２と商用電源１０とを連系させなくても、効率良く安定した電力供給を行うことができ、これにより、分散型電源２と商用電源１０との間の相互干渉を回避することができる。
【００１９】
図２は、本発明に係る電力供給システムのより具体的な実施形態の一例を示した構成図である。このシステムは、分散型電源として、小型発電システム２０、２２と、燃料電池システム２４と、電力貯蔵システム２６と、太陽光発電システム２８と、風力発電システム３０とを備えている。
【００２０】
小型発電システム２０、２２は、マイクロガスタービン（μＧＴ）やマイクロガスエンジン（μＧＥ）等により燃料を燃焼してガスを生成して発電するシステムである。本実施形態では、小型発電システム２０、２２により交流電力が生成される。ここで生成された交流電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ・ＤＣ／ＡＣコンバータ３２、３４によりそれぞれ一旦直流電力に変換された後、再び交流電力に再変換されて交流電力供給ライン４６に供給される。
【００２１】
また、燃料電池システム２４は、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）などの燃料電池により電力を生成するシステムであり、本実施形態では、燃料電池システム２４により直流電力が生成される。生成された直流電力は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３６により交流電力に変換されて交流電力供給系統４６に供給される。
【００２２】
また、電力貯蔵システム２６は、レドックスフロー電池（ＲＦ）やナトリウム−硫黄電池（ＮＡＳ）、鉛蓄電池など、電力の貯蔵可能な手段を備えたシステムであり、電力消費量の少ない夜間等に商用電源１０から商用電力供給系統３７を介して安価な電力を取得して貯蔵して、電力消費量の大きい昼間等に、貯蔵した電力を放出する。電力は、直流電力として２つの系統２６ａ、２６ｂを通じて放出され、一方の系統２６ａでは、放出された直流電力がＤＣ／ＡＣコンバータ３８により交流電力に変換されて交流電力供給系統４６に供給される。他方の系統２６ｂでは、放出された直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ４０を介してそのまま直流電力として直流電力供給系統４８に供給される。また、電力貯蔵システム２６に電力を貯蔵するための商用電力供給系統３７には、タイマー制御により開閉動作する開閉スイッチＭＣ２が設けられ、昼間時等の電力放出時には開閉スイッチＭＣ２が開かれて電力貯蔵システム２６への電力供給を確実に遮断する。一方、夜間時等の電力貯蔵時には開閉スイッチＭＣ２が閉じて電力貯蔵システム２６へ電力供給が行われる。
【００２３】
これら小型発電システム２０、２２、燃料電池システム２４および電力貯蔵システム２６の電力供給側には、これらのシステムから供給される交流電力を計測するための供給電力計測部Ｗ２が設けられている。
【００２４】
太陽光発電システム２８は、太陽光のエネルギーにより電力を生成するシステムであり、本実施形態では、太陽光発電システム２８により直流電力が生成され、生成された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を介して直流電力供給系統４８に供給される。また、風力発電システム３０は、風力により電力を生成するシステムであり、本実施形態では、風力発電システム３０により直流電力が生成され、生成された直流電力はＤＣ／ＤＣコンバータ４４を介して直流電力供給系統４８に供給される。
【００２５】
これら太陽光発電システム２８、風力発電システム３０および電力貯蔵システム２６の電力供給側には、これらのシステムから供給される直流電力を計測するための供給電力計測部Ｗ４が設けられている。
【００２６】
一方、本システムの負荷としては、一般負荷（３φ：三相）５０、５２と、余剰発電負荷（３φ）５４と、防災負荷（３φ）５６と、無停電負荷（３φ、１φ）５８、６０と、無停電照明６２と、防災照明６４と、余剰発電照明６６と、その他負荷６８とがある。一般負荷５０、５２、余剰発電負荷５４、防災負荷５６および無停電負荷５８、６０は交流負荷であり、無停電照明６２、防災照明６４、余剰発電照明６６及びその他負荷６８は直流負荷である。
【００２７】
一般負荷５０、５２は、例えば室内設置される電気機器など、重要度のあまり高くない負荷であり、その電力供給は、分散型電源２０、２２、２４、２６からではなく、商用電源１０から商用電力供給系統１９を介して受けるようになっている。
【００２８】
一方、防災負荷５６は、例えば、スプリンクラーや排煙装置をはじめとする消防設備などといった、停電時や災害時等の非常時に電力供給が必要な重要度の高い負荷である。このため、防災負荷５６は、停電のおそれがある商用電源１０からではなく、分散型電源２０、２２、２４、２６から交流電力供給系統４６を介して電力供給を受けるようになっている。
【００２９】
また、余剰発電負荷５４は、停電時や災害時等の非常時以外の通常時に、防災負荷５６に代わって、分散型電源２０、２２、２４、２６からの供給電力を消費するための負荷である。すなわち、防災負荷５６は、非常時のみしかほとんど作動せず、通常時は停止状態か或いは待機状態であることから、あまり多くの電力供給は必要ない。そこで、通常時に防災負荷５６に代わって電力を消費する負荷が必要となるのである。この余剰発電負荷５４としては、例えば、ビル内の空調設備やエレベータ設備、給排水設備等を割り当てることができる。もちろん、この他の負荷を余剰発電負荷５４として割り当てても構わない。
【００３０】
また、無停電負荷５８、６０は、例えばサーバ等のコンピュータシステムなど、停電等により電力供給が停止しては困るような負荷などであり、非常に重要度が高い負荷であることから、防災負荷５６と同様、その電力供給は、商用電源１０からではなく、交流電力供給系統４６を介して受けるようになっている。なお、無停電負荷（１φ）６０には、交流電力供給系統４６から相変換器７０を介して交流電力を三相から単相に変換し、必要に応じて電圧も変換して供給される。
【００３１】
防災負荷５６および余剰発電負荷５４と、無停電負荷５８、６０とは、交流電力供給系統４６からそれぞれ別々の系統４６ａ、４６ｂを通じて電力供給がなされる。各系統４６ａ、４６ｂには、夫々切替スイッチＭＣ６、ＭＣ７が設けられ、分散型電源２０、２２、２４、２６が故障等により電力供給不能に陥ったときに自動的にかつ無瞬低で商用電源１０側に切り替えて、商用電力供給系統７２を通じて各負荷５４、５６、５８、６０にそれぞれ電力を供給するようになっている。また、防災負荷５６および余剰発電負荷５４が接続された系統４６ａには、これらの負荷５６、５４における消費電力を計測するための消費電力計測部Ｗ１が設けられている。
【００３２】
一方、無停電照明６２は、例えば、防災センターの照明など、停電や災害時等の非常時においても電力供給が停止してはならない照明のことであり、分散型電源２６、２８、３０の直流側から直流電力供給系統４８を通じて電力供給を受けるようになっている。また、無停電照明６２は、後に詳しく説明するように、交流側の分散型電源２０、２２、２４や商用電源１０から交流電力供給系統４６、７２及びバイパス経路７４を通じて電力供給を受けることもできる。
【００３３】
また、防災照明６４は、例えば非常灯など、非常時に点灯する照明であり、直流電力供給系統４８から電力供給を受ける。
また、余剰発電照明６６は、前述した余剰発電負荷５４と同様、停電時や災害時等の非常時以外の通常時において、防災照明６４に代わって、分散型電源２６、２８、３０の直流側から供給される電力を消費する負荷であり、例えば、室内照明等の各種照明が割り当てられる。この他に、余剰発電照明６６は、後に詳しく説明するように、交流側の分散型電源２０、２２、２４や商用電源１０から交流電力供給系統４６、７２及びバイパス経路７４を通じて電力供給を受けることもできる。
【００３４】
他方、その他負荷６８としては、例えば、モニュメントを動かす駆動モータなど、重要度が非常に低い負荷などであり、本実施形態では、前述した無停電照明６２や防災照明６４、余剰発電照明６６とは別の系統に接続され、当該系統に設けられた開閉スイッチＭＣ８により分散型電源２６、２８、３０から直流電力供給系統４９を通じて必要に応じて適宜電力供給を受けるようになっている。
【００３５】
本実施形態では、余剰発電負荷５４が複数（×ｎ）の電力供給系統に分散されて接続されていて、各系統毎にそれぞれ切替スイッチＭＣ１が設けられ、電力を供給する電源を分散型電源および商用電源のどちらか一方に択一的に切り替えられるようになっている。各切替スイッチＭＣ１の切替は、図示しない制御部により行われている。制御部は、供給電力計測部Ｗ２および消費電力計測部Ｗ１から夫々計測データを取得して、これらの計測データに基づき、防災負荷５６および余剰発電負荷５４の消費電力が、分散型電源２０、２２、２４、２６からの供給電力を上回らないように切替スイッチＭＣ１を１箇所または複数箇所にわたり適宜商用電源１０側に切り替えて商用電源から電力を供給するようにして調節する。つまり、分散型電源２０、２２、２４、２６から電力供給を受ける負荷の数を調節して、分散型電源２０、２２、２４、２６からの供給電力と、当該電源から電力供給を受ける負荷における消費電力とのバランスを図る。
【００３６】
また、余剰発電照明６６についても余剰発電負荷５４と同様、余剰発電照明６６が複数（×ｎ）の電力供給系統に分散されて接続されていて、各系統毎にそれぞれ切替スイッチＭＣ５が設けられ、電力を供給する電源を分散型電源２６、２８、３０（後述する開閉スイッチＭＣ３が閉じたときには、交流側の分散型電源２０、２２、２４も含む）および商用電源１０のどちらか一方に択一的に切り替えられるようになっている。各切替スイッチＭＣ５の切替は、図示しない制御部により行われ、制御部は、供給電力計測部Ｗ４および消費電力計測部Ｗ２から夫々計測データを取得して、これらの計測データに基づき、防災照明６４および余剰発電照明６６の消費電力が、分散型電源２６、２８、３０（後述する開閉スイッチＭＣ３が閉じたときには、交流側の分散型電源２０、２２、２４も含む）からの供給電力を上回らないように切替スイッチＭＣ５を１箇所または複数箇所にわたり適宜商用電源１０側に切り替えて商用電源１０から商用電力供給系統８０を介して電力を供給するようにして調節する。つまり、分散型電源２０、２２、２４、２６、２８、３０から電力供給を受ける負荷の数を調節して、分散型電源２０、２２、２４、２６、２８、３０からの供給電力と、当該電源から電力供給を受ける負荷における消費電力とのバランスを図る。
【００３７】
これによって、分散型電源２０、２２、２４、２６、２８、３０と商用電源１０とを系統上分離して非連系にすることができ、このことから、従来、両者を連系させることにより生じていた相互干渉等の不具合を解消することができる。
【００３８】
さらに本システムでは、夜間等に電力貯蔵システム２６や太陽発電システム２８からの電力供給が途絶え、直流負荷６２、６４、６６への電力供給が不足することから、その不足分を交流電力で補うべく、交流電力供給系統４６と直流電力供給系統４８との間にバイパス経路７４が設けられている。このバイパス経路７４には、交流電力供給系統４６から直流電力供給系統４８へ向かう向きを順方向とするダイオードＤ１（本発明における第１のダイオードに相当）が設けられているとともに、当該ダイオードＤ１と直列に開閉スイッチＭＣ３（本発明における第１の開閉スイッチに相当）が設けられている。ダイオードＤ１は、交流電力供給系統４６からの交流電力を直流電力に変換する役割を果たす。
【００３９】
また、直流電力供給系統４８には、当該直流電力系統４８とバイパス経路７４との接続点から分散型電源３０側に開閉スイッチＭＣ４（本発明における第２の開閉スイッチに相当）が設けられているとともに、この開閉スイッチＭＣ４に対して並列に、分散型電源３０側から直流負荷６２、６４、６６へ向かう向きを順方向とするダイオードＤ２（本発明における第２のダイオードに相当）が設けられている。ダイオードＤ２は、ダイオードＤ１と突き合わされるように接続されている。開閉スイッチＭＣ４は、交流電力供給系統４６から直流電力供給系統４８へと電力供給を行う際に開かれる。これにより、ダイオードＤ２を経由して分散型電源３０側から直流負荷６２、６４、６６に対して電力供給が行われるとともに、交流電力供給系統４６側から分散型電源３０側への電圧の印加や交流成分の流入を防止する。
【００４０】
さらに開閉スイッチＭＣ３と開閉スイッチＭＣ４とは、相互にインターロックを取りながら開閉されるようになっている。すなわち、開閉スイッチＭＣ３が閉じられるときには、当該開閉スイッチＭＣ３に先立って開閉スイッチＭＣ４が開かれるとともに、開閉スイッチＭＣ３が開かれるときには、当該開閉スイッチＭＣ３が開かれた後、開閉スイッチＭＣ４が閉じられるようにインターロック制御される。これによって、交流電力供給系統４６から直流電力供給系統４８へと電力供給を開始および取り止める際に、交流電力供給系統４６側から分散型電源３０側への電圧の印加や交流成分の流入を確実に防止することができる。
【００４１】
なお、開閉スイッチＭＣ３が閉じられるのに先立って開閉スイッチＭＣ４が開かれるとき、および開閉スイッチＭＣ３が開かれた後に開閉スイッチＭＣ４が閉じられるとき、２つの開閉スイッチＭＣ３、ＭＣ４が共に開かれる状況が一時的に起こるが、このとき、開閉スイッチＭＣ４に対して並列にダイオードＤ２が設けられているため、当該ダイオードＤ２を経由して分散型電源２６、２８、３０側から直流負荷６２、６４、６６へと電力供給がなされ、これにより、スイッチ切換時に瞬間的な停電が発生するのを防止することができる。
【００４２】
なお、切替スイッチＭＣ１、ＭＣ５、ＭＣ６、ＭＣ７および開閉スイッチＭＣ２、ＭＣ３、ＭＣ４、ＭＣ８は、例えば電磁接触器等により構成する。
【００４３】
図３は、このような電力供給システムの昼間の動作状況を示す。同図に示すように、昼間は、電力需要が多いため、全ての分散型電源、即ち小型発電システム２０、２２、燃料電池システム２４、電力貯蔵システム２６、太陽発電システム２８および風力発電システム３０が稼働して、負荷５４、５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８に対して電力供給を行う。また、小型発電システム２０、２２および燃料電池システム２４から発生した排熱は、コージェネレーションシステムなどにより有効利用が図られる。交流電力供給系統４６と直流電力供給系統４８とを結ぶバイパス経路７４は、開閉スイッチＭＣ３が開放され、交流電力供給系統４６から直流負荷６２、６４、６６への電力供給は行われない。
【００４４】
また、切替スイッチＭＣ１およびＭＣ５は、各余剰発電負荷５４または各余剰発電照明６６で消費される電力に応じて分散型電源２０、２２、２４、２６、２８、３０側と商用電源１０側との間で適宜切替制御される。
また、切替スイッチＭＣ６、ＭＣ７は、分散型電源２０、２２、２４、２６が故障等により電力供給が滞ったときに商用電源１０側に自動的に切り替わって、負荷５４、５６、５８、６０に対して瞬低なく電力供給を行う。
【００４５】
図４は、この電力供給システムの夜間の動作状況を説明したものである。同図に示すように、夜間は、電力需要が昼間に比べて少ないことから、小型発電システム２０、２２の稼働が停止されるとともに、電力貯蔵システム２６は、商用電源１０から安価な深夜電力を取得して貯蔵すべく電力貯蔵モードとなり、電力貯蔵システム２６からの電力供給も途絶える。また、太陽光発電システム２８も停止して、燃料電池システム２４と風力発電システム３０のみにより電力供給を行う。なお、燃料電池システム２４については、昼間に比べてその出力が例えば６０％減等といった具合に抑えられたベースロード運転状態で稼働される。
【００４６】
また、風力発電システム３０は、その発電量が天候等の自然条件により左右され、電力供給が不足気味になることから、開閉スイッチＭＣ３を閉じてバイパス経路７４を経由して、交流電力供給系統４６から直流負荷６２、６４、６６に対して電力供給を行う。この際に、開閉スイッチＭＣ４を開いてダイオードＤ２により、交流電力供給系統４６側から分散型電源３０側へと電圧の印加や交流成分の流入を防止する。
【００４７】
なお、ここでも、交流側の分散型電源２０、２２、２４、２６または直流側の分散型電源２６、２８、３０の供給電力が、交流負荷５４、５６、５８、６０または直流負荷６２、６４、６６の消費電力を上回らないようにするために、切替スイッチＭＣ１、ＭＣ５を適宜、商用電源１０側に切り替えて、負荷に対して商用電源１０側から電力供給を行うようにする。
【００４８】
図５は、この電力供給システムの１日の動作状況の一例をまとめたものである。また、図６は、図５の動作状況の一例に応じた消費電力および供給電力の内訳の１日の変化を示したものである。なお、ここで、負荷▲１▼は一般負荷５０、５２、負荷▲２▼は余剰発電負荷５４及び防災負荷５６、負荷▲３▼は無停電負荷５８、６０、負荷▲４▼は無停電照明６２、防災照明６４、余剰発電照明６６、負荷▲５▼はその他照明６８である。同図に示すように、「７：００〜１２：００」の間は、昼間モードとなり、図３に示すように、小型発電システム２０、２２（マイクロガスタービンμＧＴ▲１▼、▲２▼）、燃料電池システム２４（リン酸型燃料電池：ＰＡＦＣ）および電力貯蔵システム２６（鉛蓄電池）、太陽光発電システム２８、風力発電システム３０が全て稼働する。余剰発電負荷５４および余剰発電照明６６の一部は、場合により商用電源１０からの電力供給となる。その他負荷６８は、太陽光発電システム２８および風力発電システム３０の双方から電力供給が行われない場合には、その稼働を停止する。
【００４９】
「１２：００〜１３：００」の間は、昼休みとなるため、小型発電システム（μＧＴ▲２▼）２２の稼働を停止して分散型電源全体の発電能力を抑える。昼休みが終わった後、「１３：００〜１７：００」の間は、再び小型発電システム（μＧＴ▲２▼）２２が稼働する。「１７：００〜２１：００」の間は、再び小型発電システム（μＧＴ▲２▼）２２の稼働を停止して分散型電源全体の発電能力を抑える。さらに「２１：００〜２２：５９」の間は、小型発電システム（μＧＴ▲１▼）２０の稼働も停止し、分散型電源全体の発電能力がさらに抑えられる。
【００５０】
そして、「２３：００」になると、夜間モードとなり、さらに燃料電池システム２４（リン酸型燃料電池：ＰＡＦＣ）の発電能力を１００％から４０％へとダウンさせて、発電能力をさらに抑える。また、図４にも示したように、開閉スイッチＭＣ３が閉じられ、バイパス経路が導通されるとともに、開閉スイッチＭＣ４が開かれ、ダイオードＤ１、Ｄ２が両方ともオンし、交流側電源と直流側電源とが結合して、交流電力供給系統から直流電力供給系統へも電力供給がなされる。この夜間モードは、翌朝「７：００」まで継続される。
【００５１】
なお、本システムにおいては、燃料電池システム２４は、無停電負荷５８、６０および無停電照明６２の電力消費量により適宜選定すると良い。また、電力貯蔵システム２６は、防災負荷５６、無停電負荷５８、６０、無停電照明６２、防災照明６４の電力消費量により適宜選定すると良い。また、小型発電システム２０、２２は、排熱利用設備容量により適宜選定すると良い。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、分散型電源から負荷に電力を供給する複数の電力供給系統のうちの少なくとも一部の系統に切替スイッチを設け、分散型電源の供給電力及び負荷の消費電力の計測結果に基づき、この切替スイッチを分散型電源側から商用電源側に切り替えるから、分散型電源の電力供給能力に見合った電力を負荷に供給することができ、これにより商用電源と分散型電源とを連系しなくても、安定した電力供給が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力供給システムの一実施形態を示したブロック構成図である。
【図２】本発明に係る電力供給システムの他の実施形態を示したブロック構成図である。
【図３】図２に示す電力供給システムの昼間の動作状況の一例を説明する説明図である。
【図４】図２に示す電力供給システムの夜間の動作状況の一例を説明する説明図である。
【図５】本実施形態に係る電力供給システムの動作状況の一例を示した表である。
【図６】図５の動作状況に応じた各負荷の消費電力と各電源の供給電力の内訳の１日の変化を示す。
【符号の説明】
２ 分散型電源
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 電力供給系統
６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ 電力供給系統
８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ 切替スイッチ
１０ 商用電源
１２Ｅ 電力供給系統
１４ 制御部
２０、２２ 小型発電システム
２４ 燃料電池システム
２６ 電力貯蔵システム
２８ 太陽発電システム
３０ 風力発電システム
４６ 交流電力供給系統
４８ 直流電力供給系統
５０、５２ 一般負荷
５４ 余剰発電負荷
５６ 防災負荷
５８、６０ 無停電負荷
６２ 無停電照明
６４ 防災照明
６６ 余剰発電照明
７４ バイパス経路
ＭＣ１、ＭＣ５ 切替スイッチ
ＭＣ３、ＭＣ４ 開閉スイッチ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｗａ、Ｗ２、Ｗ４ 供給電力計測部
Ｗｂ、Ｗ１、Ｗ３ 消費電力計測部
Claims (10)
- 分散型電源から複数系統の負荷に対して夫々電力を供給する複数の電力供給系統と、
前記電力供給系統のうちの少なくとも一部の系統に系統毎に設けられ、前記負荷に対して電力を供給する電源を前記分散型電源から商用電源に切り替える切替スイッチと、
前記分散型電源の供給電力を計測する供給電力計測手段と、
前記負荷の消費電力を計測する消費電力計測手段と、
前記供給電力計測手段および前記消費電力計測手段の各計測結果に基づき、前記切替スイッチを切替制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電力供給システム。 - 前記分散型電源として、マイクロガスタービンまたはマイクロガスエンジンにより発電を行うシステムを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
- 前記分散型電源として、燃料電池により電力を生成する燃料電池システムを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給システム。
- 前記分散型電源として、前記商用電源から供給された電力を貯蔵して供給する電力貯蔵システムを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
- 前記分散型電源として、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用して発電するシステムを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力供給システム。
- 前記電力供給系統のうち、所定の負荷に対して電力を供給する電力供給系統が、他の負荷に対して電力を供給する電力供給系統と別の系統で設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力供給システム。
- 前記所定の負荷は、無停電負荷や防災負荷等の重要負荷であることを特徴とする請求項６に記載の電力供給システム。
- 前記電力供給系統として、前記負荷に対して交流電力を供給する交流電力供給系統と、前記負荷に対して直流電力を供給する直流電力供給系統とを備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力供給システム。
- 前記交流電力供給系統と、前記直流電力供給系統との間にバイパス経路が設けられ、当該バイパス経路には、前記交流電力供給系統から前記直流電力供給系統へ向かう向きを順方向とする第１のダイオードが設けられているとともに、当該ダイオードと直列に第１の開閉スイッチが設けられ、前記直流電力供給系統には、前記第１のダイオードと突き合わされるように第２のダイオードが設けられるとともに、当該第２のダイオードと並列に第２の開閉スイッチが設けられていることを特徴とする請求項８に記載の電力供給システム。
- 前記第１および第２の開閉スイッチは、前記第１の開閉スイッチが閉じられるのに先立って前記第２の開閉スイッチが開かれ、前記第１の開閉スイッチが開かれた後に前記第２の開閉スイッチが閉じられるようにインターロック制御されることを特徴とする請求項９に記載の電力供給システム。
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