JP2004348411A

JP2004348411A - 中央監視制御システム一体型分散型受配電設備

Info

Publication number: JP2004348411A
Application number: JP2003144469A
Authority: JP
Inventors: Shunjiro Yui; 俊二郎由井; Takashi Katsuta; 孝士勝田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】受配電設備と共に中央監視制御システムを有する需要家において、これらの設備間の重複機能の一元化や電力変電機能の適切な分散設置により、省エネ、省スペース、省施工を可能とする受配電および中央監視制御一体システムを提供する事を目的とする。
【解決手段】この課題を解決するために、受配電設備システムと、中央監視制御システムの一体化を図ると共に、受配電設備内に設置されている電子式計測用管理機器と中央監視制御システムの電気設備用伝送端末制御装置の一体化を行う事で、小型化、低コスト化、省施工を実現する事ができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビル・工場や公共施設（地下街や広域レクリエーション施設、ライフライン共同溝など）等に設置される、高圧・特別高圧受配電設備に関する配電システム化技術、及び各施設に設置される、施設用各種設備機器の自動監視制御を行う中央監視制御システムのシステム構成方法に係わる技術であって、双方の有機的な結合化・融合化によって、省スペース・省資源を実現するものであると共に、より安全で効率的な電力供給の信頼性向上技術と、電力の負荷供給に係わる技術であり電力配電にかかわる電力消費ロスを低減させるための省エネルギー技術に係わる技術であると共に、中央監視制御システムのシステム化技術に関するものである。また、その通信制御手段において、電力線通信技術を融合させる事により、通信媒体に伴う資源の有効活用を図ることにより、省資源、省施工、省力化技術に関するものである。
【０００２】
一方情報化が進展する市場においての、安定した電力供給は重要な課題であり、常時設備監視しながら何らかの不測の状況が発生した時の電力安定供給にかかわる技術でもある。
【０００３】
【従来の技術】
各種大規模施設（大型ビル、地域再開発施設、共同溝など）に於いては、従来よりビルオートメーションシステム（ＢＡＳ）や、遠方監視制御システムに代表される中央監視制御システムと、電力供給設備である受配電システムとは、各々別々の設備システムとして構成されているのが通常である。また、受配電設備は、各その設置施設毎に単体設備として一個所に集中設置されるのが通常である。これは、電力会社と需要家の取り引きにおいて、１需要家１受電点という規定などの理由から受配電設備として一個所への集中配置を行っているという慣例に負うところが大である。
【０００４】
受配電設備は一般的に、地下室などの他設備とは隔離された電気室という専用の大規模スペースが確保され一括設置される。また中央監視制御システムとしては、電力の安全・安定供給の立場から、電力監視制御機能確保の為に、この受配電設備専用の伝送制御端末装置が、受配電設備とは別の設備として電気室に、受配電設備に隣接して設置される。この２つの設備は電気信号変換装置（通常、電気信号変換器いわゆる、トランスデューサなど）やリレーなどを介して膨大な信号線（多芯信号ケーブル）で接続されている。
【０００５】
一方、電力用配電線は受配電設備内で高圧や特別高圧電圧からトランスによって低圧電力に変換され、低圧電力として施設内に分散配置された、末端の分電盤や動力配電盤に電気室から、スター状の配電線で各々配電される。この場合、低圧電圧で大量の電力を供給する必要から、この配電線に流れる電流は電力に比例して大電流となるのが通例である。この大電流による配電ロス電力もかなり大きな値となってしまう。また、このロス電流を最小にする為に、低圧線には大口径の配電ケーブルが布設され、電線材料費だけでなく、施工工数も膨大となる。
【０００６】
また一方、中央監視制御システムにおいては、管理センターと呼ばれる、管理者が常駐管理する為の“管理センター”と呼ばれる部屋に設置される中央装置（中央処理装置や通信制御装置などにより構成される）と、施設内に点在する機械室などの設備の近辺に設置される遠隔の伝送制御端末装置によって構成される。中央監視制御装置とこれらの伝送制御端末装置は、独自の通信ラインによって接続され、情報通信を行いながら、分散設置・分散管理を行っているのが通常一般的システムである。
【０００７】
中央監視制御システムにおいては、その伝送端末制御装置内に各々高度な演算機能を有するマイクロプロセッサを内蔵し、分散独立で設備機器群と協調しながら、各種の自動制御機能を実現させるのが通例である一方、受配電設備に代表される電力用設備機器は、昨今では、各計測用機器の電子化や、投入／遮断用遮断器などの電子化が進んでいるものの、その機能は単一機能で、自己設備のみの状態管理や自己保全機能に留まっており、その負荷に対する消費エネルギーのコントロールや、配電系統の安全管理といった様な、省エネ制御や配電系統の管理といった高度な管理機能を有していない。
【０００８】
図５を用いて、従来の受配電設備について説明する。図５において、受配電設備１０１には、受電の状態監視を行うための各種計測センサー機器類１０２や、中央監視制御システム端末制御装置と信号のやりとりを行うための信号変換装置１０３を内蔵している。このほかに中央監視制御システムからの遠方制御信号や、制御状態の監視を行うための信号中継リレー機器１０４が設置されている。中央監視制御システム中央装置１０６には、その端末装置としての伝送制御端末装置１０５が受配電設備に近接して設置される。その伝送制御端末装置の内部には信号処理を行い、中央装置と情報処理を行うための処理装置１０７が設置されている。このように、受配電設備と中央監視制御システム端末制御装置は別々に設けられていた。
【０００９】
また図６は従来のビル内に用いた中央監視制御システムと受配電設備の配置図を示し、ビル内各種設備機器１０８（空調設備、照明設備、各種動力設備機器などを制御する制御盤・動力盤）と制御・監視信号のやりとりを行う伝送制御端末装置１０５（ＲＳ）のビル内に分散配置された状態を図示したものであり、各設備機器と伝送制御装置の間は膨大な信号線１０９で接続されている。このように、ビル内に用いた中央監視制御システムと受配電設備も別々に設けられていた。
【００１０】
また、従来から中央局と複数の端末局とを接続する伝送路において、受配電設備などの負荷に対し、中央局から端末局を介して制御可能とする技術は公知であるが、受配電設備と、中央監視制御システム端末制御装置とは一体にはなっていなかった（例えば特許文献１）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−６９８５１号公報（第１頁、図１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は４点ある。
【００１３】
先ず第一点目には、電力資源の効率活用、すなわち省エネルギーという課題である。
【００１４】
第二点目には、設備システムの融合による設備システム構成機器資源の無駄の削減、及び建築スペースの削減とそれに関連する建築コストの削減、すなわち省資源という課題である。
【００１５】
三点目はシステム全体の監視制御・通信において、個別専用の通信媒体の膨大化（監視・制御線、計測・計量線、光ファイバーや専用の通信線）に伴う、省資源、省施工という課題である。
【００１６】
更に四点目には、ビル内電力設備の一部に異常が発生したときの電力供給のバックアップの構成という電力安全供給に関する課題である。
【００１７】
まず第一点目の課題は省エネルギーの促進である。
【００１８】
集中方式の受電設備は、小規模の場合には二次側低圧配電線路は比較的短い事と、二次低圧電流も小さい事から配電線による電力ロス（線路の抵抗による熱エネルギーとなってロスをしている電力）も小さい。しかしながら、大規模な受電設備については二次配線は延長すれば膨大な距離になり、しかも流れる電流も大電流となる。この場合の配電線による電力ロスは数％（４〜５％）以上にもなる。このロスを最小限にするには電流を少なくする事であり、受電点からいきなり低圧変換し配電するのではなく、高圧又は特別高圧から高圧変換するなどし、高電圧のままで配電し、負荷に最短距離の場所で低圧に変換を行う事が必要である。したがって、一括受電設備でなく、負荷に近いところに設備を分散させ、電力ロスを最小限に押さえ、しかも電力設備全体を監視制御できるようにする事である。
【００１９】
第二点目の課題については、従来の技術の項で述べたように、電力配電システム（受配電システム）と中央監視制御システムの双方は、電力エネルギーと情報という２つの意味合いの違う内容ではありながら各設備機器と物理的に接続をされ相互に密接な関連を持ちながら運用されているにもかかわらず、依然として全然別々の設備システムとして施設内に各々別のスペースを占有しながら設置される。これはスペースの無駄遣いであり、また同じように演算・制御能力を持つマイクロプロセッサを内蔵した電子制御装置を２重に構成する事につながっており、この観点からも資源の無駄遣いともいえる。さらに各ビルや工場などの建築スペースの中で多くの空きスペースが有るにもかかわらず、片や専用大規模電気室の建設という相反する無駄も存在する。この資源の無駄と、スペースの無駄の２つを、双方を融合し一体化させる事で同時に解決を図る事が第二点目の解決すべき課題である。
【００２０】
第三番目の課題としては、かかる電力供給や中央監視制御システムに関する信号線や通信線は日夜膨大になる一方であり、その敷設に係わる材料の膨大化、施工費や工数の膨大化は解決すべき社会的課題である。またその信号線に関する長大化によりその電力ロスも無視できない大きさになることが想定される。
【００２１】
第四番目の課題としては、電力の安定化と安全供給に係わる課題であり、従来型の電力設備としては低圧配電系統の電力品質の安定や、供給系統自体の安全性、すなわちバックアップという考え方はあまり強く認識されていない。最近のビジネス環境はネットワーク化された情報システムの存在を抜きには考えられないが、今後の電源システムはこの様な環境の中で、こういった情報機器に対する安定した品質の電源供給や電力供給システムそのものの信頼性の向上は重要な課題である。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、先ず、電力用設備である受配電設備システムと、設備管理用システムである中央監視制御システムの一体化を図る事によって上記課題点の解決を図る。すなはち、受配電設備内に設置されている電子式計測用管理機器と中央監視制御システムの電気設備用伝送端末制御装置の一体化を行う事によって行う。すなわち電力システムと情報システムの一元化技術によって行う。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について図１から図３を用いて説明する。図１は中央監視制御システムの伝送制御端末装置を受配電設備に内蔵させ、一体化した本実施の形態ブロック図を示す。ここで、１２は受配電設備の管理装置であり、信号変換装置と一元化され管理装置１２内部に信号変換部１３を内蔵している。さらに管理装置１２には、受電の状態監視を行うための各種計測センサー機器類や、中央監視制御システムからの遠方制御信号や、制御状態の監視を行うための信号中継リレー機器が設置されている。すなわち、管理装置１２には、図５の従来例で示した受電の状態監視を行うための各種計測センサー機器類などが１箇所に集められ、さらに、中央監視制御システムと通信するための信号変換部１３を内蔵し、一体化したものである。
【００２５】
この実施により、中央監視制御システムと通信するための伝送制御端末装置が受配電設備の内部に内蔵され設備のコンパクト化が実現できる。
【００２６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図２を用いて説明する。
【００２７】
本実施の形態は中央監視制御システム一体型分散型受配電設備をビル内の設備配置した一例として図２のように配置されたものである。
【００２８】
図２において、中央監視制御システム一体型分散型受配電設備をＥＤ１４および１６で示している。また、各々の設備は中央監視制御システムの中央装置と通信線を通して接続され、常時配電系統の監視制御を行っており、１５は配電系統正常時の給電系統、１７は配電系統異常時の給電系統を示している。
【００２９】
これについて詳細を図示したものが図３である。図３において、もし設備Ｎの負荷系統に異常が発見され、当該系統が遮断された場合には設備Ｎ＋１の系統から給電できる機能を有するシステムであり、この手続きを自動的に分散型受配電設備内に設置された伝送制御端末装置（管理装置）と中央監視制御システム中央装置間において情報のやり取りにより安全に実施される機能を実現するものである。
【００３０】
このＮ番の中央監視制御システム一体型分散型受配電設備と、Ｎ＋１番の当該設備の状態をシステムとして配置したものが図２のＥＤ１４とＥＤ１６を実例的に記述したものであり、正常時は１５の配電系統、異常時は１７の配電系統に切り替える。
【００３１】
なお、図２において、１８は専用の光ケーブルまたは専用通信ケーブルであり、中央監視制御システム中央装置と端末装置の伝送制御端末装置とを接続している。
【００３２】
このように、ビル内においても中央監視制御システムと通信するための伝送制御端末装置が受配電設備と一体化され、設備のコンパクト化が実現できるとともに、異常時にも切替え系等を用意しておくことで、危機的状況の回避が容易にできる。
【００３３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図４を用いて説明する。本実施の形態における監視・制御操作を実現する中央監視制御システム一体型分散型受配電設備については、図４にあるように、本体内に表示操作部２１として設置され、表示操作部２１で、受配電設備内の監視や電流・電圧・電力などの計測機能の表示だけでなく、一般の空調設備や照明設備、更には一般動力設備の発・停操作や設定操作も可能とするものである。
【００３４】
また本表示操作部は着脱可能としたものである。なお従来は、受配電設備に設置された表示操作部は電圧・電流・電力などの計測表示のために設けられたものはあるが、制御や設定機能までのものを有しているものはなかった。
【００３５】
また、本実施の形態においては、中央監視制御システム中央装置と端末装置の伝送制御端末装置との信号を電力線に情報信号を重畳することにより、専用の通信線を敷設する必要がなくなるようにしている。
【００３６】
このシステムを実現するのが、図４で示す分散型受配電設備に内蔵された伝送制御端末装置であり、本装置内に設置された電力線通信カップリング部２５を通じて、通常光ケーブルや専用通信線との間で送受信される信号は、電力線にそのまま重畳されることになる。この技術により中央装置との間の通信ケーブルは専用に敷設する必要がなく、まさに省資源、省施工を実現することができる。
【００３７】
また、中央装置間だけでなく負荷側の各設備間も通信制御に関しても専用の通信線を敷設することなく、低圧の電灯線を使って情報通信を電灯線上で実現することによって、負荷側の通信線も省略することができる。
【００３８】
この電灯線通信技術により中央総置間、端末負荷設備間双方の情報通信線の削減が可能となり、大きな省資源・省施工を実現することが可能である。
【００３９】
以上で説明したように、本発明の実施の形態１から３においては、次のような効果が得られる。まず、低圧配電に比べ高圧配電で負荷の側近で低圧化することにより、配電に係わるロス電力の改善が４〜５％の効果が期待できる。また受電盤と分散型受配電設備間の配線も線形の細いものの使用が可能となり、省資源効果、省施工効果も期待できる。
【００４０】
また、中央監視制御システム伝送端末装置を分散型受配電設備と一体化することにより、従来輻輳して敷設されていた各種変換機器や信号接続用の信号接続も大幅な削減が可能となりこの面からも省資源、省力化が可能となる。
【００４１】
また、更に一体化により、受配電設備と中央監視制御システム双方に占有していたスペースが一元化され大きなスペースを必要としなくなり設置スペースが大幅に節減され、これに関わる建築コストも大幅な削減が期待できる。
【００４２】
また、分散型受配電設備にすることにより、設備の一部に異常が発生した場合にその故障・異常の影響範囲が該当の受配電設備のみにとどまることにより影響範囲を狭めることにより、受配電システムそのものの信頼性が向上する。
【００４３】
さらに、従来受配電設備、中央監視制御システムといえば一品一様なシステム構成となり、その構築には多大な時間と労力を要していた。しかし、中央監視制御システム一体型分散型受配電システムをコンパクトに標準化することにより、その構築コストも低減化可能となり規模の変化についてはその増設という単純構築が可能となり大幅なコスト低減が可能となる。もちろん標準化以前に、その構成機器は従来型と比較して大幅に削減でき自動的にコスト低減を実現するものである。
【００４４】
【発明の効果】
以上で示したように、本発明においては、省エネルギー、省資源、省施工の他、信頼性の向上、コスト低減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における中央監視制御システム一体型分散受配電システムのブロック図
【図２】本発明の実施の形態におけるビル内に設けた中央監視制御システム一体型分散受配電システムのブロック図
【図３】負荷配電切り替え機能説明図
【図４】本発明の実施の形態における第２の中央監視制御システム一体型分散受配電システムのブロック図
【図５】従来の中央監視制御システムと受配電設備のブロック図
【図６】従来のビル内中央監視制御システムと受配電設備の配置図
【符号の説明】
１従来型受配電設備
６中央監視制御システム中央装置
１２電力管理用機器
１３管理装置信号変換部
１４、１６中央監視制御システム一体型分散型受配電設備の配電盤
１５給電用低圧電力線
１７切り替え給電用電力線
１８通信制御用通信線（光ファイバーまたは専用線）と電力線
１９、２０投入−遮断制御用継電器
２１表示操作部
２２監視制御入出力部
２３計測・計量入力部
２４中央監視制御システム一体型分散型受配電設備の中央処理部
２５電力線通信カップリング部
２６情報通信送受信部
２７低圧電灯線通信アダプタ部

Claims

受配電設備内に、中央監視制御システムと通信する端末制御装置と、電力の監視等を行なう電力管理用機器とを一体化し、内蔵した中央監視制御システム一体型分散型受配電設備。
端末制御装置は、空調設備、動力用設備機器、照明設備等の設備と通信し、温度・湿度・電圧・電流・電力などの物理量の各種計測機能、各種設備機器の運転停止・異常故障等の監視機能、ＯＮ−ＯＦＦや温度設定などの発停・設定機能、照度設備などの入り切りや各種施設用設備機器の自動制御機能を有する請求項１記載の中央監視制御システム一体型分散型受配電設備。
端末制御装置は、配電設備の電力量、電流、電圧、電力、力率などの物理量の計測機能を有し、遠方の中央監視制御装置に管理データとして通信すると共に、中央装置からの制御指令によって、負荷回路の投入・遮断制御などの電力設備管理機能を同時に有する請求項２記載の中央監視制御システム一体型分散型受配電設備。
受配電設備は、高圧受電する受電盤と、前記受電盤で受電した高電圧を分岐して低圧に電圧変換し低圧配電する配電盤とを有し、前記受配電設備は、分散して設置された前記受配電設備間で相互にデータ通信を行う機能を有し、相互の事故状況や配電状況を把握し、配電された高圧・低圧系統の切り替えや、無停電電源装置による補完や、他の系統との相互の配電系統補完機能を有する請求項１から３のいずれかに記載の中央監視制御システム一体型分散型受配電設備。
受配電設備は、分散設置された分散型受配電設備の設置場所において各種設備機器の動作状態、計測状態の監視表示機能を有し、当該設備機器の遠方発停・設定操作機能を実現させるための表示、操作機能を可能とする表示操作部を有する請求項４記載の中央監視制御システム一体型分散型受配電設備。
表示操作部を着脱可能とした請求項５記載の中央監視制御システム一体型分散型受配電設備。
設置された分散型受配電設備と中央監視制御システム中央装置と通信する機能において、通信媒体として高圧／低圧電力線を使用する電力線通信機能を有する請求項１から６のいずれかに記載の中央監視制御システム一体型分散型受配電設備。
設置された分散型受配電設備内端末制御装置と空調設備、照明設備などの各種端末設備機器と低圧電灯線を通して通信制御を行うことができる電灯線通信機能を有した請求項１から７のいずれかに記載の中央監視制御システム一体型分散型受配電設備。