JP2008067439A

JP2008067439A - 電力供給方法およびシステム

Info

Publication number: JP2008067439A
Application number: JP2006240220A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Somatani; 聡文杣谷; Yosuke Nozaki; 洋介野崎; Yasushi Hiraoka; 靖史平岡; Naoki Kato; 直樹加藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】設備利用率を維持しつつ上位の電力系統へ影響を波及させることなく、省エネルギー性の高い瞬間式電気熱源機器の普及を可能とする電力供給設備を実現する。
【解決手段】受け入れ電力計測部２と、蓄電装置５と、受け入れ電力の計測結果に移動平均処理を施し、同平均結果に所定の演算を施した結果と、あらかじめ定めた下限および上限の範囲とからスライスレベルを設定するスライスレベル設定部３とを有する。同スライスレベルを上回る需要が発生した場合に、その差分を蓄電装置５より供給する。また、蓄電装置５の蓄電残量または残り使用可能時間を当該機器使用者に通知すると共に、蓄電残量が不足した場合は、所定の大電力消費機器に消費抑制指令を出して低負荷モードに移行させると共に、当該機器使用者に消費抑制指令が発動した旨通知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置を用いた電力供給システムに関するものである。

温水便座等の加温機器における省エネルギー対策として、使用時に備えて常時保温する形式から、使用時にのみ加温する瞬間式への移行が試みられている。これは瞬間式とすることにより、未使用時の放熱損を低減するもので、温水便座の他、給茶機や給湯ポットの他、出湯遅れ緩和のために給湯用蛇口付近に追加して設ける、補助給湯熱源機についても同手法が有効と考えられている。
岩船他「配電電圧昇圧による省エネルギー・ＣＯ２削減効果の評価（家電製品における影響）」第１８回エネルギーシステム・経済コンファレンス講演論文集２００２年（口頭発表）「５．３温水洗浄暖房便座」他の項目を参照松下電工温水便座カタログビューティートワレＭシリーズＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｗ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｕｍａｉ／ｃａｔａｌｏｇ／ｐａｇｅｐｄｆ／ＧＡＣＴ１Ａ３０−１９１．ｐｄｆ

しかし利便性や快適性を損なうことなく瞬間式による加熱を実現するためには、少なくとも１０ｋＷ程度と現行の一般的な家庭用熱源機の１０倍程度の大電力を必要とするが、現行の給電設備では電流容量の面で対応が難しく（非特許文献１）、少なくともピーク電力に合わせて設備増強する必要がある。しかしこの電力の使用継続時間は長くとも数分以内であり、負荷率が非常に低く、給電設備の設備利用効率が悪化する。また、頻繁な大電力の起動と停止の繰り返しにより、フリッカー等の瞬時電圧変動を招く要因となりうる。

この問題に対し、配電電圧を例えば４００Ｖに昇圧し、消費電流の低減と給電能の強化により対応する考え方（非特許文献１）と、後述する当該熱機の工夫により対処する方法（非特許文献２）とがある。

前者によれば、大電力機器の起動停止に伴う電圧変動は緩和されるが、社会基盤である配電系の大規模な変更が必要なため、設備投資が膨大となる。また、設備利用効率の点は何ら解決策とはならない。また、後者は、従来と同程度の電力消費に抑えつつ、加熱対象の熱容量の低減と伝熱効率の向上、ランプヒータの採用や事前動作、例えば温水便座の場合トイレの扉を開とする行為や人感センサによる検知をきっかけとして加熱を開始する等、との組み合わせにより対処するものであるが、周囲温度が低い場合は、少なからず所望の温度までに待ち時間が発生するため予備加熱が必要になったり、温水供給の場合では給水温度によっては流量が制限されるという問題があった。

本発明の目的は、給電設備の能力を大電力消費機器の瞬間的な消費に合せて増強する必要がなくなり、設備利用率を損なうことなく、大電力消費機器の普及を促進でき、また、当該機器の起動と停止に起因する電圧変動等の電力系統または給電系への影響の波及を緩和できる電力供給方法およびシステムを提供することにある。

本発明の電力供給方法は、電力系統または給電設備からの受け入れ電力を計測するステップと、該受け入れ電力の計測結果に所定の演算処理を施すステップと、該演算結果と予め定められた下限値と上限値の制限とからスライスレベルを定めるステップと、該スライスレベルを超える電力需要があった場合に、該スライスレベルと該電力需要との差分を蓄電装置より供給するステップと、を有する。

受け入れ電力に対して所定の演算処理を行い、その結果を基に予め定られた下限と上限の範囲内で逐次変化するスライスレベルを定め、該スライスレベルを超える電力需要が発生した場合に、需要とスライスレベルとの差分を蓄電装置より供給する。

本発明の実施態様によれば、蓄電装置の蓄電残量を検出するステップと、蓄電装置の蓄電残量もしくは蓄電装置の使用可能残り時間を使用者に通知するステップと、をさらに有する。

本発明の他の実施態様によれば、蓄電残量が所定の値を下回った場合に所定の負荷に対し消費抑制を指令するステップと、使用者に対し前記消費抑制が発動した旨を通知するステップと、をさらに有する。

本発明の他の実施態様によれば、演算処理を施すステップは、該計測結果の移動平均を求め、該移動平均結果に、変数として１次以上の多項式または指数関数または一次以上の多項式と指数関数との複合関数の演算を行う。

本発明の他の実施態様によれば、充放電制御部は、電力系統または給電設備からの受け入れ電力を直流に変換し、前記負荷に対し直流で給電する。

また、本発明の電力供給システムは、電力系統または給電設備からの受け入れ電力を計測する受け入れ電力計測部と、該受け入れ電力の計測結果に所定の演算処理を施す演算処理部と、該演算結果と予め定められた下限値と上限値の制限とからスライスレベルを定めるスライスレベル設定部と、蓄電装置と、前記スライスレベルを超える電力需要があった場合に、該スライスレベルと該電力需要との差分を前記蓄電装置より供給する充放電制御部と、を有する。

本発明の実施態様によれば、充放電制御部の出力に負荷と蓄電装置が並列に接続されている。

受け入れ電力計測結果を基に求めたスライスレベルを上回る電力需要が発生した場合に、蓄電装置より需要とスライスレベルとの差分を供給するようにすることにより、給電設備の能力を大電力消費機器の瞬間的な消費に合せて増強する必要がなくなり、設備利用率を損なうことなく、大電力消費機器の普及を促進できる。また、当該機器の起動と停止に起因する電圧変動等の電力系統または給電系への影響の波及を緩和できる。ここで、スライスレベルに予め上下限を定めることにより、演算や制御系の応答遅れがあっても最低限の補償動作が確保できる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態による電力供給システムの構成図、図２はその動作を示すフローチャートである。

本瞬時電力供給システムは、電力系統または給電設備１と、受け入れ電力計測部２と、スライスレベル設定部３と、充放電制御部４と、二次電池またはコンデンサまたは二次電池とコンデンサとの組合せからなる蓄電装置５と、蓄電残量検出部６と、供給対象である瞬時的な大電力消費機器７と、表示部８とからなり、充放電制御部４は表示部８に当該情報を発するための通知部４１と大電力消費機器７に消費抑制を指令する消費抑制指令部４２とからなる。

受け入れ電力計測部２は電力系統または給電設備１からの受け入れ電力を計測する（ステップ１０１）。スライスレベル設定部３は、受け入れ電力計測部２からの計測結果の移動平均を求め、次式（１）に示すように、該移動平均に、変数として例えば１次関数の演算処理を施し、スライスレベルを定める（ステップ１０２、１０３）。この時、スライスレベルは予め定められた上限と下限の範囲内に設定されるように制限する。例えば、スライスレベルが上限を上回る場合にはスライスレベルはこの上限の値に定められ、スライスレベルが下限を下回る場合にはスライスレベルはこの下限の値に定められる。

Ｐｓｌ（ｔ０）＝ａＰａｖｔｎ（ｔ０）＋ｂ（１）
ただし、Ｐ_UL≧Ｐｓｌ（ｔ０）≧Ｐ_LL
Ｐｓｌ（ｔ０）は、ある時刻ｔ０における電力のスライスレベル。
Ｐａｖｔｎ（ｔ０）はある時刻ｔ０における受け入れ電力のｔｎ時間分の移動平均値
ａ，ｂは定数
Ｐ_ULはスライスレベルの上限値、Ｐ_LLはスライスレベルの下限値
ここで、ある時刻ｔ０は、例えば、この平均値の演算を開始する時刻である。また、時刻ｔｎは、例えば、ある時刻ｔ０の直前０．１秒前から３０秒前を設定することができ、ある時刻ｔ０の直前１秒前から２秒前までが望ましい。

なお、上記例は演算処理として１次関数を用いたが、これに限定されるものではなく、二次以上の多項式や指数関数等、得たい応答特性や系統の保護目標に応じて関数を適切に選定すればよい。移動平均の平均化時間の選定も同様である。

また、上記の移動平均化処理およびその後の演算処理はアナログ回路でも実現できるが、応答調整等変更の柔軟性を確保するため、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を用いて実現するのがよい。

上記で定めたスライスレベルを超える需要が発生した場合は、充放電制御部４が該需要とスライスレベルとの差分を蓄電装置５から供給するように放電量を調整する（ステップ１０４，１０５）。また、充放電制御部４は、蓄電残量検出部６よりの情報（蓄電残量）を基に、蓄電装置５の蓄電残量を管理し、残量または蓄電装置５の使用可能残り時間の情報を通知部４１より表示部８に表示して使用者に通知する（ステップ１０６）。さらに、充放電制御部４は、蓄電装置５の蓄電残量があらかじめ定めた所定値を下回った場合に、大電力消費機器７に消費抑制指令部４２より消費抑制指令を発出すると共に（ステップ１０７，１０８）、通知部４１より表示部８を介して使用者に消費抑制指令が発出された旨通知する（ステップ１０９）。消費抑制指令を受け取った大電力消費機器７は、例えば最大１０ｋＷの加熱ヒータ電力を１ｋＷ以下に制限する低消費電力モードに移行する。

図１では、大電力消費機器以外の一般負荷を表示していないが、一般負荷への電力供給も本システムより供給してもよいし、本システムを介すことなく電力系統または給電設備１より直接供給してもよい。後者の場合、一般負荷で消費される電力を別途計測し、本システムの受け入れ計測部２の結果と合算して、電力系統または給電設備１の総受電電力が一定値を超えないように制御するようにしてもよい。

供給対象である瞬時的な大電力消費機器７としては、先に述べた温水暖房便座、給湯用電気ポット、給湯系統の末端（蛇口近傍）に付加する補助熱源器の他に、エレベータやリフト、給水ポンプ等、駆動用電動機の起動時に大電流が流れる機器が挙げられる。さらに、これまで家庭への導入が困難であった、例えば数十秒で室内空気の全量入れ替える高速換気システムや強制排煙設備を対象とすることも可能である。

移動平均を用いてスライスレベルをダイナミックに変化させることにより、大電力ながら一定した電力消費が続く場合に、蓄電装置５より供給し続けることを抑制できる他、外来サージやノイズ、単発のパルス的電力消費に対する過敏な応答の排除や、ステップ状に立ち上がる電力消費の立ち上がりの時間的傾きの制限等の効果を発揮することができる。

さらに、移動平均の平均化時間や演算に使用する関数を調整することにより、適用する系統の強度と蓄電装置５の容量にあった応答特性を自在に実現できる。例えば系内に燃料電池のように、高速の応答が困難かまたは応答することにより効率が低下する発電装置が接続されている場合に、応答特性を調整して需要変動を緩和し、例えば１分程度の電子レンジの使用に関し、燃料電池等が逐次応答しないようにする用途に適用することもできる。

蓄電装置５の蓄電残量や使用可能残り時間を使用者に通知することにより、心理的消費抑制効果を発揮させることができる。また、蓄電装置５より供給できなくなった場合は、あらかじめ定めた大電力消費機器に対し、消費抑制指令を出して低負荷運転に変更することにより、最低限の利便性を維持すると共に、当該機器の使用者に通知することにより、需要のピークを分散させる効果を期待できる。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態による電力供給システムの構成図である。

本実施形態の瞬時電力供給システムは、第１の実施形態とほぼ同様であるが、電力系統または給電設備１より受け入れ電力計測部２を経て受け入れた電力が、充放電制御部４ａにより直流に変換され、蓄電装置５の放電電流と併せて大電力消費機器７ａ，７ｂに直流で電力を供給する点が第１の実施形態と異なる。

ここで、大電力消費機器７ｂは直流で受電できる機器であり、この場合は直接直流で電力を供給する。また大電力消費機器７ａは交流で受電する機器であり、この場合は直流交流変換器９を介して電力を供給する。

なお、受け入れ電力の計測結果に基づくスライスレベルの設定と放電の制御および使用者に対する蓄電残量または使用可能残り時間や消費抑制指令が発動の有無の通知、消費抑制指令時の大電力消費機器の低負荷モードへの移行は第１の実施形態と同様である。

蓄電装置５から大電力消費機器７ａ，７ｂへの供給系統を直流とすることにより、放電電流制御または直流交流変換のための電力変換器９を介すことなく負荷に電力を供給できるため、効率を向上させることができ、かつ簡単な構成で高効率な瞬時電力供給システムを実現できる。また、無効電力や高調波率を意識することなく制御できるので、制御が極めて容易となる。

図４は第２の実施形態の変形例を示す図で、充放電制御部４ｂの出力に、大電力消費機器７ａ，７ｂと蓄電装置５とを並列に接続するようにしている。

これはいわゆる蓄電装置のフローティング接続であり、この場合、充放電制御部４ｂは出力電圧を制御変数として、目標とする受け入れ電力を実現するように制御する直流電源として振舞えばよいため、充放電制御部４ｂの構成や制御が単純となる。さらに、蓄電装置５の蓄電容量や内部抵抗を適正に設定することにより、電力需要の変動成分の一部が自律的に吸収されるため、充放電制御部４ｂの応答調整がより容易となる。

この場合の蓄電残量は、蓄電装置５への電力の出入りを計測して積算することにより求めてもよいし、直流部の電圧および電圧低下率より算出してもよい。

なお、上記のフローティング接続できる蓄電装置５は、アルミ電解コンデンサや鉛蓄電池の他、特別仕様とはなるがニッケル水素電池でも実現できる。

本発明の第１の実施形態による電力供給システムの構成図である。第１の実施形態の電力供給システムの動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態による電力供給システムの構成図である。本発明の第２の実施形態の電力供給システムの変形例の構成図である。

符号の説明

１電力系統または給電設備
２受け入れ電力計測部
３スライスレベル設定部
４，４ａ，４ｂ充放電制御部
４１通知部
４２消費抑制指令部
５蓄電装置
６蓄電残量検出部
７，７ａ，７ｂ大電力消費機器
８表示部
９直流交流変換器
１０１〜１０９

Claims

瞬時的に大電力を消費する機器への電力の供給方法であって、
電力系統または給電設備からの受け入れ電力を計測するステップと、
該受け入れ電力の計測結果に所定の演算処理を施すステップと、
該演算結果と予め定められた下限値と上限値の制限とからスライスレベルを定めるステップと、
該スライスレベルを超える電力需要があった場合に、該スライスレベルと該電力需要との差分を蓄電装置より供給するステップと、
を有する電力供給方法。
前記蓄電装置の蓄電残量を検出するステップと、
前記蓄電装置の蓄電残量もしくは前記蓄電装置の使用可能残り時間を使用者に通知するステップと、
をさらに有する、請求項１に記載の電力供給方法。
前記蓄電残量が所定の値を下回った場合に所定の負荷に対し消費抑制を指令するステップと、
使用者に対し前記消費抑制が発動した旨を通知するステップと
をさらに有する、請求項２に記載の電力供給方法。
前記演算を施すステップは、該計測結果の移動平均を求め、該移動平均結果に、変数として１次以上の多項式または指数関数または一次以上の多項式と指数関数との複合関数の演算を行う、請求項１から３のいずれかに記載の電力供給方法。
前記電力系統または給電設備からの受け入れ電力を直流に変換し、前記負荷に対し直流で給電するステップをさらに有する、請求項１から４のいずれかに記載の電力供給方法。
瞬時的に大電力を消費する機器への電力の供給システムであって、
電力系統または給電設備からの受け入れ電力を計測する受け入れ電力計測部と、
該受け入れ電力の計測結果に所定の演算処理を施す演算処理部と、
該演算結果と予め定められた下限値と上限値の制限とからスライスレベルを定めるスライスレベル設定部と、
蓄電装置と、
前記スライスレベルを超える電力需要があった場合に、該スライスレベルと該電力需要との差分を前記蓄電装置より供給する充放電制御部と、
を有する電力供給システム。
前記充放電制御部の出力に前記負荷と前記蓄電装置が並列に接続されている、請求項６に記載の電力供給システム。