JP2010114977A - Streetlight power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高速道路などの道路照明用街路灯に電力を送電する場合に、極短時間で夜間消費する分の電力を送電することによって送電損失を削減し使用する電力料金を削減するシステムと方法に関するものである。 The present invention relates to a system and method for reducing power transmission loss by reducing power transmission loss by transmitting power for night consumption in a very short time when power is transmitted to a street light for road lighting such as an expressway. It is about.
火力、原子力、水力、風力など゛電力エネルギーを遠隔地へ送電する際の送電損失の低減には、交流/直流選択送電、交流位相に伴う無効電力制御、電圧変換時のトランス材料等に多くの対策がなされてきた。また需要の増大に伴い課題とされる昼間ピーク電力回避や需要系統網最適化調整などの諸対策が採られているが、遠隔地送電については現在も5〜10%の損失があると言われている。更に特定時間内に一定電力を使用する施設においても、終日連続送電をしている。 To reduce transmission loss when transmitting power energy to remote locations such as thermal power, nuclear power, hydropower, wind power, etc., there are many AC / DC selective power transmission, reactive power control associated with AC phase, transformer materials during voltage conversion, etc. Measures have been taken. In addition, various measures such as daytime peak power avoidance and demand network optimization adjustment, which are issues as the demand increases, have been taken, but it is said that there is still a loss of 5-10% for remote transmission. ing. Furthermore, even in facilities that use constant power within a specific time, power is transmitted continuously throughout the day.
一般事業所内の部門が一旦発電所からの電力を受け取った後、遠隔地の特定区域内の施設に送電する場合においても同様な課題がある。例えば高速道路を管理運営する団体が沿線の道路照明に用いる街路灯の電力は、長距離にわたって多数の照明灯に毎夜送電されており、トンネルの中では昼夜連続で点灯されているので多くの電力を消費しその送電損失も少なくない。市町村の公共団体が管理する市街地照明や、山間辺境地の放送電波中継維持、ダム等土木施設管理などでも同様な電力消費の課題がある。 A similar problem arises when a department in a general office once receives power from a power plant and then transmits it to a facility in a specific area at a remote location. For example, the power of street lamps used for road lighting along the highway by an organization that manages and operates an expressway is transmitted to a large number of lighting lights every night over long distances. Power transmission loss. There are similar power consumption issues in urban lighting managed by municipalities, maintenance of broadcast radio waves in mountainous frontiers, and management of civil engineering facilities such as dams.
発電所から遠隔地の都会需要層への送電損失を削減する方式として上述したように様々な対策が採られているが、もっと効率の良い電力削減方式として需用家側設備の捕間的支援電源として二次電池を装備し使用する方式が提案されている。
例えば特許文献1では市街地需要負荷の変動に応じて起こる電圧変動の抑制や保持、また位相変動に伴う無効電力と有効電力を検知し最適値調整による流通電流の削減、昼間のピーク電流の抑制、通常電力量の平準化などを行う場合に2次電池を使用するシステムが提案されている。特許文献2では上記目標達成のために上記システムに加えて需給電力運用と系統の計画的運用を加えリアルタイムで制御する方法が提案されている。
For example, in Patent Document 1, suppression and retention of voltage fluctuations that occur in response to fluctuations in urban demand load, detection of reactive power and active power associated with phase fluctuations, reduction of distribution current by adjusting optimum values, suppression of daytime peak currents, A system using a secondary battery has been proposed for leveling the normal electric energy. Patent Document 2 proposes a method for controlling in real time by adding supply and demand power operation and systematic system operation in addition to the above system to achieve the above target.
上記提案のシステム系は、市街地電力や工場のように常に変動する負荷に対応して、変動する電圧電流を検知し無効電流と有効電流の優劣を判定し、二次電池からの放電と充電を選択しながら流通電流を極力低減しようとするものである。また2次電池の使用効率を上げる目的で使用電力をリアルタイムで監視するため、数多くの検出器、電子演算回路、切り替え機等を機視した指令発生装置、電流ドライバを使用・駆使しており機器の種類も数量も多くなっている。2次電池は鉛蓄電池、リチウムイオン電池など化学電池を使用するので充放電のメモリ効果が残り製品寿命が短く、メンテナンスに経費が必要となっていて普及は進んでいない。街路灯給電における電力削減方式は提案されているような多数の監視システムを構成して負荷変動に対処するのでは多数の大容量の2次電池が必要となり多額の設置コストを要する。従来の高速道路照明用街路灯に蓄電池を装着したものは未だ無い。 The proposed system system detects the fluctuating voltage and current in response to loads that fluctuate constantly, such as urban power and factories, determines the superiority or inferiority of reactive current and active current, and discharges and charges from secondary batteries. It is intended to reduce the circulating current as much as possible while selecting. In addition, in order to monitor the power consumption in real time for the purpose of increasing the usage efficiency of the secondary battery, the equipment uses and makes full use of command generators and current drivers that look at many detectors, electronic arithmetic circuits, switching machines, etc. There are many types and quantities. Since secondary batteries use chemical batteries such as lead-acid batteries and lithium ion batteries, the memory effect of charge and discharge remains, the product life is short, and maintenance costs are required, and the spread is not progressing. In order to cope with load fluctuations by constructing a large number of monitoring systems as proposed in the power reduction method for street lamp power supply, a large number of large-capacity secondary batteries are required and a large installation cost is required. There are no conventional highway lighting street lights equipped with storage batteries.
従来の高速道路夜間照明に使用されている送電方式は、指令電力変換局(変電所)から直接遠距離に渡って設置されている個々の街路灯に100または200V交流を終夜中通電し、例えば500W〜1KWのナトリウム灯や高圧水銀灯を連続して点灯している。長時間の照明に伴う電力消費と送電損出は看過できない。
最近電力線の通わない僻地や離島、観光地の道路や庭園照明用に太陽電池を街路灯に取り付けて発電し、その電力を街路灯に装着した蓄電装置(多くは2次蓄電池)に蓄え、夜間に放電する照明装置が用いられている。
エコエネルギーの利用によって火力や原子力、水力など発電機の補完する望ましい展開方法であるが、高速道路照明用電力として使用するには課題が残る。つまり発電用に数平米にもなる大面積の太陽電池が必要で設備費がかかり、その上発電は天候に左右されるので不安定となり、高速道路照明のような安定で確実な照明を得るには不向きである。
The conventional power transmission method used for night illumination on expressways is to energize 100 or 200V AC all night long to individual street lamps installed over a long distance directly from the command power conversion station (substation). A 500 W to 1 KW sodium lamp and a high-pressure mercury lamp are continuously lit. The power consumption and transmission loss associated with long-time lighting cannot be overlooked.
Recently, power is generated by attaching solar cells to street lamps for remote lighting and remote islands where power lines do not pass, roads and gardens in tourist areas, and the power is stored in power storage devices (mostly secondary storage batteries) attached to street lamps. An illuminating device is used for discharging the light.
Although it is a desirable deployment method that complements generators such as thermal power, nuclear power, and hydropower through the use of eco-energy, problems remain when used as power for highway lighting. In other words, a large-area solar cell of several square meters is required for power generation, which requires equipment costs. In addition, power generation is unstable because it depends on the weather, and stable and reliable lighting such as highway lighting is obtained. Is unsuitable.
本特許においては、高速道路等照明用電力の送電損失を低減する為に夜間使用する電力をあらかじめ蓄電装置に充電しておき、その電力を夜間逐次放電する方式を採用する。現状の高速道や街路照明灯の点灯に於いては個々の消費電力は1KW以下と小さく、電力規格は全く同一である。そのため使用中の負荷変動は殆ど無く制御電流も小さい。特許文献1,2で提案されているように、市街地への送電電力を細かく精密に電流電圧を検知し多数の電子回路機器を機視して制御する必要はないし、ピーク電力抑制や平準化使用目的ではないので、本特許に使用する蓄電装置は簡単な制御機能を持って単純な充放電動作をメンテナンスフリーで行うものであればよい。 In this patent, in order to reduce the power transmission loss of lighting power for highways and the like, a power storage device is charged in advance in the power storage device, and the power is discharged sequentially at night. In the current highway and street lighting, the individual power consumption is as low as 1 kW or less, and the power standards are exactly the same. Therefore, there is almost no load fluctuation during use and the control current is small. As proposed in Patent Documents 1 and 2, there is no need to control the power transmission to the city area by finely and precisely detecting the current voltage and controlling a large number of electronic circuit devices. Since it is not the purpose, the power storage device used in this patent may be any device that has a simple control function and performs a simple charge / discharge operation without maintenance.
送電中の発熱損失を低減する方法は、一定区域内で使用する街路灯の電力をまとめて一度に中継変電拠点に送ることとし、送電損失を低減し、また、送電時間を短縮する。送電損失の低減は電圧を昇圧して高電圧で送電し電流を低減する発熱低減の送電方式を採る。送電を行う時間帯は夜間電力と認定された時間帯とし、更に短時間で送電を完遂する。中継変電拠点では受電した電力の電圧を降圧しAC-DCコンバートした直流を個々の街路灯に給電する。街路灯内には給電された電流を蓄電装置に導入し、また蓄電装置から街路灯光源に放電するように切り替え動作をする制御装置が整備されている。この制御装置には安定な点灯を保つような電圧、電流制御機能も有している。電力を蓄える蓄電装置としては、短時間の急速充電を可能とするために電気二重層キャパシタを用いる。 As a method of reducing heat loss during power transmission, the power of street lamps used in a certain area is collectively sent to a relay substation at one time, reducing power transmission loss and shortening power transmission time. The transmission loss is reduced by increasing the voltage and transmitting at a high voltage to reduce the current to reduce heat generation. The time zone for power transmission is a time zone certified as nighttime power, and the power transmission is completed in a shorter time. At the relay substation, the voltage of the received power is stepped down, and the AC-DC converted direct current is supplied to each street light. In the street lamp, a control device is installed that introduces a supplied current into the power storage device and performs a switching operation so as to discharge from the power storage device to the street light source. This control device also has a voltage and current control function for maintaining stable lighting. As a power storage device that stores electric power, an electric double layer capacitor is used to enable rapid charging in a short time.
夜間道路照明用の街路灯に使用する電力を、高電圧に昇圧して中継変電拠点に送電することは、電流量の低減化が可能となり発熱損失を抑制することになる。また電力を短時間で一度に蓄電装置に蓄積できるので、長時間通電による発熱損失を低減することになる。この蓄電装置に充電する時間は夜間電力認定時間内とすることによって、廉価な電力を使用する。トンネル内照明のように昼夜点灯するところに蓄電装置付き給電を行えば、昼間の消費電力分を夜間電力を使用して短時間で充電し、昼間は照明用に放電することができる。昼間の照明を夜間電力で賄うことは、昼間電力を使用する場合と比較し電力料金が廉価である。また電力の需要増大で夏場電力の不足が問題視される時代にあっては、夜間電量の使用は少しでも昼間電力使用を抑えることとなり、いわゆるピークシフトにつながることで電力の平準化に寄与することになる。 If the electric power used for the street lamp for night road lighting is boosted to a high voltage and transmitted to the relay substation, the amount of current can be reduced and heat loss is suppressed. In addition, since power can be stored in the power storage device at once in a short time, heat loss due to energization for a long time can be reduced. Inexpensive power is used by charging the power storage device within the night power certification time. If power supply with a power storage device is performed in a place that is lit day and night like in a tunnel lighting, the power consumed in the daytime can be charged in a short time using the nighttime power and discharged for lighting in the daytime. Covering daytime lighting with nighttime electricity is cheaper than using daytime electricity. In addition, in the era when shortage of summer power is regarded as a problem due to an increase in power demand, the use of nighttime electricity will suppress the use of daytime electricity as much as possible, contributing to power leveling by leading to a so-called peak shift. It will be.
蓄電装置に電気二重層キャパシタを使用すると従来の蓄電池に勝る特長が得られる。例えば急速充電が可能となるので短時間で必要電力量を蓄電できる。従来の化学電池充電では急速充電は困難であり、一度に大電流充電すると破損したり使用寿命を損なう。電気二重層キャパシタは急速充電は充分可能であり、蓄電量が減少して放電が不能になるまで使い切ることができる。また、化学変化が無いので使用寿命は半永久的であり,電解液注入や蓄電装置交換などのメンテナンスは不必要になる。
上述したように本特許を使用することは電力使用者の経費削減になるだけでなく国のエネルギー有効利用政策にも寄与し、社会的意義が大きい。
When an electric double layer capacitor is used in the power storage device, the advantages over the conventional storage battery can be obtained. For example, since rapid charging is possible, the required amount of power can be stored in a short time. Rapid charging is difficult with conventional chemical battery charging, and if it is charged with a large current at once, it may be damaged or the service life may be impaired. The electric double layer capacitor can be charged quickly and can be used up until the amount of stored electricity decreases and discharge becomes impossible. Further, since there is no chemical change, the service life is semi-permanent, and maintenance such as electrolyte injection and storage device replacement is unnecessary.
As described above, the use of this patent not only reduces the cost of electric power users, but also contributes to the country's effective energy utilization policy, and has great social significance.
本発明は街路灯電力給電方式に関して、効率の良い送電と送電時間の短縮を可能とする方式である。まず、主電力の配電経路の結線関係と使用機器、運転時間を説明する。通常、発電所から遠隔地に送電する際は、38万V、52.5万V、100万Vで送電しているが、市中の事業者へ販売する時は1万V以下である。電力会社から高速道路など事業主体者の電力供給指令所1に受電した源泉電力は、指令所内で電圧昇圧トランスによって昇圧し、一次送電線11を通って遠隔地にある中継変電拠点20、21、・・20+nへ送電される。電力を受電した中継変電拠点20,21、・・20+nでは電圧を降圧し、そこから二次送電線12を通して各管轄区間内の街路灯30,31、・・30+n、また40、41、・・40+n、また50,51、・・50+nに給電される。
The present invention relates to a street lamp power supply method, which is a method that enables efficient power transmission and shortening of power transmission time. First, the connection relationship of the main power distribution path, the equipment used, and the operation time will be described. Normally, when transmitting power from a power plant to a remote location, power is transmitted at 380,000 V, 525,000 V, and 1 million V, but when it is sold to businesses in the city, it is 10,000 V or less. The source power received by the power supply command center 1 of the business entity such as an expressway from the electric power company is boosted by a voltage step-up transformer in the command station, and passes through the
個々の街路灯には電流電圧制御機3と電気二重層キャパシタ4及び照明光源5が具備されている。電力供給指令所1から各中継変電拠点に向けての送電は昼間は行わない。中継変電拠点から街路灯に給電された電力は街路灯に具備された電圧制御機に入り、送電線12を通って夜間電力の短時間だけ電気二重層キャパシタ4に充電し、充電した電力を照明光源5に送って夜間に点灯する。照明光源には発展の著しい省電力の機器を使用する。従来ナトリウムランプが使用されているが、より消費電力の少ない高周波蛍光灯やLED(発光ダーオード)を用いるのが良い。
Each street lamp is provided with a current /
具体的に街路灯電力給電方式に適した実施例を高速道路照明用の電力の通電経路に沿って以下に記す。
図1は配電系統を示すプロックダイヤグラムである。発電所からの電力を受けた事業所の電源供給指令所1では指令所管轄下にある照明灯で使用する電力を電圧昇圧トランスによって昇圧し、一次送電線11を通って遠隔地にある中継変電拠点20,21、・・20+nへ送電する。高速道路照明は全路線数100kmに渡って照明灯が設置され、中にはトンネル内にも設置される。電源供給指令所1では個々の照明灯に対して直接結線送電をするのではなく、中継変電拠点20,21・・・20+nを経て二次送電線12を通り、街路灯へ送電する。中継変電拠点は道路沿線を適宜分割し、その区間内の照明灯全てに変電して給電する拠点である。例えば中継変電拠点20には、電力を供給する照明灯30,31,・・30+nが結線される。同様に中継変電拠点21には照明灯40,41、・・40+nが結線され、また中継変電拠点22には照明灯50,51、・・50+nが結線されている。中継変電拠点の分割区間は例えばサービスエリア間隔内の区間などが相当し、その距離約40kmの中には照明灯800本位が建つ。
A specific example suitable for the street lamp power supply system will be described below along the power supply path for the highway lighting.
FIG. 1 is a block diagram showing a power distribution system. At the power supply command center 1 of the office that has received power from the power station, the power used by the lighting lamps under the jurisdiction of the power station is boosted by a voltage step-up transformer and relayed through a
ナトリウム灯を使用する現状の照明電力は1個当たり500W〜1KWなので全高速道路線全体の消費量は大変大きい。本特許で設置する一つの中継変電拠点が扱う電力は数100KW位になってしまう。(1晩では16時間点灯として1万KW以上)。
この光源をLEDに代替すると1灯当たり消費電力は1/15〜1/30になるから中継変電拠点管轄当たりの消費電力を100KW以下に削減できる。中継変電拠点では高圧で受電した電力を数10Vに下げ、AC−DC変換して個々の照明灯に直流電力を供給する。個々の照明灯には電気二重層キャパシタ4が具備されており、1台あたり30Wの光源が1晩点灯して消費する電力量以上の電力を蓄電する。1晩の点灯時間は16:00〜8:00として16時間である。電力消費量は480Whであるからこの充電には充電電圧を24Vとして120Ax10min相当の通電になる。
Since the current lighting power using sodium lamps is 500 W to 1 KW per unit, the consumption of the entire expressway is very large. The power handled by one relay substation installed in this patent is about several hundred kW. (In the evening, it is lighted for over 16 hours and is over 10,000 KW).
If this light source is replaced with an LED, the power consumption per lamp becomes 1/15 to 1/30, so the power consumption per relay substation base can be reduced to 100 KW or less. At the relay substation, the electric power received at a high voltage is reduced to several tens of volts, AC-DC converted, and direct current power is supplied to each illumination lamp. Each illuminating lamp is provided with an electric
図2は照明灯に具備される照明用部品のブロックダイアグラムを示す。
送電線12から入った電力は制御機3に入り、充電モードの場合は電気二重層キャパシタ4に接続されてそこへ充電する(充電量はLED30Wの場合は16時間で480Wh)。電力供給指令所1から送電する時間は、1高速道路の全管轄区間内で夜間消費する総電力量分を短時間で一度に送電する。電力を受電した中継変電拠点20,21、・・2nでは、電圧を個々の照明灯が保有する蓄電装置に適した電圧に降圧し管轄区間内の照明灯30・・・、40・・・、50・・・に送られる。
FIG. 2 shows a block diagram of an illumination part provided in the illuminating lamp.
The electric power entered from the
充電モードは以下の手順で行われる。夜間電力認定時間が10時間の場合(22:00−08:00)、8時の約10分前に電力が電力供給指令所1から中継変電拠点20,21、・・2nを通って照明灯30・・・、40・・・、50・・・に送られる。この時に電力供給指令所1からの指示信号により制御機3内では外部からの電流入力端が電気二重層キャパシタ4と接続され充電が始まる。朝8:00前の約10分間で充分充電した頃、電力供給指令所1からの送電は終了しこの送電停止によって制御機3内では電気二重層キャパシタ4との接続が開放される。この充電時間が終了すれば夕方の点灯開始時迄充電した電気二重層キャパシタの電力は昼間はそのまま温存される。
The charging mode is performed according to the following procedure. When the nighttime power certification time is 10 hours (22: 00-08: 00), the power is sent from the power supply command station 1 through the
点灯モードは以下の手順で行われる。昼間中は電力給電も点灯も無いまま夕暮れ時を迎え、例えば冬なら17:00頃電力供給指令所からの点灯信号が中継変電拠点20,21、・・・2nを通じて照明灯30,31,32.・・30+n、40・・・、50・・・に届き、照明灯内の制御機3内では電気二重層キャパシタ4の端子が光源の端子と接続され、電気二重層キャパシタ4の出力は光源5に放電され点灯する。電気二重層キャパシタ4は放電が始まると電圧が減少していくので、電流制御機3は光源の照度が一定になるように電流を制御する。
The lighting mode is performed according to the following procedure. During the daytime, there is no power supply or lighting, and at dusk, for example, in the winter, a lighting signal from the power supply command center is transmitted through the
尚、点灯開始の指示は電力供給指令所1から行ったが、以下の方法でも良い。例えば遠隔地の天候によっては暗くなる時刻が場所によって急に変わることがあるので、中継変電拠点20,21、・・・2nに設置した天空照度センサなどを使用して点滅の指示を出しても良い。
かくして点灯は夜間を通して翌朝明るくなるまでつづき、再び電力供給指令所1からの給電開始によって制御機3は充電モードに変わり、消灯する。
In addition, although the instruction | indication of a lighting start was performed from the electric power supply command center 1, the following methods may be sufficient. For example, the darkening time may suddenly change depending on the weather in a remote location. Therefore, even if a blinking instruction is issued using a sky illumination sensor installed at the
Thus, the lighting continues until it becomes bright the next morning through the night, and the
本特許は高速道路など長距離に渡る遠隔地の道路照明用に電力を急給する際、電力中継変電拠点や電気二重層キャパシタ蓄電装置を用いて送電損失を低減し夜間電力の短時間の送電により送電コストを提言する方式であるから、利用の可能性は大きい。高速道路ばかりでなく、各地の公共団体が管理する街灯照明方式に利用したり、遠隔山間地の無線中継施設やダムなど土木建設施設の監視用電力の低減に利用することもでき、産業上の利用価値は大変広い。 This patent uses a power relay substation and electric double layer capacitor power storage device to reduce power transmission loss when power is supplied for long-distance road lighting over a long distance such as an expressway, and it can transmit power at night time in a short time. Therefore, the possibility of use is great. It can be used not only for expressways but also for streetlight lighting systems that are managed by local governments in various regions, and it can also be used for reducing power for monitoring civil engineering construction facilities such as wireless relay facilities and dams in remote mountainous areas. The utility value is very wide.
1・・・・電力供給指令所
11・・・一次送電線
12・・・二次送電線
20,21,・・20+n・・・電力中継変電拠点
3・・・・制御機
30,31、・・30+n・・・変電中継拠点20に属する照明灯
40,41、・・40+n・・・変電中継拠点21に属する照明灯
50,51、・・50+n・・・変電中継拠点21に属する照明灯
4・・・・電気二重層キャパシタ
5・・・・光源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric power
Claims (5)
The control device performs charging to the power storage device for power supplied in the daytime according to an instruction from the power supply command center, blocking charging, discharging from the power storage device to the light source in the evening, and blocking emission to the morning light source. 2. The street lamp power supply system according to claim 1, further comprising reporting a lighting condition of the street lamp to a power source power command center.
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