JP2011135651A

JP2011135651A - 電力供給システム

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Publication number: JP2011135651A
Application number: JP2009291326A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Takehara; 清隆竹原; Kenji Nakakita; 賢二中北
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-07-07
Also published as: CN102687363A; WO2011077221A2; US9640996B2; WO2011077221A3; EP2518854B1; US9246333B2; EP2518854A4; US20160141880A1; CN102687363B; EP2518854A2; US20120274133A1

Abstract

【課題】地域内の個々の建物において商用電源から受電する電力を抑制しながらも、商用電源から個々の建物で受電する電力量を計測することを可能にする。
【解決手段】共用電源２は、蓄電池ＳＣを備え複数の建物Ｂ１〜Ｂ４を含む地域に敷設された地域電力網Ｐｄを介して各建物Ｂ１〜Ｂ４との間で蓄電と給電とを行う。太陽光発電装置ＰＶを備える建物Ｂ１は、太陽光発電装置ＰＶの余剰電力を蓄電池ＳＣに蓄電し、電力の不足時には共用電源２から受電する。太陽光発電装置ＰＶを備えていない建物Ｂ２，Ｂ３は、共用電源２の電力から受電した電力を商用電源の電力系統Ｐｎから購入した電力で返却する。各建物Ｂ１〜Ｂ３での共用電源の電力の利用実績は、電力計Ｍ２で計測された電力量に基づいて分配制御装置２２が管理し、建物Ｂ１〜Ｂ３ごとに受電した電力量と蓄電した電力量とを相殺させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の建物を含む規定の地域において電力を分配する電力供給システムに関するものである。

従来から、複数の電力需要家によるグループを形成し、需要家間の電力需給をグループ内で協調して調整する技術が提案されている。特許文献１には、電気事業者から供給される電力を配分するにあたり、グループを構成している需要家全体と、電気事業者が電力を供給する電力系統との間に、電力供給制御装置を設け、電力供給制御装置が需要家における電力需要量を監視して電力の需給バランスを調整する技術が開示されている。

特許文献１に記載の技術は、グループ内の需要家の少なくとも一部において、マイクロガスタービン発電装置、太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池のような分散型電源が設けられていることを想定した技術である。したがって、電力供給制御装置は、分散型電源により発電した余剰電力を電気事業者にまとめて売却する機能と、電力需要家の不足電力を電気事業者からまとめて購入する機能とを備える。また、電力供給制御装置は、グループ内全体に供給されるべき電力が不足している場合に、電力不足分をまとめて電気事業者から電力の供給を受けて各電力需要家に配分している。

すなわち、グループ内に設けた分散型電源の電力をグループ内で分配する機能を有しているから、電力事業者から供給を受ける電力量を低減させることが可能になっている。

一方、特許文献２には、太陽電池と直交変換部と交流負荷とを備える発電負荷ユニットを複数設け、共通蓄電池および蓄電制御部を備え複数の発電負荷ユニットを接続した単一の制御センタを設けるとともに、電気事業者が提供する電力系統と制御センタとを接続した系統連系型の太陽光発電電力供給システムが提案されている。直交変換部は、太陽電池により発電される直流電力を交流電力に変換し、交流負荷と蓄電制御部に供給する機能を有している。

特許文献２に記載の技術では、各発電負荷ユニットでの電力の過不足を制御センタにおいて監視しており、余剰の電力があるときには共通蓄電池に蓄電し、不足があるときには共通蓄電池から発電負荷ユニットに給電する。また、制御センタでは、共通蓄電池の蓄電電力量を検出しており、蓄電電力が不足しているときには電力系統から電力の供給を受け、蓄電電力に余剰があるときには共通蓄電池から電力系統に逆潮流を行っている。

特許文献２に記載の技術は、太陽電池が分散型電源に相当するから、発電負荷ユニットを電力需要家とみなせば、制御センタに接続された複数の電力需要家によりグループを構成していることになる。つまり、特許文献２に記載の構成は、特許文献１に記載の構成と同様に、複数の電力需要家を含むグループにおいて分散型電源を備えるとともに、電気事業者が提供する電力系統からの電力の供給と電力系統への逆潮流とをセンタ装置により一括して制御している。

特開２００２−１０４９９号公報特開２００２−２３３０７７号公報

上述したように、特許文献１、２に記載された技術を用いると、分散型電源による発電電力をグループ内の各電力需要家において融通可能になり、また、電気事業者が提供する電力系統と連系するための接続点が一箇所になる。

ただし、特許文献１、２に記載の構成では、電気事業者においては、各電力需要家での消費電力量や分散型電源での発電量を把握することができないから、電気事業者において各電力需要家の電気料金を決めることができない。すなわち、電力系統から供給された電力量と電力系統に逆潮流を行った電力量とは、電気事業者が提供する電力系統と電力需要家との間を仲介している電力供給制御装置や制御センタでしか把握できない。

特許文献１、２に記載の技術を採用すれば、各電力需要家に電力計を設けなくとも、電気事業者にとっては、電力供給制御装置あるいは制御センタに供給した電力量と、電力供給制御装置あるいは制御センタから逆潮流を受けた電力量とを把握すれば電気料金を徴収することができるという利点が生じる。

一方、電力需要家にとっては、使用電力量が多いほど他の電力需要家から融通される電力量が多くなるという不公平が生じる。したがって、各電力需要家が電力事業者と個々に契約する場合は、特許文献１、２の技術を採用することができない。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、商用電源から受電する電力を抑制しながらも、商用電源から個々の電力需要家が受電する電力量を計測することを可能にした電力供給システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、蓄電池を備え複数の建物を含む規定の地域に敷設された地域電力網を介して各建物との間で蓄電と給電とを行う共用電源と、地域内の少なくとも一部の建物に設けられ建物に給電するとともに余剰電力を共用電源に供給する分散型電源と、各建物において商用電源から供給された電力量を計測する第１の電力計と、各建物において地域電力網を介して共用電源との間で出し入れした電力量を双方向に計測する第２の電力計と、第１の個別電力計と第２の個別電力計とにより計測された電力量に基づいて共用電源の電力を地域に分配する分配制御装置とを有し、地域電力網は、各建物においてそれぞれ商用電源の電力系統と系統連系を行い、共用電源は、各建物から地域電力網を介して受電した電力により蓄電池を蓄電するとともに、蓄電池の電力を地域電力網を介して各建物に供給する機能を有し、分配制御装置は、各建物ごとに第２の電力計により計測された共用電源に蓄電した電力量と共用電源から給電した電力量とが相殺されるように電力量を管理するとともに、いずれかの建物において第１の電力計により計測された単位期間ごとの電力量が規定値に達すると共用電源から電力を供給し、当該建物において第１の電力計により計測された単位期間ごとの電力量が規定値よりも低い値である復帰値を下回ると共用電源に電力を返却させる構成を採用している。

また、商用電源から電力を購入する際の電気料金の単価に複数の段階が設定されているときには、制御装置は、電気料金の単価ごとに前記蓄電池への蓄電と放電とを制御するのが望ましい。

本発明の構成によれば、地域内の複数の建物において共有する共用電源を設け、商用電源から購入する電力量が増加した建物に対して共用電源から電力を補助するから、商用電源から受電する電力を抑制することが可能になる。たとえば、各建物において契約電力が設定されている場合には、共用電源によって電力需要を平準化することによって、各建物の需要電力が契約電力を超えるのを防止することが可能になる。

また、地域の一部の建物は分散型電源を備えているから、当該建物において分散型電源で発電した電力を利用しながらも余剰の電力を共用電源に設けた蓄電池に蓄電しておけば、共用電源に蓄電した電力を地域内の建物で共用することが可能になる。しかも、共用電源から補助を受けた電力量に見合う電力量を、分散型電源あるいは商用電源を利用して返却することにより、各建物ごとに共用電源への蓄電と共用電源からの受電とを相殺するから、各建物において商用電源から購入する電力量は共用電源を設けていない場合とほぼ同じになる。

実施形態を示すブロック図である。同上における建物が集合住宅である場合のブロック図である。

以下に説明する実施形態は、町内などを単位とする地域内に複数の建物が存在することを前提としている。各建物は、戸建て住宅のほか集合住宅などであってもよい。図１に示すように、地域内の建物Ｂ１〜Ｂ３のうちの少なくとも一部は、太陽光発電装置ＰＶのような分散型電源を備える。図示例では、一部の建物Ｂに太陽光発電装置ＰＶを設けているが、全部の建物Ｂに太陽光発電装置ＰＶを設けることも可能である。

太陽光発電装置ＰＶを備える建物Ｂ１には、太陽光発電装置ＰＶの出力を交流電力に変換するとともに、商用電源の電力系統Ｐｎとの系統連系を可能にするためのパワーコンディショナ１１が設けられる。建物Ｂ１〜Ｂ３には、分電盤１２が設けられ、分電盤１２において電力系統Ｐｎとパワーコンディショナ１１との系統連系が行われる。

分散型電源としては、太陽光発電装置ＰＶを例示するが、風力発電装置などの自然エネルギーを用いる発電装置、電力および熱を生成するコジェネレーション装置など、発電装置として用いることができるものであれば、どのような形式の分散型電源でも用いることが可能である。

建物が集合住宅である場合には、図２に示すように、分散型電源としての太陽光発電装置ＰＶに加えて蓄電池ＳＣ１を設け、太陽光発電装置ＰＶと蓄電池ＳＣ１とを建物Ｂ４の各住戸Ｈで共用することが望ましい。蓄電池ＳＣ１は、太陽光発電装置ＰＶから住戸Ｈに給電した際に生じた余剰電力を蓄電するために設けられている。また、蓄電池ＳＣ１に蓄電した電力は住戸Ｈに供給することもできる。そのため、蓄電池ＳＣ１への蓄電と蓄電池ＳＣ１の放電とを行う充放電回路１３が設けられる。

集合住宅である建物Ｂ４では太陽光発電装置ＰＶを設けているから、パワーコンディショナ１１が設けられる。ただし、パワーコンディショナ１１は、太陽光発電装置ＰＶからの直流だけではなく、蓄電池ＳＣ１からの直流の電力変換にも兼用される。建物Ｂ４には各住戸Ｈに電力を分配するための分電盤１４が設けられる。

建物Ｂ４が集合住宅である場合は、需要電力に対する契約電力を、建物Ｂ４の全体で一括契約により設定している場合があり、この場合、建物Ｂ４の全体での需要電力が契約電力を越えないように、太陽光発電装置ＰＶおよび蓄電池ＳＣ１から住戸Ｈに給電する。すなわち、太陽光発電装置ＰＶが発電している間には太陽光発電装置ＰＶの電力を住戸Ｈに供給するとともに蓄電池ＳＣ１の蓄電を行う。また、建物Ｂ４の全体での需要電力を監視し、需要電力が契約電力に基づいて設定した規定値に達すると、蓄電池ＳＣ１の電力を用いて住戸Ｈに給電するのである。

ところで、地域内のいずれかの建物Ｂ３には地域内で共用される共用電源２が設けられる。共用電源２は、蓄電池ＳＣを備えるとともに、蓄電池ＳＣへの蓄電および放電を行う充放電回路２１を備える。共用電源２での受電および共用電源２からの給電は分配制御装置２２が行う。図示例では、建物Ｂ３に共用電源２を設けており、たとえば、建物Ｂ３として地域の集会所や自治会館のような建物を想定しているが、共用電源２は必ずしも建物に設けなくてもよく、共用電源２に専用の設置場所があればよい。

地域内の各建物Ｂ１〜Ｂ４には、商用電源の電力系統Ｐｎとは別に、地域電力網Ｐｄが接続される。地域電力網Ｐｄは、分配制御装置２２と各建物Ｂ１〜Ｂ４との間にそれぞれ敷設される。したがって、分配制御装置２２は、各建物Ｂ１〜Ｂ４と共用電源２との間で個別に電力の分配を行う機能を有している。なお、建物Ｂ３においては、建物Ｂ３の内部において地域電力網Ｐｄと等価な電路を設けている。

各建物Ｂ１〜Ｂ４には、それぞれ２種類の電力計（電力メータ）Ｍ１，Ｍ２が設けられている。一方の電力計Ｍ１は商用電源の電力系統Ｐｎから受電した電力量を計測し、他方の電力計Ｍ２は地域電力網Ｐｄを通して共用電源２との間で出し入れした電力量を計測する。電力計Ｍ２では、建物Ｂ１〜Ｂ４において共用電源２から受電した電力量を計測する。また、太陽光発電装置ＰＶを設けた建物Ｂ１、Ｂ４の電力計Ｍ２は、共用電源２に蓄電した電力量を計測する機能も併せ持っている。つまり、建物Ｂ１，Ｂ４の電力計Ｍ２は電力を双方向に計測する機能を有している。

これらの電力計Ｍ１，Ｍ２により計測された電力量は分配制御装置２２に通知される。すなわち、分配制御装置２２は、電力計Ｍ１，Ｍ２との間で通信を行うことにより電力量を取得する。通信路には、専用の有線通信路のほか、電力線搬送通信技術が利用可能である地域電力網Ｐｄを用いることができ、また、無線通信路を用いてもよい。

ここに、本実施形態では、地域電力網Ｐｄから商用電源の電力系統Ｐｎへの逆潮流は想定していない。また、商用電源において停電が生じたときには、電力系統Ｐｎから分離することによって、地域電力網Ｐｄの範囲内で自律運転を行うことが可能になっている。

上述の構成によって、太陽光発電装置ＰＶを備える建物Ｂ１において個々に蓄電池を設ける必要がなく、太陽光発電装置ＰＶを備える複数の建物Ｂ１において蓄電池ＳＣを共用することが可能になる。したがって、太陽光発電装置ＰＶの発電量が多く余剰電力が生じているときに蓄電し、発電量が低下したときに蓄電した電力を利用するシステムを構築するにあたって、蓄電池を個々の建物Ｂ１で用意する必要がなく、蓄電池を設ける場合の場所を削減できる上に蓄電池を共用することによって個々の住人が蓄電池を購入する場合よりもコストを軽減することが可能になる。

ただし、蓄電池ＳＣを複数の建物Ｂ１〜Ｂ４において共用しているから、各建物Ｂ１〜Ｂ４において使用した電力量を、蓄電池ＳＣを共用しない場合と等価にする必要がある。そのため、蓄電池ＳＣに蓄電した電力量と蓄電池ＳＣから利用した電力量とを電力計Ｍ２により計測し、計測した電力量を電力計Ｍ２から分配制御装置２２に通知しているのである。

分配制御装置２２は、各建物Ｂ１〜Ｂ４の電力計Ｍ２で計測した電力量を用いて、蓄電池ＳＣの利用を管理する。また、分配制御装置２２には、共用電源２を利用するすべての建物Ｂ１〜Ｂ４について、蓄電池ＳＣに蓄電した電力量と蓄電池ＳＣから利用した電力量とを計測する地域電力計Ｍ３を設けてある。地域電力計Ｍ３で計測した電力量は、送電や電力変換に伴って損失した電力量を求めるために設けてある。すなわち、理想的には個々の建物Ｂ１〜Ｂ４の電力計Ｍ２で計測した電力量の総計と地域電力計Ｍ３で計測した電力量とは等しくなるが、実際には電力量の損失分に応じた差が生じる。この差を求めることにより、共用電源２の利用時における電力の損失分を考慮することができ、各建物Ｂ１〜Ｂ４に対して共用電源２の電力を公平に分配することが可能になる。

ところで、一般に、商用電源の電気料金の単価は、３０分毎の使用電力量の平均値を需要電力として、１ヶ月間における需要電力の最大値に基づいて契約電力を設定し、契約電力に基づいて電気料金の単価を設定している。したがって、各建物Ｂ１〜Ｂ４においては、電力計Ｍ１により計測される需要電力の最大値を抑制することが望ましい。

そこで、分配制御装置２２では、電力計Ｍ１により計測される各建物Ｂ１〜Ｂ４での使用電力量を取得することにより各建物Ｂ１〜Ｂ４での需要電力を算出している（３０分毎の使用電力量を取得している場合は、使用電力量を需要電力に比例する値として用いることができる）。分配制御装置２２は、いずれかの建物Ｂ１〜Ｂ４において需要電力が規定値（契約電力よりも低く設定した適宜の電力値）に達すると、当該建物Ｂ１〜Ｂ４に対して共用電源２から電力を補助することで、需要電力が契約電力を超えるのを防止する。

共用電源２から電力の補助を受けることができるのは、太陽光発電装置ＰＶを備える建物Ｂ１，Ｂ４だけではなく、太陽光発電装置ＰＶを備えていない建物Ｂ２，Ｂ３であっても電力の補助を受けることが可能になっている。

太陽光発電装置ＰＶを備える建物Ｂ１，Ｂ４では、蓄電池ＳＣに蓄電した実績があり、かつ蓄電した電力量が残されていれば自由に使用することができる。また、蓄電した電力量に残りがない場合でも、蓄電池ＳＣに余剰の電力があれば共用電源２から電力の供給を受けることができる。一方、太陽光発電装置ＰＶを備えていない建物Ｂ２，Ｂ３においても、蓄電池ＳＣに余剰の電力があれば共用電源２から電力の供給を受けることができる。したがって、いずれかの建物Ｂ１〜Ｂ４において需要電力が規定値に達したときに共用電源２から電力の補助を受けることにより、需要電力が契約電力を超えるのを防止することが可能になる。

ところで、太陽光発電装置ＰＶを備える建物Ｂ１，Ｂ４において蓄電池ＳＣに蓄電した電気量よりも多くの電気量を利用した場合には、当該建物Ｂ１，Ｂ４において太陽光発電装置ＰＶで発電した電力に余剰が生じたときに、蓄電池ＳＣへの充電を行うことが可能である。すなわち、共用電源２から補助を受けた電力量は、電力量に余剰が生じたときに共用電源２に返却することが可能になっている。ただし、補助を受けた電力量と返却する電力量とは、適宜の期間内で相殺するように期限を設定しておくことが望ましい。このような期限は、１日、１週間、１ヶ月、１年などの単位で設定することが可能である。このような期限で返却できない場合には、電力系統Ｐｎから購入した電力を蓄電池ＳＣの蓄電に充当することによって、補助を受けた電力を返却するのが望ましい。

一方、太陽光発電装置ＰＶを備えていない建物Ｂ２，Ｂ３が共用電源２を利用した場合には、規定値よりも低く設定した復帰値まで需要電力が低下したときに、蓄電池ＳＣへの充電は、電力系統Ｐｎから購入した電力によって行う。すなわち、建物Ｂ２，Ｂ３では、共用電源２の利用により需要電力が契約電力を超えるのを防止することができ、しかも需要電力が低下したときには、商用電源から購入した電力により蓄電池ＳＣを充電することになる。この場合、電力計Ｍ１で計測される電力量は、共用電源２を用いない場合と等しくなる。したがって、建物Ｂ２，Ｂ３では、需要電力が契約電力を超えないことにより、電気料金の増加が抑制され、しかも、電気事業者には利用した電気量に見合う電気料金を支払うことになる。

商用電源から電力を購入する際の電気料金の単価に複数の段階が設定されている場合には、共用電源２を電力を利用した後に、商用電源から購入した電力を用いて共用電源２に電力を返却する際に、電気料金の単価が安い時間帯に購入した電力を用いることが可能である。電気料金の単価が安い時間帯の電力を用いると、各建物Ｂ１〜Ｂ４における電気料金の増加を抑制することになる。また、一般に、電気料金の単価が安い時間帯は、電気事業者にとっても電力需要が少ない時間帯であるから、この時間帯の電力使用量を増加させることによって、電力供給の平準化につながることになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、地域内の複数の建物Ｂ１〜Ｂ４で共用電源２を共有するから、各建物Ｂ１〜Ｂ４では必要に応じて共用電源２に蓄電された電力を利用することが可能になる。とくに、太陽光発電装置ＰＶを備えていない建物Ｂ２，Ｂ３では、蓄電池ＳＣに蓄電された電力を利用することにより、需要電力が契約電力を超えることを防止できるから、共用電源２を利用している地域全体での電気料金を抑制することが可能になる。しかも、共用電源２に蓄電した電気量および共用電源２から利用した電気量を、各建物Ｂ１〜Ｂ４ごとに電力計Ｍ２で計測するとともに分配制御装置２２で一括管理しているから、あたかも各建物Ｂ１〜Ｂ４に蓄電池ＳＣを設置しているかのように共用電源２を利用することが可能になる。その上、太陽光発電装置ＰＶを備えていない建物Ｂ２，Ｂ３では共用電源２により補助された電力量に見合う電力量を、商用電源から購入して共用電源２に返却するから、電力計Ｍ１により計測される商用電源から購入した電力量の総量は、共用電源２を用いない場合とほぼ等しくなる。

２共用電源
２２分配制御装置
Ｂ１〜Ｂ４建物
Ｍ１（第１の）電力計
Ｍ２（第２の）電力計
Ｐｄ地域電力網
Ｐｎ電力系統
ＰＶ太陽光発電装置（分散型電源）
ＳＣ蓄電池

Claims

蓄電池を備え複数の建物を含む規定の地域に敷設された地域電力網を介して各建物との間で蓄電と給電とを行う共用電源と、地域内の少なくとも一部の建物に設けられ建物に給電するとともに余剰電力を共用電源に供給する分散型電源と、各建物において商用電源から供給された電力量を計測する第１の電力計と、各建物において地域電力網を介して共用電源との間で出し入れした電力量を双方向に計測する第２の電力計と、第１の個別電力計と第２の個別電力計とにより計測された電力量に基づいて共用電源の電力を地域に分配する分配制御装置とを有し、地域電力網は、各建物においてそれぞれ商用電源の電力系統と系統連系を行い、共用電源は、各建物から地域電力網を介して受電した電力により蓄電池を蓄電するとともに、蓄電池の電力を地域電力網を介して各建物に供給する機能を有し、分配制御装置は、各建物ごとに第２の電力計により計測された共用電源に蓄電した電力量と共用電源から給電した電力量とが相殺されるように電力量を管理するとともに、いずれかの建物において第１の電力計により計測された単位期間ごとの電力量が規定値に達すると共用電源から電力を供給し、当該建物において第１の電力計により計測された単位期間ごとの電力量が規定値よりも低い値である復帰値を下回ると共用電源に電力を返却させることを特徴とする電力供給システム。
前記商用電源から電力を購入する際の電気料金の単価に複数の段階が設定されているときには、前記制御装置は、電気料金の単価ごとに前記蓄電池への蓄電と放電とを制御することを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。