JP2016073075A - 動的電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機動的に消費電力の削減が可能となる動的電力制御装置の提供。
【解決手段】交流電源と電気機器との間に介在させる動的電力制御装置であって、交流電源を受け入れる電力入力手段１０と、交流電源の実効電力を変換し得る電力変換手段２０と、実効電力が変換された電力を電気機器へ出力する電力出力手段３０と、削減すべき電力指令値Ｗ_０の情報を含む信号を受信し得る受信手段４０と、この装置における優先度Ｐを設定することができ、電力指令値Ｗ_０及び優先度Ｐからこの装置における電力削減値Ｗを算出して電力変換手段２０に伝達し得る演算手段５０とを備え、電力変換手段２０は電力入力手段１０で受け入れた交流電源の実効電力を削減値Ｗだけ減ずるよう構成されてなる、動的電力制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源と電気機器との間に介在させる動的電力制御装置に関する。

エネルギー消費節約における重要な課題として、電力消費総量の低減ばかりではなく、電力使用のピーク時における消費電力量の削減も重要である。電力消費総量の低減が仮にわずかであったとしても、ピーク時に消費電力量が削減できれば、発電施設の効率的運用などが期される。また、特殊な閉鎖環境下やブレーカー容量が小さい状況など、電力消費のピーク値が問題となる状況は少なくない。

このような背景を考慮し、本発明は、電力の供給状況や需要状況に応じて機動的に消費電力の削減が可能となる動的電力制御装置の提供を目的とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、動的電力制御装置に関する本発明を完成した。
本発明の動的電力制御装置（以下、「本発明の装置」とも記載する。）は、交流電源と電気機器との間に介在させるものであって、電力入力手段と、電力変換手段と、電力出力手段と、受信手段と、演算手段と、好ましくは送信手段とを備える。電力入力手段から交流電源を受け入れ、受け入れられた交流電源の実効電力が電力変換手段で変換される。電力制御手段において実効電力が変換された交流電力は電力入力手段から電気機器へ出力される。受信手段では、削減すべき電力指令値Ｗ_０の情報を含む信号が受信される。演算手段には、当該装置における優先度Ｐを設定することができる。さらに、演算手段では、削減すべき電力指令値Ｗ_０及び優先度Ｐから当該装置における電力削減値Ｗが算出され、その削減値Ｗが電力変換手段に伝達される。電力変換手段は、電力入力手段で受け入れた交流電源の実効電力を削減値Ｗだけ減ずるよう構成されている。

本発明の装置に接続する電気機器はインバータ機能非搭載であってもよい。

好ましくは、電力削減値Ｗは、電力指令値Ｗ_０に比例し、優先度Ｐに反比例するよう算出される。別途、好ましくは、電力変換手段において位相制御又はゼロクロスＯＮ−ＯＦＦ制御によって交流電源の実効電力が変換される。

本発明の装置に好ましく備えられる送信手段からは、電力削減値Ｗの情報を含む信号が送信される。

本発明によれば、削減すべき電力を機動的に変化させることができるので、電力使用のピークの平坦化を期待することができ、それによって、家庭・事業所等における電気料金の削減や、発電所における発電容量の削減が可能となる。インバータ機能搭載の電子機器に対しては、算出された電力の削減値を当該電子機器に通知することにより、実際の消費電力を削減することができる場合もあるが、本発明の装置によれば、電子機器がインバータ機能非搭載であっても、動的な電力削減を図ることができる。本発明の装置は、交流電源と電子機器との間に介在させればよいので、既存の電子機器や、既存の電源配置に対しても導入が手軽であり、建屋の大規模な工事や、電子機器の入れ替えを要さずに、動的電力割当のシステムを実現することができる。

本発明の装置の動作を模式的にあらわすフロー図である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明を説明する。本発明は、図示された態様に限定されるわけではない。

図１は、本発明の装置の動作を模式的にあらわすフロー図である。
本発明の装置は、交流電源と電気機器との間に介在させるものである。典型的には、交流電源のコンセントと電気機器との間に介在させる装置である。本発明の装置に、既存の電源コンセントに適合する差し込みプラグと、電気機器が有する差し込みプラグの受け入れ口を設けることにより、電源コンセント自体の工事を行うことなく、既存の電気機器と電源コンセントとの間に本発明の装置をただちに介入させて、動的電力割当を実施することができる。

動的電力割当は、削減すべき電力量を時間的に変化させて、それに応じて、実際の電力削減を実施することである。本発明の装置に繋げる電気機器は特に限定はなく、インバータ機能非搭載の電気機器であってもよい。好ましくは、電気機器はインバータ機能非搭載のヒーター搭載機器であり、具体的には、こたつ、電気カーペット、電気毛布、電気ヒーター、ドライヤー、ヘアーカールなどが挙げられる。電気機器は、ヒーター搭載機以外であっても、よく、モーターや白熱電球などが非限定的に例示される。

電力入力手段１０は、交流電源を受け入れ可能に構成されている。典型的には、交流電源用コンセント差し込みプラグとその周辺回路などが挙げられる。電力入力手段１０から交流電源が受け入れられ、後述する本発明の装置の各手段における処理に交流電力が供される。

上記受け入れられた交流電力は、電力変換手段２０に送られる。電力変換手段２０では、本発明の装置において削減すべき電力値（電力削減値Ｗ）だけ、交流電力の実効電力が減じられる。電力削減値Ｗは時々刻々と変動してよく、その詳細は後述する。電力削減値Ｗはゼロであってもよく、その場合は、電力変換手段２０において特に処理が行われなくてもよい。

交流電力の実効電力の削減手段については特に限定は無く、従来公知の電力制御方法を適宜採り入れることができる。好適には、電力変換手段２０では、位相制御又はゼロクロスＯＮ−ＯＦＦ制御によって実効電力の削減がなされる。位相制御やゼロクロスＯＮ−ＯＦＦ制御は、交流電力の導通のＯＮ−ＯＦＦを計画的に切り替えて、ＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合（デューティー比）によって実効電力を調節するものである。

位相制御は、交流電源の導通位相角を切り替えて交流電力の実効電力を減ずる制御である。位相制御によれば、電気機器へ供給する電力を連続的に制御することができるとされ、空調などといった一般発熱体に対しても、あるいは電気炉などといった温度による抵抗変化の大きい発熱体に対しても、幅広い用途の電力制御に適している。

ゼロクロス制御は、交流電力のサイクルにおけるゼロボルトのときに導通のオン−オフを切り替えて交流電力の実効電力を減じる制御である。ゼロクロス制御によれば、低ノイズが達成られるため、計装ライン近辺のヒータ制御などに適している。

電力変換手段２０においては、上記の位相制御やゼロクロス制御以外の制御技法を用いてもよい。具体的な電気回路やデバイスなどについては従来技術を適宜参照することができ、例えば、サイリスタやトライアックなどを適宜用いることができる。

電力変換手段２０で実効電力が必要に応じて減じられた交流電力は、電力出力手段３０に送られる。電力出力手段３０は、電気機器へ交流電力を出力できるように構成されている。典型的には、電力出力手段３０は、電気機器が有する差し込みプラグのための差し込み口及び好ましくはその周囲の電気回路からなる。

以下、上述した電力変換手段２０において削減すべき電力値（電力削減値Ｗ）の算出について詳述する。本発明の装置における電力削減値Ｗは、接続対象の電気機器について設定する優先度Ｐ及び時々刻々変化し得る指令電力値Ｗ_０から演算手段５０において算出されて、電力変換手段２０に伝達される。

本発明の装置は、指令電力値Ｗ_０を受信することができる受信手段４０を有する。指令電力値Ｗ_０は、本発明の装置とは別個独立の機器（以下、「マスター器」とよぶ。）が設定して送出する。例えば、家庭用の省電力システムであれば、１つ又は少数のマスター器を配置して、そこから、削減すべき指令電力値Ｗ_０が送出され、家庭内に１つ又は複数ある本発明の装置やその他の装置が指令電力値Ｗ_０を受信して、各々の装置において電力が削減されて、家庭全体としての電力削減が達成される。

このとき、電気機器によっては、電力の変動が許されない又は好ましくないなどの理由で、電力削減に貢献しにくいものもある。よって、電気機器ごとに「優先度Ｐ」を定義して、削減すべき指令電力値Ｗ_０に対して、実際に、当該電気機器で削減する電力値を個々に算出することができる。このようにして、電力が削減された結果、十分な電力削減が達せられれば、削減すべき指令電力値Ｗ_０が減じられ、つまり、電力削減要求が少なくなり、個々の電気機器での電力消費の削減が緩和される。逆に、実際の電力削減が少なければ、マスター器から発出される指令電力値Ｗ_０がさらに大きくなり、それぞれの電気機器の優先度Ｐに応じて、電力削減がさらに強化される。

本発明の装置では、受信手段４０においてマスター器からの指令電力値Ｗ_０を受信する。受信は有線であってもよいし、無線であってもよい。指令電力値Ｗ_０は時々刻々変動することが想定されているから、受信手段４０はリアルタイムで受信可能であるように構成されることが好ましい。受信された指令電力値Ｗ_０は演算手段５０に伝達される。本発明の装置では、優先度Ｐが設定される。優先度Ｐは、工場出荷時に設定されていてもよいし、ユーザが適宜調節できるように設定されていてもよい。優先度Ｐは、演算手段５０に保持されるか、あるいは、演算手段５０に伝達される。

演算手段では、指令電力値Ｗ_０と優先度Ｐとから、本発明の装置における電力削減値Ｗを算出して、上述した電力変換手段２０に伝達する。好適には、電力削減値Ｗは、指令電力値Ｗ_０に比例し、優先度Ｐに反比例する。例えば、ある家庭に本発明の装置とそれに接続される電気機器が２つ存在し、片方の電気機器の優先度が２、他方の優先度が５にそれぞれ設定された場合を想定する。ある時間に、マスター器から「電力を１００Ｗ削減せよ」という信号が発せられたとすると、指令電力値Ｗ_０は１００Ｗである。本発明の装置の演算手段５０における演算規則がＷ＝Ｗ_０／Ｐであるとすると、片方の装置（優先度Ｐ＝２）では「１００Ｗ／２」つまり５０Ｗ（削減値Ｗ）の電力が電力変換手段２０にて減じられ、他方の装置（優先度Ｐ＝５）では「１００Ｗ／５」つまり２０Ｗ（削減値Ｗ）の電力が電力変換手段２０にて減じられる。このように、一つの電力削減指令（指令電力値Ｗ_０）に対して、優先度Ｐの値が大きいほど、実際の電力削減値Ｗは小さくなる。前記例では、２つの電気機器にて合計７０Ｗの電力が削減されている。電力削減の程度が不足していれば、一定時間後に、マスター器から発出される指令電力値Ｗ_０の値が変更され（例えばＷ_０＝３０Ｗ）、その指令電力値Ｗ_０の変化に応じて、それぞれの本発明の装置における演算手段５０で算出される電力値Ｗ_０も大きくなる。上記例では、指令電力値Ｗ_０が３０Ｗになれば、片方の装置（優先度Ｐ＝２）では削減値Ｗは１５Ｗになり、他方の装置(優先度Ｐ＝５）では削減値Ｗは６Ｗになり、合計の電力削減量は２１Ｗになる。この例では、２回のマスター器からの指令で１００Ｗの電力削減値に対して７０Ｗ＋２１Ｗ＝９１Ｗとなり、削減量はほぼ満足な状態に近づく。このようにして、時々刻々と変化する指令電力値Ｗ_０に応じて、本発明の装置での電力削減値Ｗもまた動的に変動させることができる。

本発明の装置では、マスター器との信号のやり取りは双方向であってもよく、例えば、本発明の装置の演算手段５０で算出された、本発明の装置での電力削減値Ｗをマスター器にフィードバックさせることもできる。この場合、本発明の装置には、電力削減値Ｗをマスター器に向けて送信し得る送信手段６０が好ましく設けられる。送信手段６０は、無線を利用してもよいし、有線を利用してもよい。

演算手段５０における実際の演算回路や、指令電力値Ｗ_０や電力削減値Ｗの伝達手法などについては、演算器についての従来技術や信号送受信についての従来技術などを適宜参照することができる。

本発明によれば、既存の建設設備の大きな改造を要さず、また、既に数多く使用されているインバータ機能非搭載の電気機器に対しても用いることができ、動的電力制御に組み込むことができる電気機器の数量を著しく増大させることとなり、結果として大きな電力削減が期待される。

１０ 電力入力手段 ２０ 電力変換手段 ３０ 電力出力手段
４０ 受信手段 ５０ 演算手段 ６０ 送信手段

Claims (5)

1. 交流電源と電気機器との間に介在させる動的電力制御装置であって、
   交流電源を受け入れる電力入力手段と、
   上記交流電源の実効電力を変換し得る電力変換手段と、
   電力制御手段において実効電力が変換された電力を電気機器へ出力する電力出力手段と、
   削減すべき電力指令値Ｗ_０の情報を含む信号を受信し得る受信手段と、
   当該装置における優先度Ｐを設定することができ、上記指令値Ｗ_０及び優先度Ｐから当該装置における電力削減値Ｗを算出して前記削減値Ｗを上記電力変換手段に伝達し得る演算手段と、を備え
   電力変換手段は電力入力手段で受け入れた交流電源の実効電力を削減値Ｗだけ減ずるよう構成されてなる、
   動的電力制御装置。
2. 電気機器がインバータ機能非搭載である請求項１記載の動的電力制御装置。
3. 電力削減値Ｗが、電力指令値Ｗ_０に比例し、優先度Ｐに反比例するよう算出される請求項１又は２記載の動的電力制御装置。
4. 電力変換手段において位相制御又はゼロクロス制御によって交流電源の実効電力が変換される請求項１〜３のいずれか１項記載の動的電力制御装置。
5. 当該装置における電力削減値Ｗの情報を含む信号を送信し得る送信手段をさらに備える請求項１〜４のいずれか１項記載の動的電力制御装置。

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