JP2017169309A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】分散電源で発生させた電力を自己設備内で効率よく消費することができ、しかも自己設備内の負荷に大きい負荷変動があっても安定した給電を行なうことができる電力供給システムを提供する。【解決手段】分散電源と系統電源から複数の負荷３に対して電力を供給する電力供給システムである。各負荷３の使用電力を計測する負荷計測手段１７と、各負荷３への給電元を分散電源と系統電源との間で切替える切替手段１１と、計測された使用電力の合計が分散電源の能力によって定められる設定値以下となる負荷３を選択し、該負荷が分散電源に接続されるように切替手段１１を制御する制御手段１３とを備える。制御手段１３は、使用電力の高い負荷３を優先して分散電源に接続する。【選択図】図２

Description

本発明は、分散電源と系統電源（商用電源）とを併用し、複数の負荷に対して電力供給を行なう電力供給システムに関するものである。

近年、太陽光発電装置に代表される分散電源が家庭や工場等に普及しつつあり、特許文献１に示されるように、分散電源で発電された電力を系統電源側に逆潮流させ、電力会社に売電することが行なわれている。

ところが最近になって、電力会社が電力の買い取り価格を順次引き下げたり、買電制限を設けたりしているため、今後は分散電源で発生させた電力を売電するよりも、家庭や工場等の自己設備内で効率よく消費することが求められる。

しかし自己設備内においても当然ながら大きい負荷変動がある。従来のシステムは売電を中心として開発されたものが多く、分散電源と系統電源とを併用しつつ、分散電源で発生させた電力を大きい負荷変動がある自己設備内で効率よく消費することを目的としたシステムはほとんど知られていない。

特開２０１５−６０８１号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、分散電源と系統電源とを併用しつつ、分散電源で発生させた電力を自己設備内で効率よく消費することができ、しかも自己設備内の負荷が大きく負荷した場合にも、負荷に対して安定した給電を行なうことができる電力供給システムを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、分散電源と系統電源から複数の負荷に対して電力を供給する電力供給システムであって、各負荷の使用電力を計測する負荷計測手段と、各負荷への給電元を分散電源と系統電源との間で切替える切替手段と、前記負荷計測手段により計測された使用電力の合計が設定値以下となる負荷を選択し、前記負荷計測手段により計測された使用電力の合計が設定値以下となる少なくとも一つの負荷を選択し、該負荷が分散電源に接続されるように前記切替手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御手段は、使用電力の高い負荷を優先して分散電源に接続することを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記制御手段は、分散電源に接続された複数負荷の使用電力が前記設定値を超えたとき、少なくとも一つの負荷の接続を分散電源から系統電源に切替えるように前記切替手段を制御することを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１または２の発明において、前記制御手段は、分散電源に接続された一つの負荷の使用電力が第１閾値を超えたとき、他の負荷への分散電源の接続を禁止することを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１または２の発明において、前記制御手段は、分散電源に接続された一つの負荷の使用電力が第２閾値を超えたとき、当該負荷の接続を分散電源から系統電源に切替えることを特徴とするものである。

本発明の電力供給システムによれば、自己設備内で負荷変動がある場合にも、負荷ごとにその使用電力に応じて給電元を分散電源と系統電源との間で適切に切替え、効率的に、かつ安定的に負荷への給電を行なうことができる。

本発明の実施形態を示す給電系統図である。 切替盤の回路構成図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態を示す給電系統図であり、１は配電系統などの商用電源供給源、２はこの商用電源供給源１から商用電源が供給される自己設備である。自己設備２は一般家庭や工場などであり、複数の負荷３を備えている。図１では説明を簡略化するために、負荷３として３台の空調機のみが図示されているが、実際にはその他多数の負荷３が接続されていることはいうまでもない。また主要な負荷が空調機である必要もない。

４は自己設備２に分散電源を供給する分散電源発生源であり、この実施形態では太陽電池モジュールである。太陽電池モジュールで発電された直流の分散電力は、公知の最大電力点追従装置（ＭＰＰＴ）５、集電箱６を通り、ＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵した電圧調整盤７において電圧を一定に調整されたうえで、切替盤８に送られる。切替盤８の構成については後述する。

９は蓄電池を内蔵する蓄電池盤、１０はこの蓄電池の充放電を制御する充放電制御盤である。蓄電池の種類は特に限定されるものではなく、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ＮａＳ電池など、様々なものを用いることができる。分散電源発生源４で発電された電力は集電箱６で集電され、充放電制御盤１０を経由して蓄電池盤９内の蓄電池に充電される。分散電源発生源４で発電された電力によりこの蓄電池に一定容量の電力が充電された後に、電圧調整盤７、切替盤８を通じて負荷３への給電が行われる。これにより、太陽電池モジュール等の分散電源発生源４の発電量が天候や時刻などによって変動しても、常に一定の出力が可能となっている。

次に図２により、本発明の要部である切替盤８の構成及び機能を説明する。
図２に示すように、切替盤８の内部には切替手段１１が設けられている。切替手段１１は各負荷３に対応する切替開閉器を備えており、その可動接触子１２の位置を制御手段１３により制御して切替えを行なう。この切替開閉器は、直流電源を切替える能力を持つ直流用の切替開閉器である。

図２中に示す切替開閉器の接点Ａは、電圧調整盤７で電圧調整された分散電源に接続されている。接点Ｂは負荷３に内蔵されているＡＣ／ＤＣコンバータ１４の二次側に接続されている。図示のようにＡＣ／ＤＣコンバータ１４の一次側には系統電源が接続されているので、接点Ｂは直流に変換された系統電源に接続されていることとなる。また接点Ｃは負荷３に内蔵されたＤＣ／ＡＣコンバータ１５に接続されている。

上記の構成により、可動接触子１２が接点Ａに接触した状態では、分散電源が接点Ｃを通ってＤＣ／ＡＣコンバータ１５に入力され、ここで交流に変換されて負荷３のモータ１６を駆動する。また可動接触子１２が接点Ｂに接触した状態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４により直流に変換された系統電源が接点Ｃを通ってＤＣ／ＡＣコンバータ１５に入力され、再び交流に変換されて負荷３のモータ１６を駆動する。

このように、この実施形態では系統電源を一度直流に変換したうえでＤＣ／ＡＣコンバータ１５によって再び交流に変換しているが、これは実施形態のＤＣ／ＡＣコンバータ１５がインバータであって、周波数を変えることによって空調機のモータ１６の回転数を制御しているためである。負荷３が直流で駆動される直流モータや照明器具等であれば、もちろんＤＣ／ＡＣコンバータ１５は不要である。しかし本発明では切替手段１１は直流のみを切替えるので、系統電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１４は必須である。ただしＡＣ／ＤＣコンバータ１４は必ずしも負荷３内に設ける必要はなく、負荷３の外部に配置しても差し支えない。

この実施形態では、接点ＣとＤＣ／ＡＣコンバータ１５との間に、各負荷３の使用電力を計測する負荷計測手段１７がそれぞれ設けられている。電圧が一定であれば負荷計測手段１７としてはＣＴ等の電流計測手段を使用すればよいが、電圧が変動する場合には、電圧計測手段を併用する。各負荷計測手段１７によって計測された各負荷３の使用電力は、制御手段１３に入力される。

次に、制御手段１３による切替手段１１の制御について説明する。なお説明を簡略化するため、電圧は一定であって各負荷３の使用電力は使用電流に比例するものとし、使用電力を単に使用電流で表記することとする。

先ず制御手段１３は、分散電源から複数の負荷に給電する場合における分散電源の能力に基づいて、設定値を定めている。制御手段１３は、負荷計測手段１７により計測された使用電力の合計がこの設定値以下となるように負荷３を選択し、それらの負荷３が分散電源に接続されるように切替手段１１を制御する。この場合、制御手段１３は使用電力の高い負荷３を優先して分散電源に接続する。この実施形態では、設定値を２２Ａとしている。なお、設定値は分散電源の他の装置の能力、例えば切替盤８に内蔵した切替開閉器の能力に基づいて定めてもよい。

例えば第１負荷の使用電力が１０Ａ、第２負荷の使用電力が８Ａ、第１負荷の使用電力が５Ａであるとすると、制御手段１３は使用電力の高い第１負荷と第２負荷とを分散電源に接続する。しかしさらに第３負荷を分散電源に接続すると前記の設定値である２２Ａを超えてしまうため、第３負荷は分散電源に接続せず、系統電源から電力を供給する。

各負荷３の使用電力は変動するため、上記の切り替えはその変動に応じて行なうものとする。例えば第１負荷の使用電力が８Ａまで低下すれば、第３負荷を分散電源に接続することができる。また系統電源への切替えを行なった後は所定時間（例えば５秒）内にその負荷３の使用電力を再評価し、分散電源への再接続の可否を判断することが好ましい。

なお、複数の負荷３について切替えを行なう場合には、一定時間（例えば３秒）を置いて切替え、電源投入のタイミングをずらすようにすることが好ましい。

本実施形態では上記設定値のほかに、制御手段１３は分散電源から給電される負荷３の使用電力に関して、第１閾値と第２閾値を設定している。第１閾値は例えば１１Ａであり、一つの負荷３の使用電力がこの第１閾値を超えたときには、前記設定値（２２Ａ）までに余裕があっても、他の負荷３を分散電源に接続しないようにしている。複数の負荷が分散電源に接続された状態で、使用電力の変動によって、第１負荷の使用電力がこの第１閾値を越えた場合であっても、使用電力の合計が前記設定値を超えるまで、電源の切替えを行わない。この第１閾値は、電源を切替えた際に発生する突入電流による電圧変動の抑制限界に基づいて定められるもので、過大な電圧変動によって太陽電池モジュール４と蓄電池９との間に設けられる充放電制御盤１０の充電制御器（図示しない）が故障してしまうことを回避するためである。具体的な第１閾値の値は、この充電制御器の能力により決定される。

例えば、分散電源から給電している第１負荷の使用電力が１２Ａ、第２負荷の使用電力が９Ａであれば、使用電力の合計が前記した設定値である２２Ａ未満であるため問題はない。しかし第１負荷の使用電力が増加して例えば１５Ａに達した場合には、使用電力の合計が設定値を超えるため、使用電力が小さい第２負荷を系統電源に切替える。このとき使用電力が１５Ａである第１負荷を切替えると、第１閾値を超える電流の切り替えを行なうこととなるから、過大な突入電流が発生する可能性があるので好ましくない。

また第２閾値は例えば２９Ａであり、分散電源に単独で接続された負荷（他の負荷は商用電源供給源１に接続）の使用電力がこの第２閾値を超えたとき、当該負荷の接続を分散電源から系統電源に切替える。この値は電圧調整盤７の容量によって決定される。単一の負荷のみが分散電源に接続されており、切替を行なわない状態において徐々にその使用電力が増加して前記の設定値である２２Ａを超えても差し支えない。しかし第２閾値を超えると電圧調整盤７の容量を超えることとなるため、系統電源に切替える。

以上に説明したように、本発明の電力供給システムは分散電源を優先的に負荷３に接続するようにしたものであるから、分散電源の電力を自己設備２内において効率的に活用することができる。また、負荷３の使用電力が分散電源の能力を超えたときには一部の負荷３を系統電源に接続するため、安定的に各負荷３への給電を行なうことができる。

なお、分散電源発生源が太陽電池モジュールである場合には、日の出直後は発電量が低く、次第に発電量が増加して行く。充放電制御盤１０が分散電源から負荷への給電可能と判断した後、使用電力が一定値（例えば１Ａ×電圧）に達した負荷より、分散電源への切替えを行なうことが好ましい。給電量が微小の場合には、電圧調整盤７に内蔵されるＤＣ／ＤＣコンバータの自己消費が給電量を上回るため、分散電源を使用する効果が少ないためである。

１ 商用電源供給源
２ 自己設備
３ 負荷
４ 分散電源発生源
５ 最大電力点追従装置（MPPT）
６ 集電箱
７ 電圧調整盤
８ 切替盤
９ 蓄電池盤
１０ 充放電制御盤
１１ 切替手段
１２ 可動接触子
１３ 制御手段
１４ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１６ モータ
１７ 負荷計測手段

Claims (5)

1. 分散電源と系統電源から複数の負荷に対して電力を供給する電力供給システムであって、
   各負荷の使用電力を計測する負荷計測手段と、
   各負荷への給電元を分散電源と系統電源との間で切替える切替手段と、
   前記負荷計測手段により計測された使用電力の合計が設定値以下となる少なくとも一つの負荷を選択し、該負荷が分散電源に接続されるように前記切替手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電力供給システム。
2. 前記制御手段は、使用電力の高い負荷を優先して分散電源に接続することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記制御手段は、分散電源に接続された複数負荷の使用電力が前記設定値を超えたとき、少なくとも一つの負荷の接続を分散電源から系統電源に切替えるように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給システム。
4. 前記制御手段は、分散電源に接続された一つの負荷の使用電力が第１閾値を超えたとき、他の負荷への分散電源の接続を禁止することを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給システム。
5. 前記制御手段は、分散電源に単独で接続された負荷の使用電力が設定値より高い第２閾値を超えたとき、当該負荷の接続を分散電源から系統電源に切替えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給システム。