JP2021121151A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置間の通信信号線を追加することなく、発電システムの構成を簡易にする技術を提供する。【解決手段】発電システム１０００におけるパワーコンディショナ７００は、発電装置６００に対して電力線により接続される。計測制御部２０２は、パワーコンディショナに対して電力線により接続される。発電装置は、直流電力を発電し、パワーコンディショナは、直流電力を交流電力に変換する。計測制御部は、パワーコンディショナと電力線通信により通信する。【選択図】図２

Description

本開示は、電力を制御する発電システムに関する。

太陽光発電システムにおいて、余剰電力が商用電力線に逆潮流させ電力会社に売電される。一方、逆潮流による電力系統の電圧変動を抑制するために、太陽光発電システムから電力会社への逆潮流が回避される。例えば、太陽電池の発電電力を制御するパワーコンデショナには、当該パワーコンデショナの出力を制御する発電制御装置が接続され、発電制御装置は、消費電力の計測値と発電電力の計測値とをもとに、出力指令値を算出してパワーコンディショナに出力する（例えば、特許文献１参照）。

特許第６３６４５６７号公報

工場、大型商業施設、病院、オフィスビル、ホテル、店舗などの受電容量が５０ｋＶＡ以上４０００ｋＶＡ以下の小中規模施設には、キュービクル式高圧受電設備（以下、「キュービクル」という）が設置されることがある。キュービクルは、高圧で受電するための機器一式を金属製の外箱に収めた変電設備であり、６６００Ｖで受電した高圧電力を１００Ｖまたは２００Ｖに変圧して施設に供給する。キュービクルには、売買電電力を計測し、売買電電力をもとにパワーコンディショナの出力を制御する計測制御装置が設けられる。計測制御装置は、出力指令値をパワーコンディショナに送信する。このような出力指令値の送信のために、計測制御装置とパワーコンディショナとの間を信号線で接続する必要がある。

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、発電システムの構成を簡易にする技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示のある態様の発電システムは、発電装置と、発電装置に対して電力線により接続されるパワーコンディショナと、パワーコンディショナに対して電力線により接続される計測制御装置とを備える。発電装置は、直流電力を発電し、パワーコンディショナは、直流電力を交流電力に変換し、計測制御装置は、パワーコンディショナと電力線通信により通信する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、またはコンピュータプログラムを記録した記録媒体などの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示によれば、発電システムの構成を簡易にできる。

実施例の比較対象となる発電システムの構成を示す図である。 実施例に係る発電システムの構成を示す図である。 図２の発電システムによる処理手順を示すシーケンス図である。

本開示の実施例を具体的に説明する前に、本実施例の概要を説明する。実施例は、太陽電池システム等の発電システムに関する。小中規模施設には、電力系統から高圧電力が供給され、キュービクルにより高圧電力を変圧する。変圧された電力は、小中規模施設内の分電盤を介して負荷機器に供給される。一方、小中規模施設に発電システムが導入される場合、太陽電池等の発電装置はパワーコンディショナに接続され、パワーコンディショナは分電盤に接続される。パワーコンディショナは、例えば、発電装置において発電された直流電力を交流電力に変換して分電盤に出力する。このような発電システムでは、発電装置において発電された電力がパワーコンディショナ、分電盤、キュービクルを介して電力系統に逆潮流されることによって、売電がなされる。その際、キュービクル内に設けられた計測制御装置は、売買電の電力を計測して、目標とする売買電の電力（以下、「目標値」という）に近づくように、発電電力を調節するための指令を生成し、指令をパワーコンディショナに出力する。

計測制御装置がパワーコンディショナに指令を出力するために、計測制御装置とパワーコンディショナとの間で通信が実行される。通信として無線通信と有線通信とが使用可能であるが、通信品質を考慮すると無線通信よりも有線通信の方が好ましい。しかしながら、有線通信の場合、計測制御装置とパワーコンディショナとの間を通信線で接続する必要があり、設置あるいはメンテナンスの際に手間となる。さらに、パワーコンディショナに表示装置を接続して、表示装置に、発電した電力量、売電した電力量、買電した電力量を表示する場合、計測制御装置あるいはパワーコンディショナは表示装置を接続する必要があり、このような接続によって通信線の数も増加する。そのため、発電システムの構成を簡易にすることが求められる。

本実施例における発電システムでは、計測装置、パワーコンディショナ、表示装置間の通信に電力線通信を使用する。前述のごとく、パワーコンディショナ、キュービクルは、分電盤を介して電力線により接続される。また、表示装置は、電力の供給を受けるために分電盤に接続される。そのため、計測装置、パワーコンディショナ、表示装置は、電力線により接続される。電力線通信を使用することにより、これらの間において新たな通信線の接続が不要になり、発電システムの構成が簡易にされる。

図１は、比較対象となる発電システム１の構成を示す。発電システム１は、電力系統１０、キュービクル２０、電力量計３０、分電盤４０、負荷機器５０、発電装置６０、パワーコンディショナ７０、通信線８０を含む。キュービクル２０は、計測制御部２２を含み、パワーコンディショナ７０は、入力部７４、変換部７２を含む。発電システム１は、前述のごとく、受電容量が５０ｋＶＡ以上４０００ｋＶＡ以下の小中規模施設に設けられる。小中規模施設の一例は、工場、大型商業施設、病院、オフィスビル、ホテル、店舗などである。

電力系統１０は電力会社等によって提供される。ここでは、６６００Ｖの高圧電力が提供される場合を想定する。キュービクル２０は、前述のごとく、変電機能を有し、６６００Ｖでの高圧電力と、１００Ｖまたは２００Ｖの電力との間の変圧を実行する。分電盤４０は、キュービクル２０に接続され、キュービクル２０を介して電力系統１０に接続される。また、分電盤４０は、負荷機器５０を接続し、負荷機器５０に電力を供給する。負荷機器５０は分電盤４０から供給される電力を消費する機器である。負荷機器５０は、空調機器（エアコン）、テレビジョン受信装置（テレビ）、照明装置、冷蔵庫等の機器を含む。ここでは、分電盤４０に１つの負荷機器５０が接続されているが、分電盤４０に複数の負荷機器５０が接続されてもよい。

電力量計３０は、キュービクル２０に接続されたデジタル式の電力量計であり、例えばスマートメータである。電力量計３０は、電力系統１０から入ってくる順潮流の電力、あるいは電力系統１０へ出て行く逆潮流の電力とを計測可能である。前者が買電電力あるいは順潮流電力に相当し、後者が売電電力あるいは逆潮流電力に相当する。電力量計３０は、小売電気事業者によって確認されるために小中規模施設に設置される。

発電装置６０は、例えば太陽電池であり、再生可能エネルギー発電装置である。発電装置６０は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換する。太陽電池として、シリコン太陽電池、化合物半導体などを素材にした太陽電池、色素増感型（有機太陽電池）等が使用される。再生可能エネルギーである太陽光の強さは天候および時刻とともに変動するので、発電装置６０において発電される電力も変動する。発電装置６０は、発電した直流電力をパワーコンディショナ７０に出力する。

パワーコンディショナ７０の変換部７２は、ＤＣ−ＤＣコンバータおよびＤＣ−ＡＣインバータの機能を有し、発電装置６０から出力される直流電力を、所望の電圧値の直流電力に変換し、変換した直流電力を交流電力に変換する。変換部７２は、変換した交流電力を分電盤４０に出力する。発電装置６０において発電した電力を売電する場合、分電盤４０は、変換部７２からの交流電力をキュービクル２０を介して電力系統１０に出力する。また、分電盤４０は、変換部７２からの交流電力を負荷機器５０に供給することもある。

キュービクル２０の計測制御部２２は、電力系統１０から入ってくる順潮流の電力、あるいは電力系統１０へ出て行く逆潮流の電力とを計測可能であり、計測結果をもとに変換部７２での変換を制御するための指令（以下、「出力指令値」という）を生成する。例えば、計測制御部２２は、順潮流の電力あるいは逆潮流の電力が目標値から離れている場合に目標値に近づくように、変換部７２から出力される交流電力を大きくしたり小さくしたりするような出力指令値を生成する。このような計測制御部２２における制御には公知の技術が使用されればよい。計測制御部２２は、通信機能を有するとともに、通信線８０を介してパワーコンディショナ７０に接続される。そのため、計測制御部２２は、通信線８０を介してパワーコンディショナ７０に出力指令値を送信する。

パワーコンディショナ７０の入力部７４は、計測制御部２２と共通の通信機能を有するとともに、通信線８０を介してキュービクル２０に接続される。入力部７４は、通信線８０を介してキュービクル２０から出力指令値を受信する。変換部７２は、入力部７４において受信した出力指令値の内容にしたがって、交流電力の出力を制御する。

発電システム１が自家消費のみを前提とする場合、電力の逆潮流を防止するために、キュービクル２０に逆潮流継電器（ＲＰＲ）が設けられてもよい。ＲＰＲは、分電盤４０から電力系統１０に向かう方向、つまり逆潮流の交流電力を検出した際に動作する継電器である。ＲＰＲは、例えば、逆潮流の電流が流れた場合に、接点信号を遮断器に送信して電路を開放する。このように、ＲＰＲは、電力系統１０への逆潮流が発生した瞬間に動作することによって、逆潮流発生の瞬間に発電装置６０、パワーコンディショナ７０からの送電を停止し、電力系統１０への逆潮流を防止する。

図２は、発電システム１０００の構成を示す。発電システム１０００は、電力系統１００、キュービクル２００、電力量計３００、分電盤４００、負荷機器５００、表示装置５２０、ルータ５４０、ネットワーク５６０、制御装置５８０、発電装置６００、パワーコンディショナ７００を含む。キュービクル２００は、計測制御部２０２、通信部２０６を含み、表示装置５２０は、通信部５２２を含み、ルータ５４０は、通信部５４２を含み、パワーコンディショナ７００は、変換部７０２、通信部７０４を含む。発電システム１０００は、前述の発電システム１と同様に、受電容量が５０ｋＶＡ以上４０００ｋＶＡ以下の小中規模施設に設けられる。

電力系統１００は、前述の電力系統１０と同様に、電力系統１０は電力会社等によって提供される６６００Ｖの高圧電力である。キュービクル２００は、前述のごとく、変電機能を有し、６６００Ｖの高圧電力と、１００Ｖまたは２００Ｖの電力との間の変圧を実行する。キュービクル２００にＲＰＲが備えられてもよい。分電盤４００は、キュービクル２００に接続され、キュービクル２００を介して電力系統１００に接続される。また、分電盤４００は、負荷機器５００、表示装置５２０、ルータ５４０を接続し、負荷機器５００、表示装置５２０、ルータ５４０に電力を供給する。負荷機器５００は、前述の負荷機器５０と同一である。表示装置５２０、ルータ５４０については後述する。

電力量計３００は、前述の電力量計３０と同一であり、電力量計３００に接続される。発電装置６００は、前述の発電装置６０と同一であり、例えば太陽電池のような再生可能エネルギー発電装置である。発電装置６００は、発電した直流電力をパワーコンディショナ７００に出力する。パワーコンディショナ７００は、発電装置６００と分電盤４００との間に配置される。変換部７０２は、ＤＣ−ＤＣコンバータおよびＤＣ−ＡＣインバータの機能を有し、発電装置６００から出力される直流電力を、所望の電圧値の直流電力に変換し、変換した直流電力を交流電力に変換する。変換部７０２は、変換した交流電力を分電盤４００に出力する。分電盤４００は、変換部７０２からの交流電力を、キュービクル２００を介して電力系統１００に逆潮流したり、負荷機器５００、表示装置５２０、ルータ５４０に供給したりする。

ここで、発電装置６００とパワーコンディショナ７００の間、パワーコンディショナ７００と分電盤４００との間、分電盤４００とキュービクル２００との間、キュービクル２００と電力系統１００との間のそれぞれは電力線により接続される。また、分電盤４００と負荷機器５００との間、分電盤４００と表示装置５２０との間、分電盤４００とルータ５４０との間のそれぞれも電力線により接続される。

キュービクル２００の計測制御部２０２は、前述の計測制御部２２と同様に、計測結果をもとにパワーコンディショナ７００における変換を制御するための指示信号として出力指令値を生成する。計測制御部２０２は、出力指令値を通信部２０６に出力する。通信部２０６は、電力線通信を実行可能である。電力線通信は、電力線を通信回線としても利用する技術であり、電力線搬送通信、電灯線通信とも呼ばれる。電力線通信の詳細な説明は省略するが、例えば、ＨＤ−ＰＬＣ（登録商標）が使用される。通信部２０６は、分電盤４００を介してパワーコンディショナ７００に電力線通信により出力指令値を送信する。

パワーコンディショナ７００の通信部７０４は、通信部２０６に対応した電力線通信を実行可能である。通信部７０４は、分電盤４００を介してキュービクル２００から電力線通信により出力指令値を受信する。変換部７２は、通信部７０４において受信した出力指令値の内容にしたがって、交流電力の出力を制御する。

キュービクル２００の通信部２０６は、分電盤４００を介して表示装置５２０に電力線通信により、計測結果、例えば、順潮流の電力あるいは逆潮流の電力を送信する。表示装置５２０の通信部５２２も、通信部２０６に対応した電力線通信を実行可能である。通信部５２２は、分電盤４００を介してキュービクル２００から電力線通信により、計測結果を受信する。表示装置５２０は、計測結果である順潮流の電力あるいは逆潮流の電力を表示する。表示装置５２０において表示される情報はこれに限定されない。

制御装置５８０は、例えば、デマンドレスポンス（ＤＲ）システムにおいて電力供給側となる電力会社あるいはアグリゲータのサーバである。また、制御装置５８０は、ＶＰＰ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ）におけるＶＰＰ事業者のサーバであってもよい。制御装置５８０は、例えば、発電システム１０００から逆潮流すべき電力が示された要求信号を生成する。制御装置５８０は、ネットワーク５６０を介してルータ５４０に接続され、ルータ５４０に要求信号を送信する。ルータ５４０の通信部５４２は、通信部２０６に対応した電力線通信を実行可能である。通信部５４２は、制御装置５８０から受信した要求信号を分電盤４０を介してキュービクル２００に電力線通信により送信する。通信部５４２は、分電盤４０を介してパワーコンディショナ７００に電力線通信により信号を送信してもよい。

キュービクル２００の通信部２０６は、分電盤４００を介してルータ５４０から電力線通信により要求信号を受信する。計測制御部２０２は、通信部２０６において受信した要求信号をもとに出力指令値を生成する。通信部２０６は、分電盤４００を介してパワーコンディショナ７００に電力線通信により出力指令値を送信する。これに続く処理はこれまでと同様である。

本開示における装置、システム、または方法の主体は、コンピュータを備えている。このコンピュータがプログラムを実行することによって、本開示における装置、システム、または方法の主体の機能が実現される。コンピュータは、プログラムにしたがって動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む１つまたは複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なＲＯＭ、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。

以上の構成による発電システム１０００の動作を説明する。図３は、発電システム１０００による処理手順を示すシーケンス図である。キュービクル２００は、電力を計測する（Ｓ１０）。キュービクル２００は、出力指令値を算出する（Ｓ１２）。キュービクル２００は、電力線通信により出力指令値をパワーコンディショナ７００に送信する（Ｓ１２）。パワーコンディショナ７００は、出力指令値にしたがって交流電力の出力を制御する（Ｓ１６）

本実施例によれば、計測制御部２０２は、出力指令値を電力線通信によりパワーコンディショナ７００に送信するので、計測制御部２０２とパワーコンディショナ７００とを接続するための通信線を不要にでる。また、計測制御部２０２とパワーコンディショナ７００とを接続するための通信線が不要になるので、発電システム１０００の構成を簡易にできる。また、発電システム１０００において、機器間の配線の数が減少するので、施工時間を短縮できる。また、施工時間が短縮されるので、システムコストを低減できる。また、通信線を接続する必要がなくなるので、施工を容易にできる。また、ルータ５４０は、計測制御部２０２とパワーコンディショナ７００のうちの少なくとも１つと電力線通信により通信するので、発電システム１０００の構成を簡易にできる。また、表示装置５２０は、計測制御部２０２と電力線通信により通信するので、発電システム１０００の構成を簡易にできる。

本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の発電システム（１０００）は、発電装置（６００）と、発電装置（６００）に対して電力線により接続されるパワーコンディショナ（７００）と、パワーコンディショナ（７００）に対して電力線により接続される計測制御装置（２０２）とを備える。発電装置（６００）は、直流電力を発電し、パワーコンディショナ（７００）は、直流電力を交流電力に変換し、計測制御装置（２０２）は、パワーコンディショナ（７００）と電力線通信により通信する。

計測制御装置（２０２）は、計測結果をもとに、パワーコンディショナ（７００）における変換を制御するための指示信号を生成し、指示信号を電力線通信によりパワーコンディショナ（７００）に送信してもよい。

パワーコンディショナは、発電電力データを生成し、発電電力データを電力線通信により、計測制御装置（２０２）に送信してもよい。

ルータ（５４０）をさらに備えてもよい。ルータ（５４０）は、計測制御装置（２０２）とパワーコンディショナ（７００）のうちの少なくとも１つと電力線通信により通信してもよい。

表示装置（５２０）をさらに備えてもよい。表示装置（５２０）は、計測制御装置（２０２）とパワーコンディショナ（７００）のうち少なくとも１つと電力線通信により通信してもよい。

以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施例における発電システム１０００には、１つのパワーコンディショナ７００が含まれる。しかしながらこれに限らず例えば、発電システム１０００に複数のパワーコンディショナ７００が含まれてもよい。また、発電システム１０００には、１つの計測制御部２０２が含まれる。しかしながらこれに限らず例えば、発電システム１０００に複数の計測制御部２０２が含まれてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

本実施例における発電システム１０００では、キュービクル２００に計測制御部２０２と通信部２０６とが含まれている。しかしながらこれに限らず例えば、キュービクル２００がない場合において、計測表示装置が計測表示機能と通信機能を有していてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

本実施例における発電システム１０００では、計測制御部２０２が出力指令値を電力線通信によりパワーコンディショナ７００に送信している。しかしながらこれに限らず例えば、パワーコンディショナ７００は、発電電力を計測し、計測結果をもとに、発電電力データを生成し、発電電力データを電力線通信により計測制御部２０２に送信してもよい。つまり、計測制御部２０２は、パワーコンディショナ７００と電力線通信により通信してもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

１ 発電システム、 １０ 電力系統、 ２０ キュービクル、 ２２ 計測制御部、 ２４ ＲＰＲ、 ３０ 電力量計、 ４０ 分電盤、 ５０ 負荷機器、 ６０ 発電装置、 ７０ パワーコンディショナ、 ７２ 変換部、 ７４ 入力部、 ８０ 通信線、 １００ 電力系統、 ２００ キュービクル、 ２０２ 計測制御部、 ２０４ ＲＰＲ、 ２０６ 通信部、 ３００ 電力量計、 ４００ 分電盤、 ５００ 負荷機器、 ５２０ 表示装置、 ５２２ 通信部、 ５４０ ルータ、 ５４２ 通信部、 ５６０ ネットワーク、 ５８０ 制御装置、 ６００ 発電装置、 ７００ パワーコンディショナ、 ７０２ 変換部、 ７０４ 通信部、 １０００ 発電システム。

Claims (5)

1. 発電装置と、
   前記発電装置に対して電力線により接続されるパワーコンディショナと、
   前記パワーコンディショナに対して電力線により接続される計測制御装置とを備え、
   前記発電装置は、直流電力を発電し、
   前記パワーコンディショナは、直流電力を交流電力に変換し、
   前記計測制御装置は、前記パワーコンディショナと電力線通信により通信することを特徴とする発電システム。
2. 前記計測制御装置は、計測結果をもとに、前記パワーコンディショナにおける変換を制御するための指示信号を生成し、前記指示信号を電力線通信により前記パワーコンディショナに送信することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
3. 前記パワーコンディショナは、発電電力データを生成し、前記発電電力データを電力線通信により、前記計測制御装置に送信することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
4. ルータをさらに備え、
   前記ルータは、前記計測制御装置と前記パワーコンディショナのうちの少なくとも１つと電力線通信により通信することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電システム。
5. 表示装置をさらに備え、
   前記表示装置は、前記計測制御装置と前記パワーコンディショナのうち少なくとも１つと電力線通信により通信することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電システム。

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