JP4075787B2 - 送配電システム、非常用電気機器および送配電システムの運用方法 - Google Patents

Description

この発明は、電力消費量がピークになる夏季、あるいは発電所への落雷や原子力発電所の緊急停止等で、電力会社等からの供給電力が不足した場合でも、必要最低限の電力供給を確保するための送配電システムに関するものである。また、かかる送配電システムから優先して電力供給を受ける非常用電気機器に関するものである。さらには、燃料電池自動車やハイブリッド自動車の発電機を非常用電源とする送配電システムの運用方法に関するものである。

従来の一般的な送配電システムは、例えば、非特許文献１に開示されているような構成を採用していた。かかる従来の送配電システムでは、原子力発電所、火力発電所、水力発電所等の発電所群で発電された電力は、中央給電指令所で制御しながら高圧送電線から変電所群に送電され、変電所で電圧を下げて、例えば、交流６６０Ｖで電柱や地下ケーブルで送電し、電柱やビル内に設置されている変圧器で交流１００〜１１０Ｖに線圧を低減して、最終的に各家庭への低圧配電線を通じて各家庭に配電されていた。

上述の中央給電指令所では、年間や日々の消費電力のパターンを参考にして消費電力をモニターしながら必要電力を予想し、発電電力を決定して発電所群の発電電力量を制御していた。予想を超える消費電力量の変化に対しては、揚水発電所や二次電池による電力貯蔵等の電力調整群で調整したり、隣接する電力会社間で融通しあって調整していた。

日本の電力会社の電力管理は緻密でかつ正確なので、停電等の事故はめったに起こらない。しかし米国では、ブラックアウトと呼ばれる大規模停電で、信号機を含めて長時間にわたる停電が相次いで生じていた。

日本でも、大きな発電規模の発電所等にトラブルがあれば、電力の需給バランスが瞬く間にくずれ、大規模停電に至る可能性もある。特にクーラーによる電力消費の多い夏場の昼間には、年間で最も多く電力が消費量される。電力会社は、夏場の昼間におけるわずか数時間の電力ピークのために、最大発電規模を毎年上げていかなければならず、非効率な投資による電力料金の高コスト化に結びついていた。

また、一旦停電が起こると、自家発電機を備えた病院等の特殊な施設を除いて、大半が停電してしまうおそれがあった。

一方、停電時に非常用電源を持ってきて、通常の配電線につなぎ変えて発電する方法が用いられる場合もあったが、配線に時間がかかり、また、負荷が大きすぎると発電が間に合わなくなるという問題があった。従って、ある特定地域全体に送電することは極めて困難で、ごく限られた領域に限定して用いられていた。

一方、燃料電池自動車やハイブリッド自動車は、低公害で高効率に発電可能であって数十ｋＷの交流発電を行うが、その電力はモーターや車のエアコン等、車内部での利用に限られていた。

電気学会編、電気工学ハンドブック、第２章「電力系統の運用」、電気学会、初版、昭和６３年２月２８日、ｐ．８８２〜９０１

従来の送配電システムでは一旦停電が発生すると、停電中は電話、携帯電話の中継器、信号機、照明、テレビ、冷蔵庫等、ライフラインにつながる電気機器の大部分が全く使用できず、しかも、停電が復帰するまでに時間がかかる等の問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電力使用量がピークになる夏季、あるいは発電所への落雷や発電所の緊急停止等で、電力会社等からの供給電力が不足した場合でも、必要最低限の電力供給を確保するための送配電システムを得ることを目的としたものである。

本発明に係る送配電システムは、供給電力が不足した場合に、定常の供給電圧よりも１５％ないし５５％低い非常用供給電圧で、電力を供給電力の不足の度合いに応じて増減される特定地域の配電線に供給するものである。

本発明に係る電気機器は、上記送配電システム下で使用される電気機器であって、定常の供給電圧よりも低い非常用供給電圧を検知する電圧検知手段と、非常用供給電圧を動作可能な電圧まで昇圧させる昇圧手段と、を備える。

本発明に係る送配電システムの運用方法は、供給電力の不足を検知し、供給電力の不足が生じた場合に、配電線の途中に設置された電力調整器の送電接続ポートに非常用電源を接続して、供給電圧を定常の供給電圧よりも１５％ないし５５％低い非常用供給電圧に設定して、電力を全域の配電線もしくは特定地域の配電線に供給することを含んでなる。

本発明に係る送配電システムによれば、供給電力が不足した場合に、定常の供給電圧よりも低い非常用供給電圧で、電力を供給電力の不足の度合いに応じて増減される特定地域の配電線に供給するようにしたので、消費電力を速やかに削減して大規模な停電を防止することができるとともに、特定地域に必要な電力の供給を継続することができる。

また、本発明に係る電気機器によれば、非常用供給電圧を、市販されている大部分の電気機器が動作不能になる電圧の下限値よりも低く設定したので、消費電力を必要最低限の電気機器に絞ることができる。

本発明に係る送配電システムの運用方法によれば、供給電力が不足した場合に、配電線の途中に設置された電力調整器の送電接続ポートに非常用電源を接続して、定常の供給電圧よりも低い非常用供給電圧で、電力を全域もしくは特定地域の配電線に供給するようにしたので、消費電力を速やかに削減して大規模な停電を防止することができるとともに、特定地域に必要な電力の供給を継続することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による送配電システムを示す模式図である。図１中、１は電力調整器、２は家屋、３は実施の形態１による送配電システムによって非常用電圧が供給されている特定地域、４は優先的に定常電圧が供給されている特定地域、５は送配電システムによって定常電圧が供給されている特定地域、６は変圧器、７は一つの変電所から送電されている変圧器群、８は各家屋２への低圧配電線、９は変電所からの送電線、１０は変電所、１１は発電所群、１２は電力調整群、１３は中央給電指令所、１４は高圧送電線、１５は変電所群、をそれぞれ示す。

本発明の実施の形態１による送配電システムでは、従来の送配電システムと異なり、変圧器６に隣接して電力調整器１が新たに備えられている。何らかの不具合によって生じる電力不足に対して、実施の形態１の送配電システムによって、非常用電圧による電力が供給される特定地域３（Ｂ群）を増加して総電力量の低減を図るとともに、非常時に支障を来たしては困るような信号機等に優先的に電力を供給する特定地域４（Ａ群）と定常の供給電圧による電力が供給される特定地域５（Ｃ群）の停電を未然に防止する。発電所の緊急停止等の急激な供給電力の低下が起こった場合には、定常の供給電圧による電力が供給されるＣ群５を減らしてＢ群３を増加する。かかる処置によって、信号機等のライフラインの停電を防止しながら、各家屋２等に対しても、必要最低限の電力を供給する。あるいは、全域の配電線に非常用供給電圧による電力の供給を行っても良い。なお、これらの指示は、例えば中央給電指令所１３から発せられ、電力調整器１は、かかる指示に基づき２次配電線への送電のオン・オフおよび非常用供給電圧による送電を制御するように動作する。

図２は、実施の形態１による送配電システムにおける家屋２への送配電システムを示す模式図である。図２中、２０は電柱、２１は非常時においても動作させるべき電気機器（以下、非常用電気機器と言う）に取り付けられた電圧調整器、２２は非常用電気機器の一例としての照明器、２３は非常用電気機器の一例としての冷蔵庫、２４は非常用電気機器の一例としてのテレビ、をそれぞれ示す。これらの非常用電気機器２２、２３，２４に取り付けられた電圧調整器２１は、電圧計（電圧検知手段、図示せず）によって供給電圧が交流８０Ｖ以下まで低下したことを検知すると、昇圧コンバータ（昇圧手段）によって交流１００Ｖにまで昇圧させて、非常用電気機器を動作可能とする。これによって、送配電システムの供給電圧の低下によって空調機、洗濯機、電子レンジ等、大部分の電気機器が使えなくなった状況でも、昇圧コンバータによって定常の供給電圧まで昇圧された電力が使用可能となる結果、電圧調整器２１が取り付けられた非常用電気機器としての照明器２２によって夜間真っ暗になるのを防止でき、非常用電気機器としての冷蔵庫２３によって冷凍品等の食料がだめになるのを防止でき、非常用電気機器としてのテレビ２４によって、停電の様子等をテレビニュースで確認することができる。

また、白熱灯等の一部の照明器具は、供給電圧が交流８０Ｖにまで低下しても暗くはなるが、点灯した状態を保つことができるので、街灯等、防犯と安全の確保に必要な照明は維持することができる。

図３は、本発明の実施の形態１による送配電システムにおいて電力調整器１とＰＬＣ（Power Line Communication, 電力線搬送通信）によるモニターを示す模式図である。図３において、２５は変圧器６から電力調整器１への配電線、２６は昇圧コンバータ部（昇圧手段）、２７は電流計、２８は電圧計、２９はＰＬＣ信号変換器、３０はＰＬＣ信号ケーブルである。

変圧器６は従来の変圧器であり、電柱２０やビルに設置されている。電力調整器１では、変圧器６からの１１０Ｖの電圧を８０Ｖの電圧に変換する昇圧コンバータ部２６と非常用電圧をモニターするための電圧計２８、消費電力をモニターするための電流計２７およびＰＬＣ信号変換器２９を備えている。中央給電指令所１３からＰＬＣによって伝達された指令によって、家屋２への配電線の電圧を交流８０Ｖにまで低下させて、一般の電気機器の大部分が使用できない状況にする。つまり、使用可能な電気機器は、電圧調整器２１を備えた非常用電気機器２２，２３，２４のみとなる。住民は、非常用電気機器以外の電気機器が機能しなくなったことから、電力供給に不足が生じたことを認識できる。

ＰＬＣで供給電圧や使用される電流を遠隔地からモニターする方法としては、例えば、特開２００２−１８６１６３号公報に開示されている電圧監視装置や特開２００２−２９０２９０号公報に開示されているＰＬＣネットワークシステムに用いられているようなＰＬＣの配線を用いることができる。実施の形態１の送配電システムでは、中央給電指令所１３からの指令の伝達方法の一例として、ＰＬＣを適用している。但し、他の伝達方法、例えばインターネット等のネットワークシステムを伝達手段としても、同様の効果を奏する。

高層ビルの場合には、エレベータの電源や照明等に電圧調整器２１を備え付けて非常用電気機器とすれば供給電力不足時も動作可能となるので、高層マンションの住民やオフィスビル内の就業者は安全に避難できる。また、火事等の非常時の場合でも非常用電気機器としてのエレベータと照明器具によって安全に避難することができる。

なお、上述の説明では、家屋２への配電を交流８０Ｖで行う場合について示したが、大部分の電気機器が動作できなくなる電圧であって、電圧調整器２１で昇圧できる電圧であれば良く、例えば交流５０Ｖ程度でも良い。非常用供給電圧を、定常の供給電圧に対して、１５％ないし５５％低く設定するのが好適である。なお、非常用供給電圧を低下する程、万が一、事故で人が素線に触れた場合にでも感電によるダメージが小さくなる効果も併せて生じる。

また、上述の説明では、電力調整器１を変圧器６に隣接した場合について示したが、各々の家屋２に個別に設置しても良い。

また、変電所群１５からの送電電圧を低減して、変圧器６以後の全体の電圧を下げても良い。この場合、特定地域は広がるものの、上述と同様の効果が得られる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による燃料電池自動車またはハイブリッド電源自動車を利用した送配電システムの運用方法を示す模式図である。３１はハイブリッド自動車、３２は燃料電池自動車、３３は自動車等の発電機から電力調整器１への送電線、３４は送電接続ポートである。

ハイブリッド自動車３１や燃料電池自動車３２はそれぞれエンジンあるいは燃料電池（発電装置）によって数十ｋＷの発電が可能であり、音が静かで、かつ排ガスがクリーンで、燃料の追加によって継続的に高効率な発電が可能である等の長所を有する。また、通常の内燃自動車と異なってモーターを交流２００Ｖ程度で駆動するので、位相と電圧さえ合わせれば家庭用電源として適用可能である。

ハイブリッド自動車３１や燃料電池自動車３２は自力で容易に移動できるので、必要に応じて、送電の必要な場所に自由に移動できる。さらに、今後の加速度的な普及によって、多くのハイブリッド自動車３１や燃料電池自動車３２の利用が見込める。

発電所群１１や電力調整群１２が完全停止してしまった場合でも、電力調整器１が具備している送電接続ポート３４に非常用電源、つまり上述の各自動車の発電機（発電装置）からの配線を接続して送電することによって、非常用供給電圧での配電が可能になる。また、ハイブリッド自動車３１や燃料電池自動車３２であれば、一々燃料を運んで来なくても、自力で燃料供給可能な場所へ行って給油して帰ってくることができる。しかも、緊急車両が道路を通過する際にも、自力で移動して場所を空けることができ、さらに、停電復帰後の移動も簡単である。電柱２０の根元の近傍に送電接続ポート３４を設けておけば、接続は一層容易となる。

なお、図４には、ハイブリッド自動車３１あるいは燃料電池自動車３２を電力調整器１に接続した場合のみを示したが、ディーゼル発電機、ガソリン発電機等の非常用電源を接続して用いても良く、かかる方法によって非常時の非常用供給電圧による最低限の送電を維持できる。但し、定常電圧で供給すると、負荷が過剰になって非常用電源の発電量で賄うことができないので、非常用供給電圧に設定して、負荷を非常用電気機器に限定するのが運用上最も望ましい。ハイブリッド自動車３１あるいは燃料電池自動車３２の発電機または非常用電源を電圧変換の可能な電力調整器１に接続することで、電圧や同期を調整できる。

ディーゼル発電機、ガソリン発電機等の非常用電源を接続した場合には、これらの非常用電源を電力調整器１の近傍に運搬して設置し、停電が復帰した後で取り外して持ち運ぶ必要があり、さらに、ディーゼル発電機、ガソリン発電機用の燃料を定期的に運んでこなければならず手間がかかるが、ハイブリッド自動車３１あるいは燃料電池自動車３２を用いると、これらの不具合が容易に解消されるので、長期間にわたる停電の場合に一層有効である。

なお、送電接続ポート３４を電柱の中ほどの高さに設けておけば、簡単に送電を開始でき、かつ取り外しが簡便である。送電接続ポート３４は、いわば、消防自動車に接続して給水を行うための給水栓のようなもので、非常用として非常用電源やハイブリッド自動車３１あるいは燃料電池自動車３２を接続しやすい場所、例えば、電柱の中ほどの高さやビルの駐車場等が適している。

以上、実施の形態２の送配電システムの運用方法によれば、燃料電池自動車あるいはハイブリッド自動車を、送電接続ポートを通して電力調整器に接続して配電線へ電力供給するようにしたので、発電所からの送電が完全に停止した場合にでも、非常時電圧による最低限の送電を容易に維持できる。

実施の形態１による送配電システムを示す模式図である。 実施の形態１による送配電システムにおいて家屋への配電システムを示す模式図である。 実施の形態１による送配電システムにおいて電力調整器とＰＬＣによるモニターを示す模式図である。 実施の形態２による送配電システムの運用方法を示す模式図である。

符号の説明

１ 電力調整器、 ２ 家屋、 ３ 送配電システムによって非常用電圧が供給されている特定地域、 ４ 優先的に定常電圧が供給されている特定地域、 ５ 送配電システムによって定常電圧が供給されている特定地域、 ６ 変圧器、 ７ 一つの変電所から送電されている変圧器群、 ８ 各家庭への低圧配電線、 ９ 変電所からの送電線、 １０ 変電所、 １１ 発電所群、 １２ 電力調整群、 １３ 中央給電指令所、 １４ 高圧送電線、 １５ 変電所群、 ２０ 電柱、 ２１ 非常用電気機器の電圧調整器、 ２２ 非常用電気機器としての照明器、 ２３ 非常用電気機器としての冷蔵庫、 ２４ 非常用電気機器としてのテレビ、 ２５ 変圧器から電圧調整器への配電線、 ２６ 昇圧コンバータ、 ２７ 電流計、 ２８ 電圧計、 ２９ ＰＬＣ変換器、 ３０ ＰＬＣ信号ケーブル、 ３１ ハイブリッド自動車、 ３２ 燃料電池自動車、 ３３ 自動車の発電機から電力調整器への送電線、 ３４ 送電接続ポート。

Claims (9)

1. 供給電力が不足した場合に作動する送配電システムであって、
   供給電力が不足した場合に、定常の供給電圧よりも１５％ないし５５％低い非常用供給電圧で、電力を供給電力の不足の度合いに応じて増減される特定地域の配電線に供給することを特徴とする送配電システム。
2. 供給電力が不足した場合に作動する送配電システムであって、
   供給電力が不足した場合に、電力を供給されるべく接続されている電気機器の大部分が動作不能になる電圧よりもさらに低電圧にした非常用供給電圧で、電力を全域の配電線もしくは特定地域の配電線に供給することを特徴とする送配電システム。
3. 配電線の途中に電力調整器を備え、供給電力が不足した場合に、前記電力調整器の送電接続ポートに非常用電源を接続して電力を供給することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の送配電システム。
4. 電力調整器が変圧器に隣接して設置され、２次配線への送電のオン・オフおよび非常用供給電圧による送電を制御することを特徴とする請求項３記載の送配電システム。
5. 配電線を用いたＰＬＣによって、非常用供給電圧および使用されている電流のいずれか一方または双方をモニターすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の送配電システム。
6. 非常用電源が、ハイブリッド自動車または燃料電池自動車に搭載された発電装置であり、送電接続ポートを通して前記発電装置から電力調整器を介して配電線へ電力が供給されることを特徴とする請求項３記載の送配電システム。
7. 請求項１又は請求項２記載の送配電システム下で使用される電気機器であって、定常の供給電圧よりも低い非常用供給電圧を検知する電圧検知手段と、前記非常用供給電圧を動作可能な電圧まで昇圧させる昇圧手段と、を備えたことを特徴とする電気機器。
8. 供給電力が不足した場合に作動する送配電システムの運用方法であって、
   前記供給電力の不足を検知し、前記供給電力の不足が生じた場合に、配電線の途中に設置された電力調整器の送電接続ポートに非常用電源を接続して、定常の供給電圧よりも１５％ないし５５％低い非常用供給電圧に設定して、電力を全域の配電線もしくは特定地域の配電線に供給することを含んでなる送配電システムの運用方法。
9. 非常用電源が、燃料電池自動車またはハイブリッド自動車に搭載された発電装置であり、送電接続ポートを通して前記発電装置から電力調整器を介して配電線へ電力が供給される事を含んでなる請求項８記載の送配電システムの運用方法。

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