JP5100009B2 - 電力システム - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電力需給家が、電力需給制御機器により相互接続されてなる電力システムに関する。
【背景の技術】
【０００２】
従来の電力系統は、図８に示すように、大規模発電所９１を頂点とし需要家９２を裾野とする「放射状系統」が基本である。図８では、複数の送電系統を確保するために、一部で「ループ系統」が導入されている。この種の電力系統は、広域（たとえば数万ｋｍ^２）であり、かつ大規模（数十ＧＷ）に、単一システムとして構成されている。
【０００３】
一方、近年、ソーラー発電、燃料電池による系統連系型分散発電システム（たとえば、特許文献１参照）が注目されている。系統連系型分散発電システムは、通常、従来の放射状の電力系統の末端領域あるいは末端に近い局所領域に構築されるもので、当該電力系統との連系を前提としている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３２７１４６号
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８に示した従来の電力系統構造では、電力の移送が大量に長距離に行われるため損失が多く、また太陽エネルギー・風力エネルギー等の再生可能なエネルギー由来の発電ではその再生可能エネルギーが遍在しているため、これらのエネルギーを利用した大規模発電所を構築しにくい。
【０００６】
本発明の目的は、複数の電力需給家が、電力需給制御機器により相互接続されて構成された、従来の電力系統に拠らない電力システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電力システムは、少なくとも１つの発電機器、少なくとも１つの蓄電機器および少なくとも１つの電力消費機器と、電力需給制御機器とを備えた電力需給家の複数が夫々の電力需給制御機器において従来の電力系統に拠らない電力需給線路により相互接続されてなる電力システムにおいて、前記電力需給制御機器は、当該電力需給制御機器が備えられた前記電力需給家において電力不足が生じるか否か、または電力余剰が生じるか否かを判断し、当該電力需給家において電力不足が生じる場合には、前記発電機器および／または前記蓄電機器を備えた他の電力需給家から電力需給線路を介して電力を受け取り、当該電力需給家において電力余剰が生じる場合には、他の電力需給家に電力需給線路を介して電力を渡すことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の電力システムは、少なくとも１つの発電機器、少なくとも１つの蓄電機器および少なくとも１つの電力消費機器と、電力需給制御機器とを備えた電力需給家の複数が夫々の電力需給制御機器において従来の電力系統に拠らない電力需給線路により相互接続されてなる電力システムにおいて、前記複数の電力需給家は、複数の群に区分され、各群に属する電力需給制御機器は、当該群において電力不足が生じるか否か、または電力余剰が生じるか否かを判断し、当該群において電力不足が生じる場合には、前記発電機器および／または前記蓄電機器を備えた電力需給家が属する他の群から電力需給線路を介して電力を受け取り、当該群において電力余剰が生じる場合には、他の群に電力需給線路を介して電力を渡すことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、従来の電力系統を持たずに、基本的には各電力需給家は自立している電力システムである。すなわち、各電力需給家は、電力不足・電力余剰が生じたときは、他の電力需給家との間で電力の需給を行い、またこれによりシステム全体での自立を目的とする。
【００１０】
本発明では、複数の前記電力需給家は、分枝状電力需給線路、数珠つなぎ状電力需給線路、放射状電力需給線路、網状電力需給線路またはこれらを組み合わせた電力需給線路に接続することができる。
【００１１】
また、本発明では、前記電力需給制御機器は、他の電力需給家の前記電力需給制御機器との間で電力の需給情報のやり取りをデータ通信ネットワークを介して行うことができる。
【００１２】
本発明では、ＤＣ送配電の利点を十分に活用するために、複数の前記電力需給家を、相互にＤＣ接続することができる。
【発明の実施の形態】
【００１３】
図１は本発明の電力システムの一実施形態を示す説明図である。
図１の電力システム１は、複数の電力需給家１１〜１５の電力需給家のみを示す。各電力需給家１１〜１５は、電力需給線路Ｗを介して相互に接続されている。
【００１４】
電力需給家１１は、発電機器１０１と、蓄電機器１０２と、複数の負荷（電気機器）１０３と、電力需給制御機器１０４を備えている。なお、複数の電気機器１０３は、Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎで示してある。また、図１では、他の電力需給家１２，１３，１４および図示しない他の電力需給家も電力需給家１１と同様、発電機器と、蓄電機器と、複数の負荷（電気機器）と、電力需給制御機器とを備えており、各機器は枝状の屋内配線に接続されているものとする。
【００１５】
本発明では、各電力需給家間は疎結合している。すなわち、各電力需給家は、基本的には自立型であり、電力不足が生じたときに他の電力需給家から電力の供給を受け、電力余剰が生じたときに他の電力需給家に電力を供給することができる。
【００１６】
電力需給家１１は、たとえば、一般家屋、集合住宅、小・中・大規模工場、低層・中層・高層ビルディング等である。さらにこれら一般家屋、集合住宅等が複数集合した群も本発明の電力需給家１１として扱うことができる。
【００１７】
典型的には、発電機器１０１は、ソーラー発電器、燃料電池等のＤＣ電源である。発電機器１０１として風力発電が用いられることもある。風力発電機器は通常ＡＣ電源であるが、その出力をＡＣ／ＤＣ変換してＤＣ電源として使用することができる。また、蓄電機器１０２は、ＤＣ電源である。負荷１０３は、たとえば、電灯、空調機、冷蔵庫、電磁調理器、炊飯器等のＤＣ機器またはＡＣ機器である。
【００１８】
電力需給制御機器１０４は、電力需給家１１において電力余剰が生じたとき、たとえば負荷１０３の電力使用量が低減しかつ蓄電機器１０２が満充電あるいは満充電に近くなったときに、発電機器１０１が生成する電力を、電力需給線路Ｗに接続された他の電力需給家、あるいは電力需給家１５に供給することができる。また、電力需給制御機器１０４は、電力需給家１１において電力不足が生じたとき、たとえば負荷１０３の電力使用量が急増したときに、電力需給線路Ｗに接続された電力余剰が生じている他の電力需給家１２，１３，１４の電力需給制御機器、あるいは電力需給家１５の後述する電力需給制御機器１５３を介して電力の供給を受け、負荷１０３を駆動し、あるいは蓄電機器１０２に蓄電することができる。
【００１９】
電力需給家１５は、発電機器１５１と、蓄電機器１５２と、電力需給制御機器１５３とを備えている。なお、電力需給家は、発電機器と、蓄電機器の何れかのみを備えることができる。発電機器１５１は、典型的には火力、水力、風力等の中小規模設備であり、蓄電機器１５２は、典型的には二次電池である。電力需給家１５は、電力需給制御機器１５３を介して、前述したように電力需給家１１（あるいは、他の電力需給家１２〜１４等）に電力を供給できる。また逆に、電力需給家１５は、電力需給家１１（あるいは、他の電力需給家１２〜１４等）から電力の供給を受けることもできる。
【００２０】
電力需給家１５が電力需給家１１等に供給する電力は、発電機器１５１により生成した電力または蓄電機器１５２に蓄電された電力であり、電力需給家１５が電力需給家１１等から供給される電力は蓄電機器１５２に蓄電される。
【００２１】
図１に示した電力システムでは、電力需給制御機器１０４は、他の電力需給家１２〜１５と電力の需給を行う場合には、当該電力需給制御機器１０４が、当該他の電力需給家の電力需給制御機器と情報交換をして需給条件等を決定する。
【００２２】
図１に示した電力システムでは、電力需給家間の電力の需給をＡＣで行うこともできるし、ＤＣで行うこともできるが、何れにしても、局所的な電力システムとして構築することもできるし、これらの電力システムが組み合わされた大きな電力システムとして構築することもできる。
【００２３】
図１に示した電力システムでは、図示はしないが、負荷のみからなる電力需給家が電力需給線路Ｗに接続されることもある。また、図１の電力システムでは、多数かつ多様な電力需給家を相互接続することで、需給電力の平準化が行われる。
【００２４】
電力需給家１１の蓄電機器１０２を大容量とした場合に、コスト高となる場合には、蓄電機器１０２として小容量のものを使用し（あるいは、蓄電機器１０２を備えずに）、他の電力需給家から供給される電力により負荷をまかなうようにすることができる。この場合、電力システム１には、時間帯消費電力パターンが異なる電力需給家（たとえば、住宅と事業所）が混在していることが好ましい。また、電力需給家１５として、発電形態が異なるもの（たとえば、ソーラー発電機器と風力発電機器）が混在していることが好ましい。
【００２５】
図２は、電力需給家の電力需給制御機器が、他の電力需給家とＡＣ電力の需給を行う電力システムを示す説明図である。
図２の電力需給家１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａおよび１５ａは、図１の電力需給家１１，１２，１３，１４および１５に対応している。図２における電力需給家１１ａの電力需給制御機器５１は、制御装置５１１と、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器５１２とを備えている。
【００２６】
各電力需給家の制御装置同士は通信ラインＣＬによりデータ通信が可能に構成されており、電力需給に際して需給情報の交換を行うことができる。
また、電力需給家１５ａの電力需給制御機器６１は、制御装置６１１と、双方向ＡＣ／ＡＣまたはＤＣ／ＡＣ変換器６１２とを備えている。電力需給家間でＡＣ電力の需給が行われるときには、両者の間で電圧・電流・周波数・位相の整合をとらなければならない。この整合は、電力需給制御機器５１，６１が行う。なお、図２には図示していないが、電力需給制御機器５１，６１には限流器、積算電力計等をさらに備えることができる。
【００２７】
図３は、電力需給家の電力需給制御機器が、他の電力需給家とＤＣ電力の需給を行う電力システムを示す説明図である。
図３の電力需給家１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂおよび１５ｂは、図１の電力需給家１１，１２，１３，１４および１５に対応している。図３における電力需給家１５ｂの電力需給制御機器７１は、制御装置７１１と、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器７１２とを備えている。
【００２８】
各電力需給家の制御装置同士は通信ラインＣＬによりデータ通信が可能に構成されており、電力需給に際して需給情報の交換を行うことができる。
また、電力需給家１１ｂの電力需給制御機器８１は、制御装置８１１と、双方向ＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣ変換器８１２とを備えている。電力需給家間でＤＣで電力の需給が行われるときには、電圧・電流の調整を行う。なお、図３には図示していないが、電力需給制御機器７１，８１には限流器、積算電力計等をさらに備えることができる。
【００２９】
図４は、電力需給家の屋内配線を介してＤＣ電力を負荷に配電する場合の説明図である。
図４の電力需給家１１ｃでは、図１に示した電力需給家１１における発電機器と蓄電機器と複数の負荷とが具体的に示されている。なお、図４の電力需給制御機器７１は、図３の電力需給制御機器７１と同一のものである。
電力需給家１１ｃにおいて、発電機器はソーラー発電器７０１であり、蓄電機器はバッテリー７０２であり、複数の負荷はＤＣ負荷７０３１とＡＣ負荷７０３２である。
【００３０】
ここでは、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器７１２は、バッテリー７０２、ソーラー発電器７０１、ＤＣ負荷７０３１との間で電力の需給を行うとともに、ＤＣ／ＡＣ変換器７０６を介してＡＣ負荷７０３２との間で電力の需給を行う。
【００３１】
ソーラー発電器７０１が生成する電力は、たとえば双方向ＤＣ／ＤＣ変換器７１２を介してバッテリー７０２、ＤＣ負荷７０３１に供給され、あるいはＤＣ／ＡＣ変換器７０６を介してＡＣ負荷７０３２には供給される。
【００３２】
電力需給制御機器７１は、バッテリー７０２の充電を制御する機能、屋内配線Ｌ側への安定出力を補償する機能を備えている。
【００３３】
ＤＣ負荷７０３１には、電力需給制御機器７１からの電力が屋内配線Ｌ、ＤＣコンセント７０５１を介して供給され、ＡＣ負荷７０３２には、電力需給制御機器７１からの電力が屋内配線Ｌ、ＤＣ／ＡＣ変換器７０６、ＡＣコンセント７０５２を介して供給される。なお、図４では、ＤＣコンセント，ＡＣコンセントはそれぞれ１つしか示していないが、
それぞれ複数設け、これらにＤＣ負荷、ＡＣ負荷を接続することができる。
【００３４】
ところで、図１の電力システムでは、電力需給家の適宜数を集めた群を、一つの電力需給家として扱うことができる。図５に示すように、電力需給家群Ｇ１１，Ｇ１２，・・・は、このときの群（たとえば、数十〜１万戸程度）を示している。
【００３５】
図５では、電力需給家群Ｇ１１，Ｇ１２，・・・同士は、電力需給制御機器Ｓ１を介して相互に接続されている。また、電力需給家群Ｇ１１，Ｇ１２，・・・の上位階層は、Ｇ２１，Ｇ２２，・・・で示され、更に上位階層はＧ３１，Ｇ３２，Ｇ３３，・・・で示されている。ここでは、図示はされていないが、Ｇ３１，Ｇ３２，Ｇ３３，・・・より更に上位の階層が形成される。
たとえば、電力需給家群Ｇ１１，Ｇ１２，・・・は「町」単位、Ｇ２１，Ｇ２２，・・・は「市」単位、Ｇ３１，Ｇ３２，Ｇ３３，・・・は、「県」単位とされる。
【００３６】
図５では、電力需給家群Ｇ１１，Ｇ１２，・・・は、電力需給制御機器Ｓ１により他の電力需給家と相互接続されているが、各上位階層と下位階層とは、電力需給制御機器Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４・・・を介して相互に階層接続されている。
【００３７】
上記の実施形態では、各電力需給家が、図６（Ａ）に示すような分枝状に接続されている場合を説明した。各電力需給家は、図６（Ｂ）に示すように星状に接続してもよいし、図６（Ｃ）に示すように網状に接続してもよい。さらに、これらを複合した態様で接続してもよい。
【００３８】
図７は、複数の他の電力需要家と異なる電力需給線路を介して接続された電力需給家の例を示す図である。図７では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器７１２は、たとえば図６（Ｃ）に示したような電力需給家同士の接続態様において、電力需給線路Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３間で電力の移動をして他の電力需給家同士の電力需給を仲介することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、複数の電力需給家が、電力需給制御機器により相互接続されて構成された、従来の電力系統に拠らない電力システムを提供することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電力システムの一実施形態を示す説明図である。
【図２】 本発明の電力システムにおいて、電力需給家の電力需給制御機器が、他の電力需給家とＡＣ電力の需給を行うときの説明図である。
【図３】 本発明の電力システムにおいて、電力需給家の電力需給制御機器が、他の電力需給家とＤＣ電力の需給を行うときの説明図である。
【図４】 本発明の電力システムにおいて、電力需給家の屋内配線を介してＤＣ電力を負荷に給電する場合の説明図である。
【図５】 本発明の電力システムにおける、電力需給家が階層化されている様子を示す説明図である。
【図６】 （Ａ）は電力需給家が分枝状に接続されている場合の説明図、（Ｂ）は電力需給家が星状に接続されている場合の説明図、（Ｃ）は電力需給家が網状に接続されている場合の説明図である。
【図７】 複数の他の電力需要家と異なる電力需給線路を介して接続された電力需給家の例を示す図である。
【図８】 従来の電力系統を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 電力システム
１１，１２，１３，１４、１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ、１１ｃ，１１ｄ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５，１５ａ，１５ｂ 電力需給家
５１，６１，７１，８１，１０４，１５３ 電力需給制御機器
１０１，１５１ 発電機器
１０２，１５２ 蓄電機器
１０３ 負荷
５１１，６１１，７１１，８１１ 制御装置
５１２ 双方向ＡＣ／ＤＣ変換器
６１２ 双方向ＡＣ／ＡＣまたはＤＣ／ＡＣ変換器
７０６ ＤＣ／ＡＣ変換器
７１２ 双方向ＤＣ／ＤＣ変換器
８１２ 双方向ＤＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣ変換器
ＣＣ 通信ライン
ＣＬ 通信ライン
Ｌ 屋内配線
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 従来の電力系統に拠らない電力需給線路

Claims (5)

1. 少なくとも１つの発電機器、少なくとも１つの蓄電機器および少なくとも１つの電力消費機器と、電力需給制御機器とを備えた電力需給家の複数が夫々の電力需給制御機器において従来の電力系統に拠らない電力需給線路により相互接続されてなる電力システムにおいて、
   前記電力需給制御機器は、
   当該電力需給制御機器が備えられた前記電力需給家において電力不足が生じるか否か、または電力余剰が生じるか否かを判断し、
   当該電力需給家において電力不足が生じる場合には、前記発電機器および／または前記蓄電機器を備えた他の電力需給家から電力需給線路を介して電力を受け取り、
   当該電力需給家において電力余剰が生じる場合には、他の電力需給家に前記電力需給線路を介して電力を渡す、
   ことを特徴とする電力システム。
2. 少なくとも１つの発電機器、少なくとも１つの蓄電機器および少なくとも１つの電力消費機器と、電力需給制御機器とを備えた電力需給家の複数が夫々の電力需給制御機器において従来の電力系統に拠らない電力需給線路により相互接続されてなる電力システムにおいて、
   前記複数の電力需給家は、複数の群に区分され、
   各群に属する電力需給制御機器は、
   当該群において電力不足が生じるか否か、または電力余剰が生じるか否かを判断し、
   当該群において電力不足が生じる場合には、前記発電機器および／または前記蓄電機器を備えた電力需給家が属する他の群から電力需給線路を介して電力を受け取り、
   当該群において電力余剰が生じる場合には、他の群に電力需給線路を介して電力を渡す、
   ことを特徴とする電力システム。
3. 複数の前記電力需給家は、分枝状電力需給線路、数珠つなぎ状電力需給線路、放射状電力
   需給線路、網状電力需給線路またはこれらを組み合わせた電力需給線路に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力システム。
4. 前記電力需給制御機器は、他の電力需給家の前記電力需給制御機器との間で電力の需給情報のやり取りをデータ通信ネットワークを介して行うことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電力システム。
5. 複数の前記電力需給家は、相互にＤＣ接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電力システム。

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