JP5268973B2

JP5268973B2 - 電力供給システム、電力供給方法及び制御装置

Info

Publication number: JP5268973B2
Application number: JP2010050434A
Authority: JP
Inventors: 信行江▲崎▼; 貴光中村; 晃範前山; 治良三宅; 広介小林
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Seiko Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Seiko Electric Co Ltd
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: JP2011188607A

Description

本発明は、電力供給システム、電力供給方法及び制御装置に関し、特に負荷に対して電力を供給する電力供給システム等に関するものである。

非特許文献１（第２章第２節参照）の日本電気技術規格委員会規格にあるように、太陽光発電システム（以下、「ＰＶ」ともいう。）や燃料電池発電システム、ガスエンジン発電システム等（以下、「ＦＣ等」ともいう。）の新エネルギー発電システムは、一般に、系統が停電すると、保安のために、単独運転防止の観点から連系運転を停止する。システムによって異なるが、停止後、自立運転するもの、自立運転せずに待つものなどがある。

社団法人日本電気協会系統連系専門部会，"電気技術規定系統連系編系統連系規定 Grid-interconnection Code JEAC 9701-2006（JESC E0019(2006) 日本電気技術規格委員会）"，2006

しかしながら、自立運転するものについても、ＰＶ、ＦＣ等、多くの種類の分散電源が混在すると、例えばＰＶの出力を優先するためにＦＣ等を停止・再起動させなければならない等の非効率な動きが生じ、効率よく発電することができない。そのため、発電した電力を効率よく利用することができない。このような制限は、今後、新エネルギーより得られる電力を大量に導入した場合、特に問題となり得るものである。

そこで、本願発明は、系統が解列された場合でも、発電可能な新エネルギー発電システムを有効に活用できる電力供給システム等を提案することを目的とする。

請求項１に係る発明は、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、前記負荷に対して、第１電気的接続経路及び共通経路により電力を供給可能な商用電力供給源と、前記負荷に対して、第２電気的接続経路及び前記共通経路により蓄電している電力を供給可能な蓄電手段と、前記蓄電手段に対して、前記負荷へ供給する電力を制御する蓄電制御手段と、少なくとも、前記商用電力供給源が解列されていない状態において、前記商用電力供給源に対して、前記第２電気的接続経路も前記共通経路も経由することなく、前記第１電気的接続経路との接続点を経由して、発電した電力を出力可能な第１発電源と、前記共通経路に接続され、前記負荷に対して、前記共通経路との接続点を経由して電力を供給可能な第２発電源と、前記第２発電源に対して、他の電力供給源を基準電源として発電させ、基準電源が存在しない場合には発電させない第２発電源制御手段と、前記商用電力供給源、前記蓄電手段、前記第１発電源及び前記第２発電源の少なくとも１つから前記負荷に電力を供給させる電力切替手段を備え、前記電力切替手段が、解列条件の成立が検出されて、前記第１電気的接続経路において第１切替手段により前記商用電力供給源を解列した場合、前記蓄電制御手段は、前記商用電力供給源の解列が検出されると、前記蓄電手段に対して、前記負荷へ蓄電していた電力を供給させ、前記第２発電源制御手段は、前記商用電力供給源の解列及び前記蓄電手段から前記負荷への電力供給が検出されると、前記第２発電源に対して、前記蓄電手段を基準電源として前記負荷へ電力を供給させる。

ここで、第１電気的接続経路は、商用電力供給源から共通経路までを電気的に接続する経路である。また、第２電気的接続経路は、蓄電手段から共通経路までを電気的に接続する経路である。共通経路は、第１電気的接続経路及び第２電気的接続経路から付加までを電気的に接続する経路であり、第１電気的接続経路を経由して商用電力供給源から供給された電力及び第２電気的接続経路を経由して蓄電手段から供給された電力を負荷に供給可能な電気的に接続する経路である。また、第１発電源は、発電した電力を逆潮流することが許容されている発電システムであり、第２発電源は、発電した電力を逆潮流することが認められていない発電システムである。また、基準電源は、第１発電源及び第２発電源が発電を行う際に、系統に連携するための適正な電圧及び周波数などの電源品質の基準となる電源のことであり、商用電力供給源により商用電力が供給されている場合には商用電力供給源が、停電時には蓄電手段が基準電源となりうる。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の電力供給システムであって、前記蓄電制御手段は、前記解列条件の成立を検出し、かつ、前記商用電力供給源の解列を検出していない場合、前記蓄電手段に対して前記負荷への電力供給を停止させ、前記蓄電制御手段は、前記解列条件の成立を検出し、かつ、前記商用電力供給源の解列を検出した場合、前記蓄電手段に対して前記負荷へ電力を供給させ、前記第２発電源制御手段は、前記解列条件の成立を検出し、かつ、前記商用電力供給源の解列又は前記蓄電手段の電力供給を検出していない場合、前記第２発電源に対して前記負荷への電力供給を停止させ、前記第２発電源制御手段は、前記解列条件の成立を検出し、かつ、前記商用電力供給源の解列及び前記蓄電手段の電力供給を検出した場合、前記蓄電手段を基準電源として電力供給を開始させる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の電力供給システムであって、前記第１発電源は、供給する電力値が予測困難に変化するものであり、前記第２発電源は、基準電源を元に発電する電力を増減させ、所定の出力で運用されるものである。

ここで、第１発電源は、例えば、太陽光発電、風力発電、地熱発電等自然エネルギーを利用したものや、複数の自然エネルギーを利用した発電源を組み合わせたものである。また、第２発電源は、例えば、燃料電池システム、ガスエンジン発電システム等や、これらを組み合わせたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の電力供給システムであって、前記解列条件には、前記商用電力供給源の停電が含まれ、又は、前記第１電気的接続経路における前記商用電力供給源への逆潮流及び電圧上昇が含まれる。

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載の電力供給システムであって、前記電力切替手段は、前記解列条件の成立を検出した後に前記解列条件が成立しなくなったことを検出した場合、前記解列条件が成立しなくなったことを検出してから所定の時間である復電確認時間が経過するまで、前記商用電力供給源を解列したまま前記解列条件の不成立を確認して、前記所定の時間に前記解列条件の不成立が継続して確認されたときに、前記商用電力供給源と前記負荷との間の電気的接続を再構築する。

請求項６に係る発明は、請求項５記載の電力供給システムであって、前記復電確認時間において、前記蓄電手段は、前記蓄電手段の電力供給を継続させ、前記第２発電源制御手段は、前記蓄電手段を基準電源とした電力供給を維持させる。

請求項７に係る発明は、負荷に対して電力を供給する電力供給システムにおける電力供給方法であって、前記電力供給システムは、前記負荷に対して、第１電気的接続経路及び共通経路により電力を供給可能な商用電力供給源と、前記負荷に対して、第２電気的接続経路及び前記共通経路により蓄電している電力を供給可能な蓄電手段と、前記蓄電手段に対して、前記負荷へ供給する電力を制御する蓄電制御手段と、少なくとも、前記商用電力供給源が解列されていない状態において、前記商用電力供給源に対して、前記第２電気的接続経路も前記共通経路も経由することなく、前記第１電気的接続経路との接続点を経由して発電した電力を出力可能な第１発電源と、前記共通経路に接続され、前記負荷に対して、前記共通経路との接続点を経由して電力を供給可能な第２発電源と、前記第２発電源に対して、他の電力供給源を基準電源として発電させる第２発電源制御手段と、前記商用電力供給源、前記蓄電手段、前記第１発電源及び前記第２発電源の少なくとも１つから前記負荷に電力を供給させる電力切替手段を備え、前記電力切替手段が、解列条件の成立が検出されて、前記第１電気的接続経路において第１切替手段により前記商用電力供給源を解列する解列ステップと、前記蓄電制御手段が、前記商用電力供給源の解列が検出されると、前記蓄電手段に対して、前記負荷へ蓄電していた電力を供給させる放電ステップと、前記第２発電源制御手段が、前記商用電力供給源の解列及び前記蓄電手段から前記負荷への電力供給が検出されると、前記第２発電源に対して、前記蓄電手段を基準電源として前記負荷へ電力を供給させる発電ステップを含む。

請求項８に係る発明は、負荷に対して電力を供給する電力供給システムにおける制御装置であって、前記電力供給システムは、前記負荷に対して、第１電気的接続経路及び共通経路により電力を供給可能な商用電力供給源と、前記負荷に対して、第２電気的接続経路及び前記共通経路により蓄電している電力を供給可能な蓄電手段と、前記蓄電手段に対して、前記負荷へ供給する電力を制御する蓄電制御手段と、少なくとも、前記商用電力供給源が解列されていない状態において、前記商用電力供給源に対して、前記第２電気的接続経路も前記共通経路も経由することなく、前記第１電気的接続経路との接続点を経由して発電した電力を出力可能な第１発電源と、前記共通経路に接続され、前記負荷に対して、前記共通経路との接続点を経由して電力を供給可能な第２発電源と、前記商用電力供給源、前記蓄電手段、前記第１発電源及び前記第２発電源の少なくとも１つから前記負荷に電力を供給させる電力切替手段を備え、前記蓄電制御手段は、前記電力切替手段が、解列条件の成立が検出されて、前記第１電気的接続経路において第１切替手段により前記商用電力供給源を解列した場合、前記商用電力供給源の解列が検出されると、前記蓄電手段に対して、前記負荷へ蓄電していた電力を供給させるものであり、前記第２発電源に対して、他の電力供給源を基準電源として発電させ、前記商用電力供給源への逆潮流が検出されると発電させないように制御するものであり、前記商用電力供給源の解列及び前記蓄電手段から前記負荷への電力供給が検出されると、前記第２発電源に対して、前記蓄電手段を基準電源として前記負荷へ電力を供給させる。

なお、請求項６に係る発明において、復電確認時間において、蓄電制御手段は、商用電力供給源と同期させつつ、蓄電手段の電力供給を継続させるようにしてもよい。このような同期処理により、無瞬断で電力供給を継続させることが可能となる。

本願各請求項に係る発明によれば、蓄電手段と電力切替手段を併設し、系統連系時は、第１発電源（例えばＰＶ）は最大限発電できるようにし、かつ最大限逆潮流させるように、第２発電源（例えばＦＣ等）と蓄電手段の充放電により調整する。他方、解列条件が成立して商用電力供給源が解列されると、構内のみで発電可能な電力供給源を基準電源と見立てて、新エネルギー発電システムを自立運転させる。そして、第１発電源の発電量＋第２発電源の発電量−負荷＝蓄電手段の充放電量として調整する。この自立運転では、第１発電源及び第２発電源は、系統連系時と同様に発電を行わせることが可能となる。そして、蓄電手段の自立運転は、商用電力供給源が解列されたことが検出されて開始することから、商用電力供給源への逆潮流を避けることができる。

特に、第２発電源が例えばＦＣ等の場合、出力の調整は得意ではない。本願各請求項に係る発明によれば、既存の新エネルギー発電システム等による発電分を効率よく利用することが可能となる。

なお、本願発明を、例えば、コンピュータを蓄電制御手段や第２発電源制御手段として機能させるためのプログラム及びこのプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体等として捉えてもよい。

本願発明の第１の実施例に係る電力供給システム１の構成を示したブロック図である。商用電力供給源５の停電及び復電時について、図１の電力供給システム１の動作の一例を示すフロー図である。本願発明の実施の形態に係る電力供給システム１の構成を示したブロック図である。商用電力供給源５の停電及び復電時について、図１の電力供給システム１の動作の一例を示すタイムチャートである。商用電力供給源５の停電及び復電時について、図１の電力供給システム１の動作の他の例を示すタイムチャートである。本願発明の第２の実施例に係る電力供給システム１０１の構成を示すブロック図である。

以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。

図１は、本願発明の第１の実施例に係る電力供給システム１の構成を示したブロック図である。

電力供給システム１は、負荷３に対して電力を供給するものである。電力供給システム１には、商用電力供給源５と、太陽光を利用して発電する太陽光発電部７と、燃料電池により発電する燃料電池発電部９と、商用電力供給源５、太陽光発電部７及び燃料電池発電部９により供給される電力を蓄電し、また、蓄電された電力を放電する蓄電部１１を備える。商用電力供給源５、太陽光発電部７、燃料電池発電部９及び蓄電部１１の電力は、分電盤１３により電気的接続経路が調整されて負荷３へ供給される。

商用電力供給源５は、分電盤１３において、受電用ＥＬＣＢ２１、系統電圧の有無を検出するセンサ２３、家庭内自立運転に関する商用電力供給源５の解列・投入用のスイッチＭＳ２５、スイッチＭＳ２７、太陽光発電部７との接続点２９、蓄電部１１との接続点３１、燃料電池発電部９からの逆潮流を検出するセンサ３３、及び、燃料電池発電部９との接続点３５を順番に経由して、負荷３に対して電力を供給する。ここで、商用電力供給源５から接続点３１までの電気的接続経路が本願請求項の「第１電気的接続経路」の一例であり、蓄電部１１から接続点３１までの電気的接続経路が本願請求項の「第２電気的接続経路」の一例であり、接続点３１から負荷３までの電気的接続経路が本願請求項の「共通経路」の一例である。なお、スイッチＭＳ２５及び２７は二重化されており、どちらか一方が故障した場合には自立運転しない、より安全な機構である。なお、これらは、一つのスイッチにより実現されるものであってもよい。

蓄電部１１は、電力を蓄電し、蓄電された電力を放電する蓄電池４１を備える。蓄電は、商用電力供給源５の電力（深夜料金の時間帯の電力等）、太陽光発電部７が発電した電力、燃料電池発電部９が発電した電力（余剰電力等）などにより行われる。蓄電池４１に蓄電された電力は、双方向コンバータ４３、単独運転防止に関する解列・投入用のスイッチＭＳ４７及びＥＬＣＢ４９を順番に経由して、第２電気的接続経路及び共通経路により接続点３１を経由して負荷３に供給される。また、蓄電部１１は、蓄電部１１の動作を制御する制御装置５１と、センサ２３の出力による系統電圧の監視及び受電用ＥＬＣＢ２１のトリップ信号の監視を行う系統電圧監視部５３と、スイッチＭＳ２５及び２７の開閉を制御する解列指令部５５を備える。ここで、本実施例では、センサ２３、スイッチＭＳ２５、スイッチＭＳ２７、系統電圧監視部５３及び解列指令部５５は、切替器５７を構成するとする。

太陽光発電部７は、太陽光を利用した発電を行うものである。発電した電力は、接続点２９を経由して負荷３へ供給される。また、接続点２９を経由して、商用電力供給源５へ売電してもよい。また、例えば売電時は第１電気的接続経路に接続され、負荷３への電力供給時や蓄電部１１への蓄電時は、第２電気的接続経路に接続して蓄電部と太陽光発電部７を一体の装置として実現したり、共通経路に接続したりしてもよい。

燃料電池発電部９は、燃料電池（ＦＣ）を利用した発電を行うものである。燃料電池発電部９は、センサ３３等の検出により燃料電池発電部９の動作を制御する制御装置６１を備える。発電した電力は、接続点３５を経由して負荷３へ供給される。燃料電池発電部９は、基準電源を元に発電する電力を増減させ、所定の出力で運用されるものである。単独運転防止のため、基準電源が存在しない場合やセンサ３３が逆潮流を検出した場合には、通常、運転を停止する。そのため、燃料電池発電部９の発電は、負荷よりも少ないものとなる。本実施例では、センサ２３が検出した電力量により蓄電部１１が充放電することにより、逆潮流量がＰＶの発電量以上とならないよう制御している。また、家庭内に設置される燃料電池などは、系統連系中には、都市ガスなどの燃料から水素を作り出す改質部の動作速度の制約から俊敏な出力の増減ができず、短時間での発電調整が不可能なものが多い。また、燃料電池など逆潮流が認められていない発電機は、使用負荷が少ない場合、発電電力を絞り込む必要があり、効率が悪い運転を強いられる。

太陽光発電部７や燃料電池発電部９のような新エネルギー発電システムは、一般に、系統が停電すると、保安のために、単独運転防止の観点から連系運転を停止する。そして、これらの新エネルギー発電システムを複数接続する場合は、商用電力供給源５に対する分散電源として、並列にするのが通常である。本実施例では、燃料電池発電部９を共通経路に接続する。これにより、停電等の異常状態が発生して商用電力供給源５が解列された場合でも、自立運転を行った蓄電部１１を基準電源として、新エネルギー発電システムを動作させることが可能となる。そのため、既存の新エネルギー発電システム等は、連系運転と同様の発電を行うことができ、その発電分を効率よく利用することができる。

図２のフロー図及び図３のタイムチャートを参照して、商用電力供給源５の停電及び復電時について、図１の電力供給システム１の動作の一例を説明する。商用電源供給源５の電力を利用することができる場合は、太陽光発電部７、燃料電池発電部９及び蓄電部１１は、装置そのものの動作を行う。

図２を参照して、異常状態の一例として、商用電力供給源５が停電した場合について説明する。商用電力供給源５が停電した場合（ステップＳＴ０１）、太陽光発電部７、燃料電池発電部９及び蓄電部１１は、それぞれの保護リレーにより停電を検出し、単独運転検出機能により解列・停止して、連系運転を停止する（例えば、蓄電部１１におけるスイッチＭＳ４７等参照）（ステップＳＴ０２）。切替器５７の系統電圧監視部５７は、センサ２３からの商業電圧検出信号により商用電源がないことを認識（検出）し、受電用ＥＬＣＢのトリップ信号がないことを条件に、解列指令部５５からの解列指令によりスイッチＭＳ２５及び２７（システム連系リレー）を「閉」から「開」として商用電力供給源５を解列する（ステップＳＴ０３）。商用電力供給源５が解列されると、蓄電部１１は自立運転を開始する（ステップＳＴ０４）。ただし、ブレーカトリップ時は、商用電源なしとは判断せず、運転しない。そして、系統と切離された状態での蓄電部１１の自立運転により、これを基準電源として、太陽光発電部７及び燃料電池発電部９が連系運転を行う（燃料電池発電部９では、制御装置６１の制御により行われる）（ステップＳＴ０５）。

図３のタイムチャートを参照して、時間経過の一例を具体的に説明する。商用電力供給源５が停電し（時刻ｔ₀₁）、それを検出した太陽光発電部７、燃料電池発電部９及び蓄電部１１は解列・停止する（図２のステップＳＴ０２）（時刻ｔ₀₂）。システム連系リレー（図１のスイッチＭＳ２５及び２７）は「閉」から「開」となり（ステップＳＴ０３）（時刻ｔ₀₃）、これを検出した蓄電部１１は自立運転を開始する（ステップＳＴ０４）（時刻ｔ₀₄）。太陽光発電部７及び燃料電池発電部９は、蓄電部１１が自立運転を開始してから所定の時間（例えば３００秒）復電を確認して、蓄電部１１を基準電源として連系運転を開始する（ステップＳＴ０５）（時刻ｔ₀₅）。

続いて、図２を参照して、商用電力供給源５が復電した場合について説明する。商用電力供給源５が復電した場合（ステップＳＴ１１）、蓄電部１１は、復電確認時間（例えば、１５０秒間、３００秒間）中、継続して復電していることを確認しつつ、自立運転を継続する（ステップＳＴ１２）。蓄電部１１、太陽光発電部７及び燃料電池発電部９は、復電確認時間経過後、解列・停止する。解列指令部５５は、解列指令によりスイッチＭＳ２５及び２７を「開」から「閉」として第１電気的接続経路を再構成する（ステップＳＴ１３）。そして、（単独運転受動方式又は瞬時電圧低下検知時には所定の時間（１０秒程度）経過後、）蓄電部１１、太陽光発電部７及び燃料電池発電部９は、系統連系運転を開始する（ステップＳＴ１４）。これは、通常状態として、装置そのものの動作である。

図３を参照して、タイムチャートについて説明する。系統電圧が復電し（図２のステップＳＴ１１）（時刻ｔ₁₁）、それを検出した蓄電部１１は、復電を検出して所定の復電確認時間、復電の継続を確認しつつ、自立運転を継続させる。復電確認時間経過後（時刻ｔ₁₂）、蓄電部１１、太陽光発電部７及び燃料電池発電部９は解列・停止し、解列指令部５５は、システム連系リレーを「開」から「閉」とする（ステップＳＴ１３）。そして、太陽光発電部７、燃料電池発電部９及び蓄電部１１は、系統連系運転を行う（ステップＳＴ１４）（時刻ｔ₁₃）。

ここで、復電確認時間（時刻ｔ₁₁からｔ₁₂までの時間）について、図４のタイムチャートを比較しつつ、具体的に説明する。復電時の処理としては、例えば、図４に示す処理も考えられる。すなわち、停電時の処理（時刻ｔ₀₁からｔ₀₅までの処理）は、図３におけるものと同様である。復電が確認される（時刻ｔ₂₁）と、所定の時間（例えば５秒）経過後に蓄電部１１は自立運転を停止し（時刻ｔ₂₂）、太陽光発電部７及び燃料電池部９は連系運転を停止する（時刻ｔ₂₃）。連系リレーは、蓄電部１１が自立運転を停止してから、太陽光発電部７及び燃料電池部９が連系運転を停止するまでに通常十分な所定の時間（例えば５秒）経過後に、システム連系リレーを「開」から「閉」とする（時刻ｔ₂₄）。そして、蓄電部１１、太陽光発電部７及び燃料電池発電部９は、系統連系運転を開始する（時刻ｔ₂₅）。本願発明は、このような復電時の処理によっても実施可能である。

しかしながら、図４に示す処理によっては、系統復電から１０〜１５秒程度で再連系する可能性がある。そのため、単独運転の受動方式や瞬間電圧低下リレー検知した場合には、１０秒程度で、蓄電部１１、太陽光発電部７及び燃料電池発電部９が再連系してしまい、系統復電から１０〜１５秒程度（復電確認が終了する前）で再連系してしまい、再閉路事故が発生する可能性がある。これに対し、図３に示す処理によれば、復電確認時間として１５０〜３００秒をおいてから再連系することにより、事故の発生を未然に防止することができる。

さらに、単独運転の受動方式や瞬間電圧低下リレーが動作する可能性があるのは、自立運転終了から短い時間（１秒程度以内）で負荷に再送電するようなケースである。そこで、負荷への再送電を短時間で実施する場合には、系統復電後もすぐには蓄電部１１の動作を終了せず、復電確認時間自立運転を継続させた後に切り替えを実施する。この切り替え操作により、負荷への復電時間を短い時間（１秒程度以内）におさえても、再閉路事故の発生を防止することができる。

なお、図３に示す処理において、蓄電部１１は、復電確認時間中、系統と同期して、自立運転を行うようにしてもよい。このような同期処理を経ることにより、可能であれば、時刻ｔ₁₂と時刻ｔ₁₃を一致させて、無瞬断により系統連系運転をするようにすることも可能となる。

蓄電部１１の動作について、通常状態及び異常状態における動作を、より具体的に説明する。蓄電部１１は、パワーコンディショナ保護機能として、例えば、出力過電圧動作、出力不足電圧動作、出力過電流動作、同期異常動作及び制御電源異常動作等の保護動作を検出する。システム連系リレー監視として、リレー状態不一致動作等を検出する。また、蓄電池保護機能として、例えば、蓄電池不足電圧動作、蓄電池温度異常動作、蓄電池過電流動作、蓄電池過電圧動作、自立時蓄電池過電圧動作等を検出する。自立時蓄電池過電圧動作は自立運転時のみ検出し、出力電圧上昇機能を動作する。これは、充電による過電圧を検出するものであり、出力電圧を上昇させ、太陽光発電部７の出力上昇抑制機能を動作させるものである。太陽光発電部７の発電量を抑制し、太陽光発電部７からの充電による過電圧から蓄電池４１を保護するものである。蓄電部１１は、その他の動作を検出した場合、装置内連系リレー（スイッチＭＳ４７）を開き、装置故障として停止する。

また、蓄電部１１は、連系保護機能として、例えば、交流地絡動作（ＥＬＣＢトリップ）、系統過電圧動作、系統不足電圧動作、系統過周波数動作、系統不足周波数動作、系統過電圧（瞬時）動作、系統不足電圧（瞬時）動作等を検出する。また、単独運転検出機能として、例えば、能動的方式動作（周波数シフト方式）、受動的方式動作（電圧位相跳躍方式）及び逆電圧動作等を検出する。

蓄電部１１は、通常状態において、交流地絡動作を検出した場合には、装置内連系リレーをオープンし、待機状態となる（図３（ａ）の時刻ｔ₀₂）。蓄電部１１は、その他の連係保護機能及び単独運転検出機能のいずれかの動作を検出した場合、装置内連系リレーをオープンにし、受電用ＥＬＣＢ２１のトリップ信号がないことを検出して所定の時間（例えば５秒）経過後、システム連系リレーを開き（時刻ｔ₀₃）、自立運転を開始する（時刻ｔ₀₄）。太陽光発電部７及び燃料電池発電部９は、蓄電部１１を基準電源として自立運転する（時刻ｔ₀₅）。

蓄電部１１は、自立運転時には、さらに、連系運転移行機能として、例えば、系統電圧有検出等を行う。連系運転移行機能における検出があった場合、受電用ＥＬＣＢ２１のトリップ信号がないことを検出して、所定の時間経過中、復電（電源確立）を確認しつつ、商用電力供給源５と同期する。そして、システム連系リレーを閉じる。また、例えば受動的方式検出なしで系統電圧が正常であった場合には、例えば、蓄電部１１は、連係保護機能のうち交流地絡動作以外の動作及び単独運転検出機能のうち受動式方式動作以外の動作がないことを検出した場合、所定の時間（例えば３００秒）後に、交流地絡動作、受動式方式動作及び装置故障がないことを確認して装置内連系リレーを閉じ、蓄電部１１の連系運転を開始する（時刻ｔ₁₅）。系統電圧の有無は、センサ２３（例えばＲＹ接点）のＯＮ／ＯＦＦ（励磁の有無）で判定する。仮にＲＹの誤動作、故障が原因で復電と誤って検出した場合でも、蓄電部１１が単独運転検出機能等を持っているため、待機状態となり、連系運転することはない。そのため、系統に害を与えない。

このように、単独運転の受動方式が検知した場合には、系統復電後すぐに商用電源に切り替えるのではなく、所定の復電確認時間（例えば、３００秒間）は蓄電池１１からの給電を行うことで、商用系統の再閉路事故防止を行うことが可能となる。さらに、同期をとることにより、無瞬断での系統連系運転の再開が可能となる。

図５は、本願発明の第２の実施例に係る電力供給システム１０１の構成を示したブロック図である。本実施例では、異常状態として、第１電気的接続経路における商用電力供給源への逆潮流及び電圧上昇の場合の具体的動作について説明する。

電力供給システム１０１は、例えば家庭用負荷等の負荷１０３に対して電力を供給するものである。電力供給システム１０１は、商用電力供給源１０５と、蓄電部１０７と、太陽光発電部１０９と、燃料電池発電部１１１と、コントローラ部１１３を備える。なお、燃料電池発電部１１１からの電力経路の接続点１１３は、後に説明するように、商用電力供給源１０５から受電用ＥＬＣＢ１２１及びコントローラ部１１３を経由して負荷１０３へ至る電気的接続経路と、商用電力供給源１０５が第１スイッチ１５３により解列された場合に蓄電部１０７からコントローラ部を経由して負荷１０３へ至る電気的接続経路とにおいて、共通する接続点１１５から負荷１０３に至る電気的接続経路上に接続されればよい。例えば、接続点１１７から負荷１０３に至る電気的接続系路上に接続して、蓄電部１０７及び太陽光発電部１０９が解列されてスイッチ１６３により商用電力供給源１０５の家庭用負荷へ直接供給された場合にも共通して用いられるようにしてもよい。

太陽光発電部１０９は、太陽光発電パネル１２３とパワーコンディショナ（ＰＣＳ、Power Conditioning System）１２５を備える。太陽光発電パネル１２３により生じた電力は、ＰＣＳ１２５により変換される。また、コントローラ部１１３の充電器１３３により蓄電池１２７へ蓄電される。

蓄電部１０７は蓄電池１２７を備え、本実施例では、例えばエネ・パック（登録商標）のような小電力蓄電システムである。蓄電池１２７は、例えば約１０ｋＷｈのものであり、昼間放電し、夜間充電するものである。

燃料電池発電部１１１の電力は、ＰＣＳ１２９及びコントローラ部１１３を経由して負荷１０３へ与えられる。

コントローラ部１１３は、負荷１０３へ供給される電力を切り替える電力切替器１３１と、充電器１３３と、商用電力供給源１０５からの電力供給時に蓄電部１０７への充電を行うときに用いられる力率改善（ＰＦＣ、Power Factor Correction）回路１３５と、商用電力供給源１０５が解列された場合に蓄電部１０７の電力を負荷１０３へ供給するときに用いられるインバータ１３７と、充電器１３３、ＰＦＣ１３５及びインバータ１３７の動作を制御する制御装置１３９を備える。

電力切替器１３１の構成について説明する。商用電力供給源１０５の電力は、受電用ＥＬＣＢ１２１を経由して電力切替器に与えられる。商用電力供給源の電力を負荷１０３へ供給する場合、センサ１５１、潮流、電圧、停電を検出し、単独運転防止に用いられるセンサ１５１と、単独運転防止のための解列及び投入用の第１スイッチＭＳ１５３と、潮流及び電圧を検出するセンサ１５５と、逆潮流防止用の静止型の高速スイッチである第２スイッチＴＳ１５７と、潮流及び電圧を検出するセンサ１５９を順に経由する電気的接続経路により負荷１０３に供給される。また、内部異常（例えば太陽光発電部１０９又は蓄電部１０７の故障等）に起因する第１スイッチ１５３や第２スイッチ１５７による蓄電部１０７又は太陽光発電部１０９の解列時には、センサ１５１と第１スイッチ１５３との間の接続点１６１とセンサ１５９と負荷１０３の間の接続点１１７の間の電気的接続経路を高速にバイパスする第３スイッチＴＳ１６３を経由して供給される。第１スイッチ１５３は、センサ１５１により、例えば、商用電力供給源１０５の停電が検出された場合、逆潮流かつ電圧上昇が検出された場合等に、異常状態として商用電力供給源１０５を解列する。

太陽光発電パネル１２３が発電した電力は、直流の電圧・電流・電力を内部検出する太陽光発電パネル用センサ１６５を経由して、ＰＣＳ１２５へ供給するか充電器１３３へ供給するかを切り替えるスイッチ１６７により切り替えられる。商用電力供給源１０５が解列された場合、太陽光発電パネル１２３が発電した電力は、充電器１３３により蓄電部１０７に蓄電される。商用電力供給源１０５が解列されていない場合、ＰＣＳ１２５を経由して電力切替器１３１の太陽光充電用の第４スイッチ１６９を経由して、第１スイッチ１５３とセンサ１５５の間の接続点１７１により供給される。また、必要に応じて売電等がなされる。

蓄電部１０７は、商用電力供給源１０５が解列されていない場合、ＰＦＣ１３５及び第５スイッチＭＳ１７３を経由してセンサ１５５と第２スイッチ１５７の間の接続点１７５に接続される。そして、通常動作として、昼間は基本的に放電し、夜間（特に深夜電力料金時間帯等の特定の時間帯）は充電する。また、売電等ができない余剰電力があれば必要に応じて充電し、電力不足時には必要に応じて放電する。

例えば、商用停電等の異常状態により、商用電力供給源１０５が第１スイッチ１５３にて解列された場合、第５スイッチ１７３を閉から開にし、蓄電部１０７の電力をインバータ１３７及び第６スイッチＭＳ１７７を経由して、第２スイッチ１５７とセンサ１５９の間の接続点１１５により負荷１０３へ供給する。また、系統電圧上昇時には、第５スイッチ１７３を閉にしておき、余剰電力を蓄電する。商用電力供給源１０５が投入された場合、通常動作を再開する。

また、燃料電池発電部１１１の電力は、ＰＣＳ１２９及び潮流・電圧を検出するセンサ１７９を経由して、接続点１１３により供給される。

まず、通常運転時の動作について説明する。基本的には、太陽光発電での余剰電力は売電する。具体的には、各スイッチの状態は、第１スイッチ１５３、第２スイッチ１５７、第４スイッチ１６９、第５スイッチ１７３及び第６スイッチ１７７が閉、第３スイッチ１６３が開である。太陽光発電電力が（負荷−バッテリー放電）より大きい場合は、余剰電力は電力会社へ売電される（なお、バッテリー放電電力は電力会社には売電できない。）。太陽光発電電力が（負荷−バッテリー放電）より小さい場合は、不足電力は電力会社から買電される。バッテリー放電電力が常に負荷より大きくならないようにインバータ１３７にてコントロールし、上位への逆潮流を防止する。夜間時間になれば、蓄電池１２７に電力は充電される。太陽光発電部１０９、蓄電部１０７などの装置異常の場合は、第３スイッチ１６３を閉、第１スイッチ１５３、第２スイッチ１５７及び第６スイッチ１７７を開いてバイパス回路を形成し、負荷１０３に電力を支障なく供給することができる。

次に、系統への逆潮流があり、かつ系統電圧上昇時の動作について説明する。基本的には、蓄電部１０７のインバータ１３７からの放電制限を行い、燃料電池発電部１１１のＰＣＳ１２９からの発電制限を行い、及び、太陽光発電部１０９の余剰電力を蓄電部１０７へ貯蔵する。具体的には、各スイッチの状態は、最初は、通常運転時と同様に、第１スイッチ１５３、第２スイッチ１５７、第４スイッチ１６９、第５スイッチ１７３及び第６スイッチ１７７が閉、第３スイッチ１６３が開である。上記のように、太陽光発電電力が（負荷−バッテリー放電）より大きい場合は、余剰電力は電力会社へ売電される。このとき、第１センサ１５１は電圧及び逆潮流を検出する。第１センサ１５１が逆潮流を検出し、かつ電圧が、規定値より高い又は高くなりうると判断された場合は、先ず蓄電部１０７のインバータ１３７からの放電、燃料電池発電部１１１のＰＣＳ１２９からの発電を増減させて異常事態を回避すると同時に、太陽光発電切替スイッチ１６７を充電器１３３側に切り替え、蓄電部１０７に太陽光で発電した電力を充電し貯蔵する。その後、第１センサ１５１により検出された電圧、逆潮流が規定値に戻れば、再度太陽光発電切替スイッチ１６７をＰＣＳ１２５側に切り替えて通常運転に戻り、貯蔵された電力を使用する。このように、新エネルギー発電と電力貯蔵装置間での自律運転制御により系統への影響除去対策が可能になる。

次に、系統側停電時（系統瞬断時）の動作について説明する。基本的には、第１スイッチ１５３を解列し、負荷１０３への電力供給は太陽光発電部１０９及び蓄電部１０７から無停電にて行う。具体的には、各スイッチの状態は、最初は、通常運転時と同様に、第１スイッチ１５３、第２スイッチ１５７、第４スイッチ１６９、第５スイッチ１７３及び第６スイッチ１７７が閉、第３スイッチ１６３が開である。太陽光発電電力が（負荷−バッテリー放電）より大きい場合は、余剰電力は電力会社へ売電される。第１センサ１５１が単独運転を感知した場合は、第１スイッチ１５３を開して系統側から切り離し、バッテリー放電によって自立運転を開始する。太陽光発電部１０９及び燃料電池発電部１１１は、蓄電部１０７を基準電源として発電を継続する。なお、太陽光発電電力は、スイッチ１６７により、充電器１３３を経由させて蓄電部１０７に蓄電させて、蓄電部１０７より供給させるようにしてもよい。停電が復旧したことを規定時間確認できたら通常運転に戻る。これにより、需要側は、無瞬断電源装置（ＵＰＳ）機能による自立運転が可能となる。

このように、例えば家庭用太陽光発電システムや燃料電池発電システムのような既存の太陽光発電部１０９や燃料電池発電部１１１に、例えばエネ・パック（登録商標）のような電力貯蔵装置を併設して、電力切替器１３１の動作により、その地点（ポイント）で電圧を抑制し、出力変動への対策が可能となる。そして、燃料電池などの新エネルギーによる発電システムを大量導入した場合にも有効に活用することができる。さらに、電気自動車やヒートポンプなどの夜間電力需要と同様に、深夜電力で貯蔵することにより、需要側は電力料金を削減することが可能となり、電力供給側は深夜電力を底上げし、昼間電力のピークシフトが可能となり、負荷平準化が効果的に動作することとなる。さらに、太陽光発電や蓄電部によりＣＯ２の削減効果があり、環境保全に寄与することができる。特に、電圧上昇抑制対策は、発生余剰電力を蓄電部１０７に蓄電し、後で放電することにより、新エネルギーを有効に利用することができる。

また、本実施例では、電力供給システム１０１において、太陽光発電部１０９により発電された場合を例にして説明したが、例えば、風力発電システムなど、その他の新エネルギーにより発電される場合であってもよい。また、燃料電池発電部１１１は、燃料電池発電に限らず、例えばガスエンジン発電システム等やこれらを組み合わせたものであってもよい。

このように、電力供給システム１のように太陽光発電部１０９を接続することにより、例えば既存の太陽光発電システムなどを活用しつつ、太陽光発電などの自然エネルギーの大量導入により生じる様々な問題点を解決する自律制御を実現することが可能となる。

１電力供給システム、３負荷、５商用電力供給源、７太陽光発電部、９燃料電池発電部、１１蓄電部、２５，２７スイッチ、３１，３５接続点、４１蓄電池、５１蓄電部制御装置、６１制御装置、１０１電力供給システム、１０３負荷、１０５商用電力供給源、１０７蓄電部、１０９太陽光発電部、１１１燃料電池発電部、１２７蓄電池、１３１電力切替器、１１３接続点

Claims

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、
前記負荷に対して、第１電気的接続経路及び共通経路により電力を供給可能な商用電力供給源と、
前記負荷に対して、第２電気的接続経路及び前記共通経路により蓄電している電力を供給可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段に対して、前記負荷へ供給する電力を制御する蓄電制御手段と、
少なくとも、前記商用電力供給源が解列されていない状態において、前記商用電力供給源に対して、前記第２電気的接続経路も前記共通経路も経由することなく、前記第１電気的接続経路との接続点を経由して発電した電力を出力可能な第１発電源と、
前記共通経路に接続され、前記負荷に対して、前記共通経路との接続点を経由して電力を供給可能な第２発電源と、
前記第２発電源に対して、前記商用電力源又は前記蓄電手段を基準電源として発電する電力を増減させ、基準電源が存在しない場合には発電させない第２発電源制御手段と、
前記商用電力供給源、前記蓄電手段、前記第１発電源及び前記第２発電源の少なくとも１つから前記負荷に電力を供給させる電力切替手段を備え、
前記電力切替手段が、解列条件の成立が検出されて、前記第１電気的接続経路において第１切替手段により前記商用電力供給源を解列した場合、
前記蓄電制御手段は、前記商用電力供給源の解列が検出されると、前記蓄電手段に対して、前記負荷へ蓄電していた電力を供給させ、
前記第２発電源制御手段は、前記商用電力供給源の解列及び前記蓄電手段から前記負荷への電力供給が検出されると、前記第２発電源に対して、前記蓄電手段を基準電源として前記負荷へ電力を供給させる、電力供給システム。
前記蓄電制御手段は、前記解列条件の成立を検出し、かつ、前記商用電力供給源の解列を検出していない場合、前記蓄電手段に対して前記負荷への電力供給を停止させ、
前記蓄電制御手段は、前記解列条件の成立を検出し、かつ、前記商用電力供給源の解列を検出した場合、前記蓄電手段に対して前記負荷へ電力を供給させ、
前記第２発電源制御手段は、前記解列条件の成立を検出し、かつ、前記商用電力供給源の解列又は前記蓄電手段の電力供給を検出していない場合、前記第２発電源に対して前記負荷への電力供給を停止させ、
前記第２発電源制御手段は、前記解列条件の成立を検出し、かつ、前記商用電力供給源の解列及び前記蓄電手段の電力供給を検出した場合、前記蓄電手段を基準電源として電力供給を開始させる、請求項１記載の電力供給システム。
前記第１発電源は、供給する電力値が予測困難に変化するものであり、
前記第２発電源は、基準電源を元に発電する電力を増減させ、所定の電圧及び周波数で運用されるものである、請求項１又は２記載の電力供給システム。
前記解列条件には、前記商用電力供給源の停電が含まれ、又は、前記第１電気的接続経路における前記商用電力供給源への逆潮流及び電圧上昇が含まれる、請求項１から３のいずれかに記載の電力供給システム。
前記電力切替手段は、前記解列条件の成立を検出した後に前記解列条件が成立しなくなったことを検出した場合、前記解列条件が成立しなくなったことを検出してから所定の時間である復電確認時間が経過するまで、前記商用電力供給源を解列したまま前記解列条件の不成立を確認して、前記所定の時間に前記解列条件の不成立が継続して確認されたときに、前記商用電力供給源と前記負荷との間の電気的接続を再構築する、請求項１から４のいずれかに記載の電力供給システム。
前記復電確認時間において、
前記蓄電手段は、前記蓄電手段の電力供給を継続させ、
前記第２発電源制御手段は、前記蓄電手段を基準電源とした電力供給を維持させる、請求項５記載の電力供給システム。
負荷に対して電力を供給する電力供給システムにおける電力供給方法であって、
前記電力供給システムは、
前記負荷に対して、第１電気的接続経路及び共通経路により電力を供給可能な商用電力供給源と、
前記負荷に対して、第２電気的接続経路及び前記共通経路により蓄電している電力を供給可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段に対して、前記負荷へ供給する電力を制御する蓄電制御手段と、
少なくとも、前記商用電力供給源が解列されていない状態において、前記商用電力供給源に対して、前記第２電気的接続経路も前記共通経路も経由することなく、前記第１電気的接続経路との接続点を経由して発電した電力を出力可能な第１発電源と、
前記共通経路に接続され、前記負荷に対して、前記共通経路との接続点を経由して電力を供給可能な第２発電源と、
前記第２発電源に対して、前記商用電力源又は前記蓄電手段を基準電源として発電する電力を増減させる第２発電源制御手段と、
前記商用電力供給源、前記蓄電手段、前記第１発電源及び前記第２発電源の少なくとも１つから前記負荷に電力を供給させる電力切替手段を備え、
前記電力切替手段が、解列条件の成立が検出されて、前記第１電気的接続経路において第１切替手段により前記商用電力供給源を解列する解列ステップと、
前記蓄電制御手段が、前記商用電力供給源の解列が検出されると、前記蓄電手段に対して、前記負荷へ蓄電していた電力を供給させる放電ステップと、
前記第２発電源制御手段が、前記商用電力供給源の解列及び前記蓄電手段から前記負荷への電力供給が検出されると、前記第２発電源に対して、前記蓄電手段を基準電源として前記負荷へ電力を供給させる発電ステップを含む電力供給方法。
負荷に対して電力を供給する電力供給システムにおける制御装置であって、
前記電力供給システムは、
前記負荷に対して、第１電気的接続経路及び共通経路により電力を供給可能な商用電力供給源と、
前記負荷に対して、第２電気的接続経路及び前記共通経路により蓄電している電力を供給可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段に対して、前記負荷へ供給する電力を制御する蓄電制御手段と、
少なくとも、前記商用電力供給源が解列されていない状態において、前記商用電力供給源に対して、前記第２電気的接続経路も前記共通経路も経由することなく、前記第１電気的接続経路との接続点を経由して発電した電力を出力可能な第１発電源と、
前記共通経路に接続され、前記負荷に対して、前記共通経路との接続点を経由して電力を供給可能な第２発電源と、
前記商用電力供給源、前記蓄電手段、前記第１発電源及び前記第２発電源の少なくとも１つから前記負荷に電力を供給させる電力切替手段を備え、
前記蓄電制御手段は、前記電力切替手段が、解列条件の成立が検出されて、前記第１電気的接続経路において第１切替手段により前記商用電力供給源を解列した場合、前記商用電力供給源の解列が検出されると、前記蓄電手段に対して、前記負荷へ蓄電していた電力を供給させるものであり、
前記第２発電源に対して、前記商用電力源又は前記蓄電手段を基準電源として発電する電力を増減させ、前記商用電力供給源への逆潮流が検出されると発電させないように制御するものであり、前記商用電力供給源の解列及び前記蓄電手段から前記負荷への電力供給が検出されると、前記第２発電源に対して、前記蓄電手段を基準電源として前記負荷へ電力を供給させる制御装置。