JP5997074B2 - 給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法 - Google Patents

Description

本発明はたとえば、燃料電池コジェネレーションシステム（以下単に「ＦＣシステム」と称する。）などの定置用発電機器を含む給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法に関する。

ＦＣシステムは、電流センサで計測される電力負荷量に応じて発電し、その電力を電力負荷へ供給する。一般に、ＦＣシステムは電流型インバータを備え、系統電圧を利用して発電を行う。系統電力に停電が発生すると、ＦＣシステムは電圧源を失い、発電を停止する。

そこで、ＦＣシステムに蓄電池システムを組み合わせ、系統電源が停電した際には、蓄電池システムから電力をＦＣシステムに供給すれば、ＦＣシステムが発電を継続することができる。これにより、系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力を電力負荷に給電することが可能である。

系統電源の停電時、太陽光発電装置と蓄電池の組み合わせにより負荷に電力を供給することが知られている（たとえば、特許文献１）。

特開２０１２−４４７３３号公報

ところで、蓄電池システムおよびＦＣシステムを備える給電システムでは、系統連系時、電力負荷の消費電力は系統、蓄電池システムおよびＦＣシステムの各電力で賄われる。この場合、蓄電池システムから電力負荷までの総合インピーダンスをＺ１、ＦＣシステムから電力負荷までの総合インピーダンスをＺ２とすると、Ｚ２はＺ１より小さく、Ｚ１＞Ｚ２が成立している。

系統電源の停電時には、系統電源が解列し、蓄電池システムの給電を得てＦＣシステムを発電させれば、電力負荷にはＦＣシステムの発電電力および蓄電池システムの電力の双方を供給することができる。

斯かる電力が供給される電力負荷には、電気冷蔵庫など、急冷時に瞬間的に大電流を消費する特殊な負荷（特殊電力負荷）が含まれている。このような特殊電力負荷に大電流が流れると、瞬間的にＦＣシステムからの電力品質が低下するという課題がある。つまり、既述のＺ１＞Ｚ２が成立した状態で、特殊電力負荷が瞬間的に大電流を消費すると、インピーダンスの低いＦＣシステム側から大電流が特殊電力負荷に供給される。

ＦＣシステム側から大電流が消費されると、ＦＣシステムの出力電圧が低下し、電力品質が低下して保護機能が働く。つまり、ＦＣシステムの出力電圧に電圧波形の乱れなどが生じると、ＦＣシステムでは単独運転検知が行われ、一定時間、発電を停止したり、単独運転検知回数や単独運転検知の継続によってはエラー停止を起こす。瞬間的な大電流が消費されなければ、ＦＣシステムの発電電力を電力負荷に供給できるのに対し、瞬間的な大電流の供給のため、系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力が利用できないという課題がある。

しかし、系統電源と連系するＦＣシステムや蓄電池システムの分散型電源の単独運転検知機能などの保護機能は、系統連系上、必要不可欠である。系統連系規程の充足は必須であり、系統連系状態において、分散型電源の保護機能に対する動作条件の変更や無効化は認められない。

系統電源の停電時、または分散電源の自立運転時にＦＣシステムの発電電力を併用する場合、ＦＣシステムの発電が停止すれば、ＦＣシステムの発電電力を利用できないうえ、蓄電池に対する負担が増大し、蓄電池の消耗が顕著となるという課題がある。

このような課題は、ＦＣシステムのみならず、蓄電手段に太陽光発電などの発電手段を含む他の分散型電源においても同様の課題がある。

そこで、本発明の目的は、系統電源の停電時、または分散電源の自立運転時に蓄電手段や発電手段を含む分散電源を有する給電システムにおいて、電力負荷に対する給電の継続性や安定性を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明の給電システムは、複数の電力負荷に給電する給電システムであって、前記複数の電力負荷から選択された第１の電力負荷を系統電源に接続する配電系統と、前記複数の電力負荷から選択された第２の電力負荷と前記配電系統との間に設置され、前記系統電源の停電時、または分散電源の自立運転時、前記配電系統に対する前記第２の電力負荷側のインピーダンスを高インピーダンスに切り替えるインピーダンス切替え手段と、少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含み、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記第１の電力負荷に給電するとともに、前記高インピーダンスに切り替えられた前記第２の電力負荷に給電する分散電源とを備える。

上記給電システムにおいて、前記配電系統に前記系統電源の停電を検出し、または前記分散電源の自立運転を検出する検出手段と、前記インピーダンス切替え手段のインピーダンス切替えを制御する制御手段とを備えてもよい。

上記給電システムにおいて、前記インピーダンス切替え手段は、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記配電系統と前記第２の電力負荷との間に高インピーダンス回路を挿入してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の給電制御プログラムは、少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を備える給電システムに搭載されたコンピュータに実行させる給電制御プログラムであって、系統電源の停電時または前記分散電源の自立運転時に制御情報を生成し、複数の電力負荷から選択された第１の電力負荷および第２の電力負荷のうち、前記第２の電力負荷と配電系統との間に設置されたインピーダンス切替え手段を前記制御情報により制御し、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記第２の電力負荷側のインピーダンスを高インピーダンスに切り替え、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記第１の電力負荷および前記高インピーダンスに切り替えられた前記第２の電力負荷に前記分散電源から給電させる処理を前記コンピュータに実行させる。

上記目的を達成するため、本発明の給電制御方法は、複数の電力負荷に給電する給電制御方法であって、前記複数の電力負荷から選択された第１の電力負荷を配電系統により系統電源に接続し、少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を前記配電系統に接続し、前記複数の電力負荷から選択された第２の電力負荷と前記配電系統との間にインピーダンス切替え手段を設置し、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記配電系統に対する前記第２の電力負荷側のインピーダンスを高インピーダンスに切り替え、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、該分散電源から前記第１の電力負荷に給電するとともに、前記高インピーダンスに切り替えられた前記第２の電力負荷に給電する。

本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。

(1) 瞬間的に大電流を消費する電力負荷には系統電源の連系時、系統電源および分散電源からの給電を行い、系統電源の停電時には瞬間的に大電流を消費しない電力負荷に対し、分散電源のみで給電を行うことができる。

(2) 分散電源に対する負荷を低減でき、分散電源側の単独運転検知を回避し、系統電源の停電時には瞬間的に大電流を消費しない電力負荷に対して継続的な給電を行うことができ、給電の継続性および安定性を維持できる。

(3) 瞬間的に大電流を消費する電力負荷には系統電源の連系時、系統電源および分散電源からの給電を行い、系統電源の停電時または分散電源の自立運転時には瞬間的に大電流を消費する電力負荷に接続された配電系統を高インピーダンス化して電流を低減するので、分散電源の単独運転検知による発電手段の発電停止を回避でき、電力負荷に対する給電の継続性を高めることができ、給電の安定性が向上する。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

第１の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 給電システムの系統連系（停電から復電）時および停電時の動作を示す図である。 電力負荷の一例を示す図である。 ＦＣシステムの制御機能を示す図である。 制御部のハードウェアの一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 系統連系（停電から復電）時の給電システムの動作を示す図である。 停電時の給電システムの動作を示す図である。 第３の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 ＦＣシステムの制御機能を示す図である。 外部制御部のハードウェアの一例を示す図である。 給電制御の処理手順を示すフローチャートである。 他の実施の形態に係る高インピーダンス切替え部を示す図である。

〔第１の実施の形態〕

＜システム構成＞

図１は、第１の実施の形態に係る給電システムを示している。図１に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。

この給電システム２は、本発明の給電システムの一例である。この給電システム２には、複数の配電系統として第１の配電系統４−１および第２の配電系統４−２が含まれる。これら配電系統４−１、４−２には共通に系統電源６が接続されている。この系統電源６はたとえば、電力会社から提供される電源である。

配電系統４−１、４−２には電力負荷８が接続されている。この電力負荷８は複数の電力負荷の一例である。この電力負荷８には一例として一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２が含まれる。一般電力負荷８−１は複数の電力負荷から選択された第１の電力負荷の一例である。特殊電力負荷８−２は複数の電力負荷から選択された第２の電力負荷の一例である。

ところで、電力負荷８には、エアコン（エアコンディショナ）、電気冷蔵庫、電気便座などのように急激な電流変化を生じるものや、電灯やテレビ受像機などのように電流変化の少ないものなどが含まれる。そこで、給電時に急激な高電流が流れるか否かを負荷選択条件とすれば、給電時に急激な高電流が流れないものを一般電力負荷８−１、急激な高電流が流れるものを特殊電力負荷８−２とすればよい。

配電系統４−１には一般電力負荷８−１が接続されるとともに、分散電源１０が接続されている。分散電源１０は分散型電源の一例である。配電系統４−２には特殊電力負荷８−２が接続されている。つまり、一般電力負荷８−１には系統電源６の連系時、系統電源６および分散電源１０から給電され、系統電源６の停電時または系統電源６の解列時、自立運転が可能な分散電源１０から給電される。これに対し、特殊電力負荷８−２には系統電源６のみが給電され、系統電源６の停電時、給電停止となる。

分散電源１０には少なくとも蓄電システム１２またはＦＣシステム（燃料電池コジェネレーションシステム）１４が含まれる。蓄電システム１２は蓄電手段の一例である。また、ＦＣシステム１４は発電手段の一例である。

蓄電システム１２は、系統連系時、系統電源６から系統電力を受けて蓄電し、系統電源６の停電時や、分散電源１０の自立運転時（以下単に「自立運転時」と称する。）に一般電力負荷８−１やＦＣシステム１４に給電する。この蓄電システム１２には電圧センサ１６、開閉器１８、インバータ（ＩＮＶ）２０および蓄電池２２が含まれる。

電圧センサ１６は系統電源６の状態としてたとえば、停電、停電からの復電などの状態を検出する状態検出手段の一例である。この電圧センサ１６は配電系統４−１の入力端に接続され、この入力端で系統電源６の停電発生または停電からの復電を検出する。

開閉器１８は配電系統４−１の入力端側に挿入され、配電系統４−１の遮断手段の一例である。この開閉器１８は、電圧センサ１６のセンサ出力を受け、系統連系時に閉じ、系統電源６の停電時に開かれる。この電圧センサ１６と開閉器１８はたとえば、リレーのソレノイドおよび常閉接点で構成できる。つまり、系統連系時にソレノイドの励磁により常閉接点を閉じて系統電源６を配電系統４−１に給電させ、系統電源６の停電時、ソレノイドの励磁解除により常閉接点を開き、系統電源６を配電系統４−１から解列させる。

ＩＮＶ２０は開閉器１８と一般電力負荷８−１の間の配電系統４−１に接続されている。このＩＮＶ２０は系統連系時、系統電源６からの交流入力を直流に変換して蓄電池２２に給電し、停電時、蓄電池２２からの直流出力を交流に変換する。

蓄電池２２は、系統連系時、ＩＮＶ２０の直流出力を受けて充電されるとともに直流出力を送出し、系統電源６の停電時や、自立運転時に、蓄電電力をＩＮＶ２０に出力する。この蓄電出力はＩＮＶ２０で交流に変換され、配電系統４−１に送出される。

ＦＣシステム１４は、蓄電システム１２と一般電力負荷８−１の間の配電系統４−１に接続され、系統連系時、系統電源６の給電により発電し、系統電源６の停電時や自立運転時、蓄電システム１２からの給電により発電する。このＦＣシステム１４には、発電スタック２４、インバータ（ＩＮＶ）２６、電流センサ２７および制御部２８が含まれる。発電スタック２４は、ＩＮＶ２６を介して配電系統４−１から電圧入力を受け発電する。

ＩＮＶ２６は、系統連系時および系統電源６の停電時、発電スタック２４の直流出力を交流に変換する。ＦＣシステム１４の発電電力がＩＮＶ２６から配電系統４−１に給電される。

制御部２８は制御手段の一例でありたとえば、マイクロコンピュータで構成される。この制御部２８は、ＩＮＶ２６から配電系統４−１に対する交流出力の監視とともに、系統連系、停電または復電の監視により、発電制御を行う。この実施の形態では、制御部２８に対し、電圧センサ１６から監視情報として、系統連系情報、停電情報または復電情報が通知される。制御部２８は、系統連系情報により系統連系時の動作、停電情報により停電時の動作、または復電情報により系統連系時の動作に移行する。交流出力の監視には電流センサ２７のセンサ出力などが用いられる。急激な電流変化に対応し、たとえば、ＦＣシステム１４から急激な電流が送出される場合には単独運転検知動作により、ＦＣシステム１４の発電を停止させる。

＜系統連系時の動作＞

この給電システム２では、図２のＡに示すように、電圧センサ１６が系統電源６の連系状態を検出し、開閉器１８を閉じる。これにより、系統電源６から系統電力Ｐｓ１が配電系統４−１に給電され、一般電力負荷８−１に供給される。このとき、蓄電システム１２は充電や放電を行うが、放電を行う場合、蓄電システム１２からの電力Ｐｂが配電系統４−１に出力され、一般電力負荷８−１に供給される。また、ＦＣシステム１４は系統電源６から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇが配電系統４−１に出力され、一般電力負荷８−１に供給される。一般電力負荷８−１に供給される電力をＰｗ１とすれば、この供給電力Ｐｗ１は、
Ｐｗ１≒Ｐｓ１＋Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（１）
となる。

この系統連系時には、配電系統４−２に系統電源６から系統電力Ｐｓ２が給電される。これにより、特殊電力負荷８−２には系統電源６から電力が給電される。

＜系統電源６の停電時の動作＞

図２のＢに示すように、電圧センサ１６が系統電源６の停電を検出し、開閉器１８が開かれる。これにより、配電系統４−１から系統電源６が解列する。蓄電システム１２は、電力Ｐｂを配電系統４−１に出力し、一般電力負荷８−１およびＦＣシステム１４に供給する。

また、ＦＣシステム１４は蓄電システム１２から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇを配電系統４−１に出力し、一般電力負荷８−１に供給する。この場合、一般電力負荷８−１に供給される電力をＰｗ２とすれば、この供給電力Ｐｗ２は、Ｐｓ１＝０であるから、
Ｐｗ２≒Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（２）
となる。

この系統電源６の停電時には、配電系統４−２から系統電源６が解列する。このため、特殊電力負荷８−２では給電停止となる。

＜系統電源６の復電時の動作＞

図２のＡに示すように、電圧センサ１６が系統電源６の復電を検出すれば、開閉器１８が閉じる。これにより、系統電源６の解列が解除され、系統連系運転に移行する。これにより、系統電源６から系統電力Ｐｓ１が配電系統４−１に給電され、一般電力負荷８−１に供給される。これにより、一般電力負荷８−１には、既述の電力Ｐｗ１（≒Ｐｓ１＋Ｐｂ＋Ｐｇ）が供給される。

この復電時、配電系統４−２には系統電源６から系統電力Ｐｓ２が給電される。これにより、特殊電力負荷８−２には配電系統４−２を通じて系統電力Ｐｓ２が給電される。

＜電力負荷８＞

図３は、電力負荷８の一例を示している。この電力負荷８にはエアコン、電気冷蔵庫、電気便座、電灯、電気時計、テレビ受像機などの複数の電力負荷が含まれる。

給電時に急激な高電流が流れるか否かを負荷選択条件とすれば、給電時に急激な高電流が流れないものを一般電力負荷８−１、急激な高電流が流れるもの特殊電力負荷８−２に選択される。この場合、一般電力負荷８−１には電灯８−１１、電気時計８−１２、テレビ受像機８−１３などが選択されている。特殊電力負荷８−２にはエアコン８−２１、電気冷蔵庫８−２２、電気便座８−２３などが選択される。

＜ＦＣシステム１４の制御機能＞

図４は、ＦＣシステム１４の制御機能を示している。ＦＣシステム１４の制御部２８は、コンピュータによる情報処理を実行する。この情報処理には、状態判断機能３０、発電出力監視機能３２、保護制御機能３４などが含まれる。

状態判断機能３０は、系統電源６の状態を判断する。系統電源６の状態は系統連系、停電、停電からの復電がある。つまり、状態判断機能３０は、系統連系、停電、停電からの復電の各状態判断機能である。そこで、この状態判断機能３０では一例として電圧センサ１６のセンサ出力を受け、系統電源６が連系状態か、停電状態か、停電から復電した状態かを判断する。この状態判断には、この実施形態のように、電圧センサ１６からのセンサ出力を受けて判断してもよいし、蓄電システム１２から状態情報を受けてもよい。

発電出力監視機能３２はたとえば、電流センサ２７のセンサ出力を受け、単独運転検知などを行う。ＦＣシステム１４は単独運転を検知すると、その保護機能を達成するための監視出力を送出する。

保護制御機能３４は、設定されている保護条件の範囲内で、ＦＣシステム１４の運転を実行する。ＦＣシステム１４は、系統連系時や、停電から復電した場合、発電出力監視機能３２で既述の単独運転の検知が行われると、発電停止などの保護機能を実行する。

＜制御部２８のハードウェア＞

図５は、制御部２８のハードウェアの一例を示している。この制御部２８はコンピュータで構成されている。この制御部２８にはたとえば、プロセッサ４０、ＲＯＭ（Read-Only Memory）４２、ＮＶＭ（Non Volatile Memory ）４４、ＲＡＭ（Random-Access Memory）４６および入出力部（Ｉ／Ｏ）４８が含まれる。これらプロセッサ４０などの機能部はバス５０で接続されている。

プロセッサ４０は、ＲＯＭ４２にあるＯＳ（Operating System）を実行し、ファームウエアプログラムやアプリケーションプログラムを実行し、既述の機能を含む情報処理や制御を行う。ＲＯＭ４２は、プログラム記憶部の一例であり、たとえば、半導体記憶素子などの記憶媒体で構成する。このＲＯＭ４２にはＯＳ、ファームウエアプログラム、アプリケーションプログラムが格納されている。ＮＶＭ４４には各種データが格納され、データベースが構築される。このＮＶＭ４４はたとえば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などの不揮発性メモリで構成される。このＮＶＭ４４には設定情報などの各種の制御情報などが格納され、この制御情報には既述の保護機能を実現するための保護条件情報が含まれる。この保護条件情報はたとえば、系統連系保護機能（検知条件）データテーブルや単独運転検知（受動的方式）条件データテーブル、単独運転検知（能動的方式）条件データテーブルなどが含まれる。ＲＡＭ４６は、情報処理のワークエリアを形成する。Ｉ／Ｏ４８は、設定情報の入力や制御出力の取出しに用いる。

＜第１の実施の形態の効果＞

この第１の実施の形態では、次のような効果が得られる。

(1) 系統電源６の給電を受ける配電系統が分散電源１０より上流側で配電系統４−１、４−２に分岐され、配電系統４−１には系統電源６および分散電源１０が給電され、配電系統４−２には系統電源６のみが別個に給電されている。複数の電力負荷８は、瞬間的に大電流を消費しない一般電力負荷８−１と、瞬間的に大電流を消費する特殊電力負荷８−２に区分されている。配電系統４−１には一般電力負荷８−１、配電系統４−２には特殊電力負荷８−２が接続され、別個に給電される。このような給電の系統分離により、系統電源６の停電時には特殊電力負荷８−２は使用できないものの、瞬間的な大電流が生じない一般電力負荷８−１が特殊電力負荷８−２と区別されて分散電源１０から給電することができる。斯かる構成では、ＦＣシステム１４は単独運転検知による発電停止を回避し、発電の継続で発電電力を有効に利用できる。

(2) 系統電源６による系統電力で特殊電力負荷８−２を使用している場合であっても、特殊電力負荷８−２と分離された配電系統４−１にＦＣシステム１４を含む分散電源１０から給電しているので、単独運転検知による発電停止などの動作異常を生じることなく、運転を継続し、ＦＣシステム１４の発電電力を有効に利用できる。

(3) 系統連系時、一般電力負荷８−１の消費電力は、系統電源６の系統電力、蓄電システム１２およびＦＣシステム１４を含む分散電源１０の出力電力で賄うことができる。

(4) 特殊電力負荷８−２には系統電力を直接供給するので、分散電源１０の影響を受けることなく給電することができる。

(5) 系統電源６の停電時、特殊電力負荷８−２への電力供給が停止し、特殊電力負荷８−２の使用はできないが、一般電力負荷８−１に対する給電を継続でき、しかも、給電継続時間を伸延させることができる。

(6) 系統電源６の停電時または系統電源６が給電中であっても、分散電源１０を自立運転させた場合、瞬間的な大電流が分散電源１０側で消費されることがなく、ＦＣシステム１４の単独運転検知による動作停止などの不都合を回避しつつ、ＦＣシステム１４などの分散電源１０の電力の有効利用が図られる。

〔第２の実施の形態〕

＜システム構成＞

図６は、第２の実施の形態の給電システムを示している。図６に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図６において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

この第２の実施の形態では、配電系統４−２が配電系統４−１の分散電源１０側から分岐されている。この配電系統４−２には、高インピーダンス切替え部６０が接続されている。高インピーダンス切替え部６０はインピーダンス切替え手段の一例である。特殊電力負荷８−２には、高インピーダンス切替え部６０を介して系統電源６の系統電力Ｐｓ、分散電源１０の蓄電電力Ｐｂ、発電電力Ｐｇが給電される。

高インピーダンス切替え部６０は、リアクトル６２、スイッチ６４および短絡回路６６が含まれる。リアクトル６２は、特殊電力負荷８−２側のインピーダンスを高インピーダンスにする高インピーダンス化回路の一例である。

スイッチ６４は、電圧センサ１６のセンサ出力により切り替えられる。このスイッチ６４には一例として、接点ａと接点ｂとを備えている。接点ａ側には短絡回路６６が接続され、接点ｂ側にはリアクトル６２が接続されている。

＜系統連系時の動作＞

この給電システム２では、図７に示すように、電圧センサ１６が系統電源６の連系状態を検出し、開閉器１８が閉じる。このとき、スイッチ６４は接点ａ側に閉じる。つまり、高インピーダンス切替え部６０では短絡回路６６に切り替えられて短絡状態となり、リアクトル６２が高インピーダンス切替え部６０から切り離される。

これにより、系統電源６からの系統電力Ｐｓは配電系統４−１から一般電力負荷８−１に給電されるとともに、配電系統４−１から分岐された配電系統４−２に給電される。

このとき、蓄電システム１２は充電や放電を行うが、放電を行う場合、蓄電システム１２からの電力Ｐｂが配電系統４−１、４−２に出力され、一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２に供給される。ＦＣシステム１４は系統電源６から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇは配電系統４−１、４−２に出力され、一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２に供給される。一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２に供給される電力をＰｗ２１、一般電力負荷８−１に供給される電力をＰｗ２１１、特殊電力負荷８−２に供給される電力をＰｗ２１２とすれば、この供給電力Ｐｗ２１は、
Ｐｗ２１＝Ｐｗ２１１＋Ｐｗ２１２≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（１）
となる。

＜系統電源６の停電時の動作＞

図８に示すように、電圧センサ１６が系統電源６の停電を検出し、開閉器１８が開かれる。これにより、配電系統４−１、４−２から系統電源６が解列する。このとき、電圧センサ１６のセンサ出力を受けたスイッチ６４は接点ａ側から接点ｂ側に切り替わる。配電系統４−２では、特殊電力負荷８−２にリアクトル６２が直列に接続され、高インピーダンス化される。

蓄電システム１２は、電力Ｐｂを配電系統４−１、４−２に出力し、一般電力負荷８−１、ＦＣシステム１４、および高インピーダンス化された特殊電力負荷８−２を含む配電系統４−２に供給する。

ＦＣシステム１４は蓄電システム１２から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇを配電系統４−１、４−２に出力する。この場合、一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２側に供給される電力をＰｗ２２とすれば、この供給電力Ｐｗ２２は、Ｐｓ＝０であるから、一般電力負荷８−１に供給される電力をＰｗ２２１、特殊電力負荷８−２に供給される電力をＰｗ２２２とすれば、この供給電力Ｐｗ２２は、
Ｐｗ２２＝Ｐｗ２２１＋Ｐｗ２２２≒Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（２）
となる。

この場合、特殊電力負荷８−２を含む配電系統４−２はリアクトル６２の直列接続により高インピーダンス化されている。これにより、高インピーダンス化された特殊電力負荷８−２を含む配電系統４−２に供給電力Ｐｗ２２が給電され、分散電源１０から特殊電力負荷８−２に対する消費電流が低減される。

＜系統電源６の復電時の動作＞

電圧センサ１６が系統電源６の復電を検出すれば、図７に示したように、開閉器１８が閉じ、系統電源６の解列が解除され、系統連系運転に移行する。このとき、スイッチ６４は接点ｂから接点ａに復帰する。短絡回路６６が選択され、リアクトル６２が切り離される。

これにより、系統電源６から系統電力Ｐｓが配電系統４−１、４−２に給電され、一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２に供給される。これにより、一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２には、既述の電力Ｐｗ２１（≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ）が供給される。

この系統連系時では瞬間的に大電流を生じる特殊電力負荷８−２による分散電源１０への電流集中を回避できる。

＜第２の実施の形態の効果＞

この第２の実施の形態では、次のような効果が得られる。

(1) この実施の形態によれば、第１の実施の形態と異なり、系統電源６の系統連系時、系統電源６および分散電源１０の電力により一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２の双方に給電することができる。系統連系時には、電力負荷８の消費電力は、系統電源６、蓄電システム１２およびＦＣシステム１４の電力で賄うことができる。

(2) 電圧センサ１６が系統電源６の停電を検知すると、特殊電力負荷８−２側には高インピーダンス切替え部６０のリアクトル６２が直列に接続され、特殊電力負荷８−２側が高インピーダンス化することができる。このため、この実施の形態では、分散電源１０の電力を一般電力負荷８−１および高インピーダンス化された特殊電力負荷８−２側にも給電することができる。この実施の形態では、特殊電力負荷８−２の配電系統４−２が高インピーダンス化されるので、停電発生時、特殊電力負荷８−２側の高インピーダンス化により電流配分を低減することができる。このため、瞬間的な大電流を抑制しつつ特殊電力負荷８−２を使用でき、ＦＣシステム１４が単独運転の検知を回避して発電を継続することができ、ＦＣシステム１４の発電電力の有効利用を図ることができる。しかも、特殊電力負荷８−２を瞬間的な大電流の消費を抑制しながら、分散電源１０からの電力供給により利用でき、利便性の高い給電システム２を構築できる。

(3) 特殊電力負荷８−２が使用されている場合でもＦＣシステム１４を分散電源１０の単独運転検知を回避し、運転を継続でき、蓄電電力や発電電力の有効利用を図ることができる。

(4) 系統連系から停電に移行しても、スイッチ６４のリアクトル６２の接続のみで、特殊電力負荷８−２の使用を継続できる。特殊電力負荷８−２に対する給電経路の切替えは不要である。

(5) 停電時や分散電源１０の自立運転時、リアクトル６２の接続で特殊電力負荷８−２側の配電系統４−２に瞬間的な大電流が流れるのを抑制でき、電力消費の抑制とともに、分散電源１０側の電力負担を軽減できる。

〔第３の実施の形態〕

＜システム構成＞

図９は、第３の実施の形態に係る給電システムを示している。図９において、図６と同一部分には同一符号を付してある。

この実施の形態の給電システム２には、図６に示す給電システム２に開閉器６８および外部制御部７０が備えられている。開閉器６８は、系統連系時、つまり系統電源６が停電していない場合に、分散電源１０を自立運転に切り替えるための切替え手段の一例である。この開閉器６８は、電圧センサ１６の前段側に設置され、この実施の形態では、系統電源６と配電系統４−１の入力端の間に設置されている。この開閉器６８は外部制御部７０により開閉可能である。

外部制御部７０は開閉器６８やスイッチ６４の開閉制御などを行う制御手段の一例である。この外部制御部７０はたとえば、コンピュータで構成され、電圧センサ１６のセンサ出力を受ける。この場合、電圧センサ１６は、開閉器６８が閉じている場合には、系統電源６の状態検出手段、停電検出手段または復電検出手段として機能する。これに対し、系統連系時に強制的に開閉器６８が開かれた場合には、系統電源６の解列が電圧センサ１６によって検出される。つまり、電圧センサ１６が分散電源１０の自立運転への移行を表すセンサ出力を発生することになる。したがって、この実施の形態では電圧センサ１６は自立運転検出手段としての機能を果たし、この場合、センサ出力は自立運転情報を示す。

＜外部制御部７０を含む給電システム２の機能＞

図１０は、外部制御部７０を含む給電システム２の機能を示している。制御部２８では既述の機能（図４）が実行されるのに対し、外部制御部７０を含む構成では、外部制御部７０側で運転切替え機能７２、状態判断機能７４およびスイッチ切替え機能７６が実現される。

運転切替え機能７２は、ユーザのニーズや、電力負荷８の負荷状況により系統連系運転から分散電源１０の自立運転、その自立運転から系統連系運転に切り替えを行う。

状態判断機能７４は、運転切替え機能７２の運転切替え時、たとえば、電圧センサ１６のセンサ出力を含む自立運転検知情報に基づき、系統電源６が分散電源１０から解列したか、解列状態から系統連系に切り替えられたかなどの状態を判断する。

スイッチ切替え機能７６は、自立運転時、高インピーダンス切替え部６０のスイッチ６４を系統連系時の状態からリアクトル６２の接続に切り替える。つまり、この実施の形態では、接点ａの導通から接点ｂの導通に切り替える。自立運転から系統電源６に復電する場合には、系統連系時の状態に切り替える。

＜外部制御部７０のハードウェア＞

図１１は、外部制御部７０のハードウェアの一例を示している。この外部制御部７０はコンピュータで構成されている。この外部制御部７０にはたとえば、プロセッサ７８、ＲＯＭ８０、ＮＶＭ８２、ＲＡＭ８４および入出力部（Ｉ／Ｏ）８６が含まれる。これらプロセッサ７８などの機能部はバス８８で接続されている。

プロセッサ７８は、既述のプロセッサ４０（図５）と同様に、ＲＯＭ８０にあるＯＳを実行し、ファームウエアプログラムやアプリケーションプログラムを実行し、既述の機能を含む情報処理や制御を行う。ＲＯＭ８０は、プログラム記憶部の一例であり、たとえば、半導体記憶素子などの記憶媒体で構成する。このＲＯＭ８０にはＯＳ、ファームウエアプログラム、アプリケーションプログラムが格納されている。ＮＶＭ８２には各種データが格納され、データベースが構築される。このＮＶＭ８２はたとえば、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリで構成される。このＮＶＭ８２には設定情報などの各種の制御情報などが格納される。ＲＡＭ８４は情報処理のワークエリアを形成する。

Ｉ／Ｏ８６は、設定情報の入力や制御出力の取出しに用いる。このＩ／Ｏ８６には、運転切替え操作部９０、開閉器６８の駆動部９２、スイッチ６４の駆動部９４などが接続されている。

運転切替え操作部９０はたとえば、操作パネルに設置され、分散電源１０の自立運転指令やその解除指令の入力操作に用いられる。開閉器６８の駆動部９２は、外部制御部７０からの制御出力により開閉器６８の開閉を行う。スイッチ６４の駆動部９４は、外部制御部７０からの制御出力によりスイッチ６４の接点ａ→接点ｂ、接点ｂ→接点ａの接点切替えを行う。開閉器６８やスイッチ６４がたとえば、リレー接点で構成される場合、駆動部９２、９４は接点を開閉するためのソレノイドなどである。

斯かる構成によれば、系統連系時に運転切替え操作部９０の操作に基づき、自立運転を指示すれば、外部制御部７０は自立運転モードに切り替わる。この場合、開閉器６８が開かれる。そして、スイッチ６４が接点ｂ側に閉じられる。これにより、分散電源１０の自立運転が開始される。この自立運転の動作は、第２の実施の形態に記載しているので、その説明を割愛する。

また、自立運転時に運転切替え操作部９０の操作に基づき、自立運転解除を指示すれば、外部制御部７０は連系運転モードに切り替わる。この場合、開閉器６８が閉じられ、スイッチ６４が接点ａ側に閉じられる。これにより、自立運転が解除され、系統連系運転に移行する。この連系運転動作は、第２の実施の形態に記載しているので、その説明を割愛する。

＜処理手順＞

図１２は、自立運転制御の処理手順の一例を示している。この処理手順は、本発明の給電制御プログラムまたは給電制御方法の一例である。

この処理手順はたとえば、系統連系時に実行される。この処理手順では、系統電源６の状態監視を行う（Ｓ１０１）。この状態監視では、系統電源６の状態、給電システム２が連系運転中か否かを判断する（Ｓ１０２）。連系運転中でなければ（Ｓ１０２のＮＯ）、状態監視を継続する。

連系運転中であれば（Ｓ１０２のＹＥＳ）、運転切替え監視を行う（Ｓ１０３）。この運転切替え監視では、自立運転か否かを判断する（Ｓ１０４）。この自立運転か否かは、開閉器６８のＯＮまたはＯＦＦを行う運転切替え指示情報により判断すればよい。

自立運転でなければ（Ｓ１０４のＮＯ）、状態監視（Ｓ１０１）を継続する。自立運転であれば（Ｓ１０４のＹＥＳ）、自立運転モードに移行し、電圧センサ１６のセンサ出力を判断する。この電圧センサ１６のセンサ出力は、自立運転制御情報である。電圧センサ１６のセンサ出力＝０〔Ｖ〕であるかを判断し（Ｓ１０５）、電圧センサ１６のセンサ出力＝０〔Ｖ〕でなければ（Ｓ１０５のＮＯ）、Ｓ１０５の処理の実行を待つ。

電圧センサ１６のセンサ出力＝０〔Ｖ〕であれば（Ｓ１０５のＹＥＳ）、自立運転モードに移行し、スイッチ６４の接点ｂ側を閉じ、配電系統４−２にリアクトル６２を接続し、自立運転を行う（Ｓ１０６）。

この自立運転中、状態監視を行い（Ｓ１０７）、自立運転解除かを判断する（Ｓ１０８）。自立運転解除でなければ（Ｓ１０８のＮＯ）、自立運転を継続する（Ｓ１０６）。

自立運転解除であれば（Ｓ１０８のＹＥＳ）、自立運転を解除して連系運転モードに移行し（Ｓ１０９）、Ｓ１０１に戻る。

この実施の形態では、連系運転時に分散電源１０を自立運転させる場合を示しているが、分散電源１０が動作停止から自立運転を開始する場合にも同様に行うことができる。

＜第３の実施の形態の効果＞

(1) このように自立運転制御では、系統電源６から分離された分散電源１０の自立運転時に制御情報を生成する。自立運転時には、配電系統４−２にリアクトル６２を接続して特殊電力負荷８−２側のインピーダンスを高インピーダンスに切り替え分散電源１０から給電させることができる。

(2) この第３の実施の形態によれば、第１または第２の実施の形態と同様にＦＣシステム１４の発電の継続性が高められ、電力負荷８に対する発電電力の有効利用を図ることができる。

〔他の実施の形態〕

(1) 第３の実施の形態では、制御部２８と外部制御部７０とを併用しているが、外部制御部７０の制御機能を制御部２８で実現させてもよく、制御部２８の機能を外部制御部７０で実現してもよい。

(2) 上記実施の形態では、定置用発電機器としてＦＣシステム１４を例示したが、太陽光発電システムや、エンジン発電システムであってもよい。

(3) 第２の実施の形態では、電圧センサ１６のセンサ出力でスイッチ６４を開閉する構成としているが、スイッチ６４を第３の実施の形態と同様に外部制御部７０で開閉する構成としてもよいし、制御部２８で電圧センサ１６のセンサ出力を受けることによりスイッチ６４を切り替える構成としてもよい。

(4) 第２の実施の形態では、スイッチ６４でリアクトル６２、短絡回路６６のいずれかを選択する構成としたが、図１３に示すように、リアクトル６２にスイッチ６４を介して短絡回路６６を接続する構成としてもよい。斯かる構成とすれば、スイッチ６４が電圧センサ１６のセンサ出力によって開閉される。系統電源６の給電時、スイッチ６４が閉じられ、リアクトル６２が短絡回路６６により短絡される。系統電源６の停電時、スイッチ６４が開かれ、リアクトル６２が特殊電力負荷８−２に直列に接続される。これにより、上記実施の形態と同様に停電時、つまり分散電源１０の自立運転時、リアクトル６２の直列接続により特殊電力負荷８−２を高インピーダンス化することができる。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法であって、系統電源の停電時、ＦＣシステムなど、定置用発電機器の単独運転検知による発電停止を回避して、継続した発電を実現し、発電電力の継続的利用および有効利用を図ることができる。

２ 給電システム
４−１、４−２ 配電系統
６ 系統電源
８ 電力負荷
８−１ 一般電力負荷
８−２ 特殊電力負荷
１０ 分散電源
１２ 蓄電システム
１４ ＦＣシステム
１６ 電圧センサ
１８ 開閉器
２０ インバータ
２２ 蓄電池
２４ 発電スタック
２６ インバータ
２８ 制御部
３０ 状態判断機能
３２ 発電出力監視機能
３４ 保護制御機能
４０ プロセッサ
４２ ＲＯＭ
４４ ＮＶＭ
４６ ＲＡＭ
４８ 入出力部
５０ バス
６０ 高インピーダンス切替え部
６２ リアクトル
６４ スイッチ
６６ 短絡回路
６８ 開閉器
７０ 外部制御部
７２ 運転切替え機能
７４ 状態判断機能
７６ スイッチ切替え機能
７８ プロセッサ
８０ ＲＯＭ
８２ ＮＶＭ
８４ ＲＡＭ
８６ 入出力部（Ｉ／Ｏ）
８８ バス
９０ 運転切替え操作部
９２、９４ 駆動部

Claims (5)

1. 複数の電力負荷に給電する給電システムであって、
   前記複数の電力負荷から選択された第１の電力負荷を系統電源に接続する配電系統と、 前記複数の電力負荷から選択された第２の電力負荷と前記配電系統との間に設置され、 前記系統電源の停電時、または分散電源の自立運転時、前記配電系統に対する前記第２の電力負荷側のインピーダンスを高インピーダンスに切り替えるインピーダンス切替え手段と、
   少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含み、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記第１の電力負荷に給電するとともに、前記高インピーダンスに切り替えられた前記第２の電力負荷に給電する分散電源と、
   を備えることを特徴とする給電システム。
2. 前記配電系統に前記系統電源の停電を検出し、または前記分散電源の自立運転を検出する検出手段と、
   前記インピーダンス切替え手段のインピーダンス切替えを制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
3. 前記インピーダンス切替え手段は、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記配電系統と前記第２の電力負荷との間に高インピーダンス回路を挿入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給電システム。
4. 少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を備える給電システムに搭載されたコンピュータに実行させる給電制御プログラムであって、
   系統電源の停電時または前記分散電源の自立運転時に制御情報を生成し、
   複数の電力負荷から選択された第１の電力負荷および第２の電力負荷のうち、前記第２の電力負荷と配電系統との間に設置されたインピーダンス切替え手段を前記制御情報により制御し、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記第２の電力負荷側のインピーダンスを高インピーダンスに切り替え、
   前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記第１の電力負荷および前記高インピーダンスに切り替えられた前記第２の電力負荷に前記分散電源から給電させる
   処理を前記コンピュータに実行させるための給電制御プログラム。
5. 複数の電力負荷に給電する給電制御方法であって、
   前記複数の電力負荷から選択された第１の電力負荷を配電系統により系統電源に接続し、
   少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を前記配電系統に接続し、
   前記複数の電力負荷から選択された第２の電力負荷と前記配電系統との間にインピーダンス切替え手段を設置し、
   前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記配電系統に対する前記第２の電力負荷側のインピーダンスを高インピーダンスに切り替え、
   前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、該分散電源から前記第１の電力負荷に給電するとともに、前記高インピーダンスに切り替えられた前記第２の電力負荷に給電する
   ことを特徴とする給電制御方法。

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