JP6169517B2

JP6169517B2 - 電力供給システム

Info

Publication number: JP6169517B2
Application number: JP2014071602A
Authority: JP
Inventors: 誉夫進士; 塚田　龍也; 龍也塚田; 治良三宅; 貴大八木
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015195658A

Description

本発明は、受電電力一定制御が可能な発電ユニットから負荷設備に電力を供給する電力供給システムに関する。

電力事業者からの電力（商用電力）を受け得る状態で、構内の負荷設備の消費電力を同構内の発電機で賄う手段として、受電電力一定制御が可能な発電ユニットが用いられている。かかる受電電力一定制御では、電力事業者からの電力供給路と、発電機と、負荷設備とを結線し、受電点における電力事業者から供給される電力（受電電力）が所定値（例えば０）になるように発電機の出力電力を制御することで、負荷設備の負荷変動を発電機で吸収することが可能となる。

このような受電電力一定制御が可能な発電ユニットにおいて、発電機の稼働率を向上する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開平１０−２２４９９２号公報

このような受電電力一定制御が可能な発電ユニット、すなわち、受電点に設置する変流器（ＣＴ：Current Transformer）と、その変流器で変成した計測値が所定値となるように発電機の出力を制御する発電機制御部とが発電機に組み合わされた発電ユニットは、汎用性が高く、様々な用途の負荷設備に適用されている。

ただし、発電ユニットは量産品であるため、変流器と、発電機制御部とを結ぶ結線の長さが制限される場合が多い。したがって、受電点と発電機とが近い場合、問題は生じないが、負荷設備が複数離隔して設けられ、受電点と発電機とが物理的に遠くなる場合、受電点に変流器を設置できない場合がある。また、変流器の設置環境の制約、例えば、設置場所が紫外線に晒されていたり、塩害が生じ易い等の理由により、変流器を設置できない場合もある。変流器を設置できないと、そもそも、受電電力一定制御を行うことはできない。

本発明は、このような課題に鑑み、負荷設備の状態や変流器の設置環境に拘わらず、発電ユニットに元々備わる変流器や発電機制御部といった資源を無駄にすることなく、受電電力一定制御が可能な発電ユニットから負荷設備に適切に電力を供給することが可能な電力供給システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の電力供給システムは、電力事業者からの電力供給路と負荷設備とに接続され、負荷設備に電力を供給する発電機と、電力供給路が挿通され、電力供給路の電流値を計測値に変成する延長変流器と、延長変流器で変成した計測値を、無線の通信回線を通じて送信する送信部と、送信部から計測値を受信する受信部と、受信部が受信した計測値に応じて追加制御路に制御電流を流す追加制御部と、追加制御路の電流値を計測値に変成する発電機用変流器と、発電機用変流器で変成した計測値が所定値となるように発電機の出力電力を制御する発電機制御部と、を備え、発電機、発電機用変流器、および、発電機制御部は、既存の設備であり、発電機用変流器と発電機制御部とを結ぶ結線の長さが制限されていることを特徴とする。

追加制御路は、発電機用変流器の貫通体に３〜３０回のうち、いずれかの回数巻回されるとしてもよい。

追加制御路は、発電機用変流器の貫通体に３〜３０回のうち、いずれかの回数巻回され、かつ、巻回数を可変とする可変部位が形成され、追加制御部は、可変部位の巻回数を変更することで、制御電流を制御してもよい。

追加制御路には、抵抗値が可変な可変抵抗が設けられ、追加制御部は、可変抵抗の抵抗値を変更することで、制御電流を制御してもよい。

本発明によれば、負荷設備の状態や変流器の設置環境に拘わらず、発電ユニットに元々備わる変流器や発電機制御部といった資源を無駄にすることなく、受電電力一定制御が可能な発電ユニットから負荷設備に適切に電力を供給することが可能となる。

受電電力一定制御が可能な発電ユニットを説明するための説明図である。第１の実施形態における電力供給システムの概略的な構成を示した説明図である。追加制御部による発電機の出力電力の制御を説明するための説明図である。追加制御部による発電機の出力電力の制御を説明するための説明図である。第２の実施形態における電力供給システムの概略的な構成を示した説明図である。追加制御路を説明するための説明図である。追加制御路を説明するための他の説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、受電電力一定制御が可能な発電ユニット１０を説明するための説明図である。図１に示すように、発電ユニット１０は、発電機１２と、発電機用変流器１４と、発電機制御部１６とを含んで構成される。発電機１２は、電力事業者からの電力供給路２０と構内に配された負荷設備２２とに接続され、他のエネルギーを電気エネルギーに変換して電力を生成し、生成した電力を負荷設備２２に供給する。かかる発電機としては、電動機や燃料電池等、他の様々な装置を適用できる。発電機用変流器１４は、受電点において一次巻線を配した貫通体（鉄心、コア）に電力供給路２０が挿通（クランプ）され、電力供給路２０の電流値を計測値に変成して発電機制御部１６に送信する。発電機制御部１６は、ＣＰＵやＤＳＰで構成され、発電機用変流器１４で変成した計測値が所定値（例えば０）となるように（受電点が平準化されるように）発電機１２の出力電力をフィードバック制御する。

このように、発電ユニット１０において、発電機制御部１６は、発電機用変流器１４で変成した計測値、すなわち、受電点を流れる電流値が、所定値（ここでは仮に０とする）となるように発電機１２の出力電力を制御するので、図１の（ａ）に示す電力推移のように、負荷設備２２において負荷変動が生じた場合、図１の（ｂ）に示す電力推移のように、その変動分に相当する電力を発電機１２に出力させることができる。こうして、受電点の電力変動は、図１の（ｃ）に示す電力推移のように、理論上０が維持される。ただし、本実施形態においては、説明の便宜上、受電点の電力（電流）を０として説明するが、負荷変動による逆潮流防止等、系統保護の観点から、実際は電力供給路２０から電力供給を受ける（買電）ように、所定値として有意な値が設定される。また、所定値は、発電機１２の発電容量等に基づいて決定される。

本実施形態では、上記のような受電電力一定制御が可能な発電ユニット１０に備わる発電機用変流器１４や発電機制御部１６といった既存の資源を無駄にする（改造する）ことなく、そのまま有効利用し、負荷設備２２に適切に電力を供給する技術を前提としている。以下では、このような本実施形態の前提となる電力供給システム１００を説明する。

（第１の実施形態：電力供給システム１００）
図２は、第１の実施形態における電力供給システム１００の概略的な構成を示した説明図である。図２に示すように、電力供給システム１００は、発電ユニット１０（発電機１２、発電機用変流器１４、発電機制御部１６）と、追加制御部１１０とを含んで構成される。発電ユニット１０は、図１を用いて説明したものをそのまま用いる。追加制御部１１０は、ＣＰＵやＤＳＰで構成され、電力供給路２０と共に、発電機用変流器１４の貫通体に挿通された追加制御路１１２に制御電流を流し、発電機制御部１６を通じて発電機１２の出力電力を間接的に制御する。

図３および図４は、追加制御部１１０による発電機１２の出力電力の制御を説明するための説明図である。ここで、図３および図４に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の電力推移は、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の方向の電力推移であり、図３および図４に示す（ｄ）の電流推移は、図２の（ｄ）の方向の電流推移である。

追加制御部１１０が、図２（ｄ）の方向に図３（ｄ）に示すような正の電流を追加制御路１１２に流すと、発電機用変流器１４中に追加された分の電流が流れ、発電機制御部１６は、その電流の流れを受電点の電力変動によるものと認識することとなる。そうすると、発電機制御部１６は、発電機用変流器１４で変成した計測値が所定値となるように発電機１２の出力電力を制御するので、発電機１２の電力出力を高める。したがって、追加制御部１１０が電流を流している間、図３（ｂ）に示すように、発電機１２の電力出力が上昇し、上昇した分（ΔＰ）と等しい電力が、例えば、図３（ｃ）に示すように、受電点を通って電力供給路２０側に出力される。

また、追加制御部１１０が、図２（ｄ）の方向に図４（ｄ）に示すような負の電流を追加制御路１１２に流すと、発電機用変流器１４中に追加された分の電流が流れ、発電機制御部１６は、図３同様、その電流の流れを受電点の電力変動によるものと認識することとなる。そうすると、発電機制御部１６は、発電機用変流器１４で変成した計測値が所定値となるように発電機１２の出力電力を制御するので、発電機１２の電力出力を低減する。したがって、追加制御部１１０が電流を流している間、図４（ｂ）に示すように、発電機１２の電力出力が下降し、下降した分（ΔＰ）と等しい電力が、例えば、図４（ｃ）に示すように、受電点を通って電力供給路２０から補充される。

このように、既存の発電ユニット１０を、発電機用変流器１４および発電機制御部１６を外すことなくそのまま有効利用しつつ、追加制御部１１０が、発電機用変流器１４の貫通体に挿通された追加制御路１１２に電流を流すことで、発電機制御部１６に、電力供給路２０の電流が変化したかのように認識させ、発電機１２の出力電力を個別に制御することが可能となる。

上述したような追加制御部１１０を用いた発電ユニット１０の出力電力制御は、様々な用途に適用できる。以下、追加制御部１１０を用いた発電ユニット１０の応用例を示す。

（第２の実施形態：電力供給システム２００）
発電ユニット１０は量産品であるため、発電機用変流器１４と発電機制御部１６とを結ぶ結線の長さが制限される場合が多い。したがって、図１のように、受電点と発電機１２とが近い場合、問題は生じないが、負荷設備２２が複数離隔して設けられ、受電点と発電機１２とが物理的に遠くなる場合、受電点に発電機用変流器１４を設置できない場合がある。また、発電機用変流器１４の設置環境の制約、例えば、設置場所が紫外線に晒されていたり、塩害が生じ易い等の理由により、発電機用変流器１４を設置できない場合もある。第２の実施形態においては、このような状況下においても、受電点の電力変動を平準化することを目的とする。

図５は、第２の実施形態における電力供給システム２００の概略的な構成を示した説明図である。図５に示すように、電力供給システム２００は、発電ユニット１０（発電機１２、発電機用変流器１４、発電機制御部１６）と、追加制御部１１０と、延長変流器１３０と、送信部１３２と、受信部１３４とを含んで構成される。

発電ユニット１０は、図１を用いて説明したものをそのまま用いる。延長変流器１３０は、電力供給路２０を、一次巻線を配した貫通体に挿通し、電力供給路２０の電流値を計測値に変成する。送信部１３２は、延長変流器１３０で変成した計測値を、通信回線を通じて送信する。受信部１３４は、送信部１３２から計測値を受信する。かかる送信部１３２と受信部１３４との通信は有線、無線を問わず、また、その通信方式も任意の通信方式を採用することができる。追加制御部１１０は、第１の実施形態同様、電力供給路２０と共に発電機用変流器１４の貫通体に挿通される追加制御路１１２に制御電流を流して発電機１２の出力電力を制御する。ただし、第２の実施形態では、追加制御部１１０は、受信部１３４が受信した計測値に応じて追加制御路１１２に制御電流を流す。

ここでは、発電機用変流器１４と発電機制御部１６とを結ぶ結線が受電点に至るまで満たない距離を、通信によって補う。すなわち、発電機用変流器１４の代わりに、延長変流器１３０によって受電点の電流値を計測し、通信を通じて追加制御部１１０に計測値を伝達する。そして、伝達された計測値を追加制御路１１２に流すことで、延長変流器１３０による計測値を、発電機用変流器１４の計測値として再現する。

こうして、受電点と発電機１２とが物理的に遠くなる場合であっても、受電点の電力変動、すなわち、複数の負荷設備２２と発電機１２とを１の系統として総合的にみた場合の他の系統に対する電力変動を平準化することが可能となる。

（追加制御路１１２）
また、電力供給システム１００および電力供給システム２００において、発電機１２を追加制御部１１０による制御電流で制御する場合、その制御電流によって発電機用変流器１４が受信する電流の変化幅と、電力供給路２０によって発電機用変流器１４が受信する電流の変化幅を同等としなければならない。このような発電機用変流器１４が受信する電流の変化幅を大きくするためには、以下のような手段が考えられる。
（１）追加制御路１１２に印加する電圧値Ｖを高める。
（２）追加制御路１１２の抵抗値Ｒを小さくする。
（３）追加制御路１１２を発電機用変流器１４の貫通体自体に複数回巻回する。

ただし、（１）や（２）のいずれの手段も、追加制御路１１２においてジュール熱（Ｖ^２／Ｒ）によるエネルギーの消費を伴うため、実用的ではない。また、（１）や（２）の手段では、追加制御部１１０自体が、そもそも、電力供給路２０から供給される電流と同等の電流を生成する能力を有さなければならない。

そこで、ここでは、（３）の追加制御路１１２を発電機用変流器１４の貫通体自体に複数回巻回する手段について検討する。このように、追加制御路１１２を発電機用変流器１４の貫通体自体に複数回巻回することで、ジュール熱によるエネルギーの消費を抑えつつ、制御電流によって発電機用変流器１４が受信する電流の変化幅と、電力供給路２０によって発電機用変流器１４が受信する電流の変化幅のスケールを合わせることができる。

図６は、追加制御路１１２を説明するための説明図である。追加制御路１１２は、発電機用変流器１４の貫通体１４ａの貫通孔１４ｂに挿通されるように、例えば、５回巻回されている。こうして、電力供給路２０の電流に対し、本来必要な制御電流をＩとし、巻回数をＮとすると、追加制御部１１０は、Ｉ／Ｎの電流を制御できれば足りる。

かかる追加制御路１１２の巻回数は、説明の便宜上、５回としたが、３〜３０回、より望ましくは５〜１０回とするとよい。ここで、巻回数を３回以上としているのは、巻回数が１回や２回だと、結局、追加制御路１１２に流れる電流自体が大きくなって、ジュール熱の消費を抑えられないからである。また、巻回数を３０回以下としているのは、３０回を超えると、外部からのノイズが巻回数分増幅してから制御電流に乗るため、制御電流がノイズの影響を受けやすくなるからである。

参考として、ノイズの原因としては、例えば、以下の３つが考えられる。
（ａ）電磁誘導による起電力の影響：巻回数をＮ、電力供給路２０に流れる電流をＩ_０、貫通体１４ａの半径をｒとすると、追加制御路１１２には、起電力ΔＶ＝Ｎ／２πｒ×ｄＩ_０／ｄｔが誘起される。
（ｂ）サージ雑音の電磁接合による影響：電力供給路２０の配線と追加制御路１１２の配線が近接している場合、電力供給路２０に流れるサージ雑音が電磁接道により追加制御路１１２に伝わる。
（ｃ）放射電磁界イミュニティの影響：アマチュア無線機や携帯電話からの電波が、追加制御路１１２に乗る。

ところで、追加制御部１１０は、制御電流を制御する機能を有するが、以下の理由により、制御電流による制御精度が劣る場合がある。
（ｉ）追加制御路１１２に印加する電圧源として定電圧源、例えば商用の１００Ｖしか利用できない。
（ｉｉ）追加制御部１１０の制御電流の可変幅がそもそも小さい。
（ｉｉｉ）制御電流の分解能がそもそも低い。

そこで、本実施形態では、追加制御路１１２の巻回数もしくは抵抗値を可変とすることで、定電圧源であるか否かに拘わらず、制御電流の可変幅を変更したり、分解能を変更する。

図７は、追加制御路１１２を説明するための他の説明図である。図７（ａ）において、追加制御路１１２は、発電機用変流器１４の貫通体１４ａの貫通孔１４ｂに挿通されるように、貫通体１４ａに追加制御路１１２を５回巻回している。そして、追加制御路１１２の可変部位１１２ａでは、巻回の１ターン毎に接点を設け、その接点の接続態様によって、巻回数を可変する。また、図７（ｂ）のように、追加制御路１１２に抵抗値が可変な可変抵抗１１２ｂを設けることによって、追加制御路１１２の抵抗値Ｒを変更し、制御電流（Ｖ／Ｒ）を可変させることもできる。かかる可変部位１１２ａや可変抵抗１１２ｂの変更は、追加制御部１１０から自動的に行うとしてもよいし、電力の利用態様に応じて手動で行うとしてもよい。

こうして、追加制御部１１０の制御電流の可変能力とは独立して、制御電流を可変することで、制御電流の可変幅を、追加制御部１１０の制御電流の可変能力と、上記可変部位１１２ａ等の可変能力とを乗じた範囲に広げることができる。また、可変部位１１２ａ等によって、追加制御部１１０の制御電流の分解能を可変できるので、分解能の必要な制御にも対応可能となる。

以上、説明したように、電力供給システム１００、２００によって、発電ユニット１０に元々備わる発電機用変流器１４や発電機制御部１６といった資源を無駄にすることなく、受電電力一定制御が可能な発電ユニット１０から負荷設備２２に適切に電力を供給することが可能となる。

また、電力供給システム２００によって、負荷設備２２の状態や発電機用変流器１４の設置環境に拘わらず、受電電力一定制御が可能な発電ユニット１０から負荷設備２２に適切に電力を供給することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、受電電力一定制御が可能な発電ユニットから負荷設備に電力を供給する電力供給システムに利用することができる。

１０発電ユニット
１２発電機
１４発電機用変流器
１４ａ貫通体
１６発電機制御部
２０電力供給路
２２負荷設備
１００、２００電力供給システム
１１０追加制御部
１１２追加制御路
１３０延長変流器
１３２送信部
１３４受信部

Claims

電力事業者からの電力供給路と負荷設備とに接続され、該負荷設備に電力を供給する発電機と、
前記電力供給路が挿通され、該電力供給路の電流値を計測値に変成する延長変流器と、
前記延長変流器で変成した計測値を、無線の通信回線を通じて送信する送信部と、
前記送信部から計測値を受信する受信部と、
前記受信部が受信した計測値に応じて追加制御路に制御電流を流す追加制御部と、
前記追加制御路の電流値を計測値に変成する発電機用変流器と、
前記発電機用変流器で変成した計測値が所定値となるように前記発電機の出力電力を制御する発電機制御部と、
を備え、
前記発電機、前記発電機用変流器、および、前記発電機制御部は、既存の設備であり、該発電機用変流器と該発電機制御部とを結ぶ結線の長さが制限されていることを特徴とする電力供給システム。
前記追加制御路は、前記発電機用変流器の貫通体に３〜３０回のうち、いずれかの回数巻回されることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
前記追加制御路は、前記発電機用変流器の貫通体に３〜３０回のうち、いずれかの回数巻回され、かつ、巻回数を可変とする可変部位が形成され、
前記追加制御部は、前記可変部位の巻回数を変更することで、制御電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
前記追加制御路には、抵抗値が可変な可変抵抗が設けられ、
前記追加制御部は、前記可変抵抗の抵抗値を変更することで、制御電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。