JP7244344B2

JP7244344B2 - 分散型電源システム

Info

Publication number: JP7244344B2
Application number: JP2019083693A
Authority: JP
Inventors: 卓也伴野; 崇之渡邉
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2039-04-25
Also published as: JP2020182310A

Description

本発明は、分散型電源システムに関する。

屋外に設置され、屋内の分電盤に接続される燃料電池などの分散型電源がある（例えば、特許文献１）。かかる分散型電源は、分電盤を通じて屋内の負荷に電力を供給することができる。

特開２０１２－２２２９２３号公報

仮に、電力系統が停電した場合、分散型電源から電力系統への電力の逆潮流を防止するために、分散型電源は、電力系統から電気的に切り離される。そうすると、分散型電源が孤立し、分散型電源で発電された電力が利用できない場合がある。

本発明は、このような課題に鑑み、電力系統が停電した場合であっても分散型電源を効率的に利用可能な分散型電源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、本発明の分散型電源システムは、屋外に配置され、屋内配線に接続され、屋内配線を通じて電力系統に接続される第１屋外コンセントと、屋外に配置され、他のエネルギーを電気エネルギーに変換して電気を生成する発電部と、屋外に配置され、第１屋外コンセントと発電部との間の電流経路に設けられ、第１屋外コンセントを通じた電力系統と発電部との電気的な接続を切り替える遮断部と、第１屋外コンセントとは別体として屋外に配置され、遮断部と発電部との間の電流経路に屋内を経由せずに接続され、発電部で発電された電力を出力可能な第２屋外コンセントと、電力系統の停電を検知する停電検知部と、制御部と、を備え、遮断部は、直列接続された第１遮断器および第２遮断器により構成され、制御部は、停電検知部において停電が検知された場合、第１遮断器および第２遮断器の双方に電気的な接続を遮断させる。

本発明によれば、電力系統が停電した場合であっても分散型電源を効率的に利用可能となる。

第１実施形態による分散型電源システムの構成を示す概略図である。第２実施形態による分散型電源システムの構成を示す概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の態様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。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による分散型電源システム１の構成を示す概略図である。図１では、制御信号の流れを破線の矢印で示している。図１中、実線２の右側は屋外を示しており、実線２の左側は屋内を示している。

分散型電源システム１は、電力メータ１０、分電盤１２、負荷１４、第１屋外コンセント１６、分散型電源１８、第２屋外コンセント２０および電気機器２２を含む。

電力メータ１０は、需要家において屋外に設置される。電力メータ１０は、電力系統２４に接続され、需要家の受電点における電力量を計測する。

分電盤１２は、需要家の屋内に設置される。分電盤１２は、サービスブレーカ３０、漏電ブレーカ３２、複数の分岐ブレーカ３４ａ、３４ｂを含む。なお、図１では、サービスブレーカ３０をＳＢと表記し、漏電ブレーカ３２をＥＬＢと表記している。

サービスブレーカ３０は、電力メータ１０を通じて電力系統２４に接続される。サービスブレーカ３０は、需要家における契約電流容量を超過する電流が流れたときに遮断される。なお、サービスブレーカ３０の機能は、電力メータ１０に設けられてもよい。

漏電ブレーカ３２は、サービスブレーカ３０に接続される。漏電ブレーカ３２は、漏電が生じた場合に遮断される。漏電ブレーカ３２には、複数の分岐ブレーカ３４ａ、３４ｂが接続される。以後、複数の分岐ブレーカ３４ａ、３４ｂを総称して、分岐ブレーカ３４と呼ぶ場合がある。なお、漏電ブレーカ３２に接続される分岐ブレーカ３４の数は、２個に限らず、１個でもよいし、３個以上であってもよい。

複数の分岐ブレーカ３４のうち、例えば、分岐ブレーカ３４ａには、負荷１４が接続される。電力系統２４は、分電盤１２を通じて負荷１４に電力を供給することができる。また、複数の分岐ブレーカ３４のうち、例えば、分岐ブレーカ３４ｂには、第１屋外コンセント１６が接続される。

第１屋外コンセント１６は、需要家において屋外に設置される。第１屋外コンセント１６には、屋外に設置される分散型電源１８が接続される。なお、分散型電源１８は、分散型電源１８から第１屋外コンセント１６に延びる電力線が取付け金具やネジなどで第１屋外コンセント１６に固定される等、第１屋外コンセント１６から物理的に容易に取り外せないように接続される。

分散型電源１８は、例えば、需要家において発電する燃料電池である。なお、分散型電源１８は、燃料電池に限らず、太陽光発電機、風力発電機、水力発電機、地熱発電機、太陽熱発電機、大気中熱発電機等の再生可能エネルギー発電設備であってもよいし、内燃力発電機、蓄電池等であってもよい。

分散型電源１８は、発電部４０、遮断部４２、パワーコンディショナ４４および制御部４６を含む。

発電部４０は、電力系統２４とは独立して構成される。発電部４０は、例えば、燃料電池等で構成され、他のエネルギー（電気エネルギー以外のエネルギー）を電気エネルギーに変換して電気を生成（発電）する。発電部４０は、パワーコンディショナ４４および遮断部４２を通じて第１屋外コンセント１６に接続される。つまり、発電部４０は、第１屋外コンセント１６および分電盤１２を通じて負荷１４に接続可能であり、発電した電力を負荷１４に供給可能である。また、発電部４０は、第１屋外コンセント１６、分電盤１２および電力メータ１０を通じて電力系統２４に接続される。

遮断部４２は、第１屋外コンセント１６（つまり、電力系統２４）と発電部４０との間の電流経路に設けられる。遮断部４２は、第１遮断器５０および第２遮断器５２を含む。

第１遮断器５０および第２遮断器５２は、第１屋外コンセント１６と発電部４０との間の電流経路において、直列接続されている。具体的には、第１遮断器５０の一方の接点は、第１屋外コンセント１６に接続され、他方の接点は、第２遮断器５２の一方の接点に接続される。第２遮断器５２の他方の接点は、パワーコンディショナ４４を通じて発電部４０に接続される。

第１遮断器５０および第２遮断器５２（すなわち、遮断部４２）は、第１屋外コンセント１６を通じて繋がる電力系統２４と、パワーコンディショナ４４を通じて繋がる発電部４０との電気的な接続を切り替える。第１遮断器５０および第２遮断器５２が遮断部４２に冗長的に設けられているのは、発電部４０を電力系統２４から電気的に確実に切り離すためである。

パワーコンディショナ４４は、遮断部４２と発電部４０との間の電流経路に設けられる。パワーコンディショナ４４は、発電部４０で発電された電力を商用周波数および商用電圧の電力に変換して遮断部４２側に出力する。

また、パワーコンディショナ４４は、電力系統２４の電力を電力変換制御用の電力として取得する。例えば、パワーコンディショナ４４は、電力変換制御用の電力を、遮断部４２を通じた電流経路とは別個の不図示の電流経路を通じて取得する。パワーコンディショナ４４は、取得された電力変換制御用の電力に基づいて、電力変換後の周波数および位相が電力系統２４の周波数および位相に合うように電力変換を行う。

また、パワーコンディショナ４４には、停電検知部５４が設けられる。停電検知部５４は、取得された電力変換制御用の電力（つまり、電力系統２４の電力）の電圧が所定電圧（例えば、商用電圧の３０％）を超える場合、電力系統２４に停電が生じていないと判断する。一方、停電検知部５４は、取得された電力変換制御用の電力（つまり、電力系統２４の電力）の電圧が所定電圧以下（例えば、商用電圧の３０％以下）となった場合、電力系統２４に停電が生じたと判断する。つまり、停電検知部５４は、電力系統２４の停電を検知する。なお、停電検知部５４は、パワーコンディショナ４４に設けられる態様に限らず、例えば、分電盤１２内に設けられてもよい。

第２屋外コンセント２０は、分散型電源１８外に位置し、需要家において屋外に設置される。第２屋外コンセント２０は、例えば、需要家における建物の外壁の外面に設置される。なお、第２屋外コンセント２０は、建物の外壁に設置される態様に限らず、例えば、地面から延びる支柱などに設置されてもよい。第２屋外コンセント２０は、家電などの電気機器２２のプラグ６０を差し込み可能となっている。

第２屋外コンセント２０は、第２遮断器５２とパワーコンディショナ４４との間の電流経路に接続されている。換言すると、第２屋外コンセント２０は、遮断部４２と発電部４０との間の電流経路に接続されている。また、第２屋外コンセント２０と分散型電源１８とを繋ぐ電力線は、屋内を経由していない。

分散型電源１８の制御部４６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。制御部４６は、発電部４０の発電電力、および、パワーコンディショナ４４の動作を制御する。

また、制御部４６は、停電検知部５４から停電検知結果（停電の有無）を取得する。制御部４６は、停電が検知されていない場合（停電がない通常時）、遮断部４２（具体的には、第１遮断器５０および第２遮断器５２の双方）を閉状態に維持させる。これにより、通常時に、発電部４０は、遮断部４２を通じて第１屋外コンセント１６に電力を供給することができる。その結果、発電部４０は、第１屋外コンセント１６および分電盤１２を通じて負荷１４に電力を供給することができる。

一方、停電が検知された場合（停電時）、制御部４６は、遮断部４２（具体的には、第１遮断器５０および第２遮断器５２の双方）を開状態にさせ、遮断部４２に電気的な接続を遮断させる。これにより、停電時に、制御部４６は、発電部４０を電力系統２４から電気的に切り離すことができる。その結果、発電部４０の発電電力が、停電時に分電盤１２を通じて電力系統２４に逆潮流することを防止できる。

なお、停電時には、分散型電源１８が電力系統２４から電気的に切り離されるため、パワーコンディショナ４４は、電力変換後の位相を電力系統の位相に合わせなくてもよい。

また、制御部４６は、停電から復旧した場合、遮断部４２（具体的には、第１遮断器５０および第２遮断器５２の双方）を閉状態にさせ、遮断部４２を通じて発電部４０を電力系統２４に電気的に接続させる。

上述のように、分散型電源システム１では、第２屋外コンセント２０が遮断部４２と発電部４０との間の電流経路に接続されている。これにより、発電部４０は、遮断部４２の開閉に拘わらず、発電電力を第２屋外コンセント２０に供給することができる。つまり、発電部４０は、通常時および停電時の双方において、発電電力を第２屋外コンセント２０に供給することができる。換言すると、第２屋外コンセント２０には、通電時および停電時の双方において電圧が印加される。

このため、電気機器２２は、プラグ６０を第２屋外コンセント２０に差し込むことで、通常時および停電時のいずれにおいても、分散型電源１８（発電部４０）から電力の供給を受けることができる。

このことから、第２屋外コンセント２０は、遮断部４２と発電部４０との間の電流経路に接続され、発電部４０で発電された電力を出力可能な外部出力部として機能する。

以上のように、第１実施形態の分散型電源システム１では、電力系統２４の停電が検知された場合、発電部４０が電力系統２４から電気的に切り離される。第１実施形態の分散型電源システム１では、通常時において発電部４０から第２屋外コンセント２０に通電されるとともに、発電部４０が電力系統２４から電気的に切り離されても、発電部４０から第２屋外コンセント２０（外部出力部）に通電される。

したがって、第１実施形態の分散型電源システム１によれば、電力系統２４が停電した場合であっても分散型電源１８を効率的に利用可能となる。

また、第１実施形態の分散型電源システム１では、第２屋外コンセント２０が屋外に設置される。このため、分散型電源１８と第２屋外コンセント２０とを接続する電力線は、需要家における建物の外壁を貫通させる必要がない。したがって、第１実施形態の分散型電源システム１では、第２屋外コンセント２０の設置工事を簡易化できる。

また、第１実施形態の分散型電源システム１では、直列接続された第１遮断器５０および第２遮断器５２によって遮断部４２が構成される。このため、第１実施形態の分散型電源システム１では、停電が検知された際に、第１遮断器５０および第２遮断器５２のいずれか一方が短絡故障していたとしても、他方の遮断器によって発電部４０を電力系統２４から確実に切り離すことができる。

なお、遮断部４２は、直列接続された２個の第１遮断器５０および第２遮断器５２によって構成されていた。しかし、遮断部４２は、１個の遮断器で構成されてもよいし、３個以上の遮断器が直列接続されて構成されてもよい。

また、第１実施形態における外部出力部（第２屋外コンセント２０）は、屋外に設けられていた。しかし、需要家における建物の外壁を貫通させてもよい場合には、外部出力部として機能するコンセントを屋内に設けてもよい。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態による分散型電源システム１００の構成を示す概略図である。第２実施形態の分散型電源システム１００は、第２屋外コンセント２０に代えて外部コンセント１２０を有する点において第１実施形態の分散型電源システム１と異なる。ここでは、第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について詳述する。

外部コンセント１２０は、分散型電源１８の筐体などに設けられる。つまり、第１実施形態の第２屋外コンセント２０は、分散型電源１８とは別個に設けられていたが、第２実施形態の外部コンセント１２０は、分散型電源１８と一体となって設けられる。

外部コンセント１２０は、プラグ６０の差し込み口が、分散型電源１８の外部に露出可能となっている。電気機器２２は、外部コンセント１２０における露出された差し込み口にプラグ６０を差し込むことができる。

外部コンセント１２０は、第２遮断器５２とパワーコンディショナ４４との間の電流経路に接続されている。換言すると、外部コンセント１２０は、第１実施形態の第２屋外コンセント２０と同様に、遮断部４２と発電部４０との間の電流経路に接続されている。

これにより、発電部４０は、第１実施形態と同様に、通常時および停電時の双方において、発電電力を外部コンセント１２０に供給することができる。電気機器２２は、プラグ６０を外部コンセント１２０に差し込むことで、通常時および停電時のいずれにおいても、分散型電源１８（発電部４０）から電力の供給を受けることができる。

このことから、外部コンセント１２０は、遮断部４２と発電部４０との間の電流経路に接続され、発電部４０で発電された電力を出力可能な外部出力部として機能する。

以上のように、第２実施形態の分散型電源システム１００では、第１実施形態と同様に、電力系統２４の停電が検知された場合、発電部４０が電力系統２４から電気的に切り離される。第２実施形態の分散型電源システム１００では、通常時において発電部４０から外部コンセント１２０に通電されるとともに、発電部４０が電力系統２４から電気的に切り離されても、発電部４０から外部コンセント１２０（外部出力部）に通電される。

したがって、第２実施形態の分散型電源システム１００によれば、第１実施形態と同様に、電力系統２４が停電した場合であっても分散型電源１８を効率的に利用可能となる。

また、第２実施形態の分散型電源システム１００では、外部コンセント１２０が分散型電源１８と一体化している。このため、第２実施形態の分散型電源システム１００では、需要家の屋外に第２屋外コンセント２０を別個に設ける必要がなく、第２屋外コンセント２０の設置工事を省略することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の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、分散型電源システムに利用することができる。

１分散型電源システム
２０第２屋外コンセント（外部出力部）
２４電力系統
４０発電部
４２遮断部
４６制御部
５４停電検知部
１２０外部コンセント（外部出力部）

Claims

屋外に配置され、屋内配線に接続され、前記屋内配線を通じて電力系統に接続される第１屋外コンセントと、
屋外に配置され、他のエネルギーを電気エネルギーに変換して電気を生成する発電部と、
屋外に配置され、前記第１屋外コンセントと前記発電部との間の電流経路に設けられ、前記第１屋外コンセントを通じた前記電力系統と前記発電部との電気的な接続を切り替える遮断部と、
前記第１屋外コンセントとは別体として屋外に配置され、前記遮断部と前記発電部との間の電流経路に屋内を経由せずに接続され、前記発電部で発電された電力を出力可能な第２屋外コンセントと、
前記電力系統の停電を検知する停電検知部と、
制御部と、
を備え、
前記遮断部は、直列接続された第１遮断器および第２遮断器により構成され、
前記制御部は、前記停電検知部において停電が検知された場合、前記第１遮断器および前記第２遮断器の双方に電気的な接続を遮断させる分散型電源システム。