JP7378946B2

JP7378946B2 - 電力供給設備

Info

Publication number: JP7378946B2
Application number: JP2019064706A
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: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2023-11-14
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: JP2020167794A

Description

本発明は、電力を供給する電力供給設備に関する。

需要者は、電力会社からの電気（商用電力）の供給を受けて構内の負荷設備（一般用電気工作物）で電気を使用する。また、需要者は、太陽光発電設備等、発電設備を構内に設け、負荷設備を動作させるとともに（例えば、特許文献１）、電力会社に余った電力を売電することも可能である。

特開２０１３－２４７７３７号公報

単相３線式１００／２００Ｖにおける単相３線式２００Ｖ（Ｒ相とＴ相）に、太陽光発電設備や燃料電池といった電力供給設備を接続することがある。このような電力供給設備では、電圧線であるＲ相とＴ相とにそれぞれ電流計（変流器）を取り付け、各電流計で検出される電流値と、Ｒ－Ｎ相およびＴ－Ｎ相の線間電圧値と、電流、電圧の位相に基づく力率値とから受電電力を算出している。

また、今後は、省エネルギー機器が普及し、構内の電力需要が減少すると、必ずしも単相３線式２００Ｖへの接続を要さず、例えば、単相３線式１００／２００Ｖの一方の電圧線（Ｒ相またはＴ相、以下、連系相という場合がある）と中性線（Ｎ相）とに（以下、連系相とＮ相とを単相３線式１００Ｖと呼ぶ場合がある）、小出力の電力供給設備を設置することが考えられる。

このような小出力の電力供給設備を屋外に設置する場合、電力供給設備において受電電力を導出するために、屋内の電流計等から電流値等の情報を得るために、家屋の壁に貫通孔を施す必要が生じ、設置工事にコストを要してしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、コストの増大を回避しつつ、電力を適切に出力することが可能な電力供給設備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、屋外に設置される本発明の電力供給設備は、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する発電部と、外部と無線通信を確立する通信部と、通信部を通じて、電力系統からの受電点における受電電力を特定可能な受電電力情報を取得する情報取得部と、受電電力情報に基づく受電電力が所定の値を維持するように、発電部の出力電力を制御する出力制御部と、を一体的に備え、通信部は、受電点に設置された電力メータと無線通信を確立し、情報取得部は、電力メータで測定された電力情報に含まれる受電電力情報を取得する。

本発明によれば、コストの増大を回避しつつ、電力を適切に出力することが可能となる。

電力システムの接続態様を示した説明図である。電力供給設備による受電電力一定制御の処理を説明するためのフローチャートである。電力システムの接続態様を示した説明図である。電力システムの基本的な接続態様を示した説明図である。

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。

<第１の実施形態>
図１は、電力システム１００の接続態様を示した説明図である。電力システム１００は、引き込み線１０を通じて、電力系統１２から電気（商用電力）の供給を受ける。なお、本実施形態においては、電力系統１２から電力が供給される供給路において、各設備を基準に電力系統１２側を一次側、その反対側を二次側として定義する。

電力システム１００は、低圧受電の需要者単位で構成され、その範囲としては、一般用電気工作物であれば、家屋等に限らず、病院、工場、ホテル、レジャー施設、商業施設、マンションといった建物単位や建物内の一部分であってもよい。

また、電力システム１００は、電力メータ１１２と、分電盤１１４と、電力供給設備１１６とを含んで構成される。

電力メータ（電力量計）１１２は、電力系統１２に引き込み線１０を介して接続され、引き込み線１０と電力システム１００との間に流れる（消費および売電の）電流の電流値および電圧値を計測する。また、電力メータ１１２は、電圧線の電流値、電圧線と中性線との線間電圧値、ならびに、電圧の位相に基づく力率値とを乗じて受電電力を導出する。さらに、電力メータ１１２は、受電電力を積算し、例えば、１ヶ月分の電力使用量（ｋＷｈ）を導出する。なお、電力メータ１１２は、分電盤１１４の一次側に契約容量を示すサービスブレーカ１１２ａを含んで構成される。

また、本実施形態において、電力メータ１１２は、電力使用量をデジタルで計測するスマートメータであり、外部と無線または有線の通信を確立する通信部（図示せず）を有する。電力メータ１１２の通信部は、受電電力や電力使用量等の電力情報を外部に送信することができる。

分電盤１１４は、電力メータ１１２の二次側に接続され、漏電ブレーカ１１４ａ、および、配線用（安全）ブレーカ１１４ｂを有する。漏電ブレーカ１１４ａは、漏電の検出に応じて電気の供給を遮断する。ここで、漏電ブレーカ１１４ａは、漏電遮断機能付き過電流遮断器、および、漏電遮断機能のみを有する漏電遮断器のいずれの概念も含んでいる。配線用ブレーカ１１４ｂは、内部配線（主幹バー）を介して漏電ブレーカ１１４ａと接続され、構内配線１２０に流れる電流が定格遮断電流を超過すると電気の供給を遮断する。

需要者は、構内配線１２０それぞれに１または複数の負荷設備１４を接続し、上述した、漏電ブレーカ１１４ａ、配線用ブレーカ１１４ｂ、および、構内配線１２０を通じて電力の供給を受ける。

電力供給設備１１６は、分電盤１１４における複数の構内配線１２０のいずれか（単相３線式１００Ｖ）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する。電力供給設備１１６は、出力電圧等を調整することで、生成した電力を電力系統１２より優先して構内の負荷設備１４に供給することができる。

かかる電力供給設備１１６としては、例えば、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や、燃料電池、内燃力発電、蓄電池等を用いることができる。ここでは、電力供給設備１１６を屋外に設置する例を挙げて説明する。したがって、電力供給設備１１６は屋外（屋外防水）コンセント１２２を通じて構内配線１２０に接続することができる。

電力供給設備１１６は、発電部１１６ａと、設備電流計１１６ｂと、通信部１１６ｃと、制御部１１６ｄとを有している。発電部１１６ａは、例えば、燃料電池等で構成され、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する。設備電流計１１６ｂは、例えば、変流器（ＣＴ）と整流器とで構成され、発電部１１６ａから出力される電流（以下、設備電流という）を測定する。通信部１１６ｃは、無線で外部と通信を確立し、様々な情報を受信することができる。

制御部１１６ｄ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で構成され、設備電流が所望の値になるように、発電部１１６ａの出力（電流）を制御する。

このような電力供給設備１１６を構内配線１２０に接続することで、電力系統だけでは不足する負荷設備１４への電力を電力供給設備１１６で補うことができる。なお、ここでは、制御部１１６ｄが電力供給設備１１６と一体的に形成される例を挙げて説明しているが、別体として設けられてもよい。

このような電力供給設備１１６では、電力供給設備１１６から離隔した受電点における受電電力が参照される。電力供給設備１１６は、参照した受電電力に基づいて、受電電力を所定の値に維持する受電電力一定制御、ＲＰＲ（逆電力継電器）機能、ＵＰＲ（不足電力継電器）機能を実現することが可能となる。

しかし、電力供給設備１１６を屋外に設置する場合、電力供給設備１１６が受電電力を参照するために、分電盤１１４等において屋内で測定された電流値等の情報を屋外に伝達しなければならず、家屋の壁に貫通孔を施す必要が生じ、設置工事にコストを要してしまう。そこで、本実施形態では、家屋の壁に貫通孔を施さないことでコストの増大を回避しつつ、電力を適切に出力する。

上述したように、電力メータ１１２は、計測した受電電力等の電力情報を、無線を通じて外部に送信することができる。ここでは、電力メータ１１２の電力情報を、無線を通じて電力供給設備１１６に送信する。電力供給設備１１６では、その電力情報に基づいて受電電力を参照する。

このような無線による受電電力の参照を実現するため、電力供給設備１１６の制御部１１６ｄは、プログラムを動作させることで、情報取得部１４０、電力導出部１４２、出力制御部１４４としても機能する。

図２は、電力供給設備１１６による受電電力一定制御の処理を説明するためのフローチャートである。ここでは、受電電力を用いた制御として受電電力一定制御を挙げて説明するが、本実施形態が、ＲＰＲ（逆電力継電器）機能やＵＰＲ機能（不足電力継電器）にも対応するのは言うまでもない。

まず、情報取得部１４０は、通信部１１６ｃによる無線通信を通じ、電力メータ１１２から、受電点Ａにおける電力情報のうち、受電電力を特定可能な受電電力情報（例えば、受電電力自体や、電圧線の電流値、電圧線と中性線との線間電圧値、ならびに、電圧の位相に基づく力率値）を取得する（Ｓ２００）。

電力導出部１４２は、情報取得部１４０が取得した受電電力情報に基づいて（例えば、電圧線の電流値、電圧線と中性線との線間電圧値、ならびに、電圧の位相に基づく力率値とを乗じて）、受電点Ａにおける受電電力を導出する（Ｓ２０２）。なお、情報取得部１４０が受電電力情報として受電電力自体を取得した場合、電力導出部１４２は、なんら処理を行わない。こうして、単相３線式１００／２００Ｖの受電電力を適切に参照することができる。

出力制御部１４４は、電力導出部１４２が導出した受電電力が所定の値となるように、発電部１１６ａの出力電力を制御する（Ｓ２０４）。例えば、出力制御部１４４は、受電電力が増加すると、発電部１１６ａの出力電力を減少させ、受電電力が減少すると、発電部１１６ａの出力電力を増加させる。このようなＳ２００～Ｓ２０４の処理を繰り返すことで、受電電力一定制御を実現できる。

かかる電力システム１００では、分電盤１１４等において屋内で測定された電流値等の情報を屋外に伝達する線を設ける必要がないので、家屋の壁に貫通孔を施さなくて済み、コストの増大を回避しつつ、電力を適切に出力することが可能となる。

<第２の実施形態>
第１の実施形態では、電力供給設備１１６が、電力メータ１１２の機能を利用して受電電力を参照する例を挙げて説明した。しかし、電力供給設備１１６と電力メータ１１２との位置関係（電波環境）や、セキュリティ上の問題から電力供給設備１１６と電力メータ１１２とが直接通信を行うことができない場合がある。第２の実施形態では、電力システム１５０を挙げ、このような場合であっても、電力メータ１１２の受電電力情報を利用する態様を説明する。

図３は、電力システム１５０の接続態様を示した説明図である。電力メータ１１２は、計測した受電電力等の電力情報を、基地局１５２およびネットワーク網１５４を通じて管理サーバ１５６に送信する。そして、管理サーバ１５６では、複数の電力メータ１１２の電力情報を収集し、その電力情報に基づいて需要者の課金情報を生成したり、電力制御を実行したりする。

電力供給設備１１６の通信部１１６ｃは、管理サーバ１５６と無線通信を確立する。そして、情報取得部１４０は、管理サーバ１５６から、受電点Ａに設置された電力メータ１１２で測定された受電電力情報を取得する。

また、電力導出部１４２は、受電電力情報が受電電力自体でなければ、情報取得部１４０が取得した受電電力情報に基づいて受電点Ａにおける受電電力を導出する。出力制御部１４４は、情報取得部１４０が取得した受電電力または電力導出部１４２が導出した受電電力が所定の値となるように、発電部１１６ａの出力電力を制御する。こうして、第１の実施形態同様、受電電力一定制御を実現できる。

<第３の実施形態>
第１の実施形態および第２の実施形態では、電力供給設備１１６が、電力メータ１１２の受電電力情報を利用して受電電力を参照する例を挙げて説明した。しかし、電力メータ１１２が未だスマートメータとなっていない等、電力供給設備１１６が、電力メータ１１２や管理サーバ１５６と通信を確立できない場合がある。第３の実施形態では、電力システム１６０を挙げ、このような場合であっても、受電電力を参照する態様を説明する。

図４は、電力システム１６０の基本的な接続態様を示した説明図である。ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）１６２は、需要者の構内における電力の消費と、発電設備や蓄電設備をリアルタイムで統合的に管理し、快適さを保ちつつエネルギー消費の効率化を図る設備（エネルギー管理システム）である。したがって、ＨＥＭＳ１６２は、分電盤１１４内に設けられた電力計測器１６４から、電圧線の電流値、電圧線と中性線との線間電圧値、ならびに、電圧の位相に基づく力率値を検出し、受電電力を導出することもできる。

また、ＨＥＭＳ１６２は、外部と無線または有線の通信を確立する通信部（図示せず）を有する。ＨＥＭＳ１６２の通信部は、受電電力等の電力情報を外部に送信することができる。

電力供給設備１１６の通信部１１６ｃは、ＨＥＭＳ１６２と無線通信を確立する。そして、情報取得部１４０は、ＨＥＭＳ１６２から、受電点Ａにおける受電電力情報を取得する。

また、電力導出部１４２は、受電電力情報が受電電力自体でなければ、情報取得部１４０が取得した電圧線の電流値、電圧線と中性線との線間電圧値、ならびに、電圧の位相に基づく力率値とを乗じて、受電点Ａにおける受電電力を導出する。出力制御部１４４は、情報取得部１４０が取得した受電電力または電力導出部１４２が導出した受電電力が所定の値となるように、発電部１１６ａの出力電力を制御する。こうして、第１の実施形態および第２の実施形態同様、受電電力一定制御を実現できる。

なお、ここでは、通信を確立する対象としてＨＥＭＳ１６２を挙げて説明したが、その対象は、エネルギー管理システム（Energy Management System）であれば足り、管理態様に応じて、ＢＥＭＳ（Building Energy Management System）、ＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）、ＣＥＭＳ（Cluster/Community Energy Management System）等、様々な設備に適用することができる。

<第４の実施形態>
第１の実施形態～第３の実施形態では、電力供給設備１１６と、電力メータ１１２やＨＥＭＳ１６２とが無線通信を確立する例を挙げて説明した。しかし、その位置関係や電波環境によっては無線通信を確立することができない場合がある。第４の実施形態では、電力供給設備１１６が、電力線を通信回線とするＰＬＣ（Power Line Communication：電力線搬送通信）を確立して、受電電力を参照する。この場合、電力システム１００、１５０、１６０のいずれにおいても、通信部１１６ｃは、無線通信の代わりに、構内配線１２０を通じた有線通信を行う。

電力供給設備１１６は、屋外コンセント１２２を通じて電力を供給するとともに、同屋外コンセント１２２を通じて受電電力情報を取得することが可能となる。こうして、電力供給設備１１６は、家屋の壁に貫通孔を施すことなく、構内配線１２０のみを通じて受電電力を容易に導出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。

例えば、上述した実施形態においては、電力供給設備１１６を、単相３線式１００／２００Ｖのうち単相３線式１００Ｖに接続する例を挙げて説明した。しかし、単相３線式１００Ｖに限らず、単相３線式２００Ｖに接続したとしても、電力供給設備１１６が外部と通信を確立し、確立した通信を通じて受電電力を参照できれば、コストの増大を回避しつつ、電力を適切に出力する効果を生じ得る。

本発明は、電力を供給する電力供給設備に利用することができる。

１００、１５０、１６０電力システム
１１２電力メータ
１１６電力供給設備
１１６ａ発電部
１１６ｃ通信部
１４０情報取得部
１４４出力制御部
１６２ＨＥＭＳ（エネルギー管理システム）

Claims

屋外に設置される電力供給設備であって、
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する発電部と、
外部と無線通信を確立する通信部と、
前記通信部を通じて、電力系統からの受電点における受電電力を特定可能な受電電力情報を取得する情報取得部と、
前記受電電力情報に基づく受電電力が所定の値を維持するように、前記発電部の出力電力を制御する出力制御部と、
を一体的に備え、
前記通信部は、前記受電点に設置された電力メータと無線通信を確立し、
前記情報取得部は、前記電力メータで測定された電力情報に含まれる前記受電電力情報を取得する電力供給設備。