WO2011077221A2

WO2011077221A2 - 電力供給システム

Info

Publication number: WO2011077221A2
Application number: PCT/IB2010/003305
Authority: WO
Inventors: 清隆竹原; 賢二中北
Original assignee: パナソニック電工株式会社
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-06-30
Also published as: WO2011077221A3; JP2011135651A; EP2518854B1; US9246333B2; US9640996B2; EP2518854A4; CN102687363A; EP2518854A2; CN102687363B; US20120274133A1; US20160141880A1

Abstract

蓄電池を備え複数の建物を含む規定の地域に敷設された地域電力網を介して各建物との間で蓄電と給電とを行う共用電源と、地域内の少なくとも一部の建物に設けられ建物に給電するとともに余剰電力を共用電源に供給する分散型電源と、各建物において商用電源から供給された電力量を計測する第１の電力計と、各建物において地域電力網を介して共用電源との間で出し入れした電力量を双方向に計測する第２の電力計と、第１の電力計と第２の電力計とにより計測された電力量に基づいて共用電源の電力を地域に分配する分配制御装置とを有し、分配制御装置は、各建物ごとに第２の電力計により計測された共用電源に蓄電した電力量と共用電源から給電した電力量とが相殺されるように電力量を管理するとともに、いずれかの建物において第１の電力計により計測された単位期間ごとの電力量が規定値に達すると共用電源から電力を供給し、当該建物において第１の電力計により計測された単位期間ごとの電力量が規定値よりも低い値である復帰値を下回ると共用電源に電力を返却させる電力供給システムを提供する。

Description

明細書

電力供給システム

技術分野

本発明は、複数の建物を含む規定の地域において電力を分配する電力供給システムに関するものである。背景技術

従来から、複数の電力需要家によるグループを形成し、需要家間の電力需給をグループ内で協調して調整する技術が提案されている。特許文献 1には、電気事業者から供給される電力を配分するにあたり、グループを構成している需要家全体と、電気事業者が電力を供給する電力系統との間に、電力供給制御装置を設け、電力供給制御装置が需要家における電力需要量を監視して電力の需給/、'ランスを調整する技術が開示されている。

特許文献 1に記載の技術は、グループ内の需要家の少なくとも一部において、マイクロガスタ一ビン発電装置、太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池のような分散型電源が設けられていることを想定した技術である。したがって、電力供給制御装置は、分散型電源により発電した余剰電力を電気事業者にまとめて売却する機能と、電力需要家の不足電力を電気事業者からまとめて購入する機能とを備える。また、電力供給制御装置は、グループ内全体に供給されるべき電力が不足している場合に、電力不足分をまとめて電気事業者から電力の供給を受けて各電力需要家に配分している。

すなわち、グループ内に設けた分散型電源の電力をグループ内で分配する機能を有しているから、電力事業者から供給を受ける電力量を低減させることが可能になっている。

一方、特許文献 2には、太陽電池と直交変換部と交流負荷とを備える発電負荷ユニットを複数設け、共通蓄電池および蓄電制御部を備え複数の発電負荷ュニットを接続した単一の制御センタを設けるとともに、電気事業者が提供する電力系統と制御センタとを接続した系統連系型の太陽光発電電力供給システムが提案されている。直交変換部は、太陽電池により発電される直流電力を交流電力に変換し、交流負荷と蓄電制御部に供給する機能を有している。

特許文献 2に記載の技術では、各発電負荷ュニッ卜での電力の過不足を制御センタにおいて監視しておリ、余剰の電力があるときには共通蓄電池に蓄電し、不足があるときには共通蓄電池から発電負荷ユニットに給電する。また、制御センタでは、共通蓄電池の蓄電電力量を検出しておリ、蓄電電力が不足しているときには電力系統から電力の供給を受け、蓄電電力に余剰があるときには共通蓄電池から電力系統に逆潮流を行っている。

特許文献 2に記載の技術は、太陽電池が分散型電源に相当するから、発電負荷ユニットを電力需要家とみなせば、制御センタに接続された複数の電力需要家によリグループを構成していることになる。つまり、特許文献 2に記載の構成は、特許文献 1に記載の構成と同様に、複数の電力需要家を含むグループにおいて分散型電源を備えるとともに、電気事業者が提供する電力系統からの電力の供給と電力系統への逆潮流とをセンタ装置によリー括して制御している。

【特許文献 1】日本特開 2 0 0 2 - 1 0 4 9 9号公報

【特許文献 2】日本特開 2 0 0 2— 2 3 3 0 7 7号公報

上述したように、特許文献 1、 2に記載された技術を用いると、分散型電源による発電電力をグループ内の各電力需要家において融通可能になり、また、電気事業者が提供する電力系統と連系するための接続点が一箇所になる。

ただし、特許文献 1、 2に記載の構成では、電気事業者においては、各電力需要家での消費電力量や分散型電源での発電量を把握することができないから、電気事業者において各電力需要家の電気料金を決めることができない。すなわち、電力系統から供給された電力量と電力系統に逆潮流を行った電力量とは、電気事業者が提供する電力系統と電力需要家との間を仲介している電力供給制御装置や制御センタでしか把握できない。

特許文献 1、 2に記載の技術を採用すれば、各電力需要家に電力計を設けなくとも、電気事業者にとっては、電力供給制御装置あるいは制御センタに供給した電力量と、電力供給制御装置あるいは制御センタから逆潮流を受けた電力量とを把握すれば電気料金を徴収することができるという利点が生じる。

—方、電力需要家にとっては、使用電力量が多いほど他の電力需要家から融通される電力量が多くなる。したがって、各電力需要家が電力事業者と個々に契約する場合は、特許文献 1、 2の技術を採用することができない。発明の概要

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、商用電源から受電する電力を抑制しながらも、商用電源から個々の電力需要家が受電する電力量を計測することを可能にした電力供給システムを提供する。

本発明の一形態によると、蓄電池を備え複数の建物を含む規定の地域に敷設された地域電力網を介して各建物との間で蓄電と給電とを行う共用電源と、地域内の少なくとも一部の建物に設けられ建物に給電するとともに余剰電力を共用電源に供給する分散型電源と、各建物において商用電源から供給された電力量を計測する第 1の電力計と、各建物において地域電力網を介して共用電源との間で出し入れした電力量を双方向に計測する第 2の電力計と、第 1の電力計と第 2の電力計とにより計測された電力量に基づいて共用電源の電力を地域に分配する分配制御装置とを有し、地域電力網は、各建物においてそれぞれ商用電源の電力系統と系統連系を行い、共用電源は、各建物から地域電力網を介して受電した電力により蓄電池を蓄電するとともに、蓄電池の電力を地域電力網を介して各建物に供給する機能を有し、分配制御装置は、各建物ごとに第 2の電力計により計測された共用電源に蓄電した電力量と共用電源から給電した電力量とが相殺されるように電力量を管理するとともに、いずれかの建物において第 1の電力計により計測された単位期間ごとの電力量が規定値に達すると共用電源から電力を供給し、当該建物において第 1の電力計により計測された単位期間ごとの電力量が規定値よりも低い値である復帰値を下回ると共用電源に電力を返却させる電力供給システムが提供される。

上記した構成によれば、地域内の複数の建物において共有する共用電源を設け、商用電源から購入する電力量が増加した建物に対して共用電源から電力を補助するから、商用電源から受電する電力を抑制することが可能になる。たとえば、各建物において契約電力が設定されている場合には、共用電源によって電力需要を平準化することによって、各建物の需要電力が契約電力を超えるのを防止することが可能になる。

また、地域の一部の建物は分散型電源を備えているから、当該建物において分散型電源で発電した電力を利用しながらも余剰の電力を共用電源に設けた蓄電池に蓄電しておけば、共用電源に蓄電した電力を地域内の建物で共用することが可能になる。しかも、共用電源から補助を受けた電力量に見合う電力量を、分散型電源あるいは商用電源を利用して返却することにより、各建物ごとに共用電源への蓄電と共用電源からの受電とを相殺するから、各建物において商用電源から購入する電力量は共用電源を設けていない場合とほぼ同じになる。

また、商用電源から電力を購入する際の電気料金の単価に複数の段階が設定されているときには、制御装置は、電気料金の単価に基づいて前記蓄電池への蓄電と放電とを制御するのが望ましい。図面の簡単な説明

本発明の目的及び特徴は以下のような添付図面とともに与えられる以後の望ましい実施例の説明から明確になる。

【図 1】実施形態を示すブロック図である。

【図 2】同上における建物が集合住宅である場合のブロック図である。発明を実施するための形態

以下、本発明の実地形態が本明細書の一部を成す添付図面を参照して一層詳細に説明される。図面全体で同一又は類似の部分には同一の符号を付けてそれに関する重複する説明を省略する。以下に説明する実施形態では、町内などを単位とする地域内に複数の建物が存在することを前提としている。各建物は、戸建て住宅のほか集合住宅などであってもよい。図 1に示すように、地域内の建物 B 1〜B 3 (以下、建物 B1〜B3を区別なしに建物 Bでも示す。）のうちの少なくとも一部は、太陽光発電装置 P Vのような分散型電源を備える。図示例では、一部の建物 Bに太陽光発電装置 P Vを設けているが、全部の建物 Bに太陽光発電装置 P Vを設けることも可能である。太陽光発電装置 P Vを備える建物 B 1には、太陽光発電装置 P Vの出力を交流電力に変換するとともに、商用電源の電力系統 P nとの系統連系を可能にするためのパワーコンディショナ 1 1 が設けられる。建物 B 1 ~ B 3には、分電盤 1 2が設けられ各負荷に電力を供給し、分電盤 1 2において電力系統 P nとパワーコンディショナ 1 1との系統連系が行われる。

分散型電源としては、太陽光発電装置 P Vを例示するが、風力発電装置などの自然エネルギーを用いる発電装置、マイクロガスタービン発電装置、燃料電池などの電力および熱を生成するコジェネレ一シヨン装置など、発電装置として用いることができるものであれば、どのような形式の分散型電源でも用いることが可能である。

建物が集合住宅である場合には、図 2に示すように、分散型電源としての太陽光発電装置 P V に加えて蓄電池 S C 1を設け、太陽光発電装置 P Vと蓄電池 S C 1とを集合住宅である建物 B 4 の各住戸 Hで共用することが望ましい。蓄電池 S C 1は、太陽光発電装置 P Vから住戸 Hに給電した際に生じた余剰電力を蓄電するために設けられている。また、蓄電池 S C 1に蓄電した電力は住戸 Hに供給することもできる。そのため、蓄電池 S C 1への蓄電と蓄電池 S C 1の放電とを行う充放電回路 1 3が設けられる。

集合^宅である建物 B 4では太陽光発電装置 P Vを設けているから、パワーコンディショナ 1 1が設けられる。ただし、パワーコンディショナ 1 1は、太陽光発電装置 P Vからの直流だけではなく、蓄電池 S C 1からの直流の電力変換にも兼用される。建物 B 4には各住戸 Hに電力を分配するための分電盤 1 4が設けられる。建物 B 4が集合住宅である場合は、需要電力に対する契約電力を、建物 B 4の全体で一括契約により設定している場合があり、この場合、パワーコンディショナ 1 1は建物 B 4の全体での需要電力が契約電力を越えないように、太陽光発電装置 P Vおよび蓄電池 S C 1から住戸 Hに給電する。すなわち、パワーコンディショナ 1 1は太陽光発電装置 P Vが発電している間には太陽光発電装置 P Vの電力を住戸 Hに供給するとともに余剰電力がある場合蓄電池 S C 1の蓄電を行う。また、パヮーコンディショナ 1 1は建物 B 4の全体での需要電力を監視し、需要電力が契約電力に基づいて設定した規定値に達すると、蓄電池 S C 1の電力を用いて住戸 Hに給電するのである。

ところで、地域内のいずれかの建物 B 3には地域内で共用される共用電源 2が設けられる。共用電源 2は、蓄電池 S Cを備えるとともに、蓄電池 S Cへの蓄電および放電を行う充放電回路 2 1を備える。共用電源 2での受電および共用電源 2からの給電は分配制御装置 2 2が行う。図示例では、建物 B 3に共用電源 2を設けており、たとえば、建物 B 3として地域の集会所や自治会館のような建物を想定しているが、共用電源 2は必ずしも建物に設けなくてもよく、共用電源 2 は別に設置してもよい。

地域内の各建物 B 1〜B 4には、商用電源の電力系統 P nとは別に、地域電力網 P dが接続される。地域電力網 P dは、分配制御装置 2 2と各建物 B 1〜B 4との間にそれぞれ敷設される。したがって、分配制御装置 2 2は、各建物 B 1 ~ B 4と共用電源 2との間で個別に電力の分配を行う機能を有している。なお、建物 B 3においては、建物 B 3の内部において電力計 M2と分配制御装置 22との間は地域電力網 P dと等価な電路を設けている。

各建物 B 1〜B 4には、それぞれ 2種類の電力計（電力メータ） M 1 , M 2が設けられている。一方の電力計 M 1は商用電源の電力系統 P nから受電した電力量を計測し、他方の電力計 M 2は地域電力網 P dを通して共用電源 2との間で出し入れした電力量を計測する。電力計 M 2では、建物 B 1 ~ B 4において共用電源 2から受電した電力量を計測するとともに共用電源 2に蓄電した電力量を計測する機能も併せ持つている。また、太陽光発電装置 P Vを設けた建物 B 1、 B 4の電力計 M 2は、共用電源 2に蓄電した電力量を計測する機能も併せ持つている。つまリ、建物 B 1 , B 4の電力計 M 2は電力を双方向に計測する機能を有している。

これらの電力計 M 1， M 2により計測された電力量は分配制御装置 2 2に通知される。すなわち、分配制御装置 2 2は、電力計 M 1 , M 2との間で通信を行うことによリ電力量を取得する。通信路には、専用の有線通信路のほか、電力線搬送通信技術が利用可能である地域電力網 P dを用いることができ、また、無線通信路を用いてもよい。

ここに、本実施形態では、商用電源の電力系統 P nへの逆潮流は想定していない。また、商用電源において停電が生じたときには、電力系統 P nから分離することによって、地域電力網 P d の範囲内で自律運転を行うことが可能になっている。

上述の構成によって、太陽光発電装置 P Vを備える建物 B 1において個々に蓄電池を設ける必要がなく、太陽光発電装置 P Vを備える複数の建物 B 1において蓄電池 S Cを共用することが可能になる。したがって、太陽光発電装置 P Vの発電量が多く余剰電力が生じているときに蓄電し、発電量が低下したときに蓄電した電力を利用するシステムを構築するにあたって、蓄電池を個々の建物 B 1で用意する必要がなく、蓄電池を設ける場合の場所を削減できる上に蓄電池を共用することによって個々の住人が蓄電池を購入する場合よリもコストを軽減することが可能になる。ただし、蓄電池 S Cを複数の建物 B 1 ~ B 4において共用しているから、各建物 B 1〜B 4において使用した電力量を、蓄電池 S Cを共用しない場合と等価にする必要がある。そのため、蓄電池 S Cに蓄電した電力量と蓄電池 S Cから利用した電力量とを電力計 M 2により計測し、計測した電力量を電力計 M 2から分配制御装置 2 2に通知しているのである。

分配制御装置 2 2は、各建物 B 1〜B 4の電力計 M 2で計測した電力量を用いて、蓄電池 S C の利用を管理する。また、分配制御装置 2 2には、共用電源 2を利用するすべての建物 B 1〜B 4のそれぞれについて、蓄電池 S Cに蓄電した電力量と蓄電池 S Cから利用した電力量とを計測する地域電力計 M 3を設けてある。地域電力計 M 3で計測した電力量は、送電や電力変換に伴つて損失した電力量を求めるために設けてある。すなわち、理想的には個々の建物 B 1 ~ B 4の電力計 M 2で計測した電力量の総計と地域電力計 M 3で計測した電力量とは等しくなるが、実際には電力量の損失分に応じた差が生じる。この差を求めることにより、共用電源 2の利用時における電力の損失分を考慮することができ、各建物 B 1〜B 4に対して共用電源 2の電力を公平に分配することが可能になる。

ところで、一般に、商用電源の電気料金の単価は、 3 0分毎の使用電力量の平均値を需要電力として、 1ヶ月間における需要電力の最大値に基づいて契約電力を設定し、契約電力に基づいて電気料金の単価を設定している。したがって、各建物 B 1〜B 4においては、電力計 M 1により計測される需要電力の最大値を抑制することが望ましい。

そこで、分配制御装置 2 2では、電力計 M 1により計測される各建物 B 1 ~ B 4での使用電力量を取得することによリ各建物 B 1〜B 4での需要電力を算出している（3 0分毎の使用電力量を取得している場合は、使用電力量を需要電力に比例する値として用いることができる）。分配制御装置 2 2は、いずれかの建物 B 1 ~ B 4において需要電力が規定値（契約電力よりも低く設定した適宜の電力値）に達すると、当該建物 B 1 ~ B 4に対して共用電源 2から電力を補助することで、需要電力が契約電力を超えるのを防止する。

共用電源 2から電力の補助を受けることができるのは、太陽光発電装置 P Vを備える建物 B 1 , B 4だけではなく、太陽光発電装置 P Vを備えていない建物 B 2 , B 3であっても電力の補助を受けることが可能になっている。

太陽光発電装置 P Vを備える建物 B 1 , B 4では、蓄電池 S Cに蓄電した実績があり、かつ蓄電した電力量が残されていれば自由に使用することができる。また、蓄電した電力量に残りがない場合でも、蓄電池 S Cに余剰の電力があれば共用電源 2から電力の供給を受けることができる。一方、太陽光発電装置 P Vを備えていない建物 B 2 , B 3においても、蓄電池 S Cに余剰の電力があれば共用電源 2から電力の供給を受けることができる。したがって、いずれかの建物 B 1 〜 B 4において需要電力が規定値に達したときに共用電源 2から電力の補助を受けることにより、需要電力が契約電力を超えるのを防止することが可能になる。

ところで、太陽光発電装置 P Vを備える建物 B 1 , B 4において蓄電池 S Cに蓄電した電力量よりも多くの電力量を利用した場合には、当該建物 B 1 , B 4において太陽光発電装置 P Vで発電した電力に余剰が生じたときに、蓄電池 S Cへの充電を行うことが可能である。すなわち、共用電源 2から補助を受けた電力量は、電力量に余剰が生じたときに共用電源 2に返却することが可能になっている。ただし、補助を受けた電力量と返却する電力量とは、適宜の期間内で相殺するように期限を設定しておくことが望ましい。このような期限は、 1日、 1週間、 1ヶ月、 1年などの単位で設定することが可能である。このような期限で返却できない場合には、電力系統 P nから購入した電力を蓄電池 S Cの蓄電に充当することによって、補助を受けた電力を返却するのが望ましい。

一方、太陽光発電装置 P Vを備えていない建物 B 2 , B 3が共用電源 2を利用した場合には、規定値よりも低く設定した復帰値まで需要電力が低下したときに、蓄電池 S Cへの充電は、電力系統 P nから購入した電力によって行う。すなわち、建物 B 2 , B 3では、共用電源 2の利用によリ需要電力が契約電力を超えるのを防止することができ、しかも需要電力が低下したときには、商用電源から購入した電力により蓄電池 S Cを充電することになる。この場合、電力計 M 1で計測される電力量は、共用電源 2を用いない場合と等しくなる。したがって、建物 B 2 , B 3では、需要電力が契約電力を超えないことにより、電気料金の増加が抑制され、しかも、電気事業者には利用した電気量に見合う電気料を支払うことになる。

商用電源から電力を購入する際の電気料金の単価に使用時間帯に従い複数の段階が設定されている場合には、共用電源 2から電力を利用した後に、商用電源から購入した電力を用いて共用電源 2に電力を返却する際に、電気料金の単価が安い時間帯に購入した電力を用いることが可能である。電気料金の単価が安い時間帯の電力を用いると、各建物 B 1 ~ B 4における電気料金の增加を抑制することになる。また、一般に、電気料金の単価が安い時間帯は、電気事業者にとっても電力需要が少ない時間帯であるから、この時間帯の電力使用量を増加させることによって、電力供給の平準化につながることになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、地域内の複数の建物 B 1〜B 4で共用電源 2を共有するから、各建物 B 1 ~ B 4では必要に応じて共用電源 2に蓄電された電力を利用することが可能になる。とくに、太陽光発電装置 P Vを備えていない建物 B 2 , B 3では、蓄電池 S Cに蓄電された電力を利用することにより、需要電力が契約電力を超えることを防止できるから、共用電源 2を利用している地域全体での電気料金を抑制することが可能になる。しかも、共用電源 2 に蓄電した電気量および共用電源 2から利用した電気量を、各建物 B 1 ~ B 4ごとに電力計 M 2 で計測するとともに分配制御装置 2 2で一括管理しているから、あたかも各建物 B 1〜B 4に蓄電池 S Cを設置しているかのように共用電源 2を利用することが可能になる。その上、太陽光発電装置 P Vを備えていない建物 B 2 , B 3では共用電源 2により補助された電力量に見合う電力量を、商用電源から購入して共用電源 2に返却するから、電力計 M 1により計測される商用電源から購入した電力量の総量は、共用電源 2を用いない場合とほぼ等しくなる。

以上、本発明の望ましい実施形態が説明されたが、本発明はこれら特定の実施形態に限定されず、後続する請求範囲の範疇から外れず多様な変更及び修正が成り立てるし、それも本発明の範疇内に属するという。

Claims

請求範囲

【請求項 1】

蓄電池を備え複数の建物を含む規定の地域に敷設された地域電力網を介して各建物との間で蓄電と給電とを行う共用電源と、

地域内の少なくとも一部の建物に設けられ建物に給電するとともに余剰電力を前記共用電源に供給する分散型電源と、

各建物において商用電源から供給された電力量を計測する第 1の電力計と、

各建物において地域電力網を介して前記共用電源との間で出し入れした電力量を双方向に計測する第 2の電力計と、

前記第 1の電力計と前記第 2の電力計とにより計測された電力量に基づいて前記共用電源の電力を地域に分配する分配制御装置

とを有し、

前記地域電力網は、各建物においてそれぞれ商用電源の電力系統と系統連系を行い、前記共用電源は、各建物から前記地域電力網を介して受電した電力により前記蓄電池を蓄電するとともに、前記蓄電池の電力を前記地域電力網を介して各建物に供給する機能を有し、前記分配制御装置は、各建物ごとに前記第 2の電力計によリ計測された前記共用電源に蓄電した電力量と前記共用電源から給電した電力量とが相殺されるように電力量を管理するとともに、いずれかの建物において前記第 1の電力計により計測された単位期間ごとの電力量が規定値に達すると前記共用電源から電力を供給し、当該建物において前記第 1の電力計によリ計測された単位期間ごとの電力量が前記規定値よりも低い値である復帰値を下回ると前記共用電源に電力を返却させることを特徴とする

電力供給システム。

【請求項 2】

前記商用電源から電力を購入する際の電気料金の単価に複数の段階が設定されているときには、前記分散制御装置は、電気料金の単価に基づいて前記蓄電池の蓄電と放電とを制御する請求項 1 記載の電力供給システム。

【請求項 3】

前記分散制御装置は前記地域内の各建物に対して前記蓄電池に蓄電した電力量と前記蓄電池から用いた電力量を計測する地域電力計とを備え、前記各建物に設けられた前記第 2電力計により計測された電力量と前記第 1電力計によリ計測された電力量との差を求める請求項 1記載の電力供給システム。