JP2005160286A - 建物における受変電・自家発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 分散型電源による負荷追従運転を安定かつ効率的に行う。
【解決手段】 受変電設備１と自家発電設備４との連係により建物の電力需要を賄いかつ負荷変動に対応する受変電・自家発電システムにおいて、自家発電設備として、負荷変動に対する追従性能の異なる複数種類の分散型電源２（２Ａ〜２Ｄ）を組み合わせて採用し、制御装置３によって受電量と自家発電量および負荷量を監視して各分散型電源２を制御して負荷変動に追従する最適な運転を行う。エレベータ用の分散型電源として第３類あるいは第４類の分散型電源を採用し、エレベータの稼働信号を制御装置に入力してその稼働状況に連動させて分散型電源を運転制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、商用電源と分散型電源を併用する受変電・自家発電システムに関する。

周知のように、近年、天然ガスコージェネレーションや燃料電池といった様々な分散型電源の開発が進められている。そのような分散型電源を建物における自家発電設備として採用することにより、熱電供給による優れた総合エネルギー効率が得られ、地球温暖化ガスの排出量削減が期待でき、商用系統（電力会社からの買電）の契約電力量の削減や配電設備の簡略化によるコスト削減を図ることができ、震災や火災時の自立安定性も確保し易いといった様々な利点があることから今後広く普及する気運にあり、たとえば特許文献１には分散型電源を複数の需要家間で融通しあうといった運用方法についての提案がある。
特開２００２−２３８１６８号公報

ところで、分散型電源を建物における自家発電設備として採用する場合、商用系統との合理的な連係が不可欠であるが、いずれにしても従来一般には分散型電源にベースロードを負担させ、ベースロードを越える負荷は商用系統により対応することが基本となっている。すなわち、分散型電源を可及的に定負荷にて連続運転することでベースロードに見合う発電量を確保して、ベースロードを越える負荷はその変動に応じて商用系統からの受電量を調整することにより、その全体で建物全体の需要を満たすようにしている。

そのように、分散型電源によりベースロードを確保して商用系統の受電量を負荷変動に追従させることにより、分散型電源を効率的かつ経済性に運転できるのであるが、その反面、商用系統には負荷変動に伴う電圧や周波数の変動を補償するための調整機能（アンシラリー機能）が高度に要求されることになり、今後、分散型電源が広く普及すると商用系統の負担が大きくなることが懸念されている。

そのため、今後は負荷変動に対する補償を商用系統に頼らず、分散型電源自体により負荷追従運転を行うことも必要と考えられ、またそのような分散型電源の負荷追従運転を行うことは商用系統に対する分散型電源の自立性を高めるためにも重要であると考えられているが、それぞれが小規模な個々の分散型電源を負荷変動に高度に追従させるようなことは必ずしも容易ではない。特に、建物における負荷変動は、建物全体では１日単位で緩慢に変動するようなパターンを基本として、個々の機器がオン／オフされることに伴う急速な負荷変動が重畳されているものであるし、また負荷の変動幅も数ｋＷから数百ｋＷと幅広いものであり、負荷によっては秒単位どころかマイクロ秒単位で大きな負荷変動が生じる場合もあり、個々の分散型電源をそのような多様な負荷変動パターンの全てに追従させるようなことは非常に困難である。

以上の事情から、分散型電源の負荷追従運転を安定かつ効率的に行い得るシステムの開発が不可欠であるとされ、本発明はそれを可能とする有効適切なシステムを提供することを目的としている。

請求項１の発明は、商用電源の受変電設備と分散型電源による自家発電設備とを具備し、それら受変電設備と自家発電設備との連係により建物の電力需要を賄いかつ負荷変動に対応する受変電・自家発電システムであって、前記自家発電設備として、負荷変動に対する追従性能の異なる複数種類の分散型電源を組み合わせて採用するとともに、それら分散型電源を制御する制御装置を具備し、該制御装置によって受電量と自家発電量および負荷量を監視しつつその結果に基づいて前記各分散型電源を制御して負荷変動に追従させる構成としたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明の受変電・自家発電システムにおいて、自家発電装置が備える複数種類の分散型電源を負荷変動に対する追従性能から第１類〜第４類に区分し、第１類の分散型電源として追従性能に乏しく定負荷運転に適する燃料電池やガスタービン等の分散型電源を採用し、第２類の分散型電源として緩慢かつ大きな負荷変動に追従可能なガスエンジン等の分散型電源を採用し、第３類の分散型電源として急速かつ小さな負荷変動に追従可能な蓄電池等の分散型電源を採用し、第４類の分散型電源として超急速な負荷変動に追従可能な電力貯蔵装置等の分散型電源を採用したものである。

請求項３の発明は、請求項２の発明の受変電・自家発電システムにおいて、エレベータ用の分散型電源として第３類あるいは第４類の分散型電源を採用するとともに、エレベータの稼働信号を制御装置に入力することにより、エレベータの稼働状況に連動させてその分散型電源を運転制御するようにしたものである。

本発明の受変電・自家発電システムによれば、負荷変動に対する追従性能の異なる複数種類の分散型電源を組み合わせて採用してそれらを統合的に制御することにより、それら分散型電源によって負荷変動に対して安定かつ効率的に対応することが可能となり、それにより商用系統に高度のアンシラリー機能を要求することがなく、商用系統に大きな負担を強いることなく自家発電設備との合理的な連係が可能となるし、分散型電源の自立性や信頼性を高めることが可能である。

そして、各種の分散型電源を負荷変動に対する追従性能から第１類〜第４類に区分し、各系統の負荷に対してその系統の負荷変動パターンに対応する最適な分散型電源を採用することにより最適な負荷追従運転が可能となる。特に、エレベータ負荷は急速かつ大きな負荷変動が卓越するものであることから、エレベータ系統の電源としては応答速度に優れた第３類あるいは第４類の分散型電源を採用し、エレベータの稼働信号を制御装置に入力してそれをトリガーとして分散型電源の運転制御を行うような制御システムを採用することにより、エレベータ負荷変動を安定にかつ比較的簡単に補償することが可能である。

図１は本発明の実施形態である受変電・自家発電システムの系統図である。本実施形態の受変電・自家発電システムは、通常の商用電源を受電し変電するための受変電設備１を基本として、それに分散型電源２（２Ａ〜２Ｄ）およびその制御装置３からなる自家発電設備４を付加し、それら受変電設備１と自家発電設備４との連係により建物の電力需要を賄い、かつ負荷変動に対応する構成としたものである。

本実施形態における受変電設備１は、電力会社配電線（図示例では３相６．６ｋＶ）から受電し、気中開閉器（ＰＡＳ）、断路器（ＤＳ）、真空遮断機（ＶＣＢ）、負荷開閉器（ＬＢＳ）、トランス（Ｔｒ）を介して、５系統の低圧負荷系統へ電源供給を行うものである。なお、図中のＺＣＴは零相変流器、ＯＣＧＲは地絡過電流継電器、ＰＣＴは電力需給用計器用変成器、Ｗｈは使用電力計（積算電力計、最大需要電力計、無効電力量計）、ＥＶＴは接地形計器用変圧器、ＯＶＧＲは地絡過電圧継電器、ＶＴは計器用変圧器、ＣＴは計器用変流器、ＯＶＲ、ＵＦＲ、ＵＶＲ、ＯＣＲ、ＤＳＲ、ＲＰＲ、ＵＰＲは各種の保護装置用継電器、Ｖは電圧計、電流計Ａであり、これらは通常の受変電設備と同様に備えられているものである。

本実施形態における自家発電設備４は、５系統の低圧負荷系統のうちの４系統にそれぞれに備えられた４種類の分散型電源２（２Ａ〜２Ｄ）と、それらを制御する制御装置３からなる。

上記の分散型電源２（２Ａ〜２Ｄ）としては、それぞれ負荷変動に対する追従性能の異なるものが採用されている。すなわち、各種の分散型電源は負荷変動に対する追従性能が様々に異なるものであるので、本実施形態では各種の分散型電源を負荷変動に対する追従性の点で第１類〜第４類に区分し、それら各類の分散型電源を組み合わせて採用するものとしている。具体的には、負荷変動に対する追従性能に乏しいが定負荷運転に適することから基本的に一定出力運転とするべき燃料電池やガスタービン等を第１類の分散型電源２Ａとし、１０秒以上の緩慢かつ数百ｋＷ程度の大きな負荷変動に効果的に追従可能なガスエンジン等を第２類の分散型電源２Ｂとし、１〜１０秒程度の急速かつ比較的小さな負荷変動（百ｋＷ程度まで）に効果的に追従可能な蓄電池等（ＮＡＳ電池や鉛蓄電池等）を第３類の分散型電源２Ｃとし、１秒以下の超急速な負荷変動にも追従可能な電力貯蔵装置等を第４類の分散型電源２Ｄとし、それら各類の分散型電源２Ａ〜２Ｄを組み合わせて採用するものとしている。図示例の場合には第１類の分散型電源２Ａとして燃料電池、第２類の分散型電源２Ｂとしてガスエンジン、第３類の分散型電源２Ｃとして蓄電池、第４類の分散型電源２Ｄとして超伝導電力貯蔵装置を採用し、いずれの分散型電源２Ａ〜２Ｄにも解列用遮断機および発電制御装置を備えたものとしている。

なお、各低圧系統では主たる負荷によって負荷変動パターンが異なるものであり、たとえば低圧電灯系統や低圧ＯＡ系統では比較的緩慢かつ１０〜１５ｋＷ程度の比較的小さな負荷変動が生じ易く、低圧動力系統では比較的急速かつ２０〜３０ＫＷ程度の負荷変動が生じ易く、低圧非常動力系統では急速かつ大きな負荷変動が生じ易い傾向にある。したがって、それぞれの系統にはそれぞれの負荷変動パターンに対応してそれに対応し易いタイプの分散型電源２を備えることが好ましい。勿論、各分散型電源２の発電容量や蓄電容量は、各系統の電力需要および負荷変動の状況から最適に設定すれば良い。また、図示例の実施形態では１低圧系統に太陽光発電装置５を備えており、その太陽光発電装置５も分散型電源として機能するものではあるが、太陽光発電装置は負荷変動に対する追従性能は殆ど望めないのでここでは制御対象外としている。

また、上記の制御装置３には、高圧側受電電力計測用のトランスデューサ群６、低圧側受電電力計測用のトランスデューサ群７、発電出力計測用のトランスデューサ群８、負荷計測用のトランスデューサ群９から、受電量、自家発電量および負荷量が刻々と入力されるようになっている。上記の各トランスデューサ群６〜９は、いずれも周波数信号用のトランスデューサ（Ｆ／ＴＤ）、電圧信号用のトランスデューサ（Ｖ／ＴＤ）、電流信号用のトランスデューサ（Ａ／ＴＤ）、電力信号用のトランスデューサ（Ｗ／ＴＤ）を有し、それに加えて高圧側受電電力計測用のトランスデューサ群６にはさらに積算電力信号用のトランスデューサ（Ｗ／ＴＤＧ）を有している。

そして、本実施形態では、制御装置３が各トランスデューサ群６〜９の各トランスデューサから入力されるデータを常時監視して、各系統の受電量、自家発電量および負荷量を刻々と把握し、それに基づき、商用系統からの買電量を可及的に一定に維持しつつ各分散型電源２によって負荷変動に追従するための最適な運転パターン（発電量あるいは放電量）を決定し、そのような運転パターンによって各分散型電源２を運転するように各分散型電源２に対して制御信号を出力してそれらを制御する構成とされている。

以上の構成により、本実施形態の受変電・自家発電システムによれば、各分散型電源２によって負荷変動に対して安定かつ効率的に対応することが可能であり、したがって従来のように商用系統に高度のアンシラリー機能を要求することがなく、商用系統に大きな負担を強いることなく自家発電設備４との合理的な連係が可能となる。また、分散型電源２自体がアンシラリー機能を備えることになるから、その信頼性や商用系統に対する自立性を確保することができ、この種の商用電源と分散型電源とを併用するシステムのより一層の普及を図ることができる。

なお、一般にエレベータ負荷は急速かつ大きな負荷変動が卓越するものであるので、エレベータ系統の電源としては特に応答速度に優れた分散型電源、たとえば図２に示すように第４類の分散型電源２Ｄに分類される超伝導電力貯蔵装置、あるいは第３類の分散型電源２Ｃに分類される蓄電池等を採用することが好ましい。その場合、エレベータの稼働信号を制御装置３に直接入力してそれをトリガーとして分散型電源の運転制御を行うような制御システムを採用することにより、エレベータ負荷変動を安定にかつ比較的簡単に補償することが可能となる。

以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されることなく、建物の規模や用途に応じて適宜の設計的な変更や応用が可能であることは言うまでもない。たとえば、上記実施形態では分散型電源の負荷追従性能を第１類〜第４類の４段階に設定して各類の４台の分散型電源を組み合わせて採用したが、分散型電源の組み合わせはそれに限るものでは勿論なく、負荷特性に応じて適正な制御を行い得るように設定すれば良いのであり、少なくとも負荷追従性能の異なる２以上の分散型電源を任意に組み合わせれば良いし、５以上の分散型電源を組み合わせることでも勿論良い。

本発明の実施形態である受変電・自家発電システムの系統図である。 同、他の実施形態である受変電・自家発電システムの系統図である。

符号の説明

１ 受変電設備
２（２Ａ〜２Ｄ） 分散型電源
３ 制御装置
４ 自家発電設備
５ 太陽光発電装置
６〜９ トランスデューサ群

Claims (3)

1. 商用電源の受変電設備と分散型電源による自家発電設備とを具備し、それら受変電設備と自家発電設備との連係により建物の電力需要を賄いかつ負荷変動に対応する受変電・自家発電システムであって、
   前記自家発電設備として、負荷変動に対する追従性能の異なる複数種類の分散型電源を組み合わせて採用するとともに、それら分散型電源を制御する制御装置を具備し、
   該制御装置によって受電量と自家発電量および負荷量を監視しつつその結果に基づいて前記各分散型電源を制御して負荷変動に追従させる構成としたことを特徴とする建物における受変電・自家発電システム。
2. 請求項１記載の受変電・自家発電システムであって、
   自家発電装置が備える複数種類の分散型電源を負荷変動に対する追従性能から第１類〜第４類に区分し、
   第１類の分散型電源として、追従性能に乏しく定負荷運転に適する燃料電池やガスタービン等の分散型電源を採用し、
   第２類の分散型電源として、緩慢かつ大きな負荷変動に追従可能なガスエンジン等の分散型電源を採用し、
   第３類の分散型電源として、急速かつ小さな負荷変動に追従可能な蓄電池等の分散型電源を採用し、
   第４類の分散型電源として、超急速な負荷変動に追従可能な電力貯蔵装置等の分散型電源を採用した
   ことを特徴とする建物における受変電・自家発電システム。
3. 請求項２記載の受変電・自家発電システムであって、
   エレベータ用の分散型電源として第３類あるいは第４類の分散型電源を採用するとともに、エレベータの稼働信号を制御装置に入力することにより、エレベータの稼働状況に連動させてその分散型電源を運転制御することを特徴とする建物における受変電・自家発電システム。

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