JP2014042418A

JP2014042418A - 非常時電力供給方法

Info

Publication number: JP2014042418A
Application number: JP2012184297A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Kishimoto; 道広岸元
Original assignee: Nittetsu Elex Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-03-06

Abstract

【課題】発電所からの電力が停止した場合、補助電源所から、電力を配電線に供給する非常時電力供給方法を提供する。
【解決手段】発電所１０から遮断器１１及びこれに接続される配電線１２を介して電力の供給を受ける複数の需要家１３と、小規模の電源からインバータ１５を介して配電線１２に電力を供給可能な複数の補助電源所１６、１７とを備える電力系統において、発電所１０が停電した場合の複数の補助電源所１６、１７からの需要家１３への非常時電力供給方法であって、発電所１０からの電力の供給の停止を確認した後、最初に起動する補助電源所１６から所定周波数で配電線１２に電力の供給を行い、次に配電線１２に供給された電力のゼロクロスポイントを検知し、ゼロクロスポイントを基準にして所定周波数で配電線１２に２番目以降の補助電源所１７から順次電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、発電所が停電した場合等において、充電可能な電池、太陽光発電等の補助電源設備から、配電線に電力を供給する非常時電力供給方法に関する。

近年、太陽電池が広く普及し、例えば、特許文献１に記載のように、発電した直流電力をインバータで交流に変換し、電力会社に売電している。また、充電式の大型の電池も広く普及し、自動車やその他の機器において使用されている。そして、特許文献２には、蓄電池からの電力をインバータによって交流に変換し、交流電源として使用する装置が提案され、２台の無停電電源装置には出力を同期する回路が設けられ、故障が発生した場合に２台の無停電電源装置を同期状態で切り換える無停電電源システムが提案されている。

特開平１０−１５５２４０号公報特開２０１１−９７６７６号公報

特許文献１に記載の太陽光発電装置においては、太陽電池によって発電された直流電力を電力会社に売電するので、当然のことながらインバータは、電力会社から供給される電力に同期させて発電している。しかしながら、仮に電力会社からの電力が止まった場合、売電する電力の位相は基準となるものが無くなるので、売電できないことになる。

また、特許文献２記載の無停電電源システムは蓄電池を電源として、インバータによって交流に変換し、負荷に電力を支障なく供給することが提案されているが、発電所が電力供給を停止した場合の処置については記載されていない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、発電所からの電力が停止した場合、非常電源として作動し、しかも、それぞれ太陽電池又は蓄電池等を電源とする複数の補助電源所から、電力を配電線に供給する非常時電力供給方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る非常時電力供給方法は、電力が供給可能な発電所と、該発電所から遮断器及びこれに接続される配電線を介して電力の供給を受ける複数の需要家と、小規模の電源を有し該電源からインバータを介して前記配電線に電力を供給可能な複数の補助電源所とを備える電力系統において、前記発電所が停電した場合の前記複数の補助電源所からの前記需要家への非常時電力供給方法であって、
前記発電所からの電力の供給の停止を確認した後、最初に起動する前記補助電源所（の一つ）から所定周波数で前記配電線に電力の供給を行い、次に前記配電線に供給された電力のゼロクロスポイントを検知し、該ゼロクロスポイントを基準にして前記所定周波数で前記配電線に２番目以降の前記補助電源所から順次電力を供給し、更に、前記補助電源所から前記配電線への電力供給は、該配電線に接続される負荷状況を監視しながら行う。

また、第２の発明に係る非常時電力供給方法は、第１の発明に係る非常時電力供給方法において、前記配電線に前記発電所又は別経路より供給する電力が存在する場合、該電力のゼロクロスポイントを検知し、該ゼロクロスポイントを基準にして前記所定周波数で前記配電線に前記最初の補助電源所から電力供給を行う。

そして、第３の発明に係る非常時電力供給方法は、第１、第２の発明に係る非常時電力供給方法において、前記負荷状況の監視は、前記配電線に接続される前記需要家の受電状況を管理するエネルギー管理システムによって行っている。

第１〜第３の発明に係る非常時電力供給方法は、発電所からの電力の停止時に、太陽電池や蓄電池を電源とする補助電源所から電力の供給を受けているので、非常時に従来の配電線を利用してそのまま電力を供給できる。
更に、複数の補助電源所から電力を供給することもできるので、容量の大きい需要家へも電力供給が可能となる。

特に、第２の発明に係る非常時電力供給方法においては、配電線に発電所又は別経路より供給する電力が存在する場合、ゼロクロスポイントを基準にして所定周波数で電力供給を行うので、過大電流が発生するのを防止して、電力の供給を行える。

そして、第３の発明に係る非常時電力供給方法においては、負荷状況の監視が、配電線に接続される需要家の受電状況を管理するエネルギー管理システムによって行われているので、電力の需要と供給のバランスを取ることができる。

本発明の一実施の形態に係る非常時電力供給方法の全体システム図である。同非常時電力供給方法の詳細部分説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ電圧と位相の関係を示す説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同非常時電力供給方法の動作説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
本発明の一実施の形態に係る非常時電力供給方法は、図１、図２に示すように、大量の電力が供給可能な発電所１０と、発電所１０から遮断器１１及びこれに接続される配電線１２を介して電力の供給を受ける複数の需要家１３と、小規模の電源から双方向コンバータ（インバータの一例）１５を介して配電線１２に電力を供給可能な第１の補助電源所１６と第２以降の補助電源所１７とを備える電力系統において、発電所１０が停電した場合の複数の（即ち、第１の、第２以降の）補助電源所１６、１７からの需要家１３への非常時電力供給方法である。なお、ここで、需要家１３とは５ｋＷ以下の消費電力を有する一般家庭であるのが好ましいが、多少規模の大きい需要家であってもよい。

この非常時電力供給方法は要約すると、遮断器１１がオフになって発電所１０からの電力の供給の停止を確認した後、最初に起動する補助電源所１６から所定周波数で配電線１２に電力の供給を行い、次に配電線１２に供給された電力のゼロクロスポイントＰ（図３（Ｂ）参照）を検知し、ゼロクロスポイントＰを基準にして所定周波数で配電線１２に２番目以降の補助電源所１７から順次電力を供給し、更に、補助電源所１６、１７から配電線１２への電力供給は、配電線１２に接続される負荷状況を監視しながら行う。

なお、発電所１０からの電力供給の有無、第１、第２以降の補助電源所１６、１７の電力の負荷状況、配電線１２によって供給を受ける需要家（Ａ、Ｂ、Ｃ）１３の監視はエネルギー管理システム（ＥＭＳ）１９によって行い、発電所１０又は補助電源所１６、１７からの電力の供給、需要家１３の電力状況（受電状況）を監視している。なお、各需要家１３と配電線１２との間にはそれぞれ開閉器（遮断器）２０〜２２が、補助電源所１６、１７と配電線１２との間にはそれぞれ開閉器２３、２４が設けられている。

なお、図１において、２５、２６、２７、２７ａは変圧器を、２９は昇降圧チョッパーを、３２は車両搭載型の充電式の電池を示す。図２において、３３はＣＴを、３４は過負荷検出器を示す。補助電源所１６、１７から配電線１２側に送られる電力については、ＣＴ３３を用いて電流が、そして、ＰＴ３５を用いて、電圧及び位相が検知される。なお、位相については、図示しないゼロクロスポイント検知回路によって三相交流の一つの位相のゼロクロス点が検知されている。また、配電線１２に供給する電力は、三相交流であるので、一相の位相が判れば、他は１２０度ずつ位相角がずれればよく、特に、他相を検知する必要はない。

双方向コンバータ１５は、常時は電池３２を充電するための整流器として作用し、非常時には、インバータとして作用し、図２に示すように、電池３２からの電力を、所定の周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）で所定位相の三相交流に変換する。この場合、発生する交流の周波数（即ち、波長）及び波形は、コンピュータ内のＣＰＵのクロックをカウントしながら行うので、極めて正確に制御できる。

続いて、本発明の一実施の形態に係る非常時電力供給方法について、図１〜図４を参照しながら説明する。発電所１０に大規模な事故などがあって、需要家１３に対して給電できない場合は、遮断器１１をオフとして需要家１３への配電線１２を発電所１０とは切り離す。これによって、需要家１３は全て停電状態となる。

次に、第１の補助電源所１６を、所定の周波数で運転する。この場合、第１の補助電源所１６に配置されている電池３２を電源とする。発生する三相交流の周波数は、内部に設けられているコンピュータのクロックによって造られ、各相の交流の位相は正確に１２０度ずれるようにする。発生する電力の位相については、他に接続される電源はないので、任意に設定できる。但し、一旦位相が決定された場合は、電圧位相検出を行って、基準値に常時一致するように保持する。

この場合、第１の補助電源所１６から供給できる電力は、一定範囲にあるので、各需要家１３の必要容量を、エネルギー管理システム１９によって管理し、第１の補助電源所１６の最大供給量以下にする。この選択は、開閉器２０〜２２のオンオフ制御によって行う。ここで、一つの需要家１３のみに電力を供給する場合、又は補助電源所１６からの電力が不足する場合、一つの需要家１３内で機器を選択し、所定容量以下にする。明らかに、補助電源所１６から送電される電力が、需要家１３の必要量を満たさない場合は、開閉器２０〜２３をオフにし、第１の補助電源所１６は作動しているが、電力を供給はしていない状態としてもよい。

次に第２以降の補助電源所１７を作動させるが、この場合、配電線１２には第１の補助電源所１６からの電力が供給されているので、配電線１２には３相交流が供給されている。そこで、配電線１２の電圧位相を検知する。
この場合、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、配電線１２のうち一相の電圧３７のゼロクロスポイントＰを周知のゼロクロス回路で検知し、双方向コンバータ１５に信号を与えて基準波形３８の位相に双方向コンバータ１５の出力波形を一致させる。これによって、第１の補助電源所１６の発生する三相交流の波形に、第２以降の補助電源所１７で発生する三相交流の波形を一致させることができる。

この場合、第１の補助電源所１６と第２以降の補助電源所１７との間に電圧差があると、循環電流が流れるので、できる限りにおいて、第１の補助電源所１６の発生電圧に第２以降の補助電源所１７の発生電圧を合わせる。
また、負荷が誘導負荷又は容量性負荷の場合は、電圧と電流の間に位相差が生じるが、できる限り電圧を基準にして各補助電源所１６、１７から供給される電力を制御する。

どの需要家１３に優先的に電力を供給するかは、エネルギー管理シテスム１９によって決定する。エネルギー管理システム１９の信号は、配電線１２を使って制御を行ってもよいし、携帯電話などの無線設備を使って行ってもよい。

図４（Ａ）に示すように、各補助電源所１６、１７においては、最大供給電力（即ち、制限電流値）があり、全ての補助電源所１６、１７が制限電流値以下である場合は、各補助電源所１６、１７の電力供給はバランスを取る必要がない。一方、図４（Ｂ）に示すように、補助電源所１６、１７の一つが制限電流値である場合は、他の補助電源所１６、１７が電力を供給することになる。

この場合、補助電源所１６、１７から供給される電力の電圧、電流を検知して、補助電源所１６、１７のうち一つ又は少数が過負荷にならないようにする。例えば、一つの補助電源所１６、１７から供給される電圧を僅少の範囲で降圧、又は余力のある補助電源所１６、１７の供給電圧を僅少の範囲で昇圧することによって可能である。
また、これらの制御は、三相交流を発生するプログラムにて行い、ＰＷＭ変調のオンとなる波の幅を制御することによって可能となる。

発電所１０が再開する場合には、全部の補助電源所１６、１７の開閉器２３、２４をオフにし、各補助電源所１６、１７から電力を停止した後、発電所１０に接続される遮断器１１をオンにする。
発電所１０からの電力供給が再開された場合は、各双方向コンバータ１５を整流器として作動させ、電池３２を充電しておく。

図１において、補助電源所１６（１７であってもよい）がソーラーパネル（太陽電池）４０を備えている場合は、電池３２を充電する電源に使用できる他、配電線１２に対して電力を供給することもできる。この場合、発電所１０からの電力は供給されているので、図２に示す電圧検出を行う回路で、三相交流の一相のゼロ点（ゼロクロスポイント）を検知する。そして、内部のコンピュータによって発電所１０の電力と位相を一致させ、配電線１２に供給されている電圧に一致又は僅少の範囲で高く設定した電力を補助電源所１６、１７から供給する。これによって、ソーラーパネル４０で発電した電力を有効に使用できる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。

１０：発電所、１１：遮断器、１２：配電線、１３：需要家、１５：双方向コンパータ、１６：第１の補助電源所、１７：第２以降の補助電源所、１９：エネルギー管理システム、２０〜２２：開閉器、２３、２４：開閉器、２５、２６、２７、２７ａ：変圧器、２９：昇圧チョッパー、３２：電池、３３：ＣＴ、３４：過負荷検出器、３５：ＰＴ、３７：電圧、３８：基準波形、４０：ソーラパネル

Claims

電力が供給可能な発電所と、該発電所から遮断器及びこれに接続される配電線を介して電力の供給を受ける複数の需要家と、小規模の電源を有し該電源からインバータを介して前記配電線に電力を供給可能な複数の補助電源所とを備える電力系統において、前記発電所が停電した場合の前記複数の補助電源所からの前記需要家への非常時電力供給方法であって、
前記発電所からの電力の供給の停止を確認した後、最初に起動する前記補助電源所から所定周波数で前記配電線に電力の供給を行い、次に前記配電線に供給された電力のゼロクロスポイントを検知し、該ゼロクロスポイントを基準にして前記所定周波数で前記配電線に２番目以降の前記補助電源所から順次電力を供給し、更に、前記補助電源所から前記配電線への電力供給は、該配電線に接続される負荷状況を監視しながら行うことを特徴とする非常時電力供給方法。
請求項１記載の非常時電力供給方法において、前記配電線に前記発電所又は別経路より供給する電力が存在する場合、該電力のゼロクロスポイントを検知し、該ゼロクロスポイントを基準にして前記所定周波数で前記配電線に前記最初の補助電源所から電力供給を行うことを特徴とする非常時電力供給方法。
請求項１又は２記載の非常時電力供給方法において、前記負荷状況の監視は、前記配電線に接続される前記需要家の受電状況を管理するエネルギー管理システムによって行うことを特徴とする非常時電力供給方法。