JP2014217177A - 電力供給システムおよび蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で逆潮流の有無を検出し、太陽光発電手段の電力を逆潮流しているときに、蓄電手段からの放電を停止することができる電力供給システムおよび蓄電装置を提供する。
【解決手段】電力供給システム１０は、電力系統２０と建物との間を流れる電流値および電圧値を検出するメイン電流センサ３７を含む。メイン電流センサ３７を用いて電力系統２０と建物との間を流れる電流値および電圧値を検出することによって、蓄電池用ＰＣＳ６１は電流の流れ方向を判断することができる。このように１組のメイン電流センサ３７によって逆潮流の有無を判断することができるので、逆潮流を検出する構成を簡素化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統の電力使用量に応じて、蓄電手段の放電量を制御する電力供給システムおよび蓄電装置に関する。

特許文献１には、太陽光発電によって発電した電力を、家庭負荷での消費、電力系統への逆潮流、または蓄電池へ蓄電する電力供給システムが開示されている。

特開２０１２−５５０５９号公報

太陽光発電によって発電した電力を逆潮流によって売電しているときに、蓄電池からの放電を停止できれば、太陽光発電の買取価格が下がらない発電システム（以下、「シングル発電システム」）として電力会社に認可される。このようにシングル発電システムとして認可されるためには、宅内の受電点において、常に順調流を担保することが必要であり、逆潮流の有無、すなわち売電状態か買電状態かを検知して、蓄電池の放電を制御する必要がある。

逆潮流の有無を検知する方法として、たとえば２組の電流センサを用いる方法がある。この方法では、まず一方の電流センサによって宅内の消費電力を検出し、他方の電流センサによって太陽光発電による発電電力を検出する。次に、宅内の消費電力と太陽光発電による発電電力との差分を算出、もしくは電流の絶対値を比較して、発電電力が大きければ、逆潮流していると検知している。

このような方法であると電流センサが２組必要であり、部品点数が増加し、製造コストが増大するという問題がある。また２組の電流センサを分電盤内に設置すると、分電盤内の限られたスペースが電流センサによって圧迫されるので、施工時の作業性が悪いという問題がある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、簡単な構成で逆潮流の有無を検出し、太陽光発電手段の電力を逆潮流しているときに、蓄電手段からの放電を停止することができる電力供給システムおよび蓄電装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、電力供給契約に基づいて電力供給元の電力系統（２０）から建物に供給される供給電力を、配線（３０）に接続された電気負荷（３３）および蓄電手段（３１）に給電可能な電力供給システム（１０）であって、電力系統と建物との間を流れる電流値および電圧値を検出する検出手段（３７）と、蓄電手段の充電および放電を制御する蓄電制御手段（６１）と、を含み、蓄電制御手段は、検出手段によって検出された電流値および電圧値を用いて、電力系統へ逆潮流しているか否かを判断し、逆潮流していると判断した場合には蓄電手段に蓄電された電力の配線への放電を停止することを特徴とする。

このような本発明に従えば、電力供給システムは、電力系統と建物との間を流れる電流値および電圧値を検出する検出手段を含む。検出手段を用いて電力系統と建物との間を流れる電流値および電圧値を検出することによって、蓄電制御手段は電流の流れ方向を判断することができる。したがって電力系統から建物へ電流が流れているのか、逆に建物から電力系統へ電流が流れているのかを検出することができる。このように１つの検出手段によって逆潮流の有無を検出することができるので、逆潮流を検出する構成を簡素化することができる。また蓄電制御手段は、検出手段によって電力系統へ逆潮流していると判断すると、たとえば蓄電制御手段内にあるリレーを解列し、蓄電手段に蓄電された電力の配線への放電を停止する。これによって逆潮流している場合には、蓄電手段からの放電が停止されるので、逆潮流している電力には蓄電手段から放電される電力が含まれない。したがって太陽光発電手段によって発電された電力のみを逆潮流させることができる。これによって、いわゆるシングル発電システムとして機能させることができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態における電力供給システム１０の概略構成を示す模式図である。 蓄電池用ＰＣＳ６１の放電停止処理を示すフローチャートである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１および図２を用いて説明する。電力供給システム１０は、電力供給契約に基づいて電力供給元の電力系統２０から供給される供給電力を、建物内の交流電力線３０に接続された電気負荷に給電可能なシステムである。本実施形態の電力供給システム１０では、深夜時間帯（たとえば２３時から７時の時間帯）の電力コストが他の時間帯の電力コストよりも安価な１つの（単一の）電力供給契約を締結している。そして電力会社の電力系統２０から供給される購入電力を建物内に導入する交流電力線３０には、時間帯別電力量計（図示せず）が配設されている。

電力供給システム１０は、図１に示すように、たとえば住宅である建物内に配線された交流電力線３０、蓄電ユニット３１、太陽光発電機３２、一般負荷３３、操作表示器３４、拡張ＥＣＵ３５、分電盤３６およびメイン電流センサ３７を備えている。建物内に配線された交流電力線３０は、たとえば単相３線式の（１本の中性線と２本の電圧線とからなる）電力線であって、電力会社の電力系統２０からの電力が分電盤３６を介して供給されるようになっている。図１では、直流電力が流れる直流電力線４０は、交流電力が流れる交流電力線３０よりも太線で示す。

分電盤３６には、メインブレーカ４１、太陽光用ブレーカ４２、太陽光用電流センサ４３およびセンサユニット４４が配設されている。メインブレーカ４１は、交流電力線３０に流れる電流上限値を規制する漏電検知機能付き過電流遮断器である。太陽光用ブレーカ４２は、太陽光用ＰＣＳ５１とメインブレーカ４１との間に接続され、太陽光用ＰＣＳ５１から流れる電流上限値を規制するブレーカである。

分電盤３６内において、交流電力線３０は、メインブレーカ４１を介して、第１に蓄電池用パワーコンディショナ（ＰＣＳ）６１に、第２に太陽光用ブレーカ４２を介して太陽光用ＰＣＳ５１に、第３に一般負荷３３に分岐している。このように交流電力線３０には、各種電気機器の一般負荷３３が接続され、一般負荷３３に給電可能となっている。

また太陽光用電流センサ４３は、太陽光用ブレーカ４２とメインブレーカ４１とを接続する電力線の電流を検出する。太陽光用電流センサ４３は、検出した電流に関する情報をセンサユニット４４に与える。センサユニット４４は、太陽光用電流センサ４３から与えられた情報に基づいて、電流を算出し、算出した電流値に関する情報を操作表示器３４に与える。

またメイン電流センサ３７は、メインブレーカ４１よりも上流側に設けられ、単相３線式の場合、Ｕ相とＶ相に1個ずつ配置されており、２個の電流センサを1組として構成している。したがってメイン電流センサ３７は、電力系統２０とメインブレーカ４１との間を流れる電流値および電圧値を検出する１組の電流センサによって構成される。メイン電流センサ３７は、電力系統２０と建物（メインブレーカ４１）との間を流れる電流値を正負の値で検出する検出手段として機能する。またメイン電流センサ３７は、電力系統２０の電圧値を計測する機能を有する。メイン電流センサ３７は、検出した電圧、電流に関する情報を、蓄電ユニット３１内の蓄電池用ＰＣＳ６１に与える。

次に、太陽光発電機３２に関して説明する。太陽光発電機３２は、太陽光によって発電を行う太陽光発電手段であって、交流電力線３０に系統外電力を供給する。太陽光発電機３２は、太陽光パネル５２と太陽光用ＰＣＳ５１とを備える。太陽光パネル５２は、たとえば建物の屋根に設けられ、太陽光を利用して発電する。太陽光パネル５２は、発電した直流電力の太陽光電力を直流電力線４０を介して太陽光用ＰＣＳ５１に供給する。太陽光用ＰＣＳ５１は、交流電力線３０に電気的に接続され、太陽光パネル５２からの直流電力を交流電力に変換して、交流電力線３０へ放電する。太陽光用ＰＣＳ５１は、図示は省略するがＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、またはＲＳ４８５通信線で接続され、各部と通信可能に構成される。

次に、蓄電ユニット３１に関して説明する。蓄電ユニット３１は、たとえば建物の外部に設置され、蓄電装置または蓄電システムとも呼ばれる。蓄電ユニット３１は、交流電力線３０に電気的に接続されている。蓄電ユニット３１は、蓄電池用ＰＣＳ６１および蓄電池６２を備えている。

蓄電池６２は、電力を蓄電および放電可能な蓄電手段であって、たとえばリチウムイオン電池等の二次電池からなる単位電池を複数組み合わせた集合体である。蓄電池６２は、蓄電池用ＰＣＳ６１を介して交流電力線３０に電気的に並列に接続される。蓄電池６２は、直流電力線４０を介して蓄電している直流電力を蓄電池用ＰＣＳ６１に供給する。

蓄電池用ＰＣＳ６１は、交流電力線３０からの交流電力を直流電力に変換して、蓄電池６２に与える。また蓄電池用ＰＣＳ６１は、蓄電池６２からの直流電力を交流電力に変換して交流電力線３０に放電する。したがって蓄電池６２は、交流電力線３０からの交流電力を充電したり、蓄電された直流電力を交流電力線３０へ放電したりすることが可能となっている。このように蓄電池６２は、太陽光発電機３２によって発電された太陽光電力および電力系統２０から供給される供給電力を蓄電可能であるとともに、蓄電された電力を交流電力線３０へ放電可能である。

蓄電池用ＰＣＳ６１は、蓄電池６２と接続される蓄電池監視ＥＣＵ（図示せず）と通信可能に接続されている。蓄電池用ＰＣＳ６１は、メイン電流センサ３７、拡張ＥＣＵ３５および操作表示器３４などとＬＡＮ、ＲＳ４８５等の通信線で接続されて、相互に情報交換（情報伝達）が可能となっている。蓄電池用ＰＣＳ６１は、メイン電流センサ３７からのの値を定期的に取得し、電圧値と電流値からＵ相、Ｖ相の一周期分の有効電力をそれぞれ求め、各電力を合成（加算）した値の正負で順潮流か逆潮流であるかを判断する演算機能を持つ。

また蓄電池用ＰＣＳ６１は、蓄電池６２の充電および放電を制御する蓄電制御手段としても機能する。蓄電ユニット３１は、系統連系規程に従い、内部にリレー（図示せず）を備え、リレーの接続状態を切り換えることによって、交流電力線３０と蓄電池６２との接続状態を接続状態と切断状態（解列）とにわたって切り換えることができる。したがって、交流電力線３０と蓄電池６２とが切断状態にある場合には、蓄電池６２から交流電力線３０への放電が停止される。

蓄電池用ＰＣＳ６１は、電力供給元の電力系統２０と建物との間を流れる電流の状態を取得する電圧、電流取得手段としても機能する。蓄電池用ＰＣＳ６１は、メイン電流センサ３７と通信可能であり、メイン電流センサ３７が検出した電圧、電流に関する情報を取得する。蓄電池用ＰＣＳ６１は、メイン電流センサ３７からの情報（電圧、電流値の正負）によって、Ｕ相、Ｖ相の一周期分の有効電力をそれぞれ求め、合成（加算）した値の正負で順潮流か逆潮流であるかを判断する。したがって、電力の合成値がゼロ、または負の場合、電流の方向がメインブレーカ４１から電力系統２０に向かっていると考えられるので、逆潮流していると判断することができる。

次に、操作表示器３４に関して説明する。操作表示器３４は、各部の状態を表示する報知手段および各部を操作する操作手段として機能する。操作表示器３４は、たとえば建物内に配設される遠隔操作手段（所謂リモコン）である。操作表示器３４は、前述のように各部とＬＡＮ、ＲＳ４８５等の通信線で接続される。操作表示器３４は、報知手段に相当する表示部、および、各部を操作する操作スイッチを備えている。表示部には、たとえば蓄電池６２の蓄電状態、太陽電池の発電量、一般負荷３３による使用電力量、および電力系統２０への逆潮流量などの電力情報を表示する。また操作スイッチを操作することによって、蓄電池６２への蓄電指示および各種設定などを行うことができる。

次に、拡張ＥＣＵ３５に関して説明する。拡張ＥＣＵ３５は、構成の図示は省略するが、通信信号およびセンサユニット４４等からの検出信号が入力される入力回路と、入力回路からの信号を用いて各種演算を実行するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータによる演算に基づいて各部を制御する制御信号を出力する出力回路と、を備えている。マイクロコンピュータは、各種のデータ、演算結果等を記憶する記憶手段としてのロム（Read-Only Memory：略称ＲＯＭ）、ラム（Random Access Memory：略称ＲＡＭ）等を内蔵し、あらかじめ設定された制御プログラムや更新可能な制御プログラムが記憶されている。拡張ＥＣＵ３５は、記憶手段に記憶されている制御プログラムを実行して、後述する各処理を実行する。拡張ＥＣＵ３５は、操作表示器３４と同様に、各部とＬＡＮ接続される。拡張ＥＣＵ３５は、操作表示器３４の操作スイッチによって入力された指示に従って、各部が動作するように各部に制御指令を与える。また拡張ＥＣＵ３５は、各部の状態に応じた情報を表示するように、操作表示器３４の表示部を制御する。

拡張ＥＣＵ３５は、たとえば、操作表示器３４から時間情報をもらい、現在時刻を判断し、電力が安価な深夜時間帯に蓄電ユニット３１を作動させ、蓄電池６２に蓄電を行わせる。これによって蓄電池６２には、新たな蓄電量が加わることになる。蓄電池６２は、深夜時間帯において、たとえば蓄電される上限量である満充電量（限界蓄電量）まで蓄電される。

次に、蓄電池用ＰＣＳ６１による制御に関して図２を用いて説明する。図２に示す放電停止処理は、所定の状態において、蓄電池６２の放電を停止する処理である。図２に示すフローは、蓄電ユニット３１が電源投入状態において所定時間毎、たとえば１６．６ｍ秒毎に実施される。

フローが開始されると、ステップＳ１では、逆潮流しているか否かを判断し、逆潮流していると判断した場合には、ステップＳ２に移り、逆潮流をしていないと判断した場合には、本フローを終了する。蓄電池用ＰＣＳ６１は、前述のようにメイン電流センサ３７からの情報に基づいて、逆潮流を検出することができる。

ステップＳ２では、逆潮流を検出したので、蓄電池６２の放電を停止するように蓄電池用ＰＣＳ６１の内部のリレーを制御し、本フローを終了する。これによって逆潮流している場合には、蓄電池６２からの放電が停止されるので、逆潮流している電力には蓄電池６２から放電される電力が含まれない。したがって太陽光発電機３２によって発電された電力のみを逆潮流させることができる。これによって、電力供給システム１０をいわゆるシングル発電システムとして機能させることができる。

以上説明したように本実施形態の電力供給システム１０は、電力系統２０と建物との間を流れる電圧値および電流値を検出するメイン電流センサ３７（検出手段）を含む。メイン電流センサ３７を用いて電力系統２０と建物との間を流れる電圧値および電流値を検出し、蓄電池用ＰＣＳ６１にて検出した電圧値と電流値から有効電圧を求めて、合成（加算）することにより、電流の流れ方向を判断することができる。したがって太陽光発電電力と一般負荷３３の消費電力の差分を検出し売電と放電とを検出するのではなく、メインブレーカ４１と太陽光発電機３２よりも上流に１組のメイン電流センサ３７を設置して、メイン電流センサ３７の設置した受電点の電力を算出し、電流の流れ方向を検出している。したがって電力系統２０から建物へ電流が流れているのか、逆に建物から電力系統２０へ電流が流れているのかを、メイン電流センサ３７によって検出することができる。このように１組のメイン電流センサ３７によって逆潮流の有無を検出することができるので、逆潮流を検出する構成を簡素化することができる。これによって分電盤３６内の限られたスペースを有効に活用することができ、施工時の作業性を向上することができる。また従来のように２組の電流センサが必要ないので、部品点数を削減でき、製造コストを低減することができる。

また蓄電池用ＰＣＳ６１は、所定時間毎に逆潮流しているか否か検出し、逆潮流している場合には蓄電池６２の放電を停止する。この所定時間を適宜設定することによって、逆潮流している場合に、所定時間以上にわたって蓄電池６２が放電することを防ぐことができる。したがって、たとえば逆潮流している場合に、蓄電池６２が放電する時間を系統連系規程に定める５００ｍ秒以下にしたい場合には、所定時間を５００ｍ秒未満、たとえば１６．６ｍ秒に設定することが好ましい。これによって蓄電池６２の逆潮流時の放電時間を最大で１６．６ｍ秒に設定することができる。換言すると、蓄電池用ＰＣＳ６１は、逆潮流であるか、すなわち売電状態であるかを高精度に検出することができる。したがって太陽光発電電力の売電時に蓄電池６２からの放電量を極めて少なくすることができる。

また蓄電ユニット３１は、メイン電流センサ３７からの情報を取得する電流取得手段、および蓄電池６２の充放電を制御する蓄電制御手段として機能する蓄電池用ＰＣＳ６１を備える。したがって蓄電池用ＰＣＳ６１とは別体で放電停止処理を実行する制御手段が不要である。換言すると、蓄電ユニット３１とメイン電流センサ３７とを接続するだけで、放電停止処理を実施することができる。これによって放電停止処理を実施するための構成を容易に実現することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、蓄電手段は固定して設置される蓄電ユニット３１であったが、固定型に限るものではなく、車両に搭載される車載蓄電池を用いてもよい。この場合、充電スタンドをたとえば建物の外部に蓄電ユニット３１とは別体で設置し、充電スタンドと車両とを接続する。これによって車両に搭載される車載蓄電池へ供給電力を供給するとともに、車載蓄電池が充電している電力を交流電力線３０に放電することができる。したがって蓄電ユニット３１に替えて、車載蓄電池を用いることができる。

また前述の第１実施形態では、深夜時間帯に蓄電池６２を満充電しているが、満充電に限るものではなく、深夜時間帯を除く時間の必要量を充電するように制御してもよい。たとえば拡張ＥＣＵ３５は、省エネルギ、低ランニングコストのため、天候を予測し、天候予測等に基づく昼間の太陽光発電量を予測し、この太陽光発電量と一般負荷３３による予測電力量を加味して深夜料金時間帯の予測蓄電量を決定するようにしてもよい。

また前述の第１実施形態では、建物は住宅であったが、これに限定されるものではない。たとえば、建物は、店舗、工場、倉庫等であってもよい。

１０…電力供給システム ２０…電力系統 ３０…交流電力線（配線）
３１…蓄電ユニット（蓄電手段） ３２…太陽光発電機（太陽光発電手段）
３３…一般負荷（電気負荷） ３４…操作表示器 ３５…拡張ＥＣＵ
３６…分電盤 ３７…メイン電流センサ（検出手段）
４１…メインブレーカ（過電流遮断器） ４２…太陽光用ブレーカ
４３…太陽光用電流センサ ４４…センサユニット
５１…太陽光用ＰＣＳ ５２…太陽光パネル
６１…蓄電池用ＰＣＳ（蓄電制御手段，電流取得手段） ６２…蓄電池

Claims (3)

1. 電力供給契約に基づいて電力供給元の電力系統（２０）から建物に供給される供給電力を、配線（３０）に接続された電気負荷（３３）および蓄電手段（３１）に給電可能な電力供給システム（１０）であって、
   太陽光によって発電を行う太陽光発電手段（３２）と、
   前記建物の前記配線に接続され、前記太陽光発電手段によって発電された太陽光電力および前記電力系統から供給される前記供給電力を蓄電可能であるとともに、蓄電された電力を前記配線へ放電可能な蓄電手段（３１）と、
   前記電力系統と前記建物との間を流れる電流値および電圧値を検出する検出手段（３７）と、
   前記蓄電手段の充電および放電を制御する蓄電制御手段（６１）と、を含み、
   前記蓄電制御手段は、前記検出手段によって検出された電流値および電圧値を用いて、前記電力系統へ逆潮流しているか否かを判断し、逆潮流していると判断した場合には前記蓄電手段に蓄電された電力の前記配線への放電を停止することを特徴とする電力供給システム。
2. 前記建物に設けられ、前記電力系統から前記配線に流れる電流の上限値を規制する過電流遮断器（４１）をさらに含み、
   前記検出手段は、前記電力系統と前記過電流遮断器との間を流れる電流を検出する１組の電流センサから構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
3. 建物の配線（３０）に接続され、前記配線から供給される電力を蓄電可能であるとともに、蓄電された電力を前記配線へ放電可能な蓄電手段（３１）と、
   電力供給元の電力系統（２０）と前記建物との間を流れる電流の状態を取得する電流取得手段（６１）と、
   前記蓄電手段の充電および放電を制御する蓄電制御手段（６１）と、を含み、
   前記蓄電制御手段は、前記電流取得手段によって取得した電流値および電圧値を用いて、前記電力系統へ逆潮流しているか否かを判断し、逆潮流していると判断した場合には前記蓄電手段に蓄電された電力の前記配線への放電を停止することを特徴とする蓄電装置。

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