JP2015039247A - 多端子型電力変換配電装置、電気機器と配電ネットワークシステムおよびその運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配電盤の容量制限による電気機器の性能限界を緩和し、通信機能を加えて安全かつ高性能な電気機器開発のプラットフォームを作る。
【解決手段】電力用半導体素子からなる電力変換器が構成する複数の接続端子群の片端が共通母線に接続し、もう一端が電圧を供給・消費する設備群のいずれかと接続している多端子型電力変換配電装置において、各多端子が回路の電気諸量を測定できる装置を備え、共通母線に流入する電力と送出する電力の総和がゼロになるよう電力制御を行うことによって、交流電力を供給する設備から消費する設備に融通する。さらに、配電ネットワークシステムにおいて、電力用半導体素子が、パワートランジスタ、サイリスタ、トライアック、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力用半導体素子からなる複数の電力変換器により構成され、商用交流電力系統と、コンセント・電気機器・他の多端子型電力変換配電装置・分散型発電装置と接続し、接続先と通信を行いかつ電力を融通しあう、通信と電力の統合制御システムを有する多端子型電力変換配電装置において、不要時には電圧を低下させ、必要時には電力貯蔵装置の電力を加味したりして大出力を供給することを特徴とする配電ネットワークシステムに関わるものである。

日本では、５０ｋＶＡ未満の屋内外配電システムは、電気設備技術基準に定められた６００Ｖ以下の低圧電圧での配電区分に属し、一般的には１００Ｖ／２００Ｖの単相三線式で配電されている。ここでいう１００Ｖは、１０１Ｖ±６Ｖ以内に、またここでいう２００Ｖは、２０２Ｖ±２０Ｖ以内に維持することを、電気事業法施行規則第４４条（供給電圧の適正維持）により求められている。

単相三線のうち一線が中性線で接地されており、中性線と他の二線との間がそれぞれ１００Ｖとなっている。中性線以外の二線間には交流２００Ｖが荷電されている。

家庭内ではほとんどが１００Ｖの屋内配電線で電力が供給され、高出力を必要とするＩＨクッキングなどの一部の電化製品用に２００Ｖが配電されている。

５０ｋＶＡ以上２，０００ｋＶＡ未満の業務用ビルや商業施設等では、高圧６，０００Ｖの高圧で受電しているが、設備内の高圧受電盤の変圧器で１００Ｖ／２００Ｖの単相三線式の電圧と、動力用には２００Ｖの三相の電圧に降圧して供給している。単相三線式の配電部分については、家庭の配電方式と同一となっている。

一般の家庭では、１００Ｖ／２００Ｖで配電されると、まず、５０Ａ前後のノーヒューズブレーカーを介して、さらに同容量の漏電遮断器を経て、分電盤に配線される。

分電盤は、交流共通母線を持ち、そこから２０Ａもしくは３０Ａのノーヒューズブレーカーを経由して、屋内外に配線され、コンセントまたは電気機器に直接接続している。

これらの仕様は、電気設備技術基準で安全面に関する規則が定められている。

まず、接地系統では中性線を接地することで、低圧側の電圧を１５０Ｖ以下に低減させることが義務付けられており、漏電遮断器を設けた場合、３００Ｖ以下に低減させることが義務付けられている。

さらに、３００Vを超える低圧の電路に接続される機器は、１００Ｖや２００Ｖの機器による感電事故よりも危険性が高いため、１０オームの接地抵抗値を確保するＣ種設置工事を行う必要がある。

ただし、住宅や業務用施設の照明、コンセント、換気扇、電子レンジや冷蔵庫などでは、１００オーム以下の接地抵抗値を確保する、Ｄ種接地工事を行えばよいとされている。

漏電遮断器は、過電流保護機能と漏電遮断機能を持つ遮断器であり、漏電が発生した場合に、回路を遮断する機能を持っている。漏電の発生する主な原因は、電線が損傷することにより被覆内の銅線が露出し、建材や機器の外箱などに接触したり、電気機器が水濡れによって絶縁不良を起こしたりして発生する。電流の一部が回路外に流出している状態であるため、流出した電流に人が触れると感電事故になる。

漏電遮断器が設置されていれば、このような漏電事故の際にも即時に電流遮断することが可能だが、1秒間感電した場合の比較として、０．５ｍＡ以下では電流を検知せず、１０ｍＡではしびれを感じ、２０ｍＡから筋肉収縮や呼吸困難が現れ、３０ｍＡを超えると感電から自ら離脱することができなくなると言われる。

従って、漏電遮断器は、３０ｍＡ以上の漏電で動作し、回路を遮断するものが一般型となっている。

しかし、これらの対策を以てしても、低圧領域での感電被害は数多く、その原因の多くを占める漏電事故も、関西電気保安協会の報告では１日当たり２０件起きていると言われている。

従って、低圧配電系統において、かつて１００Ｖ配電から２００Ｖ配電に電圧を上げる試みがなされたものの、感電や漏電等の安全上の懸念から実現に至っていない。

このため、世界の多くの国においては２００Ｖ級が主流であるが、わが国では１００Ｖが主流となっている。このことは、家電製品の高性能化において大きな制限となっている。

この状況を打開するため、配電系統に電力変換器を使用して、配電電圧を変える配電システムが考えられるが、それに関して以下の特許文献１、２、３がある。

特開２００８−４８４６９号公報 特開２００８−２５３１１８号公報 特開２００９−１７８００６号公報

これらの特許文献１、２、３は、いずれも直流供給を目指した配電システムに関するものであり、感電や漏電防止対策について特に考慮されていない。

また、これらの特許文献１、２、３は、通信機能を有した配電システムを提供するがこれは、インターネット環境を提供するものであって、電力の融通に関わるものではない。

特許文献を含め、従来の手法には以下のような問題点が存在する。

第一に、一般家庭の通常の配電フィーダーは、小容量に制限されており、一フィーダーあたり２０から３０Ａである。たとえば２０Ａの場合、同じフィーダーに接続する電気機器の消費電流の総和が一定時間２０Ａを超えるとブレーカーが落ちて、そのフィーダーに接続していた電気機器は停電してしまう。

さらに、配電盤の受電容量が５０Ａである場合、２回路ある１００Ｖ回路のいずれか一方で、その回路に接続されている電気機器の消費電流の総和が一定時間５０Ａを超えると、ノーヒューズブレーカーが動作し、家屋内がすべて停電してしまうという問題がある。

一般家庭向けの電気機器は、省エネルギーの度合いを高めるべく、性能を競っているが、一方で、パワー面では、エアコン、電子レンジ、電気掃除機、電気洗濯・乾燥機など、高いパワーを売り物にする製品も増えている。瞬間的に高いパワーを出せたほうが、トータルのエネルギー消費量が少なくて済み、総合的に省エネルギー度が上がる場合は数多くある。しかし、配電盤のノーヒューズブレーカーにより瞬間的な出力が制限されているため、高機能の製品開発が促進されないという問題がある。

第二に、１００Ｖ／２００Ｖ単相三線式は、中性点接地なので、配電線と大地間の電圧は１００Ｖに抑えられている。このことは、感電を防止する視点から定められたものであるが、１００Ｖであっても感電をゼロにすることはできない。

同様に、漏電防止の観点からも、配電線と大地間の電圧は１００Ｖに抑えられているといえる。しかし、配電線やコンセントの劣化に伴い、漏電が発生し、火災を引き起こす事故をゼロにすることはできない。

これは、感電の場合も、漏電の場合も、漏電遮断器が、電線路から大地に人体または綿ぼこりなどを伝わって流れでる漏れ電流を検出しているためで、その漏れ電流が大きくならないと機械的に遮断回路のラッチをはずすことが出来ないからである。

さらに、機械的遮断回路のため、漏れ電流が小さいと検出から遮断まで時間がかかるため、感電や漏電の被害が拡大しがちであるという問題がある。

第三に、電気機器の電源切り忘れなどの原因による火災などの問題から派生して、外部から電気機器を、遠隔監視したり、電源を入り切りしたり、エアコンなどの温度制御をしたりする技術開発が注目されている。

しかし、共通のプラットフォームがないために、電気機器メーカが、個々に、独自の方式を開発している状態で、通信システムと電力システムの整合性が取られておらず、技術開発が停滞しているという問題がある。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために考案されたもので、電力用半導体素子からなる電力変換器が構成する複数の接続端子群の片端が共通母線に接続し、もう一端が電力を供給・消費する設備群のいずれかと接続している多端子型電力変換配電装置において、各接続端子が回路の電気諸量を測定できる装置を備え、共通母線に流入する電力と送出する電力の総和がゼロとなるよう電力制御を行うことによって、交流電力を供給する設備から消費する設備に融通することを特徴とする配電ネットワークシステムの発明である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の配電ネットワークシステムにおいて、電力用半導体素子が、パワートランジスタ、サイリスタ、トライアック、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢT、ＧＴＯであることを特徴とする配電ネットワークシステムである。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の配電ネットワークシステムにおいて、電力を供給する設備が、商用交流電力系統・分散型発電装置であり、電力を消費する設備が電気機器であり、隣接する他の多端子型電力配電装置は供給と消費の両方を行うことを特徴とする配電ネットワークシステムである。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、少なくとも一つの接続端子が電力貯蔵装置と接続し、共通母線との間で電力を融通し、共通母線の電圧を一定の範囲に統合制御することを特徴とする配電ネットワークシステムである。

請求項５の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、共通母線が直流である場合に、回路の電気諸量を測定できる装置を備えた電力貯蔵装置を直接接続し、共通母線の電圧を一定の範囲に統合制御することを特徴とする配電ネットワークシステムである。

請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、多端子型電力変換配電装置の各接続端子と、電力を供給・消費する設備とに、固有のＭＡＣアドレスに対応したＩＰアドレスを割り当て、ＩＰ通信を行う通信機能を与えて相互に通信を行うことを特徴とする配電ネットワークシステムである。

請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、通信方式が電力線搬送通信方式であり、通信回線として配電線を使用することを特徴とする配電ネットワークシステムである。

請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて使用する多端子型電力変換配電装置であって、電力融通制御と通信制御とを一体化して行うため、中央演算処理装置と記憶装置ならびに通信端局を有することを特徴とする多端子型電力変換配電装置である。

請求項９の発明は、請求項８に記載の多端子型電力変換配電装置において、商用交流電力系統に接続し遮断器を経由して共通母線に交流電力を供給し、共通母線に接続した電力変換器の制御により出力電圧を可変とすることを特徴とする多端子型電力変換配電装置である。

請求項１０の発明は請求項８に記載の多端子型電力変換配電装置において、商用交流電力系統に接続し電力変換器を経由して共通母線に直流電力を供給し、共通母線に接続した電力変換器の制御により出力電圧・周波数・波形を可変とすることを特徴とする多端子型電力変換配電装置である。

請求項１１の発明は、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置において、共通母線に接続した電力貯蔵装置の出力を加えて電力変換器の出力制御を行うことを特徴とする多端子型電力変換配電装置である。

請求項１２の発明は、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置において、接続端子に漏電検出手段を持ち、その出力を受けて該電力変換器のゲートブロックを行う保護システムを有することを特徴とする多端子型電力変換配電装置である。

請求項１３の発明は、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置において、通信手段がＴＣＰ／ＩＰプロトコルに準じ、各接続端子ならびに接続先固有のＭＡＣアドレスに対応したＩＰアドレスを割り当て、接続先の電力を供給・消費する設備とＩＰ通信を行うことを特徴とする多端子型電力変換配電装置である。

請求項１４の発明は、請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置において、外部インターネット通信網と接続するデータターミナルエンドを設置することによって、外部とＩＰ通信を行うことを特徴とする多端子型電力変換配電装置である。

請求項１５の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて使用するコンセントであって、多端子型電力変換配電装置との間で通信を行うことができることを特徴とするコンセントである。

請求項１６の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて使用する電気機器であって、多端子型電力変換配電装置との間で通信を行うことができることを特徴とする電気機器である。

請求項１７の発明は、請求項１５または請求項１６に記載の通信手段が、固有のＭＡＣアドレス、割り当てられたＩＰアドレスを持ち、電力線搬送端局を有し、通信手順がＴＣＰ／ＩＰプロトコルに準じることを特徴とする電気機器である。

請求項１８の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて使用する電気機器であって、請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置を内蔵することを特徴とする電気機器である。

請求項１９の発明は、請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、加熱・冷却を行うことを特徴とする電気機器である。

請求項２０の発明は、請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、電動機を駆動することを特徴とする電気機器である。

請求項２１の発明は、請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、電磁気を発生することを特徴とする電気機器である。

請求項２２の発明は、請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、静電荷電することを特徴とする電気機器である。

請求項２３の発明は、請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、光を発生することを特徴とする電気機器である。

請求項２４の発明は、請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、情報を受発信することを特徴とする電気機器である。

請求項２５の発明は、請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、電気化学反応を起こすことを特徴とする電気機器である。

請求項２６の発明は、請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、他に電力を供給したり、受け入れたりすることを特徴とする電気機器である。

請求項２７の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、電力を供給・消費する設備から、多端子型電力変換配電装置に対し、電力出力要請または電力停止要請を行った場合、多端子型電力変換配電装置が各接続端子間の統合制御を行って要請に応えることを特徴とする配電ネットワークシステムの運用方法である。

請求項２８の発明は、請求項２７に記載の運用方法において、電力出力要請が、電力送信元の情報と、電力受け元のＩＰアドレス情報と、出力開始時間・出力電圧・出力電流・出力周波数・出力波形のうち、少なくともいずれか一つの情報を含むことを特徴とする運用方法である。

請求項２９の発明は、請求項２７または請求項２８に記載の運用方法において、電力出力要請のない場合および電力停止要請のあった場合、接続端子電圧を、ゼロボルトを含む感電の恐れのないレベル以下に低下させ、それにより配電線およびまたはコンセントおよびまたは電気機器による感電または漏電を防ぐことを特徴とする運用方法である。

請求項３０の発明は、請求項２７から請求項２９のいずれか１項に記載の運用方法において、統合制御の内容が、商用交流電力系統から追加供給できる電力の範囲を超える場合、他の接続端子との間で出力低減を要請する通信を行い、その応諾を以て他の接続端子の出力を低減し、その結果余剰になった出力を統合制御し、電力出力要請に応えることを特徴とする運用方法である。

請求項３１の発明は、請求項２７から請求項３０のいずれか１項に記載の運用方法において、外部のインターネット網から、電力を供給・消費する設備の情報収集と運転制御ができることを特徴とする運用方法である。

請求項３２の発明は、請求項２７から請求項３１のいずれか１項に記載の運用方法を記述したプログラムである。

これらの発明により、従来配電盤の受電容量やフィーダー容量に制限されて発揮できなかった電気機器の機能を向上させることができ、今までにない高出力・高性能な電気機器も開発されるプラットフォームができる。さらに、この配電システムは、出力のみならず、周波数を可変にし、電磁誘導加熱や回転制御電動機を使用した電気機器を開発することができる。また、通信を行うことで従来にない機能が付加できる。安全面でも従来常時電圧がかかっていた配電回路を、不使用時には、無電圧に近くすることができ、また使用時でも漏電を検出したら電子的なゲートブロックを高速にかけることにより、感電や漏電の危険性が低くなる。

図１は、本発明の全体像の説明のため一般家庭と業務用ビルでの適用例を説明した図である。（実施例１、実施例１３、実施例１４） 図２は、共通母線が交流の場合の説明図である。（実施例１、実施例２、実施例３） 図３は、共通母線が直流の場合の説明図である。（実施例１、実施例３、実施例４） 図４は、共通母線が直流の場合で電力貯蔵装置を直結した場合の説明図である。（実施例５） 図５は、コンセント・電気機器・分散型発電装置・外部インターネット網とＩＰ接続する場合の説明図である。（実施例６、実施例７、実施例１０、実施例１１） 図６は、近隣の配電網の中での情報と電力の融通例の説明図である。（実施例８） 図７は、通信と電力を制御する多端子型電力変換配電装置の説明図である。（実施例９） 図８は、多端子型電力変換配電装置で交流母線の例の説明図である。（実施例９） 図９は、隣接する多端子型電力変換配電装置との接続例の説明図である。（実施例９） 図１０は電気機器内部に多端子型電力変換配電装置が内蔵された場合の説明図である。（実施例１２） 図１１は、さまざまに用途の電気機器の説明図である。（実施例１３−２０） 図１２は、加熱を行う電気機器の説明図である。（実施例１３）

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

はじめに、図１を用いて、本発明の全体像について説明する。

本発明は、従来のノーヒューズブレーカーの替わりに、電力用半導体素子を用いた電力変換器により配電盤を構成したものである。

この多端子型電力変換配電装置を内蔵した配電盤は、従来の配電盤をそっくり置き換えることもできるし、従来の配電盤のノーフーズブレーカーと本発明の電力変換器を追加組み合わせることもできる。あるいは、専用のコンセントや専用の電気機器・家電製品などを開発して新しい配電システムを構築することもできる。また従来の配電システムと共存することもできる。

本多端子型電力変換配電装置は、図１の（Ａ）に示すように一般家庭や図にはないが低圧受電しているコンビニエンスストアなどの小規模店舗において、商用交流電力系統から電力を受給し、その電力を変換して、掃除機、エアコン、ＩＨクッキングキッチン、電気シャワー、サンライトなどの電気機器に電力を供給することができる。

また、ソーラーパネルのような分散電源から電力を受け入れることもできる。

さらに、隣家とのネットワークと記述のあるように、隣家にも同様の電力変換配電装置がある場合、相互に電力を融通することができる。

また、図１の（Ｂ）に示すように業務用のビルや図にはないが、ファミリーレストランなど、高圧受電して、低圧に変換して使用している中規模店舗でも図中にあるような映写設備、冷凍庫、冷蔵庫、ＩＨキッチン、熱温水・冷水栓、乾燥機、洗濯機、エレベーターなどに電力を供給することができる。

これらの配電では、後述するように、電力貯蔵装置の電力を加えて、従来の１００Ｖ２０Ａの電力を大幅に上回るような電力を、瞬間的に加えたりすることが可能になる。

たとえば、電気シャワーは、欧州では１０ｋＷ前後の製品が多数販売されている。これは、欧州で２４０Ｖ配電が行われており、高出力の電化製品が使用可能なためである。

本発明では、商用交流電力に、電力貯蔵装置の電力を加えるだけでなく、他のフィーダーの電力を制限することで、必要なフィーダーに高出力を供給することができる。後述するように、通信を行って使用制限を行う電気機器の応諾を得るプロセスも組み込むことが可能である。

このようにして、本発明では後述する電気機器の機能を、一時的に高電圧・高電力・高周波数を与えることにより、向上させるものである。

同時に、本発明は、配電路の不使用時には、電圧を感電のないレベルまで低下させ、使用時においては、漏電検出により、電力変換器のゲートブロックすることにより従来の漏電遮断器よりも高速に回路を停止して、感電や漏電の危険性を減少させるものである。

ゲートブロックは、通常の配線用遮断器が、電磁コイルに流れる電流により機械的にラッチをはずして回路を解放するのに比べて、電気的に動作するため、格段に動作スピードが速い。これにより感電による人体への被害を大幅に小さくすることができる。

以下に、請求項１および請求項２について図２と図３を用いて説明する。

請求項１は、電力用半導体素子からなる電力変換器が構成する複数の接続端子群の片端が共通母線に接続し、もう一端が電力を供給・消費する設備群のいずれかと接続している多端子型電力変換配電装置において、各接続端子が回路の電気諸量を測定できる装置を備え、共通母線に流入する電力と送出する電力の総和がゼロとなるよう電力制御を行うことによって、交流電力を供給する設備から消費する設備に融通することを特徴とする配電ネットワークシステムを示している。

図２に示すように、電力用半導体素子に、サイリスタやトライアックのような他励式素子を使用した場合、共通母線は交流となる。

また、図３に示すように、電力用半導体素子に、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのような自励式素子を使用した場合、共通母線は直流となる。

本実施例では、共通母線が交流の場合について説明する。

図２は、電力変換器が、トライアックのような双方向に電力を流すことができ、かつ電子的にその通過電力を高速に遮断できる場合を示している。トライアックは、双方向サイリスタ電力変換器であり、微弱なトリガ電流で主回路に双方向の交流電流が通過できるようになり、トリガ電流がゼロになるとそれ以降は主回路が遮断される。

また、トリガのタイミングをずらすことによって通電位相を遅らすことができ、平均電圧を下げることができる。この電力変換器で構成された電力変換器配電盤は、交流電力系統の周波数を変えることなく電気機器に供給することができる。

また、平滑回路を備えることで直流を供給することもできる。

母線は交流商用回路と同一で、電圧は１００Ｖ／２００Ｖであり、配電線やコンセントも従来のままでよいが、漏れ電流を検出して、電子的に高速に電気回路を遮断することができるので、感電や漏電の被害拡大を抑えることができる。

また、ＡＣ１００／２００Ｖ商用交流電力系統と共通交流母線との間のトライアックは、通常の配線用過電流遮断器で代替できる。

次に、共通母線が直流の場合の実施例について説明する。

図３に示すように、電力用半導体素子が、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等からなる自励式コンバータ・インバータである場合、すでに設置されている配電線やコンセントや電気機器がそのまま使えるように、インバータ出力電圧と電流を従来の値にすることができる。また、従来と異なる電圧・周波数を電源とすることにより従来にない機能を発揮できる電気機器を開発した場合、その電気機器が要求する電圧・周波数をインバータ出力することもできる。

これにより、既存の交流系統からの受電に限らず、太陽光発電や風力発電などの発電用電気機器の発生する電力を受け入れたり、電動機負荷の回生エネルギー電力を受け入れたり、他の配電システムとの間で電力を融通したりできる。

また、既存の交流系統が停電した場合、隣家とのネットワークのように、外部との間で電力を融通し、必要な電気機器に対し、電力を供給し続けることができる。

以下に、請求項４について図２、図３を用いて説明する。

図２には、多端子型電力変換配電装置の共通母線が交流の時に、自励式電力変換器５を介して電力貯蔵装置を接続する例を示す。これにより、共通母線に電力を供給したり吸収したりすることができる。これにより、いずれかの電気機器または他の電力変換器配電盤で、大きな出力を必要とするときに、電力変換器配電盤の受電容量を超えて、電力を供給することができる。また、他の電力変換器配電からの電力流入や電気機器の回生エネルギーも電力貯蔵装置に吸収することができる。

図３には、多端子型電力変換配電装置の共通母線が直流の時に、同様に自励式電力変換器５を介して電力貯蔵装置を接続する例を示す。これにより、共通母線に電力を供給したり吸収したりすることができる。これにより、いずれかの電気機器または他の電力変換器配電盤で、大きな出力を必要とするときに、電力変換器配電盤の受電容量を超えて、電力を供給することができる。また、他の電力変換器配電からの電力流入や電気機器の回生エネルギーも電力貯蔵装置に吸収することができる。

以下に、請求項５について図４を用いて説明する。

図４は、共通母線が直流である場合に電力貯蔵装置を直接接続して、母線の電圧を一定に制御することを特徴とする多端子型電力変換配電装置である。電力変換器が不要になるために、コストが圧縮され、制御も容易となる。

しかし、直接接続の場合は、充電時と放電時で電力貯蔵装置の電圧が変化し、大電流が流れると母線電圧が低下するという問題があるため、交流電源系統に接続する電力変換器との協調制御を行って、母線電圧を一定の範囲に維持することが重要である。

以下に、請求項６について図５を用いて説明する。

図５は、商用交流電力系統から電力の供給を受け、コンセントと電気機器とに電力を供給し、別の接続端子が太陽光発電装置（ＰＶ）から電力の供給を受けている状態を図示している。

コンセントや電気機器など主な電気製品は、製品固有の製造番号に準ずるＭＡＣアドレスを有している。あるいは、製品がＩＰ通信を行う際に必要となるＤＴＥにアドレスがある場合もある。

さらに、図のような配電系統に組み込まれ、ＩＰ通信を行うときには、多端子型電力変換配電装置に設置されたＣＰＵがＩＰアドレスを割り当てる。ＣＰＵは割り当てたＩＰアドレスをテーブルの形でメモリに保管し、適切な周期で更新する。

図５の場合、電気機器２２が持つＩＰアドレス１９２．１６８．１．６からコンセント１９２．１６８．１．５を経由して多端子型電力変換配電装置の接続端子１９２．１６８．１．３までの配電路を通じ、ＩＰ情報を送ることができる。

さらにＩＰアドレス１９２．１６８．１．２を通じて、外部のインターネット網と交信することも可能であり、ＩＰアドレス１９２．１６８．１．１を通じて、上流側の商用交流電力系統に通信を送ることもできる。

これにより、他の多端子型電力変換配電装置や他の電力系統とも接続することができ、特定の電力を指定して、融通の予約をして電力を購入したりすることができる。

これにより、再生可能エネルギーを指定して電力融通を受けることもでき、ＲＰＳ価値やＣＯ２価値などを直接購入したり、販売したりすることが可能になる。

以下に、請求項７について図５を用いて説明する。

図５は、多端子型電力変換配電装置の各接続端子と、商用交流電力系統・コンセント・電気機器・他の多端子型電力変換配電装置・分散型発電装置のうち必要なものに、通信機能を与え相互に通信を行うことを特徴とする配電ネットワークシステムの様子を示している。

多端子型電力変換配電装置の各接続端子には、データターミナルエンド（ＤＴＥ）が割り当てられ、本装置内に設置された中央演算処理装置（ＣＰＵ）が、ＩＰアドレスを付加する。

本図では、電力線搬送通信端局（ＰＬＣ）が配電線２０に設置され、コンセントや電気機器にも同様にＤＴＥとＰＬＣが設置され、ＩＰアドレスがＣＰＵのアドレステーブルにより割り当てられる。

本図の場合は、ＩＰ通信手順に従って、通信が可能となる。

しかし、図には示していないが、コンセント上にスイッチを置いたり、電気機器に電源スイッチを置いたりすることによるオン・オフ信号や、パルス信号や、配電路２０を使用しないＦＭ信号、無線通信、無線ＬＡＮにより、多端子型電力変換配電装置とコンセントおよびまたは電気機器との間で通信することも可能である。

請求項にはないが、以下に、高圧／低圧配電系統におけるＩＰ通信の実施例を示す。

図６は、市内に設置されている柱上変圧器（６，０００Ｖ／２００Ｖ／１００Ｖ）の２次側にある低圧配電網を図示したものである。

図中の遮断器２１、断路器２２はなくてもよい。

一つの柱上変圧器あたり、１０軒から２０軒の一般家庭が低圧電力の供給を受けている。また、別の柱上変圧器との間は６，０００Ｖの配電線で接続されている。

図示するように、各家庭の配電盤が、本発明の多端子型電力変換配電装置を具備し、電力線搬送端局を有するとき、それぞれの端局にＩＰアドレスを付加し、接続先の商用交流電力系統・コンセント・電気機器・他の多端子型電力変換配電装置・分散型発電装置にもＩＰアドレスを付加することができる。

図示されたようなＩＰアドレスネットワークにおいては、柱上変圧器の２次側がハブの役割を果たし、他の柱上変圧器との間でＬＡＮを構成することができる。

多端子型電力変換配電装置のＣＰＵが、ＩＰヘッダーを作成し、電力線搬送通信し、続いて、自励型電力変換器により、電力をＰＷＭ変換により作成して同じ電力線に乗せることにより、デジタルに情報と電力を同じＣＰＵで作り出せ、同じ電線路に乗せることが可能になる。

このようにして、商用交流電力系統側に通信機能がある場合、多端子型電力変換配電装置の当該接続端子との間で相互に通信を行い、商用交流電力系統を通じてさらに他の多端子型電力変換配電装置ならびにそれに接続する機器との間で、電力融通制御を行うことが可能になる。

以下に、請求項８から請求項１４の多端子型電力変換配電装置の発明について、図７、図８および図９を用いて説明する。

図７は、商用交流電力系統の電気を、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴのようなスイッチング電力変換器でＰＷＭ変換して直流にし、直流母線の電力を、同じタイプの電力変換器で出力し、電気機器に対して電圧源となる例を示す。

図８は、商用交流電力系統の電力を通常の配線用過電流遮断器で受電し、共通交流母線から他励型の電力変換器で接続先に電力を供給する場合を示している。この際、位相制御をおこなうことで、平均電圧を低下させたり、ゼロボルトにしたりすることができる。

以下の説明は、図７を中心に行なう。

図７において、多端子型電力変換配電装置は、電力融通制御と通信制御とを一体化して行うため、中央演算処理装置９と記憶装置１０ならびに通信端局７を有している。図では、電力線搬送通信端局（ＰＬＣ）が示されているが、これは、ＬＡＮケーブル、無線ＬＡＮ、光ケーブルでもよい。

図の場合、共通母線は直流電力であるので、共通母線に接続した自励式電力変換器の制御により出力電圧・周波数・波形を可変とすることができる。また、単相のみならず三相電力も供給できる。平滑化のためのリアクトルは接続先側に置くこともできる。

さらに、図示してはいないが、共通母線に接続した電力貯蔵装置の出力を加えて電力変換器の出力制御を行うことができる。

また、図示していないが。接続端子に漏電検出手段を持ち、その出力を受けて該電力変換器のゲートブロックを行う保護システムを有する。この方法により、機械式の漏電検出器より迅速な回路遮断が可能となる。

漏電検出手段は、零相変流器とすることができる。

また、漏電検出手段は、中性線を設置することによる中性点電位とすることができる。

図７では、各接続端子に電力線搬送端局７を置いており、通信手段がＴＣＰ／ＩＰプロトコルに準じ、各接続端子ならびに接続先固有のＭＡＣアドレスに対応したＩＰアドレスを割り当て、接続先の商用交流電力系統・コンセント・電気機器・他の多端子型電力変換配電装置・分散型発電装置のうち必要なものとＩＰ通信を行うことを可能としている。

また、図示していないが、外部インターネット通信網と接続するデータターミナルエンドを設置することによって、外部とＩＰ通信を行うことを可能としている。

各電力変換器は、その定格出力に応じて過電流を流さないための端子制御１８を持っている。この端子制御は、漏電検出時にゲートブロックを行ったり、電気機器からの出力要請に応じて出力を増減したり、周波数を変えたり、電圧を変えたり、他の電力変換器配電盤の電力変換器と同期接続して電流制御を行ったり、後述するように通信を行ったりできる。

漏電検出手段として、零相変流器より安価な電流センサーを漏電検出の手段に持ちることができる。中性線に流れる電流や電圧あるいはその変化率を測定し、一定範囲を超えたとき漏電と判断し、漏電遮断器の電磁的駆動機構の代わりに、より高速な電子的ゲートブロックを使用することで漏電を速やかに遮断することができる。

電力変換器配電盤には、各端子制御を統合した共通制御１９がある。共通制御は、各端子の運転状況を監視し、全体として容量を超えると見込まれるときには容量制限をかけたり、電力貯蔵装置の予測制御を行ったりできる。基本制御は共通母線電圧を維持することにある。

共通制御は、端子制御の通信を経由して、外部との通信を行う機能を有しており、遠隔監視や遠隔制御を行い、必要に応じて製造業者に対する運転データ提供を行う。

共通制御は、電力および電力量の測定も行うことができる。これにより、ユーザーに対して電力情報を提供することができる。また、他の需要家との電力融通が行われる場合には、取引用電力量計として機能させることができる。

図９に示すように、この配電システムにおいて、交流電力系統に接続していない電力変換器を介して、外部からの電力を受け入れることが可能となる。たとえば隣家や隣のビルの配電システムとの接続においては、一方の電力変換器が電圧源で、他方が電流源となることが望ましい。

またこの配電システムにおいて、交流電力系統に接続している電力変換器を介して、ＩＧＢＴで作る交流位相をずらすことで、交流電力系統に逆潮流することが可能である。この場合、系統連系技術基準に合致する必要があり、機械的遮断器の追加や、単独運転防止手段を講ずる必要があるが、それらの手段を講ずることにより逆潮流を行うことできる。

本電力変換器配電盤が、逆潮流を交流電力系統に送り込んでいるときでかつ、共通母線に電力貯蔵装置が接続しているとき、逆潮流の電力の大きさを、電力貯蔵装置を使うことで、従来の有効電力変動方法よりも大きく変動させれば、交流電力系統が停電した時に、単独運転になったとしても継続を防止することができる。これは、新しい単独運転防止方法になる。

交流電力系統の電気を直流にする電力変換器は、サイリスタのような他励式電力変換器でも、ダイオードブリッジでも使用可能である。ただし、逆潮流を行う場合は不適である。

共通母線が直流の場合は、交流電力系統に接続する電力変換器にブーストアップ電力変換器を使用することで、直流電圧を上げることができる。直流電圧が高ければ、電流が小さくても大きな出力を得られるため、配電線のサイズを小さくすることができる。また、配電線のサイズを変えない場合は、出力を上げることができる。

なお、図中には記載していないが、回路の点検や取り換えのために、遮断器や機械式の断路器、プラグ、ピンなどで回路を開放する手段を設けることが望ましい。

また、図３の中の１６のように、電力変換器はユニット化して母線から着脱できるような構造としておくことにより、コンセントや電気機器との組み合わせ開発が容易となり、回路の変更も容易となる。

また、電力変換器は、リアクトル１３や図示していないがＡＣフィルター１４を電力変換器配電盤の外や、電気機器側に置くこともできる。これにより、リアクトル成分を２重に持たなくて済み、配電盤も小さくできる。

また、電力変換器を従来の配電盤に付加する構造とし、中央演算処理装置を別置する構造としておくことにより、従来のノーヒューズブレーカーをそのまま流用することができる。

以下に、請求項１５のコンセントの発明について、図５を用いて説明する。

本発明のコンセントは、電気機器が接続されていないときには、電力停止要請を発信して、配電路およびコンセントにかかる電圧を感電のないレベルに下げることができる。

感電のないレベルは、ゼロボルトでもよいが、コンセントに小容量の蓄電池を置いて残存量が小さくなってきたときに、低い電圧で出力要請をかけ、充電することができる。

この蓄電池は、通信に必要な電源としても機能する。

コンセントに表示機能を持たせることにより、外部インターネット網の任意の情報を、表示させることができる。

事例としては、天気予報、電車運行情報、交通情報、コミュニティ情報、ニュース速報、株価速報、宣伝情報がある。

また、コンセントに接続されている電気機器の属性、運転状況、履歴、異常状態などを検出し、必要に応じて、製造者側に情報を送信することが可能になる。

以下に、請求項１６、請求項１７の発明について、図５を用いて説明する。

図５は、多端子型電力変換配電装置との間で、通信を行える電気機器を代表して図示している。

通信が行えることにより、以下の操作が効率よく行える。
（１） 漏電の有無の検出
（２） 電力供給開始・停止信号の送出
（３） 電力供給中の電線路における電圧降下の測定
（４） 電力供給中の電線路における電力損失の測定
（５） 電力供給中の電線路の異常加熱防止

また、電気機器の運転状況、異常履歴などに加え、電気機器の属性、監視情報などを、必要に応じて、製造者、販売者側に情報を伝達することが可能になる。

また、逆に、外部から当該電気機器の運転注意情報やソフトウェアのバージョンアップ情報、宣伝情報などを電気機器に伝え、表示させたりすることができる上、必要に応じて自動的にソフトウェアを上書きすることも可能になる。

さらに、外部から通信が行えることにより新機能開発のためのデータ回収がおこなえ、不具合の改良や、新しい機能の追加、ソフトウェアバージョンアップが行える。

さらに、不具合の発生した電気機器を、リコールする場合に、外部からＭＡＣアドレスなどを検索できることで、回収すべきリコール機器がどこにどれだけあるかが把握でき、ＰＬ対応上有効な手段となる。

インターネット通信を目的とした電力線搬送方式は、すでに家庭内で実用化されている。これが他の電力変換器配電盤や電気機器との間でも使用できれば、新たな通信回線を敷設する必要がなくなる。

これにより、電力変換器配電盤や電気機器または外部の情報が、ＩＰプロトコルに準拠して双方向に通信可能となり、電気的特性・電気機器稼働状況・運転履歴を把握し、故障対応などを行うことができる。

これにより、外部から電気機器の監視や起動・停止ができる。

これにより、アイロンやこたつのつけ忘れなどに代表される電気機器由来の火災等を未然に防止し、外出時に気がかりになる電気機器の状態を外部から確認することができる。また、電気機器を外部から操作して、つけ忘れの電気機器を停止させたり、逆に早目に稼働させて部屋を暖めたりすることができる。

以下に、請求項１８の発明について、図１０を用いて説明する。

図１０は、電気機器の内部に多端子型電力変換配電装置を置き、電気機器の動作電源、制御電源、電力貯蔵装置の制御、商用交流電力系統からの電源供給を電気機器内部で行うものである。

この電気機器の接続先は、図では商用交流電力系統になっているが、多端子型電力変換配電装置の接続端子でもよい。

電力貯蔵装置を電気機器内部に置く余裕がある場合は、配電電圧の規制にとらわれる必要がなくなり、高出力を得ることが可能である。

以下に、請求項１９の発明について、図１１を用いて説明する。

本発明の配電システムにおいて電力の供給を受け、加熱・冷却を行うことを特徴とする電気機器について説明する。

さらに、電力変換器配電盤か電気機器のいずれかに電力貯蔵装置を有し、交流系統電力に電力貯蔵装置出力を加えることで、加熱・冷却を行う電気機器について事例を示す。

図１２は、（Ａ）が、従来の電気ポットであり、（Ｂ）が本発明の電気ポットである。区別のためにパワーポットと呼ぶ。この図では、パワーポットの側に電池を置いた例（Ｃ）を示しているが、これは、請求項１８の発明になる、電気機器内部に電力変換配電装置がある場合の具体例である。

従来の電気ポットは、お湯の使用前に余分の水をポットに入れ、必要な温度まで加熱し、一部を使用し、残りは保温状態を保つ。ここで常に過剰加熱と保温のロスが発生している。

また、煎茶、玉露、抹茶、紅茶、コーヒー、カップ麺など用途に応じて使用温度が違い、加温はまだしも降温については、時間をかけて冷ますしかなかった。

常時保温による、カルキの沈殿固着などの問題も発生した。

本発明の、電力貯蔵出力の加味による加熱方式は、パワーポットの中に余分の水を入れる点は変わらないが、給湯時に瞬間的にヒーターを加熱するため無駄な加熱が少なくて済む。また保温の必要はなく、ポットの中にあるのは水の状態なのでカルキの沈殿凝固の問題も発生しない。

同様の技術は、コーヒーメーカーの給湯部に見られる。しかし、得られる電力の制限により、湯量が少ないため、電気ポットと同等の機能は得られない。

カップ麺販売機の給湯装置はお湯タンクがあるのでこの技術とは異なる。

本発明は、給湯部出口にヒーターをおいて電池の出力を加味して加熱力を強めるものである。ヒーターには従来型のシーズヒーター以外に、ＩＨヒーターが好適である。

ＩＨヒーターの場合は、電力貯蔵装置を電力変換器配電盤側に設置して、電力変換器のＰＷＭ出力を平滑リアクトルではなく、直接ＩＨヒーターコイルに印加することもできる。

温度制御を付加することにより、希望する温度設定に合わせた温度の給湯が瞬時にでき、無駄な加熱や保温をなくすことができる。

図示してはいないが、すでに冷水製造のための冷却装置の技術は確立している。これは、冷却水タンクを備えており、常時保存しているため、雑菌の繁殖の問題があった。

冷却装置の技術を応用し、電池による出力を加味すれば、給湯に加えて、あるいは単独の瞬間冷水供給が可能なパワーポットができる。温度制御も可能である。

このようにして、電気機器が従来配電盤のノーヒューズブレーカーの容量に制限されて発揮できなかった加熱・冷却に関わる機能を付加することができる。

加熱においては、使用前に多めの量を加熱して保温状態を保っておく必要がなくなり、必要時に瞬間加熱することが可能となる。これにより、必要な量だけ必要な加熱をすればよいので、省エネ効果が高まるうえ、非加熱物の無駄も少なくなる。また、常時加熱保存による品質劣化や沈殿物発生などの問題がなくなる。

また、冷却においても、常時冷却して保存しておく必要がなく、必要時に瞬間冷却をすることが可能になる。これにより、必要な量だけ、必要な冷却をすればよく、省エネ効果が高まるうえ、非冷却物の無駄も少なくなる。また、常時冷却保存による衛生悪化の問題もなくなる。

図１（Ａ）には、電気シャワー・サンライト・ＩＨクッキングの例が載っている。

シャワーに関しては、従来、ガス湯沸かし器や貯湯槽からの供給が一般的であったが、適温が得られるまでに長い時間がかかった。またガスの効率は６０％以下であり、貯湯槽は常時保温が必要であった。

電気シャワーは、シャワー出口近傍に電気ヒーターを持つもので、必要なときだけ使用するものである。ＩＨヒーターであれば９０％近い効率があり、瞬間的に適温のお湯がえられる。１０ｋＷぐらいの出力があれば、十分な湯量がえられるので、交流系統電力に電力貯蔵装置出力を加える方法が望ましい。

これにより、家庭では貯湯槽、ガス湯沸かし器、業務用のホテルなどでは、貯湯タンク、冷却水タンク、ガスバーナー、給湯配管といった外部装置が不要となり、ホテルでの一斉使用時のタンク内貯湯枯渇の問題もなくなる。

サンライトは、調節ができず、点灯時はなかなか暖まらず、暖まった後は熱すぎるというような問題があった。同様の問題は、部屋の暖房器具にもある。

本発明は、点灯当初に交流系統電力に電力貯蔵装置出力を加えることで、急速な暖房効果を得て、その後自動的に電力調整をして適温を保つものである。

ＩＨクッキングは、調理の加熱力が問題視されていてガスとの比較論で最も重要なポイントである。現在２００Ｖで供給されているが、供給フィーダーの電流制限により、パワー不足となっている。

２００Ｖという表現は、２０２Ｖ±２０Ｖという技術基準（?）なので、負荷が重くなったときにも電圧を２２２Ｖに維持できれば、パワー供給の一助となる。

供給電力を２００Ｖ以上にすることも可能である。

しかし本発明の電力貯蔵装置との組み合わせによる運用で出力を増強することでパワーアップを図ることができる。

図１（Ｂ）には、乾燥室・キッチン・冷蔵庫・冷凍庫の例が載っている。

乾燥室や乾燥機は、乾燥対象物の水分を飛ばすまでは、５３９ｋｃａｌ／ｋｇの蒸発潜熱が必要であるが、水分がなくなった後は対象物の比熱によるが数ｋｃａｌ／ｋｇの熱量で十分である。

従って、乾燥開始初期に十分な熱量を投入して乾燥させ、さらに蒸発水を外部に排出し、水分が少なくなれば、ただちに投入熱量を減少させなければならない。従来の電源容量では、急速乾燥・急速排気ができなかった。このため長時間の加温による繊維の痛みや減縮が発生した。

本発明の、電力貯蔵装置との組み合わせによれば、このような急速乾燥・急速排気方式が可能となる。湿度などを検出して、水分が少なくなったら出力抑制を行うことができる。これにより、乾燥時間も大幅に短縮され、繊維の痛みや減縮も少なくなる。

キッチンでは、水道栓に温度調節がつくのが一般的になったが、これも貯湯槽から熱水を運ぶのでお湯が出るまで時間がかかる。その間、無駄に水を廃棄している。またガス湯沸かし器の場合も時間がかかるうえ、ガスがチューブ部分も温めるので、間欠的な使用の場合、連続使用に比べて熱効率が下がる。

貯湯槽やガス湯沸かし器のチューブの衛生面を考えると、このお湯を飲用に使うには抵抗があり、もっぱら洗い物などに利用されている。

水道栓出口部に、前出のパワーポットのヒーターを設置し、温度調整機構をつければ、瞬時に希望する温度のお湯がえられる。衛生面でも問題が少なく、飲用にも適する。ヒーターはＩＨヒーターが好適である。

同様に水道栓出口部に、前出の冷却ポットの冷却装置を設置すれば、水道栓から冷水がえられる。衛生的にも問題が少なく飲用に適する。

温熱水と冷水は、同じ水道栓にも付けられるし分離することも可能である。

ヒーターまたはクーラーの設置場所の手前に、浄水器をつければ、さらに衛生面で好適である。クーラーの場合は温度が低いので、浄水器をクーラーの後につけることも可能である。

これらは、水周りに電気ヒーターを使うことで、感電の危険性などに一層注意しなければならず、本発明の漏電検出方式は好適である。

冷凍庫の例は、家庭でも同様である。一般に急速冷凍をすると食品の鮮度が長く維持できると言われている。これは急速冷凍だと、水がデンドライト化（針状結晶）する時間がなく、食品の細胞膜が破壊されないためといわれる。本発明は交流系統電力に電力貯蔵装置出力を加えることで急速冷凍を行うことができる。

以下に、請求項２０の発明について、図１１を用いて説明する。

本発明の配電システムにおいて電力の供給を受け、電動機を駆動する事例を説明する。

特に、電力変換器配電盤か電気機器のいずれかに電力貯蔵装置を有し、その出力を加えて、電動機を駆動することを特徴とする電気機器について事例を示す。

電動機を使う例としては、図１に示すように、エアコンコンプレッサー、冷蔵庫コンプレッサー、洗濯機、乾燥機、掃除機、エレベーターがあり、その他にも芝刈り機や電動工具がある。家庭用では三相は供給されていないので単相モータとなっている。

本発明では、電力変換器の構成により、任意の三相交流も作れる上、周波数を可変としていわゆるインバータモータとすることができる。また、ＡＣリアクトルはモータの巻線で代用される。

始動時に大きな電流が必要な場合、電力変換器配電盤か電気機器のいずれかに電力貯蔵装置を有し、必要な始動電流を供給することができる。

エアコンは、冬場に暖房能力が不足して、灯油ファンヒーターやガスヒーターが欠かせない。これは、始動時のパワーが不足しているためであり、本発明は、電力貯蔵装置のパワーを追加することにより解決することができる。

冷蔵庫は扉の開閉により、温度上昇し、コンプレッサーが長時間稼働せざるを得なくなる。本発明の配電システムを使用することで、扉の開閉直後に強力に冷却し、その後は、低出力とすることで庫内の温度を安定させることができる。

洗濯機や乾燥機は、本発明により、一度に処理する容量が増加する。

掃除機は、パワー不足のため、パワーブラシ機能などをつけて、埃をたたき出す方式が一般的であるが、髪の毛などが絡みつき、不評であった。
本発明のようにパワーを増すことやインバータ運転により回転数を高速から低速まで変化させることができれば、効率的でパワフルな吸い込み機能が得られ，ブラシ機能などは不要となる。

エレベーターの始動電流は、ビルの配電設計上重要な要素となっており、この電流を、電力貯蔵装置が補償することにより、配電系統は容量を小さくできる。

これらにより、電動機を使用する電気機器は、従来配電盤のノーヒューズブレーカーの容量に制限されて発揮できなかった機能を付加することができる。

さらに、電動機を使用する電気機器が、従来配電盤の配電回路が単相であったために発揮できなかった機能を付加することができる。

さらに、電動機を使用する電気機器が、従来配電盤の配電回路が一定周波数であったために発揮できなかった機能を付加することができる。

これらにより、必要時に従来の制限を超える電流によりトルクを得て、従来にない機能を発揮したり、多相交流を得て電動機も多相化することによりコンパクトで高出力化したり、周波数を可変したり、高周波化したりすることで電動機の機能を従来にないものにすることができる。

周波数を変えることにより、電磁誘導加熱の電源として高周波を供給したり、エアコンのモータの回転数を変化させたりできる。

電圧については、ゼロボルトから低圧基準電圧の最大値の６００Ｖの間の値を、電気機器側の仕様に合わせて、ソフト的に設定することが可能になり、運転中に電圧を上下することも可能になる。

周波数については、５０Ｈｚ、６０Ｈｚに限らず、その他の周波数を、電気機器側の仕様に合わせて、ソフト的に設定することが可能になり、運転中に周波数を変更することも可能になる。周波数を、連続的に可変とすることにより電動機用インバータのように回転機器の回転数を上げたり、ＩＨ機器等の静止機器の動作周波数を変化させたりすることができる。

さらに周波数ゼロとすれば、直流出力とすることもできる。多くの電気機器が、整流回路で必要な電力を内部で作っているが、直接希望する電圧の直流を電力変換器配電盤から送ることができれば、電気機器の整流回路が不要となる。

さらに、ＡＣフィルターやリアクトルに相当する電力素子が、電気機器側にある場合は、電力変換器配電盤の大きさを小さくすることができる。

最近の電気機器はほとんど、一旦直流電源を作ってから内部で電源を作るので直流供給することで、無駄を省略できる。

蛍光灯照明は、直流の低電圧供給で、電灯器具のところでインバータでＡＣ１００Ｖ−１２０Ｖを作る方が、高圧部分が電灯器具の部分に限定され、配電線は低圧なので安全性が高い。

以下に、請求項２１の発明について、図１１を用いて説明する。

本発明の配電システムにおいて電力の供給を受け、電磁気を発する事例を説明する。

高周波誘導加熱（ＩＨ）の電力供給は、コイル部が電気機器側にあるので電力変換器配電盤側では、ＰＷＭスイッチング電圧を供給すればよい。

近年、非接触による無線電力供給機器開発が進んでおり、このような機器に対しても電力供給を行える。ここでもコイル部が機器側にあるので電力変換器配電盤側では、ＰＷＭスイッチング電圧を供給すればよい。

さらに、電子レンジ機能に準じた電力供給を行ったり、電磁気による健康機器に電力供給を行ったりできる。

以下に、請求項２２の発明について、図１１を用いて説明する。

本発明の配電システムにおいて電力の供給を受け、静電荷電する事例を説明する。

静電荷電することによって空気清浄を行ったり、オゾンを発生させたり、することができるが、本発明の配電システムにより、必要に応じて従来の電流容量を超えた出力を出すことで、空気の汚れを正常化したり、オゾンによる殺菌効果を高めたりできる。

また、静電荷電による集塵装置があるが、必要に応じて電力貯蔵装置からの出力を追加したりして集塵能力を高めることができる。また静電荷電で、虫を引き寄せて電圧をかけて殺虫を行ったりする機能を強化することができる。

以下に、請求項２３の発明について、図１１を用いて説明する。

本発明の配電システムにおいて電力の供給を受け、光を発する事例を説明する。

蛍光灯照明は、ＡＣ１００Ｖの配線である必要はなく、低圧直流を配電して蛍光灯器具部でインバータ変換して発光させることができ、照度の調整もできる。この方法は感電や漏電の危険性を減少させる。

蛍光灯は、高周波発光も可能であり、電力変換器配電盤の電力変換器が適切な電圧と周波数で電力を供給することにより、安定器などを省略できる。

ＬＥＤなどの照明は、低電圧直流であり、電力変換器配電盤の電力変換器が直接電力を供給することができる。

以下に、請求項２４の発明について、図１１を用いて説明する。

本発明の配電システムにおいて電力の供給を受け、情報を受発信する事例を説明する。

本発明では、電気機器に通信機能が付き、外部インターネット網とつながることができるため、あらゆる電気機器やコンセントに音楽を供給したり、音声案内で広告したり、画像提供を受けることができる。

また、マイクロフォンをつけることにより、たとえば１階の電気ポットと２階の電気スタンドとの間で、インターフォンのように会話をしたりすることができる。

さらに、インターネット網を経由して、遠方の家族のところにある電気機器やコンセントと自分の電気機器やコンセントの間で、会話したり、ＴＶ電話をしたりすることができる。

これらは、音声に限らず、画像情報も双方向に可能となる。さらに電気機器に何らかの動作を行わせることもでき、遠隔操作が可能になる。

以下に、請求項２５の発明について、図１１を用いて説明する。

本発明の配電システムにおいて電力の供給を受け、電気化学反応を起こす事例を説明する。

本発明では、他の電力系統や電力貯蔵装置、分散型発電装置と電力融通を行うことが可能になるため、その電力を使って電気化学反応を起こすことは、一種の貯蔵に相当することになる。電気化学反応が可逆反応であれば、電力の形態を変えて貯蔵し、また電力に払いだすことが可能になる。

たとえば，多端子型電力変換配電装置の接続端子の一つに、燃料電池自動車が接続する場合、電気化学反応は水素製造反応となる。燃料電池自動車が直接接続せず、水素製造装置が接続する場合も同様である。

さらに、分散型のメタノール製造やＤＭＥ製造など様々な電気化学反応が考えられる。その際、高電圧または高電流、周波数、逆電圧による分極の解消など電気化学反応には、本発明の電力変換型の配電装置が効果を示す。

以下に、請求項２６の発明について、図１１を用いて説明する。

本発明の配電システムにおいて電力の供給を受け、他に電力を供給する事例を説明する。

たとえば、多端子型電力変換配電装置の接続端子の一つに、電気自動車もしくはプラグインハイブリッド電気自動車が接続する場合、本装置は他の装置に電力を供給する設備となる。この場合、多端子型電力変換配電装置の高出力機能により，通常充電にとどまらず，急速充電が可能になる。

また、ＶｔｏＧであらわされるような、電気自動車から系統に電力を供給する手法についても、本発明の方式に従えば、多端子型電力変換配電装置によれば、情報と電力を融合して系統に送り出すことができる。

さらに、多端子型電力変換配電装置に電力貯蔵装置が設置されていない場合、接続端子の一つに接続された電気自動車またはプラグインハイブリッド電気自動車の電池が、その役割を代替することが可能である。

以下に、請求項２７の発明について説明する。

配電ネットワークシステムにおいて、電力を供給・消費する設備から、多端子型電力変換配電装置に対し、電力出力要請または電力停止要請を行った場合、多端子型電力変換配電装置が各接続端子間の統合制御を行って次のような運用を行う。

（１） 電力機器の電圧印加要請がない間は、配電路電圧をゼロから３０ボルトの間に抑える。
（２） この状態の時に、漏電検出を行う。電圧ゼロの時は、３０ボルトまでの電圧を定期的に荷電しその間に漏電検出を行う。
（３） 漏電が検出された場合、ゲートブロックを行い、配電盤での表示とコンセントや電気機器に通信を通じて異常表示する。
（４） 電気機器の電圧印加要請があれば、要請の内容に応じた電圧を印加する。
（５） 通信によりコンセントまたは電気機器側の電圧・電流を知り、配電線での電圧降下を計算して、配電線の過熱状態を監視する。

以上に加えて、通信による様々な運転が可能になる。通信手順は、独自のものを開発できるが、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルに準拠すれば、外部インターネットとも大きな変更なく、データの授受ができるため好適である。

配電線にかかっている電圧がゼロボルトの場合、通信システムで電圧印加要請を伝えることができる。

電気機器からの電圧印加要請のあった時に、電力変換器を動作させて定格電圧を印加するシステムとすることにより、不使用時に不要な感電・漏電をなくすことができ、使用時も漏電検出手段と高速なゲートブロックを組み合わせることにより、感電・漏電の危険を減らすことができる。

電気機器からの電圧印加要請のあった時に、電力変換器を動作させて定格電圧を印加するシステムとすることにより、いわゆる待機電力をなくすことができ、省エネルギーの観点から効果が大きい。

リモコンの待ち受けや時計表示などのために待機電力が消費されていることが多いが、これらは低電圧でも作動する。従って、配電盤側から低電圧を供給するか、電気機器側に電池をおいて動作させることで解決できる。電池の消耗を後述する通信により配電盤側に知らせれば、必要な都度、電圧を印加するだけでよくなる。

電気機器側で発生する情報には、受電電圧、電流があり、これを電力変換器配電盤で受信すると、配電盤側の送電電圧との差から、電線路での電圧降下並びに電力損失が計算でき、電力損失が過大であるときには電線路の過熱状態が想定されるので、回路を停止するか、送電電力を削減するかいずれかの手段をとることができる

さらに、電力変換器配電盤側で発生する回路異常情報、交流電力系統停電情報、交流電力系統瞬時低電圧情報を、電力機器に送信して運転を停止したり、待機したりすることができる。あるいはコンセントに送信して状態を表示させ注意を喚起したりできる。

以下に、請求項２８の発明について説明する。

電力出力要請は、電気機器が接続された時または電気機器のスイッチが入れられた時に、単純に規定電圧を印加することを要請する場合もある。

しかし、本発明の多端子型電力変換配電装置によれば、ＩＰ通信により、他の電力系統の多端子型電力変換配電装置から電力の融通を受けることが可能となる。
その際、電力送信元の情報と、電力受け元のＩＰアドレス情報と、出力開始時間・出力電圧・出力電流・出力周波数・出力波形などの情報を送り、それに合わせた出力を融通してもらうことが可能となる。

以下に、請求項２９の発明について説明する。

電力出力要請のない場合および電力停止要請のあった場合、接続端子電圧を、ゼロボルトを含む感電の恐れのないレベル以下に低下させ、それにより配電線およびまたはコンセントおよびまたは電気機器による感電または漏電を防ぐことを特徴とする運用方法がある。

感電の恐れのないレベルは、電気設備技術基準によれば、交流においては３０ボルト以下、直流においては４５ボルト以下である。ゼロボルトであることは望ましい。

この配電システムにおいて、電気機器からの電圧印加要請のない時には、電力変換器電圧を、感電の恐れのないレベル以下に低下させることによって、配電線による感電または漏電を防ぐことができる。

以下に、請求項３０の発明について説明する。

統合制御の内容が、商用交流電力系統から追加供給できる電力の範囲を超える場合、自動的に他の接続端子のうち不要と思われるものを遮断する方法がある。

また、他の接続端子との間で出力低減を要請する通信を行い、その応諾を以て他の接続端子の出力を低減する方法もある。

その結果余剰になった出力を統合制御し、電力出力要請に応える出力を発生する運用方法である。

以下に、請求項３１の発明について説明する。

本発明は外部のインターネット網から、商用交流電力系統、コンセント、電気機器、他の多端子型電力変換配電装置、分散型発電装置の情報収集と運転制御ができることを特徴とする運用方法である。

本方法によれば、外部から経由して、電力機器やコンセントに外部情報を表示させることができる。たとえば、製造者から機器使用に関する情報を表示させたり、広告に代表される宣伝情報を表示させたり、天気に代表される生活情報を表示させたり、地域のコミュニティ情報を表示させたりすることができる。

逆に電気機器側で発生する情報には、運転情報、運転履歴があり、電力変換器配電盤を経由して外部インターネット回線に情報を流して、需要家が運転状態を把握したり、製造者側で情報収集したりして解析することも可能になる。これらの情報はコンセントで把握できるものもある。

以下に、請求項３２の発明について説明する。

これにより、配電システムの運転方法をプログラムに記述し、コンピュータチップに読み込ませ多端子型電力変換配電装置で保存することができる。

運転プログラムは、電気機器が接続されると多端子型電力変換配電装置から自動的にダウンロードされ、電気機器の運転制御を、当該システムの環境に合ったものにして、好みの運転モードで動課すことが可能になる。

運転モードの内容には電圧・電流・周波数・保護・運転手順などさまざまなものがある。

家庭用、業務用の分電盤を置き換え、新しい家電製品や業務用電気機器が開発される可能性がある。

１ 多端子型電力変換配電装置
２ 電力変換器
３ サイリスタ
４ トライアック
５ 自励式電力変換器
６ 漏電検出手段
７ 電力線搬送端局（ＰＬＣ）
８ 商用交流電力系統
９ 中央演算処理装置
１０ 記憶装置
１１ 共通交流母線
１２ 共通直流母線
１３ リアクトル
１４ ＡＣフィルター
１５ コンデンサ
１６ 電力変換器ユニット
１７ 電力貯蔵装置
１８ 端子制御
１９ 共通制御
２０ 配電線
２１ 遮断器
２２ 断路器
２３ 電気機器
２４ 電力線搬送通信バイパス付変圧器
２５ ＩＰアドレス

Claims (32)

1. 電力用半導体素子からなる電力変換器が構成する複数の接続端子群の片端が共通母線に接続し、もう一端が電力を供給・消費する設備群のいずれかと接続している多端子型電力変換配電装置において、各接続端子が回路の電気諸量を測定できる装置を備え、共通母線に流入する電力と送出する電力の総和がゼロとなるよう電力制御を行うことによって、交流電力を供給する設備から消費する設備に融通することを特徴とする配電ネットワークシステム。
2. 請求項１に記載の配電ネットワークシステムにおいて、電力用半導体素子が、パワートランジスタ、サイリスタ、トライアック、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢT、ＧＴＯであることを特徴とする配電ネットワークシステム。
3. 請求項１または請求項２に記載の配電ネットワークシステムにおいて、電力を供給する設備が、商用交流電力系統・分散型発電装置であり、電力を消費する設備が電気機器であり、隣接する他の多端子型電力配電装置は供給と消費の両方を行うことを特徴とする配電ネットワークシステム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、少なくとも一つの接続端子が電力貯蔵装置と接続し、共通母線との間で電力を融通し、共通母線の電圧を一定の範囲に統合制御することを特徴とする配電ネットワークシステム。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、共通母線が直流である場合に、回路の電気諸量を測定できる装置を備えた電力貯蔵装置を直接接続し、共通母線の電圧を一定の範囲に統合制御することを特徴とする配電ネットワークシステム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、多端子型電力変換配電装置の各接続端子と、電力を供給・消費する設備とに、固有のＭＡＣアドレスに対応したＩＰアドレスを割り当て、ＩＰ通信を行う通信機能を与えて相互に通信を行うことを特徴とする配電ネットワークシステム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、通信方式が電力線搬送通信方式であり、通信回線として配電線を使用することを特徴とする配電ネットワークシステム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて使用する多端子型電力変換配電装置であって、電力融通制御と通信制御とを一体化して行うため、中央演算処理装置と記憶装置ならびに通信端局を有することを特徴とする多端子型電力変換配電装置。
9. 請求項８に記載の多端子型電力変換配電装置において、商用交流電力系統に接続し遮断器を経由して共通母線に交流電力を供給し、共通母線に接続した電力変換器の制御により出力電圧を可変とすることを特徴とする多端子型電力変換配電装置。
10. 請求項８に記載の多端子型電力変換配電装置において、商用交流電力系統に接続し電力変換器を経由して共通母線に直流電力を供給し、共通母線に接続した電力変換器の制御により出力電圧・周波数・波形を可変とすることを特徴とする多端子型電力変換配電装置。
11. 請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置において、共通母線に接続した電力貯蔵装置の出力を加えて電力変換器の出力制御を行うことを特徴とする多端子型電力変換配電装置。
12. 請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置において、接続端子に漏電検出手段を持ち、その出力を受けて該電力変換器のゲートブロックを行う保護システムを有することを特徴とする多端子型電力変換配電装置。
13. 請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置において、通信手段がＴＣＰ／ＩＰプロトコルに準じ、各接続端子ならびに接続先固有のＭＡＣアドレスに対応したＩＰアドレスを割り当て、接続先の電力を供給・消費する設備とＩＰ通信を行うことを特徴とする多端子型電力変換配電装置。
14. 請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置において、外部インターネット通信網と接続するデータターミナルエンドを設置することによって、外部とＩＰ通信を行うことを特徴とする多端子型電力変換配電装置。
15. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて使用するコンセントであって、多端子型電力変換配電装置との間で通信を行うことができることを特徴とするコンセント。
16. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて使用する電気機器であって、多端子型電力変換配電装置との間で通信を行うことができることを特徴とする電気機器。
17. 請求項１５または請求項１６に記載の通信手段が、固有のＭＡＣアドレス、割り当てられたＩＰアドレスを持ち、電力線搬送端局を有し、通信手順がＴＣＰ／ＩＰプロトコルに準じることを特徴とする電気機器。
18. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて使用する電気機器であって、請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の多端子型電力変換配電装置を内蔵することを特徴とする電気機器。
19. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、加熱・冷却を行うことを特徴とする電気機器。
20. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、電動機を駆動することを特徴とする電気機器。
21. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、電磁気を発生することを特徴とする電気機器。
22. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、静電荷電することを特徴とする電気機器。
23. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、光を発生することを特徴とする電気機器。
24. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、情報を受発信することを特徴とする電気機器。
25. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、電気化学反応を起こすことを特徴とする電気機器。
26. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電気機器であって、他に電力を供給したり、受け入れたりすることを特徴とする電気機器。
27. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の配電ネットワークシステムにおいて、電力を供給・消費する設備から、多端子型電力変換配電装置に対し、電力出力要請または電力停止要請を行った場合、多端子型電力変換配電装置が各接続端子間の統合制御を行って要請に応えることを特徴とする配電ネットワークシステムの運用方法。
28. 請求項２７に記載の運用方法において、電力出力要請が、電力送信元の情報と、電力受け元のＩＰアドレス情報と、出力開始時間・出力電圧・出力電流・出力周波数・出力波形のうち、少なくともいずれか一つの情報を含むことを特徴とする運用方法。
29. 請求項２７または請求項２８に記載の運用方法において、電力出力要請のない場合および電力停止要請のあった場合、接続端子電圧を、ゼロボルトを含む感電の恐れのないレベル以下に低下させ、それにより配電線およびまたはコンセントおよびまたは電気機器による感電または漏電を防ぐことを特徴とする運用方法。
30. 請求項２７から請求項２９のいずれか１項に記載の運用方法において、統合制御の内容が、商用交流電力系統から追加供給できる電力の範囲を超える場合、他の接続端子との間で出力低減を要請する通信を行い、その応諾を以て他の接続端子の出力を低減し、その結果余剰になった出力を統合制御し、電力出力要請に応えることを特徴とする運用方法。
31. 請求項２７から請求項３０のいずれか１項に記載の運用方法において、外部のインターネット網から、電力を供給・消費する設備の情報収集と運転制御ができることを特徴とする運用方法。
32. 請求項２７から請求項３１のいずれか１項に記載の運用方法を記述したプログラム。