JP3781977B2 - 分散給電ネットワーク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、商用交流電力系統と太陽電池や燃料電池等の直流発電装置を有する分散電源装置とを連係し、エネルギーの有効利用（コジェネレーションや自然エネルギーの利用など）を図ることが活発に行なわれており、この場合には分散電源装置は需要地内に設置されるから、長距離送電が不要である。このような分散給電ネットワークの検討結果は例えば「解説：電力系統技術要件ガイドライン‘９８（資源エネルギー庁編）」にまとめられており、直流発電装置は直流／交流電力変換装置を介して交流系統に接続されるように記載されている。
【０００３】
図１２は従来の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、商用交流電力系統１に系統保護装置２を介して複数の交流配電線３が接続され、交流配電線３に負荷６および直流／交流電力変換装置（直流／交流インバータ）５を介して直流発電装置４が接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この分散給電ネットワークにおいては、直流発電装置４は交流配電線３に直接接続できないので、直流発電装置４は直流／交流電力変換装置５を介して交流配電線３に接続されるが、各直流発電装置４に対応して直流／交流電力変換装置５を設ける必要があるから、構成が複雑となり、多数の直流発電装置４が設けられている場合には、多数の直流／交流電力変換装置５を設ける必要があるので、設置コストが高価になる。また、直流／交流電力変換装置５を交流配電線３に接続する場合には、突入電流を防止するため、直流／交流電力変換装置５の交流出力の位相と交流配電線３の位相とを合わせ、交流出力の大きさもそろえる必要がある。仮に、直流発電装置４の出力電圧が低すぎて、交流出力の大きさを満足しない場合には、直流発電装置４に直流を昇圧する直流／直流電力変換装置を必要とする場合もある。たとえば、先ほど示した「解説：電力系統技術要件ガイドライン‘９８」には、一例として直流／交流電力変換装置における逆潮流ありの場合すなわち自家発電設備の設置者の構内から交流電力系統側へ向かう電力の流れを許す場合には、電圧上昇防止のため、受電点における力率が原則８５％以上で、交流電力系統から見て進み力率にならないことと記載されている。このように、従来の交流給電線３を有する分散給電ネットワークに直流発電装置４を接続するためには、商用交流電力系統１の従来の需要者に悪影響を与えないように厳しい制限を設ける必要がある。このため、交流給電線３に直流発電装置４を接続する場合には、直流発電装置４、直流／交流電力変換装置５を力率、位相等を考慮した構成とする必要があるから、直流発電装置４、直流／交流電力変換装置５の構成が複雑になるので、設置コストが高価になる。また、長距離の交流配電線３を引き回すので、交流配電線３から電磁波が発生し、その影響によって妨害交流電圧や電源周波数の整数倍の高調波が発生する可能性がある。
【０００５】
このように、直流発電装置４の出力電力を直流／交流電力変換装置５で変換して交流配電線３に連系する方式は、電力給電のほとんどが交流で行なわれている場合においては、有効である。しかしながら、我々の周りを見渡した場合、本当に交流電力が必要なのは回転機を使用した洗濯機、冷蔵庫、エアーコンディショナ、換気扇などに限られ、多くの電子機器が交流を直流に変換して使用している。それにも係わらず、配電線のネットワークを交流系で構成する場合には、商用交流電力系統１に悪影響を与えることがないように、個々の直流発電装置４と協調動作を取る必要があって、保護装置が多数必要になり、また交流配電線３から発生する電磁波を減少するための技術が必要になり、直流発電装置４が逆潮流を行なう場合には、直流発電装置４毎に設置される直流／交流電力変換装置５毎に逆潮流装置を設置する必要があり、構成が複雑となる。
【０００６】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、商用交流電力系統に悪影響を与えることがなく、かつ構成が簡単である分散給電ネットワークを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明においては、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設ける。
【０００８】
ここで、双方向逆変換電力装置としては、直流／交流電力変換を行なう逆変換電力装置と交流／直流電力変換を行なう逆変換電力装置とが並列に接続された並列接続回路、直流／交流電力変換機能および交流／直流電力変換機能を有する逆変換電力装置等を用いることができる。
【００１０】
この場合、上記演算装置により各上記余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、上記合計余剰電力に基づいて各上記分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を上記変換制御装置に設けてもよい。
【００１１】
また、上記分散電源装置として、直流発電装置と直流／直流電力変換装置との直列回路、充放電制御装置および蓄電装置を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置とを並列に接続した回路に直流／直流電力変換装置を接続した回路のいずれかを用いてもよい。
【００１２】
また、上記負荷として、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路、直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路、直流／交流電力変換装置と直流／直流電力変換装置とを上記直流配電線側で並列に接続し、上記直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ上記直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路のいずれかを用いてもよい。
【００１３】
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設ける。
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けてもよい。
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設け、上記演算装置により各上記余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、上記合計余剰電力に基づいて各上記分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を上記変換制御装置に設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けてもよい。
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記負荷として、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路、直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路、直流／交流電力変換装置と直流／直流電力変換装置とを上記直流配電線側で並列に接続し、上記直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ上記 直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路のいずれかを用い、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設ける。
【００１５】
図１は参考例の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、商用交流電力系統１１に系統保護装置１２が接続され、系統保護装置１２に直流／交流電力変換を行なう第１の逆変換電力装置１３の交流側および交流／直流電力変換を行なう第２の逆変換電力装置１４の交流側が接続され、逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とが並列（逆並列）に接続されており、逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とにより並列接続回路（逆並列装置）が構成されている。すなわち、系統保護装置１２に直列に逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とから構成された並列接続回路の交流側が接続されている。また、逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とが並列に接続された並列接続回路の直流側に１以上の直流配電線１５から構成される直流配電線ネットワークが接続され、直流配電線１５に直流発電装置を有する複数の分散電源装置１６および複数の負荷１７が接続され、分散電源装置１６と負荷１７とが並列に接続され、一対の分散電源装置１６、負荷１７が個人住宅、集合住宅、学校、オフィスなどに設置されている。そして、直流配電線１５、分散電源装置１６、負荷１７により直流配電線システムが構成されている。また、逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とを制御する変換制御装置（共通制御部）１８が設けられ、分散電源装置１６と変換制御装置１８とは電気ケーブル、光ケーブル、無線などの双方向に信号が伝送できる信号伝送手段によって接続されている。そして、分散電源装置１６は識別番号、最適出力電力、動作・停止状態、出力電圧、出力電力、温度などの状態情報を常に記憶する記憶装置を有し、状態情報を状態通知信号として変換制御装置１８に送出する送出装置を有している。また、変換制御装置１８は一定時間ごとに各分散電源装置１６をスキャンし、各分散電源装置１６から送出された状態通知信号を記憶する記憶装置（データベース）を有するとともに、各分散電源装置１６の出力電力を積算する電力積算装置を有する。
【００１６】
この分散給電ネットワークにおいては、たとえば特定の分散電源装置１６の点検を行なう場合や特定の分散電源装置１６が故障した場合のように、特定の分散電源装置１６を停止する場合には、停止する分散電源装置１６はその識別番号、出力電力を変換制御装置１８に通知する。この場合、各分散電源装置１６の最適出力電力以内で特定の分散電源装置１６を動作する必要があるから、変換制御装置１８は停止する分散電源装置１６以外の各分散電源装置１６の出力電力情報を収集して積算し、変換制御装置１８が停止した分散電源装置１６の出力状態を検知し、逆変換電力装置１４を動作させて商用交流電力系統１１から直流配電線システムに電力を補充する。そして、停止していた分散電源装置１６が回復した場合には、変換制御装置１８は逆変換電力装置１４に動作停止信号を送出し、商用交流電力系統１１から直流配電線システムへの電力の補充を停止する。また、変換制御装置１８は逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とを制御して、逆潮流ありの状態で動作する。したがって、逆変換電力装置１３は従来と同様に商用交流電力系統１１側と同期を取り、商用交流電力系統１１側とフィルタを通す前の位相差を調整し、交流電力の大きさと流れる方向を調整する。また、系統保護装置１２により商用交流電力系統１１側の安全性を確保することができる。また、直流配電線１５に接続された分散電源装置１６どうしは直流配電線ネットワークを介して電力の授受を行ない、できるだけ商用交流電力系統１１から電力を購入することのないように自律的に動作する。
【００１７】
このような分散給電ネットワークにおいては、商用交流電力系統に悪影響を与えることがなく、しかも直流配電線１５に分散電源装置１６を接続するから、各分散電源装置１６に対応して直流／交流電力変換装置を設ける必要がないので、構成が簡単になり、多数の分散電源装置１６が設けられている場合にも、多数の直流／交流電力変換装置を設ける必要がないため、設置コストが安価になる。また、直流給電線１５に分散電源装置１６を接続するから、分散電源装置１６を力率、位相を考慮した構成とする必要がないので、分散電源装置１６の構成が簡単になる。また、長距離の直流給電線１５を引き回したとしても、直流給電線１５から電磁波が発生することがないから、電磁波の影響によって妨害交流電圧や電源周波数の整数倍の高調波が発生することがない。
【００１８】
図２は本発明に係る分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、直流配電線１５と一対の分散電源装置１６、負荷１７との間に余剰不足電力検出装置２１が接続され、余剰不足電力検出装置２１は分散電源装置１６の発生電力から負荷１７の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する。また、変換制御装置１８に演算装置２２、動作信号送出装置２３が設けられ、演算装置２２は各余剰不足電力検出装置２１により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算し、動作信号送出装置２３は積算余剰不足電力に応じた動作信号を逆変換電力装置１３、１４に送出する。すなわち、演算装置２２は直流配電線ネットワーク内で電力が余っているのか不足しているのかを判定し、演算装置２２が直流配電線ネットワーク内で電力が余っていると判定したときには、動作信号送出装置２３は逆変換電力装置１３を動作させて、直流配電線ネットワークから商用交流電力系統１１に電力を送出し、演算装置２２が直流配電線ネットワーク内で電力が不足していると判定したときには、動作信号送出装置２３は逆変換電力装置１４を動作させて、商用交流電力系統１１から直流配電線システムに電力を補充する。なお、余剰不足電力検出装置２１の出力はアナログである必要はなく、デジタル変換して送出し、演算装置２２においてもデジタル演算処理をすることができる。
【００１９】
この分散給電ネットワークにおいては、直流配電線ネットワーク内で電力が余っているときには、直流配電線ネットワークから商用交流電力系統１１に電力が送出され、直流配電線ネットワーク内で電力が不足しているときには、商用交流電力系統１１から直流配電線システムに電力が補充されるから、電力潮流の制御を正確に行なうことができる。また、余剰不足電力検出装置２１の検出値をもとにして直流配電線ネットワークの余剰電力、不足電力を検出するから、各分散電源装置１６や負荷１７の容量を正確に把握していなくても、電力潮流の制御を行なうことができる。また、余剰不足電力検出装置２１は直流の分散電源装置１６の電圧と余剰不足電力検出装置２１に流れる電流から余剰不足電力を求めることができるから、余剰不足電力を精度よく計測することができる。また、各分散電源装置１６を家庭やビルに設置された別々の需要家と見なした場合に、商用交流電力系統１１から購入した電力料金をどのように分配するかが問題になる場合があるが、変換制御装置１８に各分散電源装置１６に対応した余剰不足電力（消費電力）を記憶する記憶装置（データベース）を設け、各分散電源装置１６に対応した余剰不足電力に応じて電力料金を分配すれば、ある程度公平な集金が可能になる。
【００２０】
図３は本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、変換制御装置１８に発電制御装置（発電制御部）３１が設けられ、発電制御装置３１は演算装置２２、各分散電源装置１６に接続され、発電制御装置３１は演算装置２２の判定結果に基づいて各分散電源装置１６の出力電力を制御する。すなわち、演算装置２２は各余剰不足電力検出装置２１によって検出された余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、演算装置２２が合計余剰電力が第１の特定値以下であると判断したときには、発電制御装置３１は分散電源装置１６の出力電力を増加し、演算装置２２が合計余剰電力が第２の特定値以上であると判断したときには、発電制御装置３１は分散電源装置１６の出力電力を減少する。なお、各分散電源装置１６の出力電力を増減させる方法として、例えば分散電源装置１６が固体高分子型の燃料電池の場合には、流入ガスの量を増加、減少する装置を分散電源装置１６に設ける方法が考えられる。また、固体高分子型の燃料電池の場合には、作動温度が８０℃程度と低いので、燃料の増減に対して出力電力はかなり高速に応答可能である。
【００２１】
つぎに、図４により図３に示した分散給電ネットワークおける動作を説明する。まず、余剰不足電力検出装置２１が余剰不足電力を検出し、演算装置２２が合計余剰電力を演算し、演算装置２２が合計余剰電力が第１の特定値以下であると判断したときには、発電制御装置３１が分散電源装置１６の出力電力を増加し、演算装置２２が合計余剰電力が第２の特定値以上であると判断したときには、発電制御装置３１が分散電源装置１６の出力電力を減少する。なお、演算装置２２の合計余剰電力の演算はタイムインターバルをおいて行なうことが適切であり、分散電源装置１６の出力電力を最大に増加しても直流配電線システムの全消費電力に足りない場合には、逆変換電力装置１４を作動させて、商用交流電力系統１１からの援助を求める。
【００２２】
この分散給電ネットワークにおいては、演算装置２２内に各分散電源装置１６の識別番号と直流発電装置の単位出力当たりの価格すなわち発電単価とを記憶する記憶装置を設け、演算装置２２から発電単価の安い直流発電装置を有する分散電源装置１６から出力電力の増加を図るように発電制御装置３１に通知し、演算装置２２から発電単位の高い直流発電装置を有する分散電源装置１６から出力電力の減少を図るように発電制御装置３１に通知するよう構成すれば、直流配電線ネットワーク内の電力利用料金を減少することができる。
【００２３】
図５は本発明に係る分散給電ネットワークの分散電源装置の構成例を示す図である。図に示すように、直流発電装置４１に直流／直流電力変換装置４２が直列に接続され、直流発電装置４１、直流／直流電力変換装置４２により分散電源装置１６ａが構成されている。すなわち、直流発電装置４１と直流／直流電力変換装置４２との直列回路により分散電源装置１６ａが構成されている。
【００２４】
この分散電源装置においては、直流発電装置４１の出力電圧が出力電流により変動したとしても、直流／直流電力変換装置４２により直流配電線１５の電圧を安定化することができる。なお、直流発電装置４１としては、現在、燃料電池や太陽電池が主力であり、数百Ｗから１００ｋＷを超える選択範囲の広い装置が使用可能である。
【００２５】
図６は本発明に係る分散給電ネットワークの他の分散電源装置の構成例を示す図である。図に示すように、直流発電装置４１に直流／直流電力変換装置４２が直列に接続され、直流発電装置４１と並列に直列接続の充放電制御装置４３と蓄電装置４４とから構成されるエネルギー蓄積装置が接続され、直流発電装置４１、直流／直流電力変換装置４２、充放電制御装置４３、蓄電装置４４により分散電源装置１６ｂが構成されている。すなわち、充放電制御装置４３および蓄電装置４４を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置４１とを並列に接続した回路に直流／直流電力変換装置４２を接続した回路により分散電源装置１６ｂが構成されている。そして、蓄電装置４４は鉛蓄電池、Ｎｉ−ＭＨ電池、リチウム電池等の化学的な反応を利用したセル、あるいは電気二重層キャパシタなどの電気部品を用いて構成される。また、エネルギー蓄積装置の充放電制御装置４３は蓄電装置４４を充電し、必要に応じて放電させる。
【００２６】
この分散電源装置においては、エネルギー蓄積装置が直流発電装置４１の出力電力の一部を蓄積しておき、非常時には放出するから、蓄電装置４４を有する分散電源装置１６ｂは無停電電源であり、また蓄電装置４４により電力平準化を行なうことができ、また急激な負荷変動に対応することができるので、分散電源装置１６ｂの信頼度は高い。
【００２７】
なお、特に蓄電装置４４が化学的な反応を利用したセルの場合には、満充電や最大放電量の検出が難しく、製造メーカにより多くのノウハウ（例えば満充電を電池電圧のピーク値や温度上昇率で検出する方法や、最大放電量をガスゲージにより測定するがこの値を自己放電量、温度および経年変化で修正する方法）がある。
【００２８】
図７は本発明に係る分散給電ネットワークの負荷の構成例を示す図である。図に示すように、直流配電線１５に直流を交流に変換する直流／交流電力変換装置（インバータ）５１が接続され、直流／交流電力変換装置５１に交流負荷５２が直列に接続され、直流／交流電力変換装置５１、交流負荷５２により負荷１７ａが構成されている。すなわち、直流／交流電力変換装置５１を介して交流負荷５２に交流を給電する回路により負荷１７ａが構成されている。
【００２９】
このような負荷１７ａを有する分散給電ネットワークにおいては、直流／交流電力変換装置５１は商用交流電力系統１１と連系する必要がないから、構成は非常に簡単である。
【００３０】
図８は本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。図に示すように、直流配電線１５に直流を直流に変換する直流／直流電力変換装置（コンバータ）５３が接続され、直流／直流電力変換装置５３に直流負荷５４が直列に接続され、直流／直流電力変換装置５３、直流負荷５４により負荷１７ｂが構成されている。すなわち、直流／直流電力変換装置５３を介して直流負荷５４に直流を給電する回路により負荷１７ｂが構成されている。
【００３１】
このような負荷１７ｂを有する分散給電ネットワークにおいては、直流負荷５４の必要な電圧が直流配電線１５の電圧と異なる場合にも、直流負荷５４を作動させることができる。
【００３２】
なお、直流負荷５４の必要な電圧が直流配電線１５の電圧とが同じであれば直流／直流電力変換装置５３は省略することができる。
【００３３】
図９は本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。図に示すように、直流配電線１５に直流／交流電力変換装置５１および直流／直流電力変換装置５３が接続され、直流／交流電力変換装置５１と直流／直流電力変換装置５３とが並列に接続され、直流／交流電力変換装置５１に交流負荷５２が直列に接続され、直流／直流電力変換装置５３に直流負荷５４が直列に接続され、直流／交流電力変換装置５１、交流負荷５２、直流／直流電力変換装置５３、直流負荷５４により負荷１７ｃが構成されている。すなわち、直流／交流電力変換装置５１と直流／直流電力変換装置５３とを直流配電線１５側で並列に接続し、直流／交流電力変換装置５１を介して交流負荷５２に交流を給電し、かつ直流／直流電力変換装置５３を介して直流負荷５４に直流を給電する回路により負荷１７ｃが構成されている。
【００３４】
このような負荷１７ｃを有する分散給電ネットワークにおいては、交流負荷５２および直流負荷５４の両方に電力を供給することができるから、現在の交流中心の給電系にも充分対応可能であり、同時に直流負荷５４にも給電することができる。
【００３５】
図１０は本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、逆変換電力装置１４に逆変換電力装置１４の通過電力すなわち商用交流電力系統１１から直流配電線１５に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置６１が設けられ、変換制御装置１８に補充電力検出装置６１により検出された補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ補充電力が所定値を越えたと判断したとき充放電制御装置４３に起動信号を出力する判断装置６２が設けられている。
【００３６】
この分散給電ネットワークにおいては、補充電力検出装置６１により検出された補充電力が所定値を越えたときには、判断装置６２が蓄電装置４４に接続された充放電制御装置４３に起動信号を出力し、起動信号により蓄電装置４４は直ちに直流配電線１５に分散電源装置１６ｂの直流発電装置４１と協力して直流電力を送出する。このため、直流配電線ネットワークの直流電力消費量が一時的に上昇したときにも、補充電力が所定値を超えるのを防止することができるから、商用交流電力系統１１を有する電力会社との補充電力の契約量を超えるのを防止することができ、また逆変換電力装置１４の定格出力を超えるのを防止することができるので、逆変換電力装置１４を保護することができる。
【００３７】
図１１は参考例の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、直流配電線１５に負荷１７と並列に複数のコンデンサ７１が接続されている。
【００３８】
この分散給電ネットワークにおいては、直流配電線システムの給電系はＬＲＣの回路を構成するから、条件によっては発振するおそれがあるが、直流配電線１５にコンデンサ７１を接続しているので、直流配電線システムの給電系が発振するのを防止することができる。
【００３９】
なお、上述実施の形態においては、双方向逆変換電力装置として逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とが並列に接続された並列接続回路を用いたが、双方向逆変換電力装置として直流／交流電力変換機能および交流／直流電力変換機能を有する逆変換電力装置を用いてもよく、この場合には双方向逆変換電力装置をコンパクト化することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る分散給電ネットワークにおいては、商用交流電力系統に悪影響を与えることがなく、かつ直流配電線に分散電源装置を接続するから、各分散電源装置に対応して直流／交流電力変換装置を設ける必要がなく、しかも分散電源装置を力率、位相を考慮した構成とする必要がないので、構成が簡単になる。
【００４１】
また、分散電源装置の発生電力から負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、変換制御装置に余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、変換制御装置に積算余剰不足電力に応じた動作信号を双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設けたときには、電力潮流の制御を正確に行なうことができる。
【００４２】
また、演算装置により各余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、合計余剰電力に基づいて各分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を変換制御装置に設けたときには、直流配電線ネットワーク内の電力利用料金を減少することができる。
【００４３】
また、分散電源装置として、直流発電装置と直流／直流電力変換装置との直列回路を用いたときには、直流発電装置の出力電圧が出力電流により変動したとしても、直流配電線の電圧を安定化することができる。
【００４４】
また、分散電源装置として、充放電制御装置および蓄電装置を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置とを並列に接続した回路に直流／直流電力変換装置を接続した回路を用いたときには、蓄電装置により電力平準化を行なうことができ、また急激な負荷変動に対応することができるので、分散電源装置の信頼度を高くすることができる。
【００４５】
また、負荷として、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路を用いたときには、直流／交流電力変換装置は商用交流電力系統と連系する必要がないから、構成は非常に簡単である。
【００４６】
また、負荷として、直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路を用いたときには、直流負荷の必要な電圧が直流配電線の電圧と異なる場合にも、直流負荷を作動させることができる。
【００４７】
また、負荷として、直流／交流電力変換装置と直流／直流電力変換装置とを直流配電線側で並列に接続し、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路を用いたときには、交流負荷および直流負荷の両方に電力を供給することができるから、交流中心の給電系にも充分対応可能であり、同時に直流負荷にも給電することができる。
【００４８】
また、分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、双方向逆変換電力装置に商用交流電力系統から直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、変換制御装置に補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ補充電力が所定値を越えたと判断したとき充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けたときには、直流配電線ネットワークの直流電力消費量が一時的に上昇したときにも、補充電力が所定値を超えるのを防止することができ、また逆変換電力装置の定格出力を超えるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例の分散給電ネットワークを示す図である。
【図２】 本発明に係る分散給電ネットワークを示す図である。
【図３】本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。
【図４】図３に示した分散給電ネットワークおける動作の説明図である。
【図５】本発明に係る分散給電ネットワークの分散電源装置の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係る分散給電ネットワークの他の分散電源装置の構成例を示す図である。
【図７】本発明に係る分散給電ネットワークの負荷の構成例を示す図である。
【図８】本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。
【図９】本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。
【図１０】本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。
【図１１】 参考例の分散給電ネットワークを示す図である。
【図１２】従来の分散給電ネットワークを示す図である。
【符号の説明】
１１…商用交流電力系統
１２…系統保護装置
１３…第１の逆変換電力装置
１４…第２の逆変換電力装置
１５…直流配電線
１６…分散電源装置
１７…負荷
１８…変換制御装置
２１…余剰不足電力検出装置
２２…演算装置
２３…動作信号送出装置
３１…発電制御装置
４１…直流発電装置
４２…直流／直流電力変換装置
４３…充放電制御装置
４４…蓄電装置
５１…直流／交流電力変換装置
５２…交流負荷
５３…直流／直流電力変換装置
５４…直流負荷
６１…補充電力検出装置
６２…判断装置
７１…コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、商用交流電力系統と太陽電池や燃料電池等の直流発電装置を有する分散電源装置とを連係し、エネルギーの有効利用（コジェネレーションや自然エネルギーの利用など）を図ることが活発に行なわれており、この場合には分散電源装置は需要地内に設置されるから、長距離送電が不要である。このような分散給電ネットワークの検討結果は例えば「解説：電力系統技術要件ガイドライン‘９８（資源エネルギー庁編）」にまとめられており、直流発電装置は直流／交流電力変換装置を介して交流系統に接続されるように記載されている。
【０００３】
図１２は従来の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、商用交流電力系統１に系統保護装置２を介して複数の交流配電線３が接続され、交流配電線３に負荷６および直流／交流電力変換装置（直流／交流インバータ）５を介して直流発電装置４が接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この分散給電ネットワークにおいては、直流発電装置４は交流配電線３に直接接続できないので、直流発電装置４は直流／交流電力変換装置５を介して交流配電線３に接続されるが、各直流発電装置４に対応して直流／交流電力変換装置５を設ける必要があるから、構成が複雑となり、多数の直流発電装置４が設けられている場合には、多数の直流／交流電力変換装置５を設ける必要があるので、設置コストが高価になる。また、直流／交流電力変換装置５を交流配電線３に接続する場合には、突入電流を防止するため、直流／交流電力変換装置５の交流出力の位相と交流配電線３の位相とを合わせ、交流出力の大きさもそろえる必要がある。仮に、直流発電装置４の出力電圧が低すぎて、交流出力の大きさを満足しない場合には、直流発電装置４に直流を昇圧する直流／直流電力変換装置を必要とする場合もある。たとえば、先ほど示した「解説：電力系統技術要件ガイドライン‘９８」には、一例として直流／交流電力変換装置における逆潮流ありの場合すなわち自家発電設備の設置者の構内から交流電力系統側へ向かう電力の流れを許す場合には、電圧上昇防止のため、受電点における力率が原則８５％以上で、交流電力系統から見て進み力率にならないことと記載されている。このように、従来の交流給電線３を有する分散給電ネットワークに直流発電装置４を接続するためには、商用交流電力系統１の従来の需要者に悪影響を与えないように厳しい制限を設ける必要がある。このため、交流給電線３に直流発電装置４を接続する場合には、直流発電装置４、直流／交流電力変換装置５を力率、位相等を考慮した構成とする必要があるから、直流発電装置４、直流／交流電力変換装置５の構成が複雑になるので、設置コストが高価になる。また、長距離の交流配電線３を引き回すので、交流配電線３から電磁波が発生し、その影響によって妨害交流電圧や電源周波数の整数倍の高調波が発生する可能性がある。
【０００５】
このように、直流発電装置４の出力電力を直流／交流電力変換装置５で変換して交流配電線３に連系する方式は、電力給電のほとんどが交流で行なわれている場合においては、有効である。しかしながら、我々の周りを見渡した場合、本当に交流電力が必要なのは回転機を使用した洗濯機、冷蔵庫、エアーコンディショナ、換気扇などに限られ、多くの電子機器が交流を直流に変換して使用している。それにも係わらず、配電線のネットワークを交流系で構成する場合には、商用交流電力系統１に悪影響を与えることがないように、個々の直流発電装置４と協調動作を取る必要があって、保護装置が多数必要になり、また交流配電線３から発生する電磁波を減少するための技術が必要になり、直流発電装置４が逆潮流を行なう場合には、直流発電装置４毎に設置される直流／交流電力変換装置５毎に逆潮流装置を設置する必要があり、構成が複雑となる。
【０００６】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、商用交流電力系統に悪影響を与えることがなく、かつ構成が簡単である分散給電ネットワークを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明においては、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設ける。
【０００８】
ここで、双方向逆変換電力装置としては、直流／交流電力変換を行なう逆変換電力装置と交流／直流電力変換を行なう逆変換電力装置とが並列に接続された並列接続回路、直流／交流電力変換機能および交流／直流電力変換機能を有する逆変換電力装置等を用いることができる。
【００１０】
この場合、上記演算装置により各上記余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、上記合計余剰電力に基づいて各上記分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を上記変換制御装置に設けてもよい。
【００１１】
また、上記分散電源装置として、直流発電装置と直流／直流電力変換装置との直列回路、充放電制御装置および蓄電装置を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置とを並列に接続した回路に直流／直流電力変換装置を接続した回路のいずれかを用いてもよい。
【００１２】
また、上記負荷として、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路、直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路、直流／交流電力変換装置と直流／直流電力変換装置とを上記直流配電線側で並列に接続し、上記直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ上記直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路のいずれかを用いてもよい。
【００１３】
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設ける。
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けてもよい。
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設け、上記演算装置により各上記余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、上記合計余剰電力に基づいて各上記分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を上記変換制御装置に設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けてもよい。
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記負荷として、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路、直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路、直流／交流電力変換装置と直流／直流電力変換装置とを上記直流配電線側で並列に接続し、上記直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ上記 直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路のいずれかを用い、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設ける。
【００１５】
図１は参考例の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、商用交流電力系統１１に系統保護装置１２が接続され、系統保護装置１２に直流／交流電力変換を行なう第１の逆変換電力装置１３の交流側および交流／直流電力変換を行なう第２の逆変換電力装置１４の交流側が接続され、逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とが並列（逆並列）に接続されており、逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とにより並列接続回路（逆並列装置）が構成されている。すなわち、系統保護装置１２に直列に逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とから構成された並列接続回路の交流側が接続されている。また、逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とが並列に接続された並列接続回路の直流側に１以上の直流配電線１５から構成される直流配電線ネットワークが接続され、直流配電線１５に直流発電装置を有する複数の分散電源装置１６および複数の負荷１７が接続され、分散電源装置１６と負荷１７とが並列に接続され、一対の分散電源装置１６、負荷１７が個人住宅、集合住宅、学校、オフィスなどに設置されている。そして、直流配電線１５、分散電源装置１６、負荷１７により直流配電線システムが構成されている。また、逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とを制御する変換制御装置（共通制御部）１８が設けられ、分散電源装置１６と変換制御装置１８とは電気ケーブル、光ケーブル、無線などの双方向に信号が伝送できる信号伝送手段によって接続されている。そして、分散電源装置１６は識別番号、最適出力電力、動作・停止状態、出力電圧、出力電力、温度などの状態情報を常に記憶する記憶装置を有し、状態情報を状態通知信号として変換制御装置１８に送出する送出装置を有している。また、変換制御装置１８は一定時間ごとに各分散電源装置１６をスキャンし、各分散電源装置１６から送出された状態通知信号を記憶する記憶装置（データベース）を有するとともに、各分散電源装置１６の出力電力を積算する電力積算装置を有する。
【００１６】
この分散給電ネットワークにおいては、たとえば特定の分散電源装置１６の点検を行なう場合や特定の分散電源装置１６が故障した場合のように、特定の分散電源装置１６を停止する場合には、停止する分散電源装置１６はその識別番号、出力電力を変換制御装置１８に通知する。この場合、各分散電源装置１６の最適出力電力以内で特定の分散電源装置１６を動作する必要があるから、変換制御装置１８は停止する分散電源装置１６以外の各分散電源装置１６の出力電力情報を収集して積算し、変換制御装置１８が停止した分散電源装置１６の出力状態を検知し、逆変換電力装置１４を動作させて商用交流電力系統１１から直流配電線システムに電力を補充する。そして、停止していた分散電源装置１６が回復した場合には、変換制御装置１８は逆変換電力装置１４に動作停止信号を送出し、商用交流電力系統１１から直流配電線システムへの電力の補充を停止する。また、変換制御装置１８は逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とを制御して、逆潮流ありの状態で動作する。したがって、逆変換電力装置１３は従来と同様に商用交流電力系統１１側と同期を取り、商用交流電力系統１１側とフィルタを通す前の位相差を調整し、交流電力の大きさと流れる方向を調整する。また、系統保護装置１２により商用交流電力系統１１側の安全性を確保することができる。また、直流配電線１５に接続された分散電源装置１６どうしは直流配電線ネットワークを介して電力の授受を行ない、できるだけ商用交流電力系統１１から電力を購入することのないように自律的に動作する。
【００１７】
このような分散給電ネットワークにおいては、商用交流電力系統に悪影響を与えることがなく、しかも直流配電線１５に分散電源装置１６を接続するから、各分散電源装置１６に対応して直流／交流電力変換装置を設ける必要がないので、構成が簡単になり、多数の分散電源装置１６が設けられている場合にも、多数の直流／交流電力変換装置を設ける必要がないため、設置コストが安価になる。また、直流給電線１５に分散電源装置１６を接続するから、分散電源装置１６を力率、位相を考慮した構成とする必要がないので、分散電源装置１６の構成が簡単になる。また、長距離の直流給電線１５を引き回したとしても、直流給電線１５から電磁波が発生することがないから、電磁波の影響によって妨害交流電圧や電源周波数の整数倍の高調波が発生することがない。
【００１８】
図２は本発明に係る分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、直流配電線１５と一対の分散電源装置１６、負荷１７との間に余剰不足電力検出装置２１が接続され、余剰不足電力検出装置２１は分散電源装置１６の発生電力から負荷１７の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する。また、変換制御装置１８に演算装置２２、動作信号送出装置２３が設けられ、演算装置２２は各余剰不足電力検出装置２１により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算し、動作信号送出装置２３は積算余剰不足電力に応じた動作信号を逆変換電力装置１３、１４に送出する。すなわち、演算装置２２は直流配電線ネットワーク内で電力が余っているのか不足しているのかを判定し、演算装置２２が直流配電線ネットワーク内で電力が余っていると判定したときには、動作信号送出装置２３は逆変換電力装置１３を動作させて、直流配電線ネットワークから商用交流電力系統１１に電力を送出し、演算装置２２が直流配電線ネットワーク内で電力が不足していると判定したときには、動作信号送出装置２３は逆変換電力装置１４を動作させて、商用交流電力系統１１から直流配電線システムに電力を補充する。なお、余剰不足電力検出装置２１の出力はアナログである必要はなく、デジタル変換して送出し、演算装置２２においてもデジタル演算処理をすることができる。
【００１９】
この分散給電ネットワークにおいては、直流配電線ネットワーク内で電力が余っているときには、直流配電線ネットワークから商用交流電力系統１１に電力が送出され、直流配電線ネットワーク内で電力が不足しているときには、商用交流電力系統１１から直流配電線システムに電力が補充されるから、電力潮流の制御を正確に行なうことができる。また、余剰不足電力検出装置２１の検出値をもとにして直流配電線ネットワークの余剰電力、不足電力を検出するから、各分散電源装置１６や負荷１７の容量を正確に把握していなくても、電力潮流の制御を行なうことができる。また、余剰不足電力検出装置２１は直流の分散電源装置１６の電圧と余剰不足電力検出装置２１に流れる電流から余剰不足電力を求めることができるから、余剰不足電力を精度よく計測することができる。また、各分散電源装置１６を家庭やビルに設置された別々の需要家と見なした場合に、商用交流電力系統１１から購入した電力料金をどのように分配するかが問題になる場合があるが、変換制御装置１８に各分散電源装置１６に対応した余剰不足電力（消費電力）を記憶する記憶装置（データベース）を設け、各分散電源装置１６に対応した余剰不足電力に応じて電力料金を分配すれば、ある程度公平な集金が可能になる。
【００２０】
図３は本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、変換制御装置１８に発電制御装置（発電制御部）３１が設けられ、発電制御装置３１は演算装置２２、各分散電源装置１６に接続され、発電制御装置３１は演算装置２２の判定結果に基づいて各分散電源装置１６の出力電力を制御する。すなわち、演算装置２２は各余剰不足電力検出装置２１によって検出された余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、演算装置２２が合計余剰電力が第１の特定値以下であると判断したときには、発電制御装置３１は分散電源装置１６の出力電力を増加し、演算装置２２が合計余剰電力が第２の特定値以上であると判断したときには、発電制御装置３１は分散電源装置１６の出力電力を減少する。なお、各分散電源装置１６の出力電力を増減させる方法として、例えば分散電源装置１６が固体高分子型の燃料電池の場合には、流入ガスの量を増加、減少する装置を分散電源装置１６に設ける方法が考えられる。また、固体高分子型の燃料電池の場合には、作動温度が８０℃程度と低いので、燃料の増減に対して出力電力はかなり高速に応答可能である。
【００２１】
つぎに、図４により図３に示した分散給電ネットワークおける動作を説明する。まず、余剰不足電力検出装置２１が余剰不足電力を検出し、演算装置２２が合計余剰電力を演算し、演算装置２２が合計余剰電力が第１の特定値以下であると判断したときには、発電制御装置３１が分散電源装置１６の出力電力を増加し、演算装置２２が合計余剰電力が第２の特定値以上であると判断したときには、発電制御装置３１が分散電源装置１６の出力電力を減少する。なお、演算装置２２の合計余剰電力の演算はタイムインターバルをおいて行なうことが適切であり、分散電源装置１６の出力電力を最大に増加しても直流配電線システムの全消費電力に足りない場合には、逆変換電力装置１４を作動させて、商用交流電力系統１１からの援助を求める。
【００２２】
この分散給電ネットワークにおいては、演算装置２２内に各分散電源装置１６の識別番号と直流発電装置の単位出力当たりの価格すなわち発電単価とを記憶する記憶装置を設け、演算装置２２から発電単価の安い直流発電装置を有する分散電源装置１６から出力電力の増加を図るように発電制御装置３１に通知し、演算装置２２から発電単位の高い直流発電装置を有する分散電源装置１６から出力電力の減少を図るように発電制御装置３１に通知するよう構成すれば、直流配電線ネットワーク内の電力利用料金を減少することができる。
【００２３】
図５は本発明に係る分散給電ネットワークの分散電源装置の構成例を示す図である。図に示すように、直流発電装置４１に直流／直流電力変換装置４２が直列に接続され、直流発電装置４１、直流／直流電力変換装置４２により分散電源装置１６ａが構成されている。すなわち、直流発電装置４１と直流／直流電力変換装置４２との直列回路により分散電源装置１６ａが構成されている。
【００２４】
この分散電源装置においては、直流発電装置４１の出力電圧が出力電流により変動したとしても、直流／直流電力変換装置４２により直流配電線１５の電圧を安定化することができる。なお、直流発電装置４１としては、現在、燃料電池や太陽電池が主力であり、数百Ｗから１００ｋＷを超える選択範囲の広い装置が使用可能である。
【００２５】
図６は本発明に係る分散給電ネットワークの他の分散電源装置の構成例を示す図である。図に示すように、直流発電装置４１に直流／直流電力変換装置４２が直列に接続され、直流発電装置４１と並列に直列接続の充放電制御装置４３と蓄電装置４４とから構成されるエネルギー蓄積装置が接続され、直流発電装置４１、直流／直流電力変換装置４２、充放電制御装置４３、蓄電装置４４により分散電源装置１６ｂが構成されている。すなわち、充放電制御装置４３および蓄電装置４４を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置４１とを並列に接続した回路に直流／直流電力変換装置４２を接続した回路により分散電源装置１６ｂが構成されている。そして、蓄電装置４４は鉛蓄電池、Ｎｉ−ＭＨ電池、リチウム電池等の化学的な反応を利用したセル、あるいは電気二重層キャパシタなどの電気部品を用いて構成される。また、エネルギー蓄積装置の充放電制御装置４３は蓄電装置４４を充電し、必要に応じて放電させる。
【００２６】
この分散電源装置においては、エネルギー蓄積装置が直流発電装置４１の出力電力の一部を蓄積しておき、非常時には放出するから、蓄電装置４４を有する分散電源装置１６ｂは無停電電源であり、また蓄電装置４４により電力平準化を行なうことができ、また急激な負荷変動に対応することができるので、分散電源装置１６ｂの信頼度は高い。
【００２７】
なお、特に蓄電装置４４が化学的な反応を利用したセルの場合には、満充電や最大放電量の検出が難しく、製造メーカにより多くのノウハウ（例えば満充電を電池電圧のピーク値や温度上昇率で検出する方法や、最大放電量をガスゲージにより測定するがこの値を自己放電量、温度および経年変化で修正する方法）がある。
【００２８】
図７は本発明に係る分散給電ネットワークの負荷の構成例を示す図である。図に示すように、直流配電線１５に直流を交流に変換する直流／交流電力変換装置（インバータ）５１が接続され、直流／交流電力変換装置５１に交流負荷５２が直列に接続され、直流／交流電力変換装置５１、交流負荷５２により負荷１７ａが構成されている。すなわち、直流／交流電力変換装置５１を介して交流負荷５２に交流を給電する回路により負荷１７ａが構成されている。
【００２９】
このような負荷１７ａを有する分散給電ネットワークにおいては、直流／交流電力変換装置５１は商用交流電力系統１１と連系する必要がないから、構成は非常に簡単である。
【００３０】
図８は本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。図に示すように、直流配電線１５に直流を直流に変換する直流／直流電力変換装置（コンバータ）５３が接続され、直流／直流電力変換装置５３に直流負荷５４が直列に接続され、直流／直流電力変換装置５３、直流負荷５４により負荷１７ｂが構成されている。すなわち、直流／直流電力変換装置５３を介して直流負荷５４に直流を給電する回路により負荷１７ｂが構成されている。
【００３１】
このような負荷１７ｂを有する分散給電ネットワークにおいては、直流負荷５４の必要な電圧が直流配電線１５の電圧と異なる場合にも、直流負荷５４を作動させることができる。
【００３２】
なお、直流負荷５４の必要な電圧が直流配電線１５の電圧とが同じであれば直流／直流電力変換装置５３は省略することができる。
【００３３】
図９は本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。図に示すように、直流配電線１５に直流／交流電力変換装置５１および直流／直流電力変換装置５３が接続され、直流／交流電力変換装置５１と直流／直流電力変換装置５３とが並列に接続され、直流／交流電力変換装置５１に交流負荷５２が直列に接続され、直流／直流電力変換装置５３に直流負荷５４が直列に接続され、直流／交流電力変換装置５１、交流負荷５２、直流／直流電力変換装置５３、直流負荷５４により負荷１７ｃが構成されている。すなわち、直流／交流電力変換装置５１と直流／直流電力変換装置５３とを直流配電線１５側で並列に接続し、直流／交流電力変換装置５１を介して交流負荷５２に交流を給電し、かつ直流／直流電力変換装置５３を介して直流負荷５４に直流を給電する回路により負荷１７ｃが構成されている。
【００３４】
このような負荷１７ｃを有する分散給電ネットワークにおいては、交流負荷５２および直流負荷５４の両方に電力を供給することができるから、現在の交流中心の給電系にも充分対応可能であり、同時に直流負荷５４にも給電することができる。
【００３５】
図１０は本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、逆変換電力装置１４に逆変換電力装置１４の通過電力すなわち商用交流電力系統１１から直流配電線１５に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置６１が設けられ、変換制御装置１８に補充電力検出装置６１により検出された補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ補充電力が所定値を越えたと判断したとき充放電制御装置４３に起動信号を出力する判断装置６２が設けられている。
【００３６】
この分散給電ネットワークにおいては、補充電力検出装置６１により検出された補充電力が所定値を越えたときには、判断装置６２が蓄電装置４４に接続された充放電制御装置４３に起動信号を出力し、起動信号により蓄電装置４４は直ちに直流配電線１５に分散電源装置１６ｂの直流発電装置４１と協力して直流電力を送出する。このため、直流配電線ネットワークの直流電力消費量が一時的に上昇したときにも、補充電力が所定値を超えるのを防止することができるから、商用交流電力系統１１を有する電力会社との補充電力の契約量を超えるのを防止することができ、また逆変換電力装置１４の定格出力を超えるのを防止することができるので、逆変換電力装置１４を保護することができる。
【００３７】
図１１は参考例の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、直流配電線１５に負荷１７と並列に複数のコンデンサ７１が接続されている。
【００３８】
この分散給電ネットワークにおいては、直流配電線システムの給電系はＬＲＣの回路を構成するから、条件によっては発振するおそれがあるが、直流配電線１５にコンデンサ７１を接続しているので、直流配電線システムの給電系が発振するのを防止することができる。
【００３９】
なお、上述実施の形態においては、双方向逆変換電力装置として逆変換電力装置１３と逆変換電力装置１４とが並列に接続された並列接続回路を用いたが、双方向逆変換電力装置として直流／交流電力変換機能および交流／直流電力変換機能を有する逆変換電力装置を用いてもよく、この場合には双方向逆変換電力装置をコンパクト化することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る分散給電ネットワークにおいては、商用交流電力系統に悪影響を与えることがなく、かつ直流配電線に分散電源装置を接続するから、各分散電源装置に対応して直流／交流電力変換装置を設ける必要がなく、しかも分散電源装置を力率、位相を考慮した構成とする必要がないので、構成が簡単になる。
【００４１】
また、分散電源装置の発生電力から負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、変換制御装置に余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、変換制御装置に積算余剰不足電力に応じた動作信号を双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設けたときには、電力潮流の制御を正確に行なうことができる。
【００４２】
また、演算装置により各余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、合計余剰電力に基づいて各分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を変換制御装置に設けたときには、直流配電線ネットワーク内の電力利用料金を減少することができる。
【００４３】
また、分散電源装置として、直流発電装置と直流／直流電力変換装置との直列回路を用いたときには、直流発電装置の出力電圧が出力電流により変動したとしても、直流配電線の電圧を安定化することができる。
【００４４】
また、分散電源装置として、充放電制御装置および蓄電装置を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置とを並列に接続した回路に直流／直流電力変換装置を接続した回路を用いたときには、蓄電装置により電力平準化を行なうことができ、また急激な負荷変動に対応することができるので、分散電源装置の信頼度を高くすることができる。
【００４５】
また、負荷として、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路を用いたときには、直流／交流電力変換装置は商用交流電力系統と連系する必要がないから、構成は非常に簡単である。
【００４６】
また、負荷として、直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路を用いたときには、直流負荷の必要な電圧が直流配電線の電圧と異なる場合にも、直流負荷を作動させることができる。
【００４７】
また、負荷として、直流／交流電力変換装置と直流／直流電力変換装置とを直流配電線側で並列に接続し、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路を用いたときには、交流負荷および直流負荷の両方に電力を供給することができるから、交流中心の給電系にも充分対応可能であり、同時に直流負荷にも給電することができる。
【００４８】
また、分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、双方向逆変換電力装置に商用交流電力系統から直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、変換制御装置に補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ補充電力が所定値を越えたと判断したとき充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けたときには、直流配電線ネットワークの直流電力消費量が一時的に上昇したときにも、補充電力が所定値を超えるのを防止することができ、また逆変換電力装置の定格出力を超えるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例の分散給電ネットワークを示す図である。
【図２】 本発明に係る分散給電ネットワークを示す図である。
【図３】本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。
【図４】図３に示した分散給電ネットワークおける動作の説明図である。
【図５】本発明に係る分散給電ネットワークの分散電源装置の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係る分散給電ネットワークの他の分散電源装置の構成例を示す図である。
【図７】本発明に係る分散給電ネットワークの負荷の構成例を示す図である。
【図８】本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。
【図９】本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。
【図１０】本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。
【図１１】 参考例の分散給電ネットワークを示す図である。
【図１２】従来の分散給電ネットワークを示す図である。
【符号の説明】
１１…商用交流電力系統
１２…系統保護装置
１３…第１の逆変換電力装置
１４…第２の逆変換電力装置
１５…直流配電線
１６…分散電源装置
１７…負荷
１８…変換制御装置
２１…余剰不足電力検出装置
２２…演算装置
２３…動作信号送出装置
３１…発電制御装置
４１…直流発電装置
４２…直流／直流電力変換装置
４３…充放電制御装置
４４…蓄電装置
５１…直流／交流電力変換装置
５２…交流負荷
５３…直流／直流電力変換装置
５４…直流負荷
６１…補充電力検出装置
６２…判断装置
７１…コンデンサ
Claims (7)
- 系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設けたことを特徴とする分散給電ネットワーク。
- 上記演算装置により各上記余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、上記合計余剰電力に基づいて各上記分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を上記変換制御装置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の分散給電ネットワーク。
- 上記分散電源装置として、直流発電装置と直流／直流電力変換装置との直列回路、充放電制御装置および蓄電装置を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置とを並列に接続した回路に直流／直流電力変換装置を接続した回路のいずれかを用いたことを特徴とする請求項１に記載の分散給電ネットワーク。
- 上記負荷として、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路、直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路、直流／交流電力変換装置と直流／直流電力変換装置とを上記直流配電線側で並列に接続し、上記直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ上記直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路のいずれかを用いたことを特徴とする請求項１に記載の分散給電ネットワーク。
- 系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けたことを特徴とする分散給電ネットワーク。
- 上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の分散給電ネットワーク。
- 系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流／交流電力変換および交流／直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記負荷として、直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路、直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路、直流／交流電力変換装置と直流／直流電力変換装置とを上記直流配電線側で並列に接続し、上記直流／交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ上記直流／直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路のいずれかを用い、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けたことを特徴とする分散給電ネットワーク。
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