JP6390315B2 - エネルギー管理システム - Google Patents

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Description

本発明は、エネルギー管理システムに関する。
エネルギー管理システムの一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。エネルギー管理システムにおいては、特許文献1の図1,2に示すように、ホームサーバ5を住宅内に設置することによってホームエネルギーマネジメントシステム(以下、HEMS)が構築されている。HEMSでは、上記のホームサーバ5が住宅内に設置された各種センサと宅内ネットワークを通じて通信することにより、住宅内の負荷状況に関するデータを収集することが可能である。このホームサーバ5は、住宅内の電力消費機器のみならず、上述した太陽光発電ユニットコントローラ11、蓄電装置コントローラ21及び燃料電池装置コントローラ31の各々と宅内ネットワークを介して通信することが可能である。系統電源1からの電力供給が中断して停電になると、ホームサーバ5は、上記の停電検出センサ6から発信された停電信号を受信する。
特開2014−007842号公報
上述した特許文献1に記載のエネルギー管理システムにおいては、ホームサーバ5は停電時も動作する必要があり、その動作に必要な電力を補うため、HEMSを構成する太陽光発電、燃料電池からの発電出力が使用される。その結果、停電時にホームサーバ5に必要な電力分だけ発電が必要となるため、その分コスト高やエネルギー効率の悪化を招くという問題があった。
そこで、本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、エネルギー管理システムにおいて、コスト高やエネルギー効率の悪化を招くことなく、停電に際して適切な運転を行うことを目的とする。
上記の課題を解決するため、請求項1に係るエネルギー管理システムは、系統電源と、系統電源に主電線を介して電気的に接続されている外部負荷と、電力を供給する電力供給装置を備え、電力供給装置からの電力を、系統電源と連系している連系状態で供給する連系電力供給と、系統電源と独立して供給する自立電力供給とのうちいずれかの方式で供給可能に構成されている1以上の分散型電源と、外部負荷および1以上の分散型電源と互いに通信可能に接続され、外部負荷および1以上の分散型電源のエネルギーを統括して管理するエネルギー管理制御装置と、主電線に設けられ、制御入力がない通常の場合、分散型電源と外部負荷とを直接接続する第一接続状態に切り替えられ、制御入力がある場合、系統電源と外部負荷とを接続する第二接続状態に切り替えられる切替装置であって、系統電源が異常である場合、制御入力はなく、系統電源が正常である場合、制御入力がある切替装置と、を備えているエネルギー管理システムであって、エネルギー管理制御装置は、エネルギー管理制御装置の電源電圧が系統電源のみから直接供給される構成となっており、系統電源からの電力が停止されている場合、エネルギー管理制御装置の動作が停止するとともに、系統電源からの電力が供給されている場合、分散型電源と互いに通信可能である。
これによれば、系統電源が異常(例えば停電)となった場合、系統電源からの電力が停止され、エネルギー管理制御装置の動作が停止する。よって、停電中においては、エネルギー管理制御装置の動作に必要な電力は不要となる。一方、系統電源が復電した場合、系統電源からの電力が供給されている場合、エネルギー管理制御装置の動作が回復し、分散型電源と互いに通信可能となる。したがって、エネルギー管理システムは、コスト高やエネルギー効率の悪化を招くことなく、停電に際して適切な運転を行うことができる。
さらに、停電に伴って分散型電源が自立電力供給している場合であっても、切替装置は、分散型電源からの自立発電電力を、外部負荷のみに供給し、系統電源側に供給することを確実に抑制することができる。ひいては、エネルギー管理システムは、エネルギー管理制御装置に自立発電電力を供給することを確実に抑制することができる。よって、エネルギー管理制御装置の動作の停止が確実に維持される。
本発明の一実施形態におけるエネルギー管理システムの概要図である。 図1に示すエネルギー管理システムの通常運転を説明するための図である。 図1に示すエネルギー管理システムの停電中の作動を説明するための図である。 図1に示すエネルギー管理システムの復電時の作動を説明するための図である。
以下、本発明によるエネルギー管理システムの一実施形態について図1に示すエネルギー管理システム概要図に基づいて説明する。エネルギー管理システム10は、系統電源11、外部負荷12、主電線13、エネルギー管理制御装置14、分散型電源15および切替装置16を備えている。
系統電源11は、外部負荷12に主電線13を介して電気的に接続されており、外部負荷12に電力(交流電力)を供給している。外部負荷12は、分散型電源15とは別体に配設されている電力負荷であり、例えば家庭内に配設されているテレビなどの家電製品である。
エネルギー管理制御装置14は、外部負荷12および1以上の分散型電源15と互いに通信可能に接続され、外部負荷12および1以上の分散型電源15のエネルギーを統括して管理する。エネルギー管理制御装置14は、制御装置14a、電力変換装置14bおよび報知部14dを備えている。制御装置14aは、外部負荷12の制御装置(図示省略)および1以上の分散型電源15の制御装置15dと互いに通信可能に接続されている。制御装置14aは、切替装置16と電気的に接続されている。
電力変換装置14bは、第一接続用電線14cを介して主電線13の第一接続点13aに接続されている。電力変換装置14bは、系統電源11からの電力(交流電力)を制御装置14aの電源電圧(直流電圧)に変換して制御装置14aに供給する。このように、エネルギー管理制御装置14は、エネルギー管理制御装置14の電源電圧が系統電源11のみから直接供給される構成となっている。よって、エネルギー管理制御装置14は、系統電源11からの電力が停止されている場合、エネルギー管理制御装置14の動作が停止する。エネルギー管理制御装置14は、系統電源11からの電力が供給されている場合、エネルギー管理制御装置14の動作が可能であるため、分散型電源15と互いに通信可能である。
さらに、エネルギー管理制御装置14は、系統電源11の復電時に、分散型電源15から系統電源11の停電および復電に関する停電・復電情報を取得する。エネルギー管理制御装置14は、系統電源11の復電時に、取得した停電・復電情報を外部負荷12に送信する。外部負荷12は、取得した停電・復電情報に基づいて停止していた動作を開始するように制御するのが好ましい。
また、エネルギー管理制御装置14は、系統電源11の復電時に、取得した停電・復電情報を報知部14dに報知させるように制御してもよい。この場合、停電・復電情報は、報知部14dに報知されることにより、ユーザに報知される。報知部14dは、表示装置、音声出力器などで構成されている。
分散型電源15は、主電線13の第二接続点13bに接続されている。分散型電源15は、第一接続点13aより下流側(外部負荷12側)に接続されている。本実施形態のエネルギー管理システム10は、1つの分散型電源を含んで構成されているが、エネルギー管理システム10は、2つ以上の分散型電源を含んで構成されるようにしてもよい。また、エネルギー管理システム10は、逆潮が禁止されている分散型電源を含んで構成されているものが好適である。逆潮が禁止されている分散型電源は、化石燃料を利用する発電装置、例えば、電力供給装置15aが燃料電池発電装置、ガスエンジン方式発電装置、ガスタービン方式発電装置などを有する分散型電源である。なお、逆潮が禁止されていない分散型電源は、自然環境の中で繰り返し起こる現象から作り出すエネルギーである再生可能なエネルギー(例えば太陽光、水力、風力など)を使用した分散型電源である。
分散型電源15は、電力供給装置15a、電力変換装置15b、分散型電源内切替装置15c、制御装置15d、第一接続用電線15e、連系電力用電線15fおよび自立電力用電線15gを備えている。
電力供給装置15aは、電力(直流電力、交流電力)を発生させ供給する装置(電力供給装置)である。電力供給装置は、例えば太陽光発電装置(蓄電池とセットである)、燃料電池発電装置、ガスエンジン方式発電装置、ガスタービン方式発電装置などがある。本実施形態では、電力供給装置15aは燃料電池発電装置である。なお、電力供給装置15aは、ガスエンジン方式発電装置、ガスタービン方式発電装置でもよく、太陽光発電装置(蓄電池とセットである)でもよい。
電力変換装置15bは、電力供給装置15aから供給された電力を変換して主電線13に出力する装置である。電力変換装置15bは、電力供給装置15aから供給された直流電力を交流電力に変換したり、電力供給装置15aから供給された交流電力を昇圧・降圧したりする。
分散型電源内切替装置15cは、第一端子15c1と第二端子15c2とを接続する第一接続状態(図1参照)と、第一端子15c1と第三端子15c3とを接続する第二接続状態(図3参照)とに制御装置15dからの指示によって選択的に切り替えられる。分散型電源内切替装置15cは、制御装置15dからの連系指示により第一接続状態とされ(連系状態)、制御装置15dからの解列指示により第二接続状態とされる(解列状態、自立状態)。
第一端子15c1は、第一接続用電線15eの一端が接続される。第一接続用電線15eの他端は、電力変換装置15bに接続されている。第二端子15c2は、連系電力用電線15fの一端が接続されている。連系電力用電線15fの他端は、主電線13に第二接続点13bに接続されている。第三端子15c3は、自立電力用電線15gの一端が接続されている。自立電力用電線15gの他端は、切替装置16の第三端子16cに接続されている。
制御装置15dは、電力供給装置15a、電力変換装置15b、および分散型電源内切替装置15cを統括して制御するものである。制御装置15dは、エネルギー管理制御装置14の制御装置14aとの間の通信状態に基づいて、系統電源11からの電力供給の有無(電力供給の状態)を検出する。具体的には、制御装置15dは、エネルギー管理制御装置14の制御装置14aとの間の通信状態が異常である場合には、系統電源11からの電力供給がないことを検出する。系統電源11からの電力供給がない場合、エネルギー管理制御装置14の動作が停止するからである。一方、制御装置15dは、エネルギー管理制御装置14の制御装置14aとの間の通信状態が正常である場合には、系統電源11からの電力供給があることを検出する。系統電源11からの電力供給がある場合、エネルギー管理制御装置14の動作が可能であるからである。
分散型電源15は、系統電源11からの電力供給が異常である場合に自立発電が可能である。分散型電源15は、系統電源11からの電力供給が異常である場合(例えば停電)に、自身が有する電力供給装置15aを発電(自立発電)させてその電力を自立電力用電線15gを介して外部負荷12に供給する。このとき、分散型電源内切替装置15cは、第一端子15c1と第三端子15c3とを接続する第二接続状態に切り替えられている。なお、自立発電は、系統電源11からの電力供給がない状態で、自身のみ(分散型電源15)が発電し電力供給を行うことである。
なお、分散型電源15は、系統電源11からの電力供給の有無(電力供給の状態)を検出する検出器15hをさらに設けるようにしてもよい。検出器15hは、検出結果を制御装置15dに送信する。検出器15hは、系統電源11への潮流監視(逆潮流防止)すなわち系統電源11に対する電力の入出力および電力量の検知を行っている。
切替装置16は、主電線13に設けられ、制御入力がない通常の場合、分散型電源15と外部負荷12とを直接接続する第一接続状態(自立発電状態:図3参照)に切り替えられ、制御入力がある場合、系統電源11と外部負荷12とを接続する第二接続状態(連系状態:図1参照)に切り替えられる切替装置である。切替装置16は、系統電源11が異常である場合、制御入力はなく、一方、系統電源11が正常である場合、制御入力があるように構成されている。また、切替装置16は、エネルギー管理制御装置14からの切替指示によって形成された制御入力が入力される。すなわち、系統電源11が正常である場合、エネルギー管理制御装置14は動作が可能であるため、切替指示によって制御入力を形成し、切替装置16に対して制御入力を入力する(制御入力がある)。一方、系統電源11が異常である場合、エネルギー管理制御装置14は動作が停止するため、制御入力が形成されず制御入力を入力できない(制御入力はない)。
切替装置16は、第一端子16aと第三端子16cとを接続する第一接続状態(図3参照)と、第一端子16aと第二端子16bとを接続する第二接続状態(図1参照)とに選択的に切り替えられる。切替装置16は、制御装置14aからの制御入力がない場合(通常である場合)に第一接続状態とされ、制御装置14aからの制御入力がある場合に第二接続状態とされる。
第一端子16aは、外部負荷12側の主電線13の一端が接続される。外部負荷12側の主電線13の他端は、外部負荷12に接続されている。第二端子16bは、系統電源11側の主電線13(連系電力用電線15fの一端が接続されている)の他端が接続されている。系統電源11側の主電線13の一端は系統電源11に接続されている。第三端子16cは、自立電力用電線15gの他端が接続されている。
次に、上述のように構成されたエネルギー管理システム10の作動を図2〜図4を参照して説明する。最初に系統電源11が正常である場合について図2を参照して説明する。系統電源11が正常である場合、エネルギー管理システム10は、通常運転が行われる。系統電源11が正常である場合、系統電源11からの供給電力は、図2の矢印A1で示すように、主電線13および第一接続用電線14cを介してエネルギー管理制御装置14に供給されている。エネルギー管理制御装置14は、系統電源11からの電力が供給されている場合、エネルギー管理制御装置14の動作が可能であるため、切替指示によって制御入力を形成し、切替装置16に対して制御入力を入力する。切替装置16は、第一端子16aと第二端子16bとを接続する第二接続状態に切り替えられている。よって、系統電源11が正常である場合、系統電源11からの供給電力は、図2の矢印A2およびA3で示すように、主電線13および切替装置16を介して外部負荷12に供給されている。
エネルギー管理制御装置14は、系統電源11からの電力が供給されており、エネルギー管理制御装置14の動作が可能であるため、分散型電源15(制御装置15d)と互いに通信可能である。すなわち、制御装置15dは、エネルギー管理制御装置14の制御装置14aとの間の通信状態が正常である場合(図2の矢印A4で示す)には、系統電源11からの電力供給があることを検出する。制御装置15dは、分散型電源内切替装置15cに対して連系指示を行う。分散型電源内切替装置15cは、第一接続状態とされる(連系状態)。これにより、分散型電源15は、系統電源11と連系されるので、分散型電源15からの供給電力は、図2の矢印A5で示すように、連系電力用電線15fおよび主電線13を介して外部負荷12に供給されている。外部負荷12に対する電力供給は、分散型電源15および系統電源11の両方から供給可能である(連系電力供給)。
なお、分散型電源内切替装置15cは第一接続状態とされる(連系状態)ともに、切替装置16は第二接続状態に切り替えられている。よって、自立電力用電線15gには電力供給(図2の矢印A6で示す)はされていない。
次に系統電源11が停電した場合について図3を参照して説明する。系統電源11が停電すると、系統電源11からの電力供給が停止する。系統電源11からの電力供給が停止されている場合(図3の矢印A1で示す)、エネルギー管理制御装置14の動作が停止する。エネルギー管理制御装置14は、制御入力を形成できないため、切替装置16に対して制御入力を入力することができない。切替装置16は、第一端子16aと第三端子16cとを接続する第一接続状態に切り替えられる。よって、系統電源11が停電した場合(系統電源11が異常である場合)、系統電源11からの供給電力は、図3の矢印A2で示すように、主電線13に供給されていない。
エネルギー管理制御装置14は、系統電源11からの電力が供給されておらず、エネルギー管理制御装置14の動作が停止するため、分散型電源15(制御装置15d)と互いに通信不能である。すなわち、制御装置15dは、エネルギー管理制御装置14の制御装置14aとの間の通信状態が異常である場合(図3の矢印A4で示す)には、系統電源11からの電力供給がないことを検出する。制御装置15dは、分散型電源内切替装置15cに対して解列指示を行う。分散型電源内切替装置15cは、第二接続状態とされる(解列状態)。これにより、分散型電源15は、系統電源11と解列され、自立電力用電線15gに接続される。その結果、分散型電源15からの供給電力は、図3の矢印A6およびA3で示すように、自立電力用電線15gおよび主電線13を介して外部負荷12に供給されている。外部負荷12に対する電力供給は、分散型電源15からの自立発電電力のみが供給可能である(自立電力供給)。
また、制御装置15dは、系統電源11からの電力供給がないこと(例えば停電)を検出した時点に、系統電源11が異常である(停電であった)旨を記憶装置(図示省略)に記憶する。なお、分散型電源内切替装置15cは第二接続状態とされる(解列状態)ともに、切替装置16は第一接続状態に切り替えられている。よって、連系電力用電線15fには電力供給(図3の矢印A5で示す)はされていない。
さらに系統電源11が復電した場合について図4を参照して説明する。系統電源11が正常であるため、系統電源11からの供給電力は、図4の矢印A1で示すように、主電線13および第一接続用電線14cを介してエネルギー管理制御装置14に供給される。エネルギー管理制御装置14は、系統電源11からの電力が供給されている場合、エネルギー管理制御装置14の動作が可能である。しかし、復電時点から所定時間経過する時点まで連系を阻止するため、エネルギー管理制御装置14は、維持指示によって制御入力を形成せず、切替装置16に対して制御入力を入力しない。切替装置16は、第一端子16aと第三端子16cとを接続する第一接続状態に切り替えられたままである。よって、系統電源11が復電しても、系統電源11からの供給電力は、図4の矢印A2で示すように、主電線13に供給されていない。
エネルギー管理制御装置14は、系統電源11からの電力が供給されており、エネルギー管理制御装置14の動作が可能であるため、分散型電源15(制御装置15d)と互いに通信可能である。すなわち、制御装置15dは、エネルギー管理制御装置14の制御装置14aとの間の通信状態が正常である場合(図4の矢印A4で示す)には、系統電源11からの電力供給があること(復電したこと)を検出する。しかし、復電時点から所定時間経過する時点まで連系を阻止するため、制御装置15dは、分散型電源内切替装置15cに対して解列指示を行う(解列指示を維持する)。分散型電源内切替装置15cは、第二接続状態を維持する(解列状態)。これにより、分散型電源15は、系統電源11と解列され、自立電力用電線15gに接続される(自立電力用電線15gとの接続を維持する)。その結果、分散型電源15からの供給電力は、図4の矢印A6およびA3で示すように、自立電力用電線15gおよび主電線13を介して外部負荷12に供給されている。外部負荷12に対する電力供給は、分散型電源15からの自立発電電力のみが供給可能である(自立電力供給)。
また、エネルギー管理制御装置14は、制御装置15dから、系統電源11が異常であった(停電であった)旨を取得する。さらに、エネルギー管理制御装置14は、系統電源11の復電時に系統電源11が異常であった(停電であった)旨を報知部14dに報知する。これにより、系統電源11が異常であった(停電であった)旨がユーザに報知される。また、エネルギー管理制御装置14は、系統電源11の復電時に、取得した停電・復電情報を外部負荷12に送信する。外部負荷12は、取得した停電・復電情報に基づいて停止していた動作を開始する。
なお、分散型電源内切替装置15cは第二接続状態とされる(解列状態)ともに、切替装置16は第一接続状態に切り替えられている。よって、連系電力用電線15fには電力供給(図4の矢印A5で示す)はされていない。
その後、復電時点から所定時間経過すると、エネルギー管理システム10は、図2にて上述したように通常運転が行われる。
上述した説明から明らかなように、本実施形態に係るエネルギー管理システム10は、系統電源11と、系統電源11に主電線13を介して電気的に接続されている外部負荷12と、電力を供給する電力供給装置15aを備え、電力供給装置15aからの電力を、系統電源11と連系している連系状態で供給する連系電力供給と、系統電源11と独立して供給する自立電力供給とのうちいずれかの方式で供給可能に構成されている1以上の分散型電源15と、外部負荷12および1以上の分散型電源15と互いに通信可能に接続され、外部負荷12および1以上の分散型電源15のエネルギーを統括して管理するエネルギー管理制御装置14と、を備えているエネルギー管理システム10である。エネルギー管理制御装置14は、エネルギー管理制御装置14の電源電圧が系統電源11のみから直接供給される構成となっており、系統電源11からの電力が停止されている場合、エネルギー管理制御装置14の動作が停止するとともに、系統電源11からの電力が供給されている場合、分散型電源15と互いに通信可能である。
これによれば、系統電源11が異常(例えば停電)となった場合、系統電源11からの電力が停止され、エネルギー管理制御装置14の動作が停止する。よって、停電中においては、エネルギー管理制御装置14の動作に必要な電力は不要となる。一方、系統電源11が復電した場合、系統電源11からの電力が供給されている場合、エネルギー管理制御装置14の動作が回復し、分散型電源15と互いに通信可能となる。したがって、エネルギー管理システム10は、コスト高やエネルギー効率の悪化を招くことなく、停電に際して適切な運転を行うことができる。
また、エネルギー管理制御装置14は、系統電源11の復電時に、分散型電源15から系統電源11の停電および復電に関する停電・復電情報を取得し、取得した停電・復電情報を外部負荷12に送信する。
これによれば、エネルギー管理制御装置14は、系統電源11の停電・復電に関する停電・復電情報に基づいて外部負荷12を適切に制御することができる。
また、エネルギー管理制御装置14は、系統電源11の復電時に、分散型電源15から系統電源11の停電および復電に関する停電・復電情報を取得し、取得した停電・復電情報をユーザに報知する。
これによれば、エネルギー管理制御装置14は、系統電源11の停電・復電に関する停電・復電情報をユーザに確実に報知することができ、ユーザが外部負荷12を適切に動作させることができる。
また、エネルギー管理システム10は、主電線13に設けられ、制御入力がない通常の場合、分散型電源15と外部負荷12とを直接接続する第一接続状態に切り替えられ、制御入力がある場合、系統電源11と外部負荷12とを接続する第二接続状態に切り替えられる切替装置16であって、系統電源11が異常である場合、制御入力はなく、系統電源11が正常である場合、制御入力がある切替装置16をさらに備えている。
これによれば、停電に伴って分散型電源15が自立電力供給している場合であっても、切替装置16は、分散型電源15からの自立発電電力を、外部負荷12のみに供給し、系統電源11側に供給することを確実に抑制することができる。ひいては、エネルギー管理システム10は、エネルギー管理制御装置14に自立発電電力を供給することを確実に抑制することができる。よって、エネルギー管理制御装置14の動作の停止が確実に維持される。
また、切替装置16は、エネルギー管理制御装置14からの切替指示によって形成された制御入力が入力される。
これによれば、復電した場合(および通常運転の場合)、回復したエネルギー管理制御装置14からの切替指示によって、制御入力が確実に形成される。よって、切替装置16は、系統電源11と外部負荷12とを接続する第二接続状態に確実に切り替えられる。
10…エネルギー管理システム、11…系統電源、12…外部負荷、13…主電線、14…エネルギー管理制御装置、15…分散型電源、16…切替装置。

Claims (4)

  1. 系統電源と、
    前記系統電源に主電線を介して電気的に接続されている外部負荷と、
    電力を供給する電力供給装置を備え、前記電力供給装置からの電力を、前記系統電源と連系している連系状態で供給する連系電力供給と、前記系統電源と独立して供給する自立電力供給とのうちいずれかの方式で供給可能に構成されている1以上の分散型電源と、
    前記外部負荷および前記1以上の分散型電源と互いに通信可能に接続され、前記外部負荷および前記1以上の分散型電源のエネルギーを統括して管理するエネルギー管理制御装置と、
    前記主電線に設けられ、制御入力がない通常の場合、前記分散型電源と前記外部負荷とを直接接続する第一接続状態に切り替えられ、前記制御入力がある場合、前記系統電源と前記外部負荷とを接続する第二接続状態に切り替えられる切替装置であって、前記系統電源が異常である場合、前記制御入力はなく、前記系統電源が正常である場合、前記制御入力がある切替装置と、
    を備えているエネルギー管理システムであって、
    前記エネルギー管理制御装置は、前記エネルギー管理制御装置の電源電圧が前記系統電源のみから直接供給される構成となっており、前記系統電源からの電力が停止されている場合、前記エネルギー管理制御装置の動作が停止するとともに、前記系統電源からの電力が供給されている場合、前記分散型電源と互いに通信可能であるエネルギー管理システム。
  2. 前記エネルギー管理制御装置は、前記系統電源の復電時に、前記分散型電源から前記系統電源の停電および復電に関する停電・復電情報を取得し、
    取得した停電・復電情報を前記外部負荷に送信する請求項1記載のエネルギー管理システム。
  3. 前記エネルギー管理制御装置は、前記系統電源の復電時に、前記分散型電源から前記系統電源の停電および復電に関する停電・復電情報を取得し、
    取得した停電・復電情報をユーザに報知する請求項1記載のエネルギー管理システム。
  4. 前記切替装置は、前記エネルギー管理制御装置からの切替指示によって形成された前記制御入力が入力される請求項1記載のエネルギー管理システム。
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