JP6743522B2 - 電力供給システム及び電力供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力供給システム及び電力供給方法に関する。

電力系統では、発電所（分散型電源などの電源を含む）で発電した電力を需要家に供給している。この電力の安定供給のためには、需要（送電損失を含む）と供給（発電量）とを常に合致させることが必要であり、そのバランスが崩れると電力系統の周波数が変動する。従って、需要と供給との不平衡は、電力系統の周波数によって検出される。

所定の動力で回転体を回転させて発電を行う発電機を用いて電力を供給する場合、需要電力と系統電力との不平衡は、回転体の回転速度（回転周波数）の変動により検出することができる。この場合、この回転体の回転速度の変動に応じて動力を調整することで、需要電力と系統電力とのバランスをとる。例えば、系統電力が一定で需要家が使用する電気製品等の負荷が増加した場合、需要電力が大きくなり、回転体の回転速度が低下する。このように回転体の回転速度低下を検出した場合、系統電力の電力量を増加させて、需要電力と系統電力とのバランスがとられる。

一方、回転体を有さない電池等により電力を供給する場合、需要電力と系統電力との不平衡は、電力系統の周波数変動を計測することにより検出される。そして、この系統電力の周波数変動に応じて電池の供給する電力量を調整することにより、需要電力と系統電力とのバランスがとられる。例えば、特許文献１には、電力系統の周波数変動を測定して充放電量を制御する技術が記載されている。

特開２００８−１７８２１５号公報

電力供給においては、系統事故時などに即応性の高い制御が求められている。上述のように、一般的にタービン等の回転体を有する発電機は、例えばガバナにより、タービンの回転速度に基づいてエネルギーの入出力を検出する。発電機は、ガバナにより、このエネルギーの入出力に基づいて系統電力量を調整する。また、タービン等の回転体を有さない電池等は、電力系統の周波数変動に基づいて系統電力量を調整する。タービンの回転速度の変動の検出、及び電力系統の周波数変動の検出は、実際の需要電力量の変化速度よりも遅い。従って、このような場合、需要電力の変動に対する系統電力の電力量制御の応答速度が遅くなる。この場合、需要家への電力供給が不安定となる恐れがある。また、系統事故時などにおいて即応性が低下する制御となる。

本発明は、上記課題を解決するために、需要家への電力供給を安定化する電力供給システム及び電力供給方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力供給システムは、需要家が電力を使用するための負荷に電力を供給する電力系統と、前記電力系統に前記電力を供給する電力供給部と、前記電力系統と電気的に接続されて所定の回転速度で回転しており、前記電力に応じて回転速度が変化する回転部と、前記回転部の回転速度が変化する際にける前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流を検出する変動検出部と、前記変動検出部の検出結果に応じて、前記電力供給部が供給する前記電力の電力量を制御する電力量制御部と、を有する。

前記電力供給システムの他の形態において、前記電力系統は、前記電力供給部と前記負荷とを接続する配電線を有し、前記回転部は、前記配電線から分岐して前記配電線に接続されていることが好ましい。

前記電力供給システムの他の形態において、前記電力供給部は、発電するための回転体を有さない。

前記電力供給システムの他の形態において、前記電力供給部は、放電が可能な電池であることが好ましい。

前記電力供給システムの他の形態において、前記電力系統に系統電力を供給するために発電を行う発電部をさらに有することが好ましい。

前記電力供給システムの他の形態において、前記発電部は、発電するための回転体を有してもよい。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力供給方法は、需要家が電力を使用するための負荷に電力を供給する電力系統に、電力供給部により前記電力を供給するステップと、前記電力系統と電気的に接続されて所定の回転速度で回転している回転部に、前記電力に応じて回転速度を変化させるステップと、前記回転部の回転速度が変化する際における前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流を検出するステップと、前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流の検出結果に応じて、前記電力供給部による前記電力の電力量を制御させるステップと、を有する。

本発明によれば、需要家への電力供給を安定化することができる。

図１は、第１実施形態に係る電力供給システムの構成を示す模式図である。 図２は、第１実施形態に係る回転部の構成の一例を示す模式図である。 図３は、第１実施形態に係る電力供給システムによる系統電力の制御を説明するフローチャートである。 図４は、系統電力の瞬時電圧波形の一例を示すグラフである。 図５は、分岐線に供給される電力量の変化の一例を示すグラフである。 図６は、第２実施形態に係る電力供給システムの構成を示す模式図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電力供給システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、第１実施形態に係る電力供給システム１は、電力供給部１０と、電力量制御部２０と、回転部３０と、変動検出部５０と、電力系統１００と、分岐線１０２とを有する。電力系統１００は、配電線１０１と、図示しない変電設備等を有する。配電線１０１は、需要家の有する設備１２０に配置される負荷としての負荷１１０が、複数接続されている配電線である。電力供給システム１は、電力量制御部２０の制御により、電力供給部１０が電力系統１００を介して負荷１１０に電力としての系統電力を供給する電力供給システムである。

ここで、需要家とは、電気の供給を受けて使用している者をいう。また、負荷１１０は、需要家が電気を使用するための負荷であり、電力を消費して所定の動作を行う電気設備である。負荷１１０は、負荷が変動する。本実施形態において、電力系統１００は、複数の負荷１１０が接続されている。電力系統１００は、１つの負荷１１０が接続されているものでもよい。すなわち、電力供給システム１は、複数の需要家に対応するものであってもよく、１つの需要家に対して個別に対応するシステムであってもよい。

電力供給部１０は、電力量制御部２０を介して配電線１０１に電気的に接続されている。すなわち、配電線１０１は、電力供給部１０と負荷１１０とを接続する。電力供給部１０は、電力量制御部２０の制御に従い、電力系統１００に電力としての系統電力Ｐを供給するものである。系統電力Ｐは、配電線１０１を介して負荷１１０に供給される電力である。

電力供給部１０は、発電するための回転体を有さずに放電を行う電力源である。ここでいう回転体は、回転運動することにより発電を行うものであり、タービンで回転される発電機や、ディーゼル発電機等に設けられるものである。言い換えれば、電力供給部１０は、回転体を回転させる方式とは別の方式で放電を行う電力源である。本実施形態において、電力供給部１０は、回転体を有さずに放電を行う電池である。さらに詳しくは、本実施形態において、電力供給部１０は、蓄電池である。ただし、電力供給部１０は、蓄電池の種類に限られず、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等であってもよく、燃料電池等であってもよい。また、電力供給部１０は、これらに限られず、発電するための回転体を有さず、光、熱、化学エネルギー等を電気エネルギーに変換して放電若しくは充電、又は放電及び充電を行うものであってよい。

電力量制御部２０は、電力供給部１０と電気的に接続され、電力供給部１０が供給する系統電力Ｐの電力量を制御する装置である。本実施形態において、電力量制御部２０は、電力供給部１０の系統電力Ｐを制御するＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）である。電力量制御部２０は、電力供給部１０が生成した直流電力を交流電力に変換する。また、電力量制御部２０は、変動検出部５０の検出結果に応じて、系統電力Ｐの電力量を制御する。

図１に示すように、分岐線１０２は、配電線１０１から分岐される配線であり、回転部３０及び変動検出部５０と、配電線１０１との間に設けられる。言い換えれば、回転部３０及び変動検出部５０は、分岐線１０２により、電力供給部１０と負荷１１０とを接続する配電線１０１から分岐して、配電線１０１に接続されている。

図１に示すように、電力供給部１０から供給された系統電力Ｐは、電力量制御部２０によって交流電力に変換されて電力系統１００の配電線１０１に供給される。配電線１０１に供給された系統電力Ｐは、配電線１０１と分岐線１０２との接続箇所で分岐され、負荷１１０に系統電力Ｐ₀として流れ、回転部３０に回転用電力Ｐ₁として流れる。電力供給部１０は、配電線１０１を介して負荷１１０に系統電力Ｐ₀を供給し、負荷１１０に電力を供給する。また、電力供給部１０は、分岐線１０２を介して回転部３０に回転用電力Ｐ₁を供給し、回転部３０を所定の回転数で回転させる。なお、回転部３０が慣性力により系統電力Ｐの周波数と同期する周波数で回転し続けることが可能である場合、回転用電力Ｐ₁の値は、ゼロであってもよい。

回転部３０は、分岐線１０２を介して、配電線１０１に電気的に接続される。回転部３０は、分岐線１０２から回転用電力Ｐ₁が入力され、回転用電力Ｐ₁（系統電力Ｐ）の周波数と対応する周波数で回転する。図２は、第１実施形態に係る回転部の構成の一例を示す模式図である。図２に示すように、回転部３０は、電動部４０と、軸部４６と、フライホイール部４８とを有する。

電動部４０は、軸状部材である軸部４６が取り付けられている。電動部４０は、配電線１０１と電気的に接続されている。電動部４０は、分岐線１０２に流れる回転用電力Ｐ₁により、軸部４６を軸方向中心に回転させる。電動部４０は、供給される電力で軸部４６及びフライホイール部４８を回転させることで、供給された電気エネルギーを軸部４６及びフライホイール部４８の回転による運動エネルギーとして保持する。また、電動部４０は、軸部４６及びフライホイール部４８の回転による運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、放電を行う。すなわち、電動部４０は、電動機としての機能と、電力供給源としての機能とを有する。

より詳しくは、電動部４０は、回転子４２及び固定子４４を有する。回転子４２は、磁性を有する部材である。回転子４２は、軸部４６に固定されている。固定子４４は、回転子４２の外周に設けられる筒状の部材であり、分岐線１０２と電気的に接続されている。回転子４２は、分岐線１０２を介して固定子４４に供給された回転用電力Ｐ₁により励磁され、回転用電力Ｐ₁の周波数と同じ周波数で回転する。電動部４０は、回転子４２の回転に伴い、軸部４６を、回転用電力Ｐ₁の周波数と同じ周波数で回転させる。

上述のように、回転用電力Ｐ₁は、系統電力Ｐ、Ｐ₀と同じ周波数の交流電力である。従って、電動部４０は、系統電力Ｐの周波数と同じ周波数で、軸部４６を回転させる。言い換えれば、系統電力Ｐの周波数と、軸部４６の回転速度は、同期している。したがって、軸部４６は、系統電力Ｐの電圧変動の１周期で１回転する。なお、軸部４６の回転周波数（回転速度）と系統電力Ｐの周波数とは、互いに対応していれば、同じでなくてもよい。例えば、軸部４６の回転周波数（回転速度）は、系統電力Ｐの周波数の２倍等であってもよい。

フライホイール部４８は、軸部４６に固定されており、軸部４６より径が大きい円板状の部材である。フライホイール部４８は、軸部４６の回転に伴い、系統電力Ｐの周波数と同じ周波数で回転する。フライホイール部４８は、軸部４６よりも径が大きく慣性力が大きく、軸部４６の回転を安定させる。このように、回転部３０は、軸部４６及びフライホイール部４８が、系統電力Ｐの周波数と同期して、系統電力Ｐと同じ周波数で回転する。以上、回転部３０について説明したが、回転部３０は、系統電力Ｐの周波数と対応した周波数で回転するものであれば、このような構成に限られない。

このように、回転部３０は、回転用電力Ｐ₁が供給されることにより、系統電力Ｐの周波数と同じ周波数で回転する。系統電力Ｐと需要電力とが平衡している通常時には、分岐線１０２に一定の周波数の回転用電力Ｐ₁が流れており、回転部３０は、系統電力Ｐ（回転用電力Ｐ₁）の周波数と一致する一定の周波数で回転している。なお、回転部３０は、系統電力Ｐの周波数と一致する周波数で回転するための電力を、電力供給部１０とは異なる別の電力源によって供給されていてもよい。この場合、この別の電力源は、例えば分岐線１０２と接続されていない別の配線によって、回転部３０と接続されている。

一方、回転部３０は、系統電力Ｐと需要電力とに不平衡が生じた場合、不平衡の状態に応じて保持する運動エネルギーが変化し、分岐線１０２を介して電力（電流）が入力又は出力されて、回転周波数が変化する。そして、そのまま不平衡状態が続くと、系統電力Ｐの周波数が変化する。この場合、変動後の回転部３０の回転周波数は、変動後の系統電力Ｐの周波数と対応する（本実施形態では一致する）。ただし、変動後の回転部３０の回転周波数は、変動後の系統電力Ｐの周波数に対応するものでなくてもよい。

具体的には、系統電力Ｐの電力量が過剰になった場合、すなわち系統電力Ｐの電力量が需要電力量よりも大きくなった場合、回転部３０を回転させる回転用電力Ｐ₁がその過剰分だけ大きくなり、回転部３０の回転周波数（回転速度）が上昇する。その後、系統電力Ｐの電力量の過剰状態が続いた場合、系統電力Ｐの周波数が上昇する。そして、回転部３０の回転周波数の周波数は、系統電力Ｐの周波数と同じとなる。

また、系統電力Ｐの電力量が不足する状態になった場合、すなわち系統電力Ｐの電力量が需要電力量よりも小さくなった場合、回転部３０は、蓄えていた運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力系統１００に放出する。この際、回転部３０は、放出したエネルギー分だけ、回転周波数（回転速度）を低下させる。その後、系統電力Ｐの電力量の不足状態が続いた場合、系統電力Ｐの周波数は、低下する。そして、回転部３０の回転周波数の周波数は、系統電力Ｐの周波数と同じとなる。

ここで、系統電力Ｐの電力量が過剰になり回転部３０の回転周波数が上昇する場合、回転部３０の回転周波数を上昇させるための電力（電流）が、回転部３０に入力されているということができる。以下、この電力を検出入力電力Ｐ_Aとする。系統電力Ｐの電力量が過剰になった場合、回転部３０は、配電線１０１及び分岐線１０２を介して、電力供給部１０から検出入力電力Ｐ_Aが入力されるということができる。この検出入力電力Ｐ_Aの電力量は、系統電力Ｐの周波数上昇量に対応する。

また、系統電力Ｐの電力量が不足して回転部３０の回転周波数が低下する場合、回転部３０は、運動エネルギーから変換した電力（電流）を出力しているということができる。以下、この電力を検出出力電力Ｐ_Aとする。系統電力Ｐの電力量が不足した場合、回転部３０は、分岐線１０２に検出出力電力Ｐ_Aを出力するということができる。この検出出力電力Ｐ_Aの電力量は、系統電力Ｐの周波数低下量に対応する。なお、検出入力電流Ｐ_Aと検出出力電力Ｐ_Aとは、同じ位置に流れる電力である。ただし、検出出力電力Ｐ_Aの値は、検出入力電流Ｐ_Aの値とは、正負が逆転した値となっている。検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aの値は、系統電力Ｐと需要電力との不平衡の度合いによって決まる。従って、系統電力Ｐと需要電力との不平衡の度合いの絶対値が同じ場合において、検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aは、絶対値が同じである。ただし、系統電力Ｐと需要電力との不平衡の度合いが異なる場合において、検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aは、絶対値が互いに異なるものである。

このように、回転部３０は、系統電力Ｐと需要電力とが平衡している通常時に所定の回転周波数で回転している。そして、回転部３０は、系統電力Ｐと需要電力とが不平衡となった場合、検出入力電力Ｐ_Aが入力、又は検出出力電力Ｐ_Aを出力する。この検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aは、分岐線１０２を介して出入力される。言い換えれば、分岐線１０２は、系統電力Ｐと需要電力とが不平衡となって回転部３０の回転速度が変化する際に電力が供給される。分岐線１０２は、系統電力Ｐが過剰状態になった場合に検出入力電力Ｐ_Aが供給され、系統電力Ｐが不足状態になった場合に検出出力電力Ｐ_Aが供給される。

図１及び図２に示すように、変動検出部５０は、分岐線１０２を介して、回転部３０と電気的に接続されている。変動検出部５０は、系統電力Ｐと需要電力とが不平衡となって、回転部３０の回転速度が変化する際に分岐線１０２に供給される電力（検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_A）、又は分岐線１０２に流れる電流を検出する。すなわち、検出入力電力Ｐ_Aは、電力供給部１０から、電力系統１００及び分岐線１０２を介して、変動検出部５０に入力される電力であるということもできる。また、変動検出部５０は、分岐線１０２に供給される電力を単位時間毎に測定（サンプリング）する。従って、変動検出部５０は、分岐線１０２に検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aが供給されているかを、単位時間毎に検出することができる。さらに、変動検出部５０は、検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aの電力量変動を、単位時間毎に検出することができる。

本実施形態の変動検出部５０は、電力を検出したが、電流を検出してもよい。変動検出部５０は、分岐線１０２に流れる電流を検出する場合、検出入力電力Ｐ_Aに対応する電流を検出入力電流として検出し、検出出力電力Ｐ_Aに対応する電流を検出出力電流として検出する。検出入力電流は、系統電力Ｐの電力量が過剰になった場合に、配電線１０１及び分岐線１０２を介して、電力供給部１０から回転部３０に入力される電流である。検出出力電流は、系統電力Ｐの電力量が不足場合に、回転部３０から分岐線１０２に出力される電流である。

変動検出部５０は、電力量制御部２０にも電気的に接続されている。変動検出部５０は、系統電力Ｐと需要電力とが不平衡となって、回転部３０の回転速度が変化する際に分岐線１０２に供給される電力の検出結果（検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aの検出結果）を、電力量制御部２０に出力する。電力量制御部２０は、検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aの検出結果に基づき、系統電力Ｐの電力量を制御する。より詳しくは、電力量制御部２０は、検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aの検出結果から、回転部３０に入力及び出力される電力の変動値を算出し、この電力の変動値に基づいて、電力供給部１０が供給する系統電力Ｐの電力量を制御する。

なお、図１に示すように、回転部３０は、電力供給設備１３０内に設置されている。電力供給設備１３０は、電力を供給するために電力供給部１０及び電力量制御部２０が設置されている設備である。回転部３０は、電力供給設備１３０内に設置されているため、電力量制御部２０の近くに位置する。従って、電力量制御部２０は、回転部３０に入力及び出力される電力の変動を、迅速に検出することができる。なお、回転部３０は、電力供給設備１３０に配置されなくてもよく、その配置も任意に設定することができる。ただし、回転部３０は、需要家の有する設備１２０よりも、電力供給部１０及び電力量制御部２０の近くに配置されていることが好ましい。なお、図１においては、変動検出部５０も、電力供給設備１３０内に設置されているが、変動検出部５０は、回転部３０及び電力量制御部２０と電気的に接続されていれば、その設置位置は任意である。

次に、電力供給システム１による系統電力Ｐの制御を、フローチャートに基づき説明する。図３は、第１実施形態に係る電力供給システムによる系統電力の制御を説明するフローチャートである。

電力供給システム１による系統電力Ｐの制御を行う場合、図３に示すように、電力供給システム１は、最初に、変動検出部５０により、分岐線１０２に供給される電力を検出する（ステップＳ１０）。変動検出部５０は、分岐線１０２に供給される電力を、一定時間毎に測定（サンプリング）する。

変動検出部５０が分岐線１０２に供給される電力を検出したら、電力供給システム１は、電力量制御部２０により、分岐線１０２に検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aが供給されているかを判断する（ステップＳ１２）。具体的には、電力量制御部２０は、変動検出部５０から、分岐線１０２に供給される電力の情報を、逐次取得する。電力量制御部２０は、分岐線１０２に供給される電力の測定結果が、前のタイミングにおける分岐線１０２に供給される電力の測定結果と異なっている場合、分岐線１０２に検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aが流れていると判断する。

ここで、時間ｔにおいて、分岐線１０２に供給されて回転部３０に入力される電力をＰ_Atとする。そして、時間ｔの直前のタイミングにおいて分岐線１０２に供給されて回転部３０に入力される電力を測定した時間を、時間ｔ−１とし、時間ｔ−１における分岐線１０２に供給されて回転部３０に入力される電力をＰ_At-1とする。電力量制御部２０は、分岐線１０２に供給される電力量の変動値、すなわち回転部３０に入力又は出力される電力の変動値である電力変動値ΔＰ_tを、次の式（１）により算出する。

ΔＰ_t＝Ｐ_At−Ｐ_At-1 ・・・（１）

電力量制御部２０は、電力変動値ΔＰ_tが０であれば、分岐線１０２に検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aが供給されていないと判断する。電力量制御部２０は、ΔＩ_tが０でない場合、分岐線１０２に検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aが供給されていると判断する。より詳しくは、電力量制御部２０は、電力変動値ΔＰ_tが０より大きければ、分岐線１０２に検出入力電力Ｐ_Aが供給されていると判断し、電力変動値ΔＰ_tが０より小さければ、分岐線１０２に検出出力電力Ｐ_Aが供給されていると判断する。ただし、電力量制御部２０は、電力変動値ΔＰ_tが所定の閾値の範囲内であれば、検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aが流れていないと判断し、所定の閾値の範囲外であれば、検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aが流れていないと判断してもよい。この所定の閾値は、電力量の微小変動又は測定誤差等を勘案して設定することができる。

また、上述のように、系統電力Ｐと需要電力とが平衡状態である通常時、分岐線１０２には回転用電力Ｐ₁が流れている。従って、電力量制御部２０は、Ｐ_At-1との比較を行うことなく、Ｐ_Atが回転用電力Ｐ₁より所定の値以上大きい場合に検出入力電力Ｐ_Aが供給されていると判断し、Ｐ_Atが回転用電力Ｐ₁より所定の値以上小さい場合に検出出力電力Ｐ_Aが供給されていると判断してもよい。また、電力量制御部２０は、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aのどちらが供給されているかを特定することなく、Ｐ_Atが回転用電力Ｐ₁から所定の値だけ変動している場合に、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aのいずれかが供給されている、すなわち系統電力Ｐと需要電力とが不平衡であると判断してもよい。

分岐線１０２に検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aが供給されていると判断した場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、電力供給システム１は、電力量制御部２０により、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aの値に基づき、必要系統電力量を算出する（ステップＳ１４）。上述のように、検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aの電力量は、系統電力Ｐの周波数の変動値と対応する。すなわち、分岐線１０２に検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aが供給されている場合、需要電力と系統電力Ｐとに不平衡が生じており、系統電力Ｐの周波数が変動している。電力量制御部２０は、変動した系統電力Ｐの周波数を元の周波数に戻すために必要な系統電力Ｐの電力量である必要系統電力量を、回転部３０に入力及び出力される電力の変動値である電力変動値ΔＰ_tに基づき算出する。なお、必要系統電力量は、言い換えれば、需要電力の電力量と平衡するために必要な系統電力Ｐの電力量である。

必要系統電力量を算出した後、電力供給システム１は、電力量制御部２０により、必要系統電力量に基づき、電力供給部１０が電力系統１００に供給するための系統電力Ｐの電力量を調整する（ステップＳ１６）。電力量制御部２０は、必要系統電力量が現在の系統電力Ｐの電力量より大きい場合、電力供給部１０の系統電力Ｐの電力量を大きくし、必要系統電力量が現在の系統電力Ｐの電力量より小さい場合、電力供給部１０の系統電力Ｐの電力量を小さくする。

電力供給部１０の系統電力Ｐの電力量を調整したら、電力供給システム１による電力の制御処理は終了する。その後、電力供給システム１は、変動検出部５０により、次のタイミングでの分岐線１０２に供給される電力を測定し、同様の処理を繰り返す。なお、分岐線１０２に検出入力電力Ｐ_A及び検出出力電力Ｐ_Aが供給されていない（すなわち検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aがゼロ）と判断した場合（ステップＳ１２でＮｏ）、電力供給部１０の系統電力Ｐの電力量を調整せずに、系統電力Ｐの制御処理は終了する。

系統電力Ｐの周波数は、系統電力Ｐと需要電力とに不平衡が生じた場合に変動する。電力供給システム１は、回転部３０において、系統電力Ｐと需要電力とに不平衡が生じた場合に、検出入力電力Ｐ_Aが入力、又は検出出力電力Ｐ_Aを出力する。そして、電力供給システム１は、変動検出部５０により、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aを検出し、電力量制御部２０により、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aの電力量に基づいて系統電力Ｐの電力量を調整する。従って、電力供給システム１は、系統電力Ｐと需要電力とに不平衡を抑制することができる。なお、変動検出部５０が電流（検出入力電流又は検出出力電流）を検出する場合、電力量制御部２０は、この検出入力電流又は検出出力電流の電流値に基づき、系統電力Ｐの電力量を調整する。

さらに、電力供給システム１は、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aの電力量に基づいて系統電力Ｐの電力量を調整するため、系統電力Ｐと需要電力との不平衡を迅速に検出することができる。この点について、比較例を用いて説明する。

図４は、系統電力の瞬時電圧波形の一例を示すグラフである。図４の横軸は、時間であり、縦軸は、系統電力Ｐの三相交流中の一相の瞬時電圧である。図４は、系統電力Ｐの周波数（系統電力Ｐの三相交流中の一相の瞬時電圧の周波数）が変動した場合を示している。図４の曲線Ｃ１は、所定の周波数ｆ１を有する系統電力Ｐの瞬時電圧の変動を示している。図４の曲線Ｃ２は、系統電力Ｐの周波数がｆ２に変動した場合の系統電力Ｐの瞬時電圧の変動を示している。すなわち、曲線Ｃ１、Ｃ２は、所定の時刻ｔ１において、系統電力Ｐと需要電力との間に不平衡が生じ、系統電力Ｐの周波数が周波数ｆ１から周波数ｆ２に変化していることを示す。

このように系統電力Ｐの周波数が変動した場合、比較例に係る電力供給システムは、系統電力Ｐの瞬時電圧波形を検出し、この瞬時電圧波形に基づいて、系統電力Ｐの周波数を算出する。そして、比較例に係る電力供給システムは、算出した系統電力Ｐの周波数から、系統電力Ｐの周波数変動を検出して、系統電力Ｐの電力量を調整する。

系統電力Ｐの周波数を算出するには、瞬時電圧波形を検出する必要がある。さらに詳しくは、通常、系統電力Ｐの周波数は、周波数変動が安定した後に算出する必要があるため、複数周期における電圧波形から算出される。例えば、比較例においては、時刻ｔ１において周波数が変動した場合、周波数が変動した後の３周期の電圧波形を検出して、系統電力Ｐの周波数を算出する。すなわち、比較例に係る電力供給システムは、周波数が変動した後の３周期後の時刻ｔ２を経過しなければ、系統電力Ｐの周波数変動を検出して、系統電力Ｐの電力量を調整することができない。

一方、第１実施形態に係る電力供給システム１は、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aに基づいて、系統電力Ｐの電力量を調整する。図５は、分岐線に供給される電力量の変化の一例を示すグラフである。分岐線１０２に供給される電力量、すなわち検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aは、系統電力Ｐと需要電力との間に不平衡が生じた場合に、瞬時に供給される。また、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aは、系統電力Ｐの周波数変動の値に対応する。従って、図５に示すように、系統電力Ｐの周波数がｆ１である時刻ｔ１までは、分岐線１０２に流れる電力値（実効電力値）は、回転用電力Ｐ₁の電力値であり、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aが供給されていない。そして、時刻ｔ１において不平衡が生じる（系統電力Ｐの周波数がｆ２に変化する）と、分岐線１０２に供給される電力値は、検出出力電力Ｐ_Aの電力値に変化する。すなわち、第１実施形態に係る電力供給システム１は、時刻ｔ１における系統電力Ｐと需要電力との間の不平衡（系統電力Ｐの周波数変化）を、時刻ｔ１の直後において検出することができる。

以上のように、比較例では、周波数変動を検出するため、周波数変動が安定してから処理を行う必要があるが、本実施形態では、電力変動を検出するため、電力変動が生じた直後に処理を行うことができる。本実施形態に係る電力供給システム１は、電力系統１００と、電力系統１００に系統電力Ｐを供給する電力供給部１０と、電力系統１００と電気的に接続されて所定の回転速度で回転しており、系統電力Ｐに応じて回転速度が変化する回転部３０と、回転部３０の回転速度が変化する際における電力系統１００と回転部３０との間（分岐線１０２）の電力を検出する変動検出部５０と、変動検出部５０の検出結果に応じて系統電力Ｐの電力量を制御する電力量制御部２０と、を有する。電力供給システム１は、回転部３０の回転速度が変化する際に分岐線１０２に供給される電力、すなわち検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aを検出するため、系統電力と需要電力との不平衡を迅速に検出して、この不平衡を迅速に解消することができる。従って、電力供給システム１は、需要家への電力供給を安定化することができる。

また、電力系統１００は、電力供給部１０と負荷１１０とを接続する配電線１０１を有し、回転部３０は、この配電線１０１から分岐して配電線１０１に接続されている。すなわち、回転部３０は、負荷１１０とは分岐して配電線１０１に接続されている。従って、電力供給システム１は、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aを適切に検出することができる。

また、電力供給部１０は、発電するための回転体を有さない。電力供給部１０は、回転体を有さないため、電力供給量を調整する場合に、回転体を回転させるための動力を調整する必要なく、電力供給量の調整を迅速に行うことができる。従って、電力供給システム１は、需要家への電力供給をより好適に安定化することができる。ただし、電力供給部１０は、回転体を有し、所定の動力で回転体を回転させることにより発電する発電機であってもよい。

また、電力供給部１０は、電池であり、電力量を変動させることができる。従って、第１実施形態に係る電力供給システム１は、回転体を回転させることにより発電する発電機よりも系統電力Ｐの電力量を迅速に調整することができ、需要家への電力供給を安定化することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る電力供給システム１ａは、発電部１２ａを有する点で、第１実施形態に係る電力供給システム１と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と共通する箇所の説明は省略する。

図６は、第２実施形態に係る電力供給システムの構成を示す模式図である。図６に示すように、第２実施形態に係る電力供給システム１ａは、電力供給部１０ａと、発電部１２ａと、電力量制御部２０ａを有する。

発電部１２ａは、発電し、電力系統１００に系統電力Ｐａを供給する。本実施形態において、発電部１２ａは、回転体を有し、所定の動力により回転体を回転させることにより発電する発電機である。発電部１２ａは、電力系統１００の配電線１０１に接続されており、電力供給設備１３０ａ内に設置されている。ただし、発電部１２ａは、第１実施形態に係る電力供給部１０と同様に、発電するための回転体を有さないものであり、例えば放電可能な電池であってもよい。また、発電部１２ａは、電力供給設備１３０ａ外に設置されていてもよい。また、電力供給部１０ａは、第１実施形態に係る電力供給部１０と同様の構成であるが、第１実施形態と異なり、系統電力を補助的に供給するものである。

発電部１２ａは、系統電力Ｐａを電力系統１００に供給している。電力系統１００の配電線１０１に供給された系統電力Ｐａは、配電線１０１と分岐線１０２との接続箇所で分岐され、負荷１１０に系統電力Ｐａ₀として流れ、回転部３０に回転用電力Ｐａ₁として流れる。一方、電力供給部１０ａは、系統電力Ｐと需要電力とが平衡状態である通常時において、電力系統１００に電力を供給していない。ただし、電力供給部１０ａは、通常時において、発電部１２ａと共に電力系統１００に系統電力を供給するものであってもよい。

系統電力Ｐと需要電力との間に不平衡が生じた場合、第１実施形態と同様に、分岐線１０２には、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aが供給される。電力量制御部２０ａは、検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aが流れていると判断した場合、電力供給部１０ａによる電力供給、及び発電部１２ａによる系統電力Ｐａの電力量を制御する。具体的には、電力量制御部２０ａは、検出入力電力Ｐ_Aが供給されている場合、系統電力Ｐａの電力量が不足していると判断し、不足分の電力である系統電力Ｐａ’を、電力供給部１０ａに出力させる。または、この場合、電力量制御部２０ａは、電力供給部１０ａ及び発電部１２ａの双方により、系統電力Ｐａ’を出力させてもよい。系統電力Ｐａ’は、電力系統１００に供給されて、系統電力Ｐａの電力量の不足分を充足させる。一方、電力量制御部２０ａは、検出出力電力Ｐ_Aが供給されている場合、系統電力Ｐａの電力量が需要よりも大きいと判断し、系統電力Ｐａの一部であって需要よりも大きい分の電力を、電力供給部１０ａに入力（充電）させる。すなわち、電力供給システム１ａは、系統電力と需要電力との不平衡があった場合、電力供給部１０ａ及び発電部１２ａを制御することにより、不平衡を解消している。ただし、電力供給システム１ａは、変動検出部５０の検出結果によっても発電部１２ａは変化させず所定の発電量のままとし、変動検出部５０による検出入力電力Ｐ_A又は検出出力電力Ｐ_Aの検出結果に基づき、電力供給部１０ａのみを制御してよい。

このように、第２実施形態に係る電力供給システム１ａは、電力供給部１０ａに加え、発電して電力系統１００に系統電力を供給する発電部１２ａをさらに有する。電力供給システム１ａは、複数の電力源を有することにより、需要家への電力供給をより好適に安定化することができる。なお、第２実施形態では、電力源は電力供給部１０ａと発電部１２ａの２つであったが、３つ以上であってもよい。

また、発電部１２ａは、回転体を有し、回転体を回転させて発電する。従って、電力供給システム１ａは、発電部１２ａにより安定的に系統電力を供給しつつ、系統電力と需要電力との不平衡があった場合には電力供給部１０ａにより迅速に不平衡を改善することができる。また、例えば、電力供給システム１ａは、発電部１２ａと、複数の電力供給部１０ａを有することが好ましい。この場合、電力量制御部２０ａは、複数の電力供給部１０ａから、系統電力Ｐａ’を供給するために好適な電力供給部を選択して制御することにより、需要家への電力供給をより好適に安定化することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これら実施形態の内容によりこの発明が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１ 電力供給システム
１０ 電力供給部
２０ 電力量制御部
３０ 回転部
４０ 電動部
４６ 軸部
４８ フライホイール部
５０ 変動検出部
１００ 電力系統
１０１ 配電線
１１０ 負荷
１２０ 設備
１３０ 電力供給設備
Ｐ、Ｐ₀ 系統電力
Ｐ₁ 回転用電力

Claims (7)

1. 需要家が電力を使用する負荷に電力を供給する電力系統と、
   前記電力系統に前記電力を供給する電力供給部と、
   前記電力系統と電気的に接続され、前記電力に応じて回転速度が変化する回転部と、
   前記回転部の回転速度が変化する際における前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流を検出する変動検出部と、
   前記変動検出部の検出結果から、前記電力供給部から前記電力系統に供給される電力の周波数の変動を検出し、前記周波数を元に戻すための必要系統電力量を算出し、前記必要系統電力量に基づいて、前記電力供給部が供給する前記電力の電力量を制御する電力量制御部と、を有し、
   前記電力供給部は、前記回転部に対して独立して駆動する、
   電力供給システム。
2. 前記電力系統は、前記電力供給部と前記負荷とを接続する配電線を有し、
   前記回転部は、前記配電線から分岐して前記配電線に接続されている、請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記電力供給部は、発電するための回転体を有さない、請求項１又は請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記電力供給部は、電池である、請求項３に記載の電力供給システム。
5. 発電し、前記電力系統に系統電力を供給する発電部をさらに有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力供給システム。
6. 前記発電部は、回転体を有し、前記回転体を回転させて発電する、請求項５に記載の電力供給システム。
7. 需要家が電力を使用する負荷が接続された電力系統に、電力供給部から電力を供給するステップと、
   前記電力系統と電気的に接続されて、前記電力に応じて回転速度が変化する回転部と、前記電力系統との間の電力又は電流を検出するステップと、
   前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流の検出結果から、前記電力供給部から前記電力系統に供給される電力の周波数の変動を検出し、前記周波数を元に戻すための必要系統電力量を算出し、前記必要系統電力量に基づいて、前記電力供給部による前記電力の電力量を制御させるステップと、
   を有し、
   前記電力供給部は、前記回転部に対して独立して駆動するものである、
   電力供給方法。

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