(57)【要約】【課題】商用電源が停電しても制御電源に電力を供給することができるスイッチギヤを提供することである。【解決手段】実施形態のスイッチギヤは、発電部と、蓄電池と切替部とを持つ。発電部は、所定の自然エネルギーを電力に変換する。蓄電池は、発電部によって変換された電力を蓄電する。切替部は、商用電源に関する電力を自装置の機能を制御する制御電源に供給し、商用電源の電圧に関する所定の条件を満たした場合、発電部又は蓄電池のいずれか一方の電力を制御電源に供給するように切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の自然エネルギーを電力に変換する発電部と、
前記発電部によって変換された電力を蓄電する蓄電池と、
商用電源に関する電力を自装置の機能を制御する制御電源に供給し、前記商用電源の電圧に関する所定の条件を満たした場合、前記発電部又は前記蓄電池のいずれか一方の電力を前記制御電源に供給するように切り替える切替部と、
を備える、スイッチギヤ。
【請求項２】
前記切替部は、前記発電部によって変換された電力と前記蓄電池に蓄電された電力とのうち、より大きい電力を前記制御電源に供給する、
請求項１に記載のスイッチギヤ。
【請求項３】
前記切替部は、前記商用電源に関する電圧が予め定められた所定の電圧以下となる場合、前記発電部又は前記蓄電池のいずれか一方の電力を前記制御電源に供給するように切り替える、
請求項１又は２に記載のスイッチギヤ。
【請求項４】
前記切替部は、前記商用電源に関する電力と、前記発電部又は前記蓄電池のいずれか一方の電力と、のうち、大きい方の電力を前記制御電源に供給するように切り替える、
請求項１又は２に記載のスイッチギヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スイッチギヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
受変電設備で使用されるスイッチギヤは制御電源に電力を供給する。制御電源は、遮断器の作動、継電器の作動又は状態の表示等の制御に用いられる。スイッチギヤは直流電源装置から電力の供給を受ける。直流電源装置は、受電した商用電源を直流電源に変換する。直流電源装置は、変換した直流電源を電力としてスイッチギヤに供給する。直流電源装置は蓄電池を備える。商用電源が停電した場合、直流電源装置は蓄電池からスイッチギヤに電力を供給する。しかし、蓄電池の容量には上限がある。このため、直流電源装置は、蓄電池から一定時間しか電力を供給できない。災害等で商用電源が長期間停電した場合、蓄電池は完全に放電することがある。この場合、スイッチギヤは、制御電源に電力を供給できなくなる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−５７４２０号公報
【特許文献２】特開平１０−２０１１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、商用電源が停電しても制御電源に電力を供給することができるスイッチギヤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のスイッチギヤは、発電部と、蓄電池と切替部とを持つ。発電部は、所定の自然エネルギーを電力に変換する。蓄電池は、前記発電部によって変換された電力を蓄電する。切替部は、商用電源に関する電力を自装置の機能を制御する制御電源に供給し、前記商用電源の電圧に関する所定の条件を満たした場合、前記発電部又は前記蓄電池のいずれか一方の電力を前記制御電源に供給するように切り替える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の電力システム１を示す概略図の一例を示す図。
【図２】第１の実施形態の直流電源の切替の処理の流れの一具体例を示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態の太陽光パネル１０又は蓄電池１０１が電力を供給する場合の処理の流れを示すフローチャート。
【図４】第２の実施形態の電力システム１ａを示す概略図の一例を示す図。
【図５】第２の実施形態の直流電源の供給の処理の流れの一具体例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態のスイッチギヤを、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の電力システム１を示す概略図の一例を示す図である。電力システム１は、スイッチギヤ１００と直流電源装置２００とを備える。電力システム１は、スイッチギヤ１００が備える制御電源に電力を供給する。電力システム１は、直流電源装置２００から供給される電力を制御電源に供給する。電力システム１は、直流電源装置２００に供給される電力が停止した場合、スイッチギヤ１００に設けられた太陽光パネルによって生成された電力を制御電源に供給する。
【０００９】
スイッチギヤ１００は、太陽光パネル１０、蓄電池１０１、切替部１０２、制御電源１０３、第１直流チョッパ１０４及び第２直流チョッパ１０５を備える。スイッチギヤ１００は、例えば建物の屋上、テラス、庭等の屋外に設置される。スイッチギヤ１００は、遮断器や保護継電器等を金属製の箱体（不図示）内に収容する。箱体は、例えば遮断器、計器用変成器等を収容する。箱体は、主に電力を受電する受電盤、遮断器、変流器又は零相変流器等を介して負荷供給用のケーブルが引き出されるフィーダ盤、主母線を系統毎に遮断器によって切り分ける母線連絡盤等を収容する。スイッチギヤ１００は、箱体に収容された各機器の制御に用いられる制御電源１０３に電力を供給する。
【００１０】
太陽光パネル１０は、光エネルギーを電力に変換する。太陽光パネル１０は、光起電力効果によって光を電力に変換する。太陽光パネル１０は変換された電力をスイッチギヤ１００に出力する。太陽光パネル１０は、光エネルギーの強さに比例した量の電力を出力する。太陽光パネル１０は、蓄電池１０１又は制御電源１０３に電力を供給する。太陽光パネル１０は、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって電力を供給するように切替部１０２を切替された場合に、制御電源１０３に電力を供給する。光エネルギーとは例えば太陽光である。太陽光パネル１０は、発電部の一具体例である。
【００１１】
蓄電池１０１は、蓄電及び放電の双方を行うことが可能な二次電池を利用した設備である。蓄電池１０１は、太陽光パネル１０によって変換された電力を蓄電する。蓄電池１０１は、放電によって制御電源１０３に電力を供給する。蓄電池１０１は、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって電力を供給するように切替部１０２を切替された場合に、制御電源１０３に電力を供給する。蓄電池１０１は、制御電源１０３の稼働に必要となる電圧で制御電源１０３に電力を供給する。制御電源１０３の稼働に必要となる電圧は、例えば、直流電源装置２００から供給される電力に関する電圧と同等の電圧であってもよい。なお、蓄電池１０１は、太陽光パネル１０によって変換された電力よりも、蓄電池１０１が供給する電力の方が高い場合に、制御電源１０３に電力を供給する。蓄電池１０１は、鉛蓄電池でもリチウムイオン電池でもよい。
【００１２】
切替部１０２は、制御電源１０３に電力を供給する回路を備える。切替部１０２は、直流電源装置２００の電圧に関する所定の条件を満たした場合、直流電源装置２００から供給される電力を制御電源１０３に供給するようにスイッチギヤ１００の回路を切り替える。また、切替部１０２は、直流電源装置２００の電圧に関する所定の条件を満たさない場合、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１のいずれか一方の電力を制御電源１０３に供給するようにスイッチギヤ１００の回路を切り替える。以下、具体的に説明する。
【００１３】
切替部１０２は、第１電圧リレー１２１、第２電圧リレー１２２及び切替回路１２３を備える。第１電圧リレー１２１は、予め定められた電圧で動作する機器である。第１電圧リレー１２１は、例えば電圧継電器である。第１電圧リレー１２１は、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって供給される電力に関する電圧を検知する。
【００１４】
第２電圧リレー１２２は、予め定められた電圧で動作する機器である。第２電圧リレー１２２は、例えば電圧継電器である。第２電圧リレー１２２は、直流電源装置２００によって供給される電力に関する電圧を検知する。
【００１５】
切替回路１２３は、制御電源１０３に電力を供給する主体を切り替える回路である。切替回路１２３は、例えば、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって供給される電力と、直流電源装置２００によって供給される電力とを切り替える。切替回路１２３は、第１電圧リレー１２１及び第２電圧リレー１２２の動作に応じて、切り替えされる。以下、具体的に説明する。
【００１６】
第２電圧リレー１２２は、直流電源装置２００が電力を供給する場合の電圧が予め定められた閾値より大きい場合、所定の経路に切替回路１２３を切り替える。この場合、第２電圧リレー１２２は、直流電源装置２００から電力が供給されるように切替回路１２３の経路を切り替える。第１電圧リレー１２１によって検知される電圧に関わらず、第２電圧リレー１２２は、直流電源装置２００から電力が供給されるように切替回路１２３の経路を切り替える。
【００１７】
次に、第２電圧リレー１２２によって検知される直流電源装置２００が電力を供給する場合の電圧が、予め定められた閾値以下である場合について説明する。この場合、第１電圧リレー１２１によって検知される電圧に基づいて、切替回路１２３は切替される。具体的には、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１が電力を供給する場合の電圧が予め定められた閾値より大きい場合、第１電圧リレー１２１は、所定の経路に切替回路１２３を切り替える。所定の経路とは、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって電力が供給される経路である。
【００１８】
第１電圧リレー１２１によって検知される太陽光パネル１０又は蓄電池１０１が電力を供給する場合の電圧が予め定められた閾値以下である場合、制御電源１０３に対して電力を供給することができなくなる。このため、第１電圧リレー１２１は、直流電源装置２００から電力が供給されるように切替回路１２３の経路を切り替えてもよいし、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１ら電力が供給されるように切替回路１２３の経路を切り替えてもよい。
【００１９】
制御電源１０３は、遮断器の操作、継電器の作動、状態の表示等のスイッチギヤ１００の制御に関する電源である。制御電源１０３は、直流電源装置２００、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１から供給される電力によって作動する。
【００２０】
第１直流チョッパ１０４は、入力された直流電圧を昇圧させて出力する。第１直流チョッパ１０４は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータである。第１直流チョッパ１０４は、蓄電池１０１によって供給された電力の電圧を所定の電圧に昇圧して出力する。所定の電圧とは、制御電源１０３側の電圧よりも高い電圧である。このように、第１直流チョッパ１０４は、蓄電池１０１によって供給される電力が制御電源１０３に供給されるように制御する。
【００２１】
第２直流チョッパ１０５は、入力された直流電圧を昇圧させて出力する。第２直流チョッパ１０５は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータである。第２直流チョッパ１０５は、太陽光パネル１０によって供給された電力の電圧を所定の電圧に昇圧して出力する。所定の電圧とは、制御電源１０３側の電圧よりも高い電圧である。このように、第２直流チョッパ１０５は、太陽光パネル１０によって供給される電力が制御電源１０３に供給されるように制御する。
【００２２】
スイッチギヤ１００は、第１直流チョッパ１０４と第２直流チョッパ１０５とを備えることで、太陽光パネル１０から供給される電力と蓄電池１０１から供給される電力とを切替できる。具体的には、スイッチギヤ１００は、太陽光パネル１０から供給される電力が蓄電池１０１から供給される電力よりも弱くなった場合に、蓄電池１０１による給電に切り替えることが可能になる。
【００２３】
直流電源装置２００は、直流変換器２０１、蓄電池２０２及び遮断器２０３を備える。直流電源装置２００は、商用電源２０から交流電源の供給を受ける。直流電源装置２００は、交流電源を直流電源に変換する。直流電源装置２００は、変換された直流電源を電力としてスイッチギヤ１００に供給する。商用電源２０は、例えば電力会社から供給される交流電源である。
【００２４】
直流変換器２０１は、交流電源を直流電源に変換する。直流変換器２０１は、変換された直流電源を電力としてスイッチギヤ１００に出力する。直流変換器２０１は、変換されてスイッチギヤ１００に出力される電力の内、余剰の電力を蓄電池２０２に出力する。
【００２５】
蓄電池２０２は、蓄電及び放電の双方を行うことが可能な二次電池を利用した設備である。蓄電池２０２は、直流変換器２０１によって変換された電力を蓄電する。蓄電池２０２は、放電によって制御電源１０３に電力を供給する。蓄電池２０２は、制御電源１０３の稼働に必要となる電圧で制御電源１０３に電力を供給する。制御電源１０３の稼働に必要となる電圧は、例えば、直流変換器２０１から供給される電力に関する電圧と同等の電圧であってもよい。蓄電池２０２は、鉛蓄電池でもリチウムイオン電池でもよい。
【００２６】
遮断器２０３は、直流電源装置２００からスイッチギヤ１００に供給される電力を開閉する。例えば、遮断器２０３は、スイッチギヤ１００又は直流電源装置２００に障害が発生した場合に、電気回路を開く。例えば、遮断器２０３は、スイッチギヤ１００及び直流電源装置２００が正常に動作している場合に、電気回路を閉じる。このように構成されることで、自装置で発生した障害を他の装置に波及させることを防止できる。このように構成されることで、他の装置で発生した障害を自装置に波及させることを防止できる。
【００２７】
図２は、第１の実施形態の直流電源の切替の処理の流れの一具体例を示すフローチャートである。図２の処理は、商用電源２０から直流電源装置２００に交流が供給されている場合に実行される。図２の処理では、蓄電池１０１が供給する電力よりも、太陽光パネル１０によって変換された電力の方が、より大きい電力である場合について説明する。直流電源装置２００の直流変換器２０１は、電力をスイッチギヤ１００に供給する（ステップＳ１０１）。具体的には、直流変換器２０１は、商用電源２０から交流電源の供給を受ける。直流変換器２０１は、交流電源を直流電源に変換する。直流変換器２０１は、変換された直流電源を電力としてスイッチギヤ１００に出力する。
【００２８】
第２電圧リレー１２２は、直流電源装置２００が電力を供給する場合の電圧を検知する。第２電圧リレー１２２は、検知された電圧が、予め定められた閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。検知された電圧が予め定められた閾値以下でない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、処理はステップＳ１０１に遷移する。検知された電圧が予め定められた閾値以下である場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、第１電圧リレー１２１は、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１が電力を供給する場合の電圧を検知する。第１電圧リレー１２１は、検知された電圧が、予め定められた閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
【００２９】
検知された電圧が予め定められた閾値よりも大きい場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、第２電圧リレー１２２は、切替回路１２３を切り替える（ステップＳ１０４）。具体的には、第２電圧リレー１２２は、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１から電力が供給されるように切替回路１２３を切り替える。太陽光パネル１０は、光起電力効果によって光を電力に変換してスイッチギヤ１００に出力する。太陽光パネル１０が、スイッチギヤ１００に電力を供給する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０４では、太陽光パネル１０によって変換された電力よりも、蓄電池１０１によって供給される電力の方が大きい場合、蓄電池１０１がスイッチギヤ１００に電力を供給する。検知された電圧が予め定められた閾値以下である場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、処理を終了する。
【００３０】
図３は、第１の実施形態の太陽光パネル１０又は蓄電池１０１が電力を供給する場合の処理の流れを示すフローチャートである。図３の処理は、直流電源装置２００からの直流電源の供給が停止した場合（例えば、第２電圧リレー１２２に検知された電圧が予め定められた閾値以下である場合）に実行される。太陽光パネル１０によって供給される電力が、蓄電池１０１によって供給される電力よりも大きい場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、太陽光パネル１０は、電力をスイッチギヤ１００に供給する（ステップＳ２０２）。具体的には、太陽光パネル１０は、太陽光パネル１０は、光起電力効果によって光を電力に変換する。太陽光パネル１０は、変換された電力をスイッチギヤ１００に出力する。
【００３１】
太陽光パネル１０によって供給される電力が、蓄電池１０１によって供給される電力以下である場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、蓄電池１０１は、放電によって電力をスイッチギヤ１００に供給する（ステップＳ２０３）。
【００３２】
このように構成された電力システム１では、スイッチギヤ１００が太陽光パネル１０、蓄電池１０１及び切替部１０２を備える。太陽光パネル１０が、太陽光を電力に変換する。蓄電池が変換された電力を蓄電する。切替部１０２は、商用電源によって供給される電力に関する電圧に応じて、商用電源から太陽光パネル１０又は蓄電池１０１から電力の供給を受ける回路を切り替える。このため、スイッチギヤ１００は、商用電源が停電した場合であっても、制御電源１０３電源を供給することができる。
【００３３】
また、スイッチギヤ１００は、太陽光パネル１０から直接電力の供給を受けることができる。このため、商用電源が長時間停電したり、蓄電池１０１が完全に放電したりした場合であっても、スイッチギヤ１００は、制御電源１０３に電力を供給することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態における電力システム１ａについて説明する。第２の実施形態における電力システム１ａは、スイッチギヤ１００の代わりにスイッチギヤ１００ａを備える点で第１の実施形態とは異なるが、それ以外の構成は同じである。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００３５】
図４は、第２の実施形態の電力システム１ａを示す概略図の一例を示す図である。スイッチギヤ１００ａは、切替部１０２の代わりに切替部１０２ａを備える。スイッチギヤ１００ａは、それ以外の点については、第１の実施形態におけるスイッチギヤ１００と同じである。
【００３６】
切替部１０２ａは、商用電源から供給される電力を制御電源１０３に供給する。切替部１０２ａは、商用電源の停電に関する所定の条件を満たした場合に、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１のいずれか一方の電力を制御電源１０３に供給するようにスイッチギヤ１００ａの回路を切り替える。以下、具体的に説明する。
【００３７】
切替部１０２ａは、第１整流器１２４及び第２整流器１２５を備える。第１整流器１２４は、電流を一方向に流す素子である。第１整流器１２４は、例えばダイオードであってもよい。第１整流器１２４は、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１側にアノードを持つ。第１整流器１２４は、制御電源１０３側にカソードを持つ。
【００３８】
第２整流器１２５は、電流を一方向に流す素子である。第２整流器１２５は、例えばダイオードであってもよい。第２整流器１２５は、直流電源装置２００側にアノードを持つ。第２整流器１２５は、制御電源１０３側にカソードを持つ。
【００３９】
切替部１０２ａは、第１整流器１２４及び第２整流器１２５を備えることで、太陽光パネル１０、蓄電池１０１又は直流電源装置２００のうちいずれか１つの電力を制御電源１０３に供給する。以下、具体的に説明する。まず、直流電源装置２００によって供給される電力が太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって供給される電力よりも大きい場合について説明する。この場合、スイッチギヤ１００ａは、直流電源装置２００によって供給される電力を制御電源１０３に供給する。直流電源装置２００によって供給される電力に関する電流は、第１整流器１２４によって、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１の方向に流れない。このため、直流電源装置２００によって供給される電力は、制御電源１０３に供給される。
【００４０】
次に、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって供給される電力が直流電源装置２００によって供給される電力よりも大きい場合について説明する。この場合、スイッチギヤ１００ａは、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって供給される電力を制御電源１０３に供給する。太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって供給される電力に関する電流は、第２整流器１２５によって、直流電源装置２００の方向に流れない。このため、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって供給される電力は、制御電源１０３に供給される。
【００４１】
図５は、第２の実施形態の直流電源の供給の処理の流れの一具体例を示すフローチャートである。図５の処理は、制御電源１０３に電力が供給されている場合に実行される。直流電源装置２００によって供給される電力が、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって供給される電力よりも大きい場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、直流電源装置２００は、電力を制御電源１０３に供給する（ステップＳ３０２）。直流電源装置２００によって供給される電力が、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１によって供給される電力以下である場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、太陽光パネル１０又は蓄電池１０１は、電力を制御電源１０３に供給する（ステップＳ３０３）。
【００４２】
このように構成された電力システム１ａでは、スイッチギヤ１００ａが太陽光パネル１０、蓄電池１０１及び切替部１０２ａを備える。切替部１０２ａは、第１整流器１２４及び第２整流器１２５を備える。切替部１０２ａは、これらの整流器によって太陽光パネル１０、蓄電池１０１又は直流電源装置２００から供給される電力を制御電源１０３に供給することが出来る。このため、スイッチギヤ１００ａは、商用電源が停電した場合であっても、制御電源１０３電源を供給することができる。
【００４３】
（変形例）
上述の実施形態では、スイッチギヤ１００は、太陽光パネル１０を備えるように構成された、太陽光パネル１０に限定されない。例えば、スイッチギヤ１００は、太陽光パネル１０の代わりに、風車又は水車等の所定の自然エネルギーを電力に変換する設備を備えてもよい。
【００４４】
上述の実施形態では、スイッチギヤ１００は、太陽光パネル１０を備えるように構成されたが、太陽光パネル１０に加えて他の設備を備えてもよい。例えば、スイッチギヤ１００は、太陽光パネル１０に加えて、風車又は水車等の所定の自然エネルギーを電力に変換する設備を備えてもよい。このように構成されることで、スイッチギヤ１００は、例えば曇り等で太陽光が強くない日であっても、風車又は水車等の他の自然エネルギーを用いてスイッチギヤ１００に電力を供給することができる。風車又は水車等の所定の自然エネルギーを電力に変換する設備は、発電部の一具体例である。
【００４５】
上述の実施形態では、スイッチギヤ１００は屋外に設置される場合について説明した。しかし、太陽光パネル１０が屋外に設置されるのであれば、スイッチギヤ１００は屋内に設置されるように構成されてもよい。この場合、太陽光パネル１０とスイッチギヤ１００とは、太陽光パネル１０によって変換された電力を送電する電線で接続される。このように構成されることで、すでに屋内に設置されているスイッチギヤ１００に対しても、電力を供給することができる。
【００４６】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、太陽光パネル１０、蓄電池１０１及び切替部１０２を持つことにより、長時間商用電源が停電した場合であっても制御電源１０３電源を供給することができる。
することができる。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１、１ａ…電力システム１、１０…太陽光パネル、２０…商用電源、１００、１００ａ…スイッチギヤ、１０１…蓄電池、１０２、１０２ａ…切替部、１０３…制御電源、１０４…第１直流チョッパ、１０５…第２直流チョッパ、１２１…第１電圧リレー、１２２…第２電圧リレー、１２３…切替回路、１２４…第１整流器、１２５…第２整流器、２００…直流電源装置、２０１…直流変換器、２０２…蓄電池、２０３…遮断器
【図１】
2020205730.tif 000003
【図２】
2020205730.tif 000004
【図３】
2020205730.tif 000005
【図４】
2020205730.tif 000006
【図５】
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