(57)【要約】【課題】電力系統に対して直流の分散型電源を安価に連系させる。【解決手段】引込み回路２において、柱上側回路２１は、柱上変圧器ＰＴの２次側と、互いに並列に接続されたコンデンサＣ及びインバータＩＮＶとが直列に接続される。電力系統につながる柱上変圧器ＰＴの２次側により、２００Ｖの電源が提供される。インバータＩＮＶは、電力系統に連系する直流負荷であり、直流電源ＤＰからの直流電流を交流電流に変換し、連系させる。宅内側回路２２は、直流電源ＤＰと、互いに並列に接続されたリアクトルＬ、１００Ｖ交流負荷ＡＬ１、ＡＬ２及び２００Ｖ交流負荷ＡＬ３とが直列に接続される。直流電源ＤＰは、家庭用の太陽光発電装置等の直流の分散型電源である。リアクトルＬには、中間タップＴが設けられ、１００Ｖ交流負荷ＡＬ１と、ＡＬ２との間に接続される。１００Ｖ交流負荷ＡＬ１、ＡＬ２及び２００Ｖ交流負荷ＡＬ３は、単相三線式の交流負荷である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統側と、需要家側との間で電力の送受電を行う２本の引込み線と、
柱上変圧器の２次側と、互いに並列に接続されたインバータ及びコンデンサとが前記電力系統側における前記２本の引込み線の間に直列に接続された柱上側回路と、
直流の分散型電源と、互いに並列に接続された交流負荷及びリアクトルとが前記需要家側における前記２本の引込み線の間に直列に接続された宅内側回路と、
を備えることを特徴とする引込み回路。
【請求項２】
請求項１に記載の引込み回路であって、
２以上の前記宅内側回路と、１の前記柱上側回路とが接続されてなる
ことを特徴とする引込み回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の引込み回路であって、
前記インバータは、電力系統から電源を供給される他励式インバータである
ことを特徴とする引込み回路。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の引込み回路であって、
前記インバータは、自励式インバータである
ことを特徴とする引込み回路。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の引込み回路であって、
前記リアクトルは、中間タップを備える
ことを特徴とする引込み回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流の分散型電源を電力系統に連系させるための引込み回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流の分散型電源を電力系統に連系させる際には、個々の分散型電源に自励式インバータを接続し、直流を交流に変換した上で同期連系させる。この方法を用いると、今後、多数の分散型電源が連系した場合には、単独運転検出、電圧調整、出力調整等が困難になることが予想される。この解決方法として、出力周波数の変動等により単独運転を検出する能動方式の単独運転検出装置や、電圧調整を行うＳＶＣ（Static Var Compensator）等の無効電力供給装置を用いる方法がある。特許文献１には、能動方式の単独運転検出装置の例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９５６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、分散型電源の普及が進んで大量に設置されるようになると、能動方式の単独運転検出装置を用いても検出感度や動作時間が不十分になるおそれがある。また、大量の分散型電源に対応してインバータや単独運転検出装置等の多数の機器が必要になるので、電力系統への連系にかかる需要家側のコストが高くなるおそれがある。そこで、インバータを柱上側に移動し、電力会社の管理下に置くことが考えられるが、その場合、需要家側→電力系統側は直流で、電力系統側→需要家側は交流で電力を送ることになるため、引込み線は直流及び交流の両方に対応すべく２本から４本に増えて導入や保守にかかるコストが増えるという問題が発生する。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、電力系統に対して直流の分散型電源を安価に連系させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、引込み回路であって、電力系統側と、需要家側との間で電力の送受電を行う２本の引込み線と、柱上変圧器の２次側と、互いに並列に接続されたインバータ及びコンデンサとが前記電力系統側における前記２本の引込み線の間に直列に接続された柱上側回路と、直流の分散型電源と、互いに並列に接続された交流負荷及びリアクトルとが前記需要家側における前記２本の引込み線の間に直列に接続された宅内側回路と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、分散型電源の直流を交流に変換し、電力系統に連系させるためのインバータを柱上側に設置することにより、電力会社が管理するようになるので、需要家によるインバータの購入や保守の負担を減らすことができる。また、インバータを柱上側に設置した上で、コンデンサ及びリアクトルの作用により引込み線を２本にするので、直流の分散型電源の連系にかかるコストを抑えることができる。これによれば、電力系統に対して直流の分散型電源を安価に連系させることができる。そして、電圧調整や出力調整の中心的役割を持つインバータが柱上側にあるため、系統全体を把握している電力会社がインバータを制御できるので、電圧調整や出力調整の対策を容易に行うことができる。
【０００８】
また、本発明は、引込み回路であって、２以上の前記宅内側回路と、１の前記柱上側回路とが接続されてなることを特徴とする。  
この構成によれば、直流の分散型電源を有する各需要家は、柱上側のインバータを共有することができ、電力系統への連系にかかるコストをさらに抑えることができる。
【０００９】
また、本発明は、引込み回路であって、前記インバータが、電力系統から電源を供給される他励式インバータであることを特徴とする。  
この構成によれば、他励式インバータは、電力系統が停電すると動作しない。これによれば、系統停電が発生した場合、他励式インバータは、直流電源からの充電を受けても動作しないので、単独運転を確実に防止することができ、安全性が向上する。そして、単独運転防止装置が不要なので、安価に構成することができる。
【００１０】
また、本発明は、引込み回路であって、前記インバータが、自励式インバータであることを特徴とする。  
この構成によれば、自励式インバータは、動作に必要な電圧を内部で発生させる。これによれば、系統停電が長く続くときには、交流電源を柱上側回路から切り離すとともに、直流電源により自励式インバータを運転することにより、交流電源を代替する非常用電源として自励式インバータを使用することができる。
【００１１】
また、本発明は、引込み回路であって、前記リアクトルが、中間タップを備えることを特徴とする。  
この構成によれば、リアクトルの両端子及び中間タップを用いることにより、単相三線式の交流負荷を使用することができる。
【００１２】
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電力系統に対して直流の分散型電源を安価に連系させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る基本回路の構成と原理を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る引込み回路の構成を示す図である。
【図３】シミュレーション結果を示す図であり、（ａ）が電流の変化を示し、（ｂ）が電圧の変化を示し、（ｃ）が電力の変化を示す。
【図４】従来の引込み回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施の形態に係る引込み回路においては、分散型電源の直流を交流に変換するインバータ（直流負荷）を柱上側（電力会社側）に設置するとともに、インバータにコンデンサを並列接続し、宅内側（需要家側）の交流負荷にリアクトルを並列接続する。これによれば、インバータを電力会社の管理とし、直流用ライン及び交流用ラインを１対（２本）の引込み線により共用できるので、電力系統に対する直流の分散型電源の連系に際して需要家の負担を減らすことができる。
【００１６】
≪回路の基本構成と原理≫
図１は、本発明の実施の形態に係る基本回路の構成と原理を示す図である。基本回路１は、直流電源ＤＰと、交流電源ＡＰと、互いに並列に接続されたコンデンサＣ及び直流負荷ＤＬと、互いに並列に接続されたリアクトルＬ及び交流負荷ＡＬとが直列に接続された閉ループになっている。並列接続の箇所における交流電流の経路を実線で示し、直流電流の経路を破線で示す。コンデンサＣは、交流電流に対して低抵抗であり、直流電流に対して高抵抗である。一方、リアクトルＬは、交流電流に対して高抵抗であり、直流電流に対して低抵抗である。従って、交流電流は、並列接続の箇所のうち、低抵抗のコンデンサＣと、交流負荷ＡＬとを通る。また、直流電流は、並列接続の箇所のうち、直流負荷ＤＬと、低抵抗のリアクトルＬとを通る。
【００１７】
これによれば、基本回路１においてコンデンサＣの容量値及びリアクトルＬのリアクタンス値を適切に選ぶことにより、交流電源ＡＰからの交流電流を交流負荷ＡＬに供給し、直流電源ＤＰからの直流電流を直流負荷ＤＬに供給することができる。
【００１８】
≪引込み回路の構成と特徴≫
図２は、図１の回路を応用した柱上変圧器から一般需要家への引込み回路の構成を示す図である。引込み回路２は、図１の基本回路１において交流電源ＡＰを柱上変圧器ＰＴの２次側とし、直流負荷ＤＬをインバータＩＮＶとしたものであり、柱上側に設置される柱上側回路２１と、需要家宅に設置される宅内側回路２２とが接続されて構成される。詳細には、端子２１１と、端子２２１とが引込み線Ｌ１により接続され、端子２１２と、端子２２２とが引込み線Ｌ２により接続される。
【００１９】
柱上側回路２１は、破線Ｘの上方に示され、柱上変圧器ＰＴの２次側と、互いに並列に接続されたコンデンサＣ及びインバータＩＮＶとが端子２１１と、２１２との間に直列に接続されている。電力系統につながる柱上変圧器ＰＴの２次側により、２００Ｖの電源が提供される。インバータＩＮＶは、電力系統に連系する直流負荷であり、直流電源ＤＰからの直流電流を交流電流に変換して、電力系統に連系させる。
【００２０】
一方、宅内側回路２２は、破線Ｘの下方に示され、直流電源ＤＰと、並列に接続されたリアクトルＬ、１００Ｖ交流負荷ＡＬ１、ＡＬ２及び２００Ｖ交流負荷ＡＬ３とが直列に接続されている。直流電源ＤＰは、家庭用の太陽光発電装置（ＰＶ：Photo Voltaic）等の直流の分散型電源である。リアクトルＬには、中間タップＴが設けられ、１００Ｖ交流負荷ＡＬ１と、ＡＬ２との間に接続される。１００Ｖ交流負荷ＡＬ１、ＡＬ２及び２００Ｖ交流負荷ＡＬ３は、単相三線式の交流負荷である。
【００２１】
以上説明した引込み回路２によれば、需要家側（宅内側）から見たときの、直流電力の送電及び交流電力の受電（つまり、電力系統側（柱上側）から見たときの、交流電力の送電及び直流電力の受電）を２本の引込み線Ｌ１、Ｌ２で実現することができる。
【００２２】
インバータＩＮＶは、直流電力の受電部分（直流負荷）として設けられ、交流系統に連系する。インバータＩＮＶを電力系統から電源供給を受けて動作する他励式とした場合、電力系統が停電すると動作しないため、系統停電によりインバータＩＮＶが単独運転状態になることは基本的に発生せず、単独運転防止装置が不要なので、安価に構成することができる。一方、インバータＩＮＶを自励式とした場合、動作に必要な電圧を内部で発生させるので、系統停電に備えて単独運転防止装置が必要となる。この場合に、系統停電が長引くときには、柱上変圧器ＰＴを配電系統から切り離すとともに、直流電源ＤＰ（家庭用太陽光発電装置や電池等）によりインバータＩＮＶを運転することにより、交流電源ＡＰを代替する非常用電源として使用することができる。また、交流電源ＡＰの電圧を２００Ｖとし、リアクトルＬに中間タップを設けることにより、従来通りの単相三線式（２００Ｖ／１００Ｖ）の交流負荷への電力供給が可能である。
【００２３】
１台の柱上変圧器ＰＴから複数の一般需要家に引き込むためには、図２に示す１の柱上側回路２１に対して２以上の宅内側回路２２を並列に接続する。これによれば、各需要家宅は、交流電力の配電を受けるとともに、１以上の直流電源を保有する需要家は直流電力を送電でき、直流を交流に変換するインバータＩＮＶを共有化することができる。
【００２４】
≪実施例≫
図３は、シミュレーション結果を示す図である。図３（ａ）が電流の変化を示し、図３（ｂ）が電圧の変化を示し、図３（ｃ）が電力の変化を示す。数値例として、交流電源ＡＰを２００Ｖ、５ｋＷ、直流電源ＤＰを１００Ｖ、５ｋＷとしてシミュレーションしたところ、コンデンサＣの容量値＝３０ｍＦ、リアクトルＬのリアクタンス値＝３００ｍＨ程度であれば、直流及び交流をほぼ分離できることを確認した。このとき、リアクトルＬの皮相電力が１０ｋＶＡ程度、コンデンサＣの皮相電力が２．５ｋＶＡ程度となる。また、引込み線の電流の平均値は、直流電流となり、５０Ａ程度である。
【００２５】
≪従来回路との比較≫
図４は、従来の引込み回路の構成を示す図である。従来の引込み回路３において、系統電源である交流電源ＡＰに、交流負荷部分と、直流電源部分とが並列に接続されている。交流負荷部分は、図２の宅内側の交流負荷と同じ構成である。直流電源部分は、インバータＩＮＶ及び直流電源ＤＰからなる。インバータＩＮＶが需要家宅に設置されている場合には、破線Ｙの上方が柱上側の回路になり、破線Ｙの下方が宅内側の回路になる。この場合、柱上側の回路と、宅内側の回路とを接続する引込み線は２本になる。次に、この構成を維持したままでインバータＩＮＶを電力会社が管理するようにした場合には、破線Ｚの上方が柱上側の回路になり、破線Ｚの下方が宅内側の回路になる。この場合、引込み線は４本になる。これに対して、図２の引込み回路２では、破線Ｘで示すように引込み線が２本になっており、従来の接続構成のままでインバータＩＮＶを柱上側に移動し、電力会社側の管理にするより安価に構成できる。
【００２６】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、インバータＩＮＶを柱上側に設置することにより、電力会社が管理するようになるので、需要家によるインバータＩＮＶの購入や保守の負担を減らすことができる。また、インバータＩＮＶを柱上側に設置しても、コンデンサＣ及びリアクトルＬの作用により引込み線を２本にするので、直流電源ＤＰの連系にかかるコストを抑えることができる。これによれば、電力系統（低圧系統）に対して交流負荷ＡＬ及び直流電源ＤＰの両方を安価に連系させることができる。そして、直流電源ＤＰは、直流のまま電力系統に接続することができる。さらに、電圧調整や出力調整の中心的役割を持つインバータＩＮＶが柱上側にあるため、系統全体を把握している電力会社がインバータＩＮＶを制御できるので、電圧調整や出力調整の対策を容易に行うことができる。
【００２７】
以上によれば、太陽光発電装置等、一般家庭（需要家）が有する直流電源ＤＰの連系について、需要家側のインバータＩＮＶの購入や保守等の負担を減らすことができる。また、電力会社側でインバータＩＮＶを設置して管理するためのコストについては、需要家に負担金等を設定する、又は、新たな電気料金メニューを設定することが考えられる。これによれば、需要家及び電力会社の両方の負担を抑止しながら、自然エネルギー導入の促進を図ることができる。
【００２８】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１      基本回路
２      引込み回路
２１    柱上側回路
２２    宅内側回路
Ａ１、Ａ２  １００Ｖ交流負荷
Ａ３    ２００Ｖ交流負荷
ＡＬ    交流負荷
ＡＰ    交流電源
Ｃ      コンデンサ
ＤＬ    直流負荷
ＤＰ    直流電源
ＩＮＶ  インバータ
Ｌ      リアクトル
Ｌ１、Ｌ２  引込み線
ＰＴ    柱上変圧器
Ｔ      中間タップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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