(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、該インバータ回路の出力側を分岐す
る分岐配線とを備え、商用電力系統から電力の供給を受ける複数の需要家へ前記分岐配線
を介して夫々前記交流電力を分配する電力変換システムにおいて、
前記需要家に接続される夫々の分岐配線に供給される所定期間の供給電力量を検出する
電力検出回路を備え、
前記複数の分岐配線に分配されるべき電力量の比率が設定可能に構成され、
前記電力検出回路により検出される供給電力量の比率が前記分岐配線に分配されるべき
電力量の比率と異なる場合、各需要家に過不足する電力量を知らせることを特徴とする電
力変換システム。
【請求項２】
前記過不足する電力量の電気料金の単価が設定可能に構成され、
前記電力検出回路により検出される各需要家への供給電力量の比率が前記分岐配線に分
配されるべき電力量の比率と異なる場合、前記設定した電気料金の単価を用いて各需要家
に過不足する電力量の電気料金を知らせることを特徴とする請求項１に記載の電力変換シ
ステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機の発電電力を交流電力に変換して、この交流電力を複数の需要家へ供給する電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、共通の発電機（例えば、太陽電池、燃料電池、風力発電機など）の発電電力を所定の分配比率で複数の需要家へ分配する電力変換システムが提案されている（特許文献１）。【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３４６７２号公報
【０００４】
このような電力変換システムは、例えば、集合住宅において共同の発電機を設けたい場合や、近隣の複数の需要家が共同の発電機を設けたい場合に、出資比率などに応じて予め定めた分配比率を用いて発電機を利用するものであった。【０００５】
この電力変換システムは、発電機として太陽電池を備え、太陽電池の発電電力をインバータ回路により交流電力に変換する。変換された交流電力は、インバータ回路の出力側より分岐する分岐配線を利用して各需要家へ分配される。夫々の需要家に接続される分岐配線には電力制御器が設けられており、電力を分配する際にはこの電力制御器により分岐配線に流れる電力をオン／オフ制御して、夫々の需要家に上述の分配比率の電力を分配している。このように分岐配線を用いて各需要家へ電力を分配する場合、インバータ回路も共用することができるため、装置を安価に構成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電力変換システムのように、インバータ回路の出力側より分岐する分岐配線を利用して各需要家へ電力を分配する場合は、需要家にて利用される負荷が少し変動するだけでも需要家に供給される電力が変動してしまうため、予め定めた分配比率により需要家に電力を分配することは難しく、電力の分配に不公平が生じるおそれがあった。【０００７】
本発明は上述の問題に鑑みて成された発明であり、システムを安価に構成しつつも電力の分配による際の不公平を抑制することができる電力変換システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、  直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、該インバータ回路の出力側を分岐する分岐配線とを備え、商用電力系統から電力の供給を受ける複数の需要家へ前記分岐配線を介して夫々前記交流電力を分配する電力変換システムにおいて、前記需要家に接続される夫々の分岐配線に供給される所定期間の供給電力量を検出する電力検出回路を備え、前記複数の分岐配線に分配されるべき電力量の比率が設定可能に構成され、前記電力検出回路により検出される供給電力量の比率が前記分岐配線に分配されるべき電力量の比率と異なる場合、各需要家に過不足する電力量を知らせることを特徴とする電力変換システム。【０００９】
本発明によれば、分岐配線を用いて各需要家へ電力を分配し、インバータ回路を共用する安価な構成を用いて、複数の需要家に交流電力を供給するようにした。また、各需要家では過不足する電力量を把握できるので、後からその電力量の電気料金を精算することができる。これにより、システムを安価に構成しつつも電力の分配による際の不公平を抑制することができる。【００１０】
また、上述の発明において、各需要家から前記商用電力系統へ逆潮流した売電電力量を検出し前記供給電力量と前記売電電力量に基づいて、前記供給電力量の内各需要家にて消費された消費電力量を求め、前記消費電力量、及び売電電力量毎に各需要家に過不足する電力量を知らせることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。【００１１】
また、上述の発明において、前記商用電力系統の買電料金の単価、及び前記商用電力系統の売電料金の単価の情報を入力し、前記消費電力量については前記買電料金の単価を用いて前記比率により過不足する電気料金を知らせ、前記売電電力量については前記売電料金の単価を用いて前記比率により過不足する電気料金を知らせることを特徴とする。【００１２】
また、上述の発明において、前記過不足する電力量の電気料金の単価が設定可能に構成され、前記電力検出回路により検出される各需要家への供給電力量の比率が前記分岐配線に分配されるべき電力量の比率と異なる場合、前記設定した電気料金の単価を用いて各需要家に過不足する電力量の電気料金を知らせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、システムを安価に構成しつつも電力の分配による際の不公平を抑制することができる電力変換システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電力変換システムを示す概要図である。
【図２】需要家を示す概要図である。
【図３】表示モニタを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は電力変換システム２を示す概要図である。この図に示すように、商用電力系統４から各需要家３ａ、３ｂが夫々交流電力の供給を受けており、この需要家３ａ、３ｂに共通の電力変換システム２が配備される。【００１６】
電力変換システム２は、需要家３ａ、３ｂに対して共通の太陽電池１（発電機）が接続されている。本実施例では、需要家３ａ、３ｂは、戸建て家屋で構成されており、需要家３ａ、３ｂは夫々近隣の家屋である。例えば、需要家３ａに設置される。太陽電池１は、需要家３ａの屋上に、電力変換システム２は、この建物の１階（需要家３ａ）の脇に配置される。太陽電池１の発電電力は電力変換システム２に入力され、電力変換システム２は、この発電電力を夫々の需要家３ａ、３ｂに分配して供給する。尚、需要家３ａ、３ｂは近隣の戸建ての家屋に限らず、マンションやアパートなどの集合住宅などで構成されていてもよい。【００１７】
図２は、需要家を示す概略図である。需要家３ａ、３ｂは同じ構成を有しているため需要家３として説明する。この図に示すように、需要家３は、分電盤３１を有している。分電盤３１は、商用電力系統４の供給する交流電力と、電力変換システムの供給する交流電力とを入力し、入力されこれらの交流電力が重畳されて需要家３の負荷３５に供給される。【００１８】
また、各需要家３の分電盤３１の商用電力系統４側には、買電計３２と売電計３３が夫々設けられている。買電計３２は、商用電力系統４から需要家３に供給される電力量を検出する。検出された電力量（買電電力量）は、買電電力料金を演算するために用いられる。売電計３３は、需要家３ａ、３ｂから商用電力系統４に供給される電力量を検出する。検出された電力量（売電電力量）は、売電電力料金を演算するために用いられる。【００１９】
このように、各需要家３ａ、３ｂには、個別に分電盤３２と売電計３３が設けられており、個別に電力会社と電力の売買を行うことができるように構成されている。【００２０】
また、需要家２ａ、２ｂには夫々表示モニタ３４が備えられており、需要家２ａ、２ｂの電力の利用状況等が表示できるようになっている。【００２１】
次に、電力変換システム２について詳細に述べる。図１に示すように、電力変換システム２は、昇圧回路２１、インバータ回路２２、連系用リレー２３（開閉器）、制御回路２４、出力電流センサ２５ａ、２５ｂを備えている。また、昇圧回路２１、インバータ回路２２、連系用リレー２３、制御回路２４、入力電流センサ５１、及び出力電流センサ２５ａ、２５ｂは、共通の筺体に収容され、この筺体を配置することにより共通の場所（ここでは需要家２ｃの脇）にまとめられる。【００２２】
昇圧回路２１は、太陽電池１とインバータ回路２２との間に接続され、太陽電池１の電圧を昇圧する。昇圧回路２１は、リアクトル、ＩＧＢＴやＦＥＴのようなスイッチ素子、ダイオード回路、及びコンデンサからなる。具体的には、リアクトルとダイオードとを直列に接続して直列回路を形成し、この直列回路のリアクトル側を太陽電池１の正極側に接続する。また、リアクトルとダイオードとの接続点と太陽電池の負極側とをスイッチ素子を介して接続している。また、直列回路のダイオード側と太陽電池の負極側とをコンデンサを介して接続している。昇圧回路２１は、スイッチ素子を周期的に導通／遮断し、例えば、この周期毎にスイッチ素子を導通する比率（以後、ＯＮ比率）を設定することにより、太陽電池の電圧を所望の昇圧比で昇圧してコンデンサの両端に出力する。【００２３】
インバータ回路２２は、昇圧回路２１を介して入力される太陽電池３の発電電力を交流電力に変換する。また、インバータ回路１２の出力側には、このインバータ回路２２の出力側を分岐する分岐配線Ｌａ、Ｌｂが接続されており、この分岐配線を介して夫々の需要家３ａ、３ｂにインバータ回路１２の出力する交流電力を分配する。【００２４】
インバータ回路２２は、ＩＧＢＴやＦＥＴのような４つのスイッチ素子によるブリッジ回路と、２つのリアクトルとコンデンサによるフィルタ回路とを有している。インバータ回路２２のブリッジ回路は、夫々、直流側が昇圧回路のコンデンサの両端に接続され、交流側がフィルタ回路に接続されている。フィルタ回路は、２つのリアクトルの夫々の一端をコンデンサにより接続し、夫々のリアクトルの他端をブリッジ回路の交流側に接続する。インバータ回路２２は、所定のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を用いて、４つのスイッチ素子を導通／遮断することにより、商用電力系統と同期した波形の交流電力を生成し需要家３ａ、３ｂに供給する。【００２５】
連系用リレー２３は、分岐配線Ｌａ、Ｌｂに夫々介在し、分岐配線Ｌａ、Ｌｂの線路の接続／開放を行う。これにより、連系用リレー２３が接続状態になると、需要家２ａ、２ｂには、インバータ回路２２の出力する交流電力が供給され、連系用リレー２３が開放状態になると需要家３ａ、３ｂに供給されるインバータ回路２２の出力する交流電力が遮断される。【００２６】
分岐配線Ｌａ、Ｌｂには、夫々出力電流センサ５３ａ、５３ｂが設けられ、夫々の分岐配線Ｌａ、Ｌｂの瞬時の出力電流Ｉｏａ、Ｉｏｂを検出する。検出された出力電流Ｉｏａ、Ｉｏｂ、制御回路に入力され、過去に入力された出力電流Ｉｏａ、Ｉｏｂ、及び出力電圧Ｖｏａ、Ｖｏｂを用いて制御回路１４内にて、実行値（または平均値）が演算される。以後、出力電流Ｉｏａ、Ｉｏｂの実効値を出力電流Ｉａ、Ｉｂとする。出力電流Ｉａ、Ｉｂは、電力変換システム１１の動作の制御などに利用される。【００２７】
制御回路２４は、例えば、マイコンから成り、昇圧回路２１の動作、インバータ回路２２の動作、及び連系用リレー２３の動作の制御を行う。【００２８】
制御回路２４は、昇圧回路２１のＯＮ比率を、太陽電池１の発電電力（昇圧回路２１への入力電力）が最大になるように制御する。具体的には、入力電流センサ５１と入力電圧センサ５２から得られる入力電流と入力電圧とから、昇圧回路２１に入力される太陽電池１の発電電力を演算する。演算した発電電力が、前回演算した発電電力よりも大きい場合は、前回ＯＮ比率を変更した方と同じ方にＯＮ比率を変更する（前回ＯＮ比率を低くした場合再度低くし、前回ＯＮ比率を高くした場合は高くする）。また、逆に、前回演算した発電電力よりも小さい場合は、前回ＯＮ比率を変更した方と逆の方にＯＮ比率を変更する（前回ＯＮ比率を低くした場合高くし、前回ＯＮ比率を高くした場合は低くする）。【００２９】
制御回路２４は、インバータ回路２２のスイッチ素子を導通／遮断するためのＰＷＭ信号を生成する。具体的には、制御回路２４は、夫々の需要家に供給されている商用系統の電圧を同じとして説明を容易にすると、インバータ回路１２の出力電流指令値Ｉｔを演算し、検出した出力電流（Ｉａ＋Ｉｂ）が出力電流指令値に一致するようにインバータ回路２２の出力電圧を出力するようなＰＷＭ信号を生成する。【００３０】
制御回路２４は、連系用リレー２３を接続／開放するための信号を生成して連系用リレー２３が所望の状態（接続状態ｏｒ開放状態）になるように制御する。例えば、太陽電池１が発電可能な状態になった場合に、この連系用リレー２３を接続状態にし、太陽電池１が発電不可能な状態になると、この連系用リレー２３を開放状態にして太陽電池１と商用電力系統とを切り離す。【００３１】
制御回路２４は、図示しない入力部により複数の分岐配線Ｌａ、Ｌｂに分配されるべき電力量の比率を受付けて記憶する。制御回路２４は、出力電流センサ２５ａ、２５ｂの検出する出力電流Ｉａ、Ｉｂに基づいて、各需要家３ａ、３ｂに接続される夫々の分岐配線Ｌａ、Ｌｂに供給される所定期間の供給電力量を検出する。即ち、制御回路２４は、夫々の需要家３ａ、３ｂへのインバータ回路２２からの供給電力量を検出する電力検出回路として機能する。供給電力量は、出力電流Ｉａ、Ｉｂの積算値にサンプリングタイムＴと商用電力系統の電圧Ｖとを積算することにより求めることができる。例えば、需要家３ａの供給電力量Ｐａは、Ｐａ＝ΣＩａ×Ｖ×Ｔで求めることができる。需要家３ｂの場合は、符号ａがｂに変わるだけである。【００３２】
制御回路２４は、需要家３の表示モニタ３４と通信する通信機能を有しており、検出された供給電力量の比率が、記憶されている分岐配線Ｌａ、Ｌｂに分配されるべき電力量の比率と異なる場合、各需要家３ａ、３ｂに過不足する電力量を知らせる（表示モニタに過不足する電力量の情報を送る）。【００３３】
具体的には、制御回路２４は、売電計３３と通信する通信機能を有しており、各需要家３ａ、３ｂから商用電力系統４へ逆潮流した売電電力量を受信する。尚、売電電力量は、商用電力系統４と分電盤３との間に電流センサを設けて逆潮流電流を検出して求めても良い。また、売電計３３により検出される売電電力量を表示モニタ３４に記憶しておき、表示モニタ経由で売電電力量を受信しても良い。【００３４】
そして、制御回路２４は、供給電力量と売電電力量に基づいて、供給電力量の内各需要家３ａ、３ｂにて消費された消費電力量を求め、夫々消費電力量、及び売電電力量毎に各需要家３ａ、３ｂに過不足する電力量を知らせる（表示モニタに過不足する電力量の情報を送る）。供給電力量の内各需要家３ａ、３ｂにて消費された消費電力量は、供給電力量と売電電力量の差分により求めることができる。【００３５】
また、制御回路２４は、各需要家３ａ、３ｂに過不足する電力量の電気料金を知らせる（表示モニタに過不足する電力量の電気料金の情報を送る）。過不足する電気料金もまた、供給電力量の内各需要家３ａ、３ｂにて消費された消費電力量、及び売電電力量毎に求める。【００３６】
供給電力量の内各需要家３ａ、３ｂにて消費された消費電力量について各需要家３ａ、３ｂの過不足する電気料金Ｍｘａ、Ｍｘｂは、以下のように求めることができる。
（１）Ｍｘａ＝｛（Ｐｕａ＋Ｐｕｂ）×ｒ１−Ｐｕａ｝×Ｍ１
（２）Ｍｘｂ＝｛（Ｐｕａ＋Ｐｕｂ）×ｒ２−Ｐｕｂ｝×Ｍ１
但し、供給電力量のうち各需要家３ａ、３ｂにて消費された消費電力量をＰｕａ、Ｐｕｂ、各需要家３ａ、３ｂへの電力量の分配比率（分岐配線Ｌａ、Ｌｂに分配されるべき分配比率）をｒ１、ｒ２（但し、ｒ１＋ｒ２＝１）、買電電力の電気料金の単価をＭ１とする。【００３７】
各需要家３ａ、３ｂの売電電力量について各需要家３ａ、３ｂの過不足する電気料金Ｍｙａ、Ｍｙｂは、以下のように求めることができる。
（３）Ｍｙａ＝｛（Ｐｂａ＋Ｐｂｂ）×ｒ１−Ｐｂａ｝×Ｍ２
（４）Ｍｙｂ＝｛（Ｐｂａ＋Ｐｂｂ）×ｒ２−Ｐｂｂ｝×Ｍ２
但し、各需要家３ａ、３ｂの売電電力量をＰｂａ、Ｐｂｂ、売電電力の電気料金の単価をＭ２とする。  尚、商用電力系統４の買電料金の単価、及び商用電量矩形等４の売電料金の単価の情報は制御回路２４をインターネットと接続し、このインターネットを介して得る（入力する）ことができる。【００３８】
このように演算された、電力量や電力料金の過不足の情報は制御回路から各需要家３ａ、３ｂの表示モニタ３４に送信される。図３は、表示モニタを示す図である。図に示すように、表示モニタ３４には、供給電力量の内各需要家３ａ、３ｂにて消費された消費電力量と、売電電力量とに分けて夫々電力量の過不足と電力料金の過不足が示される。【００３９】
また、ここでは、電力量の過不足は目視して分かりやすいように棒グラフで示されている。棒グラフ上には、分岐配線Ｌａ、Ｌｂに分配されるべき電力量の比率ｒ１、ｒ２どおりに分配された場合の電力量が記されており（逆三角形の印部分）、棒グラフがこの印を越えると過大分の電力量があり、棒グラフがこの印を超えなかった場合は不足分の電力量があることが分かる。【００４０】
また、電力量の不足分は点線により表示され、実際の電力量は実線により表示され、及び電力量の過大分はハッチングにより表示されているように、それぞれ表示の仕方が異なるようにしている。【００４１】
また、棒グラフの右側には、この電力量の過不足による電気料金の過不足が表示される。例えば、金額を数字で直接示すとわかりやすい。また、図３に示すように消費電力量と、売電電力量との電力料金の過不足の合計が記されている。【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、分岐配線Ｌａ、Ｌｂを用いて各需要家３ａ、３ｂへ電力を分配し、インバータ回路２２を共用する安価な構成を用いて、複数の需要家３ａ、３ｂに交流電力を供給するようにした。また、各需要家３ａ、３ｂでは過不足する電力量を把握できるので、後からその電力量の電気料金を精算することができる。これにより、システムを安価に構成しつつも電力の分配による際の不公平を抑制することができる。【００４３】
また、本実施形態によれば、供給電力量の内各需要家３ａ、３ｂにて消費された消費電力量を求め、この消費電力量、及び売電電力量毎に各需要家３ａ、３ｂに過不足する電力量を求めて、その電力量により過不足する電気料金を各需要家３ａ、３ｂに知らせた。これにより、電気料金を精算する際に、商用電力系統４の買電電力の電気料金単価と売電料金の単価が異なる場合に生じる不公平を抑制することができる。これには以下のような理由がある。【００４４】
供給電力量の内需要家内で消費される電力に過不足が生じた場合、商用電力系統４から余分に電力を買って補う、或いは商用電力系統４から電力を買わずにすんでいることになるため、買電電力で清算することが望ましものとなる。また、売電電力量に過不足が生じた場合、商用電力系統４へ余分に電力を売っている、或いは売りそびれていることになるため、売電電力で清算することが望ましいものとなる。ここで、買電料金と売電料金が異なる場合は、夫々の料金にて清算をしないといずれかの需要家に不公平が生じることになる。【００４５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。 【００４６】
例えば、本実施形態において、共通の発電機として１か所に設置された太陽電池１を利用したが、例えば、複数の一軒家に太陽電池１を夫々設けて、これらの太陽電池１の発電電力を電力システム２でまとめ、まとめた太陽電池１の発電電力をインバータ回路２２で分配する場合も、共通の発電機を利用していると見ることができる。【００４７】
また、例えば、本実施形態において、発電機として太陽電池１を利用したが、燃料電池、蓄電池、風力発電機、エンジン発電機など様々な発電機を利用することが可能である。【００４８】
また、例えば、本実施形態において、商用電力系統の買電料金の単価、及び商用電力系統の売電料金の単価の情報を利用して、供給電力量の内各需要家にて消費された消費電力量、及び売電電力量ごとに過不足する電気料金を知らせていたが、各需要家間で過不足する電力量の電気料金の単価について合意が得られる電気料金の単価があれば、その電気料金の単価を利用しても良い。【００４９】
この場合、過不足する電力量の電気料金の単価が設定可能に構成すると良い。そして、各需要家への供給電力量の比率が分岐配線Ｌａ、Ｌｂに分配されるべき電力量の比率と異なる場合、設定した電気料金の単価を用いて各需要家３ａ、３ｂに過不足する電力量の電気料金を知らせると良い。
【符号の説明】
【００５０】
１      太陽電池
２      電力変換システム
３      需要家
４      商用電力系統
２１    昇圧回路
２２    インバータ回路
２３    連系用リレー
２４    制御回路
２５    出力電流センサ
３１    分電盤
３２    買電計
３３    売電計
３４    表示モニタ
３５    負荷
【図１】
0005957652.tif 000002
【図２】
0005957652.tif 000003
【図３】
0005957652.tif 000004