(57)【要約】 【課題】低コストで導入可能であり、かつ、柔軟にスケールアウトやスケールインすることが可能な局地電力供給システムの提供。【解決手段】局地電力供給システムは、負荷と、前記負荷に電力を供給する電源装置との組みと、前記負荷と電源装置との組みを局地電力網に接続する接続部と、を含んで構成された電力自給セルを複数配置し、前記電力自給セルの前記電源装置が、前記局地電力網の電圧の変化をフィードバックすることで同期した交流電圧を出力させる自律振動機能を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷と、前記負荷に電力を供給する電源装置との組みと、前記負荷と電源装置との組みを局地電力網に接続する接続部と、を含んで構成された電力自給セルを複数配置し、
前記電力自給セルの前記電源装置が、前記局地電力網の電圧の変化をフィードバックすることで同期した交流電圧を出力させる自律振動機能を備えていること、
を特徴とする局地電力供給システム。
【請求項２】
前記電源装置が、前記負荷と対応付けて配置されていることを特徴とする請求項１の局地電力供給システム。
【請求項３】
前記電源装置は、
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
所定の周波数で振動する自己振動子に、前記局地電力網の電圧の変化をフィードバックすることで、前記インバータに出力する駆動信号を生成する自律発振子と、を含んで構成されている、請求項１又は２の局地電力供給システム。
【請求項４】
前記接続部は、過電圧又は過電流を検出した際に、前記電力自給セルを前記局地電力網から解列する保護回路を含んでいる請求項１から３いずれか一の局地電力供給システム。
【請求項５】
負荷と、局地電力網への接続機能を提供する接続部と、に組み合わされて電力自給セルを構成する電源装置であって、
蓄電池又は発電装置から出力された直流電力を、交流電力に変換するインバータと、
所定の周波数で振動する自己振動子に、前記局地電力網の電圧の変化をフィードバックすることで、前記インバータに出力する駆動信号を生成する自律発振子と、を備えること
を特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、局地電力供給システム、電源装置及び電源装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、電気送電網全体の送電効率を向上させ、電力消費時の給電品質も向上させ、電力会社における総発電量は逆に、現在より少なくすることができるという電力供給装置が開示されている。具体的には、この電力供給装置は、制御装置、インバーター、通信装置、及び、二次電池を含み、一般需要家の二次電池に蓄えられている余剰電力を一般需要家が消費するのみならず、周波数と電圧が安定した高品質の電力を、配電用変電所の供給地域に供給するという一種の地産地消型の電力供給の概念が開示されている。
【０００３】
長年、大きな発電所を建設することにより、無電化地域を電化する手法が採られてきている。しかしながら、発電所の建設には相応の費用が掛かるため、世界中の各所に無電化地域が残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３５７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。上記した無電化地域を電化する方法として、再生可能エネルギーを利用した小型発電所を建設することが考えられるが、一旦、小型発電所を導入してしまうと、今度は、電力需要の増大への対応が困難になってしまう。その理由は、小型発電所をスケールアップすること自体費用が掛かり、また、小型発電所の数を増やすスケールアウトも容易でないことによる。また、一旦、発電設備を導入してしまうとそのサイズダウン、即ち、スケールダウンやスケールインは困難であり、設備のリプレースが必要となってしまう。
【０００６】
本発明は、低コストで導入可能であり、かつ、柔軟にスケールアウトやスケールインすることが可能な局地電力供給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】
【０００７】
第１の視点によれば、負荷と、前記負荷に電力を供給する電源装置との組みと、前記負荷と電源装置との組みを局地電力網に接続する接続部と、を含んで構成された電力自給セルを複数配置し、前記電力自給セルの前記電源装置が、前記局地電力網の電圧の変化をフィードバックすることで同期した交流電圧を出力させる自律振動機能を備えている局地電力供給システムが提供される。
【０００８】
第２の視点によれば、負荷と、局地電力網への接続機能を提供する接続部と、に組み合わされて電力自給セルを構成する電源装置であって、蓄電池又は発電装置から出力された直流電力を、交流電力に変換するインバータと、所定の周波数で振動する自己振動子に、前記局地電力網の電圧の変化をフィードバックすることで、前記インバータに出力する駆動信号を生成する自律発振子と、を備える電源装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低コストで導入可能であり、かつ、柔軟にスケールアウトやスケールインすることが可能な局地電力供給システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の局地電力供給システムの発展過程を説明するための図である。
【図３】本発明の局地電力供給システムの発展過程を説明するための図である。
【図４】本発明の局地電力供給システムの発展過程を説明するための図である。
【図５】本発明の局地電力供給システムの発展過程を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の局地電力供給システムの構成を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の局地電力供給システムを構成する電力自給セルの構成を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の自律協調電源の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
はじめに本発明の一実施形態の概要について図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００１２】
本発明は、その一実施形態において、図１に示すように、負荷１と、負荷１に電力を供給する電源装置２との組みと、負荷１と電源装置２との組みを局地電力網に接続する接続部３と、を含んで構成された電力自給セル４を複数配置した構成にて実現できる。より具体的には、前記電力自給セル４の前記電源装置２は、前記局地電力網５の電圧の変化をフィードバックすることで同期した交流電圧を出力させる自律振動機能を備えている。これにより、各電力自給セル４が、前記局地電力網と同期した周波数で電圧を変化させることが可能となり、複数並列に接続することでスケールアウトが容易化される。
【００１３】
また、本発明の電力自給セル４は、上記した自律振動機能を有しているため、種々の形態で相互接続し、スケールアウトすることが可能である。まず、図２（ａ）に示すように、電力需要がある場所、即ち、負荷１が存在する場所に電源装置２を配置し、相互に接続する。これにより、負荷１に電力を供給することが可能となる。
【００１４】
その後、図３（ｂ）に示すように、負荷１と電源装置２と接続部３を用いて構成した３つの電力自給セル４を局地電力網５に接続するトポロジー形態に発展させることができる（なお、図３（ｂ）の例では、接続部３を省略している）。本モデルによれば、負荷１と対応付けて電源装置２が配置され、それぞれが自給可能となっているため、長大な距離に渡って許容電流値の高い電線を敷設する必要がなくなり、配電コストを減らすことができるという効果もある。また、このような構成を採ることにより、ある電力自給セル４の電源装置に故障が生じても、他の電力自給セル４から供給される余剰電力で、電源装置に故障が生じたセルの負荷１に電力を供給することが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明によれば、電力自給セル４に、それぞれ電源装置２が配置されているため、それぞれの電力自給セル４が局地電力網５とは独立して自立運転することも可能となる。
【００１６】
また、図２（ａ）の状態から、さらに電力需要が生じた場合には、図４（ｃ）に示すように、当該電力需要が生じた場所（エリア）に、さらに１組の電力自給セル４ａを追加することで、電力需要に対応することが可能となる。また、電力自給セルを移動することも可能であり、例えば、図４（ｃ）の状態から、電力自給セル４ａを解列し、別の場所、例えば、別の局地電力網５に接続することも可能である。その場合は、図３（ｂ）の状態に戻ることになる。これらの電力自給セルの追加や移動は、既存の電力自給セルの電力供給にはなんら影響を与えない。
【００１７】
また、図５（ｄ）に示すように、局地電力網５側に負荷１ａ又は／及び電源装置２ａを接続することも可能である。このようにすることで、電力自給セルに属さない負荷に電力を供給したり、発電能力が不足している電力自給セル側に電力を供給することも可能となうる。
【００１８】
なお、図１〜図５の例では、電力自給セルに、負荷１と電源装置２がそれぞれ１つずつある例を挙げて説明したが、１つの電力自給セルに属する負荷１と電源装置２の数に制約はない。また、必要に応じて、それぞれの電力自給セルに蓄電池などを接続して、電源装置２が発電できない場合に、蓄電池から放電させるようにしてもよい。
【００１９】
また、電力自給セルが階層構造を持ち、さらに細分化された複数の電力自給セルによって構成されていてもよい。例えば、第１の発電装置（例えば、太陽光発電装置）と第１の負荷で構成された電力自給セルと、第２の発電装置（例えば、内燃機関発電機）と第２の負荷で構成された電力自給セルとを相互に接続して、上位の電力自給セルを構成してもよい。そのような階層構造を持つ電力自給セルは、図３（ｂ）〜図５（ｄ）の構成例と等価となる。
【００２０】
［第１の実施形態］
続いて、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図６は、本発明の第１の実施形態の局地電力供給システムの構成を示す図である。図６を参照すると、マイクログリッド５ａに、住宅や施設や地区を基本単位とする電力自給セル４を接続した構成が示されている。マイクログリッド５ａは、上述の局地電力網５に相当し、基本的な構成は図１に示した構成と等価である。
【００２１】
図７は、電力自給セル４の構成例を示す図である。図７の例では、マイクログリッド接続部（以下、「ＭＧ接続部」）３０を介して、負荷１と、自律協調電源２０とがマイクログリッド５ａに接続された構成が示されている。また、ＭＧ接続部３０とマイクログリッド５ａとの間には電力計測センサ４０が接続されている。
【００２２】
負荷１は家電や機械設備等の機器である。自律協調電源２０は、マイクログリッド５ａの電圧の変化（マイクログリッド電圧情報）をフィードバックすることで同期した交流電圧を出力する自律振動機能を備えた電源装置である。なお、マイクログリッド５ａの電圧の変化は、電力計測センサ４０にて測定された端子電圧を用いることができる。
【００２３】
ＭＧ接続部３０は、保護回路及びリレーを備え、過電流、過電圧などの異常検出時や、自律運転開始時に、マイクログリッドと切り離し可能となっている。このようなＭＧ接続部３０を配置することにより、自律協調電源２０とマイクログリッド５ａとが緩やかに結合した状態（疎結合）にすることが可能となっている。
【００２４】
図８は、自律協調電源２０の詳細構成を示す図である。自律協調電源２０は、蓄電池又は発電装置（それぞれ図示省略）から出力された直流電力を、交流電力に変換するインバータ２１と、自律的発振子２２を備えて構成される。自律的発振子２２は、所定の周波数（例えば、５０Ｈｚや６０Ｈｚ）で発振する自己振動子２２１を備る。自律的発振子２２は、マイクログリッド５ａの電圧の変化から検出したマイクログリッド側の電圧波形の位相と、自己振動子２２１の位相とを比較し、合成することで、マイクログリッド５ａと同期したインバータ２１の駆動信号を生成する。
【００２５】
インバータ２１は、自律的発振子２２から供給される駆動信号に基づいて、マイクログリッド５ａと同期した電圧波形を出力する。
【００２６】
以上のような構成を持つ自律協調電源２０と、負荷１とを相互に接続し、マイクログリッド５ａに参加させることで、図３（ｂ）に、電力自給セル４を複数接続した局地電力供給システムを構成することができる。図３（ｂ）〜５（ｄ）を用いて説明したように、本発明の局地電力供給システムは、柔軟にスケールアウトやスケールインすることが可能である。また、本発明の局地電力供給システムは、それぞれの電力自給セル４が自律協調電源２０を備えているため、それぞれの電力自給セル４を自在に接続又は切り離すことができる疎結合状態とすることができる。これにより、電力自給セル４をマイクログリッド５ａから解列して自律運転させたり、逆に、マイクログリッド５ａに接続することも容易となる。
【００２７】
また、上記のような特徴を利用して、自律協調電源２０として、数百Ｗ程度の定格出力を持つ小型のものを用いることができる。したがって、初期投資を抑え、最初は、軽量、低コストの電源装置で電力自給セル４を構成し、地域の隅々に電気を供給することといった計画を立案することが可能となる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、各図面に示した装置間の構成、各要素の構成、接続形態は、本発明の理解を助けるための一例であり、これらの図面に示した構成に限定されるものではない。
【００２９】
例えば、上記した各実施形態では、電力自給セル４に負荷と電源の組みが配置され、電力の需給がバランスしているものとして説明したが、電力自給セル４内における電力の需給が必ずしもバランスしていなくてもよい。例えば、電力自給セル４内に負荷を導入するまでの運用期間においては、自律協調電源２０のみ設置し、マイクログリッド５ａに電力を供給するようにしてもよい。
【００３０】
また、電源として再生エネルギーを利用する発電装置等を用いる場合には、当然に、電力自給セル４内における電力の需給がバランスしなくなる。これらを解消するために、電力自給セル４に蓄電池を配置してもよいし、あるいは、追加の補助電源等を配置してもよい。このような構成は、島しょ地域等において好ましく採用できる。
【００３１】
なお、上記の特許文献および非特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００３２】
１、１ａ  負荷
２、２ａ  電源装置
３  接続部
４、４ａ  電力自給セル
５  局地電力網
５ａ  マイクログリッド
２０  自律協調電源
３０  マイクログリッド接続部
４０  電力計測センサ
２１  インバータ
２２  自律的発振子
２２１  自己振動子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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