(57)【要約】【課題】建屋の配電線の電圧が許容電圧の上限になった場合でも変圧器の変圧比を切り替えて引き続き分散型の発電装置から商用電力系統に送電することができる系統連係型発電システムを提供する。【解決手段】配電線の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部が検出した電圧に応じて変圧比を切り替える制御信号を変圧比切替部に出力する制御部と、を有することを特徴とする系統連係型発電システム。【選択図】図２
2011114930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された制御信号に応じて商用電力系統の送電網から受電した電力を変圧する変圧比を切り替える変圧比切替部を備えた変圧器を備え、該変圧器を介して供給される商用電力の配電線に分散型の発電装置を接続する系統連係型発電システムであって、
前記配電線の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部が検出した電圧を所定の電圧と比較判定した結果に応じて前記制御信号を前記変圧比切替部に出力する制御部と、
を有することを特徴とする系統連係型発電システム。
【請求項２】
前記電圧検出部と前記制御部は、前記発電装置の直流出力を交流に変換して前記配電線に接続するＤＣ−ＡＣコンバータと一体に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の系統連係型発電システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記変圧器と一体に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の系統連係型発電システム。
【請求項４】
前記制御部は、
複数の前記電圧検出部と接続され、それぞれの前記電圧検出部が検出した電圧を所定の電圧と比較判定した結果に応じて前記制御信号を前記変圧比切替部に出力することを特徴とする請求項３に記載の系統連係型発電システム。
【請求項５】
前記制御部は、
コンピュータと通信する通信機能を有し、前記コンピュータからの指令により前記変圧器の変圧比を切り替えることを特徴とする請求項３または４に記載の系統連係型発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連係型発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
個人住宅などの一般低圧需要家の建屋に設置された太陽電池や燃料電池などの分散型発電装置の直流電圧出力を、昇圧して配電線に接続し、変圧器を介して商用電力系統に連係する系統連係型発電システムが普及しつつある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
このような系統連係型発電システムでは、発電装置で発電した電力に余剰分があるときは、変圧器を介して商用電力系統に送電すると電力会社が買い取る、いわゆる売電が行われている。売電を行う際に分散型の発電装置から商用電力系統に送電するには、商用電力の電圧の方が、分散型の発電装置の出力電圧を変換した電圧より低くなければならない。
【０００４】
従来から一般低圧需要家の建屋の配電線には、商用電力系統の送電網から受電した高電圧の電力を建屋付近に設置された柱上トランス等の変圧器で所定の電圧に変圧して供給されている。変圧器から電力を供給される建屋群の電力消費が多いと、変圧器の１次側に接続された送電線の抵抗成分のため変圧器の１次側に電圧降下が発生し、変圧器の２次側に接続された建屋の配電線の電圧も低下する。
【０００５】
変圧器の出力電圧は所定の許容範囲（例えば、日本の家庭用電源は１０１±６Ｖ）内に抑えるように法律で定められている。そのため電力会社の作業者が、電圧をチェックし、電圧が許容範囲内になるように変圧器の変圧比を設定しているが、頻繁に行われるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１９７４５６号公報
【特許文献２】国際公開第２０００／７４１９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の系統連係型発電システムでは、建屋の配電線の電圧が許容範囲の上限に達すると、分散型の発電装置の出力電圧から変換した電圧を配電線の電圧以上にできないため分散型の発電装置から商用電力系統に送電できなくなる問題がある。
【０００８】
変圧器の変圧比は、作業員が設定を変更するまでは一定値なので、変圧器の２次側の負荷が減少すると、建屋の配電線の電圧が上限電圧に達する場合がある。そのため、建屋に設置された発電装置で発電した電力に余剰分があっても売電できない場合があり、売電による収入を得る機会を逃すことがあった。
【０００９】
特許文献１には、商用電力系統からの電力の供給が停止した場合にインバータを停止し、分散型の発電装置から商用電力系統への送電を停止する方法が記載されているが、配電線の電圧が上限電圧に達した場合については全く記載されていない。
【００１０】
また、特許文献２には、商用の交流電力が閾値電圧を越えると発電装置の発生する電力を変換した直流電力を商用電力の極性と同極性で商用電力系統に供給する送電装置が記載されているが、配電線の電圧が上限電圧に達した場合については全く記載されていない。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、建屋の配電線の電圧が許容電圧の上限になった場合でも変圧器の変圧比を切り替えて引き続き分散型の発電装置から商用電力系統に送電することができる系統連係型発電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】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
【００１３】
１．入力された制御信号に応じて商用電力系統の送電網から受電した電力を変圧する変圧比を切り替える変圧比切替部を備えた変圧器を備え、該変圧器を介して供給される商用電力の配電線に分散型の発電装置を接続する系統連係型発電システムであって、
前記配電線の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部が検出した電圧を所定の電圧と比較判定した結果に応じて前記制御信号を前記変圧比切替部に出力する制御部と、
を有することを特徴とする系統連係型発電システム。
【００１４】
２．前記電圧検出部と前記制御部は、前記発電装置の直流出力を交流に変換して前記配電線に接続するＤＣ−ＡＣコンバータと一体に構成されていることを特徴とする前記１に記載の系統連係型発電システム。
【００１５】
３．前記制御部は、前記変圧器と一体に構成されていることを特徴とする前記１に記載の系統連係型発電システム。
【００１６】
４．前記制御部は、
複数の前記電圧検出部と接続され、それぞれの前記電圧検出部が検出した電圧を所定の電圧と比較判定した結果に応じて前記制御信号を前記変圧比切替部に出力することを特徴とする前記３に記載の系統連係型発電システム。
【００１７】
５．前記制御部は、
コンピュータと通信する通信機能を有し、前記コンピュータからの指令により前記変圧器の変圧比を切り替えることを特徴とする前記３または４に記載の系統連係型発電システム。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の系統連係型発電システムは、配電線の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部が検出した電圧を所定の電圧と比較判定した結果に応じて制御信号を出力する制御部と、を有し、制御部は、電圧検出部が検出した建屋の配電線の電圧が、許容電圧の上限になった場合は、変圧器の変圧比を切り替えて許容電圧の範囲内に制御する。
【００１９】
したがって、建屋の配電線の電圧が許容電圧の上限になった場合でも変圧器の変圧比を切り替えて引き続き分散型の発電装置から商用電力系統に送電することができる系統連係型発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】商用電力系統の構成を説明する説明図である。
【図２】本発明に係る系統連係型発電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る変圧器の構成の一例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る系統連係型発電システムの制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る系統連係型発電システムの構成の別例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２２】
図１は、商用電力系統の構成を説明する説明図、図２は、本発明に係る系統連係型発電システムの構成の一例を示すブロック図、図３は、本発明に係る変圧器の構成の一例を示す説明図である。
【００２３】
最初に図１、図２に示す商用電力系統の構成を説明する。
【００２４】
発電所２０の系統電源１２で発電された電力は、超高圧送電線２２で各地の変電所２１に送電される。変電所２１の主変圧器１１で高圧交流に変換し、高圧送電線２３を介して各地の柱上トランスなどの変圧器１に送電される。変圧器１では高圧交流を低圧交流に変換し、需要家の配電線２４を介して各建屋３０に低圧交流を供給する。
【００２５】
本実施形態では、分散型の発電装置として太陽電池６を用いる例を説明するが、燃料電池などを用いても良い。太陽電池６は、建屋３０の屋上などに設置され、太陽光の照射を受けて直流電力を発生する。太陽電池６は、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）７に接続されており、太陽電池６の直流電力出力は、ＤＣ−ＡＣコンバータ５により交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣコンバータ５の出力する交流電圧は、日本の場合は家庭用電源の許容範囲の上限が１０７Ｖなので、若干余裕を持たせて例えば１０６．５Ｖにする必要がある。
【００２６】
ＤＣ−ＡＣコンバータ５の交流電力出力は配電線２４に接続されており、ＤＣ−ＡＣコンバータ５が変換した交流電圧の方が、配電線２４の電圧より高い場合は太陽電池６の発電した電力を変圧器１を介して商用電力系統に送電する。
【００２７】
本実施形態の変圧器１は、入力された制御信号に応じて変圧比を切り替える変圧比切替部２を有している。変圧比切替部２は、リレーなどの電磁スイッチであり制御信号に応じて接片１９を接点１７または接点１８に切り替えて接続する。
【００２８】
図３に示すように、変圧器１の２次側巻線１６には、変圧比切替部２の接点１８と、接点１８より巻線の少ない中間のタップに接点１７が接続されている。制御信号により接片１９を接点１７または接点１８に切り替えて接続すると、変圧器１の変圧比を切り替えることができる。
【００２９】
変圧器１の１次側巻線１５の側は高圧送電線２３に接続され、接片１９と２次側巻線１６の一方は配電線２４に接続される。したがって、接片１９を接点１７に接続させると変圧比は小さくなるので２次側の配電線２４の電圧は低くなり、接片１９を接点１８に接続させると変圧比は大きくなるので２次側の配電線２４の電圧は高くなる。
【００３０】
電圧検出部３は、例えば通信機能を備えた電圧計であり、配電線２４に接続された負荷１０の変動や、太陽電池６からの送電によって変化する配電線２４の電圧を検出し、デジタル値に変換して制御部４に送信する。
【００３１】
制御部４は、例えばＣＰＵ（中央処理装置）と記憶部等から構成され、記憶部に記憶されているプログラムをＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）に読み出し、当該プログラムに従って各部を制御する。記憶部は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成される。
【００３２】
制御部４は、電圧検出部３が検出した配電線２４の電圧に応じて、変圧器１の変圧比を切り替える制御信号を変圧器１の変圧比切替部２に出力する。
【００３３】
本実施形態では、電圧検出部３と制御部４は、ＰＣＵ７の筐体内にＤＣ−ＡＣコンバータ５と一体に構成されている。このようにすると、電圧検出部３と制御部４の建屋３０への設置や配線を容易に行うことができる。
【００３４】
図４は、本発明に係る系統連係型発電システムの制御手順の一例を示すフローチャートである。
【００３５】
以下、図４のフローチャートを順に説明する。
【００３６】
Ｓ１０：配電線２４の電圧を検出するステップである。
【００３７】
電圧検出部３は、所定の周期で配電線２４の電圧を検出する。
【００３８】
Ｓ１１：配電線２４の電圧がＶＨ以上か否かを判定するステップである。
【００３９】
制御部４は、配電線２４の電圧が所定の上限電圧ＶＨ以上か否かを判定する。上限電圧ＶＨの値は、予め制御部４の記憶部に記憶されており、制御部４はこの値を読み出して電圧検出部３の検出した配電線２４の電圧と比較して判定する。
【００４０】
上限電圧ＶＨの値は、日本の家庭用電源の許容範囲は１０１±６Ｖと定められているので、余裕を持った値、例えば１０６．５Ｖに予め設定しておく。
【００４１】
配電線２４の電圧がＶＨ以上の場合、（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２に進む。
【００４２】
Ｓ１２：変圧比を下げるステップである。
【００４３】
制御部４は、変圧比切替部２に制御信号を出力し、接片１９を接点１７に切り替えて変圧比を下げる。配電線２４の電圧が１０６．５Ｖの場合、ＤＣ−ＡＣコンバータ５の出力する交流電圧が１０６．５Ｖだとすると、太陽電池６が発電した電力を商用電力系統に送電することができない。本ステップで変圧比を下げると配電線２４の電圧は例えば１０１Ｖに低下し、ＤＣ−ＡＣコンバータ５が変換する交流電圧より低くすることができるので、太陽電池６が発電した電力を商用電力系統に送電することができる。
【００４４】
配電線２４の電圧がＶＨ以上ではない場合、（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ステップＳ１３に進む。
【００４５】
Ｓ１３：配電線２４の電圧がＶＬ以下か否かを判定するステップである。
【００４６】
制御部４は、配電線２４の電圧が所定の下限電圧ＶＬ以下か否かを判定する。下限電圧ＶＬの値は、予め制御部４の記憶部に記憶されており、制御部４はこの値を読み出して電圧検出部３の検出した配電線２４の電圧と比較して判定する。
【００４７】
下限電圧ＶＬの値は、日本の家庭用電源の許容範囲は１０１±６Ｖと定められているので、余裕を持った値、例えば９５．５Ｖに予め設定しておく。
【００４８】
配電線２４の電圧がＶＬ以下の場合、（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に進む。
【００４９】
Ｓ１４：変圧比を上げるステップである。
【００５０】
制御部４は、変圧比切替部２に接片１９を接点１８に切り替える制御信号を出力する。      
【００５１】
変圧比を下げたために配電線２４の電圧が下限電圧ＶＬより下がっている場合は、変圧比を上げて配電線２４の電圧を上げる。なお、ステップＳ１３で接片１９が接点１８に接続されていた場合は、変圧比は変わらない。
【００５２】
配電線２４の電圧がＶＬ以下ではない場合、（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻る。
【００５３】
制御部４は、配電線２４の電圧がＶＬ以下ではない場合は何も制御を行わずステップＳ１０に戻る。
【００５４】
フローチャートの説明は以上である。
【００５５】
図５は、本発明に係る系統連係型発電システムの構成の別例を示すブロック図である。
【００５６】
図２のブロック図との違いは、図２ではＰＣＵ７に設けられていた制御部４が、図５の例では変圧器１に設けられている点である。その他の機能要素は図２と同じであり、説明を省略する。
【００５７】
図５では、一つの電圧検出部３と制御部４を接続した例を示しているが、複数の入力端子を備えた制御部４を用いて、複数の電圧検出部３を制御部４と接続するようにすることもできる。
【００５８】
複数の電圧検出部３と接続する場合、制御部４は、それぞれの電圧検出部３が検出した電圧を所定の電圧と比較判定した結果に応じて制御信号を変圧比切替部２に出力する。このようにすると、複数の建屋３０に設けられた電圧検出部３からそれぞれの建屋３０内の配電線２４の電圧値が得られるので、全ての建屋３０内の配電線２４の電圧が許容範囲内になるように制御することができる。
【００５９】
また、制御部４に通信機能を持たせ、図示せぬ電力会社のコンピュータと通信できるように構成すれば、電力会社のコンピュータが各建屋３０内の配電線２４の電圧データを収集し、例えば日時や季節毎に最適な変圧比を遠隔操作で設定するようにすることもできる。また、その際は変圧比切替部２によって３つ以上の変圧比を切り替えるように構成すれば、より最適な制御を行うことができる。
【００６０】
以上このように、本発明によれば、建屋の配電線の電圧が許容電圧の上限になった場合でも変圧器の変圧比を切り替えて引き続き分散型の発電装置から商用電力系統に送電することができる系統連係型発電システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  変圧器
２  変圧比切替部
３  電圧検出部
４  制御部
５  コンバータ
６  太陽電池
１０  負荷
１１  主変圧器
１２  系統電源
１５  １次側巻線
１６  ２次側巻線
１７  接点
１８  接点
１９  接片
２０  発電所
２１  変電所
２２  超高圧送電線
２３  高圧送電線
２４  配電線
３０  建屋
【図１】
2011114930.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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