(57)【要約】【課題】莫大なコストをかけることなく、電力系統の周波数に基づく需要家側での負荷制御を実現可能にする技術を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる分散型電源システム１００、２００の代表的な構成は、分散型電源１０２の位相同期回路１０６ｄから電力系統１１４の周波数を取得する周波数取得部１０６ｇと、周波数が所定の閾値未満かどうかを判定する判別器１０６ｈと、判別器１０６ｈが閾値未満と判定した場合に、建物の分電盤１０８に対し１以上の遮断器１０８ｂ〜１０８ｏを作動させて電流を遮断させる負荷制御部１０６ｉとを備えることを特徴とする。【選択図】図２
2011193684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型電源の位相同期回路から電力系統の周波数を取得する周波数取得部と、
前記周波数が所定の閾値未満かどうかを判定する判別器と、
前記判別器が前記閾値未満と判定した場合に、建物の分電盤に対し１以上の遮断器を作動させて電流を遮断させる負荷制御部と、
を備えることを特徴とする分散型電源システム。
【請求項２】
前記遮断器は、それぞれに設定された優先度に基づき作動されることを特徴とする請求項１に記載の分散型電源システム。
【請求項３】
隣接する２以上の各コンセントが、優先度の異なる前記遮断器に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の分散型電源システム。
【請求項４】
前記２以上のコンセントは、前記接続された遮断器の優先度に応じて色分けされていることを特徴とする請求項３に記載の分散型電源システム。
【請求項５】
分散型電源の位相同期回路から電力系統の周波数を取得する周波数取得部と、
前記周波数が所定の閾値未満かどうかを判定する判別器と、
前記判別器が前記閾値未満と判定した場合に、建物の分電盤によって配電される電気機器の出力を制限する負荷制御部と、
を備えることを特徴とする分散型電源システム。
【請求項６】
前記負荷制御部は、電気配線に制御信号を重畳して、前記電気機器へと送信することによりその出力を低減することを特徴とする請求項５に記載の分散型電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システム、ガス発電システム、燃料電池システム等に代表される分散型電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の周波数は、電気事業法において「その者が供給する電気の標準周波数（定格周波数）に等しい値に維持する」と定められている。電力系統の周波数は、需要家の電力使用量に追随して変動し得るため、発電機の出力を調整することにより合わせられているが、常時正確に維持することは困難である。そこで、当業者らは周波数誤差を上下０．２Ｈｚ以内、時差（標準周波数から周波数がずれた場合にその周波数を利用した時計に生じる誤差）を前後１０秒以内とすることを目標に掲げている。
【０００３】
電力系統において定格周波数を維持するための技術は、従来から提案されている。例えば、特許文献１には、自然エネルギー利用の小容量発電装置（分散型電源装置）が多数接続され、これらの出力変動特性が供給側（送電側）の周波数調整能力を超え得る電力系統に対し、需要家側の負荷機器の消費電力を調整して電力系統の周波数が定格周波数になるように制御する技術が開示されている。
【０００４】
ところで、近年では、需要家の需要に合わせて電力を供給することにより、電力の無駄を無くす（最適化する）要請がより高まっている。米国を発端として先進国および諸外国では、電力系統のインフラをネットワーク化して電力需給を自動的に調整させるスマートグリッド（Smart Grid）と呼ばれる次世代電力網が検討されている。
【０００５】
非特許文献１では、スマートグリッドに関して具体的に説明されている。特に、非特許文献１の第２９頁には、「分散型電源・計測機器の計測制御ハードウェアの提案・検証」について記されている。ここでは、周波数情報等を包含する制御信号を無線通信により需要家側に送信して、その負荷機器や分散型電源などを制御する構想について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−４２４５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】”ユビキタス・パワーネットワーク（日本型先進スマートグリッド）について“、東京大学大学院  工学系研究科  先端電力エネルギー・環境技術教育研究センター  Center For Advanced Power ＆ Environmental Technology  （ＡＰＥＴ）、[平成２２年２月２５日検索]、インターネット＜URL：http://www.apet.t.u-tokyo.ac.jp/UbiquitousPowerGrid.pdf#search='UbiquitousPowerGrid'＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記非特許文献１の技術では、制御信号を伝達するための通信設備等のインフラ整備に莫大な投資が必要となる。そのため、現状においては実現の可能性が極めて低い。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、莫大なコストをかけることなく、電力系統の周波数に基づく需要家側での負荷制御を実現可能とする技術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】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明者らは鋭意検討し、分散型電源のパワーコンディショナに含まれる位相同期回路（PLL:Phase-locked loop）に着目した。位相同期回路は、連系点において分散型電源が発生する電圧の周波数と位相を電力系統と同期させるための回路であり、電力系統の周波数検出機能を有する。そこで、この周波数検出機能を利用して需要家単位で負荷制御を実施できないかと思量し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明にかかる分散型電源システムの代表的な構成は、分散型電源の位相同期回路から電力系統の周波数を取得する周波数取得部と、周波数が所定の閾値未満かどうかを判定する判別器と、判別器が閾値未満と判定した場合に建物の分電盤に対し１以上の遮断器を作動させて電流を遮断させる負荷制御部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成では、莫大なコストをかけて通信設備等のインフラ整備を行わずとも、分散型電源の位相同期回路から電力系統の周波数を取得し、需要家単位で負荷制御を実現することができる。すなわち、周波数低下時（需給逼迫時）には、分電盤に対し１以上の遮断器を作動させて電流を遮断させ、電力系統の過負荷を防止することができる。
【００１３】
上記遮断器は、それぞれに設定された優先度に基づき作動されるとよい。
【００１４】
かかる構成では、重要な電気配線に接続する優先度が高い遮断器は極力作動されず、優先度の低い遮断器が優先的に作動される。これにより、需要者の利便性を著しく害することなく、電力系統の過負荷を防止することができる。
【００１５】
隣接する２以上の各コンセントが、優先度の異なる遮断器に接続されているとよい。
【００１６】
かかる構成によれば、１箇所に存在する２以上のコンセントのうち、電力系統の過負荷時に優先的に遮断されるのは一方となるので、需要者の利便性の低下を防ぐことができる。
【００１７】
上記２以上のコンセントは、接続された遮断器の優先度に応じて色分けされているとよい。
【００１８】
かかる構成によれば、電力系統の過負荷時に優先的に遮断されるコンセントを容易に視認して把握することができる。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる分散型電源システムの他の代表的な構成は、分散型電源の位相同期回路から電力系統の周波数を取得する周波数取得部と、周波数が所定の閾値未満かどうかを判定する判別器と、判別器が閾値未満と判定した場合に建物の分電盤によって配電される電気機器の出力を制限する負荷制御部とを備えることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成では、莫大なコストをかけて通信設備等のインフラ整備を行わずとも、分散型電源の位相同期回路から電力系統の周波数を取得し、需要家単位で負荷制御を実現することができる。すなわち、周波数低下時（需給逼迫時）には、分電盤によって配電される電気機器の出力を制限して、電力系統の過負荷を防止することができる。
【００２１】
上記負荷制御部は、電気配線に制御信号を重畳して、電気機器へと送信することによりその出力を低減するとよい。
【００２２】
かかる構成によれば、建物内に別途の配線を敷設したり、無線ネットワーク網を構築することなく、電力線搬送通信（PLC:Power Line Communication）によって制御信号を好適に電気機器へと送信することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、莫大なコストをかけて通信設備等のインフラ整備を行わずとも、分散型電源の位相同期回路から電力系統の周波数を取得することにより、需要家単位で負荷制御を実現可能な分散型電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる分散型電源システムの概略図である。
【図２】図１のパワーコンディショナの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１の分電盤について例示する図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる分散型電源システムを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２６】
[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態にかかる分散型電源システムの概略図である。ここでは、分散型電源システムとして太陽光発電システム１００を例示して説明するが、ガス発電システム、燃料電池システム等であってもよい。
【００２７】
太陽光発電システム１００では、家屋等に取り付けられた太陽光発電パネル１０２が太陽の光を受けて電力を生成する。生成された電力は接続箱１０４に集められ、パワーコンディショナ１０６に供給される。
【００２８】
パワーコンディショナ１０６は、供給された電力を直流から交流に変換して、電力系統に連系するインバータ装置である。これにより、太陽光発電パネル１０２で生成された電力を、分電盤１０８から電気配線１１８を通じてエアコン１１０ａ、テレビ１１０ｂ、冷蔵庫１１０ｃ、洗濯機１１０ｄ、電灯１１０ｅ、ノートパソコン１１０ｆなどの電気機器に配電することが可能である。
【００２９】
また、太陽光発電パネル１０２で生成された電力の余剰分を電力系統１１４に折り返し売却することが可能である。売却した電力量は、売電用の電力量計１１２に表示される。
【００３０】
図２は、パワーコンディショナ１０６の概略構成を示すブロック図である。以下、図２を参照しながら第１実施形態の特徴たるパワーコンディショナ１０６について詳細に説明する。
【００３１】
パワーコンディショナ１０６に供給された電力は、まず昇圧回路１０６ａに入力される。昇圧回路１０６ａは、入力された直流電力を目標レベルまで昇圧する。
【００３２】
昇圧回路１０６ａによって昇圧された直流電力はインバータ回路１０６ｂに入力される。インバータ回路１０６ｂは、入力された直流電力を電力系統１１４の交流電力に変換する。
【００３３】
詳細には、インバータ回路１０６ｂは位相同期回路１０６ｄからの出力（制御信号）を受けて昇圧回路１０６ａよって昇圧された直流電圧を、電力系統１１４の周波数、位相に同期させるように交流電力に変換する。
【００３４】
位相同期回路１０６ｄは、電力系統１１４の周波数、位相を測定する周波数測定部１０６ｅを有する。そして、位相比較器、ループフィルタおよび電圧制御発信器からなるＰＬＬ機能部１０６ｆが、インバータ回路１０６ｂによって周波数測定部１０６ｅが測定した周波数、位相と同じ交流電力に変換させるように上記制御信号を出力する。
【００３５】
周波数取得部１０６ｇは、周波数測定部１０６ｅが測定した電力系統１１４の周波数の測定値を取得する。そして、判別器１０６ｈが、この周波数取得部１０６ｇが取得した周波数が所定の閾値未満かどうかを判定する。なお、判別器１０６ｈは、閾値未満であるかどうかを単に判定するのみではなく、電力系統１１４の定格周波数からどの程度現在の周波数が離れているかも検知可能とする。
【００３６】
負荷制御部１０６ｉは、中央処理装置（CPU:Central Processing Unit）を含む半導体集積回路により、パワーコンディショナ１０６全体の動作を管理および制御する。また、負荷制御部１０６ｉは、判別器１０６ｈの判定に基づき、後述する分電盤１０８のマイコン１０８ａに制御信号を送信する。かかる制御信号の送信形式は、有線、無線どちらでもよい。
【００３７】
インバータ回路１０６ｂによって変換された交流電力は、電力系統１１４に対して連系または解列する連系リレー１０６ｃを介して、系統に出力される。
【００３８】
図３は、分電盤１０８について例示する図である。分電盤１０８には、遮断器として、サービスブレーカ１０８ｂ（SB:service breaker）、漏電ブレーカ１０８ｃ（ELB: Earth Leakage circuit Breaker）、配線用ブレーカ１０８ｄ〜１０８ｏ（MCCB:Molded Case Circuit Breaker）が備えられる。上記マイコン１０８ａは、中央処理装置を含む半導体集積回路により各ブレーカの作動を制御する。配線用ブレーカ１０８ｄは建物内の差込口１１６のコンセント１１６ａに接続し、配線用ブレーカ１０８ｅは同一の差込口１１６のコンセント１１６ｂに接続する。
【００３９】
マイコン１０８ａは、判別器１０６ｈが上記閾値未満と判定した場合に、負荷制御部１０６ｉからの制御信号を受信して、１以上の配線用ブレーカ１０８ｄを作動させ電流を遮断させる。これにより、遮断された配線用ブレーカ１０８ｄに接続された電気機器に対する電力供給が停止されるから、電力系統１１４にかける負荷を低減させることができる。配線用ブレーカ１０８ｄを、マグネットコンタクタとして構成することで信号で開閉状態を容易に制御することが可能である。
【００４０】
配線用ブレーカ１０８ｄ〜１０８ｏには、各々に優先度が定められている。マイコン１０８ａは、この優先度に基づき各ブレーカの作動を制御する。例えば、配線用ブレーカ１０８ｄの優先度が配線用ブレーカ１０８ｅの優先度よりも低い場合には、優先的に配線用ブレーカ１０８ｄが作動されその電気配線１１８ａからの電力供給が停止される。換言すれば、重要な電気配線１１８ｂに接続する優先度が高い配線用ブレーカ１０８ｅは極力作動させないように設定される。
【００４１】
上記では、１箇所の差込口１１６に隣接して存在する２つのコンセント１１６ａ、１１６ｂのうち、電力系統１１４の過負荷時に優先的に遮断されるのは一方のコンセント１１６ａとなる。これより、需要者の利便性の低下を防ぐことができる。
【００４２】
特に、コンセント１１６ａ、１１６ｂは接続する配線用ブレーカ１０８ｄ、１０８ｅの優先度に応じて色分けされている。ここでは、優先度の高いコンセント１１６ｂにマーキング１１６ｃを施している。これにより、電力系統１１４の過負荷時に優先的に遮断されるコンセント１１６ａを容易に視認して把握することができる。
【００４３】
具体的には、例えば使用者は、優先度の低いコンセント１１６ａには電力供給が停止されてもさほど影響のないエアコン１１０ａ、テレビ１１０ｂ、洗濯機１１０ｄ等の電気機器を接続することができる。また、優先度の高いコンセント１１６ｂには電力供給を停止すべきでない冷蔵庫１１０ｃ、ノートパソコン１１０ｅ等の電気機器を接続することができる。
【００４４】
なお、上記では、マイコン１０８ａが配線用ブレーカ１０８ｄ〜１０８ｏを作動させるものとして説明したが、サービスブレーカ１０８ｂを作動させて電流を遮断させてもよい。
【００４５】
以上、上述した第１実施形態によれば、莫大なコストをかけて通信設備等のインフラ整備を行わずとも、太陽光発電パネル１０２の位相同期回路１０６ｄの周波数取得部１０６ｇから電力系統１１４の周波数を取得し、需要家単位で負荷制御を実現することができる。ここでは、周波数低下時（需給逼迫時）には分電盤１０８に対し１以上の遮断器を作動させて電流を遮断させ、電力系統１１４の過負荷を防止することが可能である。
【００４６】
[第２実施形態]
上記第１実施形態では、負荷を低減させようとするとき、分電盤１０８の配線用ブレーカ１０８ｄ〜１０８ｏを作動させる例を説明したが、電気機器ごとに制御を行ってもよい。
【００４７】
図４は、本発明の第２実施形態にかかる分散型電源システム（太陽光発電システム２００）を模式的に示す図である。第２実施形態の第１実施形態との差異は、負荷制御部１０６ｉが判別器１０６ｈの判定に基づき、電気配線１１８に制御信号を重畳して電気機器へと送信し（いわゆる電力線通信）、この電気機器の出力を制限することである。以下では、電気機器の例として冷蔵庫１１０ｃを挙げて説明する。
【００４８】
負荷制御部１０６ｉは、ＰＬＣ送信部１０６ｊを介して、電気配線１１８に制御信号を重畳する。制御信号は、出力を制限すべきことを意味する信号、または制限解除を意味する信号である。電気配線１１８に重畳された制御信号は、冷蔵庫１１０ｃに備えられたＰＬＣアダプタ２０２で受信され、冷蔵庫１１０ｃの動作制御部２０４に伝達される。
【００４９】
動作制御部２０４は、中央処理装置を含む半導体集積回路により、冷蔵庫１１０ｃ全体の動作を管理および制御する。ＰＬＣアダプタ２０２から動作制御部２０４に制御信号が伝達されると、動作制御部２０４は冷蔵庫１１０ｃの設定温度を上げるなどしてモータやインバータ等を弱め、出力を低減する。これにより、電力系統１１４にかかる負荷を低減し、過負荷を防止することができる。
【００５０】
なお制御信号に識別信号を付加して、受信する電気機器が制御信号を取捨選択するように構成してもよい。識別信号としては、機器固有のＩＤを登録してもよいが、機器の種類（冷蔵庫・エアコン・洗濯機など）で識別してもよいし、機器ごとにあらかじめ定められた優先順位（すぐに制限する・次に制限する・なるべく制限しないなど）で識別してもよい。この場合において、電気機器において制御信号による制御を許容するか否かを設定変更可能にしてもよい。
【００５１】
なお、上記では電力線通信によって制御信号を送受する場合について説明したが、無線通信等で各電気機器に制御信号を伝達してもよい。
【００５２】
以上、上述した第２実施形態によれば、莫大なコストをかけて通信設備等のインフラ整備を行わずとも、太陽光発電パネル１０２の位相同期回路１０６ｄの周波数取得部１０６ｇから電力系統１１４の周波数を取得し、需要家単位で負荷制御を実現することができる。ここでは、周波数低下時（需給逼迫時）には、分電盤１０８によって配電される電気機器の出力を制限して、電力系統１１４の過負荷を防止することができる。
【００５３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、太陽光発電システム、ガス発電システム、燃料電池システム等に代表される分散型電源システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１００、２００…太陽光発電システム、１０２…太陽光発電パネル、１０４…接続箱、１０６…パワーコンディショナ、１０６ａ…昇圧回路、１０６ｂ…インバータ回路、１０６ｃ…連系リレー、１０６ｄ…位相同期回路、１０６ｅ…周波数測定部、１０６ｆ…ＰＬＬ機能部、１０６ｇ…周波数取得部、１０６ｈ…判別器、１０６ｉ…負荷制御部、１０６ｊ…ＰＬＣ送信部、１０８…分電盤、１０８ａ…マイコン、１０８ｂ…サービスブレーカ、１０８ｃ…漏電ブレーカ、１０８ｄ〜１０８ｏ…配線用ブレーカ、１１０ａ…エアコン、１１０ｂ…テレビ、１１０ｃ…冷蔵庫、１１０ｄ…洗濯機、１１０ｅ…電灯、１１０ｆ…ノートパソコン、１１２…電力量計、１１４…電力系統、１１６…差込口、１１６ａ、１１６ｂ…コンセント、１１６ｃ…マーキング、１１８（１１８ａ、１１８ｂ）…電気配線、２０２…ＰＬＣアダプタ、２０４…動作制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011193684.tif 000005
【図４】
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