(57)【要約】【課題】スマートメータを用いることで、複雑な装置を必要とすることなく、停電時における商用電源網への逆潮流を回避しつつ、宅内配線を利用できる系統連系切替システム。【解決手段】電力系統１の電圧と電流を検出し電圧と電流とに基づき電力を演算するとともに、電力を負荷に供給するスマートメータ２と、太陽光を受けて発電することにより直流電力を出力する太陽光発電装置５と、太陽光発電装置から出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナー６とを備え、スマートメータは、開閉することにより電力系統の電力の負荷への供給遮断を行う開閉器２５と、電力系統の系統電圧に基づき電力系統が停電したと判定したとき、開閉器を開動作させ、パワーコンディショナーに制御信号を出力してパワーコンディショナーを系統モードから自立運転モードに切り替える制御部２４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の電圧と電流を検出し電圧と電流とに基づき電力を演算するとともに、前記電力を負荷に供給するスマートメータと、
太陽光を受けて発電することにより直流電力を出力する太陽光発電装置と、
前記太陽光発電装置から出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナーとを備え、
前記スマートメータは、開閉することにより前記電力系統の電力の負荷への供給遮断を行う開閉器と、
前記電力系統の系統電圧に基づき前記電力系統が停電したと判定したとき、前記開閉器を開動作させ、前記パワーコンディショナーに制御信号を出力して前記パワーコンディショナーを系統モードから自立運転モードに切り替える制御部と、
を備えることを特徴とする系統連系切替システム。
【請求項２】
前記スマートメータは、前記パワーコンディショナーに前記系統電圧を供給するための系統電圧監視線を備え、
前記パワーコンディショナーは、前記系統電圧監視線を介して前記電力系統の系統電圧を監視し、監視された系統電圧に基づき前記電力系統が復電したと判定したとき、前記自立運転モードから前記系統モードに切り替えることを特徴とする請求項１記載の系統連系切替システム。
【請求項３】
前記スマートメータの制御部は、前記パワーコンディショナーが設定完了したことをロード側電圧検出器で検出後、前記系統電圧と前記パワーコンディショナーの出力電圧との周波数及び位相が同調した場合には、前記開閉器を閉動作させ、前記自立運転モードから前記系統モードに復帰させることを特徴とする請求項２記載の系統連系切替システム。
【請求項４】
電力系統の電圧と電流を検出して電圧と電流とに基づき電力を演算するとともに、前記電力を負荷に供給するスマートメータであって、
開閉することにより前記電力系統の電力の負荷への供給遮断を行う開閉器と、
前記電力系統の電圧を検出する系統電圧検出部と、
前記系統電圧検出部で検出された前記電力系統の系統電圧に基づき前記電力系統が停電したと判定したとき、前記開閉器を開動作させ、太陽光発電装置からの直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナーに制御信号を出力して前記パワーコンディショナーを系統モードから自立運転モードに切り替える制御部と、
を備えることを特徴とするスマートメータ。
【請求項５】
前記パワーコンディショナーに前記系統電圧を供給するための系統電圧監視線と、
前記パワーコンディショナーの出力電圧を検出する出力電圧検出部とを備え、
前記パワーコンディショナーが前記系統電圧監視線を介して前記電力系統の系統電圧を監視して前記電力系統が復電したと判定したとき、前記制御部は、前記系統電圧検出部で検出された前記系統電圧と前記パワーコンディショナーの出力電圧との周波数及び位相が同調した場合には、前記開閉器を閉動作させ、前記自立運転モードから前記系統モードに復帰させることを特徴とする請求項４記載のスマートメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の交流電力や太陽光発電装置の直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナーの交流電力を負荷に供給する系統連系切替システム及びスマートメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の系統連系切替システムの構成ブロック図である。図７に示す系統連系切替システムは、太陽光発電システムからなり、電力系統１、スマートメータ２、分電盤３、太陽光パネル５、パワーコンディショナー６、自立運転専用コンセント７を備える。
【０００３】
スマートメータ２は、電力系統１の系統電圧と電流を検出し、検出された電圧と電流とに基づき電力を演算するとともに、電力を分電盤３を介して負荷４に供給する。太陽光発電装置からなる太陽光パネル５は、太陽光を受けて発電することにより直流電力を出力する。
【０００４】
パワーコンディショナー６は、太陽光パネル５から出力される直流電力を交流電力に変換するとともに、交流電圧の周波数と位相とを電力系統１の系統電圧の周波数と位相と同調させる。パワーコンディショナー６は、分電盤３から系統電圧、負荷電流を計測し、適切な電圧と電流を負荷４に供給する。パワーコンディショナー６は、単相３線間には例えば、２００Ｖを分電盤３に供給する。
【０００５】
電力系統１が停電したとき、ユーザがパネル又はリモコンを手動操作することにより、パワーコンディショナー６の自立運転モードに切り替え、自立運転時に１００Ｖに変換し、１００Ｖを自立運転専用コンセント７に供給する。
【０００６】
従来の技術として、例えば、特許文献１，２に記載された技術が知られている。特許文献１には、系統電源と並列にそれぞれ接続された負荷及び発電装置と、系統電源の電圧を計測する電圧計と、系統スイッチ、自立スイッチ及び連系切替スイッチと、電圧計の計測結果に基づいて、系統電源の停電及び復電を検知し、連系運転及び自立運転を切り替える連系制御部を備えた系統連系装置が記載されている。
【０００７】
特許文献２には、太陽光パネルと、商用電源の電力又は太陽光パネルの電力を選択的に出力する切替スイッチと、バッテリに充電した電力を出力する補助電源装置と、補助電源装置からの電力又は商用電源の電力を選択的に負荷に出力する負荷側の制御リレーと、切替スイッチへの商用電源の電力の入力を遮断する切替スイッチ側の制御リレーと、全体の動作を制御するコントローラとを備えた太陽光発電システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−１１８８１８号公報
【特許文献１】特開２０１４−１８０１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、一般家庭等で使用される太陽光発電システムは、停電発生時に、一旦、太陽光パネル５からの電力供給を停止した後に、自立運転モードに切り替えて、分電盤３のブレーカを開放して、自立運転専用コンセント７に電力を供給する。このため、宅内配線が使用できず、利便性が低い。また、停電時も宅内配線に電力を供給する方法も提案されているが、専用の系統切替装置を設ける必要があり、システムが複雑化する。
【００１０】
また、特許文献１の系統連系装置では、系統スイッチ、自立スイッチ及び連系切替スイッチを設けており、構成が複雑化していた。特許文献２の太陽光発電システムでは、切替スイッチ、負荷側の制御リレー、切替スイッチ側の制御リレーを設けており、構成が複雑化していた。
【００１１】
本発明の課題は、スマートメータを用いることで、複雑な装置を必要とすることなく、停電時における商用電源網への逆潮流を回避しつつ、宅内配線を利用することができる系統連系切替システム及びスマートメータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る請求項１の系統連系切替システムは、電力系統の電圧と電流を検出し電圧と電流とに基づき電力を演算するとともに、前記電力を負荷に供給するスマートメータと、太陽光を受けて発電することにより直流電力を出力する太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置から出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナーとを備え、前記スマートメータは、開閉することにより前記電力系統の電力の負荷への供給遮断を行う開閉器と、前記電力系統の系統電圧に基づき前記電力系統が停電したと判定したとき、前記開閉器を開動作させ、前記パワーコンディショナーに制御信号を出力して前記パワーコンディショナーを系統モードから自立運転モードに切り替える制御部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の系統連系切替システムにおいて、前記スマートメータは、前記パワーコンディショナーに前記系統電圧を供給するための系統電圧監視線を備え、前記パワーコンディショナーは、前記系統電圧監視線を介して前記電力系統の系統電圧を監視し、監視された系統電圧に基づき前記電力系統が復電したと判定したとき、前記自立運転モードから前記系統モードに切り替えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の系統連系切替システムにおいて、前記スマートメータの制御部は、前記パワーコンディショナーが設定完了したことをロード側電圧検出器で検出後、前記系統電圧と前記パワーコンディショナーの出力電圧との周波数及び位相が同調した場合には、前記開閉器を閉動作させ、前記自立運転モードから前記系統モードに復帰させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４のスマートメータは、電力系統の電圧と電流を検出して電圧と電流とに基づき電力を演算するとともに、前記電力を負荷に供給するスマートメータであって、開閉することにより前記電力系統の電力の負荷への供給遮断を行う開閉器と、前記電力系統の電圧を検出する系統電圧検出部と、前記系統電圧検出部で検出された前記電力系統の系統電圧に基づき前記電力系統が停電したと判定したとき、前記開閉器を開動作させ、太陽光発電装置からの直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナーに制御信号を出力して前記パワーコンディショナーを系統モードから自立運転モードに切り替える制御部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５のスマートメータは、前記パワーコンディショナーに前記系統電圧を供給するための系統電圧監視線と、前記パワーコンディショナーの出力電圧を検出する出力電圧検出部とを備え、前記パワーコンディショナーが、前記系統電圧監視線を介して前記電力系統の系統電圧を監視して前記電力系統が復電したと判定したとき、前記制御部は、前記系統電圧検出部で検出された前記系統電圧と前記パワーコンディショナーの出力電圧との周波数及び位相が同調した場合には、前記開閉器を閉動作させ、前記自立運転モードから前記系統モードに復帰させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スマートメータは、電力系統の系統電圧に基づき電力系統が停電したと判定したとき、開閉器を開動作させるので、電力系統と負荷とを遮断することができる。また、スマートメータは、パワーコンディショナーに制御信号を出力してパワーコンディショナーを系統モードから自立運転モードに切り替える。
【００１８】
即ち、スマートメータを用いるのみで、パワーコンディショナーを自動的に自立運転モードに切り替えるので、パワーコンディショナーから宅内配線を介して負荷に電力を供給でき、切替専用システムが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１に係る系統連系切替システムの構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る系統連系切替システムのスマートメータの構成ブロック図である。
【図３】本発明の実施例２に係る系統連系切替システムの通常時の動作を示す構成図である。
【図４】本発明の実施例２に係る系統連系切替システムの停電時の動作を示す構成図である。
【図５】本発明の実施例３に係る系統連系切替システムの通常時の動作を示す構成図である。
【図６】本発明の実施例３に係る系統連系切替システムの停電時の動作を示す構成図である。
【図７】従来の系統連系切替システムの構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態に係る系統連系切替システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１に示す実施例１に係る系統連系切替システムは、電力系統１、スマートメータ２ａ、分電盤３、太陽光パネル５、パワーコンディショナー６ａを備える。
【００２２】
なお、図１に示す系統連系切替システムにおいて、図７に示す従来の系統連系切替システムの構成と同一部分には、同一符号を付し、同一部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００２３】
スマートメータ２ａは、電力系統１の系統電圧と電流を検出し、検出された電圧と電流とに基づき電力を演算するとともに、電力を分電盤３を介して負荷４に供給する。図２に、スマートメータ２ａの構成ブロック図を示す。
【００２４】
スマートメータ２ａは、電力系統１に設けられた柱状トランス８と負荷４が設けられた宅内９との間に設けられ、系統電圧監視線１１、サプライ側電圧検出部２１、電流検出部２２、電力演算部２３、ＣＰＵ２４、開閉器２５、ロード側電圧検出部２６、表示部２７、通信部２８を備える。
【００２５】
スマートメータ２ａは、電力系統１の系統電圧に基づき電力系統１が停電したと判定したとき、開閉器２５を開動作させ、パワーコンディショナー６ａに制御信号を出力してパワーコンディショナー６ａを系統モードから自立運転モードに切り替える。
【００２６】
サプライ側電圧検出部２１は、本発明の系統電圧検出部に対応し、柱状トランス８のトランス電圧、即ち電力系統１の系統電圧を検出し、検出された系統電圧を電力演算部２３に出力する。電流検出部２２は、柱状トランス８から宅内９に流れる電流を検出し、検出された電流を電力演算部２３に出力する。
【００２７】
電力演算部２３は、サプライ側電圧検出部２１で検出された系統電圧と電流検出部２２で検出された電流とを乗算して負荷４に供給される電力値を演算し、電力値をＣＰＵ２４に出力する。ＣＰＵ２４は、電力演算部２３で演算された電力値を表示部２７に表示させる。
【００２８】
ＣＰＵ２４は、電力演算部２３で演算された電力値を通信部２８に出力する。通信部２８は、電力演算部２３で演算された電力値を外部に送信し、また、外部から情報を受信し、受信した情報をＣＰＵ２４に出力する。
【００２９】
開閉器２５は、電流検出部２２と宅内９との間に設けられ、開閉することにより電力系統１の電力の負荷４への供給遮断を行う。
【００３０】
ＣＰＵ２４は、本発明の制御部に対応し、サプライ側電圧検出部２１で検出された系統電圧に基づき電力系統１が停電したと判定したとき、開閉器２５を開動作させ、通信部２８を介してパワーコンディショナー６ａに制御信号を出力してパワーコンディショナー６ａを系統モードから自立運転モードに切り替える。
【００３１】
系統電圧監視線１１は、一端が電流検出部２２と開閉器２５との接続点に接続され、他端がパワーコンディショナー６ａに接続され、電流検出部２２を介する電力系統１の系統電圧をパワーコンディショナー６ａに供給する。
【００３２】
パワーコンディショナー６ａは、系統電圧監視線１１を介して電力系統１の系統電圧を監視し、監視された系統電圧に基づき電力系統が復電したか否かを判定し、電力系統が復電したとき、自立運転モードから系統モードに切り替える。
【００３３】
ロード側電圧検出部２６は、本発明の出力電圧検出部に対応し、宅内９の負荷４の電圧を検出する。即ち、負荷４とパワーコンディショナー６ａの出力とが接続されているので、パワーコンディショナー６ａの出力電圧を検出する。
【００３４】
ＣＰＵ２４は、通信部２８を介してパワーコンディショナー６ａから設定完了信号を受信後、系統電圧とロード側電圧検出部２６で検出されたパワーコンディショナー６ａの出力電圧との周波数及び位相とを比較し、系統電圧とパワーコンディショナー６ａの出力電圧との周波数及び位相とが同調した場合には、開閉器２５を閉動作させ、自立運転モードから系統モードに復帰させる。
【００３５】
次にこのように構成された実施例１の系統連系切替システムの動作を説明する。まず、系統連系切替システムの通常時の動作を説明する。サプライ側電圧検出部２１が電力系統１の系統電圧を検出すると、系統電圧は電力演算部２３を介してＣＰＵ２４に送られる。ＣＰＵ２４は、系統電圧が正常電圧であることから、開閉器２５に閉動作信号を出力する。このため、開閉器２５が閉じて、電力系統１から電流検出部２２、開閉器２５を介して負荷４に電力が供給される。
【００３６】
また、パワーコンディシナ６ａは、電力系統１の系統電圧の周波数と位相に同調した周波数と位相を持つ電圧を有する系統モードで動作し、太陽光パネル５で得られた直力電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を分電盤３を介して負荷４に供給する。
【００３７】
次に、電力系統１が停電すると、サプライ側電圧検出部２１で検出される系統電圧は、略ゼロ電圧になるので、ＣＰＵ２４は、開閉器２５に開動作信号を出力する。このため、開閉器２５が開いて、電力系統１から負荷４への電力供給が遮断される。
【００３８】
また、ＣＰＵ２４は、停電時には、通信部２８を介してパワーコンディショナー６ａに制御信号を出力してパワーコンディショナー６ａを系統モードから自立運転モードに切り替える。
【００３９】
このため、パワーコンディショナー６ａは、系統電圧、周波数及び位相とは異なる電圧、周波数及び位相からなる自立運転モードで動作する。このため、パワーコンディショナー６ａは、自立運転モード時の電圧を分電盤３を介して負荷４に供給する。
【００４０】
次に、電力系統１が復電すると、パワーコンディショナー６ａは、系統電圧監視線１１を介して系統電圧を監視しているため、系統電圧が正常電圧になったことで電力系統１が復電したと判定し、自立運転モードから系統モードに切り替える。即ち、パワーコンディショナー６ａは、電力系統１の系統電圧の周波数と位相に同調した周波数と位相を持つ電圧に切り替える。
【００４１】
次に、パワーコンディショナー６ａは、自立運転モードから系統モードへの切り替えが完了した時点で、スマートメータ２ａに設定完了信号を送信する。スマートメータ２ａは、パワーコンディショナー６ａからの設定完了信号を通信部２８を介してＣＰＵ２４に受信する。
【００４２】
ＣＰＵ２４は、設定完了信号に基づきサプライ側電圧検出部２１で検出された系統電圧とロード側電圧検出部２６で検出されたパワーコンディショナー６ａの出力電圧とを比較する。
【００４３】
パワーコンディショナー６ａは、系統モードになり、系統電圧の周波数及び位相を負荷４に供給しているので、ロード側電圧検出部２６で検出されたパワーコンディショナー６ａの出力電圧は、系統電圧の周波数及び位相になっている。
【００４４】
ＣＰＵ２４は、系統電圧とパワーコンディショナー６ａの出力電圧との周波数及び位相とが同調したと判定し、開閉器２５を閉動作させ、自立運転モードから系統モードに復帰させる。
【００４５】
即ち、パワーコンディショナー６ａが系統モードになり、スマートメータ２ａにおいて、系統電圧とパワーコンディショナー６ａの出力電圧との周波数及び位相との同調が確認できたら、開閉器２５を閉動作させていることで、自立運転モードから系統モードへ安全かつ迅速に切り替えできる。
【００４６】
なお、スマートメータ２ａにおいて、同調が確認できない状態で、開閉器２５を閉動作させると、系統モードの系統電圧の周波数及び位相と自立運転モードの周波数及び位相とが混在することになり、負荷４に不具合を発生させる恐れがある。
【００４７】
このように構成された実施例１の系統連系切替システムによれば、スマートメータ２ａは、電力系統１の系統電圧に基づき電力系統１が停電したと判定したとき、開閉器２５を開動作させるので、電力系統１と負荷４とを遮断することができる。また、スマートメータ２ａは、パワーコンディショナー６ａに制御信号を出力してパワーコンディショナー６ａを系統モードから自立運転モードに切り替える。
【００４８】
即ち、スマートメータ２ａを用いるのみで、パワーコンディショナー６ａを自動的に自立運転モードに切り替えるので、パワーコンディショナー６ａから宅内配線を介して負荷４に電力を供給でき、切替専用システムが不要となる。
【実施例２】
【００４９】
図３は、実施例２に係る系統連系切替システムの通常時の動作を示す構成図である。実施例２に係る系統連系切替システムは、図１に示す実施例１に係る系統連系切替システムの構成に、さらに、インバータ１２と蓄電池１３とを追加したものである。
【００５０】
スマートメータ２ａは、電力系統１の交流電力を分電盤３を介して負荷４に供給する。パワーコンディショナー６ａは、分電盤３を介して交流電力を負荷４に供給する。
【００５１】
インバータ１２は、分電盤３と蓄電池１３とに接続され、電力系統１からスマートメータ２ａ、分電盤３を介する交流電力又はパワーコンディショナー６ａから分電盤３を介する交流電力を直流電力に変換して、変換された直流電力を蓄電池１３に充電する。
【００５２】
停電時には、図４に示すように、スマートメータ２ａの開閉器２５が開となるため、インバータ１２は、パワーコンディショナー６ａから分電盤３を介する交流電力を直流電力に変換して、変換された直流電力を蓄電池１３に充電する。また、インバータ１２は、蓄電池１３に充電された直流電力を交流電力を変換して、変換された交流電力を分電盤３を介して負荷４に供給する。また、パワーコンディショナー６ａは、分電盤３を介して交流電力を負荷４に供給する。
【００５３】
このように実施例２に係る系統連系切替システムによれば、インバータ１２と蓄電池１３とを追加することで、蓄電池１３に充電できるととともに、蓄電池１３に充電された電力を負荷４に供給することができる。
【実施例３】
【００５４】
図５は、実施例３に係る系統連系切替システムの通常時の動作を示す構成図である。実施例３に係る系統連系切替システムは、図１に示す実施例１に係る系統連系切替システムの構成に、蓄電池１３を追加したものである。
【００５５】
スマートメータ２ａは、電力系統１の交流電力を分電盤３を介して負荷４に供給する。パワーコンディショナー６ｂは、分電盤３を介して交流電力を負荷４に供給する。
【００５６】
蓄電池１３は、パワーコンディショナー６ｂに接続される。パワーコンディショナー６ｂは、太陽光パネル５からの直流電力を蓄電池１３に充電する。
【００５７】
図６に示す停電時には、スマートメータ２ａの開閉器２５が開となるため、パワーコンディショナー６ｂは、太陽光パネル５からの直流電力又は蓄電池１３からの直流電力を交流電力に変換して分電盤３を介して負荷４に供給する。
【００５８】
このように実施例３に係る系統連系切替システムによれば、蓄電池１３を追加することで、蓄電池１３に充電できるととともに、蓄電池１３に充電された電力を負荷４に供給することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  電力系統
２，２ａ  スマートメータ
３  分電盤
４  負荷
５  太陽光パネル
６，６ａ，６ｂ  パワーコンディショナー
８  柱状トランス
９  宅内
１１  系統電圧監視線
１２  インバータ
１３  蓄電池
２１  サプライ側電圧検出部
２２  電流検出部
２３  電力演算部
２４  ＣＰＵ
２５  開閉器
２６  ロード側電圧検出部
２７  表示部
２８  通信部
【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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