(57)【要約】【課題】「逆潮流なし」機能を持つ電力供給システムを前提として、省エネルギー性、経済性、安全性の効果を発揮できるようにした。【解決手段】  商用電源用ラインと負荷との間をオンオフする第１のスイッチと、発電装置の発電出力ラインと負荷との間をオンオフする第２のスイッチと、タイマーとを有し、タイマーの出力の第1の時間で、発電装置を動作状態にし、商用電源ラインと発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相の同期合わせが実現したとき第２のスイッチをオン、次に第１のスイッチをオフし、交流電圧・周波数・位相の同期状態を維持し、タイマーの出力の第2の時間で、第1のスイッチをオンし、第2のスイッチをオフする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源用ラインと負荷との間をオンオフする第１のスイッチと、
発電装置と、
前記発電装置の発電出力ラインと前記負荷との間をオンオフする第２のスイッチと、
タイマーと、
前記タイマーの出力が予め設定した第1の時間になったとき、又は消費電力量が第1の設定値を計測したときに前記発電装置を動作状態にする手段と、
前記発電装置が動作状態のとき、前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相の同期を合わせるように前記発電装置を制御する同期制御手段と、
前記交流電圧・周波数・位相の同期合わせが実現したときに、前記第２のスイッチをオンし、次に前記第１のスイッチをオフする手段と、
前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相の同期状態を維持するように前記発電装置を制御する同期維持手段と、
前記タイマーの出力が予め設定した第2の時間となったとき、前記第1のスイッチをオンし、前記第2のスイッチをオフする手段と、
前記発電装置の発電電力と商用電源受電量との配分を制御する電力配分制御手段と、
を具備した受電及び発電機能を有する電力供給装置。
【請求項２】
商用電源用ラインと負荷との間をオンオフする第１のスイッチと、発電装置と、前記発電装置の発電出力ラインと前記負荷との間をオンオフする第２のスイッチと、タイマーとを有し、
前記タイマーの出力が予め設定した第1の時間になったとき、前記発電装置を動作状態にし、
前記発電装置が動作状態のとき、前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相の同期を合わせるように前記発電装置を制御し、
前記交流電圧・周波数・位相の同期合わせが実現したときに、前記第２のスイッチをオンし、次に前記第１のスイッチをオフし、
前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相の同期状態を維持し、
前記タイマーの出力が予め設定した第2の時間となったとき、前記第1のスイッチをオンし、前記第2のスイッチをオフする
ことを特徴とする受電及び発電機能を有する電力供給方法。
【請求項３】
前記発電装置の発電電力と商用電源受電量との配分を制御するすることを特徴とする請求項2記載の受電及び発電機能を有する電力供給方法。
【請求項４】
前記発電装置が動作状態となる時間帯は、ＡＭ８−ＰＭ１０の時間であることを特徴とする請求項２記載の受電及び発電機能を有する電力供給方法。
【請求項５】
さらに、モード設定手段と、前記負荷の消費電力量を計測する消費電力量計測手段を有し、モード設定手段の設定動作により、タイマー設定時間帯以外の時間帯において、
前記消費電力量計測手段が消費電力量が増大する方向で、第１の設定値を計測したときに、前記発電装置を動作状態にし、
前記発電装置がオンしているときに、前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相を合わせるように前記発電装置を制御し、
前記交流電圧・周波数・位相の合わせが実現したときに、前記第２のスイッチをオンし、電力配分制御装置にいて、商用電源受電量が第1の設定値を超えないように前記発電装置を制御するようにしたことを特徴とする請求項２記載の受電及び発電機能を有する電力供給方法。
【請求項６】
前記発電装置が故障した場合に、停電にならないように前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の電圧・周波数・位相の同期を常にとっておき、前記発電装置が故障したときは瞬時に前記第1のスイッチをオンし、次に前記第2のスイッチをオフとし前記発電装置は停止するようにしたことを特徴とする請求項５記載の発電機能を有する電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力会社からの商用電源の電力を受電するとともに、発電装置を備え、省エネルギー化と安全性を図った受電及び発電機能を有する電力供給装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力供給システムにおいて、電力会社からの商用電源の電力を受電するとともに、発電装置を備え自家発電により電力をまかなうものが開発されている。高圧一般配電線に接続されるシステムでは、通常は、「逆潮流なし」機能を持つ電力供給システムが採用されている。この「逆潮流なし」機能を持つ電力供給システムでは、自家発電装置の発電容量は、構内総負荷の1/2〜1/3程度の容量に設計するのが通常である。これは、発電容量が大きすぎると、逆電力継電器（ＲＰＲ）による不要停止（停電）が生じるために、このような停止を防止するためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記したように、高圧一般配電線に接続されるシステムでは、「逆潮流なし」機能を持つ電力供給システムが採用されている。そして、自家発電装置の発電容量は、構内総負荷の1/2〜1/3程度の容量に設計されている。
【０００４】
しかし構内総負荷の1/2〜1/3程度の容量であると、受電電力の容量が多くなり、経済的な効果が得られないのが現状である。
【０００５】
そこでこの発明は、「逆潮流なし」機能を持つ電力供給システムを前提として、省エネルギー性、経済性の効果を発揮し更に安全性を高めた逆潮流なし連系方式における受電及び発電機能を有する電力供給装置及び方法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】
【０００６】
この発明の一実施の形態は、商用電源用ラインと負荷との間をオンオフする第１のスイッチと、発電装置と、前記発電装置の発電出力ラインと前記負荷との間をオンオフする第２のスイッチと、タイマーと、前記タイマーの出力が予め設定した第1の時間になったとき、前記発電装置を動作状態にする手段と、前記発電装置が動作状態のとき、前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相の同期を合わせるように前記発電装置を制御する同期制御手段と、前記交流電圧・周波数・位相の同期合わせが実現したときに、前記第２のスイッチをオンし、次に前記第１のスイッチをオフする手段と、前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相の同期状態を維持するように前記発電装置を制御する同期維持手段と、
構内負荷が前記発電最大容量を越えたとき第1のスイッチをオンし電力不足分を前記商用電源に負担させる電力配分手段と、前記タイマーの出力が予め設定した第2の時間となったとき、前記第1のスイッチをオンし、前記第2のスイッチをオフする手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、装置の省エネルギー化、価格低減化、維持費用低減化並びに安全性確保を得ることができる。また、「逆潮流なし」のシステムであるが、発電装置が動作しているときは、第１のスイッチがオフされる。これは、受電をなくしたということである。つまり逆潮流なし、且つ受電ゼロの運転方式とすることで、コージェネレーションシステムは、最大限の発電を行うことができ、その結果稼動率が向上する。更に負荷率も上がるために発電効率も向上する。よって省エネルギー性、経済性がよくなる。また、発電装置が運転されているときは、常に同期維持されているので、第2の時間となったとき及び発電装置が故障した場合の切り替えが瞬間停電なく無停電で行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００９】
図１において、１０１は、電力会社であり、電力会社１０１からの電力線は、スイッチＳＷ１を介して変圧装置１０２に接続されている。変圧装置１０２からの商用電源ラインは、負荷３００に接続されている。負荷３００は、学校、福祉施設、病院、ビルなどの負荷施設である。
【００１０】
この施設には、自家発電装置２０１が装備されている。発電装置２０１の自家発電出力ラインは、スイッチＳＷ２を介して変圧装置１０２に接続されている。商用電源ライン及び自家発電出力ラインには、それぞれピックアップセンサ１０３、２０２が取り付けられている。このセンサ１０３、２０２は、交流信号の電圧・周波数・位相を検出するもので、検出信号は、統合制御部４００に入力されている。
【００１１】
ところで、統合制御部４００には、タイマー４５０からの時刻情報も与えられている。さらにまた、各種の設定を行う場合、その設定情報を与えるための操作部４５１の出力も統合制御部４００に与えられている。
【００１２】
ここで、統合制御部４００は、各種の制御機能を有する。つまりタイマー４５０からの時間情報を利用して、システム動作の時間管理を行うことができる。またこの後で説明する負荷３００の消費電力量に応じて電力制御を行うこともできる。また、センサ１０３、２０２の検出信号を用いて商用電源ラインと発電出力ラインの交流電圧・周波数・位相の同期状態をコントロールすることもできる。さらにまた、後述するシステムの動作モードを設定するモード設定機能も有する。
【００１３】
負荷３００の消費電力量は、電力消費量計測装置４０１により計測されており、その計測データは、統合制御部４００に入力されている。統合制御部４００は、電力消費量に応じて、発電装置２０１の起動を行うこともできる。また発電装置２０１が起動されているとき、所定の条件のもとで、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフ制御を行う。
【００１４】
図２には、1日の時間帯に応じて負荷３００に供給されている電力の変化の様子と、この電力として、商用電源ラインからの電力と、発電装置２０１からの電力とのいずれが利用されているかを識別して示している。つまり、実線部分は、商用電源ラインからの電力が利用されていることを意味し、破線部分は、発電装置２０１からの電力が利用されていることを意味している。
【００１５】
本発明の装置では、商用電源用ラインと負荷３００との間をオンオフする第１のスイッチＳＷ１と、発電装置２０１の発電出力ラインと前記負荷２０１との間をオンオフする第２のスイッチＳＷ２と、タイマー４５０とを有する。そしてタイマー４５０の出力が予め設定した第1の時間（例えばＡＭ８：００）になったとき、発電装置２０１を動作状態にし、このとき、前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相を合わせるように前記発電装置２０１を制御し、交流電圧・周波数・位相の合わせが実現したときに、第２のスイッチＳＷ２をオンし、次に第１のスイッチＳＷ１をオフする。またここで商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相の同期状態を維持しておき、タイマー４５０の出力が予め設定した第2の時間（例えばＰＭ１０：００）となったとき、前記第1のスイッチＳＷ１をオンし、前記第2のスイッチＳＷ２をオフするのである。
【００１６】
図３のステップＳ１１〜Ｓ２１には、上記の装置の動作例を示すフローチャートを示している。
【００１７】
この発明は、上記した基本動作にさらに以下の機能を追加し、これを、モード設定により、適宜使い分けて使用できるようにしてもよい。即ち、商用電源用ラインと負荷３００との間をオンオフする第１のスイッチＳＷ１と、発電装置２０１の発電出力ラインと前記負荷との間をオンオフする第２のスイッチＳＷ２と、前記負荷３００の消費電力量を計測する消費電力量計測手段４０１を利用するのである。前記タイマー設定時間帯以外の時間帯において、消費電力量計測手段４０１が消費電力量が増大する方向で、第１の設定値を計測したときに、前記発電装置２０１を動作状態にし、発電装置２０１がオンしているときに、前記商用電源ラインと前記発電出力ラインとの間の交流電圧・周波数・位相の同期を合わせるように前記発電装置２０１を制御し、前記商用電源電圧・周波数・位相の同期合わせが実現したときに、前記第２のスイッチをオンし、次に前記第１のスイッチをオフするのである。
【００１８】
図４には、上記の装置の動作例を示すタイミングチャートを示している。今、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフであり、負荷３００は商用電源からの電力を使用しているものとする。次に時点ｔ１で電力消費量が設定されている値Ｗ１を上回ったとする。すると、統合制御部４００は、一定時間（Ｔ１）経過後、更にＷ１の電力消費量が継続されていれば、発電装置２０１を起動し、自家発電状態とする。統合装置４００には、ピックアップセンサ１０３、２０２からの検出信号が入力されている。そこで、統合装置４００は、ピックアップセンサ１０３、２０２の検出信号が同期状態となるように発電装置２０１を制御し、発電出力の交流電圧・周波数・位相を調整する。次に、ピックアップセンサ１０３、２０２の検出信号が同期状態となり、時間Ｔ２経過し、且つこのときの電力消費量がＷ１より多い場合は、スイッチＳＷ２をオンする（時点ｔ３）。そして統合制御部４００で設定されている値Ｗ１を越えないように発電出力が制御される。
【００１９】
つまり、上記のように発電装置が動作し、負荷に電力を供給する状態になると、タイマー設定時間帯内であれば、第１のスイッチＳＷ１がオフされる。これは、受電をなくしたということである。つまり逆潮流なしのシステムであり、発電能力が大きく、受電ゼロの運転方式としている。このため、コージェネレーションシステムは、最大限の発電を行うことができ、その結果稼動率が向上する。更に負荷率も上がるために発電効率も向上する。よって省エネルギー性、経済性がよくなる。
【００２０】
統合制御部４００は、また電力消費量に応じて発電装置２０１のガバナ制御を行い、負荷に対して安定した電力供給を行う。
【００２１】
図５には、別の動作例を説明するためのタイミングチャートを示している。
【００２２】
今、時点ｔ９にて電力消費量が発電最大容量を上回ったとする。この状態では、直ぐにスイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御は行われない。一定時間Ｔ６、電力消費量の監視が行われる。一定時間Ｔ６経過したとき（時点ｔ１０）電力消費量が発電最大容量以上であれば、スイッチＳＷ１がオンする。次に電力配分制御装置が作動し発電電力不足分を商用電源側に負担させる。
【００２３】
ここで、スイッチＳＷ１がオンする（ｔ１０）までの時間は、極めて短時間でよい。これは、発電装置２０１が動作している間、発電出力は、常に商用電源側と同期が取られているからである。この同期は、先にも説明したように、ピックアップセンサ１０３、２０２からの検出信号が利用される。つまり、統合装置４００は、ピックアップセンサ１０３、２０２の検出信号が同期状態となるように常に発電装置２０１を制御し、発電出力の交流電圧・周波数・位相を調整している。
【００２４】
図６には発電機が故障した場合の動作をタイミングチャートで示している。発電機が故障した場合は即座に商用電源に切換えることができる。これは常に発電装置２０１と商用電源側との同期をとっているからである。このため発電装置が故障した場合でも瞬時にＳＷ１がオンし、同時にＳＷ２がオフとなるため瞬時停電も発生せず安全性を確保している。図７、図８のステップは、上記の装置の動作を制御する統合制御部４００の働きを示すフローチャートである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の一実施の形態を示す構成説明図。
【図２】図１の装置の動作例を説明するために示した動作説明図。
【図３】図１の装置の動作例を説明するために示したフローチャート。
【図４】図１の装置の別の動作例を説明するために示したタイミングチャート。
【図５】図１の装置の動作例を説明するために示したタイミングチャート。
【図６】図１の装置の別の動作例を説明するために示したタイミングチャート。
【図７】図１の装置の別の動作例を説明するために示したフローチャート。
【図８】図７のステップＳ９の内部の動作例を説明するために示したフローチャート。
【符号の説明】
【００２６】
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ、１０１…電力会社、１０２…変圧装置、１０３、２０２…ピックアップセンサ、２０１…発電装置、３００…負荷、４００…統合制御部、４０１…消費電力計測装置。
【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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