(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相３線式の配電線と、前記配電線に接続する、発電装置及び需要家負荷とを含んで構成されるマイクログリッド電力系統における不平衡電流の補償方法であって、
前記配電線に、前記配電線の各相を流れる電流を計測する計測装置、及び前記配電線に生じる不平衡電流を補償するための装置である不平衡対策装置を接続し、
前記発電装置及び前記計測装置と通信可能に接続し、前記不平衡対策装置によって供給又は消費される電流である補償電流を制御する制御装置を設け、
前記制御装置が、前記発電装置から送られてくる、前記発電装置から出力されるリアルタイムな第１の電流を表す第１のベクトルと、前記計測装置から送られてくる前記配電線を流れるリアルタイムな第２の電流を表す第２のベクトルとを取得し、
前記第１のベクトル及び前記第２のベクトルに基づき、前記第２の電流が前記第１の電流となるような制御値を生成し、この制御値により前記補償電流の大きさ及び位相を制御すること
を特徴とする不平衡電流の補償方法。
【請求項２】
請求項１に記載の不平衡電流の補償方法であって、
前記不平衡対策装置は交直変換器であること
を特徴とする不平衡電流の補償方法。
【請求項３】
三相３線式の配電線と、
前記配電線に接続する、発電装置及び需要家負荷と、
前記配電線に接続され、前記配電線の各相を流れる電流を計測する計測装置と、
前記配電線に接続され、前記配電線に生じる不平衡電流を補償する電流である補償電流を供給又は消費する不平衡対策装置と、
を含んで構成されるマイクログリッド電力系統における不平衡電流の補償に用いられる制御装置であって、
前記発電装置及び前記計測装置と通信可能に接続し、
前記発電装置から送られてくる、前記発電装置から出力されるリアルタイムな第１の電流を表す第１のベクトルと、前記計測装置から送られてくる前記配電線を流れるリアルタイムな第２の電流を表す第２のベクトルとを取得する電流取得部と、
前記第１のベクトル及び前記第２のベクトルに基づき、前記第２の電流が前記第１の電流となるような制御値を生成し、この制御値により前記補償電流の大きさ及び位相を制御する制御部と
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の制御装置であって、
前記不平衡対策装置は交直変換器であること
を特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクログリッド電力系統における不平衡電流の補償方法、及びこの方法に用いる制御装置に関し、とくに配電線に生じる不平衡電流を補償し、マイクログリッド電力系統を構成する三相３線式の配電線を流れる電流の各相のバランスを保つ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電力系統の多くは三相３線式で送配電されるが、接続される負荷は単相接続であることが多く、３線のうちのいずれか２線に接続される。このため、３相電流に不平衡が生じ、発電機等の損傷に繋がるおそれがある。
【０００３】
このような不平衡電流を補償する仕組みとして、例えば特許文献１には、発電機の各相電流から逆相電流の大きさが最も小さい値を示す発電機出力端子電圧になるように、電圧設定器の設定電圧をマニュアルまたは自動的に変更する逆相電流抑止制御装置が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−９２８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今、自然エネルギーを利用した電源（風力発電、太陽光発電等）や需要場所の近くに設置される小型発電機（燃料電池、マイクロガスタービン等）が急速に普及しつつある。また、次世代電力供給システムとして、それらの電源や小型発電機を用いて電力の地域自給を目指す小規模電力供給網（以下、マイクログリッドという）が注目され始めている。
【０００５】
しかしマイクログリッドは、大規模系統に比べて負荷数が少ないことから、不平衡電流が生じやすく、生じた不平衡電流によって発電機等が損傷するおそれがある。このため、マイクログリッドの実現に際しては、不平衡電流を確実に補償するための仕組みが必須となる。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、不平衡電流を補償し、マイクログリッド電力系統を構成する三相３線式の配電線を流れる電流の各相のバランスを保つことが可能な、マイクログリッド電力系統における不平衡電流の補償方法、及びこの方法に用いる制御装置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】
上記課題を解決するために、本発明は、三相３線式の配電線と、前記配電線に接続する、発電装置及び需要家負荷とを含んで構成されるマイクログリッド電力系統における不平衡電流の補償方法であって、前記配電線に、前記配電線の各相を流れる電流を計測する計測装置、及び前記配電線に生じる不平衡電流を補償するための装置である不平衡対策装置を接続し、前記発電装置及び前記計測装置と通信可能に接続し、前記不平衡対策装置によって供給又は消費される電流である補償電流を制御する制御装置を設け、前記制御装置が、前記発電装置から送られてくる、前記発電装置から出力されるリアルタイムな第１の電流を表す第１のベクトルと、前記計測装置から送られてくる前記配電線を流れるリアルタイムな第２の電流を表す第２のベクトルとを取得し、前記第１のベクトル及び前記第２のベクトルに基づき、前記第２の電流が前記第１の電流となるような制御値を生成し、この制御値により前記補償電流の大きさ及び位相を制御することとする。 
これによれば、不平衡電流が補償され、マイクログリッド電力系統を構成する三相３線式の配電線を流れる電流のバランスを保つことができる。
【０００８】
また本発明のうちの他の一つは、上記不平衡電流の補償方法であって、前記不平衡対策装置は交直変換器であることとする。
このように、不平衡対策装置を交直変換器とした場合には、配電線を流れる電流が第１の電流となるように、補償電流の大きさ及び位相が制御される。このため、配電線に生じる不平衡電流をリアルタイムかつ確実に補償することができる。
【００１１】
また本発明のうちの他の一つは、三相３線式の配電線と、前記配電線に接続する、発電装置及び需要家負荷と、前記配電線に接続され、前記配電線の各相を流れる電流を計測する計測装置と、前記配電線に接続され、前記配電線に生じる不平衡電流を補償する電流である補償電流を供給又は消費する不平衡対策装置と、を含んで構成されるマイクログリッド電力系統における不平衡電流の補償に用いられる制御装置であって、前記発電装置及び前記計測装置と通信可能に接続し、前記発電装置から送られてくる、前記発電装置から出力されるリアルタイムな第１の電流を表す第１のベクトルと、前記計測装置から送られてくる前記配電線を流れるリアルタイムな第２の電流を表す第２のベクトルとを取得する電流取得部と、前記第１のベクトル及び前記第２のベクトルに基づき、前記第２の電流が前記第１の電流となるような制御値を生成し、この制御値により前記補償電流の大きさ及び位相を制御する制御部とを備えることとする。
【００１２】
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、三相３線式の配電線に接続する発電装置及び需要家負荷を含んで構成される電力系統において、不平衡電流を補償し、各相のバランスを保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１に実施形態として説明する電力供給システム１を示している。
【００１５】
同図に示すように、この電力供給システム１は、マイクログリッド電力系統２と、このマイクログリッド電力系統２が連携する上位電力系統３とを含んで構成されている。尚、同図には１つのマイクログリッド電力系統２のみを示しているが、上位電力系統３に複数のマイクログリッド電力系統２が接続されていてもよい。
【００１６】
マイクログリッド電力系統２は、需要地において複数の発電装置や電力貯蔵システムを組み合わせ、分散型電源たる発電装置１０の発電量を需要量に併せて制御することにより、電力の地域自給を可能とする、比較的小規模な電力供給網である。マイクログリッド電力系統２が接続する上位電力系統３は、大規模発電所から送電線、変電所、配電線を経由する電力供給網である。上位電力系統３は、マイクログリッド電力系統２における自給電力の不足分をマイクログリッド電力系統２に供給する。
【００１７】
図１に示しているように、マイクログリッド電力系統２は、三相３線式の配電線５、配電線５に接続する発電装置１０（分散型電源）、計測装置２０、不平衡対策装置３０、不平衡対策装置３０を制御する制御装置４０、及び配電線５に接続する需要家負荷５０を含んで構成されている。図２にマイクログリッド電力系統２の詳細な接続状態を示している。同図に示すように、需要家負荷５０は、夫々、三相３線式の配電線５の３相（ａ相、ｂ相、ｃ相）のうちのいずれかの相に接続している。
【００１８】
発電装置１０は、例えば、燃料電池、マイクロガスタービン等の発電機、自然エネルギーを利用する風力発電機や太陽光発電機等の発電機である。需要家負荷５０は、発電装置１０が供給する電力を消費する設備であり、例えば、一戸建ての個人住宅、マンションやアパート等の集合住宅、企業や店舗が入ったビル、工場等である。
【００１９】
計測装置２０は、配電線５の各相のリアルタイムな電圧及び電流を測定する。不平衡対策装置３０は、配電線５に生じる不平衡電流を補償する補償電流を供給又は消費する。後述するように、不平衡対策装置３０は、補償電流の大きさ及び位相の双方を制御可能な交直変換器（例えばサイリスタ位相制御方式のコンバータ）、補償電流の大きさのみを制御可能な可変抵抗等である。
【００２０】
制御装置４０は、情報処理装置（コンピュータ）であって、発電装置１０から送られてくる発電装置１０のリアルタイムな電流である第１の電流と、計測装置２０から送られてくる配電線５の各相のリアルタイムな電流である第２の電流とに基づいて、不平衡対策装置３０によって供給又は消費される電流を制御する。
【００２１】
制御装置４０のハードウエア構成の一例を図３に示す。同図に示すように、この制御装置４０は、ＣＰＵ４１、メモリ４２、及び通信装置４３を有している。ＣＰＵ４１は、メモリ４２に格納されているプログラムを読み出して実行する。メモリ４２にはプログラムやデータが格納される。通信装置４３は、発電装置１０、計測装置２０、及び不平衡対策装置３０と通信する。
【００２２】
図４に制御装置４０の機能を示している。同図に示す制御装置４０の機能は、制御装置４０のハードウエア自体が備える機能によって、もしくは、ＣＰＵ４１がメモリ４２に格納されているプログラムを実行することによって実現される。同図において、電流取得部４５は、発電装置１０から送られてくる第１の電流と、計測装置２０から送られてくる第２の電流とを受信して、これらを記憶部４７に格納する。
【００２３】
制御値生成部４６は、記憶部４７に格納されている、第１の電流及び第２の電流に基づいて、後述する方法により、前述した補償電流を制御するための制御値を生成する。制御部４８は、制御値生成部４６によって生成された制御値に基づいて補償電流を制御する。
【００２４】
例えば、不平衡対策装置３０を交直変換器によって構成した場合、制御値生成部４６は次のようにして上記制御値を生成する。即ち、例えば発電装置１０から第１の電流として例えば図５Ａに示す電流を受信し、計測装置２０から第２の電流として、例えば、図５Ｂに示す電流を受信した場合には、制御値生成部４６は、図５Ｂに示す第２の電流にベクトル加算されることにより配電線５を流れる電流が図５Ａに示す第１の電流となるような補償電流（例えば図５Ｃに示すベクトル）を不平衡対策装置３０たる交直変換器が供給するように制御値を生成する。図５Ｅに、図５Ｃに示す補償電流を図５Ｂに合成した後の電流を示す。
【００２５】
このように、不平衡対策装置３０を交直変換器によって構成した場合には、配電線５を流れる電流が第１の電流となるようにその大きさ及び位相が調節された補償電流が配電線５に供給される。このため、配電線５に生じる不平衡電流をリアルタイムに確実に補償することができる。
【００２６】
一方、例えば、不平衡対策装置３０を可変抵抗によって構成した場合には、制御値生成部４６は上記制御値を次のようにして生成する。即ち、例えば発電装置１０から第１の電流として例えば図５Ａに示す電流を受信し、計測装置２０から第２の電流として、例えば、図５Ｂに示す電流を受信した場合には、制御値生成部４６は、図５Ｂに示す第２の電流にベクトル加算されることにより配電線５を流れる電流を図５Ａに示す第１の電流に近づけるような補償電流（例えば、図５Ｄに示すベクトル）を、不平衡対策装置３０たる可変抵抗が消費するように制御値を生成する。図５Ｆに、図５Ｄに示す補償電流を図５Ｂに合成した後の電流を示す。
【００２７】
このように、不平衡対策装置３０を可変抵抗によって構成した場合には、配電線５を流れる電流を第１の電流に近づけるようにその大きさが調節された補償電流が不平衡対策装置３０によって消費される。このため、配電線５に生じる不平衡電流をリアルタイムに補償することができる。
【００２８】
尚、不平衡対策装置３０を可変抵抗によって構成した場合には、以下に示すように、可変抵抗において消費される電力を温水器等の熱源として利用することができる。
【００２９】
図６は不平衡対策装置３０として用いる可変抵抗を熱源として温水を供給する温水器６０の一例である。同図に示すように、この温水器６０は、取水管６１、給湯管６２、貯槽６３、及びヒータ６４を備える。貯槽６３は、水を溜めるタンクである。取水管６１は、水道等の給水設備６５から、貯槽６３へ水を取り込む配管である。給湯管６２は、貯槽６３から暖房設備や台所、浴室、プール等の受湯設備６６へ湯を供給する配管である。
【００３０】
同図に示すように、ヒータ６４には、配電線５の各相に対応する可変抵抗（不平衡対策装置３０）として機能する電熱線６４ａ，６４ｂ，６４ｃが内蔵され、これら電熱線６４ａ，６４ｂ，６４ｃに補償電流が流れることにより貯槽６３に溜まった水が加熱される。このように、不平衡対策装置３０としての可変抵抗において消費される電力は温水器等の熱源として有効に利用することができる。
【００３１】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００３２】
例えば、以上の説明では、補償電流を、発電装置１０からの第１の電流と計測装置２０からの第２の電流とに基づいて生成しているが、例えば、制御装置４０が計測装置２０から取得した第２の電流やその変化の履歴に基づいて、補償電流を生成するようにしてもよい。また第２の電流と補償電流との関係を予め制御装置４０に記憶しておき、この関係に基づいて補償電流を生成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】電力供給システム１の構成を示す図である。
【図２】マイクログリッド電力系統２の詳細な接続状態を示す図である。
【図３】制御装置４０のハードウエア構成の一例を示す図である。
【図４】制御装置４０の機能を示す図である。
【図５Ａ】発電装置１０から送信される第１の電流の一例を示す図である。
【図５Ｂ】計測装置２０から送信される第２の電流の一例を示す図である。
【図５Ｃ】不平衡対策装置３０に流す電流の一例を示す図である。
【図５Ｄ】不平衡対策装置３０に流す電流の一例を示す図である。
【図５Ｅ】図５Ｃに示す補償電流を図５Ｂに合成した後の電流を示す図である。
【図５Ｆ】図５Ｄに示す補償電流を図５Ｂに合成した後の電流を示す図である。
【図６】不平衡対策装置３０として用いる可変抵抗を熱源として温水を供給する温水器６０の一例である。
【符号の説明】
【００３４】
１  電力供給システム
２  マイクログリッド電力系統
３  上位電力系統
５  配電線
１０  発電装置
２０  計測装置
３０  不平衡対策装置
４０  制御装置
４５  電流取得部
４６  制御値生成部
４８  制御部
５０  需要家負荷
６０  温水器
６１  取水管
６２  給湯管
６３  貯槽
６４  ヒータ
６５  給水設備
６６  受湯設備
【図１】
0005164678.tif 000002
【図２】
0005164678.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
0005164678.tif 000006
【図５Ｂ】
0005164678.tif 000007
【図５Ｃ】
0005164678.tif 000008
【図５Ｄ】
0005164678.tif 000009
【図５Ｅ】
0005164678.tif 000010
【図５Ｆ】
0005164678.tif 000011
【図６】
0005164678.tif 000012