(57)【要約】【課題】個別電力発電設備と系統電力線とを連携した電力利用システムにおける個別電力発電設備を設置した複数の住宅等の電力需要設備の間に系統電力遮断や部分的な個別電力の停止等に対して相互に電力を融通し合う電力融通システムを提供する。【解決手段】各パワーユニットＰＵの個別電力発電設備ＳＰＭ、系統線ＣＰＬ、融通線ＳＰＬ、蓄電設備ＢＳの間に双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＢ、ＡＣ／ＡＣコンバータＡＡＣを介在させる。管理コンピュータＭＰＣは各パワーユニットＰＵ内の給電状態、各パワーユニット間の給電状態を監視してコンバータ手段ＣＶＴの複数のコンバータを切換え、電力消費コストを考慮した電力供給と電力融通を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電設備と家電機器を含む電力消費機器を備えた複数の電力需要設備の間を結合する電力融通線と、システムを統括制御する管理コンピュータを備え、商用電力配電網からの系統電力と再生可能な自然エネルギーを利用した自家発電設備で得られる個別電力および前記蓄電設備の蓄電電力を連携させて、前記複数の電力需要設備の相互間で効率よく電力の供給を可能とした電力融通システムであって、
前記電力需要設備には、交流電力と直流電力の何れかを交流電力と直流電力の何れかに変換する複数種のコンバータと、前記商用電力配電網と前記自家発電設備からの給電状況に応じて前記系統電力と前記個別電力および前記蓄電電力、さらに前記家電機器を含む電力消費機器との間の前記複数のコンバータの何れかを経由する電力経路を設定するスイッチ手段を有するパワーボードを備え、
前記蓄電設備は、前記スイッチ手段による選択で前記系統電力と前記自家発電電力の何れか又は双方からの電力を蓄電し、放電する如く配置されており、
前記電力需要設備に備える前記スイッチ手段は、前記自家発電電力と前記系統電力の給電状態と発電状態に応じて、前記個別電力と前記系統電力の何れか一方、又は前記蓄電設備からの蓄電電力を自身の電力需要設備の一部または全部に給電し、前記電力融通線を介して自身以外の前記電力需要設備に給電し、前記商用電力配電網に給電することを特徴とする電力融通システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数種のコンバータは、前記自家発電設備で得られる直流の個別電力を最大効率で取り出すためのＭＰＰＴ ＤＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＡＣ／ＡＣコンバータであること特徴とする電力融通システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記パワーボードに、前記複数種のコンバータの入力側と出力側の切換えを担当する前記スイッチ手段を切り替えるためのスイッチ制御装置を備えたこと特徴とする電力融通システム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、
前記パワーボードに、前記個別電力と前記系統電力の給電状態と前記蓄電電力の蓄電放電状態、前記電力融通線の給電・受電状態に応じて前記管理コンピュータのもとに前記スイッチ制御装置に切換え制御指令を与えるインターフェースを備えたこと特徴とする電力融通システム。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、
前記複数の電力需要設備のそれぞれは、前記系統電力線から個別に給電される構成であり、前記電力融通線は、前記複数の電力需要設備に対して前記系統電力線と平行に配置されたこと特徴とする電力融通システム。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れかにおいて、
前記複数の電力需要設備のそれぞれは、前記系統電力から受電設備を介して分岐した自営線を通して給電される構成であり、前記電力融通線は、前記自営線を共用したこと特徴とする電力融通システム。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかにおいて、
前記蓄電設備は複数の蓄電池で構成され、前記蓄電池の１又は複数個ごとに前記パワーボードに対して並列に接続されたこと特徴とする電力融通システム。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかにおいて、
前記個別電力線、前記系統電力線、前記自営線、前記複数の蓄電池のそれぞれに、それぞれの状態を検知するセンサを有し、検知データを前記インターフェースを介してシステムを統括する前記管理コンピュータに転送することを特徴とする電力融通システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生可能な自然エネルギーを利用して得られる電力と系統電力および電力需要設備に設置した蓄電設備とを連携させて、住宅や事業所の電力消費施設（需要設備）との間で効率よく電力供給を可能とした電力融通システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムや風力発電システムなどの自然エネルギーを利用して発電した個別発電電力（個別電力）を商用配電系統（商用電力配電網、以下、単に系統とも称する）電力網と連携させ、あるいは大規模な蓄電設備と接続してピーク需要や系統の配電停止などの事態に対応させることが行われている。
【０００３】
例えば、太陽光発電システムでは、系統との間にパワーコンディショナーを介在させ、その発電電力（個別電力）を一旦系統に接続し、電力を消費する住宅の家電設備や事業所の電気機器等は系統との間で電力の供給を受けるようにし、太陽光発電電力が家電設備等の電力消費量を上回ったときは系統に余剰電力を供給し、その逆の場合は系統から電力供給を受けるようになっている。
【０００４】
また、太陽光発電システムに蓄電設備（大容量蓄電池、通常は多数のバッテリーで構成）を接続して常時蓄電を行い、系統の遮断や太陽光発電の発電停止や発電能力の低下時、あるいは電力需要のピーク時には蓄電設備から電力を放出することで過渡的な電力喪失となるのを回避するシステムも知られている。この種の関連技術を開示したものとしては、特許文献１、特許文献２などを挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７２５０４号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１００４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年は、個々の住宅や事業所などの比較的小規模な電力需要設備に個別の太陽発電設備を設置する事例から、所謂スマートシティとかスマートタウンと称する中規模あるいは大規模の住宅集団（以下、スマートシティ）などの電力需要設備も建設されるようになった。個々の住宅に設置した太陽発電システムには、小規模の蓄電装置（バッテリー群で構成）を付帯させているのが普通である。また、スマートシティでは、個々の住宅ごとに太陽発電設備を設置し、それらの設備群について比較的規模の大きい蓄電設備を共通に設置しているものもある。
【０００７】
従来のこの種のシステムでは、太陽発電設備の個別電力をＤＣ／ＡＣ変換したもの、あるいは系統からの電力をＡＣ／ＤＣ変換したものを蓄電設備に充電し、必要に応じて蓄電設備に蓄電してあるＤＣ電力をＤＣ／ＡＣ変換して利用する。しかしながら、蓄電設備の充電のためのＡＣ／ＤＣ変換する際、蓄電設備に蓄えたＤＣ電力や太陽光発電等のＤＣ電力をＤＣ／ＡＣ変換する際の変換ロスは１０〜２０％程度と大きい。また、この種の蓄電設備は複数の蓄電池（バッテリー）を集積して大きな容量を実現しており、そのうちの一個に不具合が生じた場合は蓄電池設備の全てが機能停止となってしまう。
【０００８】
太陽発電設備の個別電力設備の発電能力が停止乃至は能力低下した場合には、蓄電設備の電力供給容量に限界があるため、過渡的には蓄電設備から電力を供給できるが、その後の電力の殆どは系統からの給電に頼ることになる。また、蓄電設備を構成するバッテリーの一部にでも不具合が発生すれば、その蓄電設備はシステムから切り離され、全電力を系統に頼ることになる。そして、系統電力の供給にも遮断が発生すれば、電力需要設備に対する全電力の喪失となる。さらに、電力需要の瞬間的なピーク需要や太陽光発電等の個別電力発電能力の不安定さを吸収するために大規模蓄電池設備を置くことに対する安全面の問題やその設置場所などには制約がある。
【０００９】
本発明の目的は、複数の個別電力発電設備と系統電力線とを連携した電力利用システムにおける前記個別電力発電設備を設置した複数の住宅等に設置した電力需要設備（パワーユニットとも称する）の間をネットワーク接続し、系統遮断や部分的な個別電力の停止等の事態が生じても電力需要設備間で相互に電力を融通し合い、全電力喪失を回避できる電力融通システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る電力融通システムは、次のように構成される。すなわち、
（１）蓄電設備と家電機器を含む電力消費機器を備えた複数の電力需要設備（パワーユニットとも称する）の間を結合する電力融通線と、システムを統括制御する管理コンピュータを備える。
（２）商用電力配電網からの系統電力と再生可能な自然エネルギーを利用した自家発電設備で得られる個別電力および前記蓄電設備の蓄電電力を連携させて、前記複数の電力需要設備の相互間で効率よく電力の供給を可能とする。
（３）前記電力需要設備には、交流（ＡＣ）電力と直流（ＤＣ）電力の何れかを交流電力と直流電力の何れかに変換する複数種のコンバータと、前記商用電力配電網と前記自家発電設備からの給電状況に応じて前記系統電力と前記個別電力および前記蓄電電力、さらに前記家電機器を含む電力消費機器との間の前記複数のコンバータの何れかを経由する電力経路を設定するスイッチ手段を有するパワーボードを備える。
（４）前記蓄電設備は、前記スイッチ手段による選択で前記系統電力と前記自家発電電力の何れか又は双方からの電力を蓄電し、放電（給電）する如く配置される。
（５）前記電力需要設備に備える前記スイッチ手段は、前記自家発電電力と前記系統電力の給電状態と発電状態に応じて、前記個別電力と前記系統電力の何れか一方、又は前記蓄電設備からの蓄電電力を自身の電力需要設備の一部または全部に給電し、前記電力融通線を介して自身以外の前記電力需要設備に給電する如く構成する。
（６）前記複数種のコンバータは、前記自家発電設備で得られる直流の個別電力を最大効率で取り出すためのＭＰＰＴ ＤＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＡＣ／ＡＣコンバータで構成する。
（７）前記パワーボードに、前記複数種のコンバータの入力側と出力側の切換えを担当する前記スイッチ手段を切り替えるためのスイッチ制御装置を備える。
（８）前記パワーボードに、前記個別電力と前記系統電力の給電状態と前記蓄電電力の蓄電放電状態、前記電力融通線の給電・受電状態に応じて前記管理コンピュータのもとに前記スイッチ制御装置に切換え制御指令を与えるインターフェースを備える。
（９）前記複数の電力需要設備のそれぞれは、前記系統電力線から個別に給電される構成であり、前記電力融通線は、前記複数の電力需要設備に対して前記系統電力線と平行に配置される。
（１０）前記複数の電力需要設備のそれぞれは、前記系統電力から受電設備を介して分岐した自営線を通して給電される構成であり、前記電力融通線は、前記自営線を共用する。
（１１）前記蓄電設備は複数の蓄電池で構成され、前記蓄電池の１又は複数個ごとに前記パワーボードに対して並列に接続する。
（１２）前記個別電力線、前記系統電力線、前記自営線、前記複数の蓄電池のそれぞれに、それぞれの状態を検知するセンサを有し、検知データを前記インターフェースを介してシステムを統括する前記管理コンピュータに転送する構成とした。
（１３）本発明は上記構成、後述する実施形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
（１４）管理コンピュータは、系統線の給電とソーラ発電モジュールおよび蓄電設備のそれぞれについて、ＤＣ／ＡＣ変換，ＡＣ／ＤＣ変換の変換ロス、系統線からの給電コストと蓄電設備を利用する場合のコストの優位性を判断して、経済的な観点に基づいてコンバータ手段の設定を行う。
（１５）管理コンピュータは系統線、ソーラ発電モジュール、融通線（自営線）、蓄電設備の各電力の組み合わせ利用形態の選択肢を複数有している。そして、データ送受信インターフェースを介した通信機能により各設備に設置した各種センサからのデータに基づいて情報の分析と判断を行い、その判断結果でコンバータ手段のフロント側スイッチ手段とリア側スイッチ手段への制御命令を選択し、通信機能によりスイッチ制御装置に対して指令を与える。
【発明の効果】
【００１１】
複数の住宅等の群やスマートシティを構成する複数の住宅などの電力需要設備のそれぞれに設けた自然エネルギーを利用した複数の個別電力発電設備と系統電力線および前記個別電力発電設備のそれぞれに附帯させて設けた各複数の蓄電設備とを連携させた電力利用システムを構築し、前記個別電力発電設備を設置した複数の電力需要設備の間を電力融通線でネットワーク接続したことにより、系統遮断や部分的な個別電力の停止等の事態が生じても電力需要設備間で相互に電力を融通し合うことでそれぞれの電力需要設備での全電力喪失を回避できる。
【００１２】
各電力需要設備に設ける蓄電池は一個宛、あるいは数個を一つの塊とした複数群として電気的に独立に制御できるように配置される。それにより、特定の電力需要設備に設けた蓄電池の一部に機能不全が発生しても、その蓄電池のみをシステムから切り離すだけで、すべての蓄電設備をシステムから切り離す必要がなくなり、蓄電機能を維持することができる。このように構成することで、
【００１３】
複数の電力需要設備を通信線で管理コンピュータに接続して、各電力需要設備を構成する個別発電機器、蓄電設備を構成する蓄電池および系統線の状態を統括的に監視することで、電力の融通をコントロールでき、需要ピークや個別発電、系統線の不安定さを吸収して各電力需要設備に安定な電力供給を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電力融通システムを構成するパワーユニットの実施例１の構成を説明する機能ブロック図である。
【図２】本発明に係る電力融通システムの実施例１の構成図である。
【図３】本発明に係る電力融通システムを構成するパワーユニットの実施例２の構成を説明する機能ブロック図である。
【図４】本発明に係る電力融通システムの実施例２の構成図である。
【図５】本発明に係る電力融通システムの基本的な制御手順の一例を説明する流れ図である。
【図６】本発明に係る電力融通システムの基本的な制御手順の一例を説明する図５に続く流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明に係る電力融通システムを構成するパワーユニットの実施例１の構成を説明する機能ブロック図である。図１に示すパワーユニットＰＵは個別住宅に設置される電力需要設備である。このパワーユニットＰＵは、本実施例の電力需要システムに加入する各住宅にその主要設備として設置される。パワーユニットＰＵには本実施例の主要部を構成するパワーボードＰＢが設けられている。また、図２は、本発明に係る電力融通システムの構成図で、便宜上３戸の住宅のみを示す。
【００１７】
本実施例の電力融通システムは、図２に示したように、複数の電力需要設備としての住宅のそれぞれに本実施例の機能を実行するためのパワーユニットＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３、・・・を備えている。各住宅のパワーユニットＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３、・・・は系統線ＣＰＬに個別につながり、それぞれが独立して系統から電力の給電を受けるようになっている。そして、各パワーユニットＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３、・・・は本システムの電力融通を実行する融通線（自営線）ＳＰＬに並列に接続している。さらに、各住宅のパワーユニットＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３、・・・は通信線ＤＴＬで管理コンピュータＭＰＣに接続されている。
【００１８】
以下の図１についての説明では、一個のパワーユニットのみの構成について説明するので、パワーユニットＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３、・・・をパワーユニットＰＵで代表して説明する。パワーユニットＰＵは、基本的に電力の入力手段である系統線ＣＰＬ、ソーラ発電モジュールＳＰＭ、融通線（自営線）ＳＰＬ、パワーボードＰＢが接続される。また、蓄電設備であるバッテリーＢ１，Ｂ２，・・・Ｂｎ、電力消費機器であるＡＣ家電機器ＡＣＡ（照明器具等も含む）、ＤＣ家電機器ＤＣＡ、希望によりＡＣ回転機ＡＣＭが接続される。ＡＣ回転機ＡＣＭは可変電圧／可変周波数回転機などの機器や融通電力の周波数調整の機能を有する。
【００１９】
また、パワーボードＰＢはデータ送受信用のインターフェース（Ｉ／Ｆ）ＤＴＲを備え、本システムの適宜場所に設置されている管理コンピュータＭＰＣに接続している。この管理コンピュータＭＰＣは選定した一個の住宅に設けておくことができる。
【００２０】
パワーボードＰＢには、交流（ＡＣ）電力と直流（ＤＣ）電力の何れかを交流電力と直流電力の何れかに変換する複数種のコンバータと、前記商用電力配電網と前記自家発電設備からの給電状況に応じて前記系統電力と前記個別電力および前記蓄電電力、さらに前記家電機器を含む電力消費機器との間の前記複数種のコンバータの何れかを経由する電力経路を設定するスイッチ手段を有する。
【００２１】
パワーボードＰＢを構成する複数のコンバータは、ＭＰＰＴＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＭ、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＢ、ＡＣ／ＡＣコンバータＡＡＣで構成される。ＭＰＰＴＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＭは、最大電力点追従方式（Maximum Power Point Tracking）のＤＣ／ＤＣコンバータである。このＭＰＰＴＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＭは太陽光発電設備における日照量の変化に対応して最も効率のよい電圧、電流点を選択して発電電力を出力させる機能を有する。
【００２２】
双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢは、系統線ＣＰＬから入力するＡＣ電力を蓄電設備を構成する蓄電池（バッテリー）Ｂ１，Ｂ２，・・・Ｂｎの充電用ＤＣ電圧に変換する機能と、ＤＣ家電機器用のＤＣ電圧を作成する機能およびＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換する機能を有する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＢは、太陽光発電モジュール（ソーラ発電モジュール、単に太陽パネルとも称する）ＳＰＭやバッテリーＢ１，Ｂ２，・・・Ｂｎから出力されるＤＣ電力をＤＣ家電機器ＤＣＡ用の電力に変換する機能とその逆方向変換を行う機能を有する。
【００２３】
ＡＣ／ＡＣコンバータＡＡＣは、系統線ＣＰＬから入力するＡＣ電力、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢで変換されたＡＣ電力をＡＣ家電機器ＡＣＡ用の電力に変換し、あるいはＡＣ回転機ＡＣＭ用の電圧変換と周波数変換機能を有する。
【００２４】
上記した複数のコンバータのフロント側（図１の紙面に向かって左側）とリア側（同右側）には、それぞれフロント側スイッチ手段ＳＷＦ、リア側スイッチ手段ＳＷＲが設けられており、図１の左方向からの入力する電力を右方向電力に振り分け、右方向から入力する電力を左側に出力するように切換えを行う。この切換えは、系統線ＣＰＬを監視してその状態を検出する系統線センサＣＰＳ、太陽パネルＳＰＭを監視してその状態を検出するソーラ発電モジュールセンサ（ソーラセンサ）ＳＳＲ、融通線（自営線）ＳＰＬを監視してその状態を検出する融通線センサＳＰＬＳ、バッテリーを監視してその状態を検出するバッテリーセンサＳ１，Ｓ２，・・・Ｓｎの検出信号に基づいてスイッチ制御装置ＳＷＣが管理コンピュータＭＰＣからの指令で行う。
なお、フロント側スイッチ手段ＳＷＦとリア側スイッチ手段ＳＷＲは物理的には同一の筐体である事もある。
【００２５】
系統線から商用電力が正常に給電可能となっており、ソーラ発電モジュールＳＰＭも正常な発電状態にあるとき、および蓄電設備のバッテリーＢ１，Ｂ２，・・・Ｂｎも正常状態にあるときには、複数のコンバータＭＰＰＴＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＭ、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＢ、ＡＣ／ＡＣコンバータＡＡＣは、ＡＣ家電機器ＡＣＡ、ＤＣ家電機器ＤＣＡ、蓄電設備のバッテリーＢ１，Ｂ２，・・・Ｂｎ、あるいはＡＣ回転機ＡＣＭに所要の電力を供給するように前記フロント側スイッチ手段ＳＷＦ、リア側スイッチ手段ＳＷＲが複数のコンバータを切替え設定している。
【００２６】
これらの電力消費機器の消費電力やバッテリーへの電力が余った場合には、その余剰電力を双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢを経由して系統線に給電する。この状態は管理コンピュータＭＰＣからの指令に基づいてスイッチ制御装置ＳＷＣで設定される。管理コンピュータＭＰＣと各パワーユニットＰＢは図２に示した通信線ＤＴＬで接続されている。
【００２７】
ソーラ発電モジュールＳＰＭから各バッテリーＢ１，Ｂ２，・・・ＢｎにＭＰＰＴ ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＭを通して充電し、あるいはＤＣ家電機器等の直流設備に優先的に供給する。系統電源からＡＣ／ＡＣコンバータＡＣＣを通じてＡＣ家電機器ＡＣＡへ、あるいはＡＣ回転機器ＡＣＭへ電力を供給する。また、ソーラ発電モジュールＳＰＭが発電していない、もしくは発電量が少ない場合には、系統ＣＰＬから双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢを通じてバッテリーＢ１，Ｂ２，・・・Ｂｎに蓄積する。
【００２８】
系統ＣＰＬからの電力供給が停止、もしくは供給価格が高い等の場合に、蓄電池から双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢを通じて、ＡＣ家電機器ＡＣＡなどの交流設備へ給電する、もしくは融通線ＳＰＬを通して他のパワーユニットのバッテリーを充電する。フロント側スイッチ手段ＳＷＦとリア側スイッチ手段ＳＷＲは、自身のパワーユニットと融通線に繋がった他のパワーユニットの状況に応じて、通信線ＤＴＬを介する管理コンピュータＭＰＣの制御の下に前記複数のコンバータを切換えて図２に示した複数のパワーユニットＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３、・・・の間で電力を融通し合うように動作する。
【００２９】
このように、本実施例は、複数の電力需要設備のそれぞれが系統線ＣＰＬから個別に給電される構成であり、前記融通線ＳＰＬは複数の電力需要設備に対して系統線と平行に配置される。また、蓄電設備は複数のバッテリーＢ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・Ｂｎで構成される。図１では各バッテリーは一個ずつ独立配置でリア側スイッチ手段ＳＷＲに並列に接続されているが、これらのバッテリーの複数個宛を一群として角群を並列接続してもよい。
【００３０】
系統線、自営線、複数の蓄電池のそれぞれに、それぞれの状態を検知するセンサを有し、検知データを前記インターフェースから通信線ＤＴＬを介してシステムを統括する管理コンピュータＭＰＣに転送することで、管理コンピュータＭＰＣはシステムの状態を把握する。管理コンピュータＭＰＣは把握したシステム状態に応じて電力を効果的に融通するように複数のコンバータの機能を設定するようにスイッチ制御装置ＳＷＣに指令を出す。スイッチ制御装置ＳＷＣはこの指令に基づいてフロント側スイッチ手段ＳＷＦとリア側スイッチ手段ＳＷＲを所定のフェーズに切替える。このコンバータの設定フェーズについては後述する。
【００３１】
上記した実施例では、各パワーユニットＰＵ間の通信に特別に設けた通信線ＤＴＬを介して行うように説明したが、このような通信線を別途に設けることに代えて、既存のインターネット、電話線などを利用できる。さらには、融通線ＳＰＬを用いる電力線搬送技術を利用してもよい。
【００３２】
本実施例により、複数の住宅等の群やスマートシティを構成する複数の住宅などの電力需要設備のそれぞれに設けた自然エネルギーを利用した複数の個別電力発電設備と系統電力線および前記個別電力発電設備のそれぞれに附帯させて設けた各複数の蓄電設備とを連携させ、個別電力発電設備を設置した複数の電力需要設備の間を電力融通線でネットワーク接続したことにより、系統遮断や部分的な個別電力の停止等の事態が生じても電力需要設備間で相互に電力を融通し合うことでそれぞれの電力需要設備での全電力喪失を回避できる。
【００３３】
また、各電力需要設備に設ける蓄電池（バッテリー）は一個宛、あるいは数個を一つの塊（群）として電気的に独立に制御できるように配置される。それにより、特定の電力需要設備に設けた蓄電池の一部に機能不全が発生しても、すべての蓄電設備をシステムから切り離す必要がなくなり、蓄電機能を維持することができる。
【００３４】
さらに、複数の電力需要設備を通信線等を介して管理コンピュータに接続し、各電力需要設備を構成する個別発電機器、蓄電設備を構成する蓄電池（バッテリー）および系統線の状態を統括的に監視することで、電力の融通をコントロールでき、需要ピークや個別発電、系統線の不安定さを吸収して各電力需要設備に安定な電力供給を実現することができる。
【実施例２】
【００３５】
図３は、本発明に係る電力融通システムを構成するパワーユニットの実施例２の構成を説明する機能ブロック図である。前記実施例１と同様に、図３に示すパワーユニットＰＵは個別住宅に設置される電力需要設備である。このパワーユニットＰＵは、本実施例の電力需要システムに加入する各住宅にその主要設備として設置される。パワーユニットＰＵには本実施例の主要部を構成するパワーボードＰＢが設けられている。また、図４は、本発明に係る電力融通システムの実施例２の構成図で、便宜上３戸の住宅のみを示す。
【００３６】
図３において、本実施例の電力融通システムは実施例１と同様に、複数の電力需要設備としての住宅のそれぞれに本実施例の機能を実行するためのパワーユニットＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３、・・・を備えている。各住宅のパワーユニットＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３、・・・は系統線ＣＰＬから受電切換装置ＣＢＢから分岐する融通線（自営線）ＳＰＬに個別に繋がっている。そして、各パワーユニットＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３、・・・も本システムの電力融通を実行する融通線（自営線）ＳＰＬに並列に接続している。
【００３７】
本実施例が実施例１と異なる点は、上記したように、系統からの給電が融通線（自営線）ＳＰＬを介して行われる点である。したがって、実施例１では個々の電力需要設備（住宅等）が系統線から直接給電を受けるのに対し、本実施例では個々の電力需要設備（住宅等）は融通線（自営線）ＳＰＬを通して給電され、系統に遮断が生じた場合などの電力の融通が受電切換装置ＣＢＢの切替えで融通線ＳＰＬを通して行われる。
【００３８】
受電切換装置ＣＢＢが系統線ＣＰＬと融通線ＳＰＬとを切替える動作は系統センサＣＰＳの検出信号に基づく管理コンピュータＭＰＣの指令でスイッチ制御装置ＳＷＣが行うようになっている。また、パワーボードＰＢの動作は実施例１と同様なので、繰り返しの説明は省略する。
【００３９】
本実施例によっても、複数の住宅等の群やスマートシティを構成する複数の住宅などの電力需要設備のそれぞれに設けた自然エネルギーを利用した複数の個別電力発電設備と系統電力線および前記個別電力発電設備のそれぞれに附帯させて設けた各複数の蓄電設備とを連携させ、個別電力発電設備を設置した複数の電力需要設備の間を電力融通線（自営線）でネットワーク接続したことにより、系統遮断や部分的な個別電力の停止等の事態が生じても電力需要設備間で相互に電力を融通し合うことでそれぞれの電力需要設備での全電力喪失を回避できる。
【００４０】
また、各電力需要設備に設ける蓄電池（バッテリー）は一個宛、あるいは数個を一つの塊（群）として電気的に独立に制御できるように配置される。それにより、特定の電力需要設備に設けた蓄電池の一部に機能不全が発生しても、すべての蓄電設備をシステムから切り離す必要がなくなり、蓄電機能を維持することができる。
【００４１】
さらに、複数の電力需要設備を通信線を介して管理コンピュータに接続し、各電力需要設備を構成する個別発電機器、蓄電設備を構成する蓄電池（バッテリー）および系統線の状態を統括的に監視することで、電力の融通をコントロールでき、需要ピークや個別発電、系統線の不安定さを吸収して各電力需要設備に安定な電力供給を実現することができる。
【００４２】
本実施例でも、各パワーユニットＰＵ間の通信に特別に設けた通信線ＤＴＬに代えて、既存のインターネット、電話線などを利用できる。さらには、融通線ＳＰＬを用いる電力線搬送技術を利用してもよい。
【００４３】
上記した本発明に係る電力融通システムの具体的な動作の典型的な一例を説明する。図５と図６は、本発明に係る電力融通システムの基本的な制御手順の一例を説明する流れ図で、図５と図６でひとつの動作の実行手順が説明される。図５と図６の流れ図で説明される内容は前記実施例に示した電力融通システムの構成で実行される典型的な動作の一つである。その他の動作も前記した実施例の構成図から導き出される。
【００４４】
図５において、本システムの動作がスタートすると、先ずソーラ発電モジュール（太陽パネル）ＳＰＭの発電（図５ではソーラ発電と表記）が正常であるか否かを判断する（ステップ１）。以下ステップを「Ｓ」と略記し、これをＳ−１のように表記する。
【００４５】
ソーラ発電が正常である（Ｓ−１のＹｅｓ）と判断され、Ｓ−２で系統線ＣＰＬから正常に給電されていると判断された場合（Ｓ−２のＹｅｓ）、管理コンピュータＭＰＣは、送受信インターフェースＤＴＲを介してスイッチ制御装置ＳＷＣに対し、コンバータ手段ＣＶＴを構成する複数のコンバータを‘フェーズ１’に設定する指令を出す。ソーラ発電モジュールＳＰＭの状態はソーラ発電モジュール電力センサＳＳＲが、系統線ＣＰＬの状態は系統線電力センサＣＰＳが検出し、データ送受信インターフェースＤＴＲを介して管理コンピュータＭＰＣに転送する。
【００４６】
‘フェーズ１’では、図１のＭＰＰＴ ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＭを通常のソーラ発電電力を利用する状態とすると共に、系統線ＣＰＬからのＡＣ電力を双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＢを蓄電設備ＢＳ、ＡＣ家電機器ＡＣＡ、ＤＣ家電機器ＤＣＡのための適正な電力に変換する。また、電圧変換／周波数変換駆動等のＡＣ回転機器ＡＣＭを有するパワーユニットでは、ＡＣ／ＡＣコンバータＡＡＣを当該ＡＣ回転機器ＡＣＭのための適正電力に変換するように設定する。そして、蓄電設備ＢＳにはソーラ発電電力または系統線電力から充電されるようにコンバータ手段ＣＶＴが設定される。（Ｓ−２）で系統線の給電が停止したと判断された場合は図６の（Ｓ−２１）に行く。
【００４７】
なお、ソーラ発電が正常か否かの判断（Ｓ−１）で正常な発電をしていないと判断された場合（Ｓ−１のｎｏ）は、コンバータ手段ＣＶＴを‘フェーズ２’に設定する（Ｓ−４）。‘フェーズ２’は、ＭＰＰＴ ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＭの動作を停止させ、系統線ＣＰＬからの給電電力を電力需要設備（ＡＣ家電機器ＡＣＡ、ＤＣ家電機器ＤＣＡ、ＡＣ回転機器ＡＣＭ）それぞれのための適正電力の生成と蓄電設備ＢＳへの適正な充電電力を生成するように設定する（Ｓ−５）。
【００４８】
自己のパワーユニットＰＵの電力需要設備にソーラ発電モジュールＳＯＭ及び／または系統線電力若しくは蓄電設備ＢＳに電力が蓄積され、あるいは蓄電設備ＢＳに充電が継続されている状態で、管理コンピュータＭＰＣから他のパワーユニットから電力の融通要求があった場合（Ｓ−６のＹｅｓ）、スイッチ制御装置ＳＷＣはコンバータＣＶＴを‘フェーズ３’に設定する（７−７）。
【００４９】
‘フェーズ３’は自己の蓄電設備ＢＳの蓄電電力を双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢで系統線電力と同じＡＣ電力に変換するようにリア側スイッチ手段ＳＷＲとフロント側スイッチ手段ＳＷＦを設定する。変換されたＡＣ電力は融通線（自営線）ＳＰＬに供給される（Ｓ−８）。融通要求を出した他のパワーユニットは融通線ＳＰＬから電力の供給を受ける。
【００５０】
他のパワーユニットからの電力融通要求が継続している場合は（（Ｓ−９のＹｅｓ）、蓄電設備（バッテリ群）ＢＳの残量が十分であれば（Ｓ−１０のＹｅｓ）融通線ＳＰＬへの給電を継続し，蓄電容量が不十分であると判断した場合（（Ｓ−１０のＮｏ）は融通線ＳＰＬへの給電を停止し（Ｓ−１１）、図６の（Ｓ−２６）に行く。他のパワーユニットからの電力融通要求が解除した場合は（（Ｓ−９のＮｏ）融通線ＳＰＬへの給電を停止し（Ｓ−１１）、図６の（Ｓ−２６）に行く。
【００５１】
図６において、図５の（Ｓ−２）で系統線ＣＰＬからの給電が停止した場合（Ｓ−２のＮｏ）、自己におパワーユニットＰＵにある電力需要設備にはソーラ発電モジュールＳＰＭと蓄電設備（バッテリー群）ＢＳから給電する（Ｓ−２１）。コンバータ手段ＣＶＴは管理コンピュータＭＰＣの指令に基づいて‘フェーズ４’に設定され（Ｓ−２２）、各電力需要機器には、ソーラ発電モジュールＳＰＭと蓄電設備（バッテリー群）ＢＳに充電された電力から給電する（Ｓ−２３）。
【００５２】
‘フェーズ４’では、コンバータＣＶＴを構成するＭＰＰＴ ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＭを通常のソーラ発電電力を利用する状態とすると共に、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータＡＤＢ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＢ、ＡＣ／ＡＣコンバータＡＡＣをＡＣ家電機器ＡＣＡ、ＤＣ家電機器ＤＣＡのための適正な電力に変換するように設定される。また、電圧変換／周波数変換駆動等のＡＣ回転機器ＡＣＭを有するパワーユニットではＡＣ／ＡＣコンバータＡＡＣに適正な電力を供給するように設定される。
【００５３】
ソーラ発電モジュールセンサセンサ（ソーラセンサ）ＳＳＲは、ソーラ発電モジュールＳＰＭを監視し、その発電が正常でなくなった場合（Ｓ−２４のＮｏ）、バッテリー状態センサＳ１乃至Ｓｎは蓄電設備ＢＳに充電されている電力の残量が十分であるか否かを見て（Ｓ−２５）、十分でない場合は管理コンピュータＭＰＣに対して他のパワーユニットに電力の供給を以来する融通要求を出す（Ｓ−２６）。
【００５４】
融通要求の送信と共に、コンバータ手段ＣＶＴを‘フェーズ５’に設定する。‘フェーズ５’では、スイッチ制御装置ＳＷＣは融通線ＳＰＬから給電されるＡＣ電力を電力需要設備（ＡＣ家電機器ＡＣＡ、ＤＣ家電機器ＤＣＡ、場合によってはＡＣ回転機器ＡＣＭにも）それぞれのための適正電力を生成するように設定する（Ｓ−２７）。この設定で融通線ＳＰＬからのＡＣ電力をコンバータ手段ＣＶＴで電力需要設備のそれぞれに適したＡＣ又はＤＣ電力に変換して供給する（Ｓ−２８）。
【００５５】
融通線ＳＰＬからの給電が継続しているうちは上記の電力需要設備は稼動できる（Ｓ−２９のＹｅｓ）。しかし、融通線からの給電が停止すれば自己の電力需要設備は全て休止し（Ｓ−２９のＮｏ）系統線ＣＰＬの給電復活、ソーラ発電モジュールＳＰＭの発電が復活するまで電源喪失状態となる（エンド）。
【００５６】
なお、管理コンピュータＭＰＣは上記のコンバータ手段の各設定にあたっては、系統線の給電とソーラ発電モジュールおよび蓄電設備のそれぞれについて、ＤＣ／ＡＣ変換，ＡＣ／ＤＣ変換の変換ロス、系統線からの給電コストと蓄電設備を利用する場合のコストの優位性を判断して、経済的な観点に基づいてコンバータ手段の設定を行う。
【００５７】
なお、管理コンピュータＭＰＣは系統線ＣＰＬ、ソーラ発電モジュールＳＰＭ、融通線（自営線）、蓄電設備ＢＳの各電力の組み合わせ利用形態の選択肢を複数有している。そして、データ送受信インターフェースＤＴＲを介した通信機能により各設備に設置した各種センサからのデータに基づいて情報の分析と判断を行い、その判断結果でコンバータ手段のフロント側スイッチ手段ＳＷＦとリア側スイッチ手段ＳＷＲへの制御命令を選択し、通信機能によりスイッチ制御装置ＳＷＣに対して指令を与える。
【符号の説明】
【００５８】
ＳＰＭ・・・ソーラ発電モジュール（太陽パネル）
ＣＰＬ・・・商用電力系統線（系統線）
ＳＰＬ・・・融通線（自営線）
ＳＳＲ・・・ソーラ発電モジュールセンサ（ソーラセンサ）
ＣＰＳ・・・系統線電力センサ（系統センサ）
ＳＰＬＳ・・・融通線センサ
ＰＵ・・・パワーユニット
ＰＢ・・・パワーボード
ＳＷＣ・・・スイッチ制御手段
ＳＷＦ・・・フロント側スイッチ手段
ＳＷＲ・・・リア側スイッチ手段
ＣＶＴ・・・コンバータ手段
ＤＤＭ・・・ＭＰＰＴ ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＡＤＢ・・・双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ
ＤＤＢ・・・双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＡＡＣ・・・ＡＣ／ＤＣコンバータ
ＤＴＲ・・・データ送受信インターフェース
ＢＳ・・・蓄電設備（バッテリー）
Ｂ１〜Ｂｎ・・・バッテリー
Ｓ１〜Ｓｎ・・・バッテリーセンサ
ＡＣＡ・・・ＡＣ家電機器
ＤＣＡ・・・ＤＣ家電機器
ＡＣＭ・・・ＡＣ回転機器
ＣＢＢ・・・受電切換設備
ＭＰＣ・・・管理コンピュータ
【図１】
2017063554.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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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月5日(2016.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電設備と家電機器を含む電力消費機器を備えた複数の電力需要設備の間を結合する電力融通線と、システムを統括制御する管理コンピュータを備え、
商用電力配電網である系統線からの系統電力と再生可能な自然エネルギーを利用した自家発電設備で得られる個別電力および前記蓄電設備の蓄電電力を連携させて、前記複数の電力需要設備の相互間で効率よく電力の供給を可能とした電力融通システムであって、
前記電力需要設備には、交流電力と直流電力の何れかを交流電力と直流電力の何れかに変換する複数種のコンバータと、前記商用電力配電網と前記自家発電設備からの給電状況に応じて前記系統電力と前記自家発電設備で得られる前記個別電力および前記蓄電設備の前記蓄電電力、さらに前記家電機器を含む電力消費機器との間の前記複数種のコンバータの何れかを経由する電力経路を設定するスイッチ手段を有するパワーボードを備えてなり、
前記複数種のコンバータは、前記自家発電設備で得られる直流の個別電力を最大効率で取り出すためのＭＰＰＴ ＤＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＡＣコンバータで構成され、
前記スイッチ手段は、前記系統線および前記自家発電設備に接続するフロント側スイッチ手段と、前記蓄電設備に接続するリア側スイッチ手段からなり、
前記複数種のコンバータの入力側と出力側の切換えを担当する前記スイッチ手段を切り替えるためのスイッチ制御装置を備え、
前記蓄電設備は、前記スイッチ手段による選択で前記系統電力と前記自家発電設備で得られる前記個別電力の何れか又は双方からの電力を蓄電し、放電する如く配置されており、
前記電力需要設備に備える前記スイッチ手段は、前記個別電力の発電状態と前記系統電力の給電状態に応じて、前記自家発電設備で得られる前記個別電力と前記系統電力の何れか一方、又は前記蓄電設備からの蓄電電力を自身の電力需要設備の一部または全部に給電し、前記電力融通線を介して自身以外の前記電力需要設備に給電し、前記系統線に給電することを特徴とする電力融通システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記パワーボードに、前記個別電力の発電状態と前記系統電力の給電状態と、前記蓄電電力の蓄電放電状態、前記電力融通線の給電・受電状態に応じて前記管理コンピュータのもとに前記スイッチ制御装置に切換え制御指令を与えるインターフェースを備えたこと特徴とする電力融通システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記複数の電力需要設備のそれぞれは、前記系統線から個別に給電される構成であり、前記電力融通線は、前記複数の電力需要設備に対して前記系統線と平行に配置されたこと特徴とする電力融通システム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、
前記複数の電力需要設備のそれぞれは、前記系統線から受電設備を介して分岐した前記電力融通線を通して給電される構成としたこと特徴とする電力融通システム。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、
前記蓄電設備は複数の蓄電池で構成され、前記蓄電池の１又は複数個ごとに前記パワーボードに対して並列に接続されたこと特徴とする電力融通システム。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかにおいて、
前記個別電力線、前記系統線、前記電力融通線、前記複数の蓄電池のそれぞれに、それぞれの状態を検知するセンサを有し、検知データを前記インターフェースを介してシステムを統括する前記管理コンピュータに転送することを特徴とする電力融通システム。