(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
  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等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、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、本明細書および図面において、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。
 
【0015】
(第1の実施形態:電力システム100)
  
図1は、電力システム100の基本的な接続態様を示した説明図である。電力システム100は、引き込み線12を通じて、電力系統14から電気(商用電力)の供給を受ける。かかる電力システム100は、低圧受電の需要者単位で構成され、その範囲としては、一般用電気工作物であれば、家屋等に限らず、病院、工場、ホテル、レジャー施設、商業施設、マンションといった建物単位や建物内の一部分であってもよい。
 
【0016】
  また、電力システム100は、電力メータ112と、分電盤114と、構内配線116と、コンセント118とを含んで構成される。
 
【0017】
  電力メータ(電力量計)112は、電力系統14に引き込み線12を介して接続され、引き込み線12と電力システム100との間に流れる(消費および売電の)電流値を計測する。
 
【0018】
  分電盤114は、電力メータ112に接続され、契約容量を示すサービス遮断器(サービスブレーカ)114a、漏電の検出に応じて電気の供給を遮断する漏電遮断器(漏電ブレーカ)114b、および、構内配線116に接続され、その構内配線116に流れる電流が遮断容量(例えば20A)を超過すると電気の供給を遮断する配線用遮断器(安全ブレーカ)114cを有する。
 
【0019】
  需要者は、構内配線116の端部となるコンセント118に負荷設備16を接続し、配線用遮断器114cを通じて電力の供給を受ける。なお、負荷設備16は、屋内の屋内コンセント118aに接続することも、屋外の屋外コンセント118bに接続することもできる。
 
【0020】
  ここで、上記の電力システム100に発電設備120の追加を試みる。発電設備120は、出力電圧を調整することで、電力系統14より優先して、電気エネルギーを消費する負荷設備16に電力を供給する。かかる発電設備120としては、例えば、太陽光発電機、風力発電機、水力発電機、地熱発電機、太陽熱発電機、大気中熱発電機等の再生可能エネルギー発電設備や、燃料電池、内燃力発電、蓄電池等を用いることができる。
 
【0021】
  このような発電設備120は、単相3線式200Vに接続して用いるのが一般的である。この場合、配線用遮断器114cに代えて連系遮断器(200V)を設け、その連系遮断器に発電設備120を接続したり、また、漏電遮断器114bの1次側から別途の個別遮断器(200V)を介して発電設備120を接続しなければならない。
 
【0022】
  ただし、今後は、省エネルギー機器が普及し、電力システム100の電力需要が減少すると、必ずしも単相3線式200Vへの接続を要さない、本実施形態のような、単相3線式100/200Vのうち電力線であるR相またはT相のいずれか一方と、中性線であるN相とによる単相3線式100V(R相とN相、もしくは、T相とN相)のみに接続される小出力の発電設備120が設置されることとなる。なお、ここでは、単相3線式100/200VのR相とT相とを単相3線式200Vと呼び、R相とN相、または、T相とN相を単相3線式100Vと呼ぶ。
 
【0023】
  このように、単相3線式100Vで発電設備120を運用できれば、連系遮断器等を介在しなくとも、
図1において白抜き矢印で示したように、既存の構内配線116から分岐している屋外コンセント118bに、過電流および漏電を防止する個別遮断器122を通じて発電設備120を接続することが可能となる。かかる構成により、既存の構内配線116の有効活用および施工費の削減を図るとともに、電力システム100内の配線を簡素化できる。
 
【0024】
  ところで、発電設備120では、燃料電池のように、その起動において、停止状態から発電が可能な発電状態に至るまで長時間を要する設備もあり、起動に費やすエネルギーも大きくなる。そこで、このような発電までに時間を要す発電設備120では、発電電力の外部への出力は停止するものの、自機内部での内部負荷により電力を消費して発電状態を維持するアイドリング状態を実現している。例えば、発電設備120を、短時間停止すれば足りる事象が生じた場合には、発電設備120の不要な停止を回避し、アイドリング状態に移行して発電状態を維持することで、発電再開時における発電開始までの時間短縮、および、総合的なエネルギーコストの削減が可能となる。
 
【0025】
  このような発電設備を短時間停止する事象としては、例えば、発電設備120を単相3線式100Vの配線用遮断器の2次側に直接接続した場合における配線用遮断器114cの遮断(トリップ)が考えられる。配線用遮断器114cが遮断された場合、構内配線116に接続された負荷設備16を、配線用遮断器114cの過電流耐量以下とすれば、その遮断状態を短時間で復帰させることができる。ここでは、配線用遮断器114cの遮断状態を適切に検出し、スムーズにアイドリング状態へ移行可能な電力システム100を提供する。
 
【0026】
  図2は、第1の実施形態における電力システム100の接続関係を示した説明図である。かかる
図2では電力の移動を実線で、情報を含む信号を破線の矢印で示している。電力システム100では、発電設備120や個別遮断器122に加え、第1電流計124を備える。
 
【0027】
  発電設備120は、上述したように、屋外コンセント118bを通じて構内配線116に接続され、発電部120aにおいて他のエネルギーを電気エネルギーに変換して電気を生成し、生成した電気を電力系統14より優先して構内の負荷設備16に供給する。
 
【0028】
  また、発電設備120は、電圧計120bと、内部負荷120cと、解列部120dと、制御部120eとを有する。電圧計120bは、計器用変圧器(VT)等で構成され、構内配線116である単相3線式100V(R相またはT相とN相)の相間電圧値Vを計測する。内部負荷120cは、余剰ヒータ等の負荷で構成される。解列部120dは、発電部120aからの電力供給(出力)を遮断する。制御部120eは、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路で構成され、発電設備120全体を制御する。なお、ここでは、制御部120eが発電設備120と一体的に形成される例を挙げて説明しているが、別体として設けられてもよい。
 
【0029】
  また、電圧計120bは、以下の理由で、発電中に構内配線116の相間電圧値Vを計測することができる。発電設備120では、電圧計120bにより構内配線116の相間電圧値Vを計測し、計測した相間電圧値Vより高い電圧値で電力を出力することで、負荷設備16に電力(電流)を供給する。そうすると、発電設備120の電圧値は、構内配線116の相間電圧値Vに追従することとなり、構内配線116の相間電圧値Vの変化に基づいて、発電設備120の電圧値も変化する。したがって、発電設備120では、電力の出力を継続しつつ、構内配線116の相間電圧値Vを適切に計測することが可能となる。
 
【0030】
  第1電流計124は、例えば、変流器(CT)で構成され、一次巻線を配した貫通体(鉄心、コア)それぞれに、いずれかの相の配線を挿通(クランプ)し、その電流値I
1を計測値に変成して制御部120eに送信する。また、ここでは、第1電流計124を、サービス遮断器114aの2次側、かつ、漏電遮断器114bの1次側に取り付ける例を挙げて説明するが、電力メータ112と配線用遮断器114cとの間であれば、いずれの位置に配置してもよい。
 
【0031】
  また、電力メータ112がスマートメータであり、引き込み線12の電流値I
1を計測可能であれば、電力メータ112を第1電流計124として機能させ、電流値I
1を制御部120eに送信するとしてもよい。
 
【0032】
  かかる電力システム100においては、状態検出手段として機能する第1電流計124と電圧計120bとが、配線用遮断器114cの状態を特定する情報を検出し、制御部120eは、状態検出手段が検出した情報に基づいて、発電設備120の動作状態を電力出力状態、アイドリング状態、停止状態に切り換えている。
 
【0033】
  図3は、制御部120eの動作状態切換方法の処理の流れを示したフローチャートである。かかる動作状態切換方法は所定周期でループ制御される。
 
【0034】
(ステップS10)
  制御部120eは、まず、電圧計120bが計測した相間電圧値Vを取得する。
 
【0035】
(ステップS11)
  続いて、制御部120eは、取得した相間電圧値Vが電圧閾値(例えば、80V)未満であるか否か判定する。その結果、電圧閾値未満であれば、ステップS13に処理を移し、電圧閾値以上であれば、ステップS12に処理を移す。
 
【0036】
(ステップS12)
  上記ステップS11において相間電圧値Vが電圧閾値以上であると判定されれば、すなわち、構内配線116の相間電圧値Vが正常であれば、制御部120eは、発電設備120を電力出力状態にして当該動作状態切換方法を終了する。なお、制御部120eは、発電設備120がアイドリング状態であれば、解列部120dを接続し、発電設備120が停止状態であれば、解列部120dを接続した上で発電部120aを起動する。
 
【0037】
(ステップS13)
  上記ステップS11において相間電圧値Vが電圧閾値未満であると判定されれば、すなわち、構内配線116において相間電圧値Vを検知できないと判定されれば、制御部120eは、第1電流計124が計測した電流値I
1を取得する。
 
【0038】
(ステップS14)
  続いて、制御部120eは、取得した電流値I
1が第1電流閾値(順潮流であり、かつ、電力が消費されていると判断できる値)未満であるか否か判定する。その結果、第1電流閾値未満であれば、ステップS15に処理を移し、第1電流閾値以上であれば、ステップS18に処理を移す。
 
【0039】
(ステップS15)
  上記ステップS14において電流値I
1が第1電流閾値未満であると判定されれば、すなわち、停電等により、電力系統14から電力が供給されていないと判定されれば、制御部120eは、発電設備120を停止すべく、電流値I
1が第1電流閾値未満となってから所定時間(例えば10分)が経過したか否か判定する。その結果、所定時間が経過していれば、ステップS16に処理を移し、所定時間が経過していなければ、ステップS17に処理を移す。
 
【0040】
(ステップS16)
  上記ステップS15において電流値I
1が第1電流閾値未満となってから所定時間が経過していると判定されれば、制御部120eは、発電設備120を停止して当該動作状態切換方法を終了する。
 
【0041】
(ステップS17)
  上記ステップS15において電流値I
1が第1電流閾値未満となってから所定時間が経過していないと判定されれば、電力系統14からの電力供給が短時間で復帰する可能性があるとして、制御部120eは、解列部120dを解列させ、発電設備120を、自機内部の内部負荷120cにより電力を消費して発電状態を維持するアイドリング状態にして当該動作状態切換方法を終了する。
 
【0042】
(ステップS18)
  上記ステップS14において電流値I
1が第1電流閾値以上であると判定されれば、すなわち、構内配線116において相間電圧値Vを検知できないものの、電力系統14から電力は供給されていると判定されれば、制御部120eは、配線用遮断器114cが遮断していると判断して、発電設備120をアイドリング状態にし、当該動作状態切換方法を終了する。
 
【0043】
  かかる構成により、配線用遮断器114cの遮断等、発電設備120を短時間停止すれば足りる事象が生じた場合においても、発電設備120の不要な停止を回避し、アイドリング状態に移行して発電状態を維持することで、発電再開時における発電開始までの時間短縮、および、総合的なエネルギーコストの削減が可能となる。
 
【0044】
(第2の実施形態:電力システム200)
  
図4は、第2の実施形態における他の電力システム200の接続態様を示した説明図である。ここでも、電力の移動を実線で、情報を含む信号の流れを破線の矢印で示している。電力システム200は、電力メータ112と、分電盤114と、構内配線116と、コンセント118と、発電設備220と、個別遮断器122と、第1電流計124と、第2電流計226とを含んで構成される。第1の実施形態で既に説明した電力メータ112と、分電盤114と、構内配線116と、コンセント118と、個別遮断器122と、第1電流計124とは、実質的に機能が等しいので、ここでは重複説明を省略し、機能の異なる発電設備220と、第2電流計226とを詳述する。
 
【0045】
  第2電流計226は、例えば、変流器(CT)で構成され、その電流値I
2を計測値に変成して制御部220eに送信する。また、ここでは、第2電流計226を、配線用遮断器114cの2次側、かつ、発電設備220と負荷設備16との接続点Pより電力系統14側に取り付ける例を挙げて説明するが、配線用遮断器114cの2次側であれば、いずれの位置に配置してもよい。
 
【0046】
  かかる電力システム200においては、状態検出手段として機能する第1電流計124と第2電流計226とが、配線用遮断器114cの状態を特定する情報を検出し、制御部220eは、状態検出手段が検出した情報に基づいて、発電設備220の動作状態を電力出力状態、アイドリング状態、停止状態に切り換えている。
 
【0047】
  図5は、制御部220eの動作状態切換方法の処理の流れを示したフローチャートである。かかる動作状態切換方法は所定周期でループ制御される。
 
【0048】
(ステップS20)
  制御部120eは、まず、第1電流計124が計測した電流値I
1を取得する。
 
【0049】
(ステップS21)
  続いて、制御部120eは、取得した電流値I
1が第1電流閾値(順潮流であり、かつ、電力が消費されていると判断できる値)未満であるか否か判定する。その結果、第1電流閾値未満であれば、ステップS22に処理を移し、第1電流閾値以上であれば、ステップS25に処理を移す。
 
【0050】
(ステップS22)
  上記ステップS21において電流値I
1が第1電流閾値未満であると判定されれば、すなわち、停電等により、電力系統14から電力が供給されていないと判定されれば、制御部120eは、発電設備120を停止すべく、電流値I
1が第1電流閾値未満となってから所定時間(例えば10分)が経過したか否か判定する。その結果、所定時間が経過していれば、ステップS23に処理を移し、所定時間が経過していなければ、ステップS24に処理を移す。
 
【0051】
(ステップS23)
  上記ステップS22において電流値I
1が第1電流閾値未満となってから所定時間が経過していると判定されれば、制御部120eは、発電設備120を停止して当該動作状態切換方法を終了する。
 
【0052】
(ステップS24)
  上記ステップS22において電流値I
1が第1電流閾値未満となってから所定時間が経過していないと判定されれば、電力系統14からの電力供給が短時間で復帰する可能性があるとして、制御部120eは、解列部120dを解列させ、発電設備120を、自機内部の内部負荷120cにより電力を消費して発電状態を維持するアイドリング状態にして当該動作状態切換方法を終了する。
 
【0053】
(ステップS25)
  上記ステップS21において電流値I
1が第1電流閾値以上であると判定されれば、制御部220eは、第2電流計226が計測した電流値I
2を取得する。
 
【0054】
(ステップS26)
  続いて、制御部220eは、取得した電流値I
2の絶対値が第2電流閾値(潮流があると判断できる値)未満であるか否か判定する。その結果、第2電流閾値未満であれば、ステップS27に処理を移し、第2電流閾値以上であれば、ステップS28に処理を移す。
 
【0055】
(ステップS27)
  上記ステップS26において電流値I
2の絶対値が第2電流閾値未満であると判定されれば、すなわち、電力系統14から電力は供給されているものの、配線用遮断器114cの2次側に電力は供給されていないと判定されれば、制御部220eは、配線用遮断器114cが遮断していると判断して、発電設備220をアイドリング状態にして当該動作状態切換方法を終了する。
 
【0056】
(ステップS28)
  上記ステップS26において電流値I
2の絶対値が第2電流閾値以上であると判定されれば、すなわち、構内配線116に正常に電力が供給されていれば、制御部220eは、発電設備220を電力出力状態にして当該動作状態切換方法を終了する。なお、制御部220eは、発電設備220がアイドリング状態であれば、解列部120dを接続し、発電設備220が停止状態であれば、解列部120dを接続した上で発電部120aを起動する。
 
【0057】
  かかる構成により、第1の実施形態同様、配線用遮断器114cの遮断等、発電設備220を短時間停止すれば足りる事象が生じた場合においても、発電設備220の不要な停止を回避し、アイドリング状態に移行して発電状態を維持することで、発電再開時における発電開始までの時間短縮、および、総合的なエネルギーコストの削減が可能となる。
 
【0058】
(第3の実施形態:電力システム300)
  
図6は、第3の実施形態における他の電力システム300の接続態様を示した説明図である。ここでも、電力の移動を実線で、情報を含む信号の流れを破線の矢印で示している。電力システム300は、電力メータ112と、分電盤314と、構内配線116と、コンセント118と、発電設備320と、個別遮断器122とを含んで構成される。第1の実施形態で既に説明した電力メータ112と、構内配線116と、コンセント118と、個別遮断器122とは、実質的に機能が等しいので、ここでは重複説明を省略し、機能の異なる分電盤314と、発電設備320とを詳述する。
 
【0059】
  分電盤314における配線用遮断器314cは、構内配線116に流れる電流が遮断容量(例えば20A)を超過すると電気の供給を遮断する機能に加え、配線用遮断器314cが遮断状態になると、遮断信号を出力する機能(内部診断器)を有する。
 
【0060】
  かかる電力システム300においては、状態検出手段として機能する配線用遮断器314cの内部診断器が、配線用遮断器314cの状態を特定する情報を検出し、制御部320eは、状態検出手段が検出した情報に基づいて、発電設備320の動作状態を電力出力状態、アイドリング状態、停止状態に切り換えている。
 
【0061】
  図7は、制御部320eの動作状態切換方法の処理の流れを示したフローチャートである。かかる動作状態切換方法は所定周期でループ制御される。なお、第1の実施形態と実質的に等しい処理については説明を省略し、処理の異なるステップS31のみを説明する。
 
【0062】
(ステップS31)
  まず、制御部320eは、配線用遮断器314c(内部診断器)から遮断信号が入力されたか否か判定する。その結果、遮断信号が入力されていれば、ステップS13に処理を移し、遮断信号が入力されていなければ、ステップS12に処理を移す。そして、
図3同様、遮断信号が入力されていれば、すなわち、配線用遮断器314cが遮断状態であれば、ステップS13において、制御部120eは、第1電流計124が計測した電流値I
1を取得する。
 
【0063】
  かかる構成により、配線用遮断器314cが遮断した場合においても、発電設備320の不要な停止を回避し、アイドリング状態に移行して発電状態を維持することで、発電再開時における発電開始までの時間短縮、および、総合的なエネルギーコストの削減が可能となる。
 
【0064】
  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、本発明はかかる実施形態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。
 
【0065】
  例えば、上述した実施形態においては、屋外コンセント118bに個別遮断器122を通じて発電設備120、220、320を接続する例を挙げて説明したが、かかる屋外コンセント118bを含むコンセント118については、通常の電気機器が利用可能な100Vのみならず、エアコンが利用可能な200Vにも適用することができる。