特開 2024-137309 配電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024137309

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】配電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20240927BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240927BHJP

   H02J 1/10 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 304D

H02J3/38 130

H02J1/10

H02J1/00 309A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048780

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山中 玄太郎

(72)【発明者】

【氏名】菅井 賢

(72)【発明者】

【氏名】森 純一

【テーマコード（参考）】

5G066

5G165

【Ｆターム（参考）】

5G066AA04

5G066CA07

5G066HB06

5G066JA03

5G165BB09

5G165DA01

5G165DA06

5G165DA07

5G165EA01

5G165EA03

5G165EA06

5G165GA09

5G165HA09

5G165LA01

5G165LA03

(57)【要約】

【課題】配電網における直流電力の需要の急激な増加にも安定して電力を供給できる配電システムを提供する。
【解決手段】配電システムは、交流電力系統２とＡＣ回線４により接続されるＡＣ－ＤＣ変換器６と、ＡＣ－ＤＣ変換器の出力側にＤＣ配線１０ａ，１０ｂ，１０ｃにより接続されるＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ，８ｃと、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ，８ｃの出力側にそれぞれ接続される配電網１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ，８ｃの入力側を接続するＤＣ接続線１２と、を有する送配電系統を備える。配電網１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、ＡＣ系統を介することなくＤＣ接続線１２を介して直流電力のまま他の配電網１６ａ，１６ｂ，１６ｃとの間で電力融通を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電力系統が入力側に接続される少なくとも１つのＡＣ－ＤＣ変換器と、
入力側に前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に配電網を接続する少なくとも２つのＤＣ－ＤＣ変換器と、
前記ＤＣ－ＤＣ変換器の入力側を接続するＤＣ接続線と、
を有する送配電系統を備え、
前記ＤＣ接続線を介して前記配電網間で電力融通を行うことを特徴とする配電システム。

【請求項2】

前記ＤＣ接続線は、前記交流電力系統に複数の前記ＡＣ－ＤＣ変換器が接続されることにより複数の前記送配電系統を備える場合、複数の前記送配電系統に共有され、
前記ＤＣ接続線を介して異なる前記送配電系統に含まれる前記配電網間での電力融通を可能とすることを特徴とする請求項１に記載の配電システム。

【請求項3】

前記ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれに入力される電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段における測定値に応じて電力融通する電力量を制御する制御機構と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の配電システム。

【請求項4】

前記ＡＣ－ＤＣ変換器は、前記交流電力系統から３相６．６ｋＶ又は３相２．２ｋＶの交流電圧を入力することを特徴とする請求項１に記載の配電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配電システム、特に交流電力系統からの交流電力を直流電力に変換してから配電網に配電する配電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

国内において、発電所で発電される電力は交流である。交流電力は、３相３線式の送電線により送電される際の送電ロスを減らすため、基幹的な長距離送電の区間はできるだけ高電圧で送電され、消費地に近い場所で何段かに分けて電圧が降圧される。現在、交流電力は、変圧が容易という点でも利用されている。

【0003】

ところで、 近年、太陽光や風力、地熱といった地球資源の一部など自然界に常に存在する再生可能エネルギーの利用が推奨されている。太陽光発電等の発電システムで生成した電力は、電力会社に売電されて利用される場合がある。太陽光発電等の発電システムは、一般に直流電力を生成するので、既存の交流給配電システムでは、太陽光発電システムからの直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器でいったん交流電力に変換した後、既存のＡＣ送電網にて送電する。このため、交流電力は、ＡＣ／ＤＣ変換器を用いて負荷側で直流電力に再度変換する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６７４７６１９号明細書

【特許文献2】特開２００９－１７８０２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、配電網において急激な需要の増加が発生したとする。この急激な需要の増加に対して、交流電力系統の単交流電源からの供給電力で対応しようとすると、交流電力系統の電源となる発電機、すなわち回転機械における位相角を増加させて対応することが必要になる。この場合、発電機が脱調し、交流電力系統が破綻することにより電力を安定して供給できなくなるおそれがある。従って、他の電源から電力融通を期待する。この場合、前述した太陽光発電等の発電システムからの余剰電力を利用することが期待できる。

【0006】

しかしながら、前述したように、発電システムからの直流電力を交流電力にいったん変換した後、交流電力系統を介して配電網に送電することになるが、回転機械により発電する場合と異なり、回転体の慣性モーメントが存在しないため、交流電力系統からの送信周波数が不安定化する場合がある。

【0007】

本発明は、配電網における直流電力の需要の急激な増加にも安定して電力を供給できる配電システム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】

【0008】

本発明に係るは、交流電力系統が入力側に接続される少なくとも１つのＡＣ－ＤＣ変換器と、入力側に前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に配電網を接続する少なくとも２つのＤＣ－ＤＣ変換器と、前記ＤＣ－ＤＣ変換器の入力側を接続するＤＣ接続線と、を有する送配電系統を備え、前記ＤＣ接続線を介して前記配電網間で電力融通を行うことを特徴とする。

【0009】

また、前記ＤＣ接続線は、前記交流電力系統に複数の前記ＡＣ－ＤＣ変換器が接続されることにより複数の前記送配電系統を備える場合、複数の前記送配電系統に共有され、前記ＤＣ接続線を介して異なる前記送配電系統に含まれる前記配電網間での電力融通を可能とすることを特徴とする。

【0010】

また、前記ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれに入力される電圧を測定する電圧測定手段と、前記電圧測定手段における測定値に応じて電力融通する電力量を制御する制御機構と、を備えることを特徴とする。

【0011】

また、前記ＡＣ－ＤＣ変換器は、前記交流電力系統から３相６．６ｋＶ又は３相２．２ｋＶの交流電圧を入力することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

請求項１，２に記載の発明によれば、配電網における直流電力の需要の急激な増加にも安定して電力を供給できる配電システムを提供することができる。

【0013】

請求項３に記載の発明によれば、電力融通する電力量を制御することができる。

【0014】

請求項４に記載の発明によれば、既存の交流電力系統にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態１における配電システムの一例を示す概略的な全体構成図である。

【図2】東京電力管内での各送電電圧におけるλの値を示す図である。

【図3】実施の形態１における配電システムの変形例を示す概略的な全体構成図である。

【図4】実施の形態１における配電システムの他の変形例を示す概略的な全体構成図である。

【図5】実施の形態１における配電システムの他の変形例を示す概略的な全体構成図である。

【図6】実施の形態１における配電システムの他の変形例を示す概略的な全体構成図である。

【図7】実施の形態１における配電システムの他の変形例を示す概略的な全体構成図である。

【図8】実施の形態２における配電システムの一例を示す概略的な全体構成図である。

【図9】実施の形態２における電力融通の制御処理を示すフローチャートである。

【図10】実施の形態２における配電システムの変形例を示す概略的な全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。

【0017】

実施の形態１．
図１は、本発明に係る配電システムの一実施の形態を示す概略的な全体構成図である。図１には、交流電力系統２、ＡＣ配線４、ＡＣ－ＤＣ変換器６、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ，８ｃ、ＤＣ配線１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、ＤＣ接続線１２、ＤＣ配線１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び配電網１６ａ，１６ｂ，１６ｃが示されている。なお、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ，８ｃは、相互に区別する必要はない場合は「ＤＣ－ＤＣ変換器８」と総称する。ＤＣ配線１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等、符号に添え字が付く他の構成要素についても同様に総称を用いる。

【0018】

交流電力系統２は、交流電力を供給する電力系統であり、配電網１６への主要な電力供給源となる。ＡＣ－ＤＣ変換器６は、入力側に交流電力系統２を接続し、ＡＣ配線４を介して入力される交流（ＡＣ）電圧を直流（ＤＣ）電圧に変換して出力する。ＡＣ－ＤＣ変換器６への入力は、本来３相あるいは単相の交流電力であるが、図ではＡＣ配線４を便宜的に１本の線で表している。ＡＣ－ＤＣ変換器６からの出力は、プラスとマイナスそれぞれに１本ずつの配線を有するが、図ではＤＣ配線１０を便宜的に１本の線で表している。ＤＣ接続線１２及びＤＣ配線１４についても同様である。

【0019】

ＤＣ－ＤＣ変換器８は、入力側にＡＣ－ＤＣ変換器６を、出力側に配電網１６を接続し、ＤＣ配線１０を介して入力される直流電圧を、異なる値の直流電圧に変換してＤＣ配線１４に出力する。ＤＣ－ＤＣ変換器８は、論理的には昇圧することも可能であるが、実用上、降圧するのが一般的である。図１に示すＶａ，Ｖｂ，Ｖｃは、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ，８ｃそれぞれの入力電圧である。

【0020】

配電網１６は、ＤＣ－ＤＣ変換器８から出力される直流電圧を消費する電力需要家や車両への充電器等を含む電力網である。また、配電網１６には、太陽光発電システム等の再生可能エネルギーを生成するシステム（以下、「再エネ機器」あるいは「再エネ電源」ともいう）がＤＣ電源として含まれている。図１では、太陽光発電（ＰＶ）１８を例示的に図示している。太陽光発電（ＰＶ）１８は、電力需要家等の電力供給源の一部となる。

【0021】

そして、ＤＣ接続線１２は、ＤＣ－ＤＣ変換器８の入力側を接続する電力線である。ＤＣ接続線１２は、ＤＣ－ＤＣ変換器８の入力側を接続するので、ＤＣ－ＤＣ変換器８は、少なくとも２台必要となる。

【0022】

本実施の形態における配電システムの基本構成は、上記の通りであり、交流電力系統２から交流電力を入力する少なくとも１つのＡＣ－ＤＣ変換器６と、ＤＣ接続線１２と、少なくとも２つのＤＣ－ＤＣ変換器８を有する１組の送配電系統を備えている。交流電力系統２からの電力は、複数の変電所で段階的に電圧が下げられ、配電網１６に含まれる一般家庭や事業所に届けられる。配電網１６は、一般に変電所から需要地までのことをいう。図１に示すＡＣ－ＤＣ変換器６、ＤＣ－ＤＣ変換器８及びＤＣ接続線１２は、発電所から変電所までの送電網に含まれる。

【0023】

図１に示す構成において、ＡＣ－ＤＣ変換器６は、交流電力系統２から送電されてくる交流電力を直流電力に変換して出力する。ＤＣ－ＤＣ変換器８は、ＤＣ配線１０を介して入力される直流電圧を、異なる値の直流電圧に変換して出力する。配電網１６では、ＤＣ配線１０を介してＤＣ－ＤＣ変換器８から供給される直流電力が消費される。

【0024】

ここで、例えば、配電網１６ｂにおいて、配電網１６ｂ内で賄えないほどの急激な需要の増加が発生したことにより電力不足が発生したとする。各配電網１６内で確保可能な分散電源による発電総量を１００ｋＷ程度と想定すると、ここでいう「急激な需要の増加」というのは、それ以上の習慣的な電力要求を想定している。想定している状況としては、例えば多数の電気自動車への急速充電が電力不足を導くほど集中して行われるような状況である。

【0025】

配電網１６ｂで急激な需要が発生した結果、要求電力に応じて電流が Δｉ増加する場合、配線抵抗をＲとすると、ＶｂがΔｉ・Ｒ分急激に低下するはずである。これに応じて、配電網１６ａ，１６ｃから電力不足が発生している配電網１６ｂに電力供給がなされる。配電網１６ａ又は配電網１６ｃは、電力供給力に余裕がある場合はＶａ又はＶｃの値を積極的に調整して、ＤＣ接続線１２を介して配電網１６ｂに電力供給する。

【0026】

ＰＶ１８ａ，１８ｃなどの再エネ電源を追加電源として活用する場合も想定できるが、本実施の形態における配電システムによれば、ＰＶ１８ａ，１８ｃが生成した直流電力を交流電力に変換することなくＤＣ接続線１２を介して電力融通を行うことができる。つまり、再エネ電源は、一般に直流電力を生成するので、再エネ電源とＤＣ－ＤＣ変換器８との間にＡＣ／ＤＣ変換器を設ける必要がない。

【0027】

ちなみに、「電力融通」とは、電力が余っているところと電力が不足しているところが、電力を融通し合うことをいう。本実施の形態では、電力が余っている配電網１６と電力が不足している配電網１６との間で、ＡＣ電力系統を介することなくＤＣ接続線１２を介して電力融通を行うことを特徴としている。

【0028】

本実施の形態においては、上記のようにＡＣ配線４を介することなくＤＣ接続線１２を介して電力供給を行える構成としたので、交流電力系統２における回転機械の相差角を調整する必要がない。これにより、交流電力系統２の周波数安定性及び供給電力の安定性が確保される。この点について詳述する。

【0029】

送電損失（主に銅損）を考慮すると、送電電力に応じた高電圧化が必要である。そのため、最上位階層（超高電圧階層）は、トランスで容易に昇降圧が容易なＡＣ配線を用いているのが現状である。

【0030】

超高電圧の交流電力で送電制御を行うには、周波数、電圧に加えて位相制御が必要となるが、直流電力では、電圧制御のみで送電量を制御できる。但し、ＤＣ制御においても、電力送電量に応じて電力変換素子の並列数や電力容量の関係から制御速度が変化するので、上記の通り直流電圧を段階的に持つことで、配電網の制御性、安定性にも寄与することができる。更に、直流電力を活用すると、ＤＣ－ＤＣ変換器自身が入出力電圧を監視することで、Ｄｒｏｏｐ制御等を行うことが可能となる。この点においても、直流電力系統は、電力配電網の安定性、経済性に寄与することができる。

【0031】

電源より交流を介して供給電力を増加させる場合、送電線の抵抗成分を無視できるものと考えると、発電機と電力輸送の関係は、発電機の慣性モーメントＪ、送電の定格角周波数ω_０、送電角周波数ω、電源の位相角δ（相差角）、発電機の機械エネルギーＰ_ｍ、送電線の電圧Ｖ、送電線のインダクタンスＸを用いて、以下の動揺方程式（１），（２）で表すことができる。

【数1】

【0032】

式（１）の右辺の第２項は、電気エネルギーの大きさを表しており、送電エネルギーを増加させる場合は電源の位相角δを変化させる必要がある。式（２）に示すように、位相角の微分が周波数であり、交流で送電する場合には周波数変更が生じる。特に、再エネ電源では、式（１）の左辺に含まれる発電機の慣性モーメントＪが小さいというより、むしろないといえるので、周波数変動の影響が顕著である。但し、直流を介して供給電力を増加させる場合は、電源の電圧を上昇させるだけであり、相差角および周波数への影響はない。

【0033】

更に、再エネ電源の活用時には、直交流変換ロスを考慮するとＤＣ配線を用いるのが望ましいが、ここでも相対的に大電力が想定される配電網間の電力融通と、相対的に低電力が想定される配電網送電を考慮して、直流電力系統を階層的に設けることで送電電力確保と送電損失低減の両立が可能となる。

【0034】

なお、図１は、ＡＣ－ＤＣ変換器６の下位層にＤＣ－ＤＣ変換器８を１段（つまり、単階層）で形成している場合のシステム構成図であるが、ＡＣ－ＤＣ変換器６の出力側と配電網１６の入力側との間にＤＣ－ＤＣ変換器８を階層的に、すなわち多段階で設けることで、上記のように大電力の配電網にも低電力の配電網にも容易にかつ効率的に対応することが可能となる。つまり、降圧を段階的に行うことができるように構成することで、現状の６．６ｋＶ系とＡＣ－ＤＣ変換器６の後段のＤＣ配電網との共存を可能にしている。

【0035】

ちなみに、ＡＣ－ＤＣ変換器６は、既存の交流電力系統２から３相６．６ｋＶ又は３相２．２ｋＶの交流電圧を入力し、１０００Ｖから２０００Ｖの間の直流電圧に変換して出力する。また、ＤＣ－ＤＣ変換器８は、入力した直流電圧を２００Ｖから１０００Ｖの間の直流電圧に変換して出力する。これにより、配電網１６に含まれる電力需要家に対して必要かつ安全な送電を効率的に行うことが可能となる。

【0036】

ところで、実際の運用としては配線での損失を考慮し、設定電圧をＶ、配電線長をＬｋｍ、配線抵抗率をρΩ／ｋｍ、取扱電力Ｐ_ｒｅｑ＝２００・Ｌ^２としたときに、λ＝Ｐ_ｒｅｑ・ρＬ／Ｖ^２＜０．１以下で運用することが望ましい。ここで、λ＝Ｐ_ｒｅｑ・ρＬ／Ｖ^２（以下、「式（３）」と記す）について、以下に説明する。
（ａ）式（３）は、λ＝（Ｐ_ｒｅｑ／Ｖ）／（Ｖ／ρＬ）と表すことができる。これは，配電網が取り扱える電流容量Ｖ／ρＬに対する実際の電流Ｐ_ｒｅｑ／Ｖの比となっている。
（ｂ）式（３）は、λ＝Ｐ_ｒｅｑ／（Ｖ^２／ρＬ）と表すことができる。これは、配電網が取り扱える電力容量Ｖ^２／ρＬに対する実際の取り扱い電力Ｐ_ｒｅｑの比となっている。
（ｃ）式（３）は、λ＝（Ｐ_ｒｅｑ・ρＬ／Ｖ）／Ｖと表すことができる。これは，電圧Ｖに対する配電網で想定される最大電圧降下（Ｐ_ｒｅｑ・ρＬ／Ｖ）の比となっている。

【0037】

以上説明したように。式（３）は、配電網スケールを評価する指標として考えるべき配電網１６で取り扱う電力に対する送電損失の比、配電網１６の電流容量に対する実電流の比、更には配電網１６で想定される電圧降下のすべてを考慮した指標となっている。

【0038】

ちなみに、実際の東京電力管内での各送電電圧におけるλは、図２に示すとおりである。従って、図２に示すλの値を考慮して、上記の通り、λを０．１以下で運用するのが望ましいとした。

【0039】

以下に、本実施の形態における配電システムの変形例を図３～７に示す。もちろん、本発明は、図１及び以下に示す変形例に限るものではなく、本発明の範囲内において配電システムを種々の構成にて実現することは可能である。特に、以下の変形例でもＤＣ－ＤＣ変換器８を１段にて構成しているが、階層的に構成することを考慮すると、数多くのシステム構成が考えられる。

【0040】

図３は、２台のＡＣ－ＤＣ変換器６をＡＣ配線４に接続し、ＡＣ－ＤＣ変換器６ａとＡＣ－ＤＣ変換器６ｂにそれぞれ２台ずつＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂとＤＣ－ＤＣ変換器８ｃ，８ｄを接続した構成を有している。つまり、図３に示す配電システムは、２つの送配電系統を備えており、それぞれの送配電系統にＤＣ接続線１２ａ，１２ｂが個別に設けられている。ＤＣ－ＤＣ変換器８の数は、３台と２台との違いはあるが、図３に示す配電システムは、図１に示す配電システムの送配電系統を複数（図３では２系統）備えるシステムであるともいえる。

【0041】

図４は、図３と同様に２台のＡＣ－ＤＣ変換器６をＡＣ配線４に接続することで、２つの送配電系統を備えている。ＡＣ－ＤＣ変換器６ａの出力側にはＤＣ配線１０ａによりＤＣ－ＤＣ変換器８ａが接続される。一方、ＡＣ－ＤＣ変換器６ｂの出力側にはＤＣ配線１０ｂによりＤＣ－ＤＣ変換器８ｂが接続される。更に、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂの入口側のＤＣ配線１０ａ，１０ｂは、ＤＣ接続線１２により接続されている。すなわち、ＤＣ配線１０ａ，１０ｂがＤＣ接続線１２により接続されることから、２台のＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂは、それぞれの送配電系統に共有可能に構成されているといえる。換言すると、複数の送配電系統はそれぞれ、少なくとも２台のＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂを備えているといえる。図４に示すシステム構成によると、各ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂに接続される配電網１６ａ，１６ｂは、ＤＣ接続線１２を介して電力融通を行うことが可能となる。

【0042】

図５は、図４と同様に２台のＡＣ－ＤＣ変換器６をＡＣ配線４に接続することで、２つの送配電系統を備えている。ＡＣ－ＤＣ変換器６ａの出力側にはＤＣ配線１０ａ，１０ｂそれぞれにＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂが接続される。一方、ＡＣ－ＤＣ変換器６ｂの出力側にはＤＣ配線１０ｃによりＤＣ－ＤＣ変換器８ｃが接続される。更に、ＤＣ－ＤＣ変換器８ｂ，８ｃの入口側のＤＣ配線１０ｂ，１０ｃは、ＤＣ接続線１２により接続されている。すなわち、ＤＣ配線１０ｂ，１０ｃがＤＣ接続線１２により接続されることから、３台のＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ．８ｃは、それぞれの送配電系統に共有可能に構成されているといえる。換言すると、複数の送配電系統はそれぞれ、３台のＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ，８ｃを備えているといえる。図５に示すシステム構成によると、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ又はＤＣ－ＤＣ変換器８ｂに接続される配電網１６ａ，１６ｂは、ＤＣ－ＤＣ変換器８ｃに接続される配電網１６ｃとＤＣ接続線１２を介して電力融通を行うことが可能となる。

【0043】

図４では２系統の送配電系統を備えていたが、図６に示すシステム構成では、３系統の送配電系統を備えている。図６に示すシステム構成では、ＤＣ接続線１２は、ＤＣ配線１０ａ、ＤＣ配線１０ｂ及びＤＣ配線１０ｃを接続する。この構成により、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ，８ｃは、それぞれの送配電系統に共有可能に構成されているといえる。

【0044】

なお、本実施の形態では、ＡＣ配線４に接続する複数のＡＣ－ＤＣ変換器６の台数として、２台及び３台の例を図示しているが、それ以上の台数をＡＣ配線４に接続して、更に多くの送配電系統を備えるよう構成してもよい。

【0045】

図３では２系統の送配電系統を備え、各送配電系統がＤＣ接続線１２を個別に備える構成をしていたが、図７に示すシステム構成では、図６と同様に、全てのＤＣ配線１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにＤＣ接続線１２を接続するよう構成している。

【0046】

実施の形態２．
図８は、本発明に係る配電システムの他の実施の形態を示す概略的な全体構成図である。実施の形態１に示す配電システムと同じ構成要素には、同じ符号を付けて説明を適宜省略する。本実施の形態における配電システムは、実施の形態１における配電システムに、高電圧直流電圧センサ（以下、単に「電圧センサ」）２０、スイッチ２２及びコントローラ２４を追加した構成を有している。電圧センサ２０は、ＤＣ－ＤＣ変換器８それぞれに入力される電圧を測定する電圧測定手段として設けられている。スイッチ２２及びコントローラ２４は、電圧センサ２０における測定値に応じて電力融通する電力量を制御する制御機構を形成する。スイッチ２２は、ＤＣ－ＤＣ変換器８を接続するＤＣ接続線１２に設けられる。なお、図８では、便宜的にＤＣ－ＤＣ変換器８ａとＤＣ－ＤＣ変換器８ｂの間、またＤＣ－ＤＣ変換器８ｂとＤＣ－ＤＣ変換器８ｃの間にそれぞれスイッチ２２ａ，２２ｂを図示しているが、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａとＤＣ－ＤＣ変換器８ｃの間にも設けてよい。すなわち、１台のＤＣ－ＤＣ変換器８に対応する配電網１６は、他のＤＣ－ＤＣ変換器８に対応する全ての配電網１６と電力融通ができるように構成してもよい。

【0047】

コントローラ２４は、電圧センサ２０による測定値に応じてスイッチ２２のオン又はオフの制御、すなわち開閉制御を行う。そのために、コントローラ２４は、電圧センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃそれぞれと一点鎖線で示す信号線２６で接続され、測定値を受信する。また、コントローラ２４は、スイッチ２２ａ，２２ｂそれぞれと破線で示す信号線２８で接続され、開閉の指令信号を送信する。

【0048】

実施の形態１では、電力融通する電力量の制御に関しては、特に言及していない。すなわち、電力量の制御機構を設けていないので、各配電網１６の電力需要量等に応じて電力融通が自動的に行われる。これに対し、本実施の形態においては、電力融通する電力量を制御することが可能となるが、以下、本実施の形態における電力融通処理について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。

【0049】

本実施の形態におけるコントローラ２４は、起動後、終了が指示されるまで電力融通処理を常時実施する。もちろん、コントローラ２４が動作しているときでも、電力の利用状況に応じて電力融通を行わない時節や時間帯等を設けてもよい。

【0050】

まず、コントローラ２４は、初期設定としてスイッチ２２をオフにする（ステップ１０１）。スイッチ２２がオフの状態のときには、電力融通は行われない。

【0051】

電圧センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、少なくとも電力融通処理が実行されている間、対応するＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ，８ｃに入力される電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを測定している。コントローラ２４は、配電網１６において急激な電力需要が発生したかどうかを監視するために、各電圧センサ２０から測定値を取得し、電圧降下（ΔＶｎ）の発生の有無を常時監視する（ステップ１０２でＮ）。本実施の形態では、急激な電力需要の発生の判断基準とする閾値（ΔＶ_ｔ１）を予め設定しておく。コントローラ２４は、電圧降下（ΔＶｎ）を例えば定周期的に検出し、検出した電圧降下（ΔＶｎ）と閾値（ΔＶ_ｔ１）を比較する。そして、電圧降下（ΔＶｎ）が閾値（ΔＶ_ｔ１）を上回った場合、コントローラ２４は、対応する配電網１６において急激な電力需要が発生したと判断する。なお、ここでは、配電網１６ａ，１６ｂ，１６ｃのうち１箇所の配電網１６ｂにおいて急激な電力需要が発生するものとして説明する。

【0052】

コントローラ２４は、各電圧センサ２０から取得する測定値の遷移からＤＣ－ＤＣ変換器８ｂの入口側において閾値（ΔＶ_ｔ１）を上回る電圧降下（ΔＶｎ）を検知すると（ステップ１０２でＹ）、ＤＣ－ＤＣ変換器８ｂに接続される全てのスイッチ２２ａ，２２ｂをオンに切り替えて電力融通が実行可能な状態に変更する（ステップ１０３）。

【0053】

コントローラ２４は、スイッチ２２をオンにした後、電圧降下の時間微分（ｄΔＶｎ／ｄｔ）が０以上の場合（ステップ１０４でＮ）、電力融通を開始してもなお、配電網１６ｂではまだ電力が不足している状態にあると判断して、他のＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｃに入力される電圧Ｖａ，Ｖｃを調整して配電網１６ｂに電圧を供給する。コントローラ２４は、このようにして配電網１６ｂに対し、他の配電網１６ａ，１６ｃからの電力融通を継続する（ステップ１０５）。

【0054】

一方、電圧降下の時間微分が０を下回った場合（ステップ１０４でＹ）、配電網１６ｂでの電力不足がある程度回復してきたと判断する。本実施の形態では、電力融通を停止するための閾値（ΔＶ_ｔ２）を予め設定しておく。そして、コントローラ２４は、検出した最新の電圧降下（ΔＶｎ）が閾値（ΔＶ_ｔ２）以上の場合（ステップ１０６でＮ）、コントローラ２４は、電力不足が完全に解消していないと判断してステップ１０４に移行する。これにより、電力融通を継続可能な状態に持する。一方、電圧降下（ΔＶｎ）が閾値（ΔＶ_ｔ２）を下回る場合（ステップ１０６でＹ）、コントローラ２４は、配電網１６ｂにおける急激な電力需要にも対応でき、配電網１６における電力不足は解消したものと判断して、スイッチ２２をオフに切り替えて電力融通を停止する（ステップ１０１）。

【0055】

本実施の形態によれば、制御機構を設けることによって電力が不足している配電網１６に適切な電力量で電力融通を行うことができる。なお、上記説明では、配電網１６ａ，１６ｃから配電網１６ｂに供給する電力量の配分については、特に言及しなかったが、コントローラ２４は、例えば一方のみ、均等配分、電圧Ｖａ，Ｖｃの大小、電圧Ｖａ，Ｖｃの遷移、過去の実績、配電網１６の関係等を参照して配電網１６ｂが必要となる電力量を配分すればよい。

【0056】

また、電力を供給する側と供給される側との配電網１６は、１対１、１対多、多対１、そして多対多の関係でもよい。電力を供給する側の配電網１６は、１又は複数の配電網１６に対して同時に電力を供給してもよいし、電力が供給される側の配電網１６は、１又は複数の配電網１６から同時に電力が供給されてもよい。

【0057】

また、本実施の形態における制御機構は、スイッチ２２をＤＣ接続線１２に設けてスイッチ２２の開閉制御により電力融通する電力量を制御するようにしたが、これに限る必要はない。スイッチ２２を利用する開閉制御は、電力融通を可能とする際のオンと、電力融通をしないオフによる電力量の制御、つまりオン状態の時間の調整による電力融通ともいえるが、時間当たりに供給する電力量の調整による電力融通としてもよい。

【0058】

また、配電網１６には、太陽光発電（ＰＶ）１８などによる再エネ電源が含まれている場合があるので、配電網１６の中で閉じて電力融通をすることも可能である。本実施の形態における電力融通は、ＤＣ－ＤＣ変換器８の入力側の高電圧なＤＣ配電網と、ＤＣ－ＤＣ変換器８の出力側の低電圧なＤＣ配電網と、を適宜組み合わせ、低電圧なＤＣ配電網（つまり、配電網１６）からＤＣ接続線１２を介して高電圧なＤＣ配電網（他のＤＣ－ＤＣ変換器８の出力側に接続されている他の配電網１６）に、ＡＣ配線４を介することなく直流電力のまま電力融通を行うことができる。

【0059】

図１０は、図８に示した本実施の形態の配電システムの変形例を示す図である。本実施の形態における電圧センサ２０により実現される電圧測定手段と、スイッチ２２及びコントローラ２４を有する制御機構とを備える構成は、図８に示すシステム構成に限らず、図１０に例示するように、ＡＣ－ＤＣ変換器６ａに対応する高電圧なＤＣ配電網の下層に、複数（図１０では２つ）の低電圧なＤＣ配電網を設けてもよい。なお、図１０では、配電網１６ａ，１６ｂに共通の電圧センサ２０ａを設けているので、配電網１６ｃからＤＣ接続線１２を介して電力融通されてくる電力の各配電網１６ａ，１６ｂに対する配分は、図示していない別構成にて行うことになる。また、本実施の形態における電圧測定手段及び制御機構は、図１０に例示する変形例に限らず、図３～図７に示した変形例等のシステム構成にも適用可能である。

【0060】

［本願発明の構成］
構成１：
交流電力系統が入力側に接続される少なくとも１つのＡＣ－ＤＣ変換器と、
入力側に前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に配電網を接続する少なくとも２つのＤＣ－ＤＣ変換器と、
前記ＤＣ－ＤＣ変換器の入力側を接続するＤＣ接続線と、
を有する送配電系統を備え、
前記ＤＣ接続線を介して前記配電網間で電力融通を行うことを特徴とする配電システム。
構成２：
前記ＤＣ接続線は、前記交流電力系統に複数の前記ＡＣ－ＤＣ変換器が接続されることにより複数の前記送配電系統を備える場合、複数の前記送配電系統に共有され、
前記ＤＣ接続線を介して異なる前記送配電系統に含まれる前記配電網間での電力融通を可能とすることを特徴とする構成１に記載の配電システム。
構成３：
前記ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれに入力される電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段における測定値に応じて電力融通する電力量を制御する制御機構と、
を備えることを特徴とする構成１又は構成２に記載の配電システム。
構成４：
前記ＡＣ－ＤＣ変換器は、前記交流電力系統から３相６．６ｋＶ又は３相２．２ｋＶの交流電圧を入力することを特徴とする構成１から構成３のいずれか１つに記載の配電システム。

【符号の説明】

【0061】

２ 交流電力系統、４ ＡＣ配線、６，６ａ，６ｂ ＡＣ－ＤＣ変換器、８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ ＤＣ－ＤＣ変換器、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ ＤＣ配線、１２，１２ａ，１２ｂ ＤＣ接続線、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 配電網、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 電圧センサ、２２， スイッチ、２４ コントローラ、２６，２８ 信号線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】