JP3781977B2 - Distributed power supply network - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、商用交流電力系統と太陽電池や燃料電池等の直流発電装置を有する分散電源装置とを連係し、エネルギーの有効利用(コジェネレーションや自然エネルギーの利用など)を図ることが活発に行なわれており、この場合には分散電源装置は需要地内に設置されるから、長距離送電が不要である。このような分散給電ネットワークの検討結果は例えば「解説:電力系統技術要件ガイドライン‘98(資源エネルギー庁編)」にまとめられており、直流発電装置は直流/交流電力変換装置を介して交流系統に接続されるように記載されている。
【0003】
図12は従来の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、商用交流電力系統1に系統保護装置2を介して複数の交流配電線3が接続され、交流配電線3に負荷6および直流/交流電力変換装置(直流/交流インバータ)5を介して直流発電装置4が接続されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この分散給電ネットワークにおいては、直流発電装置4は交流配電線3に直接接続できないので、直流発電装置4は直流/交流電力変換装置5を介して交流配電線3に接続されるが、各直流発電装置4に対応して直流/交流電力変換装置5を設ける必要があるから、構成が複雑となり、多数の直流発電装置4が設けられている場合には、多数の直流/交流電力変換装置5を設ける必要があるので、設置コストが高価になる。また、直流/交流電力変換装置5を交流配電線3に接続する場合には、突入電流を防止するため、直流/交流電力変換装置5の交流出力の位相と交流配電線3の位相とを合わせ、交流出力の大きさもそろえる必要がある。仮に、直流発電装置4の出力電圧が低すぎて、交流出力の大きさを満足しない場合には、直流発電装置4に直流を昇圧する直流/直流電力変換装置を必要とする場合もある。たとえば、先ほど示した「解説:電力系統技術要件ガイドライン‘98」には、一例として直流/交流電力変換装置における逆潮流ありの場合すなわち自家発電設備の設置者の構内から交流電力系統側へ向かう電力の流れを許す場合には、電圧上昇防止のため、受電点における力率が原則85%以上で、交流電力系統から見て進み力率にならないことと記載されている。このように、従来の交流給電線3を有する分散給電ネットワークに直流発電装置4を接続するためには、商用交流電力系統1の従来の需要者に悪影響を与えないように厳しい制限を設ける必要がある。このため、交流給電線3に直流発電装置4を接続する場合には、直流発電装置4、直流/交流電力変換装置5を力率、位相等を考慮した構成とする必要があるから、直流発電装置4、直流/交流電力変換装置5の構成が複雑になるので、設置コストが高価になる。また、長距離の交流配電線3を引き回すので、交流配電線3から電磁波が発生し、その影響によって妨害交流電圧や電源周波数の整数倍の高調波が発生する可能性がある。
【0005】
このように、直流発電装置4の出力電力を直流/交流電力変換装置5で変換して交流配電線3に連系する方式は、電力給電のほとんどが交流で行なわれている場合においては、有効である。しかしながら、我々の周りを見渡した場合、本当に交流電力が必要なのは回転機を使用した洗濯機、冷蔵庫、エアーコンディショナ、換気扇などに限られ、多くの電子機器が交流を直流に変換して使用している。それにも係わらず、配電線のネットワークを交流系で構成する場合には、商用交流電力系統1に悪影響を与えることがないように、個々の直流発電装置4と協調動作を取る必要があって、保護装置が多数必要になり、また交流配電線3から発生する電磁波を減少するための技術が必要になり、直流発電装置4が逆潮流を行なう場合には、直流発電装置4毎に設置される直流/交流電力変換装置5毎に逆潮流装置を設置する必要があり、構成が複雑となる。
【0006】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、商用交流電力系統に悪影響を与えることがなく、かつ構成が簡単である分散給電ネットワークを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明においては、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流/交流電力変換および交流/直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設ける。
【0008】
ここで、双方向逆変換電力装置としては、直流/交流電力変換を行なう逆変換電力装置と交流/直流電力変換を行なう逆変換電力装置とが並列に接続された並列接続回路、直流/交流電力変換機能および交流/直流電力変換機能を有する逆変換電力装置等を用いることができる。
【0010】
この場合、上記演算装置により各上記余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、上記合計余剰電力に基づいて各上記分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を上記変換制御装置に設けてもよい。
【0011】
また、上記分散電源装置として、直流発電装置と直流/直流電力変換装置との直列回路、充放電制御装置および蓄電装置を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置とを並列に接続した回路に直流/直流電力変換装置を接続した回路のいずれかを用いてもよい。
【0012】
また、上記負荷として、直流/交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路、直流/直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路、直流/交流電力変換装置と直流/直流電力変換装置とを上記直流配電線側で並列に接続し、上記直流/交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ上記直流/直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路のいずれかを用いてもよい。
【0013】
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流/交流電力変換および交流/直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設ける。
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流/交流電力変換および交流/直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けてもよい。
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流/交流電力変換および交流/直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記分散電源装置の発生電力から上記負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、上記変換制御装置に上記積算余剰不足電力に応じた動作信号を上記双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設け、上記演算装置により各上記余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、上記合計余剰電力に基づいて各上記分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を上記変換制御装置に設け、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けてもよい。
また、系統保護装置を介して商用交流電力系統と連系する分散給電ネットワークにおいて、上記系統保護装置に直流/交流電力変換および交流/直流電力変換を行なう双方向逆変換電力装置の交流側を接続し、上記双方向逆変換電力装置の直流側に直流配電線を接続し、上記直流配電線に複数の分散電源装置と複数の負荷とを接続し、上記双方向逆変換電力装置を制御する変換制御装置を設け、上記負荷として、直流/交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路、直流/直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路、直流/交流電力変換装置と直流/直流電力変換装置とを上記直流配電線側で並列に接続し、上記直流/交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ上記 直流/直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路のいずれかを用い、上記分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、上記双方向逆変換電力装置に上記商用交流電力系統から上記直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、上記変換制御装置に上記補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ上記補充電力が所定値を越えたと判断したとき上記充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設ける。
【0015】
図1は参考例の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、商用交流電力系統11に系統保護装置12が接続され、系統保護装置12に直流/交流電力変換を行なう第1の逆変換電力装置13の交流側および交流/直流電力変換を行なう第2の逆変換電力装置14の交流側が接続され、逆変換電力装置13と逆変換電力装置14とが並列(逆並列)に接続されており、逆変換電力装置13と逆変換電力装置14とにより並列接続回路(逆並列装置)が構成されている。すなわち、系統保護装置12に直列に逆変換電力装置13と逆変換電力装置14とから構成された並列接続回路の交流側が接続されている。また、逆変換電力装置13と逆変換電力装置14とが並列に接続された並列接続回路の直流側に1以上の直流配電線15から構成される直流配電線ネットワークが接続され、直流配電線15に直流発電装置を有する複数の分散電源装置16および複数の負荷17が接続され、分散電源装置16と負荷17とが並列に接続され、一対の分散電源装置16、負荷17が個人住宅、集合住宅、学校、オフィスなどに設置されている。そして、直流配電線15、分散電源装置16、負荷17により直流配電線システムが構成されている。また、逆変換電力装置13と逆変換電力装置14とを制御する変換制御装置(共通制御部)18が設けられ、分散電源装置16と変換制御装置18とは電気ケーブル、光ケーブル、無線などの双方向に信号が伝送できる信号伝送手段によって接続されている。そして、分散電源装置16は識別番号、最適出力電力、動作・停止状態、出力電圧、出力電力、温度などの状態情報を常に記憶する記憶装置を有し、状態情報を状態通知信号として変換制御装置18に送出する送出装置を有している。また、変換制御装置18は一定時間ごとに各分散電源装置16をスキャンし、各分散電源装置16から送出された状態通知信号を記憶する記憶装置(データベース)を有するとともに、各分散電源装置16の出力電力を積算する電力積算装置を有する。
【0016】
この分散給電ネットワークにおいては、たとえば特定の分散電源装置16の点検を行なう場合や特定の分散電源装置16が故障した場合のように、特定の分散電源装置16を停止する場合には、停止する分散電源装置16はその識別番号、出力電力を変換制御装置18に通知する。この場合、各分散電源装置16の最適出力電力以内で特定の分散電源装置16を動作する必要があるから、変換制御装置18は停止する分散電源装置16以外の各分散電源装置16の出力電力情報を収集して積算し、変換制御装置18が停止した分散電源装置16の出力状態を検知し、逆変換電力装置14を動作させて商用交流電力系統11から直流配電線システムに電力を補充する。そして、停止していた分散電源装置16が回復した場合には、変換制御装置18は逆変換電力装置14に動作停止信号を送出し、商用交流電力系統11から直流配電線システムへの電力の補充を停止する。また、変換制御装置18は逆変換電力装置13と逆変換電力装置14とを制御して、逆潮流ありの状態で動作する。したがって、逆変換電力装置13は従来と同様に商用交流電力系統11側と同期を取り、商用交流電力系統11側とフィルタを通す前の位相差を調整し、交流電力の大きさと流れる方向を調整する。また、系統保護装置12により商用交流電力系統11側の安全性を確保することができる。また、直流配電線15に接続された分散電源装置16どうしは直流配電線ネットワークを介して電力の授受を行ない、できるだけ商用交流電力系統11から電力を購入することのないように自律的に動作する。
【0017】
このような分散給電ネットワークにおいては、商用交流電力系統に悪影響を与えることがなく、しかも直流配電線15に分散電源装置16を接続するから、各分散電源装置16に対応して直流/交流電力変換装置を設ける必要がないので、構成が簡単になり、多数の分散電源装置16が設けられている場合にも、多数の直流/交流電力変換装置を設ける必要がないため、設置コストが安価になる。また、直流給電線15に分散電源装置16を接続するから、分散電源装置16を力率、位相を考慮した構成とする必要がないので、分散電源装置16の構成が簡単になる。また、長距離の直流給電線15を引き回したとしても、直流給電線15から電磁波が発生することがないから、電磁波の影響によって妨害交流電圧や電源周波数の整数倍の高調波が発生することがない。
【0018】
図2は本発明に係る分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、直流配電線15と一対の分散電源装置16、負荷17との間に余剰不足電力検出装置21が接続され、余剰不足電力検出装置21は分散電源装置16の発生電力から負荷17の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する。また、変換制御装置18に演算装置22、動作信号送出装置23が設けられ、演算装置22は各余剰不足電力検出装置21により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算し、動作信号送出装置23は積算余剰不足電力に応じた動作信号を逆変換電力装置13、14に送出する。すなわち、演算装置22は直流配電線ネットワーク内で電力が余っているのか不足しているのかを判定し、演算装置22が直流配電線ネットワーク内で電力が余っていると判定したときには、動作信号送出装置23は逆変換電力装置13を動作させて、直流配電線ネットワークから商用交流電力系統11に電力を送出し、演算装置22が直流配電線ネットワーク内で電力が不足していると判定したときには、動作信号送出装置23は逆変換電力装置14を動作させて、商用交流電力系統11から直流配電線システムに電力を補充する。なお、余剰不足電力検出装置21の出力はアナログである必要はなく、デジタル変換して送出し、演算装置22においてもデジタル演算処理をすることができる。
【0019】
この分散給電ネットワークにおいては、直流配電線ネットワーク内で電力が余っているときには、直流配電線ネットワークから商用交流電力系統11に電力が送出され、直流配電線ネットワーク内で電力が不足しているときには、商用交流電力系統11から直流配電線システムに電力が補充されるから、電力潮流の制御を正確に行なうことができる。また、余剰不足電力検出装置21の検出値をもとにして直流配電線ネットワークの余剰電力、不足電力を検出するから、各分散電源装置16や負荷17の容量を正確に把握していなくても、電力潮流の制御を行なうことができる。また、余剰不足電力検出装置21は直流の分散電源装置16の電圧と余剰不足電力検出装置21に流れる電流から余剰不足電力を求めることができるから、余剰不足電力を精度よく計測することができる。また、各分散電源装置16を家庭やビルに設置された別々の需要家と見なした場合に、商用交流電力系統11から購入した電力料金をどのように分配するかが問題になる場合があるが、変換制御装置18に各分散電源装置16に対応した余剰不足電力(消費電力)を記憶する記憶装置(データベース)を設け、各分散電源装置16に対応した余剰不足電力に応じて電力料金を分配すれば、ある程度公平な集金が可能になる。
【0020】
図3は本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、変換制御装置18に発電制御装置(発電制御部)31が設けられ、発電制御装置31は演算装置22、各分散電源装置16に接続され、発電制御装置31は演算装置22の判定結果に基づいて各分散電源装置16の出力電力を制御する。すなわち、演算装置22は各余剰不足電力検出装置21によって検出された余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、演算装置22が合計余剰電力が第1の特定値以下であると判断したときには、発電制御装置31は分散電源装置16の出力電力を増加し、演算装置22が合計余剰電力が第2の特定値以上であると判断したときには、発電制御装置31は分散電源装置16の出力電力を減少する。なお、各分散電源装置16の出力電力を増減させる方法として、例えば分散電源装置16が固体高分子型の燃料電池の場合には、流入ガスの量を増加、減少する装置を分散電源装置16に設ける方法が考えられる。また、固体高分子型の燃料電池の場合には、作動温度が80℃程度と低いので、燃料の増減に対して出力電力はかなり高速に応答可能である。
【0021】
つぎに、図4により図3に示した分散給電ネットワークおける動作を説明する。まず、余剰不足電力検出装置21が余剰不足電力を検出し、演算装置22が合計余剰電力を演算し、演算装置22が合計余剰電力が第1の特定値以下であると判断したときには、発電制御装置31が分散電源装置16の出力電力を増加し、演算装置22が合計余剰電力が第2の特定値以上であると判断したときには、発電制御装置31が分散電源装置16の出力電力を減少する。なお、演算装置22の合計余剰電力の演算はタイムインターバルをおいて行なうことが適切であり、分散電源装置16の出力電力を最大に増加しても直流配電線システムの全消費電力に足りない場合には、逆変換電力装置14を作動させて、商用交流電力系統11からの援助を求める。
【0022】
この分散給電ネットワークにおいては、演算装置22内に各分散電源装置16の識別番号と直流発電装置の単位出力当たりの価格すなわち発電単価とを記憶する記憶装置を設け、演算装置22から発電単価の安い直流発電装置を有する分散電源装置16から出力電力の増加を図るように発電制御装置31に通知し、演算装置22から発電単位の高い直流発電装置を有する分散電源装置16から出力電力の減少を図るように発電制御装置31に通知するよう構成すれば、直流配電線ネットワーク内の電力利用料金を減少することができる。
【0023】
図5は本発明に係る分散給電ネットワークの分散電源装置の構成例を示す図である。図に示すように、直流発電装置41に直流/直流電力変換装置42が直列に接続され、直流発電装置41、直流/直流電力変換装置42により分散電源装置16aが構成されている。すなわち、直流発電装置41と直流/直流電力変換装置42との直列回路により分散電源装置16aが構成されている。
【0024】
この分散電源装置においては、直流発電装置41の出力電圧が出力電流により変動したとしても、直流/直流電力変換装置42により直流配電線15の電圧を安定化することができる。なお、直流発電装置41としては、現在、燃料電池や太陽電池が主力であり、数百Wから100kWを超える選択範囲の広い装置が使用可能である。
【0025】
図6は本発明に係る分散給電ネットワークの他の分散電源装置の構成例を示す図である。図に示すように、直流発電装置41に直流/直流電力変換装置42が直列に接続され、直流発電装置41と並列に直列接続の充放電制御装置43と蓄電装置44とから構成されるエネルギー蓄積装置が接続され、直流発電装置41、直流/直流電力変換装置42、充放電制御装置43、蓄電装置44により分散電源装置16bが構成されている。すなわち、充放電制御装置43および蓄電装置44を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置41とを並列に接続した回路に直流/直流電力変換装置42を接続した回路により分散電源装置16bが構成されている。そして、蓄電装置44は鉛蓄電池、Ni−MH電池、リチウム電池等の化学的な反応を利用したセル、あるいは電気二重層キャパシタなどの電気部品を用いて構成される。また、エネルギー蓄積装置の充放電制御装置43は蓄電装置44を充電し、必要に応じて放電させる。
【0026】
この分散電源装置においては、エネルギー蓄積装置が直流発電装置41の出力電力の一部を蓄積しておき、非常時には放出するから、蓄電装置44を有する分散電源装置16bは無停電電源であり、また蓄電装置44により電力平準化を行なうことができ、また急激な負荷変動に対応することができるので、分散電源装置16bの信頼度は高い。
【0027】
なお、特に蓄電装置44が化学的な反応を利用したセルの場合には、満充電や最大放電量の検出が難しく、製造メーカにより多くのノウハウ(例えば満充電を電池電圧のピーク値や温度上昇率で検出する方法や、最大放電量をガスゲージにより測定するがこの値を自己放電量、温度および経年変化で修正する方法)がある。
【0028】
図7は本発明に係る分散給電ネットワークの負荷の構成例を示す図である。図に示すように、直流配電線15に直流を交流に変換する直流/交流電力変換装置(インバータ)51が接続され、直流/交流電力変換装置51に交流負荷52が直列に接続され、直流/交流電力変換装置51、交流負荷52により負荷17aが構成されている。すなわち、直流/交流電力変換装置51を介して交流負荷52に交流を給電する回路により負荷17aが構成されている。
【0029】
このような負荷17aを有する分散給電ネットワークにおいては、直流/交流電力変換装置51は商用交流電力系統11と連系する必要がないから、構成は非常に簡単である。
【0030】
図8は本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。図に示すように、直流配電線15に直流を直流に変換する直流/直流電力変換装置(コンバータ)53が接続され、直流/直流電力変換装置53に直流負荷54が直列に接続され、直流/直流電力変換装置53、直流負荷54により負荷17bが構成されている。すなわち、直流/直流電力変換装置53を介して直流負荷54に直流を給電する回路により負荷17bが構成されている。
【0031】
このような負荷17bを有する分散給電ネットワークにおいては、直流負荷54の必要な電圧が直流配電線15の電圧と異なる場合にも、直流負荷54を作動させることができる。
【0032】
なお、直流負荷54の必要な電圧が直流配電線15の電圧とが同じであれば直流/直流電力変換装置53は省略することができる。
【0033】
図9は本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。図に示すように、直流配電線15に直流/交流電力変換装置51および直流/直流電力変換装置53が接続され、直流/交流電力変換装置51と直流/直流電力変換装置53とが並列に接続され、直流/交流電力変換装置51に交流負荷52が直列に接続され、直流/直流電力変換装置53に直流負荷54が直列に接続され、直流/交流電力変換装置51、交流負荷52、直流/直流電力変換装置53、直流負荷54により負荷17cが構成されている。すなわち、直流/交流電力変換装置51と直流/直流電力変換装置53とを直流配電線15側で並列に接続し、直流/交流電力変換装置51を介して交流負荷52に交流を給電し、かつ直流/直流電力変換装置53を介して直流負荷54に直流を給電する回路により負荷17cが構成されている。
【0034】
このような負荷17cを有する分散給電ネットワークにおいては、交流負荷52および直流負荷54の両方に電力を供給することができるから、現在の交流中心の給電系にも充分対応可能であり、同時に直流負荷54にも給電することができる。
【0035】
図10は本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、逆変換電力装置14に逆変換電力装置14の通過電力すなわち商用交流電力系統11から直流配電線15に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置61が設けられ、変換制御装置18に補充電力検出装置61により検出された補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ補充電力が所定値を越えたと判断したとき充放電制御装置43に起動信号を出力する判断装置62が設けられている。
【0036】
この分散給電ネットワークにおいては、補充電力検出装置61により検出された補充電力が所定値を越えたときには、判断装置62が蓄電装置44に接続された充放電制御装置43に起動信号を出力し、起動信号により蓄電装置44は直ちに直流配電線15に分散電源装置16bの直流発電装置41と協力して直流電力を送出する。このため、直流配電線ネットワークの直流電力消費量が一時的に上昇したときにも、補充電力が所定値を超えるのを防止することができるから、商用交流電力系統11を有する電力会社との補充電力の契約量を超えるのを防止することができ、また逆変換電力装置14の定格出力を超えるのを防止することができるので、逆変換電力装置14を保護することができる。
【0037】
図11は参考例の分散給電ネットワークを示す図である。図に示すように、直流配電線15に負荷17と並列に複数のコンデンサ71が接続されている。
【0038】
この分散給電ネットワークにおいては、直流配電線システムの給電系はLRCの回路を構成するから、条件によっては発振するおそれがあるが、直流配電線15にコンデンサ71を接続しているので、直流配電線システムの給電系が発振するのを防止することができる。
【0039】
なお、上述実施の形態においては、双方向逆変換電力装置として逆変換電力装置13と逆変換電力装置14とが並列に接続された並列接続回路を用いたが、双方向逆変換電力装置として直流/交流電力変換機能および交流/直流電力変換機能を有する逆変換電力装置を用いてもよく、この場合には双方向逆変換電力装置をコンパクト化することができる。
【0040】
【発明の効果】
本発明に係る分散給電ネットワークにおいては、商用交流電力系統に悪影響を与えることがなく、かつ直流配電線に分散電源装置を接続するから、各分散電源装置に対応して直流/交流電力変換装置を設ける必要がなく、しかも分散電源装置を力率、位相を考慮した構成とする必要がないので、構成が簡単になる。
【0041】
また、分散電源装置の発生電力から負荷の消費電力を減算した余剰不足電力を検出する余剰不足電力検出装置を設け、変換制御装置に余剰不足電力検出装置により検出された余剰不足電力を積算した積算余剰不足電力を演算する演算装置を設け、変換制御装置に積算余剰不足電力に応じた動作信号を双方向逆変換電力装置に送出する動作信号送出装置を設けたときには、電力潮流の制御を正確に行なうことができる。
【0042】
また、演算装置により各余剰不足電力から余剰電力の合計値すなわち合計余剰電力を演算し、合計余剰電力に基づいて各分散電源装置の出力電力を制御する発電制御装置を変換制御装置に設けたときには、直流配電線ネットワーク内の電力利用料金を減少することができる。
【0043】
また、分散電源装置として、直流発電装置と直流/直流電力変換装置との直列回路を用いたときには、直流発電装置の出力電圧が出力電流により変動したとしても、直流配電線の電圧を安定化することができる。
【0044】
また、分散電源装置として、充放電制御装置および蓄電装置を直列に接続したエネルギー蓄積装置と直流発電装置とを並列に接続した回路に直流/直流電力変換装置を接続した回路を用いたときには、蓄電装置により電力平準化を行なうことができ、また急激な負荷変動に対応することができるので、分散電源装置の信頼度を高くすることができる。
【0045】
また、負荷として、直流/交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電する回路を用いたときには、直流/交流電力変換装置は商用交流電力系統と連系する必要がないから、構成は非常に簡単である。
【0046】
また、負荷として、直流/直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路を用いたときには、直流負荷の必要な電圧が直流配電線の電圧と異なる場合にも、直流負荷を作動させることができる。
【0047】
また、負荷として、直流/交流電力変換装置と直流/直流電力変換装置とを直流配電線側で並列に接続し、直流/交流電力変換装置を介して交流負荷に交流を給電し、かつ直流/直流電力変換装置を介して直流負荷に直流を給電する回路を用いたときには、交流負荷および直流負荷の両方に電力を供給することができるから、交流中心の給電系にも充分対応可能であり、同時に直流負荷にも給電することができる。
【0048】
また、分散電源装置として直流発電装置の出力側に直列接続の充放電制御装置と蓄電装置とを並列に接続した回路を用い、双方向逆変換電力装置に商用交流電力系統から直流配電線に補充される補充電力を検出する補充電力検出装置を設け、変換制御装置に補充電力が所定値を越えたか否かを判断しかつ補充電力が所定値を越えたと判断したとき充放電制御装置に起動信号を出力する判断装置を設けたときには、直流配電線ネットワークの直流電力消費量が一時的に上昇したときにも、補充電力が所定値を超えるのを防止することができ、また逆変換電力装置の定格出力を超えるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例の分散給電ネットワークを示す図である。
【図2】 本発明に係る分散給電ネットワークを示す図である。
【図3】本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。
【図4】図3に示した分散給電ネットワークおける動作の説明図である。
【図5】本発明に係る分散給電ネットワークの分散電源装置の構成例を示す図である。
【図6】本発明に係る分散給電ネットワークの他の分散電源装置の構成例を示す図である。
【図7】本発明に係る分散給電ネットワークの負荷の構成例を示す図である。
【図8】本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。
【図9】本発明に係る分散給電ネットワークの他の負荷の構成例を示す図である。
【図10】本発明に係る他の分散給電ネットワークを示す図である。
【図11】 参考例の分散給電ネットワークを示す図である。
【図12】従来の分散給電ネットワークを示す図である。
【符号の説明】
11…商用交流電力系統
12…系統保護装置
13…第1の逆変換電力装置
14…第2の逆変換電力装置
15…直流配電線
16…分散電源装置
17…負荷
18…変換制御装置
21…余剰不足電力検出装置
22…演算装置
23…動作信号送出装置
31…発電制御装置
41…直流発電装置
42…直流/直流電力変換装置
43…充放電制御装置
44…蓄電装置
51…直流/交流電力変換装置
52…交流負荷
53…直流/直流電力変換装置
54…直流負荷
61…補充電力検出装置
62…判断装置
71…コンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a distributed power supply network linked to a commercial AC power system through a system protection device.
[0002]
[Prior art]
At present, active use of energy (cogeneration, use of natural energy, etc.) is actively carried out by linking commercial AC power systems with distributed power supply devices having DC power generation devices such as solar cells and fuel cells. In this case, since the distributed power supply device is installed in the demand area, long-distance power transmission is unnecessary. The results of study on such a distributed power supply network are summarized in, for example, “Explanation: Power System Technical Requirements Guidelines '98 (Edited by the Agency for Natural Resources and Energy)”. DC power generators are connected to AC systems via DC / AC power converters. It is described to be connected.
[0003]
FIG. 12 is a diagram showing a conventional distributed power supply network. As shown in the figure, a plurality of AC distribution lines 3 are connected to a commercial AC power system 1 via a system protection device 2, and a
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In this distributed power supply network, since the DC
[0005]
Thus, the method of converting the output power of the DC
[0006]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a distributed power supply network that does not adversely affect a commercial AC power system and has a simple configuration.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, in the present invention, both DC / AC power conversion and AC / DC power conversion are performed on the system protection device in a distributed power supply network linked to a commercial AC power system via the system protection device. Connecting the alternating current side of the reverse conversion power device, connecting a DC distribution line to the DC side of the bidirectional reverse conversion power device, connecting a plurality of distributed power supply devices and a plurality of loads to the DC distribution line, and A conversion control device is provided to control the bidirectional reverse conversion power device.A surplus / underpower detection device that detects surplus / underpower detection by subtracting the power consumption of the load from the generated power of the distributed power supply device, and the conversion control device receives the surplus / underpower detection by the surplus / underpower detection device. An arithmetic device that calculates the integrated accumulated surplus / underpower is provided, and an operation signal sending device that sends an operation signal corresponding to the accumulated surplus / underpower to the bidirectional reverse conversion power device is provided in the conversion control device.The
[0008]
Here, as the bidirectional inverse conversion power device, a parallel connection circuit in which an inverse conversion power device that performs DC / AC power conversion and an inverse conversion power device that performs AC / DC power conversion are connected in parallel, DC / AC power An inverse conversion power device having a conversion function and an AC / DC power conversion function can be used.
[0010]
In this case, the arithmetic unit calculates the total value of surplus power, that is, the total surplus power from each surplus power shortage, and converts the power generation control device that controls the output power of each of the distributed power units based on the total surplus power to the conversion You may provide in a control apparatus.
[0011]
In addition, as the distributed power supply device, a series circuit of a DC power generation device and a DC / DC power conversion device, a charge / discharge control device, and a circuit in which an energy storage device connected in series with a power storage device and a DC power generation device are connected in parallel. Any of the circuits connected to the DC / DC power converter may be used.
[0012]
Further, as the load, a circuit for supplying alternating current to the alternating current load via the direct current / alternating current power converter, a circuit for supplying direct current to the direct current load via the direct current / direct current power converter, a direct current / alternating current power converter and direct current / DC power converter is connected in parallel on the DC distribution line side, AC is supplied to the AC load via the DC / AC power converter, and the DC load is supplied via the DC / DC power converter. Any of circuits that supply direct current may be used.
[0013]
Also, in a distributed power supply network linked to a commercial AC power system via a system protection device, the AC side of a bidirectional reverse conversion power device that performs DC / AC power conversion and AC / DC power conversion is connected to the system protection device. A DC distribution line connected to the DC side of the bidirectional reverse conversion power device, a plurality of distributed power supply devices and a plurality of loads are connected to the DC distribution line, and the bidirectional reverse conversion power device is controlled. A control device is provided, and a circuit in which a charge / discharge control device connected in series and a power storage device are connected in parallel on the output side of the DC power generator is used as the distributed power supply device, and the commercial AC power system is connected to the bidirectional reverse conversion power device. Provided with a supplementary power detecting device for detecting supplementary power supplemented to the DC distribution line, determining whether or not the supplementary power exceeds a predetermined value in the conversion control device, and the supplementary power reaches a predetermined value. When it is determined that there was example provided a decision apparatus for outputting an activation signal to the charge-discharge control device.
Also, in a distributed power supply network linked to a commercial AC power system via a system protection device, the AC side of a bidirectional reverse conversion power device that performs DC / AC power conversion and AC / DC power conversion is connected to the system protection device. A DC distribution line connected to the DC side of the bidirectional reverse conversion power device, a plurality of distributed power supply devices and a plurality of loads are connected to the DC distribution line, and the bidirectional reverse conversion power device is controlled. A control device is provided, and a surplus / underpower detection device that detects surplus / shortage power obtained by subtracting the power consumption of the load from the generated power of the distributed power supply device is provided, and the conversion control device is detected by the surplus / underpower detection device. An arithmetic device that calculates the accumulated surplus / short power obtained by accumulating the surplus / underpower is provided, and an operation signal corresponding to the accumulated surplus / short power is sent to the bidirectional reverse conversion power device in the conversion control device. A circuit in which a charge / discharge control device connected in series and a power storage device are connected in parallel to the output side of the direct current power generator as the distributed power supply device, and the bidirectional reverse conversion power device is configured as described above. A supplementary power detection device for detecting supplementary power supplemented to the DC distribution line from a commercial AC power system is provided, the conversion control device determines whether or not the supplementary power exceeds a predetermined value, and the supplementary power is predetermined. A determination device that outputs a start signal to the charge / discharge control device when it is determined that the value has been exceeded may be provided.
Also, in a distributed power supply network linked to a commercial AC power system via a system protection device, the AC side of a bidirectional reverse conversion power device that performs DC / AC power conversion and AC / DC power conversion is connected to the system protection device. A DC distribution line connected to the DC side of the bidirectional reverse conversion power device, a plurality of distributed power supply devices and a plurality of loads are connected to the DC distribution line, and the bidirectional reverse conversion power device is controlled. A control device is provided, and a surplus / underpower detection device that detects surplus / shortage power obtained by subtracting the power consumption of the load from the generated power of the distributed power supply device is provided, and the conversion control device is detected by the surplus / underpower detection device. An arithmetic device that calculates the accumulated surplus / short power obtained by accumulating the surplus / underpower is provided, and an operation signal corresponding to the accumulated surplus / short power is sent to the bidirectional reverse conversion power device in the conversion control device. An operation signal sending device is provided, and the arithmetic device calculates a total value of surplus power, that is, total surplus power from each surplus power shortage, and controls output power of each of the distributed power supply devices based on the total surplus power. A power generation control device is provided in the conversion control device,As the distributed power supply device, a circuit in which a charge / discharge control device connected in series and a power storage device are connected in parallel to the output side of the DC power generator is used, and the DC power distribution line is connected to the bidirectional reverse conversion power device from the commercial AC power system. A replenishment power detecting device for detecting replenishment power to be replenished, and determining whether or not the replenishment power exceeds a predetermined value in the conversion control device, and determining that the replenishment power exceeds a predetermined value. You may provide the determination apparatus which outputs a starting signal to a discharge control apparatus.
Also, in a distributed power supply network linked to a commercial AC power system via a system protection device, the AC side of a bidirectional reverse conversion power device that performs DC / AC power conversion and AC / DC power conversion is connected to the system protection device. A DC distribution line connected to the DC side of the bidirectional reverse conversion power device, a plurality of distributed power supply devices and a plurality of loads are connected to the DC distribution line, and the bidirectional reverse conversion power device is controlled. A control device is provided, and as the load, a circuit that supplies AC to the AC load via a DC / AC power converter, a circuit that supplies DC to the DC load via a DC / DC power converter, DC / AC power conversion A device and a DC / DC power converter are connected in parallel on the DC distribution line side, AC is supplied to an AC load via the DC / AC power converter, and Using one of the circuits that feed direct current to a direct current load via a direct current / direct current power converter, connect the charge / discharge control device connected in series and the power storage device in parallel to the output side of the direct current generator as the distributed power supply device. The bidirectional reverse conversion power device is provided with a supplementary power detection device for detecting supplementary power supplemented to the DC distribution line from the commercial AC power system, and the supplementary power is set to a predetermined value in the conversion control device. And a determination device that outputs a start signal to the charge / discharge control device when it is determined whether or not the supplementary power exceeds a predetermined value.
[0015]
Figure 1Reference exampleIt is a figure which shows a distributed electric power feeding network. As shown in the figure, the
[0016]
In this distributed power supply network, when a specific distributed
[0017]
In such a distributed power supply network, the commercial AC power system is not adversely affected, and since the distributed
[0018]
FIG. 2 shows the present invention.Such dispersionIt is a figure which shows an electric power feeding network. As shown in the figure, a surplus /
[0019]
In this distributed power supply network, when there is surplus power in the DC distribution line network, power is sent from the DC distribution line network to the commercial
[0020]
FIG. 3 is a diagram showing another distributed power supply network according to the present invention. As shown in the figure, the
[0021]
Next, the operation of the distributed power supply network shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. First, when the surplus /
[0022]
In this distributed power supply network, a storage device for storing the identification number of each distributed
[0023]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a distributed power supply apparatus of a distributed power supply network according to the present invention. As shown in the figure, a DC / DC
[0024]
In this distributed power supply device, even if the output voltage of the DC
[0025]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of another distributed power supply apparatus according to the present invention. As shown in the figure, a DC / DC
[0026]
In this distributed power supply device, since the energy storage device stores a part of the output power of the DC
[0027]
In particular, in the case where the
[0028]
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the load of the distributed power supply network according to the present invention. As shown in the figure, a DC / AC power converter (inverter) 51 for converting DC to AC is connected to the
[0029]
In the distributed power supply network having such a
[0030]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of another load of the distributed power supply network according to the present invention. As shown in the figure, a DC / DC power converter (converter) 53 for converting DC to DC is connected to the
[0031]
In the distributed power supply network having such a
[0032]
The DC /
[0033]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of another load of the distributed power supply network according to the present invention. As shown in the figure, a DC /
[0034]
In the distributed power supply network having such a
[0035]
FIG. 10 is a diagram showing another distributed power supply network according to the present invention. As shown in the figure, the reverse
[0036]
In this distributed power supply network, when the supplementary power detected by the supplementary
[0037]
FIG.Reference exampleIt is a figure which shows a distributed electric power feeding network. As shown in the figure, a plurality of
[0038]
In this distributed power supply network, the power supply system of the DC distribution line system constitutes an LRC circuit, so there is a risk of oscillation depending on conditions, but since the
[0039]
In the above-described embodiment, the parallel connection circuit in which the reverse
[0040]
【The invention's effect】
In the distributed power supply network according to the present invention, since there is no adverse effect on the commercial AC power system and the distributed power supply device is connected to the DC distribution line, a DC / AC power conversion device corresponding to each distributed power supply device is provided. There is no need to provide it, and since it is not necessary to configure the distributed power supply device in consideration of the power factor and phase, the configuration is simplified.
[0041]
Also, a surplus / short power detection device that detects surplus / short power by subtracting the power consumption of the load from the generated power of the distributed power supply device is provided, and the integration is obtained by integrating the surplus / short power detected by the surplus / short power detection device in the conversion control device When an arithmetic device that calculates surplus and shortage power is provided and an operation signal sending device that sends an operation signal corresponding to the accumulated surplus and shortage power to the bidirectional reverse conversion power device is provided in the conversion control device, the power flow control is accurately performed. Can be done.
[0042]
In addition, when the conversion control device is provided with a power generation control device that calculates the total value of surplus power, that is, the total surplus power from each surplus shortage power by the arithmetic device, and controls the output power of each distributed power supply device based on the total surplus power The power usage fee in the DC distribution network can be reduced.
[0043]
Further, when a series circuit of a DC power generator and a DC / DC power converter is used as the distributed power supply device, the voltage of the DC distribution line is stabilized even if the output voltage of the DC power generator fluctuates due to the output current. be able to.
[0044]
When a circuit in which a DC / DC power converter is connected to a circuit in which an energy storage device in which a charge / discharge control device and a power storage device are connected in series and a DC power generation device are connected in parallel is used as the distributed power supply device, Since the power leveling can be performed by the apparatus and it is possible to cope with a sudden load fluctuation, the reliability of the distributed power supply apparatus can be increased.
[0045]
In addition, when a circuit that feeds alternating current to an alternating current load via a direct current / ac power converter is used as a load, the direct current / alternate power converter does not need to be linked to a commercial alternating current power system, so the configuration is very Easy to be.
[0046]
In addition, when a circuit that feeds direct current to a DC load via a DC / DC power converter is used as the load, the DC load is operated even when the required voltage of the DC load is different from the voltage of the DC distribution line. be able to.
[0047]
Further, as a load, a DC / AC power converter and a DC / DC power converter are connected in parallel on the DC distribution line side, AC is supplied to the AC load via the DC / AC power converter, and DC / AC When using a circuit that feeds direct current to a direct current load via a direct current power converter, power can be supplied to both the alternating current load and the direct current load. At the same time, it can supply power to the DC load.
[0048]
In addition, as a distributed power supply device, a circuit in which a charge / discharge control device connected in series and a power storage device are connected in parallel on the output side of the DC power generator is used, and a bidirectional reverse conversion power device is supplemented from the commercial AC power system to the DC distribution line. Provided with a supplementary power detection device for detecting supplemental power to be generated, and determining whether or not the supplementary power has exceeded a predetermined value in the conversion control device and when determining that the supplementary power has exceeded the predetermined value, a start signal to the charge / discharge control device Is provided, the supplementary power can be prevented from exceeding a predetermined value even when the DC power consumption of the DC distribution network temporarily rises, and the reverse conversion power device It is possible to prevent the rated output from being exceeded.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Reference exampleIt is a figure which shows a distributed electric power feeding network.
FIG. 2 shows the present invention.Such dispersionIt is a figure which shows an electric power feeding network.
FIG. 3 is a diagram showing another distributed power supply network according to the present invention.
4 is an explanatory diagram of an operation in the distributed power supply network illustrated in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a distributed power supply device of a distributed power supply network according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of another distributed power supply apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a load of the distributed power supply network according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of another load of the distributed power supply network according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of another load of the distributed power supply network according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing another distributed power supply network according to the present invention.
FIG. 11Reference exampleIt is a figure which shows a distributed electric power feeding network.
FIG. 12 shows a conventional distributed power supply network.
[Explanation of symbols]
11 ... Commercial AC power system
12 ... System protection device
13: First inverse conversion power device
14 ... Second inverse conversion power device
15 ... DC distribution line
16: Distributed power supply
17 ... Load
18 ... Conversion control device
21 ... Surplus / low power detection device
22: Arithmetic unit
23. Operation signal sending device
31 ... Power generation control device
41 ... DC generator
42 ... DC / DC power converter
43. Charge / discharge control device
44 ... Power storage device
51. DC / AC power converter
52 ... AC load
53 ... DC / DC power converter
54 ... DC load
61 ... Replenishment power detection device
62 ... Judgment device
71: Capacitor
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