技術 電力供給システム

0001

本発明は、商用系統電力の供給が急激に減少したときに、自動的に自立運転モードに切り替え可能な電力供給システムに関する。

0002

電力会社の発電所の出力（供給）と電力の消費（需要）とのバランス（需給バランス）が崩れて、周波数が変動すると、産業用機器等の仕様に不具合が生じるため、電力会社は、周波数が一定になるように、需要の変動に応じて、発電機の出力を調整している。

0003

しかしながら、災害等の突発的な事故で、発電機が脱落したりすると、需給バランスが急激に崩れ、周波数が大幅に低下する。これにより、運転中の発電機が安定的に運転できない状況となり、発電機は連続的に脱落し、その結果、大規模停電（ブラックアウト）に至る虞がある。

0004

大規模停電の発生を回避するために、電力会社は、供給を増やすために、他の電力会社から電力の融通を受けたり、あるいは、需要を抑えるために、一部地区を強制的に停電（負荷遮断）させたりするような対策を図っている。

0005

例えば、特許文献１には、供給電力が不足したとき、定常の供給電圧よりも１５％ないし５５％低い非常用供給電圧で、特定地域の配電線に供給する技術が開示されている。

0006

特開２００５−１６８２５８号公報

0007

しかしながら、電力の需給バランスが大幅に崩れた場合、上記のような種々の対策を取っても、需給バランスの改善ができず、結果的に、大規模停電に至ってしまうことも考えられる。

0008

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、系統電力の供給量が低下して、電力の需給バランスが大幅に崩れたときに、大規模停電の回避に寄与するとともに、必要最低限の電力供給を確保するための電力供給システムを提供することにある。

0009

（１）本発明の第１は、自然エネルギーを利用して発電した発電電力を負荷機器に供給するとともに、前記発電電力を系統に逆潮流する機能を有する発電装置と、前記系統から供給される系統電力の周波数を検知する検知部と、前記発電装置で発電された発電電力の供給先を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記検知部で検知された系統電力の周波数が、緊急電力融通機能の動作周波数を下回り、連続運転可能限界周波数を割り込まない範囲内に変動したとき、前記発電装置を、前記系統から切り離して、前記発電電力を前記負荷機器に供給する自立運転モードに切り替える、電力供給システム、である。

0010

（２）本発明の第２は、前記制御部は、前記検知部で検知された系統電力の周波数変化率が２Ｈｚ／秒以上になり、かつ、系統電力の周波数が、定格周波数に対して、０．４Ｈｚから１．２Ｈｚの範囲内に低下したとき、前記発電装置を、前記系統から切り離して、前記発電電力を前記負荷機器に供給する自立運転モードに切り替える、前記（１）に記載の電力供給システム、である。

0011

（３）本発明の第３は、前記発電装置で発電された発電電力を蓄電する蓄電装置をさらに備え、前記制御部は、前記検知部で検知された系統電力の周波数が、緊急電力融通機能の動作周波数を下回り、連続運転可能限界周波数を割り込まない範囲内に変動したとき、前記発電装置を、前記系統から切り離して、前記発電電力または蓄電電力の少なくとも一方の電力を前記負荷機器に供給する自立運転モードに切り替える、前記（１）または（２）に記載の電力供給システム、である。

0012

本発明は、発電電力を系統に逆潮流する機能を有する発電装置を備えた電力供給システムにおいて、系統電力の供給量が低下して、電力の需給バランスが大幅に崩れたとき、系統電力の周波数変動が規定値を超えたことを検知することによって、大規模停電が発生する前に、発電装置および需要家の負荷機器を系統から切り離して、発電装置を負荷機器に供給する自立運転モードに、自動的に切り替えるものである。

0013

すなわち、本発明に係る電力供給システムは、自然エネルギーを利用して発電した発電電力を負荷機器に供給するとともに、発電電力を系統に逆潮流する機能を有する発電装置と、系統から供給される系統電力の周波数を検知する検知部と、発電装置で発電された発電電力の供給先を制御する制御部とを備え、制御部は、検知部で検知された系統電力の周波数が、緊急電力融通機能の動作周波数を下回り、連続運転可能限界周波数を割り込まない範囲内に変動したとき、発電装置を系統から切り離して、発電電力を負荷機器に供給する自立運転モードに切り替えることを特徴とする。

0014

本発明によれば、系統電力の供給量が低下して、電力の需給バランスが大幅に崩れたとき、大規模停電の回避に寄与することができる。

0015

本発明の一実施形態における電力供給システムの構成を示したブロック図である。
本発明の他の実施形態における電力供給システムの構成を示したブロック図である。

0016

（１）本発明の第１は、自然エネルギーを利用して発電した発電電力を負荷機器に供給するとともに、前記発電電力を系統に逆潮流する機能を有する発電装置と、前記系統から供給される系統電力の周波数を検知する検知部と、前記発電装置で発電された発電電力の供給先を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記検知部で検知された系統電力の周波数が、緊急電力融通機能の動作周波数を下回り、連続運転可能限界周波数を割り込まない範囲内に変動したとき、前記発電装置を、前記系統から切り離して、前記発電電力を前記負荷機器に供給する自立運転モードに切り替える、電力供給システム、である。

0017

（２）本発明の第２は、前記制御部は、前記検知部で検知された系統電力の周波数変化率が２Ｈｚ／秒以上になり、かつ、系統電力の周波数が、定格周波数に対して、０．４Ｈｚから１．２Ｈｚの範囲内に低下したとき、前記発電装置を、前記系統から切り離して、前記発電電力を前記負荷機器に供給する自立運転モードに切り替える、前記（１）に記載の電力供給システム、である。

0018

（３）本発明の第３は、前記発電装置で発電された発電電力を蓄電する蓄電装置をさらに備え、前記制御部は、前記検知部で検知された系統電力の周波数が、緊急電力融通機能の動作周波数を下回り、連続運転可能限界周波数を割り込まない範囲内に変動したとき、前記発電装置を、前記系統から切り離して、前記発電電力または蓄電電力の少なくとも一方の電力を前記負荷機器に供給する自立運転モードに切り替える、前記（１）または（２）に記載の電力供給システム、である。

0019

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

0020

図１は、本発明の一実施形態における電力供給システムの構成を示したブロック図である。

0021

図１に示すように、本実施形態における電力供給システム１は、自然エネルギーを利用して発電する発電装置１０と、商用電力系統２０から供給される系統電力の周波数を検知する検知部１１と、発電装置１０で発電された発電電力の供給先を制御する制御部１２とを備えている。

0022

発電装置１０は、自然エネルギーを利用して発電する装置で、例えば、太陽光発電装置や風力発電装置等を用いることができる。発電装置１０によって発電された直流電力は、発電装置用パワーコンディショナー（不図示）によって交流電力に変換されて、商用電力系統２０と連系し負荷機器１３に供給される。

0023

また、発電装置用パワーコンディショナーは、発電装置１０の発電電力を電力系統に逆潮流（売電）する機能を有し、余剰電力が発生した場合は、電力会社の配電線に逆潮流（売電）することができる。ここで、負荷機器１３は、電力ラインを介して供給された電力を消費する機器（例えば、家電機器等）であれば、その種類は問わず、複数の機器であってもよい。

0024

制御部１２は、系統電力の供給量が低下して、電力の需給バランスが大幅に崩れたとき、検知部１１で、系統電力の周波数変動が規定値を超えて低下したことを検知することによって、発電装置１０を商用電力系統２０から切り離して、発電電力を負荷機器１３に供給する自立運転モードに、自動的に切り替える。

0025

具体的には、検知部１１で検知された系統電力の周波数が、緊急電力融通機能の動作周波数を下回り、連続運転可能限界周波数を割り込まない範囲内に低下したとき、発電装置１０を、商用電力系統２０から切り離して、自立運転モードに切り替える。これにより、大規模停電が発生する前に、その徴候を事前に検知して、自動的に自立運転モードに切り替わるため、電力の需要を意図的に抑制することができる。その結果、系統電力の供給量が低下して、電力の需給バランスが大幅に崩れるような状況になっても、需要者の側から、電力の需要を意図的に抑制することによって、大規模停電の回避に寄与することができる。

0026

ここで、緊急電力融通機能とは、一方のエリアの電力会社の電源が脱落し、緊急的な電力供給不足が生じたときに、他方のエリアの電力会社から電力を融通する機能をいう。この機能は、故障側の電力の周波数が、予め設定した値（動作周波数）を下回った場合に動作するように設定されている。なお、緊急電力融通機能の動作周波数は、電力会社間で定められており、具体的には、定格周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）から、０．４Ｈｚ以上低下したとき、緊急電力融通機能が動作するように定められている。また、系統電力の周波数変化率が２Ｈｚ／秒以上になったとき、発電装置１０を、商用電力系統２０から切り離して、自立運転モードに切り替えることが好ましい。

0027

この動作周波数は、大規模停電が発生する徴候を示す目安になるもので、系統電力の周波数が、動作周波数よりも大きく低下したときに、自立運転モードに切り替えることによって、電力の需要を意図的に抑制し、これにより、大規模停電の回避に寄与することができる。

0028

なお、系統電力の周波数が、連続運転可能限界周波数を下回ると、発電機の連鎖的解列が生じ、大規模停電が発生する可能性が高まる。従って、系統電力の周波数が、連続運転可能限界周波数を下回る前に、自立運転モードに切り替えることが好ましい。これにより、電力の需要を意図的に抑制することによって、大規模停電の回避に寄与することができる。ここで、連続運転が可能な周波数は、各電力会社によって定められており、具体的には、例えば、関西電力株式会社の系統連系技術要件（平成２８年４月１日実施）には、定格周波数から１．２Ｈｚ低下した値が定められている。

0029

図２は、本発明の他の実施形態における電力供給システムの構成を示したブロック図である。

0030

図２に示すように、本実施形態における電力供給システム１は、図１に示した電力供給システム１において、発電装置１０で発電された発電電力を蓄電する蓄電装置１４をさらに備えている。ここで、蓄電装置１４は、例えば、リチウムイオン電池等で構成された蓄電池を用いることができる。なお、蓄電装置１４以外の構成は、図１に示した構成と同じであるため、説明は省略する。

0031

蓄電装置１４から放電された直流電力は、蓄電装置用パワーコンディショナー（不図示）によって交流電力に変換されて、負荷機器１３に供給される。また、商用電力系統２０から供給される交流電力は、蓄電装置用パワーコンディショナーによって直流電力に変換されて、蓄電装置１４に充電される。

0032

制御部１２は、系統電力の供給量が低下して、電力の需給バランスが大幅に崩れたとき、検知部１１で、系統電力の周波数変動が規定値を超えたことを検知することによって、発電装置１０を商用電力系統２０から切り離して、発電電力または蓄電電力の少なくとも一方の電力を負荷機器１３に供給する自立運転モードに、自動的に切り替える。

0033

具体的には、検知部１１で検知された系統電力の周波数が、緊急電力融通機能の動作周波数を下回り、連続運転可能限界周波数を割り込まない範囲内に低下したとき、発電装置１０を、商用電力系統２０から切り離して、自立運転モードに切り替える。これにより、大規模停電が発生する前に、その徴候を事前に検知して、自動的に自立運転モードに切り替わるため、電力の需要を意図的に抑制することができる。その結果、系統電力の供給量が低下して、電力の需給バランスが大幅に崩れるような状況になっても、需要者の側から、電力の需要を意図的に抑制することによって、大規模停電の回避に寄与することができる。

0034

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記の実施形態では、系統電力の周波数変動が規定値を超えて低下したときに、発電装置１０を商用電力系統２０から切り離して自立運転モードに切り替えるようにしたが、電力の供給に対して、電力の需要が急激に増加すると、系統電力の周波数が大幅に上昇して、大規模停電が発生することも想定される。そのため、系統電力の周波数変動が規定値を超えて上昇したときにも、発電装置１０を商用電力系統２０から切り離して自立運転モードに切り替えるようにすることが好ましい。

0035

また、上記実施形態において、緊急電力融通機能の動作周波数や、連続運転可能限界周波数は、各エリアによって考え方が異なり、適宜見直しがされるため、その具体的な数値は、変更され得るものである。

0036

また、上記の実施形態では、発電装置１０を備えた電力供給システム１において、系統電力の周波数を検知する検知部１１を設けたが、複数の電力供給システム１において、それぞれ、系統電力の周波数を検知する検知部１１を設け、各検知部１１で検知した周波数に基づいて、自立運転モードの切り替えを行うようにしてよい。例えば、地域によって、系統電力の周波数変動が異なる場合、最も大きい周波数変動を検知した検知部１１からの情報によって、自動運転モードに切り替えてもよい。なお、各検知部１１で検知した周波数は、例えば、通信ネットワークを介して、その情報を共有化することができる。

0037

本発明は、大規模停電が発生する前に、その徴候を事前に検知して、自動的に自立運転モードに切り替えることによって、電力の需要を抑制し、これにより、需要者側から、大規模停電の回避に寄与するものであるが、需要者側における発電装置や蓄電装置の総電力量が増加すれば、本発明の効果がより期待できる。

0038

１電力供給システム
１０発電装置
１１ 検知部
１２ 制御部
１３負荷機器
１４蓄電装置
２０ 商用電力系統