JP4439350B2

JP4439350B2 - 自家発電システム

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Publication number: JP4439350B2
Application number: JP2004219778A
Authority: JP
Inventors: 高史末永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: JP2006042514A

Description

本発明は自家発電手段を系統に連系して逆潮流させる自家発電システムに関するものである。

従来の自家発電システムについて図４に基づき説明する。

同図に示すように、自家発電システムＪは、太陽光発電装置などの発電電力を交流電力として出力する自家発電装置１と、自家発電装置１や商用電力系統３を交流負荷に振り分ける分電盤２と、商用電力系統３の電流を検知する電流センサＣＴａ，ＣＴｂと、電流センサＣＴａ，ＣＴｂから得た情報をもとに演算・記憶を行なう演算記憶部１７と、前記演算記憶部１７から出力された情報を表示する表示部１０とから成る。

自家発電装置１で発電された交流電力は、分電盤２を介して商用電力系統３と連系接続され、逆潮流ができるようにしている。

商用電力系統３はＵ相、Ｏ相、Ｗ相から成る単相三線式の交流電源であり、太陽電池や風力発電装置などで発電された電力を、パワーコンディショナで変換して交流電力として使用できるようにした自家発電装置１とともに、分電盤２内の分岐断路器４によって交流負荷へ電力を供給できるようにしている。

分電盤２内には、分岐断路器４と商用電力系統３との間に、Ｕ相の電流を検知する電流センサＣＴａ，Ｗ相の電流を検知する電流センサＣＴｂが、それぞれＵ相，Ｗ相の電線に取り付けられている。

尚、自家発電装置１は分電盤２を介さず商用電力系統３に漏電遮断器を介して直接接続される場合もある。

演算記憶部１７は電流センサＣＴａ，ＣＴｂからの電流検出信号６ａ，６ｂを受信する加算演算部１４と、加算演算部１４の演算結果と商用電力系統の電圧を検出する電圧検出信号５により電力演算を行う電力演算部１８とから成る。

以下に、商用電力系統の電流検出が行なわれる様子を説明する。

Ｕ相の電流センサＣＴａによって検出された電流検出信号６ａ、Ｗ相の電流センサＣＴｂによって検出された電流検出信号６ｂは、それぞれ、演算記憶部１７中の加算演算部１４へ送られる。加算演算部１４はＵ相，Ｗ相の電流センサの波形信号を合算して電力演算部１８へ送信する。

電力演算部１８は加算演算部１４で合算されたＵ相，Ｗ相の電流センサの波形信号と、商用電力系統３の電圧波形信号５が入力されて電力演算を行う。演算結果の値と正負の符号データは表示部１０へ出力されて電力表示ならびに売電・買電の方向表示が行なわれる（例えば、特許文献１を参照）。

また、自家発電装置の系統連系によらず、一般に家庭内で消費される消費電力を計測し表示する表示装置も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開平１１−２２５４４０号公報特開平１０−１２３１８５号公報

しかしながら、上述した技術はいずれも電力演算のための電流検出手段として、ＣＴ（電流センサ）を系統の幹線に取り付けることが示されている（一般住宅の場合は、単相３線式が多く、Ｗ相とＵ相に１個ずつ合計２個のＣＴ取り付けが必要となる。）が、ＣＴの取り付け方向に関しては不明であり、ＣＴは貫通する電線の電流の向きによって、出力される電流信号の正負（交流の場合は電圧に対する位相）が決定されるため、特に電力表示装置を後から設置する場合には、既設の分電盤などに後付け可能な分割式のクランプセンサを取り付けることになる。

しかし、取り付ける２個のＣＴのそれぞれの向き、さらに、電圧を検出する際の交流の相の極性、すべてが正しく設置されないと正しい電力演算結果が得られない。例えば、いずれかのＣＴが逆向きに設置されれば、電流が打ち消し合ってゼロに近い演算結果となり、電圧検出の相が逆／又はＣＴが２個とも逆に設置されれば、演算結果の正負が逆の結果となり、売電・買電の方向を逆の結果として判断してしまうこととなる。

このように売電・買電電力を計測する場合、売電状態にあるか、買電状態にあるかは検出する電圧と電流の位相によって決まるため、系統電圧を検出する際の相の極性ならびに電流を検出するＣＴの取付け方向を指定しなければ、正しい計測及び電力演算ができない。

また、現場でＣＴの取付けや電源の電気配線工事を行う場合、工事作業には詳細な説明が必要となり、動作確認が欠かせないことになるが、この一連の取付け作業を行う上で、指示通りにＣＴ等の方向を絶対に間違えずに作業することは困難である。

更には、これらは自家発電装置が１種類であることを想定したものであり、逆潮流の有無にかかわらず、さらに別の発電装置が併設された場合は、負荷の状態によっては電流の流れる方向が逆転する場合があり、システム設置時のＣＴの向きを合わせる時に、この状態であった場合には、ＣＴを逆向きに設置してしまうことになる。そのまま工事を完了し、その後、負荷のバランスの状態または自家発電装置の発電の状態が変化し、電流の流れる方向が更に逆転した（正常な方向に戻った）場合には、ＣＴは正しい計測及び電力演算ができないということになる。

この現象について、図５〜図８を例に説明する。尚、Ｕ相とＷ相の負荷容量はアンバランスの状態であると仮定する。

下記のようなａ）〜ｄ）について、それぞれ図５、図６、図７、図８により説明する。

ａ）自家発電装置１が停止、および併設される自家発電装置１９も停止の時。

Ｕ相電流センサＣＴａにおいて、商用電力系統３から負荷側に電流が流れる方向を買電方向、Ｗ相電流センサＣＴｂにおいて、負荷側から商用電力系統３に電流が流れる方向を買電方向と仮定する。Ｕ相負荷４１ａが３００Ｗ消費，Ｗ相負荷４１ｂが９００Ｗ消費とすると、自家発電装置１および１９が停止のため、Ｕ相・Ｗ相の電流が流れる方向は双方とも買電方向となる。

ｂ）自家発電装置１が発電、および併設される自家発電装置２が停止の時。

Ｕ相負荷４１ａが３００Ｗ消費，Ｗ相負荷４１ｂが９００Ｗ消費とし、自家発電装置１が１５００Ｗ発電とすると、Ｕ相の電流が流れる方向は売電方向、Ｗ層の電流が流れる方向は買電方向となる。

ｃ）自家発電装置１が発電、および併設される自家発電装置２も発電の時。

Ｕ相負荷４１ａが３００Ｗ消費，Ｗ相負荷４１ｂが９００Ｗ消費とし、自家発電装置１が１５００Ｗ発電、自家発電装置１９が１０００Ｗ発電とすると、Ｕ相・Ｗ相の電流が流れる方向は双方とも売電方向となる。

ｄ）自家発電装置１が停止、および併設される自家発電装置２が発電の時。

Ｕ相負荷４１ａが３００Ｗ消費，Ｗ相負荷４１ｂが９００Ｗ消費とし、自家発電装置１９が１０００Ｗ発電とすると、Ｕ相の電流が流れる方向は売電方向、Ｗ層の電流が流れる方向は買電方向となる。発電１０００Ｗに対し、消費合計は１２００Ｗ（＝３００Ｗ＋９００Ｗ）の為、本来は消費方向となるはずであるが、この場合、Ｕ相の電流の向きが逆転していることとなる。

また、ｄ）のパターンの場合、Ｕ相の電流の流れる方向が本来の方向とは逆転し、この状態の時にＣＴの設置を行なった場合は、判断を誤ってしまうということになる。

本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧検出配線の接続極性ならびに特に電線取付け型の電流センサの取付け方向によらない設置工事ができ、現場で電流センサの取付けや電源の配線工事が簡単且つ迅速に行なえ、かつ別の発電装置が併設された場合でも正しい電力表示を行なう信頼性の優れた自家発電システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の自家発電システムによれば、自家発電手段を単相三線式の系統に連系して逆潮流させる自家発電システムにおいて、売電電力及び買電電力を計測するための、電流の大きさと正負の向きを検出する電流センサと、電圧検出用の電圧検出手段と、前記電流センサで検出した電流の値と前記電圧検出手段で検出した電圧の値との積を演算する売電・買電電力演算手段と、前記自家発電手段の発電情報を検出する発電状態検出手段と、前記発電状態検出手段から検出される発電情報に基づき、前記売電・買電電力演算手段の演算結果による正負の符号を判定する符号判定手段と、前記符号判定手段の判定結果に基づき、前記売電・買電電力演算手段の演算結果による正負の符号を反転させる符号反転手段と、前記符号判定手段により正負の符号が判定された演算結果および前記符号に基づき売電及び／又は買電の表示を行なう表示手段とを備え、前記符号判定手段は、前記発電情報が無発電状態または発電停止状態であり、かつ前記売電・買電電力演算手段の演算結果が負の符号である場合に、前記演算結果の符合の補正判定とするとともに、前記補正判定が複数回行われる場合に補正要請信号を出力する。
これにより、系統電圧を検出する際の相の極性ならびに電流を検出する電流センサの取付け方向を自動判別し補正を行ない、かつ別の発電装置が併設された場合でも正しい電力表示を行なうことができる。

本発明の自家発電手段を単相三線式の系統に連系して逆潮流させる自家発電システムによれば、売電電力及び買電電力を計測するための、電流の大きさと正負の向きを検出する電流センサと、電圧検出用の電圧検出手段と、前記電流センサで検出した電流の値と前記電圧検出手段で検出した電圧の値との積を演算する売電・買電電力演算手段と、前記自家発電手段の発電情報を検出する発電状態検出手段と、前記発電状態検出手段から検出される発電情報に基づき、前記売電・買電電力演算手段の演算結果による正負の符号を判定する符号判定手段と、前記符号判定手段の判定結果に基づき、前記売電・買電電力演算手段の演算結果による正負の符号を反転させる符号反転手段と、前記符号判定手段により正負の符号が判定された演算結果および前記符号に基づき売電及び／又は買電の表示を行なう表示手段とを備え、前記符号判定手段は、前記発電情報が無発電状態または発電停止状態であり、かつ前記売電・買電電力演算手段の演算結果が負の符号である場合に、前記演算結果の符合の補正判定とするとともに、前記補正判定が複数回行われる場合に補正要請信号を出力するようにしたので、電圧検出配線の接続極性ならびに電流センサの取付け方向によらない設置工事が可能となり、電圧検出の相が逆、／又は電流センサのいずれか、もしくは全部が逆に設置されても売電・買電の方向を逆の結果として計算・表示等が行なわれないようにでき、かつ別の発電装置が併設された場合でも正しい電力表示を行なう信頼性の高い自家発電システムとすることができる。

また、現場で電流センサの取付けや電源の電気配線工事を行う際に、工事作業の詳細な説明を行なったり、指示通り間違えずに作業させる管理が不要となるので、施工にかかる時間を短縮できるとともに、施工が正しく行なわれているかどうかの検査工程も軽減できる。

更には、電流センサ設置時において、負荷の状態、別の発電装置の併設の有無、後の機会に別の発電装置の増設の有無、およびその発電状態にかかわらず、電流の向きを正しい方向に補正することができる。

以下、本発明に係る自家発電システムの実施の形態を図面に基づいて、詳細に説明する。

図１は本発明に係る自家発電システムＳの概略を示す回路構成図である。

同図に示すごとく、自家発電システムＳは、太陽光発電装置や風力発電装置などで発電電力を交流電力として出力する自家発電手段である自家発電装置１と、自家発電装置１や商用電力系統３を交流負荷に振り分ける分電盤２と、商用電力系統３の電流を検知する電流センサＣＴａ、ＣＴｂと、電流センサＣＴａ、ＣＴｂから得た信号と電圧検出手段である引出線から得た信号をもとに演算・記憶を行なう売電・買電電力演算手段を含む演算記憶部７と、演算記憶部７から出力された情報を表示する表示部１０とから成る。

ここで、演算記憶部７において、自家発電装置１の発電量が所定量以下で、且つ前記売電・買電電力演算手段の演算結果が所定量以上の売電となった以降は、前記符号反転手段である符号判定部１６により前記売電・買電電力演算手段の演算結果の符号を反転させるようにしている。

自家発電装置１で発電された交流電力は分電盤２を介して商用電力系統３と連系接続され、逆潮流ができるようにしている。

商用電力系統３はＵ相、Ｏ相、Ｗ相から成る単相三線式の交流電源であり、太陽電池や風力発電装置などで発電された電力を電力変換装置であるパワーコンディショナで交流電力として使用できるようにした自家発電装置１とともに、分電盤２内の分岐断路器４によって交流負荷などへ電力を供給している。

分電盤２内には分岐断路器４と商用電力系統３との間にＵ相の電流を検知する電流センサＣＴａ、Ｗ相の電流を検知する電流センサＣＴｂがそれぞれＵ相、Ｗ相の電力線に取り付けられている。尚、自家発電装置１は分電盤２を介さず商用電力系統３に漏電遮断器を介して直接接続される場合もある。

記憶演算部７は前記売電・買電電力演算手段と符号判定部１６を含む。すなわち、記憶演算部７は、電流センサＣＴｂからの電流検出信号６ａを受信する電力演算部８ａと、電流センサＣＴａからの電流検出信号６ｂを受信する電力演算部８ｂと、電力演算部８ａ、８ｂからの演算結果を受信する加算演算部１４と、電力演算部８ａ、８ｂの正負の符号を記憶する不揮発性メモリ１５と、自家発電装置１の運転状態及び停止状態を受信する符号判定部１６とから成る。

以下に商用電力系統の電流検出が行なわれる様子を説明する。

Ｕ相の電流センサＣＴａによって検出された電流検出信号６ａは、演算記憶部７の電力演算部８ａへ送信され、Ｗ相の電流センサＣＴｂによって検出された電流検出信号６ｂは演算記憶部７の電力演算部８ｂへ送信される。

電力演算部８ａ、８ｂには商用電力系統の電圧を検出する電圧検出信号５が入力されており、電圧情報と合わせて独立に電力演算を行う。

尚、本実施形態では電圧情報として電圧波形を位相ごとにとり込み、実際には、電圧は電流ほど相間の差が少ないことを利用して、他方は同じ波形で演算させる方法としているが、これに限定するものではなく、電流・電圧両方を読み込む方法としてもよいのはいうまでもない。

分岐断路器４を通じて商用負荷に電力を供給する場合、自家発電装置１から電力を全て供給する場合や逆潮流を行なう場合（仮に負とする）と、商用電力系統３からも電力を供給する場合（仮に正とする）とでは、電流センサＣＴａ、ＣＴｂの設置箇所では電圧に対する電流の位相が逆転するという現象が生じる。

そのため、電流センサＣＴａ、ＣＴｂからの波形信号に基づく電力演算結果が正（電力消費）の場合と負（逆潮流）の場合とが生じる。この演算結果の正負の符号は不揮発性メモリ９などの記憶素子にそれぞれ個別に格納される。

不揮発性メモリ９に格納された正負の符号は、自家発電装置１からの運転・停止などの発電情報から、後述する符号判定に基づき修正された後、加算演算部１４に送られ加算演算を行ない、演算結果の値と正負の符号データとして表示部１０へ出力されて電力表示ならびに売電・買電の方向表示が行なわれる。

次に、本発明による電力演算符号判定方法について図２に基づき説明する。

尚、表示部１０における表示は、演算記憶部７から得られた符号が正（プラス）ならば買電、負（マイナス）ならば売電と表示するものとする。

設置される自家発電装置が、自家発電装置１に限定される場合、本発明の自家発電システムの設置後に、自家発電装置１が発電していないときは、逆潮流（売電）が行なわれることはあり得ない。

このことを利用し、自家発電装置１から符号判定部１７に送られる発電情報が、通信データ無し状態（無発電状態）や、発電停止状態を知らせる信号であるときに、電流センサＣＴａ、ＣＴｂで検出した電流検出信号６（６ａ、６ｂ）を各電力演算部８（８ａ、８ｂ）で演算させる。

その各結果の絶対値が所定量以上（例として０．１ｋＷ以上）である場合において、例えば電力演算部８ａの結果に負（マイナス）の符号がついている場合は、電流センサＣＴｂの逆方向設置における電力演算部８ｂの符号逆転が生じていると判断されるので、符号判定部１７の不揮発性メモリ１５に符号を反転させることが必要であることを記憶させる。

そして、この場合以降は電力演算部８ａから負（マイナス）の符号のデータが出力されると正（プラス）の符号に、正（プラス）の符号のデータが出力されると負（マイナス）の符号に変換するように、加算演算部１４に補正要請の信号を出力し、電流センサＣＴａの逆方向設置による電流方向の符号逆転が正しく補正されるようになる。

同様にして、電流センサＣＴｂの逆方向設置における電力演算部８ｂの符号逆転が生じた場合も対応可能とできる。

尚、この判定は設置時に１度行えばよく、常時頻繁に判定する必要がないため、測定した売電・買電電力の絶対値が所定量以上（例として０．１ｋＷ以上）という条件をつけている。また、電流センサが正常な方向に設置されている場合は電力演算部の結果に正（プラス）の符号がつくが、反転の必要がないので、不揮発性メモリ１５への記憶や補正要請動作を行なわないこととした。その他、メンテナンス等において誤設置が修復される可能性も考慮し、電流センサ判定に電源投入初回時のみ、あるいは１時間おき等の条件を設けてもよい。

また、処理速度が十分な回路を備えているのであれば、図３に示すように、符号判定部１６を電力演算部８ａ，８ｂと加算演算部１４の間に入れて、符号判定部１６内でリアルタイムで符号判定・逆転の処理をさせ、加算演算部１４に送信するようにしてもよい。

また、前述の初期設定の例では一般家庭においてはほぼ例外なく何らかの交流負荷が接続されており、自家発電装置の発電が行なわれないときには、商用電力系統側からの電力消費が生じていることを利用して交流負荷の接続工程を省略しているが、確実に設定を完了させるためには交流負荷を稼動状態にして接続しておくとよい。

更には、他の自家発電装置が併設されている場合、両発電装置の発電状況や接続される各相の負荷のバランス状態によっては、前述したように電流の流れる方向が一時的に逆転する場合がある。この電流方向が逆転しているタイミングで自動判別による補正を行なってしまう場合はかえって誤判定を行ない、電力表示を正しく行なえなくなる場合がある。

そこで、この符号反転の判断においては、結果を直ぐに反映させるのではなく、複数回の判定を行ない、その結果を反映させるようにする。

図９のａ）とｂ）は、本実施形態にかかわる電流センサーの方向判定方法を示すフローチャートである。

以下、図９に基づいて本実施形態にかかわる電流センサーの方向判定方法を説明する。

前述した図２における符号反転判別タイミング中に図９のａ）とｂ）に示すフローを実行させる。

まず、ステップＡのフローでは、今回符号判定部１６で得られた買電の方向が、現在不揮発性メモリ９に保存されている買電の方向と同じであるかを検証し、同じでなければ異方向検出カウンタをアップ（＋１）して、ステップＢに進み、同じであれば、異方向検出カウンタをクリアして、ステップＡの検証を反復する。

ステップＢでは、異方向検出カウンタが指定回数以上となっているかを検証し、指定回数未満であれば、そのままステップＡの検証に移行し、指定回数以上であれば、買電方向が逆転していると判断して、不揮発性メモリ９に、その逆転した買電方向を保存し、異方向検出カウンタをクリアして、ステップＡの検証に移行する。

尚、本フローの判定を行なう周期、および異方向検出カウンタ判定指定回数を変更することにより、併設される自家発電装置１９の稼動特性を考慮して、任意の時間での電流センサの方向反転の実行ができることになる。

また、設置時の初回電源投入時には、早期に正しい方向を判定させる必要があることから、設置時の初回電源投入時のみ異方向検出カウンタ判定指定回数を少ない値に設定することで対応が可能である。

このようにすることにより、符号判定に基づき修正された後、加算演算部１４に送られ加算演算を行ない、演算結果の値と正負の符号データとして表示部１０へ出力されて電力表示ならびに売電・買電の方向表示が行なわれるようにできるようになるので、電流センサの取り付け方向、電圧を検出する際の交流の相の極性に影響されず、正しい電力演算結果が得られ、また、表示することが可能となる。

他の自家発電装置が併設される場合であって、設置時に万一、一時的に電流の流れる方向が逆転しており、買電方向を誤った方向として設置したとしても、その後電流の流れる向きが正常な方向に戻った時には、電流センサの向きを正しい方向に補正することが可能となる。

また、他の自家発電装置が併設される場合であって、通常稼動時に、一時的に電流の流れる方向が逆転する場合であっても、直ぐには電流センサの向きを反転させないので、誤判定を避けることができ、正しい電力表示を維持することが可能になる。

尚、本実施形態では演算記憶部７が自家発電装置１の外部に設置される場合を例に取り説明したが、これに限定されるものではなく、演算記憶部７が自家発電装置１の内部にあって、同様の構成を成すものでもよい。

また、本実施形態では併設される発電装置が単相２００Ｖ出力の機器としているが、単相３線１００／２００Ｖ出力の機器であっても本発明の適用が可能である。

さらにまた、フローチャートの説明では、ステップＡにおいて買電方向が同じであった場合は、異方向検出カウンタをクリアするとしているが、カウンタをダウンさせることでも本発明の適用が可能である。

本発明に係る電力表示装置の実施形態を模式的に説明する回路構成図である。本発明に係る電力表示装置の電力演算符号判定方法を模式的に説明する図である。本発明に係る電力表示装置の他の実施形態を模式的に説明する回路構成図である。従来の自家発電装置の実施形態を模式的に説明する回路構成図である。他の自家発電装置が併設される場合の各相の電流の流れる方向を模式的に説明する回路構成図である。他の自家発電装置が併設される場合の各相の電流の流れる方向を模式的に説明する回路構成図である。他の自家発電装置が併設される場合の各相の電流の流れる方向を模式的に説明する回路構成図である。他の自家発電装置が併設される場合の各相の電流の流れる方向を模式的に説明する回路構成図である。ａ）及びｂ）は本実施形態にかかわる電流センサーの方向判定方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１：自家発電装置
２：分電盤
３：商用電力系統
４：分岐断路器
５：電圧検出信号
６ａ、６ｂ：電流検出信号
７：演算記憶部
８ａ、８ｂ：電力演算部
９：不揮発性メモリ
１０：表示器
１４：加算演算部
１５：不揮発性メモリ
１６：符号判定部
１７演算記憶部
１８：電力演算部
１９：併設される自家発電装置
４１ａ，４１ｂ：負荷
ＣＴａ、ＣＴｂ：電流センサ
Ｊ：電力表示システム
Ｓ：電力表示システム

Claims

自家発電手段を単相三線式の系統に連系して逆潮流させる自家発電システムにおいて、
電流の大きさと正負の向きを検出する電流センサと、
電圧検出手段と、
前記電流センサで検出した電流値と前記電圧検出手段で検出した電圧値との積を演算する売電・買電電力演算手段と、
前記自家発電手段の発電情報を検出する発電状態検出手段と、
前記発電状態検出手段から検出される発電情報に基づき、前記売電・買電電力演算手段の演算結果による正負の符号を判定する符号判定手段と、
前記符号判定手段の判定結果に基づき、前記売電・買電電力演算手段の演算結果による正負の符号を反転させる符号反転手段と、
前記符号判定手段により正負の符号が判定された演算結果および前記符号に基づき売電及び／又は買電の表示を行なう表示手段と
を備え、
前記符号判定手段は、前記発電情報が無発電状態または発電停止状態であり、かつ前記売電・買電電力演算手段の演算結果が負の符号である場合に、前記演算結果の符合の補正判定とするとともに、前記補正判定が複数回行われる場合に補正要請信号を出力する、自家発電システム。