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JP5003417B2 - 分散型電源システム - Google Patents

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Description

本発明は、商用電力系統と連系して、家庭内負荷へ交流電力を供給する分散型電源システムに関するものである。
従来、この種の分散型電源システムは、例えば図8のようなものがある(例えば、特許文献1参照)。
ここで、図8は従来の分散型電源システムSのブロック図を示す。
分散型電源システムSはU相、O相、W相から成る単相三線式の交流電源である商用電力系統31と、商用電力系統31と連系接続され、発電電力を逆潮流可能な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32と、自家発電装置32や商用電力系統31を交流負荷に振り分ける分電盤33と、商用電力系統31の電流を検出する電流センサ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34と、演算記憶部34から出力された情報を表示する表示部35で構成され、分電盤33は、分岐断路器36と商用電力系統31との間にU相の電流を検出する電流センサCTaと、W相の電流を検出する電流センサCTbが電力線に取り付けられている。
また、演算記憶部34は、商用電力系統31の電圧を検出する電圧検出信号37と、電流センサCTbからの電流検出信号38aと電圧検出信号37からの電圧情報を受信し、電力演算を行なう電力演算部39aと、電流センサCTaからの電流検出信号38bと電圧検出信号37からの電圧情報を受信し、電力演算を行なう電力演算部39bと、電力演算部39a、39bからの演算結果を受信する加算演算部40と、電力演算部39a、39bの正負の符号を記憶する不揮発性メモリ41と、自家発電装置32の運転状態及び停止状態を受信する符号判定部42(本従来では、逆潮流の場合を負とする)を備える。
以上のように構成された分散型電源システムSは、システム設置後に、自家発電装置32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32から符号判定部42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38a、38bを各電力演算部39a、39bで演算させる。
その各結果の絶対値が所定値以上(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39aの結果に負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39bの符号逆転が生じていると判断されるので、符号判定部42の不揮発性メモリ41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39aから負の符号のデータが出力されると正の符号に、正の符号のデータが出力されると負の符号に変換するように、加算演算部40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39bの符号逆転が生じた場合も対応可能である。
特開2004−297959号公報
しかしながら、前記従来の構成では、商用電力系統31に接続された家庭内負荷の電力消費が少ないと、電力演算部39a、39bで演算される電力値が小さいため、電流センサCTa、CTbの設置方向の判定ができない。
したがって、家庭内負荷の消費電力値が小さく、かつ電流センサCTa、CTbの向きが逆方向に設置されていると、その間、表示部35にて電力値が反転表示されたり、また、電力演算部39a、39bで演算される電力値を累積する電力積算メータなどを用いる場合、電力積算メータに誤差が蓄積されたりするという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、内部負荷で交流電力を消費させ、確実に商用電力系統から分散型電源装置へ電力を供給することで、家庭内負荷の状況に関わらず、電流センサの設置方向を判定し、電力値の補正が可能となり、システムの信頼性を向上させることができる分散型電源システムを提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の分散型電源システムは、発電機能を有し、商用電力系統と連系する分散型電源装置を備え、前記分散型電源装置は、前記商用電力系統から供給される電流の大きさと正負の向きを検出する電流センサと、前記商用電力系統の電圧を検出する電圧検出手段と、前記商用電力系統より電力供給される内部負荷と、制御手段と、を備え、前記内部負荷が動作する直前と直後の前記電流センサが検出する電流値と前記電圧検出手段が検出する電圧値の積から算出する電力値の偏差が所定値以上の場合、前記制御手段は、それ以降に算出する前記電力値の正負符号を反転させるものである。
これによって、内部負荷で交流電力を消費させ、確実に商用電力系統から分散型電源装置へ電力を供給することで、家庭内負荷の状況に関わらず、電流センサの設置方向を判定し、電力値の補正が可能となり、システムの信頼性を向上させることができることができる。
本発明の分散型電源システムは、内部負荷で交流電力を消費させ、確実に商用電力系統から分散型電源装置へ電力を供給することで、家庭内負荷の状況に関わらず、電流センサの設置方向を判定し、電力値の補正が可能となり、システムの信頼性を向上させることができる。
第1の発明は、発電機能を有し、商用電力系統と連系する分散型電源装置が、前記商用電力系統から供給される電流の大きさと正負の向きを検出する電流センサと、前記商用電力系統の電圧を検出する電圧検出手段と、前記商用電力系統より電力供給される内部負荷と、制御手段と、を備え、前記内部負荷が動作する直前と直後の前記電流センサが検出する電流値と前記電圧検出手段が検出する電圧値の積から算出する電力値の偏差が所定値以上の場合、制御手段が、それ以降に算出する電力値の正負符号を反転させるため、家庭内負荷の状況に関わらず、電流センサの設置方向を判定し、電力値の補正が可能となり、システムの信頼性を向上させることができる。
また、分散型電源装置の非発電・発電状態に関わらず、電流センサの設置方向を判定し、電力値の補正が可能となり、システムの信頼性を向上させることができる。
の発明は、特に、第1の発明の分散型電源システムにおいて、報知手段を備え、内部
負荷が動作する直前と直後の電流センサが検出する電流値と電圧検出手段が検出する電圧値の積から算出する電力値の偏差が所定値以内の場合、制御手段は、電流センサが異常であると判定し、報知手段に異常報知させることで、設置工事・メンテ作業時は電流センサの設置不具合を知らせ、システム設置後は電流センサの断線・故障を知らせることが可能となり、設置工事・メンテ作業、およびシステムの信頼性を向上させることができる。
の発明は、特に、第1又は第2の発明の分散型電源システムにおいて、設定手段を備え、前記設定手段からの操作指令をもとに制御手段が内部負荷を動作させるため、設置工事・メンテ作業時において、いつでも電流センサの設置方向の判定および電力値の補正、前記電流センサの設置不具合による異常を検出することが可能となり、設置工事・メンテ作業をスムーズに行うことができる。
の発明は、特に、第1からのいずれか1つの発明の分散型電源システムにおいて、制御手段は、時間計測機能を有し、計測した時間が所定時間以上のとき、前記内部負荷を動作させるため、定期的に電流センサの設置方向の判定および電力値の補正、前記電流センサの故障、断線などの異常を検出することが可能となり、システムの信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の分散型電源システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるのもではない。
参考の形態1)
図1は、本発明の参考の形態1における分散型電源システムのブロック図を示す。
図1に示すように、U相、O相、W相から成る単相三線式の交流電源である商用電力系統1には、商用電力系統1から供給される交流電力を消費する家庭内負荷2が連系接続されている。
商用電力系統1と連系する分散型電源システム3は、発電電力を交流電力として出力する分散型電源装置である燃料電池装置4と、家庭内負荷2、燃料電池装置4より商用電力系統1側のU相およびW相に設置された電流の大きさおよび正負の方向を検出する電流センサ5a、5b(本実施の形態では、U相に電流センサ5a、W相に電流センサ5bを設置)と、商用電力系統1の電圧を検出する電圧検出手段である電圧センサ6と、内部負荷であるヒータ7と、分散型電源システム3を制御する制御手段8と、電力値を積算する電力積算メータ9と、電力表示およびシステムの異常状態を表示する表示手段および報知手段であるLCD10を備える。
ここで、制御手段8は、電流センサ5a、5bで検出された電流値と電圧センサ6で検出された電圧値の積よりU相、W相ごとに電力を演算する電力演算部11(本実施の形態では、分散型電源システム3から商用電力系統1へ逆潮流するときをマイナスとする)と、電流センサ5a、5bの設置方向を判定する電流センサ設置方向判定部12と、電流センサ設置方向判定部12の判定結果を記憶する不揮発性メモリ13と、不揮発性メモリ13に記憶された電流センサ5a、5bの設置方向の情報に基づき電力演算部11で演算された電力値の正負符号を補正する符号反転部14と、内部負荷であるヒータ7への通電を制御するヒータ制御部15で構成される。
図2は同実施の形態の分散型電源システムにおける電流センサ設置方向判定の流れを示すフローチャートであり、図3は同実施の形態の分散型電源システムにおける電力演算および補正の流れを示すフローチャートである。
以上のように構成された分散型電源システムについて、以下その動作、作用について図1から図3を用いて説明する。
まず、制御手段8は、電源投入時に電流センサ5a、5bの設置方向の判定を行う。
制御手段8は、非発電状態である電力が商用電力系統1から燃料電池装置4方向へ供給されるようにするために、ヒータ制御部15にてヒータ7をONする(STEP101)。
ヒータ7のON時に、電流センサ5a、5bにて電流値を取得し、電圧センサ6にて電圧値を取得して、電力演算部11にてU相、W相ごとに取得した電流値と電圧値を掛け算することで電力演算を行う(STEP102〜104)。
電力値取得後は、電流センサ設置方向判定部12にて、電流センサ5a、5bの設置方向の判定を行い、不揮発性メモリ13へのU相、W相ごとに判定結果の記憶を行う(STEP105〜107)。
通常、非発電中であるならば、ヒータ7をONすることで電力は商用電力系統1から燃料電池装置4方向へ供給されるため、電流センサ5a、5bが正常の方向に設置されていれば、電力演算部11で演算される電力値は正となるはずである。
したがって、電流センサ設置方向判定部12による設置方向の判定は、電力演算部11で演算された電力値が、所定値(本実施の形態では0W)以上の時、設置方向は正方向と判定し、所定値未満時、設置方向は逆方向と判定し、その情報を不揮発性メモリ13へ設置方向情報として記憶する(STEP106、107)。
最後に、ヒータ制御部15にてヒータ7をOFFすることで、電流センサ5a、5bの設置方向の判定を終了する(STEP108)。
以降、不揮発性メモリ13に記憶された電流センサ5a、5bの設置方向情報をもとに電力演算および補正を常時行い、電力演算および補正結果をもとに、電力積算メータ9は電力の積算、LCD10は電力の表示を行う。
ここで、電力演算の方法は、電流センサ5a、5bにて電流値を取得し、電圧センサ6にて電圧値を取得して、電力演算部11にてU相、W相ごとに取得した電流値と電圧値を掛け算することで電力演算を行うものである(STEP201〜203)。
また、電力補正の方法は、U相、W相ごとに符号反転部14にて不揮発性メモリ13に記憶されている電流センサ設置情報が逆方向の時、電力演算部11で演算された電力値に(−1)を掛けることで電力値の正負符号を反転させる(STEP204)。
尚、本実施の形態では、電力が商用電力系統1から燃料電池装置4方向へ供給されるようにするために専用ヒータを用いたが、ヒータ熱を有効利用するために燃料電池装置4の発電に使用する選択酸化ヒータ、変成ヒータ、凍結予防ヒータ(いずれも図示せず)などを用いてもかまわない。
また、本実施の形態では、電源投入時に電流センサ5a、5bの設置方向の判定を行ったが、人為的による電流センサ5a、5bの設置方向の変更に対応するために、燃料電池装置4の起動・停止工程にて発電に際し使用するヒータをONさせた時に、再度、電流センサ5a、5bの設置方向の判定を行ってもかまわない。
また、本実施の形態では、電流センサ5a、5bの設置方向の判定は1回しか実施しなかったが、より確実に設置方向を判定するために複数回判定を行ってもかまわない。
以上のように、本実施の形態において、制御手段8は、燃料電池装置4が非発電状態においてヒータ7が動作することで電流が流れたときに、電流センサ5a、5bが検出する電流値と電圧センサ6が検出する電圧値の積から算出された電力値が所定値以下の場合、それ以降、算出する電力値の正負符号を反転させるため、家庭内負荷2の状況に関わらず、電流センサ5a、5bの設置方向を判定し、電力値の補正が可能となり、システムの信頼性を向上させることができる。
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2における分散型電源システムのブロック図を示す。尚、制御手段8は図1の構成に加えて、電力演算部11で演算された電力値を記憶する揮発性メモリ16を備える。
また、図5は、同実施の形態の分散型電源システムにおける電流センサ設置方向判定の流れを示すフローチャートである。
以上のように構成された分散型電源システム3について、以下その動作、作用について図3から図5を用いて説明する。
制御手段8は、参考の形態1と同様に、電源投入時に電流センサ5a、5bの設置方向の判定を行う。電流センサ5a、5bの設置方向の判定終了後は、常時、電力演算・補正を行うと共に、人為的な電流センサ5a、5bの設置方向の変更に対応するために、定期的に電流センサ5a、5bの設置方向判定を行う。
以下、電流センサ5a、5bの設置方向の判定方法について説明する。
制御手段8は、まず、現在の電力値を取得し(電力演算は、図3に示すSTEP201〜204)、揮発性メモリ16に記憶する(STEP301、302)。その後、ヒータ制御部15にてヒータ7をONする(STEP303)。
ヒータ7をONした後は、電流センサ設置方向判定部12にて、再び、現在の電力値(電力演算は、図3に示すSTEP201〜204)を取得し、取得した電力値と揮発性メモリ16に記憶する電力値をもとに電流センサ5a、5bの設置方向の判定、および不揮発性メモリ13への判定結果の記憶を行う(STEP305〜308)。
ここで、燃料電池装置4が非発電状態、もしくは発電状態であっても非逆潮流の場合、電流センサ5a、5bが正方向に設置されていれば、ヒータ7をONすることで電力は商用電力系統1から燃料電池装置4方向へ供給されるため、ヒータ7のON直前、直後の2つの電力値の差(本実施の形態では、(電力値の差)=(ヒータ7のON直後の電力値)−(ヒータ7のON直前の電力値とする))は正となる。また、燃料電池装置4が発電状態であっても逆潮流の場合、電流センサ5a、5bが正常方向に設置されていれば、ヒータ7をONすることで逆潮流が減少するため、同様にヒータ7のON直前、直後の2つの電力値の差は正となる。
したがって、電流センサ設置方向判定部12による設置方向の判定は、2つの電力の差が、所定値(本実施の形態では0W)以上の時、設置方向は正方向と判定し、所定値未満時、設置方向は負方向と判定し、その情報を不揮発性メモリ13に設置方向情報として記憶する。
最後に、ヒータ制御部15にてヒータ7をOFFすることで、電流センサ5a、5bの設置方向の判定を終了する(STEP309)。
以降、不揮発性メモリ13に新たに記憶された電流センサ5a、5bの設置方向情報をもとに電力演算および補正を行い、補正結果をもとに、電力積算メータ9は電力の積算し、LCD10は電力の表示を行う。
以上のように、本実施の形態において、制御手段8は、ヒータ7が動作する直前と直後の電流センサ5a、5bが検出する電流値と電圧センサ6が検出する電圧値の積から算出する電力値の偏差が所定値以上の場合、それ以降、算出する電力値の正負符号を反転させることで、燃料電池装置4の非発電・発電状態に関わらず、電流センサ5a、5bの設置方向を判定し、電力値の補正が可能となり、システムの信頼性を向上させることができる。
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3における分散型電源システムのブロック図を示す。尚、分散型電源システム3は、図4の構成に加えて、設定手段であるスイッチ18を備え、制御手段8は、図4の構成に加えて、電流センサ5a、5bの設置不具合や断線、故障を判定する電流センサ異常判定部17と、時間を計測する時間計測部19を備える。
また、図7は同実施の形態の分散型電源システムにおける電流センサ故障異常判定の流れを示すフローチャートである。
以上のように構成された分散型電源システム3について、以下その動作、作用について図3、図6、図7を用いて説明する。
制御手段8は、電源投入直後、もしくは、人為的な電流センサ5a、5bの設置方向の変更に対応するためにスイッチ18の操作や、電源投入後の電流センサ5a、5bの故障に対応するために時間計測部19により計測される時間をもとに24時間毎に電流センサ5a、5bの異常判定を行う。
以下、電流センサ5a、5bの異常判定方法について説明する。
制御手段8は、時間計測部19により時間計測を行なうと共に、スイッチ18の操作信号を取得する(STEP401、402)。この情報をもとに、時間計測部19による計測時間が24時間を経過、もしくは、スイッチ18より電流センサ5a、5bの異常判定実施指令に相当する信号を受信したら(本実施の形態では、スイッチ18は通常LOW信号を出力し、異常判定を行なうために押されたらHI信号を出力する)、時間計測部19の時間計測をクリアする共に、現在の電力値を取得し(電力演算は、STEP201〜204)、揮発性メモリ16にその電力値を記憶する(STEP403〜406)。そして、ヒータ制御部15にてヒータ7をONする(STEP407)。
ヒータ7をONした後は、電流センサ異常判定部17にて、再び、現在の電力値(電力演算は、STEP201〜204)を取得し、取得した電力値と揮発性メモリ16に記憶する電力値をもとに電流センサ5a、5bの異常判定を行う(STEP408、409)。
ここで、燃料電池装置4が非発電・発電状態、もしくは発電状態であっても非逆潮流・逆潮流に関わらず、電流センサ5a、5bの設置不具合、断線、故障があれば、ヒータ7のON直前と直後の2つの電力値の差(本実施の形態では、電力値の差=ヒータ7のON直後の電力値−ヒータ7のON直前の電力値とする)は理想的には0となる。
したがって、電流センサ異常判定部17による異常判定は、電流センサ5a、5bと電圧センサ6の測定誤差を考慮し、2つの電力の差が所定値(本実施の形態では−100W〜100W)以内の時は電流センサ5a、5bの異常と判定する。
電流センサ5a、5bの異常判定終了後は、ヒータ制御部15によりヒータ7をOFFするとともに、電流センサ5a、5bに異常がある場合は、LCD10へ異常情報を通知すると共に、LCD10にて電流センサの異常表示を行う(STEP409)。
以上のように、本実施の形態において、制御手段8は、ヒータ7が動作する直前と直後の電流センサ5a、5bが検出する電流値と電圧検出手段が検出する電圧値の積から算出する電力値の偏差が所定値以内の場合、前記電流センサが異常であると判定し、LCD10は、制御手段8が、電流センサ5a、5bが異常であると判定した場合、異常報知することで、設置工事・メンテ作業時は電流センサ5a、5bの設置不具合を、システム設置後は電流センサ5a、5bの断線・故障を知ることが可能となり、設置工事・メンテ作業、およびシステムの信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態において、制御手段8は、スイッチ18からの操作指令をもとにヒータ7を動作させるため、設置工事・メンテ作業時において、いつでも電流センサ5a、5bの設置方向の判定および電力値の補正、電流センサ5a、5bの設置不具合による異常を検出することが可能となり、設置工事・メンテ作業をスムーズに行うことができる。
また、本実施の形態において、制御手段8は、時間計測を計測し、計測した時間が所定時間以上のとき、ヒータ7を動作させるため、定期的に電流センサ5a、5bの設置方向の判定および電力値の補正、電流センサ5a、5bの故障、断線などの異常を検出することが可能となり、システムの信頼性を向上させることができる。
以上のように、本発明にかかる分散型電源システムは、内部負荷で交流電力を消費させ、確実に商用電力系統から分散型電源装置へ電力を供給することで、家庭内負荷の状況に関わらず、電流センサの設置方向を判定し、電力値の補正が可能となり、システムの信頼性を向上させることができるため、燃料電池装置、太陽光発電装置、風力発電装置、太陽熱発電装置のような分散型電源装置等の用途にも適用することができる。
本発明の参考の形態1における分散型電源システムのブロック図 参考の形態の分散型電源システムにおける電流センサ設置方向判定の流れを示すフローチャート 参考の形態の分散型電源システムにおける電力演算および電力値補正の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態2における分散型電源システムのブロック図 同実施の形態の分散型電源システムにおける電流センサ設置方向判定の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態3における分散型電源システムのブロック図 同実施の形態の分散型電源システムにおける電流センサ異常判定の流れを示すフローチャート 従来の分散型電源システムのブロック図
符号の説明
1 商用電力系統
3 分散型電源システム
4 燃料電池装置(分散型電源装置)
5a,5b 電流センサ
6 電圧センサ(電圧検出手段)
7 ヒータ(内部負荷)
8 制御手段
9 電力積算メータ
10 LCD(報知手段)
11 電力演算部
12 電流センサ設置方向判定部
13 不揮発性メモリ
14 符号反転部
15 ヒータ制御部
16 揮発性メモリ
17 電流センサ異常判定部
18 スイッチ(設定手段)
19 時間計測部

Claims (4)

  1. 発電機能を有し、商用電力系統と連系する分散型電源装置を備えた分散型電源システムにおいて、
    前記分散型電源装置は、
    前記商用電力系統から供給される電流の大きさと正負の向きを検出する電流センサと、
    前記商用電力系統の電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記商用電力系統より電力供給される内部負荷と、
    制御手段と、
    を備え、
    前記内部負荷が動作する直前と直後の前記電流センサが検出する電流値と前記電圧検出手段が検出する電圧値の積から算出する電力値の偏差が所定値以上の場合、前記制御手段は、それ以降に算出する前記電力値の正負符号を反転させる、
    分散型電源システム。
  2. 報知手段を備え、前記内部負荷が動作する直前と直後の前記電流センサが検出する電流値と前記電圧検出手段が検出する電圧値の積から算出する電力値の偏差が所定値以内の場合、前記制御手段は、前記電流センサが異常であると判定し、前記報知手段に異常報知させる請求項1に記載の分散型電源システム。
  3. 設定手段を備え、前記設定手段からの操作指令をもとに前記制御手段が前記内部負荷を動作させる請求項1又は2に記載の分散型電源システム。
  4. 前記制御手段は、時間計測機能を有し、計測した時間が所定時間以上のとき、前記内部負荷を動作させる請求項1から3のいずれか1項に記載の分散型電源システム。
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