JP6057604B2

JP6057604B2 - 給電制御装置

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Publication number: JP6057604B2
Application number: JP2012179289A
Authority: JP
Inventors: 允也田中; 誠嶋田; 泰之小林; 恒下村
Original assignee: トランスブート株式会社
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2032-08-13
Also published as: JP2014039364A

Description

本発明は、商用電源および補助電源装置による給電を制御するための装置に関する。

太陽光発電などによる自家発電装置が導入されていない住宅でも使用できる簡易な補助電源装置として、商用電源からの給電を受けて蓄電池への充電を行う機能と、蓄電池から放電された直流電力を交流電力に変換して出力する機能とを有する補助電源装置が知られている。

図１０は、この種の補助電源装置３００の使用例を示す。
図中の２００は、住宅内に配備された分電盤であって、主幹ブレーカ２０１（漏電遮断器）や複数の安全ブレーカ２０２（配線用遮断器）が設けられている。商用電源からの電力は主幹ブレーカ２０１を介して各安全ブレーカ２０２に供給され、それぞれ負荷系統へと配電される。各負荷系統には、それぞれコンセント２０３や照明用のソケット２０４が含まれ、これらに所定の負荷機器が接続される。

図１０（１）に示すように、補助電源装置３００はコンセント２０３の１つに接続されて、充電される。
商用電源に停電が生じると、各ブレーカ２０１，２０２から負荷系統に対する給電も全て停止するが、図１０（２）に示すように、重要な負荷機器に補助電源装置３００を接続することにより、その負荷機器に電力を供給することができる。

このほか、図１１に示すように、分電盤２００内の給電ラインに補助電源３００を接続すれば、全ての負荷系統に電力を供給して、各負荷機器を作動させることが可能になる。

また下記の特許文献１には、系統電源（商用電源と同義）と家庭内の分電盤との間に第２の分電盤（付設分電盤）を配備し、この付設分電盤にインバータを有するポータブル充電池や電気自動車などの外部電源を接続した構成の給電システムが開示されている。系統電源および各分電盤は、３本の電力線により繋がっているが、各分電盤には電力線毎に主開閉器が設けられている。付設分電盤内の主開閉器より後段では、３本の電力線のうちの２本に、漏電遮断器（ブレーカ）を介して非常用電源が接続され、家庭内分電盤でも、非常用電源に対応する２本の電力線に漏電遮断器を介して非常用コンセントが接続されている。通常は、全ての主開閉器が閉じて全ての負荷系統に電力が供給されると共に、外部電源で充電が行われる。停電時には、手動スイッチの操作によって、非常用電源に接続された電力線のみが有効になり、外部電源からの電力が負荷分電盤を介して家庭内分電盤に供給され、非常用コンセントに接続された重要な負荷のみに電力が供給される。

特開２０１０−１７２０６８号公報

図１０（２）に示した方法では、特定の負荷機器しか動かすことができず、利便性に欠ける。反対に、図１１に示したように、補助電源装置３００からの放電による電力を分電盤２００に流すと、電力を供給する必要のない負荷系統にも電力が供給されてしまう。また、図１１中の点線のラインに示すように、放電による電流が分電盤２００から外部に向かって流れる現象（逆潮流）が生じ、蓄電された電力の全てを利用できない状態になり、給電効率が非常に悪い。

特許文献１に記載されている給電システムによれば、停電時には、３本の電力線のうち、非常用の２本に接続されている負荷系統のみに外部電源からの電力を供給することができる。しかし、非常用の電源の供給先が配線により決められるため、非常用の給電の対象を自由に変更するのは困難である。また、特許文献１のシステムでも、外部電源からの放電時の逆潮流が生じるはずであるが、それを防止する手段に関して特許文献１には何も記載されていない。

本発明は、上記の諸問題に着目してなされたもので、商用電源の停電時に補助電源装置からの放電による給電を行う際に、その供給先の負荷系統をユーザが自由に選択できるようにすると共に、補助電源装置からの放電により外部への逆潮流が生じることがないようにすることを、課題とする。

本発明による給電制御装置は、商用電源からの電力供給を受ける一般分電盤と商用電源および太陽光発電モジュールからの充電機能を有する補助電源装置とからの複数の負荷系統に対する給電を制御する装置であって、補助電源装置による補助電源の給電ラインに接続される複数のブレーカと、これらのブレーカに対応する数の切替部と、各切替部の動作を個別に制御する制御部と、その制御の内容を設定するための操作部とを備える。

各切替部は、前記複数のブレーカの１つと一般分電盤内の複数のブレーカの１つとのうち、制御部から指定されたいずれか一方のブレーカを負荷系統に接続する。また、制御部には、以下の制御回路、変換回路、停電検知回路、電源切替回路が設けられる。

制御回路には商用電源の停電時に補助電源を優先して供給すべき優先負荷系統に対応する切替部を識別するための情報が登録されるメモリが含まれると共に、後述する切替制御手段および登録情報更新手段が設けられる。変換回路は、商用電源または補助電源装置から供給される１００Ｖの交流を制御回路を駆動するための大きさの直流電圧に変換して制御回路に供給する。停電検知回路は一般分電盤からの商用電源の停電を検出する。電源切替回路は、商用電源、補助電源装置、および停電検知回路に接続され、停電検知回路からの検知信号が商用電源の停電を示さないオフ状態の間は商用電源を前記変換回路に接続し、検知信号がオフ状態から商用電源の停電を示すオン状態に切り替わったことに応じて、変換回路に接続される電源を商用電源から補助電源に切り替える。制御回路の切替制御手段は、停電検知回路からの検知信号を入力し、この検知信号が前記オフ状態からオン状態に変化したことに応じて、メモリに登録された情報に基づき、優先負荷系統に対する切替部には補助電源側のブレーカを当該優先負荷系統に接続する旨を指定する一方、その他の負荷系統に対する切替部には一般分電盤内のブレーカを当該負荷系統に接続する旨を指定する。登録情報更新手段は、操作部で優先負荷系統を指定する操作が行われたとき、その指定の内容に基づきメモリに登録されている前記優先負荷系統に対応する切替部を識別するための情報を更新する。

上記の構成の給電制御装置は、住宅などの建物内に既に構築されている給電システムに組み込まれて使用されるものである。補助電源装置は、たとえば、一般分電盤から商用電源の給電を直接受けて充電を行うタイプの装置であるが、これに限らず、たとえば太陽光発電などによる電力生成機能を備え、その機能により生成された電力を蓄えるタイプの補助電源装置を用いてもよい。

上記の給電制御装置の切替部は、既存の給電システム内で給電制御の対象としたい負荷系統を、その負荷系統に元々接続されていた一般分電盤内のブレーカと、自装置内で補助電源の供給を受けているブレーカのうち制御部に指定されたブレーカに接続する。制御部の指定の内容が変わると、接続対象のブレーカも切り替えられる。

給電制御装置の制御回路は、通常は、商用電源を駆動用電源として、各切替部に、それぞれ一般分電盤内のブレーカを負荷系統に接続する旨を指定することができる。商用電源に停電が生じた場合には、電源切替回路によって制御回路の駆動用電源が補助電源に切り替えられると共に、メモリに登録された情報に基づく制御回路からの指定によって、優先負荷系統に対する切替部でのみ、当該優先負荷系統への接続先が補助電源側のブレーカに切り替えられる。これにより、優先負荷系統への接続先は補助電源側のブレーカに切り替えられて補助電源が供給されるが、その他の負荷系統は停電状態となる。

優先負荷系統は、操作部での指定操作によって自由に選択することができ、また適宜変更することが可能であるので、既存の負荷系統の種類や補助電源装置の充電容量などに応じた柔軟な選択が可能になる。また、一般分電盤内のブレーカからの給電路と補助電源側のブレーカからの給電路とは切替部を挟んで絶縁され、制御部においても、電源切替回路によって商用電源と補助電源との間が絶縁されているので、商用電源の停電時に補助電源装置からの放電による電力が負荷系統に流れても、商用電源側への逆潮流が生じるおそれがない。
よって、選択された優先負荷系統のみに電力を供給すると共に、逆潮流による損失を防止することができ、利便性および給電効率が高められる。

一実施形態による給電制御装置では、操作部は、商用電源が停電していない状態下で補助電源装置からの給電を行う時間帯を負荷系統毎に指定する操作を受け付けることが可能である。制御回路には、上記の操作に応じて、補助電源装置からの給電を行う旨が指定された負荷系統に接続された切替部とその給電の指定の時間帯とを対応づけたスケジュール情報をメモリに登録するスケジュール登録手段と、時刻を計測するためのタイマとが設けられる。

さらにこの実施形態の切替制御手段は、停電検知回路からの検知信号がオフ状態で維持されている間に、タイマの計時時刻とメモリ内のスケジュール情報とに基づき、給電の指定の時間帯毎に、その時間帯が指定された負荷系統に対する切替部に補助電源側のブレーカを当該負荷系統に接続する旨を指定する一方、その他の負荷系統に対応する切替部には一般分電盤側のブレーカを当該負荷系統に接続する旨を指定する。

上記の実施形態によれば、商用電源が停電していない状態下でも、必要に応じて、所望の負荷系統に補助電源から給電することが可能になるので、利便性がより高められる。

本発明の給電制御装置を既存の給電システムに組み込むことによって、商用電源の停電時に補助電源装置からの給電を行う優先負荷系統を、操作部に対する指定操作によって選択したり、その選択を変更することが可能になる。よって、既存の配電の構成や負荷系統の種類に関係なく、商用電源の停電時に給電を行う負荷系統を自由に選択することができ、利便性が高められる。
また、補助電源装置からの電力によって商用電源側への逆潮流が生じるおそれもないので、補助電源による給電効率を高めることができる。

本発明による給電制御装置が導入された給電システムの構成例を示す説明図である。主要電源の停電に伴い生じる給電状態の変化の例を示す説明図である。給電制御装置および一般分電盤の配線図である。メイン制御基板の構成を示すブロック図である。コンソールに表示される設定用画面の一例を示す図である。給電制御のために演算制御部が実行する処理（通常時処理）のフローチャートである。給電制御のために演算制御部が実行する処理（停電時処理）のフローチャートである。補助電源装置の使用状況を表す画面の例を示す図である。太陽光発電システムを含む給電システムに給電制御装置を導入した例を示す説明図である。太陽光発電システムを含む給電システムの従来例を示す説明図である。従来の補助電源装置の使用例を示す説明図である。補助電源装置を分電盤に接続して給電を行う従来例を示す説明図である。

図１は、本発明による給電制御装置が導入された給電システムの構成例を示す。
この実施例の給電制御装置１は、住宅内に配備されている既存の分電盤２（以下、「一般分電盤２」と呼ぶ。）と共に住宅内の適所に設けられて、各種負荷系統への給電を制御するものである。また住宅内には市販の補助電源装置３が配備される。

一般分電盤２は、商用電源を給電するためのもので、主幹ブレーカ２０や複数の安全ブレーカ２１が組み込まれる。
給電制御装置１は、一般分電盤２に付設された第２の分電盤として位置づけられるもので、主幹ブレーカ１０および複数の安全ブレーカ１１のほか、安全ブレーカ１１に対応する数の電磁リレー１２、これら電磁リレー１２の動作を制御するリレー制御基板１３、装置全体の制御やその制御内容に関する設定を行うメイン制御基板１４などが設けられる。給電制御装置１の制御部は、メイン制御基板１４およびリレー制御基板１３により構成される。

図１では、商用電源の給電ラインを一点鎖線により示し、補助電源の給電ラインを点線により示す。後で参照する図３でも、同様の方法で各給電ラインを明示する。
また以下では、一般分電盤２内の安全ブレーカ２１を「商用電源側ブレーカ２１」と呼び、給電制御装置１内の安全ブレーカ１１を「補助電源側ブレーカ１１」と呼ぶ。また、給電制御装置１内の電磁リレー１２を単に「リレー１２」と呼ぶ。

一点鎖線のラインが示すように、補助電源装置３には一般分電盤２内の商用電源側ブレーカ２１の１つから商用電源が供給される。この供給路には電磁リレーによる切替器３０が設けられる。この切替器３０は商用電源への開閉を定期的に切り替える目的で配備されたものであるが、補助電源装置３がタイマにより充電時間を制御する機能を有する場合には、切替器３０を設けなくともよい。

補助電源装置３は、商用電源の交流を直流に変換して充電する機能と、充電された直流電力を交流に変換して放電する機能とを有する。点線のラインが示すように、補助電源装置３からの放電による電源（補助電源）は、給電制御装置１の主幹ブレーカ１０およびメイン制御基板１４に供給され、さらに主幹ブレーカ１０から各補助電源側ブレーカ１１に分配される。また、メイン制御基板１４は一般分電盤２内の主幹ブレーカ２０からも商用電源の供給を受けているが、メイン制御基板１４の接続先は主幹ブレーカ２０に限らず、商用電源側ブレーカ２１の１つに接続してもよい。

給電制御装置１内の各リレー１２は、複数の負荷系統５１，５２，５３・・の１つに接続されると共に、自装置の補助電源側ブレーカ１１の１つと一般分電盤２の商用電源側ブレーカ２１の１つとに対応づけられ、これら２つのブレーカ１１，２１のうちの一方を負荷系統に接続する。リレー制御基板１３は、メイン制御基板１４からの指示の下で各リレー１２の動作をそれぞれ個別の制御信号（以下、「リレー制御信号」という。）により制御する。補助電源装置３への給電ラインに設けられた切替器３０の開閉動作も、同様に、リレー制御基板１３からのリレー制御信号により制御される。

図２は、図１に示した３つの負荷系統５１，５２，５３（ここでは「系統１」「系統２」「系統３」とする。）を対象に、商用電源の停電に伴い生じる給電状態の変化の例を示す。

図中の上段は通常時の給電状態である。各系統は全て商用電源側ブレーカ２１に接続されて商用電源の供給を受け、所属する負荷機器を作動させることができる。
商用電源が停電になると、図２の下段に示すように、優先負荷系統に設定されている系統１および系統３は補助電源側ブレーカ１１に接続されるが、優先負荷系統ではない系統２は商用電源側ブレーカ２１に接続されたままになる。よって、系統１および系統３では補助電源側ブレーカ１１を介して補助電源の供給を受けて負荷機器を作動させることができるが、系統２の負荷機器は動かなくなる。

図３は、給電制御装置１および一般分電盤２の構成や配線状態の具体例を示す。
この実施例の商用電源および補助電源には、単層２線式の給電ラインが適用されている。なお、図３では、各負荷系統をそれぞれの系統内のコンセントにより示し、給電制御装置１のリレー１２に接続されているコンセントに符号５Ａを付し、リレー１２に接続されていないコンセントに符号５Ｂ，５Ｃを付す。

図３の例の給電制御装置１には、リレー１２および補助電源側ブレーカ１１が６個ずつ導入されている。一般分電盤２には、補助電源側ブレーカ１１を上回る数の商用電源側ブレーカ２１（図示例では８個）が設けられ、そのうちの６個が給電制御装置１のリレー１２に一対一の関係をもって接続されている。リレー１２に接続されない２個の商用電源側ブレーカ２１はそれぞれ負荷系統（コンセント５Ｂ，５Ｃ）に直接接続され、そのうちの１つ（コンセント５Ｂ）が補助電源装置３への給電ラインに接続される。なお、リレー１２や補助電源側ブレーカ１１の数は６個に限らず、負荷系統の数に応じて増減することができる。

この実施例の各リレー１２は２極２相タイプのヒンジ型リレーであり、ｃ接点に負荷系統が接続され、ｂ接点に一般分電盤２の商用電源側ブレーカ２１が接続され、ａ接点に補助電源側ブレーカ１１が接続される。リレー１２のコイルが消磁しているときは、負荷系統は商用電源側ブレーカ２１に接続されるが、コイルが励磁すると、負荷系統の接続先は補助電源側ブレーカ１１に切り替えられる。

リレー制御基板１３と各リレー１２とは、それぞれ２本の信号線を介して接続されている。２本の信号線の一方からは一定レベルの直流電圧が伝送され、他方の信号線から前述したリレー制御信号が伝送される。
リレー１２のコイルの一端には、上記の直流電圧が常時印加される。リレー制御信号は、通常は、コイルの両端に同じ電圧をかけてコイルを消磁の状態とすることにより、商用電源側ブレーカ２１を負荷系統に接続する。このときのリレー制御信号の状態を、以下では「商用電源指定状態」という。

商用電源が停電になると、優先負荷系統に繋がるリレー１２に対するリレー制御信号が切り替えられてコイルに電流が流れ、優先負荷系統への接続先が商用電源側ブレーカ２１から補助電源側ブレーカ１１に切り替えられる。このときのリレー制御信号の状態を、以下では「補助電源指定状態」という。

商用電源が停電していない場合でも、あらかじめ設定された時間帯になると、１または複数の負荷系統に対応するリレー制御信号が、商用電源指定状態から補助電源指定状態に切り替えられる。

各リレー１２にいずれの状態のリレー制御信号を送信するかは、メイン制御基板１４からの切替指示信号により定められる。メイン制御基板１４は、給電先の変更が必要な負荷系統が生じる都度、切替指示信号を更新してリレー制御基板１３に送信する。リレー制御基板１３では、切替指示信号を受ける都度、その最新の切替指示信号に応じて給電先を変更すべき負荷系統を判断し、その負荷系統に対するリレー制御信号の状態を切り替える。

主幹ブレーカ１０への補助電源の供給ラインには電流センサ１５（ＣＴ）が設けられている。この電流センサ１５による計測データ（電流値を示すもの）は、リレー制御基板１３を経由してメイン制御基板１４に伝送される。
メイン制御基板１４とリレー制御基板１３とは、この計測データの伝送用の信号線（２本）のほか、電源供給用の信号線（３本）や、制御用データの伝送用の信号線（２本）を介して接続される。

図４は、メイン制御基板１４の概略構成を、周辺の構成との関係と共に示すブロック図である。
この図４に示すように、メイン制御基板１４には、商用電源、補助電源のそれぞれに対するノイズフィルタ１０１，１０２，電源切替用の電磁リレー１０３，停電検知回路１０４，ＡＣ／ＤＣ変換器１０５，ＤＣ／ＤＣ変換器１０６，１０７，通信回路１０８，測定処理部１０９，演算制御部１１０などが設けられる。演算制御部１１０はマイクロコンピュータであり、測定処理部１０９はその処理専用のＩＣチップである。また通信回路１０８は、無線通信用の回路であって、外部のコンソール１１１（この実施例では、無線機能を有するタブレット型の端末装置を使用する。）と通信を行う。

商用電源および補助電源は、いずれも１００Ｖの交流電源であり、電磁切替用リレー１０３によって、いずれか一方の電源が選択されて後段に接続される。
電源切替用リレー１０３を通過した交流は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０５により１２Ｖの直流に変換された後、ＤＣ／ＤＣ変換器１０６によって５Ｖの直流に変換され、さらにＤＣ／ＤＣ変換器１０７によって３．３Ｖの直流に変換される。演算制御部１１０は、３．３Ｖの直流による電源の供給を受けて動作し、通信回路１０８は、５Ｖの直流による電源の供給を受けて動作する。また、測定処理部１０９には、３．３Ｖの直流および５Ｖの直流の両方が供給される。

リレー制御基板１３には、メイン制御基板１４との間の３本の電源供給ライン（図２参照）のうちの一本により３．３Ｖの直流が伝送され、他の一本により１２Ｖの直流が伝送され、残りの一本によりグランド電位が伝送される。リレー制御基板１３にも、マイクロコンピュータによる演算制御部（図示せず。）が設けられており、メイン制御基板１４からの３．３Ｖの直流による電源の供給を受けて動作する。１２Ｖの直流は、リレー１２の駆動源として、リレー制御基板１３から各リレー１２に供給される。

停電検知回路１０４には、ダイオードブリッジによる整流回路、平滑回路、フォトカプラなど（いずれも図示せず。）が含まれる。整流回路および平滑回路は、ノイズフィルタ１０１を介した商用電源を直流の信号に変換し、その信号がフォトカプラにより伝達される。

フォトカプラの出力端子は、演算制御部１１０および電源切替用リレー１０３の駆動回路に接続される。演算制御部１１０は、フォトカプラからの信号を停電検知信号として監視しながら、後述する制御を実行する。
図４には示していないが、電源切替用リレー１０３の駆動回路は、フォトカプラからの出力が続いている間はリレー１０３のコイルに電流を流さず、フォトカプラからの出力が停止したときに補助電源の供給を受けてコイルに電流を流すように設計されている。また、この補助電源によりコイルが励磁したときに補助電源からの給電ラインが後段の回路に接続され、コイルが消磁しているときには商用電源からの給電ラインが後段の回路に接続される。

よって、一般分電盤２からの商用電源がメイン制御基板１４に供給されてフォトカプラからの出力が続いている間は、商用電源が給電制御装置１の駆動用電源となる。一方、商用電源が停電してフォトカプラからの出力が途絶えると、駆動用電源は補助電源に切り替えられる。また、停電検知信号の反転によって、演算制御部１１０に、商用電源が停電したことが伝えられる。

補助電源の供給ラインは、ノイズフィルタ１０２の手前で分岐され、その分岐ラインが測定処理部１０９に接続される。測定処理部１０９には、上記分岐ラインを流れる交流の電圧を検出する回路が含まれている。また、測定処理部１０９は、電流センサ１５からリレー制御基板１３を経由して伝送された電流計測データを入力して、その入力データが示す電流値と自回路で検出された電圧値とを用いて単位時間当たりの給電量（電力量）を算出する。この演算の結果は演算制御部１１０に伝送される。

演算制御部１１０には、内部のメモリに組み込まれたプログラムによって、通信回路１０８を介してコンソール１１１と通信を行う機能、その通信によりコンソール１１１に対する操作で設定された情報を受け付けてメモリに登録する機能、登録された情報に基づきリレー制御基板１３への切替指示信号を生成する機能、測定処理部１０９からの演算結果などを用いた統計演算を行う機能、その演算結果に基づきコンソール１１１に給電状況などを示す画面（図７参照）を表示させる機能などが設定される。

図５は、コンソール１１１に表示される設定用の画面の一例を示す。
この画面には、各リレー１２に接続された負荷系統の名称が星印のマークＭと共に表示されている。マークＭはタッチ操作により、明るく着色された状態と輪郭線のみの状態とに切り替えられる（図５では、明るい色彩を網点パターンに置き換えて示している。）。この明るく着色されたマークＭに対応する負荷系統が優先負荷系統である。

初期状態の画面では全ての負荷系統が優先負荷系統に設定されているが、ユーザがマークＭをタッチすることにより、優先負荷系統の数を絞り込むことができる。また、優先負荷系統から外れた負荷系統のマークＭをタッチすることにより、再びその負荷系統を優先負荷系統に設定することができる。

また、この画面には、各負荷系統毎に修正ボタン１１２が設けられている。修正ボタン１１２がタッチされると、画面は、そのボタンに対応する負荷系統用の設定画面（図示せず。）に変更される。この専用設定画面では、負荷系統の名称の変更を受け付けるほか、該当する負荷系統に非停電時に補助電源を供給する場合のスケジュール情報（補助電源からの給電を行う時間帯などを指定するもの）を設定することができる。

コンソール１１１により設定された情報は、通信回路１０８から演算制御部１１０へと伝送されて、演算制御部１１０内のメモリに登録される。この実施例の演算制御部１１０では、各負荷系統の識別番号にそれぞれ管理情報を紐付けてメモリに登録しており、この管理情報に、優先負荷系統であるか否かを示すフラグデータ、非停電時に補助電源を供給するか否かを示すフラグデータおよびその供給の時間帯などを含める。
負荷系統の識別番号に紐付けられる管理情報には、リレー１２や補助電源側ブレーカ１１の識別番号も含まれる。リレー制御基板１３側のメモリにも同様に各識別番号の関係が登録され、各リレー１２に対する制御に使用される。

演算制御部１１０は、登録された管理情報に基づき、負荷系統毎にその系統を商用電源および補助電源のいずれに接続するかを示すフラグ信号を設定し、各フラグ信号を含む数ビット構成の切替指示信号を生成する。切替指示信号中のフラグ信号の並びは、それぞれに対応する負荷系統の識別番号に基づき一定の順序に固定される。この切替指示信号は、制御内容の変更が生じる都度、その変更に合った内容に更新され、リレー制御基板１３に送信される。

リレー制御基板１３の演算制御部は、上記の切替指示信号を取り込み、その信号中の各フラグ信号に従って、各リレー１２に対するリレー制御信号を設定する。
なお、図３によれば、メイン制御基板１４とリレー制御基板１３との間には制御用データの伝送用の信号線が２本設けられているが、切替指示信号はシリアル信号としてこれらの信号ラインの一方から送信され、他方の信号線により、切替指示信号に対するリレー制御基板１３からメイン制御基板１４への応答信号（各リレー１２に切替指示信号に従ったリレー制御信号を送信したことを報知するもの）が送信される。

図６は、給電制御のために演算制御部１１０が実行する処理の手順であり、通常時の処理手順を示す図６−１と停電時の処理手順を示す図６−２とに分かれている。以下、これらの図の流れに沿って、演算制御部１１０における制御をリレー制御基板１３の動作と関連づけながら説明する。
なお、図６では、補助電源への接続を指示する状態のフラグ信号をオン状態とし、商用電源への接続を指示する状態のフラグ信号をオフ状態とする。また、商用電源が供給されている状態下での停電検知信号をオフ状態とし、商用電源が停電したときの停電検知信号をオン状態とする。

商用電源が供給されている間は、商用電源が駆動用電源として選択されて、この電源から派生した直流電源が各所に供給される。この状態下では、図６ー１の「通常時処理」の手順が実行される。商用電源が停電すると、補助電源が駆動用電源となり、演算制御部１１０の処理は図６−２の「停電時処理」に切り替わる。

まず通常時処理について説明する。
演算制御部１１０は、最初の電源投入に応じて起動した後、全ての負荷系統に対するフラグ信号をオフ状態として、各フラグ信号を含む切替指示信号をリレー制御基板１３に送信する（ステップＳ_Ａ１）。
この送信を受けたリレー制御基板１３では、各フラグ信号に従って、全てのリレー１２に対するリレー制御信号を、商用電源指定状態に設定する。この設定により、各リレー１２に繋がる負荷系統はすべて商用電源側ブレーカ２１に接続されて、商用電源の供給を受ける。

以下、演算制御部１１０は、停電検知信号の変化を監視しながら（ステップＳ_Ａ２）、各負荷系統に順に着目して、着目中の負荷系統につきメモリに登録されているスケジュール情報を内部のタイマの計時時刻と照合する（ステップＳ_Ａ３〜Ｓ_Ａ８）。

この照合により、着目中の負荷系統には商用電源からの給電が行われているが、補助電源からの給電に切り替えるタイミングになったと判断した場合（ステップＳ_Ａ４が「ＹＥＳ」）には、演算制御部１１０は、着目中の負荷系統に対するフラグ信号をオフ状態からオン状態に変更して、その変更後のフラグ信号を含む切替指示信号をリレー制御基板１３に送信する（ステップＳ_Ａ６）。また、着目中の負荷系統には補助電源からの給電が行われているが、その給電を終了するタイミングになったと判断した場合（ステップＳ_Ａ５が「ＹＥＳ」）には、演算制御部１１０は、着目中の負荷系統に対するフラグ信号をオン状態からオフ状態に変更してその変更後のフラグ信号を含む切替信号をリレー制御基板１３に送信する（ステップＳ_Ａ７）。なお、ステップＳ_Ａ６，Ｓ_Ａ７のいずれにおいても、切替指示信号中の着目中の負荷系統のフラグ信号以外のフラグ信号は、直前の状態のまま維持される。

着目中の負荷系統に関して、補助電源からの給電を開始するタイミングや給電を終了するタイミングになっていない場合（ステップＳ_Ａ４，Ｓ_Ａ５が共に「ＮＯ」）には、フラグ信号の変更は行われず、切替指示信号の送信が行われることもない。
各負荷系統に対する処理が一巡すると（ステップＳ_Ａ８が「ＹＥＳ」）、ステップＳ_Ａ２へと戻り、以下、上記と同様の手順を繰り返す。

ステップＳ_Ａ６の処理により、オフ状態からオン状態に変更されたフラグ信号を含む切替指示信号を受けたリレー制御基板１３では、その変更がなされたフラグ信号に対する負荷系統に繋がるリレー１２へのリレー制御信号を、商用電源指定状態から補助電源指定状態に切り替える。その他のリレー１２へのリレー制御信号は、引き続き、商用電源指定状態で維持される。この制御により、給電対象として設定されている負荷系統のみが補助電源側ブレーカ１１に接続されて補助電源の供給を受け、その他の負荷系統は、引き続き商用電源の供給を受ける。

ステップＳ_Ａ７の処理により、オン状態からオフ状態に変更されたフラグ信号を含む切替指示信号を受けたリレー制御基板１３では、その変更がなされたフラグ信号に対する負荷系統に繋がるリレー１２へのリレー制御信号を、商用電源指定状態に復帰させる。この設定変更により、補助電源側ブレーカ１１に接続されていた負荷系統の接続先が商用電源側ブレーカ２１に切り替えられ、再び商用電源が供給される状態になる。

なお、同じ時間帯に補助電源の供給を受ける負荷系統が複数ある場合には、その時間帯に入ったときのステップＳ_Ａ３〜ステップＳ_Ａ８のループにおいてステップＳ_Ａ６による切替指示信号の送信が複数回実行され、それを受けたリレー制御基板１４の制御により、該当するリレー１２が順に補助電源側ブレーカ１１に切り替えられる。同じ時間帯に補助電源の供給が終了する負荷系統が複数ある場合にも、同様に、その時間帯に入ったときのステップＳ_Ａ３〜ステップＳ_Ａ８のループにおいてステップＳ_Ａ７による切替指示信号の送信が複数回実行され、それを受けたリレー制御基板１４の制御により、該当するリレー１２が順に商用電源側ブレーカ２１に切り替えられる。

商用電源が停電すると、停電検知信号がオフ状態からオン状態に変化する（ステップＳ_Ａ２が「ＹＥＳ」）。この変化を検出した演算制御部１１０は、通常時処理を中断して停電時処理へと移行する。

図６−２に参照を切り替えて、停電時処理を説明すると、停電時処理では、優先負荷系統の登録情報に基づき、優先負荷系統に対するフラグ信号をオン状態にし、その他のフラグ信号をオフ状態として、各フラグ信号を含む切替指示信号をリレー制御基板１３に送信する（ステップＳ_Ｂ１）。

上記の切替指示信号の送信を受けたリレー制御基板１３では、オン状態のフラグ信号に対する負荷系統用のリレー１２へのリレー制御信号を補助電源指定状態に設定し、その他のリレー１２へのリレー制御信号を商用電源指定状態に設定する。この設定により、優先負荷系統のみを補助電源側ブレーカ１１に接続して、補助電源を供給することができる。

また、停電後に、ユーザがコンソール１１１を用いて優先負荷系統の選択状態を変更する操作を行った場合には、ステップＳ_Ｂ１の実行後にステップＳ_Ｂ２が「ＹＥＳ」となり、ステップＳ_Ｂ１に戻る。この結果、各負荷系統に対するフラグ信号が変更操作に従って更新され、リレー制御基板１３に送信される。この送信を受けたリレー制御基板１３でも、各リレー１２へのリレー制御信号を更新後のフラグ信号に応じた状態に変更する。

商用電源が復旧して停電検知信号がオン状態からオフ状態に戻ると（ステップＳ_Ｂ３が「ＹＥＳ」）、演算制御部１１０は停電時処理を終了し、通常時処理のステップＳ_Ａ２から通常時処理を再開する。

なお、切替指示信号には、補助電源装置３とコンセント５Ｂとの間の切替器３０に対するフラグ信号も含まれている。また、演算制御部１１０に登録されるスケジュール情報には、補助電源装置３で充電を行う時間帯も含まれている。
フローチャートへの記載は省略したが、演算処理部１１０は、通常時処理において、補助電源装置３の充電を行う時間帯に入ったか否かもチェックしている。そして、充電の時間帯に入ったと判断した場合には、切替器３０に対するフラグ信号を含む全てのフラグ信号をオフ状態として、切替指示信号を送信する。この送信を受けたリレー制御基板１３では、切替器３０に対するリレー制御信号を切り替えて、補助電源装置３とコンセント５Ｂとが接続された状態にすると共に、全てのリレー１２へのリレー制御信号を商用電源指定状態に設定する。

補助電源装置３の充電の時間帯が終了する際には、演算制御部１１０は、切替器３０に対するフラグ信号をオン状態からオフ状態に変更し、その変更後のフラグ信号を含む切替指示信号（その他のフラグ信号は変更されない。）を送信する。
この送信を受けたリレー制御基板１３では、切替器３０に対するリレー制御信号を切り替えて、補助電源装置３への電源供給路を切断する。

上記のとおり、商用電源が停電した場合には、直前の給電状態のいかんに関わらず、あらかじめ定められた優先負荷系統のみが補助電源に接続されて補助電源の供給を受け、その他の負荷系統は停電状態となる。このように、商用電源が停電した場合には、重要な負荷系統にのみ補助電源を供給することができる。また、商用電源が停止していない通常時においても、スケジュール情報に従って、１〜複数の負荷系統に定期的に補助電源を供給することができる。

優先負荷系統や、通常時に補助電源を給電する対象の負荷系統やその給電の時間帯の設定は、コンソール１１１を用いて自由に行うことができる。設定の変更も、同様に、コンソール１１１を用いて容易に行うことができる。よって、ユーザが緊急時に稼働させる必要があると考える負荷系統や補助電源装置３の充電容量などに応じて、給電先の負荷系統を様々に設定することができ、不都合が生じた場合などに、その設定を変更することもできる。また、優先負荷系統の変更は、商用電源が停電している状態下でも可能であるので、事前に意図していなかったが停電になって動かす必要が生じた負荷系統に補助電源を供給したり、節電のために一部の優先負荷系統への補助電源からの給電を解除したい場合にも、容易に対応することができる。

なお、上記の実施例では、メイン制御基板１４からリレー制御基板１３に送信される切替指示信号を、各負荷系統毎のフラグ信号を連ねた数ビット構成の信号として、給電元の電源の指定状態の変更が生じる都度、その変更を反映した切替指示信号をメイン制御基板１４で生成してリレー制御基板１３に送信しているが、切替指示信号の送信の形態や制御の手順はこれに限定されるものではない。

たとえば、メイン制御基板１４において、一定の時間間隔で停電検知信号の状態をチェックし、停電検知信号がオフ状態（商用電源が供給されている状態）であれば、負荷系統毎にその時点でのスケジュール情報に基づきフラグ信号の状態（給電期間中であればオン状態、給電期間中でなければオフ状態）を設定し、これらの設定による切替指示信号を送信する。一方、停電検知信号がオン状態（商用電源が停電の状態）であれば、優先負荷系統に設定されている負荷系統に対するフラグ信号をオン状態にし、その他の負荷系統に対するフラグ信号をオフ状態にした切替指示信号を送信する。このような処理にすると、リレー制御基板１３には、定期的に切替指示信号が送信されることになるが、リレー制御基板１３において、毎時の切替指示信号におけるフラグ信号の変化を負荷系統毎に検出して、変化が生じた負荷系統に対するリレー制御信号を切り替えればよい。

メイン制御基板１４における商用電源の給電ラインと補助電源の給電ラインとの間は電源切替用リレー１０３により絶縁され、各負荷系統に対する商用電源の供給ラインと補助電源の供給ラインとの間もそれぞれ負荷系統に対応するリレー１２により絶縁されているので、補助電源からの給電が行われているときに、その給電による電流が商用電源側のラインに流入するおそれがない。よって、商用電源側への逆潮流を防止して、給電効率を高めることができる。

さらに、この実施例の管理制御装置１では、演算制御部１１０による情報処理によって、コンソール１１１に図７に示すような画面を表示することができる。
この画面は、図示しないメニュー画面での呼出操作に応じて表示される。画面では、ユーザ向けに、補助電源装置３を「蓄電池」と表現し、その現在の蓄電率を示す画像１２１や数値表示欄１２２、補助電源からの給電量の現在値および本日分の累計値の表示欄１２３、給電量の時系列変化を示すグラフ１２４、各負荷系統の現在の状態を示す欄１２５などが表示される。また、画面の上には、「設定」という文字が付されたボタン１２０が設けられる。このボタン１２０がタッチされると、画面は先の図５に示した設定画面に切り替えられる。なお、設定画面は、メニュー画面からも呼び出し可能である。

欄１２３やグラフ１２４に示される給電量は、測定処理部１０９から入力される電力の測定データから得られたものである。欄１２２内の蓄電率は、補助電源装置３の充電容量、給電量、補助電源装置３における充電量などから算出される。充電量は、たとえば、演算制御部１１０のメモリ内のログ情報により切替器３０を閉じた時間（具体的には切替器３０に対するフラグ信号をオンに設定した時間）を充電時間として割り出し、その時間にあらかじめコンソール１１１から入力された単位時間あたりの充電量を乗算する方法により算出することができる。

各負荷系統の状態の表示欄１２５では、各負荷系統の登録名称が「給電」または「商用」の文字と共に表示される。「給電」は、現在、対応する負荷系統が補助電源に接続されていることを意味し、「商用」は、現在、対応する負荷系統が商用電源に接続されていることを意味する。
「給電」および「商用」の表示は、最新の切替指示信号における各フラグ信号の設定状態から導出されたものである。すなわち、最新の切替指示信号でオン状態に設定されたフラグ信号に対する負荷系統には「給電」の文字が対応づけられ、最新の切替指示信号でオフ状態に設定されたフラグ信号に対する負荷系統には「商用」の文字が対応づけられる。

上記の表示によれば、ユーザは、補助電源装置３にどの程度の電力が蓄えられているかや、補助電源を供給する負荷系統を増やす余裕があるか、または補助電源の供給先を減らすべきかなどを、容易に判断することができる。そして設定の変更が必要と判断した場合には、ボタン１２０により設定画面を呼び出して、必要とする設定変更を行うことができる。

上記の給電制御装置１を既存の住宅内の給電システムに導入するには、施工者は、住宅内の適所に給電制御装置１を設置して、一般分電盤２の主幹ブレーカ２０または商用電源側ブレーカ２１の１つをメイン制御基板１４に接続し、補助電源装置３の放電側ラインをメイン制御基板１４および主幹ブレーカ１０に接続する。また、補助電源の供給を可能にする負荷系統を定めて、これらの負荷系統と商用電源側ブレーカ２１との間の接続ラインを切断し、両者を給電制御装置１内のリレー１２の１つを介して繋いだ状態にする。また、補助電源用の切替器３０が使用される場合には、切替器３０をリレー制御基板１３に接続すると共に、この切替器３０を介して一般分電盤２への接続が切断されなかったコンセント５Ｂと補助電源装置３の充電側ラインとを接続する。切替器３０を使用しない場合には、補助電源装置３の充電側ラインを直接コンセント５Ｂに接続する。

給電制御装置１の取付や電気接続が完了して、メイン制御基板１４への商用電源の供給が開始されると、施工者は、コンソール１１１を用いて、各リレー１２に繋がる負荷系統の名称を設定する。また、ユーザの要望に応じて優先負荷系統やスケジュール情報を設定するが、その設定は、ユーザ自身が行ってもよい。

なお、コンソール１１１として使用するタブレット端末は無線機能を有するものに限らず、ＵＳＢインタフェースなどを介して演算制御部１１０に電気接続してもよい。また、端末装置に代えて、装置本体に操作パネルを固定してもよいし、操作パネルに代えて、各負荷系統に対応する数のスイッチと表示部とを設けてもよい。なお、表示の機能を設けずに、スイッチのみを設けても良いが、その場合には、各スイッチに対応する負荷系統の名称を記したシールを貼るなど、スイッチと負荷系統との対応関係を間違わないような工夫をする必要がある。

上記実施例の給電制御装置１では、各リレー１２の動作を直接制御するリレー制御基板１３に対し、制御の内容の変更が必要になる都度、メイン制御基板１４から全てのリレーに対する指示を含む切替指示信号を送信する方式をとっているが、制御の方法はこれに限定されるものではない。たとえば、各負荷系統および切替器３０に対するフラグ信号をそれぞれ個別の信号線により伝送することとして、メイン制御基板１４から、常時、現在のフラグ信号の設定状態に応じた電圧レベルの信号を伝送し、リレー制御基板１３において、フラグ信号の切り替えを検出して対応するリレー制御信号を切り替えるようにしてもよい。
また、メイン制御基板１４とリレー制御基板１３とを１つの制御基板に統合し、この制御基板において、商用電源の停電検知や主電源の切替を行いながら、各リレー１２の動作を制御してもよい。

なお、上記実施例では、各給電ラインが単相２線式であったが、単相３線式の給電ラインを用いる場合にも、同様の仕組みで負荷系統毎に商用電源と補助電源とを切り替えることができる。また、この切り替えに用いられるリレー１２も、前述した２極２相タイプに限らず、他のタイプのものを使用することもでき、メイン制御基板１４とリレー制御基板１３との間の信号線の種類や数も、適宜、変更可能である。
商用電源や補助電源も１００Ｖに限らず、２００Ｖの交流にも対応可能である。

次に、上記では、商用電源のみで電力を賄う給電システムに給電制御装置１を導入した事例を示したが、本発明の給電制御装置１は、太陽光発電などの自家発電システムを有する給電システムに導入することもできる。図８は、その導入例を示す。

図８には、商用電源および太陽光発電により生成された電力による給電を行う一次系統と、この一次系統からの給電を受ける二次系統との関係が示されている。
一次系統には、太陽光パネルを含む発電モジュール６０，パワーコンディショナ６１，買電メータ６２，売電メータ６３などが含まれる。パワーコンディショナ６１は商用電源と同じ給電ライン６５に接続される。買電メータ６２および売電メータ６３も、この給電ライン６５に介装されている。
二次系統は、一般分電盤２の主幹ブレーカ２０に給電ライン６５が接続されるほかは、図１の例と同様の構成をとる。

パワーコンディショナ６１は、発電モジュール６０により生成された直流電力を、電圧や周波数が商用電源に整合する交流に変換し、給電ライン６５へと送出する。この太陽光発電による発電量がゼロの場合（夜間）や二次系統側の需要量より発電量の方が少ない場合には、不足分の電力が商用電源から取り込まれる。ただし、給電ライン６５から一般分電盤２を介して伝送される電力を補助電源装置３に蓄えると共に、メイン制御基板１４に補助電源からの給電を受ける時間帯やその給電対象の負荷系統を登録しておけば、夜間などに二次系統で必要となる電力を補助電源により賄うことが可能になる。

一方、太陽光発電による電力量が二次系統での消費電力量を上回った場合には、その余剰分の電力が商用電源側に流れる逆潮流が生じる。
買電メータ６２は、商用電源から一次系統を介して二次系統へと流れた電力の量を計測し、売電メータ６３は逆潮流の電力量を計測する。各メータ６２，６３の計測値は、電力会社での精算処理に使用される。

図９は、太陽光発電機能を有する給電システムの従来例を示す。この例では、二次系統は、一般分電盤２のみとなる。また、図示を省略しているが、一般分電盤２の各ブレーカ２１には、それぞれ負荷系統が直接接続されている。
一次系統には、補助電源装置３１が配備され、パワーコンディショナ６１に接続されているが、その他の構成は図８の例と同じである。

パワーコンディショナ６１は、太陽光発電で生じた電力を給電ライン６５に送出する。この太陽光発電による発電量が二次系統側の需要量を上回った場合には、その余剰分の電力による逆潮流が生じる。

パワーコンディショナ６１は、この逆潮流による電力を補助電源装置３１に充電することができる。また太陽光発電による発電量がゼロの場合（夜間）や二次系統側の需要量より発電量の方が少ない場合には、不足分の電力が商用電源から取り込まれるが、補助電源装置３１に電力が充電されている場合には、パワーコンディショナ６１は、補助電源装置３１を放電させてその放電による電力を給電ライン６５に送出することができる。

しかし、この従来例では、補助電源装置３１が一次系統側に設けられ、その充電用のラインと放電用のラインとがパワーコンディショナ６１を介して同一の給電ライン６５に接続されているので、太陽光発電による電力のほか、商用電源から取り込まれた電力が補助電源装置３１に充電される可能性がある。また、パワーコンディショナ６１の誤動作などにより、太陽光発電により二次系統側の需要量が賄える量の電力が生成されているときに補助電源装置３１からの放電が行われ、その放電により生じた余剰電力による逆潮流が生じる可能性もある。そうなると、売電分として電力会社に提供される電力の中に商用電源から取り込まれた電力が含まれ、買電メータや売電メータによる計測値に基づく精算に支障が生じるおそれがある。

これに対し、図８に示した給電システムでは、補助電源装置３は二次系統側に配置されており、充電側のラインと放電側のラインとはそれぞれ異なる経路に接続されている。メイン制御基板１４には、商用電源と補助電源とが供給されるが、図４に示したように、両電源の給電ラインは、電源切替用リレー１０３により絶縁されている。また、各負荷系統への給電に関しても、補助電源側ブレーカ１１からの給電ラインと一次系統に繋がる商用電源側ブレーカ２１からの給電ラインとはリレー１２により絶縁されているので、逆潮流が完全に防止される。

図８の実施例の補助電源装置３には、太陽光発電による電力のほか、商用電源の電力も充電される可能性があるが、上記のとおり、補助電源の給電ラインは一次系統から完全に絶縁されているので、補助電源装置３の放電による電力は二次系統で使用されるのみで、一次系統側の給電ラインに流出するおそれはない。よって、買電メータおよび売電メータによる計測値の信頼度が確保され、精算処理を支障なく行うことができる。

１給電制御装置
２一般分電盤
３補助電源装置
１１補助電源側ブレーカ
１２電磁リレー
１３リレー制御基板
１４メイン制御基板
２１商用電源側ブレーカ
１０３電源切替用リレー
１０４停電検知回路
１０８通信回路
１１０演算制御部
１１１コンソール

Claims

商用電源からの電力供給を受ける一般分電盤と商用電源および太陽光発電モジュールからの充電機能を有する補助電源装置とからの複数の負荷系統に対する給電を制御する装置であって、
前記補助電源装置による補助電源の給電ラインに接続される複数のブレーカと、これらのブレーカに対応する数の切替部と、各切替部の動作を個別に制御する制御部と、その制御の内容を設定するための操作部とを備え、
各切替部は、それぞれ前記複数のブレーカの１つと前記一般分電盤内の複数のブレーカの１つとのうち、前記制御部から指定されたいずれか一方のブレーカを所定の負荷系統に
接続するものであり、
前記制御部は、
商用電源の停電時に補助電源を優先して供給すべき優先負荷系統に対応する切替部を識別するための情報が登録されるメモリを含む制御回路と、
商用電源または補助電源装置から供給される１００Ｖの交流を前記制御回路を駆動するための大きさの直流電圧に変換して制御回路に供給する変換回路と、
前記一般分電盤からの商用電源の停電を検出する停電検知回路と、
前記商用電源、補助電源装置、および前記停電検知回路に接続され、前記停電検知回路からの検知信号が商用電源の停電を示さないオフ状態の間は前記商用電源を前記変換回路に接続し、前記検知信号がオフ状態から商用電源の停電を示すオン状態に切り替わったことに応じて、前記変換回路に接続される電源を商用電源から補助電源に切り替える電源切替回路とを備え、
前記制御回路は、
前記停電検知回路からの検知信号を入力し、この検知信号が前記オフ状態からオン状態に変化したことに応じて、前記メモリに登録された情報に基づき、前記優先負荷系統に対する切替部には前記補助電源側のブレーカを当該優先負荷系統に接続する旨を指定する一方、その他の負荷系統に対する切替部には一般分電盤内のブレーカを当該負荷系統に接続する旨を指定する切替制御手段と、
前記操作部で優先負荷系統を指定する操作が行われたとき、その指定の内容に基づき、前記メモリに登録されている前記優先負荷系統に対応する切替部を識別するための情報を更新する登録情報更新手段とを具備する、ことを特徴とする給電制御装置。
前記操作部は、商用電源が停電していない状態下で補助電源装置からの給電を行う時間帯を負荷系統毎に指定する操作を受け付けることが可能であり、
前記制御回路には、上記の操作に応じて、前記補助電源装置からの給電を行う旨が指定された負荷系統に接続された切替部とその給電の指定の時間帯とを対応づけたスケジュール情報を前記メモリに登録するスケジュール登録手段と、時刻を計測するためのタイマとがさらに設けられ、
前記切替制御手段は、前記停電検知回路からの検知信号がオフ状態で維持されている間に、前記タイマの計時時刻と前記メモリ内のスケジュール情報とに基づき、給電の指定の時間帯毎に、その時間帯が指定された負荷系統に対する切替部に前記補助電源側のブレーカを当該負荷系統に接続する旨を指定する一方、その他の負荷系統に対する切替部には一般分電盤内のブレーカを当該負荷系統に接続する旨を指定する、請求項１に記載された給電制御装置。