福岡市公開智能住宅，可自動交換多種電力

  　　福岡市與福岡Smart House Consortium于2011年3月17～18日針對正在福岡市進(jìn)行試驗的智能住宅舉行了內(nèi)覽會。該智能住宅的特點是，構(gòu)筑了新型電源控制系統(tǒng)，組合使用太陽能發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電源和蓄電池，并且可與系統(tǒng)電源的電力自動交換。內(nèi)覽會上展示了多種使用情況，比如，讓系統(tǒng)電源的供電量保持為一定值，或者停止太陽能發(fā)電，讓系統(tǒng)電源和蓄電系統(tǒng)向負(fù)荷供電等（圖1）。

　　具體系統(tǒng)構(gòu)成為設(shè)置了本田Soltec制造的1kW額定輸出功率太陽能電池及ZEPHYR制造的1kW小型風(fēng)力發(fā)電機來用于發(fā)電。蓄電系統(tǒng)則采用Baysun制造的1kWh鋰離子充電電池模塊（電壓48V）與電裝制造的2kWh鋰離子充電電池模塊（電壓288V）。

　　電源控制系統(tǒng)由AVAL長崎制造，由可與系統(tǒng)電源雙向交換電力的系統(tǒng)連接逆變器、電動汽車用逆變器、向住宅內(nèi)負(fù)荷供電的逆變器、太陽能發(fā)電用DC-DC轉(zhuǎn)換器、風(fēng)力發(fā)電用DC-DC轉(zhuǎn)換器，以及2個可與蓄電池雙向交換電力的DC-DC轉(zhuǎn)換器（電池增壓器）構(gòu)成。

智能住宅的外觀 

 
圖1：自動工作的電源控制系統(tǒng)
電源控制系統(tǒng)與蓄電系統(tǒng)安裝在19英寸機架中（a）。電源控制系統(tǒng)的各裝置由380V的直流總線連接（b）。各裝置間的電力交換可在畫面上確認(rèn)（c）。

　　各裝置均配備數(shù)字控制電源，可數(shù)字處理并執(zhí)行開關(guān)電源的電壓及電流控制。控制用MCU采用美國德州儀器的DSP“C2000系列（Piccolo）”。裝置間利用以380V為基準(zhǔn)的直流（DC）總線連接，可根據(jù)各裝置相對于DC總線的電壓高低，自動控制電力。

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使用多個模型庫設(shè)計電源

　　福岡Smart House Consortium在構(gòu)筑自動電源控制系統(tǒng)時，采用了大量使用模擬的模型庫開發(fā)，而非原來反復(fù)嘗試開發(fā)法。該方法已應(yīng)用于汽車行業(yè)以縮短開發(fā)時間，此次則進(jìn)一步應(yīng)用到了電源設(shè)計領(lǐng)域。

　　電源控制系統(tǒng)的開發(fā)連續(xù)使用了三個工具。首先是采用崇城大學(xué)能源電子研究所所長中原正俊開發(fā)的電源電路模擬工具“SCALE”，設(shè)計電源電路圖。其次，采用美國邁斯沃克（The MathWorks）的“Simulink”，以電路圖為基礎(chǔ)制作控制部的模型，模擬驗證工作。隨后，制作實際的電源電路，以對控制邏輯進(jìn)行驗證。采用了德國dSPACE的軟件“dSPACE原型系統(tǒng)”。該軟件可在采用模型庫設(shè)計的控制部安裝完成后，使其工作，因此可在短時間內(nèi)進(jìn)行電源設(shè)計。

利用氣象數(shù)據(jù)

　在內(nèi)覽會上，除自動電源控制系統(tǒng)以外，還公開了管理住宅內(nèi)能源等的“HEMS（home energymanagement system）”的幾項關(guān)鍵技術(shù)（圖2）。比如，日本CSK演示了將IP進(jìn)行封裝后向VHF頻帶電視信號波發(fā)送的“IPDC（IP data cast）”。

 
圖2：可遠(yuǎn)程操作以及與氣象數(shù)據(jù)聯(lián)動
CSK在智能住宅內(nèi)公開了使用VHF頻帶電視信號波，發(fā)送IP數(shù)據(jù)來遠(yuǎn)程操作設(shè)備的演示（a）。在會場，現(xiàn)場演示了使用智能住宅模型，與日本氣象的氣象數(shù)據(jù)聯(lián)動來控制照明，以及為蓄電系統(tǒng)計劃性充放電（b）。

　　隨著模擬電視停播時間的臨近，該公司正在推進(jìn)利用空閑帶寬——VHF頻帶、基于IPDC的信息服務(wù)實證試驗。此次采用了從福岡塔發(fā)送的實際電波，除了在對講機畫面上顯示電器的召回信息以外，還演示了臺燈的開關(guān)控制等。另外，CSK與FM東京在2011年3月底之前進(jìn)行的實驗均獲得了日本總務(wù)省的批準(zhǔn)。

　　此外，與日本氣象的氣象數(shù)據(jù)聯(lián)動分四個階段控制LED照明，以及為蓄電系統(tǒng)計劃性充放電的現(xiàn)場演示也備受關(guān)注。該演示采用了智能住宅的模型。日本氣象能以方圓5公里為單位劃分日本全境，預(yù)測未來54小時每小時的太陽能發(fā)電量。通過這一預(yù)測，可構(gòu)筑效率更高的能源系統(tǒng)。