JP2017103868A - 電力制御装置および電力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 受電電圧と需要電力に応じて、需要家の電力（需要家内に設置された電気機器の消費電力と発電装置の発電電力の和）を制御することにより、電力系統、送配電系統の電圧変動を抑制し、電圧を安定化させること。【解決手段】 実施形態の電力制御装置は、電力系統に接続された電力需要家の消費電力目標値を設定する電力目標値設定手段と、前記電力需要家の配電系統に接続された電力消費手段の消費電力を測定する電力測定手段と、前記電力目標値設定手段により設定した消費電力目標値と前記電力測定手段により測定した消費電力測定値とを用いて、前記電力需要家の配電系統に接続された発電手段の発電出力設定値を求める発電出力設定値演算手段と、前記電力需要家の配電系統の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電圧測定手段により測定した電圧測定値と前記発電出力設定値演算手段により求めた発電出力設定値とを用いて、発電出力指令値を求めて出力する発電出力指令値演算手段と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力系統に接続された電力需要家（一般家庭を含む）に設置された発電装置の電力制御装置および電力制御方法に関する。

送電線および配電線は、電力需給の状況に応じて電圧が変化する。従来は、発電所や送配電設備で無効電力を調整し、電圧を調整していた。近年、風力発電や太陽光発電など、電圧変動の要因となる再生可能エネルギーの増加および分散配置に伴い、発電所や送配電設備だけで電圧を調整することが困難になりつつある。将来、電力系統内の再生可能エネルギー比率が更に増加すると、特に、需要家受電端での電圧を調整できなくなるおそれがある。

太陽光発電の場合、発電出力の増加に伴い、電圧が上昇するため、特に、配電系統の末端では、発電出力を絞らなければならず、太陽光発電設備の利用率が低下するという問題がある。そのため、需要家端の電圧を調整する技術が求められている。

特許第５３０９０７７号公報

風力発電、太陽光発電などの再生可能エネルギーは、気象状況に応じて出力が変動し、出力の変動に伴い、電力系統の電圧が変動する。特に、太陽光発電は、需要家または需要家近傍に設置されることが多く、太陽光発電の出力変動に伴い、需要家の受電端電圧が変動するという問題がある。風力発電、太陽光発電は、分散設置されることが多いため、事業用の発電所、変電所、開閉所等の送配電設備で各需要家の受電端電圧を調整することも難しい。

また、太陽光発電の場合、受電端電圧がある値を超えると、電圧上昇を防ぐために、発電出力を絞ったり、停止したりする機能が備えられている。そのため、天気が良く、多くの太陽光発電設備が大きな出力を発生している場合、配電系統の末端に近いほど、電圧上昇が大きくなり、天気が良いほど発電電力量が減るという問題を生ずるおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、受電電圧と需要電力に応じて、需要家の電力（需要家内に設置された電気機器の消費電力と発電装置の発電電力の和）を制御することにより、電力系統、送配電系統の電圧変動を抑制し、電圧を安定化する電力制御装置および電力制御方法を提供することにある。

実施形態の電力制御装置は、電力系統に接続された電力需要家の消費電力目標値を設定する電力目標値設定手段と、前記電力需要家の配電系統に接続された電力消費手段の消費電力を測定する電力測定手段と、前記電力目標値設定手段により設定した消費電力目標値と前記電力測定手段により測定した消費電力測定値とを用いて、前記電力需要家の配電系統に接続された発電手段の発電出力設定値を求める発電出力設定値演算手段と、前記電力需要家の配電系統の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電圧測定手段により測定した電圧測定値と前記発電出力設定値演算手段により求めた発電出力設定値とを用いて、発電出力指令値を求めて出力する発電出力指令値演算手段と、を具備する。

電力系統の電圧調整を担う特殊な機器を設置することなく、配電系統の電圧に応じて、電力系統から見た需要家の電力を制御することにより、電力系統、送配電系統の電圧変動を抑制し、電圧を安定化させることができる。

第１の実施形態によるシステム構成の例（電力制御装置を分電盤外部に設置した例）を示す図。 同実施形態による電力制御装置の内部構成例を示す図。 第２の実施形態によるシステム構成の例（電力制御装置を分電盤に内蔵した例）を示す図。 同実施形態による電力制御装置の内部構成例を示す図。 発電出力指令値演算機能の例（電圧調定率が１０％、発電出力設定値が５００Ｗの場合の例）を説明するための図。 発電出力指令値演算機能の例（電圧調定率が１０％、発電出力設定値が６００Ｗの場合の例）を説明するための図。 発電出力指令値演算機能の例（電圧調定率が１０％、発電出力設定値が２００Ｗの場合の例）を説明するための図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
最初に、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態によるシステム構成の例（電力制御装置を分電盤外部に設置した例）を示す図である。図２は、同実施形態による電力制御装置の内部構成例を示す図である。

図１は、電力系統に接続された電力需要家内の配電系統１１に、開閉装置１３を介して電力消費手段および発電手段が接続され、電力消費手段が電灯２１、テレビ２２、冷蔵庫２３およびエアコン２４、発電手段が電気温水器付きの燃料電池システム３０であり、電力制御装置４０を分電盤１２の外部に設置した例を示している。電力消費手段は、一般的に、コンセント等の接続手段を介して配電線に接続されるが、接続手段の図は省略している。燃料電池システム３０は、電力制御装置４０から供給される発電出力指令値に従って、内部に備える燃料電池（本体）３２、温水器用加熱装置３３、電力変換器３４を制御することで、発電出力を調整する。なお、温水器用加熱装置３３は、例えば、電熱器やヒートポンプを用いることができる。

電力制御装置４０は、図２に示すように、電力需要家の消費電力目標値（以下、電力目標値と呼ぶ）を設定する電力目標値設定部６１と、配電系統１１の電流と電圧とから電力を測定することにより、配電系統１１に接続された電力消費手段の消費電力を測定する消費電力測定部６２と、配電系統１１の電圧を測定する電圧測定部６５と、電力目標値設定部６１により設定した電力目標値と電力測定部６２により測定した消費電力測定値（以下、電力測定値と呼ぶ）とを用いて、燃料電池システム３０の発電出力設定値を演算する発電出力設定値演算部６３と、電圧測定部６５により測定した電圧と発電出力設定値演算部６３により求めた発電出力設定値とから発電出力指令値を求めて出力する発電出力指令値演算部６４と、を有する。

各構成要素は、機能単位に構成を示したものであり、実際の装置においては、一つの機能が複数の要素から構成されても良いし、複数の機能を有した要素から構成されても良い。図２では、電力目標値設定部が電力制御装置４０に内蔵されている例を示したが、電力目標値設定部６１は、電力制御装置４０の外部にあっても良い。

電力測定部６２は、電流と電圧とを入力して電力を測定し、発電出力設定値演算部６３に出力する。発電出力設定値演算部６３は、電力測定部６２により測定した電力測定値と電力目標値設定部６１により設定した電力目標値とを用いて、発電出力設定値を求め、発電出力指令値演算部６４に出力する。発電出力指令値演算部６４は、電圧測定部６５で測定した電圧測定値と発電出力設定値演算部６３により求めた発電出力設定値とから発電出力指令値を演算で求め、発電出力指令値を燃料電池システム３０の制御部３１へ出力する。電圧が基準値で、電力目標値が発電電力の目標値で正の場合、消費電力＜発電出力となり、需要家は、電力系統に電力を供給する。電力目標値が負の場合、消費電力＞発電出力となり、需要家は、電力系統から電力を受電する。

上述の例では、電力目標値が発電電力の目標値の場合について説明したが、電力目標値が消費電力であっても良い。電圧が基準値で、電力目標値が消費電力で正の場合、消費電力＞発電出力となり、需要家は、電力系統から電力を受電する。電力目標値が負の場合、消費電力＜発電出力となり、需要家は、電力系統に電力を供給する。

次に、電圧が基準値から外れている場合について説明する。電圧が基準値よりも高い場合、発電出力指令値演算部６４は、発電出力指令値を小さくする。燃料電池システム３０の発電出力が減るため、電力系統に供給する電力が減るか、電力系統から受電する電力が増え、電力系統の電圧が下がる。

電圧が基準値よりも低い場合、発電出力指令値演算部６４は、発電出力指令値を大きくする。燃料電池システム３０の発電出力が増えるため、電力系統に供給する電力が増えるか、電力系統から受電する電力が減り、電力系統の電圧が上がる。

第１の実施形態によれば、電力系統内の需要家の消費電力が変動し、発電出力と消費電力にアンバランスが生じたり、電力系統の電圧が変化したりすると、需要家内の電力消費手段の消費電力変動や電力系統の電圧変化に応じて、需要家内の発電手段が発電出力を調整するので、電力系統の電圧変動を抑制し、電圧を安定化することができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。
図３は、第２の実施形態によるシステム構成の例（電力制御装置を分電盤に内蔵した例）を示す図である。図４は、同実施形態による電力制御装置の内部構成例を示す図である。

図３、図４は、電力制御装置４０は分電盤内に内蔵され、消費電力指令値（以下、電力指令値と呼ぶ）がスマートメータ５０から電力制御装置４０に入力され、電力制御装置４０は電気量として電流および電圧を入力する例で、電力設定値の代わりに電力指令値を用い、電力測定値の代わりに電圧、電流から求められる後述する消費電力処理値を用い、電圧測定値と電圧調定率とを用いて、発電出力指令値を求めるようにした例を示している。図３では、電力指令値をスマートメータ５０経由で電力制御装置４０に入力しているが、電力指令値は、スマートメータ５０を経由せずに、直接、電力制御装置４０に入力されても良いし、スマートメータ５０以外の機器を経由して入力されても良い。

すなわち、電力制御装置４０は、図４に示すように、電力需要家の電力指令値を入力する電力指令値入力部５１と、配電系統１１の単数または複数の電気量、例えば電流および電圧をそれぞれ測定する電流測定部４１および電圧測定部４２と、電流測定部４１および電圧測定部４２でそれぞれ測定した電流および電圧から、配電系統１１の電力を演算する電力演算部４３と、電力演算部４３により演算して得られた電力計算値に対して平均化、平滑化、一次遅れ、積算などの調整を施して得られる消費電力処理値（以下、電力処理値と呼ぶ）を出力する電力計算値処理部４４と、電力計算値処理部４４により求めた電力処理値と電力指令値入力部５１により入力した電力指令値との電力差から発電出力設定値を演算する発電出力設定値演算部４５と、配電系統１１の電圧を測定する電圧測定部４２と、後述する電力電圧調定率を設定する電圧調定率設定部４８と、発電出力設定値演算部４５により求めた発電出力設定値と、電圧調定率設定部４８で設定されている電圧調定率と、電圧測定部４２により測定した電圧測定値とを用いて、発電出力指令値を演算する発電出力指令値演算部４７と、発電出力指令値演算部４７により求めた発電出力指令値を燃料電池システム３０へ出力する発電出力指令値出力部４９と、を有する。

各構成要素は、機能単位に構成を示したものであり、実際の装置においては、一つの機能が複数の要素から構成されても良いし、複数の機能を有した要素から構成されても良い。

電流測定部４１は電流を測定し、電流測定値を電力演算部４３に出力する。電圧測定部４２は電圧を測定し、電圧測定値を電力演算部４３に出力する。電力演算部４３は、電流測定値と電圧測定値とから電力計算値を求め、その電力計算値を電力計算値処理部４４に出力する。図４では、電流と電圧とを用いて電力計算値を求める例を示したが、その他の電気量を用いて電力計算値を求めても良い。また、電力制御装置４０の外部で求めた電力値を電力計算値の代わりに用いても良い。外部で求めた電力値を用いる場合、電流測定部４１、電圧測定部４２、電力演算部４３は、不要になる。

電力計算値処理部４４は、電力計算値を入力し、その電力計算値を発電出力設定値演算部に適した値、例えば、平均値などを計算し、その結果を電力処理値として出力する。処理方法としては、平均化の他に、平滑化、一次遅れ、積算など、用途に応じて様々な方法が考えられる。

電力指令値入力部５１は、スマートメータ５０から出力される電力指令値を入力し、発電出力設定値演算部４５に出力する。図４では、スマートメータ５０からの電力指令値が入力される例を示したが、スマートメータ５０以外から電力指令値を入力しても良い。前述の図２に示されるように電力制御装置４０の内部に電力目標値を設定する電力目標値設定部を設け、電力指令値の代わりに電力目標値を用いるようにしても良い。

発電出力設定値演算部４５は、電力処理値と電力指令値とを用いて、発電出力設定値を求め、発電出力指令値演算部４７に出力する。

電圧測定部４２は、配電系統１１の電圧を測定し、これを電圧測定値として発電出力指令値演算部４７に出力する。図４では、電圧を計測する例を示したが、電圧以外の電気量から電圧を求めても良い。また、電力制御装置４０の外部で求めた電圧値を電圧測定値として用いても良い。外部で求めた電圧値を用いる場合、電圧測定部４２は不要になる。

電圧調定率設定部４８は、設定された電圧調定率を発電出力指令値演算部４７に出力する。図４では、電力制御装置４０内に電圧調定率設定部４８を有する例を示したが、電力制御装置４０の外部から電圧調定率を発電出力指令値演算部４７に入力するようにしても良い。外部から電圧調定率を入力する場合、電圧調定率設定部４８は不要になる。

発電出力指令値演算部４７は、発電出力設定値と電圧調定率と電圧測定値を用い、発電出力指令値を求め、発電出力指令値出力部４９に出力する。発電出力指令値出力部４９は、発電出力指令値を燃料電池システム３０の制御部３１へ出力する。

なお、電力制御装置４０は、さらに、例えば消費電力増加指令または消費電力減少指令受信前の消費電力を記憶する電力記憶手段（図示せず）を備え、また、電力需要家の電力指令値を入力する電力指令値入力部５１の代わりに電力需要家の消費電力増加指令値または消費電力減少指令値を入力する電力増減指令値入力手段（図示せず）を備え、前記発電出力設定値演算部４５は、電力処理値の代わりに消費電力記憶値を用い、電力指令値の代わりに消費電力増加指令値または消費電力減少指令値を用いて、発電出力設定値を演算するように変形実施してもよい。

図５は、本実施形態による電力制御装置の発電出力指令値演算部の演算機能の一例を説明するための図である。縦軸は電圧、横軸は発電出力指令値、太い実線が電圧と発電出力指令値の関係、一点鎖線が発電出力設定値、点線が基準電圧である。発電出力設定値（基準出力）が５００Ｗ、最大出力が１０００Ｗ、基準電圧が１００Ｖ、電圧調定率が１０％の例を示す。なお、電圧調定率は、以下の式で表される。
電圧調定率（％）
＝［（Ｖ２−Ｖ１）／基準電圧］／［（Ｐ１−Ｐ２）／最大出力］×１００（％）
Ｐ１＝電圧Ｖ１における出力
Ｐ２＝電圧Ｖ２における出力
・［具体例１］
図３、図４、図５および以下の仮定条件を用いて、本実施形態による電力制御装置４０の動作の２番目の例を説明する。図３に示した各要素の状態を以下のとおりと仮定して説明する。便宜上、電気回路に損失がなく、負荷の力率が１の場合について説明する。なお、電力の符号は、消費電力を基準に説明する。

電灯 ：１００Ｗ（１Ａ）
テレビ ：２００Ｗ（２Ａ）
冷蔵庫 ：３００Ｗ（３Ａ）
エアコン ：４００Ｗ（４Ａ）
電圧 ：１００Ｖ
電力指令値 ：５００Ｗ
この例では、電流測定値が１０Ａ、電圧測定値が１００Ｖ、電力計算値が１０００Ｗ（消費）となる。ここでは、便宜上、電力計算値＝電力処理値として説明する。

発電出力設定値は、以下の式で計算され、５００Ｗとなる。
発電出力設定値＝電力処理値−電力指令値＝１０００Ｗ−５００Ｗ＝５００Ｗ
系統電圧と発電出力指令値の関係は、図５で示される。まず、系統電圧が１００Ｖの場合の動作を説明する。系統電圧が１００Ｖのときの発電出力指令値は、発電出力設定値と同じ値、すなわち、５００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に５００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の合計電力（＝消費電力−発電出力＝１０００Ｗ−５００Ｗ）は、５００Ｗとなり、電力指令値どおりの値になる。

次に、系統電圧が１０２Ｖに上昇した場合の動作を説明する。系統電圧以外の条件は、上記と同一とする。系統電圧が１０２Ｖのときの発電出力指令値は３００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に３００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の合計消費電力（＝消費電力−発電出力）は、７００Ｗとなり、電力指令値５００Ｗに比べ２００Ｗ大きくなるので、系統電圧上昇を抑制する側に働く。

次に、系統電圧が９８Ｖに低下した場合の動作を説明する。系統電圧以外の条件は、上記と同一と仮定する。系統電圧が９８Ｖの場合、発電出力指令値は７００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に７００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の合計消費電力（＝消費電力−発電出力）は、３００Ｗとなり、電力指令値５００Ｗに比べ２００Ｗ小さくなるので、系統電圧低下を抑制する側に働く。

・［具体例２］
図３、図４、図６および以下の仮定条件を用いて、本実施形態による電力制御装置４０の２番目の動作例を説明する。図３に示した各要素の状態を以下のとおりと仮定して説明する。便宜上、電気回路に損失がなく、負荷の力率が１の場合について説明する。

電灯 ：１００Ｗ（１Ａ）
テレビ ：２００Ｗ（２Ａ）
冷蔵庫 ：３００Ｗ（３Ａ）
エアコン ：４００Ｗ（４Ａ）
電圧 ：１００Ｖ
電力指令値 ：４００Ｗ
この例では、電流測定値が１０Ａ、電圧測定値が１００Ｖ、消費電力計算値が１０００Ｗとなる。

発電出力設定値は、以下の式で計算され、６００Ｗとなる。
発電出力設定値＝消費電力計算値−電力指令値＝１０００Ｗ−４００Ｗ＝６００Ｗ
系統電圧と発電出力指令値の関係は、図６で示される。図５と図６の違いは、発電出力設定値（一点鎖線）の位置と、電圧と発電出力指令値の関係（太い実線）の位置である。

まず、系統電圧が１００Ｖの場合の動作を説明する。系統電圧が１００Ｖのときの発電出力指令値は６００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に６００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の合計消費電力（＝消費電力−発電出力）は、４００Ｗで消費電力指令値どおりの値になる。

次に、系統電圧が１０２Ｖに上昇した場合の動作を説明する。系統電圧以外の条件は、上記と同一と仮定する。系統電圧が１０２Ｖのときの発電出力指令値は４００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に４００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の合計消費電力（＝消費電力−発電出力）は、６００Ｗとなり、消費電力指令値４００Ｗに比べ２００Ｗ大きくなるので、系統電圧上昇を抑制する側に働く。

次に、系統電圧が９８Ｖに低下した場合の動作を説明する。系統電圧以外の条件は、上記と同一と仮定する。系統電圧が９８Ｖのときの発電出力指令値は８００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に８００Ｗという指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の合計消費電力（＝消費電力−発電出力）は、２００Ｗとなり、消費電力指令値４００Ｗに比べ２００Ｗ小さくなるので、系統電圧低下を抑制する側に働く。

・［具体例３］
図３、図４、図７および以下の仮定条件を用いて、本実施形態による電力制御装置４０の３番目の動作例を説明する。図３に示した各要素の状態を以下のとおりと仮定して説明する。

電灯 ：１００Ｗ（１Ａ）
テレビ ：２００Ｗ（２Ａ）
冷蔵庫 ：３００Ｗ（３Ａ）
エアコン ：４００Ｗ（４Ａ）
電圧 ：１００Ｖ
電力指令値 ：８００Ｗ
この例では、電流測定値が１０Ａ、電圧測定値が１００Ｖ、消費電力計算値が１０００Ｗとなる。

発電出力設定値は、以下の式で計算され、２００Ｗとなる。
発電出力設定値＝消費電力計算値−電力指令値＝１０００Ｗ−８００Ｗ＝２００Ｗ
系統電圧と発電出力指令値の関係は、図７で示される。図５と図７の違いは、発電出力設定値（一点鎖線）の位置と、電圧と発電出力指令値の関係（太い実線）の位置である。

まず、系統電圧が１００Ｖの場合の動作を説明する。系統電圧が１００Ｖのときの発電出力指令値は２００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に２００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の合計消費電力（＝消費電力−発電出力）は、８００Ｗで消費電力指令値どおりの値になる。

次に、系統電圧系統電圧が１０３Ｖに上昇した場合の動作を説明する。系統電圧系統電圧以外の条件は、上記と同一と仮定する。系統電圧系統電圧が１０３Ｖのときの発電出力指令値は−１００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に−１００Ｗという発電出力指令値が出力される。燃料電池システム３０は、マイナスの出力を出せないので、温水器用加熱装置で１００Ｗを消費する。指令値どおりの電力を温水器用加熱装置が消費すると、需要家の合計消費電力（＝消費電力−発電出力）は、１１００Ｗとなり、消費電力指令値８００Ｗに比べ３００Ｗ大きくなるので、系統電圧系統電圧上昇を抑制する側に働く。

次に、系統電圧系統電圧が９７Ｖに低下した場合の動作を説明する。系統電圧系統電圧以外の条件は、上記と同一と仮定する。系統電圧系統電圧が９７Ｖのときの発電出力指令値は５００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に５００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると仮定すると、需要家の合計消費電力（＝消費電力−発電出力）は、５００Ｗとなり、電力指令値８００Ｗに比べ３００Ｗ小さくなるので、系統電圧低下を抑制する側に働く。

上述の例では、便宜上、系統電圧と発電出力指令値の関係を示す図（図５、図６、図７）から発電出力指令値を求める方法を説明したが、実際の装置では、図の代わりに、計算式、数値表、数値列などから発電出力指令値を求めても良い。また、図５〜図７の例では、電圧測定値と発電出力指令値の関数は、直線であるが、電圧測定値と発電出力指令値の関数は、折れ線でも良いし、曲線でも良い。

発電装置として燃料電池システム３０を例に説明したが、燃料電池システム３０以外の発電装置でも良い。

・［具体例４］
図３、図４、図６および以下の仮定条件を用いて、本実施形態による電力制御装置４０の動作の４番目の例を説明する。具体例１〜３は、消費電力＞発電電力の場合の例を示したものであるが、具体例４は、発電出力＞消費電力の場合の例を示している。図３に示した各要素の状態を以下のとおりと仮定して説明する。便宜上、電気回路に損失がなく、負荷の力率が１の場合について説明する。

電灯 ：１００Ｗ（１０Ａ）
テレビ ： ０Ｗ（停止：０Ａ）
冷蔵庫 ：３００Ｗ（３Ａ）
エアコン ： ０Ｗ（停止：０Ａ）
電圧 ：１００Ｖ
電力指令値 ：−２００Ｗ
この例では、電流測定値が４Ａ、電圧測定値が１００Ｖ、消費電力計算値が４００Ｗとなる。

発電出力設定値は、以下の式で計算され、６００Ｗとなる。
発電出力設定値＝消費電力計算値−電力指令値＝４００Ｗ−（−２００Ｗ）＝６００Ｗ
系統電圧と発電出力指令値の関係は、図６で示される。まず、系統電圧が１００Ｖの場合の動作を説明する。系統電圧が１００Ｖのときの発電出力指令値は、６００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に６００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の消費電力（＝消費電力−発電出力＝４００Ｗ−６００）は、−２００Ｗとなり、電力指令値どおりの値になる。消費電力が−２００Ｗということは、需要家が＋２００Ｗの電力を供給することを意味する。

次に、系統電圧が１０２Ｖに上昇した場合の動作を説明する。系統電圧以外の条件は、上記と同一と仮定する。系統電圧が１０２Ｖのときの発電出力指令値は４００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に４００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の消費電力（＝消費電力−発電出力＝４００Ｗ−４００Ｗ）は、０Ｗとなり、電力指令値−２００Ｗに比べ２００Ｗ大きくなり、系統電圧上昇を抑制する側に働く。

次に、系統電圧が９８Ｖに低下した場合の動作を説明する。系統電圧以外の条件は、上記と同一と仮定する。系統電圧が９８Ｖのときの発電出力指令値は８００Ｗとなり、発電出力指令値出力部４９から燃料電池システム３０の制御部３１に８００Ｗという発電出力指令値が出力される。指令値どおりの出力を燃料電池システム３０が出力すると、需要家の消費電力（＝消費電力−発電出力＝４００Ｗ−８００Ｗ）は、−４００Ｗとなり、電力指令値−２００Ｗに比べ−２００Ｗ小さく、系統電圧低下を抑制する側に働く。消費電力が−４００Ｗということは、需要家が＋４００Ｗの電力を供給することを意味する。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態で得られる効果に加え、電力系統の電圧変動に応じて需要家内の発電手段が発電出力を調整するため、電力系統の電圧変動を抑制することができ、より効果的に電力系統の電圧安定化を図ることができる。

以上詳述したように、少なくとも１つの実施形態によれば、電力系統の電圧調整を担う特殊な機器を設置することなく、配電系統の電圧に応じて、電力系統から見た需要家の電力を制御することにより、電力系統、送配電系統の電圧変動を抑制し、電圧を安定化させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…配電系統、１２…分電盤、１３…開閉装置、２１…電灯、２２…テレビ、２３…冷蔵庫、３１…エアコン、３０…燃料電池システム、３１…制御部、３２…燃料電池（本体）、３３…温水器用加熱装置、３４…電力変換器、４０…電力制御装置、４１…電流測定部、４２…電圧測定部、４３…電力演算部、４４…電力計算値処理部、４５…発電出力設定値演算部、４７…発電出力指令値演算部、４８…電圧調定率設定部、４９…発電出力指令値出力部、５１…電流指令値入力部、６１…電力目標値設定部、６２…電力測定部、６３…発電出力設定値演算部、６４…発電出力指令値演算部、６５…電圧測定部。

Claims (9)

1. 電力系統に接続された電力需要家の消費電力目標値を設定する電力目標値設定手段と、
   前記電力需要家の配電系統に接続された電力消費手段の消費電力を測定する電力測定手段と、
   前記電力目標値設定手段により設定した消費電力目標値と前記電力測定手段により測定した消費電力測定値とを用いて、前記電力需要家の配電系統に接続された発電手段の発電出力設定値を求める発電出力設定値演算手段と、
   前記電力需要家の配電系統の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記電圧測定手段により測定した電圧測定値と前記発電出力設定値演算手段により求めた発電出力設定値とを用いて、発電出力指令値を求めて出力する発電出力指令値演算手段と、
   を具備することを特徴とする電力制御装置。
2. 請求項１に記載の電力制御装置において、さらに、電圧調定率を設定する電圧調定率設定手段を有し、前記発電出力指令値演算手段は、前記電圧調定率設定手段により設定した電圧調定率と前記電圧測定手段により測定した電圧測定値とを用いて発電出力指令値を演算することを特徴とする電力制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の電力制御装置において、前記電力測定手段の代わりに、前記電力需要家の配電系統の単数または複数の電気量を測定する電気量測定手段と、
   前記電気量測定手段により測定した電気量から消費電力計算値を演算する電力演算手段と、を有し、
   前記発電出力設定値演算手段は、前記電力目標値設定手段により設定した消費電力目標値と前記電力演算手段により求めた消費電力計算値とを用いて、前記発電手段の発電出力設定値を演算し、
   前記発電出力設定値演算手段により求めた発電出力設定値を発電出力指令値として出力する発電出力指令値出力手段をさらに具備することを特徴とする電力制御装置。
4. 請求項３に記載の電力制御装置において、単数または複数の電気量のうち、少なくとも一つが電流または電圧であることを特徴とする電力制御装置。
5. 請求項４に記載の電力制御装置において、さらに、単数または複数の電気量の基準値を設定する電気量基準値設定手段を有し、前記電気量基準値設定手段で設定した電気量基準値と測定した電気量測定値とを用いて消費電力計算値を演算することを特徴とする電力制御装置。
6. 請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電力制御装置において、前記電力目標値設定手段の代わりに消費電力指令値を入力する電力指令値入力手段を有し、前記発電出力設定値演算手段は、消費電力目標値の代わりに消費電力指令値を用いて、前記発電手段の発電出力設定値を演算することを特徴とする電力制御装置。
7. 請求項３乃至６のいずれか１項に記載の電力制御装置において、さらに、消費電力測定値または消費電力計算値に対する平均化、平滑化、一次遅れ、または積算の処理を行う電力計算値処理手段を有し、前記電力計算値処理手段で処理した結果を消費電力処理値として前記発電出力設定値演算手段に入力することを特徴とする電力制御装置。
8. 請求項３乃至７のいずれか１項に記載の電力制御装置において、さらに、電力増加または減少指令受信前の電力を記憶する電力記憶手段を備え、また、消費電力指令値を入力する電力指令値入力手段の代わりに消費電力減少指令値を入力する電力増減指令値入力手段を備え、消費電力計算値の代わりに消費電力記憶値を用い、前記発電出力設定値演算手段は、消費電力指令値の代わりに消費電力減少指令値を用いて、前記発電手段の発電出力設定値を演算することを特徴とする電力制御装置。
9. 電力系統に接続された電力需要家内の配電系統に接続された電力消費手段と同一の配電系統に接続された発電手段を制御する電力制御方法において、
   前記電力需要家の消費電力目標値を設定する電力目標値設定工程と、
   前記電力需要家の配電系統に接続された電力消費手段の消費電力を測定する電力測定工程と、
   前記電力目標値設定工程で設定した消費電力目標値と前記電力測定工程で測定した消費電力測定値とを用いて、前記発電手段の発電出力設定値を演算する発電出力設定値演算工程と、
   前記電力需要家の配電系統の電圧を測定する電圧測定工程と、
   前記電圧測定工程で測定した電圧測定値と前記発電出力設定値演算工程で求めた発電出力設定値とを用いて、発電出力指令値を求めて出力する発電出力指令値出力工程と
   を含むことを特徴とする電力制御方法。