JP2017169349A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の電力供給システムにおいては、電気エネルギーをそのまま、または、他のエネルギーに変換して蓄える蓄電装置や蓄熱装置を必要とするため、システム全体として構成および制御方法が複雑となる。
【解決手段】 本発明に係る電力供給システムは、自然エネルギーによる発電装置と、該発電装置に接続され、直流交流変換を行うパワーコンディショナと、該パワーコンディショナと接続され、系統電源及び複数の負荷に係る切替をする分電盤と、前記パワーコンディショナ及び前記分電盤からの情報を収集し、前記複数の負荷の起動を制御するコントローラと、を備える電力供給システムであって、前記コントローラが、前記複数の負荷の各々の属性情報に基づき、前記発電装置の発電量に対し前記複数の負荷の総消費電力量が、所定の値以上となるように前記複数の負荷の少なくとも１つを起動させるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光などを利用して発電した電力を供給する電力供給システムに関するものである。

従来から、太陽光などを利用して発電した電力を負荷及び系統電源に供給することが可能な発電装置を具備する電力供給システムがある。このような電力供給システムでは、系統電源からの電力や太陽光などを利用して発電した電力をバランスよく負荷に供給し、太陽光などを利用して発電した電力に余剰が発生すれば、その電力を系統電源へ供給することが可能である。

しかしながら、太陽光などの自然エネルギーを利用した発電は、発電される電力が不安定であり、このような不安定な電力を電力系統に供給することは、系統電源の電圧又は電流などを不安定にする恐れがある。このような場合に、系統電源への電力の供給を抑制させるために、外部から通知される制御指令、又は、発電装置内のセンシング結果などに対応して、発電装置の出力を制御する技術がある。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１３４６６８号公報

特許文献１に記載されたような発明では、太陽光により発電された電力を電力系統へ供給することが抑制される時間帯において、発電された電力を他の蓄電装置や蓄熱装置に出力し、別の時間帯にそれらのエネルギーを使用するため、発電装置の放電抑制を防止することを可能としている。

しかしながら、このような従来の技術においては、電気エネルギーをそのまま、または、他のエネルギーに変換して蓄える蓄電装置や蓄熱装置を必要とするため、システム全体として構成および制御方法が複雑となる。

本発明は、以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、蓄電装置や蓄熱装置を必要とすることなく発電装置の放電抑制時の放電効率を向上させることが可能な電力供給システムを提供することである。

本発明に係る電力供給システムは、自然エネルギーによる発電装置と、該発電装置に接続され、直流交流変換を行うパワーコンディショナと、該パワーコンディショナと接続され、系統電源及び複数の負荷に係る切替をする分電盤と、前記パワーコンディショナ及び前記分電盤からの情報を収集し、前記複数の負荷の起動を制御するコントローラと、を備える電力供給システムであって、前記コントローラが、前記複数の負荷の各々の属性情報に基づき、前記発電装置の発電量に対し前記複数の負荷の総消費電力量が、所定の値以上となるように前記複数の負荷の少なくとも１つを起動させるものである。

本発明は、従来必要であった蓄電装置や蓄熱装置を用いることなく、単純な構成で発電装置の放電抑制時の放電効率を向上させることが可能である。

この発明の実施の形態１に係る電力供給システムの構成を示したブロック図である。 ＰＶ抑制指令の一例を示した図である。 １日の各時刻に対する電力量の変化の例を示した図である。 この発明の本実施の形態１における負荷の電力消費にかかる詳細仕様の一例である。 負荷使用量の増加分の目標値に対する各個別負荷の動作制御状態を時間毎に示した図である。 この発明の本実施の形態２における負荷の電力消費にかかる詳細仕様の一例である。 この発明の本実施の形態２における負荷の使用例を示した表である。 この発明の実施の形態３に係る電力供給システムの構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る電力供給システムにおける蓄電池および個別負荷の制御方法を示したフローチャートである。

実施の形態１．
次に、図面を用いて、この発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１は、この発明の実施の形態１に係る電力供給システムの構成について示した図である。以下、図を用いて説明する。電力供給システム１は、住宅等に設けられ、系統電源３０からの交流電力、及び、太陽光を利用して太陽光発電部１００で発電された直流電力を、パワーコンディショナ部１０で交流電力に変換し、負荷４０へと供給するものである。なお、負荷４０のそれぞれ個別の負荷への電力の供給は分電盤２０を用いて行われる。

太陽光発電部１００は、太陽光を利用して発電する装置であり、太陽電池パネル等により構成される。太陽光発電部１００は、例えば、住宅の屋根の上等の太陽光が遮蔽されにくい場所に設置される。なお、現在住宅用の発電装置としては、太陽電池パネルが多く用いられているが、風力発電装置又は地熱発電装置などの他の発電方法を用いた装置であっても構わない。また、系統電源とは別の直流電源装置としては、電気自動車又はハイブリッド自動車などに用いられる蓄電池なども考えられる。

パワーコンディショナ部１０は、太陽光発電部１００において発電された直流電力を交流電力に変換し、系統電源３０の電圧、周波数、位相に合わせる機能を有するものである。パワーコンディショナ部１０は、太陽光発電部１００と接続され、主な構成として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、ＤＣ／ＡＣインバータ１２、ＡＣ開閉器１３、及び、制御部１４を含む。

制御部１４は、太陽光発電部１００の発電電力に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１１、ＤＣ／ＡＣインバータ１２を最適な状態で駆動させる。常にパワーコンディショナ部１０の異常を監視し、過電圧や過電流などの異常を検出した場合は適切な保護動作を行うように制御する。

分電盤２０は、系統電源３０からの電流値、あるいは後述する負荷４０の各々の負荷４１〜４３（以下、個別負荷４１〜４３と記載する場合がある）に流れる電流値などを計測する電流センサ群２２、系統３０から本電力供給システム１への電力供給の可否を切換えることが可能な切り替えスイッチ２３、個別負荷４１〜４３への電力の供給の可否をそれぞれ切り替えることが可能な複数の切り替えスイッチ群２４、および、分電盤制御部２１を具備する。分電盤２０は、パワーコンディショナ部１０及び系統電源３０に接続される。分電盤２０は安全上または電力契約上で別途整定された電流量、電力量、時間などのパラメータに基づき切り替えスイッチ２３または切り替えスイッチ群２４を自動的に切断し、あるいは、人手を用いて切り替えスイッチ２３または切り替えスイッチ群２４を再度投入することにより負荷を通電させることができる。

分電盤制御部２１は、分電盤内の主幹電力線、および各負荷に分岐している電力線の電流量を電流センサ群２２から読み取り、また、系統電圧値を読み取る。読み取った電圧及び／又は電流値を用いて、系統から供給されている電力や各負荷に供給する電力などの情報を収集、一定時間間隔で電力情報を蓄積して後述するコントローラ５０やパワーコンディショナ部１０にそれらの情報を送信する。また、収集された電流量や電力量を基に、切り替えスイッチ２３または切り替えスイッチ群２４を自動的に切断させる信号を生成する。

系統電源３０は、屋外の柱上変圧器で電圧２００Ｖに降圧された周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源を示し、屋内に引き込まれ２００Ｖ用又は１００Ｖ用電源として電化製品等で消費される。

負荷４０は、住宅の屋内外において使用される電化製品等を示したものであり、個別負荷４１〜４３、それぞれ個別負荷Ａ４１、個別負荷Ｂ４２、及び、個別負荷Ｃ４３をまとめたものである。個別負荷４１〜４３としては、例えば、室内外で使用される照明、ＩＨ調理器等の電力を使用する調理器具、エアコン、自然冷媒ヒートポンプ給湯器等の電力を使用する給湯器、及び、その他の家電（テレビ等）がある。個別負荷４１〜４３は、それぞれが分電盤２０に接続され、分電盤２０の切り替えスイッチ２３を切り替えることで、当該切り替えスイッチ２３に対応する個別負荷４１〜４３への電力の供給を行う。

なお、図１には、負荷４０として、個別負荷４１〜４３の３つの負荷を図示しているが、個別負荷の数は例示であり、これに限るものではないことは自明である。

コントローラ５０は、パワーコンディショナ部１０、分電盤２０内の分電盤制御部２１、負荷４０と接続されており、電力供給システム１内の電力情報を管理すると共に、接続された各機器の運転を制御するものである。また、コントローラ５０は、住宅外部に設置されたクラウドサーバ６０とインターネット回線７０により接続されており、クラウドサーバ６０と太陽光発電電力の逆潮流抑制情報などの送受信を行う。

本実施の形態では、コントローラ５０は、マイコンなどで構成され、パワーコンディショナ制御機能、通信制御機能、負荷制御機能、及び、データ管理機能などが搭載される。

コントローラ５０のデータ管理機能は、通信制御機能を介して分電盤２０に設けられた分電盤制御部２１に接続され、分電盤２０から個別負荷４１〜４３へと供給されている電力（使用電力）を検出することができる。

コントローラ５０の負荷制御機能は、通信制御機能を介して個別負荷４１〜４３のＯＮ／ＯＦＦ動作、およびＯＮ時には個別負荷ごとに備わるモードや機能を設定し制御する。

また、コントローラ５０のパワーコンディショナ制御機能は、通信制御機能を介してパワーコンディショナ部１０内の制御部１４と接続され、パワーコンディショナ部１０の発電量に関する情報を取得すると共に、制御部１４を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御することでパワーコンディショナ部１０の発電量を抑制することができる。

また、コントローラ５０の通信制御機能は、インターネット回線７０を介してクラウドサーバ６０と通信し、パワーコンディショナ部１０の制御情報を取得する。

クラウドサーバ６０は、たとえば、電力供給会社からの出力抑制情報を送信する為のサーバを想定しており、本実施例にかかる電力供給システム１のパワーコンディショナ部１０は、当該出力抑制情報に従った動作を行う。

以下、この発明の実施の形態１に係る電力供給システムの動作について説明する。

太陽光発電部１００において発電された直流電力は、パワーコンディショナ部１０内のＤＣ／ＤＣコンバータ１１において交流変換に適した電圧に昇圧または降圧された後に、ＤＣ／ＡＣインバータ１２において交流電力に変換され分電盤２０に供給される。一方で、系統電源３０からの交流電力も分電盤２０に供給される。

制御部１４は、太陽光発電部１００の出力である直流電圧及び直流電流、並びに、系統電源３０の交流電圧及び交流電流を監視しながらＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御するとともに、パワーコンディショナ部１０、または系統電源３０に異常がある場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、ＤＣ／ＡＣインバータ１２を停止させつつ、ＡＣ開閉器１３の接点を開放させることにより、パワーコンディショナ部１０と系統電源３０とを解列させる。

パワーコンディショナ部１０及び系統電源３０からの電力は、分電盤２０によって系統連系され、負荷４０に供給される。居住者は、パワーコンディショナ部１０及び系統電源３０から連系された電力によって、個別負荷４１〜４３にあたる照明を点灯させたり、調理器具やエアコンを使用したりすることができる。この場合において、負荷４０で消費する電力が、パワーコンディショナ部１０、すなわち太陽光発電部１００からの電力だけでまかなえない場合は、系統電源３０からも電力を供給し、両者の合算した電力で負荷４０を動作させることができる。逆に、負荷４０で消費する電力が、太陽光発電部１００からの電力だけで十分まかなえる場合は、負荷４０の動作に系統電源３０からの電力を用いないようにすることも可能であり、負荷で消費しきれない太陽光発電電力（剰余電力）は、系統電源３０に逆潮流させ、電力会社に対して売電することが可能である。売電料金は分電盤２０と系統電源３０との間に設置される売電メータに基づき算出される。

図２は、クラウドサーバ６０からコントローラ５０に対して、ある特定の日に通知されたＰＶ（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓの略。以下、ＰＶとのみ記載する場合がある）抑制指令の一例を示したものである。ＰＶ抑制指令とは、太陽光発電設備に対し、発電した電力を系統電源３０への逆潮流させる動作をクラウドサーバ６０からの通知により抑制させるための制御情報である。図によれば、ＰＶ抑制指令は、最小３０分単位で行われ、パワーコンディショナ部１０の出力上限が設定されている。ここで、出力上限は、太陽光発電部１００の定格出力の合計値とパワーコンディショナ部１０の定格出力値との小さい方の値（以後ＰＣＳフル出力値と呼ぶ）に対するパワーコンディショナ部１０から系統電力３０に逆潮流できる出力電力の上限値を示したものである。

図によると、この日のＰＶ抑制指令は、９時から１１時まで、および１３時から１５時までは４０％の出力上限値、すなわちＰＣＳフル出力値の４０％まで逆潮流が可能であり、１１時から１３時は０％の出力上限値、すなわち逆潮流は不可である。

コントローラ５０は、クラウドサーバ６０から通知されたＰＶ抑制指令に対し、コントローラ５０自身が持つ時間情報を参照し、パワーコンディショナ部１０の固有情報であるＰＣＳフル出力値と、ＰＶ抑制指令の現在時刻に相当する出力上限値から、系統電源３０に逆潮流可能な電力量を求め、パワーコンディショナ部１０の制御部１４に通知する。

制御部１４は、コントローラ５０から通知された逆潮流可能な電力量と使用している負荷電力量との合算値を上限として交流電力を放電するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１およびＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御する。このとき太陽光発電部１００の出力電力がパワーコンディショナ部１０の出力電力より大きい場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は太陽光発電部１００の出力電力を減少させるように制御する。

図３は、ある１日の各時刻に対する電力量の変化の例を示した図である。図３の（ａ）は、ＰＶ抑制指令がない場合又は終日１００％の出力上限値である場合の太陽光発電部からのＰＶ発電量（破線）と分電盤２０に接続されている負荷の負荷使用量（実線）の一例である。図によれば、ＰＶ発電量が負荷使用量を上回る８時ごろから１５時３０分ごろまでパワーコンディショナ部１０は、系統電源３０に対し、（ＰＶ発電量−負荷使用量）に相当する電力を逆潮流させ売電する。

たとえば、太陽光発電部１００の定格出力の合計が８ｋＷ、パワーコンディショナ部１０の定格出力が６ｋＷであるとき、ＰＣＳフル出力値は６ｋＷとなる。（ｂ）は、図２の表に示すＰＶ抑制指令が与えられたとき、系統電源に逆潮流可能な電力量の上限（点線）を示した図である。図の点線に示すように、系統電源３０に逆潮流可能な電力量の上限は、９時から１１時までおよび１３時から１５時までは６ｋＷの４０％で２．４ｋＷ、１１時から１３時までは０ｋＷ（逆潮流不可）、その他の時間帯は６ｋＷである。

（ｃ）は、図２に示すＰＶ抑制指令が与えられたときのパワーコンディショナ部の出力可能電力（一点鎖線）を示した図である。ここで、パワーコンディショナ部１０の出力可能な電力量は、（負荷使用量＋逆潮流上限量）で表される。また、パワーコンディショナ部１０の出力は、定格出力６ｋＷでクリップされる為、図２に示すＰＶ抑制指令が与えられたときのパワーコンディショナ部１０の出力可能電力は、図３の（ｃ）の一点鎖線であらわしたようになる。

この発明の実施の形態にかかる電力供給システム１では、コントローラ５０は、パワーコンディショナ部１０の制御部１４からＰＶ発電量に係る情報を取得し、さらに、分電盤２０の分電盤制御部２１から負荷消費量に係る情報を取得し、コントローラ５０内に蓄積する。さらに、クラウドサーバ６０から通知されるＰＶ抑制指令をコントローラ５０内に蓄積する。コントローラ５０では、取得した情報からＰＶ発電量と出力可能電力を比較して、パワーコンディショナ部１０の出力可能電力を算出する。

ここで、図３の（ｂ）の逆潮流上限量は、パワーコンディショナ部１０では、（ＰＶ発電量−負荷使用量）で計算される。計算された逆潮流上限量が０または負である時間帯では、パワーコンディショナ部１０は逆潮流を行わないため、実際の逆潮流量は０となる。

一方、パワーコンディショナ部１０の出力可能電力より、ＰＶ発電量が大きい時間帯（１１時〜１３時）の動作について説明する。図３の（ｃ）の１１時〜１３時の時間帯については、斜線で囲んだ領域の分だけパワーコンディショナ部１０の出力可能電力よりＰＶ発電量が大きくなる。この期間はパワーコンディショナ部１０が系統３０へ逆潮流させることができない為に、コントローラ５０は負荷使用量をＰＶ発電量よりも大きくし逆潮流量を０とするように負荷を増加させるように設定する。つまりコントローラ５０は、負荷４０内の個別負荷４１〜４３の動作状況、例えば、動作していない機器については電源を投入し、または、動作中の機器については、強度を制御して、負荷使用量をＰＶ発電量まで増加させるように制御する。

ここで、１１時〜１３時の時間帯におけるコントローラ５０の制御の一例について、図４を用いて説明する。

図４は、この発明の実施の形態１にかかる負荷の電力消費にかかる詳細仕様の一例である。その内訳として、個別負荷４１は、消費電力が起動後に室温を１℃変化させるのに１０００Ｗで１０分間の消費電力を必要とし、室温が設定温度に達した後は室温を設定温度に維持する為に２５０Ｗの消費電力を必要とする空調機器、個別負荷４２は、４５分間の炊飯時には消費電力が１２００Ｗであり、保温時には１５０Ｗを必要とするＩＨ式炊飯器、及び、個別負荷４３は、異なる５つの部屋（部屋Ａ〜部屋Ｅ）に設置された消費電力が４００Ｗの空気清浄器５台であり、通常は起動後１時間でオフするようにオフタイマーが設定されているとする。これら３種類の負荷が本発明の電力供給システムの分電盤２０に接続されている。

また、分電盤２０には、個別負荷４１〜４３のほかに、冷蔵庫やセキュリティシステムなど通常状態では常時電源を投入して使用されている機器や、ＡＶ機器など居住者の好みの時間帯に使用される機器などが接続されている。これらの消費電力は、図３の（ｃ）の実線で示した負荷使用量に相当する。これらはコントローラ５０による負荷制御の対象外とする。

ここで、図３の（ｃ）の斜線部で示した１１時〜１３時の時間帯で、負荷使用量の増加分（目標値）を設定する。ＰＶの発電量と負荷使用量は予測値であるが、たとえば、過去１ヶ月以内の同一曜日、気温、天候などから推定されたＰＶ発電量および負荷使用量と、本日現時刻までのＰＶ発電量および負荷使用量との相関から推定するものとする。その結果、今回のＰＶ抑制指令に対して増加させるべき負荷使用量（図の斜線部分）が、１１時から１１時３０分までは約２ｋＷ一定、１１時３０分から１３時までは２ｋＷから１．４ｋＷまで、１５分ごとに約１００Ｗずつ減少するものであったとする。

コントローラ５０は、負荷使用量の増加分（目標値）、および個別負荷４１〜４３の消費電力値の属性情報から、使用する負荷を適切に選択し、その起動、停止、または起動状態の強弱を設定する。図５は、負荷使用量の増加分の目標値に対する各個別負荷の動作制御状態を時間毎に示した図である。以下図を用いて説明する。

図の上段のグラフの斜線部分は、図３の（ｃ）の斜線部で示した１１時〜１３時の時間帯の負荷使用量の増加分（目標値）である。図の下段のグラフは、各個別負荷の起動状態とそれによる消費電力を表す。前提として、１１時前の時点で個別負荷４１〜４３は全て停止しており、個別負荷の消費電力は全て０Ｗであるとする。コントローラ５０はこの目標値を上回るように個別負荷を選択して起動させる。まず、１１時からは２ｋＷ以上の負荷を消費させるように、コントローラ５０は個別負荷の属性情報を確認し、一番消費電力が大きい個別負荷４２を選択する。

個別負荷４２の炊飯時の消費電力は１２００Ｗなので、コントローラ５０は、あと８００Ｗ分の負荷を起動させるため、残りの個別負荷の状況を確認する。１０００Ｗの消費負荷を持つ個別負荷４１、または個別負荷４３を２台分（部屋Ａおよび部屋Ｂ）の起動のうちどちらかを選択するが、ここでは個別負荷４３を２台分の起動を選択したとする。このようにして、１１時から１１時４５分までは個別負荷４２と個別負荷４３のうち２台分を動作させるように選択を行う。

次に、個別負荷４２の炊飯は１１時４５分に終了し、保温に移行する為、消費電力が減少する。コントローラ５０はそれを補う為に、１１時４５分から起動させる追加の個別負荷を選択する。１１時４５分時点では負荷使用量の増加分（目標値）は１８００Ｗであり、使用中の個別負荷の容量は９５０Ｗの為、差し引き８５０Ｗ以上を消費させるように起動時の負荷消費量が１０００Ｗである個別負荷４１を選択し、同時刻から起動する。個別負荷による電力消費量の合計は１９５０Ｗとなる。

ここで、個別負荷４１である空調機器を起動したときの室温を３１度、設定温度を２８度とすると、この空調機器は、図４に示す属性情報から３０分後に室温を設定温度まで変化させることが可能で、それ以降は設定温度を維持する為に消費電力は２５０Ｗでよいことが確認できる。

次に、１２時に個別負荷４３のうち２台分（部屋Ａおよび部屋Ｂ）が終了するため、引き続き個別負荷４３のうち別の部屋２台分（部屋Ｃおよび部屋Ｄ）を起動する。個別負荷による電力消費量の合計は引き続き１９５０Ｗとなる。

次に、１２時１５分に個別負荷４１である空調機器が室温を設定温度まで変化させたので、消費電力２５０Ｗの温度維持状態に入る。この時刻では、負荷使用量の増加分（目標値）は１７００Ｗであり、使用中の個別負荷の容量は１２００Ｗとなる為、コントローラ５０は、個別負荷４３のうち完了していない部屋１台分（部屋Ｅ）を起動する。

このとき個別負荷による電力消費量の合計は１６００Ｗとなり、負荷使用量の増加分（目標値）に満たないが、これ以上起動させる個別負荷がないのでこのまま動作を継続する。このような負荷容量が負荷使用量増加分（目標値）に満たないときに、系統電力への逆潮流を防ぐ為に、１２時１５分から負荷使用量の増加分（目標値）が１６００Ｗになる１２時３０分までは、コントローラ５０からパワーコンディショナ部１０の制御部１４に逆潮流を行わないように指示を送出する。本指示に従い制御部１４では分電盤２０に備えられた電流センサ群２２の値を監視しながら、電流を系統側に送出しないように、ＰＶの発電量を抑制させるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１を動作させる。

次に、１３時に個別負荷４３のうち２台分（部屋Ｃおよび部屋Ｄ）が終了する。ＰＶ抑制による逆潮流できない時間はここで終了するが、引き続き個別負荷４１の部屋温度維持、個別負荷４２の保温、個別負荷４３のうち残り１台分（部屋Ｅ）の動作は継続する。１３時１５分に個別負荷４３の１台（部屋Ｅ）は終了する。

以上のように制御することによって、個別負荷４１〜４３にて消費される電力量の合計は図５の上段の図の太線のようになる。この図を見ると、いずれの時間帯もおおむね負荷使用量の目標値を超えて負荷を使用することが可能であることがわかる。

ここで、コントローラ５０は、負荷４０の消費電力や稼働時間などの属性情報をあらかじめ取得しておく必要がある。その方法として、コントローラと個別負荷が独自の通信プロトコルを持ち、属性情報を送受信する方法、ＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅ機器オブジェクトとして定格消費電力値プロパティを事前取得する方法、以前の使用電力を記憶しておく方法、および、ユーザによる事前入力など複数の方法が考えられるが、そのいずれか、または、これらの組み合わせであっても良い。ただし、ＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅプロトコルを使用する場合には、各負荷となる機器や分電盤がＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅに対応し、その上でコントローラ５０がＨＥＭＳコントローラと同一となる構成となるが、本発明ではこれに限定しない。

以上説明したように、コントローラ５０が負荷４０を制御することにより、ＰＶ抑制時間帯においても太陽光発電部１００で発電したＰＶ発電量を抑制させることなく使用でき、さらに、同時間帯にこれらの負荷を使用することで、部屋を快適に保ったり食事の用意を済ませたりすることが可能である。加えて他の時間帯にこれらの負荷を使用する場合にかかる余計な電力を節約することが可能である。

本実施の形態では、ＰＶ発電量、および、負荷使用量をコントローラ５０が、制御部１４、および分電盤制御部２１から読み取り、一定期間分蓄積したデータを使用して、ＰＶ抑制指令がある場合の負荷使用量の増加分（目標値）を予測し、個別負荷４１〜４３を制御している。ここで、制御部１４は、太陽光発電部１００からパワーコンディショナ部１０に供給される発電電力をパワーコンディショナ部１０で交流電力に変換した際の出力電力を常時測定しており、一定の時間間隔、たとえば、１００ミリ秒ごとにコントローラ５０にＰＶ発電量として、専用回線またはシステムバス線を経由して送出する。また分電盤制御部２１は、分電盤２０内の各配線を流れる電力を常時測定しており、一定の時間間隔、たとえば、１００ミリ秒ごとにコントローラ５０に負荷使用量として専用回線またはシステムバス線を経由して送出する。

コントローラ５０は、制御部１４及び分電盤制御部２１からのデータを入力として、必要な負荷使用量の増加分（目標値）があらかじめ予測した値と大きく逸脱していないか確認し、逸脱している場合に補正を行う。具体的には、負荷使用量の増加分（目標値）の同一時間の予測値が、実測値の１２０％を超えた場合は、当該時刻以降の予測値を１０％増やし、予測値が実測値の８０％を下回った場合は当該時刻以降の予測値を１０％減少させる。

また、本実施例で述べたコントローラ５０が、個別負荷４１〜４３を選択して動作させることによって、結果的には、ユーザが意図しないところで電気製品を動作させることになる。そのためコントローラ５０は、個別負荷４１〜４３を動作させる際にユーザに通知する機能を備えておいてもよい。具体的には、コントローラ５０がインターネット回線７０を経由してメールサーバにアクセスし、ユーザの携帯端末に通知メールを送信したり、家庭内のエネルギー表示端末にアラームとともに表示したりすることで、ユーザに通知する。

ユーザは、通知を受け取った際に携帯端末やエネルギー表示端末を使って、本システムの負荷選択をキャンセルしたり変更したりする機能を備えてもよい。具体的には端末上で稼動するアプリケーションとして、負荷選択を承認する、キャンセルする、又は、変更を行うなどの選択可能なスイッチや選択肢を設けてユーザに入力を促す。そして入力された内容をコントローラ５０が受け取ると、コントローラ５０は、条件を満たす範囲の中で最適な制御を選択して実行する。

以上述べたように、本実施の形態１では、コントローラ５０は、複数の負荷の消費電力情報に基づき、ＰＶ抑制が必要な時間帯には複数の負荷内の適切な個別負荷の起動を制御することで、太陽光からの電力を抑制することなく、エネルギーを効率よく使用することができる。

また、ここでは、個別負荷４１〜４３として、空調機器、ＩＨ式炊飯器、及び、空気清浄器を挙げたが、これ以外の任意の数の個別負荷でもよく、同様の効果を呈する。また、個別負荷の種類としては、前記の機器のほかに、使用時に人手による操作を必要とせず、常時ＯＮの状態で使用することを想定していないもの、たとえば、次のような種類の電気機器でもよい。換気扇、加湿器、除湿器、暖房機、給湯器、電動ゲート、電動シャッター、電動ブラインド、オーブンレンジ、クッキングヒーター、洗濯機、衣類乾燥機、布団乾燥機、浴室乾燥機、及び、ロボット掃除機などの機器であってもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、コントローラ５０は、消費電力の大きさを基にして個別負荷制御を行ったが、この発明の実施の形態２に係る電力供給システムでは、コントローラ５０は個別負荷から消費電力の大きさだけでなく個別負荷が稼動する推奨条件（属性情報）を加えて判断している点が異なる。ここで、属性情報として、各個別負荷に関する使用推奨時間、使用される各部屋の在室予測、各部屋の環境センシング情報、部屋の広さや窓の大きさなどの固有情報、及び、現在の個別負荷の稼働状況などの情報が挙げられる。

本発明の実施の形態２に係る電力供給システムの構成と主な動作は、実施の形態１と同様であり、実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、コントローラ５０がＰＶ抑制時間帯において負荷４０を選択する動作についてである。以下、コントローラ５０の負荷４０の選択動作について図６を用いて説明する。

図６は、本実施の形態２における負荷の一例であり、その内訳として、個別負荷４１には、消費電力１０００Ｗ（設定温度へ調整中）または２００Ｗ（設定温度維持中）の空調機器、個別負荷４２には、消費電力２００Ｗ（３０分間の洗濯時）または８００Ｗ（洗濯後の１２０分間の乾燥時）の洗濯乾燥機、並びに、個別負荷４３には、消費電力１０００ＷのＩＨ調理器が、本発明の電力供給システムに接続されているものとする。加えて、個別負荷４１は、１３時までに室温調整を調整完了、個別負荷４２は、１５時までに完了、及び、個別負荷４３は、昼１２時および夕方１７時ごろの使用を推奨する属性が付加されているものとする。

ここで、この日の太陽光発電量、ＰＶ抑制指令、及び、負荷使用状態から、時間帯で必要な負荷使用量の増加分（目標値）は、９時から１０時までは０．２ｋＷ一定、１２時から１３時までは１．２ｋＷ一定、１３時から１３時３０分までは１ｋＷ、及び、１６時から１６時３０分までは０．５ｋＷであり、それ以外の時間帯はＰＶ抑制による負荷増加の必要が無いものとする。

このとき、コントローラ５０は、負荷使用量増加分の目標値、並びに、個別負荷４１〜４３の消費電力値、および、それらの負荷を使用するのに好ましい時間帯の属性情報から、使用する負荷を適切に選択し、そのスイッチを投入する。たとえば、図７に示すように、９時から１０時までは個別負荷４２を、１２時から１２時３０分までは個別負荷４２、及び個別負荷４３を、１２時３０分から１３時３０分までは個別負荷４１及び個別負荷４２を、並びに、１６時から１６時３０分までは個別負荷４３を投入する。

コントローラ５０が、個別負荷を選択する際にいくつかの条件がぶつかってしまい、最適な選択ができなくなる場合が起きる場合がある。その際は、たとえば、各個別負荷の選択条件（稼働時間、完了時間、消費電力、及び、設定強弱など）に優先度、例えば優先度が高い順番にＡ〜Ｃを設けておき、優先度の高い選択条件を優先してコントローラが選択することによって、ユーザの好みに合わせた負荷使用が可能となる。

以上説明したように制御することによって、いずれの時間帯においても、負荷を使用する時間帯にあっては、好ましい負荷を負荷使用量の目標値を超えた使用量にて使用することが可能である。

実施の形態３．
上記実施の形態では、パワーコンディショナ部１０の直流側入力として太陽光発電部１００のみを搭載した電力供給システムについて説明したが、この発明の実施の形態３に係る電力供給システムでは、パワーコンディショナ部１０の直流側入力として太陽光発電部１００および蓄電池２００を搭載している点が異なる。

図８は、この発明の実施の形態３に係る電力供給システムの構成を示す図である。図において、上記実施の形態で説明した箇所と同一番号を付した部分については、上記実施の形態と同一の機能を有するため、ここでは説明を省略する。この発明の実施の形態３に係る電力供給システムでは、電力を蓄える蓄電池２００を新たに設け、パワーコンディショナ部１０と接続する。ＤＣ開閉器１５は、パワーコンディショナ部１０に設けられ、蓄電池２００とＤＣ／ＤＣコンバータ１６との接続及び切り離しを行う。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、蓄電池２００の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力と等しくする為に設置され、蓄電池２００の出力直流電圧を昇降圧する。また、蓄電池２００はコントローラ５０と通信回線で接続され、コントローラ５０の要求に従い電池残量や内部温度などの情報を送信する。

蓄電池２００は、太陽光発電部１００の出力を安定させるバッファの役割を果たす。すなわち、太陽光発電部１００からの発電電力が少ないときは、蓄電池２００からの電力をＤＣ／ＡＣインバータ１２を経由して負荷に供給できる。また、太陽光発電部１００からの電力、もしくは太陽光発電部１００が発電していない場合は系統電源からの電力を蓄電池２００に蓄えることもできる。

次に、本実施の形態にかかるコントローラ５０の動作について説明する。コントローラ５０が、クラウドサーバ６０からインターネット回線７０を経由してＰＶ抑制時間帯の指令を受ける。ＰＶ抑制時間帯に入る時点でＰＶ発電量が負荷使用量を上回っている場合、コントローラ５０は蓄電池２００の蓄電残量を確認し、蓄電残量に応じてＰＶ発電量から負荷使用量を減じた余剰電力を使って蓄電池２００への充電を優先的に行う。もし蓄電池２００に対して最大限の電力で充電を行っても余剰電力が発生するような場合には、個別負荷４１〜４３を選択投入して負荷使用量を増加させるように動作する。

本実施の形態におけるＰＶ発電量とは、パワーコンディショナ部１０の出力電力を意味する為、単なる太陽光発電部１００からの発電電力だけではなく、太陽光発電部１００からの発電電力に、蓄電池２００の充放電電力（放電を正、充電を負として表す）を加算し、パワーコンディショナ部１０での変換損失を減じたものであることに注意する。

また、ＰＶ抑制時間帯に入る時点で負荷使用量がＰＶ発電量を上回っている場合、コントローラ５０は蓄電池２００の蓄電残量を確認し、蓄電残量に応じて蓄電池２００から放電を行うかどうかを決定する。

蓄電池２００を充放電制御する場合は、コントローラ５０は、蓄電池の充電指令または放電指令を制御部１４に通知し、制御部１４がＤＣ／ＤＣコンバータ１６の昇圧用または降圧用のスイッチング素子をパルス制御することにより蓄電池２００への充放電を実現する。

以下、コントローラ５０での蓄電池２００および個別負荷４１〜４３の制御方法について、図９のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１で、コントローラ５０はＰＶ抑制指令による系統電源３０への逆潮流が制限される時間帯に入ると、蓄電池２００の動作状況を確認し、蓄電池２００が充電または放電している場合、これを停止させるように制御部１４に指示する。

続いて、コントローラ５０は、ステップＳ２に移行し、その時点の負荷電力の合計（ＰＬ）及びパワーコンディショナ部１０からの発電電力（ＰＰ）に関する情報を、それぞれ分電盤制御部２１及び制御部１４から取得する。

次に、ステップＳ３で、（ＰＰ＋α＋β）とＰＬとの大小を比較する。ここで、αは、本システムのセンサ誤差等による意図しない系統への逆潮流を防ぐ為にあらかじめマージンとして加算しておく定数値であり、通常はＰＰの５％以下の正の数をとる。これによってセンサ誤差によりＰＰを過小検出した場合やＰＬを過大検出した場合でも、系統から電力を取り込むことになり、系統への逆潮流を防ぐことができる。βは、ＰＰに対してＰＬが大きい場合に通常は系統から電力（ＰＬ−ＰＰ）を補給するが、（ＰＬ−ＰＰ）が大きくなった場合に系統からだけでなく蓄電池２００からも電力を放電させ、電力の購入を節約させるための判断に使用する閾値の定数である。βは、たとえばＰＬの０％〜５％の任意の値に設定する。

ステップＳ３にて、ＰＬ≦（ＰＰ＋α＋β）と判定された場合には、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、蓄電池２００が放電状態であれば、放電を停止するように制御部１４に指示した後、ステップＳ５に移行する。ステップＳ４において、蓄電池２００がすでに充電状態または停止状態であれば、このステップでは、特に何も行なわずステップＳ５に移行する。

次に、ステップＳ５にて、（ＰＰ＋α）とＰＬとの大小を比較する。ステップＳ５にて（ＰＰ＋α）＞ＰＬと判定された場合には、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ６にて、蓄電池２００が充電を行っているかを判断し、かつ、充電電力と既定の閾値δとの大きさを比較する。閾値δは、たとえば定格充電電力の１０％以下の正の値とする。充電を行っており、かつ充電電力が閾値δ以上であれば、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、蓄電池２００の充電電力を一定の値（定格充電電力より十分に小さい正の数）だけ減少させ充電を継続する。その理由は、負荷電力（ＰＬ）のほうがパワーコンディショナ部１０の出力（ＰＰ）よりも大きい為、充電を徐々に減らしてＰＰを増加させ、ＰＰをＰＬに近づけるように動作させるためである。蓄電池２００の充電電力量を減少させるためには、コントローラ５０が、制御部１４にパワーコンディショナ部１０の出力電力を蓄電池充電電力量の減少値と同じ値だけ増加させるように指令することで実施できる。

また、ステップＳ６にて、蓄電池２００が充電を行っており、充電電力が閾値δ未満であれば、ステップＳ８に進み、コントローラ５０は、蓄電池２００の状態を停止にするように制御部１４に指示する。制御部１４は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ１６のスイッチングデバイスへのパルス信号の供給を停止することで、蓄電池２００の充電動作を停止させる。蓄電池２００の状態が停止であれば、何もしない。

ステップＳ７またはステップＳ８での処理を完了すると、ステップＳ９に移行する。ステップ９では、ここまでのステップで充電電力量あるいは個別負荷の電力量を変化させたことに伴い、電力が安定するまで待つために、電力をコントローラ５０内部に持つタイマーを用いて一定時間（たとえば６０秒間）カウントを行う。カウント終了後にステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、現在時刻がＰＶ抑制時間帯かどうかを確認し、同時間帯ならば、ステップＳ２に進む。同時間帯でなければ、ステップＳ１１に進み、本制御フローを終了する。

ステップＳ５にて、（ＰＰ＋α）≦ＰＬと判定された場合には、ステップＳ１２に進む。

ステップ１２では、蓄電池２００の状態を確認する。蓄電池２００の状態が充電状態であれば、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、コントローラ５０が、負荷４０内の個別負荷４１〜４３に対する負荷使用電力量を、ＰＰ＋αに近づけるように増加させるために、まだ使用されていない個別負荷４１〜４３の中から最適な消費電力の負荷を、１または複数選択し、起動もしくは消費電力を増加させる動作設定に変更する。

ステップＳ１２で、蓄電池２００の状態が停止状態、または、放電状態であれば、ステップ１４に進み、蓄電池２００の充電を開始するように制御する。

ステップＳ１３またはステップＳ１４の処理が完了するとステップＳ９に進む。

ステップＳ３にて、ＰＬ＞（ＰＰ＋α＋β）と判定された場合には、ステップＳ１５で、コントローラ５０が、蓄電池２００の状態が放電であるかどうかを確認する。蓄電池２００が、すでに放電状態であれば、ステップＳ１６にて、負荷４０内の個別負荷４１〜４３に対する負荷使用電力量をＰＰ＋αに近づくように減少させるために、すでに使用されている個別負荷４１〜４３の中から最適な消費電力の負荷を、１または複数選択し、停止もしくは消費電力を軽減させる動作設定に変更する。

ステップＳ１５にて、蓄電池２００の状態が、停止状態または充電状態の場合には、ステップＳ１７で、蓄電池２００の放電を開始するように制御する。

ステップＳ１６またはステップＳ１７の処理が完了すると、ステップＳ９の処理に進む。

なお、ＰＶ抑制時間帯の中で、ステップＳ２からステップＳ１０の処理を複数回繰り返していき、ＰＶ発電量ＰＰに対して、ある程度使用する負荷電力ＰＬが安定している場合、すなわち（ＰＰ＋α）≒ＰＬが一定時間継続する場合は、ステップＳ１３およびステップＳ１６にて、増加または減少させる電力量を小さくするように切り替えてもよい。

増加または減少させる電力量を小さくするように切り替える代りに、たとえば、増加または減少させる電力量を（ＰＰ＋α）とＰＬの差分の５パーセントとすることにより、（ＰＰ＋α）とＰＬとの差が大きい場合には早く収束するようにし、（ＰＰ＋α）とＰＬとの差が小さい場合にはそのまま安定した電力負荷バランスを保たせる様に動作させることができる。

たとえば、（ＰＰ＋α）≒ＰＬが一定時間継続する場合に、パワーコンディショナ部１０の定格電力が６ｋＷの場合、増加または減少させる電力量は、その２パーセント以下の１２０Ｗ以下としておくことが望ましい。これに対応する為、個別負荷の中に１５０Ｗ以下の負荷を複数用意しておくことが望ましい。もし、個別負荷内に１５０Ｗ程度の負荷が存在しない場合は、消費電力量の少ない負荷を選んで電源を投入し開放してもよい。また、最近の電気製品はさまざまな運転モードや強弱設定を持っており、それらのモードを変更することにより、消費電力を数ワット単位で制御することができるので、そのように動作させてもよい。たとえば、空調機器の場合には、冷房設定から送風設定に切り替えたり、送風の強さや向きを変更させたりすることや、炊飯器の場合では、保温状態であっても間欠的に保温電力をオンオフすることで、少量の消費電力変化を誘起させることができる。

そのために、各個別負荷が持つ動作モードとそのときの消費電力の情報をあらかじめ持っておき、コントローラ５０の要求にしたがって、その情報を送信できるように構成してもよい。コントローラ５０は、個別負荷の各設定での消費電力の差分と現在の動作状態から、最適な負荷の動作設定を選択し動作させる。

以上説明したように、この発明の実施の形態３にかかる電力供給システムによれば、コントローラ５０が、負荷４０と蓄電池２００を連携して制御することにより、ＰＶ抑制による系統電源３０への逆潮流が制限される時間帯において、負荷の使用電力量が（パワーコンディショナ部１０の発電電力＋一定の閾値）となるように負荷４０および蓄電地２００の充放電を制御するため、その時間帯においても太陽光発電部１００で発電したＰＶ発電量を抑制させることなく使用できる。加えて、ＰＶ発電量に対して負荷が大きい場合は蓄電池からの放電電力を使用するため、系統から電力を購入する必要が無く、また、ＰＶ発電量の急激な変化に対してパワーコンディショナ部１０の出力ＰＰを安定させることができ、結果として系統電源３０の安定化に寄与する。

１ 電力供給システム
１０ パワーコンディショナ部
１００ 太陽光発電部
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ ＤＣ／ＡＣインバータ
１３ ＡＣ開閉器
１４ 制御部
１５ ＤＣ開閉器
１６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ 分電盤
２００ 蓄電池
２１ 分電盤制御部
２２ 電流センサ群
２３ 切り替えスイッチ
２４ 切り替えスイッチ群
３０ 系統電源
４０ 負荷
４１〜４３ 個別負荷
５０ コントローラ
６０ クラウドサーバ
７０ インターネット回線

Claims (5)

1. 自然エネルギーによる発電装置と、
   該発電装置に接続され、直流交流変換を行うパワーコンディショナと、
   該パワーコンディショナと接続され、系統電源及び複数の負荷に係る切替をする分電盤と、
   前記パワーコンディショナ及び前記分電盤からの情報を収集し、前記複数の負荷の起動を制御するコントローラと、
   を備える電力供給システムであって、
   前記コントローラが、前記複数の負荷の各々の属性情報に基づき、前記発電装置の発電量に対し前記複数の負荷の総消費電力量が、所定の値以上となるように前記複数の負荷の少なくとも１つを起動させることを特徴とする電力供給システム。
2. 前記発電装置が、太陽光発電装置であることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記属性情報が、個別消費電力量に係る情報であることを特徴とした請求項１または請求項２のいずれかに記載の電力供給システム。
4. 前記属性情報が、使用推奨時間帯に係る情報であることを特徴とした請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
5. 蓄電池と、
   自然エネルギーによる発電装置と、
   該発電装置及び前記蓄電池に接続され、直流交流変換を行うパワーコンディショナと、
   該パワーコンディショナと接続され、系統電源及び複数の負荷に係る切替をする分電盤と、
   前記パワーコンディショナ及び前記分電盤からの情報を収集し、前記複数の負荷の起動及び前記蓄電池の充放電を制御するコントローラと、
   を備える電力供給システムであって、
   前記コントローラが、前記複数の負荷の各々の属性情報に基づき、前記発電装置の発電量に対し前記複数の負荷の総消費電力量が、所定の値以上となるように前記複数の負荷の少なくとも１つを起動させることを特徴とする電力供給システム。

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