JP5867149B2

JP5867149B2 - 電力制御部および電力制御システム

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Publication number: JP5867149B2
Application number: JP2012035860A
Authority: JP
Inventors: 中西　宏之; 宏之中西
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: JP2013172589A

Description

本発明は、太陽光発電などの発電量が制限される可能性のある発電装置を発電源とする電力網における電力制御に関わる電力制御部および電力制御システムに関するものである。

近年、環境負荷が小さい自然エネルギーを利用した発電の普及が進んでいる。このような発電システムでは、環境条件によって発電量が変化するため供給量のばらつきが大きく、単独では安定した供給が困難である。商用電源など、より安定して供給できるシステムと併用して使用されることが一般的である。

このような発電システムでは、戸建から集合住宅、区町村単位の比較的大きな範囲にわたる複数の消費体への供給が取り組まれている。

災害などが原因で、商用電源からの供給が途絶えた場合、発電を行う環境と接続される負荷の状況によっては、負荷電力の合計が供給できる電力量を上回ってしまうことが考えられる。供給量が不足してしまった場合、電力網は全域で突然停電してしまう恐れがあり、停止した機器などによって不測の事態を引き起こす可能性がある。そのため、このような障害を回避するために、不十分ながらも電力がある場合でも供給を行わないことが想定される。このように供給される電力が少なくなった場合、全体停電を避ける技術として、特許文献１のように、接続された負荷に優先度をあらかじめ設定して、供給量に余裕がなくなった場合、優先度の低いものから順に給電を制限することで、過負荷を回避するシステムが提案されている。

特開２００９-１６５２４９号公報

ところで、特許文献１のシステムでは、負荷の優先度や消費電力量を制御部に認識させるための装置が必要であり、それらは特許文献１のシステムを利用するために必要な機能であって、機器本来の機能と係わりがなく、コスト面で大きな負担となる。また、集合住宅等、複数の供給先で電力を制限しなければならないとき、制御の対象となるすべての供給先で同じシステムを導入しておく必要があり、広範囲の電力供給への適応は適切とは言えない。つまり、専用の制御部を有する機器を別途、設ける必要があった。そこで、本発明では簡便にその時に供給可能な電力を有効に使用することができる電力制御部および電力制御システムを実現することを目的とする。

本発明は、供給できる電力量から分配できる電力を算出し、各供給先に供えられている電圧変換部の電流制限値をダイナミックに変更することができる電力制御システムを構築することによって、電力の制限を行う。一般的に電力の供給は、定電圧で行われるので、供給する電圧が既知であれば、電流を制限することで電力を制限することができる。電力の制限を行うためだけの機器を新たに必要とすることがないため、簡便にその時に供給可能な電力を有効に使用することができる。

本発明の望ましい態様としては、第１の電力を供給する発電部から供給された第１の電圧を所望の第２の電圧に変換するとともに、それぞれが電気的に接続された負荷へ電力を供給する複数の電圧変換部から負荷へ所定の電流制限値以上の電流が流れた場合に発電部からの電力供給を停止させる電圧変換部が有する電流制限値を、発電部の供給可能な電力を算出する電力情報に基づいて算出された電力供給可能量および所望の負荷が消費する電力を規定する変数である消費変数に基づいて、更新する電流制限値変更部を備えた電力制御部とする。

本発明の望ましい態様によれば、電力供給可能量および所望の前記負荷の消費変数に基づいて、発電部からの電力供給を停止させる電圧変換部が有する電流制限値を更新するので、電力の制限を行うためだけの機器を新たに必要とすることがないため、簡便にその時に供給可能な電力を有効に使用するこが可能となっている。

本発明の望ましい態様としては、消費変数を発電部が供給できる電力を負荷へ分ける比率である分配比率とすることを特徴としても良い。

本発明の望ましい態様としては、分配比率を時間毎に更新することとしても良い。

本発明の望ましい態様としては、それぞれの電圧変換部に接続された負荷が消費する希望電力使用量である消費変数および電力供給可能量に基づいて、電流制限値を更新することを特徴としても良い。

本発明の望ましい態様としては、消費変数を前記電圧変換部の定格出力電力の和として、前記電力供給可能量が消費変数を下回る場合に前記電流制限値を更新することを特徴としても良い。

本発明の望ましい態様としては、消費変数を負荷の需要予測された電力量として、電力供給可能量が消費変数を下回る場合に電流制限値を更新することを特徴としても良い

本発明の望ましい態様としては、電圧変換部と電気的に接続された負荷によって消費される消費電力を計測する計測部に基づいた消費電力情報を消費変数として、電力供給可能量が消費変数を下回る場合に電流制限値を更新することを特徴としても良い。

本発明の望ましい態様としては、電流制限値あるいは強制遮断信号に基づいて電力供給を停止させても良い。

本発明の望ましい態様によれば、別途ブレーカーを設ける必要がなく、部品を減らすことが可能となっている。

本発明の望ましい態様としては、第１の電力を供給する発電部と、発電部から供給された第１の電圧を所望の第２の電圧に変換するとともに、それぞれが電気的に接続された負荷へ電力を供給する複数の電圧変換部と、電圧変換部から負荷へ所定の電流制限値以上の電流が流れた場合に発電部からの電力供給を停止させる電圧変換部が有する電流制限値を、発電部の供給可能な電力を算出する供給電力情報に基づいて算出された電力供給可能量および所望の前記負荷が消費する電力を規定する変数である消費変数に基づいて、更新する電流制限値変更部を備えた電力制御部と、を備えた電力制御システムとしても良い。

電力の制限を行うためだけの機器を新たに必要とすることがないため、簡便にその時に供給可能な電力を有効に使用するこが可能になる。

本実施形態に関わる電力制御システムの全体構成図電力供給可能量の算出例二次電池を複数使用した場合の電力制御システム例本実施形態の第１の制御フローチャート電流制限値算出方法例１電流制限値算出方法例２電力分配の一例定格出力電力の総和を消費変数とする算出のフロー需要予測された電力量を消費変数とする算出のフロー消費電力情報の総和を消費変数とする算出のフロー

以下、本発明の実施の形態を図１から図１０に基づいて説明する。

(実施形態)
本発明の実施形態の特徴を説明する前に、本発明に関わる電力制御システムの全体構成を図１に基づいて説明する。第１の直流電力を生成する発電部１１０と、発電部１１０からの直流電圧を所望の第２の直流電圧に変換する電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃと発電部１１０を制御する電力制御部１３０によって構成される。発電部１１０から供給された第１の直流電力は電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃを介して、負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃへ供給される。ここで、負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃのそれぞれは単独の負荷であっても良く、複数の負荷（図示せず）が並列に接続されていても良い。負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃに供給される電圧、電流は第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃによって検知されるとともに検出された出力電流値、出力電圧値を制御回路５ａ、５ｂ、５ｃに入力し、所望の電流制限値以上の電流が流れたと制御回路５ａ、５ｂ、５ｃが判断した場合、電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃからの供給を遮断する。電力制御部１３０は発電部１１０と第１の通信回路１１９と第２の通信回路１３１を用いて通信を行うことができ、発電部１１０の発電量の制御や電力供給可能量の算出に必要な供給電力情報の入手を行うことができる。また、電力制御部１３０は電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃと第３の通信回路１３２と第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃを用いて通信を行うことができ、電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃの監視、制御回路５ａ、５ｂ、５ｃに保存されている電流制限値の更新を行うことができる。図１では、自然エネルギーを利用した１つの発電部１１０を複数の負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃで共有する場合を想定しているが、発電部１１０は１つと限定するものではない。また、電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃおよび負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが各々３組記載しているが、本実施形態においてこの数を限定する必要ない。また、発電部１１０を共有していれば、集合住宅でも戸建住宅でも適用可能であり、その形態は特に問われないものとする。ここで、第１の通信回路１１９、第２の通信回路１３１、第３の通信回路１３２、第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれデータの送受信部を有し、送受信部としては、無線通信を行うアンテナ、有線通信を行うケーブルの端部と接続される入出力端部、光通信を行う発光部、受光部などが挙げられ、その形態は特に問われないものとする。

発電部１１０について図１に基づいて説明を行う。第１の直流電力を生成する太陽電池１１１、燃料電池１１３、二次電池１１５、風力発電機１１７にはそれぞれ出力電圧を制御する回路、すなわち、制御回路１１２、１１４、１１６、１１８と接続されており、二次電池の制御回路１１６は、放電だけでなく充電機能も有している。各制御回路は、各々制御している装置を直流幹線１０との接続を切り替えるスイッチ（図示せず）を備えており、直流幹線１０への電気的接続を制御することができる。各制御回路は、第１の通信回路１１９と接続されている。各制御回路１１２、１１４、１１６、１１８は、各々制御している装置に異常があった時、第１の通信回路１１９から第２の通信回路１３１を介して、電力制御部１３０に通信することができる。自然エネルギーを利用した発電は環境の変化による発電量の変動が大きいため、変動を抑制する目的で二次電池１１５を設けることが望ましい。また、図１では、発電部１１０の太陽電池１１１、燃料電池１１３、風力発電機１１７は必ずしもすべてを設ける必要はない。また、太陽電池１１１、燃料電池１１３、風力発電機１１７以外の自然エネルギーが発電部１１０に存在しても良く、その形態は特に問われないものとする。自然エネルギーによる発電は環境条件によって発電量を左右され、発電量の変動を抑制するために発電部１１０に商用ＡＣ電源と接続されているが、本実施形態において必ずしも商用ＡＣ電源を接続する必要はない。ＡＣ電源と接続する場合、直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１４０が必要になる。

電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃは、発電部１１０より生成された第１の直流電圧を給電に適した所望の第２の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ、２ｂ、２ｃを備えている。本実施形態において、負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃへの供給されるＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ、２ｂ、２ｃの出力電圧である第２の直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ、２ｂ、２ｃの入力電圧である第１の直流電圧より必ずしも高いまたは低い必要はなく、電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃの動作は、昇圧、または降圧を限定する必要はない。第１の直流電圧と第２の直流電圧は同じ値でもよい。

電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃのＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ、２ｂ、２ｃには、一般的にスイッチング電源を用いる。電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃに用いられるＤＣ／ＤＣコンバータは、本実施形態において、絶縁型、非絶縁型どちらでもよく、その形態は特に問われるものではない。

電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃは、負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃによって消費される電力を計測する計測部として、第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃを有している。第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃでは、負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃに供給される出力電流と出力電圧を計測することができる。

電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃは、制御回路５ａ、５ｂ、５ｃを有しており、第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃで計測された出力電流と出力電圧がフィードバックされる。ここで、出力電圧を一定とするように電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃの出力電圧の制御を行う。つまり、一般的にスイッチング電源の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ、２ｂ、２ｃのスイッチ部（図示せず）をオンオフ制御することにより、出力電圧を一定に制御することが可能となっている。

電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃは、第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃを有しており、電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃが出力する出力電力情報を電力制御部１３０に送信することができる。

電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃは、発電部１１０から十分な電力が供給されている状態において、出力を許容されている電流電圧の最大値を定格出力電圧、定格出力電流とする。そしてその電力を定格出力電力とする。

電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃは、定格電流値以上の電流が流れた場合、出力を停止させる働きを行う保護部（図示せず）を制御回路５ａ、５ｂ、５ｃに有している。第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃで検出された出力電流値が制御回路５ａ、５ｂ、５ｃに入力され、同じく制御回路５ａ、５ｂ、５ｃに保存されている電流制限値と比較し、電流制限値以上の電流が流れた場合、制御回路５ａ、５ｂ、５ｃは電力の供給停止命令をＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ、２ｂ、２ｃに送信する。通常、電流制限値は、出力定格電流により定められている。なお、第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃはＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ、２ｂ、２ｃの二次側に存在しているが、一次側の入力電流値を制御回路５ａ、５ｂ、５ｃに入力しても良い。すなわち、一次側に電流が流れれば二次側に電流が流れるので、一次側に入力される電流値は実質的に負荷に流れる電流値を規定するとみなすことが可能である。よって、入力する電流を検出する第２の検出回路（図示せず）が出力する入力電流値を制御回路５ａ、５ｂ、５ｃに入力しても良い。また、通常、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ、２ｂ、２ｃの一次側に存在するスイッチ部（図示せず）をオンオフ制御することで、二次側に直流電力を供給するので、制御回路５ａ、５ｂ、５ｃが具備する保護部（図示せず）が一次側のスイッチ部（図示せず）をオフとする制御を実行することで、負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃへの電力の供給を停止することが可能となっている。

電力制御部１３０は、電力供給可能量の算出を行う。電力供給可能量とは、発電部１１０で発電された電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃに供給可能な電力量を指す。電力供給可能量の算出に必要な情報である供給電力情報を第１の通信回路１１９と第２の通信回路１３１の受送信部（図示せず）を用いて発電部１１０から入手することができる。

供給電力情報の一例として、自然エネルギーである太陽電池１１１、風力発電機１１７の発電量予測は、天候情報や経年劣化など環境変化を加味する係数など、燃料電池は燃料残量と経年劣化など環境変化を加味する係数など、二次電池は充電残量などが挙げられる。

電力制御部１３０は、第１の通信回路１１９と第２の通信回路１３１の受送信部（図示せず）を用いて、制御回路１１２、１１４、１１６、１１８に供えられている各々制御している装置を直流幹線１０との接続を切り替えるスイッチ（図示せず）を制御することができる。

図１および図２に基づいて、ある時間範囲における電力供給可能量の算出例について説明する。図１に示すように、太陽電池１１１、燃料電池１１３、風力発電機１１７、二次電池１１２を備える発電部１１０がある。時間６ｔまでの発電量の予想を図２の７００、７０１、７０２に示す。図２は上記発電部１１０の縦軸に発電量、横軸に時間をとったものである。太陽電池の予想発電量７００が１２ｋＷ、風力発電機の予想発電量７０１が９ｋＷ、燃料電池の残量７０２が３ｋＷ、二次電池が０Ｗで、総電力供給可能量が２４ｋＷとする。

すべての時間に均等に電力を分配する場合について考える。６ｔの間に供給できる電力量が２４ｋＷであるので、時間１ｔあたり４ｋＷとなる。太陽電池と風力発電機の電力は、単体では平準化することができないので、効率を考慮して発電されたまま使用することを考える。太陽電池と風力発電機の電力量を合わせたものを図２の７１０に示す。図２の７１０に示すように、４ｋＷから不足している電力については、燃料電池による発電で補う。その場合の電力量を図２の７１１に示す。４ｋＷを超えている電力があるので、一時的に二次電池１１５に充電し、不足している時間帯で二次電池１１５の放電を行うことで、図２の７１２に示すように均等に電力を供給することが可能となる。このように発電部１１０は各々の特性を補完しあえるように複数の発電装置から構成されることが望ましい。また、二次電池は複数存在したほうが好ましく、充電時には既に充電が完了している別の二次電池を放電することで電力供給が可能となる。以下に説明する。

二次電池１１５を複数使用した場合の電力供給可能量の算出例について、図３に基づいて説明する。図３の電力制御システムでは、充電が完了している二次電池１（１１５ａ）と充電が完了していない二次電池２（１１５ｂ）がある場合について示している。太陽電池１１１、風力発電機１１７、燃料電池１１３は発電部側直流幹線１１を介して切り替えスイッチ１２０に接続され、切り替えスイッチ１２０は二次電池２（１１５ｂ）に接続し充電を行う。各制御回路１１２、１１６、１１８は、各々制御している装置に異常があった時、第１の通信回路１１９から第２の通信回路（図示せず）を介して、電力制御部１３０に通信することができる。直流幹線１０に接続されている切り替えスイッチ１２１は、充電が完了している二次電池１（１１５ａ）に接続し、電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃへ電力供給を行う。すなわち、二次電池１（１１５ａ）が放電されることになる。二次電池１１５ａ、１１５ｂの制御、および切り替えスイッチ１２０、１２１の制御は制御回路１２２が行っている。制御回路１２３は二次電池の充電情報も管理しており、必要に応じで第１の通信回路１１９と第２の通信回路（図示せず）の受送信部（図示せず）を用いて、電力制御部１３０へ送信することができる。すでに充電されている二次電池１１５ａ、１１５ｂの充電残量を把握すればよいので、より確実な電力量の把握ができる。図３では、二次電池は二組だけであるが、その数を限定するものではない。二次電池の充電は必ずしも満充電されている必要はない。

電力制御部１３０は、電力供給可能量と消費変数を比較して、電力供給可能量が不足し、電力の供給量を制限する必要があると判断したとき、電力制御部１３０内の制御回路１３４に存在する電流制限値変更部（図示せず）を用いて、新たな電流制限値の更新を行うことができる。

ここで、消費変数とは、負荷が消費する電力を規定する変数である。言い換えれば、供給されるべき必要のある電力のことを指す。消費変数は一つの値に限定されるものではなく、以下に示す分配比率、それぞれの電圧変換部に接続された負荷の希望電力使用量、今後の需要予測された電力量、電圧変換部の定格電力、実際に消費されている電力など負荷が消費する電力を規定する変数であれば、適宜変更可能である。

電流制限値変更部（図示せず）による電流制限値の更新の例を示す。はじめに、所望の分配比率に基づいて電流制限値を定める方法、つまり、消費変数を分配比率とした場合について説明を行う。分配比率とは、発電部が供給できる電力を各供給先すなわち、負荷へ分ける比率のことである。例として、供給できる電力Ｐｏを４ｋＷ、供給先すなわち、負荷が３つ存在し電力変換部１が最低でも３個存在する場合、それぞれの供給先すなわち負荷であるＡ１、Ａ２、Ａ３の給比率Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３がＲ１：Ｒ２：Ｒ３＝１：２：１である場合について説明を行う。比率の和Ｒｓは、１＋２＋１＝４となる。供給できる電力Ｐは４ｋＷ、比率の和Ｒｓで割ると、単位比率（供給できる電力Ｐを比率の和Ｒｓで除した値）あたりの電力量Ｐｕは１ｋＷになる。各供給先すなわち負荷へは、各々の分配比率（単位比率×給比率）によって決められるので、供給先ＡとＣへは１ｋＷ×１＝１ｋＷ、Ｂへは１ｋＷ×２＝２ｋＷが負荷が消費する電力を規定する変数である。つまり、電圧変換部に供給される直流電圧は一義的に決定されるので、供給される直流電圧値と負荷が消費する電力を規定する変数である分配比率とに基づいて、電流制限値が更新できることになる。これらの処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。電力供給可能量が消費変数を下回っている場合、電流制限値の算出を開始する（Ｓ５０１）。定められた分配比率の和Ｒｓを求める（Ｓ５１０）、分配比率の和Ｒｓと電力供給可能量より、単位比率あたりの電力量Ｐｕの算出を開始する（Ｓ５１１）。求めた単位比率あたりの電力量Ｐｕに各々の分配比率Ｒｎを積算し、各供給先の電流制限値の算出を行う（Ｓ５１３）。この計算をすべての供給先に対して行う（Ｓ５１２）。供給先すべての計算を終えて終了となる（Ｓ５０２）。分配比率を変動させることによって、供給先毎に供給可能量に差をつけることが可能となる。

供給先の要望、すなわち、負荷の消費電力情報を受信し、電流制限値に反映させる方法について図６に基づいて説明を行う。電力供給可能量が消費変数を下回っている場合、電流制限値の更新を開始する（Ｓ５０１）。供給先、すなわち、それぞれの電圧変換部に接続された負荷に電力供給制限を行う時間と、個々の供給先が制限時間内に使用できる電力について通知を行う（Ｓ５２０）。通知をもとに供給先は希望時間と使用したい電力値、すなわち、消費変数を電力制御部１３０へ返答する（Ｓ５２１）。各供給先の希望を合わせ電力供給可能量の範囲内であるか比較を行う（Ｓ５２２）。電力供給可能量が各供給先の希望電力使用量である消費変数を上回っている場合、希望電力使用量は承認され、各供給先の希望が制限時間内の電流制限値として定められる（Ｓ５０２）。電力供給可能量が各供給先の希望電力使用量である消費変数を下回ってしまった場合、再度供給先の要望すなわち、負荷の消費電力情報を受信し、希望する電力使用量が電力供給可能量範囲内に収まるまで続ける。一つの方法として、希望を満たせなかった供給先に、分配比率の代替案を提示し（Ｓ５２３）、希望を満たせなかった供給先の要望、すなわち、負荷の消費電力情報を受信し（Ｓ５２４）、電力供給可能量の範囲内であるか比較を行い（Ｓ５２２）、電力供給可能量の範囲内になるまで繰り返す。

電力制御部１３０は、制御回路１３４に存在する電流制限値変更部（図示せず）を用いて算出した新たな電流制限値を、第３の通信回路１３２と第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃの受送信部（図示せず）を用いて、制御回路５ａ、５ｂ、５ｃの電流制限値を更新することができる。

制御回路１３４は、強制的に電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃの動作を停止させ、負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃへの電力の供給を止める強制遮断信号を第３の通信回路１３２と第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃの受送信部（図示せず）を用いて電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃへ送信し、制御回路５ａ、５ｂ、５ｃはＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ、２ｂ、２ｃを停止させる保護部（図示せず）によって、電力の供給を停止させることができる。つまり、制御信号または強制遮断信号に基づいて電力供給の制限を行うことが可能であり、別途、ブレーカーなどの異常時の電力供給の切断部を省略することが可能となっている。また、機械的スイッチを必要としないので、外部からの強制遮断信号で電力供給の停止が可能となっている。

図４に所望の消費変数に基づいて、電流制限値を更新する第１の制御フローを示す。発電部１１０が発電を開始し、電力供給の準備が整うと同時に供給のための制御を開始する（Ｓ１００）。電力制御部１３０は、発電部１１０より電力供給可能量の算出に必要な供給電力情報を第１の通信回路１１９と第２の通信回路１３１の受送信部（図示せず）を用いて入手し、電力供給可能量の算出を行う（Ｓ２００）。つぎに消費変数の算出を行う（Ｓ３００）。消費変数とは、負荷が消費する電力を規定する変数である。言い換えれば、供給されるべき必要のある電力のことを指す。消費変数の算出には必要に応じて第３の通信回路１３２と第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃの受送信部（図示せず）を用いて情報を入手する。計算された電力供給可能量と消費変数の比較を行う（Ｓ４００）。電力供給可能量が消費変数を上回っている場合、電流値の制限を行う必要はないので終了となる（Ｓ１１０）。電力供給可能量が消費変数を下回っている場合、電力制御部は電力供給可能量より供給できる電力値を算出し、個々の供給先に応じた電流制限値の更新を行う（Ｓ５００）。電力制御部１３０は第３の通信回路１３２と第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃの受送信部（図示せず）を用いて、電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃの制御回路５ａ、５ｂ、５ｃの電流制限値の値を更新し、（Ｓ６００）制御を終了する（Ｓ１１０）。

電力供給可能量が消費変数を下回る場合に電流制限値を更新する第２の制御方法について説明を行う。図4に示す制御フローの消費変数の算出（S３００）が、電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃの定格出力電力の総和に変わるだけで、あとの処理は同じである。図８に電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃの定格出力電力の総和を消費変数とする算出のフローを示す。定格出力電力の総和の算出命令を受けて消費変数の算出の開始を行う（Ｓ３１０）。電力制御部１３０は第３の通信回路１３２の送信部（図示せず）と第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃの受信部（図示せず）を用いて、各電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃに各々の定格出力電力を送信するように要求を送信する（Ｓ３１１）。各電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃは各自の定格出力電力を第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃの送信部（図示せず）と第３の通信回路１３２の受信部（図示せず）により、電力制御部１３０へ送信する。（Ｓ３１２）。受信した定格出力電力の総和、すなわち、消費変数を計算する（Ｓ３１３）。計算を終えて終了となる（Ｓ３１４）。例えば、電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃの数、および定格出力電力が不変である場合など、定格出力電力の総和が変わることがない場合、固定値としてあらかじめ電力制御部１３０に記憶させておくことによって、これらの処理を行わないことも可能である。

定格出力電力の総和は、供給しなければならない最大電力に等しいので、この総和を消費変数とすることによって、急激な負荷変動が生じてもその値は最大電力以下であるので、電力不足による停電を確実に防ぐことができる。また、定格出力電力の総和は、電力制御システム導入時から変更されることは少なく、電力供給開始前に既知であることが多い。このため、あらかじめ電力制御部１３０に定格出力電力の総和を消費変数として記憶させておくことができ、通信を使用して消費変数を算出するための情報収集を省略することができるため、素早く電流制限状態へ移行することができる。

消費変数を負荷の需要予測された電力量として、電力供給可能量がこの消費変数を下回る場合に電流制限値を更新する第３の制御方法について説明を行う。第２の制御方法と同様に図4に示す制御フローの消費変数の算出（S３００）が、負荷の需要予測された電力量に変わるだけで、あとの処理は同じである。図９に基づいて、需要予測された電力量を消費変数とする算出のフローについて説明を行う。需要予測の算出命令を受けて、負荷によってこれから消費されると予想される電力の総和である需要予測の算出、すなわち、消費変数の算出を開始する（Ｓ３２０）。今までに消費してきた消費電力の傾向を表す過去の消費電力データ（Ｓ３２５）や、予測時の気象状況や電力制御システムの経年劣化などを含めた環境条件データ（Ｓ３２６）や、供給先数や定格値の変動など情報データ（Ｓ３２７）を入手する。これらの情報を元に消費電力の予想値である負荷の需要予測、すなわち、消費変数を算出する（Ｓ３２１）。計算を終えて終了となる（Ｓ３２２）。

実際の使用状況に近い値が制限を行うかどうかの判断基準となるので、過剰な供給量を待機させる必要がなく、余剰電力を削減することができる。需要予測は予測量であるため、実際に制限をかける時間より前に供給先に情報を提供すことが可能であり、節電の呼びかけや、制限時間内の電力分配について、時間で決めて使用するなど、電流制限値をフレキシブルに設定することが可能となる。

次に、電流制限値をフレキシブルに更新する例を図７に基づいて説明する。供給可能な電力８００が３ｔの時間に３Ｐｏの電力がある。３つの供給先に均等に分配する場合、時間を区切って供給する方法と電力を分割する方法が考えられる。前記は、時刻ｔまで供給先Ａへ３Ｐｏの電力８１０を供給し、その間供給先Ｂ、Ｃへの供給は行わない。次のｔから２ｔまでは供給先Ｂへ３Ｐｏの電力８１１を供給し、２ｔから３ｔまでは供給先Ｃへ３Ｐｏの電力８１１を供給する。あるいは、３Ｐｏの電力８００を３つの供給先に均等（８２０、８２１、８２２）に分配し、時刻３ｔまで、同じ電力を供給する。このように供給先である負荷の使用状態を考慮し、時間毎に電流制限値を更新するので、電力を効率良く供給することが可能となっている。つまり、供給先の各々の分配比率を時間毎に更新していると考えることができる。なお、ここでは、均等に分配する場合について説明したが、均等である必要はない。

電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃと電気的に接続された負荷によって消費される消費電力を計測する第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃの出力に基づいた消費電力情報を電力制御部１３０へ送信する第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃと第３の通信回路１３２を有し、受信した消費電力情報を消費変数として、電力供給可能量がこの消費変数を下回る場合に電流制限値を更新する第４の制御方法について説明を行う。第２、第３の制御方法と同様に図4に示す制御フローの消費変数の算出（S３００）が、接続されている各負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃによって消費される消費電力を第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃに基づいた各消費電力情報の総和に変わるだけで、あとの処理は同じである。図１０に基づいて、消費電力情報の総和を消費変数とする算出のフローについて説明を行う。電力制御部１３０は、消費電力情報の算出命令を受けて、消費電力情報の算出を開始する（Ｓ３３０）。電力制御部１３０は第３の通信回路１３２の送信部（図示せず）を用いて、各電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃに各々出力している電力である消費電力情報を送信するように要求を送信する（Ｓ３３１）。各電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃは各自が現在出力している電力を第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃで計測し、消費電力情報を第４の通信回路４ａ、４ｂ、４ｃに存在する送信部を用いて、電力制御部１３０へ送信する。（Ｓ３３２）。各電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃから、送信された消費電力情報の総和、すなわち、消費変数を計算する（Ｓ３３３）。計算を終えて終了となる（Ｓ３３４）。

予測ではなく、実際に消費されている電力であるので、予測による誤差がなく、過剰な電力を保有する必要がない。負荷変動の少ない電力制御システムにおいて、最も効率よく電力供給の制御を行うことができる。なお、ひとつの電力変換部に対して、複数の負荷が複数存在する場合、複数の負荷全体として消費電力情報の総和を求めていることになる。つまり、単独の負荷に対する制御は実行されていないものの、電圧変換部に優先順位を設定するなどの順位付けを行えば、複数の負荷を常時動作可能とすることが可能となっている。

第２の送受信部（図示せず）が第３の送受信部（図示せず）を兼用する説明を行う。負荷１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃで消費されている第１の検出回路３ａ、３ｂ、３ｃに基づいた消費電力情報を電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃから電力制御部１３０へ受信する第３の送受信部（図示せず）と、電力制御部１３０で算出された電流制限値を電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃへ送信する第２の送受信部（図示せず）と、の送受信は同じ送受信部を用いても良い。よって、新たな設備を増やさないことも可能である。

また、第２の通信回路１３１と第３の通信回路１３２は共通化することもでき、新たな設備を増やさないことも可能である。

電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃは前記電流制限値あるいは強制遮断信号に基づいて電力供給を停止させる電力制御部１３０である。

強制遮断の一例について示す。電圧変換部１ａ、１ｂ、１ｃにスイッチ（図示せず）を設けて、スイッチを人が操作することにより強制遮断を発生させる。または、電力制御部１３０が強制遮断信号を出力することで、供給を遮断することもできる。

供給先の付近で火事などが発生した場合、電力制御システム上で異状が発生するまえに電力の供給を断つことが可能で、感電、サージ等による火事の発生など二次災害を防ぐことができる。従って、別途ブレーカーを設ける必要がなく、部品を減らすことが可能となっている。

なお、本実施形態の電力制御部を使用して、第１の電力を供給する発電部と、発電部から供給された第１の電圧を所望の第２の電圧に変換するとともに、それぞれが電気的に接続された負荷へ電力を供給する複数の電圧変換部と、電圧変換部から負荷へ所定の電流制限値以上の電流が流れた場合に発電部からの電力供給を停止させる電圧変換部が有する電流制限値を、発電部の供給可能な電力を算出する供給電力情報に基づいて算出された電力供給可能量および所望の負荷が消費する電力を規定する変数である消費変数に基づいて、更新する電流制限値変更部を備えた電力制御部と、を備えた電力制御システムとすることで安定した電力供給を実現することが可能となっている。

本実施形態では、直流電力を利用する電力供給について言及したが、交流電力を利用する電力供給についても適用可能である。つまり、電力供給、電力消費のいずれかが交流電力の場合にも適用可能である。この場合、供給可能な電力は交流電圧の実効値を直流電圧に換算した値として採用すれば良い。また、ＤＣ／ＤＣコンバータに代えて、ＤＣ／ＡＣコンバータ、ＡＣ／ＡＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータを適宜使用しても良い。

１ａ電圧変換部
１ｂ電圧変換部
１ｃ電圧変換部
２ａＤＣ／ＤＣコンバータ
２ｂＤＣ／ＤＣコンバータ
２ｃＤＣ／ＤＣコンバータ
３ａ第１の検出回路
３ｂ第１の検出回路
３ｃ第１の検出回路
４ａ第４の通信回路
４ｂ第４の通信回路
４ｃ第４の通信回路
５ａ制御回路
５ｂ制御回路
５ｃ制御回路
１０直流幹線
１１発電部側直流幹線
１１０発電部
１１１太陽電池
１１２太陽電池の制御回路
１１３燃料電池
１１４燃料電池の制御回路
１１５二次電池
１１５ａ第１の二次電池
１１５ｂ第２の二次電池
１１６二次電池の制御回路
１１７風力発電機
１１８風力発電機の制御回路
１１９第１の通信回路
１２０発電部と二次電池間の切り替えスイッチ
１２１電圧変換部と二次電池間の切り替えスイッチ
１２２１２０、１２１切り替えスイッチの制御回路
１３０電力制御部
１３１第２の通信回路
１３２第３の通信回路
１３４電力制御部の制御回路
１４０ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５０ａ負荷（直流機器）
１５０ｂ負荷（直流機器）
１５０ｃ負荷（直流機器）
７００太陽電池によって発電される電力
７０１風力発電機によって発電される電力
７０２燃料電池によって発電される電力
７１０太陽電池と風力発電機によって発電される電力の和
７１１７１０の電力で、４ｋＷに満たない時間帯に燃料電池の電力を割り当てた場合の電力供給可能量を示した電力
７１２二次電池を利用して、７１１の電力を平準化した電力供給可能量
８００電力供給可能量
８１０供給先Ａへの電力
８１１供給先Ｂへの電力
８１２供給先Ｃへの電力
８２０供給先Ａへの電力
８２１供給先Ｂへの電力
８２２供給先Ｃへの電力

Claims

第１の電力を供給する発電部から供給された第１の電圧を第２の電圧に変換するとともに、それぞれが電気的に接続された負荷へ電力を供給する複数の電圧変換部から前記負荷へ所定の電流制限値以上の電流が流れた場合に前記発電部からの電力供給を停止させる前記電圧変換部が有する前記電流制限値を、前記発電部の供給可能な電力を算出する供給電力情報に基づいて算出された電力供給可能量および前記負荷に供給されるべき必要のある電力を規定する変数である消費変数に基づいて、更新する電流制限値変更部を備えた電力制御部。
前記消費変数を前記発電部が供給できる電力を前記負荷へ分ける比率である分配比率とすることを特徴とする請求項１に記載の電力制御部。
前記分配比率を時間毎に更新する請求項２に記載の電力制御部。
前記電流制限値変更部は、前記それぞれの電圧変換部に接続された負荷の希望電力使用量である消費変数および前記電力供給可能量に基づいて、前記電流制限値を更新することを特徴とする請求項１に記載の電力制御部。
前記電流制限値変更部は、前記消費変数を前記電圧変換部の前記負荷に供給しなければならない最大電力として、前記電力供給可能量が前記消費変数を下回る場合に前記電流制限値を更新することを特徴とする、請求項１に記載の電力制御部。
前記電流制限値変更部は、前記消費変数を前記負荷の需要予測された電力量として、前記電力供給可能量が前記消費変数を下回る場合に前記電流制限値を更新することを特徴とする、請求項１に記載の電力制御部。
前記電流制限値変更部は、前記電圧変換部と電気的に接続された前記負荷によって消費される消費電力を計測する計測部に基づいた消費電力情報を前記消費変数として、前記電力供給可能量が前記消費変数を下回る場合に前記電流制限値を更新することを特徴とする、請求項１に記載の電力制御部。
前記電圧変換部は前記電流制限値あるいは強制遮断信号に基づいて電力供給を停止させる請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力制御部。
第１の電力を供給する発電部と、前記発電部から供給された第１の電圧を第２の電圧に変換するとともに、それぞれが電気的に接続された負荷へ電力を供給する複数の電圧変換部と、前記電圧変換部から前記負荷へ所定の電流制限値以上の電流が流れた場合に前記発電部からの電力供給を停止させる前記電圧変換部が有する前記電流制限値を、前記発電部の供給可能な電力を算出する供給電力情報に基づいて算出された電力供給可能量および前記負荷に供給されるべき必要のある電力を規定する変数である消費変数に基づいて、更新する電流制限値変更部を備えた電力制御部と、を備えた電力制御システム。