JP6204259B2 - 電力制御システム、電力制御装置、および電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力制御システム、電力制御装置、および電力制御方法に関するものである。

従来、商用電力系統（以下、「系統」と略記する。）によって充電される蓄電池等の蓄電設備を備える蓄電システムの蓄電パワーコンディショナとして、系統に連系して交流電力を出力する系統連系運転と、系統と関わりなく交流電力を出力する自立運転とを可能としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、燃料電池反応により電力を発生する燃料電池と、電力を貯える蓄電池と、燃料電池及び蓄電池の作動を制御するための制御手段とを備え、燃料電池の作動温度が設定温度以上になると、制御手段は、燃料電池の発電出力を制限するとともに、蓄電池からの放電を行うようにした燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２５３０３３号公報 特開２００６−３４４４８８号公報

しかしながら、燃料電池の発電量が急激に減少すると、例えば、電力系統から解列された自立運転中かつ負荷追従運転中に電力負荷が急に０となると、燃料電池セルの温度が急に降下し、燃料電池セルにダメージを与えるおそれがあった。また、燃料電池が完全に発電を停止すると、運転再開までに時間を要し、すぐに負荷追従することができないという課題があった。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、燃料発電装置を停止させる際に、発電量をゆっくり減少させつつ、負荷追従性を向上させることが可能な電力制御システム、電力制御装置、および電力制御装置方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る電力制御システムは、電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料発電装置と、蓄電池と、それぞれ連携させて制御する電力制御装置とを備える電力制御システムであって、前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部を含み、前記電力制御装置は、前記電流センサにより検出される順潮流方向の電流に基づく発電電力を出力し、前記電力制御装置は、前記蓄電池の蓄電量を監視し、前記蓄電量が第１の閾値を超えると、前記擬似電流を調整して前記電流センサにより検出される順潮流方向の電流を低減させ、前記燃料発電装置の発電電力を漸次低下させるとともに、該発電電力を前記蓄電池に漸次充電させることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力制御システムにおいて、前記電流センサは、前記燃料発電装置から前記蓄電池に流れる充電電流を前記擬似電流から差し引いた差分電流を順潮流方向の電流として検出することを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力制御システムにおいて、前記電力制御装置は、前記蓄電量が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えると、前記擬似電流を制御して前記差分電流がゼロになるように調整することを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力制御システムにおいて、前記擬似出力部は供給される電力を変換する電力調整部と、該電力調整部から出力される電流を分流する分岐部とを備え、前記分岐部から出力される一方の電流を前記擬似電流とし、前記電力制御装置は、前記電力調整部の出力電圧を制御することにより前記擬似電流を制御することを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力制御システムにおいて、前記電力調整部は、ＰＷＭ制御により出力電圧を可変とすることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力制御システムにおいて、前記分岐部にはそれぞれ抵抗器が接続されることを特徴とする。

また、本発明に係る電力制御装置は、電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料発電装置と蓄電池とをそれぞれ連携させて制御する電力制御システムに用いられる電力制御装置であって、前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部を含み、前記燃料発電装置が自立運転を行う場合に、前記擬似出力部から擬似電流を出力させ、前記蓄電池の蓄電量を監視し、前記蓄電量が閾値を超えると、前記擬似出力部の電流を制御して、前記擬似電流から、前記蓄電池に流れる充電電流を前記燃料発電装置から差し引いた差分電流を調整し、前記燃料発電装置の発電電力を漸次低下させるとともに、該発電電力を前記蓄電池に漸次充電させることを特徴とする。

また、本発明に係る電力制御方法は、電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料発電装置と蓄電池とをそれぞれ連携させて制御する電力制御装置の電力制御方法であって、前記電力制御装置は、前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部を含み、前記燃料発電装置が自立運転を行う場合に、前記擬似出力部から擬似電流を出力させるステップと、前記蓄電池の蓄電量を監視し、前記蓄電量が閾値を超えると、前記擬似電流を制御して、前記燃料発電装置から前記蓄電池に流れる充電電流を前記擬似電流から差し引いた差分電流を調整し、前記燃料発電装置の発電電力を漸次低下させるとともに、該発電電力を前記蓄電池に漸次充電させるステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、蓄電量に応じて燃料発電装置の発電量を漸次低下させることができるため、燃料電池セル内の温度の降下速度が緩やかになり、燃料電池セルの寿命を延ばすことが可能となる。また、燃料発電装置が完全に発電を停止すると、燃料電池セルの温度が低くなっているため、再び発電する際には発電再開までに時間を要し、すぐに負荷追従運転を行うことができないが、本発明によれば、蓄電池が満充電になる前に燃料発電装置の発電電力を漸次低下させるため、発電が完全に停止する頻度が減少し、負荷追従性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムにおける擬似出力部に関する配線を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムの連系運転時の制御例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムの自立運転時における擬似出力部への電力供給を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムの自立運転時における燃料発電装置の発電を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムにおける燃料発電装置の発電停止処理時の発電量を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムにおける電力制御方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムにおける擬似出力部の構成例を示す図である。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。

まず、本発明の一実施形態に係る電力制御システムについて説明する。本実施形態に係る電力制御システムは、系統から供給される電力の他に、売電不可能な電力を供給する分散電源を備える。売電不可能な電力を供給する分散電源は、例えば電力を充放電することができる蓄電池、あるいはＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）などの燃料電池またはガス燃料により発電する発電装置などである。本実施の形態においては、売電不可能な電力を供給する分散電源として蓄電池及び燃料発電装置を備える例を示す。また、売電可能な電力を供給する分散電源を更に備えてもよい。売電可能な電力を供給する分散電源は、例えば太陽光発電などによって電力を供給するシステムである。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電力制御システム１は、蓄電池１２と、燃料発電装置３３と、電力制御装置（パワーコンディショナ）２０と、擬似出力部５０とを備える。電力制御装置２０は、分電盤３１を介して、燃料発電装置３３および負荷３２に接続される。系統と分電盤３１の間には電流センサ４０が配置される。なお、蓄電池１２と並列に太陽電池を接続してもよい。

電力制御システム１は、通常は系統との連系運転を行い、系統から供給される電力と、分散電源（蓄電池１２および燃料発電装置３３）からの電力とを負荷３２に供給する。また、電力制御システム１は、停電時など系統からの電力供給がない場合は蓄電池１２および燃料発電装置３３を系統から解列させて自立運転を行い、燃料発電装置３３からの電力を負荷３２に供給する。なお、電力制御システム１が自立運転を行う場合には、各分散電源は系統から解列した状態であり、電力制御システム１が連系運転を行う場合には、各分散電源は系統と並列した状態となる。

図１において、各機能ブロックを結ぶ矢印のない線は電力の流れる配線を表し、各機能ブロックを結ぶ矢印付きの線は、制御信号または通信される情報の流れを表す。矢印の無い線が示す通信は、有線通信としてもよいし無線通信としてもよい。制御信号および情報の通信には、各階層含め、様々な方式を採用可能である。例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの近距離通信方式による通信を採用することができる。また、赤外線通信、電力線搬送通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）など、様々な伝送メディアを使用することができる。またそれぞれの通信に適した物理層を含む下位の層の上で、各種プロトコル、例えばＺｉｇＢｅｅ ＳＥＰ２．０（Ｓｍａｒｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｆｉｌｅ２．０）、ＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅ（登録商標）などのような論理層だけ規定される通信プロトコルを動作させてもよい。

蓄電池１２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の蓄電池から構成される。蓄電池１２は、充電された電力を放電することにより、電力を供給可能である。また、蓄電池１２は、系統から供給される電力に加え、後述の通り、燃料発電装置３３から供給される電力を充電可能である。

電力制御装置２０は、蓄電池１２、燃料発電装置３３、および擬似出力部５０をそれぞれ連携させて制御する装置であり、蓄電池１２から供給される直流の電力と、系統および燃料発電装置３３から供給される交流の電力との変換を行うとともに、連系運転及び自立運転の切り替え制御を行う。電力制御装置２０は、電力変換部（インバータ）２１と、連系運転スイッチ２２，２３と、自立運転スイッチ２４と、電力制御装置２０全体を制御する制御部２５とを備える。なお、連系運転スイッチ２３は、電力制御装置２０の外に出すよう構成してもよい。

電力変換部２１は、双方向インバータであって、蓄電池１２から供給される直流の電力を交流の電力に変換し、また、系統および燃料発電装置３３から供給される交流の電力を直流の電力に変換する。なお、電力変換部２１の前段に、蓄電池１２からの直流電力を一定の電圧まで昇圧するコンバータを設けてもよい。

連系運転スイッチ２２，２３、および自立運転スイッチ２４は、それぞれリレー、トランジスタなどにより構成され、オン／オフ制御される。図示の通り、自立運転スイッチ２４は、燃料発電装置３３と蓄電池１２との間に配される。連系運転スイッチ２２，２３と自立運転スイッチ２４とは、双方が同時にオン（またはオフ）とならないように、同期して切り替えられる。より詳しくは、連系運転スイッチ２２，２３がオンとなるとき、自立運転スイッチ２４は同期してオフとなり、連系運転スイッチ２２，２３がオフとなるとき、自立運転スイッチ２４は同期してオンとなる。連系運転スイッチ２２，２３および自立運転スイッチ２４の同期制御は、連系運転スイッチ２２，２３への制御信号の配線を自立運転スイッチ２４に分岐させることによりハードウェア的に実現される。なお、スイッチ毎に同一の制御信号に対するオンとオフの状態を区別して設定可能なことはいうまでもない。また、連系運転スイッチ２２，２３および自立運転スイッチ２４の同期制御は、制御部２５によりソフトウェア的に実現することも可能である。

制御部２５は、例えばマイクロコンピュータで構成され、系統電圧の上昇や停電等の状態等に基づいて、電力変換部２１、連系運転スイッチ２２，２３、および自立運転スイッチ２４等の各部の動作を制御する。制御部２５は、連系運転時には、連系運転スイッチ２２，２３をオン、自立運転スイッチ２４をオフに切り替える。また、制御部２５は、自立運転時には、連系運転スイッチ２２，２３をオフ、自立運転スイッチ２４をオンに切り替える。

分電盤３１は、連系運転時に系統より供給される電力を複数の支幹に分岐させて負荷３２に分配する。また、分電盤３１は、複数の分散電源（蓄電池１２及び燃料発電装置３３）から供給される電力を、複数の支幹に分岐させて負荷３２に分配する。ここで、負荷３２とは、電力を消費する電力負荷であり、たとえば家庭内で使用されるエアコン、電子レンジ、テレビ等の各種電器製品や、商工業施設で使用される空調機や照明器具などの機械、照明設備等である。

燃料発電装置３３は、水素を用いて空気中の酸素との化学反応により直流の電力を発電する燃料電池３４と、発電された直流電力を１００Ｖあるいは２００Ｖの交流電力に変換する電力変換部３６と、燃料電池３４および電力変換部３６を制御する制御部３５と、その他補機類とを備える。ここで、燃料発電装置３３は、電力制御装置２０を介さずとも負荷３２に対する交流電力の供給を可能とする装置であり、必ずしも電力制御装置２０との接続を想定して設計されたものではなく、汎用性を有する装置であってよい。また、燃料発電装置３３は、所定のガスなどを燃料とするガスエンジンで発電するガス発電機であってもよい。

燃料発電装置３３は、電流センサ４０が順潮流（買電方向の電流）を検出する間、発電を行うものであり、発電時には負荷３２の消費電力に追従する負荷追従運転、所定の定格電力値による定格運転を行う。負荷追従運転時の追従範囲は、例えば２００〜７００Ｗであり、定格運転時の定格電力値は、例えば７００Ｗである。なお、燃料発電装置３３は、連系運転時は負荷３２の消費電力に追従する負荷追従運転を行い、自立運転時に、負荷追従運転または定格電力値による定格運転を行うものとしてもよい。燃料発電装置３３の発電電力は、電流センサ４０において分電盤３１および燃料発電装置３３に向かって流れる順潮流に基づいて決定され、順潮流がゼロまたは負になると発電の停止処理を開始する。

電流センサ４０は、売電不可能と規定されている燃料発電装置３３の系統側への逆潮流（売電方向の電流）を検出するために設けられ、系統及び燃料発電装置３３の間を流れる電流を検出する。電流センサ４０が逆潮流を検出した場合、燃料発電装置３３は発電を停止する。一方、電流センサ４０が順潮流を検出する間、燃料発電装置３３は負荷３２に自身から電力を供給できるものとして負荷追従運転または定格運転での発電を実行する。

ここで、本実施形態における電力制御システム１は、燃料発電装置３３と蓄電池１２とが系統から解列した自立運転状態で、擬似出力部５０を通じて電流センサ４０に擬似的な順潮流と同方向の電流（擬似電流）を流す。これにより、燃料発電装置３３を定格運転させ、燃料発電装置３３が発電する電力を蓄電池１２に蓄電することが可能となる。以下、擬似出力部５０を通じた擬似電流による蓄電について詳述する。

擬似出力部５０は、電流センサ４０に対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能なものであり、擬似電流負荷５１と、同期スイッチ５２と、擬似電流制御スイッチ５３とを備える。後述するように、擬似出力部５０を設けて擬似電流を流すことにより、燃料発電装置３３を自立運転させることができるようになる。擬似出力部５０は、外部から電力供給されるか、あるいは電力制御装置２０から電力供給される。擬似出力部５０に電力が供給されることを示すために、図面には「電力供給源」のブロックを記載している。

図２は、擬似出力部５０が電力制御装置２０から電力供給される場合の、擬似出力部５０に関する配線を示す図である。図２において、系統は、２００Ｖの単相３線としている。この場合、擬似出力部５０に対して、電圧線の一方と中性線とが接続される。図示の通り、擬似出力部５０へ接続線は、２本の電圧線それぞれに設置された電流センサ４０を通るように配線される。なお、擬似出力部５０は、電力制御装置２０と一体的に構成してもよいし、電力制御装置２０とは独立した構成としてもよい。

擬似電流負荷５１は、擬似出力部５０内の電流調整のため設けられる負荷である。なお、擬似電流負荷５１として、擬似出力部５０の外部の負荷を用いてもよい。同期スイッチ５２は、擬似出力部５０に供給された電力の一部を順潮流と同方向の擬似電流として電流センサ４０に供給するためのものである。擬似電流制御スイッチ５３は、擬似電流による不要な発電を防ぐためのものである。同期スイッチ５２及び擬似電流制御スイッチ５３は、それぞれ独立したリレー、トランジスタなどにより構成され、電力制御装置２０の制御部２５により、それぞれ独立にオン／オフ制御される。

同期スイッチ５２は、電力制御装置２０の自立運転スイッチ２４と同期してオン／オフ制御される。すなわち、同期スイッチ５２は、自立運転スイッチ２４と同様に、連系運転時にはオフとなり、自立運転時にはオンとなる。より詳しくは、同期スイッチ５２は、系統との解列／並列の切り替えと切り替えタイミングが同期するスイッチであって、解列時に擬似電流を流し、並列時に擬似電流を流さないものである。自立運転スイッチ２４及び同期スイッチ５２の同期制御は、自立運転スイッチ２４への制御信号の配線を同期スイッチ５２に分岐させることによりハードウェア的に実現される。なお、自立運転スイッチ２４及び同期スイッチ５２の同期制御は、制御部２５によりソフトウェア的に実現することも可能である。

擬似電流制御スイッチ５３は、蓄電池１２の充電が完了した場合にオフとなり、充電が完了していない場合にオンとなる。ここで、蓄電池１２の充電が完了した場合とは、蓄電池１２に所定値以上の電力が充電されている場合を示すものである。なお、制御部２５は、蓄電池１２との通信によって充電が完了しているか否かを判定するよう構成してもよい。自立運転時に蓄電池１２の充電が完了し擬似電流制御スイッチ５３がオフになると、電流センサ４０に擬似電流が流れなくなるため、燃料発電装置３３による不要な発電を停止させることができる。

これ以降、本実施形態に係る電力制御システム１における制御例を図面により詳述する。

図３は、連系運転時の電力制御システム１の制御例を示す図である。この場合、電力制御装置２０の各スイッチは、連系運転スイッチ２２，２３がオン、自立運転スイッチ２４がオフに制御される。また、擬似出力部５０の各スイッチは、同期スイッチ５２はオフ、擬似電流制御スイッチ５３は蓄電池１２の充電量に応じてオンまたはオフに制御される。

連系運転時には、太線矢印で示すように、系統よりＡＣ１００Ｖ（あるいは２００Ｖ）が供給されて、負荷３２に給電される。電力制御装置２０は、蓄電池１２の充電が完了していない場合、系統からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池１２を充電する。また、電力制御装置２０は、系統からの電力及び蓄電池１２の電力を擬似出力部５０に出力可能な構成を有するが、連系運転時には同期スイッチ５２はオフであるため、電流センサ４０への擬似電流の供給が行われない。

電流センサ４０には、系統と電力制御装置２０から順潮流（買電方向の電流）が流れる。燃料発電装置３３は、電流センサ４０により検出された電流の情報を受け取る。電流センサ４０に順潮流が流れる場合には、燃料発電装置３３は発電を行い、分電盤３１を経て負荷３２に電力を供給する。燃料発電装置３３が出力を上昇させていくと、やがて負荷３２は系統と電力制御装置２０から電力を入力しなくなる。すると電流センサ４０には電流が流れなくなるので燃料発電装置３３は出力を低下させ、下がりすぎると今度は系統と電力制御装置２０から電力を入力し、その結果、電流検出部に順潮流が流れ、燃料発電装置３３が出力を上昇させる。このようにして、燃料発電装置３３は電流センサ４０に電流が流れなくなるように出力を変化させて負荷追従を行っている。

次に、図４、図５により自立運転時の電力制御システム１の制御例を説明する。なお、図４、図５において、蓄電池１２の充電は完了していないものとする。この場合、電力制御装置２０の各スイッチは、連系運転スイッチ２２，２３がオフ、自立運転スイッチ２４がオンに制御される。また、擬似出力部５０の各スイッチは、同期スイッチ５２はオン、擬似電流制御スイッチ５３はオンに制御される。

図４は、自立運転時の擬似出力部５０への電力供給を示す図である。自立運転時には、電力制御装置２０により、自立運転スイッチ２４を介して蓄電池１２の電力が擬似出力部５０出力される。あるいは、外部から擬似出力部５０に電力を供給するようにしてもよい。

図５は、自立運転時の擬似電流による燃料発電装置３３の発電を示す図である。図４に示す通り、自立運転時には、制御部２５はスイッチ２２，２３，２４を制御して、電力制御装置２０より擬似出力部５０に電力を供給する。あるいは、制御部２５は外部から擬似出力部５０に電力を供給するように指示する。燃料発電装置３３の発電電力は、電流センサ４０において分電盤３１および燃料発電装置３３に向かって流れる順潮流に基づいて決定され、順潮流が小さくなると発電電力を低下させ、順潮流がゼロまたは負である場合には、発電停止処理を開始する。自立運転時には、擬似電流Ｉから、燃料発電装置３３から蓄電池１２に流れる電流ｉを差し引いた差分電流Ｉ−ｉが順潮流となる。

順潮流が正となるように擬似電流を制御することにより、燃料発電装置３３は負荷追従運転または定格運転での発電を実行する。分電盤３１は、燃料発電装置３３が発電した電力を負荷３２に供給するとともに、負荷３２の消費電力を上回る余剰電力については、電力制御装置２０に供給する。余剰電力は、電力制御装置２０において、自立運転スイッチ２４を経て電力変換部２１により直流電力に変換され、蓄電池１２へと充電される。

なお、蓄電池１２の充電が完了した場合は、擬似電流量が順潮流を打ち消す電流量となるように制御する。これにより、電流センサ４０には系統からの順潮流が検出されなくなるため、燃料発電装置３３は発電を停止することとなる。そのため、蓄電池１２に必要以上の電流が出力されることはない。このように、本実施形態によれば、燃料発電装置３３による必要以上の発電を防ぐことが可能となる。

ここで、負荷３２がない、または負荷３２で消費される電力が少ない場合、燃料発電装置３３が発電した電力は負荷３２では消費しきれず、蓄電池１２が満充電となることが想定される。蓄電池１２が満充電となると、燃料発電装置３３は発電停止処理を開始する。以下、燃料発電装置３３の発電停止処理について説明する。

図６は、燃料発電装置３３の発電停止処理時の発電量を示す図である。燃料発電装置３３が急激に発電量を減少させると、燃料電池３４のセル内の温度の昇降が大きくなり、燃料電池セルにダメージを与えてしまう。そのため、燃料発電装置３３は燃料電池セルへのダメージを軽減させるために、発電量を徐々に減少させる。図６（ａ）に示すように完全に発電が停止すると、再度発電させる場合には発電量を徐々に増加していかなければならないため、迅速に負荷追従することができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、制御部２５は、蓄電池１２の蓄電量を監視し、図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ１で蓄電量が第１の閾値（例えば、満充電の８０％）を超えると、燃料発電装置３３から蓄電池１２に流れる充電電流を擬似電流から差し引いた差分電流を調整することにより、燃料発電装置３３の発電電力を漸次低下させるとともに、該発電電力を蓄電池１２に漸次充電させる。つまり、制御部２５は、蓄電量が第１の閾値を超えると、擬似電流を徐々に小さくして差分電流を徐々に小さくすることにより、燃料発電装置３３の発電電力を漸次低下させる。制御部２５が蓄電池１２から受取る情報は、蓄電量を示す情報であればよく、例えば蓄電池１２の現在の蓄電量（電力量）や、満充電に対する現在の蓄電量の割合とする。なお、制御部２５は更に燃料発電装置３３の発電電力も監視するようにして、高精度に発電電力を制御することもできる。

図６に示すように、燃料発電装置３３は、発電停止処理の開始後も所定時間は発電を継続する。そうすると、蓄電池１２が満充電となった後に発電を継続していた場合には、満充電後の発電電力は充電することができず無駄となってしまう。図６（ｂ）では、時刻ｔ２で発電停止処理を開始した後、発電を完全に停止する時刻ｔ３までの発電電力が無駄となる。そこで、制御部２５は、図６（ｃ）に示すように、時刻ｔ４で蓄電量が第１の閾値よりも大きい第２の閾値（例えば、満充電の９０％）を超えると、つまり満充電となる手前で、擬似出力部５０の電流を制御して差分電流がゼロになるように調整するようにしてもよい。差分電流がゼロになると、燃料発電装置３３は発電停止処理を開始する。第２の閾値を調整することで、発電を完全に停止する時刻ｔ５で、蓄電池１２を満充電とさせることができ、発電の無駄を防止することができる。

図７は、電力制御システム１における自立運転時の電力制御方法を示すフローチャートである。自立運転時には、制御部２５は、外部または電力制御装置２０から擬似出力部５０に電力が供給されるように制御する（ステップＳ１０１）。擬似出力部５０は電力が供給されると、擬似電流を電流センサ４０に流す。電流センサ４０に擬似電流が流れると、燃料発電装置３３は発電を開始し、発電電力を蓄電池１２に充電する。燃料発電装置３３は発電を開始すると、燃料発電装置３３から蓄電池１２に流れる充電電流ｉを擬似電流Ｉから差し引いた差分電流Ｉ−ｉに基づく発電電力を出力する（ステップＳ１０２）。

制御部２５は、蓄電量が第１の閾値を超えるか否かを判定し（ステップＳ１０３）、蓄電量が第１の閾値を超える場合には（ステップＳ１０３−Ｙｅｓ）、擬似電流を制御して差分電流を漸次低下させることにより、発電電力を漸次低下させる（ステップＳ１０４）。一方、蓄電量が第１の閾値以下の場合には（ステップＳ１０３−Ｎｏ）、処理をステップＳ１０２に戻す。

次に、制御部２５は、負荷３２の消費電力に追従して負荷３２に電力を供給する必要があるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。負荷追従の必要がある場合には（ステップＳ１０５−Ｙｅｓ）、燃料発電装置３３は負荷追従運転を行う（ステップＳ１０７）。一方、負荷追従の必要がない場合には（ステップＳ１０５−Ｎｏ）、蓄電量が第２の閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。蓄電量が第２の閾値を超える場合には（ステップＳ１０６−Ｙｅｓ）、擬似電流を制御して差分電流をゼロとすることにより発電停止処理を開始させる（ステップＳ１０８）。一方、蓄電量が第２の閾値以下の場合には（ステップＳ１０６−Ｎｏ）、処理をステップＳ１０５に戻す。

擬似出力部５０は、例えば、擬似電流負荷５１をデジタルポテンショメータのような可変抵抗器とすることで、電流センサ４０に流す擬似電流の量を変化させることができる。また、図８に示すように、電圧を変化させることにより擬似電流の量を変化可能な構成としてもよい。

図８は、擬似出力部５０の構成例を示す図である。この構成では、擬似出力部５０は分流部６０を備える。分流部６０は、電力調整部６１と、制御部６２と、分岐部６３とを備える。電力調整部６１は、例えばＡＣ／ＡＣコンバータであり、外部または電力変換装置２０から供給される電圧を変換して出力する。電力調整部６１から出力される電圧は、ＰＷＭ制御により可変とすることができる。制御部６２は、電力調整部６１を制御するために、電力制御装置２０の制御部２５からの指示に基づき、電力調整部６１が有するスイッチング素子に対してゲート信号を出力する。ＰＷＭ制御では、三角波と電圧指令とを比較してゲート信号のパルス幅を決定する。なお、制御部６２は擬似出力部５０の外部に備えられてもよいし、制御部６２を有さないで電力制御装置２０の制御部２５が直接制御するようにしてもよい。

分岐部６３は、電力調整部６１から出力される電流を分流する。分岐部６３には擬似電流負荷（抵抗器）５１および５４が接続され、擬似電流負荷５１を流れる電流が擬似電流となる。擬似電流のダイナミックレンジは、電力調整部６１の出力電圧と、擬似電流負荷５１および５４の抵抗値の組み合わせにより決定される。擬似電流負荷５１および５４を並列接続させることにより、擬似電流負荷５１および５４の抵抗値の変化に対する合成抵抗値の変化は抑えられることとなる。つまり、電力調整部６１からみた出力インピーダンスの変動が少なくなるため、擬似電流負荷５１および５４の選定が容易となる。

このように、本実施形態によれば、電力制御装置２０は、燃料発電装置３３と蓄電池１２とを系統から解列した自立運転時に、擬似出力部５０は順潮流と同方向の電流である擬似電流を電流センサ４０に流すため、燃料発電装置３３に発電させることが可能となる。また、電流センサ４０への擬似電流を利用して燃料発電装置３３の発電を制御するため、燃料発電装置３３自体に特別な変更を加える必要がなく、汎用の発電装置を流用できるという利点がある。

また、本実施形態によれば、蓄電池１２の蓄電量が第１の閾値を超えると、擬似電流から充電電流を差し引いた差分電流を調整し、燃料発電装置３３の発電電力を漸次低下させるとともに、該発電電力を蓄電池１２に漸次充電させるため、燃料電池セル内の温度の降下速度が緩やかになり、燃料電池セルの寿命を延ばすことが可能となる。また、燃料発電装置３３が完全に発電を停止すると、燃料電池セルの温度が低くなっているため、再び発電する際には時間を要し、すぐに負荷追従運転を行うことができないが、本実施形態によれば、蓄電池１２が満充電になる前に燃料発電装置３３の発電電力を漸次低下させるため、発電が完全に停止する頻度が減少し、負荷追従性を向上させることができる。このとき、予め発電電力は引き下げてられているため、発電停止処理を開始させてから完全に発電が停止するまでの時間は短縮される。

また、本実施形態によれば、蓄電池１２の蓄電量が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えると、擬似出力部５０の擬似電流を制御して差分電流がゼロになるように調整するため、蓄電池１２が満充電になる手前で発電停止処理を開始させて、発電を完全に停止するタイミングで蓄電池１２を満充電とさせることができ、発電の無駄を防止することができる。

また、本実施形態によれば、同期スイッチ５２は、系統との解列／並列の切り替えと切り替えタイミングが同期するスイッチであって、解列時に擬似電流を流し、並列時に擬似電流を流さない。これにより、系統と解列している自立運転時に電流センサ４０に擬似電流が流れる一方、系統と並列している連系運転時に電流センサ４０に擬似電流が流れることはなく、誤って燃料発電装置３３からの逆潮流が発生することはない。

また、本実施形態によれば、自立運転スイッチ２４は、連系運転時にオフになり分散電源による自立運転時にオンになり、燃料発電装置３３と蓄電池１２との間に配される。これにより、自立運転時に、燃料発電装置３３が発電する電力であって、例えば、負荷３２の消費電力を上回る余剰電力を蓄電池１２に蓄電することが可能となる。

以上、本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成ブロック、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成ブロックやステップなどを１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。

１ 電力制御システム
１２ 蓄電池
２０ 電力制御装置（パワーコンディショナ）
２１ 電力変換部（インバータ）
２２，２３ 連系運転スイッチ
２４ 自立運転スイッチ
２５ 制御部
３１ 分電盤
３２ 負荷
３３ 燃料発電装置
３４ 燃料電池
３５ 制御部
４０ 電流センサ
５０ 擬似出力部
５１，５４ 擬似電流負荷
５２ 同期スイッチ
５３ 擬似電流制御スイッチ
６０ 分流部
６１ 電力調整部
６２ 制御部
６３ 分岐部

Claims (8)

1. 電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料発電装置と、蓄電池と、それぞれ連携させて制御する電力制御装置とを備える電力制御システムであって、
   前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部を含み、
   前記電力制御装置は、
   前記電流センサにより検出される順潮流方向の電流に基づく発電電力を出力し、
   前記電力制御装置は、前記蓄電池の蓄電量を監視し、前記蓄電量が第１の閾値を超えると、前記擬似電流を調整して前記電流センサにより検出される順潮流方向の電流を低減させ、前記燃料発電装置の発電電力を漸次低下させるとともに、該発電電力を前記蓄電池に漸次充電させることを特徴とする電力制御システム。
2. 前記電流センサは、前記燃料発電装置から前記蓄電池に流れる充電電流を前記擬似電流から差し引いた差分電流を順潮流方向の電流として検出することを特徴とする、請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記電力制御装置は、前記蓄電量が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えると、前記擬似電流を制御して前記差分電流がゼロになるように調整することを特徴とする、請求項２に記載の電力制御システム。
4. 前記擬似出力部は供給される電力を変換する電力調整部と、該電力調整部から出力される電流を分流する分岐部とを備え、
   前記分岐部から出力される一方の電流を前記擬似電流とし、
   前記電力制御装置は、前記電力調整部の出力電圧を制御することにより前記擬似電流を制御することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力制御システム。
5. 前記電力調整部は、ＰＷＭ制御により出力電圧を可変とすることを特徴とする、請求項４に記載の電力制御システム。
6. 前記分岐部にはそれぞれ抵抗器が接続されることを特徴とする、請求項４または５に記載の電力制御システム。
7. 電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料発電装置と蓄電池とをそれぞれ連携させて制御する電力制御システムに用いられる電力制御装置であって、
   前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部を含み、
   前記燃料発電装置が自立運転を行う場合に、前記擬似出力部から擬似電流を出力させ、
   前記蓄電池の蓄電量を監視し、前記蓄電量が閾値を超えると、前記擬似出力部の電流を制御して、前記擬似電流から、前記蓄電池に流れる充電電流を前記燃料発電装置から差し引いた差分電流を調整し、前記燃料発電装置の発電電力を漸次低下させるとともに、該発電電力を前記蓄電池に漸次充電させることを特徴とする電力制御装置。
8. 電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料発電装置と蓄電池とをそれぞれ連携させて制御する電力制御装置の電力制御方法であって、
   前記電力制御装置は、前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部を含み、
   前記燃料発電装置が自立運転を行う場合に、前記擬似出力部から擬似電流を出力させるステップと、
   前記蓄電池の蓄電量を監視し、前記蓄電量が閾値を超えると、前記擬似電流を制御して、前記燃料発電装置から前記蓄電池に流れる充電電流を前記擬似電流から差し引いた差分電流を調整し、前記燃料発電装置の発電電力を漸次低下させるとともに、該発電電力を前記蓄電池に漸次充電させるステップと、
   を含むことを特徴とする電力制御方法。

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