JP6216066B2 - 電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置 - Google Patents

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関連出願の相互参照

本出願は、２０１４年７月２９日に出願された日本国特許出願第２０１４−１５４３３６号に基づく優先権を主張するものであり、これらの特許出願の明細書全体を参照によって本願明細書に引用する。

本発明は、電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置に関する。

太陽光パネル等の発電設備を備える発電システムの発電パワーコンディショナとして、商用電源系統（以下、適宜、系統と略記する）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記載されている（例えば、特許文献１参照）。

また、系統電力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、上記の発電パワーコンディショナと同様に、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記載されている（例えば、特許文献２参照）

特開２００７−０４９７７０号公報 特開２００８−２５３０３３号公報

電力制御システムにおいて、太陽電池、蓄電池、燃料電池、ガス発電機などの複数の分散電源を一元的に管理・運用することが求められている。特に、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理可能なシステムを構築することが求められる。

従って、上記のような課題に鑑みてなされた本発明の目的は、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理可能な電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置を提供することにある。

本発明の実施形態に係る電力制御システムの制御方法は、電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置とを備える電力制御システムの制御方法であって、前記電流センサは、前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、前記電力制御装置は、前記電流センサ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擬似電流出力部と接続され、前記発電装置及び前記電力制御装置から負荷に流れる電流が所定時間一定である状態で、前記電力制御装置が前記擬似電流出力部からの擬似電流を段階的に増加させる第１ステップと、前記第１ステップの後、前記発電装置の出力電圧が上昇したときの前記順潮流の最小値を前記閾値として記憶する第２ステップとを含む。

また、本発明の実施形態に係る電力制御システムは、電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置とを備える電力制御システムであって、前記電流センサは、前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、前記電力制御装置は、前記電流センサ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擬似電流出力部と接続され、前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、前記発電装置及び前記電力制御装置から負荷に流れる電流が所定時間一定である状態で、前記制御部は、前記擬似電流を段階的に増加させるとともに、前記発電装置の出力電圧が上昇したときの前記順潮流の最小値を前記閾値として前記記憶部に記憶する。

また、本発明の実施形態に係る電力制御装置は、電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間発電を行う発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置であって、前記電力制御装置は、前記電流センサ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擬似出力部と接続され、前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、前記発電装置及び前記電力制御装置から負荷に流れる電流が所定時間一定である状態で、前記制御部は、前記擬似電流を段階的に増加させるとともに、前記発電装置の出力電圧が上昇したときの前記順潮流の最小値を前記閾値として前記記憶部に記憶する。

本発明の実施形態に係る電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置によれば、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理することが可能となる。

本発明の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（放電時）の制御例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る電力制御システムの擬似電流決定モードにおける制御フローを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る電力制御システムにおいて、擬似電流を変化させた時の発電装置の出力電圧の時間変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力制御システムの自立運転時（充電時）の制御例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電力制御システムの擬似電流決定モードにおける制御フローを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電力制御システムにおいて、擬似電流を変化させた時の発電装置の出力電圧及び蓄電池への充電電力の時間変化を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電力制御システムにおいて、電流センサの検出電流と発電装置の発電電力との相関テーブルを示す図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電力制御システム１００は、系統（商用電源系統）から供給される電力の他に、売電可能な電力を供給する分散電源及び／又は売電不可能な電力を供給する分散電源を接続して用いる。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。一方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システム、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）などの燃料電池を含む燃料電池システム、及びガス燃料によって発電するガス発電機システムなどである。本実施の形態においては、売電可能な電力を供給する分散電源として太陽電池、及び売電不可能な電力を供給する分散電源として蓄電池と、燃料電池又はガス発電機である発電装置とを備える例を示す。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電力制御システム１００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１００は、パワーコンディショナ２０（電力制御装置）と、電流センサ４０と、擬似出力部５０と、発電装置３３とを備える。また、電力制御システム１００と接続して使用される、太陽電池１１、蓄電池１２、分電盤３１、負荷３２を図１にあわせて示す。発電装置３３は、燃料電池又はガス発電機によって構成されるものである。電力制御システム１００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、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、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１００は、停電時など系統からの電力供給がない場合は自立運転を行い、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）からの電力を各負荷（負荷３２、擬似電流負荷５１）に供給する。なお、電力制御システム１００が自立運転を行う場合には、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）は系統から解列した状態であり、電力制御システム１００が連系運転を行う場合には、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）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実線は電力の流れる配線を表し、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号又は通信される情報の流れを表す。当該破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。制御信号及び情報の通信には、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。

太陽電池１１は、太陽光のエネルギーを直流の電力に変換するものである。太陽電池１１は、例えば光電変換セルを有する発電部がマトリクス状に接続され、所定の短絡電流（たとえば１０Ａ）を出力するように構成される。太陽電池１１は、シリコン系多結晶太陽電池、シリコン系単結晶太陽電池、又はＣＩＧＳ等薄膜系太陽電池等、光電変換可能なものであればその種類は制限されない。

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って、電力を供給可能である。また、蓄電池１２は、系統、太陽電池１１から供給される電力に加え、後述の通り、発電装置３３から供給される電力を充電可能である。

パワーコンディショナ２０（電力制御装置）は、太陽電池１１及び蓄電池１２から供給される直流の電力と、系統及び発電装置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ものである。パワーコンディショナ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３，１４と、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、パワーコンディショナ２０全体を制御する制御部２５と、記憶部２６とを備える。パワーコンディショナ２０は、太陽電池１１及び蓄電池１２からの電力を直流のまま接続して電力制御を行う、いわゆるマルチＤＣリンクシステムを構成する。なお、連系運転スイッチ２３は、パワーコンディショナ２０外に出すよう構成してもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３，１４は、それぞれ太陽電池１１及び蓄電池１２からの直流電力を所定の電圧まで昇圧又は降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３，１４における昇圧比は、あらかじめ設定された固定値を用いてもよいし、制御部２５によって適宜制御を行ってもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、太陽電池１１からの発電電力に対してＭＰＰＴ（最大電力点追従：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行い、且つ所定の電圧まで昇圧又は降圧を行う、太陽電池発電に適したＤＣ／ＤＣコンバータである。なお、本実施形態では、太陽電池１１及び蓄電池１２からの直流電力はＤＣリンクされているので、同一の電圧まで昇圧又は降圧する必要がある。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は双方向ＤＣコンバータであり、系統、発電装置３３及び太陽電池１１からの電力を電圧変換して蓄電池１２に充電することができる。

インバータ２１は、双方向インバータであって、太陽電池１１及び蓄電池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、系統及び発電装置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、パワーコンディショナ２０は、インバータ２１が出力する電流を検出する機能を有する。

連系運転スイッチ２２、２３、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って構成され、オン／オフ制御される。図示の通り、自立運転スイッチ２４は、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、同時にオンとならないように、双方がオフの状態を経由して切り替えられる。より詳しくは、自立運転から連系運転へ切り替える際は、自立運転スイッチ２４をオフ状態とした後に、連系運転スイッチ２２、２３をオン状態へと制御する。また、連系運転から自立運転へ切り替える際は、連系運転スイッチ２２、２３をオフ状態とした後に、自立運転スイッチ２４をオン状態へと制御する。連系運転スイッチ２２、２３及び自立運転スイッチ２４の上記制御は、例えば、制御部２５によってソフトウェア的に実現することが可能である。ただし、上記制御の例外として、各分散電源からの電力供給がオフの状態においては、連系運転スイッチ２３のみをオンとして、連系運転スイッチ２２及び自立運転スイッチ２４をいずれもオフとすることによって系統から分電盤３１への電力供給のみを行う。

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、インバータ２１、連系運転スイッチ２２、２３、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。

記憶部２６は、制御部２５が実行する各種プログラムの他、後述するように各処理における電流検出結果等を記憶する役割を果たす。

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（太陽電池１１、蓄電池１２、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。

発電装置３３は、燃料電池又はガス発電機によって構成される。燃料電池は、水素を用いて空気中の酸素との化学反応によって直流の電力を発電するセルと、発電された直流電力を１００Ｖ或いは２００Ｖの交流電力に変換するインバータと、その他補機類とを備える。ここで、発電装置３３としての燃料電池は、パワーコンディショナ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システムであり、必ずしもパワーコンディショナ２０との接続を想定して設計されたものではなく、汎用性を有するシステムであってよい。また、ガス発電機は、所定のガスなどを燃料とするガスエンジンで発電するものである。

発電装置３３は、対応する電流センサ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又は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、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、負荷追従運転又は定格電力値による定格運転を行うものとしてもよい。

電流センサ４０は、系統と発電装置３３との間を流れる電流を検出するものである。日本では、発電装置３３が発電する電力は売電不可能と規定されているため、電流センサ４０が系統側への逆潮流（売電方向の電流）を検出した場合、発電装置３３は発電を停止する。電流センサ４０が所定の閾値以上の順潮流を検出する間、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又は定格運転での発電を実行する。なお、電流センサ４０は、系統と発電装置３３との間を流れる電流及び発電装置３３と蓄電池１２との間を流れる電流を検出可能なように、図１において、自立運転スイッチ２４と、分電盤３１との間に配置している。

なお、本実施形態の電流センサ４０はリング状の形状を有し、中央を系統及び分散電源からの電力線が貫き、擬似出力部５０からの擬似出力線が所定のターン数だけ巻回される。この擬似出力線を電流センサ４０に多く巻きつけるほど、微小な電流で、順潮流方向のより大きな擬似電流を検出することができる。

第２電流センサ７０は、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３から負荷３２へと流れる電流を検出するために設けられたセンサであり、本実施形態では、分電盤３１と負荷３２との間に配置される。

ここで、本実施形態における電力制御システム１００は、発電装置３３と蓄電池１２とが系統から解列した状態で、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）を流すように制御を行う。これによって、発電装置３３を定格運転させ、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る。擬似出力部５０は、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３から電力供給を受ける系であって、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、トランス６０とを備える。図２は、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に対しては、電圧線の一方と中性線とがトランス６０を介して接続される。図示の通り、擬似出力部５０の接続線は、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、パワーコンディショナ２０と一体的に構成してもよいし、パワーコンディショナ２０とは独立した構成としてもよい。なお、図２のケースにおいて、トランス６０には電圧線の一方と中性線とが接続されているが、電圧線の双方を接続するよう構成してもよい。

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。本実施形態では、擬似電流負荷５１には、例えば、制御部２５によって抵抗値の制御が可能な可変抵抗デバイスを用いることができる。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、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３から擬似出力部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って構成され、パワーコンディショナ２０の制御部２５によって、それぞれ独立にオン／オフ制御される。

図１及び図２に示すように、擬似電流負荷５１と擬似電流制御スイッチ５３は直列接続されており、同期スイッチ５２及び擬似電流制御スイッチ５３の双方がオンされると、擬似電流負荷５１に擬似電流が流れる。

トランス６０は、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３からの電力を降圧する役割を果たす。本実施形態において、トランス６０の巻数比は２０であり、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３からの交流１００Ｖの電力を交流５Ｖに降圧してから擬似電流負荷５１に供給する。このようにトランス６０で降圧してから擬似電流負荷５１に電力供給することによって、擬似電流負荷５１における消費電力を低減させることができるため、擬似電流負荷５１の小型化が可能となる。またスイッチ５２，５３にかかる電圧を低く抑えることができるため、スイッチ５２，５３に対してより安価な製品を使用することができる。また、擬似電流負荷５１における消費電力を同一とした場合に、より多くの擬似電流を流すことができる。

同期スイッチ５２は、パワーコンディショナ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ように制御される。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って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によって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はオフとなり、充電が完了していない場合にはオンとなる。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、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。また、擬似電流制御スイッチ５３は、後述する擬似電流決定モードに移行したときにも、オフに制御される。

ここで、本実施形態における擬似電流値の設定について説明する。本実施形態の電力制御システム１００における発電装置３３は、例えば定格電力値を７００Ｗとすることができる。ところが、図１及び図２において、発電装置３３が７００Ｗの電力を出力すると、電流センサ４０は、出力電力７００Ｗに相当する逆潮流方向の電流を検出することになり、発電装置３３は自らの発電を停止してしまう。

そこで、本実施形態においては、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３から擬似出力部５０に電力を供給し、電流センサ４０で検出される逆潮流方向の電流を打ち消すための擬似電流を流すように構成する。例えば、発電装置３３が７００Ｗの逆潮流方向の電力を出力している場合において、電流センサ４０における電流検出が５０Ｗの順潮流検出となるためには、出力電力７５０Ｗ相当の擬似電流が流れるように擬似出力部５０を構成する必要がある。

ここでは、電流センサ４０に出力電力７５０Ｗ相当の擬似電流を発生させる場合を考える。分散電源の出力電圧は交流２００Ｖであり、電流センサ４０に巻回される擬似出力線のターン数を５とすると、擬似出力部５０で生成されるべき擬似電流値Ｉ₁は次の計算によって求められる。

Ｉ₁＝７５０／２００／５＝０．７５［Ａ］ 式（１）

次に上記Ｉ₁を生成するための擬似電流負荷５１の抵抗値Ｒ₁の決定方法について説明する。図２に示すように、擬似出力部５０に対しては、電圧線の一方と中性線とが接続される。そして、交流１００Ｖの電圧がトランス６０において交流５Ｖに降圧された後に擬似出力部５０に対して電力提供される。従って、上記Ｉ₁を生成するための抵抗値Ｒ₁は次の計算によって求められる。

Ｒ₁＝５／０．７５＝６．７［Ω］ 式（２）

上記計算によって求められた擬似電流値Ｉ₁及び抵抗値Ｒ₁は一実施形態に過ぎず、擬似出力線のターン数、電流センサ４０に供給すべき擬似電流値（相当する出力電力値）等に依存して様々なパラメータの選択が可能である。

これ以降、本実施形態に係る電力制御システム１００における制御例を図面を参照しながら詳述する。

（連系運転時の制御）
図３は、連系運転時の電力制御システム１００の制御例を示す図である。この場合、パワーコンディショナ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又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、系統より交流１００Ｖ（或いは２００Ｖ）が供給されて、負荷３２に給電される。パワーコンディショナ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、パワーコンディショナ２０は、太陽電池１１の発電電力を交流電力に変換して系統に逆潮流したり、余剰電力を売電したりすることができる。また、パワーコンディショナ２０は、系統からの電力及び分散電源（太陽電池１１、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、系統から順潮流（買電方向の電流）が流れるため、発電装置３３は負荷追従運転を行い、分電盤３１を経て負荷３２に電力を供給することができる。

（自立運転時の制御）
次に、図４を参照して自立運転時の電力制御システム１００の制御例を説明する。この場合、パワーコンディショナ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はオフに制御される。なお、図４において、蓄電池１２の充電は完了しているものとする。

図４における太線は、自立運転時の分散電源による電力供給の一例を示す。この例では、パワーコンディショナ２０によって、自立運転スイッチ２４を介して分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）の電力が負荷３２に出力される。また、電流センサ４０は分散電源からの順潮流方向の電流を検出するため、発電装置３３は負荷追従運転を行うことができる。

次に、自立運転時における擬似電流決定モードの動作について説明する。先に、電流センサ４０に５０Ｗ相当の順潮流方向の電流を流すための擬似電流値について説明した。しかし、電流センサ４０が何Ｗ相当の順潮流を検出した場合に発電装置３３が発電を開始するかは、発電装置３３の設計、仕様等に依存する。そこで、本実施形態では、実際に発電装置３３が発電を開始する擬似電流値を計測によって求める手法を採用する。

図５は、自立運転時の擬似電流決定モードにおける制御フローを示す。

図４に示した自立運転時において、制御部２５は、擬似電流値を決定するための擬似電流決定モードに移行する。まず、制御部２５は、第２電流センサ７０の出力を監視し、負荷３２に流れる電流ｉ_loadが所定時間の間一定であったか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電流ｉ_loadが所定時間一定であった場合、次に制御部２５は、擬似電流制御スイッチ５３をオンにした上で擬似電流負荷５１を徐々に減少させ、擬似電流を増加させる（ステップＳ１０３）。この時の擬似電流波形は、例えば図６（ａ）のようになる。制御部２５は、擬似電流を増加させながら発電装置３３の出力電圧を監視し、出力電圧の上昇の有無を確認する（ステップＳ１０４）。擬似電流の増加、すなわち順潮流方向の検出電流の増加と共に発電装置３３の出力電力が増加し、負荷３２で消費される電力を超えると図６（ｂ）に示すように出力電圧が上昇する（時間（Ａ））。制御部２５は、発電装置３３の出力電圧の上昇を検出すると、その時に電流センサ４０が検出した順潮流方向の検出電流値に相当する値をパワーコンディショナ２０の出力電流値と擬似電流値とから算出し、記憶部２６に記憶する（ステップＳ１０５）。ここでの検出電流値は、発電装置３３の出力電圧が上昇するような検出電流の最小値である。なお、パワーコンディショナ２０は、電流センサ４０の検出電流を直接読み出すことができないため、パワーコンディショナ２０の出力電流値に擬似電流値を加算することによって、電流センサ４０の検出電流に相当する値を算出している。制御部２５は、その後擬似電流を徐々に減少させて（ステップＳ１０６）、発電装置３３の出力電圧を所定電圧に戻す（時間（Ｂ））。制御部２５は、電流ｉ_loadが変化していないかどうかを確認し（ステップＳ１０７）、変化があれば擬似電流決定モードを終了する。なお、制御部２５は、ステップＳ１０３乃至Ｓ１０７の処理を所定回数実行する（ステップＳ１０２）。その所定回数は例えば１０回とすることができる。

制御部２５は、ステップＳ１０２の所定回数の処理を実行した後、記憶部２６に記憶された所定回数分の順潮流方向の電流の平均値を算出し、（ステップＳ１０８）その値を記憶部２６に記憶する。そして、制御部２５は、擬似電流決定モードを終了して、通常動作モードに移行する。そして制御部２５は、電流センサ４０に、このステップＳ１０８で算出した順潮流方向の電流が流れるように擬似電流の制御を行う。制御部２５は、発電装置３３が発電を開始すると、発電装置３３が所定の出力電力で発電を行うように、あらかじめ決められた電流値だけ擬似電流を更に増加させてもよい。

次に、ステップＳ１０８で算出した順潮流方向の電流が流れるようにするための計算手順について説明する。

ここでは、発電装置３３に４００Ｗで発電させ、その内２００Ｗを負荷３２にて消費させる場合について説明する。分散電源の出力電圧は交流２００Ｖであるため、発電装置３３が発電することによって電流センサ４０に流れる逆潮流電流Ｉ_rは下記の数式（３）によって求められる。
Ｉ_r＝（４００−２００）／２００＝１．０［Ａ］ 式（３）

ステップＳ１０８で決定した順潮流電流が０．１５［Ａ］であると仮定すると、電流センサ４０に検出させるべき擬似電流Ｉ_aは下記の数式（４）によって求められる。
Ｉ_a＝１．０＋０．１５＝１．１５［Ａ］ 式（４）

電流センサ４０に巻回される擬似出力線のターン数を５とすると、擬似出力部５０で生成されるべき電流Ｉ_a1は次の数式（５）によって求められる。
Ｉ_a1＝１．１５／５＝０．２３［Ａ］ 式（５）

先に述べたように擬似出力部５０で供給される電圧は５Ｖに降圧されているので、上記の電流Ｉ_a1を生成するために設定されるべき擬似電流負荷５１の値Ｒ_a1は、以下の数式（６）によって求められる。
Ｒ_a1＝５／０．２３＝２２［Ω］ 式（６）

従って、制御部２５は、上記の擬似電流負荷５１の抵抗値Ｒ_a1となるように設定を行った後に、擬似電流制御スイッチ５３をオンして擬似電流の供給を行い、蓄電池１２への充電を開始させるとよい。これによって電流センサ４０はステップＳ１０８で決定した順潮流電流を検出するため、発電装置３３から負荷３２に電力供給を行いつつ、蓄電池１２への充電を行うことが可能となる。

図７は、自立運転時に発電装置３３の発電電力の一部を蓄電池１２に充電する制御例を示す図である。図７に示す通り、自立運転時に発電装置３３が発電を行う場合、パワーコンディショナ２０によって擬似出力部５０に電力が供給される。そして、擬似出力部５０に供給された電力は、トランス６０を経由して擬似出力線に流れ、擬似電流として電流センサ４０によって検出される。このとき、電流センサ４０が順潮流（買電方向の電流）を検出するように擬似出力部５０が動作するため、発電装置３３は発電を実行する。分電盤３１は、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、パワーコンディショナ２０に供給する。余剰電力は、パワーコンディショナ２０において、自立運転スイッチ２４を経てインバータ２１によって直流電力に変換され、蓄電池１２へと給電される。

なお、制御部２５は、発電装置３３が発電を開始した後も、電流センサ４０における検出電流に相当する電流を継続して監視して、順潮流電流が常に検出されるように擬似電流負荷５１の調整を行うことが好ましい。負荷３２における消費電力、又は発電装置３３からの発電電力に変動が生じた場合に、電流センサ４０が逆潮流を検出すると、発電装置３３は発電を停止してしまうからである。

なお、本実施形態において、負荷３２は、利用者が使用する各種機器等の他、擬似電流を決定するための既知の負荷を有する擬似負荷であってもよい。

また、本実施形態において、負荷３２に流れる電流を検出する手段としては、第２電流センサ７０単体のみならず、電流センサを内蔵した分電盤等を用いてもよい。

また、本実施形態において、擬似電流の調整は、擬似電流負荷５１の抵抗値を調整して行うように構成したが、この態様には限定されない。擬似電流負荷５１の抵抗値は固定として、擬似出力部５０に供給する電圧を調整可能に構成してもよい。

また、本実施形態において、擬似出力部５０への電源供給は、パワーコンディショナ２０から行うように構成したが、この態様には限定されない。パワーコンディショナ２０と同期が取れた他の電源から擬似出力部５０に電力を供給するように構成してもよい。

また、本実施形態は、ステップＳ１０５において電流センサ４０の順潮流方向の検出電流に相当する電流値を記憶させるように構成したが、この態様に限定されない。発電装置３３の出力電圧上昇時の擬似電流値を記憶させ、それらの平均値を用いて通常動作時の擬似電流値を決定してもよい。発電装置３３の発電電力、及び負荷３２における消費電力が一定の場合には、擬似電流値と電流センサ４０の検出電流は一対一で対応するからである。

このように、本実施形態によれば、電力制御システム１００は、発電装置３３と他の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）とを系統から解列した状態で、発電装置３３又は他の分散電源からの電力を供給可能な擬似出力部５０を有し、擬似出力部５０からの出力によって、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である。これによって、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理することが可能となる。より詳しくは、自立運転時に、電流センサ４０に擬似電流を流すことによって、意図的に発電装置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発電装置３３の発電を制御するため、発電装置３３自体に特別な変更を加える必要がなく、汎用の燃料電池システム及びガス発電システムが流用できるという利点がある。

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。これによって、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。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、発電装置３３と他の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）との間に配される。これによって、自立運転時に、自立運転スイッチ２４を通じて、発電装置３３が発電する電力を他の分散電源側に供給することが可能となる。

また、本実施形態によれば、蓄電池１２は、自立運転スイッチ２４がオンされているときに発電装置３３からの電力を充電可能である。これによって、自立運転時に、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。

また、本実施形態では、擬似電流決定モードを設け、発電装置３３に確実に発電を開始させるのに必要な順潮流電流を測定によって決定し、その決定値になるように擬似電流値を調整できるようにした。この構成によって、擬似電流を、発電装置３３が発電状態を維持するために必要なレベルに抑えることができるため、擬似電流負荷５１における不要な電力消費を抑えることができる。

また、本実施形態では、必要な順潮流電流の測定を複数回行い、その平均値を採用するようにした。この構成によって、擬似電流を更に抑えることができ、擬似電流負荷５１における不要な電力消費を更に抑えることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る電力制御システムは、自立運転時の擬似電流決定モードにおける制御フローが異なる他は、第１実施形態と同様の構成を有する。従って、以下の説明では、第１実施形態と異なる部分について説明する。

図８は、本実施形態に係る電力制御システムの自立運転時の擬似電流決定モードにおける制御フローを示す。

まず、制御部２５は、擬似電流値を決定するための擬似電流決定モードに移行する。制御部２５は、第２電流センサ７０の出力を監視し、負荷３２に流れる電流ｉ_loadが所定時間の間一定であったか否かを判定する（ステップＳ１０1）。電流ｉ_loadが所定時間一定であった場合、次に制御部２５は、擬似電流を徐々に増加させる（ステップＳ１０３）。制御部２５は、擬似電流を増加させながら発電装置３３の出力電圧を監視し、出力電圧の上昇の有無を確認する（ステップＳ１０４）。擬似電流の増加、すなわち順潮流方向の検出電流の増加と共に発電装置３３の出力電力が増加し、負荷３２で消費される電力を超えると出力電圧が上昇する。制御部２５は、発電装置３３の出力電圧の上昇を検出すると、その時の電流センサ４０が検出した順潮流方向の検出電流値に相当する値を記憶部２６に記憶する（ステップＳ１０５）。その後、制御部２５は、発電装置３３からの出力電力のうち、負荷３２で消費されない余剰電力の蓄電池１２への充電を開始させる（ステップＳ２０３）。図９は、蓄電池１２の充電開始後における電流センサ４０の検出電流（図９（ａ））、発電装置３３の出力電圧（図９（ｂ））、及び蓄電池１２の充電電力（図９（ｃ））を示す。制御部２５は、蓄電池１２の充電開始後、図９（ａ）に示すように更に擬似電流を増加させて順潮流電流を上昇させる（時間（Ｃ））（ステップＳ２０４）。この時、図９（ｃ）に示す蓄電池１２への充電電力（発電装置３３における余剰電力）も上昇を開始する。制御部２５は、各擬似電流値ごとの電流センサ４０における順方向検出電流に相当する値と発電装置３３の発電電力の関係を記憶部２６に記憶する（ステップＳ２０５）。制御部２５は、発電装置３３における出力電力が最大となり蓄電池１２への充電電力が増加しなくなると（時間（Ｄ））（ステップＳ２０６）、擬似電流を減少させ、余剰電力の充電を停止させる（時間（Ｅ））（ステップＳ２０７）。制御部２５は、電流ｉ_loadが変化していないかを確認し（ステップＳ１０７）、変化があれば擬似電流決定モードを終了する。なお、制御部２５は、図８のステップＳ１０３乃至Ｓ１０７の処理を所定回数実行する（ステップＳ２０２）。その所定回数は例えば１０回とすることができる。

制御部２５は、ステップＳ２０２の所定回数の処理を実行した後、記憶部２６に記憶された所定回数分の順潮流方向の検出電流に相当する値の平均値を算出する（ステップＳ１０８）。更に制御部２５は、記憶部２６に記憶された順方向検出電流に相当する値と発電装置３３の発電電力との相関テーブルを生成し（ステップＳ２０８）、擬似電流決定モードを終了する。この時、記憶部２６内には例えば図１０のような相関テーブルが記憶される。そして、制御部２５は、以降の通常動作において、電流センサ４０がステップＳ１０８で算出した順潮流方向電流に相当する値を検出するように擬似電流の制御を行う。また、制御部２５は、図７の制御例のように余剰電力を蓄電池１２に充電する場合には、ステップＳ２０８で作成した相関テーブルと、負荷３２における消費電力と、蓄電池１２への充電電力とから順方向電流を決定し、電流センサ４０が決定した順方向電流を検出するように擬似電流の制御を行う。

このように、本実施形態では、擬似電流決定モードにおいて、電流センサ４０において検出される順方向電流と、発電装置３３の発電電力との相関テーブルを取得するように構成した。この相関テーブルを使用することによって、擬似電流を制御することにより発電装置３３における発電電力を任意の値に調整することが可能となる。

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、各部材、各手段、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、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

本開示内容の多くの側面は、プログラム命令を実行可能なコンピュータシステムその他のハードウェアによって実行される、一連の動作として示される。コンピュータシステムその他のハードウェアには、例えば、汎用コンピュータ、ＰＣ(パーソナルコンピュータ)、専用コンピュータ、ワークステーション、ＰＣＳ(Personal Communications System、パーソナル移動通信システム)、電子ノートパッド、ラップトップコンピュータ、又はその他のプログラム可能なデータ処理装置が含まれる。各実施形態では、種々の動作は、プログラム命令(ソフトウェア)で実装された専用回路(例えば、特定機能を実行するために相互接続された個別の論理ゲート)又は、１つ以上のプロセッサによって実行される論理ブロック若しくはプログラムモジュール等によって実行されることに留意されたい。論理ブロック又はプログラムモジュール等を実行する１つ以上のプロセッサには、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、ＣＰＵ(中央演算処理ユニット)、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)、ＰＬＤ(Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、コントローラ、マイクロコントローラ、電子機器、ここに記載する機能を実行可能に設計されたその他の装置及び／又はこれらいずれかの組合せが含まれる。ここに示す実施形態は、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード又はこれらいずれかの組合せによって実装される。

ここで用いられる機械読取り可能な非一時的記憶媒体は、更に、ソリッドステートメモリ、磁気ディスク及び光学ディスクの範疇で構成されるコンピュータ読取り可能な有形のキャリア（媒体）として構成することができる。かかる媒体には、ここに開示する技術をプロセッサに実行させるためのプログラムモジュールなどのコンピュータ命令の適宜なセット及び、データ構造が格納される。コンピュータ読取り可能な媒体には、１つ以上の配線を備えた電気的接続、磁気ディスク記憶媒体、その他の磁気及び光学記憶装置(例えば、ＣＤ(Compact Disk)、ＤＶＤ（登録商標）(Digital Versatile Disc)、及びブルーレイディスク（登録商標)、可搬型コンピュータディスク、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read-Only Memory)、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ若しくはフラッシュメモリ等の書換え可能でプログラム可能なＲＯＭ若しくは情報を格納可能な他の有形の記憶媒体又はこれらいずれかの組合せが含まれる。メモリは、プロセッサ／プロセッシングユニットの内部及び／又は外部に設けることができる。ここで用いられるように、「メモリ」という語は、あらゆる種類の長期記憶用、短期記憶用、揮発性、不揮発性その他のメモリを意味し、特定の種類若しくはメモリの数又は記憶が格納される媒体の種類は限定されない。

ここでは、特定の機能を実行する種々のモジュール及び／又はユニットを有するものとしてのシステムを開示しており、これらのモジュール及びユニットは、その機能性を簡略に説明するために模式的に示されたものであって、必ずしも特定のハードウェア及び／又はソフトウェアを示すものではないことに留意されたい。このように、本開示内容の種々の側面は、多くの異なる態様で実施することができ、それらの態様はすべて本開示内容の範囲に含まれる。

１１ 太陽電池
１２ 蓄電池
１３，１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ パワーコンディショナ（電力制御装置）
２１ 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
２６ 記憶部
３１ 分電盤
３２ 負荷
３３ 発電装置
４０ 電流センサ
５０ 擬似出力部
５１ 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 トランス
７０ 第２電流センサ
１００ 電力制御システム

Claims (9)

1. 電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置とを備える電力制御システムの制御方法であって、
   前記電流センサは、前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、
   前記電力制御装置は、前記電流センサ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擬似電流出力部と接続され、
   前記発電装置及び前記電力制御装置から負荷に流れる電流が所定時間一定である状態で、
   前記電力制御装置が前記擬似電流出力部からの擬似電流を段階的に増加させる第１ステップと、
   前記第１ステップの後、前記発電装置の出力電圧が上昇したときの前記順潮流の最小値を前記閾値として記憶する第２ステップと
   を含む電力制御システムの制御方法。
2. 前記第１ステップによって前記順潮流の最小値を複数回測定し、それらの平均値に基づいて、前記発電装置の発電電力を設定する第３ステップを更に含む、請求項１に記載の電力制御システムの制御方法。
3. 前記分散電源は、蓄電池を更に含み、
   前記発電装置の出力電圧が上昇したときに前記蓄電池への充電を開始させる第４ステップを更に含む、請求項１又は２に記載の電力制御システムの制御方法。
4. 電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置とを備える電力制御システムであって、
   前記電流センサは、前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、
   前記電力制御装置は、前記電流センサ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擬似電流出力部と接続され、
   前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、
   前記発電装置及び前記電力制御装置から負荷に流れる電流が所定時間一定である状態で、
   前記制御部は、前記擬似電流を段階的に増加させるとともに、前記発電装置の出力電圧が上昇したときの前記順潮流の最小値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする電力制御システム。
5. 前記制御部は、前記順潮流の最小値を複数回測定し、それらの平均値に基づいて、前記発電装置の発電電力を設定する、請求項４に記載の電力制御システム。
6. 前記分散電源は、蓄電池を更に含み、
   前記制御部は、前記発電装置の出力電圧が上昇したときに前記蓄電池への充電を開始させる、請求項４又は５に記載の電力制御システム。
7. 電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間発電を行う発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置であって、
   前記電力制御装置は、前記電流センサ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擬似出力部と接続され、
   前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、
   前記発電装置及び前記電力制御装置から負荷に流れる電流が所定時間一定である状態で、
   前記制御部は、前記擬似電流を段階的に増加させるとともに、前記発電装置の出力電圧が上昇したときの前記順潮流の最小値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする電力制御装置。
8. 前記制御部は、前記順潮流の最小値を複数回測定し、それらの平均値に基づいて、前記発電装置の発電電力を設定する、請求項７に記載の電力制御装置。
9. 前記分散電源は、蓄電池を更に含み、
   前記制御部は、前記発電装置の出力電圧が上昇したときに前記蓄電池への充電を開始させる、請求項７又は８に記載の電力制御装置。
   
   
   
   

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