JP2007267496A

JP2007267496A - 消費電力制御装置

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Publication number: JP2007267496A
Application number: JP2006088429A
Authority: JP
Inventors: Masaki Fukuda; 正樹福田; Daisaku Sato; 大作佐藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP4603992B2

Abstract

【課題】商用系統周波数の周波数制御に寄与できる消費電力制御装置を提供する。
【解決手段】目標消費電力指令値に基づいて消費電力指令値を決定して、この消費電力指令値に応じて商用系統５０からの電力を消費する電力負荷装置２の消費電力を制御可能な制御手段１２を備える消費電力制御装置１０であって、制御手段１２が、商用系統５０での商用系統周波数を監視する周波数監視手段１１の監視結果に基づいて消費電力指令値を変動させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、目標消費電力指令値に基づいて消費電力指令値を決定して、前記消費電力指令値に応じて商用系統からの電力を消費する電力負荷装置の消費電力を制御可能な制御手段を備える消費電力制御装置に関する。

商用系統に接続されている電源装置として、電力会社（一般電気事業者）や特定規模電気事業者などが商用電源として設置している発電所や、電気事業者以外の個人や団体などが住宅や様々な施設に設置している分散型電源装置などがある。これら電源装置から商用系統に電源電力を出力するとき、その電源電力の周波数は、基準周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に合うように送出されている。その結果、商用系統に接続されている電力負荷装置による電力負荷合計と、電源装置から送出される電源電力合計とが釣り合っているときには、商用系統における電力の周波数（以下、「商用系統周波数」と記載することもある）は基準周波数に維持される。

上述のような商用系統において、電源電力合計と電力負荷合計とが釣り合っていないときには商用系統周波数が基準周波数から逸脱することとなる。具体的には、電力負荷合計が電源電力合計よりも大きいとき、商用系統周波数は基準周波数よりも小さくなり、電源電力合計が電力負荷合計よりも大きいとき、商用系統周波数は基準周波数よりも大きくなるという周波数の逸脱が発生する。

商用系統周波数を基準周波数に維持して、上述のような周波数の逸脱の発生を防止することは電力の使用者利益保護のために必要であるので、商用系統周波数の基準周波数からの逸脱が許容範囲内に収まるように、電力会社は発電所から出力される電源電力を増減させて電源電力合計と電力負荷合計とを釣り合わせるような周波数制御を行っている（例えば、非特許文献１参照）。

横山隆一監修「電力自由化と技術開発」、東京電機大学出版局、２００１年９月２０日、ｐ．１３３〜１３５

上述のように、従来、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計の釣り合い状態を調整する場合には、商用系統に対して電力を供給可能な発電装置を用いて、商用系統へ供給される電力を変動させる手法が実施されている。しかしながら、商用系統には、商用系統の電力を消費する電力負荷装置も接続されており、その電力負荷装置による電力負荷の変動によっても、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計の釣り合い状態が変化することになる。しかしながら、従来は、商用系統に接続されている電力負荷装置の電力負荷を変動させることで、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計とを釣り合わせるための貢献を行うことは実施されていない。

更に、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していなくても、商用系統周波数が変化すれば、商用系統周波数の安定化を計るためにその変化を引き戻すような周波数制御を行うことが好ましい。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、商用系統周波数の周波数制御に寄与できる消費電力制御装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る消費電力制御装置の特徴構成は、目標消費電力指令値に基づいて消費電力指令値を決定して、前記消費電力指令値に応じて商用系統からの電力を消費する電力負荷装置の消費電力を制御可能な制御手段を備える消費電力制御装置であって、
前記制御手段が、前記商用系統での商用系統周波数を監視する周波数監視手段の監視結果に基づいて前記消費電力指令値を変動させるように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、制御手段が、周波数監視手段により監視される商用系統周波数の監視結果に基づいて、消費電力指令値が変動されることになる。その結果、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計とが釣り合うように近づくので、上記電源電力合計と上記電力負荷合計とが乖離していたときに発生していた商用系統における商用系統周波数の基準周波数からの逸脱が補償されることになる。
従って、商用系統における周波数制御に貢献できる消費電力制御装置を提供できる。

本発明に係る消費電力制御装置の別の特徴構成は、前記制御手段が、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、制御手段が、商用系統における商用系統周波数が変化すると、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前期消費電力指令値を変動させるように構成されているので、商用系統周波数が大きくなると（つまり、商用系統における電力負荷合計が電源電力合計に対して減少する方向に変化すると）消費電力指令値が大きくなるので、商用系統において電力負荷合計が電源電力合計に比べて減少することを抑制できる。また、商用系統周波数が小さくなると（つまり、商用系統における電力負荷合計が電源電力合計に対して増加する方向に変化すると）消費電力指令値が小さくなるので、商用系統において電力負荷合計が電源電力合計に比べて増加することを抑制できる。

本発明に係る消費電力制御装置の更に別の特徴構成は、前記制御手段が、商用系統周波数に変化が有ると、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させて前記電力負荷装置を稼動させた後、実際の消費電力値が前記目標消費電力指令値と等しいか否かを判定し、前記実際の消費電力値が前記目標消費電力値と等しくないときは、前記目標消費電力値を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている点にある。本明細書において「商用系統周波数に変化が有る」とは、商用系統周波数が現状の周波数（「設定目標周波数」と記載することもある）から変化したことを意味する。

上記特徴構成によれば、制御手段が、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係に従って消費電力指令値を変動させることで、商用系統周波数が大きくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して増加する方向に変化すると）消費電力指令値が大きくなり、商用系統周波数が小さくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して減少する方向に変化すると）消費電力指令値が小さくなる。また、実際の消費電力値が目標消費電力指令値と等しくないときには、実際の消費電力値が、目標消費電力値に値と等しくなるように、消費電力指令値が変動されることになる。その結果、商用系統周波数が変化したとしても、その変化を引き戻すような周波数制御を行うことで商用系統周波数の安定化に貢献することができる。
また、制御手段は、商用系統周波数に変化がない間は、上記目標消費電力指令値を上記消費電力指令値として電力負荷装置を稼動させる通常制御を実行する。

本発明に係る消費電力制御装置の更に別の特徴構成は、前記制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させて前記電力負荷装置を稼動させた後、実際の消費電力値が、前記周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和に等しいか否かを判定し、前記実際の消費電力値が前記変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和に等しくないときには、前記変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、制御手段が、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係に従って消費電力指令値を変動させることで、商用系統周波数が大きくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して増加する方向に変化すると）消費電力指令値が大きくなり、商用系統周波数が小さくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して減少する方向に変化すると）消費電力指令値が小さくなる。また、実際の消費電力値が、上記変動消費電力値と上記目標消費電力指令値との和に等しくないときには、実際の消費電力値が、上記変動消費電力値と上記目標消費電力指令値との和に等しくなるように、消費電力指令値が変動されることになる。その結果、商用系統周波数が変化したとしても、その変化を引き戻すような周波数制御を行うことで商用系統周波数の安定化に貢献することができる。
その後、実際の消費電力値が変動消費電力値と目標消費電力指令値との和に等しくないときには、変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和を消費電力指令値として電力負荷装置を稼動させることで、発生している周波数偏差を補償するような周波数制御を行って、商用系統周波数を基準周波数に近づけることができる。
また、制御手段は、商用系統周波数に変化がなく、且つ、周波数偏差が発生していないとき、上記目標消費電力指令値を上記消費電力指令値として電力負荷装置を稼動させる通常制御を実行する。

本発明に係る消費電力制御装置の更に別の特徴構成は、前記制御手段が、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数偏差対応制御を実行するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、制御手段が、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、上記周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と目標消費電力指令値との和を消費電力指令値として、電力負荷装置を稼動させる。つまり、周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と目標消費電力指令値との和を消費電力指令値として実際の消費電力値を変動させることで、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計とを釣り合うように調整する。
つまり、正の周波数偏差が発生していたときには（つまり、商用系統周波数が基準周波数よりも大きいときには）、消費電力値が大きくなるように変動させるための変動消費電力値と目標消費電力指令値との和が消費電力指令値として導出され、他方で、負の周波数偏差が発生していたときには（つまり、商用系統周波数が基準周波数よりも小さいときには）、消費電力値が小さくなるように変動させるための変動消費電力値と目標消費電力指令値との和が消費電力指令値として導出されることになる。その結果、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計とが乖離していたときに発生していた商用系統における商用系統周波数の基準周波数からの逸脱が補償される。
また、制御手段は、周波数偏差が発生していないとき、上記目標消費電力指令値を上記消費電力指令値として電力負荷装置を稼動させる通常制御を実行する。

本発明に係る消費電力制御装置の更に別の特徴構成は、前記制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させて前記電力負荷装置を稼動させた後、実際の消費電力値が、前記周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和に等しいか否かを判定し、前記実際の消費電力値が前記変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和に等しくないときには、前記変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行し、
前記商用系統周波数に変化が無く、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数偏差対応制御を実行し、及び、
前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させて前記電力負荷装置を稼動させた後、実際の消費電力値が前記目標消費電力指令値と等しいか否かを判定し、前記実際の消費電力値が前記目標消費電力指令値と等しくないときは、前記目標消費電力指令値を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、上記特徴構成による作用・効果と同様に、商用系統周波数が変化し、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているときには、商用系統周波数の変化を引き戻すような周波数制御を行うことで商用系統周波数の安定化に貢献することができ、且つ、発生している周波数偏差を補償するような周波数制御を行って、商用系統周波数を基準周波数に近づけることができる。
また、商用系統周波数が変化しておらず、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているときには、発生している周波数偏差を補償するような周波数制御を行って、商用系統周波数を基準周波数に近づけることができる。
また更に、商用系統周波数が変化し、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないときには、その商用系統周波数の変化を引き戻すような周波数制御を行うことで商用系統周波数の安定化に貢献することができる。

本発明に係る消費電力制御装置の更に別の特徴構成は、前記電力負荷装置が、貯湯用湯水を加熱可能な電気ヒータである点にある。

上記特徴構成によれば、上記変動消費電力値に相当する電気エネルギが、貯湯用湯水として熱エネルギに変換されて蓄えられるので、電力負荷装置において電気エネルギが強制的に消費されるとしても、電力負荷装置の設置者にとって大きな損失が発生しないようにできる。
また、電力負荷装置の消費電力が消費電力制御装置によって変動制御されることで、利用者の電力消費には影響を与え得るものの、貯湯された湯水（熱エネルギ）の使用は、貯湯装置がバッファとなって利用者の湯水の使用にはほとんど影響を与えないようにできる。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態の消費電力制御装置１０について図面を参照して説明する。
図１に示す商用系統の概略図では、商用系統５０に対して、発電所３０、及び、商用系統５０における電力を消費する電力負荷装置２、４０が接続されている。また、電力負荷装置２の消費電力を制御可能な消費電力制御装置１０が設けられている。尚、商用系統５０に対して、更に多数の消費電力制御装置１０、発電所３０、電力負荷装置２、４０などが接続されていても構わない。

商用系統５０に接続されている発電所３０は、電力会社（一般電気事業者）などが設置している例えば火力発電所である。このような発電所３０の内のいくつかは、商用系統周波数が基準周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）から逸脱して周波数偏差が発生すると、自身の出力を即座に変動させて周波数偏差を補償するような動作（所謂、ガバナ特性）を行う。例えば、商用系統周波数が基準周波数よりも低下すると（つまり、商用系統５０における電源電力合計が電力負荷合計よりも小さくなると）、発電所３０から商用系統５０への電源出力を増大させる。また、商用系統周波数が基準周波数よりも増加すると（つまり、商用系統５０における電源電力合計が電力負荷合計よりも大きくなると）、発電所３０から商用系統５０への電源出力を減少させる。

消費電力制御装置１０は、商用系統５０での商用系統周波数を監視する周波数監視手段１１と、電力負荷装置２の消費電力を制御可能な制御手段１２とを備える。そして、制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果に基づいて上記消費電力指令値を変動させるように構成されている。また更に、消費電力制御装置１０は、電力負荷装置２の実際の消費電力値（「実消費電力値」と記載することもある）の計測機能を有している。

この消費電力制御装置１０が制御対象とする電力負荷装置２は複数の負荷２ａ〜２ｄを備えて構成される。消費電力制御装置１０の制御手段１２は、電力負荷装置２の消費電力の目標値（以下、「目標消費電力指令値」と記す）を有している。従って、制御手段１２から電力負荷装置２に対して、目標消費電力指令値に基づく消費電力指令値が出力されると、電力負荷装置２は、指令される消費電力指令値に応じて商用系統５０からの電力を消費する。例えば、消費電力制御装置１０は、電力負荷装置２に対して上記消費電力指令値が指令されると、電力負荷装置２では、指令された消費電力指令値を消費するために必要な分の負荷が通電状態にされる。従って、電力負荷装置２に対する消費電力指令値を変動させることで、電力負荷装置２における消費電力を変動させることができる。

電力負荷装置２を構成する複数の負荷２ａ〜２ｄは、電灯、ファン、ヒータなどの様々な電気機器や、蓄電池などを用いて実現できる。また、インバータを含んだ負荷であってもよい。
例として、図１には、負荷２ｄが貯湯装置６０の貯湯用湯水を加熱可能な電気ヒータである場合を図示している。
この貯湯装置６０は貯湯用湯水を蓄えるための貯湯タンク６１を備えている。そして、この貯湯用湯水が負荷２ｄと貯湯タンク６１とを循環して通流するための湯水循環路６２が設けられている。また、貯湯タンク６１に給水するための給水ライン６３と、貯湯タンク６１内の温水を様々な給湯用途に供給するための給湯ライン６４とが設けられている。尚、給湯ライン６４を通流する湯水を加熱可能なボイラなどの補助加熱手段（図示せず）を更に設けてもよい。

消費電力制御装置１０が備える制御手段１２は、上述したように、周波数監視手段１１の監視結果に基づいて消費電力指令値を変動させるように構成されている。具体的には、制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果に基づいて、後述する通常制御、周波数変化及び周波数偏差対応制御、周波数偏差対応制御、及び、周波数変化対応制御の何れかを実行する。

制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果が、商用系統周波数に変化が無く（後述するように、現状の商用系統周波数である設定目標周波数から商用系統周波数が変化していないことを意味する）、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないことを示しているとき、目標消費電力指令値を消費電力指令値として電力負荷装置２を稼動させる通常制御を実行する。

また、制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果が、商用系統周波数に変化が有り、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していることを示しているとき、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係（図７を参照して後述する「垂下特性」に相当）に従って消費電力指令値を変動させて電力負荷装置２を稼動させた後、実際の消費電力値が、周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と目標消費電力指令値との和に等しいか否かを判定し、実際の消費電力値が上記変動消費電力値と目標消費電力指令値との和に等しくないときには、上記変動消費電力値と目標消費電力指令値との和を消費電力指令値として、電力負荷装置２を稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行する。

上記変動消費電力値については図８に示す周波数バイアス特性に基づいて導出される。図８に例示する周波数バイアス特性は、周波数偏差に応じた変動消費電力値が、周波数偏差の大きさが設定下限値：Δｆ_Ｌ以上、且つ、設定上限値：Δｆ_Ｈ以下の間で、周波数偏差が大きくなるにつれて所定の変化率（Ｃ１、Ｃ２）で単調増加する関係で定められたものである。また、この周波数バイアス特性には周波数偏差の不感帯幅：Ａ１、Ａ２が−Δｆ_ＬからΔｆ_Ｌの間に設定され、変動消費電力値の上限幅：Ｂ１及び下限幅：Ｂ２が設定されている。
これにより、正の周波数偏差が発生しているとき（つまり、商用系統５０における電力負荷合計が電源電力合計よりも小さいとき）には、電力負荷装置２の消費電力値を大きくして商用系統５０における電力負荷合計を大きくするために貢献するべく、上記変動消費電力値は零又は正の値に設定される。また、負の周波数偏差が発生しているとき（つまり、商用系統５０における電力負荷合計が電源電力合計よりも大きいとき）には、電力負荷装置２の消費電力値を小さくして商用系統５０における電力負荷合計を小さくするために貢献するべく、上記変動消費電力値は零又は負の値に設定される。

また更に、制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果が、商用系統周波数に変化が無く、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していることを示しているとき、周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と目標消費電力指令値との和を消費電力指令値として、電力負荷装置２を稼動させる周波数偏差対応制御を実行する。

更に、制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果が、商用系統周波数に変化が有り、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないことを示しているとき、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係に従って消費電力指令値を変動させて電力負荷装置２を稼動させた後、実際の消費電力値が目標消費電力指令値と等しいか否かを判定し、実際の消費電力値が目標消費電力指令値と等しくないときは、目標消費電力指令値を消費電力指令値として、電力負荷装置２を稼動させる周波数変化対応制御を実行する。

次に、図２に示すメイン制御フロー、図３から図５に示すサブ制御フロー及び図６に示す商用系統周波数と消費電力値との推移のグラフを参照して、第１実施形態の消費電力制御装置の動作について説明する。
図２のメイン制御フローに示すように、ステップＳ１において制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果に基づいて、商用系統周波数が設定目標周波数から変化したか否か、つまり、商用系統周波数に変化が有るか否かを判定する。商用系統周波数が設定目標周波数から変化したときにはステップＳ２に移行し、商用系統周波数が設定目標周波数から変化していないときには、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ２において制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果に基づいて、商用系統周波数の基準周波数（本実施形態では６０Ｈｚ）からの周波数偏差が発生しているか否かを判定する。そして、制御手段１２は、周波数偏差が発生しているときにはステップＳ１０に移行して、図３を参照して後述する周波数及び周波数偏差対応制御を実行し、周波数偏差が発生していないときにはステップＳ２０に移行して、図４を参照して後述する周波数変化対応制御を実行する。

ステップＳ３において制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果に基づいて、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているか否かを判定する。そして、制御手段１２は、周波数偏差が発生しているときにはステップＳ３０に移行して、図５を参照して後述する周波数偏差対応制御を実行し、周波数偏差が発生していないときにはステップＳ４に移行して、目標消費電力指令値を消費電力指令値として電力負荷装置２を稼動させる（通常制御）。

図６に示す具体例では、目標消費電力指令値はＰ１に維持されており、消費電力指令値及び実際の消費電力値は、時刻ｔ１から時刻ｔ６に至る間に、商用系統周波数の変化に応じてＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ１と変動している。

以下に、商用系統周波数に変化が有り、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているときに実行される周波数変化及び周波数偏差対応制御（ステップＳ１０）について、図３のサブ制御フローを参照して説明する。
まず、図６に示す時刻ｔ３までの商用系統周波数の推移と、実際の消費電力値（消費電力指令値）の推移について説明する。
図６の時刻ｔ１までは、上述のステップＳ４のように、制御手段１２は、目標消費電力指令値：Ｐ１を消費電力指令値として電力負荷装置２を稼動させている。
そして、図３のステップＳ１１において制御手段１２は、商用系統周波数が、この時点での設定目標周波数であるｆ１（基準周波数：６０Ｈｚ）からｆ２に変化すると、図７に示す垂下特性Ａに基づいて、変化後の商用系統周波数：ｆ２に応じた消費電力指令値：Ｐ２を導出する。この垂下特性Ａは、設定目標周波数：ｆ１及び消費電力指令値：Ｐ１を通る所定の傾きの直線で設定され、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係が定められたものである。具体的には、商用系統周波数が設定目標周波数：ｆ１で維持されているとき、消費電力指令値は目標消費電力指令値：Ｐ１であるが、商用系統周波数がｆ２に変化すると、制御手段１２は、垂下特性Ａに基づいて消費電力指令値をＰ２と導出する。そして、ステップＳ１２において制御手段１２は、消費電力指令値：Ｐ２に応じて電力負荷装置２の稼動を制御する。更に、ステップＳ１３において制御手段１２は、変化後の商用系統周波数：ｆ２を、これ以後、設定目標周波数に設定する。
また、ステップＳ１４において制御手段１２は、図８に示す周波数バイアス特性に基づいて、周波数偏差：（ｆ２−６０）Ｈｚを小さくするための変動消費電力値：ΔＰを導出する。

制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図６に示すように時刻ｔ１において商用系統周波数がｆ１からｆ２に変化した後、消費電力指令値がＰ１からＰ２に変化し、実際の消費電力値も時刻ｔ２においてＰ２となる。

次に、ステップＳ１５において制御手段１２は、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と上記変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいか否かを判定する。そして、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と上記変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しくないときにはステップＳ１６に移行する。他方で、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と上記変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３と等しいときには、消費電力指令値を変動させることなく、図２のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ１６において制御手段１２は、目標消費電力指令値：Ｐ１と変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３を消費電力指令値と決定する。そして、ステップＳ１７において制御手段１２は、ステップＳ１６において決定された消費電力指令値：Ｐ３に応じて電力負荷装置２を稼動させる。
また、ステップＳ１８において制御手段１２は、垂下特性を、その時点での設定目標周波数：ｆ２及び消費電力指令値：Ｐ３を通る垂下特性Ｂに変更設定する。

制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図６に示す時刻ｔ２において実際の消費電力値がＰ２になった後、消費電力指令値がＰ２からＰ３に変化し、実際の消費電力値も時刻ｔ３においてＰ３となる。

次に、図６の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの商用系統周波数の推移と、実際の消費電力値（消費電力指令値）の推移について説明する。
図６の時刻ｔ３に至って図３に示した周波数変化及び周波数偏差対応制御のサブ制御フローが終了すると、商用系統周波数に変化が無く、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているので、制御手段１２が、ステップＳ３０において周波数偏差対応制御（図５に示すサブ制御フロー）を実行する（図２のステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ３０）。

図５のステップＳ３１において制御手段１２は、図８に示す周波数バイアス特性に基づいて、周波数偏差：（ｆ２−６０）Ｈｚを小さくするための変動消費電力値：ΔＰを導出する。次に、ステップＳ３２において制御手段１２は、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいか否かを判定する。そして、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と上記変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しくないときにはステップＳ３３に移行する。他方で、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と上記変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいときには、消費電力指令値を変動させることなく、図２のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ３３において制御手段１２は、目標消費電力指令値：Ｐ１と変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３を消費電力指令値と決定する。そして、ステップＳ３４において制御手段１２は、ステップＳ３３において決定された消費電力指令値：Ｐ３に応じて電力負荷装置２を稼動させる。

制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図６に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、消費電力指令値がＰ３に維持され、実際の消費電力値もＰ３に保たれることになる。

次に、図６の時刻ｔ４から時刻ｔ６以降の商用系統周波数の推移と、実際の消費電力値（消費電力指令値）の推移について説明する。
図６の時刻ｔ４に至ると、商用系統周波数に変化が有り、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないので、制御手段１２が、ステップＳ２０において周波数変化対応制御（図４に示すサブ制御フロー）を実行する（図２のステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ２０）。

図４のステップＳ２１において制御手段１２は、商用系統周波数がｆ２（この時点での設定目標周波数）からｆ１に変化すると、図７に示す垂下特性Ｂに基づいて、変化後の商用系統周波数：ｆ１に応じた消費電力指令値：Ｐ４を導出する。この垂下特性Ｂは、この時点での設定目標周波数：ｆ２及び消費電力指令値：Ｐ３を通る直線で設定され、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係が定められたものである。そして、ステップＳ２２において制御手段１２は、消費電力指令値：Ｐ４に応じて電力負荷装置２の稼動を制御する。更に、ステップＳ２３において制御手段１２は、変化後の商用系統周波数：ｆ１を、これ以後、設定目標周波数に設定する。

制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図６に示すように時刻ｔ４において商用系統周波数がｆ２からｆ１に変化した後、消費電力指令値がＰ３からＰ４に変化し、実際の消費電力値も時刻ｔ５においてＰ４となる。

次に、ステップＳ２４において制御手段１２は、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１に等しいか否かを判定する。そして、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１に等しくないときにはステップＳ２５に移行する。他方で、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と等しいときには、消費電力指令値を変動させることなく、図２のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ２５において制御手段１２は、目標消費電力指令値：Ｐ１を消費電力指令値と決定する。そして、ステップＳ２６において制御手段１２は、ステップＳ２５において決定された消費電力指令値：Ｐ１に応じて電力負荷装置２を稼動させる。
また、ステップＳ２７において制御手段１２は、垂下特性を、その時点での設定目標周波数：ｆ１及び消費電力指令値：Ｐ１を通る垂下特性Ａに変更設定する。

制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図６に示す時刻ｔ５において実際の消費電力値がＰ４になった後、消費電力指令値がＰ４からＰ１に変化し、実際の消費電力値も時刻ｔ６においてＰ１となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の消費電力制御装置１０は、図９のメイン制御フローに示すように、周波数偏差が発生しているか否かの判定を行い（ステップＳ３）、周波数監視手段１１の監視結果が、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していることを示しているとき、周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と目標消費電力指令値との和を消費電力指令値として、電力負荷装置２を稼動させる周波数偏差対応制御を実行する（ステップＳ３０）。つまり、第２実施形態では、制御手段１２は、商用系統周波数に変化があるか否か（商用系統周波数が設定目標周波数と異なるか否か）とは無関係に、電力負荷装置２の消費電力値の制御を実行する。以下に、第２実施形態の消費電力制御装置１０について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

以下に、図９に示すメイン制御フロー、図５に示すサブ制御フロー及び図１０に示す商用系統周波数と消費電力値との推移のグラフを参照して、第２実施形態の消費電力制御装置の動作について説明する。

図９のメイン制御フローに示すように、ステップＳ３において制御手段１２は、周波数監視手段１１の監視結果に基づいて、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているか否かを判定する。そして、制御手段１２は、周波数偏差が発生しているときにはステップＳ３０に移行して、図５を参照して後述する周波数偏差対応制御を実行し、周波数偏差が発生していないときにはステップＳ４に移行して、目標消費電力指令値を消費電力指令値として電力負荷装置２を稼動させる（通常制御）。

図１０に示す時刻ｔ１０において商用系統周波数がｆ１（基準周波数である６０Ｈｚ）からｆ２に変化することで、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生すると、図５のステップＳ３１において制御手段１２は、図８に示した周波数バイアス特性に基づいて、周波数偏差：（ｆ２−６０）Ｈｚを小さくするための変動消費電力値：ΔＰを導出する。次に、ステップＳ３２において制御手段１２は、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいか否かを判定する。そして、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と上記変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しくないときにはステップＳ３３に移行する。他方で、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と上記変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいときには、消費電力指令値を変動させることなく、図９のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ３３において制御手段１２は、目標消費電力指令値：Ｐ１と変動消費電力値：ΔＰとの和：Ｐ３を消費電力指令値と決定する。そして、ステップＳ３４において制御手段１２は、ステップＳ３３において決定された消費電力指令値：Ｐ３に応じて電力負荷装置２を稼動させる。制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図１０に示す時刻ｔ１１から消費電力指令値がＰ３に設定され、実際の消費電力値も時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間にＰ１からＰ３に変動することになる。

そして、この周波数偏差が発生している間は、消費電力指令値がＰ３に維持されて、実際の消費電力値もＰ３に維持されることになる。
他方で、図１０に示す時刻ｔ１３において商用系統周波数がｆ２からｆ１に変化して、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が無くなると、図９に示したメイン制御フローのステップＳ４が実行されることになる。つまり、制御手段１２は、目標消費電力指令値：Ｐ１を消費電力指令値として、その消費電力指令値：Ｐ１に応じて電力負荷装置２を稼動させる。その結果、図１０に示すように、実際の消費電力値も時刻ｔ１４から時刻ｔ１５の間にＰ３からＰ１に変動することになる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の消費電力制御装置１０は、図１１のメイン制御フローに示すように、商用系統周波数に変化が有るか否か（つまり、商用系統周波数が設定目標周波数と異なるか否か）の判定を行い（ステップＳ１）、制御手段１２が、周波数監視手段１１の監視結果が、商用系統周波数に変化が有ることを示しているとき、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係に従って消費電力指令値を変動させて電力負荷装置２を稼動させた後、実際の消費電力値が目標消費電力指令値と等しいか否かを判定し、実際の消費電力値が目標消費電力指令値と等しくないときは、目標消費電力指令値を消費電力指令値として、電力負荷装置２を稼動させる周波数変化対応制御を実行する（ステップＳ２０）。つまり、本実施形態において制御手段１２は、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差とは無関係に、電力負荷装置２の消費電力値の制御を行う。以下に、第３実施形態の消費電力制御装置１０について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

以下に、図１１に示すメイン制御フロー、図４に示すサブ制御フロー及び図１２に示す商用系統周波数と消費電力値との推移のグラフを参照して、第３実施形態の消費電力制御装置の動作について説明する。

図１１のメイン制御フローに示すように、ステップＳ１において制御手段１２は、商用系統周波数が設定目標周波数から変化したか否か、つまり、商用系統周波数に変化が有るか否かを判定する。そして、商用系統周波数が設定目標周波数から変化したときにはステップＳ２０に移行して、図４を参照して後述する周波数変化対応制御を実行し、周波数変化が発生していないときにはステップＳ４に移行して、目標消費電力指令値を消費電力指令値として電力負荷装置２を稼動させる（通常制御）。

図１２に示す時刻ｔ２１において商用系統周波数がｆ１からｆ２に変化すると、図４のステップＳ２１において制御手段１２は、図７に示す垂下特性Ａに基づいて、変化後の商用系統周波数：ｆ２に応じた消費電力指令値：Ｐ２を導出する。この垂下特性Ａは、この時点での設定目標周波数：ｆ１及び消費電力指令値：Ｐ１を通る直線で設定され、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係が定められたものである。そして、ステップＳ２２において制御手段１２は、消費電力指令値：Ｐ２に応じて電力負荷装置２の稼動を制御する。更に、ステップＳ２３において制御手段１２は、変化後の商用系統周波数：ｆ２を、これ以後、設定目標周波数に設定する。

制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図１２に示すように時刻ｔ２１において商用系統周波数がｆ１からｆ２に変化した後、消費電力指令値がＰ１からＰ２に変化し、実際の消費電力値も時刻ｔ２２においてＰ２となる。

次に、ステップＳ２４において制御手段１２は、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１に等しいか否かを判定する。そして、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１に等しくないときにはステップＳ２５に移行する。他方で、実際の消費電力値が、目標消費電力指令値：Ｐ１と等しいときには、消費電力指令値を変動させることなく、図１１のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ２５において制御手段１２は、目標消費電力指令値：Ｐ１を消費電力指令値と決定する。そして、ステップＳ２６において制御手段１２は、ステップＳ２５において決定された消費電力指令値：Ｐ１に応じて電力負荷装置２を稼動させる。
また、ステップＳ２７において制御手段１２は、垂下特性を、その時点での設定目標周波数：ｆ２及び消費電力指令値：Ｐ１を通る垂下特性Ｃに変更設定する。

制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図１２に示す時刻ｔ２２において実際の消費電力値がＰ２になった後、消費電力指令値がＰ２からＰ１に変化し、実際の消費電力値も時刻ｔ２３においてＰ１となる。

その後、図１２に示す時刻ｔ２４において商用系統周波数がｆ２（この時点での設定目標周波数）からｆ１に変化すると、図４のステップＳ２１において制御手段１２は、図７に示す垂下特性Ｃに基づいて、変化後の商用系統周波数：ｆ１に応じた消費電力指令値：Ｐ５を導出する。この垂下特性Ｃは、この時点での設定目標周波数：ｆ２及び消費電力指令値：Ｐ１を通る直線で設定され、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係が定められたものである。そして、ステップＳ２２において制御手段１２は、消費電力指令値：Ｐ５に応じて電力負荷装置２の稼動を制御する。更に、ステップＳ２３において制御手段１２は、変化後の商用系統周波数：ｆ１を、これ以後、設定目標周波数に設定する。

制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図１２に示すように時刻ｔ２４において商用系統周波数がｆ２からｆ１に変化した後、消費電力指令値がＰ１からＰ５に変化し、実際の消費電力値も時刻ｔ２５においてＰ５となる。

制御手段１２が以上のような制御を行うことで、図１２に示す時刻ｔ２５において実際の消費電力値がＰ５になった後、消費電力指令値がＰ５からＰ１に変化し、実際の消費電力値も時刻ｔ２６においてＰ１となる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態の消費電力制御装置１０は、図１３の制御フローに示すように、商用系統周波数が変化しているか否かの判定を行い（ステップＳ４１）、周波数監視手段１１の監視結果として得られる商用系統周波数が変化すると、商用系統周波数が大きくなるにつれて消費電力指令値を大きくする設定関係に従って消費電力指令値を変動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている。つまり、第４実施形態では、制御手段１２は、図７に示した商用系統周波数の関数としての消費電力指令値に基づいて電力負荷装置２の制御を行うのである。従って、本実施形態では、上記第１実施形態から上記第３実施形態のような目標消費電力指令値は存在していない。

以下に、図１３に示す制御フローを参照して、第４実施形態の消費電力制御装置の動作について説明する。
図１３の制御フローに示すように、ステップＳ４１において制御手段１２は、商用系統周波数に変化があるか否かを判定する。そして、制御手段１２は、商用系統周波数に変化があるときにはステップＳ４２に移行し、ステップＳ４２において、図７に示した垂下特性に基づいて、変化後の商用系統周波数に応じた消費電力指令値を導出する。次に、ステップＳ４３において制御手段１２は、導出した消費電力指令値に応じて電力負荷装置２を稼動させる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、垂下特性及び周波数バイアス特性について図７及び図８を参照して説明したが、垂下特性を表す直線の傾き（変化率）、周波数バイアス特性を表す不感帯幅：Ａ１、Ａ２、上限幅：Ｂ１及び下限幅：Ｂ２、変化率：Ｃ１、Ｃ２は適宜変更可能である。

＜２＞
上記実施形態では、電力負荷装置２が備える複数の負荷２ａ〜２ｄの内、非通電状態にある負荷を通電状態にさせること、及び、通電状態にある負荷を非通電状態させることなどによって、電力負荷装置２の消費電力を変動制御する例について説明したが、一つの負荷に対する通電量を変動させることで電力負荷装置２の消費電力を変動制御するように構成することもできる。

本発明の消費電力制御装置は、商用系統における商用系統周波数を基準周波数近傍で安定させるために使用可能である。

商用系統の概略図第１実施形態のメイン制御フロー第１実施形態のサブ制御フロー第１実施形態のサブ制御フロー第１実施形態のサブ制御フロー第１実施形態の商用系統周波数及び実際の消費電力値の推移を示すグラフ垂下特性を示すグラフ周波数バイアス特性を示すグラフ第２実施形態のメイン制御フロー第２実施形態の商用系統周波数及び実際の消費電力値の推移を示すグラフ第３実施形態のメイン制御フロー第３実施形態の商用系統周波数及び実際の消費電力値の推移を示すグラフ第４実施形態の制御フロー

符号の説明

２電力負荷装置
１０消費電力制御装置
１１周波数監視手段
１２制御手段
５０商用系統

Claims

目標消費電力指令値に基づいて消費電力指令値を決定して、前記消費電力指令値に応じて商用系統からの電力を消費する電力負荷装置の消費電力を制御可能な制御手段を備える消費電力制御装置であって、
前記制御手段が、前記商用系統での商用系統周波数を監視する周波数監視手段の監視結果に基づいて前記消費電力指令値を変動させるように構成されている消費電力制御装置。
前記制御手段が、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の消費電力制御装置。
前記制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有ると、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させて前記電力負荷装置を稼動させた後、実際の消費電力値が前記目標消費電力指令値と等しいか否かを判定し、前記実際の消費電力値が前記目標消費電力値と等しくないときは、前記目標消費電力値を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の消費電力制御装置。
前記制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させて前記電力負荷装置を稼動させた後、実際の消費電力値が、前記周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和に等しいか否かを判定し、前記実際の消費電力値が前記変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和に等しくないときには、前記変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の消費電力制御装置。
前記制御手段が、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数偏差対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の消費電力制御装置。
前記制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させて前記電力負荷装置を稼動させた後、実際の消費電力値が、前記周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和に等しいか否かを判定し、前記実際の消費電力値が前記変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和に等しくないときには、前記変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行し、
前記商用系統周波数に変化が無く、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記周波数偏差を小さくするための変動消費電力値と前記目標消費電力指令値との和を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数偏差対応制御を実行し、及び、
前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記消費電力指令値を大きくする設定関係に従って前記消費電力指令値を変動させて前記電力負荷装置を稼動させた後、実際の消費電力値が前記目標消費電力指令値と等しいか否かを判定し、前記実際の消費電力値が前記目標消費電力指令値と等しくないときは、前記目標消費電力指令値を前記消費電力指令値として、前記電力負荷装置を稼動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の消費電力制御装置。
前記電力負荷装置が、貯湯用湯水を加熱可能な電気ヒータである請求項１〜６の何れか一項に記載の消費電力制御装置。