JP2013062197A - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池が発電する余剰電力を有効活用できるようにする。
【解決手段】需要家１に設けられた複数の負荷４０の総消費電力量に合わせて発電を行うＳＯＦＣ１０ａを用いて、複数の負荷４０に電力を供給する電力システムにおいて、複数の負荷４０を制御するＨＥＭＳ１００は、総消費電力量に余剰電力量を加えた発電量でＳＯＦＣ１０ａが発電を行う余剰電力モードにおいて、複数の負荷４０の中から選択した少なくとも１つの負荷４０の消費電力量を増加するよう制御する負荷制御部１３３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池などの発電装置を用いて負荷に電力を供給する電力システムにおいて当該負荷を制御する制御装置及び制御方法に関する。

電力の需要家（住宅など）における電力系統の補助電源として、燃料電池の普及が進んでいる。燃料電池は、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により電気を作り出す発電装置である。燃料電池は、その発電原理に起因して、発電量を急激に変更できないことが知られている。

一方で、近年では、大規模停電や電気料金などの電力事情、あるいは環境意識の高まりなどにより、系統からの電力に依存せずに、燃料電池によって需要家内の負荷の消費電力を全て賄いたいというニーズがあると考えられる。

特許文献１には、系統の停電時において、自立運転を行う燃料電池によって、自立運転用コンセントに接続される負荷の消費電力を賄う電力システムが開示されている。当該電力システムは、余剰電力消費用のヒーターを有しており、停電時には、燃料電池が定格出力電力量での発電を維持するように、当該ヒーターの消費電力量を増減する。

特開２００８−１５２９９７号公報

特許文献１に記載に記載の電力システムは、停電時に燃料電池が定格出力電力量での発電を維持することで、自立運転用コンセントに接続される負荷の急激な消費電力変動に対応できるものの、次のような問題がある。具体的には、燃料電池が発電する余剰電力を消費する負荷がヒーターに限定されており、余剰電力を有効活用できないという問題があった。

そこで、本発明は、燃料電池が発電する余剰電力を有効活用できる制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。

本発明に係る制御装置の特徴は、需要家（需要家１）に設けられた複数の負荷（負荷４０）の総消費電力量に合わせて発電を行う燃料電池（例えばＳＯＦＣ１０ａ）を用いて、前記複数の負荷に電力を供給する電力システムにおいて、前記複数の負荷を制御する制御装置（例えばＨＥＭＳ１００）であって、前記総消費電力量に余剰電力量を加えた発電量で前記燃料電池が発電を行う余剰電力モードにおいて、前記複数の負荷の中から選択した少なくとも１つの負荷の消費電力量を増加するよう制御する負荷制御部（負荷制御部１３３）を有することを要旨とする。

本発明に係る制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記負荷制御部は、前記余剰電力モードにおいて、前記選択した負荷の消費電力量を増加するよう制御した後、前記負荷制御部による制御以外の要因で前記総消費電力量が増加した場合に、前記選択した負荷のうち少なくとも１つの負荷の消費電力を減少するよう制御することを要旨とする。

本発明に係る制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記余剰電力モードは、系統（系統２）の停電時において適用されることを要旨とする。

本発明に係る制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、消費電力量に関する消費電力情報を、前記複数の負荷毎に記憶する消費電力情報記憶部（負荷情報記憶部１３２）をさらに有し、前記負荷制御部は、前記余剰電力モードにおいて、前記消費電力情報に基づいて、前記余剰電力量の範囲内で前記複数の負荷のうち消費電力量を増加させるべき少なくとも１つの負荷を選択し、当該選択した負荷の消費電力量を増加するよう制御することを要旨とする。

本発明に係る制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、消費電力量を増加させるべき優先度を示す優先度情報を、前記複数の負荷毎に記憶する優先度情報記憶部（負荷情報記憶部１３２）をさらに有し、前記負荷制御部は、前記余剰電力モードにおいて、前記優先度情報に基づいて、前記複数の負荷のうち前記優先度が高い負荷を優先的に選択し、当該選択した負荷の消費電力量を増加するよう制御することを要旨とする。

本発明に係る制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、消費電力量を増加させる制御を許可するか否かを示す制御可否情報を、前記複数の負荷毎に記憶する制御可否情報記憶部（負荷情報記憶部１３２）をさらに有し、前記負荷制御部は、前記余剰電力モードにおいて、前記制御可否情報に基づいて、前記複数の負荷のうち消費電力量を増加させる制御が許可されている負荷を選択し、当該選択した負荷の消費電力量を増加するよう制御することを要旨とする。

本発明に係る制御方法の特徴は、需要家に設けられた複数の負荷の総消費電力量に合わせて発電を行う燃料電池を用いて、前記複数の負荷に電力を供給する電力システムにおいて、前記複数の負荷を制御する制御方法であって、前記総消費電力量に余剰電力量を加えた発電量で前記燃料電池が発電を行う余剰電力モードにおいて、前記複数の負荷の中から選択した少なくとも１つの負荷の消費電力量を増加するよう制御するステップを有することを要旨とする。

本発明によれば、燃料電池が発電する余剰電力を有効活用できる制御装置及び制御方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る電力システムのブロック図である。 本発明の実施形態に係る各負荷に対するグループ分けを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る省エネモード及び余剰電力モードのそれぞれにおける各負荷の状態及び消費電力量を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るＨＥＭＳでの停電開始時処理フローのフロー図である。 本発明の実施形態に係るＨＥＭＳでの余剰電力制御処理（すなわち、図４のステップＳ４００）の動作フロー図である。 本発明の実施形態に係るＨＥＭＳでの余剰電力制御指令動作（すなわち、図５のステップＳ４９０）の動作フロー図である。 本発明の実施形態に係るＨＥＭＳでの停電中処理フローのフロー図である。 本発明の実施形態に係る余剰電力制御の具体例を説明するための図である（その１）。 本発明の実施形態に係る余剰電力制御の具体例を説明するための図である（その２）。 本発明の実施形態に係る余剰電力制御の具体例を説明するための図である（その３）。 本発明の実施形態に係る余剰電力制御の具体例を説明するための図である（その４）。 本発明の実施形態に係る余剰電力制御の対象とすべき負荷及び優先度を設定する際の表示部の表示画面を示す図である。 本発明の実施形態に係る余剰電力制御の解除動作を説明するための図である（その１）。 本発明の実施形態に係る余剰電力制御の解除動作を説明するための図である（その２）。 本発明の実施形態に係る電力システムの変更例のブロック図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態に係る図面において、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。

（１）電力システムの全体構成
まず、本実施形態に係る電力システムの全体構成を説明する。図１は、本実施形態に係る電力システムのブロック図である。図１において、ブロック間の実線は電力線を示し、ブロック間の破線は制御線を示す。なお、制御線は、有線に限らず無線であってもよい。

図１に示すように、本実施形態に係る電力システムは、発電所が発電した交流電力が流れる系統２と、系統２から交流電力の供給を受ける需要家１と、を有する。

需要家１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）ユニット１０と、ＳＯＦＣユニット１０と系統２との間に設けられた分電盤３０と、分電盤３０から交流電力が供給される複数の負荷４０と、需要家１内の電力管理を行うための宅内エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）１００と、を含む。本実施形態において、ＨＥＭＳ１００は、負荷４０を制御する制御装置に相当する。

ＳＯＦＣユニット１０は、発電を行うＳＯＦＣ１０ａと、ＳＯＦＣ１０ａの発電電力を直流から交流に変換して出力するパワーコンディショナ（ＰＣＳ）１０ｂと、を含む。

ＳＯＦＣ１０ａは、燃料電池の一種であり、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電を行い、発電した直流電力を出力する。なお、化学反応の際に発生する熱を熱交換によりお湯にして貯湯槽に貯える構成（いわゆる、コジェネレーションシステム）としてもよい。

本実施形態では、ＳＯＦＣ１０ａの発電量はＨＥＭＳ１００によって制御される。詳細には、ＳＯＦＣ１０ａは、負荷４０の総消費電力量を示す情報をＨＥＭＳ１００から受信すると、当該総消費電力量を目標発電量として発電を行う。このように、負荷４０の総消費電力量に追従して発電を行うよう制御する態様は「負荷追従制御」と称される。

なお、通常時には、負荷追従制御を行うＳＯＦＣ１０ａは、負荷４０の総消費電力量の急激な増加に対応できなくても、総消費電力量に対する発電電力量の不足分を系統２から賄うことができる。これに対し、系統２の停電時には、総消費電力量に対する発電電力量の不足分を系統２から賄うことができない。

ＰＣＳ１０ｂは、ＳＯＦＣ１０ａを逆潮流無しで系統２に連系する系統連系装置である。ＰＣＳ１０ｂは、ＳＯＦＣ１０ａから入力された発電電力を交流に変換し、電力線を介して発電電力（交流）を分電盤３０に出力する。

分電盤３０は、ＰＣＳ１０ｂが出力する発電電力を複数の負荷４０に分電する。分電盤３０は、ＰＣＳ１０ｂが出力する発電電力が負荷４０の総消費電力未満であるときには、不足分の電力を系統２から受電（すなわち、買電）して、発電電力及び買電電力を負荷４０に供給する。また、本実施形態では、分電盤３０は、入出力電力に関する計測を行うための電流センサや電圧センサを含み、これらのセンサの計測データを、制御線を介してＨＥＭＳ１００に送信する。

負荷４０は、分電盤３０から発電電力及び／又は買電電力が供給され、供給された電力を消費して動作する。本実施形態では、負荷４０は、照明器具４０ａや、エアコン４０ｂ、給湯器４０ｃなどを含む。負荷４０は、制御線を介してＨＥＭＳ１００との通信を行うための通信部４１を含む。なお、各負荷４０に個別の通信部４１が設けられてもよく、複数の負荷４０で１つの通信部４１を共用してもよい。負荷４０のそれぞれは、ＨＥＭＳ１００からの制御指令に応じて運転状態の切り替えを行うように構成される。

ＨＥＭＳ１００は、省エネのために需要家１内の電力管理を行うものであり、各負荷４０を制御する機能と、各負荷４０に関する状態を監視・表示する機能とを有する。ＨＥＭＳ１００は、外部ネットワークとの通信を行うように構成されてもよい。

（２）ＨＥＭＳの構成
次に、ＨＥＭＳ１００の構成を説明する。ＨＥＭＳ１００は、各種の制御を行うための制御部１３０と、制御部１３０に接続された通信部１１０と、制御部１３０に接続された表示部１２０ａ及び入力部１２０ｂと、を含む。

通信部１１０は、制御部１３０の制御下で、負荷４０に設けられた通信部４１との通信を行う。

表示部１２０ａは、例えば液晶パネルを用いて構成されており、制御部１３０の制御下で各種の表示を行う。入力部１２０ｂは、例えば複数のボタンを用いて構成されており、ユーザからの入力操作を受け付ける。表示部１２０ａ及び入力部１２０ｂは、個別に設けられる場合に限らず、タッチパネルとして一体化されていてもよい。

制御部１３０は、メモリやプロセッサを用いて構成されており、省エネモード及び余剰電力モードを制御する。本実施形態では、余剰電力モードは、系統２の停電時に適用されるモードである。余剰電力モードの詳細については後述する。

制御部１３０は、電力情報取得部１３１と、負荷情報記憶部１３２と、負荷制御部１３３と、表示制御部１３４と、を含む。

電力情報取得部１３１は、分電盤３０からの計測データに基づいて、負荷４０の総消費電力量を定期的に取得する。あるいは、電力情報取得部１３１は、負荷４０の通信部４１からの計測データが得られる場合には、当該計測データに基づいて負荷４０の総消費電力量を定期的に取得してもよい。電力情報取得部１３１は、負荷４０の総消費電力量を取得すると、取得した総消費電力量を示す情報を、制御線を介してＳＯＦＣ１０ａに送信する。上述したように、ＳＯＦＣ１０ａは、負荷４０の総消費電力量を示す情報をＨＥＭＳ１００から受信すると、当該総消費電力量を目標発電量として発電を行う。

また、電力情報取得部１３１は、分電盤３０からの計測データに基づいて、系統２の停電を検知する。あるいは、電力情報取得部１３１は、ＰＣＳ１０ｂとの通信が可能である場合には、ＰＣＳ１０ｂからの停電発生の通知に基づいて、系統２の停電を検知してもよい。電力情報取得部１３１は、系統２の停電を検知すると、予め設定されている余剰電力量を取得し、当該余剰電力量を示す情報を、上述した負荷４０の総消費電力量を示す情報と共に、ＳＯＦＣ１０ａに送信する。

ＳＯＦＣ１０ａは、負荷４０の総消費電力量を示す情報と余剰電力量を示す情報とをＨＥＭＳ１００から受信すると、当該総消費電力量及び当該余剰電力量との和を目標発電量として発電を行う。

なお、負荷４０の総消費電力量を示す情報と余剰電力量を示す情報とをＳＯＦＣ１０ａに送信する場合に限らず、当該総消費電力量及び当該余剰電力量との和を示す情報をＳＯＦＣ１０ａに送信してもよい。ＳＯＦＣ１０ａは、当該総消費電力量及び当該余剰電力量との和を示す情報をＨＥＭＳ１００から受信すると、当該総消費電力量及び当該余剰電力量との和を目標発電量として発電を行う。

負荷情報記憶部１３２は、各負荷４０に関する情報を記憶する。図２は、各負荷４０に対するグループ分けを説明するための図である。図２に示すように、本実施形態では、売電できない余剰電力がある場合の負荷制御方法を定めるために、各負荷４０を３つのグループに分類している。

第１のグループは、省エネ機能を持つ負荷からなるグループである。第１のグループに属する負荷４０は、通常時は省エネ運転させることで、消費電力を抑えて電気代を抑えるように構成されている。しかし、消費電力を抑えているため、本来の能力を制限している。

第２のグループは、電気代が安価な夜間などに運転する負荷からなるグループである。第２のグループに属する負荷４０は、昼間よりも安価な夜間電力を使うことで電気代を抑えるように構成されている。しかし、昼間の電気代が安い場合は、運転しても問題のない負荷である。

第３のグループは、ユーザの許可があれば自動的に運転させても問題のない負荷からなるグループである。第３のグループに属する負荷４０は、ユーザが当該負荷４０を運転させる準備が整っていればいつ運転させても問題のない負荷である。

図３は、省エネモード及び余剰電力モードのそれぞれにおける各負荷の状態及び消費電力量を説明するための図である。負荷制御部１３３は、系統２の停電が検知された場合に、省エネモードから余剰電力モードに移行する。負荷情報記憶部１３２は、図３に示す消費電力情報を予め記憶している。なお、当該消費電力情報は、ユーザが手動で入力してもよく、外部ネットワークから取得してもよい。

図３に示すように、第１のグループに属するエアコン、冷蔵庫、照明器具、パソコン、テレビ、ウォシュレット便座については、省エネモードでは省エネ運転、余剰電力モードではフルパワー運転又は通常運転を行うよう定められている。また、第３のグループに属する洗濯機、乾燥機、自動食器洗い機については、省エネモードでは待機状態、余剰電力モードでは動作状態になるよう定められている。第３のグループに属する急速充電器については、省エネモードでは通常充電、余剰電力モードでは急速充電を行うよう定められている。

また、負荷情報記憶部１３２は、負荷４０毎に、消費電力量を増加させる制御（以下、「余剰電力制御」と称する）の対象とすべき優先度の情報（以下、適宜「優先度情報」と称する）を記憶している。当該優先度情報は、ユーザが手動で設定してもよく、負荷制御部１３３が自動で設定してもよい。以下においては、ユーザが手動で優先度情報を設定するケースを主として説明する。

さらに、負荷情報記憶部１３２は、負荷４０毎に、余剰電力制御を許容するか否かを示す情報（以下、適宜「制御可否情報」と称する）を記憶していてもよい。当該制御可否情報は、ユーザが手動で設定してもよく、負荷制御部１３３が自動で設定してもよい。以下においては、ユーザが手動で制御可否情報を設定するケースを主として説明する。制御可否情報の詳細については後述する。

このように、本実施形態において、負荷情報記憶部１３２は、消費電力情報を記憶する消費電力情報記憶部、優先度情報を記憶する優先度情報記憶部、及び制御可否情報を記憶する制御可否情報記憶部に相当する。

負荷制御部１３３は、電力情報取得部１３１により系統２の停電が検知された場合（すなわち、余剰電力モード）において、余剰電力制御の対象とする負荷４０を選択する。詳細には、負荷制御部１３３は、電力情報取得部１３１により取得される余剰電力量と、負荷情報記憶部１３２が記憶している消費電力情報及び優先度情報と、に基づいて、余剰電力制御の対象とする負荷４０を選択する。

本実施形態では、負荷制御部１３３は、優先度情報に基づく優先度が高い負荷４０から順に、図３に示す消費電力情報に基づいて、省エネモードから余剰電力モードへ切り替えた場合の消費電力量の増加量を積算する。そして、積算値が余剰電力量に達するまでの各負荷４０を、余剰電力制御の対象とする負荷４０として選択する。負荷制御部１３３は、余剰電力制御の対象とする負荷４０を選択すると、消費電力量を増加させるための制御指令を当該負荷４０に対して送信するよう通信部１１０を制御する。

通信部１１０は、負荷制御部１３３の制御に応じて、消費電力量を増加させるための制御指令を当該負荷４０に対して送信する。また、通信部１１０は、当該制御指令に対する当該負荷４０の制御結果の通知を監視する。なお、負荷制御部１３３は、負荷４０が制御指令に従わない場合（例えば、当該負荷４０の電源が入っていない場合や、当該負荷４０が既にフルパワーで運転している場合など）には、当該負荷４０に代えて他の負荷４０を改めて選択し、改めて選択した負荷４０に対して制御指令を送信してもよい。

表示制御部１３４は、負荷情報記憶部１３２が記憶している負荷一覧や運転状態などを表示するよう表示部１２０ａを制御する。表示部１２０ａによる表示例については後述する。

（３）ＨＥＭＳの動作
次に、停電時におけるＨＥＭＳ１００の動作をについて説明する。

（３．１）停電開始時処理フロー
図４は、ＨＥＭＳ１００での停電開始時処理フローのフロー図である。

図４に示すように、ステップＳ１００において、電力情報取得部１３１は、系統２の停電を検知する。

ステップＳ２００において、電力情報取得部１３１は、負荷４０の総消費電力量を取得する。なお、ステップＳ２００は、ステップＳ１００と同時、又はステップＳ１００の前であってもよい。

ステップＳ３００において、電力情報取得部１３１は、負荷４０の総消費電力量を示す情報と余剰電力量を示す情報とをＳＯＦＣ１０ａに送信する。ＳＯＦＣ１０ａは、負荷４０の総消費電力量を示す情報と余剰電力量を示す情報とをＨＥＭＳ１００から受信すると、当該総消費電力量及び当該余剰電力量との和を目標発電量として発電を行う。

ステップＳ４００において、負荷制御部１３３は、後述する余剰電力制御処理を行う。なお、ＳＯＦＣ１０ａは発電量を急激に増加させることができないため、ステップＳ３００から一定時間経過後にステップＳ４００を開始することが好ましい。

その後、後述する停電中処理フローに移行する。

（３．２）余剰電力制御処理フロー
図５は、ＨＥＭＳ１００での余剰電力制御処理（すなわち、図４のステップＳ４００）の動作フロー図である。

図５に示すように、ステップＳ４１０において、負荷制御部１３３は、電力情報取得部１３１から余剰電力量（余剰電力値）Ｚを取得する。

ステップＳ４２０において、電力情報取得部１３１は、余剰電力値Ｚが正であるか否かを確認する。余剰電力値Ｚが正である場合（ステップＳ４２０；ＹＥＳ）、処理がステップＳ４３０に進む。これに対し、余剰電力値Ｚがゼロ又は負である場合（ステップＳ４２０；ＮＯ）、処理が終了する。なお、ステップＳ４２０は省略してもよい。

ステップＳ４３０において、負荷制御部１３３は、負荷情報記憶部１３２が記憶している各負荷４０の消費電力量情報に基づいて負荷データＥ［ｎ］を取得する。負荷データＥ［ｎ］は、需要家１に設けられた負荷４０ａ〜負荷４０ｎそれぞれについて、省エネモードから余剰電力モードへ切り替えた場合の消費電力の増加量を示す。

ステップＳ４４０において、消費電力量を増加させるべき負荷を選択するためのループ１に入る。ここで、負荷制御部１３３は、負荷４０のインデックスである“ｉ”に初期値“０”を設定し、余剰電力制御の対象とする負荷４０をカウントするための変数“ｍ”に初期値“０”を設定する。

ステップＳ４５０において、負荷制御部１３３は、負荷情報記憶部１３２が記憶している優先度情報に基づいて優先度の高い順に負荷４０を選択し、当該選択した負荷４０を余剰電力モードへ切り替えた場合の消費電力増加量をＳに加算した結果を、積算値Ｓとして計算する。なお、Ｓの初期値はゼロである。

ステップＳ４６０において、負荷制御部１３３は、積算値Ｓが余剰電力値Ｚ未満であるか否かを確認する。積算値Ｓが余剰電力値Ｚ未満である場合（ステップＳ４６０；ＹＥＳ）、処理がステップＳ４７０に進む。これに対し、積算値Ｓが余剰電力値Ｚ以上である場合（ステップＳ４６０；ＮＯ）、処理がステップＳ４９０に進む。

ステップＳ４７０において、負荷制御部１３３は、余剰電力制御の対象とする負荷４０のリスト（以下、「制御リスト」と称する）Ｅｃを更新する。詳細には、負荷制御部１３３は、ステップＳ４５０で選択した負荷４０を制御リストＥｃに加える。

ステップＳ４８０において、処理がループ１の最初（すなわち、ステップＳ４４０）に戻る。２回目以降のループ１では、負荷４０のインデックスである“ｉ”がインクリメントされ、次に優先度の高い負荷について処理が行われる。

このようにして、負荷制御部１３３は、消費電力増加量の積算値Ｓが余剰電力値Ｚ以上になるまで、余剰電力制御対象の負荷４０を選出し、選出した負荷４０の一覧である制御リストＥｃを作成する。

ステップＳ４９０において、負荷制御部１３３は、作成した制御リストＥｃに基づいて、余剰電力制御の対象となる負荷４０への制御指令を送信するよう通信部１１０を制御する。

（３．３）余剰電力制御指令フロー
図６は、ＨＥＭＳ１００での余剰電力制御指令動作（すなわち、図５のステップＳ４９０）の動作フロー図である。

図６に示すように、ステップＳ４９１において、負荷制御部１３３は、制御リストＥｃ及び余剰電力制御対象数ｍを取得する。

ステップＳ４９２において、負荷制御部１３３は、余剰電力制御対象数ｍが０よりも多いか否かを確認する。余剰電力制御対象数ｍが０よりも多い場合（ステップＳ４９２；ＹＥＳ）、処理がステップＳ４９３に進む。これに対し、余剰電力制御対象数ｍが０以下である場合（ステップＳ４９２；ＮＯ）、処理が終了する。

ステップＳ４９３において、余剰電力制御対象の負荷４０に対して制御指令を送信するためのループ２に入る。ここで、負荷制御部１３３は、負荷４０のインデックスである“ｉ”に初期値“０”を設定する。

ステップＳ４９４において、負荷制御部１３３は、制御リストＥｃ中の負荷“ｉ”が制御済みであるか否かを確認する。制御リストＥｃ中の負荷“ｉ”が制御済みである場合（ステップＳ４９４；ＹＥＳ）、処理がステップＳ４９７に進む。これに対し、制御リストＥｃ中の負荷“ｉ”が制御済みでない場合（ステップＳ４９４；ＮＯ）、処理がステップＳ４９５に進む。

ステップＳ４９５において、負荷制御部１３３は、制御リストＥｃ中の負荷“ｉ”に対応する負荷４０に対して、余剰電力制御の制御指令を送信するよう通信部１１０を制御する。通信部１１０は、当該負荷４０からの制御結果の通知を受信し、負荷制御部１３３は、当該余剰電力制御が成功したか否かを確認する。なお、負荷制御部１３３は、制御対象の負荷４０の電源が入っていない場合や既にフルパワー状態の場合は、制御済みと判定してもよい。あるいは、当該負荷４０に代えて他の負荷４０を改めて選択し、改めて選択した負荷４０に対して制御指令を送信してもよい。

ステップＳ４９６において、負荷制御部１３３は、制御リストＥｃ中の負荷“ｉ”についての制御結果に基づいて、負荷情報記憶部１３２が記憶している負荷運転状態を更新する。表示制御部１３４は、更新された負荷運転状態を表示するよう表示部１２０ａを制御する。

ステップＳ４９７において、処理がループ２の最初（すなわち、ステップＳ４９３）に戻る。２回目以降のループ２では、負荷４０のインデックスである“ｉ”がインクリメントされ、次の負荷について処理が行われる。このようにして、負荷制御部１３３は、Ｅｃ［ｉ］の制御結果を更新して全ての制御指令を行った後にループ２を抜ける。

（３．４）停電中処理フロー
図７は、ＨＥＭＳ１００での停電中処理フローのフロー図である。本フローは、図４のステップＳ４００の後に行われる。

ステップＳ５００において、電力情報取得部１３１は、負荷４０の総消費電力量を取得する。

ステップＳ６００において、負荷制御部１３３は、電力情報取得部１３１がステップＳ５００で取得した総消費電力量が、余剰電力制御以外の要因で増加したか否かを判定する。詳細には、負荷制御部１３３は、余剰電力制御による消費電力増加量よりも大きく総消費電力量が増加しているか否かを確認する。例えば、ユーザが、余剰電力制御の対象とされていない負荷４０をフルパワー運転するよう操作した場合や、余剰電力制御の対象とされていない電源オフの負荷４０を電源オンするよう操作した場合には、余剰電力制御以外の要因で総消費電力量が増加したと判定される。負荷制御部１３３は、余剰電力制御以外の要因で総消費電力量が増加したと判定すると、総消費電力量の増加量を取得する。

ステップＳ７００において、負荷制御部１３３は、総消費電力量の増加量に応じて、余剰電力制御の対象としている負荷４０のうち少なくとも１つの負荷４０に対する余剰電力制御を解除するよう制御する。上述したように、ＳＯＦＣ１０ａは発電量を急激に増加させることができないため、余剰電力制御の対象としている負荷４０（すなわち、余剰電力が割り当てられた負荷４０）に対する余剰電力制御を解除することで、当該負荷４０の消費電力量を減少して、総消費電力量の増加分を賄う。具体的には、余剰電力制御の対象負荷のうち、優先度の低い負荷の運転を余剰電力モードから省エネモード（あるいは通常モード）に切り替えるよう、対象負荷に制御指令を送信する。また、当該負荷を余剰電力制御対象リストから削除する。

このように、余剰電力制御の対象とされている負荷４０（すなわち、余剰電力が割り当てられた負荷４０）から、余剰電力制御の対象とされていない負荷４０（すなわち、余剰電力が割り当てられていない負荷４０）へ、余剰電力の割り当てを変更することで、ＳＯＦＣ１０ａの発電量を増加させることなく、総消費電力量の増加分を賄うことができる。

ステップＳ８００において、電力情報取得部１３１は、負荷４０の総消費電力量を取得する。

ステップＳ９００において、電力情報取得部１３１がステップＳ８００で取得した総消費電力量を示す情報と、余剰電力量を示す情報と、をＳＯＦＣ１０ａに送信する。ＳＯＦＣ１０ａは、負荷４０の総消費電力量を示す情報と余剰電力量を示す情報とをＨＥＭＳ１００から受信すると、当該総消費電力量及び当該余剰電力量との和を目標発電量として発電を行う。

ステップＳ１０００において、負荷制御部１３３は、上述した余剰電力制御処理（図５参照）を行う。なお、ＳＯＦＣ１０ａは発電量を急激に増加させることができないため、ステップＳ９００から一定時間経過後にステップＳ１０００を開始することが好ましい。

ステップＳ１１００において、電力情報取得部１３１は、系統２の停電が復旧したか否かを確認する。系統２の停電が復旧した場合（ステップＳ１１００；ＹＥＳ）、処理がステップＳ１２００に進む。系統２の停電が復旧しない場合（ステップＳ１１００；ＮＯ）、処理がステップＳ５００に戻る。

ステップＳ１２００において、負荷制御部１３３は、余剰電力制御の対象としている各負荷４０に対する余剰電力制御を解除するよう制御する。ここでは、余剰電力制御の対象となっている全負荷について解除の指令を送信する。その後、通常時の動作に復帰する。

（３．５）動作具体例
次に、ＨＥＭＳ１００の動作具体例を説明する。

（３．５．１）余剰電力制御
図８〜図１１を用いて、余剰電力制御の具体例を説明する。図８〜図１１においては、負荷４０としての照明器具４０ａ、エアコン４０ｂ、給湯器４０ｃ、冷蔵庫４０ｄ、テレビ４０ｅを例示している。さらに、ＨＥＭＳ１００がＳＯＦＣユニット１０及び各負荷４０と無線により通信するケースを例示している。

図８に示すように、ＨＥＭＳ１００の負荷制御部１３３は、停電検知後の余剰電力モードにおいて、余剰電力値を取得する。

その後、図９に示すように、ＨＥＭＳ１００の負荷制御部１３３は、余剰電力制御の対象とした場合の消費電力増加量の積算値が余剰電力値を超えないように、管理している各負荷４０のうち、余剰電力制御の対象とする負荷４０を選択する。ここでは、エアコン４０ｂ、給湯器４０ｃ、テレビ４０ｅを選択したとする。

その後、図１０に示すように、ＨＥＭＳ１００の負荷制御部１３３は、エアコン４０ｂ、給湯器４０ｃ、テレビ４０ｅに対して制御指令を送信するようＨＥＭＳ１００の通信部１１０を制御する。詳細には、エアコン４０ｂに対してフルパワー運転を指示する制御指令を送信し、給湯器４０ｃに対して湯沸し開始を指示する制御指令を送信し、テレビ４０ｅに対して通常運転を指示する制御指令を送信する（図３参照）。ただし、テレビ４０ｅは電源が入っていないので、制御できないという結果を受け取っている。

その後、図１１に示すように、ＨＥＭＳ１００の負荷制御部１３３は、テレビ４０ｅの代わりとして冷蔵庫４０ｄを選択する。そして、ＨＥＭＳ１００の負荷制御部１３３は、冷蔵庫４０ｄに対して制御指令を送信するようＨＥＭＳ１００の通信部１１０を制御する。詳細には、冷蔵庫４０ｄに対してフルパワー運転を指示する制御指令を送信する（図３参照）。

（３．５．２）優先度設定・変更動作
次に、図１２を用いて、ＨＥＭＳ１００における優先度設定・変更動作を説明する。

図１２は、余剰電力制御の対象とすべき負荷４０及び優先度を設定する際の表示部１２０ａの表示画面を示す図である。図１２（ａ）に示すように、ユーザは、ＨＥＭＳ１００の入力部１２０ｂを用いて、余剰電力制御の対象とする優先度を、エアコンが最も高く、急速充電器が最も低く設定しており、ＨＥＭＳ１００の表示制御部１３４は、設定された優先度を表示するよう表示部１２０ａを制御する。このように、ユーザは事前に優先度を設定することができ、優先度を変えることで、余剰電力制御の対象とすべき負荷４０を選択することができる。

また、図１２（ｂ）に示すように、ユーザは、ＨＥＭＳ１００の入力部１２０ｂを用いて、各負荷４０（エアコン、冷蔵庫、照明、パソコン、テレビ、ウォシュレット便座、洗濯機、乾燥機、自動食器洗い機、急速充電器）のうち、余剰電力制御を許可しない負荷４０として、洗濯機、乾燥機、自動食器洗い機を選択しており、ＨＥＭＳ１００の表示制御部１３４は、設定された情報（余剰電力制御の許可／不許可の情報）を表示するよう表示部１２０ａを制御する。

（３．５．３）余剰電力制御解除動作
図１３及び図１４は、余剰電力制御の解除動作を説明するための図である。

図１３に示すように、ＨＥＭＳ１００の負荷制御部１３３は、余剰電力モードに切り替わった後、照明、給湯器、エアコンに対して余剰電力制御を行っている。詳細には、照明及びエアコンはフルパワー運転を行い、給湯器は湯沸かし運転を行っている。

その後、図１４に示すように、ユーザは、余剰電力制御の対象とされていない洗濯機に洗濯物を入れて洗濯運転を開始する。この場合、ＨＥＭＳ１００の負荷制御部１３３は、洗濯機による消費電力増加量を賄うために、当該消費電力増加量と同等の余剰電力を割り振っている給湯器の運転を停止するよう制御する。これにより、発電量を急激に増加させることができないＳＯＦＣユニット１０を用いる場合でも、負荷４０の総消費電力量の急激な増加に対応できる。

（４）実施形態のまとめ
以上説明したように、需要家１に設けられた複数の負荷４０の総消費電力量に合わせて発電を行うＳＯＦＣ１０ａを用いて、複数の負荷４０に電力を供給する電力システムにおいて、複数の負荷４０を制御するＨＥＭＳ１００は、総消費電力量に余剰電力量を加えた発電量でＳＯＦＣ１０ａが発電を行う余剰電力モードにおいて、複数の負荷４０の中から選択した少なくとも１つの負荷４０の消費電力量を増加するよう制御する負荷制御部１３３を有する。このように、需要家１に設けられた複数の負荷４０の中から、余剰電力を消費する負荷を選択することによって、余剰電力を有効活用できる。

また、負荷制御部１３３は、余剰電力モードにおいて、選択した負荷４０の消費電力量を増加するよう制御した後、負荷制御部１３３による制御以外の要因で総消費電力量が増加した場合に、選択した負荷４０のうち少なくとも１つの負荷４０の消費電力を減少する（すなわち、余剰電力制御を解除する）よう制御する。これにより、発電量を急激に増加させることができないＳＯＦＣ１０ａを用いる場合でも、負荷４０の総消費電力量の急激な増加に対応できる。

本実施形態では、ＨＥＭＳ１００の負荷情報記憶部１３２は、需要家１に設けられた複数の負荷４０毎に、消費電力量に関する消費電力情報を記憶する。そして、負荷制御部１３３は、余剰電力がある場合に、消費電力情報に基づいて、余剰電力の範囲内で複数の負荷４０のうち消費電力量を増加させるべき少なくとも１つの負荷４０を選択し、当該選択した負荷４０の消費電力量を増加するよう制御する。これにより、ユーザが余剰電力を無駄なく活用できる。

本実施形態では、ＨＥＭＳ１００の負荷情報記憶部１３２は、需要家１に設けられた複数の負荷４０毎に、消費電力量を増加させるべき優先度を示す優先度情報を記憶する。そして、負荷制御部１３３は、余剰電力がある場合に、優先度情報に基づいて、複数の負荷４０のうち優先度が高い負荷４０を優先的に選択し、当該選択した負荷４０の消費電力量を増加するよう制御する。これにより、より効率的に余剰電力を活用できる。

また、本実施形態では、優先度情報は、入力部１２０ｂが受け付けた入力操作に応じて、設定又は変更される。これにより、余剰電力を消費する負荷４０ａをユーザの意志に基づいて選択できる。

本実施形態では、ＨＥＭＳ１００の負荷情報記憶部１３２は、需要家１に設けられた複数の負荷４０毎に、消費電力量を増加させる制御を許可するか否かを示す制御可否情報を記憶する。そして、負荷制御部１３３は、余剰電力がある場合に、制御可否情報に基づいて、複数の負荷４０のうち消費電力量を増加させる制御が許可されている負荷４０を選択し、当該選択した負荷４０の消費電力量を増加するよう制御する。これにより、より効率的に余剰電力を活用できる。

また、本実施形態では、制御可否情報は、入力部１２０ｂが受け付けた入力操作に応じて、設定又は変更される。これにより、余剰電力を消費する負荷４０ａをユーザの意志に基づいて選択できる。

（５）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

上述した実施形態では、ＳＯＦＣ１０ａは、ＨＥＭＳ１００から通知される総消費電力量（及び余剰電力量）に基づいて負荷追従制御を行う一例を説明した。しかしながら、ＳＯＦＣ１０ａは、総消費電力量（及び余剰電力量）を自ら取得して負荷追従制御を行ってもよい。

図１５は、上述した実施形態に係る電力システムの変更例のブロック図である。図１５に示すように、本変更例では、ＳＯＦＣ１０ａは、分電盤３０からの計測データに基づいて、負荷４０の総消費電力量を定期的に取得する。あるいは、ＳＯＦＣ１０ａは、負荷４０の通信部４１からの計測データが得られる場合には、当該計測データに基づいて負荷４０の総消費電力量を定期的に取得してもよい。ＳＯＦＣ１０ａは、負荷４０の総消費電力量を取得すると、当該総消費電力量を目標発電量として発電を行う。

ＳＯＦＣ１０ａは、分電盤３０からの計測データに基づいて、系統２の停電を検知する。あるいは、ＳＯＦＣ１０ａは、ＰＣＳ１０ｂからの停電発生の通知に基づいて、系統２の停電を検知してもよい。ＳＯＦＣ１０ａは、系統２の停電を検知すると、予め設定されている余剰電力量を取得する。そして、ＳＯＦＣ１０ａは、負荷４０の総消費電力量と余剰電力量との和を目標発電量として発電を行う。また、ＳＯＦＣ１０ａは、現在の余剰電力量を示す情報をＨＥＭＳ１００に送信する。ＨＥＭＳ１００は、余剰電力モードにおいて、ＳＯＦＣ１０ａから取得した余剰電力量に基づいて余剰電力制御を行う。

上述した実施形態では、負荷制御部１３３は、消費電力情報、優先度情報、及び制御可否情報のそれぞれに基づいて余剰電力制御の対象とする負荷４０を選択していた。しかしながら、消費電力情報、優先度情報、及び制御可否情報のいずれか１つのみに基づいて余剰電力制御の対象とする負荷４０を選択してもよい。

上述した実施形態では、宅内のエネルギー管理システム（ＥＭＳ）であるＨＥＭＳ１００を、本発明に係る制御装置の一例として説明した。しかしながら、ビルのＥＭＳであるＢＥＭＳを、本発明に係る制御装置としてもよい。あるいは、ＰＣＳ１０ｂのコントローラを、本発明に係る制御装置としてもよい。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。

１…需要家、２…系統、１０…ＳＯＦＣユニット、１０ａ…ＳＯＦＣ、１０ｂ…ＰＣＳ、３０…分電盤、４０…負荷、４１…通信部、１００…ＨＥＭＳ、１１０…通信部、１２０ａ…表示部、１２０ｂ…入力部、１３０…制御部、１３１…電力情報取得部、１３２…負荷情報記憶部、１３３…負荷制御部、１３４…表示制御部

Claims (7)

1. 需要家に設けられた複数の負荷の総消費電力量に合わせて発電を行う燃料電池を用いて、前記複数の負荷に電力を供給する電力システムにおいて、前記複数の負荷を制御する制御装置であって、
   前記総消費電力量に余剰電力量を加えた発電量で前記燃料電池が発電を行う余剰電力モードにおいて、前記複数の負荷の中から選択した少なくとも１つの負荷の消費電力量を増加するよう制御する負荷制御部を有することを特徴とする制御装置。
2. 前記負荷制御部は、前記余剰電力モードにおいて、前記選択した負荷の消費電力量を増加するよう制御した後、前記負荷制御部による制御以外の要因で前記総消費電力量が増加した場合に、前記選択した負荷のうち少なくとも１つの負荷の消費電力を減少するよう制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記余剰電力モードは、系統の停電時において適用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 消費電力量に関する消費電力情報を、前記複数の負荷毎に記憶する消費電力情報記憶部をさらに有し、
   前記負荷制御部は、前記余剰電力モードにおいて、前記消費電力情報に基づいて、前記余剰電力量の範囲内で前記複数の負荷のうち消費電力量を増加させるべき少なくとも１つの負荷を選択し、当該選択した負荷の消費電力量を増加するよう制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の制御装置。
5. 消費電力量を増加させるべき優先度を示す優先度情報を、前記複数の負荷毎に記憶する優先度情報記憶部をさらに有し、
   前記負荷制御部は、前記余剰電力モードにおいて、前記優先度情報に基づいて、前記複数の負荷のうち前記優先度が高い負荷を優先的に選択し、当該選択した負荷の消費電力量を増加するよう制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の制御装置。
6. 消費電力量を増加させる制御を許可するか否かを示す制御可否情報を、前記複数の負荷毎に記憶する制御可否情報記憶部をさらに有し、
   前記負荷制御部は、前記余剰電力モードにおいて、前記制御可否情報に基づいて、前記複数の負荷のうち消費電力量を増加させる制御が許可されている負荷を選択し、当該選択した負荷の消費電力量を増加するよう制御することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の制御装置。
7. 需要家に設けられた複数の負荷の総消費電力量に合わせて発電を行う燃料電池を用いて、前記複数の負荷に電力を供給する電力システムにおいて、前記複数の負荷を制御する制御方法であって、
   前記総消費電力量に余剰電力量を加えた発電量で前記燃料電池が発電を行う余剰電力モードにおいて、前記複数の負荷の中から選択した少なくとも１つの負荷の消費電力量を増加するよう制御するステップを有することを特徴とする制御方法。

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