JP2015122847A - 電力制御装置、電力制御システムおよび電力制御システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】本発明は、電流センサ４０が順潮流を検出する間発電を行う発電装置３３と他の分散電源とを用いた電力制御を行う電力制御装置２０であって、発電装置３３または前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力により、前記電流センサ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擬似電流供給部５０と、発電装置３３と前記他の分散電源との間に、第１スイッチ７１を有する第１の電力供給経路と、前記第１の電力供給経路をバイパスし第２スイッチ７０を有する第２の電力供給経路とを備え、電流センサ４０は前記第１の電力供給経路に設けられていることを特徴とする電力制御装置２０を提供する。【選択図】図６

Description

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

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知られている（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知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−０４９７７０号公報 特開２００８−２５３０３３号公報

ところで、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装置、電力制御システム及び電力制御システムの制御方法を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、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を行う発電装置と他の分散電源とを用いた電力制御を行う電力制御装置であって、
前記発電装置または前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力により、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供給部と、
前記発電装置と前記他の分散電源との間に、第１スイッチを有する第１の電力供給経路と、前記第１の電力供給経路をバイパスし第２スイッチを有する第２の電力供給経路とを備え、
前記電流センサは前記第１の電力供給経路に設けられている
ことを特徴とする。

また、前記擬似電流供給部は、系統から解列した自立運転時に前記擬似電流を出力可能であることが好ましい。

また、前記分散電源には、蓄電池が含まれており、
前記蓄電池の充電状態に応じて、前記擬似電流のオン／オフを切り替える為の擬似電流制御スイッチ、前記第２スイッチ及び前記第１スイッチの切り替え制御を行うための制御部を更に備えることが好ましい。

また、前記制御部は、前記擬似電流制御スイッチ及び前記第２スイッチをオン状態とし、前記第１スイッチをオフ状態とする定格運転と、前記擬似電流制御スイッチ及び前記第２スイッチをオフ状態とし、前記第１スイッチをオン状態とする負荷追従運転との切り替え制御を行うことが好ましい。

また、前記制御部は、前記定格運転と前記負荷追従運転とを切り替える際に、前記第２スイッチ及び前記第１スイッチの双方をオン状態とする切り替えモードを経由して行うことが好ましい。

また、前記制御部は、自立運転時にのみ第２スイッチをオン状態に切り替えることを可能とすることが好ましい。

また、上述した諸課題を解決すべく、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を行う発電装置と他の分散電源とを有する電力制御システムであって、
前記発電装置または前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力により、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であり、
前記発電装置と前記他の分散電源との間に、第１スイッチを有する第１の電力供給経路と、前記第１の電力供給経路をバイパスし第２スイッチを有する第２の電力供給経路とを備え、
前記電流センサは前記第１の電力供給経路に設けられている
ことを特徴とする。

また、上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御システムの制御方法は、
電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源とを有する電力制御システムの制御方法であって、
前記発電装置または前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力により、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するステップと、
前記発電装置と前記他の分散電源との間において、前記電流センサによる電流検出の対象となる第１の電力供給経路を切り離すとともに、前記第１の電力供給経路をバイパスする第２の電力供給経路を接続するステップと、を有することを特徴とする。

本発明に係る電力制御装置、電力制御システム及び電力制御システムの制御方法よれば、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の擬似出力系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における、電流センサと系統及び擬似出力系との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（定格運転時）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（定格運転から負荷追従運転への切り替え時）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（負荷追従運転時）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における発電装置が運転モードを切り替える際の各スイッチのオン／オフ状態を示す図である。

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（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備える。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、およびガス燃料により発電するガス発電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は、太陽電池１１と、蓄電池１２と、パワーコンディショナ２０（電力制御装置）と、分電盤３１と、負荷３２と、発電装置３３と、電流センサ４０と、擬似出力系５０（出力部）とを備える。ここで、発電装置３３は、燃料電池又はガス発電機により構成されるものである。電力制御システムは、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。電力制御システム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、制御信号また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。

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又は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、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および蓄電池１２から供給される直流の電力と、系統および発電装置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、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、充電スイッチ７０（第２スイッチ）と、負荷追従スイッチ７１（第１スイッチ）と、パワーコンディショナ２０全体を制御する制御部２５とを備える。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良い。

インバータ２１は、双方向インバータであって、太陽電池１１および蓄電池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、系統および発電装置３３から供給される交流の電力を直流の電力に変換する。インバータ２１の前段に、太陽電池１１および蓄電池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、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、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（又はオフ）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。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。ただし、上記制御の例外として、パワーコンディショナ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り系統から分電盤への電力供給のみをおこなう。

充電スイッチ７０及び負荷追従スイッチ７１は、上述の連系運転スイッチ２２、２３、自立運転スイッチ２４と同様に、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、負荷追従スイッチ７１は、電流センサ４０が設けられるラインに直列接続され、発電装置３３と蓄電池１２との間に配される。パワーコンディショナ２０は、この電流センサ４０と負荷追従スイッチ７１とを有する第１の電力供給経路と、この第１の電力供給経路をバイパスし充電スイッチ７０を有する第２の電力供給経路とを備える。この充電スイッチ７０及び負荷追従スイッチ７１は、後述するように、蓄電池１２の充電状態に応じて制御部２５により切り替えられる。

なお、連系運転スイッチ２２、２３がオンされている連系運転時に充電スイッチ７０と負荷追従スイッチ７１との双方がオンされると、第１の電力供給経路と第２の電力供給経路との両方に電流が流れることとなる。すなわち、電流センサによって検出される電流値が小さくなってしまうために発電装置３３による発電量も低下してしまうこととなる。そこで、連系運転時における発電量低下という事態を回避するため、制御部２５は、自立運転スイッチ２４がオンされている自立運転時にのみ充電スイッチ７０をオンに切り替えることを可能としている。

制御部２５は、例えばマイクロコンピュータで構成され、系統電圧の上昇又は停電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、充電スイッチ７０及び負荷追従スイッチ７１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。更に、制御部２５は、自立運転時において蓄電池１２が満充電ではなく、発電装置３３に定格運転させて蓄電池１２に充電させたい場合は、充電スイッチ７０をオン状態とし、負荷追従スイッチ７１をオフ状態として、発電装置３３が発電した電力が第２の電力供給経路を流れるように制御する。一方、制御部２５は、蓄電池１２が満充電に達すると、発電装置３３に負荷追従運転させるために、充電スイッチ７０をオフ状態とし、負荷追従スイッチ７１をオン状態として、発電装置３３以外の分散電源からの電力が第１の電力供給経路を流れるように制御する。

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、自立運転時に複数の分散電源（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又は、商工業施設で使用される空調機若しくは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り構成される。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り直流の電力を発電するセルと、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。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。後述の通り、消費電力の観点から、電流センサ４０は、パワーコンディショナ２０において自立運転時且つ定格運転時に発電装置３３の発電による電流が流れない箇所に配置されることが好ましい。

ここで、本実施形態における電力制御システムは、発電装置３３と蓄電池１２とが系統から解列した自立運転時において、擬似出力系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、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、擬似出力系５０を通じた擬似電流による蓄電について詳述する。

擬似出力系５０（出力部）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。擬似出力系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とを備える。図２は、擬似出力系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、擬似出力系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、擬似出力系５０への接続線は、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。擬似出力系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良い。

擬似電流負荷５１は、擬似出力系５０内の電流調整のため適宜設けられる負荷である。擬似電流負荷５１として、擬似出力系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から擬似出力系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、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、パワーコンディショナ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。

図１、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。

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。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。また、同期スイッチ５２及び擬似電流制御スイッチ５３の双方がオン状態のときのみ擬似電流を流すように構成していることから、両スイッチの制御信号の論理積を用いることにより、同期スイッチ５２及び擬似電流制御スイッチ５３の機能を１つのスイッチにより実現することも可能である。

自立運転時に発電装置３３からの出力を蓄電池１２に充電することができる。充電が完了していない場合には、擬似電流制御スイッチ５３をオンとすることにより所定の擬似電流を流すことができる。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量が充電されている場合を示すものである。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をオフとすると、電流センサ４０に流れる擬似電流はゼロとなり、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。

ここで、擬似電流値について説明する。本実施形態の電力制御システムにおける発電装置３３は、定格電力値が７００Ｗであり、その５％である３５Ｗ程度は電力検出誤差があるものと考えられている。従って例えば発電装置３３の制御目標電流値として順潮流電流３５Ｗと設定することにより、発電装置３３は、順潮流を維持しつつなるべく系統からの供給電力を減らし、発電装置３３自身の発電で負荷への供給をまかなうように動作する。そして、順潮流電流検出値が出力電力換算で３５Ｗ以下の場合には発電装置での発電量を減少させていき、最後は発電を停止する。

そこで、本実施形態においては、擬似電流制御スイッチ５３をオンとすると、電流センサで検出される擬似電流の出力電力換算値が制御目標値である３５Ｗに比べて大きい所定の擬似電流値となるようにした。これにより、発電装置３３は電流センサによって制御目標値よりも大きな擬似電流を検出するため、より自己の発電量を増加させて検出される系統からの電力を減少させるように動作するため、定格運転に移行する。一方、擬似電流制御スイッチ５３をオフとすると、電流センサによる擬似電流は常に制御目標値を下回るため、発電装置３３は発電を停止する。

図３は、電流センサ４０と系統及び擬似出力系との接続を示す図である。リング状の電流センサ４０は、中央部を系統又はインバータ２１からの電力線６０が貫き、擬似出力系からの擬似出力配線６１が所定のターン数だけ巻回される。この擬似出力配線６１を電流センサ４０に多く巻きつけるほど、微小な擬似電流で、順潮流方向のより大きな電流を検出することができる。

次に、擬似電流値の決定方法について説明する。本実施形態では、擬似電流制御スイッチ５３をオンとすることにより制御目標値である３５Ｗよりも大きい出力電力１００Ｗ相当の擬似電流Ｉを発生させることを考える。発電装置の出力電圧は交流２００Ｖであり、電流センサに巻回される擬似出力配線６１のターン数を１０とすると、擬似出力系で生成されるべき擬似電流Ｉは次の計算により求められる。

Ｉ＝１００／２００／１０＝０．０５［Ａ］ 式（１）

次に上記Ｉを生成するための擬似電流負荷５１の抵抗値Ｒの決定方法について説明する。図２に示すように、擬似出力系５０に対しては、電圧線の一方と中性線とが接続され、交流１００Ｖの電圧が提供される。従って、上記Ｉを生成するための抵抗値Ｒは次の計算により求められる。

Ｒ＝１００／０．０５＝２．０×１０^３［Ω］ 式（２）

上記計算により求められた擬似電流値Ｉ及び抵抗値Ｒは一実施形態に過ぎず、式（１），（２）から明らかなように擬似出力配線６１のターン数、電流センサに供給すべき擬似電流値（相当出力電力値）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における制御例を図面により詳述する。

図４は、連系運転時の電力制御システム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、充電スイッチ７０がオフ、負荷追従スイッチがオンに制御される。更に、擬似出力系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（あるいは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）の電力を擬似出力系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は発電を行い、分電盤３１を経て負荷３２に電力を供給する。

次に、図５〜８により自立運転時の電力制御システムの制御例を説明する。図５、図６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、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、充電スイッチ７０がオン、負荷追従スイッチがオフに制御される。更に、擬似出力系５０の各スイッチは、同期スイッチ５２及び擬似電流制御スイッチ５３はオンに制御される。

図５は、自立運転時の分散電源による電力供給を示す図である。自立運転時には、パワーコンディショナ２０により、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及び擬似出力系５０に出力される。

図６は、自立運転時の擬似電流による発電装置３３の発電を示す図である。図６に示す通り、自立運転時に発電装置３３が発電を行う場合、発電装置３３により擬似出力系５０に電力が供給される。そして、擬似出力系５０に供給された電力の一部は擬似電流として電流センサ４０に供給される。このとき、電流センサ４０は出力電力換算で１００Ｗ相当の順潮流（買電方向の電流）を検出するため、発電装置３３は定格運転での発電を実行する。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により直流電力に変換され、蓄電池１２へと給電される。

図６において、充電スイッチ７０をオンとしているため、発電装置３３からの逆潮流の発電電力は、充電スイッチ７０を有する第２の電力供給経路を流れることになる。そして負荷追従スイッチ７１をオフとしているため、発電装置３３からの逆潮流の発電電力が、電流センサ４０と負荷追従スイッチ７１とが設けられた第１の電力供給経路を流れることはない。従って電流センサ４０で検出されるのは順潮流の擬似電流のみとなるため、発電装置３３からの発電による逆潮流方向の電流を打ち消すような過大な擬似電流を発生させる必要が無く、擬似出力系５０における消費電力を抑えることが可能となる。

このように、本実施形態によれば、パワーコンディショナ２０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、自立運転スイッチをオンした状態で、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系５０を有し、擬似出力系５０からの出力により、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。これにより、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、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。これにより、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、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。これにより、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、本実施形態によれば、充電スイッチ７０をオンとして、負荷追従スイッチ７１をオフとすることにより、発電装置３３からの逆潮流の発電電力は、第２の電力供給経路を流れ、電流センサ４０を配置した第１の電力供給経路を流れることはない。従って電流センサ４０で検出されるのは順潮流の擬似電流のみとなるため、発電装置３３からの発電による逆潮流方向の電流を打ち消すような過大な擬似電流を発生させる必要が無く、擬似出力系５０における消費電力を抑えることが可能となる。

図７、８は、自立運転時において、蓄電池１２の充電完了時の電力制御システムの制御例を示す図である。図７は、発電装置３３を定格運転から負荷追従運転に切り替えるための切り替えモードの状態を示し、図８は、発電装置３３が負荷追従運転に切り替わった後の状態を示す。すなわち、パワーコンディショナ２０は、蓄電池１２が充電完了したことを検知すると、図７に示す切り替えモードに切り替えた後に、更に図８に示す負荷追従運転に切り替える。

図７において、パワーコンディショナ２０の各スイッチは、図６に示す定格運転と同様に、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、擬似出力系の各スイッチについても、同期スイッチ５２及び擬似電流制御スイッチ５３はオンに制御される。また、充電スイッチ７０もオンを維持する一方、負荷追従スイッチ７１のみがオフからオンへと切り替えられる。

この切り替えモードへの切り替えにより、擬似電流は電流センサ４０に供給し続けられるため、発電装置３３は発電を停止させることがない。また、負荷追従スイッチ７１を新たにオン状態とすることにより、第１の電力供給経路にも電力供給が可能となる。これにより、この後負荷追従運転に移行し、充電スイッチ７０がオフされ、負荷追従スイッチ７１をオン状態に維持したときに第１の電力供給経路にも速やかに順潮流の電力が供給され、負荷追従運転にスムーズに移行することが可能となる。

図８は、発電装置３３が負荷追従運転に切り替わった後の状態を示す。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、擬似出力系の各スイッチについては、同期スイッチ５２はオンのままである一方、擬似電流制御スイッチ５３はオフに制御される。また、負荷追従スイッチ７１がオンを維持する一方、充電スイッチ７０はオンからオフへと切り替えられる。

図８において、擬似電流制御スイッチ５３はオフに制御されるため、もはや擬似電流が電流センサ４０に流れることはない。しかし充電スイッチ７０がオフされ、負荷追従スイッチ７１がオンされているため、蓄電池等の他の分散電源からの順潮流が第１の電力供給経路を流れて電流センサ４０で検出される。発電装置３３はこの電流センサ４０での検出電流を出力電力換算で例えば３５Ｗ程度に維持しようと自らの発電電力を制御し、負荷追従運転となる。

図８のような負荷追従運転に移行後、例えば太陽電池１１からの電力の供給が無く、蓄電池１２から順潮流が供給されていた場合、蓄電池１２における蓄電量が徐々に減少していく。蓄電池１２における蓄電量がある閾値を下回ると、制御部２５は、図９の後半に示す手順により、発電装置３３を負荷追従運転から定格運転へと再度切り替えを行う。

まず制御部２５は、図８に示す発電装置３３が負荷追従運転をしている状態から、図９の切り替えモードへの切り替えを行う。すなわち、負荷追従スイッチ７１のオン状態を維持する一方、充電スイッチ７０及び擬似電流制御スイッチ５３がオフからオンへと切り替えられる。このとき、電流センサ４０には、まだ順潮流検出が維持されるので、発電装置３３は発電を継続する。次に制御部２５は、切り替えモードから定格運転への切り替えを行う。すなわち、充電スイッチ７０及び擬似電流制御スイッチ５３をオンに維持したまま、負荷追従スイッチ７１をオンからオフへと切り替える。

このように負荷追従運転から定格運転へと切り替える際にも切り替えモードを経由することにより、発電装置３３が停止することがなく、スムーズな移行が可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、自立運転時において、発電装置３３の電力を蓄電池１２に充電するための定格運転から、発電装置３３の電力を主として負荷に供給するための負荷追従運転に移行させる場合に、切り替えモードを経由させることにより発電装置３３の発電が途中で停止することが無い。従って発電装置３３から負荷に対して連続して電力の供給を行うことができる。

本発明を諸図面及び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又は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、これらの変形又は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、複数の手段又はステップなどを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。

１１ 太陽電池
１２ 蓄電池
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
３１ 分電盤
３２ 負荷
３３ 発電装置
４０ 電流センサ
５０ 擬似出力系（擬似電流供給部）
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 電力線
６１ 擬似出力配線
７０ 充電スイッチ（第２スイッチ）
７１ 負荷追従スイッチ（第１スイッチ）

Claims (8)

1. 電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源とを用いた電力制御を行う電力制御装置であって、
   前記発電装置または前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力により、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供給部と、
   前記発電装置と前記他の分散電源との間に、第１スイッチを有する第１の電力供給経路と、前記第１の電力供給経路をバイパスし第２スイッチを有する第２の電力供給経路とを備え、
   前記電流センサは前記第１の電力供給経路に設けられている
   ことを特徴とする電力制御装置。
2. 前記擬似電流供給部は、系統から解列した自立運転時に前記擬似電流を出力可能である、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記分散電源には、蓄電池が含まれており、
   前記蓄電池の充電状態に応じて、前記擬似電流のオン／オフを切り替える為の擬似電流制御スイッチ、前記第２スイッチ及び前記第１スイッチの切り替え制御を行うための制御部を更に備える、請求項１または２に記載の電力制御装置。
4. 前記制御部は、前記擬似電流制御スイッチ及び前記第２スイッチをオン状態とし、前記第１スイッチをオフ状態とする定格運転と、前記擬似電流制御スイッチ及び前記第２スイッチをオフ状態とし、前記第１スイッチをオン状態とする負荷追従運転との切り替え制御を行う、請求項３に記載の電力制御装置。
5. 前記制御部は、前記定格運転と前記負荷追従運転とを切り替える際に、前記第２スイッチ及び前記第１スイッチの双方をオン状態とする切り替えモードを経由して行う、請求項４に記載の電力制御装置。
6. 前記制御部は、自立運転時にのみ第２スイッチをオン状態に切り替えることを可能とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の電力制御装置。
7. 電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源とを有する電力制御システムであって、
   前記発電装置または前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力により、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であり、
   前記発電装置と前記他の分散電源との間に、第１スイッチを有する第１の電力供給経路と、前記第１の電力供給経路をバイパスし第２スイッチを有する第２の電力供給経路とを備え、
   前記電流センサは前記第１の電力供給経路に設けられている
   ことを特徴とする電力制御システム。
8. 電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源とを有する電力制御システムの制御方法であって、
   前記発電装置または前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力により、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するステップと、
   前記発電装置と前記他の分散電源との間において、前記電流センサによる電流検出の対象となる第１の電力供給経路を切り離すとともに、前記第１の電力供給経路をバイパスする第２の電力供給経路を接続するステップと、を有することを特徴とする電力制御システムの制御方法。

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