JP2015122862A - 電力管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】交流電力でも直流電力でも動作可能な負荷機器に対し、直流電力または交流電力を給電する電力管理システムにおいて、直流電源の電力を可能な限り有効利用する。
【解決手段】電力管理システム１は、商用電源１１からの交流電力と直流電源１２、１３からの直流電力のいずれかを、交流電力でも直流電力でも動作可能に設定された家電機器１４〜１７（負荷機器）に配電する。配電制御装置であるＨＥＭＳコントローラ１０は、その時点での交流電力及び直流電力の給電可能電力量と家電機器１４〜１７の消費電力量を把握し、システム効率が最適化されるように家電機器１４〜１７に対する配電制御を行う。ＨＥＭＳコントローラ１０は、直流電源１２、１３の給電可能電力量が許す限り多くの台数の家電機器１４〜１７に直流給電する制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は電力管理システムに関する。

負荷機器を交流電力でも直流電力でも動作可能に設定し、遠方から送電される商用電源と、分散型電源である直流電源を使い分けるようにした電力管理システムが提案されている。このようなシステムは、自然エネルギーから得られる直流電力をより多く利用し、商用電源電力の消費量を減らすように構成されることが多い。その例を特許文献１、２に見ることができる。

特許文献１に記載された電力管理システムは、商用電源に接続されるＡＣ分電盤と、直流電力を生成する直流電源を備える。切替装置が、電気機器が接続される電力供給線路の接続元を、ＡＣ分電盤からの給電路である交流給電用主線路と、直流電源からの給電路である直流給電用主線路との間で切り替える。電力供給線路が交流給電用主線路に接続された場合、電力供給線路上の電力は交流電力となる。電力供給線路が直流給電用主線路に接続された場合、直流電源からの直流電力が交流電力に変換されることなく電力供給線路に供給され、電力供給線路上の電力は直流電力となる。

特許文献２に記載された電力管理システムは、商用電源に接続されるＡＣ分電盤と、直流電力を生成する直流電源と、電気機器１ａ、１ｂが電気的に接続される電力供給線路上の電力を、ＡＣ分電盤からの交流電力にするか、直流電源からの直流電力にするかを切り替える切替装置の他、交流給電用ブロックと直流給電用ブロックを備える。交流給電用ブロックは、電力供給線路上の電力が交流電力である場合、電力供給線路と電気機器１ａの間を導通し、電力供給線路上の電力が直流電力である場合、電力供給線路と電気機器１ｂの間を遮断する。直流給電用ブロックは、電力供給線路上の電力が直流電力である場合、電力供給線路と電気機器１ｂの間を導通し、電力供給線路上の電力が交流電力である場合、電力供給線路と電気機器１ｂの間を遮断する。

特開２０１０−４１７８４号公報 特開２０１０−４１７８５号公報

本発明は、交流電力でも直流電力でも動作可能な負荷機器に対し、太陽電池や蓄電池などの直流電源からの直流電力または商用電源からの交流電力を給電する電力管理システムにおいて、直流電源の電力を可能な限り有効利用することを目的とする。

本発明に係る電力管理システムは、商用電源からの交流電力と直流電源からの直流電力のいずれかを、交流電力でも直流電力でも動作可能に設定された負荷機器に配電するものであって、配電制御装置を含み、前記配電制御装置は、その時点での前記交流電力及び前記直流電力の給電可能電力量と前記負荷機器の消費電力量を把握し、前記直流電源の給電可能電力量が許す限り多くの台数の前記負荷機器に直流給電する制御を行うことを特徴としている。

上記構成の電力管理システムにおいて、複数の前記負荷機器に直流給電時の効率改善率の高さ順で優先順位が関連づけられ、前記優先順位の順に直流給電すべき前記負荷機器が選択されることが好ましい。

上記構成の電力管理システムにおいて、前記負荷機器の各々に対し、交流給電と直流給電の切替装置が組み合わせられ、前記配電制御装置は前記切替装置に指令を発して交流給電と直流給電を切り替えることが好ましい。

上記構成の電力管理システムにおいて、前記切替装置は交流給電モード、直流給電モード、及び停止モードに切り替え可能なＡＣ−ＤＣ変換アダプタにより構成されることが好ましい。

上記構成の電力管理システムにおいて、商用電源配電元からの情報を取得する情報取得部を備え、取得した情報に基づき前記配電制御装置は、前記直流電源の給電可能電力量が許す限りできるだけ多くの前記負荷機器に直流給電する制御を行うことが好ましい。

太陽光や風力などの自然エネルギーで発電を行う発電装置は発電量が一定しない。蓄電池も無制限に使える訳ではない。そのような制約がある中で、本発明では、配電制御装置がその時点での交流電力及び直流電力の給電可能電力量と負荷機器の消費電力量を把握し、直流電源の給電可能電力量が許す限り多くの台数の負荷機器に直流給電する制御を行うことにより、エネルギーを効率良く使用することができる。

本発明の第１実施形態に係る電力管理システムの概念説明図である。 第１実施形態の電力管理システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る電力管理システムの概念説明図である。 本発明の第３実施形態に係る電力管理システムの概念説明図である。 本発明の第４実施形態に係る電力管理システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明の第５実施形態に係る電力管理システムの概念説明図である。 回路構成の改変に用い得る参考回路図である。

以下、図に基づき第１実施形態から第５実施形態までの実施形態を説明する。

＜第１実施形態＞
図１に示す電力管理システム１は家庭用のものであり、ＨＥＭＳ（home energy management system）コントローラ１０が配電制御装置として機能する。電力管理システム１は電源として商用電源１１と直流電源１２、１３を備える。直流電源１２は太陽電池パネルで構成され、直流電源１３は蓄電池で構成されている。直流電源１３の蓄電池には、直流電源１２の太陽電池パネルが発電した電力の余剰分や、深夜等の電力価格が安い時間帯に商用電源１１から給電された電力を蓄えることができる。ここに示した直流電源の構成は一例であり、発明はこれによって限定されない。

電力管理システム１において、負荷機器となるのは４個の家電機器１４〜１７である。
家電機器１４〜１７としては、照明器具、テレビジョン受像器、空気調和機、洗濯機、冷蔵庫など、任意の家電機器をあてはめることができる。家電機器の数を４個としたのは説明の簡単化のためであり、実際のシステムではもっと多くの家電機器が負荷機器となることは言うまでもない。家電機器１４〜１７は基本的に直流電力で動作するが、ＡＣ−ＤＣコンバータ１８〜２１の１個を内蔵することで交流電力でも動作可能となっている。

商用電源１１から家電機器１４〜１７に対し、太い点線で表現した交流給電路２２を通じて交流電力の給電（以下「交流給電」と称する）が行われる。交流給電路２２には家電機器１４〜１７に１対１で対応するようにリレー２３〜２６が配置されている。ＨＥＭＳコントローラ１０はリレー２３〜２６を開閉して家電機器１４〜１７に対する交流給電を制御する。リレー２３〜２６が配置された、家電機器１４〜１７に対する個別の交流給電路２２には、電流センサ２７〜３０が配置されている。なおリレー２３〜２６は、ＨＥＭＳコントローラ１０からの通信で切り替えを行えるものでありさえすれば、他の種類の電気部品で置き換えてもよい。また、通信を行うためには、有線（電力線通信を含む）・無線のいずれを用いてもよい。同様に、電流センサは、ＨＥＭＳコントローラ１０へ信号伝達を行えるものであれば、いずれの通信手段を用いるものであってもよい。

直流電源１２の出力部にはＤＣ−ＤＣ変圧器３１が接続され、直流電源１３の出力部にはＤＣ−ＤＣ変圧器３２が接続される。ＤＣ−ＤＣ変圧器３１、３２から家電機器１４〜１７に対し、太い実線で表現した直流給電路３３を通じて直流電力の給電（以下「直流給電」と称する）が行われる。直流給電路３３には家電機器１４〜１７に１対１で対応するようにリレー３４〜３７が配置されている。ＨＥＭＳコントローラ１０はリレー３４〜３７を開閉して家電機器１４〜１７に対する直流給電を制御する。リレー３４〜３７が配置された、家電機器１４〜１７に対する個別の直流給電路３３には、電流センサ３８〜４１が配置されている。ＤＣ−ＤＣ変圧器３１、３２の出力部にも電流センサ４２、４３が配置されている。

交流給電路２２と直流給電路３３は系統連系インバータであるＡＣ−ＤＣ変換器４４を介して相互接続される。ＡＣ−ＤＣ変換器４４に対する交流給電路２２の接続部には電流センサ４５が配置され、ＡＣ−ＤＣ変換器４４に対する直流給電路３３の接続部には電流センサ４６が配置されている。交流給電路２２の中で商用電源１１の直近の箇所には電流センサ４７が配置されている。

図において、ＨＥＭＳコントローラ１０からリレー２３〜２６、３４〜３７、及びＡＣ−ＤＣ変換器４４への指令伝達系統は細い実線で表現されている。電流センサ２７〜３０、３８〜４１、４２、４３、４５、４６、４７からＨＥＭＳコントローラ１０への信号伝達系統は細い一点鎖線で表現されている。

上記のように構成された電力管理システム１の動作を図２のフローチャートに基づき説明する。

前述の通り家電機器１４〜１７はいずれも直流電力で動作するものであり、交流電力が給電された場合にはＡＣ−ＤＣコンバータ１８〜２１で交流電力が直流電力に変換されることになる。交流電力を直流電力に変換する際にロスが発生することは避けられないから、最初から直流電力を給電した方が変換ロスのない分だけ給電効率が良くなる。そこで電力管理システム１では、その時点で直流電源１２、１３の給電可能電力量が許すかぎりできるだけ多くの家電機器１４〜１７に対し直流給電が行われるように制御が進行する。なお家電機器１４はフローチャートの中では「機器１」と表記されている。同様に家電機器１５は「機器２」と、家電機器１６は「機器３」と、家電機器１７は「機器４」と、それぞれ表記されている。

ステップ＃１０１でＨＥＭＳコントローラ１０は全ての負荷機器の直流配線側リレー、すなわちこの場合は家電機器１４〜１７の直流配線側リレーであるリレー３４〜３７をＯＦＦにする。またＨＥＭＳコントローラ１０は全ての負荷機器の交流配線側リレー、すなわちこの場合は家電機器１４〜１７の交流配線側リレーであるリレー２３〜２６をＯＮにする。これにより家電機器１４〜１７には交流電力が給電され、家電機器１４〜１７は交流電力で（正確に言えばＡＣ−ＤＣコンバータ１８〜２１で交直変換を行った直流電力で）動作する。言うまでもないが、家電機器１４〜１７の全てを動作させることを使用者が選択していることが前提となる。

次のステップ＃１０２でＨＥＭＳコントローラ１０は、電流センサ２７〜３０の電流値測定データより家電機器１４〜１７が交流電力で動作するときのそれぞれの消費電力値を測定する。フローチャートでは、交流電力での消費電力値は家電機器１４についてはＰａｃ１、家電機器１５についてはＰａｃ２、家電機器１６についてはＰａｃ３、家電機器１７についてはＰａｃ４と、それぞれ表記される。

次のステップ＃１０３でＨＥＭＳコントローラ１０は、直流バスから交流バスに変換する系統連系インバータであるＡＣ−ＤＣ変換器４４の入力電力の直流電力値Ｐ＿ＤＣを、電流センサ４６の電流値測定データより測定する。直流電力値Ｐ＿ＤＣは直流電源１２、１３の給電可能電力量から家電機器１４〜１７で消費される電力を減じた電力である。ステップ＃１０３の段階では家電機器１４〜１７の直流配線側リレーであるリレー３４〜３７が全てＯＦＦになっているので、直流電源１２、１３の給電可能電力量の全てがＡＣ−ＤＣ変換器４４の入力電力となり得る。

次のステップ＃１０４でＨＥＭＳコントローラ１０は、ステップ＃１０３で測定した直流電力値Ｐ＿ＤＣに基づき直流電源１２、１３の給電可能電力値を計算する。その給電可能電力値が例えば７００Ｗであった場合、７００Ｗの枠内で給電を賄い得る家電機器が、現在動作中の家電機器１４〜１７の中に残されているか、どうかを判断する。

ステップ＃１０４で給電可能電力値と対比されるのは家電機器１４〜１７を交流電力で動作させたときの消費電力値である。このようにするのは、家電機器１４〜１７を交流電力で動作させたときの消費電力値は、前述した変換ロスの関係で、直流電力で動作させたときの消費電力値よりも大であるから、交流電力で動作させたときの消費電力値よりも給電可能電力値の方が大きいのであれば、直流電力で駆動すれば一層確実に動作する、と言い得るからである。

ステップ＃１０４では家電機器１４〜１７の交流電力での消費電力値Ｐａｃ１〜Ｐａｃ４の中で最小のものよりも直流電力値Ｐ＿ＤＣ（直流バスでの給電可能電力値）が上回っているか、どうかが判断される。判断結果が「ＹＥＳ」であれば、家電機器１４〜１７のうち少なくとも１台は直流給電が可能ということになる。

ステップ＃１０４での判断結果が「ＹＥＳ」であればステップ＃１０５に進む。判断結果が「ＮＯ」、すなわち現在動作中の家電機器の中に、現在の直流電源１２、１３の給電可能電力値で給電を賄い得る家電機器はもはや残されていないということであれば、給電選択は終了する。

ステップ＃１０５でＨＥＭＳコントローラ１０は、現在動作中であり、直流電源１２、１３の現時点での給電可能電力値で賄い得る家電機器の中から消費電力が最大のものを選択する。例えば、直流給電時の消費電力が家電機器１４は２００Ｗ、家電機器１５は５５０Ｗ、家電機器１６は３００Ｗ、家電機器１７は５０Ｗであり、これらの家電機器は全て動作中で、その中には現時点で既に直流電力を給電されているものはなく、直流電源１２、１３の現時点での給電可能電力値が前述の通り７００Ｗであったとした場合、家電機器１５が選択される。

ステップ＃１０５で家電機器１５が選択された場合はステップ＃１０９に進む。ステップ＃１０９でＨＥＭＳコントローラ１０は、直流電源１２、１３の現時点での給電可能電力値が、家電機器１５を交流電力で動作させたときの消費電力値と同じ、あるいはそれよりも大であるか、どうかを判断する。判断結果が「ＹＥＳ」であればステップ＃１１０に進む。

ステップ＃１１０でＨＥＭＳコントローラ１０は、家電機器１５の直流配線側リレー、すなわちリレー３５をＯＮにする。それとは逆に、交流配線側リレー、すなわちリレー２４をＯＦＦにする。これにより家電機器１５には交流電力と交替する形で直流電力が給電され、家電機器１５は直流電力で動作する。

ステップ＃１１０の結果を受け、ステップ＃１１１では、リレー３５はＯＮ、リレー２４はＯＦＦのままで、電力センサ２８から取って来る変数Ｐａｃ２＝０とされる。以後は消費電力が家電機器１５を下回る家電機器に対して同じ処理をするというフローになる。ステップ＃１０９での判断結果が「ＮＯ」であった場合もステップ＃１１１に進む。

ステップ＃１１１の後、ステップ＃１０３に戻り、ＡＣ−ＤＣ変換器４４の入力の直流電力値Ｐ＿ＤＣが再び測定される。

次のステップ＃１０４では、直流電源１２、１３の給電可能電力値が再度計算される。前回のステップ＃１０４での給電可能電力値７００Ｗは、家電機器１５が直流電力５５０Ｗの消費を開始した現在、１５０Ｗに減少している。残りの家電機器１４、１６、１７の中に、１５０Ｗの枠内で給電を賄い得る家電機器が存在することから、ステップ＃１０４の判断結果は今度も「ＹＥＳ」となる。

ステップ＃１０５では、残りの家電機器１４、１６、１７の中から直流電力値１５０Ｗの枠内で賄い得る家電機器が選択され、さらにその中から消費電力最大のものが選択される。直流電力値１５０Ｗの枠内で賄い得るのは消費電力５０Ｗである家電機器１７しか存在しないので、家電機器１７が選択されることになる。

ステップ＃１０５で家電機器１７が選択されたときはステップ＃１１５に進む。ステップ＃１１５でＨＥＭＳコントローラ１０は、直流電源１２、１３の現時点での給電可能電力値が、家電機器１７を交流電力で動作させたときの消費電力値と同じ、あるいはそれよりも大であるか、どうかを判断する。判断結果が「ＹＥＳ」であればステップ＃１１６に進む。

ステップ＃１１６でＨＥＭＳコントローラ１０は、家電機器１７の直流配線側リレー、すなわちリレー３７をＯＮにする。それとは逆に、交流配線側リレー、すなわちリレー２６をＯＦＦにする。これにより家電機器１７には交流電力と交替する形で直流電力が給電され、家電機器１７は直流電力で動作する。

ステップ＃１１６の結果を受け、ステップ＃１１７では、リレー３７はＯＮ、リレー２６はＯＦＦのままで、電力センサ３０から取って来る変数Ｐａｃ４＝０とされる。ステップ＃１１５での判断結果が「ＮＯ」であった場合もステップ＃１１７に進む。

ステップ＃１１７の後、ステップ＃１０３に戻り、ＡＣ−ＤＣ変換器４４の入力の直流電力値Ｐ＿ＤＣが再び測定される。

次のステップ＃１０４では、直流電源１２、１３の給電可能電力値が再度計算される。前回のステップ＃１０４での給電可能電力値１５０Ｗは、家電機器１７が直流電力５０Ｗの消費を開始した現在、１００Ｗに減少している。残る家電機器１４、１６は消費電力が２００Ｗと３００Ｗであるから、いずれも１００Ｗの枠内では給電を賄い得ない。このためステップ＃１０４での判断結果は「ＮＯ」となり、給電選択は終了する。

このようにＨＥＭＳコントローラ１０は、その時点での交流電力及び直流電力の給電可能電力量と負荷機器の消費電力量を把握し、直流電源１２、１３の給電可能電力量が許す限り多くの負荷機器に直流給電して交流電力の消費を減らすから、電力管理システム１のシステム効率（システムにおける電力の利用効率）が最適化され、エネルギーを効率良く使用することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態を図３に示す。第１実施形態と機能的に共通する要素には第１実施形態の説明で使用したのと同じ符号を付し、説明は省略する。この取り扱いは第３実施形態以下の実施形態でも同様とする。

第２実施形態の電力管理システム１には、第１実施形態において家電機器１４〜１７に対する交流給電路２２に配置されていたリレー２３〜２６が存在しない。ＨＥＭＳコントローラ１０はＡＣ−ＤＣコンバータ１８〜２１に対し信号を送り、交流給電のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。

家電機器１４〜１７の内部回路が、直流給電路３３から供給される直流電力よりも、ＡＣ−ＤＣコンバータ１８〜２１で交流から直流に変換された直流電力の方が優先される構成となっていれば、直流給電路３３に配置されたリレー３４〜３７を廃し、ＨＥＭＳコントローラ１０によるＡＣ−ＤＣコンバータ１８〜２１の制御のみで交流電力給電と直流電力給電を選択することも可能である。そのような仕組みは、例えば図７に示した回路の応用で可能となる。

図７に示されているのは直流負荷１００を直流電源１０１から供給される直流電力または商用電源１０２の交流電力を整流回路１０３で直流電力に変換したもので駆動する回路である。整流回路１０３から出力される直流の電圧が、直流バスの電圧よりも常に少し高くなるように設定しておけば、交流電力が供給されている限りそれを直流電力に変換したものが優先して供給されることになる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態を図４に示す。第３実施形態の電力管理システム１には、第１実施形態において家電機器１４〜１７に対する直流給電路３３に配置されていたリレー３４〜３７が存在しない。すなわち家電機器１４〜１７は直流給電路３３に直接接続されている。交流給電路２２の側においては、ＡＣ−ＤＣコンバータ１８〜２１がＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１で置き換えられている。ＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１はそれぞれ電流センサを内蔵しており、ＡＣ−ＤＣコンバータと電流センサの両方の機能を発揮する。従って第１、第２実施形態において存在した電流センサ２７〜３０は省かれている。

ＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１は交流給電と直流給電の切替装置として機能する。ＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１は交流給電モード、直流給電モード、及び停止モードに切り替え可能である。

ＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１は家電機器１４〜１７とは別の機器として構成される。ＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１は商用電源１１のコンセントに接続されるコードと、家電機器１４〜１７のコードが接続されるコンセントを備えるデザインにまとめることが可能である。ＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１はＨＥＭＳコントローラ１０からの指令伝達系統に組み込まれ、ＨＥＭＳコントローラ１０からの指令で動作するとともに、内蔵した電流センサの検出データをＨＥＭＳコントローラ１０に送る。

ＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１を介して商用電源１１に接続された家電機器１４〜１７は、ＨＥＭＳコントローラ１０がＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１を交流給電モードに切り替えると、交流給電で動作する。図７の参考回路と同様、ＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１で交直変換を行って供給される直流の電圧が、直流給電路３３から供給される直流の電圧よりも常に少し高くなるように設定しておくことで、交流給電が直流給電に優先することになる。

ＨＥＭＳコントローラ１０はＡＣ−ＤＣアダプタ４８〜５１内の電流センサからの信号で家電機器１４〜１７に対する交流給電の状態と消費電力値を知ることができる。ＨＥＭＳコントローラ１０は、家電機器１４〜１７の消費電力値と直流電源１２、１３の給電可能電力値から、直流給電すべき家電機器を選定し、その家電機器のＡＣ−ＤＣアダプタに交流給電停止信号を出して交流給電を止め、その家電機器が直流電源１２、１３からの直流給電で動作するようにする。これにより、電力管理システム１内で最適な直流給電を行うことができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態を図５に示す。第４実施形態は交流給電から直流給電に切り替える家電機器を選定する手法に関する。第１実施形態のハードウェア構成にこの手法が適用されるものとして説明を進めるが、第２実施形態または第３実施形態のハードウェア構成にも応用可能である。

図５のフローチャートにおいて、ステップ＃２０１でＨＥＭＳコントローラ１０は、全ての負荷機器の直流配線側リレー、すなわちこの場合は家電機器１４〜１７の直流配線側リレーであるリレー３４〜３７をＯＦＦにする。またＨＥＭＳコントローラ１０は全ての負荷機器の交流配線側リレー、すなわちこの場合は家電機器１４〜１７の交流配線側リレーであるリレー２３〜２６をＯＮにする。これにより家電機器１４〜１７には交流電力が給電され、家電機器１４〜１７は交流電力で（正確に言えばＡＣ−ＤＣコンバータ１８〜２１で交直変換を行った直流電力で）動作する。言うまでもないが、家電機器１４〜１７の全てを動作させることを使用者が選択していることが前提となる。

次のステップ＃２０２でＨＥＭＳコントローラ１０は、電流センサ２７〜３０の電流値測定データより家電機器１４〜１７が交流電力で動作するときのそれぞれの消費電力値（Ｐａｃ１−Ｐａｃ４）を測定する。

次のステップ＃２０３でＨＥＭＳコントローラ１０は、家電機器１４〜１７の直流配線側リレーであるリレー３４〜３７を全てＯＮにする。また交流配線側リレーであるリレー２３〜２６を全てＯＦＦにする。これにより家電機器１４〜１７には直流電力が給電され、家電機器１４〜１７は直流電力で動作する。

次のステップ＃２０４でＨＥＭＳコントローラ１０は、電流センサ３８〜４１の電流値測定データより家電機器１４〜１７が直流電力で動作するときのそれぞれの消費電力値（Ｐｄｃ１−Ｐｄｃ４）を測定する。家電機器１４〜１７を直流電力で動作させるのに直流電力が不足する場合は、例えば、系統連系インバータであるＡＣ−ＤＣ変換器４４により、交流電力から直流電力への逆変換を行い、測定時のみ交流電力を必要なだけの直流電力に変換して給電する。あるいは、直流配線側リレーであるリレー３４〜３７を順番にＯＮにして、１個ずつ家電機器の消費電力値を測定しても良い。

次のステップ＃２０５でＨＥＭＳコントローラ１０は、各家電機器につき、直流給電時の消費電力を交流給電時の消費電力で除したときの比率、すなわち直流／交流電力比を計算する。直流／交流電力比が小さいということは、直流給電時の消費電力と交流給電時の消費電力の差が小さい、すなわち交流電力を直流電力に変換するときの変換ロスが小さいということであり、直流給電での効率改善率、正確に言えば交直変換を経た直流給電での効率改善率が高いということである。

家電機器１４〜１７には、直流給電での効率改善率が高い順に、言い換えると直流／交流電力比の小さい順に、優先順位が関連づけられる。ここでは家電機器１４が優先順位第１位、家電機器１５が優先順位第２位、家電機器１６が優先順位第３位、家電機器１７が優先順位第４位との関連づけがなされたものとする。直流給電時の消費電力は、家電機器１４は２００Ｗ、家電機器１５は５５０Ｗ、家電機器１６は３００Ｗ、家電機器１７は５０Ｗであるものとする。

上記の優先順位の関連づけの情報は、様々な方法で得ることが可能である。当該家電機器やＨＥＭＳコントローラ１０に内蔵されるメモリに記憶されてもよいし、ネットワーク上のサーバに格納されていてもよい。また、適当なユーザインターフェースを介して、利用者が必要なときにいずれかの機器に入力を行ってもよい。ＨＥＭＳコントローラ１０は、通信手段を介して、関連づけられた優先順位情報を得ることができる。

次のステップ＃２０６でＨＥＭＳコントローラ１０は、系統連系インバータであるＡＣ−ＤＣ変換器４４の入力の直流電力値Ｐ＿ＤＣを、電流センサ４６の電流値測定データより測定する。

次のステップ＃２０７でＨＥＭＳコントローラ１０は、ステップ＃２０６で測定した直流電力値Ｐ＿ＤＣに基づき直流電源１２、１３の給電可能電力値を計算する。その給電可能電力値が例えば７００Ｗであった場合、７００Ｗの枠内で給電を賄い得る家電機器が、現在動作中の家電機器１４〜１７の中に残されているか、どうかを判断する。

ステップ＃２０７での判断結果が「ＹＥＳ」であればステップ＃２０８に進む。判断結果が「ＮＯ」、すなわち現在動作中の家電機器の中に、現在の直流電源１２、１３の給電可能電力値で給電を賄い得る家電機器はもはや残されていないということであれば、給電選択は終了する。

ステップ＃２０８でＨＥＭＳコントローラ１０は、現在動作中であり、直流電源１２、１３の現時点での給電可能電力値で賄い得る家電機器の中から、ステップ＃２０５で計算した直流／交流電力比の小ささに基づく優先順位の順で家電機器を選択する。

直流電源１２、１３の現時点での給電可能電力量が７００Ｗであるのに対し、家電機器１４〜１７の直流給電時の消費電力はいずれも７００Ｗの枠内に収まるので、後は優先順位だけが問題となる。そこで優先順位第１位である家電機器１４（消費電力２００Ｗ）が選択される。

ステップ＃２０８で家電機器１４が選択された場合はステップ＃２０９に進む。ステップ＃２０９でＨＥＭＳコントローラ１０は、直流電源１２、１３の現時点での給電可能電力値が、家電機器１４を交流電力で動作させたときの消費電力値と同じ、あるいはそれよりも大であるか、どうかを判断する。判断結果が「ＹＥＳ」であればステップ＃２１０に進む。

ステップ＃２１０でＨＥＭＳコントローラ１０は、家電機器１４の直流配線側リレー、すなわちリレー３４をＯＮにする。それとは逆に、交流配線側リレー、すなわちリレー２３をＯＦＦにする。これにより家電機器１４には交流電力と交替する形で直流電力が給電され、家電機器１４は直流電力で動作する。

ステップ＃２１０の結果を受け、ステップ＃２１１では、リレー３４はＯＮ、リレー２３はＯＦＦのままで、電力センサ２７から取って来る変数Ｐａｃ１＝０とされる。以後は家電機器１４よりも優先順位の低い家電機器に対して同じ処理をするというフローになる。ステップ＃２０９での判断結果が「ＮＯ」であった場合もステップ＃２１１に進む。

ステップ＃２１１の後、ステップ＃２０６に戻り、ＡＣ−ＤＣ変換器４４の入力の直流電力値Ｐ＿ＤＣが再び測定される。

次のステップ＃２０７では、直流電源１２、１３の給電可能電力値が再度計算される。前回のステップ＃２０７での給電可能電力値７００Ｗは、家電機器１４が直流電力２００Ｗの消費を開始した現在、５００Ｗに減少している。残りの家電機器１５、１６、１７の中に、５００Ｗの枠内で給電を賄い得る家電機器が存在することから、ステップ＃２０７での判断結果は今度も「ＹＥＳ」となる。

ステップ＃２０８では、給電可能電力値５００Ｗの枠内で賄い得る家電機器、すなわち家電機器１６（消費電力３００Ｗ：優先順位第３位）と家電機器１７（消費電力５０Ｗ：優先順位第４位）の中から、優先順位第３位である家電機器１６が選択される。

ステップ＃２０８で家電機器１６が選択されたときはステップ＃２１５に進む。ステップ＃２１５でＨＥＭＳコントローラ１０は、直流電源１２、１３の現時点での給電可能電力値が、家電機器１６を交流電力で動作させたときの消費電力値と同じ、あるいはそれよりも大であるか、どうかを判断する。判断結果が「ＹＥＳ」であればステップ＃２１６に進む。

ステップ＃２１６でＨＥＭＳコントローラ１０は、家電機器１６の直流配線側リレー、すなわちリレー３６をＯＮにする。それとは逆に、交流配線側リレー、すなわちリレー２５をＯＦＦにする。これにより家電機器１６には交流電力と交替する形で直流電力が給電され、家電機器１６は直流電力で動作する。

ステップ＃２１６の結果を受け、ステップ＃２１７では、リレー３６はＯＮ、リレー２５はＯＦＦのままで、電力センサ２９から取って来る変数Ｐａｃ３＝０とされる。ステップ＃２１５での判断結果が「ＮＯ」であった場合もステップ＃２１７に進む。

ステップ＃２１７の後、ステップ＃２０６に戻り、ＡＣ−ＤＣ変換器４４の入力の直流電力値Ｐ＿ＤＣが再び測定される。

次のステップ＃２０７では、直流電源１２、１３の給電可能電力値が再度計算される。前回のステップ＃２０７での給電可能電力値５００Ｗは、家電機器１６が直流電力３００Ｗの消費を開始した現在、２００Ｗに減少している。優先順位第４位の家電機器１７は消費電力が５０Ｗであり、２００Ｗの枠内に収まるので、家電機器１７が選択される。

ステップ＃２０８で家電機器１７が選択された場合はステップ＃２１８に進む。ステップ＃２１８でＨＥＭＳコントローラ１０は、直流電源１２、１３の現時点での給電可能電力値が、家電機器１７を交流電力で動作させたときの消費電力値と同じ、あるいはそれよりも大であるか、どうかを判断する。判断結果が「ＹＥＳ」であればステップ＃２１９に進む。

ステップ＃２１９でＨＥＭＳコントローラ１０は、家電機器１７の直流配線側リレー、すなわちリレー３７をＯＮにする。それとは逆に、交流配線側リレー、すなわちリレー２６をＯＦＦにする。これにより家電機器１７には交流電力と交替する形で直流電力が給電され、家電機器１７は直流電力で動作する。

ステップ＃２１９の結果を受け、ステップ＃２２０では、リレー３７はＯＮ、リレー２６はＯＦＦのままで、電力センサ３０から取って来る変数Ｐａｃ４＝０とされる。ステップ＃２１８での判断結果が「ＮＯ」であった場合もステップ＃２２０に進む。

ステップ＃２２０の後、ステップ＃２０６に戻り、ＡＣ−ＤＣ変換器４４の入力の直流電力値Ｐ＿ＤＣが再び測定される。

次のステップ＃２０７では、直流電源１２、１３の給電可能電力値が再度計算される。前回のステップ＃２０７での給電可能電力値２００Ｗは、家電機器１７が直流電力５０Ｗの消費を開始した現在、１５０Ｗに減少している。残る家電機器１６は消費電力５５０Ｗであり、給電可能電力値１５０Ｗでは到底給電を賄い得ない。このためステップ＃２０７での判断結果は「ＮＯ」となり、給電選択は終了する。

このようにＨＥＭＳコントローラ１０は、その時点での交流電力及び直流電力の給電可能電力量と負荷機器の消費電力量を把握し、直流給電時の効率改善率の高さ順に関連づけられた優先順位の順で負荷機器を選んで、直流電源１２、１３の給電可能電力量が許す限り多くの負荷機器に直流給電して交流電力の消費を減らすから、電力管理システム１のシステム効率が最適化され、エネルギーを効率良く使用することができる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態を図６に示す。第５実施形態のハードウェア構成は第１実施形態と同じである。

第５実施形態のＨＥＭＳコントローラ１０は、商用電源配電元、すなわち電力会社からの情報を取得する情報取得部を備える。取得する情報は、時間帯別料金情報や、系統電力の需給調整要請（デマンドレスポンス）信号などである。ＨＥＭＳコントローラ１０は、電力料金が時間帯によって異なる料金体系であったり、時間帯により需給調整要請があったりした場合には、それに基づいて系統電力の売買電力量を決定し、負荷機器の配電制御を行う。すなわちＨＥＭＳコントローラ１０は、蓄電池１３の充放電量や、系統連系インバータであるＡＣ−ＤＣ変換器４４の電力量を制御しつつ、交流給電路２２側のリレー２３〜２６と直流給電路３３側のリレー３４〜３７を切り替えることで、電力管理システム１全体として最適となるように配電制御を行う。

ＨＥＭＳコントローラ１０は、夜間で電力料金の安い時間帯に、１日トータルでの電力需給量やコストメリットを考慮して、直流電源１３（蓄電池）の放電による直流給電を取りやめることがある。そしてリレー２３〜２６をＯＮにし、家電機器１４〜１７への給電をＡＣ−ＤＣコンバータ１８〜２１を通じての直流給電に切り替える。さらに必要に応じて交流給電路２２に対し直流電源１３（蓄電池）の充電の指示を出す。

ＨＥＭＳコントローラ１０は、系統電力が不足して供給制限の信号を受けた場合には、直流電源１３（蓄電池）を含む全ての直流電源を用いて家電機器１４〜１７に直流給電を行うこととし、できるだけ多くの家電機器１４〜１７を交流給電から直流給電に切り替える。

ＨＥＭＳコントローラ１０は、太陽光発電の余剰電力が集中して系統電力が余り（休日の昼間など）、商用電源配電元から電力使用要請の信号を受けた場合には、できるだけ多くの家電機器１４〜１７を直流電源１２、１３による直流給電から商用電源１１による交流給電に切り替え、余剰電力の消費に協力する。

以上、本発明の各実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。発明の主旨を逸脱しない限り、種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は電力管理システムに広く適用可能である。

１ 電力管理システム
１０ ＨＥＭＳコントローラ
１１ 商用電源
１２ 直流電源（太陽電池パネル）
１３ 直流電源（蓄電池）
１４〜１７ 家電機器
１８〜２１ ＡＣ−ＤＣコンバータ
２２ 交流給電路
２３〜２６ リレー
２７〜３０ 電流センサ
３１、３２ ＤＣ−ＤＣ変圧器
３３ 直流給電路
３４〜３７ リレー
３８〜４３、４５、４６、４７ 電流センサ
４４ ＡＣ−ＤＣ変換器
４８〜５１ ＡＣ−ＤＣアダプタ

Claims (5)

1. 商用電源からの交流電力と直流電源からの直流電力のいずれかを、交流電力でも直流電力でも動作可能に設定された負荷機器に配電する電力管理システムであって、
   配電制御装置を含み、
   前記配電制御装置は、その時点での前記交流電力及び前記直流電力の給電可能電力量と前記負荷機器の消費電力量を把握し、前記直流電源の給電可能電力量が許す限り多くの台数の前記負荷機器に直流給電する制御を行うことを特徴とする電力管理システム。
2. 複数の前記負荷機器に直流給電時の効率改善率の高さ順で優先順位が関連づけられ、前記優先順位の順に直流給電すべき前記負荷機器が選択されることを特徴とする請求項１に記載の電力管理システム。
3. 前記負荷機器の各々に対し、交流給電と直流給電の切替装置が組み合わせられ、前記配電制御装置は前記切替装置に指令を発して交流給電と直流給電を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力管理システム。
4. 前記切替装置は交流給電モード、直流給電モード、及び停止モードに切り替え可能なＡＣ−ＤＣ変換アダプタにより構成されることを特徴とする請求項３に記載の電力管理システム。
5. 商用電源配電元からの情報を取得する情報取得部を備え、取得した情報に基づき前記配電制御装置は、前記直流電源の給電可能電力量が許す限りできるだけ多くの前記負荷機器に直流給電する制御を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力管理システム。

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