JP2015198555A - 電力制御方法、電力制御装置、及び電力制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 分散型電源で発電し逆潮流する電力量が制限されても、発電電力を効率よく電力系統に逆潮流することが可能な電力制御方法、電力制御装置及び電力制御システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 逆潮流可能な電力量が制限された範囲内で、分散型電源１で発電された電力と分散型電源１で発電されて蓄電装置４に充電された電力とを電力系統２に逆潮流させるように制御するのに、分散型電源１で発電された電力であって制限されて逆潮流できなかった電力を一旦蓄電装置４に充電し、その充電された電力を逆潮流の制限範囲内となるときに電力系統に逆潮流させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分散型電源及び蓄電装置を用いて電力を電力系統に逆潮流する電力制御に関する。

太陽光発電装置等の分散型電源及び蓄電装置を用いて電力を電力系統に逆潮流する技術として、例えば特許文献１〜３が知られている。

特許文献１には、太陽電池の発電電力と蓄電器の放電電力とを特定し、系統からの電力で充電された蓄電器の放電電力を逆潮流させないようにするために、太陽電池を系統と連系させる太陽光発電システムのパワーコンディショナを、太陽電池からの直流電力を交流変換するインバータ動作および系統からの交流電力を直流変換するコンバータ動作の双方向機能を有する電力変換器と、系統に逆潮流が発生したことを検出する逆潮流継電器と、太陽電池の出力変動を抑制する第一の蓄電器または夜間電力を充電する第二の蓄電器のいずれか一方に対する電力の充放電を選択的に制御する単一の制御器と、太陽電池の余剰電力の逆潮流が発生した時に逆潮流継電器の出力に基づいて第二の蓄電器と制御器との接続を遮断する切替スイッチとで構成し、制御器を電力変換器の太陽電池側に接続し、切替スイッチを第一の蓄電器および第二の蓄電器と電力変換器との間に挿入接続する電力貯蔵型太陽光発電システムが記載されている。

特許文献２には、蓄電池にどの供給源の電力が、どれだけ蓄電されているのかを把握することができるようにするために、コントロールユニットに蓄電池電力供給源管理システムのコントロールユニットとして制御回路が設けられ、制御回路が電力検出部から取得する検出値を基に系統や太陽電池から取得する入力電力やＤＣ機器又はＡＣ機器に供給する出力電力や蓄電池に蓄積される蓄電池電力などを算出し、演算制御部が蓄電池が充放電するに際し蓄電池内の電力がどの供給源からのものがどれだけ蓄積されているのかを逐次記録して保持する電力供給システムの蓄電池電力供給源監視装置が記載されている。

特許文献３には、太陽光発電システム等の分散型電源と接続した専用充電端子と電力系統と接続した系統専用放電端子、電力系統と接続した系統専用充電端子と電気機器等の電力負荷に放電するための放電端子を備えた蓄電装置において、分散型電源と接続する各充放電端子に電力量計測装置を備え付けることにより、蓄電装置に充電した電力量について、分散型電源からの発電電力と電力系統からの電力とを区別して、充放電制御することを可能とするものが記載されている。

特開２００９−３３８０２号公報 特開２０１１−８３０５８号公報 特開２０１２−１１０１７０号公報

ところで、太陽光発電装置等の分散型電源が大量に電力系統へ接続されると、電力系統の余剰電力の発生や周波数変動等の系統安定上の問題が生じる可能性がある。このため、太陽光発電装置等の分散型電源で発電した電力を電力系統に逆潮流するのに、逆潮流される電力が過多とならないように制限される可能性があるのに対して、そのような制限がなされても、発電電力を効率よく逆潮流を行うための技術が提案されていないのが現状である。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、分散型電源で発電し逆潮流する電力が制限されても、発電電力を効率よく電力系統に逆潮流することが可能な電力制御方法、電力制御装置及び電力制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、逆潮流可能な電力が制限された範囲内で、分散型電源で発電された電力と該分散型電源で発電されて蓄電装置に充電された電力とを電力系統に逆潮流させるように制御する電力制御方法であって、分散型電源で発電された電力であって制限されて逆潮流できなかった電力を一旦蓄電装置に充電し、該充電された電力を逆潮流の制限範囲内となるときに電力系統に逆潮流させる、電力制御方法としている。

また、本発明は、逆潮流可能な電力が制限された範囲内で、分散型電源で発電された電力と該分散型電源で発電されて蓄電装置に充電された電力とを電力系統に逆潮流させるように制御する電力制御装置であって、分散型電源で発電された電力であって制限されて逆潮流できなかった電力を一旦蓄電装置に充電し、該充電された電力を逆潮流の制限範囲内となるときに電力系統に逆潮流させる、電力制御装置としている。

また、本発明は、分散型電源と、該分散型電源で発電された電力を充電可能な蓄電装置と、前記分散型電源で発電された電力と該分散型電源で発電された電力で発電されて蓄電装置に充電された電力とを逆潮流可能な電力が制限された範囲内で電力系統に逆潮流させるように制御する電力制御装置とを備えた電力制御システムであって、前記電力制御装置は、前記分散型電源で発電された電力であって制限されて逆潮流できなかった電力を一旦前記蓄電装置に充電し、該充電された電力を逆潮流の制限範囲内となるときに電力系統に逆潮流させる、電力制御システムとている。

本発明によれば、分散型電源で発電し逆潮流する電力が制限されても、発電電力を効率よく電力系統に逆潮流することが可能となる。

第１実施形態の電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態の電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第３実施形態の電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示す電力制御システムは、分散型電源１と、分差型電源１で発電された電力を制御して電力系統２に逆潮流する電力制御装置３と、分差型電源１で発電された電力を蓄電する蓄電装置４とを備える。

分散型電源１としては、太陽光発電装置、風力発電装置、小型水力発電装置、燃料電池、地熱発電装置、バイオマス発電装置等が適用可能であるが、以下では太陽発電装置を適用した例について説明する。

電力制御装置３は、分差型電源１である太陽光発電装置からの直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの直流電圧を変換して蓄電装置４に供給すると共に蓄電装置４からの直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１又はＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ３３と、外部と通信を行う通信部３４と、通信部３４からの信号に基づきＤＣ／ＡＣコンバータ３３を制御する制御部３５とを備える。

電力制御装置３の通信部３４では、電力会社等の管理者から逆潮流する電力を制限するための信号を受信可能となっている。通信部３４における管理者との通信は、特に制限されるものではなく、例えば、回線を介して通信しても良いし、電波信号を用いた通信装置により通信しても良い。また、通信部３４で受信する信号の管理者による指示内容としては、例えば、逆潮流される電力が過多となった場合に直ちに逆潮流する電力を制限するような指示や、ゴールデンウィークのような長期期間で全体的な電力の使用量が少ない期間に逆潮流する電力を制限するような指示などがある。

電力制御装置３の通信部３４は、管理者から逆潮流する電力（の量（大きさ））を制限するための指示信号を受信すると、逆潮流する電力をその制限範囲に制御するように指示する信号を制御部３５に出力する。

電力制御装置３の制御部３５は、通信部３４から逆潮流する電力を制限範囲となるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３から電力系統２に逆潮流する電力を制限する。

なお、ここで、逆潮流の電力の制限範囲は、予め制御部３５に設定されていても良いし、通信部３４で管理者から受信するようにしても良い。

次に、本実施形態の基本動作について説明する。

制御部３５では、管理者から逆潮流する電力を制限するための指示の有無を確認し、制限の指示があれば、逆潮流する電力が制限範囲となるようにＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの入力をＡＣ変換して電力系統２に逆潮流すると共に、制限範囲を超える電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して蓄電装置４に充電するように制御を行う。

逆に、管理者から逆潮流する電力を制限するための指示の有無を確認し、制限の指示がなければ、制御部３５では、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの入力の全てをＡＣ変換して電力系統２に逆潮流すると共に、蓄電装置４に充電されている電力があればその電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して電力系統２に逆潮流するように制御する。

ここで、制限の指示があった場合において、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの入力の全てをＡＣ変換しても制限範囲内で余裕があり、蓄電装置４に充電されている電力があれば、その電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して電力系統２に逆潮流するように制御してもよい。

なお、本実施形態において、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して電力は、一般的な電気機器等の負荷に供給されるように構成してもよい。

また、太陽光発電装置で発電した電力のうち、負荷で消費されなかった電力である余剰電力を逆潮流するようにしてもよい。この場合、制限範囲に制御される逆潮流電力は余剰電力であり、制限されて逆朝流出来ない余剰電力が蓄電池に充電される。

本実施形態によれば、太陽光発電装置等の分散型電源が大量に電力系統へ接続されると電力系統の余剰電力や周波数変動等の系統安定上の問題が生じるような場合に、逆潮流する電力が制限されても、制限範囲を超える電力を一旦蓄電装置に充電し、その充電された電力を逆潮流の制限範囲内となるときに電力系統に逆潮流させることができるので、分散型電源による発電電力を効率よく逆潮流を行うことが可能となるという効果を奏する。

＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態の電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態において、上述の第１実施形態と異なる点は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３が電力系統から入力された交流電力を直流電力に変化する機能を付け加えた双方向コンバータである点と、蓄電装置として第１蓄電装置４２と第２蓄電装置４３との二つを備える点と、第１蓄電装置４２と第２蓄電装置４３とのいずれに充電させるかを切り替えると共に第１蓄電装置４２と第２蓄電装置とのいずれから放電させるかを切り替える切替部３６が電力制御装置３に追加された点と、制御部３５が切替部３６の制御も行う点である。なお、本実施形態においては、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して電力が、一般的な電気機器等の負荷に供給されるように構成されている。

本実施形態は、例えば、夜間の電力料金の比較的安い時間帯に電力系統から電力を蓄電装置に充電しておき、その充電しておいた電力を電力料金の比較的高い昼間に使用するような場合に適用することを想定した構成である。そして、このような場合に、蓄電装置に充電された電力が分散型電源で発電された電力であるのか、電力系統から供給された電力であるのかを区別できるように構成したものである。

次に、本実施形態の基本動作について説明する。なお、以下では、第１蓄電装置４２が分差型電源１である太陽光発電装置で発電された電力により専ら充電される蓄電装置であり、第２蓄電装置４３が電力系統２から供給された電力により専ら充電される蓄電装置である例について説明する。

最初に、分差型電源１である太陽光発電装置で発電される時間帯における動作を説明する。

制御部３５では、管理者から逆潮流する電力を制限するための指示の有無を確認し、制限の指示があれば、逆潮流する電力量が制限範囲となるようにＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの入力をＡＣ変換して電力系統２に逆潮流すると共に、切替部３６を第１蓄電装置４２に充電可能な状態かつ第２蓄電装置４３に充電不可能な状態として、制限範囲を超える電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して第１蓄電装置４２に充電するように制御を行う。

逆に、管理者から逆潮流する電力を制限するための指示の有無を確認し、制限の指示がなければ、制御部３５では、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの入力の全てをＡＣ変換して電力系統２に逆潮流すると共に、第１蓄電装置４２に充電されている電力があれば、切替部３６を第１蓄電装置４２から放電可能かつ第２蓄電装置４３から放電不可能な状態として、第１蓄電装置４２に充電されている電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して電力系統２に逆潮流するように制御する。

ここで、制限の指示があった場合において、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの入力の全てをＡＣ変換しても制限範囲内で余裕があり、第１蓄電装置４２に充電されている電力があれば、その電力を切替部３８及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して電力系統２に逆潮流するように制御してもよい。

ここまでの説明は、上述の第１実施形態での動作の説明に対応する。

さらに、本実施形態においては、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換された電力を、一般的な電気機器等の負荷に供給されるように構成されており、制御部３５では、比較的電力料金が高い昼間等の時間帯において、第２蓄電装置４３に充電された電力があれば、切替部３６を第１蓄電装置４２から放電不可能かつ第２蓄電装置４３から放電可能な状態として、第２蓄電装置４３に充電されている電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して負荷に電力供給可能となるように制御する。

次に、比較的電力料金が安い夜間等の時間帯における動作を説明する。なお、ここでは分差型電源１である太陽光発電装置で十分な発電がなされていないものとする。

制御部３５では、電力系統２から供給された交流電力をＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ変換し、切替部３６を第１蓄電装置４２に充電不可能かつ第２蓄電装置４３に充電可能な状態として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して第２蓄電装置４３に充電するように制御する。

本実施形態によれば、上述の第１実施形態による効果に加えて、太陽光発電装置等の分散型電源で発電された電力を充電するための専用の蓄電装置と、電力系統から供給された電力を充電するための蓄電装置とを別々に設けることにより、蓄電装置に充電された電力が分散型電源で発電された電力によるものか又は電力系統から供給された電力によるものかを区別して、分散型電源で発電された電力を逆潮流可能とすると共に、比較的電力料金の安い時間帯の電力系統からの供給電力を有効に活用することが可能となるという効果を奏する。

＜第３実施形態＞
図３は、第３実施形態の電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態において、上述の第１実施形態と異なる点は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３が電力系統から入力された交流電力を直流電力に変化する機能を付け加えた双方向コンバータである点と、蓄電装置４の充放電を制御する蓄電制御装置５を追加した点と、制御部３５が蓄電制御装置５の制御も行う点である。なお、本実施形態においては、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して電力が、一般的な電気機器等の負荷に供給されるように構成されている。

本実施形態も、上記第２実施形態と同様に、例えば、夜間の電力料金の比較的安い時間帯に電力系統から電力を蓄電装置に充電しておき、その充電しておいた電力を電力料金の比較的高い昼間に使用するような場合に適用することを想定した構成である。そして、このような場合に、蓄電装置に充電された電力が分散型電源で発電された電力であるのか、電力系統から供給された電力であるのかを区別できるように構成したものである。

蓄電制御装置５は、太陽光発電装置等の分散型電源１で発電された電力により蓄電装置４を充電する場合の電力量を測定して記憶しておき、その測定値に基づいて太陽光発電装置等の分散型電源で発電された電力だけを蓄電装置４から放電して逆潮流するように、蓄電装置４を制御するものである。なお、蓄電装置４が通常自然放電するため、蓄電制御装置５では、蓄電装置４から放電して逆潮流する際に、分散型電源１で発電された電力により蓄電装置４を充電したときに記憶された電力量の測定値から、自然放電した電力量分を差し引いて、逆潮流するように制御する。また、図３に示す構成では、蓄電制御装置５を電力制御装置３とは別に設けているが、蓄電制御装置５を電力制御装置３に内蔵するように構成してもよい。

次に、本実施形態の基本動作について説明する。

最初に、分差型電源１である太陽光発電装置で発電される時間帯における動作を説明する。

制御部３５では、管理者から逆潮流する電力を制限するための指示の有無を確認し、制限の指示があれば、逆潮流する電力が制限範囲となるようにＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの入力をＡＣ変換して電力系統２に逆潮流すると共に、蓄電制御装置５を制御して制限範囲を超える電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して蓄電装置４に充電するように制御を行う。蓄電制御装置５では、分差型電源１で発電された電力として、蓄電装置４に充電する電力量を測定してその値を記憶しておく。

逆に、管理者から逆潮流する電力を制限するための指示の有無を確認し、制限の指示がなければ、制御部３５では、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの入力の全てをＡＣ変換して電力系統２に逆潮流すると共に、蓄電制御装置５を制御して蓄電装置４に充電されている分散型電源１由来の電力があればその電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して電力系統２に逆潮流するように制御する。蓄電制御装置５では、それまでに記憶された分差型電源１で発電された電力として記憶されている電力量の測定値から、充電からの経過時間等を考慮して自然放電したと考えられる電力量を計算して差し引いた値だけを、蓄電装置４から放電するように制御する。

ここで、制限の指示があった場合において、制御部３５は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの入力の全てをＡＣ変換しても制限範囲内で余裕があり、蓄電装置４に充電されている分散型電源１由来の電力があれば、蓄電制御装置５を制御して蓄電装置４に充電されている分散型電源１由来の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して電力系統２に逆潮流するように制御してもよい。

ここまでの説明は、上述の第１実施形態での動作の説明に対応する。

さらに、本実施形態においては、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換された電力を、一般的な電気機器等の負荷に供給されるように構成されており、制御部３５では、比較的電力料金が高い昼間等の時間帯において、蓄電装置４に充電された電力系統２由来の電力があれば、蓄電制御装置５を制御して蓄電装置４に充電された電力系統２の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＡＣ変換して負荷に電力供給可能となるように制御する。

次に、比較的電力料金が安い夜間等の時間帯における動作を説明する。なお、ここでは分差型電源１である太陽光発電装置で十分な発電がなされていないものとする。

制御部３５では、電力系統２から供給された交流電力をＤＣ／ＡＣコンバータ３３でＤＣ変換し、蓄電制御装置５を制御してＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して蓄電装置４に充電するように制御する。蓄電制御装置５では、電力系統２から供給された電力として、蓄電装置４に充電する電力量を測定してその値を記憶しておいてもよいが、特に電力量の測定及び記憶を行わなくてもよい。

本実施形態によれば、上述の第１実施形態による効果に加えて、蓄電装置に充電された太陽光発電装置等の分散型電源由来の電力量を把握できるように構成することにより、分散型電源で発電された電力を逆潮流可能とすると共に、比較的電力料金の安い時間帯の電力系統からの供給電力を有効に活用することが可能となるという効果を奏する。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 分散型電源（太陽光発電装置）
２ 電力系統
３ 電力制御装置
３１，３２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３３ ＤＣ／ＡＣコンバータ
３４ 通信部
３５ 制御部
３６ 切替部
４ 蓄電装置
４２ 第１蓄電装置
４３ 第２蓄電装置
５ 蓄電制御装置

Claims (3)

1. 逆潮流可能な電力が制限された範囲内で、分散型電源で発電された電力と該分散型電源で発電されて蓄電装置に充電された電力とを電力系統に逆潮流させるように制御する電力制御方法であって、
   分散型電源で発電された電力であって制限されて逆潮流できなかった電力を一旦蓄電装置に充電し、該充電された電力を逆潮流の制限範囲内となるときに電力系統に逆潮流させる、電力制御方法。
2. 逆潮流可能な電力が制限された範囲内で、分散型電源で発電された電力と該分散型電源で発電されて蓄電装置に充電された電力とを電力系統に逆潮流させるように制御する電力制御装置であって、
   分散型電源で発電された電力であって制限されて逆潮流できなかった電力を一旦蓄電装置に充電し、該充電された電力を逆潮流の制限範囲内となるときに電力系統に逆潮流させる、電力制御装置。
3. 分散型電源と、該分散型電源で発電された電力を充電可能な蓄電装置と、前記分散型電源で発電された電力と該分散型電源で発電された電力で発電されて蓄電装置に充電された電力とを逆潮流可能な電力が制限された範囲内で電力系統に逆潮流させるように制御する電力制御装置とを備えた電力制御システムであって、
   前記電力制御装置は、前記分散型電源で発電された電力であって制限されて逆潮流できなかった電力を一旦前記蓄電装置に充電し、該充電された電力を逆潮流の制限範囲内となるときに電力系統に逆潮流させる、電力制御システム。

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