JP2015211503A - 電力制御システム、電力制御装置、および電力制御システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率をなるべく低下させずに、燃料電池を含む複数の分散電源を管理可能な電力制御システム等を提供する。
【解決手段】電流センサ４０が順潮流を検出する間発電し、発電する際に熱を生じ貯湯槽に貯める湯を生成する発電装置３３を含む電力制御システムであって、電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部５０と、擬似出力部を制御する制御部２５とを備え、制御部は、貯湯槽の貯湯量の情報を取得し、貯湯量に応じて、貯湯量の増加を抑制するように擬似電流を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力制御システム、電力制御装置、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。

近年、住宅の電力および熱のエネルギー源として燃料電池が用いられることがある。燃料電池は化学エネルギーが直接電力に変換されるので優れた変換効率が得られる。また、燃料電池の発電に伴う熱によって生成されるお湯を貯湯槽に貯めて利用することでトータルのエネルギー効率を高めることができる。例えば、特許文献１は、燃料電池を含む複数の分散電源を備え、通常運転と通常運転よりも小さく発電する発熱抑制出力運転とを切り替える燃料電池システムについて開示する。

特開２００５−７１９８７号公報

ここで、燃料電池を用いるシステムにおいて、電力および給湯の需要を満たす場合、特に貯湯槽の湯が満杯である場合には、燃料電池による発電が停止される。一度燃料電池を用いるシステムが停止して、燃料電池が冷えると、システムが再起動するまでに時間がかかり、必要なときに電力が取り出せないという問題があった。

例えば、特許文献１では、停止許容時間閾値を超えた時間が経過すると、発熱抑制出力運転が実行されることが記載されている。停止許容時間閾値は運転再開によって通常の発電を実行できる時間、すなわち燃料電池に余熱が残っている時間を表す。発熱抑制出力運転では燃料電池出力が低減し、エネルギー効率が低下する。

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、エネルギー効率をなるべく低下させずに、燃料電池を含む複数の分散電源を管理可能な電力制御システム、電力制御装置、および電力制御システムの制御方法を提供することにある。なお、以下において、貯湯槽の湯が満杯であるとは、貯湯槽に所定の温度（例えば６０度）の湯が満たされている状態を意味する。

上述した課題を解決すべく、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し、発電する際に熱を生じ貯湯槽に貯める湯を生成する発電装置を含む電力制御システムであって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記貯湯槽の貯湯量の情報を取得し、
前記貯湯量に応じて、前記貯湯量の増加を抑制するように前記擬似電流を調整する。

また、前記制御部は、前記擬似電流を調整することによって前記発電装置の発電量を制御することが好ましい。

また、前記制御部は、前記順潮流の向きに対して前記擬似電流を逆向きに調整することによって前記発電量を制御することが好ましい。

また、前記制御部は、前記貯湯量が所定の閾値を超えたときに、前記擬似電流を調整することが好ましい。

また、前記貯湯槽の貯湯量を検出する貯湯量検出部をさらに備え、前記制御部は、前記貯湯量検出部から前記貯湯槽の貯湯量の情報を取得することが好ましい。

また、前記制御部は、前記貯湯槽の貯湯量の情報を前記発電装置からエネルギー管理装置経由で取得することが好ましい。

また、前記発電装置および前記貯湯槽を複数備え、前記制御部は、複数の前記発電装置のそれぞれに対応する前記貯湯槽の貯湯量の情報をそれぞれ取得し、前記貯湯量を比較して、前記貯湯量が少ない方の前記発電装置について、優先的に前記擬似電流を生成させることが好ましい。

さらに、上述した課題を解決すべく、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し、発電する際に熱を生じ貯湯槽に貯める湯を生成する発電装置を含む電力制御システムで用いられる電力制御装置であって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記貯湯槽の貯湯量の情報を取得し、
前記貯湯量に応じて、前記貯湯量の増加を抑制するように前記擬似電流を調整する。

さらに、上述した課題を解決すべく、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し、発電する際に熱を生じ貯湯槽に貯める湯を生成する発電装置を含む電力制御システムの制御方法であって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成するステップと、
前記貯湯槽の貯湯量の情報を取得するステップと、
前記貯湯量に応じて、前記貯湯量の増加を抑制するように前記擬似電流を調整するステップと、を含む。

本発明に係る電力制御システム、電力制御装置、および電力制御システムの制御方法によれば、エネルギー効率をなるべく低下させずに、燃料電池を含む複数の分散電源を管理することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。 擬似出力部に関する配線を示す図である。 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。 自立運転時の電力制御システムの制御例を示す図である。 自立運転時の電力制御システムの制御例を示す図である。 自立運転時（蓄電池充電完了時）の電力制御システムの制御例を示す図である。 第１実施形態の制御方法を説明するフローチャートである。 変形例に係る電力制御システムのブロック図である。 別の変形例に係る電力制御システムのブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。 第２実施形態の制御方法を説明するフローチャートである。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１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、売電不可能な電力を供給する分散電源と接続されて電力を制御する。本実施形態に係る電力制御システムは、さらに売電可能な電力を供給する分散電源と接続されて電力を制御してもよい。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機システムなどである。一方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。本実施の形態においては、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を有する発電装置、および売電可能な電力を供給する分散電源として太陽電池と接続される例を示す。別の実施の形態として、電力制御システムはこれらの分散電源の一部または全てを含む構成であってもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御システム１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１は、電力制御装置２０（パワーコンディショナ）と、擬似出力部５０とを備える。電力制御システム１は、燃料電池３４を有する発電装置３３と分電盤３１を介して接続される。また、電力制御システム１は、他の分散電源に対応する太陽電池１１および蓄電池１２と接続される。また、電力制御システム１は分電盤３１を介して負荷３２にも接続されている。電力制御システム１の擬似出力部５０は、発電装置３３が有する電流センサ４０に擬似電流を流すことができる。

ここで、発電装置３３は、燃料電池３４を有して構成されるものである。燃料電池３４は、電流センサ４０が順潮流を検出する間発電し、発電する際に貯湯槽３５に貯める湯を生成する熱を生じる。電力制御システム１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１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、各分散電源からの電力を各負荷（負荷３２、擬似電流負荷５１）に供給する。なお、電力制御システム１が自立運転を行う場合には、各分散電源は系統から解列した状態であり、電力制御システム１が連系運転を行う場合には、各分散電源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矢印のない実線は電力の流れる配線、または熱の移動経路を表し、各機能ブロックを結ぶ矢印付きの細い実線（太線でない実線）は、制御信号または通信される情報の流れを表す。矢印付きの細い実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（例えば１０［Ａ］）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、または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や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。

電力制御装置２０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、連系運転および自立運転の切り替え制御を行うものである。電力制御装置２０は、電力変換部２１と、連系運転スイッチ２２、２３と、自立運転スイッチ２４と、電力制御システム１全体を制御する制御部２５とを備える。なお、連系運転スイッチ２３は、電力制御装置２０外に出すよう構成してもよい。

電力変換部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。なお、電力変換部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、少なくとも双方が同時にオンとならないように、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、自立運転スイッチ２４がオンとなるとき、連系運転スイッチ２２、２３は同期してオフとなる。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。なお、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。

制御部２５は、例えばマイクロコンピュータで構成され、系統電圧の上昇や停電等の状態等に基づいて、電力変換部２１、連系運転スイッチ２２、２３、自立運転スイッチ２４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。また、後述するように、制御部２５は擬似電流負荷５１の値を変更して擬似電流を調整することにより擬似出力部５０の動作を制御できる。

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、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や、商工業施設で使用される空調機や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３４、電力変換部３６、制御部３７を備える。燃料電池３４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。電力変換部３６は、本実施形態ではインバータであって、燃料電池３４によって発電された直流電力を１００［Ｖ］あるいは２００［Ｖ］の交流電力に変換する。ここで、発電装置３３は、電力制御装置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し、必ずしも電力制御装置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、発電装置３３の燃料電池３４が発電する際に生じる熱によって湯が生成されて貯湯槽３５に貯められる。また、制御部３７は発電に関して燃料電池３４、電力変換部３６を制御するだけでなく、貯湯槽３５の貯湯量の情報を含む発電装置３３の発電に関する情報を収集する。そして、制御部３７は、発電装置３３の発電に関する情報について、発電装置３３の外部のブロックとの通信を行う。

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、所定の定格電力値による定格運転、または電力を定格未満に抑える電力抑制運転を行う。負荷追従運転時の追従範囲は、例えば２００〜７００［Ｗ］であり、定格運転時の定格電力値は、例えば７００［Ｗ］である。また、電力抑制運転では、擬似電流を調整することで電力を定格未満に抑え、例えば７００［Ｗ］未満の電力を生じる。負荷追従運転では負荷に応じて電力が変動するのに対し、電力抑制運転では擬似電流に応じて電力が変動する。発電装置３３は、連系運転時に例えば負荷追従運転を行い、自立運転時に定格運転または電力抑制運転を行う。

電流センサ４０は、系統および発電装置３３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、定格運転、または電力抑制運転での発電を実行する。なお、消費電力の観点から、電流センサ４０は、電力制御装置２０において自立運転時に発電装置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１は、発電装置３３、太陽電池１１および蓄電池１２が系統から解列した状態で、擬似出力部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を発電させて、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、擬似出力部５０を通じた擬似電流による蓄電について詳述する。

擬似出力部５０は、電流センサ４０に対して擬似電流を供給可能なものである。擬似出力部５０は、発電装置３３、太陽電池１１および蓄電池１２が系統から解列した状態で、蓄電池１２から電力供給を受けることが可能であり、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。この例では、擬似電流負荷５１は、電力制御装置２０によって抵抗値を設定可能な可変抵抗である。

図２は、擬似出力部５０に関する配線を示す図である。図２において、系統は、２００［Ｖ］の単相３線としている。この場合、擬似出力部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、擬似出力部５０へ接続線は、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。なお、擬似出力部５０は、電力制御装置２０と一体的に構成してもよいし、電力制御装置２０とは独立した構成としてもよい。

擬似電流負荷５１は、擬似出力部５０内の電流調整のために設けられる負荷である。擬似電流負荷５１の抵抗値は制御部２５によって変更可能であるので、後述する擬似電流の電流量が調整される。そして、電流センサ４０が検出する擬似電流の電流量が変化することで、負荷追従運転における発電装置３３の発電量を調整可能である。

同期スイッチ５２は、電力制御装置２０から擬似出力部５０に供給された電力を電流センサ４０によって検出される擬似電流と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および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、互いに独立にオン／オフが可能である。

同期スイッチ５２は、電力制御装置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。自立運転スイッチ２４および同期スイッチ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。なお、自立運転スイッチ２４および同期スイッチ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。

擬似電流制御スイッチ５３は、貯湯槽３５の湯が満杯になるとオフとなり、貯湯槽３５に湯を貯められる場合にオンとなる。つまり、貯湯槽３５の湯が満杯になると擬似電流制御スイッチ５３がオフになることで発電装置３３は発電を停止する。しかし、貯湯槽３５の湯が満杯でなければ、発電装置３３は擬似電流によって発電し、その際に生じる熱で湯を生成して貯湯槽３５に貯める。本実施形態において、制御部２５は、貯湯槽３５の貯湯量の情報を発電装置３３から直接に受け取って、例えば貯湯槽３５の湯が満杯であるか否かを判断できる。このとき、貯湯量の情報は、例えば現在の貯湯量を満杯の場合の貯湯量で割った数値で表したものでもよいし、例えば１２リットルといった貯湯量そのものの数値であってもよい。また、発電装置３３は貯湯槽３５を実測することで貯湯量の情報を取得してもよいし、貯湯槽３５の初期状態と燃料電池３４で生じた熱の測定値から貯湯量の情報を演算で求めてもよい。

また、擬似電流制御スイッチ５３は、貯湯槽３５の湯が満杯になる場合だけでなく、蓄電池１２の充電が完了して擬似電流も不要な場合にオフとなる。言い換えると、擬似電流制御スイッチ５３は、貯湯槽３５の湯が満杯でなく、かつ、蓄電池１２の充電が完了していない場合にオンとなる。ここで、蓄電池１２の充電が完了した場合とは、蓄電池１２に所定値を超える電力が充電されている場合を示すものである。なお、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。例えば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がオフになると、電流センサ４０に擬似電流が流れなくなるため、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。

これ以降、本実施形態に係る電力制御システム１における制御例を図面により詳述する。

図３は、連系運転時の電力制御システム１の制御例を示す図である。この場合、電力制御装置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、擬似出力部５０について、同期スイッチ５２はオフに制御され、擬似電流制御スイッチ５３は、例えば蓄電池１２の充電量に応じてオンまたはオフに制御される。

連系運転時には、矢印付きの太い実線で示すように、系統よりＡＣ１００［Ｖ］（あるいは２００［Ｖ］）が供給されて、負荷３２に給電される。電力制御装置２０は、例えば蓄電池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、電力制御装置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、電力制御装置２０は、系統からの電力および分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）の電力を擬似出力部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４、図５により自立運転時の電力制御システム１の制御例を説明する。なお、図４、図５の例において、貯湯槽３５の湯が満杯でなく、かつ、蓄電池１２の充電は完了していないものとする。この場合、電力制御装置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、擬似出力部５０の各スイッチは、同期スイッチ５２はオン、擬似電流制御スイッチ５３はオンに制御される。

図４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、電力制御装置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および擬似出力部５０に出力される。つまり、電力制御装置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た状態で他の分散電源からの電力を出力可能である。

図５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４に示す通り、自立運転時には、電力制御装置２０より擬似出力部５０に電力が供給される。本実施形態において、電力制御装置２０より擬似出力部５０に供給された電力は擬似電流として電流センサ４０によって検出される。このとき、電流センサ４０は順潮流（買電方向の電流）を検出するため、発電装置３３は発電を行う。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、電力制御装置２０に供給する。余剰電力は、電力制御装置２０において、自立運転スイッチ２４を経て電力変換部２１により直流電力に変換され、蓄電池１２へと給電される。

そして、図６は、蓄電池１２の充電完了時の自立運転時の電力制御システム１の制御例を示す図である。この場合、電力制御装置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、擬似出力部５０の各スイッチは、同期スイッチ５２はオン、擬似電流制御スイッチ５３はオフに制御される。

蓄電池１２の充電が完了して擬似電流も不要な場合、擬似電流制御スイッチ５３がオフとなるため、自立運転時に、電力制御装置２０より擬似出力部５０に供給された電力が擬似電流として電流センサ４０によって検出されることがない。これにより、電流センサ４０には系統からの順潮流も擬似電流も検出されなくなるため、発電装置３３は発電を停止することとなる。そのため、蓄電池１２に必要以上の電流が出力されることはない。

ここで、自立運転時には、蓄電池１２の充電が完了しなくても、貯湯槽３５の湯が満杯になることで、図６のように擬似電流制御スイッチ５３がオフになる。そして、発電装置３３は発電を停止することになる。発電装置３３は燃料電池３４を有するが、発電装置３３が停止して燃料電池３４が冷えると、発電装置３３が再起動するまでに時間がかかり、必要なときに電力が取り出せない。発電装置３３から電力が取り出せない状態が生じると、電力制御システム１全体でのエネルギー効率が低下する。

そこで、電力制御システム１は、自立運転時に以下に説明する図７のフローチャートに従う制御を実行することで、貯湯槽３５の湯が満杯となることによる発電装置３３の停止に起因するエネルギー効率の低下がなるべく発生しないようにする。

図７は、第１実施形態に係る電力制御システム１の制御方法を説明するフローチャートである。まず、電力制御システム１の電力制御装置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た状態で他の分散電源からの電力を出力する（ステップＳ２）。このとき、電力制御装置２０は、擬似出力部５０にも他の分散電源からの電力を出力する。なお、他の分散電源からの電力は、太陽電池１１および蓄電池１２の少なくとも一方からの電力であればよい。

そして、電力制御システム１の制御部２５からの指示に従い、擬似出力部５０は電流センサ４０により検出される擬似電流を生成する（ステップＳ１０）。このとき、生成される擬似電流は、燃料電池３４を定格運転させる程度の大きさである。つまり、本実施形態において、自立運転時のデフォルトとして、燃料電池３４は定格運転を行う。例えば、制御部２５は、擬似出力部５０の擬似電流負荷５１の抵抗値が十分小さくなるように調整する。すると、電流センサ４０に大きな擬似電流が流れるため、燃料電池３４を定格運転させることが可能である。

次に、制御部２５は、貯湯槽３５の貯湯量の情報を取得する（ステップＳ１２）。つまり、制御部２５は、貯湯槽３５にどの程度、湯が貯められているかを把握する。そして、制御部２５は、貯湯量が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。制御部２５は、貯湯槽３５の湯が満杯に近づきつつあることを把握できる適切な値を所定の閾値として事前に定めることが好ましい。所定の閾値とは、例えば満杯時の８０［％］といった相対的な値であってもよいし１２０リットルといった具体的な値であってもよい。

制御部２５は、貯湯量が所定の閾値以下である場合（ステップＳ２２のＹｅｓ）、そのまま燃料電池３４を定格運転させる。つまり、制御部２５は、貯湯量が所定の閾値以下であるならば、貯湯槽３５の湯が満杯となって発電装置３３が停止することはないと判定し、他の運転よりも発電効率のよい燃料電池３４の定格運転を継続させる。

一方、制御部２５は、貯湯量が所定の閾値を超える場合（ステップＳ２２のＮｏ）、貯湯量に応じて、貯湯量の増加を抑制するように、擬似出力部５０の擬似電流を調整する（ステップＳ２４）。例えば、制御部２５は、擬似出力部５０の擬似電流負荷５１の抵抗値が大きくするように調整する。このとき、定格運転時と比較すると電流センサ４０に小さな擬似電流が流れるため、燃料電池３４は電力を定格未満に抑える電力抑制運転を行う。燃料電池３４が電力を定格未満に抑えるため、その際に生じる熱も定格運転時と比べて抑えられる。そのため、生成される所定の温度の湯の量も少なくなるので、貯湯槽３５の貯湯量の増加が抑制される。あるいは、制御部２５は、擬似出力部５０の制御することで擬似電流を順潮流に対して逆方向に流し、電流センサ４０が検出する見かけの電流を下げることにより湯の生成が抑制される。このように、電力制御システム１は、貯湯槽３５の湯が満杯となることによる発電装置３３の停止に起因するエネルギー効率の低下がなるべく生じないように、燃料電池３４を含む複数の分散電源を管理可能である。

ステップＳ２２でＹｅｓの場合、または制御部２５がステップＳ２４を実行すると一連の処理が終了する。なお、電力制御システム１は、自立運転時に常に図７の処理を実行してもよいし、定期的に、あるいは特定の条件が成立した場合に実行してもよい。特定の条件とは、例えば貯湯量の変化率が所定の値より大きい等であってもよい。

以上のように、本実施形態に係る電力制御システム１は、電流センサ４０が順潮流を検出する間発電し、発電する際に熱を生じ貯湯槽３５に貯める湯を生成する燃料電池３４を有する発電装置３３、および他の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）と接続される。そして、電力制御システム１は、電流センサ４０により検出される擬似電流を生成する擬似出力部５０と、擬似電流を調整する制御部２５を有する電力制御装置２０と、を備える。本実施形態に係る電力制御システム１によれば、制御部２５は、貯湯槽３５の貯湯量の情報を取得し、貯湯量に応じて、貯湯量の増加を抑制するように擬似電流を調整する。これにより、貯湯槽３５の湯が満杯となることによる発電装置３３の停止に起因するエネルギー効率の低下がなるべく生じないように、燃料電池３４を含む複数の分散電源を管理可能である。このとき、電流センサ４０により検出される擬似電流を発生させることで燃料電池３４に発電させるため、発電装置３３自体に特別な変更を加える必要がなく、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っている。

また、本実施形態によれば、擬似電流の調整によって発電装置３３の発電量を制御する。電力制御システム１は、自立運転時に、擬似電流に応じて電力を変動させて電力を定格未満に抑える電力抑制運転を行うことで、貯湯槽３５に貯める湯を生成する熱を調整できる。電力制御システム１は、発電装置３３の発電量を制御することで湯の生成量を調整して、貯湯量の増加を抑制し、貯湯槽３５の湯が満杯となることによる発電装置３３の停止に起因するエネルギー効率の低下がなるべく生じないようにできる。

また、本実施形態によれば、制御部２５は、貯湯量が所定の閾値を超えたときに、擬似電流を調整する。制御部２５は、所定の閾値によって、貯湯槽３５の湯が満杯に近づきつつあるかを容易に判定できる。このとき、電力制御システム１は、貯湯量が所定の閾値を超える場合には電力抑制運転を行うことで貯湯槽３５の湯が満杯とならないようにする。また、電力制御システム１は、貯湯量が所定の閾値以下である場合には発電装置３３を定格運転させるため、燃料電池３４によるエネルギー効率の高い発電が可能である。

なお、図１〜図６に示す通り、電流センサ４０は、電力制御装置２０において、自立運転時に発電装置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。これは、発電装置３３の発電による電流が流れる箇所に電流センサ４０を配置すると、発電装置３３を発電させるための擬似電流を当該発電による電流を上回る電力で出力する必要があるため、擬似電流に関する消費電力が増大するためである。すなわち、電流センサ４０を、電力制御装置２０において、自立運転時に発電装置３３の発電による電流が流れない箇所に配置することにより、擬似電流に係る消費電力を低減することが可能となる。

（変形例）
以下、本発明の第１実施形態に係る電力制御システム１の変形例について説明する。図８は、変形例に係る電力制御システム１のブロック図である。なお、図１と同じ要素には同じ符号を付しているため説明を省略し、第１実施形態と異なる部分のみ説明する。第１実施形態に係る電力制御システム１では、制御部２５は、貯湯槽３５の貯湯量の情報を発電装置３３から直接に取得する。しかし、本変形例に係る電力制御システム１は、貯湯槽３５の貯湯量を検出する貯湯量検出部３８を備え、制御部２５は貯湯量検出部３８から貯湯量の情報を取得する。

本変形例に係る電力制御システム１は、貯湯量の情報を持たない発電装置３３と接続されるような場合であっても、貯湯量検出部３８によって貯湯槽３５の貯湯量を検出できる。そのため、本変形例に係る電力制御システム１は、第１実施形態に係る電力制御システム１の効果に加えて、接続する発電装置３３を貯湯量の情報を持つものに限定しない、との利点を有する。

また、図９は、別の変形例に係る電力制御システム１のブロック図である。なお、図１と同じ要素には同じ符号を付しているため説明を省略し、第１実施形態と異なる部分のみ説明する。第１実施形態に係る電力制御システム１では、制御部２５は、貯湯槽３５の貯湯量の情報を発電装置３３から直接に取得する。しかし、本変形例に係る電力制御システム１は、貯湯槽３５の貯湯量の情報を、エネルギー管理装置３９経由で取得する。つまり、本変形例に係る電力制御システム１の制御部２５は、貯湯槽３５の貯湯量の情報を発電装置３３から直接ではなく間接に（エネルギー管理装置３９を介して）取得する。なお、本実施形態においてエネルギー管理装置３９はＨＥＭＳ（Home Energy Management System）である。

本変形例に係る電力制御システム１は、第１実施形態に係る電力制御システム１の効果に加えて、以下のような利点を有する。一般にエネルギー管理装置３９には、電力管理に必要な様々な情報が集約される。本変形例に係る電力制御システム１は、貯湯量の情報もエネルギー管理装置３９から取得するので、エネルギー管理装置３９へのアクセスに適したインターフェースを用意すればよい。つまり、様々な仕様の発電装置３３に対応して複数のインターフェースを用意することは不要になり、電力制御システム１の構成を簡単にすることができる。また、電力制御システム１の制御部２５は、貯湯量の情報だけでなく、エネルギー管理装置３９に集約されている別の情報も取得可能である。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態に係る電力制御システム１について説明する。図１０は、第２実施形態に係る電力制御システム１のブロック図である。なお、図１と同じ要素には同じ符号を付しているため説明を省略し、第１実施形態と異なる部分のみ説明する。

前記のように、第１実施形態に係る電力制御システム１では、１つの擬似出力部５０を備え、分電盤３１を介して１つの発電装置３３と接続されている。第１実施形態では、発電装置３３が１つであることに対応して、電流センサ４０、貯湯槽３５もそれぞれ１つである。しかし、電力制御システム１は、複数の擬似出力部を備え、分電盤３１を介して複数の発電装置と接続される構成であってもよい。このとき、電力制御システム１と接続される複数の発電装置の少なくとも１つで発電が継続されていれば、必要なときに電力が取り出せないという問題は生じない。図１０に示されるように、本実施形態に係る電力制御システム１は、２つの擬似出力部５０Ａ、５０Ｂを備え、分電盤３１を介して２つの発電装置３３Ａ、３３Ｂと接続されている。発電装置３３Ａ、３３Ｂが２つであることに対応して、電流センサ、貯湯槽もそれぞれ２つである（電流センサ４０Ａ、４０Ｂ、貯湯槽３５Ａ、３５Ｂ）。

本実施形態に係る電力制御システム１の制御部２５は、貯湯槽３５Ａ、３５Ｂのそれぞれの貯湯量の情報を、それぞれ発電装置３３Ａ、３３Ｂから取得する。貯湯槽３５Ａおよび貯湯槽３５Ｂの湯が満杯となると、発電装置３３Ａおよび発電装置３３Ｂが停止してエネルギー効率が低下する。しかし、発電装置３３Ａまたは発電装置３３Ｂで発電を継続できれば、必要なときに電力を取り出すこともでき、エネルギー効率を低下させることはない。本実施形態に係る電力制御システム１は、貯湯量に応じて、少なくとも一方の発電装置に発電を継続させる。

以下に説明するように、本実施形態に係る電力制御システム１は、自立運転時に、図１１のフローチャートに従う制御を実行することで、貯湯量が少ない発電装置の発電を継続させることができる。つまり、電力制御システム１は、エネルギー効率をなるべく低下させずに、燃料電池を含む複数の分散電源を管理できる。なお、図７と同じステップについては同じ符号を付しており詳細な説明を省略する。また、図１１のいくつかのステップで用いられるパラメータＮは、発電装置の総数を示し、２以上の整数である。また、パラメータＭは、擬似電流を生成して動作させる発電装置の数を示し、１以上かつＮ以下の整数である。

本実施形態に係る電力制御システム１は、図１１に示される以下の処理を実行する。まず、電力制御システム１の電力制御装置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た状態で他の分散電源からの電力を出力する（ステップＳ２）。

次に、電力制御システム１の制御部２５は、複数の貯湯槽の貯湯量の情報を取得する（ステップＳ１２）。図１０の例では、２つの貯湯槽３５Ａ、３５Ｂのそれぞれの貯湯量の情報を取得する。

そして、制御部２５は、Ｎ個の発電装置について、貯湯量の最も少ないものから、少ない順に１からＮまで番号を付す（ステップＳ１４）。以下では図１０の例を用いて具体的に説明する。図１０の例でＮは２であり、Ｍは１である。また、発電装置３３Ａ側の貯湯槽３５Ａの貯湯量は、発電装置３３Ｂ側の貯湯槽３５Ｂの貯湯量よりも少ない。このとき、制御部２５は、発電装置３３Ａに番号１を付し、発電装置３３Ｂに番号２を付す。

次に、制御部２５はパラメータｉを１に設定する（ステップＳ１６）。そして、制御部２５は付された番号がｉである発電装置を処理対象とする（ステップＳ１８）。つまり、制御部２５は、付された番号がｉ（ここでは、ｉ＝１）である発電装置３３Ａを続くステップＳ２０、Ｓ２２、Ｓ２４の対象とする。

制御部２５からの指示に従い、擬似出力部５０は電流センサ４０により検出される擬似電流を生成する（ステップＳ２０）。ここでの擬似電流は、燃料電池３４を定格運転させる程度の大きさである。なお、ステップＳ２０は第１実施形態のステップＳ１０と同じである。そして、制御部２５は、貯湯槽３５Ａの貯湯量が所定の閾値以下であるか否かを判定し（ステップＳ２２）、貯湯槽３５Ａの貯湯量が所定の閾値を超える場合には（ステップＳ２２のＮｏ）貯湯量の増加を抑制するように擬似電流を調整する（ステップＳ２４）。なお、ステップＳ２２、Ｓ２４は第１実施形態と同じであり、詳細な説明は省略する。

ステップＳ２２でＹｅｓの場合、または制御部２５がステップＳ２４を実行すると、制御部２５はｉがＭに等しいかを判定する（ステップＳ３０）。前記のように、Ｍは擬似電流を生成して動作させる発電装置の数である。ｉがＭに等しくない場合には（ステップＳ３０のＮｏ）、ステップＳ２０、Ｓ２２、Ｓ２４の処理の対象となる別の発電装置が存在する。そこで、パラメータｉをインクリメントして（ステップＳ３２）、次に貯湯量の少ない発電装置を対象とした上でステップＳ１８に戻る。

一方、ｉがＭに等しい場合には（ステップＳ３０のＹｅｓ）一連のステップが終了する。図１０の例では、パラメータｉが１であり、Ｍも１であるため、発電装置３３Ｂについては擬似電流を生成せずに一連のステップが終了する。つまり、図１０の例では、制御部２５は、擬似出力部５０Ａに擬似電流を生成させて発電装置３３Ａに発電を継続させる一方で、擬似出力部５０Ｂには擬似電流が流れないようにして発電装置３３Ｂの発電を停止させる。このとき、一方の発電装置３３Ａについては発電が継続しているので、発電装置３３Ａおよび発電装置３３Ｂが停止してエネルギー効率が低下することはない。なお、図１０の例でＭが２である場合には、ステップＳ３２でパラメータｉがインクリメントされて２となり、発電装置３３Ｂを対象として（ステップＳ１８）、ステップＳ２０、Ｓ２２、Ｓ２４が実行される。

以上のように、本実施形態に係る電力制御システム１は、発電装置を複数備え、制御部２５は、複数の発電装置について貯湯槽の貯湯量の情報をそれぞれ取得する。そして、制御部２５は、貯湯量を比較して、貯湯量が少ない貯湯槽に貯める湯を生成する熱を生じる発電装置について優先的に擬似電流を生成させる。そのため、全ての貯湯槽の湯が満杯となることによる発電装置３３の停止に起因するエネルギー効率の低下がなるべく生じないように、燃料電池３４を含む複数の分散電源を管理可能である。

本発明を諸図面や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や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、これらの変形や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、各ブロック、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、複数のブロックやステップなどを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。

１ 電力制御システム
１１ 太陽電池
１２ 蓄電池
２０ 電力制御装置（パワーコンディショナ）
２１ 電力変換部
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、３３Ａ、３３Ｂ 発電装置
３４ 燃料電池
３５、３５Ａ、３５Ｂ 貯湯槽
３６ 電力変換部
３７ 制御部
３８ 貯湯量検出部
３９ エネルギー管理装置
４０、４０Ａ、４０Ｂ 電流センサ
５０ 擬似出力部
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

Claims (9)

1. 電流センサが順潮流を検出する間発電し、発電する際に熱を生じ貯湯槽に貯める湯を生成する発電装置を含む電力制御システムであって、
   前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
   前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記貯湯槽の貯湯量の情報を取得し、
   前記貯湯量に応じて、前記貯湯量の増加を抑制するように前記擬似電流を調整する電力制御システム。
2. 前記制御部は、
   前記擬似電流を調整することによって前記発電装置の発電量を制御する請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記制御部は、
   前記順潮流の向きに対して前記擬似電流を逆向きに調整することによって前記発電量を制御する請求項１に記載の電力制御システム。
4. 前記制御部は、
   前記貯湯量が所定の閾値を超えたときに、前記擬似電流を調整する請求項１から３のいずれか一項に記載の電力制御システム。
5. 前記貯湯槽の貯湯量を検出する貯湯量検出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記貯湯量検出部から前記貯湯槽の貯湯量の情報を取得する請求項１から４のいずれか一項に記載の電力制御システム。
6. 前記制御部は、
   前記貯湯槽の貯湯量の情報を前記発電装置からエネルギー管理装置経由で取得する請求項１から５のいずれか一項に記載の電力制御システム。
7. 前記発電装置および前記貯湯槽を複数備え、
   前記制御部は、
   複数の前記発電装置のそれぞれに対応する前記貯湯槽の貯湯量の情報をそれぞれ取得し、
   前記貯湯量を比較して、
   前記貯湯量が少ない方の前記発電装置について、優先的に前記擬似電流を生成させる請求項１から６のいずれか一項に記載の電力制御システム。
8. 電流センサが順潮流を検出する間発電し、発電する際に熱を生じ貯湯槽に貯める湯を生成する発電装置を含む電力制御システムで用いられる電力制御装置であって、
   前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
   前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記貯湯槽の貯湯量の情報を取得し、
   前記貯湯量に応じて、前記貯湯量の増加を抑制するように前記擬似電流を調整する電力制御装置。
9. 電流センサが順潮流を検出する間発電し、発電する際に熱を生じ貯湯槽に貯める湯を生成する発電装置を含む電力制御システムの制御方法であって、
   前記電流センサにより検出される擬似電流を生成するステップと、
   前記貯湯槽の貯湯量の情報を取得するステップと、
   前記貯湯量に応じて、前記貯湯量の増加を抑制するように前記擬似電流を調整するステップと、を含む制御方法。

Images