JP2016005407A - 電力制御装置および電力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の放電を行なうことなく、契約電力を低く抑えるための電力制御を行なうことができる電力制御装置および電力制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】整流器１００において、出力電圧調整部１０３が、復電時における出力電力があらかじめ定めた上限以下となるように定められた設定電圧を、交流／直流変換部１０１ｃに設定することで、復電時における消費電力を抑えることができ、その結果、契約電力を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力制御を行なう電力制御装置および電力制御方法に関する。

通信設備の電源システムは、下記特許文献１に示される通り、停電用に蓄電池を備えている。すなわち、停電により商用電源からの電力供給が途絶えた場合、停電用の蓄電池を放電することにより、通信設備に対して電力を供給することができる。

特開２０１３−１４３８６７号公報

ところで、一般的に、電気料金は基本料金と電力量料金とからなり、このうち基本料金は契約電力に応じて定まる料金である。よって、瞬間的に最も電力を必要とするピーク時の消費電力を抑制すると、契約電力を低く抑えることができ、その結果、基本料金を低く抑えることができる。ここで、ピーク時の消費電力を抑制する方法として、電力の消費ピーク時に蓄電池を放電することで、商用電源が供給する電力のピークカットに利用することが有効であると考えられている。

しかしながら、蓄電池の放電をピークカットに利用できない状態がある。無線基地局においては、一般的に空調機等の設備を備えており、停電により空調機の機能が停止すると、収容函内の温度が上がることがある。したがって、復電時においては、空調機が動作することになり、その消費電力が顕著に大きくなるという問題がある。

一方で、停電時においては、蓄電池は完全に放電してしまうことがあり、復電時においては充電のための充電電流が必要となる。よって、このような状態では蓄電池を消費電力のピークカットに利用できない、という問題がある。

図４（ａ）および（ｂ）に、整流器の電圧と、蓄電池に対する充電電力との関係を示す。図４（ａ）に示される通り、整流器の設定電圧を一定にすると、図４（ｂ）に示した通り、復電時直後においては、その充電電力は突出した状態となる。したがって、これを考慮して契約電力を大きくしておく必要がある。

そこで、上記課題を解決するために、蓄電池の放電を行なうことなく、契約電力を低く抑えるための電力制御を行なうことができる電力制御装置および電力制御方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の電力制御装置は、商用電源から供給される電力を、負荷および蓄電池に対して供給する出力手段と、復電時における前記出力手段からの出力電流があらかじめ定めた上限以下となるように定められた設定電圧を、前記出力手段に設定する調整手段と、を備える。

また、本発明の電力制御において、商用電源から供給される電力を、負荷および蓄電池に対して供給する出力手段を備える電力制御装置の電力制御方法において、 復電時における前記出力手段からの出力電流があらかじめ定めた上限以下となるように定められた設定電圧を、前記出力手段に設定する調整ステップと、を備える。

この発明によれば、復電時における出力電力があらかじめ定めた上限以下となるように定められた設定電圧に設定することで、蓄電池の充放電制御装置などの新たなハードウェアの追加を必要とすることなく、電圧制御によって復電時における消費電力を抑えることができ、その結果、契約電力を抑えることができる。

また、本発明の電力制御装置において、前記調整手段は、復電時において、出力手段からの出力電流が所定の閾値より小さい場合に、前記設定電圧を所定値上昇させる。

この発明によれば、出力電流が所定の閾値より小さい場合に、設定電圧を所定値上昇させることで、段階的に設定電圧を上昇させることができ、契約電力内において安定して電力供給を行なうことができる。

また、本発明の電力制御装置において、前記調整手段は、復電時において、前記設定電圧をあらかじめ定められた最小値に設定しておき、前記出力手段の出力電流に基づいて、前記設定電圧を規定値まで上昇させるように設定する。

この発明によれば、復電時において、設定電圧を最小値に設定しておき、出力電流に基づいて設定電圧を規定値まで上昇させるように設定することで、復電時直後には大電流を流すことがなくなり、消費電力のピークを抑えることができ、契約電力を抑えることができる。また、契約電力内において、電力供給を安定して行うことができる。

また、本発明の電力制御装置は、停電時における、蓄電池から出力される観測電流および観測電圧を検出する検出手段と、前記調整手段は、停電時において、前記検出手段により検出された観測電流および観測電圧に基づいて前記出力手段の設定電圧を調整する。

この発明によれば、停電時において検出される観測電流および観測電圧に基づいて、当該装置における設定電圧を調整することで、いつ復電となっても、大電流が流れることがない。よって、消費電力を契約電力内に抑えることができる。

また、本発明の電力制御装置において、前記調整手段は、前記観測電流および観測電圧に加えて、さらに前記電力制御装置の配線抵抗および前記蓄電池の内部抵抗に基づいて、前記設定電圧を調整する。

この発明によれば、出力電流に加えて、さらに装置内の配線抵抗および蓄電池の内部抵抗に基づいて、設定電圧を調整することで、いつ復電となっても、大電流が流れることがない。よって、消費電力を契約電力内に抑えることができる。この発明においては、制御間隔に比べて、電池電圧が急激に変化しないときに、簡単な制御で電力制御を行なうことができ、特に有効である。

また、本発明の電力制御装置は、前記蓄電池の電池容量に応じた設定電圧を記憶する記憶手段と、停電時における、前記蓄電池の電池容量を測定する測定手段と、を備え、前記調整手段は、停電時において、前記測定手段により測定された電池容量に対応する設定電圧を前記記憶手段から読み出して、前記出力手段に設定する。

この発明によれば、測定された蓄電池の電池容量に対応する設定電圧を読み出して、出力電圧として設定することで、いつ復電となっても、大電流が流れることがない。よって、消費電力を契約電力内に抑えることができる。この発明においては、蓄電池の劣化が顕著でない時、すなわち、満充電容量が変わっていない場合に、簡単な制御で電力制御を行なうことができ、効果的である。

また、本発明の電力制御装置は、停電時における、前記蓄電池から出力される観測電流を検出する検出手段と、あらかじめ定められた状態推定法に基づいて、前記検出手段により検出された観測電流から前記設定電圧を推定する状態推定手段と、を備え、前記調整手段は、停電時において、前記状態推定手段により推定された設定電圧を前記出力手段に設定する。

この発明によれば、あらかじめ定められた状態推定法に基づいて、出力電流から設定電圧を推定し、推定された設定電圧を出力電圧として設定することで、いつ復電となっても、大電流が流れることがない。よって、消費電力を契約電力内に抑えることができる。この発明においては、制御間隔に比べて、電池電圧が急激に変化するときに、簡単な制御で電力制御を行なうことができ、特に有効である。

本発明によれば、蓄電池の充放電制御装置などの新たなハードウェアの追加を必要とすることなく、電圧制御によって復電時における消費電力を抑えることができ、その結果、契約電力を抑えることができる。

本発明により、蓄電池の充放電制御装置がなくても、瞬間的に最も電力を必要とする復電時の電力を抑制でき、電気料金を削減することが可能となる。

本実施形態における電力制御システム１０のシステム構成を示すシステム図である。 整流器１００の機能構成を示すブロック図である。 整流器１００の動作を示すフローチャートである。 充電電力と整流器１００の設定電圧との関係を示したグラフである。 、整流器１００の理想的な電圧の遷移を示す説明図である。 停電時における観測電圧、蓄電池電圧および設定電圧との関係を示す説明図である。 第２実施形態の整流器１００ａの機能構成を示すブロック図である。 整流器１００ａの動作を示すフローチャートである。 整流器１００ｂの機能構成を示すブロック図である。 データ記憶部に記憶されているデータベースの具体例を示す説明図である。 整流器１００ｂの動作を示すフローチャートである。 状態予測法を用いて観測電圧から蓄電池電圧および設定電圧を導出することを示す説明図である。 整流器１００ｃの機能構成を示すブロック図である。 整流器１００ｃの動作を示すフローチャートである。

添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態における電力制御システム１０のシステム構成を示すシステム図である。図１に示される通り、電力制御システム１０は、整流器１００、蓄電池２００、および通信装置３００から構成されている。この電力制御システム１０は、本実施形態においては、携帯電話と通信するための無線通信局に備えられているものであるが、これは一例であって、無線通信局に限定するものではない。

整流器１００は、商用電源である商用電力４００からの交流電流を直流電流に変換する装置である。この整流器１００は、復電時において、出力される電圧（出力電圧）を、通信装置３００が許容する範囲で最小とする値に設定しておくことで、消費電力をあらかじめ定めた上限値以下に制御する電力制御装置としての機能を有する。無線通信基地局の電源システムの場合、通信装置３００が供給をうける電力の直流電圧は４１Ｖ〜５７Ｖの範囲になっているため、この範囲で電圧を可変に設定できるように構成されている。

そして、蓄電池２００の電池電圧に対して、外部印加電圧が高いほど、充電電流は大きくなる。よって、整流器１００は、蓄電池２００に対する充電電流を大きくしたいときは整流器１００の設定電圧を上げ、充電電流を小さくしたいときは蓄電池２００の電池電圧を下回らない範囲で、整流器１００の設定電圧を下げるように動作する。

蓄電池２００は、整流器１００において変換された直流電流により充電がなされ、また停電時には放電することにより整流器１００を介して通信装置３００に対して電力供給をする部分である。

通信装置３００は、携帯電話との間で無線通信を行なう部分である。通常は、通信装置３００は、商用電力４００から供給される電力によって動作するが、停電時においては、蓄電池２００により電力供給を受けることにより、動作することができる。本実施形態では、商用電力４００および蓄電池２００から電力供給を受ける負荷としての位置付けである。

つぎに、このような電力制御システム１０における整流器１００の構成について説明する。図２は、整流器１００の機能構成を示すブロック図である。図２に示される通り、整流器１００は、交流／直流変換部１０１（出力手段）、出力電流検出部１０２、および出力電圧調整部１０３（調整手段）を含んで構成されている。以下、構成要素について説明する。

交流／直流変換部１０１は、商用電力４００から出力される交流電流を直流電流に変換する部分である。この交流／直流変換部１０１は、停電時（商用電力４００からの電流が０）または復電時（商用電力４００からの電流が０を超えた値になった）に、通信装置３００が許容する範囲で最小となるように、整流器１００の出力電圧を設定することができ、その後、出力電圧調整部１０３による制御によって、電圧を可変に設定することにより供給する電力を制御することができる。

出力電流検出部１０２は、交流／直流変換部１０１から出力された電流を検出する部分である。

出力電圧調整部１０３は、出力電流検出部１０２において検出された出力電流に基づいて、交流／直流変換部１０１の設定電圧を設定する部分である。例えば、出力電流検出部１０２において、復電直後の交流／直流変換部１０１から出力された電流があらかじめ定めた閾値以下であると判断される場合には、交流／直流変換部１０１における設定電圧を微小量上げるよう設定を行ない、閾値よりも大きいと判断する場合には、設定電圧を変更しないよう設定制御を行なう。そして、設定電圧が規定値（上限値）に達するまで、設定電圧の更新制御を行なう。

このとき、閾値となる電流値は、満充電状態が要求される時間と蓄電池２００の電池容量とから決まり、復電時のピーク抑制の観点から満充電状態が要求される時間と閾値となる電流値の積が蓄電池の容量となるように設定するのが望ましい。整流器１００の出力電圧が浮動充電電圧などの制約による規定値（上限値）に達したとき、本制御は終了する。

例えば、復電時の整流器１００の設定電圧を４１．０Ｖとすると、充電されるにつれ蓄電池２００の電池電圧は上昇するので、充電電流は減少していく。そして充電電流が閾値よりも小さくなったとき、設定電圧を４１．１Ｖに変更することで、充電電流は増加する。その後は、充電されるにつれ、充電電流は減少し、設定電圧を大きくするという動作を、整流器１００の設定電圧が規定値に達するまで繰り返す。

このように構成された整流器１００の動作について説明する。図３は、整流器１００の動作を示すフローチャートである。図３に示される通り、交流／直流変換部１０１において電流が流れて復電したと判断されると（Ｓ１０１）、その交流／直流変換部１０１の設定電圧が最小値に設定される（Ｓ１０２）。そして、整流器１００の出力電流が閾値以下であるか否かが、出力電流検出部１０２により検出される（Ｓ１０３）。ここで、閾値以下であると判断されると（Ｓ１０３）、出力電圧調整部１０３により、整流器１００の設定電圧が微小量上げるよう制御がなされる（Ｓ１０４）。そして、整流器１００の設定電圧が規定値（上限）に達するまで、Ｓ１０３〜Ｓ１０４の処理が繰り返し行われる。一方、Ｓ１０３において、出力電流が閾値を超えたと判断されると、整流器１００の出力電流が閾値以下になるまで待機する（Ｓ１０６）。そして、出力電流が閾値以下になると、整流器１００の設定電圧をあげるため、設定電圧の制御がなされる（Ｓ１０４）。

このような制御を行なうことにより、復電時における整流器１００からの充電電力は、抑制されることになる。その充電電力と、電圧との関係を示したグラフを図４（ｃ）および図４（ｄ）に示す。図４（ｃ）は、整流器１００の設定電圧と出力された充電電力との関係を示した図である。図４（ｃ）においては、縦軸に整流器１００における設定電圧、横軸に復電時からの時間経過を規定しており、出力電流に応じて、時間経過とともに設定電圧を上げるように制御している。図４（ｄ）においては、縦軸に充電電力、横軸に復電時からの時間経過を規定しており、時間経過に関わらず充電電力（出力電流に相当）は、一定であることを示している。以上のことから、整流器１００において設定電圧を制御することによって、整流器１００からの充電電力は一定となり、その契約電力以下に抑えることが可能となる。

上記実施形態は整流器１００の設定電圧の制御に関して述べたものであったが、無線基地局が蓄電池２００の充放電制御装置を備える場合には、復電時に充放電制御装置が定める充電量を上述閾値となる電流値に設定するようにしてもよい。

また、上記実施形態は整流器１００の内部に出力電流検出部１０２、および出力電圧調整部１０３を備えるものであったが、これは整流器１００の外に設置しても良い。

また、上記実施形態は、無線基地局において復電時に瞬間的に最も電力を必要とすることから、蓄電池２００の充電電流を制御することでピーク電力を抑制し、電気料金を削減するというものであったが、これは無線基地局に限定しなくてもよい。

つぎに、本実施形態の整流器１００の作用効果について説明する。この整流器１００において、出力電圧調整部１０３が、復電時における出力電流があらかじめ定めた上限以下となるように定められた設定電圧に、交流／直流変換部１０１ｃの設定電圧を設定することで、蓄電池の充放電制御装置などの新たなハードウェアの追加を必要とすることなく、電圧制御によって、復電時における消費電力を抑えることができ、その結果、契約電力を抑えることができる。さらに、電圧制御といったソフトウエアによる制御であるため、そのようなソフトウエアを追加するだけで、新たなハードウェアを必要とせず、また蓄電池の種類によってそれぞれ開発が必要なものでもないため、コストを低く抑えることができる。

また、復電時において、出力電圧調整部１０３が、交流／直流変換部１０１における出力電圧を最小値に設定しておき、交流／直流変換部１０１からの出力電流に基づいて、その交流／直流変換部１０１の設定電圧を規定値まで上昇させるように設定することで、復電時直後には大電流を流すことがなくなり、消費電力のピークを抑えることができ、契約電力を抑えることができる。また、契約電力内において、電力供給を安定して行うことができる。

また、整流器１００において、出力電流が所定の閾値より小さい場合に、交流／直流変換部１０１の設定電圧を所定値上昇させることで、段階的に出力電圧を上昇させることができ、契約電力内において安定して電力供給を行なうことができる。

［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態について説明する。第１実施形態については、復電時に、あらかじめ定めた最小電圧を整流器１００ａに設定するものであるが、復電はいつ起きるかわからないため、停電時に整流器１００ａ内において設定電圧を変更しておくことが必要である。図５は、整流器１００の理想的な電圧の遷移を示す説明図である。図５に示すように、停電時においては、徐々に整流器１００ａの設定電圧および蓄電池の電圧を下げるよう制御し、復電時においては、徐々に上げるように制御することで、蓄電池２００に対して流すべき充電電流が流れるように出力電圧が設定されることになる。理想的には一定電力が流れるように設定される。

図６に、本実施形態における停電時における整流器１００ａの出力電圧の設定方法について説明する。図７に示される通り、この整流器１００ａは、交流／直流変換部１０１ａ（出力手段）、出力電流・電圧検出部１０２ａ、出力電圧調整部１０３ａ（調整手段）、観測電流・電圧検出部１０４ａ（検出手段）を含んで構成されている。なお、この整流器１００ａが組み込まれる電力制御システム１０は、図１に示されるシステム構成と同じである。また、この第２実施形態においては、整流器１００ａにおいて設定される電圧を設定電圧と称し、実際に出力されている電流の電圧を出力電圧と称する。

図６において、観測電圧Ｖ１は、停電時において蓄電池２００から整流器１００ａ内を通って流れる電流の電圧であり、観測電流・電圧検出部１０４ａにより計測可能な値である。蓄電池電圧Ｖ２は、観測電圧Ｖ１に基づいて計算される、蓄電池２００内における電圧である。また、設定電圧Ｖ３は、整流器１００ａにおいて設定される電圧であり、この設定電圧Ｖ３に従って電流は出力される。この設定電圧Ｖ３は、出力電力に基づいて計算される電圧である。なお、図６においては、停電からの経過時間ｔｘを復電時点としている。以下、その具体的な計算式を示す。

蓄電池電圧Ｖ２＝観測電圧Ｖ１＋ΔＶ
設定電圧Ｖ３＝観測電圧Ｖ１＋ΔＶ＋ΔＶ’
ΔＶ＝整流器１００ａの観測電流Ｉ×（配線抵抗Ｒ１＋蓄電池の内部抵抗Ｒ２）
ΔＶ’＝√（流すべき一定電力Ｐ×（配線抵抗＋蓄電池の内部抵抗））
なお、流すべき一定電力Ｐは契約電力に基づいて定まる値であることから、ΔＶ’は、固定値となり、あらかじめ定めた値としてもよい。また、配線抵抗Ｒ１は、交流／直流変換部１０１ａと通信装置３００との間の配線の抵抗であり、蓄電池２００の内部抵抗Ｒ２は、蓄電池２００と整流器１００ａとの間の配線の抵抗である。

図６に示されるように、整流器１００ａにおける観測電圧Ｖ１に基づいて設定電圧Ｖ３を設定することにより、復電時における電力がピークを超えることなく、一定電力が消費されることができる。以下、そのための整流器１００ａの機能構成について説明する。

図７は、第２実施形態の整流器１００ａの機能構成を示すブロック図である。この整流器１００ａは、交流／直流変換部１０１ａ、出力電流・電圧検出部１０２ａ、出力電圧調整部１０３ａ、および観測電流・電圧検出部１０４ａを含んで構成されている。

交流／直流変換部１０１ａは、商用電力４００から出力される交流電流を直流電流に変換する部分である。本実施形態においては、停電時において、観測電流・電圧検出部１０４ａにより検出される観測電流Ｉおよび観測電圧Ｖ１に基づいて設定電圧Ｖ３が算出され、その設定電圧Ｖ３が交流／直流変換部１０１ａに設定され、設定電圧Ｖ３で定められた電圧で電流が出力される。

復電時においては、第１実施形態と同様に、交流／直流変換部１０１ａは、出力電圧調整部１０３ａによる制御によって、電圧を可変に設定することにより出力する電流（電力）を制御することができる。

出力電流・電圧検出部１０２ａは、交流／直流変換部１０１ａから出力される出力電流および出力電圧を検出する部分である。交流／直流変換部１０１ａから蓄電池２００に対する出力電流を検出する必要があることから、その検出地点は、交流／直流変換部１０１ａと蓄電池２００とを結ぶ配線上とする必要がある。

出力電圧調整部１０３ａは、観測電流・電圧検出部１０４ａにより検出された観測電流および観測電圧に基づいて、ΔＶおよびΔＶ’を計算することで、設定電圧Ｖ３を計算し、設定電圧Ｖ３を交流／直流変換部１０１ａの出力電圧として設定する部分である。

さらに、出力電圧調整部１０３ａは、出力電流／電圧検出部１０２ａにおいて、復電直後の交流／直流変換部１０１ａから出力された電流があらかじめ定めた閾値以下であると判断される場合には、交流／直流変換部１０１ａにおける設定電圧を微小量上げるよう設定を行ない、閾値よりも大きいと判断する場合には、設定電圧を変更しないよう設定制御を行なう。そして、設定電圧が上限値に達するまで、その設定電圧の更新制御を行なう。

観測電流・電圧検出部１０４ａは、停電時において蓄電池２００が放電した出力電流および出力電圧を観測電流および観測電圧として検出する部分である。蓄電池の放電した出力電流および出力電圧を検出するため、その検出地点は、図７に示される通り、通信装置３００と蓄電池２００との結ぶ配線上とする。

つぎに、この整流器１００ａの動作について説明する。図８は、本実施形態の整流器１００ａの動作を示すフローチャートである。この整流器１００ａにおいて、交流／直流変換部１０１ａにより、商用電力４００からの電力供給が途絶え、電流が流れていないと判断されると、停電した判断される（Ｓ２０１）。そして、停電した後、蓄電池２００から電流が流れ、観測電流・電圧検出部１０４ａにより、観測電流および観測電圧が検出される（Ｓ２０２）。

出力電圧調整部１０３ａにおいて、観測電流・電圧検出部１０４ａにより検出された観測電流Ｉおよび観測電圧Ｖ１に基づいてΔＶが計算され、蓄電池電圧Ｖ２が計算される（Ｓ２０３）。そして、蓄電池電圧Ｖ２に基づいて整流器１００ａに設定されるべき設定電圧Ｖ３が計算され（Ｓ２０４）、その設定電圧Ｖ３が整流器１００ａに出力電圧として設定される（Ｓ２０５）。これらＳ２０２からＳ２０５の処理が復電するまで（Ｓ２０６：ＮＯ）、継続してまたは所定周期をもってして行われる。そして、復電すると、図３に示される処理が実行され、消費電力のピークを抑えた電力制御を可能にする。

このように停電時において、整流器１００ａにおける設定電圧Ｖ３を、停電時からの時間経過に伴って低くするように制御することにより、復電時において出力電力が契約電力を超えることなく、整流器１００ａからの出力電力を一定となるように抑えることができる。

つぎに、第２実施形態の整流器１００ａの作用効果について説明する。この整流器１００ａによれば、観測電流・電圧検出部１０４ａは、停電時において蓄電池２００から出力される出力電流および出力電圧を観測電流および観測電圧として検出する。そして、出力電圧調整部１０３ａは、この観測電流および観測電圧に基づいて蓄電池２００の電池電圧を算出し、さらに電池電圧に基づいて交流／直流変換部１０１の設定電圧を求めて、設定することができる。これにより、いつ復電となっても、大電流が流れることがなくなり、よって、消費電力を契約電力内に抑えることができる。

また、この整流器１００ａにおいて、交流／直流変換部１０１の出力電流に加えて、さらに整流器１００ａの配線抵抗および蓄電池２００の内部抵抗に基づいて、蓄電池２００の電池電圧を求めることで、交流／直流変換部１０１の設定電圧を調整することができ、いつ復電となっても、大電流が流れることがない。よって、消費電力を契約電力内に抑えることができる。特に、この整流器１００ａにおいては、制御間隔に比べて、電池電圧が急激に変化しないときに、簡単な制御で電力制御を行なうことができ、有効である。

［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態について説明する。この第３実施形態においては、あらかじめ定めたデータベースを用いて、蓄電池２００の電池容量に応じて、停電時における整流器１００ｂを設定電圧Ｖ３に設定しておき、いつ復電が起きても、その出力される電流に基づいた消費電力が一定電力となるように制御することを特徴とする。

一般的に、蓄電池２００のＳＯＣ（電池容量）と蓄電池電圧とは静的な非線形関係が成り立つものである。本実施形態においては、この非線形な関係を利用して、データベースにあらかじめＳＯＣと、適切な設定電圧とを対応付けておき、ＳＯＣに応じた設定電圧を設定することができる。これは、蓄電池２００の劣化（満充電容量が変わる）が顕著でない時に効果的である。以下、その具体的な構成および動作について説明する。

図９は、第３実施形態における整流器１００ｂの機能構成を示すブロック図である。なお、この整流器１００ｂが組み込まれる電力制御システム１０は、図１に示されるシステム構成と同じである。図９に示される通り、整流器１００ｂは、交流／直流変換部１０１ｂ（出力手段）、出力電流・電圧検出部１０２ｂ、出力電圧調整部１０３ｂ（調整手段）、放電電流検出部１０４ｂ、放電量算出部１０５ｂ（測定手段）およびデータ記憶部１０６ｂ（記憶手段）を含んで構成されている。

交流／直流変換部１０１ａは、商用電力４００から出力される交流電流を直流電流に変換する部分である。さらに、本実施形態においては、停電時において、蓄電池２００の電池容量およびあらかじめ定められたデータベースに基づいて定められた設定電圧Ｖ３が設定され、復電時においてこの設定電圧Ｖ３で電流の出力を行なう。

出力電流・電圧検出部１０２ｂは、交流／直流変換部１０１ｂから出力される出力電流および出力電圧を検出する部分である。さらに、出力電流・電圧検出部１０２ｂは、停電時において、蓄電池２００の放電量を検出するとともに、その累積値を計算する部分である。

出力電圧調整部１０３ｂは、放電量算出部１０５ｂにより算出された蓄電池２００の放電量の累積値から算出された電池容量（ＳＯＣ）に基づいて、データ記憶部１０５６から設定電圧Ｖ３を読み出し、これを交流／直流変換部１０１ｂに設定する。

さらに、第１実施形態と同様に、出力電圧調整部１０３ｂは、出力電流・電圧検出部１０２ｂにおいて、復電直後の交流／直流変換部１０１ｂから出力された電流が、あらかじめ定めた閾値以下であると判断される場合には、交流／直流変換部１０１ｂにおける設定電圧を微小量上げるよう設定を行ない、閾値よりも大きいと判断する場合には、設定電圧を変更しないよう設定制御を行なう。そして、設定電圧が上限値に達するまで、設定電圧の更新制御を行なう。

放電電流検出部１０４ｂは、蓄電池２００が放電したことにより出力した放電電流を検出する部分である。この検出地点は、通信装置３００と蓄電池２００とを結んだ配線上とする。

放電量算出部１０５ｂは、放電電流検出部１０４ｂにより検出された蓄電池２００からの放電電流の累積値から電池容量を算出する部分である。

データ記憶部１０６ｂは、電池容量と設定電圧Ｖ３とを対応付けて記憶する部分である。図１０は、その具体例を示す説明図である。図１０に示される通り、このデータ記憶部１０６ｂは、電池容量として１００％、９０％・・・などに対応付けて、交流／直流変換部１０１ｂに設定される設定電圧Ｖ３を記憶している。なお、図１０は例示であり、このように１０％おきに設定電圧を対応付けることに限定するものではなく、より細かく設定電圧Ｖ３を対応付けておいてもよい。

つぎに、このように構成された整流器１００ｂの動作について説明する。図１１は、本実施形態の整流器１００ｂの動作を示すフローチャートである。図１１に示される通り、交流／直流変換部１０１ｂにより、停電発生と判断されると（Ｓ３０１）、放電電流検出部１０４ｂにより、蓄電池２００の放電量が検出され（Ｓ３０２）、放電量算出部１０５ｂにより、その累積値が算出される（Ｓ３０３）。そして、放電量算出部１０５ｂにより、放電量の累積値から蓄電池２００の電池容量が算出される（Ｓ３０４）。

つぎに、出力電圧調整部１０３ｂにより、放電量算出部１０５ｂにより算出された電池容量に応じた設定電圧Ｖ３がデータ記憶部１０６ｂから読み出され（Ｓ３０６）、交流／直流変換部１０１ｂに設定される（Ｓ３０６）。これが復電されるまで（Ｓ３０７）、繰り返し処理され、交流／直流変換部１０１ｂの設定電圧が更新される。そして、復電すると、図３に示される処理が実行され、消費電力のピークを抑えた電力制御を可能にする。

つぎに第３実施形態の整流器１００ｂの作用効果について説明する。この整流器１００ｂにおいて、放電電流検出部１０４ｂが蓄電池２００の放電電流を検出し、放電量算出部１０５ｂは、その放電電流の累積値を計算して、電池容量を算出する。そして、出力電圧調整部１０３ｂは、蓄電池２００の電池容量に対応する設定電圧を、データ記憶部１０６ｂから読み出して、交流／直流変換部１０１ｂに設定することで、いつ復電となっても、大電流が流れることがない。よって、消費電力を契約電力内に抑えることができる。この実施形態においては、蓄電池２００の劣化が顕著でない時、すなわち、満充電容量が変わっていない場合に、簡単な制御で電力制御を行なうことができ、効果的である。

［第４実施形態］
つぎに、第４実施形態について説明する。この第４実施形態においては、カルマンフィルタやベイズ推定などの状態推定法を用いて、蓄電池２００の電池電圧を予測し、予測した電池電圧に基づいて整流器１００に設定すべき設定電圧Ｖ３を導出することを特徴とする。

図１２を用いて、状態推定法を用いた設定電圧Ｖ３の推定について説明する。図１２において、時間ｔ１における蓄電池電圧Ｖ２は、その前の時間ｔ０に検出された観測電圧Ｖ１および観測電流と状態推定法とを用いて推定される。そして、整流器１００ｃに設定される設定電圧Ｖ３は、第２実施形態において説明したΔＶ’を加算することで算出される。なお、時間ｔｘは、復電した時点を示す。

ここで状態推定法としてカルマンフィルタを用いた方法について説明する。クーロンカウント法による蓄電池２００の電池容量ＳＯＣ（State Of Charge）の計算をサンプリング周期Ｔで離散化すると、以下の式（１）で表すことができる。なお、ＦＣＣは、蓄電池２００の満充電容量を示す。

そして、推定すべき状態をｘ(ｋ)=ＳＯＣ（ｋ） とし、Ｖ（ｋ）、ｗ（ｋ） を互いに独立なシステム雑音と観測雑音とすると、スカラ非線形状態方程式は、以下の式（２）および（３）の通りに表すことができる。ここでｕ（ｋ）は、観測電流であり、ｙ（ｋ）は、観測電圧であるとする。

ここで、Ｒを抵抗（配線抵抗+内部抵抗）とし、蓄電池２００の電圧（開回路電圧）ＯＣＶ（Open CircuitVoltage）がＳＯＣとの間で式（６）に記すような静的な非線形関係が成り立つことを用いると、各パラメータは以下で表すことができる。

線形近似の為、ヤコビアンは、以下の式（７）の通りとなる。

このようなことを前提に、拡張カルマンフィルタに適用すると、次のアルゴリズムで事前推定値を推定することができる。

ここでは、式（８）を用いて、事前推定値

を導出している。式（９）から式（１０）は、式（８）を求めるための式となる。そして、ここでは、事前推定値とは、電池容量ＳＯＣであることから、式（６）示す関数から 電池電圧ＯＣＶを導きだすことができる。そして、この電池電圧ＯＣＶに、例えば第１実施形態で示したΔＶ’を加えると、整流器１００に設定する予測すべき設定電圧Ｖ３を算出することができる。

なお、本実施形態では、カルマンフィルタを用いた状態予測法について説明したが、状態予測法は、公知の技術であり、そのほかベイズ予測法などを適用することができる。

つぎに、上述説明した状態推定法を実行することができる整流器１００ｃの機能構成について説明する。図１３は、本実施形態の整流器１００ｃの機能構成を示すブロック図である。この整流器１００ｃは、交流／直流変換部１０１ｃ（出力手段）、出力電流・電圧検出部１０２ｃ、出力電圧調整部１０３ｃ（調整手段）、観測電流・電圧検出部１０４ｃ（検出手段）および状態推定部１０６ｃ（状態推定手段）を含んで構成されている。

交流／直流変換部１０１ｃは、商用電力４００から出力される交流電流を直流電流に変換する部分である。本実施形態においては、停電時において、出力電流・電圧検出部１０２ｃにより検出される観測電流ｕ（ｋ）に基づいて、設定電圧Ｖ３が推定され、交流／直流変換部１０１ｃに設定される。

復電時においては、第１実施形態と同様に、交流／直流変換部１０１ｃは、出力電圧調整部１０３ｃによる制御によって、電圧を可変に設定することにより出力する電流（電力）を制御することができる。

出力電流・電圧検出部１０２ｃは、交流／直流変換部１０１ｃから出力される出力電流を検出する部分である。

出力電圧調整部１０３ｃは、状態推定部１０６ｃにより推定された設定電圧Ｖ３を、交流／直流変換部１０１に出力電圧として設定する部分である。

さらに、第１実施形態と同様に、出力電圧調整部１０３ｃは、出力電流・電圧検出部１０２ｃにおいて、復電直後の交流／直流変換部１０１ｃから出力された電流が、あらかじめ定めた閾値以下であると判断される場合には、交流／直流変換部１０１ｃにおける設定電圧を微小量上げるよう設定を行ない、閾値よりも大きいと判断する場合には、設定電圧を変更しないよう設定制御を行なう。そして、設定電圧が上限値に達するまで、設定電圧の更新制御を行なう。

状態推定部１０６ｃは、上述したとおり、観測電流・電圧検出部１０４ｃにより検出された観測電流をカルマンフィルタなどの状態推定法に適用することにより、蓄電池２００の蓄電池電圧Ｖ２を推定する部分である。さらに、状態推定部１０６ｃは、推定した蓄電池２００の電池電圧に基づいて設定電圧Ｖ３を算出する。例えば、推定した蓄電池電圧Ｖ２に、第１実施形態で求めたΔＶ’を加算することにより設定電圧Ｖ３を算出する。

つぎに、このように構成された整流器１００ｃの動作について説明する。図１４は、整流器１００ｃの動作を示すフローチャートである。この整流器１００ｃにおいて、交流／直流変換部１０１ｃにより、商用電力４００からの電力供給が途絶え、電流が流れていないと判断されると、停電した判断される（Ｓ４０１）。そして、停電したと判断されると、出力電流・電圧検出部１０２ｃにより、交流／直流変換部１０１ｃから変換されて出力された観測電流ｕ（ｋ）が検出される（Ｓ４０２）。

そして、状態推定部１０６ｃにより、観測電流ｕ（ｋ）に基づいて観測電圧ｙ（ｋ）が算出され（Ｓ４０３）、あらかじめ定めた状態推定法により、蓄電池２００の電池電圧（ＯＶＣ）が算出される（Ｓ４０４）。算出された電池電圧にΔＶ’（第２実施形態を参照）を加算することにより設定電圧Ｖ３が算出され（Ｓ４０５）、算出された設定電圧Ｖ３は、交流／直流変換部１０１ｃに設定される（Ｓ４０６）。これらＳ４０２からＳ４０６の処理が復電するまで（Ｓ４０７：ＮＯ）、継続してまたは所定周期をもってして行われる。そして、復電すると、図３に示される処理が実行され、消費電力のピークを抑えた電力制御を可能にする。

つぎに、第４実施形態の整流器１００ｃの作用効果について説明する。この整流器１００ｃにおいて、状態推定部１０６ｃは、あらかじめ定められた状態推定法に基づいて、観測電流・電圧検出部１０４ｃにより検出された観測力電流および観測電圧から、交流／直流変換部１０１ｃに設定すべき設定電圧を推定する。

より具体的には、状態推定部１０６ｃは、例えばカルマンフィルタを用いて、観測電流から観測電圧を求め、さらに、蓄電池２００の電池電圧を推定する。出力電圧調整部１０３ｃは、推定した蓄電池２００の電池電圧に対して、例えば第１実施形態で示したΔＶ’を加算することにより、交流／直流変換部１０１ｃの出力電圧として設定する設定電圧を算出することができる。そして、出力電圧調整部１０３ｃは、算出した設定電圧を交流・直流変換部１０１ｃに設定することで、いつ復電となっても、大電流が流れることがない。よって、消費電力を契約電力内に抑えることができる。この整流器１００ｃにおいては、制御間隔に比べて、電池電圧が急激に変化するときに、簡単な制御で電力制御を行なうことができ、特に有効である。

１０…電力制御システム、１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…整流器、１０１、１０１ａ、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ…交流／直流変換部、１０２…出力電流検出部、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ…出力電流・電圧検出部、１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ…出力電圧調整部、１０４ｂ…放電電流検出部、１０５ｂ…放電量算出部、１０６ｂ…データ記憶部、１０６ｃ…状態推定部、２００…蓄電池、３００…通信装置、４００…商用電力。

Claims (8)

1. 商用電源から供給される電力を、負荷および蓄電池に対して供給する出力手段と、
   復電時における前記出力手段からの出力電流があらかじめ定めた上限以下となるように定められた設定電圧を、前記出力手段に設定する調整手段と、を備える電力制御装置。
2. 前記調整手段は、復電時において、出力手段からの出力電流が所定の閾値より小さい場合に、前記設定電圧を所定値上昇させる、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記調整手段は、復電時において、前記設定電圧をあらかじめ定められた最小値に設定しておき、前記出力手段からの出力電流に基づいて、前記設定電圧を規定値まで上昇させるように設定する、請求項２に記載の電力制御装置。
4. 停電時における、蓄電池から出力される観測電流および観測電圧を検出する検出手段と、
   前記調整手段は、停電時において、前記検出手段により検出された観測電流および観測電圧に基づいて前記出力手段における設定電圧を調整する、請求項１または２に記載の電力制御装置。
5. 前記調整手段は、前記観測電流および前記観測電圧に加えて、さらに前記電力制御装置の配線抵抗および前記蓄電池の内部抵抗に基づいて、前記設定電圧を調整する、請求項４に記載の電力制御装置。
6. 前記蓄電池の電池容量に応じた設定電圧を記憶する記憶手段と、
   停電時における、前記蓄電池の電池容量を測定する測定手段と、
   を備え、
   前記調整手段は、停電時において、前記測定手段により測定された電池容量に対応する設定電圧を前記記憶手段から読み出して、前記出力手段に設定する、請求項１または２に記載の電力制御装置。
7. 停電時における、前記蓄電池から出力される観測電流を検出する検出手段と、
   あらかじめ定められた状態推定法に基づいて、前記検出手段により検出された観測電流から前記設定電圧を推定する状態推定手段と、
   を備え、
   前記調整手段は、停電時において、前記状態推定手段により推定された設定電圧を前記出力手段に設定する、請求項１または２に記載の電力制御装置。
8. 商用電源から供給される電力を、負荷および蓄電池に対して供給する出力手段を備える電力制御装置の電力制御方法において、
   復電時における前記出力手段からの出力電流があらかじめ定めた上限以下となるように定められた設定電圧を、前記出力手段に設定する調整ステップと、を備える電力制御方法。
   

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