JP2016025816A - 電力供給システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給システムを常に高い効率で運転させながら、電力系統から供給される電力を平準化することが可能な制御装置を提供すること。
【解決手段】この制御装置１００は、
算定期間ＴＭの間に、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給されると予測される予測電力量ＰＰを算出する予測部１０１Ａと、
算定期間ＴＭの間にＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから負荷ＬＤに供給されるべき電力量である第１供給電力量ＳＰ１を算出する供給量算出部１０２Ａと、
第１供給電力量ＳＰ１を定格電力Ｐ２０で除することにより、放電時間ＤＴ１を算出する時間算出部１０３Ａと、を備えており、
定格電力Ｐ２０に相当する電力が、算定期間ＴＭのうち放電時間ＤＴ１の間だけ負荷ＬＤに供給されるよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａを制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電池に蓄えられた電力を、電力変換器を介して負荷に供給する電力供給システムの制御装置に関する。

電力系統から建物に供給される電力は、電力使用機器（負荷）の稼働状況により大きく変動する。そこで、例えば工場のように大きな電力が消費される建物には、電力系統から供給される電力を平準化（ピークカット）することを目的として、蓄電池を含む電力供給システムが備えられることが多い。このような電力供給システムは、電力使用量が比較的少ない時間帯（例えば夜間）において蓄電池に電力を蓄えておき、電力使用量が比較的多い時間帯に蓄電池から電力を供給するものである。電力供給システムを備えることにより、電力系統から供給される電力の最大値が低く抑えられるため、電力事業者に支払う電気料金（契約基本料）を抑制することができる。

負荷に繋がる電力供給ラインと蓄電池との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータのような電力変換器が備えられるのが一般的である。電力変換器は、電力供給ラインと蓄電池との間で電圧を調整して両者を繋ぐものである。蓄電池に蓄えられた電力は、電力変換器によって昇圧された後に、電力供給ラインを通じて負荷に供給される。

電力変換器は、定格電力を出力する際における運転効率が最も高いことが知られている。換言すれば、定格電力よりも低い電力を出力する際には、電力変換器の運転効率は低下してしまう。そこで、下記特許文献１に記載の電力供給システムでは、建物の電力使用量が継続的に多くなるような時間帯、すなわち、電力変換器から継続的に定格電力が出力されるような時間帯を予測して、当該時間帯に電力供給システムから電力の供給が行われるように構成されている。電力変換器が高い効率で継続的に運転されるため、蓄電池に蓄えられた電力を有効に取り出して負荷に供給することが可能となっている。

特開２０１２−２５７４０６号公報

上記特許文献１に記載の電力供給システムでは、建物の電力需要が継続的に大きくなるような時間帯、すなわち、電力変換器から長時間連続して定格電力を出力することのできる時間帯にのみ、負荷への電力の供給を行うような制御が行われる。このため、当該時間帯以外において一時的に建物の電力使用量が増加した場合には、電力供給システムから負荷への電力の供給は行われず、電力系統から供給される電力が増加してしまうこととなる。

その対策として、全ての時間帯において電力系統から供給される電力を平準化するような制御を行おうとすると、定格電力よりも低い電力が電力供給システムから出力されるような時間帯（定格電力が継続して出力されると過剰になってしまうような時間帯ともいえる）も生じることとなる。そのような時間帯においては、やはり電力変換器の運転効率が低下してしまい、電力のロスが生じることとなる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力供給システムを常に高い効率で運転させながら、電力系統から供給される電力を平準化することが可能な制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力供給システムの制御装置は、蓄電池（３１Ａ，３１Ｂ）に蓄えられた電力を、電力変換器（３２Ａ，３２Ｂ）を介して負荷（ＬＤ）に供給する電力供給システム（ＰＳ）の制御装置であって、予め定められた期間である算定期間（ＴＭ）の間に、電力系統（ＣＰ）から負荷に供給されると予測される予測電力量（ＰＰ）を算出する予測部（１０１Ａ）と、算定期間の間に電力変換器から負荷に供給されるべき電力量である供給電力量（ＳＰ１，ＳＰ２）を、予測電力量に基づいて算出する供給量算出部（１０２Ａ）と、供給電力量を電力変換器の定格電力（Ｐ２０）で除することにより、放電時間（ＤＴ１，ＤＴ２）を算出する時間算出部（１０３Ａ）と、を備え、定格電力に相当する電力が、算定期間のうち放電時間の間だけ負荷に供給されるよう、電力変換器を制御することを特徴とする。

本発明に係る制御装置では、予め定められた期間である算定期間の全体において電力変換器から負荷への電力出力を行うのではなく、当該算定期間のうち一部の時間（放電時間）においてのみ電力出力を行うような制御が行われる。また、そのときに電力変換器から出力される電力の大きさは、電力変換器の定格電力に相当する大きさとなっている。このため、電力変換器を高い運転効率で運転させて、蓄電池に蓄えられた電力を無駄なく負荷に供給することができる。

また、上記のような制御が行われる結果、算定期間のうち放電時間以外の時間帯においては、電力変換器から負荷への電力出力は行われない。しかしながら、放電時間は、供給電力量を電力変換器の定格電力で除することにより算出されたものであるから、算定期間において電力供給システムから負荷に供給される電力量は、予測電力量に基づいて設定された供給電力量に等しくなる。このため、算定期間の全体においてみれば、負荷に供給される電力量が過剰になったり、不足してしまったりすることはない。

ところで、算定期間のうち電力変換器から負荷への電力出力が行われない時間帯においては、電力系統から負荷に供給される電力が一時的に大きくなる。このため、電力系統から供給される電力のピークが高くなり、電力事業者に支払うべき翌年の契約基本料が増加してしまうようにも思われる。

しかしながら、契約基本料は、電力系統から供給された電力の瞬間的なピーク値に応じて定められるのではなく、電力系統から供給された電力量を一定の期間毎（３０分毎）に積算して得られる値（積算電力量）に応じて定められることとなっている。つまり、３０分間の間において大きなピーク値が存在していたとしても、当該３０分間における積算電力量が低いのであれば、翌年の契約基本料が増加してしまう（あるいは、違約金の支払いが必要となる）ことはないのである。従って、積算電力量が算出される期間と一致するように本発明の算定期間を設定することで、翌年の契約基本料が増加してしまうことを回避することができる。

このように、本発明によれば、常に高い運転効率で電力供給システムから負荷へと電力を供給しながらも、電力系統から負荷に供給される電力を平準化することができる。電力変換器からは定格電力に相当する電力のみが出力されるのであるが、算定期間における負荷への電力供給量が過剰となるわけではないので、蓄電池に蓄えられた電力の一部が無駄になってしまうことはない。また、電力系統から負荷に供給される電力は一時的に大きくなることはあるが、算定期間における積算電力量は増加しないので、翌年の契約基本料が増加してしまうことを回避することができる。

尚、電力変換器から負荷に電力が供給される時間が、放電時間よりも僅かに短い場合や、放電時間よりも僅かに長いような場合であっても、上記のように算出された放電時間に相当する時間において電力が出力されるのであれば、本発明の効果は十分に奏される。

本発明によれば、電力供給システムを常に高い効率で運転させながら、電力系統から供給される電力を平準化することが可能な制御装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る制御装置の制御対象である、電力供給システムの全体を示す電力系統図である。 図１に示された制御装置の機能的なブロックを説明するための制御ブロック図である。 制御装置によって行われる処理の流れを示すフローチャートである。 電力供給システムの電力変換器から負荷に供給される電力の変化を示すグラフである。 電力変換器における負荷率と効率との関係を示すグラフである。 電力供給システムの電力変換器から負荷に供給される電力の変化を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る制御装置１００の制御対象である電力供給システムＰＳについて説明する。電力供給システムＰＳは、工場ＦＣに電力を供給するためのシステムとして構成されている。

尚、工場ＦＣは、商用電源である電力系統ＣＰからも電力の供給を受けている。電力系統ＣＰと工場ＦＣとは、交流バスラインである電力供給ラインＳＬ０によって接続されている。工場ＦＣには、電力供給ラインＳＬ０を通じて３相２００Ｖの交流電力が電力系統ＣＰから供給されている。工場ＦＣ内に設置された電力使用機器（負荷）は、主に電力系統ＣＰからの電力の供給を受けて稼働される。尚、以降の説明においては、工場ＦＣ内に設置された電力使用機器の全体のことを「負荷ＬＤ」とも表記する。

電力供給システムＰＳは、電力系統ＣＰと工場ＦＣとを繋ぐ電力供給ラインＳＬ０の途中に接続されている。電力供給システムＰＳは、電力供給ラインＳＬ０を通じて補助的な電力を負荷ＬＤに供給し、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力を抑制するためのものである。電力供給システムＰＳは、太陽光発電ユニット２０と、蓄電池ユニット３０と、系統連系インバータ４０とを備えている。

太陽光発電ユニット２０は、太陽光のエネルギーを電力に変換し、当該電力を負荷ＬＤに供給するための装置である。太陽光発電ユニット２０からの電力は、電力供給ラインＳＬ１及び電力供給ラインＳＬ０を通じて負荷ＬＤに供給される。電力供給ラインＳＬ１は、一端が電力供給ラインＳＬ０に接続された交流バスラインである。

太陽光発電ユニット２０は、太陽光パネル２１と、インバータ２２とを備えている。太陽光パネル２１は、太陽光のエネルギーを直接電力に変換することにより発電するものであり、工場ＦＣの屋根に複数設置されている。

インバータ２２は、太陽光パネル２１で生じた直流電力を３相２００Ｖの交流電力に変換して、当該電力を電力供給ラインＳＬ１に供給するための電力変換器である。インバータ２２は、それぞれの太陽光パネル２１に１台ずつ設けられている。図１に示されるように、本実施形態では４組の太陽光パネル２１及びインバータ２２が、電力供給ラインＳＬ１に対して並列に接続されている。尚、太陽光パネル２１及びインバータ２２のそれぞれの台数は４台に限られず、工場ＦＣの規模や太陽光パネル２１の性能に応じて増減させてもよい。

晴天時の昼間においては、太陽光発電ユニット２０から負荷ＬＤへと電力が供給される。これにより、電力系統ＣＰから負荷ＬＤへの電力供給が抑制され、電力事業者に支払う電気料金を低減することができる。

蓄電池ユニット３０は、太陽光発電ユニット２０又は電力系統ＣＰから供給された電力のうち、負荷ＬＤで消費されなかった電力を一時的に蓄えておくための装置である。負荷ＬＤによる電力消費が大きな時間帯には、蓄えられた電力を負荷ＬＤに供給することで、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力を抑制することが可能となっている。

蓄電池ユニット３０からの電力は、電力供給ラインＳＬ２及び電力供給ラインＳＬ０を通じて負荷ＬＤに供給される。電力供給ラインＳＬ２は直流バスラインである。電力供給ラインＳＬ２は、後述の系統連系インバータ４０を介して電力供給ラインＳＬ０及び電力供給ラインＳＬ１に接続されている。

蓄電池ユニット３０は、蓄電池３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２とを備えている。蓄電池３１は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池からなる二次電池である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、蓄電池３１で生じた直流電力を昇圧して電力供給ラインＳＬ２に供給するための電力変換器である。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、電力供給ラインＳＬ２と蓄電池３１との間で電圧を調整して両者を繋ぐものということができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、それぞれの蓄電池３１に１台ずつ設けられている。図１に示されるように、本実施形態では２組の蓄電池３１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２が、電力供給ラインＳＬ２に対して並列に接続されている。尚、蓄電池３１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２のそれぞれの台数は２台に限られず、工場ＦＣの規模や蓄電池３１の容量に応じて増減させてもよい。

系統連系インバータ４０は、電力供給ラインＳＬ２からの直流電力を交流電力に変換して電力供給ラインＳＬ０に供給する電力変換器である。また、電力供給ラインＳＬ０及び電力供給ラインＳＬ１からの交流電力を直流電力に変換して、電力供給ラインＳＬ２に供給する電力変換器でもある。つまり、系統連系インバータ４０により、電力供給ラインＳＬ０及び電力供給ラインＳＬ１と電力供給ラインＳＬ２との間で双方向に電力の供給を行うことが可能となっている。

本発明の実施形態に係る制御装置１００について説明する。制御装置１００は、電力供給システムＰＳの全体の統合制御を行うコンピュータシステムの一部であって、蓄電池ユニット３０の動作を制御するものである。制御装置１００は、マスター制御部１００Ａとスレイブ制御部１００Ｂとを備えている。

マスター制御部１００Ａは一方のＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御するためのサブシステムであり、スレイブ制御部１００Ｂは他方のＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御するためのサブシステムである。マスター制御部１００Ａ及びスレイブ制御部１００Ｂは、それぞれがＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えたシステムとなっている。

以降の説明においては、マスター制御部１００Ａによって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３２のことを「ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａ」とも表記する。また、スレイブ制御部１００Ｂによって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３２のことを「ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂ」とも表記する。更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａに接続された蓄電池３１のことを「蓄電池３１Ａ」とも表記し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂに接続された蓄電池３１のことを「蓄電池３１Ｂ」とも表記する。

図２に示されるように、マスター制御部１００Ａは、機能的な制御ブロックとして、予測部１０１Ａと、供給量算出部１０２Ａと、時間算出部１０３Ａとを有している。また、スレイブ制御部１００Ｂは、機能的な制御ブロックとして、時間算出部１０３Ｂを有している。

それぞれの制御ブロックの機能、及び制御装置１００により行われる処理の流れについて、図３を参照しながら説明する。図３に示される処理は、制御装置１００によって３０分ごとに繰り返し行われている。また、当該処理が開始される時刻は、毎時０分及び毎時３０分となっている。尚、１回の当該処理が行われている期間、すなわち、最初のステップＳ０１の実行が開始されてから３０分間が経過するまでの期間のことを、以降は「算定期間ＴＭ」とも称する。

ステップＳ０１では、予測部１０１Ａにより予測電力量ＰＰの算出が行われる。予測電力量ＰＰとは、算定期間ＴＭの間（今後３０分の間）において、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給されると予測される電力量のことである。

工場ＦＣには、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給されている電力を計測するためのセンサ（不図示）が備えられている。当該センサで計測された電力は、リアルタイムな情報として常に予測部１０１Ａに送信されている。予測部１０１Ａは、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給されている電力の大きさ及びその時間変化（微分値）に基づいて、予測電力量ＰＰを算出する。尚、予測電力量ＰＰを算出するためのアルゴリズムは特に限定されるものではなく、既知のアルゴリズムを採用し得る。予測部１０１Ａで算出された予測電力量ＰＰの値は、供給量算出部１０２Ａに送信される。

ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、供給量算出部１０２Ａにより供給電力量ＳＰが算出される。供給電力量ＳＰとは、算定期間ＴＭの間に電力系統ＣＰから負荷ＬＤに実際に供給される電力量（以下、「積算電力量」とも称する）が、電力事業者との契約により定められている上限値（以下、「契約上限値」とも称する）を超えることのないように、蓄電池ユニット３０から供給することが必要となる最低限の電力量のことである。つまり、今後３０分の間（算定期間ＴＭ）に、蓄電池ユニット３０から電力供給ラインＳＬ２に出力されるべき電力量の目標値のことである。

供給電力量ＳＰは、予測電力量ＰＰから契約上限値を差し引くことにより算出される。尚、予測電力量ＰＰが契約上限値よりも小さい場合には、供給電力量ＳＰは０に設定される。この場合、算定期間ＴＭにおいては、蓄電池ユニット３０から負荷ＬＤへの電力供給は行われない。

供給量算出部１０２Ａは、算出された供給電力量ＳＰを、第１供給電力量ＳＰ１と第２供給電力量ＳＰ２の二つに分配する。第１供給電力量ＳＰ１とは、算定期間ＴＭにおいて、蓄電池３１Ａから取り出されＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから電力供給ラインＳＬ２に出力される電力量の目標値である。第２供給電力量ＳＰ２とは、算定期間ＴＭにおいて、蓄電池３１Ｂから取り出されＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂから電力供給ラインＳＬ２に出力される電力量の目標値である。第１供給電力量ＳＰ１は、マスター制御部１００Ａの時間算出部１０３Ａに送信される。第２供給電力量ＳＰ２は、スレイブ制御部１００Ｂの時間算出部１０３Ｂに送信される。

ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、放電時間ＤＴ１、ＤＴ２が算出される。放電時間ＤＴ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから電力供給ラインＳＬ２に電力が出力される時間の目標値のことである。後に説明するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの電力の出力は、算定期間ＴＭの全体において継続的に行われるのではなく、算定期間ＴＭのうち放電時間ＤＴ１の間だけ行われる。

放電時間ＤＴ１は、供給量算出部１０２Ａから送信された第１供給電力量ＳＰ１に基づいて、時間算出部１０３Ａにより算出される。具体的には、第１供給電力量ＳＰ１（単位：キロワット時）を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａの定格電力（単位：キロワット）で除することにより、放電時間ＤＴ１が算出される。

放電時間ＤＴ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂから電力供給ラインＳＬ２に電力が出力される時間の目標値のことである。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂからの電力の出力は、算定期間ＴＭの全体において継続的に行われるのではなく、算定期間ＴＭのうち放電時間ＤＴ２の間だけ行われる。

放電時間ＤＴ２は、供給量算出部１０２Ａから送信された第２供給電力量ＳＰ２に基づいて、時間算出部１０３Ｂにより算出される。具体的には、第２供給電力量ＳＰ２（単位：キロワット時）を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂの定格電力（単位：キロワット）で除することにより、放電時間ＤＴ２が算出される。

ステップＳ０３に続くステップＳ０４以降の処理は、マスター制御部１００Ａ及びスレイブ制御部１００Ｂのそれぞれにおいて並行して行われるものであり、これらは互いに同一の処理である。従って、以降は、主にマスター制御部１００Ａにおいて行われる処理について説明を行うこととし、スレイブ制御部１００Ｂにおいて行われる処理については適宜説明を省略する。

ステップＳ０４では、算出された放電時間ＤＴ１が、予め設定された閾時間Ｔ_TH以上であるか否かが判定される。閾時間Ｔ_THは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａの応答時定数よりも僅かに長い時間として設定されている。算出された放電時間ＤＴ１が閾時間Ｔ_THを下回るほどに短い時間である場合には、そのような短時間での電力出力をＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａにより行うことは困難である。このため、後に説明するように、放電時間ＤＴ１及び第１供給電力量ＳＰ１の調整が行われる。

ステップＳ０４に続くステップＳ０５では、マスター制御部１００Ａは、蓄電池３１Ａに蓄えられている電力を取り出して電力供給ラインＳＬ２に出力するよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａを制御する。このときにＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａの定格電力（以下、「定格電力Ｐ２０」と表記する）に相当する電力となっている。

ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、マスター制御部１００Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから電力の出力が開始された後に放電時間ＤＴ１が経過したか否かを判定する。放電時間ＤＴ１が経過していれば、ステップＳ０７に移行する。放電時間ＤＴ１が経過していなければ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから電力の出力が継続された状態のまま、かかる判定が繰り返される。

ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、マスター制御部１００Ａは、電力の出力を停止するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａを制御する。

図４の線Ｇ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力の時間変化を示すグラフである。図４において、時刻ｔ０は算定期間ＴＭの開始時刻である。また、時刻ｔ２０は算定期間ＴＭの終了時刻である。つまり、時刻ｔ０から３０分が経過した時刻である。時刻ｔ１０は、時刻ｔ０から放電時間ＤＴ１が経過した時刻である。

図４に示されるように、マスター制御部１００Ａが行う上記の制御によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからは算定期間ＴＭの開始とほぼ同時（時刻ｔ０）に電力の出力が開始される（上述のステップＳ０５）。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの定格電力Ｐ２０の出力は、時刻ｔ０から時刻ｔ１０までの間継続して行われる。時刻ｔ１０以降（時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間）は、マスター制御部１００ＡによってＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの電力供給は停止されている（上述のステップＳ０７）。

算定期間ＴＭの間にＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから供給される電力量は、定格電力Ｐ２０に放電時間ＤＴ１を掛けて得られる電力量である。かかる電力量は、図４における線Ｇ１０の内側（斜線で示された部分）の面積に等しく、ステップＳ０２で算出された第１供給電力量ＳＰ１に等しい。

また、スレイブ制御部１００Ｂによっても上記と同様の制御が行われる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂからは、時刻ｔ０から放電時間ＤＴ２が経過するまでの期間において（ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂの）定格電力が出力される。その結果、算定期間ＴＭの間にＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂから供給される電力量は、ステップＳ０２で算出された第２供給電力量ＳＰ２に等しくなる。

従って、算定期間ＴＭの間に蓄電池ユニット３０から負荷ＬＤに供給される電力量は、第１供給電力量ＳＰ１と第２供給電力量ＳＰ２との和、すなわち供給電力量ＳＰに等しい。既に述べたように、供給電力量ＳＰは、算定期間ＴＭの間に電力系統ＣＰから負荷ＬＤに実際に供給される積算電力量が、電力事業者との契約により定められている契約上限値を超えることのないように、蓄電池ユニット３０から供給することが必要となる最低限の電力量である。このような供給電力量ＳＰが、算定期間ＴＭの間に負荷ＬＤに供給されるので、算定期間ＴＭにおける積算電力量が契約上限値を超えてしまうことはない。

尚、算定期間ＴＭのうち時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間においては、蓄電池ユニット３０からの電力の供給が行われないので、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力が一時的に大きくなる。このため、電力系統ＣＰから供給される電力のピークが高くなり、電力事業者に支払うべき翌年の契約基本料が増加してしまうようにも思われる。

しかしながら、契約基本料は、電力系統ＣＰから供給された電力の瞬間的なピーク値に応じて定められるのではなく、あくまで積算電力量に応じて定められることとなっている。つまり、３０分間（算定期間ＴＭ）の間において大きなピーク値が存在していたとしても、当該３０分間における積算電力量が低いのであれば、翌年の契約基本料が増加してしまう（あるいは、違約金の支払いが必要となる）ことはない。従って、制御装置１００が行う上述の制御により、翌年の契約基本料が増加してしまうことは確実に防止されることとなる。

ところで、積算電力量を契約上限値以下にすることのみを考慮すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力の大きさは、定格電力Ｐ２０より小さくしてもよいように思われる。例えば、第１供給電力量ＳＰ１を算定期間ＴＭの長さで除することより得られる電力Ｐ１０が、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間においてＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力された場合（この場合の出力電力の変化が、図４では線Ｇ１１で示されている）であっても、算定期間ＴＭの間にＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから供給される電力量は第１供給電力量ＳＰ１に等しくなる。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂについても同様なのであって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂから定格電力より低い電力が出力された場合でも、算定期間ＴＭの間にＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂから供給される電力量を第２供給電力量ＳＰ２に等しくすることができる。

しかしながら、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ｂの運転効率を考慮して、それぞれから定格電力を出力することとしている。この点について、図５を参照しながら説明する。

図５には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａにおける負荷率と効率との関係が示されている。グラフ横軸の「負荷率」とは、定格電力Ｐ２０に対する、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａに入力される電力（蓄電池３１から取り出される電力）の割合である。このため、蓄電池３１から取り出される電力が小さければ負荷率は小さくなり、蓄電池３１から取り出される電力が大きければ負荷率は大きくなる。負荷率が１００％のときには、定格電力Ｐ２０にほぼ等しい電力が蓄電池３１から取り出される。

グラフ縦軸の「効率」とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａへの入力電力に対する、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの出力電力の比率である。蓄電池３１から取り出される電力、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａへの入力電力が一定である場合には、効率が高ければＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの出力電力は大きくなり、効率が低ければＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの出力電力は小さくなる。効率が１００％のときには、蓄電池３１から取り出される電力にほぼ等しい電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される。

図５に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａでは、負荷率が大きいほど効率が高くなる。また、負荷率が１００％のときには効率が最も高く、１００％に近い値となる。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａは、出力される電力が大きいほど、蓄電池３１から取り出された電力が無駄なく出力されることになる。このため、本実施形態では、算定期間ＴＭにおいてＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから電力を出力するに当たり、算定期間ＴＭの間継続して電力Ｐ１０を出力するのではなく、放電時間ＤＴ１の間のみ定格電力Ｐ２０を出力することとしているのである。制御装置１００（マスター制御部１００Ａ）によってこのような制御が行われる結果、蓄電池３１に蓄えられている電力は、ほぼロスなく取り出されて負荷ＬＤに供給される。

図３に戻って、ステップＳ０４における判定がＮＯであった場合、つまり、算出された放電時間ＤＴ１が閾時間Ｔ_THを下回っていた場合の処理について説明する。この場合には、ステップＳ０４からステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、目標出力電力ＯＰが算出される。目標出力電力ＯＰとは、ステップＳ０２で算出された第１供給電力量ＳＰ１を、閾時間Ｔ_THで除することによって算出されるものである。このとき、閾時間Ｔ_THは放電時間ＤＴ１よりも長いのであるから、１供給電力量ＳＰ１閾時間Ｔ_THで除することによって算出された目標出力電力ＯＰの値は、定格電力Ｐ２０よりも小さな値となる。

ステップＳ１１に続くステップＳ１２では、マスター制御部１００Ａは、蓄電池３１Ａに蓄えられている電力を取り出して電力供給ラインＳＬ２に出力するよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａを制御する。このときにＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力は、上記の目標出力電力ＯＰに相当する電力となっている。

ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、マスター制御部１００Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから電力の出力が開始された後に閾時間Ｔ_THが経過したか否かを判定する。閾時間Ｔ_THが経過していれば、ステップＳ０７に移行する。閾時間Ｔ_THが経過していなければ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから電力の出力が継続された状態のまま、かかる判定が繰り返される。このように、ステップＳ１１以降において行われる処理は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力の目標値を定格電力Ｐ２０から目標出力電力ＯＰに置き換え、且つ放電時間ＤＴ１を閾時間Ｔ_THに置き換えた場合の処理に等しい。

算出された放電時間ＤＴ１がＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａの応答時定数よりも短い場合には、マスター制御部１００Ａからの制御（電力出力の要求）に対しＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａは適切に応答することができない。そこで、上記のように出力電力の目標値を定格電力Ｐ２０から目標出力電力ＯＰに置き換え、放電時間ＤＴ１を閾時間Ｔ_THに置き換えることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａが適切に応答しうる範囲での制御が行われる。この場合には、出力される電力（目標出力電力ＯＰ）が定格電力Ｐ２０よりも小さいので、効率が僅かに悪くなるのであるが、算定期間ＴＭにおいてＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力量は、第１供給電力量ＳＰ１となる。つまり、効率の低下を最低限に抑えながらも、算定期間ＴＭにおける積算電力量が契約上限値を超えることのないような制御が行われる。

図４に示されるように、本実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの電力の出力（負荷ＬＤへの電力の供給）が、算定期間ＴＭに含まれる一つの連続した時間帯（時刻ｔ０から時刻ｔ１０まで）において行われるように、マスター制御部１００ＡによるＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａの制御が行われる。

本発明の実施形態としては、このような制御に限られず、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの電力の出力が複数の時間帯に分けて行われてもよい。図６の線Ｇ２０は、このような制御が行われた場合においてＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力の時間変化を示すグラフである。図６において、時刻ｔ５は、時刻ｔ０から放電時間ＤＴ１の半分が経過した時刻である。また、時刻ｔ１５は、時刻ｔ１０から放電時間ＤＴ１の半分が経過した時刻である。

図６に示される例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからは算定期間ＴＭの開始とほぼ同時（時刻ｔ０）に定格電力Ｐ２０の出力が開始される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの定格電力Ｐ２０の出力は、時刻ｔ０から時刻ｔ５までの間継続して行われる。その後、時刻ｔ５から時刻ｔ１０までの間はＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの電力出力が一時的に停止される。時刻ｔ１０以降は、再びＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの定格電力Ｐ２０の出力が開始され、時刻ｔ１５まで継続される。その後、時刻ｔ１５から時刻ｔ２０までの間はＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの電力出力が停止される。

時刻ｔ０から時刻ｔ５までの期間においてＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力量、及び、時刻ｔ１０から時刻ｔ１５までの期間においてＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力量は、いずれも第１供給電力量ＳＰ１の半分に等しい。このため、算定期間ＴＭの全体においてＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力量は、第１供給電力量ＳＰ１に等しい。

このような態様の制御であっても、蓄電池３１に蓄えられた電力を高い効率で取り出して、負荷ＬＤに供給することができる。また、算定期間ＴＭにおける積算電力量が契約電力量を超えてしまうことも確実に防止される。

ただし、このような制御においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａから出力される電力の値が複数回にわたって切り替えられることにより、僅かに効率が低下してしまう傾向がある。従って、図４に示された制御のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２Ａからの電力出力は、一つの連続した時間帯において行われることが望ましい。

本実施形態では、蓄電池３１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２がそれぞれ２台備えらえている場合の例を説明した。蓄電池３１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２の台数がこれよりも多い場合には、それに対応してスレイブ制御部１００Ｂの数を増加させればよい。この場合、マスター制御部１００Ａの供給量算出部１０２Ａにより算出された供給電力量ＳＰが、複数の供給電力量に分配された後、各スレイブ制御部１００Ｂの時間算出部１０３Ｂに送信されることとなる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

３１，３１Ａ，３１Ｂ：蓄電池
３２，３２Ａ，３２Ｂ：ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＬＤ：負荷
ＰＳ：電力供給システム
１００：制御装置
１００Ａ：マスター制御部
１００Ｂ：スレイブ制御部
１０１Ａ：予測部
１０２Ａ：供給量算出部
１０３Ａ：時間算出部

Claims (3)

1. 蓄電池（３１Ａ，３１Ｂ）に蓄えられた電力を、電力変換器（３２Ａ，３２Ｂ）を介して負荷（ＬＤ）に供給する電力供給システム（ＰＳ）の制御装置であって、
   予め定められた期間である算定期間（ＴＭ）の間に、電力系統（ＣＰ）から前記負荷に供給されると予測される予測電力量（ＰＰ）を算出する予測部（１０１Ａ）と、
   前記算定期間の間に前記電力変換器から前記負荷に供給されるべき電力量である供給電力量（ＳＰ１，ＳＰ２）を、前記予測電力量に基づいて算出する供給量算出部（１０２Ａ）と、
   前記供給電力量を前記電力変換器の定格電力（Ｐ２０）で除することにより、放電時間（ＤＴ１，ＤＴ２）を算出する時間算出部（１０３Ａ）と、を備え、
   前記定格電力に相当する電力が、前記算定期間のうち前記放電時間の間だけ前記負荷に供給されるよう、前記電力変換器を制御することを特徴とする制御装置。
2. 前記電力変換器から前記負荷への電力の供給が、前記算定期間に含まれる一つの連続した時間帯において行われるよう、前記電力変換器を制御することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記時間算出部により算出された前記放電時間が予め設定された閾時間（Ｔ_TH）よりも短い場合には、
   前記予測電力量を前記閾時間で除することにより目標出力電力（ＯＰ）を算出し、
   前記目標出力電力に相当する電力が、前記算定期間のうち前記閾時間の間だけ前記負荷に供給されるよう、前記電力変換器を制御することを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。

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