JP2016032378A - Control method for power control system, power control system, and power controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control method for a power control system, a power control system, and a power control apparatus.
太陽光パネル等の発電設備を備える発電システムの発電パワーコンディショナとして、商用電源系統(以下、適宜、系統と略記する)に連系して交流電力を出力する系統連系運転と、系統と関わりなく交流電力を出力する自立運転とを可能としたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a power generation conditioner for a power generation system equipped with power generation equipment such as a solar panel, the grid connection operation that outputs AC power in connection with a commercial power system (hereinafter abbreviated as system as appropriate) and the system There are known ones that enable independent operation that outputs alternating current power (see, for example, Patent Document 1).
また、系統電力によって充電される蓄電池等の蓄電設備を備える蓄電システムの蓄電パワーコンディショナとして、上記の発電パワーコンディショナと同様に、系統に連系して交流電力を出力する系統連系運転と、系統と関わりなく交流電力を出力する自立運転とを可能としたものが知られている(例えば、特許文献2参照) Further, as a power storage power conditioner of a power storage system including a power storage facility such as a storage battery that is charged by system power, as in the case of the power generation power conditioner described above, In addition, a device that enables independent operation to output AC power regardless of the system is known (see, for example, Patent Document 2).
ところで、電力制御システムにおいて、太陽電池、蓄電池、燃料電池、ガス発電機などの複数の分散電源を一元的に管理・運用することが求められている。特に、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理可能なシステムを構築することが求められる。 By the way, in a power control system, it is required to centrally manage and operate a plurality of distributed power sources such as a solar battery, a storage battery, a fuel cell, and a gas generator. In particular, it is required to construct a system capable of managing efficient operation control among a plurality of distributed power sources without destroying the versatility on the distributed power source side.
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、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理可能な電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of the above problems is to provide a power control system capable of managing efficient operation control among a plurality of distributed power sources without destroying the versatility on the distributed power source side. A control method, a power control system, and a power control apparatus are provided.
上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御システムの制御方法は、第1電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該第1電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置と、負荷に流れる電流を検出する第2電流センサとを備える電力制御システムの制御方法であって、前記第1電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、前記第2電流センサは前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、前記電力制御装置は、前記第1電流センサに対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能な擬似出力部と接続され、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第1順潮流電流値として検出する第1ステップと、前記第1ステップの後、前記第2電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第2順潮流電流値として検出する第2ステップと、前記第2順潮流電流値を前記閾値として記憶する第3ステップとを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the control method of the power control system according to the present invention is based on the value detected by the first current sensor while the first current sensor detects the forward current exceeding the threshold. A control method for a power control system, comprising: a power generation device that performs power generation; a power control device that controls a distributed power source including the power generation device; and a second current sensor that detects a current flowing through a load. One current sensor is disposed between the power control device and the power generation device, the second current sensor is disposed between the power control device and the load, and the power control device is disposed on the first current sensor. Connected to a pseudo output unit capable of supplying a pseudo current which is a current in the same direction as a forward power flow, and the load from at least one of a system and the power control device in a state where the pseudo current is stopped. Flow When the current detected by the second current sensor increases after the first step of detecting the current value as the first forward flow current value and after the first step, at least one of the system and the power control device A second step of detecting the current value when the current value flowing through the load increases from one side and then becomes a steady value as the second forward flow current value, and the second forward flow current value is stored as the threshold value. And a third step.
また、前記第2ステップにおける前記第2順潮流電流値を複数回測定し、それらの平均値に基づいて、前記発電装置の発電電力を設定することが好ましい。 Further, it is preferable that the second forward flow current value in the second step is measured a plurality of times, and the generated power of the power generator is set based on an average value thereof.
また、前記第2順潮流電流値は、前記発電装置が前記負荷に追従したときに検出した電流値であることが好ましい。 The second forward flow current value is preferably a current value detected when the power generator follows the load.
上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御システムは、第1電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該第1電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置と、負荷に流れる電流を検出する第2電流センサとを備える電力制御システムであって、前記第1電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、前記第2電流センサは前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、前記電力制御装置は、前記第1電流センサに対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能な擬似出力部と接続され、前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、前記制御部は、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第1順潮流電流値として検出し、第1順潮流電流値の検出の後、前記第2電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第2順潮流電流値として更に検出し、前記第2順潮流電流値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the power control system according to the present invention generates power in accordance with the value detected by the first current sensor while the first current sensor detects a forward flow greater than or equal to the threshold value. A power control system comprising: a power generation device to perform; a power control device for controlling a distributed power source including the power generation device; and a second current sensor for detecting a current flowing through a load, wherein the first current sensor is the power The second current sensor is disposed between the power control device and the load, and the power control device has a forward flow with respect to the first current sensor. Connected to a pseudo output unit capable of supplying a pseudo current that is a current in the same direction, the power control device includes a control unit and a storage unit, and the control unit is in a state where the pseudo current is stopped, Small number of grids and power control devices When a current value flowing from at least one of the loads to the load is detected as a first forward flow current value and the current detected by the second current sensor increases after the detection of the first forward flow current value, A current value flowing through the load from at least one of the grid and the power control device and then becoming a steady value is further detected as a second forward current value, and the second forward current A value is stored in the storage unit as the threshold value.
上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御装置は、第1電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該第1電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置であって、前記第1電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、負荷に流れる電流を検出する第2電流センサが前記電力制御装置と負荷との間に配置され、前記電力制御装置は、前記第1電流センサに対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能な擬似出力部に接続され、前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、前記制御部は、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第1順潮流電流値として検出し、第1順潮流電流値の検出の後、前記第2電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第2順潮流電流値として更に検出し、前記第2順潮流電流値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the power control device according to the present invention generates power according to the value detected by the first current sensor while the first current sensor detects a forward current greater than or equal to the threshold value. And a power control device that controls a distributed power source including the power generation device, wherein the first current sensor is disposed between the power control device and the power generation device and detects a current flowing through a load. A second current sensor that is arranged between the power control device and a load, and the power control device can supply a pseudo current that is a current in the same direction as a forward current to the first current sensor. The power control device includes a control unit and a storage unit, and the control unit is configured to output the load from at least one of a system and the power control device in a state where the pseudo current is stopped. 1st normal tide A current flowing through the load from at least one of the system and the power control device when the current detected by the second current sensor increases after detection of the first forward flow current value. A current value when the value increases and then becomes a steady value is further detected as a second forward flow current value, and the second forward flow current value is stored in the storage unit as the threshold value.
本発明に係る電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置によれば、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、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る。 According to the control method, power control system, and power control apparatus of the power control system according to the present invention, efficient operation control among a plurality of distributed power supplies is managed without destroying the versatility on the distributed power supply side. It becomes possible.
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態)
まず、本発明の一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100は、系統(商用電源系統)から供給される電力の他に、売電可能な電力を供給する分散電源及び/又は売電不可能な電力を供給する分散電源を接続して用いる。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。一方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。本実施の形態においては、売電可能な電力を供給する分散電源として太陽電池、及び売電不可能な電力を供給する分散電源として蓄電池と、燃料電池又はガス発電機である発電装置とを備える例を示す。
(Embodiment)
First, a power control system according to an embodiment of the present invention will be described. The
図1は、本発明の一実施形態に係る電力制御システム100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100は、パワーコンディショナ20(電力制御装置)と、第1電流センサ40と、擬似出力部50と、発電装置33とを備える。また、電力制御システム100と接続して使用される、太陽電池11、蓄電池12、分電盤31、負荷32、第2電流センサ70及び第3電流センサ71を図1にあわせて示す。ここで、発電装置33は、燃料電池又はガス発電機により構成されるものである。電力制御システム100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100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(太陽電池11、蓄電池12、発電装置33)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100が自立運転を行う場合には、各分散電源(太陽電池11、蓄電池12、発電装置33)は系統から解列した状態であり、電力制御システム100が連系運転を行う場合には、各分散電源(太陽電池11、蓄電池12、発電装置33)は系統と並列した状態となる。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
図1において、各機能ブロックを結ぶ実線は電力の流れる配線を表し、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号または通信される情報の流れを表す。当該破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。 In FIG. 1, a solid line connecting each functional block represents a wiring through which power flows, and a broken line connecting each functional block represents a control signal or a flow of information to be communicated. The communication indicated by the broken line may be wired communication or wireless communication. Various methods can be adopted for communication of control signals and information including each layer. For example, communication by a short-range communication method such as ZigBee (registered trademark) can be employed. In addition, various transmission media such as infrared communication and power line communication (PLC) can be used. In addition, various protocols such as ZigBee SEP 2.0 (Smart Energy Profile 2.0), ECHONET Lite (registered trademark), etc. are defined on lower layers including the physical layer suitable for each communication. A communication protocol may be operated.
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(たとえば10A)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、又は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。 The solar cell 11 converts sunlight energy into DC power. The solar battery 11 is configured such that, for example, power generation units having photoelectric conversion cells are connected in a matrix, and a predetermined short-circuit current (for example, 10 A) is output. The type of solar cell 11 is not limited as long as it is capable of photoelectric conversion, such as a silicon-based polycrystalline solar cell, a silicon-based single crystal solar cell, or a thin-film solar cell such as CIGS.
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。
The
パワーコンディショナ20(電力制御装置)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、連系運転及び自立運転の切り替え制御を行うものである。パワーコンディショナ20は、DC/DCコンバータ13,14と、インバータ21と、連系運転スイッチ22、23と、自立運転スイッチ24と、パワーコンディショナ20全体を制御する制御部25と、記憶部26とを備える。パワーコンディショナ20は、太陽電池11及び蓄電池12からの電力を直流のまま接続して電力制御を行う、いわゆるマルチDCリンクシステムを構成する。なお、連系運転スイッチ23は、パワーコンディショナ20外に出すよう構成しても良い。
The power conditioner 20 (power control device) converts the DC power supplied from the solar battery 11 and the
DC/DCコンバータ13,14は、それぞれ太陽電池11及び蓄電池12からの直流電力を所定の電圧まで昇圧又は降圧する。DC/DCコンバータ13,14における昇圧比は、あらかじめ設定された固定値を用いてもよいし、制御部25により適宜制御を行っても良い。DC/DCコンバータ13は、太陽電池11からの発電電力に対してMPPT(最大電力点追従:Maximum Power Point Tracking)制御を行い、且つ所定の電圧まで昇圧又は降圧を行う、太陽電池発電に適したDC/DCコンバータである。なお、本実施形態では、太陽電池11及び蓄電池12からの直流電力はDCリンクされているので、同一の電圧まで昇圧又は降圧する必要がある。また、DC/DCコンバータ14は双方向DCコンバータであり、系統、発電装置33及び太陽電池11からの電力を電圧変換して蓄電池12に充電することができる。
The DC /
インバータ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、パワーコンディショナ20は、インバータ21が出力する電流を検出する機能を有する。
The
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、同時にオンとならないように、双方がオフの状態を経由して切り替えられる。より詳しくは、自立運転から連系運転へ切り替える際は、自立運転スイッチ24をオフ状態とした後に、連系運転スイッチ22、23をオン状態へと制御する。また、連系運転から自立運転へ切り替える際は、連系運転スイッチ22、23をオフ状態とした後に、自立運転スイッチ24をオン状態へと制御する。連系運転スイッチ22、23および自立運転スイッチ24の上記制御は、例えば、制御部25によりソフトウェア的に実現することが可能である。ただし、上記制御の例外として、各分散電源からの電力供給がオフの状態においては、連系運転スイッチ23のみをオンとして、連系運転スイッチ22及び自立運転スイッチ24をいずれもオフとすることにより系統から分電盤31への電力供給のみをおこなう。
The interconnecting operation switches 22 and 23 and the self-supporting
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、インバータ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。
The
記憶部26は、制御部25が実行する各種プログラムの他、後述するように各処理における電流検出結果等を記憶する役割を果たす。
In addition to various programs executed by the
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。
The
発電装置33は、燃料電池又はガス発電機により構成される。燃料電池は、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セルと、発電された直流電力を100Vあるいは200Vの交流電力に変換するインバータと、その他補機類とを備える。ここで、発電装置33としての燃料電池は、パワーコンディショナ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するシステムであり、必ずしもパワーコンディショナ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、ガス発電機は、所定のガスなどを燃料とするガスエンジンで発電するものである。
The
発電装置33は、対応する第1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又は所定の定格電力値による定格運転を行う。負荷追従運転時の追従範囲は、例えば200〜700Wであり、定格運転時の定格電力値は、例えば700Wである。なお、発電装置33は、連系運転時は負荷32の消費電力に追従する負荷追従運転を行い、自立運転時に、負荷追従運転又は定格電力値による定格運転を行うものとしてもよい。
The
第1電流センサ40は、系統と発電装置33と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、第1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。第1電流センサ40が所定の閾値以上の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又は定格運転での発電を実行する。なお、第1電流センサ40は、系統と発電装置33との間を流れる電流および発電装置33と蓄電池12との間を流れる電流を検出可能なように、図1において、自立運転スイッチ24と、分電盤31との間に配置している。
The first
なお、本実施形態の第1電流センサ40はリング状の形状を有し、中央を系統および分散電源からの電力線が貫き、擬似出力部50からの擬似出力線が所定のターン数だけ巻回される。この擬似出力線を第1電流センサ40に多く巻きつけるほど、微小な電流で、順潮流方向のより大きな擬似電流を検出することができる。
The first
第2電流センサ70は、パワーコンディショナ20又は発電装置33から負荷32へと流れる電流を検出するために設けられたセンサであり、本実施形態では、分電盤31と負荷32との間に配置される。
The second
第3電流センサ71は、系統から負荷32へと流れる電流を検出するために設けられたセンサであり、本実施形態では、系統とパワーコンディショナ20との間に配置される。
The third
ここで、本実施形態における電力制御システム100は、発電装置33と蓄電池12とが系統から解列した状態で、擬似出力部50を通じて第1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)を流すように制御をおこなう。これにより、発電装置33を定格運転させ、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。
Here, in the
擬似出力部50は、第1電流センサ40に対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能なものである。擬似出力部50は、パワーコンディショナ20又は発電装置33から電力供給を受ける系であって、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、トランス60とを備える。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、200Vの単相3線としている。この場合、擬似出力部50に対しては、電圧線の一方と中性線とがトランス60を介して接続される。図示の通り、擬似出力部50の接続線は、2本の電圧線それぞれに設置された第1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、パワーコンディショナ20と一体的に構成してもよいし、パワーコンディショナ20とは独立した構成としても良い。なお、図2のケースにおいて、トランス60には電圧線の一方と中性線とが接続されているが、電圧線の双方を接続するよう構成してもよい。
The
擬似電流負荷51は、擬似出力部50内の電流調整のため設けられる負荷である。本実施形態では、擬似電流負荷51には、例えば、制御部25により抵抗値の制御が可能な可変抵抗デバイスを用いることができる。なお、擬似電流負荷51として、擬似出力部50の外部の負荷を用いてもよい。同期スイッチ52は、パワーコンディショナ20又は発電装置33から擬似出力部50に供給された電力の一部を順潮流と同方向の擬似電流として第1電流センサ40に供給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及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、パワーコンディショナ20の制御部25により、それぞれ独立にオン/オフ制御される。
The pseudo
図1および図2に示すように、擬似電流負荷51と擬似電流制御スイッチ53は直列接続されており、同期スイッチ52及び擬似電流制御スイッチ53の双方がオンされると、擬似電流負荷51に擬似電流が流れる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the pseudo
トランス60は、パワーコンディショナ20又は発電装置33からの電力を降圧する役割を果たす。本実施形態において、トランス60の巻数比は20であり、パワーコンディショナ20又は発電装置33からの交流100Vの電力を交流5Vに降圧してから擬似電流負荷51に供給する。このようにトランス60で降圧してから擬似電流負荷51に電力供給することにより、擬似電流負荷51における消費電力を低減させることができるため、擬似電流負荷51の小型化が可能となる。またスイッチ52,53にかかる電圧を低く抑えることができるため、スイッチ52,53に対してより安価な製品を使用することができる。また、擬似電流負荷51における消費電力を同一とした場合に、より多くの擬似電流を流すことができる。
The
同期スイッチ52は、パワーコンディショナ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ように制御される。自立運転スイッチ24及び同期スイッチ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及び同期スイッチ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。
The
擬似電流制御スイッチ53は、蓄電池12の充電が完了した場合にオフとなり、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に所定値以上の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。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、第1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。また、擬似電流制御スイッチ53は、後述する擬似電流決定モードに移行したときにも、オフに制御される。
The pseudo
ここで、本実施形態における擬似電流値の設定について説明する。本実施形態の電力制御システム100における発電装置33は、例えば定格電力値を700Wとすることができる。ところが、図1および図2において、発電装置33が700Wの電力を出力すると、第1電流センサ40は、出力電力700Wに相当する逆潮流方向の電流を検出することになり、発電装置33は自らの発電を停止してしまう。
Here, the setting of the pseudo current value in the present embodiment will be described. The
そこで、本実施形態においては、パワーコンディショナ20又は発電装置33から擬似出力部50に電力を供給し、第1電流センサ40で検出される逆潮流方向の電流を打ち消すための擬似電流を流すように構成する。例えば、発電装置33が700Wの逆潮流方向の電力を出力している場合において、第1電流センサ40における電流検出が50Wの順潮流検出となるためには、出力電力750W相当の擬似電流が流れるように擬似出力部50を構成する必要がある。
Therefore, in the present embodiment, power is supplied from the
ここでは、第1電流センサ40に出力電力750W相当の擬似電流を発生させる場合を考える。分散電源の出力電圧は交流200Vであり、第1電流センサ40に巻回される擬似出力線のターン数を5とすると、擬似出力部50で生成されるべき擬似電流値I1は次の計算により求められる。
Here, consider a case where the first
I1=750/200/5=0.75[A] 式(1) I 1 = 750/200/5 = 0.75 [A] Formula (1)
次に上記I1を生成するための擬似電流負荷51の抵抗値R1の決定方法について説明する。図2に示すように、擬似出力部50に対しては、電圧線の一方と中性線とが接続される。そして、交流100Vの電圧がトランス60において交流5Vに降圧された後に擬似出力部50に対して電力提供される。従って、上記I1を生成するための抵抗値R1は次の計算により求められる。
Next, a method for determining the resistance value R 1 of the pseudo
R1=5/0.75=6.7[Ω] 式(2) R 1 = 5 / 0.75 = 6.7 [Ω] Formula (2)
上記計算により求められた擬似電流値I1及び抵抗値R1は一実施形態に過ぎず、擬似出力線のターン数、第1電流センサ40に供給すべき擬似電流値(相当する出力電力値)等に依存して様々なパラメータの選択が可能である。 The pseudo current value I 1 and the resistance value R 1 obtained by the above calculation are only one embodiment, the number of turns of the pseudo output line, the pseudo current value to be supplied to the first current sensor 40 (corresponding output power value). Depending on the above, various parameters can be selected.
これ以降、本実施形態に係る電力制御システム100における制御例を図面により詳述する。
Hereinafter, a control example in the
(連系運転時の制御)
図3は、連系運転時の電力制御システム100の制御例を示す図である。この場合、パワーコンディショナ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の各スイッチは、同期スイッチ52はオフ、擬似電流制御スイッチ53は蓄電池12の充電量に応じてオン又はオフに制御される。
(Control during interconnected operation)
FIG. 3 is a diagram illustrating a control example of the
連系運転時には、太線矢印で示すように、系統より交流100V(あるいは200V)が供給されて、負荷32に給電される。パワーコンディショナ20は、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、パワーコンディショナ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、パワーコンディショナ20は、系統からの電力及び分散電源(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、第1電流センサ40への擬似電流の供給が行われない。第1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は負荷追従運転を行い、分電盤31を経て負荷32に電力を供給することができる。
At the time of the interconnection operation, as indicated by a thick arrow,
次に、連系運転時における擬似電流決定モードの動作について説明する。先に、第1電流センサ40に50W相当の順潮流方向の電流を流すための擬似電流値について説明した。しかし、第1電流センサ40が何W相当の順潮流を検出した場合に発電装置33が発電を開始するかは、発電装置33の設計、仕様等に依存する。そこで、本実施形態では、実際に発電装置33が発電を開始する擬似電流値を計測により求める手法を採用する。
Next, the operation in the pseudo current determination mode during the interconnection operation will be described. Previously, the pseudo current value for causing the first
図4は、連系運転時の擬似電流決定モードにおける制御フローを示す。 FIG. 4 shows a control flow in the pseudo-current determination mode at the time of interconnection operation.
図3のような連系運転時において、制御部25は、擬似電流値を決定するための擬似電流決定モードに移行する。まず、制御部25は、第2電流センサ70の出力を監視し、負荷32に流れる電流iloadの増加があったか否かを判定する(ステップS102)。負荷32に流れる電流iloadが増加した場合の電流波形は、例えば図5(a)の時刻t1のようになる。制御部25は、負荷32に流れる電流が増加したと判定すると、パワーコンディショナ20の出力電流及び電流センサ71の出力をモニターして、パワーコンディショナ20からの供給電流imdc及び系統からの供給電流igridの増減の監視を行う(ステップS103)。なお、パワーコンディショナ20は、第1電流センサ40の検出電流を直接読み出すことができないため、パワーコンディショナ20の出力電流値に第3電流センサ71の検出電流を加算することにより、第1電流センサ40の検出電流に相当する値を算出している。発電装置33は、第1電流センサ40における検出電流が増加すると、なるべく系統及びパワーコンディショナ20からの電力供給が少なくなるように自らの発電電力を増加させる。しかし、燃料電池等の発電装置33は、負荷32に追従して電流iFCを増加させる際の追従性が十分ではなく、図5(c)に示すように負荷32に流れる電流iloadに対して一定の遅れ時間をもって追従する。一方、系統及びパワーコンディショナ20は、図5(b)に示すように負荷32に流れる電流iloadの増加に瞬時に対応して供給電流を増加させることができる。なお、iload=(imdc+igrid)+iFCの関係を有する。
During the interconnection operation as shown in FIG. 3, the
図5(b)及び(c)に示すように、発電装置33の出力電流iFCが、時刻t2において負荷32の電流iloadに追従し始めると、パワーコンディショナ20及び系統からの供給電流(imdc+igrid)は減少し始め、時刻t3において所定の定常値に収束する。制御部25は、負荷32の電流iloadが増加する前後における、パワーコンディショナ20及び系統からの供給電流(imdc+igrid)をそれぞれ第1順潮流電流値及び第2順潮流電流値として(図5(b)に示す)記憶部26に記憶する(ステップS104)。
As shown in FIGS. 5B and 5C, when the output current i FC of the
制御部25は、ステップS102からステップS104までの処理をあらかじめ決められた所定回数行う(ステップS101)。その所定回数は例えば10回とすることができる。そして、制御部25は、記憶部26に記憶された所定回数分の第2順潮流電流値から平均値を算出する(ステップS105)。制御部25は、ステップS105で算出した第2順潮流電流値の平均値を順潮流電流値の閾値として決定し(ステップS106)、処理を終了する。すなわち、制御部25は、自立運転時において、ステップS105で算出した第2順潮流電流値の平均値に等しい順潮流電流が第1電流センサ40に流れるように、擬似出力部50における擬似電流負荷51の抵抗値の調整等をおこなう。
The
このように、ステップS105で算出した第2順潮流電流値の平均値は、発電装置33が発電を開始するのに必要な順潮流電流閾値又はそれを上回る値となるため、以降の動作において第1電流センサ40における検出電流がこの第2順潮流電流値の平均値となるように擬似電流を調整すればよい。なお、本実施形態では、所定回数の第2順潮流電流値の平均値を用いたが、所定回数の第2順潮流電流値の最小値を用いるように構成してもよく、これにより消費電流を更に抑えることが可能となる。なお、制御部25は、上記の擬似電流を流して発電装置33に発電を開始させた後に、発電装置33が所定の出力電力で発電を行うように、あらかじめ決められた電流値だけ擬似電流を更に増加させてもよい。
Thus, the average value of the second forward current value calculated in step S105 is a forward current threshold value required for the
次に、自立運転時において、ステップS106で決定した順潮流電流が第1電流センサ40に流れるようにするための計算手順について説明する。
Next, a calculation procedure for causing the forward current flowing in step S106 to flow through the first
ここでは、発電装置33に700Wで発電させ、その内500Wを負荷32にて消費させる場合について説明する。分散電源の出力電圧は交流200Vであるため、発電装置33が発電することにより第1電流センサ40に流れる逆潮流電流Irは下記の数式(3)により求められる。
Ir=(700−500)/200=1.0[A] 式(3)
Here, a case will be described in which the
I r = (700−500) /200=1.0 [A] Formula (3)
ステップS106で決定した順潮流電流が0.15[A]であると仮定すると、第1電流センサ40に検出させるべき擬似電流Iaは下記の数式(3)により求められる。
Ia=1.0+0.15=1.15[A] 式(4)
When forward power flow current determined in step S106 it is assumed to be 0.15 [A], the pseudo current I a to be detected to the first
I a = 1.0 + 0.15 = 1.15 [A] Formula (4)
第1電流センサ40に巻回される擬似出力線のターン数を5とすると、擬似出力部50で生成されるべき電流Ia1は次の数式(5)により求められる。
Ia1=1.15/5=0.23[A] 式(5)
When the number of turns of the pseudo output line wound around the first
I a1 = 1.15 / 5 = 0.23 [A] Formula (5)
先に述べたように擬似出力部50で供給される電圧は5Vに降圧されているので、上記の電流Ia1を生成するために設定されるべき擬似電流負荷51の値Ra1は、以下の数式(6)により求められる。
Ra1=5/0.23=22[Ω] 式(6)
Since the voltage supplied by the
R a1 = 5 / 0.23 = 22 [Ω] Formula (6)
従って、制御部25は、後述する自立運転時において、上記の擬似電流負荷51の抵抗値Ra1となるように設定を行った後に、擬似電流制御スイッチ53をオンするとよい。これにより第1電流センサ40はステップS106で決定した順潮流電流を検出するため、発電装置33から負荷32に電力供給を行いつつ、蓄電池12への充電を行うことが可能となる。なお、制御部25は、上記制御を開始した後も常に第1電流センサ40における電流出力に相当する電流値をモニターし、所定の順潮流電流からのずれがある場合には、擬似電流負荷51の値を適宜調整することが好ましい。
Therefore, the
(自立運転時の制御)
次に、図6により自立運転時の電力制御システム100の制御例を説明する。この場合、パワーコンディショナ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。なお、図6において、蓄電池12の充電は完了しているものとする。
(Control during autonomous operation)
Next, a control example of the
図6における太線は、自立運転時の分散電源による電力供給の一例を示す。この例では、パワーコンディショナ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に出力される。また、第1電流センサ40は分散電源からの順潮流方向の電流を検出するため、発電装置33は負荷追従運転を行うことができる。
The thick line in FIG. 6 shows an example of power supply by the distributed power supply during the independent operation. In this example, the
なお、自立運転時における擬似電流決定モードの動作については、連系運転時とほぼ同一である。より具体的には、自立運転時には系統から電力供給を受けないため、図4のステップS103、S104、S105においてパワーコンディショナ20及び系統からの供給電流を監視し、第2順潮流電流値の平均値を記憶する代わりに、パワーコンディショナ20のみからの供給電流を監視し、第2順潮流電流値の平均値を記憶するように構成すればよい。なお、制御部25は連系運転時及び自立運転時のいずれにおいても、パワーコンディショナ20の出力電流値及び第3電流センサ71の検出電流を用いて供給電流の監視及び第2順潮流電流値の平均値の記憶を行うため、制御部25の実質的な動作において差異は無い。
The operation in the pseudo current determination mode during the independent operation is almost the same as that during the interconnection operation. More specifically, since no power supply is received from the system during the independent operation, the supply current from the
次に、発電装置33から蓄電池12へ充電を行う場合について説明する。
Next, the case where the
図7は、自立運転時の擬似電流により発電装置33が発電している場合の制御例を示す図である。図7に示す通り、自立運転時に発電装置33が発電を行う場合、パワーコンディショナ20により擬似出力部50に電力が供給される。そして、擬似出力部50に供給された電力は、トランス60を経由して擬似出力線に流れ、擬似電流として第1電流センサ40により検出される。このとき、第1電流センサ40が順潮流(買電方向の電流)を検出するように擬似出力部50が動作するため、発電装置33は発電を実行する。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、パワーコンディショナ20に供給する。余剰電力は、パワーコンディショナ20において、自立運転スイッチ24を経てインバータ21により直流電力に変換され、蓄電池12へと給電される。
FIG. 7 is a diagram illustrating a control example in the case where the
なお、制御部25は、発電装置33が発電を開始した後も、第1電流センサ40における検出電流に相当する電流を継続して監視して、順潮流電流が常に検出されるように擬似電流負荷51の調整を行うことが好ましい。負荷32における消費電力、又は発電装置33からの発電電力に変動が生じた場合に、第1電流センサ40が逆潮流を検出すると、発電装置33は発電を停止してしまうからである。
Note that the
なお、本実施形態において、負荷32は、利用者が使用する各種機器等の他、擬似電流を決定するための既知の負荷を有する擬似負荷であってもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態において、負荷32に流れる電流を検出する手段としては、第2電流センサ70単体のみならず、電流センサを内蔵した分電盤等を用いてもよい。
In the present embodiment, as means for detecting the current flowing through the
また、本実施形態において、擬似電流の調整は、擬似電流負荷51の抵抗値を調整して行うように構成したが、この態様には限定されない。擬似電流負荷51の抵抗値は固定として、擬似出力部50に供給する電圧を調整可能に構成してもよい。
In the present embodiment, the pseudo current is adjusted by adjusting the resistance value of the pseudo
また、本実施形態において、擬似出力部50への電源供給は、パワーコンディショナ20から行うように構成したが、この態様には限定されない。パワーコンディショナ20と同期が取れた他の電源から擬似出力部50に電力を供給するように構成してもよい。
Further, in the present embodiment, the power supply to the
このように、本実施形態によれば、電力制御システム100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、発電装置33又は他の分散電源からの電力を供給可能な擬似出力部50を有し、擬似出力部50からの出力により、第1電流センサ40に対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能である。これにより、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、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る。より詳しくは、自立運転時に、第1電流センサ40に擬似電流を流すことによって、意図的に発電装置33に発電させることが可能となる。また、第1電流センサ40への擬似電流を利用して発電装置33の発電を制御するため、発電装置33自体に特別な変更を加える必要がなく、汎用の燃料電池システム及びガス発電システムが流用できるという利点がある。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、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。これにより、系統と解列している自立運転時に第1電流センサ40に擬似電流が流れる。系統と並列している連系運転時に第1電流センサ40に擬似電流が流れることはなく、誤って発電装置33からの逆潮流が発生することはない。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、自立運転スイッチ24は、連系運転時にオフになり分散電源による自立運転時にオンになり、発電装置33と他の分散電源(太陽電池11、蓄電池12)との間に配される。これにより、自立運転時に、自立運転スイッチ24を通じて、発電装置33が発電する電力を他の分散電源側に供給することが可能となる。
Further, according to the present embodiment, the self-sustained
また、本実施形態によれば、蓄電池12は、自立運転スイッチ24がオンされているときに発電装置33からの電力を充電可能である。これにより、自立運転時に、発電装置33が発電する電力であって、例えば、負荷32の消費電力を上回る余剰電力を蓄電池12に蓄電することが可能となる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態では、擬似電流決定モードを設け、発電装置33に発電を開始させるのに必要な擬似電流値を測定により決定し、その決定値に調整できるようにした。この構成により、擬似電流を、発電装置33が発電状態を維持するために必要なレベルに抑えることができるため、擬似電流負荷51における不要な電力消費を抑えることができる。
Further, in the present embodiment, a pseudo current determination mode is provided so that a pseudo current value necessary for causing the
また、本実施形態では、必要な擬似電流値の測定を複数回行い、平均値又は最小値を採用するようにした。この構成により、擬似電流を更に抑えることができ、擬似電流負荷51における不要な電力消費を更に抑えることができる。
In this embodiment, the required pseudo current value is measured a plurality of times, and the average value or the minimum value is adopted. With this configuration, the pseudo current can be further suppressed, and unnecessary power consumption in the pseudo
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、各部材、各手段、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、複数の手段やステップなどを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。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, functions included in each member, each means, each step, etc. can be rearranged so as not to be logically contradictory, and a plurality of means, steps, etc. can be combined or divided into one. Is possible.
11 太陽電池
12 蓄電池
13,14 DC/DCコンバータ
20 パワーコンディショナ(電力制御装置)
21 インバータ
22、23 連系運転スイッチ
24 自立運転スイッチ
25 制御部
26 記憶部
31 分電盤
32 負荷
33 発電装置
40 第1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
60 トランス
70 第2電流センサ
71 第3電流センサ
100 電力制御システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、
前記第2電流センサは前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、
前記電力制御装置は、前記第1電流センサに対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能な擬似出力部と接続され、
前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第1順潮流電流値として検出する第1ステップと、
前記第1ステップの後、前記第2電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第2順潮流電流値として検出する第2ステップと、
前記第2順潮流電流値を前記閾値として記憶する第3ステップと
を含む、電力制御システムの制御方法。 While the first current sensor detects a forward current greater than or equal to the threshold value, a power generator that generates power according to the value detected by the first current sensor, and a power control that controls a distributed power source including the power generator A control method of a power control system comprising a device and a second current sensor that detects a current flowing through a load,
The first current sensor is disposed between the power control device and the power generation device,
The second current sensor is disposed between the power control device and the load;
The power control device is connected to a pseudo output unit capable of supplying a pseudo current that is a current in the same direction as a forward power flow to the first current sensor,
A first step of detecting a current value flowing through the load from at least one of a grid and the power control device as a first forward flow current value in a state where the pseudo current is stopped;
After the first step, when the current detected by the second current sensor increases, the value of the current flowing to the load from at least one of the system and the power control device increases, and then becomes a steady value. A second step of detecting the current value as a second forward current value;
And a third step of storing the second forward flow current value as the threshold value.
前記第1電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、
前記第2電流センサは前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、
前記電力制御装置は、前記第1電流センサに対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能な擬似出力部と接続され、
前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、
前記制御部は、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第1順潮流電流値として検出し、
第1順潮流電流値の検出の後、前記第2電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第2順潮流電流値として更に検出し、
前記第2順潮流電流値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする電力制御システム。 While the first current sensor detects a forward current greater than or equal to the threshold value, a power generator that generates power according to the value detected by the first current sensor, and a power control that controls a distributed power source including the power generator A power control system comprising a device and a second current sensor for detecting a current flowing through a load,
The first current sensor is disposed between the power control device and the power generation device,
The second current sensor is disposed between the power control device and the load;
The power control device is connected to a pseudo output unit capable of supplying a pseudo current that is a current in the same direction as a forward power flow to the first current sensor,
The power control device includes a control unit and a storage unit,
The control unit detects a current value flowing through the load from at least one of a system and the power control device as a first forward current value while the pseudo current is stopped,
After the detection of the first forward current value, when the current detected by the second current sensor increases, the value of the current flowing to the load increases from at least one of the system and the power control device. The current value when the steady value is reached is further detected as the second forward current value,
The power control system storing the second forward flow current value as the threshold in the storage unit.
前記第1電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、
負荷に流れる電流を検出する第2電流センサが前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、
前記電力制御装置は、前記第1電流センサに対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能な擬似出力部に接続され、
前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、
前記制御部は、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第1順潮流電流値として検出し、
第1順潮流電流値の検出の後、前記第2電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第2順潮流電流値として更に検出し、
前記第2順潮流電流値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする電力制御装置。 While the first current sensor detects a forward current greater than or equal to the threshold value, a power generator that generates power according to the value detected by the first current sensor, and a power control that controls a distributed power source including the power generator A device,
The first current sensor is disposed between the power control device and the power generation device,
A second current sensor for detecting a current flowing through the load is disposed between the power control device and the load;
The power control device is connected to a pseudo output unit capable of supplying a pseudo current that is a current in the same direction as a forward power flow to the first current sensor,
The power control device includes a control unit and a storage unit,
The control unit detects a current value flowing through the load from at least one of a system and the power control device as a first forward current value while the pseudo current is stopped,
After the detection of the first forward current value, when the current detected by the second current sensor increases, the value of the current flowing to the load increases from at least one of the system and the power control device. The current value when the steady value is reached is further detected as the second forward current value,
The power control device, wherein the second forward flow current value is stored in the storage unit as the threshold value.
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