JP2017046388A

JP2017046388A - 電力システム

Info

Publication number: JP2017046388A
Application number: JP2015165326A
Authority: JP
Inventors: 晃喜後藤; Akiyoshi Goto; 高橋　寿明; Toshiaki Takahashi; 寿明高橋; 利広芝田; Toshihiro Shibata
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-03-02

Abstract

【課題】発電システムを効率的に使用することができる電力システムを提供する。【解決手段】電力システム１は、商用電力を供給する系統電源８と、分散電源として機能する発電システム２と、発電システムの出力電力を制御する給電制御部３と、分電盤６を介し系統電源または給電制御部によって運転電力が供給される少なくとも一つの負荷９ａ、９ｂと、施設内の消費電力を計測する計測部７と、通信機能を有する負荷９ａを通信手段を介して制御する負荷制御部４と、負荷を制御するための情報を格納する記憶部５を有する。負荷制御部は、計測部が計測した消費電力が、発電システムが出力可能な電力を下回る場合、制御命令を実行させる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は電力システムに関する。

燃料電池システム等の発電システムにおいて、電力負荷パターンを予測し、起動時間を見越して前もって燃料電池システムの起動をかけることで燃料電池システムの電力寄与率を向上させることができるものが知られている。

特許第４３２５３０６号

しかしながら、電力負荷パターンの予測は必ずしも実際の消費と同じではなく、また燃料電池システムの場合には排熱を給湯にも利用することから、湯切れを生じさせないための効率的な運転のタイミングがあり、これが電力負荷パターンとずれる場合も想定される。

本実施形態の電力システムは、宅内の消費電力を計測する計測部と、発電システムの出力電力を制御する給電制御部と、負荷に対する制御命令を予め記憶する記憶部と、前記計測部が計測した消費電力が、前記発電システムが出力可能な電力を下回る場合、前記制御命令を実行させる負荷制御部と、を有することを特徴とする。

本実施形態によれば、発電システムを効率的に使用することができる電力システムを提供できる。

本発明の第１の実施形態にかかる電力システム構成図本発明の第１の実施形態にかかる記憶部に格納されるテーブルの一例本発明の実施形態にかかる負荷制御部の動作フロー本発明の第１の変形例にかかる記憶部に格納されるテーブルの一例本発明の第１の変形例にかかる負荷制御部の動作フロー本発明の第２の実施形態にかかる電力システム構成図

本発明にかかる実施形態の電力システムは、宅内の消費電力を計測する計測部と、発電システムの出力電力を制御する給電制御部と、負荷の制御命令、および前記制御命令の実行が可能であるか否かを示す識別情報を対応づけて格納する記憶部と、前記計測部が計測した消費電力が、前記発電システムが出力可能な電力を下回る場合、制御命令を記憶部から取得し、前記負荷に送信することによって、前記負荷を制御する負荷制御部と、を有することを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１において、実線や実線矢印は電力配線や電力供給の向きを示し、点線や点線矢印は信号配線や信号送出の向きを示している。

（第１の実施形態）

図１は、本実施形態の一例として、施設内の電力システム１の構成を示す。

電力システム１は、商用電力を供給する系統電源８と、分散電源として機能する発電システム２と、発電システム２の出力電力を制御する給電制御部３と、分電盤６を介し系統電源８または給電制御部３によって運転電力が供給される少なくとも一つの負荷９と、施設内の消費電力を計測する計測部７と、通信機能を有する負荷９ａを通信手段を介して制御する負荷制御部４と、負荷９ａを制御するための情報を格納する記憶部５を有する。

発電システム２は、たとえば通常時は系統電源８と連携し、停電時に自立運転機能を有する発電システムである。本実施形態では発電システム２として太陽光発電モジュールを搭載した太陽光発電システムを例に説明するが、たとえば燃料電池システム、風力発電システム等他のエネルギー源を利用して電力を創出する分散型電源を適用してもよい。また、発電システム２は、電力システム１において１つに限らず、複数存在してもよい。なお、発電システム２によって創出した発電電力は、給電制御部３の制御によって、蓄電システム３０に蓄電可能であってもよいし、系統電源８に逆潮流させることも可能である。

給電制御部３は、パワーコンディショナを具備し、発電システム２によって生成された電力を例えばＡＣ１００Ｖの電力に変換し、分電盤６に入力する。

また、給電制御部３は出力抑制機能を有しており、外部からの要求に基づいて発電システム２の出力抑制制御が可能となっている。例えば太陽光発電システムで発電し出力する電力を制限するように出力抑制制御を行うことで、系統電源８へ逆潮流する電力量を制限する。

なお、電力システム１に複数の発電システム２が存在する場合、給電制御部３は互いに連携する２つの構成であってもよいし、１つの統合給電制御部であってもよい。

給電制御部３と蓄電システム３０または負荷制御部４との間の通信は、給電制御部３に通信機能を持たせ、当該通信機能を用いて行われてもよく、別途通信ユニットを設け、当該通信ユニットを用いて行われてもよい。なお、給電制御部３は、ユーザによる蓄電システム３０の充放電指示、発電システム２の操作設定などを受け付ける図示しない入力受付部や画面表示部などを有してもよい。

蓄電システム３０は、系統電源８と連系されたとき、系統電力を受けて蓄電することが可能であり、発電システム２が発電している時間帯に、発電システム２と連系し、創出された発電電力を蓄電することも可能である。蓄電された電力は、系統電源８が停電したときなど、給電制御部３の制御によって自立運転機能を実行するとき、分電盤６を介して負荷９に電力を供給する。

負荷制御部４は、電気機器等の負荷９ａおよび計測ユニット７と有線または無線の通信媒体を介し、ＥＣＨＯＮＥＴＬｉｔｅなど任意の通信プロトコルに従って通信を行う。負荷制御部４は、ＥＣＨＯＮＥＴＬｉｔｅの規定に従い、負荷９ａを制御するとともに、計測部７に施設内の消費電力を問い合わせる命令を送信し、計測部７からの計測結果を受信するように構成される。

そして、負荷制御部４は、計測部７から受信した宅内の消費電力が、発電システム２の出力可能な電力を下回ると判断した場合に、後述する記憶部５に保存された情報に基づき負荷９ａを制御する。負荷制御部４は、後述する記憶部５を備えても良いし、記憶部５と別体であってもよい。

発電システム２の出力可能な電力とは、発電システム２が出力できる最大の電力をいう。たとえば、発電システム２が太陽光発電システムの場合、発電電力が天候、時刻などによって変化するが、この場合には実際の出力電力を出力可能な電力とする。また、給電制御部３が外部からの出力抑制指示を受けて、発電システム２の出力を絞り系統電源８への逆潮流を制限する場合、出力抑制制御していないとしたら出力できるであろう最大の電力をいう。

この出力可能な電力は、日照量等との関係で事前に負荷制御部４または給電制御部３に格納されてもよいし、給電制御部３の運転状況に応じて判断してもよい。

記憶部５は、負荷９ａの運転に関する情報を格納する。

記憶部５が格納するテーブルの一例を図２に示す。図２では、制御命令を受ける負荷の名称、負荷の識別情報、制御命令、実行予約の有無、優先順位が示されている。制御命令は、便宜的に運転の内容を記したが、実際には負荷９ａおよび負荷制御部４間で用いられるプロトコルに従い、命令文が格納されていてもよい。また、実行予約は任意の識別記号や文字列であってもよく、実行予約の有無を特定するためのなんらかのフラグであればよい。

実行予約は、ユーザによって設定可能であってもよいし、図示しない公衆ネットワークから取得してもよいし、事前に設定されていてもよい。

優先順位はユーザが任意に設定してもよいし、制御命令の属性に基づいて自動的に入力されてもよい。例えば、途中で中断可能な制御や制御の実行が遅れても日常生活に影響が少ないものは優先順位を低くすることができる。

例えば、図２では負荷の洗濯機に対して、制御命令として「洗濯」が設定されているため実行予約に「Ｙ」が入力され、優先順位として「１」が設定されている。すなわち、図２において洗濯機の洗濯が最も優先的に制御命令が実行されることになる。続いて炊飯器の「炊飯」、給湯器の「給湯」、テレビの「動画ダウンロード」、蓄電システムの「蓄電」、冷蔵庫の「急速冷凍」の順に優先順位が設定されて実行予約が入力されている。

計測部７は、たとえば分電盤６内に設置され、主幹回路あるいは主幹から分岐され負荷９に接続する分岐回路の消費電力を計測する装置である。計測部７は、たとえばＣＴ（Current Transformer）を用いて回路に流れる電流値を測定し、算出した消費電力を通信機能によって負荷制御部４に送信する構成を有する。また、計測部７は、スマートメータなど施設全体の消費電力を計測する装置であってもよいし、給電制御部３に内蔵される構成であってもよい。

系統電源８は、たとえば電力会社から供給される電源であり、分電盤６を介して負荷９ａおよび負荷９ｂに給電する。また、給電制御部３の制御によって、蓄電システム３０に蓄電可能であってもよい。

負荷９は、一般的な電気機器であり、本実施形態では通信機能を有する負荷９ａ、および通信機能を有しない負荷９ｂを有している。負荷９ａおよび負荷制御部４は、有線または無線の通信媒体を介し、ＥＣＨＯＮＥＴＬｉｔｅなど任意の通信プロトコルに従って通信を行う。

第１の実施形態に係る電力システムの動作の一例を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

本実施形態の電力システム１は、例えば、負荷制御部４が計測部７から宅内の消費電力を取得したときに、本フローチャートに示す動作を開始する（Ｓ３０）。

まず、消費電力が発電システム２の出力可能な電力を下回るか否かを判断する（Ｓ３１）。消費電力が発電システム２の出力可能な電力を下回る場合、すなわち余剰電力がある場合、負荷制御部４は、記憶部５に格納されている図２のテーブルを参照し、最も優先順位の高い制御命令を読み出す（Ｓ３２）。

次に、Ｓ３２で読み出した制御命令を負荷９ａに送信する（Ｓ３３）。そして、Ｓ３３で送信した制御命令が最後の制御命令か否かを確認する（Ｓ３４）。最後の制御命令である場合、本動作フローを終了する。最後の制御命令でない場合、Ｓ３１に戻り、消費電力が発電システム２の出力可能な電力を下回るか否かを判断し、下回っている場合は次に優先順位が高い制御命令を読み出す。

このように、負荷制御部４は、Ｓ３１からＳ３４の処理フローを、最後にテーブルに格納されている制御命令を読み出すまで繰り返す。

このように、図３の動作フローによって、消費電力が発電システム２の出力可能な電力を下回る場合、すなわち余剰電力がある場合、負荷９ａは予め実行予約が行われた制御命令を実行する。

次に、給電制御部３が出力抑制制御を行う場合について説明する。

給電制御部３は、例えば図示しない公衆通信網等の外部からの要求に基づいて発電システム２である太陽光発電システムの出力抑制制御が可能に構成されている。ここで、出力抑制制御とは、系統電源８への逆潮流を停止または減少させるために本来出力可能な電力を抑制するものである。例えば、２ｋＷの発電システム２が最大発電量である２ｋＷを発電しているときに出力抑制制御によって１ｋＷの出力に制限されるとすると、本来２ｋＷの出力が出せるにもかかわらず、１ｋＷは無駄になっていることになる。従って、太陽光発電システムが出力抑制制御を行うと効率的な動作ができないためユーザとしては好ましくない。しかし、本動作フローによって、出力抑制制御によって出力を低下させなければいけない場合に予め予約した負荷を制御することで電力を消費すれば、実質的に逆潮流する電力を停止または減少させることができるため、出力抑制制御を回避することができる。つまり、給電制御部が、外部からの出力抑制指示を受けた場合に、計測部が計測した消費電力が発電システム２が出力可能な電力を下回るときは、負荷の制御命令を実行させることで系統電源８へ逆潮流させずに発電システム２の出力電力を出力可能な電力に近づけることができる。

負荷９の消費は、出力抑制制御の指示を受けたときに必ずしも発生するとは限らないが、本実施形態では出力抑制制御を実行しなければならないときに、計測部が計測した消費電力が発電システムの出力可能な電力を下回るときは、予め実行予約している負荷９の制御命令を実行させるため、発電システムの発電を効率的に使用することができる。
（変形例１）

変形例１では、第１の実施形態において負荷９ａの実行に要する時間又は終了する時刻が設定されており、発電システムの稼働時刻と比較して負荷９ａを実行する。

図４は、変形例１における記憶部５が格納するテーブルの一例を示す。負荷９ａとするテレビの「動画ダウンロード」運転が終了する終了時刻は、たとえばユーザが予約を１７：００と設定することで実行予約「Ｙ」が入力される。給湯器の「追い炊き」は１９：００に完了するように設定されている。運転が終了するまでにかかる所要時間が決まっている制御命令には、所要時間が設定される。例えば、蓄電システムの「蓄電」は満充電までに５時間かかることが示されており、洗濯機の「洗濯」は４０分かかることが示されており、給湯器の「追い炊き」は１９：００に完了することを示している。

変形例１に係る電力システムの動作の一例を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。

本変形例の電力システム１は、例えば、負荷制御部４が計測部７から宅内の消費電力を取得したときに、本フローチャートに示す動作を開始する（Ｓ５０）。

まず、消費電力が発電システム２の出力可能な電力を下回るか否かを判断する（Ｓ５１）。消費電力が発電システム２の出力可能な電力を下回る場合、すなわち余剰電力がある場合、負荷制御部４は、記憶部５の各制御命令に終了時刻を更新する（Ｓ５２）。

図４は、変形例１における記憶部５が格納するテーブルの一例を示す。負荷９ａとするテレビの「動画ダウンロード」運転が終了する終了時刻は、たとえばユーザが予約を１７：００までと設定することで格納される。運転が終了するまでにかかる所要時間が決まっている制御命令には、終了時刻が格納される現時刻、すなわちＳ５２が実行する時点から演算されて格納される。たとえば洗濯機の洗濯モードの所要時間が４０分である場合、１７：００にＳ５２が実行されると終了時刻が１７：４０として格納される。なお、終了時刻が既定の時刻の場合、Ｓ５２は省略してもよい。

次に、負荷制御部４は、制御命令が更新された終了時刻前に実行可能か否かを判断し、実行可能か否かの識別情報を格納する（Ｓ５３）。たとえば、負荷制御部４は、図示しない公衆回線を利用して発電システム２が稼働する時刻を取得し、各制御命令の終了時刻と照らし合わせて判断する。発電システム２の稼働時刻は、ユーザによって設定されてもよいし、たとえば電力会社からの出力抑制情報や気象会社からの日射予想、宅内の電力消費の学習パターンに基づき取得してもよい。

ここで、たとえば現在時刻が１７：００であり、発電システム２の稼働時間が１８：００までの場合、終了時刻が１８：００以降の蓄電システム「蓄電」、給湯器「追い炊き」制御命令は実行不能と判断され、実行可否の識別情報が格納されない。一方、所要時間が４０分の洗濯機「洗濯モード」は、終了時刻が１７：４０として格納され、かつ発電システム２の稼働時刻内であるため、実行可能と判断されて識別情報「Ｙ」が格納される（Ｓ５３）。

Ｓ５４以降の動作フローは、第１の実施形態と同様のため、説明は省略する。なお、複数の負荷９ａが実行可能な場合、負荷制御部４は、予め決められた優先順位に従ってＳ５４の読み出しを行ってもよい。また、既に稼働中の負荷は読み出さず、未稼働の負荷の制御命令のみを読み出してもよい。

これによって、たとえば洗濯機や炊飯器など大電流を必要とし途中不可なもの、デマンドサービスなどの途中可能なダウンロード作業などを、電力会社からの出力抑制情報や気象会社からの日射予想、宅内の電力消費の学習パターンに基づき効率的に電力を消費することができる。

（第２の実施形態）

次に第２の実施形態について説明する。図６は、本実施形態の一例として、施設内の電力システム１の構成を示す。第２の実施形態は発電システム２がヒータ２aと給湯システム２bを有している点が第１の実施形態と異なり、他の構成は同じであるため、第１の実施形態と同様の構成は、同様の符号を付し、説明は省略する。

発電システム２は、たとえば系統電源８と連携し、停電時に自立運転機能を有する発電システムである。本実施形態では発電システム２として燃料電池システムを例に説明する。発電システム２は、ヒータ２aおよび給湯システム２ｂを有しており、発電システムが発電するときに発生する熱で給湯するとともに、ヒータ２aによって保温が可能となっている。燃料電池システムの発電は、給湯と連動しているため、お湯を沸かすタイミングで発電することになる。しかしながら、給湯時に負荷の電力消費が少ない場合、発電システム２は出力可能な電力である定格電力のうち、消費されない電力を給電制御部３の指示に基づきヒータ２aで消費することになる。このように実際の出力電力が出力可能な電力である定格出力を下回る場合、発電システム２の発電効率は低下する。そこで、本実施形態では第１の実施形態と同様に負荷制御の実行予約を行い、図３と同様のフローで負荷を制御することで、発電システムで発電するときに消費電力を上げることで発電効率の低下を防止している。

第２の実施形態では、発電システム２が起動するときに図３のフローが開始される。そして、Ｓ３１において消費電力と発電システム２の出力可能な電力としての定格電力が比較され、以下同様に優先順位に従って負荷を制御する。

このように、発電システム２が起動するタイミングで負荷を制御できるため発電システム２で発電した電力を負荷で効率的に消費することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良、あるいは組合せを加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１…電力システム
２…発電システム
３…給電制御部
４…負荷制御部
５…記憶部
７…計測部
９ａ…負荷

Claims

宅内の消費電力を計測する計測部と；
発電システムの出力電力を制御する給電制御部と；
負荷に対する制御命令を予め記憶する記憶部と；
前記計測部が計測した消費電力が、前記発電システムが出力可能な電力を下回る場合、前記制御命令を実行させる負荷制御部と；
を具備したことを特徴とする電力システム。
前記給電制御部は、外部からの要求に基づいて前記発電システムの出力抑制制御が可能であって、外部からの要求に基づいて出力抑制制御動作をしているときに、前記計測部が計測した消費電力が前記発電システムが出力可能な電力を下回るときは、前記負荷の制御命令を実行させる
ことを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
前記発電システムは、出力可能な電力である定格出力を下回るときに発電効率が低下するものであって、前記負荷制御部は、前記計測部が計測した消費電力が、前記発電システムが出力可能な定格出力を下回る場合、前記制御命令を実行させる
ことを特徴とする請求項１に記載の電力システム。