JP2018152997A - パワーコンディショナ及びスイッチ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力制御時に破棄される発電電力量を低減できるＰＣＳを提供する。【解決手段】ＰＣＳは、第１負荷及び系統に接続される第１出力端子と、第２負荷に接続される第２出力端子と、発電装置の出力に基づき、第１出力端子と系統及び／又は第２出力端子とに供給する交流電力を生成する交流電力生成回路と、交流電力生成回路からの交流電力の第２出力端子への供給をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチと、余剰売電用の出力制御ルールに従って交流電力生成回路を制御する制御部とを備え、制御部は、１００％未満の出力制御値が指定されている出力制御対象期間内の、第１負荷の消費電力が出力制御値から定まる上限出力電力よりも少ない期間中に、交流電力生成回路からの交流電力の第２出力端子への供給が停止され、出力制御対象期間内の残りの期間中に、交流電力生成回路からの交流電力が第２出力端子へ供給されるように、スイッチを制御する動作モードを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、パワーコンディショナとスイッチ制御装置とに関する。

系統を安定化するために、近年のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）には、出力電力を制御する出力制御機能が付与されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、余剰電力を販売する場合の出力制御ルール（以下、余剰売電用の出力制御ルールと表記する）では、以下のことが定められている。
・売電する場合（逆潮流させる場合）には、ＰＣＳの最大出力電力を、電力会社から指定される出力制御値で規定される上限電力（＝契約容量×出力制御値）とする。
・売電しない場合（逆潮流させない場合）には、ＰＣＳの出力電力を、自家消費電力と同電力まで上げて良い。

すなわち、自家消費電力とＰＣＳの出力電力とが、出力制御がかかっていない状況下では、図１（ａ）に示したように時間変化する太陽光発電システムに、時間Ｔ１〜時間Ｔ２の間、出力を定格出力（契約容量）の３０％とするという出力制御がかかった場合、図１（ｂ）に示したように、自家消費電力が上限電力より少ないため、売電できる期間＃１内は、ＰＣＳの出力電力が上限電力に制限される。また、自家消費電力が上限電力以上となっている期間＃２内は、ＰＣＳの出力電力が自家消費電力以下に制限される。

このように、出力制限がかかると、図１（ｂ）において、網掛けを付してある部分の電力が、売電されずに、破棄されることになる。

特開２０１６−１５８４１２号公報

本発明の課題は、出力制御時に破棄される発電電力量を低減できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のパワーコンディショナは、第１負荷及び系統に接続される第１出力端子と、第２負荷に接続される第２出力端子と、発電装置の出力に基づき、前記第１出力端子と前記系統及び／又は前記第２出力端子とに供給する交流電力を生成する交流電力生成回路と、前記交流電力生成回路からの交流電力の前記第２出力端子への供給をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチと、余剰売電用の出力制御ルールに従って前記交流電力生成回路を制御する制御部と、を備える。そして、本発明のパワーコンディショナの制御部は、１００％未満の出力制御値が指定されている出力制御対象期間内の、前記第１負荷の消費電力が前記出力制御値から定まる上限出力電力よりも少ない期間中に、前記交流電力生成回路からの交流電力の前記第２出力端子への供給が停止され、前記出力制御対象期間内の残りの期間中に、前記交流電力生成回路からの交流電力が前記第２出力端子へ供給されるように、前記スイッチを制御する第１動作モードを有する。

すなわち、第１動作モードで動作している制御部は、出力制御対象期間内の、第１負荷
の消費電力が上限出力電力よりも少ない期間（以下、第１期間と表記する）中、交流電力生成回路からの交流電力の第２負荷（第２出力端子）への供給を停止させる。また、制御部は、出力制御対象期間内の残りの期間（以下、第２期間と表記する）中に、交流電力生成回路からの交流電力を第２負荷に供給する。従って、本発明のパワーコンディショナを用いた場合、第２負荷による電力消費が第２期間内に生ずることになる。そして、第２期間は、売電できないが故に、発電電力が破棄される期間なのであるから、本発明のパワーコンディショナによれば、出力制御時に破棄される発電電力量を低減することができる。

なお、第２出力端子には、通常、利用時間をずらせる幾つかの負荷（炊飯器、食洗機、洗濯機等）が、第２負荷３２として接続される。そのような負荷を利用している間（機能させている間）は、電力（電源電力）の供給が中断されない方が良いので、本発明のパワーコンディショナを、前記第１動作モードで動作している前記制御部が、前記上限出力電力以上であった前記第１負荷の消費電力が前記出力制御対象期間内に前記上限出力電力よりも少なくなったときに、前記第２負荷の消費電力が所定電力を超えていた場合には、前記第２負荷の消費電力が前記所定電力以下となってから、前記スイッチをＯＦＦする装置として構成しておくことが好ましい。

本発明のパワーコンディショナの制御部に、前記出力制御対象期間中に前記交流電力生成回路からの交流電力が前記第２出力端子へ供給され続けるように、前記スイッチを制御する第２動作モードで動作する機能を付与しておいても良い。

また、上記課題を解決するために、本発明のスイッチ制御装置は、余剰売電用の出力制御ルールに従った出力制御が行われるパワーコンディショナの出力の第２負荷への供給をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチを制御するスイッチ制御装置であって、１００％未満の出力制御値が指定されている出力制御対象期間内に、前記パワーコンディショナの出力が前記スイッチを介さず供給されている第１負荷の消費電力が前記出力制御値から定まる上限出力電力よりも少ないか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって前記第１負荷の消費電力が前記上限出力電力よりも少ないと判定されている期間中に、前記スイッチの状態をＯＦＦ状態に制御し、前記判定手段によって前記第１負荷の消費電力が前記上限出力電力よりも少ないと判定されていない期間中に、前記スイッチの状態をＯＮ状態に制御するスイッチ制御手段と、を備える。

すなわち、本発明のスイッチ制御装置は、判定手段によって前記第１負荷の消費電力が前記上限出力電力よりも少ないと判定されている期間中には、パワーコンディショナの出力の第２負荷への供給を停止させ、そうではない期間中には、パワーコンディショナの出力を第２負荷に供給する。そのため、本発明のスイッチ制御装置を用いた場合、第２負荷による電力消費が、後者の、売電できないが故に、発電電力が破棄される期間中に、生ずることになる。従って、本発明のスイッチ制御装置によっても、出力制御時に破棄される発電電力量を低減することができる。

本発明によれば、出力制御時に破棄される発電電力量を低減することができる。

余剰売電用の出力制御ルールを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの概略構成及び使用形態の説明図である。 実施形態に係るパワーコンディショナの制御部が実行する出力調整処理の流れ図である。 制御部が実行するスイッチ制御処理の流れ図である。 スイッチ制御処理の内容（意味）の説明図である。 実施形態に係るパワーコンディショナの変形例の説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

図２に、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ（ＰＣＳ）１０の概略構成及び使用形態を示す。

図示してあるように、本実施形態に係るＰＣＳ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、ＤＣ／ＡＣインバータ１２、連系リレー１３、操作パネル１４、制御部１５、電力供給スイッチ１６、第１出力端子２１及び第２出力端子２２を備える。

第１出力端子２１は、第１負荷３１及び系統３５が接続される端子である。この第１出力端子２１には、常時、電力を供給すべき幾つかの負荷（家庭用電気機械器具）が第１負荷３１として接続される。第２出力端子２２は、第２負荷３２が接続される端子である。この第２出力端子２２には、利用時のみに電力を供給すれば良い幾つかの負荷、特に、利用時間をずらせる、炊飯器、食洗機、洗濯機等が、第２負荷３２として接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、太陽電池（太陽電池アレイ）３０の出力電圧を、所望電圧（ＤＣ／ＡＣインバータ１２に供給すべき電圧）に変換するための回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１としては、太陽電池３０の出力電圧範囲に応じた種類のコンバータ（昇圧コンバータ、降圧コンバータ又は昇降圧コンバータ）が使用される。

ＤＣ／ＡＣインバータ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１からの直流電圧を交流電圧に変換するための回路である。ＤＣ／ＡＣインバータ１２の出力端子は、停電時等にＰＣＳ１０を系統３５から切り離すための連系リレー１３を介して第１出力端子２１と接続されている。さらに、ＤＣ／ＡＣインバータ１２の出力端子は、電力供給スイッチ１６を介して第２出力端子２２と接続されている。

ＰＣＳ１０内には、ＤＣ／ＡＣインバータ１２の出力電力Ｐｏｕｔを測定するための電力センサ２４と、第２負荷３２の消費電力Ｐ２を測定するための電力センサ２５とが設けられている。なお、図から明らかなように、電力センサ２５の測定結果が、第２負荷３２の消費電力Ｐ２となるのは、電力供給スイッチ１６がＯＮとなっている場合だけである。

操作パネル１４は、ＬＣＤと複数の押しボタンスイッチとで構成された、ユーザに、制御部１５の動作モード（詳細は後述）を指定させるためのユニットである。

制御部１５は、プロセッサ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ、ゲートドライバ、ネットワークインターフェース回路等から構成されたユニットである。この制御部１５には、上記した電力センサ２４、２５の出力に加えて、第１負荷３１の消費電力Ｐ１を測定するための電力センサ２６の出力と、売電電力（逆潮流電力）ＰＲを測定するための電力センサ２７の出力とが入力されている。なお、制御部１５には、他のセンサ（太陽電池３０の出力電圧を測定するためのセンサ等）の出力も入力されている。

また、制御部１５は、電力サーバ４０から出力制御スケジュールを取得できるように、インターネットに接続されている。ここで、電力サーバ４０とは、系統３５を管理している電力会社が、出力制御スケジュールを配布するために運営しているサーバのことである。

以下、制御部１５の機能を説明する。なお、以下の説明では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びＤＣ／ＡＣインバータ１２のことを、交流電力生成回路と表記する。

制御部１５の動作モードには、第１動作モードと第２動作モードとがある。いずれの動作モードが指定されている場合にも、制御部１５は、出力制御スケジュールを電力サーバ４０から周期的に取得する。

以下、制御部１５の動作を、出力制御実施日における第１動作モードでの制御部１５の動作と、他状況における制御部１５の動作とに分けて説明する。なお、出力制御実施日とは、出力制御スケジュールで出力制御を行うことが指定されている日のことである。

まず、出力制御実施日における第１動作モードでの制御部１５の動作について説明する。
制御部１５は、第１動作モードが指定されている状況下、出力制御実施日になった場合には、電力供給スイッチ１６をＯＦＦする。すなわち、制御部１５は、第１負荷３１のみが負荷となっている状態を形成する。そして、制御部１５は、出力制御値が１００％である期間中は、交流電力生成回路の出力が最大となるように、交流電力生成回路を制御する。

制御部１５は、出力制御値がＡ（＜１００）％である出力制御対象期間となった場合には、出力調整処理とスイッチ制御処理とを開始する。

出力制御処理は、第１負荷３１のみが負荷となっているＰＣＳ１０内の交流電力生成回路を、余剰売電用の出力制御ルールに従って制御する処理である。

図３に、制御部１５が実行する出力調整処理の流れ図を示す。

図示してあるように、出力制御対象期間となったため、この出力調整処理を開始した制御部１５は、まず、自家消費電力ＰＬが上限電力Ｐｔｈ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。ここで、上限電力Ｐｔｈとは、ＰＣＳ１０の契約容量・Ａのことである。また、自家消費電力ＰＬとは、“消費電力Ｐ１（第１負荷３１の消費電力）＋消費電力Ｐ２（第２負荷３２の消費電力）”のことである。ただし、制御部１５は、自家消費電力ＰＬを、出力電力Ｐｏｕｔから売電電力ＰＲを減ずることにより算出する。

自家消費電力ＰＬが上限電力Ｐｔｈ以下であった場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、制御部１５は、出力電力Ｐｏｕｔと上限電力Ｐｔｈとを比較する（ステップＳ１０２）。そして、制御部１５は、出力電力Ｐｏｕｔと上限電力Ｐｔｈとが一致していた場合（ステップＳ１０２；＝Ｐｔｈ）には、ステップＳ１０１に戻って、自家消費電力ＰＬが上限電力Ｐｔｈ以下であるか否かを判断する。

制御部１５は、出力電力Ｐｏｕｔが上限電力Ｐｔｈ以下であった場合（ステップＳ１０２；＜Ｐｔｈ）には、出力増大処理（ステップＳ１０３）を行い、出力電力Ｐｏｕｔが上限電力Ｐｔｈを超えていた場合（ステップＳ１０２；＞Ｐｔｈ）には、出力低減処理（ステップＳ１０４）を行う。ここで、出力増大処理とは、出力電力Ｐｏｕｔを増加させることが可能である場合には、出力電力Ｐｏｕｔが所定量増加するように、交流電力生成回路を制御し、出力電力Ｐｏｕｔを増加させることが出来ない場合（太陽電池３０から最大電力を取り出している場合）には、何も行わない（交流電力生成回路に対する制御内容を変更しない）処理のことである。また、出力低減処理とは、出力電力Ｐｏｕｔが所定量減少するように、交流電力生成回路を制御する処理のことである。

出力増大処理又は出力低減処理を終えた制御部１５は、ステップＳ１０１に戻って、自家消費電力ＰＬが上限電力Ｐｔｈ以下であるか否かを判断する。

自家消費電力ＰＬが上限電力Ｐｔｈ以下ではなかった場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）、制御部１５は、売電電力ＰＲと“０”とを比較する（ステップＳ１０５）。そして、制御部１５は、売電電力ＰＲが“０”であった場合（ステップＳ１０５；＝０）には、ステップＳ１０１に戻って、自家消費電力ＰＬが上限電力Ｐｔｈ以下であるか否かを判断する。

制御部１５は、売電電力ＰＲが負値であった場合（ステップＳ１０５；＜０）には、上記したものと同内容の出力増大処理（ステップＳ１０６）を行う。また、制御部１５は、売電電力ＰＲが正値であった場合（ステップＳ１０５；＞０）には、上記したものと同内容の出力低減処理（ステップＳ１０７）を行う。

そして、出力増大処理又は出力低減処理を終えた制御部１５は、ステップＳ１０１に戻って、自家消費電力ＰＬが上限電力Ｐｔｈ以下であるか否かを判断する。

制御部１５が実行するスイッチ制御処理は、図４に示した手順の処理である。

すなわち、出力制御対象期間となったため、この出力調整処理を開始した制御部１５は、まず、消費電力Ｐ１が上限電力Ｐｔｈ以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。

制御部１５は、消費電力Ｐ１が上限電力Ｐｔｈ以下ではなかった場合（ステップＳ２０１；ＮＯ）には、電力供給スイッチ１６がＯＦＦであった場合には、電力供給スイッチ１６をＯＮとする処理（ステップＳ２０２）を行う。

そして、ステップＳ２０２の処理を終えた制御部１５は、ステップＳ２０１に戻って、消費電力Ｐ１が上限電力Ｐｔｈ以下であるか否かを判断する。

制御部１５は、消費電力Ｐ１が上限電力Ｐｔｈ以下であった場合（ステップＳ２０１；ＹＥＳ）には、電力供給スイッチ１６がＯＮであり、且つ、消費電力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔｈ以下であるという条件が満たされているか否かを判断する（ステップＳ２０３）。閾値Ｐ２ｔｈは、第２負荷３２として第２出力端子２２に接続されている負荷の中に、利用されているもの（動作中のもの）があるか否かを判断するための閾値である。従って、閾値Ｐ２ｔｈとしては、第２負荷３２として第２出力端子２２に接続されている各負荷の待機電力の総和よりも少し大きな値が使用される。

上記条件が満たされていた場合（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、制御部１５は、電力供給スイッチ１６をＯＦＦ（ステップＳ２０４）してから、ステップＳ２０１に戻る。
一方、上記条件が満たされていなかった場合（ステップＳ２０３；ＮＯ）、制御部１５は、電力供給スイッチ１６をＯＦＦすることなく、ステップＳ２０１に戻る。なお、電力供給スイッチ１６がＯＮであるが、消費電力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔｈ以下ではない場合（ステップＳ２０３；ＮＯ）に、電力供給スイッチ１６をＯＦＦしていないのは、第２負荷３２として接続されている負荷の中に利用中の負荷がある場合、通常は、電力（電源電力）の供給が中止されない方が良いためである。

以下、スイッチ制御処理の終了時における制御部１５の動作を説明する。流れ図（図４）への表記は省略してあるが、制御部１５は、出力制御対象期間の終了によりスイッチ制
御処理を終了する際には、電力供給スイッチ１６がＯＮであるか否かを判断する。そして、制御部１５は、電力供給スイッチ１６がＯＦＦであった場合には、特に処理を行うことなく、スイッチ制御処理を終了する。

一方、電力供給スイッチ１６がＯＮであった場合、制御部１５は、消費電力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔｈ以下であるか否かを判断する。そして、制御部１５は、消費電力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔｈ以下であった場合には、電力供給スイッチ１６をＯＦＦしてから、スイッチ制御処理を終了する。また、制御部１５は、消費電力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔｈ以下ではなかった場合には、消費電力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔｈ以下となるのを待機（監視）する。そして、制御部１５は、消費電力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔｈ以下となったときに、電力供給スイッチ１６をＯＦＦしてから、スイッチ制御処理を終了する。

以下、他状況における制御部１５の動作について説明する。
制御部１５は、第２動作モードが指定されている場合には、電力供給スイッチ１６をＯＮに維持した状態で、余剰売電用の出力制御ルールに従って、交流電力生成回路を制御する。すなわち、制御部１５は、出力制御値が１００％である期間中は、交流電力生成回路の出力が最大となるように、交流電力生成回路を制御し、出力制御対象期間中は、出力調整処理（図３）を実行する。

また、制御部１５は、第１動作モードが指定されている場合であっても、出力制御非実施日には、第２動作モードが指定されている場合と同様に動作する。

以上、説明したように、本実施形態に係るＰＣＳ１０の制御部１５は、出力制御対象期間内の、第１負荷３１の消費電力が上限出力電力よりも少ない期間（以下、第１期間と表記する）中、交流電力生成回路からの交流電力の第２負荷３２（第２出力端子２２）への供給を停止させ、出力制御対象期間内の残りの期間（以下、第２期間と表記する）中に、交流電力生成回路からの交流電力を第２負荷３２に供給する機能を有している。従って、本実施形態に係るＰＣＳ１０に、時間Ｔ１〜時間Ｔ２の間、出力を定格出力の３０％とするという出力制御がかかった場合、図５に模式的に示したように、第２負荷３２による電力消費が第２期間内に発生することになる。そして、第２期間は、売電できないが故に、発電電力が破棄される期間なのであるから、本実施形態に係るＰＣＳ１０によれば、出力制御時に破棄される発電電力量を低減することができる。

また、第２期間外に発生していた第２負荷３２による電力消費がなくなることにもなるため、ＰＣＳ１０によれば、売電電力を増加させること（又は購入電力を減少させること）も可能となる。

《変形例》
上記したＰＣＳ１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、ＰＣＳ１０を、出力制御スケジュールをオペレータが入力する装置に変形することが出来る。また、制御部１５のスイッチ制御処理を行う部分と、電力供給スイッチ１６とを、ＰＣＳ１０外に設けることも出来る。具体的には、図６に示したように、出力制御機能を有するＰＣＳ５０の出力が、電力供給スイッチ１６を介して第２負荷３２に供給されるようにしておくと共に、出力制御スケジュールを電力サーバ４０から取得してスイッチ制御処理を実行できるスイッチ制御装置５５を設けておく。そのようにしておけば、ＰＣＳ１０を用いた場合と同様に、出力制御時に破棄される発電電力量を低減することができる。

なお、スイッチ制御処理に必要とされる測定値は、消費電力Ｐ１及び消費電力Ｐ２である（図４参照）。従って、スイッチ制御装置５５には、消費電力Ｐ１を測定するための電力センサ２６の出力と、消費電力Ｐ２を測定するための電力センサ２５の出力とを入力し
ておけば良い。また、スイッチ制御装置５５は、出力制御スケジュールをオペレータが入力する装置であっても良い。

１０ パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ ＤＣ／ＡＣインバータ
１４ 操作パネル
１５ 制御部
１６ 電力供給スイッチ
２１ 第１出力端子
２２ 第２出力端子
２４、２５、２６、２７ 電力センサ
３０ 太陽電池
３１ 第１負荷
３２ 第２負荷
３５ 系統
４０ 電力サーバ
５５ スイッチ制御装置

Claims (4)

1. 第１負荷及び系統に接続される第１出力端子と、
   第２負荷に接続される第２出力端子と、
   発電装置の出力に基づき、前記第１出力端子と前記系統及び／又は前記第２出力端子とに供給する交流電力を生成する交流電力生成回路と、
   前記交流電力生成回路からの交流電力の前記第２出力端子への供給をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチと、
   余剰売電用の出力制御ルールに従って前記交流電力生成回路を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、１００％未満の出力制御値が指定されている出力制御対象期間内の、前記第１負荷の消費電力が前記出力制御値から定まる上限出力電力よりも少ない期間中に、前記交流電力生成回路からの交流電力の前記第２出力端子への供給が停止され、前記出力制御対象期間内の残りの期間中に、前記交流電力生成回路からの交流電力が前記第２出力端子へ供給されるように、前記スイッチを制御する第１動作モードを有する
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記第１動作モードで動作している前記制御部は、前記上限出力電力以上であった前記第１負荷の消費電力が前記出力制御対象期間内に前記上限出力電力よりも少なくなったときに、前記第２負荷の消費電力が所定電力を超えていた場合には、前記第２負荷の消費電力が前記所定電力以下となってから、前記スイッチをＯＦＦする
   ことを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記制御部は、さらに、前記出力制御対象期間中に前記交流電力生成回路からの交流電力が前記第２出力端子へ供給され続けるように、前記スイッチを制御する第２動作モードを有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーコンディショナ。
4. 余剰売電用の出力制御ルールに従った出力制御が行われるパワーコンディショナの出力の第２負荷への供給をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチを制御するスイッチ制御装置であって、
   １００％未満の出力制御値が指定されている出力制御対象期間内に、前記パワーコンディショナの出力が前記スイッチを介さず供給されている第１負荷の消費電力が前記出力制御値から定まる上限出力電力よりも少ないか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段によって前記第１負荷の消費電力が前記上限出力電力よりも少ないと判定されている期間中に、前記スイッチをＯＦＦ状態に制御し、前記判定手段によって前記第１負荷の消費電力が前記上限出力電力よりも少ないと判定されていない期間中に、前記スイッチをＯＮ状態に制御するスイッチ制御手段と、
   を備えることを特徴とするスイッチ制御装置。