JP2021158857A - 電力監視制御装置、電力監視制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーカの交換工事と、ＣＴクランプの取り付け及び配線作業とを含む付帯作業を省略しつつ、コージェネレーションシステム等の分散型電源導入による中性線の過電流を防止する。【解決手段】スマートメータ３６から取得する電力情報の一部の情報である電流値情報に基づいて、現在の発電出力が適正であるか否かを判断し、過電流が発生しないように発電を制限することで、例えば、低圧需要家の家屋１２等の商用電源３４が単相３線式であり、３極２素子の３Ｐ２Ｅブレーカ４９が適用されている場合において、第１の実施の形態に係るコージェネレーション装置１０を導入したとしても、中性線（Ｎ相）を流れる電流が、設計値を超えて不安全になることがない。従って、３Ｐ３Ｅブレーカ等に交換する必要がなく、ＣＴクランプを取り付ける必要もない。【選択図】図５

Description

本発明は、分散型電源設備の電力監視制御装置に関するものである。詳しくは、分散型電源設備の一例である、家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの運転制御に必要な電流、電力、電力量をはじめとする電力情報等を無線通信で取得する電力監視制御装置、電力監視制御プログラムに関するものである。

（既存設備）

商用電源に加え、太陽光発電や蓄電池、或いはガスエンジンや燃料電池を用いて発電し、かつ排熱を利用するコージェネレーションシステム等の所謂分散型電源が設置された家屋において、過電流等の監視は重要である。

ここで、低圧需要家の家屋等へは２本の電圧線と１本の中性線で構成される単相３線式の電力線が施設され電力が供給されることが一般的である。低圧需要家の家屋等のブレーカが３極２素子の３Ｐ２Ｅのブレーカである場合に、燃料電池コージェネレーションシステム等の分散型電源を導入すると、中性線を流れる電流が設計値を超えて不安全になる可能性があるため、３極３素子の３Ｐ３Ｅブレーカに変更することがある。

また、燃料電池コージェネレーションシステム等の分散型電源は、クランプ型電流センサ（以下、ＣＴクランプという）を各種ブレーカ等が集約された分電盤内の配線に取り付け、家屋の壁を貫通する配線工事を経て、コージェネレーションシステム等の分散型電源の制御系に接続し、中性線の過電流等の監視を行い、必要に応じて過電流が発生しないように分散型電源の出力制御を行うことが一般的であった。

ところで、スマートメータから家屋の電力使用状況のデータを直接取得すること、或いはＨＥＭＳ（ホームエネルギーマネジメントシステム）等のホームコントローラから家屋の電力使用状況のデータを間接的に取得することができれば、ＣＴクランプを分電盤等へ取り付ける作業及び家屋の壁を貫通する配線工事を省略することができるが、実現には至っていない。

なお、スマートメータの情報取得は、Ａルート、Ｂルート、Ｃルートの通信経路を有している。

Ａルートは、スマートメータと電力会社とを結ぶ通信経路であり、Ｂルートは、スマートメータとＨＥＭＳ等を結ぶ通信経路であり、Ｃルートは、Ａルートを介して電力会社が取得したデータを第三者（小売電気事業者等）へ提供するための通信経路である。

スマートメータに関する参考として、特許文献１には、分岐電路の使用電力データとスマートメータからの電力量データの双方を管理する機器を収容しても大型化を防止できる分電盤を提供することが記載されている。

より詳しくは、特許文献１には、主幹ブレーカと、主幹バーに接続された複数の分岐ブレーカと、個々の分岐ブレーカに流れる電流を計測する電流センサユニットと、分岐ブレーカに隣接する部位に設置されて、電流センサユニットが計測した分岐電流情報を受けて分岐電路毎の使用電力を演算して出力する電力情報出力部を備えた電力情報送信ユニットとを有し、電力情報送信ユニットは主幹バー接続部を有して、接続された主幹バーを介して主幹ブレーカの一次側に設置されているスマートメータとＧ３−ＰＬＣ（Power Line Communication：電力線搬送通信）或いはＷｉ−ＳＵＮ（Wireless Smart Utility Network）無線通信の何れかでＢルート通信を実施し、通信により入手した電力量データに加えて、電流センサユニットから入手した分岐電路の使用電力データを外部に出力する。

なお、特許文献１に記載される従来技術として、分電盤に設けた電力情報送信ユニットが、スマートメータとＧ３−ＰＬＣ或いはＷｉ−ＳＵＮ無線通信の何れかでＢルート通信を実施しているが、電力情報送信ユニットと分散型電源との関係については記載されていない。

一方、Ｂルートや特定小電力無線通信は、他機器との電波干渉回避や、スマートメータやＨＥＭＳの処理速度確保のため、各種基準により通信期間に制限を設けている。そこで、無線通信（特定小電力無線通信、Ｗｉ−ＳＵＮ無線通信／Ｂルート）による、スマートメータからの、電力や電流情報の取得のデフォルトのインタバルの一例として、３０秒に１回の通信頻度で取得する。３０秒／回程度のインタバルで電力や電流の情報を取得できれば、家屋で消費される電力に応じた発電制御が可能である。

特開２０１４−０７５８９５号公報

しかしながら、コージェネレーションシステムの制御系が、スマートメータからＢルートを介して、無線によって電力情報を直接取得することを想定した場合、或いはスマートメータからＢルートを介してＨＥＭＳへ、さらにＨＥＭＳから特定小電力無線通信を介して間接的に電力情報を取得することを想定した場合、無線通信による様々な課題が発生するため、現状では、コージェネレーションシステム等の分散型電源の施工における、必須の付帯作業としてＣＴクランプの取り付け及び配線作業を強いられることになり、分散型電源の安全制御によっては３Ｐ３Ｅブレーカへの交換作業が必要になる。

本発明は、ブレーカの交換工事と、ＣＴクランプの取り付け及び配線作業とを含む付帯作業を省略しつつ、コージェネレーションシステム等の分散型電源導入による中性線の過電流を防止することができる電力監視制御装置、電力監視制御プログラムを得ることが目的である。

本発明に係る電力監視制御装置は、商用電源として、２本の電圧線と１本の中性線で構成される単相３線式の電力線に接続され、屋内に設置された負荷機器の使用に応じた電力情報を計測するスマートメータと、前記スマートメータの下流、かつ前記屋内に設置され、前記単相３線式の電力線に利用される３極２素子の３Ｐ２Ｅブレーカを備えた分電盤と、を有する商用電源環境設備を備え、当該商用電源環境設備に関連して施工される分散型電源の電力監視制御装置であって、前記スマートメータとの間で無線通信を行う通信部と、前記通信部による通信で、前記屋内の電力消費遷移を含む電力情報を取得する取得部と、前記取得部で取得した電力情報に基づき、発電出力を制御する発電制御部と、を有している。

本発明によれば、通信部において、スマートメータとの間で無線通信を確立させると、取得部において、通信部による通信で、屋内の電力消費遷移を含む電力情報を取得する。

このとき、発電制御部は、取得部で取得した電力情報に基づき、発電出力を制御する。

この発電出力の制御により、必要以上に発電することを回避することができ、ブレーカの交換工事と、ＣＴクランプの取り付け及び配線作業とを含む付帯作業を省略しつつ、コージェネレーションシステム等の分散型電源導入による中性線の過電流を防止することができる。

本発明において、前記発電制御部が、前記取得部で取得した電力情報から中性線の電流値を計算し、予め定めた中性線の電流値を超えた場合に、第１制御として送電端出力を下げる、第２制御として送電端出力を０Ｗとする、及び第３制御として発電を停止する、の複数の制御形態を設定し、第１制御から第３制御まで段階的に実行することを特徴としている。

本発明において、前記発電制御部が、前記取得部で電力情報を取得するための前記通信部の通信が、所定期間途絶えた場合に、第１制御として送電端出力を下げる、第２制御として送電端出力を０Ｗとする、及び第３制御として発電を停止する、の複数の制御形態を設定し、第１制御から第３制御まで段階的に実行することを特徴としている。

本発明において、前記通信部の通信が、所定期間途絶えたと判断する際に、通信失敗の連続回数、通信失敗の頻度、及び通信成功時又は通信失敗時の電波強度の少なくとも一つを判断要素とすることを特徴としている。

本発明において、前記分散型電源が、ガスを用いて発電する発電部と、発電時に発生する熱を利用して温水を生成する温水生成部と、が設けられ燃料電池コージェネレーションシステムであることを特徴としている。

本発明に係る電力監視制御プログラムは、コンピュータを、前記電力監視制御装置として動作させることを特徴としている。

本発明は、スマートメータとコージェネレーションシステム等の分散型電源との間で、無線通信により電力情報を取得する点が新しく、ブレーカ交換作業やＣＴクランプ取り付け及び配線作業等の付帯作業を省略できる点で大きく進歩している。

本発明によれば、ブレーカの交換工事と、ＣＴクランプの取り付け及び配線作業とを含む付帯作業を省略しつつ、コージェネレーションシステム等の分散型電源導入による中性線の過電流を防止することができるという効果を奏する。

第１の実施の形態に係るコージェネレーション装置及び当該コージェネレーション装置が設置された家屋の概略図である。 コージェネレーション装置のコントローラの制御ブロック図である。 生活状況（１日の生活スタイル）に基づく、電力使用量、タンク貯湯量、給湯使用量、ガス使用量の遷移特性図である。 第１の実施の形態に係る家屋に設置された単相３線式の電力線の概略図である。 第１の実施の形態に係るコージェネレーション装置のコントローラにおける、発電制限制御のための機能ブロック図である。 第１の実施の形態に係るコージェネレーション装置のコントローラで実行される、発電制限制御ルーチンを示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係るコージェネレーション装置のコントローラにおける、発電制限制御のための機能ブロック図である。 第２の実施の形態に係るコージェネレーション装置のコントローラで実行される、発電制限制御ルーチンを示すフローチャートである。 変形例に係るコージェネレーション装置及び当該コージェネレーション装置が設置された家屋の概略図である。

（第１の実施の形態）

図１には、本実施の形態に係る分散型電源設備の一例として、家庭用燃料電池コージェネレーション装置（以下、単に「コージェネレーション装置１０」という）の概略図が示されている。

コージェネレーション装置１０は、タンクユニットと燃料電池ユニットとが併設されたシステムである。なお、併設とは、物理的に隣接していることに限定するものではなく、相互に連携しあうことを意味する。すなわち、タンクユニットと燃料電池ユニットとが離れた状態で設置され、配管や電気配線等で連結するようにしてもよい。

コージェネレーション装置１０は、図１に示される如く、家屋１２の外壁に沿って設置されるものであり、作業者が現場へ出向き、設置作業を実行する。

図１は、設置作業が完了し、試運転が完了し、家屋１２側の各種設備（電気機器、給湯設備等）と連携して、定常的に運転可能な状態である。

（コージェネレーション装置１０の構成）

コージェネレーション装置１０は、図示は省略したが、ホットモジュール、パワーコンディショナ、排熱回収装置、蓄熱タンク、ラジエータ、熱交換器等を備え、それぞれが、コントローラ１４によって、給湯関連制御部２７及び発電関連制御部２９（共に、図２参照）を介して、相互に連携して制御される。

ホットモジュールは、燃料処理装置で水素を取り出し、取り出した水素を燃料電池セルスタックへ供給し、空気中の酸素により直流電力を発生させる。

パワーコンディショナは、発電された直流電力を交流電力に変換し、家屋へ供給する。

排熱回収装置は、発電によって発生する排熱ガスから熱を回収する。

蓄熱タンクは、熱媒を介して回収した熱を高温で貯めることができ、貯められた熱は給湯時に利用される。

ラジエータは、熱媒を放熱させる。ラジエータは、必須ではない。

熱交換器は、熱媒タンクからの高温熱媒を利用し、水道水を温める。熱交換器は、必須ではない。

また、コージェネレーション装置１０は、発電電力を、電源線１５を介して熱源機１６へ送ることも可能である。熱源機１６は、コージェネレーション装置１０で加熱された温水を、必要に応じて都市ガス（例えば、１３Ａ）の燃焼によりさらに加熱して家屋１２へ供給する。

図２に示される如く、コントローラ１４は、ＣＰＵ１８、ＲＡＭ２０、ＲＯＭ２２、Ｉ／Ｏ２４、及びこれらを接続するデータバスやコントロールバス等のバス２６で構成されたマイクロコンピュータ２８を備える。

Ｉ／Ｏ２４には、給湯関連制御部２７と、発電関連制御部２９とが接続され、給湯及び発電に伴う動作がコントローラ１４によって制御される。

また、Ｉ／Ｏ２４には、大規模記憶装置３０が接続されており、コントローラ１４で実行される発電及び給湯に関する処理プログラムが記憶されると共に、発電に基づく履歴情報（例えば、第１の実施の形態では、通信インタバルの調整情報等）が記憶されるようになっている。

さらに、Ｉ／Ｏ２４には、リモコン３２が接続されている。リモコン３２は、コージェネレーション装置１０が設置される対象の家屋１２の内部に設置され、使用者がコージェネレーション装置１０（及び熱源機１６）に関して指令を入力できる機能やコージェネレーション装置１０の状態を表示する機能等を有する。

（分散型電源の構成）

図１に示される如く、第１の実施の形態に係る分散型電源では、商用電源３４とコージェネレーション装置１０の発電電力が、家屋１２での電源とされている。

商用電源３４は、スマートメータ３６に接続されている。スマートメータ３６は商用電源３４の電流、電力、電力量をはじめとする電力情報等を計測し、計測した情報を、Ａルート、Ｂルート、Ｃルートの通信経路によって、特定の通信先へ送信することが可能である。

すなわち、Ａルートは、スマートメータ３６と電力会社とを結ぶ通信経路であり、Ｂルートは、スマートメータ３６と家屋１２に設置された機器（例えば、ＨＥＭＳが構築されている場合は、そのコントローラ等）を結ぶ通信経路であり、Ｃルートは、Ａルートを介して電力会社が取得したデータを第三者（小売電気事業者等）へ提供するための通信経路である。

スマートメータ３６から出力される電源線３８は、家屋１２に設置された分電盤４０へ配線されている。

分電盤４０は、スマートメータ３６側を上流とすると、上流から順に、サービスブレーカ４２、漏電遮断器４６、及び安全ブレーカ４８が設置されている。

サービスブレーカ４２は、契約容量を決定するための遮断器であるが、設置されていない場合もある。

漏電遮断器は４６、家屋１２の内部配線や電気機器の漏電を素早く感知・遮断し、電気事故を未然に防ぐための遮断器である。

安全ブレーカ４８は、分電盤４０から家屋１２の各使用場所へ送電するための分岐回路のそれぞれに取り付けられ、電気機器の故障等に伴うショートや一定以上の電力使用を検知した場合に自動的に回路を保護する遮断器である。

ここで、コージェネレーション装置１０によって発電した発電電力は、分電盤４０に設けられた専用の安全ブレーカ４８Ａを介して、商用電源３４と合流し、家屋１２の内部の電気機器の電源として用いることができる。

なお、図示は省略したが、コージェネレーション装置１０には、商用電源３４の停電時専用の電源線が設けられ、停電により商用電源３４から電力が供給されない状況において、コージェネレーション装置１０の発電電力を、家屋１２の一部に取り付けられた停電時専用コンセントを介して、供給することができるようになっている。

ここで、コージェネレーション装置１０のコントローラ１４では、時々刻々と変動する家屋１２における電力使用量に応じて、発電電力を制御する必要がある。

一例として、図３に、生活状況（１日の生活スタイル）に基づく、電力使用量、タンク貯湯量、給湯使用量、ガス使用量の遷移特性図を示す。この図３では、一例としてコージェネレーション装置１０の定格発電出力が０．７ｋＷであるものとして、家屋１２における使用電力が０．７ｋＷ以下である場合には発電出力のみで、家屋１２における使用電力が０．７ｋＷを超える場合は発電電力と商用電源３４により電力供給するように運転する制御を示している。このため、コントローラ１４では、スマートメータ３６からＢルートの通信経路を利用して、商用電源３４の電流、電力、電力量をはじめとする電力情報等を取得するようにしている。

第１の実施の形態では、Ｂルートの通信経路を介してスマートメータ３６から電力情報を取得するインタバルとして、３０秒に１回を基準としている。当該インタバルであれば、無線通信の各種基準に抵触することなく、時々刻々と変動する家屋１２における使用電力におおむね追従し、図３の電力遷移特性に近似する制御が可能である。

このように、電力情報を把握し、発電出力を制御することで、過電流を発生させることなく、安定した電力供給を行うことができる。

言い換えれば、例えば、低圧需要家の家屋１２等の商用電源３４が、図４に示される如く、Ｒ相、Ｎ相、及びＴ相の単相３線式であり、３極２素子の３Ｐ２Ｅブレーカ４９が適用されている場合において、第１の実施の形態に係るコージェネレーション装置１０を導入したとしても、中性線（Ｎ相）を流れる電流が、設計値を超えて不安全になることがない。

ところで、スマートメータ３６は、Ｂルートによるコージェネレーション装置１０のコントローラ１４の通信に加えて、Ａルートによる通信等の他の通信も行っている。

このため、コージェネレーション装置１０のコントローラ１４が、３０秒に１回のインタバルで、Ｂルートの通信経路で電力情報を取得しようとした場合、自家或いは隣家の他機器の通信（Ａルート、Ｂルート、特定小電力無線通信）が干渉する、或いは干渉回避のための通信待機（キャリアセンス）が規定回数以上となることにより、電力情報取得のための通信が失敗する可能性もある。

言い換えれば、コージェネレーション装置１０のコントローラ１４において、３０秒に１回のインタバルで取得する通信制御のみでは、必要な頻度で電力情報を得ることができない可能性がある。

電力情報が得られない期間が長いと、生活スタイルに基づく電力使用量の追従に誤差が発生し、過電流が起こり得る。

そこで、第１の実施の形態では、電力情報が得られない期間が所定期間続く場合、過電流が起こることを回避する発電出力に制御するようにした。

そこで、第１の実施の形態では、コージェネレーション装置１０のコントローラ１４における３０秒に１回のインタバルによる、Ｂルートの通信経路による電力情報取得時の通信成功率に基づいて、通信インタバルを調整するようにした。

図５は、コージェネレーション装置１０のコントローラ１４における、発電出力制御のための機能ブロック図である。この機能ブロック図の各ブロックは、機能別に分類したものであり、第１の実施の形態では、ＲＯＭ２２に記憶された通信インタバル調整プログラムに基づいて、ＣＰＵ１８が当該通信インタバル調整プログラムに基づいて動作する、ソフトウェアによる制御として実行される。なお、一部又は全部の機能ブロックに示す動作プログラムを、ＡＳＩＣ等のＩＣチップを組み込んで動作させるようにしてもよい。

図５に示される如く、無線通信部５０は、スマートメータ３６のＢルートの通信経路を介して電力情報を取得するための通信プロトコルを確立する。第１の実施の形態では、無線通信部５０は、通信プロトコルの確立のタイミングのデフォルトとして、３０秒に１回の通信インタバルで通信プロトコルを確立する。

無線通信部５０は、電力情報取得部５４に接続されている。無線通信部５０において、通信プロトコルが確立すると（成功すると）、電力情報取得部５４は、Ｂルートの通信経路によって、スマートメータ３６から電力情報を取得する。

電力情報取得部５４は、システム稼働制御部５６に接続され、電力情報をシステム稼働制御部５６へ通知する。

システム稼働制御部５６では、取得した電力情報に基づいて、発電出力等を計算し、コージェネレーション装置１０の必要な制御対象デバイスへ制御指示信号を送出する。

これにより、コージェネレーション装置１０は、家屋１２における使用電力におおむね追従した発電出力で運転することができる。

また、電力情報取得部５４は、制限パターン決定部５８に接続されている。制限パターン決定部５８は、発電出力を制限するときのパターンを決定する。この発電出力の制限パターンを決定するために、制限パターン決定部５８には、ファクタ記憶部５９と、制限パターン種記憶部６１とが接続されている。

第１の実施の形態では、制限パターン種記憶部６１には、発電出力の制限パターン種として、３段階の制限パターンが記憶されている。

（制限パターン１） 通常状態と異なり、予め定めた家屋１２での電力消費の一部を担う程度の発電出力（送電端出力有り）で発電する。ここで言う、「通常状態」とは、例えば、図３に示す生活スタイルの場合では、家屋１２における使用電力が０．７ｋＷ以下である場合にコージェネレーション装置１０の発電出力のみで電力を供給する状態である。

（制限パターン２） コージェネレーション装置１０の動作に必要な自己消費電力のみを発電するか、コージェネレーション装置１０の内部で余剰電力を消費することで、送電端出力を０Ｗにする。

（制限パターン３） 発電をやめ、停止する。

すなわち、制限パターン１→制限パターン２→制限パターン３の順に発電の制限が厳しくなっている。

ファクタ記憶部５９には、前記制限パターン１〜制限パターン３の何れかで制限制御するかを決定するファクタが記憶され、制限パターン決定部５８では、当該ファクタに基づいて、発電出力の制限パターンを決定する。

（ファクタ１） 各制限パターンのしきい値をそれぞれ決めておく。なお、しきい値は単一であり、現在の電流値としきい値との差分で決めてもよい。

（ファクタ２） しきい値は単一であり、当該しきい値を超えている連続時間によって決める。最初にしきい値を超えた場合は制限パターン１とし、しきい値を継続している時間がｔ１になったら制限パターン２とし、さらに、ｔ２（＞ｔ１）になったら制限パターン３とする。

なお、ファクタ１とファクタ２とを組み合わせてファクタ３としてもよい。

また、ファクタ１とファクタ２に限らず、電流値の変化量（微分値）、一定期間毎のしきい値を超えた電流値の累積値（積分値）、及び微分値と積分値の組み合わせに基づく予測であってもよい。

制限パターン決定部５８は、電力制限制御部６３に接続されており、制限パターン決定部５８で、発電出力を制限する必要があり制限パターンが決定した場合に、電力制限制御部６３を起動させる。

電力制限制御部６３では、発電関連制御部２９（図２参照）に対して、決定した制限パターンに基づいて、発電出力を制限する指示信号を送出する。

以下に第１の実施の形態の作用を図６のフローチャートに従い説明する。

図６は、第１の実施の形態に係るコージェネレーション装置１０のコントローラ１４で実行される、発電制限制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップ１００では、通信インタバルのデフォルト値（第１の実施の形態では、３０秒に１回）を読み出し、ステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、通信インタバルを経過したか否かを判断し、肯定判定されると、ステップ１０４へ移行して、Ｂルートの通信経路により、スマートメータ３６から電力情報を要求し、ステップ１０６へ移行する。

ステップ１０６では、ステップ１０４での要求に対して、電力情報を取得したか否かを判断する。

ステップ１０６で肯定判定された場合は、ステップ１０８へ移行して、電力情報に基づき、各制御対象デバイスの稼働状態を制御し、ステップ１１０に移行する。また、ステップ１０６で否定判定された場合は、ステップ１０４へ戻る。なお、ここでは、記載していないが、ステップ１０４及びステップ１０６を所定回数繰り返した場合は、エラー処理とすることが好ましい。

ステップ１１０では、取得した電力情報の一部の情報である電流値情報を抽出し、次いでステップ１１２へ移行して、ファクタを読み出して、ステップ１１４へ移行する。

ステップ１１４では、発電制限の要否を判断する。このステップ１１４で否定判定された場合は、発電の制限は不要と判断し、ステップ１０２へ戻る。

また、ステップ１１４で肯定判定された場合は、発電の制限が必要と判断し、ステップ１１６へ移行する。

ステップ１１６では、ファクタに基づいて、発電出力の制限パターンを選択し、発電制限制御を実行し、ステップ１０２へ戻る。

第１の実施の形態によれば、スマートメータ３６から取得する電力情報の一部の情報である電流値情報に基づいて、現在の発電出力が適正であるか否かを判断し、過電流がないように、発電出力を制限するようにしたため、例えば、低圧需要家の家屋１２等の商用電源３４が単相３線式であり、３極２素子の３Ｐ２Ｅブレーカ４９が適用されている場合において、第１の実施の形態に係るコージェネレーション装置１０を導入したとしても、中性線（Ｎ相）を流れる電流が、設計値を超えて不安全になることがない。従って、３Ｐ３Ｅブレーカ等に交換する必要がなく、ＣＴクランプを取り付ける必要もない。

なお、正常な発電制御（例えば、生活スタイルに合わせた、０．７ｋＷを基準とした発電出力制御）に復帰する時期としては、タイマで復帰する、又は現状の負荷の消費電力に基づき発電が可能か否かの判断を行うことが好ましい。

（第２の実施の形態）

以下に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一構成部分は、同一の符号を付してその構成の説明を省略する。

第２の実施の形態の特徴は、発電出力の制限の要否を決めるファクタとして、通信成功率を用いた点にある。

図７に示される如く、無線通信部５０は、スマートメータ３６のＢルートの通信経路を介して電力情報を取得するための通信プロトコルを確立する。第１の実施の形態では、無線通信部５０は、通信プロトコルの確立のタイミングのデフォルトとして、３０秒に１回の通信インタバルで通信プロトコルを確立する。

無線通信部５０は、電力情報取得部５４に接続されている。無線通信部５０において、通信プロトコルが確立すると（成功すると）、電力情報取得部５４は、Ｂルートの通信経路によって、スマートメータ３６から電力情報を取得する。

電力情報取得部５４は、システム稼働制御部５６に接続され、電力情報をシステム稼働制御部５６へ通知する。

システム稼働制御部５６では、取得した電力情報に基づいて、発電出力等を計算し、コージェネレーション装置１０の必要な制御対象デバイスへ制御指示信号を送出する。

これにより、コージェネレーション装置１０は、家屋１２における使用電力におおむね追従した発電出力で運転することができる。

一方、無線通信部５０は、通信成否判定部６６に接続されている。通信成否判定部６６では、無線通信部５０における、所定インタバルでの通信プロトコルの確立の成否を判定するようになっている。

通信成否判定部６６は、通信成功率計算部６８に接続されており、通信成否情報（所定インタバル毎の成否（二値信号））を通信成功率計算部６８へ通知する。

通信成功率計算部６８では、通信成功率を計算する（通信成功率＝１００×成功回数／通信回数「％」）。

通信成功率計算部６８で計算した通信成功率情報は、制限パターン決定部７０に送出される。

制限パターン決定部７０は、発電出力を制限するときのパターンを決定する。この発電出力の制限パターンを決定するために、制限パターン決定部７０には、ファクタ記憶部５９と、制限パターン種記憶部６１とが接続されている。

第２の実施の形態では、制限パターン種記憶部６１には、発電出力の制限パターン種として、３段階の制限パターンが記憶されている。

（制限パターン１） 通常状態と異なり、予め定めた家屋１２での電力消費の一部を担う程度の発電出力（送電端出力有り）で発電する。ここで言う、「通常状態」とは、例えば、図３に示す生活スタイルの場合では、家屋１２における使用電力が０．７ｋＷ以下である場合にコージェネレーション装置１０の発電出力のみで電力を供給する状態である。

（制限パターン２） コージェネレーション装置１０の動作に必要な自己消費電力のみを発電するか、コージェネレーション装置１０の内部で余剰電力を消費することで、送電端出力を０Ｗにする。

（制限パターン３） 発電をやめ、停止する。

すなわち、制限パターン１→制限パターン２→制限パターン３の順に発電の制限が厳しくなっている。

ファクタ記憶部５９には、前記制限パターン１〜制限パターン３の何れかで制限制御するかを決定するファクタが記憶され、制限パターン決定部７０では、当該ファクタに基づいて、発電出力の制限パターンを決定する。

（ファクタ１） 各制限パターンのしきい値をそれぞれ決めておく。なお、しきい値は単一であり、通信成功率としきい値との差分で決めてもよい。

（ファクタ２） 通信成功率がしきい値よりも低い場合は制限パターン１とし、連続して失敗している回数がＮ１になったら制限パターン２とし、さらに、Ｎ２（＞Ｎ１）になったら制限パターン３とする（Ｎ１、Ｎ２は正の整数）。

なお、ファクタ１とファクタ２とを組み合わせてファクタ３としてもよい。

制限パターン決定部７０は、電力制限制御部６３に接続されており、制限パターン決定部７０で、発電出力を制限する必要があり制限パターンが決定した場合に、電力制限制御部６３を起動させる。

電力制限制御部６３では、発電関連制御部２９（図２参照）に対して、決定した制限パターンに基づいて、発電出力を制限する指示信号を送出する。

以下に第２の実施の形態の作用を図８のフローチャートに従い説明する。

図８は、第２の実施の形態に係るコージェネレーション装置１０のコントローラ１４で実行される、発電制限制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップ２００では、通信インタバルのデフォルト値（本実施の形態では、３０秒に１回）を読み出し、ステップ２０２へ移行する。

ステップ２０２では、通信インタバルを経過したか否かを判断し、肯定判定されると、ステップ２０４へ移行して、Ｂルートの通信経路により、スマートメータ３６から電力情報を要求し、ステップ２０６へ移行する。

ステップ２０６では、ステップ２０４での要求に対して、電力情報を取得したか否かを判断する。

ステップ２０６で肯定判定された場合は、ステップ２０８へ移行して、電力情報に基づき、各制御対象デバイスの稼働状態を制御し、ステップ２０２に移行する。また、ステップ２０６で否定判定された場合は、ステップ２１０へ移行する。

ステップ２１０では、通信成功率Ｒを計算する（Ｒ＝成功回数／通信回数、百分率の場合は、×１００「％」）。

次のステップ２１２では、ファクタを読み出して、ステップ２１４へ移行する。

ステップ２１４では、通信成功率Ｒに基づいて、発電制限の要否を判断する。このステップ２１４で否定判定された場合は、発電の制限は不要と判断し、ステップ２０２へ戻る。

また、ステップ２１４で肯定判定された場合は、発電の制限が必要と判断し、ステップ２１６へ移行する。

ステップ２１６では、ファクタに基づいて、発電出力の制限パターンを選択し、発電制限制御を実行し、ステップ２０２へ戻る。

本実施の形態によれば、現在の発電出力が適正であるか否かを判断し、過電流がないように、発電出力を制限するため、例えば、低圧需要家の家屋１２等の商用電源３４が単相３線式であり、３極２素子の３Ｐ２Ｅブレーカ４９が適用されている場合において、第１の実施の形態に係るコージェネレーション装置１０を導入したとしても、中性線（Ｎ相）を流れる電流が、設計値を超えて不安全になることがない。従って、３Ｐ３Ｅブレーカ等に交換する必要がなく、ＣＴクランプを取り付ける必要もない。

また、本実施の形態では、発電出力の制限の要否を、通信成功率に基づいて判断するようにしたが、通信強度、電波干渉回避のための通信待機の発生回数、電波干渉回避のための通信待機の発生頻度、又は通信が成功したときを含めた電波強度により判断してもよい。

また、間接的であるが、前日（予め設定した調整期間単位の１単位前）の電気料金、電力使用量、逆潮流電力量、ガス料金、ガス使用量の少なくとも一つを計算し、この計算結果に基づいて、発電出力を制限するようにしてもよい。

なお、正常な発電制御（例えば、生活スタイルに合わせた、０．７ｋＷを基準とした発電出力制御）に復帰する時期としては、タイマで復帰する、又は現状の負荷の消費電力に基づき発電が可能か否かの判断を行うことが好ましい。

（変形例）

第１の実施の形態に係るコージェネレーション装置１０のコントローラ１４では、家屋１２に設置されたスマートメータ３６から直接Ｂルートを介して、電力情報を取得するようにした。

ここで、図９に示される如く、変形例に係る家屋１２には、ＨＥＭＳ６２が構築されている。

ＨＥＭＳ６２は、家屋１２で使用する電気及びガスを、リアルタイムで管理して節約すると共に、二酸化炭素削減等、温暖化対策にも役立つものである。

ＨＥＭＳ６２に内蔵されたＨＥＭＳコントローラ６４に、家電製品等を接続し、電気やガスの使用状況をモニタで管理することで、可視化（モニタ表示）を実現し、かつ家電製品を自動制御する。

ところで、ＨＥＭＳ６２では、管理のもとになるデータを、スマートメータ３６から取得する。言い換えれば、ＨＥＭＳコントローラ６４には、スマートメータ３６と同等の電力情報を取得している。

そこで、変形例では、コージェネレーション装置１０のコントローラ１４と、ＨＥＭＳコントローラ６４との間で、Ｗｉ−ＳＵＮ ＨＡＮ無線通信、Ｗｉ−ＳＵＮ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＨＡＮ無線通信、特定小電力無線通信、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）等の通信手段を用いて、通信プロトコルを確立し、ＨＥＭＳコントローラ６４から電力情報を取得する。

ＨＥＭＳコントローラ６４から取得する電力情報は、スマートメータ３６から取得する電力情報と同等であるため、例えば、スマートメータ３６のＢルートの通信経路に電波障害が発生するような場合は、ＨＥＭＳ６２を設置し、そのＨＥＭＳコントローラ６４との間の通信を行うことで、通信成功率を向上させることができる。

このＨＥＭＳコントローラ６４との間の通信においても、取得した電力情報（第１の実施の形態）、又は通信成功率（第２の実施の形態）等に基づいて、現在の発電出力が適正であるか否かを判断し、過電流がないように、発電出力を制限することが可能である。

なお、分散型電源の組み合わせは、商用電源３４とコージェネレーション装置１０とに限らず、太陽光発電、地熱発電、風力発電、蓄電池等、他の再生可能エネルギーと組み合わせたとき、スマートメータ３６等から電力情報を取得して、発電出力を制御する構成の全てに、本発明は適用可能である。

１０ コージェネレーション装置
１２ 家屋
１４ コントローラ
１５ 電源線
１６ 熱源機
１８ ＣＰＵ
２０ ＲＡＭ
２２ ＲＯＭ
２４ Ｉ／Ｏ
２６ バス
２７ 給湯関連制御部
２８ マイクロコンピュータ
２９ 発電関連制御部
３０ 大規模記憶装置
３２ リモコン
３４ 商用電源
３６ スマートメータ
３８ 電源線
４０ 分電盤
４２ サービスブレーカ
４６ 漏電遮断器
４８ 安全ブレーカ
４８Ａ 安全ブレーカ
４９ ３Ｐ２Ｅブレーカ
５０ 無線通信部（通信部）
５４ 電力情報取得部（取得部）
５６ システム稼働制御部
５８ 制御パターン決定部
５９ ファクタ記憶部
６１ 制限パターン種記憶部
６２ ＨＥＭＳ
６３ 電力制限制御部
６４ ＨＥＭＳコントローラ
６６ 通信成否判定部
６８ 通信成功率計算部
７０ 制限パターン決定部

Claims (6)

1. 商用電源として、２本の電圧線と１本の中性線で構成される単相３線式の電力線に接続され、屋内に設置された負荷機器の使用に応じた電力情報を計測するスマートメータと、前記スマートメータの下流、かつ前記屋内に設置され、前記単相３線式の電力線に利用される３極２素子の３Ｐ２Ｅブレーカを備えた分電盤と、を有する商用電源環境設備を備え、当該商用電源環境設備に関連して施工される分散型電源の電力監視制御装置であって、
   前記スマートメータとの間で無線通信を行う通信部と、
   前記通信部による通信で、前記屋内の電力消費遷移を含む電力情報を取得する取得部と、
   前記取得部で取得した電力情報に基づき、発電出力を制御する発電制御部と、
   を有する電力監視制御装置。
2. 前記発電制御部が、
   前記取得部で取得した電力情報から中性線の電流値を計算し、予め定めた中性線の電流値を超えた場合に、第１制御として送電端出力を下げる、第２制御として送電端出力を０Ｗとする、及び第３制御として発電を停止する、の複数の制御形態を設定し、第１制御から第３制御まで段階的に実行する、請求項１記載の電力監視制御装置。
3. 前記発電制御部が、
   前記取得部で電力情報を取得するための前記通信部の通信が、所定期間途絶えた場合に、第１制御として送電端出力を下げる、第２制御として送電端出力を０Ｗとする、及び第３制御として発電を停止する、の複数の制御形態を設定し、第１制御から第３制御まで段階的に実行する、請求項１記載の電力監視制御装置。
4. 前記通信部の通信が、所定期間途絶えたと判断する場合に、通信失敗の連続回数、通信失敗の頻度、及び通信成功時又は通信失敗時の電波強度の少なくとも一つを要因とする、請求項３記載の電力監視制御装置。
5. 前記分散型電源が、
   ガスを用いて発電する発電部と、発電時に発生する熱を利用して温水を生成する温水生成部と、が設けられた燃料電池コージェネレーションシステムである、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の電力監視制御装置。
6. コンピュータを、
   請求項１〜請求項５の何れか１項記載の電力監視制御装置として動作させる、
   電力監視制御プログラム。

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