JP2023146827A - 電力監視制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信障害による、一定の通信インタバルでスマートメータから電力情報を取得する取得成功率の低下を抑制し、負荷追従制御の精度を維持する。【解決手段】一定時間（例えば、３０秒）毎の通信インタバルで、スマートメータ３６に対して、Ｂルート通信により、電力情報を取得する、無線通信制御において、一定期間毎の通信インタバルで、スマートメータ３６の動作状況を確認し、Ｂルート通信不可時は待機状態とし、Ｂルート通信可能時にＢルート送信要求機能５０Ａを起動するようにした。また、一定時間（３０秒）待機状態が継続された場合は、制御上、電力情報を取得したとみなすことで、通信失敗にはならず、ペナルティ（例えば、６０秒の待機）に該当せず、３０秒毎の通信を継続することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、分散型電源設備、例えば、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取得する電力監視制御装置に関するものである。

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、過電流や逆潮流等の監視は重要である。

従来の家庭用発電システムでは、ＣＴ（Current Transformer）クランプを宅内分電盤に取り付けることで家庭の電力負荷を取得し、負荷追従制御を行っている（以下、有線方式という）。

一方、無線方式として、無線ＣＴを用いる方法や電力スマートメータの電力情報から遠隔で電力負荷を取得する方法がある。有線方式の場合にはＣＴ配線工事が必要で、外壁に穴を開ける工事費を要するデメリットがあり、無線方式化が望まれている。

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。

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Ｇ３ＰＬＣ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設備との関係については記載されていない。

特許文献２には、Ｂルートの通信経路を介してスマートメータから電力情報を取得し、時々刻々と変動する家屋における使用電力におおむね追従し、家庭の電力遷移特性に近似する制御を可能とすることが記載されている。

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。

特開２０１４－０７５８９５号公報 特開２０２１－１６４１９８号公報

しかしながら、Ｂルートや特定小電力無線は、他機器との電波干渉回避やスマートメータやＨＥＭＳ（Home Energy Management System）の処理速度確保のため、各種基準により通信頻度に制限を設けている。そこで、無線通信（特定小電力無線、Ｗｉ－ＳＵＮ／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通信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。

一方、スマートメータのプログラムのアップデートであったり、他の機器の通信（Ａルート通信、他の機器（ＨＥＭＳ等）との間のＢルート通信、及び、他の機器の特定小電力無線）の時期と重なり（以下、総称して、通信障害という）、通信が失敗する場合がある。

通信の失敗があると、電波干渉あるいは電波干渉回避のための通信待機制御（キャリアセンス）により、データ要求数に応じ、次のデータ要求までタイムアウトを設ける必要がある。例えば、電力と電圧の２データを要求し通信失敗した場合は６０秒間、通信を途絶する。

このため、一定の通信インタバルによる電力情報取得機会が少なくなり、負荷追従制御の精度が低下する課題がある。

本発明は、通信障害による、一定の通信インタバルでスマートメータから電力情報を取得する取得成功率の低下を抑制し、負荷追従制御の精度を維持することができる電力監視制御装置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、商用電源を家屋へ引き込むための電力引き込み線に接続されたスマートメータから、前記家屋で消費する電力情報を取得する分散型電源設備の電力監視制御装置であって、所定の通信インタバルの通信時期毎に、通信可能の場合に前記スマートメータとの間で、所定の通信経路で電力情報を取得するための通信を実行する通信部と、前記通信時期毎に、前記通信部の通信の前に、前記スマートメータの動作状況を取得する取得部と、前記取得部で取得した前記スマートメータの動作状況に基づいて、前記通信部による前記所定の通信経路での通信の可否を判定する判定部と、前記判定部で通信不可と判定された場合に、通信可能と判定されるまで、前記通信部の通信を自発的に待機状態とする通信遅延部と、を有している。

本発明によれば、通信部では、所定の通信インタバルの通信時期毎に、通信可能の場合に前記スマートメータとの間で、所定の通信経路で電力情報を取得するための通信し、取得部において、通信時期毎に、前記通信部の通信の前に、前記スマートメータの動作状況を取得する。

判定部では、取得部で取得した前記スマートメータの動作状況に基づいて、前記通信部による前記所定の通信経路での通信の可否を判定する。

通信遅延部では、判定部で通信不可と判定された場合に、通信可能と判定されるまで、前記通信部の通信を自発的に待機状態とする。

これにより、通信障害による、一定の通信インタバルでスマートメータから電力情報を取得する取得成功率の低下を抑制し、負荷追従制御の精度を維持することができる。

本発明において、前記通信遅延部で待機状態とした後、前記電力情報を取得するための通信を実行した通信時期を、以後の通信インタバルの起点とすることを特徴としている。

通信不可にならない時間帯での、安定した通信インタバルでの電力情報の取得が可能となる。

また、本発明において、前記通信部が、前記スマートメータに対して、前記所定の通信経路に基づく前記電力情報を取得するための通信の混雑状況を確認し、ビジー状態と判断した場合に、前記通信インタバルよりも長い期間、通信を途絶するキャリアセンス機能を有し、前記通信遅延部による待機中に、前記所定の通信インタバルに基づく次の通信時期となった場合には、待機前の前記通信部による所定の通信経路での電力情報の取得が成功したとみなすことで、通信失敗による前記次の通信時期の通信の途絶を回避することを特徴としている。

通信失敗による、通信インタバルよりも長い期間の通信の途絶を回避することができ、所定の通信インタバルでの電力情報の取得が可能となる。

本発明によれば、通信障害による、一定の通信インタバルでスマートメータから電力情報を取得する取得成功率の低下を抑制し、負荷追従制御のための電力寄与率を維持することができるという効果を奏する。

本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。 本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の制御ブロック図である。 本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、通信インタバルの通信頻度確保制御のための機能ブロック図である。 本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、通信インタバル調整制御ルーチンを示すフローチャートである。

図１には、本実施の形態に係る家庭用燃料電池コージェネレーション装置（以下、本実施の形態において、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、熱媒を放熱し冷却する。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温して家屋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共に、発電に基づく履歴情報（例えば、本実施の形態では、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す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。

図１に示される如く、本実施の形態に係る分散型電源システムでは、商用電源３４からの購入電力と、コージェネレーション装置１０の発電電力とが、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側を上流側とすると、上流側から順に、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４６は、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。

本実施の形態では、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通信インタバルとして、３０秒に１回を基準としている。当該通信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させる制御が可能である。

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。また、スマートメータ３６のアップデートを含む通信できない状態（アイドリング中）の期間も存在する。

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、自家ある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）が干渉し、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回の通信インタバルの機会で取得する通信制御のみでは、取得できない機会が存在し、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。

そこで、本実施の形態では、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回の通信インタバルによる、Ｂルートの通信経路による電力情報取得時の、スマートメータ３６の動作状況に基づいて、通常の通信インタバルと共に、通信可能期間を把握して、必要な頻度の通信機会を確保するようにした。

図３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、通信インタバルの通信頻度確保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、本実施の形態では、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３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して送信要求する機能（Ｂルート送信要求機能５０Ａと、スマートメータ３６の現在の動作状況を確認するスマートメータ動作状況確認機能５０Ｂ）を備える。

無線通信部５０は、動作状況確認指示部５２に接続されている。ここで、動作状況確認指示部５２は、通信インタバルタイマ５４が接続されており、一定時間（本実施の形態では、３０秒）毎に、無線通信部５０へトリガ信号を出力する。このトリガ信号に基づいて、スマートメータ動作状況確認機能５０Ｂが起動して、無線通信部５０は、スマートメータ３６の動作状況を確認する。

無線通信部５０は、通信可否判定部５６に接続されている。無線通信部５０は、スマートメータ動作状況確認機能５０Ｂで取得したスマートメータ動作状況を、通信可否判定部５６へ送出する。

通信可否判定部５６では、スマートメータ３６の動作状況から、Ｂルートによる電力情報の取得の可否を判定し、判定結果（通信可否情報）を通信制御部５８へ送出する。

（通信インタバル機会での通信）
通信制御部５８では、通常の通信機会（一定時間毎の通信インタバルの通信機会）に通信可能な場合は、無線通信部５０へ電力情報取得指示を出力すると共に、通信インタバルタイマ５４に対してリセット・スタート信号を出力する（この場合は、３０秒の通信インタバルに変更はない。）。

無線通信部５０では、電力情報取得指示に基づいて、Ｂルート送信要求機能５０Ａを起動して、スマートメータ３６とのＢルート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６０に接続されている。無線通信部５０のＢルート送信要求機能５０Ａ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６０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６０は、システム稼働制御部６２に接続されて、取得した電力情報をシステム稼働制御部６２へ通知する。

システム稼働制御部６２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。

（通信インタバル機会での待機）
一方、通信制御部５８では、通信不可の場合は、通信インタバルタイマ５４による、一定時間（３０秒）に１回の通信（Ｂルート送信要求機能５０Ａの起動）を待機する。

通信可否判定部５６は、通信可能となるまで、又は、次の通信時期（３０秒後）になるまで、通信制御部５８への通信可否信号の出力が継続される。

ここで、通信制御部５８は、通信待機中に通信可能信号を受け付けると、その時点で、無線通信部５０へ電力情報取得指示を出力すると共に、通信インタバルタイマ５４に対して、リセット・スタート信号を出力する。

また、通信待機中に次の通信時期になった場合は、今回の通信機会では電力情報を取得できなかったが、制御上は電力情報を取得したとみなすことで、次の通信インタバルタイマ５４での上記処理（次の（３０秒後）の通信機会でのスマートメータ動作状況確認機能５０Ｂの起動）が繰り返されることになる。

制御上、電力情報を取得したとみなすことで、通信失敗にはならないため、ペナルティ（例えば、６０秒の待機）に該当せず、３０秒毎の通信が継続される。

本実施の形態では、スマートメータ３６に対し電力情報を要求することに加え、スマートメータ３６から発信するＢルート通信不可状態（Ａルート通信中、アップデート中、その他アイドリングなどの通信不可状態）を検知した場合にはスマートメータ３６への電力情報要求を自発的に待機する。

Ｂルート通信が可能な状態と判断した際に、通常の通信インタバルで電力情報要求を再開させる。これにより、電力情報要求が成功となる可能性が高い機会でのみ電力取得が実行されることで、通信成功率が向上する。

以下に本実施の形態の作用を図４のフローチャートに従い説明する。

図４は、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、通信インタバル調整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（本実施の形態では、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、通信インタバル時間を経過したか否かを判断し、通信インタバル時間が経過するまで、ステップ１０２を繰り返す。ステップ１０２で肯定判定されると、ステップ１０４へ移行して、無線通信部５０のスマートメータ動作状況確認機能５０Ｂを起動して、スマートメータ３６の動作状況を取得する。

次のステップ１０６では、スマートメータ３６の動作状況からＢルート通信が可能か否かを判断する。

このステップ１０６で肯定判定された場合は、ステップ１０８へ移行して、無線通信部５０のＢルート送信要求機能５０Ａを起動して、スマートメータ３６へ電力情報を要求し、ステップ１１０へ移行する。

ステップ１１０では、ステップ１０８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１１０で否定判定された場合は、スマートメータ３６の動作状況確認ではＢルート通信可能であるにも関わらず、電力情報を取得できなかったため、ステップ１１２へ移行してエラー処理（例えば、電力情報取得失敗の報知、ログ情報記録等）を実行し、ステップ１０２へ移行する。

また、ステップ１１０で肯定判定された場合は、ステップ１１４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、次いで、ステップ１１６へ移行して、今回の通信時期を通信インタバル計測の起点に設定し（リセット・スタート）、ステップ１０２へ戻り、上記工程を繰り返す。

一方、ステップ１０６で否定判定された場合は、ステップ１１８へ移行して、通信待機を開始する。通信待機期間は、スマートメータ３６へ電力情報の要求は行わない。

次のステップ１２０では、通信待機期間がデフォルトの通信インタバルに到達したか（具体的には、待機開始から３０秒経過したか）否かを判断し、否定判定された場合は、ステップ１０４へ戻る。すなわち、待機期間中に、Ｂルート通信が可能となった場合は（ステップ１０６の肯定判定）、ステップ１０８へ移行して、Ｂルート送信要求機能５０Ａを起動させる。

また、ステップ１２０で肯定判定された場合は、ステップ１２２へ移行して、疑似的に通信成功とし（制御上、電力情報を取得したとみなし）、ステップ１０２へ移行する。

本実施の形態によれば、一定時間（例えば、３０秒）毎の通信インタバルで、スマートメータ３６に対して、Ｂルート通信により、電力情報を取得する、無線通信制御において、一定期間毎の通信インタバルで、スマートメータ３６の動作状況を確認し、Ｂルート通信不可時は待機状態とし、Ｂルート通信可能時にＢルート送信要求機能５０Ａを起動するようにした。また、一定時間（３０秒）待機状態が継続された場合は、制御上、電力情報を取得したとみなすことで、通信失敗にはならず、ペナルティ（例えば、６０秒の待機）に該当せず、３０秒毎の通信を継続することができる。

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
５０ 無線通信部（通信部）
５０Ａ Ｂルート送信要求機能
５０Ｂ スマートメータ動作状況確認機能
５２ 動作状況確認指示部
５４ 通信インタバルタイマ
５６ 通信可否判定部(判定部)
５８ 通信制御部（通信遅延部）
６０ 電力情報取得部（取得部)
６２ システム稼働制御部

Claims (3)

1. 商用電源を家屋へ引き込むための電力引き込み線に接続されたスマートメータから、前記家屋で消費する電力情報を取得する分散型電源設備の電力監視制御装置であって、
   所定の通信インタバルの通信時期毎に、通信可能の場合に前記スマートメータとの間で、所定の通信経路で電力情報を取得するための通信を実行する通信部と、
   前記通信時期毎に、前記通信部の通信の前に、前記スマートメータの動作状況を取得する取得部と、
   前記取得部で取得した前記スマートメータの動作状況に基づいて、前記通信部による前記所定の通信経路での通信の可否を判定する判定部と、
   前記判定部で通信不可と判定された場合に、通信可能と判定されるまで、前記通信部の通信を自発的に待機状態とする通信遅延部と、
   を有する電力監視制御装置。
2. 前記通信遅延部で待機状態とした後、前記電力情報を取得するための通信を実行した通信時期を、以後の通信インタバルの起点とする、請求項１記載の電力監視制御装置。
3. 前記通信部が、前記スマートメータに対して、前記所定の通信経路に基づく前記電力情報を取得するための通信の混雑状況を確認し、ビジー状態と判断した場合に、前記通信インタバルよりも長い期間、通信を途絶するキャリアセンス機能を有し、前記通信遅延部による待機中に、前記所定の通信インタバルに基づく次の通信時期となった場合には、待機前の前記通信部による所定の通信経路での電力情報の取得が成功したとみなすことで、通信失敗による前記次の通信時期の通信の途絶を回避する、請求項１又は請求項２記載の電力監視制御装置。