JP2024040049A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離可能な負荷に対して再エネ由来の電力を供給して管理することが可能な電力制御装置が提供される。【解決手段】電力制御装置（１０）は、電力制御装置が設けられている施設内の負荷である第１負荷及び系統と接続される第１端部（１１）と、電力制御装置が設けられている施設から分離可能な負荷である第２負荷と接続される第２端部（１２）と、第２端部までの電力経路の接続と切断とを切り替える開閉器（１４）と、第２負荷に供給される電力のうち再生可能エネルギーに基づく電力が所定割合になるように、少なくとも電力制御装置から第１端部へ供給される電力又は電力量に基づいて開閉器を制御する制御部（１３）と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、電力制御装置に関する。

近年、再生可能エネルギー（以下「再エネ」とも称される）の利用意識の高まりから、使用する電力が再エネ由来のものか否かを区別して管理する技術が求められている。再生可能エネルギーは、非化石エネルギーであって、例えば太陽光、風力、水力、地熱などをエネルギー源とする。例えば特許文献１は、蓄電装置において再生可能エネルギーに由来して充電された充電率を、ブロックチェーンを利用して管理する電力管理方法を開示する。

特開２０２２－００７９８８号公報

ここで、特許文献１は、太陽光発電装置などの再エネを用いる装置と商用系統の双方に接続された蓄電池を含むシステムについて記載するが、需要家施設内の負荷だけを電力供給の対象とする。しかし、需要家施設内の負荷だけでなく、例えば電気自動車のバッテリーなど、需要家施設から離れて移動可能なものを対象に再エネ由来の電力を供給して管理する技術が求められている。

本開示の目的は、分離可能な負荷に対して再エネ由来の電力を供給して管理することが可能な電力制御装置を提供することにある。

（１）本開示の一実施形態に係る電力制御装置は、
再生可能エネルギーに基づく電力を供給する第１分散電源と系統とに接続されて、第１負荷及び第２負荷への電力供給を制御する電力制御装置であって、
前記電力制御装置が設けられている施設内の負荷である前記第１負荷及び前記系統と接続される第１端部と、
前記電力制御装置が設けられている施設から分離可能な負荷である前記第２負荷と接続される第２端部と、
前記第２端部までの電力経路の接続と切断とを切り替える開閉器と、
前記第２負荷に供給される電力のうち再生可能エネルギーに基づく電力が所定割合になるように、少なくとも前記電力制御装置から前記第１端部へ供給される電力又は電力量に基づいて前記開閉器を制御する制御部と、を備える。

（２）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記所定割合は１００％である。

（３）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
前記制御部は、前記第１分散電源から前記第１端部へ供給される電力量と、前記第２負荷の消費電力と、に基づいて前記開閉器を制御する。

（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記系統から解列された自立運転時に、前記第１分散電源からの電力を前記第２負荷に供給する。

（５）本開示の一実施形態として、（１）から（４）のいずれかにおいて、
前記第１分散電源又は前記系統からの受電並びに前記第１負荷及び前記第２負荷の少なくとも１つへの給電が可能な第２分散電源と接続され、
前記制御部は、前記第２分散電源から前記第２負荷に供給可能な電力を管理する。

（６）本開示の一実施形態として、（１）から（５）のいずれかにおいて、
前記制御部は、前記開閉器の状態及び前記第２負荷に供給される再生可能エネルギーに基づく電力についての情報を表示させる。

（７）本開示の一実施形態として、（１）から（６）のいずれかにおいて、
前記制御部は、前記第２負荷に供給された再生可能エネルギーに基づく電力及び電力量についての情報を記憶させる。

本開示の実施形態によれば、分離可能な負荷に対して再エネ由来の電力を供給して管理することが可能な電力制御装置を提供することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る電力制御装置の概略構成図である。 図２は、開閉器が開の場合の表示例を示す図である。 図３は、自立運転時の動作を説明するための図である。 図４は、制御部の判定を説明するための図である。

以下、図面を参照して本開示の実施形態に係る電力制御装置が説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。以下の実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。また、図は模式的なものである。

図１は、本開示の一実施形態に係る電力制御装置１０の概略構成図である。電力制御装置１０は、商用系統（以下、単に「系統」と称される）と連系し、再生可能エネルギーに基づく電力を負荷に供給可能な系統連系型発電システムで用いられる。再生可能エネルギーは、非化石エネルギーであって、例えば太陽光、風力、水力、地熱などをエネルギー源とする。

電力制御装置１０は、再生可能エネルギーに基づく電力を供給する第１分散電源と系統とに接続されて、第１負荷及び第２負荷への電力供給を制御する。電力制御装置１０は、パワーコンディショナとも称される。本実施形態において、電力制御装置１０は、第１分散電源又は系統からの受電並びに第１負荷及び第２負荷の少なくとも１つへの給電が可能な第２分散電源とも接続される。

第１分散電源は、本実施形態において太陽電池（太陽光発電装置）であるが、太陽電池に限定されず、他の再生可能エネルギー電源であってよい。第２分散電源は、本実施形態において蓄電池であるが、蓄電池に限定されず、他の種類の電源であってよい。第１負荷は、電力制御装置１０が設けられている施設内の負荷である。第１負荷は、例えば施設内の照明、エアコンなど施設から分離不可能な負荷である。第２負荷は、電力制御装置が設けられている施設から分離可能な負荷である。第２負荷は、例えばパーソナルコンピュータ、空気清浄機などであってよい。また、第２負荷は、電力制御装置１０によって供給される電力によって充電された後に、施設から離れてから使用されるものであり得る。第２負荷は、例えば電気自動車のバッテリー、モバイルバッテリーなどであってよい。ただし、第１負荷及び第２負荷は、上記の具体例に限定されるものでない。

ここで、再エネの利用意識の高まりから、需要家施設から離れて移動可能なものを対象に再エネ由来の電力を供給して管理することが求められている。本実施形態に係る電力制御装置１０は、以下に説明するように、第２負荷に対して再エネ由来の電力を供給して管理することができる。

電力制御装置１０は、第１負荷及び系統と接続される第１端部１１と、第２負荷と接続される第２端部１２と、を備える。また、電力制御装置１０は、第２端部１２までの電力経路の接続（閉）と切断（開）とを切り替える開閉器１４を備える。開閉器１４は、スイッチであって、具体的にはリレーであってよい。図１に示すように、電力制御装置１０は、第１分散電源からの直流電力の電圧を昇圧又は降圧するＤＣ／ＤＣコンバータを備える。また、電力制御装置１０は、第２分散電源からの直流電力の電圧を昇圧又は降圧するＤＣ／ＤＣコンバータを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータは、図１において「Ｄ／Ｄ」と示されている。本実施形態において、２つのＤＣ／ＤＣコンバータの出力（直流電力）は合わせてインバータによって交流電力に変換される。インバータは、図１において「Ｄ／Ａ」と示されている。変換された交流電力は、第１端部１１を介して、第１負荷に供給され得る。また、開閉器１４の状態が接続（閉）であれば、変換された交流電力は、第２端部１２を介して、第２負荷に供給され得る。

また、電力制御装置１０において、蓄電池である第２分散電源は、第１分散電源又は系統からの電力によって充電される。例えば第１分散電源からの電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって電圧の昇圧又は降圧が行われてから、第２分散電源の充電に用いられる。例えば系統からの電力はインバータによって直流電力に変換され、変換された直流電力の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧又は降圧されて、第２分散電源の充電に用いられる。

制御部１３は、電力制御装置１０の各機能部及び全体を制御及び管理する。制御部１３は、少なくとも１つのプロセッサを含んで構成されてよい。プロセッサは、１以上のデータ計算手続又は処理を実行するために構成される、１以上の回路又はユニットを含む。例えばプロセッサは、１以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号処理装置、プログラマブルロジックデバイス又はこれらの組み合わせを含んで構成されてよい。

本実施形態において、制御部１３は、第２負荷に供給される電力のうち再生可能エネルギーに基づく電力が所定割合になるように、少なくとも電力制御装置１０から第１端部１１へ供給される電力又は電力量に基づいて開閉器１４を制御する。ここで、電力制御装置１０から第１端部１１へ供給される電力又は電力量はマイナスの値すなわち系統から電力を引き込む場合における電力又は電力量も含む。また、所定割合は１００％に限定されないが、特に記載がない限り、以下において所定割合が１００％であるとして説明する。制御部１３は、さらに第２負荷の消費電力に基づいて開閉器１４を制御してよい。また、制御部１３は、さらに第２負荷へ供給される電力又は電力量に基づいて開閉器１４を制御してよい。図１に示すように、電力制御装置１０は電力測定部１５及び電力測定部１６を備えてよい。電力測定部１５及び電力測定部１６は、電力を測定する機器であって、例えば電流センサを含んで構成されてよい。電力制御装置１０から第１端部１１へ供給される電力又は電力量は、電力測定部１５によって測定されて、制御部１３へ出力される。また、第２負荷へ供給される電力又は電力量は、電力測定部１６によって測定されて、制御部１３へ出力される。

本実施形態において、電力制御装置１０は、第２分散電源から第２負荷に供給可能な電力を管理する。第２負荷に供給可能な電力の管理は、電力が再生可能エネルギーに基づくか否かの判定を含む。また、電力制御装置１０は、第２分散電源の充電に用いられた電力の由来についても管理する。

また、制御部１３は通信機能を有し、ネットワークを介して、電力制御装置１０の外部機器に対して情報を出力して、表示させることができる。ネットワークは例えばインターネットであるが、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などであってよい。外部機器は、例えば系統連系型発電システムの表示装置２１を含んでよい。表示装置２１は、発電状態などをユーザに示すために需要家施設内に設置されていてよい。本実施形態において、制御部１３は、開閉器１４の状態及び第２負荷に供給される再生可能エネルギーに基づく電力についての情報を表示装置２１に表示させる。また、外部機器は、系統連系型発電システムの管理を行うサーバ２２を含んでよい。本実施形態において、制御部１３は、第２負荷に供給された再生可能エネルギーに基づく電力及び電力量についての情報を記憶させる。サーバ２２に記憶された情報に基づいて、ユーザの再生可能エネルギーの使用率などを算出することが可能である。算出された使用率に基づいて、例えばユーザに対して再生可能エネルギーの買取価格の優遇などの措置が実行され得る。外部機器は、例えばユーザが有する電子機器２３を含んでよい。電子機器２３は例えばスマートフォン又はタブレット端末等の移動端末であってよい。制御部１３は、開閉器１４の状態及び第２負荷に供給される再生可能エネルギーに基づく電力についての情報を、表示装置２１とともに、又は表示装置２１に代えて、電子機器２３のディスプレイに表示させてよい。表示装置２１だけに情報を表示させる場合と比べて、開閉器１４の状態などをユーザが素早く把握する可能性を高めることができる。

上記の構成を有する電力制御装置１０の制御部１３が実行する電力制御について、事例１～事例１１として具体的に説明する。本開示は以下の事例の内容に限定されるものではない。制御部１３は、事例１～事例１１における電力制御を、実行条件が明らかに両立しない場合を除いて組み合わせて実行することができ、このような組み合わせも本開示の内容に含まれる。

（事例１）
系統連系型発電システムが連系運転中に、電力制御装置１０の制御部１３は、電力制御装置１０から第１端部１１に出力される電力が閾値以上の場合に、開閉器１４の状態を接続（閉）にしてよい。閾値はゼロ又は正の値であるが、特定の値に限定されない。つまり、制御部１３は、電力を系統から引き込まないことがわかっている場合に、開閉器１４の状態を接続（閉）にできる。また、閾値は１つでなくてよい。例えば制御部１３は、電力測定部１５で測定された電力が、ゼロでない正の値である第１閾値以上の場合に、開閉器１４を閉にしてよい。制御部１３は、電力測定部１５で測定された電力が第２閾値以下の場合に、開閉器１４を開にしてよい。ここで、第２閾値は第１閾値より小さい値である。

（事例２）
系統連系型発電システムが連系運転中であっても、電力制御装置１０の制御部１３は、蓄電池である第２分散電源を、第１分散電源からの電力だけを用いて充電してよい。第２分散電源が再生可能エネルギーに基づく電力だけで充電されるため、第２分散電源からの電力は全て再生可能エネルギー由来になる。制御部１３は、第１分散電源からの電力が第２負荷の消費電力より少ない場合などに、第２分散電源から電力を補填してよい。制御部１３は、第２分散電源から電力を補填しても再生可能エネルギーに基づく電力が第２負荷の消費電力より少ない場合などに、開閉器１４を開にしてよい。

ここで、第１分散電源からの電力が供給可能であるにもかかわらず、開閉器１４を開にする場合に、制御部１３は、第２分散電源から電力を補填しても再生可能エネルギーに基づく電力が第２負荷の消費電力より少ないことをユーザに通知することが好ましい。図２は、開閉器１４が開の場合の表示装置２１での表示例を示す図である。図２の例では、電力制御装置１０から第２端部１２へ再エネ１００％で出力していたところ（右上図）、例えば第１分散電源が減少して第２負荷が過負荷となり、電力制御装置１０から第２端部１２への出力がオフになった状態（右下図）を示している。第１分散電源及び第２分散電源から供給可能な再生可能エネルギーに基づく電力（再エネ電力）が第２負荷の消費電力より少ない場合などに、開閉器１４が開になって、電力制御装置１０から第２端部１２への出力がオフになった状態（図２の右下図）が示される。ユーザは、図２のような表示を見ることによって、開閉器１４の状態が切断（開）となって、第２負荷への電力供給が停止されたことを把握できる。つまり、ユーザは、系統連系型発電システムの故障でなく、正常動作であることを把握することができる。制御部１３は、図２の例のように、さらに第２負荷への電力供給を再開するための対応をメッセージとして示してよい。メッセージは、例えばユーザに第２負荷を減らすことを提案するものであってよい。

（事例３）
電力制御装置１０の制御部１３は、第２負荷に供給される電力が再生可能エネルギーとなるように開閉器１４を制御した場合において、その電力又は電力量をサーバ２２に記憶させてよい。つまり、制御部１３は、電力測定部１６によって測定される第２負荷へ供給される電力又は電力量を、第２負荷に供給された再生可能エネルギーに基づく電力についての情報として、サーバ２２に記憶させてよい。再生可能エネルギーのトラッキング（価値の可視化）が可能になる。

（事例４）
電力制御装置１０の制御部１３は、電力測定部１６によって測定される第２負荷へ供給される電力量を用いて、供給される電力における再生可能エネルギーに基づく電力の割合（再エネ率）が１００％であるように、開閉器１４を制御してよい。制御部１３は、例えば電力が系統から引き込まれて第２負荷へ供給されてしまい、第２負荷の再エネ率が１００％にならない場合に、開閉器１４を開にしてよい。

（事例５）
電力制御装置１０の制御部１３は、系統から解列された自立運転時に、第１分散電源からの電力を第２負荷に供給させてよい。図３は、自立運転時の動作を説明するための図である。例えば停電時などに、連系リレーが切断（開）となって、電力制御装置１０が系統及び第１負荷と接続されない状態になる。連系リレーは例えば第１端部１１の外側に配置されている。電力制御装置１０は、系統連系型発電システムが連系運転中であっても、自立運転中であっても、繋ぎ変えをすることなく、第２負荷に電力を供給することができる。

（事例６）
電力制御装置１０の制御部１３は、上記の事例２で説明した表示装置２１への表示において、再エネ率が１００％である場合にも表示が行われるように制御してよい。ここで、第２負荷に対して供給される電力が全て再エネ電力である場合に、制御部１３は、メッセージを表示させなくてよいし、「再エネ率が１００％である」ことを示すメッセージに置き換えて表示させてよい。

（事例７）
電力制御装置１０の制御部１３は、第２分散電源（蓄電池）が系統の電力と再エネ由来の電力とで充電された場合に、系統由来の充電量を超える放電（電力供給）を第１負荷に対して行ってから、第２分散電源から第２負荷へ電力を供給させてよい。つまり、蓄電池が再エネ由来の電力だけで充電されていない場合に、制御部１３は、先に系統由来の充電量に相当する分を第１負荷に対して放電させる。この制御によって、その後の蓄電池の充電量は全て再エネ由来相当分となる。

（事例８）
電力制御装置１０の制御部１３は、電力の比較に基づいて開閉器１４を制御してよい。図４に示すように、電力制御装置１０は、出力する合計の電力を測定する電力測定部１７を備えてよい。電力測定部１５、電力測定部１６及び電力測定部１７が測定した電力をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ０として、制御部１３の判定について説明する。まず、制御部１３は、Ｐ１がゼロより大きい場合又はＰ０が閾値以上の場合に、開閉器１４の状態を接続（閉）にしてよい。ここで、Ｐ０と比較される閾値は、事例１と異なるものでよい。開閉器１４の状態が接続（閉）になると、Ｐ２（すなわち第２負荷の消費電力）が測定される。次に、制御部１３はＰ０がＰ２未満となりそうな場合に、開閉器１４の状態を切断（開）にしてよい。ここで、複数の第２負荷に対応できるように、電力制御装置１０は複数の第２端部１２を有してよい。複数（ｎ個）の第２端部１２のそれぞれに接続された複数の第２負荷の消費電力がＰ２－１、Ｐ２－２、…、Ｐ２－ｎであるとする。ｎは２以上の整数である。複数の第２端部１２に接続されている全ての開閉器１４が接続（閉）の場合に、合計電力であるＰ２は（Ｐ２－１）＋（Ｐ２－２）＋…＋（Ｐ２－ｎ）で得られる。制御部１３はＰ０がＰ２未満となりそうな場合に、複数の第２端部１２に接続されている開閉器１４のいくつかを開にしてよい。制御部１３は、いくつかの開閉器１４を開にすることによって、合計電力であるＰ２を減らして、一部の第２負荷に対して再生可能エネルギーに基づく電力を供給し続けることができる。

（事例９）
電力制御装置１０の制御部１３は、上記の事例１～事例３及び事例５～事例８において、第２負荷に供給される電力のうち再生可能エネルギーに基づく電力が１００％未満の所定割合になるように、開閉器１４を制御してよい。制御部１３は、例えば需要家施設が存在する地域の電力を管理するコンピュータなどから電力需給の状態を示す情報を受け取り、電力需給の状態を示す情報に基づいて所定割合を１００％から１００％未満の値に切り替えてよい。例えば所定割合が７０％の場合に、制御部１３は、インバータから第２端部１２を介して第２負荷に供給される電力が、第２負荷の消費電力の７０％であるように調整する。また、制御部１３は、系統から第２端部１２を介して第２負荷に供給される電力が、第２負荷の残りの消費電力（３０％）であるように調整する。

（事例１０）
電力制御装置１０の制御部１３は、電力でなく、電力量に基づいて開閉器１４を制御してよい。電力量を用いることによって、第２負荷に供給される電力のうち再生可能エネルギーに基づく電力の所定割合を、所定期間（例えば１時間、１日など）で管理することが可能になる。例えば単位期間が３０分、所定期間が１時間である場合について説明する。制御部１３は、最初の３０分に再エネ由来で３ｋＷと系統由来で１ｋＷの電力を第２負荷に供給したが、再エネ由来の電力の比率が要求よりやや多い状態になったとする。この場合に、制御部１３は、次の３０分に再エネ由来の供給電力を例えば２ｋＷに抑えることによって、所定期間では再エネ由来の電力の割合が要求通りとなるように調整することができる。

（事例１１）
電力制御装置１０の制御部１３は、第１分散電源から第１端部１１へ供給される電力量と、第２負荷の消費電力と、に基づいて開閉器１４を制御し、系統から引き込む電力を調整してよい。事例１０と同様に、電力量を用いることによって、第２負荷に供給される電力のうち再生可能エネルギーに基づく電力の所定割合を、所定期間で管理することが可能になる。例えば単位期間が３０分、所定期間が１時間、所定割合が７０％、第２負荷の消費電力が１０ｋＷである場合について説明する。制御部１３は、最初の３０分に再エネ由来で６ｋＷと系統由来で４ｋＷの電力を第２負荷に供給し、次の３０分に再エネ由来で８ｋＷと系統由来で２ｋＷの電力を第２負荷に供給することができる。制御部１３は、再エネ由来の電力の所定割合を所定期間で管理することによって、例えば電力需給の状態などに応じて柔軟な調整を行いながらも、要求される再エネ由来の電力供給を満たすことが可能になる。

以上に説明したように、本実施形態に係る電力制御装置１０は、上記の構成によって、分離可能な負荷に対して再エネ由来の電力を供給して管理することが可能である。

本開示に係る実施形態について、諸図面及び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又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を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。

本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子は削除してよい。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈などの根拠に利用してはならない。

１０ 電力制御装置
１１ 第１端部
１２ 第２端部
１３ 制御部
１４ 開閉器
１５ 電力測定部
１６ 電力測定部
１７ 電力測定部
２１ 表示装置
２２ サーバ
２３ 電子機器

Claims (7)

1. 再生可能エネルギーに基づく電力を供給する第１分散電源と系統とに接続されて、第１負荷及び第２負荷への電力供給を制御する電力制御装置であって、
   前記電力制御装置が設けられている施設内の負荷である前記第１負荷及び前記系統と接続される第１端部と、
   前記電力制御装置が設けられている施設から分離可能な負荷である前記第２負荷と接続される第２端部と、
   前記第２端部までの電力経路の接続と切断とを切り替える開閉器と、
   前記第２負荷に供給される電力のうち再生可能エネルギーに基づく電力が所定割合になるように、少なくとも前記電力制御装置から前記第１端部へ供給される電力又は電力量に基づいて前記開閉器を制御する制御部と、を備える、電力制御装置。
2. 前記所定割合は１００％である、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記制御部は、前記第１分散電源から前記第１端部へ供給される電力量と、前記第２負荷の消費電力と、に基づいて前記開閉器を制御する、請求項１又は２に記載の電力制御装置。
4. 前記系統から解列された自立運転時に、前記第１分散電源からの電力を前記第２負荷に供給する、請求項１又は２に記載の電力制御装置。
5. 前記第１分散電源又は前記系統からの受電並びに前記第１負荷及び前記第２負荷の少なくとも１つへの給電が可能な第２分散電源と接続され、
   前記制御部は、前記第２分散電源から前記第２負荷に供給可能な電力を管理する、請求項１又は２に記載の電力制御装置。
6. 前記制御部は、前記開閉器の状態及び前記第２負荷に供給される再生可能エネルギーに基づく電力についての情報を表示させる、請求項１又は２に記載の電力制御装置。
7. 前記制御部は、前記第２負荷に供給された再生可能エネルギーに基づく電力及び電力量についての情報を記憶させる、請求項１又は２に記載の電力制御装置。

Images