JP3908055B2 - 分散型電源の稼動制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば家庭内やビル内に設置される分散型電源の稼動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料電池やガスエンジンなどの分散型電源を各家庭及びビルなどの建物内に設置し、建物内に設置された電気機器の電力需要を分散型電源で賄う分散型電源発電システムが実用化されようとしている。分散型電源発電システムは、分散型電源で発生する電力と分散型電源で発電をした際に生じる排熱とを利用するため、エネルギーの総合利用効率が、従来の電力会社から供給される電力のみで電力需要を賄う場合に比べて高まり、近い将来、各家庭やビルなどに普及することが見込まれている。
【０００３】
このような分散型電源は、負荷追従性が良くないため、建物内に設置された電気機器トータルの電力負荷を想定し、想定した電力負荷に基づいて分散型電源の出力負荷パターンを作成し、作成された出力負荷パターンにしたがって、分散型電源を稼動させることが従来行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、建物内には、様々な電気機器が設置されているため、建物内のトータルの電力負荷にパターン性を見出すことは事実上不可能である。そのため、上記作成された出力負荷パターンにより、分散型電源を稼動させると、分散型電源の出力負荷と建物内の電気機器の負荷とが大きく相違する場合があり、分散型電源を効率良く稼動させることができないという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、建物内に設置された電気機器が、分電盤の回路毎に整理して接続されていることに着目し、簡略な処理でありながら効率良く分散型電源を稼動させることができる分散型電源の稼動制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、分電盤の各回路に接続された電気機器に所定の電力を供給する分散型電源の稼動制御装置であって、予め定められた複数種類の負荷パターンのうちいずれかの負荷パターンを回路毎に設定する負荷パターン設定手段と、前記回路毎に設定された負荷パターンを合成し、分散型電源装置の出力負荷パターンを算出する負荷パターン算出手段と、合成された負荷パターンにしたがって分散型電源を稼動させる稼動指示手段とを備えたことを特徴とする分散型電源の稼動制御装置である（請求項１）。
【０００７】
建物には分電盤が配設され、建物内の電気機器は、設置される部屋や電気容量などで分類されて分電盤の各回路に整理して接続されているのが一般的である。そのため、各回路の電力負荷にパターン性を見出すことが可能である。
【０００８】
そこで、請求項１記載の本発明は、負荷パターン設定手段により、分電盤の各回路に対して、予め定められた複数種類の負荷パターンの中から、回路の負荷と適合するよな負荷パターンを設定する。そして、負荷パターン算出手段により設定された負荷パターンが合成され、分散型電源の出力負荷パターンが算出される。稼動指示手段は、算出された負荷パターンにしたがって分散型電源を稼動させる。すなわち、予め定められた負荷パターンの中から各回路の負荷に適合するような負荷パターンが選定され、設定された負荷パターンを合成して、分散型電源の出力負荷パターンを算出するという簡略的な処理により、分散型電源を制御することができる。しかも、算出された出力負荷パターンは、分電盤の各回路の負荷と適合するように選定された負荷パターンを加算して得られたものであることから、建物内の電気機器のトータルの負荷に適合している可能性が高く、分散型電源を効率良く稼動させることが可能となる。
【０００９】
前記複数種類の負荷パターンは、負荷の経時変化が一定のパターンを有する定型負荷パターンと、当該定型負荷パターンが適用される電気機器よりも電力消費量の大きな特定電気機器の負荷パターンである特定負荷パターンとを含み、前記負荷パターン設定手段は、前記特定電気機器が接続された回路に対しては前記特定負荷パターンを設定し、それ以外の回路に対しては前記定型負荷パターンを設定することが好ましい（請求項２）。
【００１０】
電力消費量の大きな電気機器は、分電盤の回路のうち１の回路を占有する場合がある。そこで、請求項２記載の本発明では、特定の電気機器が接続された回路に対しては、接続された電気機器の負荷パターンを設定し、それ以外の回路に対しては、定型負荷パターンを設定することで、負荷パターンの種類を分けることにより、各回路へ負荷パターンを適合しやすくしている。
【００１１】
前記定型負荷パターンは、負荷が変動しない一定負荷パターンと、負荷が変動する変動負荷パターンとを含み、前記負荷パターン設定手段は、負荷が変動する回路に対しては変動負荷パターン、負荷の変動が少ない回路に対しては一定負荷パターンを設定することが好ましい（請求項３）。
【００１２】
各回路の負荷は、上述したように一定のパターン性を見出すことができるが、回路の各パターンを詳しく測定すると、負荷の値が変動しないパターンと負荷の値が変動するパターンとに分けることができる。そこで、請求項３記載の本発明は、定型負荷パターンを負荷が変動しない一定負荷パターンと負荷が変動する変動負荷パターンとに更に分けることにより、各回路への負荷パターンの設定を容易なものとしている。
【００１３】
前記特定電気機器が接続された回路に、当該特定電気機器の起動及び停止を監視する監視手段を更に接続し、前記負荷パターン算出手段は、前記監視手段が前記特定電気機器の起動を確認したとき、前記特定負荷パターンを加算し、前記特定電気機器の停止を確認したとき、前記特定負荷パターンを減算することが好ましい（請求項４）。
【００１４】
この場合、特定の電気機器の起動及び停止を監視する監視手段を備え、この監視手段が特定の電気機器の起動を確認すると、負荷パターン合成手段はこの特定の電気機器の負荷パターンを加算する。また、監視手段が特定の電気機器の停止を確認すると、負荷パターン合成手段はこの特定の電気機器の負荷パターンを減算する。特定の電気機器は、電力消費量が、他の負荷パターンが適用される回路に接続されている電気機器の電力消費量よりもかなり大きい。そのため、特定負荷パターンを加算された出力負荷パターンを用いて、常時、分散型電源を稼動させると、特定の電気機器の稼動がされていないにもかかわらず、分散型電源は、特定負荷パターンの負荷分を余分に出力することとなり非効率的である。そこで、請求項４記載の本発明は、特定の電気機器の起動を確認したとき、出力負荷パターンに特定負荷パターンを加算する。一方、特定の電気機器の停止を確認したとき、出力負荷パターンから特定負荷パターンを減算することとした。
【００１５】
回路毎の負荷の経時変化を測定することにより得られた測定データから各回路の固有の負荷パターンを作成する固有負荷パターン作成手段を更に含み、前記負荷パターン設定手段は、前記予め定められた複数の負荷パターンのうち、いずれの負荷パターンも該当しない回路に対しては、前記固有負荷パターンを設定することが好ましい（請求項５）。
【００１６】
回路によっては、その負荷が上記定型負荷パターン及び上記特定負荷パターンのいずれも適合しないものも存在する。そこで、請求項５記載の本発明は、予め定められた負荷パターンのいずれの負荷パターンも該当しない回路に対しては、固有負荷パターン作成手段により回路固有の負荷パターンを測定して作成し、この固有負荷パターンを設定することとした。
【００１７】
前記変動負荷パターン、前記一定負荷パターン、前記特定負荷パターン及び前記固有負荷パターンは、それぞれ気象条件毎に複数の負荷パターンを含んでおり、前記負荷パターン設定手段は、分散型電源の稼動時における気象条件に基づいて該当する負荷パターンを回路毎に設定することが好ましい（請求項６）。
【００１８】
回路によっては、その負荷が気象条件、例えば春、夏、秋、冬などの季節によってその負荷パターンが大きく変動するものもある。例えば、エアコンは、春及び秋は消費電力が少ないが、冬及び夏は大量の電力消費が見込まれる。そこで、請求項６記載の本発明は、回路に対して、気象条件に応じて異なる負荷パターンを設定し、出力負荷パターンと、電気機器の電力負荷との適合を図っている。
【００１９】
前記負荷パターン設定手段により設定された負荷パターンに一致するように各回路に電気機器を接続したことが好ましい（請求項７）。
【００２０】
この場合、負荷パターン設定手段により設定された負荷パターンに一致するように各回路に電気機器を接続したため、各回路に対する負荷パターンの設定が容易となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る分散型電源稼動制御装置を家庭用の燃料電池発電システムに適用したときの一例を示している。本燃料電池発電システムは、分散型電源としての燃料電池１、商用電力線及び燃料電池１と接続された送受電盤２、送受電盤２と接続された分電盤３、燃料電池１の稼動を制御する分散型電源稼動制御装置４及び燃料電池１の排熱から生じた温水を蓄える貯湯漕５を備える。
【００２２】
燃料電池１は、水道管（図示しない）及び都市ガス供給管に接続され、供給される都市ガス及び水を主原料として所定の電力を発生する。燃料電池１は、固体高分子型の小型燃料電池（ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell））であって、家庭用小型燃料電池として好ましい最大負荷を出力する能力、例えば２．０ｋＷを出力する能力を有している。また、燃料電池１は、電力を発生する際に生じた排熱を利用して冷水を所定温度の温水に昇温する熱交換器１１を備える。
【００２３】
送受電盤２は、電気機器の電力需要が、燃料電池１からの電力のみでは不足する場合、分電盤３に対し燃料電池１からの電力を供給するとともに、商用電力を供給する。また、送受電盤２は、燃料電池１が余剰電力を発電した場合、その余剰電力を商用電力線側へ出力する。
【００２４】
図２は、分電盤３の内部を示した概略図である。
【００２５】
図２に示すように、分電盤３は、幹線回路２１、それぞれ分岐回路３１と接続された回路Ａ〜Ｇを含み、幹線回路２１から入力された電力を各回路Ａ〜Ｇに分配し、分岐回路３１に接続された電気機器に電力を供給する。回路Ａはリビング、回路Ｂは和室、回路Ｃはキッチン、回路Ｄは子供部屋、回路ＥはＩＨコンロ、回路Ｆはエアコン、回路Ｇは電気式床暖房に電力を供給する。回路Ａ〜Ｇ及び幹線回路２１は、それぞれ、例えばレバー式のスイッチを備えている。各スイッチの近傍には、例えばソレノイドが配設されている。ソレノイドは、各回路Ａ〜Ｇ及び幹線回路２１を流れる電流値が所定の値を超えると、磁力によりスイッチをオフ側へ倒し、電力の供給を遮断する。幹線回路２１のスイッチがオフになると、回路Ａ〜Ｇへの電力の供給が遮断される。
【００２６】
貯湯漕５は、熱交換器１１と水道管１２を介して接続され、熱交換器１１により昇温された温水を所定容量、例えば、２００リットル蓄える。また、貯湯漕５には、ヒータ５１が取り付けられており、ヒータ５１により蓄えた温水を一定の温度に保温する。貯湯漕５で蓄えられた温水は、給湯のために使用される。
【００２７】
分散型電源稼動制御装置４は、ＣＰＵ、主記憶装置、外部記憶装置などから構成されている。図３は、分散型電源稼動制御装置４のブロック構成図の一例を示している。分散型電源稼動制御装置４は、燃料電池１の稼動時における出力負荷を制御する稼動制御部４１、回路固有の負荷パターンを作成する固有負荷パターン作成部４２、複数種類の負荷パターンを記憶する負荷パターン記憶部４３、回路の１日あたりの負荷データを日負荷データとして記憶する日負荷データ記憶部４４を備える。また、分散型電源稼動制御装置４の筐体には、温度計４５、照度計４６が取り付けられている。
【００２８】
負荷パターン記憶部４３は、一定負荷パターン記憶部４３１、変動負荷パターン記憶部４３２、特定負荷パターン記憶部４３３、固有負荷パターン記憶部４３４を含む。
【００２９】
一定負荷パターン記憶部４３１は、１日あたりの負荷の経時的変化がほぼ一定のパターンを有し、かつ、その負荷が１日を通してほとんど変動しない回路に適用するための負荷パターンを記憶する。図４（ａ）は、一定負荷パターンの一例を示している。一定負荷パターンは、負荷を縦軸、時間を横軸として１日あたりの負荷の変化をグラフ化した場合、そのグラフの形状が横軸と平行でかつ一直線状になる負荷パターンをいう。なお、一定負荷パターン記憶部４３１は、例えば、季節、天候、温度の組み合わせからなる気象条件毎に予め用意された複数の一定負荷パターンを記憶している。
【００３０】
変動負荷パターン記憶部４３２は、１日あたりの負荷の経時的変化が一定のパターンを有し、かつその負荷が１日を通して大きく変動する回路に適用するための負荷パターンを記憶する。図４（ｂ）は、変動負荷パターンの一例を示している。変動負荷パターンは、負荷の値を縦軸、時間を横軸として１日あたりの負荷の変動をグラフ化した場合、そのグラフが、例えば階段状、ピラミッド状、凸状、凹状のような一定の形状（一直線状を除く）を有する負荷パターンをいう。なお、変動負荷パターン記憶部４３２は、例えば、季節、天候、温度の組み合わせからなる気象条件毎に予め用意された複数の変動負荷パターンを記憶している。
【００３１】
特定負荷パターン記憶部４３３は、消費電力量の大きな電気機器（以下、「特定電気機器」と称する）、例えばエアコンやＩＨコンロなどの一般的な負荷パターンを記憶する。図５は特定負荷パターンの一例を示したグラフであり（ａ）はエアコンの特定負荷パターンを示し、（ｂ）はＩＨコンロの特定負荷パターンを示している。（ａ）及び（ｂ）のグラフは共に、縦軸は負荷、横軸は時間を示している。特定負荷パターン記憶部４３３は、図４で示すような特定電気機器の一般的な負荷パターンを特定電気機器の種類別に記憶する。また、特定負荷パターン記憶部４３３は、同じ特定電気機器の負荷パターンであっても、例えば季節、気温、温度などの組み合わせからなる気象条件毎に予め定められた複数の特定負荷パターンを記憶する。なお、本実施形態では、ＩＨコンロ、エアコン、電気式床暖房が特定電気機器に該当する。
【００３２】
固有負荷パターン記憶部４３４は、固有負荷パターン作成部４２で作成された回路毎の負荷パターンをそれぞれ記憶する。また、固有負荷パターン記憶部４３４は、回路毎の固有負荷パターンを、例えば季節、天気、気温などの組み合わせからなる気象条件毎に複数のパターンを記憶している。
【００３３】
稼動制御部４１は、負荷パターン設定部４１１、負荷パターン算出部４１２、監視部４１３、稼動指示部４１４、気象情報取得部４１５を含む。
【００３４】
負荷パターン設定部４１１は、気象情報取得部４１５で得られた気象情報にしたがって、分電盤３の各回路Ａ〜Ｇに、該当する負荷パターンを負荷パターン記憶部４３から読み出して設定する。以下、負荷パターン設定部４１１が、気象情報取得部４１５で取得した気象情報にしたがって、回路Ａ〜Ｇに一定負荷パターン、変動負荷パターン、特定負荷パターン、固有負荷パターンのいずれかを設定する場合について説明する。
【００３５】
回路Ａは、例えば蛍光灯、電気カーペット、テレビ、ビデオ、インターホン、パソコン、ワープロなどの電気機器が設置されているリビングに電力を供給する。図６に示すように、回路Ａの負荷の経時的変化は、複雑であるため、一定負荷パターン及び変動負荷パターンを設定することは困難である。また、複数の電気機器が設置されているため、特定負荷パターンを適用することはできない。そこで、負荷パターン設定部４１１は、回路Ａには、固有負荷パターン作成部４２で作成された固有負荷パターンを設定する。
【００３６】
回路Ｂは、例えばオーディオ、テレビ、ビデオ、蛍光灯、電話子機などが設置されている和室に電力を供給する。回路Ｂの負荷は、図６に示すように、０時〜１８時までは０．２５ｋＷ付近を、１６時〜２４時までは０．５ｋＷ付近をほぼ一定に変化し、負荷の経時的変化が単純である。そのため、変動負荷パターン記憶部４３２に予め記憶された変動負荷パターンを当てはめることが可能である。そこで、負荷パターン設定部４１１は、回路Ｂには、変動負荷パターンを設定する。
【００３７】
回路Ｃは、子供部屋に電力を供給する。子供部屋には、テレビ、ビデオ、ゲーム機、オーディオなどが設置されている。回路Ｃは、図６に示すように、回路Ａ同様、負荷の経時的変化が複雑であるため、固有負荷パターンを設定する。
【００３８】
回路Ｄは、白熱灯、蛍光灯、換気扇、ウォッシュレットなどが配置されたキッチンに電力を供給する。回路Ｄの負荷は、図６に示すように、０〜２４時まで０．５ｋＷ付近をほぼ一定に変化する。そこで、負荷パターン設定部４１１は、回路Ｄには一定負荷パターンを設定する。
【００３９】
回路ＥはＩＨコンロ、回路Ｆはエアコン、回路Ｇは電気式床暖房にそれぞれ電力を供給する。そのため、負荷パターン設定部４１１は、回路Ｅに対してＩＨコンロの負荷パターン、回路Ｆに対してエアコンの負荷パターン、回路Ｇに対して電気式床暖房の負荷パターンをそれぞれ特定負荷パターン記憶部４３３から読み出して設定する。
【００４０】
負荷パターン算出部４１２は、負荷パターン設定部４１１により回路Ａ〜Ｇのそれぞれに設定された負荷パターンを加算し、燃料電池１の出力する電力の負荷パターン（出力負荷パターン）を決定する。また、負荷パターン算出部４１２は、特定負荷パターンに関しては、後述する監視部４１３から特定電気機器の稼動の開始が報知されたとき、稼動が開始された特定電気機器の負荷パターンを加算する。また、負荷パターン算出部４１２は、監視部４１３から特定電気機器の稼動の停止が報知されたとき、出力負荷パターンから稼動停止信号を出力した特定電気機器の負荷パターンを差し引く。
【００４１】
図７は、負荷パターン算出部４１２が、各回路に設定された負荷パターンを加算する過程を説明するための図であり、回路Ｂ、Ｄ、Ｆに設定された負荷パターンが合成される過程を例に挙げて説明する。（ａ）は合成後の出力負荷パターン、（ｂ）は回路Ｆに設定されたエアコンの特定負荷パターン、（ｃ）は回路Ｂに設定された変動負荷パターン、（ｄ）は回路Ｄに設定された一定負荷パターンを示している。負荷パターン算出部４１２は、（ｃ）に示す変動負荷パターンと（ｄ）に示す一定負荷パターンを加算して出力負荷パターンを算出する。そして、監視部４１３から稼動開始信号を受けたとき、（ｂ）に示すエアコンの特定負荷パターンを出力負荷パターンに加算して、新たな出力負荷パターンとする。また、監視部４１３から稼動停止信号を受けたとき、（ｂ）に示すエアコンの特定負荷パターンを出力負荷パターンから差し引いて新たな出力負荷パターンとする。
【００４２】
監視部４１３は、特定電気機器の起動及び停止を監視する。特定電気機器の起動及び停止の監視は、例えば分電盤３に接続された電流計が示す負荷状態から、判断する。また、監視部４１３は、特定電気機器の起動を確認すると、負荷パターン算出部４１２に稼動開始信号を出力し、負荷パターン算出部４１２に特定電気機器の稼動の開始を報知する。また、監視部４１３は、特定電気機器の停止を確認すると、負荷パターン算出部４１２に稼動停止信号を出力し、負荷パターン算出部４１２に特定電気機器の稼動の停止を報知する。
【００４３】
本実施形態では、監視部４１３は、回路Ｅに接続されたＩＨコンロ、回路Ｆに接続されたエアコン、回路Ｇに接続された電気式床暖房の起動及び停止を監視する。回路Ｅ、Ｆ、Ｇのそれぞれには、例えば回路に電流が流れた際に生じる磁力から各回路の電流値の測定を行う電流計が接続されている。そのため、ＩＨコンロの稼動が開始されると、回路Ｅに接続された電流計の負荷が上がる。また、エアコン、電気式床暖房の稼動が開始されると回路Ｅと同様に、回路Ｆ、Ｇのそれぞれに接続された電流計の負荷が上がる。監視部４１３は、このような電流計が示す負荷の変化から、各特定電気機器の稼動の開始を確認する。また、ＩＨコンロ、エアコン、電気式床暖房の稼動が停止されると、回路Ｅ、Ｆ、Ｇのそれぞれに接続された電流計の示す負荷が０となる。これにより監視部４１３は、ＩＨコンロ、エアコン、電気式床暖房のいずれかの稼動の停止を確認する。
【００４４】
稼動指示部４１４は、負荷パターン算出部４１２で算出された出力負荷パターンに従って燃料電池１を稼動させるために、燃料電池１に制御信号を出力する。この制御信号は、燃料電池１に接続されたガスの流量制御弁の開度を制御する信号である。ガスの流量制御弁の開度を大きくすると燃料電池１に供給されるガスの流量が多くなるため、燃料電池１の出力負荷は大きくなる。また、ガスの流量制御弁の開度を小さくすると燃料電池１に供給されるガスの流量が少なくなるため、燃料電池１の出力負荷は小さくなる。
【００４５】
気象情報取得部４１５は、季節、気温、天気を含む気象情報を取得する。季節は、気象情報取得部４１５に設けられたカレンダー機能の日付を読み取ることにより取得される。気温は、温度計４５より出力される温度データにより取得される。天気は、照度計４６から出力される照度データにより取得される。
【００４６】
固有負荷パターン作成部４２は、分電盤の回路の負荷の変動が複雑であり、予め用意された一定負荷パターン及び変動負荷パターンを適用させることができない回路に対して、その回路固有の負荷パターン（固有負荷パターン）を作成する。固有負荷パターン作成部４２は、負荷測定部４２１、日負荷データ整理部４２２を備える。
【００４７】
負荷測定部４２１は、固有負荷パターンを適用する回路に接続された電流計が測定した負荷データを所定周期、例えば１０分間隔で取得し、取得した負荷データから１日あたりの日負荷データを作成する。そして、作成した日負荷データを測定日における気象情報と関連付けて日負荷データ記憶部４４に記憶する。測定日における気象情報は、気象情報取得部４１５で取得され、季節、温度、天気が含まれる。本実施形態では、回路Ａ及びＤに固有負荷パターンを適用するため、負荷測定部４２１は、回路Ａ及び回路Ｄの日負荷データを作成する。
【００４８】
日負荷データ整理部４２２は、日負荷データ記憶部４４に記憶された日負荷データを気象条件別に分類し、分類した日負荷データを平均化し、気象条件別の固有負荷パターンを作成する。そして、作成した固有負荷パターンを気象条件と関連付けて固有負荷パターン記憶部４３４に記憶する。気象条件としては、季節、気温、温度、天気のそれぞれを所定の条件で分類し、分類された条件を組み合わせたものが１つの気象条件とされる。例えば、季節であれば、春、夏、秋、冬に分類する。温度であれば、所定の温度範囲毎、例えば、夏であれば、平均気温が２５℃未満、２５℃以上３０℃未満、３０℃以上毎に分類する。天気であれば、晴れ、曇り、雨により分類する。そして、これら分類を組み合わせたもの、例えば、「夏」、「３０℃以上」、「晴れ」の組み合わせが１の気象条件とされる。
【００４９】
次に、図８に示すフローチャートにしたがって、分散型電源稼動制御装置４の制御について説明する。まず、気象情報取得部４１５により気象情報が取得される（ステップＳ１）。この場合、季節、気温、天気の気象情報が取得される。次いで、負荷パターン設定部４１１によりステップＳ１で取得した気象情報にしたがって、回路Ａ〜Ｄのそれぞれに該当する負荷パターンが設定される（ステップＳ２）。この場合、回路Ａには固有負荷パターンが、回路Ｂには定型負荷パターンが、回路Ｃには一定負荷パターンが、回路Ｄには固有負荷パターンがそれぞれ設定される。次いで、負荷パターン算出部４１２により回路Ａ〜Ｄに設定された負荷パターンが加算され、燃料電池１の出力負荷パターンが算出される（ステップＳ３）。次いで、算出された出力負荷パターンにしたがって燃料電池１稼動させるために、稼動指示部４１４から制御信号が出力される（ステップＳ４）。この制御信号により燃料電池１のガスの流量制御弁の開度が調節され、燃料電池１の出力負荷が決定される。次いで、監視部４１３によりいずれかの特定電気機器の稼動開始が確認されると（ステップＳ５）、稼動が開始された特定電気機器の特定負荷パターンが出力負荷パターンに加算され（ステップＳ６）、出力負荷パターンが変更される。次いで、稼動指示部４１４により変更された出力負荷パターンにしたがって、燃料電池１に制御信号が出力される（ステップＳ４）。次いで、監視部４１３により特定電気機器の稼動の停止が確認されると（ステップＳ７）、稼動が停止した特定電気機器の特定負荷パターンが出力負荷パターンから減算され（ステップＳ７）、出力負荷パターンを変更される。次いで、稼動指示部４１４により変更された出力負荷パターンにしたがって燃料電池１が稼動するように制御信号が出力される（ステップＳ４）。このようにして燃料電池１は、分散型電源稼動制御装置４により稼動される。
【００５０】
次に、図９に示すフローチャートにしたがって固有負荷パターンが作成される過程を説明する。まず、負荷測定部４２１により固有付加パターンを適用する回路である回路Ｃ及び回路Ｄの固有付加パターンを算出するために、回路Ｃ及び回路Ｄの負荷パターンが測定され（ステップＳ１１）、日負荷データが作成される（ステップＳ１２）。次いで、気象情報取得部４１５により気象情報が取得される（ステップＳ１３）。次いで、負荷測定部４２１により日負荷データとこの日負荷データを作成したときの気象情報とが関連付けられて日負荷データ記憶部４４に記憶される（ステップＳ１４）。次いで、日負荷データ整理部４２２により日負荷データ記憶部４４に記憶された日負荷データが気象条件毎に分類される（ステップＳ１５）。次いで、日負荷データ整理部４２２により分類された日負荷データが気象条件毎に平均化され、気象条件毎の固有負荷パターンが作成される（ステップＳ１６）。次いで、作成された負荷パターンは、気象条件と関連付けられて固有負荷パターン記憶部４３４に記憶される（ステップＳ１７）。
【００５１】
このように、本分散型電源稼動制御装置４によれば、分電盤の各回路に対して、予め負荷パターン記憶部４３で記憶された各種の負荷パターンの中から、各回路の負荷と適合するような負荷パターンを選択して設定し、設定した負荷パターンを加算して出力負荷パターンを算出するという簡略的な処理により、燃料電池１を制御することができる。しかも、設定された負荷パターンは各回路の負荷と適合するように選択されたものが設定されているため、算出された出力負荷パターンは建物内の電気機器の負荷と適合している可能性が高く、燃料電池１を効率良く稼動させることができる。
【００５２】
なお、本発明は、以下の態様を採ることができる。
【００５３】
（１）回路Ａ〜Ｇに設定した負荷パターンは、上述したものに限定されない。すなわち、回路Ａ対して固有負荷パターン以外の負荷パターン、回路Ｂに対しては、変動負荷パターン以外の負荷パターン、・・・というように、各回路Ａ〜Ｇに対して上述した負荷パターン以外の負荷パターンを設定してもよい。
【００５４】
（２）上記実施形態では、分散型発電装置として燃料電池１を使用したが、これに限定されず、小型ガスエンジンなどを適用してもよい。
【００５５】
（３）上記実施形態では、回路Ａ〜Ｇの７個の回路から構成される分電盤３について分散型電源稼動制御装置４の制御を適用したが、これに限定されず、１〜６個あるいは８個以上の回路から構成される分電盤であっても本分散型電源稼動制御装置４による制御を適用することができる。
【００５６】
（４）上記実施形態では、負荷パターン算出手段は、各回路に設定された負荷パターンを単に加算することにより出力負荷パターンを算出しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、負荷パターン毎に重み付けを与えて加算してもよい。
【００５７】
（５）上記実施形態では、回路Ａには固有負荷パターン、回路Ｂには変動負荷パターン、・・・というように回路毎に設定する負荷パターンの種類を限定しているが、これに限定されず、１の回路に対して、例えば季節に応じて、固有負荷パターン以外の負荷パターンを設定してもよい。すなわち、１の回路に対して、春は固有負荷パターン、夏は変動負荷パターン、秋は一定負荷パターンを設定することも可能である。
【００５８】
（６）上記実施形態では、予め定められた複数種類のいずれの負荷パターンも該当しない回路に対して、固有負荷パターン作成部４２により作成された固有負荷パターンを設定したが、これに限定されず、一定負荷パターン、変動負荷パターン、特定負荷パターンを、固有負荷パターン作成部４２により作成してもよい。
【００５９】
（７）上記実施形態では、気象情報取得部４１５により取得された気象情報に基づいて各回路の負荷パターンを設定したが、これに限定されず、例えば、気象情報が入力可能な操作部を設け、この操作部から入力された気象情報に基づいて、各回路の負荷パターンを設定してもよい。また、負荷パターン記憶部４３に記憶された各種負荷パターンは、例えば操作部により変更可能としてもよい。この場合、例えば一定負荷パターンであれば、負荷の値を上下させることができる。
【００６０】
（８）上記実施形態では、図９に示すフローチャートにしたがって、固有付加パターンの作成を行ったが、これに限定されず、例えば、各部屋の床面積と電気具の種類及び数から、例えばサービス会社が提供する標準的な負荷パターンから負荷パターンを選定し、選定した負荷パターンを操作部より入力したものを固有負荷パターンとしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
このように、本発明に係る分散型電源の稼動制御装置によれば、分電盤の回路毎に予め定められた負荷パターンを設定し、設定した負荷パターンを合成して、分散型電源のトータルの出力負荷を算出し、算出した出力負荷にしたがって分散型電源を稼動させるため、簡略的な処理でありながら効率良く分散型電源を稼動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る分散型電源の負荷制御装置を家庭用の燃料電池発電システムに適用したときの一例を示している。
【図２】 分電盤の内部を示した概略図である。
【図３】 分散型電源稼動制御装置のブロック構成図の一例を示している。
【図４】 変動負荷パターンと一定負荷パターンの一例を示したグラフであり、（ａ）は一定負荷パターンを（ｂ）は変動負荷パターンを示している。
【図５】 特定負荷パターンの一例を示したグラフであり（ａ）はエアコンの特定負荷パターンを示し、（ｂ）はＩＨコンロの特定負荷パターンを示している。
【図６】 回路Ａ〜Ｄのそれぞれの１月における１日あたりの平均負荷パターンを示したグラフである。
【図７】 負荷パターン算出部が設定された負荷パターンを合成する過程を説明するための図であり、（ａ）は合成後の出力負荷パターン、（ｂ）はエアコンの特定負荷パターン、（ｃ）は変動負荷パターン、（ｄ）は一定負荷パターンを示している。
【図８】 分散型電源稼動制御装置の制御を説明するフローチャートである。
【図９】 固有負荷パターンが作成される過程を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 送受電盤
３ 分電盤
４ 発電装置稼動制御装置
５ 貯湯漕
１１ 熱交換器
４１ 稼動制御部
４２ 固有負荷パターン作成部
４３ 負荷パターン記憶部
４４ 日負荷データ記憶部
４１１ 負荷パターン設定部
４１２ 負荷パターン算出部
４１３ 監視部
４１４ 稼動指示部
４２１ 負荷測定部
４２２ 日負荷データ整理部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば家庭内やビル内に設置される分散型電源の稼動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料電池やガスエンジンなどの分散型電源を各家庭及びビルなどの建物内に設置し、建物内に設置された電気機器の電力需要を分散型電源で賄う分散型電源発電システムが実用化されようとしている。分散型電源発電システムは、分散型電源で発生する電力と分散型電源で発電をした際に生じる排熱とを利用するため、エネルギーの総合利用効率が、従来の電力会社から供給される電力のみで電力需要を賄う場合に比べて高まり、近い将来、各家庭やビルなどに普及することが見込まれている。
【０００３】
このような分散型電源は、負荷追従性が良くないため、建物内に設置された電気機器トータルの電力負荷を想定し、想定した電力負荷に基づいて分散型電源の出力負荷パターンを作成し、作成された出力負荷パターンにしたがって、分散型電源を稼動させることが従来行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、建物内には、様々な電気機器が設置されているため、建物内のトータルの電力負荷にパターン性を見出すことは事実上不可能である。そのため、上記作成された出力負荷パターンにより、分散型電源を稼動させると、分散型電源の出力負荷と建物内の電気機器の負荷とが大きく相違する場合があり、分散型電源を効率良く稼動させることができないという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、建物内に設置された電気機器が、分電盤の回路毎に整理して接続されていることに着目し、簡略な処理でありながら効率良く分散型電源を稼動させることができる分散型電源の稼動制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、分電盤の各回路に接続された電気機器に所定の電力を供給する分散型電源の稼動制御装置であって、予め定められた複数種類の負荷パターンのうちいずれかの負荷パターンを回路毎に設定する負荷パターン設定手段と、前記回路毎に設定された負荷パターンを合成し、分散型電源装置の出力負荷パターンを算出する負荷パターン算出手段と、合成された負荷パターンにしたがって分散型電源を稼動させる稼動指示手段とを備えたことを特徴とする分散型電源の稼動制御装置である（請求項１）。
【０００７】
建物には分電盤が配設され、建物内の電気機器は、設置される部屋や電気容量などで分類されて分電盤の各回路に整理して接続されているのが一般的である。そのため、各回路の電力負荷にパターン性を見出すことが可能である。
【０００８】
そこで、請求項１記載の本発明は、負荷パターン設定手段により、分電盤の各回路に対して、予め定められた複数種類の負荷パターンの中から、回路の負荷と適合するよな負荷パターンを設定する。そして、負荷パターン算出手段により設定された負荷パターンが合成され、分散型電源の出力負荷パターンが算出される。稼動指示手段は、算出された負荷パターンにしたがって分散型電源を稼動させる。すなわち、予め定められた負荷パターンの中から各回路の負荷に適合するような負荷パターンが選定され、設定された負荷パターンを合成して、分散型電源の出力負荷パターンを算出するという簡略的な処理により、分散型電源を制御することができる。しかも、算出された出力負荷パターンは、分電盤の各回路の負荷と適合するように選定された負荷パターンを加算して得られたものであることから、建物内の電気機器のトータルの負荷に適合している可能性が高く、分散型電源を効率良く稼動させることが可能となる。
【０００９】
前記複数種類の負荷パターンは、負荷の経時変化が一定のパターンを有する定型負荷パターンと、当該定型負荷パターンが適用される電気機器よりも電力消費量の大きな特定電気機器の負荷パターンである特定負荷パターンとを含み、前記負荷パターン設定手段は、前記特定電気機器が接続された回路に対しては前記特定負荷パターンを設定し、それ以外の回路に対しては前記定型負荷パターンを設定することが好ましい（請求項２）。
【００１０】
電力消費量の大きな電気機器は、分電盤の回路のうち１の回路を占有する場合がある。そこで、請求項２記載の本発明では、特定の電気機器が接続された回路に対しては、接続された電気機器の負荷パターンを設定し、それ以外の回路に対しては、定型負荷パターンを設定することで、負荷パターンの種類を分けることにより、各回路へ負荷パターンを適合しやすくしている。
【００１１】
前記定型負荷パターンは、負荷が変動しない一定負荷パターンと、負荷が変動する変動負荷パターンとを含み、前記負荷パターン設定手段は、負荷が変動する回路に対しては変動負荷パターン、負荷の変動が少ない回路に対しては一定負荷パターンを設定することが好ましい（請求項３）。
【００１２】
各回路の負荷は、上述したように一定のパターン性を見出すことができるが、回路の各パターンを詳しく測定すると、負荷の値が変動しないパターンと負荷の値が変動するパターンとに分けることができる。そこで、請求項３記載の本発明は、定型負荷パターンを負荷が変動しない一定負荷パターンと負荷が変動する変動負荷パターンとに更に分けることにより、各回路への負荷パターンの設定を容易なものとしている。
【００１３】
前記特定電気機器が接続された回路に、当該特定電気機器の起動及び停止を監視する監視手段を更に接続し、前記負荷パターン算出手段は、前記監視手段が前記特定電気機器の起動を確認したとき、前記特定負荷パターンを加算し、前記特定電気機器の停止を確認したとき、前記特定負荷パターンを減算することが好ましい（請求項４）。
【００１４】
この場合、特定の電気機器の起動及び停止を監視する監視手段を備え、この監視手段が特定の電気機器の起動を確認すると、負荷パターン合成手段はこの特定の電気機器の負荷パターンを加算する。また、監視手段が特定の電気機器の停止を確認すると、負荷パターン合成手段はこの特定の電気機器の負荷パターンを減算する。特定の電気機器は、電力消費量が、他の負荷パターンが適用される回路に接続されている電気機器の電力消費量よりもかなり大きい。そのため、特定負荷パターンを加算された出力負荷パターンを用いて、常時、分散型電源を稼動させると、特定の電気機器の稼動がされていないにもかかわらず、分散型電源は、特定負荷パターンの負荷分を余分に出力することとなり非効率的である。そこで、請求項４記載の本発明は、特定の電気機器の起動を確認したとき、出力負荷パターンに特定負荷パターンを加算する。一方、特定の電気機器の停止を確認したとき、出力負荷パターンから特定負荷パターンを減算することとした。
【００１５】
回路毎の負荷の経時変化を測定することにより得られた測定データから各回路の固有の負荷パターンを作成する固有負荷パターン作成手段を更に含み、前記負荷パターン設定手段は、前記予め定められた複数の負荷パターンのうち、いずれの負荷パターンも該当しない回路に対しては、前記固有負荷パターンを設定することが好ましい（請求項５）。
【００１６】
回路によっては、その負荷が上記定型負荷パターン及び上記特定負荷パターンのいずれも適合しないものも存在する。そこで、請求項５記載の本発明は、予め定められた負荷パターンのいずれの負荷パターンも該当しない回路に対しては、固有負荷パターン作成手段により回路固有の負荷パターンを測定して作成し、この固有負荷パターンを設定することとした。
【００１７】
前記変動負荷パターン、前記一定負荷パターン、前記特定負荷パターン及び前記固有負荷パターンは、それぞれ気象条件毎に複数の負荷パターンを含んでおり、前記負荷パターン設定手段は、分散型電源の稼動時における気象条件に基づいて該当する負荷パターンを回路毎に設定することが好ましい（請求項６）。
【００１８】
回路によっては、その負荷が気象条件、例えば春、夏、秋、冬などの季節によってその負荷パターンが大きく変動するものもある。例えば、エアコンは、春及び秋は消費電力が少ないが、冬及び夏は大量の電力消費が見込まれる。そこで、請求項６記載の本発明は、回路に対して、気象条件に応じて異なる負荷パターンを設定し、出力負荷パターンと、電気機器の電力負荷との適合を図っている。
【００１９】
前記負荷パターン設定手段により設定された負荷パターンに一致するように各回路に電気機器を接続したことが好ましい（請求項７）。
【００２０】
この場合、負荷パターン設定手段により設定された負荷パターンに一致するように各回路に電気機器を接続したため、各回路に対する負荷パターンの設定が容易となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る分散型電源稼動制御装置を家庭用の燃料電池発電システムに適用したときの一例を示している。本燃料電池発電システムは、分散型電源としての燃料電池１、商用電力線及び燃料電池１と接続された送受電盤２、送受電盤２と接続された分電盤３、燃料電池１の稼動を制御する分散型電源稼動制御装置４及び燃料電池１の排熱から生じた温水を蓄える貯湯漕５を備える。
【００２２】
燃料電池１は、水道管（図示しない）及び都市ガス供給管に接続され、供給される都市ガス及び水を主原料として所定の電力を発生する。燃料電池１は、固体高分子型の小型燃料電池（ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell））であって、家庭用小型燃料電池として好ましい最大負荷を出力する能力、例えば２．０ｋＷを出力する能力を有している。また、燃料電池１は、電力を発生する際に生じた排熱を利用して冷水を所定温度の温水に昇温する熱交換器１１を備える。
【００２３】
送受電盤２は、電気機器の電力需要が、燃料電池１からの電力のみでは不足する場合、分電盤３に対し燃料電池１からの電力を供給するとともに、商用電力を供給する。また、送受電盤２は、燃料電池１が余剰電力を発電した場合、その余剰電力を商用電力線側へ出力する。
【００２４】
図２は、分電盤３の内部を示した概略図である。
【００２５】
図２に示すように、分電盤３は、幹線回路２１、それぞれ分岐回路３１と接続された回路Ａ〜Ｇを含み、幹線回路２１から入力された電力を各回路Ａ〜Ｇに分配し、分岐回路３１に接続された電気機器に電力を供給する。回路Ａはリビング、回路Ｂは和室、回路Ｃはキッチン、回路Ｄは子供部屋、回路ＥはＩＨコンロ、回路Ｆはエアコン、回路Ｇは電気式床暖房に電力を供給する。回路Ａ〜Ｇ及び幹線回路２１は、それぞれ、例えばレバー式のスイッチを備えている。各スイッチの近傍には、例えばソレノイドが配設されている。ソレノイドは、各回路Ａ〜Ｇ及び幹線回路２１を流れる電流値が所定の値を超えると、磁力によりスイッチをオフ側へ倒し、電力の供給を遮断する。幹線回路２１のスイッチがオフになると、回路Ａ〜Ｇへの電力の供給が遮断される。
【００２６】
貯湯漕５は、熱交換器１１と水道管１２を介して接続され、熱交換器１１により昇温された温水を所定容量、例えば、２００リットル蓄える。また、貯湯漕５には、ヒータ５１が取り付けられており、ヒータ５１により蓄えた温水を一定の温度に保温する。貯湯漕５で蓄えられた温水は、給湯のために使用される。
【００２７】
分散型電源稼動制御装置４は、ＣＰＵ、主記憶装置、外部記憶装置などから構成されている。図３は、分散型電源稼動制御装置４のブロック構成図の一例を示している。分散型電源稼動制御装置４は、燃料電池１の稼動時における出力負荷を制御する稼動制御部４１、回路固有の負荷パターンを作成する固有負荷パターン作成部４２、複数種類の負荷パターンを記憶する負荷パターン記憶部４３、回路の１日あたりの負荷データを日負荷データとして記憶する日負荷データ記憶部４４を備える。また、分散型電源稼動制御装置４の筐体には、温度計４５、照度計４６が取り付けられている。
【００２８】
負荷パターン記憶部４３は、一定負荷パターン記憶部４３１、変動負荷パターン記憶部４３２、特定負荷パターン記憶部４３３、固有負荷パターン記憶部４３４を含む。
【００２９】
一定負荷パターン記憶部４３１は、１日あたりの負荷の経時的変化がほぼ一定のパターンを有し、かつ、その負荷が１日を通してほとんど変動しない回路に適用するための負荷パターンを記憶する。図４（ａ）は、一定負荷パターンの一例を示している。一定負荷パターンは、負荷を縦軸、時間を横軸として１日あたりの負荷の変化をグラフ化した場合、そのグラフの形状が横軸と平行でかつ一直線状になる負荷パターンをいう。なお、一定負荷パターン記憶部４３１は、例えば、季節、天候、温度の組み合わせからなる気象条件毎に予め用意された複数の一定負荷パターンを記憶している。
【００３０】
変動負荷パターン記憶部４３２は、１日あたりの負荷の経時的変化が一定のパターンを有し、かつその負荷が１日を通して大きく変動する回路に適用するための負荷パターンを記憶する。図４（ｂ）は、変動負荷パターンの一例を示している。変動負荷パターンは、負荷の値を縦軸、時間を横軸として１日あたりの負荷の変動をグラフ化した場合、そのグラフが、例えば階段状、ピラミッド状、凸状、凹状のような一定の形状（一直線状を除く）を有する負荷パターンをいう。なお、変動負荷パターン記憶部４３２は、例えば、季節、天候、温度の組み合わせからなる気象条件毎に予め用意された複数の変動負荷パターンを記憶している。
【００３１】
特定負荷パターン記憶部４３３は、消費電力量の大きな電気機器（以下、「特定電気機器」と称する）、例えばエアコンやＩＨコンロなどの一般的な負荷パターンを記憶する。図５は特定負荷パターンの一例を示したグラフであり（ａ）はエアコンの特定負荷パターンを示し、（ｂ）はＩＨコンロの特定負荷パターンを示している。（ａ）及び（ｂ）のグラフは共に、縦軸は負荷、横軸は時間を示している。特定負荷パターン記憶部４３３は、図４で示すような特定電気機器の一般的な負荷パターンを特定電気機器の種類別に記憶する。また、特定負荷パターン記憶部４３３は、同じ特定電気機器の負荷パターンであっても、例えば季節、気温、温度などの組み合わせからなる気象条件毎に予め定められた複数の特定負荷パターンを記憶する。なお、本実施形態では、ＩＨコンロ、エアコン、電気式床暖房が特定電気機器に該当する。
【００３２】
固有負荷パターン記憶部４３４は、固有負荷パターン作成部４２で作成された回路毎の負荷パターンをそれぞれ記憶する。また、固有負荷パターン記憶部４３４は、回路毎の固有負荷パターンを、例えば季節、天気、気温などの組み合わせからなる気象条件毎に複数のパターンを記憶している。
【００３３】
稼動制御部４１は、負荷パターン設定部４１１、負荷パターン算出部４１２、監視部４１３、稼動指示部４１４、気象情報取得部４１５を含む。
【００３４】
負荷パターン設定部４１１は、気象情報取得部４１５で得られた気象情報にしたがって、分電盤３の各回路Ａ〜Ｇに、該当する負荷パターンを負荷パターン記憶部４３から読み出して設定する。以下、負荷パターン設定部４１１が、気象情報取得部４１５で取得した気象情報にしたがって、回路Ａ〜Ｇに一定負荷パターン、変動負荷パターン、特定負荷パターン、固有負荷パターンのいずれかを設定する場合について説明する。
【００３５】
回路Ａは、例えば蛍光灯、電気カーペット、テレビ、ビデオ、インターホン、パソコン、ワープロなどの電気機器が設置されているリビングに電力を供給する。図６に示すように、回路Ａの負荷の経時的変化は、複雑であるため、一定負荷パターン及び変動負荷パターンを設定することは困難である。また、複数の電気機器が設置されているため、特定負荷パターンを適用することはできない。そこで、負荷パターン設定部４１１は、回路Ａには、固有負荷パターン作成部４２で作成された固有負荷パターンを設定する。
【００３６】
回路Ｂは、例えばオーディオ、テレビ、ビデオ、蛍光灯、電話子機などが設置されている和室に電力を供給する。回路Ｂの負荷は、図６に示すように、０時〜１８時までは０．２５ｋＷ付近を、１６時〜２４時までは０．５ｋＷ付近をほぼ一定に変化し、負荷の経時的変化が単純である。そのため、変動負荷パターン記憶部４３２に予め記憶された変動負荷パターンを当てはめることが可能である。そこで、負荷パターン設定部４１１は、回路Ｂには、変動負荷パターンを設定する。
【００３７】
回路Ｃは、子供部屋に電力を供給する。子供部屋には、テレビ、ビデオ、ゲーム機、オーディオなどが設置されている。回路Ｃは、図６に示すように、回路Ａ同様、負荷の経時的変化が複雑であるため、固有負荷パターンを設定する。
【００３８】
回路Ｄは、白熱灯、蛍光灯、換気扇、ウォッシュレットなどが配置されたキッチンに電力を供給する。回路Ｄの負荷は、図６に示すように、０〜２４時まで０．５ｋＷ付近をほぼ一定に変化する。そこで、負荷パターン設定部４１１は、回路Ｄには一定負荷パターンを設定する。
【００３９】
回路ＥはＩＨコンロ、回路Ｆはエアコン、回路Ｇは電気式床暖房にそれぞれ電力を供給する。そのため、負荷パターン設定部４１１は、回路Ｅに対してＩＨコンロの負荷パターン、回路Ｆに対してエアコンの負荷パターン、回路Ｇに対して電気式床暖房の負荷パターンをそれぞれ特定負荷パターン記憶部４３３から読み出して設定する。
【００４０】
負荷パターン算出部４１２は、負荷パターン設定部４１１により回路Ａ〜Ｇのそれぞれに設定された負荷パターンを加算し、燃料電池１の出力する電力の負荷パターン（出力負荷パターン）を決定する。また、負荷パターン算出部４１２は、特定負荷パターンに関しては、後述する監視部４１３から特定電気機器の稼動の開始が報知されたとき、稼動が開始された特定電気機器の負荷パターンを加算する。また、負荷パターン算出部４１２は、監視部４１３から特定電気機器の稼動の停止が報知されたとき、出力負荷パターンから稼動停止信号を出力した特定電気機器の負荷パターンを差し引く。
【００４１】
図７は、負荷パターン算出部４１２が、各回路に設定された負荷パターンを加算する過程を説明するための図であり、回路Ｂ、Ｄ、Ｆに設定された負荷パターンが合成される過程を例に挙げて説明する。（ａ）は合成後の出力負荷パターン、（ｂ）は回路Ｆに設定されたエアコンの特定負荷パターン、（ｃ）は回路Ｂに設定された変動負荷パターン、（ｄ）は回路Ｄに設定された一定負荷パターンを示している。負荷パターン算出部４１２は、（ｃ）に示す変動負荷パターンと（ｄ）に示す一定負荷パターンを加算して出力負荷パターンを算出する。そして、監視部４１３から稼動開始信号を受けたとき、（ｂ）に示すエアコンの特定負荷パターンを出力負荷パターンに加算して、新たな出力負荷パターンとする。また、監視部４１３から稼動停止信号を受けたとき、（ｂ）に示すエアコンの特定負荷パターンを出力負荷パターンから差し引いて新たな出力負荷パターンとする。
【００４２】
監視部４１３は、特定電気機器の起動及び停止を監視する。特定電気機器の起動及び停止の監視は、例えば分電盤３に接続された電流計が示す負荷状態から、判断する。また、監視部４１３は、特定電気機器の起動を確認すると、負荷パターン算出部４１２に稼動開始信号を出力し、負荷パターン算出部４１２に特定電気機器の稼動の開始を報知する。また、監視部４１３は、特定電気機器の停止を確認すると、負荷パターン算出部４１２に稼動停止信号を出力し、負荷パターン算出部４１２に特定電気機器の稼動の停止を報知する。
【００４３】
本実施形態では、監視部４１３は、回路Ｅに接続されたＩＨコンロ、回路Ｆに接続されたエアコン、回路Ｇに接続された電気式床暖房の起動及び停止を監視する。回路Ｅ、Ｆ、Ｇのそれぞれには、例えば回路に電流が流れた際に生じる磁力から各回路の電流値の測定を行う電流計が接続されている。そのため、ＩＨコンロの稼動が開始されると、回路Ｅに接続された電流計の負荷が上がる。また、エアコン、電気式床暖房の稼動が開始されると回路Ｅと同様に、回路Ｆ、Ｇのそれぞれに接続された電流計の負荷が上がる。監視部４１３は、このような電流計が示す負荷の変化から、各特定電気機器の稼動の開始を確認する。また、ＩＨコンロ、エアコン、電気式床暖房の稼動が停止されると、回路Ｅ、Ｆ、Ｇのそれぞれに接続された電流計の示す負荷が０となる。これにより監視部４１３は、ＩＨコンロ、エアコン、電気式床暖房のいずれかの稼動の停止を確認する。
【００４４】
稼動指示部４１４は、負荷パターン算出部４１２で算出された出力負荷パターンに従って燃料電池１を稼動させるために、燃料電池１に制御信号を出力する。この制御信号は、燃料電池１に接続されたガスの流量制御弁の開度を制御する信号である。ガスの流量制御弁の開度を大きくすると燃料電池１に供給されるガスの流量が多くなるため、燃料電池１の出力負荷は大きくなる。また、ガスの流量制御弁の開度を小さくすると燃料電池１に供給されるガスの流量が少なくなるため、燃料電池１の出力負荷は小さくなる。
【００４５】
気象情報取得部４１５は、季節、気温、天気を含む気象情報を取得する。季節は、気象情報取得部４１５に設けられたカレンダー機能の日付を読み取ることにより取得される。気温は、温度計４５より出力される温度データにより取得される。天気は、照度計４６から出力される照度データにより取得される。
【００４６】
固有負荷パターン作成部４２は、分電盤の回路の負荷の変動が複雑であり、予め用意された一定負荷パターン及び変動負荷パターンを適用させることができない回路に対して、その回路固有の負荷パターン（固有負荷パターン）を作成する。固有負荷パターン作成部４２は、負荷測定部４２１、日負荷データ整理部４２２を備える。
【００４７】
負荷測定部４２１は、固有負荷パターンを適用する回路に接続された電流計が測定した負荷データを所定周期、例えば１０分間隔で取得し、取得した負荷データから１日あたりの日負荷データを作成する。そして、作成した日負荷データを測定日における気象情報と関連付けて日負荷データ記憶部４４に記憶する。測定日における気象情報は、気象情報取得部４１５で取得され、季節、温度、天気が含まれる。本実施形態では、回路Ａ及びＤに固有負荷パターンを適用するため、負荷測定部４２１は、回路Ａ及び回路Ｄの日負荷データを作成する。
【００４８】
日負荷データ整理部４２２は、日負荷データ記憶部４４に記憶された日負荷データを気象条件別に分類し、分類した日負荷データを平均化し、気象条件別の固有負荷パターンを作成する。そして、作成した固有負荷パターンを気象条件と関連付けて固有負荷パターン記憶部４３４に記憶する。気象条件としては、季節、気温、温度、天気のそれぞれを所定の条件で分類し、分類された条件を組み合わせたものが１つの気象条件とされる。例えば、季節であれば、春、夏、秋、冬に分類する。温度であれば、所定の温度範囲毎、例えば、夏であれば、平均気温が２５℃未満、２５℃以上３０℃未満、３０℃以上毎に分類する。天気であれば、晴れ、曇り、雨により分類する。そして、これら分類を組み合わせたもの、例えば、「夏」、「３０℃以上」、「晴れ」の組み合わせが１の気象条件とされる。
【００４９】
次に、図８に示すフローチャートにしたがって、分散型電源稼動制御装置４の制御について説明する。まず、気象情報取得部４１５により気象情報が取得される（ステップＳ１）。この場合、季節、気温、天気の気象情報が取得される。次いで、負荷パターン設定部４１１によりステップＳ１で取得した気象情報にしたがって、回路Ａ〜Ｄのそれぞれに該当する負荷パターンが設定される（ステップＳ２）。この場合、回路Ａには固有負荷パターンが、回路Ｂには定型負荷パターンが、回路Ｃには一定負荷パターンが、回路Ｄには固有負荷パターンがそれぞれ設定される。次いで、負荷パターン算出部４１２により回路Ａ〜Ｄに設定された負荷パターンが加算され、燃料電池１の出力負荷パターンが算出される（ステップＳ３）。次いで、算出された出力負荷パターンにしたがって燃料電池１稼動させるために、稼動指示部４１４から制御信号が出力される（ステップＳ４）。この制御信号により燃料電池１のガスの流量制御弁の開度が調節され、燃料電池１の出力負荷が決定される。次いで、監視部４１３によりいずれかの特定電気機器の稼動開始が確認されると（ステップＳ５）、稼動が開始された特定電気機器の特定負荷パターンが出力負荷パターンに加算され（ステップＳ６）、出力負荷パターンが変更される。次いで、稼動指示部４１４により変更された出力負荷パターンにしたがって、燃料電池１に制御信号が出力される（ステップＳ４）。次いで、監視部４１３により特定電気機器の稼動の停止が確認されると（ステップＳ７）、稼動が停止した特定電気機器の特定負荷パターンが出力負荷パターンから減算され（ステップＳ７）、出力負荷パターンを変更される。次いで、稼動指示部４１４により変更された出力負荷パターンにしたがって燃料電池１が稼動するように制御信号が出力される（ステップＳ４）。このようにして燃料電池１は、分散型電源稼動制御装置４により稼動される。
【００５０】
次に、図９に示すフローチャートにしたがって固有負荷パターンが作成される過程を説明する。まず、負荷測定部４２１により固有付加パターンを適用する回路である回路Ｃ及び回路Ｄの固有付加パターンを算出するために、回路Ｃ及び回路Ｄの負荷パターンが測定され（ステップＳ１１）、日負荷データが作成される（ステップＳ１２）。次いで、気象情報取得部４１５により気象情報が取得される（ステップＳ１３）。次いで、負荷測定部４２１により日負荷データとこの日負荷データを作成したときの気象情報とが関連付けられて日負荷データ記憶部４４に記憶される（ステップＳ１４）。次いで、日負荷データ整理部４２２により日負荷データ記憶部４４に記憶された日負荷データが気象条件毎に分類される（ステップＳ１５）。次いで、日負荷データ整理部４２２により分類された日負荷データが気象条件毎に平均化され、気象条件毎の固有負荷パターンが作成される（ステップＳ１６）。次いで、作成された負荷パターンは、気象条件と関連付けられて固有負荷パターン記憶部４３４に記憶される（ステップＳ１７）。
【００５１】
このように、本分散型電源稼動制御装置４によれば、分電盤の各回路に対して、予め負荷パターン記憶部４３で記憶された各種の負荷パターンの中から、各回路の負荷と適合するような負荷パターンを選択して設定し、設定した負荷パターンを加算して出力負荷パターンを算出するという簡略的な処理により、燃料電池１を制御することができる。しかも、設定された負荷パターンは各回路の負荷と適合するように選択されたものが設定されているため、算出された出力負荷パターンは建物内の電気機器の負荷と適合している可能性が高く、燃料電池１を効率良く稼動させることができる。
【００５２】
なお、本発明は、以下の態様を採ることができる。
【００５３】
（１）回路Ａ〜Ｇに設定した負荷パターンは、上述したものに限定されない。すなわち、回路Ａ対して固有負荷パターン以外の負荷パターン、回路Ｂに対しては、変動負荷パターン以外の負荷パターン、・・・というように、各回路Ａ〜Ｇに対して上述した負荷パターン以外の負荷パターンを設定してもよい。
【００５４】
（２）上記実施形態では、分散型発電装置として燃料電池１を使用したが、これに限定されず、小型ガスエンジンなどを適用してもよい。
【００５５】
（３）上記実施形態では、回路Ａ〜Ｇの７個の回路から構成される分電盤３について分散型電源稼動制御装置４の制御を適用したが、これに限定されず、１〜６個あるいは８個以上の回路から構成される分電盤であっても本分散型電源稼動制御装置４による制御を適用することができる。
【００５６】
（４）上記実施形態では、負荷パターン算出手段は、各回路に設定された負荷パターンを単に加算することにより出力負荷パターンを算出しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、負荷パターン毎に重み付けを与えて加算してもよい。
【００５７】
（５）上記実施形態では、回路Ａには固有負荷パターン、回路Ｂには変動負荷パターン、・・・というように回路毎に設定する負荷パターンの種類を限定しているが、これに限定されず、１の回路に対して、例えば季節に応じて、固有負荷パターン以外の負荷パターンを設定してもよい。すなわち、１の回路に対して、春は固有負荷パターン、夏は変動負荷パターン、秋は一定負荷パターンを設定することも可能である。
【００５８】
（６）上記実施形態では、予め定められた複数種類のいずれの負荷パターンも該当しない回路に対して、固有負荷パターン作成部４２により作成された固有負荷パターンを設定したが、これに限定されず、一定負荷パターン、変動負荷パターン、特定負荷パターンを、固有負荷パターン作成部４２により作成してもよい。
【００５９】
（７）上記実施形態では、気象情報取得部４１５により取得された気象情報に基づいて各回路の負荷パターンを設定したが、これに限定されず、例えば、気象情報が入力可能な操作部を設け、この操作部から入力された気象情報に基づいて、各回路の負荷パターンを設定してもよい。また、負荷パターン記憶部４３に記憶された各種負荷パターンは、例えば操作部により変更可能としてもよい。この場合、例えば一定負荷パターンであれば、負荷の値を上下させることができる。
【００６０】
（８）上記実施形態では、図９に示すフローチャートにしたがって、固有付加パターンの作成を行ったが、これに限定されず、例えば、各部屋の床面積と電気具の種類及び数から、例えばサービス会社が提供する標準的な負荷パターンから負荷パターンを選定し、選定した負荷パターンを操作部より入力したものを固有負荷パターンとしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
このように、本発明に係る分散型電源の稼動制御装置によれば、分電盤の回路毎に予め定められた負荷パターンを設定し、設定した負荷パターンを合成して、分散型電源のトータルの出力負荷を算出し、算出した出力負荷にしたがって分散型電源を稼動させるため、簡略的な処理でありながら効率良く分散型電源を稼動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る分散型電源の負荷制御装置を家庭用の燃料電池発電システムに適用したときの一例を示している。
【図２】 分電盤の内部を示した概略図である。
【図３】 分散型電源稼動制御装置のブロック構成図の一例を示している。
【図４】 変動負荷パターンと一定負荷パターンの一例を示したグラフであり、（ａ）は一定負荷パターンを（ｂ）は変動負荷パターンを示している。
【図５】 特定負荷パターンの一例を示したグラフであり（ａ）はエアコンの特定負荷パターンを示し、（ｂ）はＩＨコンロの特定負荷パターンを示している。
【図６】 回路Ａ〜Ｄのそれぞれの１月における１日あたりの平均負荷パターンを示したグラフである。
【図７】 負荷パターン算出部が設定された負荷パターンを合成する過程を説明するための図であり、（ａ）は合成後の出力負荷パターン、（ｂ）はエアコンの特定負荷パターン、（ｃ）は変動負荷パターン、（ｄ）は一定負荷パターンを示している。
【図８】 分散型電源稼動制御装置の制御を説明するフローチャートである。
【図９】 固有負荷パターンが作成される過程を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 送受電盤
３ 分電盤
４ 発電装置稼動制御装置
５ 貯湯漕
１１ 熱交換器
４１ 稼動制御部
４２ 固有負荷パターン作成部
４３ 負荷パターン記憶部
４４ 日負荷データ記憶部
４１１ 負荷パターン設定部
４１２ 負荷パターン算出部
４１３ 監視部
４１４ 稼動指示部
４２１ 負荷測定部
４２２ 日負荷データ整理部
Claims (7)
- 分電盤の各回路に接続された電気機器に所定の電力を供給する分散型電源の稼動制御装置であって、
予め定められた複数種類の負荷パターンのうちいずれかの負荷パターンを回路毎に設定する負荷パターン設定手段と、
前記回路毎に設定された負荷パターンを合成し分散型電源装置の出力負荷パターンを算出する負荷パターン算出手段と、
合成された負荷パターンにしたがって分散型電源を稼動させる稼動指示手段とを備えたことを特徴とする分散型電源の稼動制御装置。 - 前記複数種類の負荷パターンは、負荷の経時変化が一定のパターンを有する定型負荷パターンと、当該定型負荷パターンが適用される電気機器よりも電力消費量の大きな特定電気機器の負荷パターンである特定負荷パターンとを含み、
前記負荷パターン設定手段は、前記特定電気機器が接続された回路に対しては前記特定負荷パターンを設定し、それ以外の回路に対しては前記定型負荷パターンを設定することを特徴とする請求項１記載の分散型電源の稼動制御装置。 - 前記定型負荷パターンは、負荷が変動しない一定負荷パターンと、負荷が変動する変動負荷パターンとを含み、
前記負荷パターン設定手段は、負荷が変動する回路に対しては変動負荷パターン、負荷の変動が少ない回路に対しては一定負荷パターンを設定することを特徴とする請求項２記載の分散型電源の稼動制御装置。 - 前記特定電気機器が接続された回路に、当該特定電気機器の起動及び停止を監視する監視手段を更に接続し、
前記負荷パターン算出手段は、前記監視手段が前記特定電気機器の起動を確認したとき、前記特定負荷パターンを加算し、前記特定電気機器の停止を確認したとき、前記特定負荷パターンを減算することを特徴とする請求項２又は３記載の分散型電源の稼動制御装置。 - 回路毎の負荷の経時変化を測定することにより得られた測定データから各回路の固有負荷パターンを作成する固有負荷パターン作成手段を更に含み、前記負荷パターン設定手段は、前記複数の負荷パターンのうち、いずれの負荷パターンにも該当しない回路に対しては、前記固有負荷パターンを設定することを特徴とする請求項３又は４記載の分散型電源の稼動制御装置。
- 前記変動負荷パターン、前記一定負荷パターン、前記特定負荷パターン及び前記固有負荷パターンは、それぞれ気象条件に応じて異なる複数の負荷パターンを含んでおり、前記負荷パターン設定手段は、分散型電源の稼動時における気象条件に基づいて該当する負荷パターンを回路毎に設定することを特徴とする請求項５記載の分散型電源の稼動制御装置。
- 前記負荷パターン設定手段により設定された負荷パターンに適合するように各回路に電気機器を接続したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の分散型電源の稼動制御装置。
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