JP5256052B2 - 電力負荷制御装置、電力負荷制御方法および電力負荷制御プログラム - Google Patents

Description

この発明は、電力系統の周波数変動に応じて負荷の有効電力を制御する電力負荷制御装置、電力負荷制御方法および電力負荷制御プログラムに関し、特に、負荷の自己制御性を強化することで、大規模停電の防止に寄与することができる電力負荷制御装置、電力負荷制御方法および電力負荷制御プログラムに関するものである。

従来、需要家に電力を供給する電力系統では、発電所等で発電される発電電力と需要家で消費される有効電力とのバランスが変化することによって、電力系統の周波数が変動する。具体的には、発電電力が負荷電力より大きくなると周波数が上昇し、逆に、負荷電力が発電電力より大きくなると周波数が低下する。

このような周波数の変動は、例えば、電動機の回転ムラによる製品不良の原因になるなど、電力使用者の利益を損ねる原因になり得る。そのため、電力系統では、電源側および負荷側それぞれにおいて、周波数を安定させるための周波数制御が行われる。図９は、従来の電力系統における周波数制御の分担を示す図である。

図９に示すように、例えば、数十分を超えるような周波数変動については、ＥＬＤ（Economic Load Dispatching：経済負荷配分）によって周波数制御が行われる。また、数分から数十分程度の周波数変動については、ＬＦＣ（Load Frequency Control：負荷周波数制御）によって周波数制御が行われ、数秒から数分程度の周波数変動については、ガバナフリー（Ｇ．Ｆ．：Governor Free）によって周波数制御が行われる。これらＥＬＤ、ＬＦＣおよびガバナフリーは、いずれも電源側で行われる周波数制御である。

さらに、数秒に満たない程度の周期変動については、電力系統の慣性および負荷の自己制御性によって周波数制御が行われる。ここで、電力系統の慣性とは、各発電機およびタービンなどの発電プラントや需要家のモータなどが持つ慣性力である。すなわち、発電電力の合計と消費電力の合計の差を発電機などの回転体が加速または減速することにより吸収する力である。また、負荷の自己制御性とは、負荷が本来も持っている周波数に対して消費電力を変化する性質によって得られる性質である。具体的に説明すると、通常、負荷には、供給される電力の周波数が上昇すると負荷電力が増大し、逆に、周波数が低下すると負荷電力が減少する性質がある。この性質によれば、周波数が上昇した場合には負荷電力が増大することで周波数が下げられ、逆に、周波数が低下した場合には負荷電力が減少することで周波数が上げられる。すなわち、負荷には、周波数が変動した場合に周波数をもとに戻そうとする働きがある。このような働きが負荷の自己制御性と呼ばれている。

こうして、電源側および負荷側（需要家側）で周波数制御が行われることにより、電力系統の周波数は、常時は±０．１〜０．３Ｈｚの範囲で維持される。そして、万が一、電力系統の周波数がおおよそ−１．０Ｈｚ〜＋０．５Ｈｚの範囲を超えてしまった場合には、発電機を保護するため、発電機ごとにタービンが停止される。また、周波数が−１．０Ｈｚ以上低下すると負荷側の機器が停止することもある。

以上、従来の電力系統について説明したが、近年では、このような電力系統に対し、電源側におけるＣＯ_２原単位の抑制および低下の要請が増加している。そのため、近年では、高効率・低ＣＯ_２排出の硬直電源や自然エネルギー発電が増加しており、それにともなう周波数調整力の低下および周波数変動の要因の増加が懸念されている。

例えば、高効率な火力発電や原子力発電などの硬直化電源は、発電電力の出力調整を行うことが困難である。そのため、硬直化電源の増加は、周波数調整力の低下をともなう。また、風力発電や太陽光発電などの自然エネルギー発電は、風力発電におけるカットオフ（強風になった場合に発電機を停止すること）や太陽光発電における日照量の変化などによって発電電力が不規則に変動する。また、発電機のように回転しない、すなわち慣性力を持たない太陽光発電の増加は、電力系統の慣性をより低下させることになる。そのため、自然エネルギー発電の増加は、周波数が変動する要因の増加をともなう。

さらに、近年では、需要家の負荷として、エアコンやエコキュート（登録商標）などのインバーター機器が多く用いられるようになった。通常、インバーター機器には、供給される電力の周波数が変化しても一定の負荷電力を消費する特性、いわゆる定電力特性がある。そのため、近年では、電力系統全体で負荷の自己制御性が低下している。

一般的に、負荷の有効電力Ｐは、有効電力の基準値をＰ_０、電圧の基準値をＶ_０、周波数偏差（基準周波数からの差）をΔｆとすると、以下の式（１）で表される。なお、式（１）において、αは電圧特性指数、βは周波数特性係数であり、それぞれの値は、電力系統において有効電力、電圧、周波数を実測することによって決められる。

上記の式（１）からも分かるように、負荷の有効電力Ｐは、周波数偏差が大きくなると増大し、周波数偏差が小さくなると減少する。すなわち、式（１）は負荷の自己制御性を表している。そして、近年では、実測の結果から、βの値が減少していることが判明している。例えば、βが４．０から２．６に減少した場合を考える。その場合、５０Ｈｚの電力系統で周波数が０．１Ｈｚ変動すると、βが減少する前は負荷の有効電力が４．０％変化していたのに対し、βが減少した後は２．６％しか変化しないことになる。このことからも、近年では、電力系統全体で負荷の自己制御性が低下していることが分かる。

上述したように、近年では、電力系統において、周波数調整力の低下や周波数変動の増加、負荷の自己制御性の弱化が生じる傾向にあり、それにともなって、系統状態の不確実性および大規模停電の可能性の増大が懸念されている。

ここで、大規模停電を防ぐためには、事故などによって大電源が脱落した場合の周波数制御が重要となる。一般的に、電力系統は、大電源が脱落した場合には、各種の予備力が応動するように構成されている。図１０は、従来の電力系統における大電源脱落時の予備力応動の一例を示す図であり、図１１は、従来の電力系統における大電源脱落時の周波数の一例を示す図である。

例えば図１０に示すように、大電源が脱落して周波数が低下すると、瞬動予備力、瞬動予備力を除く運転予備力、待機予備力の順で予備力が応動する。ここで、瞬動予備力とは、ガバナフリーによる発電などであり、瞬動予備力を除く運転予備力とは、ＬＦＣおよび手動調整による発電、および、停止中の状態から発動された水力発電などである。また、待機予備力とは、停止中の状態から発動された火力発電などである。

このように予備力が応動することによって、例えば図１１に示すように、周波数は、電源脱落後、電力系統の慣性および瞬動予備力によって徐々に低下した後に、遅れて発動されるＬＦＣや手動調整による予備力によって徐々に回復してゆく。このような変化の中で、周波数が予備力によって上昇する前に−１．０Ｈｚを下回ってしまうと、前述したタービンの停止によって系統電源が徐々に脱落することによりさらに周波数が低下し、その結果、大規模停電が発生する。

したがって、電源脱落直後の周波数の低下速度を遅らせることができれば、周波数が−１．０Ｈｚを下回る前に予備力によって上昇するので、その結果、大規模停電を防ぐことができる。そのためには、電力系統に接続される個々の負荷の自己制御性を強化する必要がある。

このような状況を鑑み、これまでにも、需要家に設置される負荷が電力系統の周波数を検出し、検出した周波数に応じて負荷の有効電力を自律的に調整する方法が考案されている（例えば、特許文献１または２を参照）。図１２は、負荷における有効電力の自律制御の一例を示す図であり、電力系統の基準周波数が５０Ｈｚである場合の自律制御の一例を示している。この方法では、電力系統に事故が発生して周波数が低下した場合に、需要家の負荷は、例えば、図１２に示す特性にしたがって自律的に有効電力を低下させる。このような自律制御を個々の負荷が行うことによって、電力系統全体の周波数低下が抑えられる。すなわち、個々の負荷の自己制御性が強化されることになる。

特開２００６−４２４５８号公報 特開２００７−２６７４９６号公報

しかしながら、一般的なエアコンやエコキュートなどのインバーター機器では、機器自端の周波数検出精度が低いうえに、有効電力を連続的に変化させることができない。そのため、従来のインバーター機器では、周波数の変化に応じて有効電力を正しく調整することができず、自己制御性を強化することができなかった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、負荷の自己制御性を強化することで、大規模停電の防止に寄与することができる電力負荷制御装置、電力負荷制御方法および電力負荷制御プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、電力系統の周波数変動に応じて負荷の有効電力を制御する電力負荷制御装置であって、前記電力系統の周波数を計測する周波数計測手段と、前記周波数計測手段によって計測される周波数に基づいて、第一の時点から現時点までの前記周波数の移動平均と前記第一の時点より後の第二の時点から現時点までの前記周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段と、前記周波数偏差算出手段によって算出された周波数偏差に応じて前記負荷の有効電力を制御する負荷制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記負荷制御手段は、前記周波数偏差が減少した場合には、前記有効電力が減少するように制御し、前記周波数偏差が増加した場合には、前記有効電力が増加するように制御することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記負荷制御手段は、前記周波数偏差が減少することによって前記有効電力を減少させた後に、前記周波数偏差が増加したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは有効電力を増加させないように制御することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記負荷制御手段は、前記周波数偏差が増加することによって前記有効電力を増加させた後に、前記周波数偏差が減少したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは前記有効電力を減少させないように制御することを特徴とする。

また、本発明は、電力系統の周波数変動に応じて負荷の有効電力を制御する電力負荷制御方法であって、前記電力系統の周波数を計測する周波数計測工程と、前記周波数計測工程によって計測される周波数に基づいて、第一の時点から現時点までの前記周波数の移動平均と前記第一の時点より後の第二の時点から現時点までの前記周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する周波数偏差算出工程と、前記周波数偏差算出工程によって算出された周波数偏差に応じて前記負荷の有効電力を制御する負荷制御工程とを含んだことを特徴とする。

また、本発明は、電力系統の周波数変動に応じて負荷の有効電力を制御する電力負荷制御プログラムであって、前記電力系統の周波数を計測する周波数計測手順と、前記周波数計測手順によって計測される周波数に基づいて、第一の時点から現時点までの前記周波数の移動平均と前記第一の時点より後の第二の時点から現時点までの前記周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する周波数偏差算出手順と、前記周波数偏差算出手順によって算出された周波数偏差に応じて前記負荷の有効電力を制御する負荷制御手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、電力系統の周波数を計測し、第一の時点から現時点までの周波数の移動平均と、第一の時点より後の第二の時点から現時点までの周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出し、算出した周波数偏差に応じて負荷の有効電力を制御するので、機器自端の周波数が精度よく検出されるとともに、有効電力を連続的に変化させることができ、周波数に応じて負荷の有効電力を正しく調整することが可能になる。したがって、負荷の自己制御性を強化することで、大規模停電の防止に寄与することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、周波数偏差が減少した場合には、有効電力が減少するように制御し、周波数偏差が増加した場合には、有効電力が増加するように制御するので、周波数が変化した場合に、その変化を戻すように有効電力が制御される。これにより、電力系統の負荷の自己制御性を強化することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、周波数偏差が減少することによって有効電力を減少させた後に、計測した周波数偏差が増加したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは有効電力を増加させないように制御するので、有効電力の変化を安定させることが可能になる。これにより、電力会社が制御している発電機の予備力による周波数制御を妨げることなく、効率よく周波数を調整することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、周波数偏差が増加することによって有効電力を増加させた後に、計測した周波数偏差が減少したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは有効電力を減少させないように制御するので、有効電力の変化をより安定させることが可能になる。これにより、電力会社が制御している発電機の予備力による周波数制御を妨げることなく、さらに効率よく周波数を調整することができるという効果を奏する。

図１は、本実施例１に係る空調装置の構成を説明するための説明図である。 図２は、図１に示した運転制御部の構成を示す図である。 図３は、本実施例１に係る負荷制御部による負荷制御を説明するための図である。 図４は、本実施例１に係る空調装置における負荷制御の処理手順を示すフローチャートである。 図５は、本実施例２に係るヒートポンプ式給湯装置の構成を説明するための説明図である。 図６は、図５に示した加熱制御部の構成を示す図である。 図７は、本実施例２に係る負荷制御部による負荷制御を説明するための図である。 図８は、本実施例２に係るヒートポンプ式給湯装置における負荷制御の処理手順を示すフローチャートである。 図９は、従来の電力系統における周波数制御の分担を示す図である。 図１０は、従来の電力系統における大電源脱落時の予備力応動の一例を示す図である。 図１１は、従来の電力系統における大電源脱落時の周波数の一例を示す図である。 図１２は、負荷における有効電力の自律制御の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る電力負荷制御装置、電力負荷制御方法および電力負荷制御プログラムの好適な実施例を詳細に説明する。

まず、実施例１として、本発明をエアコンなどの空調装置に適用した場合について説明する。図１は、本実施例１に係る空調装置の構成を説明するための説明図である。図１に示すように、本実施例１に係る空調装置１は、室内ユニット１０および室外ユニット２０を有する。

室内ユニット１０は、室内熱交換器１１およびファン１２を有する。また、室外ユニット２０は、コンプレッサー２１、室外熱交換器２２、ファン２３、膨張弁２４、四方弁２５および運転制御部２６を有する。このうち、運転制御部２６は、室内ユニット１０および室外ユニット２０の各部を適宜に駆動することによって、空調装置１の運転制御を行う。

例えば、冷房運転の場合には、コンプレッサー２１が、四方弁２５を介して室内ユニットから冷媒を取り込み、取り込んだ冷媒を圧縮する。コンプレッサー２１によって圧縮された冷媒は、四方弁２５を介して室外熱交換器２２に送られる。室外熱交換器２２に送られた冷媒は、ファン２３によって冷却されて液化する。液化した冷媒は、膨張弁２４に送られて圧力を下げられたうえで室内ユニット１０へ送られる。

室内ユニット１０に送られた冷媒は、室内熱交換器１１に送られ、室内熱交換器１１を通過する際に、ファン２３によって室内ユニット１０に取り込まれた空気を冷却する。これにより、室内の空気が冷却される。そして、室内熱交換器１１を通過した冷媒は、再度、室外ユニット２０に取り込まれる。冷房運転では、このような一連の流れが繰り返される。

一方、暖房運転の場合には、コンプレッサー２１は、膨張弁２４、室外熱交換器２２および四方弁２５を介して室内ユニット１０から冷媒を取り込み、取り込んだ冷媒を圧縮する。コンプレッサー２１によって圧縮されることによって温度が上昇した冷媒は、四方弁２５を介して室内ユニット１０へ送られる。

室内ユニット１０に送られた冷媒は、室内熱交換器１１に送られ、室内熱交換器１１内を通る際に、ファン２３によって室内ユニット１０に取り込まれた空気を温める。これにより、室内の空気が温められる。そして、室内熱交換器１１を通過した冷媒は、再度、室外ユニット２０に取り込まれる。暖房運転では、このような一連の流れが繰り返される。

そして、本実施例１に係る空調装置１では、電力系統の周波数変動に応じて負荷の有効電力を自律的に調整するため、運転制御部２６が、空調装置１の機器端子に入力される電力の周波数を計測し、計測した周波数に応じて空調装置１の有効電力を制御するようにしている。

図２は、図１に示した運転制御部２６の構成を示す図である。具体的には、図２に示すように、運転制御部２６は、特に、周波数計測部２６ａ、周波数偏差算出部２６ｂおよび負荷制御部２６ｃを有する。

周波数計測部２６ａは、機器端子に入力される電力の周波数を計測することによって、電力系統の周波数を計測する。この周波数計測部２６ａは、一般的に利用されている周波数検出器などを用いて実現される。

周波数偏差算出部２６ｂは、電力系統の周波数の変化を示す周波数偏差を算出する。具体的には、周波数偏差算出部２６ｂは、周波数計測部２６ａによって計測される周波数に基づいて、１８０秒前から現時点までの周波数の移動平均と、０．２秒前から現時点までの周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する。

すなわち、１８０秒前から現時点までの周波数の移動平均をＦａ、０．２秒前から現時点までの周波数の移動平均をＦｎとすると、周波数偏差Ｆｆは、以下に示す式（２）で表される。

Ｆｆ＝Ｆｎ−Ｆａ ・・・（２）

負荷制御部２６ｃは、周波数偏差算出部２６ｂによって算出された周波数偏差に応じて有効電力を制御する。なお、本実施例１では、負荷制御部２６ｃが、例えばコンプレッサー２１の駆動力を調整することによって、運転中の空調装置１の有効電力を１００％、７０％、４０％の３段階に切り替え可能であることとする。図３は、本実施例１に係る負荷制御部２６ｃによる負荷制御を説明するための図である。負荷制御部２６ｃは、図３に示す特性にしたがって、空調装置１の有効電力を制御する。

具体的には、空調装置１の有効電力ＰＬが１００％に設定されていた場合、負荷制御部２６ｃは、周波数偏差算出部２６ｂによって算出された周波数偏差Ｆｆが−０．４Ｈｚ以上であったときには、有効電力ＰＬを変更しない。ここで、負荷制御部２６ｃは、周波数偏差Ｆｆが−０．６Ｈｚ以上かつ−０．４Ｈｚ未満であったときには、有効電力ＰＬを７０％に変更する。また、周波数偏差Ｆｆが−０．８Ｈｚ以上かつ−０．６Ｈｚ未満であったときには、有効電力ＰＬを４０％に変更し、周波数偏差Ｆｆが−０．８Ｈｚ未満であったときには、空調装置１の運転を停止する。

また、空調装置１の有効電力ＰＬが７０％に設定されていた場合、負荷制御部２６ｃは、周波数偏差Ｆｆが＋０．４Ｈｚ以上であったときには、有効電力ＰＬを１００％に変更する。ここで、負荷制御部２６ｃは、周波数偏差Ｆｆが−０．４Ｈｚ以上かつ＋０．４Ｈｚ未満であったときには、有効電力ＰＬを変更しない。また、周波数偏差Ｆｆが−０．６Ｈｚ以上かつ−０．４Ｈｚ未満であったときには、有効電力ＰＬを４０％に変更し、周波数偏差Ｆｆが−０．６Ｈｚ未満であったときには、空調装置１の運転を停止する。

また、空調装置１の有効電力ＰＬが４０％に設定されていた場合、負荷制御部２６ｃは、周波数偏差Ｆｆが＋０．６Ｈｚ以上であったときには、有効電力ＰＬを１００％に変更する。ここで、負荷制御部２６ｃは、周波数偏差Ｆｆが＋０．４Ｈｚ以上かつ−０．６Ｈｚ未満であったときには、有効電力ＰＬを７０％に変更する。また、周波数偏差Ｆｆが−０．４Ｈｚ以上かつ＋０．４Ｈｚ未満であったときには、有効電力ＰＬを変更せず、周波数偏差Ｆｆが−０．４Ｈｚ未満であったときには、空調装置１の運転を停止する。

負荷制御部２６ｃは、空調装置１が運転されている間、上述した有効電力ＰＬの制御を所定の周期で繰り返し実行する。

なお、負荷制御部２６ｃは、上述した有効電力ＰＬの制御において、周波数偏差Ｆｆが減少することによって有効電力ＰＬを減少させた後に、周波数偏差Ｆｆが復帰（増加）したとしても、周波数偏差Ｆｆが復帰した時点から１８０秒間は有効電力ＰＬを復帰（増加）させない。逆に、周波数偏差Ｆｆがさらに減少した場合には、負荷制御部２６ｃは、その時点で瞬時に有効電力ＰＬを減少させる。

同様に、負荷制御部２６ｃは、周波数偏差Ｆｆが増加することによって有効電力ＰＬを増加させた後に、周波数偏差Ｆｆが復帰（減少）したとしても、周波数偏差Ｆｆが復帰した時点から１８０秒間は有効電力ＰＬを復帰（減少）させない。逆に、周波数偏差Ｆｆがさらに増加した場合には、負荷制御部２６ｃは、その時点で瞬時に有効電力ＰＬを増加させる。

次に、本実施例１に係る空調装置１における負荷制御の処理手順について説明する。図４は、本実施例１に係る空調装置１における負荷制御の処理手順を示すフローチャートである。本実施例１では、空調装置１が運転されている間、室外ユニット２０の運転制御部２６が、以下で説明する一連の処理手順を所定の周期で繰り返し実行する。

図４に示すように、本実施例１に係る空調装置１では、室外ユニット２０の運転制御部２６において、周波数計測部２６ａが、機器端子の周波数を計測する（ステップＳ１１）。

続いて、周波数偏差算出部２６ｂが、周波数計測部２６ａによって計測された周波数に基づいて、１８０秒前から現在までの周波数の移動平均Ｆａを算出し（ステップＳ１２）、０．２秒前から現在までの周波数の移動平均Ｆｎを算出する（ステップＳ１３）。その後、周波数偏差算出部２６ｂは、算出した移動平均ＦａおよびＦｎの差を求めることによって周波数偏差Ｆｆを算出する（ステップＳ１４）。

そして、負荷制御部２６ｃが、周波数偏差算出部２６ｂによって算出された周波数偏差Ｆｆに応じて空調装置１の有効電力を変更する（ステップＳ１５）。

上述してきたように、本実施例１では、空調装置１において、周波数計測部２６ａが、機器端子の周波数を計測することによって電力系統の周波数を計測し、周波数偏差算出部２６ｂが、周波数計測部２６ａによって計測される周波数に基づいて、１８０秒前から現時点までの周波数の移動平均と０．２秒前から現時点までの周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する。そして、負荷制御部２６ｃが、周波数偏差算出部２６ｂによって算出された周波数偏差に応じて、空調装置１の有効電力を制御する。

通常、負荷機器において、機器端子の周波数と基準周波数との差を正確に検出するためには、水晶発振器などを備えた高価な周波数検出器が必要となる。しかし、主に家電として用いられるインバーター機器は、できるだけコストを低減することが要求される。そのため、インバーター機器には安価な周波数検出器が用いられる場合が多い。

しかし、一般的に、安価な周波数検出器は、機器端子の周波数と基準周波数との差を精度よく検出することは難しいが、機器端子の周波数の経時的な変化を精度よく検出することは可能である。本実施例１では、周波数偏差算出部２６ｂが、長さが異なる２つの期間における周波数の移動平均の差を周波数偏差として算出するので、安価な周波数検出器が用いられている場合でも、精度よく周波数偏差を算出することができる。

したがって、本実施例１によれば、周波数の変化が精度よく検出されるとともに、有効電力を連続的に変化させることができるので、周波数に応じて空調装置１の有効電力を正しく調整することが可能になる。これにより、空調装置１は電力系統の負荷の自己制御性を強化することが可能になる。

こうして、電力系統に接続される個々の空調装置１が電力系統の負荷の自己制御性を強化することによって、電力系統自身が有する安定状態への回復力が強化されることになる。その結果、発電機やタービンが停止される前に周波数を回復することが可能になり、系統電源が一斉に脱落することによる大規模停電を防ぐことができる。特に、本実施例１のように、空調装置１が電力系統の負荷の自己制御性を強化すれば、電力需要のピークとなる夏季において、大規模停電が発生する可能性を低減することができる。

また、本実施例１では、負荷制御部２６ｃが、周波数偏差が減少した場合には、有効電力が減少するように制御し、周波数偏差が増加した場合には、有効電力が増加するように制御する。したがって、周波数が変化した場合に、その変化を戻すように有効電力が制御されるので、電力系統の負荷の自己制御性を強化することができる。

また、本実施例１では、負荷制御部２６ｃが、周波数偏差が減少することによって有効電力を減少させた後に、計測した周波数偏差が増加したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは有効電力を増加させないように制御する。したがって、有効電力の変化を安定させることが可能になるので、電力会社が制御している発電機の予備力による周波数制御を妨げることなく、効率よく周波数を調整することができる。

また、本実施例１では、負荷制御部２６ｃが、周波数偏差が増加することによって有効電力を増加させた後に、計測した周波数偏差が減少したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは有効電力を減少させないように制御する。したがって、有効電力の変化をより安定させることが可能になるので、電力会社が制御している発電機の予備力による周波数制御を妨げることなく、さらに効率よく周波数を調整することができる。

なお、本実施例２では、周波数偏差算出部４７ｂが、１８０秒前から現時点までの周波数の移動平均と、０．２秒前から現時点までの周波数の移動平均とから周波数偏差を算出する場合について説明した。しかしながら、移動平均を求める期間の長さは１８０秒および０．２秒に限定されるものではなく、実測値などに基づいて適宜に変更することが可能である。

次に、実施例２として、本発明をエコキュートなどのヒートポンプ式給湯装置に適用した場合について説明する。図５は、本実施例２に係るヒートポンプ式給湯装置の構成を説明するための説明図である。図５に示すように、本実施例２に係るヒートポンプ式給湯装置２は、貯湯タンクユニット３０およびヒートポンプユニット４０を有する。

貯湯タンクユニット３０は、貯湯タンク３１、給湯管３２、給水管３３、循環管３４を有する。また、ヒートポンプユニット４０は、コンプレッサー４１、水加熱用熱交換器４２、膨張弁４３、空気用熱交換器４４、ファン４５、循環ポンプ４６、加熱制御部４７を有する。このうち、加熱制御部４７は、ヒートポンプユニット４０各部を適宜に駆動することによって、ヒートポンプユニット４０の加熱制御を行う。

かかるヒートポンプ式給湯装置２は、例えば、料金が割安な深夜電力によって運転され、空気の熱を利用して湯を沸かす。具体的には、ヒートポンプ式給湯装置２では、ヒートポンプユニット４０において、ファン４５が外気を取り込み、その外気によって空気用熱交換器４４を通る冷媒が温められる。温められた冷媒は、コンプレッサー４１によって圧縮され、さらに高温になる。そして、高温になった冷媒は、水加熱用熱交換器４２に送られ、水加熱用熱交換器４２内を通る際に、循環ポンプ４６によって貯湯タンクユニット３０から取り込まれた水を温める。

ヒートポンプユニット４０によって温められた水は、循環管３４を介して貯湯タンクユニット３０に送られる。貯湯タンクユニット３０では、ヒートポンプユニット４０から送られた温水は、貯湯タンク３１に貯められたうえで、給湯管３２を介して供給（給湯）される。貯湯タンク３１には、給水管３３を介して水が供給（給水）され、給水された水は循環管３４を介してヒートポンプユニット４０に取り込まれて温められる。このような一連の流れを繰り返すことによって、ヒートポンプ式給湯装置２は湯を沸かす。

そして、本実施例２に係るヒートポンプ式給湯装置２では、電力系統の周波数変動に応じて負荷の有効電力を自律的に調整するため、加熱制御部４７が、ヒートポンプ式給湯装置２の機器端子に入力される電力の周波数を計測し、計測した周波数に応じて自律的にヒートポンプ式給湯装置２の有効電力を制御するようにしている。

図６は、図５に示した加熱制御部４７の構成を示す図である。具体的には、図２に示すように、加熱制御部４７は、特に、周波数計測部４７ａ、周波数偏差算出部４７ｂおよび負荷制御部４７ｃを有する。

周波数計測部４７ａは、機器端子に入力される電力の周波数を計測することによって、電力系統の周波数を計測する。この周波数計測部４７ａは、一般的に利用されている周波数検出器などを用いて実現される。

周波数偏差算出部４７ｂは、電力系統の周波数の変化を示す周波数偏差を算出する。具体的には、周波数偏差算出部４７ｂは、周波数計測部４７ａによって計測される周波数に基づいて、実施例１における周波数偏差算出部２６ｂと同様に、１８０秒前から現時点までの周波数の移動平均と、０．２秒前から現時点までの周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する。

負荷制御部４７ｃは、周波数偏差算出部４７ｂによって算出された周波数偏差に応じて有効電力を制御する。なお、本実施例２では、負荷制御部４７ｃが、例えばコンプレッサー４１の駆動力を調整することによって、ヒートポンプユニット４０の有効電力を１００％あるいは０％の２段階に切り替え可能であることとする。図７は、本実施例２に係る負荷制御部４７ｃによる負荷制御を説明するための図である。負荷制御部４７ｃは、図７に示す特性にしたがって、空調装置１の有効電力を制御する。

具体的には、ヒートポンプユニット４０の有効電力ＰＬが１００％に設定されていた場合、負荷制御部４７ｃは、周波数偏差算出部４７ｂによって算出された周波数偏差Ｆｆが−０．４Ｈｚ以上であったときには、有効電力ＰＬを変更しない。一方、周波数偏差Ｆｆが−０．４Ｈｚ未満であったときには、負荷制御部４７ｃは、有効電力ＰＬを０％に変更する。

また、ヒートポンプユニット４０の有効電力ＰＬが０％に設定されていた場合、負荷制御部４７ｃは、周波数偏差算出部４７ｂによって算出された周波数偏差Ｆｆが−０．４Ｈｚ以上であったときには、有効電力ＰＬを１００％に変更する。一方、周波数偏差Ｆｆが−０．４Ｈｚ未満であったときには、負荷制御部４７ｃは、有効電力ＰＬを変更しない。

負荷制御部４７ｃは、ヒートポンプ式給湯装置２が運転されている間、上述した有効電力ＰＬの制御を所定の周期で繰り返し実行する。

なお、負荷制御部４７ｃは、上述した有効電力ＰＬの制御において、周波数偏差Ｆｆが減少することによって有効電力ＰＬを減少させた後に、周波数偏差Ｆｆが復帰（増加）したとしても、周波数偏差Ｆｆが復帰した時点から１８０秒間は有効電力ＰＬを復帰（増加）させない。

同様に、負荷制御部４７ｃは、周波数偏差Ｆｆが増加することによって有効電力ＰＬを増加させた後に、周波数偏差Ｆｆが復帰（減少）したとしても、周波数偏差Ｆｆが復帰した時点から１８０秒間は有効電力ＰＬを復帰（減少）させない。

次に、本実施例２に係るヒートポンプ式給湯装置２における負荷制御の処理手順について説明する。図８は、本実施例２に係るヒートポンプ式給湯装置２における負荷制御の処理手順を示すフローチャートである。本実施例２では、ヒートポンプ式給湯装置２が運転されている間、ヒートポンプユニット４０の加熱制御部４７が、以下で説明する一連の処理手順を所定の周期で繰り返し実行する。

図８に示すように、本実施例２に係るヒートポンプ式給湯装置２では、ヒートポンプユニット４０の加熱制御部４７において、周波数計測部４７ａが、機器端子の周波数を計測する（ステップＳ２１）。

続いて、周波数偏差算出部４７ｂが、周波数計測部４７ａによって計測された周波数に基づいて、１８０秒前から現在までの周波数の移動平均Ｆａを算出し（ステップＳ２２）、０．２秒前から現在までの周波数の移動平均Ｆｎを算出する（ステップＳ２３）。その後、周波数偏差算出部４７ｂは、算出した移動平均ＦａおよびＦｎの差を求めることによって周波数偏差Ｆｆを算出する（ステップＳ２４）。

そして、負荷制御部４７ｃが、周波数偏差算出部４７ｂによって算出された周波数偏差Ｆｆに応じてヒートポンプ式給湯装置２の有効電力を変更する（ステップＳ２５）。

上述してきたように、本実施例２では、ヒートポンプ式給湯装置２において、周波数計測部４７ａが、機器端子の周波数を計測することによって電力系統の周波数を計測し、周波数偏差算出部４７ｂが、周波数計測部４７ａによって計測される周波数に基づいて、１８０秒前から現時点までの周波数の移動平均と０．２秒前から現時点までの周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する。そして、負荷制御部４７ｃが、周波数偏差算出部４７ｂによって算出された周波数偏差に応じて、ヒートポンプユニット４０の有効電力を制御する。

したがって、本実施例２によれば、実施例１と同様に機器自端の周波数が精度よく検出されるとともに、有効電力を連続的に変化させることができるので、周波数に応じてヒートポンプ式給湯装置２の有効電力を正しく調整することが可能になる。言い換えれば、ヒートポンプ式給湯装置２は電力系統の負荷の自己制御性を強化することが可能になる。

こうして、電力系統に接続される個々のヒートポンプ式給湯装置２が電力系統の負荷の自己制御性を強化することによって、電力系統自身が有する安定状態への回復力が強化されることになる。その結果、実施例１と同様に、発電機のタービンが停止される前に周波数を回復することが可能になり、系統電源が一斉に脱落することによる大規模停電を防ぐことができる。特に、本実施例２のように、ヒートポンプ式給湯装置２が電力系統の負荷の自己制御性を強化すれば、電力系統に並列される発電機の台数が少ないため周波数の調整能力が低くなる深夜において、大規模停電が発生する可能性を低減することができる。

また、本実施例２では、負荷制御部４７ｃが、周波数偏差が減少した場合には、有効電力が減少するように制御し、周波数偏差が増加した場合には、有効電力が増加するように制御する。したがって、周波数が変化した場合に、その変化を戻すように有効電力が制御されるので、電力系統の負荷の自己制御性を強化することができる。

また、本実施例２では、負荷制御部４７ｃが、周波数偏差が減少することによって有効電力を減少させた後に、計測した周波数偏差が増加したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは有効電力を増加させないように制御する。したがって、有効電力の変化を安定させることが可能になるので、電力会社が制御している発電機の予備力による周波数制御を妨げることなく、効率よく周波数を調整することができる。

また、本実施例２では、負荷制御部４７ｃが、周波数偏差が増加することによって有効電力を増加させた後に、計測した周波数偏差が減少したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは有効電力を減少させないように制御する。したがって、有効電力の変化をより安定させることが可能になるので、電力会社が制御している発電機の予備力による周波数制御を妨げることなく、さらに効率よく周波数を調整することができる。

なお、本実施例２では、周波数偏差算出部４７ｂが、１８０秒前から現時点までの周波数の移動平均と、０．２秒前から現時点までの周波数の移動平均とから周波数偏差を算出する場合について説明した。しかしながら、移動平均を求める期間の長さは１８０秒および０．２秒に限定されるものではなく、実測値などに基づいて適宜に変更することが可能である。

以上、実施例１および２について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、空調装置１およびヒートポンプ式給湯装置２に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷蔵庫など、他のインバーター機器にも同様に適用することができる。さらには、インバーター機器に限らず、他の負荷機器にも同様に適用することができる。

また、上記実施例で説明した各種の処理は、あらかじめ用意されたプログラムをコンピュータに実行させることによって実現することも可能である。その場合には、上記実施例で説明した各種の処理手順を規定した電力負荷制御プログラムを、あらかじめＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置に記憶させておく。そして、コンピュータに備えられたＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＣＵ（Micro Control Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの処理装置が、記憶装置からに記憶されている電力負荷プログラムを読み出して実行する。

以上のように、本発明に係る電力負荷制御装置、電力負荷制御方法および電力負荷制御プログラムは、電力系統に接続される負荷の自己制御性を強化することによって大規模停電を防止する場合に有用であり、特に、定電力特性を有するインバーター機器に電力系統の負荷の自己制御性を強化する能力を持たせる場合に適している。

１ 空調装置
１０ 室内ユニット
１１ 室内熱交換器
１２ ファン
２０ 室外ユニット
２１ コンプレッサー
２２ 室外熱交換器
２３ ファン
２４ 膨張弁
２５ 四方弁
２６ 運転制御部
２６ａ 周波数計測部
２６ｂ 周波数偏差算出部
２６ｃ 負荷制御部
２ ヒートポンプ式給湯装置
３０ 貯湯タンクユニット
３１ 貯湯タンク
３２ 給湯管
３３ 給水管
３４ 循環管
４０ ヒートポンプユニット
４１ コンプレッサー
４２ 水加熱用熱交換器
４３ 膨張弁
４４ 空気用熱交換器
４５ ファン
４６ 循環ポンプ
４７ 加熱制御部
４７ａ 周波数計測部
４７ｂ 周波数偏差算出部
４７ｃ 負荷制御部

Claims (6)

1. 電力系統の周波数変動に応じて負荷の有効電力を制御する電力負荷制御装置であって、
   前記電力系統の周波数を計測する周波数計測手段と、
   前記周波数計測手段によって計測される周波数に基づいて、第一の時点から現時点までの前記周波数の移動平均と前記第一の時点より後の第二の時点から現時点までの前記周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段と、
   前記周波数偏差算出手段によって算出された周波数偏差に応じて前記負荷の有効電力を制御する負荷制御手段と
   を備えたことを特徴とする電力負荷制御装置。
2. 前記負荷制御手段は、前記周波数偏差が減少した場合には、前記有効電力が減少するように制御し、前記周波数偏差が増加した場合には、前記有効電力が増加するように制御することを特徴とする請求項１に記載の電力負荷制御装置。
3. 前記負荷制御手段は、前記周波数偏差が減少することによって前記有効電力を減少させた後に、前記周波数偏差が増加したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは有効電力を増加させないように制御することを特徴とする請求項２に記載の電力負荷制御装置。
4. 前記負荷制御手段は、前記周波数偏差が増加することによって前記有効電力を増加させた後に、前記周波数偏差が減少したとしても、当該周波数偏差が増加した時点から所定時間が経過するまでは前記有効電力を減少させないように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の電力負荷制御装置。
5. 電力系統の周波数変動に応じて負荷の有効電力を制御する電力負荷制御方法であって、
   前記電力系統の周波数を計測する周波数計測工程と、
   前記周波数計測工程によって計測される周波数に基づいて、第一の時点から現時点までの前記周波数の移動平均と前記第一の時点より後の第二の時点から現時点までの前記周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する周波数偏差算出工程と、
   前記周波数偏差算出工程によって算出された周波数偏差に応じて前記負荷の有効電力を制御する負荷制御工程と
   を含んだことを特徴とする電力負荷制御方法。
6. 電力系統の周波数変動に応じて負荷の有効電力を制御する電力負荷制御プログラムであって、
   前記電力系統の周波数を計測する周波数計測手順と、
   前記周波数計測手順によって計測される周波数に基づいて、第一の時点から現時点までの前記周波数の移動平均と前記第一の時点より後の第二の時点から現時点までの前記周波数の移動平均との差を求めることで周波数偏差を算出する周波数偏差算出手順と、
   前記周波数偏差算出手順によって算出された周波数偏差に応じて前記負荷の有効電力を制御する負荷制御手順と
   をコンピュータに実行させることを特徴とする電力負荷制御プログラム。

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