JP5438824B2 - 電力制御装置及びそれを備える系統連系システム - Google Patents

Description

本発明は、商用電源の電力系統と需要家に設けた分散電源との連系を制御する電力制御装置及びそれを備える系統連系システムに関するものである。

近年、住宅や工場などの電力の需要家において、太陽光発電装置、燃料電池、風力発電装置、コージェネレーション装置のような発電装置が利用されるようになってきている。また、この種の発電装置を商用電源の電力系統に連系させることにより分散電源として用いた系統連系システムも実用化されている。系統連系システムでは、分散電源が発電をした電力を需要家において消費しきれないときには、余剰電力として商用電源の電力系統に逆潮流させることが許容されている。電力系統への逆潮流を行う場合には、電力を商用電源として供給している電力供給事業者から逆潮流を行った電力量に見合う対価を受け取ることが可能になっている場合もある。
ところで、電力系統に分散電源を連系させる場合に逆潮流を行うと、電力系統の電圧の上昇、周波数の変化、位相の進みなどが生じる可能性がある。とくに、柱上トランスを共用する電力系統に接続される分散電源の台数が増加すると、この種の現象が生じやすくなる。しかも、柱上トランスから分散電源までの距離が大きくなるほど電力系統の電圧が上昇しやすくなる。
分散電源を電力系統に連系させる場合の上述のような問題を回避するために、分散電源には、逆潮流時に電力系統の電圧が上昇すると出力制御を行う機能を設けることが義務付けられている。さらに、各分散電源について柱上トランスからの距離が大きくなるほど、出力制御を開始する電圧を高く設定する技術が提案されている（特許文献１参照）。
このように、分散電源において上述した現象を監視し、上述した現象が規定した程度を上回って生じる場合には、分散電源から電力系統への逆潮流を抑制し、電力系統への影響を軽減している。また、特許文献１に記載の技術では、出力制御が開始される電圧を、柱上トランスから分散電源までの距離に応じて設定することにより、電力系統への逆潮流による給電を行う機会が各分散電源において公平に分配されるようにしている。言い換えると、柱上トランスから分散電源までの距離にかかわらず余剰電力を売電する可能性を公平に割り与えることを可能にしている。
特許文献１に記載の技術では出力制御が開始される電圧に閾値を設定し、柱上トランスから個々の分散電源までのインピーダンスに応じて閾値を調節することにより、分散電源から電力系統への逆潮流による給電の機会の不均衡を是正している。したがって、住宅の密集地などにおいて柱上トランスの二次側に接続される分散電源の台数が多くなると、隣接する分散電源に対して設定される閾値の差が小さくなり、閾値の設定に高い精度が要求されることになる。
さらに、上述した閾値を設定するには、柱上トランスの二次側に接続された分散電源と柱上トランスとの間のインピーダンスを計算する必要がある。したがって、分散電源の設置に際しては、配電網のトポロジ、配線の距離および線種の情報を取得する必要があり、しかも、分散電源の仕様に関する情報も必要になる。すなわち、多くの情報を管理することが必要になり、データ管理のコストが増大につながる。
上述のように、特許文献１に記載の技術は、柱上トランスの二次側に接続される分散電源の台数が多く、かつ隣接する分散電源の間で電力系統の電路間の距離が短いという条件下では、実施が困難になるという問題を有している。
また、上述のように、電力系統の都合によって逆潮流を抑制する制御を行うと、需要家において余剰電力が生じていても電力系統への逆潮流を行うことができない。つまり、逆潮流による対価を受け取ることができないから、需要家にとっては経済的な損失が生じていることになる。その結果、分散電源の設置に投資した費用の回収期間が延長されることになり、費用対効果が低下することになる。このことは、分散電源の導入意欲が向上しない一因にもなっている。
ところで、分散電源の出力制御を行う理由は、電力系統に対して分散電源からの逆潮流が生じることが原因であるから、分散電源から電力系統への逆潮流を減少させることによって、分散電源の出力制御に伴う問題は解決できると考えられる。分散電源から電力系統への逆潮流を抑制する技術としては、特許文献２に記載された技術のように、分散電源に蓄電池を組み合わせて用いることが提案されている。また、特許文献２には、逆潮流による電力量の目標値として、過去に逆潮流を行ったときの電力量の移動平均を用いることにより、逆潮流を行う際の電力量の時間あたりのピーク値を低減させる技術が示されている。
［特許文献１］日本国特許第４２６６００３号公報
［特許文献２］日本国特開第２００９−２６８２４７号公報
特許文献２に記載の技術を用いることにより、逆潮流を行わない電力を蓄電池に蓄電することができるから、分散電源の出力制御を行う場合に比較すれば、需要家にとって経済的な損失は低減される。
しかしながら、電力系統に逆潮流を行った場合の単価と、蓄電した電力を放電して使用するときの買電の単価との差額分については、経済的な損失が発生する。いま、逆潮流により電力系統に給電した場合の単価を４８（円／ｋＷｈ）とし、電力系統から受電した場合の単価を２８（円／ｋＷｈ）とする。この場合、逆潮流を行えば、１ｋＷｈ当たり４８円の利益が発生するため、それより２８円の費用を差し引いても２０円の利益になる。これに対して、特許文献２の構成では、分散電源の発電電力として蓄電された蓄電池の電力を放電し用いるため、１ｋＷｈ当たり２８円の費用が不要になるが、逆潮流を行わないので、利益も発生しない。従って、逆潮流を行う場合に比較すると、１ｋＷｈ当たり２０円の損失が生じていることになる。
また、特許文献２には、電力系統への逆潮流を行った電力量を計測し、計測した電力量をすべての需要家の分散電源の台数で均等に配分した値を、個々の需要家が逆潮流を行う際の上限値とする旨の記載がある。しかしながら、個々の分散電源の発電電力には差があり、また、需要家の消費する電力量も異なるから、個々の需要家での余剰電力には差がある。したがって、均等に配分すると、余剰電力の多い需要家ほど不利益を被ることになる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、需要家における経済的な不利益を低減するとともに、複数の需要家が公平に売電を行うことを可能にし、しかも、分散電源の出力制御を低減させて高効率での運転を可能にした電力制御装置を提供する。
本発明の第１側面によれば、分散電源及び蓄電池を備える需要家において、分散電源による余剰電力を前記蓄電池に蓄電可能にする電力制御装置であって、前記蓄電池への蓄電時における売電単価と、前記蓄電池からの放電時における買電単価とを用いることにより対価を算出する対価計算部を備える電力制御装置が提供される。前記電力制御装置は商用電源の電力系統の電圧を監視する電圧検知部と、分散電源に余剰電力が生じた場合であって、電圧検知部により監視している電力系統の電圧が規定の閾値以下であれば電力系統への逆潮流により電力系統に給電する状態を選択し、電圧検知部により監視している電力系統の電圧が規定の閾値を超えていれば電力系統への逆潮流を行わずに蓄電池に蓄電する状態を選択する余剰電力管理部と、分散電源から蓄電池に蓄電した電力量を取得する第１の電力取得部と、蓄電池から放電した電力量を取得する第２の電力取得部と、電力系統への給電を行う際の売電単価を取得する売電単価取得部と、電力系統から受電を行う際の買電単価を取得する買電単価取得部とを更に備え、前記対価計算部は前記余剰電力管理部が前記蓄電池に余剰電力を蓄電する状態を選択している間に当該余剰電力の逆潮流を行わなかったことに伴って生じる損失額を逆潮流による対価相当金額として、電圧検知部により監視している電力系統の電圧が規定の閾値を超えている期間に第１の電力取得部により取得した電力量と、売電単価取得部が取得する蓄電池への蓄電時における売電単価と、第２の電力取得部により取得した電力量と、買電単価取得部が取得する蓄電池からの放電時における買電単価とを用いることにより算出する。
対価計算部は、蓄電池からの放電時における単価として、蓄電池への蓄電時における売電単価と、蓄電池からの放電時における買電単価との差を用いることにより対価を算出するのが望ましい。
この場合、対価計算部は、蓄電池への蓄電時の売電単価が放電時の買電単価よりも高いときに蓄電池から放電した電力量に対する対価を計算するのが望ましい。
本発明の第２の側面によれば、複数の需要家に設けられた電力制御装置と、前記複数の需要家のうち２つ以上の需要家において余剰電力が生じているときに、蓄電池の残容量が少ない方の需要家における余剰電力管理部に対して広域網を通して蓄電池への蓄電を選択させる指令を与える管理サーバとを備える系統連系システムが提供される。
本発明の構成によれば、逆潮流により得られる利益の損失を防止して需要家における経済的な不利益を低減し、かつ複数の需要家が公平に売電を行うことが可能になるという利点がある。しかも、逆潮流を行えない場合でも蓄電池に蓄電することにより、分散電源の出力制御を低減させ、高効率での運転が可能になる。

本発明の目的及び特徴は以下のような添付図面とともに与えられた後述する好ましい実施形態の説明から明白になる。
本発明の一実施形態による電力制御装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による系統連系システムの概略的なブロック図である。 一実施形態による電力制御装置の動作説明図である。 一実施形態による系統連系システムの動作説明図である。 本発明の他の実施形態による電力制御装置を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態が本明細書の一部をなす添付図面を参照にしてより詳細に説明する。図面全体において、同一または類似した部分には同じ部材符号を付してそれについての重複する説明を省略する。
図２には、需要家１０に設けた分散電源１と商用電源の電力系統２との系統連系を行う系統連系システムの概略的な構成が示され、需要家１０には蓄電池３を設けてある。蓄電池３は、分散電源１から出力された電力のうち電気負荷４では消費できない余剰電力の少なくとも一部を蓄電し、また必要に応じて電気負荷４に電力を供給するために設けられている。蓄電池３は、需要家の建物内外の少なくとも一方に設置される。
需要家１０は、商用電源の電源系統２に設けられた柱上トランス３１の二次側に接続されており、１台の柱上トランス３１の二次側からは、複数の需要家１０に商用電源が供給される。ここで、以下の実施形態では、１台の柱上トランス３１の二次側に複数の分散電源１が分電盤７及び電力メータ１１を介して接続されている場合を想定する。また、図示例では、需要家１０に設けたコントローラ２０が広域網であるインターネット３２を介して管理サーバ３０と通信可能である構成を例示している。コントローラ２０と管理サーバ３０との機能については後述する。
分散電源１としては、太陽光発電装置を用いる例を示している。太陽光発電装置は、陽電池５と、太陽電池５から出力される直流電圧を交流電圧に変換するパワーコンディショナ６とを備える。パワーコンディショナ６は、蓄電池３の充放電を制御する機能も備える。なお、太陽光発電装置は分散電源の一例であり、風力発電装置、小型水力発電装置などの再生可能エネルギーを利用する発電装置のほか、燃料電池、コージェネレーション装置などを分散電源に用いることを妨げるものではない。
パワーコンディショナ６は分電盤７に接続され、分電盤７の内部において分散電源１と商用電源の電力系統２との連系が行われる。また、電気負荷４は、分電盤７に収納された分岐ブレーカ（図示せず）に接続されており、パワーコンディショナ６の出力と商用電源とからの電力が供給される。すなわち、電気負荷４の電源として、商用電源と蓄電池３と太陽電池５とを用いることが可能になっている。
需要家１０には、商用電源の電力系統２から受電した電力および商用電源の電力系統に逆潮流を行った電力を計測する第１の電力メータ１１と、蓄電池３の充電電力と放電電力とをそれぞれ計測する第２の電力メータ１２とが設けられる。さらに、各需要家１０において商用電源の電力系統２からの受電点付近には、電源系統２の電圧を検出する電圧センサ１３が配置される。電圧センサ１３は、電力系統２に余剰電力の逆潮流を行ってもよいか否かを判断するために用いる。
さらに、需要家１０には、パワーコンディショナ６を制御することにより、太陽電池５から出力された電力の供給先を決めるコントローラ（電力制御装置）２０が設けられる。
太陽電池５の電力の供給先は、電気負荷４と電力系統２とであって、これらの供給先に対して、太陽電池５による発電して直ちに供給する場合と、太陽電池５により発電した電力を蓄電池３に一旦蓄電した後に供給する場合とを選択することができる。
そのため、図１に示すように、パワーコンディショナ６には、太陽電池５から出力された電力の供給先として蓄電池３を選択するスイッチＳＷ２が設けられると共に、太陽電池５から出力された電力は分電盤７を介して電気負荷４へ供給できるようになっている。また、パワーコンディショナ６は、蓄電池３の電力を分電盤７に供給するか否かを選択するスイッチＳＷ３が設けられる。図示例では、商用電源から蓄電池３に蓄電する状態を選択可能にするためにスイッチＳＷ４が設けられているが、スイッチＳＷ４については要旨ではないので詳述しない。また、図２に示すように、分電盤７と電力メータ１１との間には電力系統２への逆潮流を選択するスイッチＳＷ１が設けられる。
なお、図１では、パワーコンディショナ６において、直流電力と交流電力との間の変換を行う電力変換器は省略しているが、蓄電池３と太陽電池５との電力を分電盤７に供給する場合には直流電圧を交流電圧に変換する必要がある。また、商用電源から蓄電池３に充電する場合には、交流電圧を直流電圧に変換する必要がある。
また、図１では、蓄電池３の充電量と放電量とを監視する部位を説明するために、パワーコンディショナ６の中に第２の電力メータ１２を便宜的に記載しているが、第２の電力メータ１２は、図２に示してあるように、パワーコンディショナ６とは別に設けられていても良い。第２の電力メータ１２では、電流のみを計測すれば蓄電池３の充放電の電荷量を計測することが可能であるが、電圧を電流と合わせて計測することにより、蓄電池３に蓄電された電力と、蓄電池３から放電された電力とを求めるのが望ましい。
コントローラ２０は、プログラムを実行するプロセッサおよびメモリを用いて構成されており、プログラムを実行することにより以下に述べる機能を実現する。コントローラ２０には、電圧センサ１３の出力を取得することにより電力系統２の電圧を監視する電圧検知部２１が設けられる。電圧検知部２１は、電圧センサ１３の出力を所定時間毎に取得し、デジタル値に変換する。
電圧検知部２１が取得した電圧は余剰電力管理部２２に入力され、余剰電力管理部２２では、電圧検知部２１により監視している電力系統２の電圧が、規定の閾値以下であるときにはスイッチＳＷ１をオンにする。よって、太陽電池５により発電された電力がパワーコンディショナ６を介して分電盤７に供給され、スイッチＳＷ１がオンにされているので、太陽電池５により発電された電力のうち電気負荷４で消費されない余剰電力の電力系統２への逆潮流を許容する。
また、スイッチＳＷ３をオンにすることにより蓄電池３の電力を（交流電力に変換した後に）分電盤７に供給し、太陽電池５が発電した電力と併せて蓄電池３の電力も電気負荷４に供給する。したがって、太陽電池５が発電した電力と蓄電池３から出力される電力との合計が電気負荷４で消費される電力を上回るときに、その差分の電力が余剰電力として電力系統２への逆潮流に用いられる。なお、太陽電池５が発電した電力は、蓄電池３の電力に優先して電気負荷４で消費される。また、分散電源１では、最大電力追従（ＭＰＰＴ＝Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行う。
一方、電圧検知部２１が取得した電力系統２の電圧が閾値を超えるときには、余剰電力管理部２２は、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチＳＷ２をオンにする。したがって、太陽電池５により発電された電力は、電力系統２へ供給されずに蓄電池３に蓄電される。言い換えると、電圧検知部２１が取得した電力系統２の電圧が閾値を超える場合には、他の需要家１０が電力の逆潮流を行っているとみなし、太陽電池５により発電した電力の逆潮流を行わずに、太陽電池３により発電した電力を蓄電池３に蓄電すると共に電気負荷４に供給する。
スイッチＳＷ１、ＳＷ３をオンにしている状態では、スイッチＳＷ２はオフであって、蓄電池３への充電は行われない。なお、スイッチＳＷ１、ＳＷ３をオンにしている状態において、蓄電池３及び分散電源１からの電力が電気負荷４の消費電力に足りない場合、パワーコンディショナ６から電気負荷４に給電されるとともに、商用電源の電力系統２からも電気負荷４に給電される。
スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン・オフは、上述のように、余剰電力管理部２２が制御し、スイッチＳＷ３（ＳＷ４）のオン・オフは、コントローラ２０に設けた充放電制御部２３が制御する。また、充放電制御部２３の動作は、全体動作制御部２４から指示される。全体動作制御部２４は、余剰電力管理部２２への指示も行う。
すなわち、全体動作制御部２４では、太陽電池５の発電電力を分電盤７に供給する動作と、余剰電力を蓄電池３に蓄電する動作と、蓄電池３に蓄電した電力を電気負荷４に給電する動作とを選択する。さらに、全体動作制御部２４は、通信部２５を介して管理サーバ３０と通信可能であって、管理サーバ３０に対して必要な情報を通知し、また管理サーバ３０からの指令に従ってスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフを制御する。全体動作制御部２４は、蓄電池３から残容量を取得する機能も備える。なお、蓄電池３はマイコンを内蔵しており、種々の情報を外部装置に与えることが可能になっているものを用いる。すなわち、蓄電池３の残容量は蓄電池３において計測されており、計測された情報を全体動作制御部２４が取得する。
ところで、コントローラ２０には、太陽電池５（分散電源１）から蓄電池３に蓄電した電力量を取得する第１の電力取得部２６ａと、蓄電池３から放電した電力量を取得する第２の電力取得部２６ｂとが設けられる。さらに、コントローラ２０は、電力系統２に給電する（売電を行う）ときの電力の単価を取得する売電単価取得部２９ａと、電力系統２から受電する（買電を行う）ときの電力の単価を取得する買電単価取得部２９ｂとを備えている。売電単価取得部２９ａおよび買電単価取得部２９ｂは最新の情報を取得する必要があるから、通信部２５を通して管理サーバ３０から情報を取得するのが望ましい。
さらに、コントローラ２０には、第１の電力取得部２６ａが取得した蓄電池３への蓄電量を、売電単価取得部２９ａおよび買電単価取得部２９ｂが取得した電力の単価とともに記録する蓄電量記憶部２８が設けられる。また、蓄電量記憶部２８に記録された蓄電池３への蓄電量および電力の単価を用いることにより、蓄電池３に電力を蓄電せずに電力系統２に逆潮流を行った場合の対価に相当する金額を算出する対価計算部２７が設けられる。蓄電量記憶部２８に記録される情報については後述する。また、対価計算部２７は、蓄電池３に余剰電力を蓄電する状態を選択している間に、当該余剰電力の逆潮流を行わなかったことに伴って生じる損失額を逆潮流による対価相当金額として算出する。
以下に動作例を説明する。ここでは、１日の時間経過に伴う動作を説明する。まず、太陽の高度が上昇するのに伴って太陽電池５の発電量が増加すると、パワーコンディショナ６が動作を開始し、商用電源の電力系統２の電圧が余剰電力管理部２２に設定された閾値以下であれば、パワーコンディショナ６から出力された交流電力が分電盤７を通して電気負荷４に供給される。
太陽電池５の出力電力（発電電力）が電気負荷４で消費される電力（負荷電力）を上回っている場合には、発電電力と負荷電力との差が余剰電力になり、余剰電力は電力系統２に供給される。すなわち、余剰電力により電力系統２への逆潮流が行われる。このとき、第１の電力メータ１１では、逆潮流が行われた余剰電力の電力量が売電電力量として計測される。
ところで、他の需要家１０においても余剰電力の逆潮流が行われると、柱上トランス３１の二次側から受電している需要家１０が消費する電力量よりも逆潮流により電力系統２に給電される電力量のほうが多くなることがある。このような事象が生じると、柱上トランス３１の二次側において電力系統２の電圧が上昇する。
各需要家１０のコントローラ２０では、需要家１０における受電点の近傍において電力系統２の電圧を監視しているから、電力系統２の電圧の上昇を検出することができる。ここで、電力系統２の電圧が余剰電力管理部２２に設定された閾値を超えると、コントローラ２０では、分電盤７と電力メータ１１との間に設けたスイッチＳＷ１をオフにし、パワーコンディショナ６に設けたスイッチＳＷ２をオンにする。これによって、電力系統２への余剰電力の逆潮流を行わずに、余剰電力を蓄電池３に蓄電する。ここに、蓄電池３の容量は１日分の余剰電力の電力量よりも大きいものとする。
逆潮が行われていない状態で、太陽の高度が下降するのに伴って、太陽電池５の発電電力が低下し、発電電力が負荷電力を下回ると、コントローラ２０は、スイッチＳＷ３をオンにして蓄電池３からの放電を開始させる。蓄電池３から放電する電力は、太陽電池５の発電量と負荷電力の需要との差分とし、太陽電池５の発電電力と蓄電池３の放電電力の合計が負荷電力による需要と等しくなるように制御する。蓄電池３からの放電が可能である期間は、電力系統２からの電力は電気負荷４で使用されない。
すなわち、電力系統２から電力を受電しないから、第１の電力メータ１１においては電力量は計測されない。一方、第２の電力メータ１２では、蓄電池３の放電による電力量が計測される。蓄電池３に蓄電された電力は過去に発生した余剰電力であって、余剰電力の発生時点において電力系統２に給電可能であった電力であるから、逆潮流を行うことができた電力と等価である。
太陽電池５による発電電力と蓄電池３から供給可能な電力との合計に対して、電気負荷４が要求する負荷電力が上回るようになると、電力系統２からも電気負荷４に電力が供給されるようになる。すなわち、第１の電力メータ１１によって受電した電力量が計測されることになる。
以上の説明からわかるように、第１の電力メータ１１で計測した電力系統２への給電電力量と、第２の電力メータ１２で計測した蓄電池３の放電電力量との合計は、電力系統２に売電を行った電力量に相当する。また、第１の電力メータ１１で計測した電力系統２からの受電電力量が、電力系統２から買電を行った電力量に相当する。
なお、上述の動作では、蓄電池３の容量が１日分の余剰電力を蓄電できると仮定しているが、余剰電力によって蓄電池３が満充電になる場合には、パワーコンディショナ６の出力を抑制する。この動作は背景技術として説明した構成と同様である。
ところで、蓄電池３への蓄電を行わずに電力系統２への逆潮流を行ったと仮定した場合の余剰電力の電力量は、第１の電力メータ１１とにより計測した余剰電力の電力量と、第２の電力メータ１２により計測した電力量との相当する。これは、第１の電力メータ１１が逆潮流を行った余剰電力を計測しており、第２の電力メータ１２が逆潮流を行った電力と等価な電力を計測しているからである。
いま、電力系統２から受電する電力の単価（円／ｋＷ）と、電力系統２に給電する（逆潮流を行う）電力の単価とが表１に示す値であるものとする。表１では、電力系統２から受電する場合を買電、電力系統２に給電する場合を売電と表記し、買電については昼間時間帯と夜間時間帯（たとえば、２３時から翌朝７時）とにおいて異なる場合を想定している。
なお、電力の単価は、電力供給事業者との契約により定められ、契約の内容や時期によって変化する。たとえば、買電の単価は、時間帯別に３段階に設定される場合、時間帯別の単価が設定されず買電による電力量に応じて単価が変化する場合などがある。さらに、燃料の単価の変動が買電の単価に影響し、分散電源１の普及率が売電の単価に影響することもある。したがって、売電単価取得部２９ａおよび買電単価取得部２９ｂにより、売電および買電の単価を取得する必要がある。

また、第２の電力メータ１２で計測した電力に対する単価は、買電と売電との単価の差であって、表２のように表すことができる。このように買電と売電との単価の差を用いる理由については後述する。表２に示す単価は、蓄電池３から放電した電力の対価であり、この値を用いることにより、太陽電池５により発電した余剰電力について、電力系統２への逆潮流を行うか蓄電池３に蓄電するかにかかわらず、需要家１０の対価の合計が等しくなる。

第１の電力メータ１１と第２の電力メータ１２とにより計測される電力の単価を、それぞれ表１、表２のように設定しておくことにより、対価計算部２７では、売買電に対する対価を計算することができる。
いま、蓄電池３の蓄電量と蓄電時の売電の単価とが対応付けて記録されている場合を想定する。たとえば、蓄電池３への蓄電量が表３のように記録されているものとする。

表３では売電の単価の最大値は４８（円／ｋＷｈ）であり、その単価が適用される蓄電量（電力量）は、３２００Ｗｈであるから、第２の電力メータ１２において放電量を監視する第２の電力取得部２６ｂには「３２００Ｗｈ」と設定される。ここで、蓄電池３に蓄電した電力を１００Ｗｈだけ放電し、放電時において、電力系統２から受電する電力の単価が２０（円／ｋＷ）であるとする。電力系統２から受電する場合と、余剰電力を電力系統２に給電した場合との差額は、１ｋＷｈ当たり２８円（＝４８円−２０円）であるから、１００Ｗｈの放電では、２．８円（＝２８円／ｋＷｈ×０．１ｋＷｈ）を受け取り可能な対価として算出する。
上述の構成において第１の電力メータ１１と第２の電力メータ１２とは機能が異なるから別体として記載しているが、両機能を１つの筐体内に設けてもよい。
図３を参照して蓄電池３の充放電に関する動作を説明する。蓄電池３への蓄電および蓄電池３からの放電を行っていない状態では、コントローラ２０はスイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフにして充放電処理を停止している（Ｓ１）。
前述したように、コントローラでは電力系統への逆潮流が不可能な場合に蓄電池３に充電を行う。蓄電池３の充電時、余剰電力管理部２２は、スイッチＳＷ２をオンにして蓄電池３への蓄電を開始する（Ｓ２）。このとき、充放電制御部２３はスイッチＳＷ３をオフに保っており、売電単価取得部２９ａでは売電単価を取得する（Ｓ３）。また、第１の電力取得部２６ａでは、売電単価取得部２９ａが取得した売電単価をセットする（Ｓ４）。
その後、第１の電力取得部２６ａは、蓄電池３への蓄電量を計測する（Ｓ５）。蓄電が停止するまでに（Ｓ７）、売電単価が変化しなければ（Ｓ６）、蓄電の停止後に、第１の電力取得部２６ａは計測された蓄電量および売電単価を蓄電量記憶部２８に記録する（Ｓ８）。一方、蓄電が停止するまでに（Ｓ７）、売電単価が変化すると（Ｓ６）、蓄電量および売電単価を蓄電量記憶部２８に記録する（Ｓ９）ステップＳ９の後には、ステップＳ３に戻り、新たな売電単価を取得し（Ｓ３）、蓄電が停止するまで上述した動作を繰り返す。
一方、蓄電池３の放電時に余剰電力管理部２２はスイッチＳＷ２をオフにし、充放電制御部２３はスイッチＳＷ３をオンにして蓄電池３から分電盤７への放電を開始する（Ｓ１０）。ここで、蓄電量記憶部２８に記録されている蓄電量から売電単価のもっとも高い情報を読み出し、この蓄電量を第２の電力取得部２６ｂにセットする（Ｓ１１）。また、買電単価取得部２９ｂは、蓄電池３からの放電中に適用する買電単価を取得する（Ｓ１２）。第２の電力取得部２６ｂでは、第２の電力メータ１２から蓄電池３の放電量を読み出してセットされた蓄電量から減算して計測値を得る（Ｓ１３）。
ここで、蓄電池３から放電した電力量は、蓄電時に電力系統２に給電すれば対価を得ることができた電力量であり、蓄電していなければ放電時に電力系統２から購入した電力量になる。そこで、両者を相殺するために、放電した電力に対する単価として、蓄電時の売電単価と、放電時の買電単価との差を用いる。売電単価と買電単価との差を放電した電力量に乗じた値を抑制対価と呼ぶ。すなわち、蓄電量の減算とともに抑制対価を計算する（Ｓ１４）。
買電単価が変化しない場合（Ｓ１５で「Ｎｏ」）、第２の電力取得部２６ｂにおいて読み出している計測値（蓄電量）が０になれば（Ｓ１６で「Ｙｅｓ」）、第２の電力取得部２６ｂは蓄電量記憶部２８から前回読み出した蓄電量を削除し、次に売電単価の高い情報を読み出す（Ｓ１１）。また、売電単価が変化した場合には（Ｓ１５）、新たな売電単価を取得し（Ｓ１２）、上述の動作を繰り返す。
その後、蓄電池３からの放電が停止すると（Ｓ１７）、その時点における第２の電力取得部２６ｂの計測値を蓄電量記憶部２８に記憶させる（Ｓ１８）。
ところで、コントローラ２０は、インターネット３２を介して管理サーバ３０と通信可能であって、管理サーバ３０から買電単価および売電単価を取得するだけではなく、管理サーバ３０からの指示による動作も可能になっている。管理サーバ３０が２つの需要家１０に設けたコントローラ２０に対して制御を指示する例を図４に示す。図４において、中央のフローチャートが管理サーバ３０の動作を示しており、左右のフローチャートが異なる需要家１０のコントローラ２０の動作を示している。図４の破線は、コントローラ２０と管理サーバ３０との間で、インターネット３２を通して通信を行うことを示している。
いま、図４に示す需要家１０において、電力系統２の電圧の上昇が検出され、蓄電池３への余剰電力の蓄電が開始されたとする（Ｓ１０１）。コントローラ２０は、通信部２５を通して管理サーバ３０に余剰電力の蓄電開始を通知する（Ｓ１０２）。管理サーバ３０では、蓄電池３への余剰電力の蓄電が開始されたことの通知を受けると（Ｓ１０３）、通知を受け取った需要家１０と同じ柱上トランス３１の二次側に接続された需要家１０を抽出するとともに、各需要家１０の蓄電池３の残容量を取得する（Ｓ１０４）。
管理サーバ３０では、最初に通知を行った需要家１０を除いて、蓄電池３の残容量が最大である需要家１０を選択し、最初に通知を行った需要家１０および選択した需要家１０に対して蓄電量の残容量の比較を行い、その結果によって蓄電の継続、開始または解除の制御指令を送信する（Ｓ１０５）。
最初に通知を行った需要家１０は、管理サーバ３０から受け取った指令が継続の指令であると（Ｓ１０６）、蓄電池３への余剰電力の蓄電を継続する（Ｓ１０７）。また、管理サーバ３０から受け取った指令が継続の指令でなければ、蓄電池３への蓄電を停止する（Ｓ１０９）。蓄電池３への余剰電力の蓄電を行っている間に、電力系統２への余剰電力の逆潮流が可能になった場合にも（Ｓ１０８）、蓄電池３への蓄電を停止する（Ｓ１０９）。蓄電池３への蓄電を停止すると、管理サーバ３０に対して蓄電の停止を通知する（Ｓ１１０）。
一方、管理サーバ３０が選択した需要家１０に対しては、電力系統２への逆潮流ができる場合には蓄電池３への蓄電の動作を解除する指示を与え、逆潮流ができない場合には蓄電池３への蓄電の動作開始を指示する（Ｓ１０５）。この需要家１０では、蓄電の指令を受信すると（Ｓ１１１）、蓄電池３への余剰電力の蓄電を開始し（Ｓ１１２）、管理サーバ３０には蓄電を開始したことを通知する（Ｓ１１３）。この需要家１０では、管理サーバ３０から蓄電の解除が指示されるまでは（Ｓ１１６）、蓄電を継続する（Ｓ１１４）。また、蓄電中の蓄電池の残容量を適宜のタイミングで管理サーバ３０に通知する（Ｓ１１５）。
管理サーバ３０が選択した需要家１０において、管理サーバ３０から蓄電池３への蓄電を停止する指令を受け取ると（Ｓ１１６）、蓄電を停止し（Ｓ１１７）、管理サーバ３０に対して蓄電を停止したことを通知する（Ｓ１１８）。
ところで、管理サーバ３０では、各需要家１０から取得した蓄電池３の蓄電量の順位が変化した場合には（Ｓ１１９）、ステップＳ１０４に移行して需要家及び電池容量を取得する。このように、蓄電池３の残容量が大きい需要家１０に対しては、電力系統２への余剰電力の逆潮流を行わせ、蓄電池３の残容量が小さい需要家１０に対しては、余剰電力を蓄電池３に蓄電させるのである。
柱上トランス２１の二次側に３個以上の需要家１０が接続されている場合も、管理サーバ３０において、上述した判断および指令の送信を行う。この制御により、柱上トランス３２の二次側の電力系統２に接続された需要家１０において、電力系統２に余剰電力の逆潮流を行うことができない場合に、余剰電力を蓄電池１０に蓄電することが可能になる。すなわち、蓄電池３の残容量に応じて逆潮流を行う需要家１０が分散するから、逆潮流を行う需要家１０の偏りを抑制することができる。また、各需要家１０では、余剰電力の逆潮流ができない場合でも、蓄電池３に蓄電した余剰電力に対する対価を受け取ることが可能であるから、余剰電力に対する対価の取りこぼしが抑制されることになり、分散電源１の導入意欲の向上につながる。
なお、電圧検知部２１において監視している電力系統２の電圧が閾値を超えるときに蓄電池３への蓄電を開始する構成ではなく、あらかじめ蓄電池３が満充電になった後に、電力系統２への逆潮流を行う構成としてもよい。また、コントローラ２０において蓄電池３への蓄電の指示を外部から通信により行ってもよい。
また、売電単価および買電単価を蓄電量記憶部２８に記録する構成を採用しているが、電力量と日時とを記録しておき、記録された電力量に日時に応じた単価を適用することにより、電力料金を算出するようにしてもよい。また、放電時の対価は、売電単価が買電単価よりも高いときにのみ計算することが望ましい。
放電時の単価は、需要家１０と電力供給事業者との双方を考慮して設定しているが、需要家１０の利益をより高めることにより、蓄電池３を並設した分散電源１を需要家１０に導入させるための動機付けを行うようにしてもよい。逆に、放電時の単価が、電力供給事業者に不利にならないように、蓄電池および放電時の損失分を考慮して設定してもよい。
上述の構成例では、蓄電池３を需要家の建物に設置した場合を想定しているが、蓄電池３を建物に設置することは必須ではなく、電気自動車や電動二輪車などに搭載する蓄電池３のように、建物とは別に蓄電池３を設けてもよい。あるいはまた、建物とは別に設けた蓄電池３と建物に設置した蓄電池３とを併用することも可能である。
建物とは別に蓄電池３を設ける場合は、分散電源１からの電力を充電装置から蓄電池３に充電する際に、買電単価と売電単価との差を対価として計算する手段を設けてもよい。ここで、建物とは別に設けた蓄電池３に充電するにあたって電力系統２から受電した電力を用いる場合を想定すると、買電単価が最安値である時間帯の電力を用いることが可能である。したがって、分散電源１からの電力を用いて蓄電池３に充電する際の買電単価を最安値に固定して対価を計算してもよい。
上述の実施形態においては、パワーコンディショナにスイッチＳＷ２，ＳＷ３を設けると共に分電盤７と電力メータ１１との間にスイッチＳＷ１を設け、余剰電力管理部２２によりスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオン・オフし全体動作制御部２４により充放電制御部２３を制御することで余剰電力の逆潮及び蓄電池の充放電を行なったが、本発明はこれに制限されない。例えば、従来のパワーコンディショナを用いて本発明を実施してもよい。
図５には従来のパワーコンディショナに本発明による電力制御装置を適用した他の実施形態が示されている。本実施形態ではスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が省かれている点で図１の電力制御装置と異なる。パワーコンディショナは独自に系統保護のために、系統電圧上昇時に出力を抑制する機能を有している。よって、本実施形態においてはこのパワーコンディショナの停止電圧よりも低い電圧を、蓄電動作を開始する閾値とする。
具体的には、全体動作制御部２４では余剰電力管理部２２を介して電圧検知部２１から取得した系統電圧が閾値以上であれば逆潮方向の電流値がゼロになるように、同電流値での充電を開始する指令を充放電制御部２３に送信する。また、サーバからの指令によっても全体動作制御部２４は蓄電池への充電を開始する指令を充放電制御部２３に送信する。一方、電圧検知部２１から取得した系統電圧が閾値以下であれば、蓄電池３からの放電を指令し、太陽電池５が発電した電力と蓄電池３から出力される電力との合計が電気負荷４で消費される電力を上回るときに、その差分の電力が余剰電力として電力系統２への逆潮流に用いられる。
逆潮流されていない状態で、太陽の高度が下降するに伴って、太陽電池５の発電電力が低下し発電電力が負荷電力を下回ると、コントローラ２０は蓄電池３からの放電を開始する。蓄電池３から放電する電力は、太陽電池５の発電量と負荷電力の需要との差分とし、太陽電池５の発電電力と蓄電池３の放電電力との合計が負荷電力による需要と等しくなるように制御する。蓄電池３からの放電が可能である場合、電力系統２からの電力は電気負荷４で使用されない。その他の計算などについては、図１に示した電力制御装置に関する説明と同様であるため、説明を省略する。
以上、本発明の好ましい実施形態が説明されているが、本発明はこれらの特定の実施形態に限られるものではなく、請求範囲の範疇から離脱しない多様な変更及び変形が可能であり、それも本発明の範疇内に属する。

Claims (5)

1. 分散電源及び蓄電池を備える需要家において、前記分散電源による余剰電力を前記蓄電池に蓄電可能にする電力制御装置であって、前記蓄電池への蓄電時における売電単価と、前記蓄電池からの放電時における買電単価とを用いることにより対価を算出する対価計算部を備えることを特徴とする電力制御装置。
2. 商用電源の電力系統の電圧を監視する電圧検知部と、前記分散電源に余剰電力が生じた場合であって、前記電圧検知部により監視している前記電力系統の電圧が規定の閾値以下であれば前記電力系統への逆潮流により前記電力系統に給電する状態を選択し、前記電圧検知部により監視している前記電力系統の電圧が規定の閾値を超えていれば前記電力系統への逆潮流を行わずに前記蓄電池に蓄電する状態を選択する余剰電力管理部と、前記分散電源から前記蓄電池に蓄電した電力量を取得する第１の電力取得部と、前記蓄電池から放電した電力量を取得する第２の電力取得部と、前記電力系統への給電を行う際の売電単価を取得する売電単価取得部と、前記電力系統から受電を行う際の買電単価を取得する買電単価取得部とを更に備え、前記対価計算部は前記余剰電力管理部が前記蓄電池に余剰電力を蓄電する状態を選択している間に当該余剰電力の逆潮流を行わなかったことに伴って生じる損失額を逆潮流による対価相当金額を、前記電圧検知部により監視している前記電力系統の電圧が規定の閾値を超えている期間に前記第１の電力取得部により取得した電力量と、前記売電単価取得部が取得する前記蓄電池への蓄電時における売電単価と、前記第２の電力取得部により取得した電力量と、前記買電単価取得部が取得する前記蓄電池からの放電時における買電単価とを用いることにより算出することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記対価計算部は、前記蓄電池からの放電時における単価として、前記蓄電池への蓄電時における売電単価と、前記蓄電池からの放電時における買電単価との差を用いることにより前記対価を算出することを特徴とする請求項２記載の電力制御装置。
4. 前記対価計算部は、前記蓄電池への蓄電時の売電単価が放電時の買電単価よりも高いときに前記蓄電池から放電した電力量に対する対価を計算することを特徴とする請求項３記載の電力制御装置。
5. 複数の需要家に設けられた請求項２〜４のいずれか１項に記載の電力制御装置と、前記複数の需要家のうち２つ以上の需要家において余剰電力が生じているときに、前記蓄電池の残容量が少ない方の需要家における前記余剰電力管理部に対して広域網を通して前記蓄電池への蓄電を選択させる指令を与える管理サーバを備えることを特徴とする系統連系システム。

Images