JP5773627B2 - 複数の分散電源の出力制御システムおよび複数の分散電源の出力制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の分散電源の出力制御システムおよび複数の分散電源の出力制御方法、例えば、太陽光発電装置群の出力制御システムおよび太陽光発電装置群の出力制御方法に関する。
一般に住宅等の太陽光発電装置の発電電力は家屋内の商用負荷(家電製品)で消費される。そして、太陽光発電装置の発電電力のうち余った電力、いわゆる余剰電力は、商用電力系統側に逆潮流されて電力会社に売電される。
しかしながら、逆潮流の電力量が過剰になると商用電力系統の電圧が上昇して、電圧上昇抑制の規定に従い、太陽光発電装置からの逆潮流を停止させなければならない。そのため、余剰電力が売電できず、太陽光発電装置から得られる発電電力の全電力量が活かせなくなる。
そこで、逆潮流の電力量が過剰にならないように、ヒーターなどの余剰電力を消費するための専用の負荷を設けて余剰電力を活用できる様にした構成を備えるシステムが提案されている。
また、商用電力系統の系統電圧が上昇したときに、複数の太陽光発電装置のうち一部の太陽光発電装置において電圧上昇抑制によって逆潮流が不可となったときに当該太陽光発電装置の余剰電力が活かせなくなることのないよう、複数の太陽光発電装置の受電点の電圧を監視して、複数の太陽光発電装置の余剰電力の逆潮流量を同じように抑制する構成を備えるシステムも提案されている(特許文献1参照)。
特開2004−135454号公報
引用文献1のようなシステムでは、複数の太陽光発電装置のうち一部の太陽光発電装置において局所的に逆潮流が停止されることはなくなっても、各太陽光発電装置の受電点の電圧が、電圧上昇抑制が動作する値以上である場合には、当該太陽光発電装置からの逆潮流が停止されてしまう。そのため、同じ商用電力系統に連系する他の太陽光発電装置において、電力の需要があった場合に、逆潮流が停止された太陽光発電装置からは余剰電力が生じていたとしても、電力を供給することが出来ない。そのため、1つの商用電力系統に連系する複数の太陽光発電装置において、電力の有効活用が不十分であった。
本発明は、上記問題点に基づいてなされたものであり、1つの商用電力系統に連系する複数の太陽光発電装置における電力の有効活用が図れる出力制御システムおよび制御方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る複数の分散電源の出力制御システムは、商用電力系統に連系する複数の分散電源と、該複数の分散電源と通信可能に接続されて前記複数の分散電源の出力を管理する管理装置とを備える。そして、前記複数の分散電源は、各々、太陽光発電装置から成る直流電源と、該直流電源からの直流電力を交流電力に変換して出力する変換部と、前記直流電源からの前記直流電力が充電される蓄電池と、該蓄電池の充電許容量および前記変換部の出力電力値を検出する検出部と、該検出部が検出した前記蓄電池の前記充電許容量および前記変換部の前記出力電力値を前記管理装置へ送信する送信部と、前記管理装置から他の前記分散電源における前記蓄電池の前記充電許容量および前記変換部の前記出力電力値を受信する受信部と、前記蓄電池の前記充電許容量および前記変換部の前記出力電力値に基づいて、前記送信部に、前記管理装置へ受電要求信号および送電可能信号を送信するよう指令する第1制御部と、前記管理装置の指令に基づき、逆潮流および前記蓄電池の充電を制御する第2制御部とを有している。そして、前記管理装置は、前記分散電源の各々との間で前記受電要求信号および前記送電可能信号の送受信を行う通信部と、前記受電要求信号および前記送電可能信号に基づいて、前記分散電源に逆潮流開始指令および受電開始指令を送る指令部とを有している。そして、前記管理装置は、前記複数の分散電源のうちの1つの前記分散電源における前記蓄電池の前記充電許容量が前1つの分散電源における前記変換部の前記出力電力値以上である場合に、前記指令部から前記他の分散電源に前記逆潮流開始指令を送った後に、前記1つの分散電源に前記受電開始指令を送ことで系統電圧の電圧上昇を抑制する
上記複数の分散電源の出力制御システムによれば、1つの分散電源の変換部の出力電力値および他の分散電源における蓄電池の充電許容量に基づいて、当該2つの分散電源間での逆潮流および受電を制御する。そのため、分散電源の受電点の電圧の値に関わらず、分散電源から逆潮流をおこなうことができ、従来であれば電圧上昇抑制が動作する場合であっても、前記1つの分散電源からの逆潮流電力を前記他の分散電源へ供給することができる。その結果、1つの商用電力系統に連系する複数の太陽光発電装置における電力の有効活用が図れる。
本発明の第1の実施形態に係る複数の分散電源の出力制御システム(以下、出力制御システムとする。)の構成を示すブロック図である。 本発明の第2の実施形態に係る出力制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第2の実施形態に係る出力制御システムにおける出力制御を示すフローチャートである。 本発明の第3の実施形態に係る出力制御システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第3の実施形態に係る出力制御システムにおける出力制御を示すフローチャートである。
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態に係る出力制御システム1について、図1を用いて説明する。
本実施の形態に係る出力制御システム1は、商用電力系統に連系する複数の分散電源と、該複数の分散電源の出力を管理する管理装置2と、を備える。本実施形態においては、分散電源として、太陽光発電装置3を用いた場合を例示している。
本実施形態においては、図1に示すように、出力制御システム1は、第1の太陽光発電装置3Aと第2の太陽光発電装置3Bとを有する。なお、本発明に係る出力制御システムは、2つ以上の分散電源を有していればよく、分散電源の数は2に限らない。
図1に示すように、第1の太陽光発電装置3Aは、太陽電池アレイ4Aと、蓄電池5Aと、変換部6Aと、充電制御部7Aと、通信部8Aと、を備える。
太陽電池アレイ4Aは、互いに電気的に接続された複数の太陽電池モジュールを備える。蓄電池5Aは、太陽電池アレイ4Aからの直流電力が充電される。変換部6Aは、商用電力系統に接続され交流電力を直流電力に変換する交流/直流電力変換部である。充電制御部7Aは、変換部6Aからの直流電力且つ/または太陽電池アレイ4Aからの直流電力を蓄電池5Aに充電する。通信部8Aは、太陽電池アレイ4Aの発電電力や蓄電池5Aへの充電電力などの電力情報を送信したり、他の太陽光発電装置3からの信号を受信したりする。
以下、太陽光発電装置3Aの各構成について、詳細に説明する。
太陽電池アレイ4Aは、直流電力を発生する機能を有しており、複数の太陽電池モジュールと、該複数の太陽電池モジュールを電気的に接続する配線材と、を備える。
蓄電池5Aは、直流電力を充電することができるものであればよい。例えば、蓄電池5Aは、据え置き型蓄電池や、電動アシスト自転車や電気自動車などの移動可能な蓄電池であってもよい。
変換部6Aは、交流電力を直流電力に変換する交流/直流電力変換部である。
充電制御部7Aは、太陽電池アレイ4Aおよび変換部6Aを介して、蓄電池5Aへの充電を制御する機能を有する。充電制御部7Aは、太陽電池アレイ4A、蓄電池5Aおよび変換部6Aに電気的に接続されている。そして、充電制御部7Aは、検出部71Aと、第1制御部72Aと、第2制御部73Aと、を備える。
検出部73Aは、蓄電池5Aの充電許容量(残存容量)および変換部6Aの出力電力値を検出する。
第1制御部71Aは、蓄電池5Aの充電許容量および、変換部6Aの出力電力値に基づいて、後述する送信部81Aに、管理装置2へ受電要求信号および送電可能信号を送信するよう指令する。
第2制御部72Aは、管理装置2の指令に基づき、逆潮流および蓄電池5Aの充電を制御する。
通信部8Aは、太陽光発電装置3Aと管理装置2との間の通信をおこなう機能を有し、充電制御部7Aと管理装置2と電気的に接続されている。そして、通信部8Aは、送信部81Aと受信部82Aと、を備える。
送信部81Aは、検出部71Aが検出した蓄電池5Aの充電許容量および変換部6Aの出力電力値を管理装置2へ送信する。
第2の太陽光発電装置3Bは、変換部6Bを除く他の構成において、太陽光発電装置3Aと同様の構成を有する。具体的には、太陽光発電装置3Bは、太陽電池アレイ4Bと、蓄電池5Bと、充電制御部7Bと、通信部8Aと、を備える。そして、太陽光発電装置3Bは、商用電力系統に接続された太陽電池アレイ4Bの直流電力を商用電力系統へ逆潮流する直流/交流電力変換部である変換部6Bを備えている。これらの構成は、太陽光発電
装置3Aと同様であるため、詳細な説明を省略する。
管理装置2は、太陽光発電装置3Aと太陽光発電装置3Bとに通信可能に接続されており、太陽光発電装置3Aおよび太陽光発電装置3Bの出力を管理する機能を有する。具体的には、管理装置2は、太陽光発電装置3Aの通信部8Aと、太陽光発電装置3Bの通信部8Aと通信可能に接続されている。
管理装置2は、太陽光発電装置3A、3Bの各々との間で受電要求信号および送電可能信号の送受信を行う通信部21と、受電要求信号および送電可能信号に基づいて、太陽光発電装置3A、3Bに逆潮流開始指令および受電開始指令をだす指令部22と、を備える。
通信部21は、各々の太陽光発電装置3A,3Bの情報を送受信する。各々の太陽光発電装置3A、3Bの情報とは、各々の太陽電池アレイ4A、4Bの発電電力や、蓄電池5A、5Bへの充電に必要な電力(量も含む)や、充電状況などの情報である。
指令部22は、各々の太陽光発電装置3A、3Bから上記情報や信号を受信または要求し、電力の最も必要な場所や優先度を判定し、各太陽光発電装置に電力の送電または受電(消費)の指令や開始タイミングの指定を行う。すなわち、指令部22は、各太陽光発電装置3の情報を基に、逆潮流開始指令および受電開始指令を出す。
管理装置2の構成例としては、例えば、パーソナルコンピュータをサーバーとして用いるものがある。このような管理装置2においては、各太陽光発電装置3の発電電力・充電電力・環境条件・設置条件・発電電力の予測値などのデータを記憶部(ハードディスクドライブや外部記憶装置など)に蓄積しておき、それらのデータを基に発電電力や充電電力の今後の予測値を算出して、インターネット回線(光回線や電話回線)や専用通信回線(特定省電力無線通信や携帯電話通信など)を用いて太陽光発電装置3(太陽光発電装置3A〜3C)に伝達される。このような情報を集中管理するよう構成された管理装置2とすることで、出力制御システム1における複雑な演算を行なう頭脳部分が1箇所でよく、管理装置2の置き場所が、太陽光発電装置3の設置場所とは別に必要となる反面、汎用性のある設備装置を用いた構築が容易である。また、各太陽光発電装置側に複雑な演算をこなせるCPUや情報を蓄積しておく記憶部を設けなくてもよいので、各太陽光発電装置3の構成を簡素化できる。
なお、本実施形態において、複数の太陽光発電装置3のうち太陽光発電装置3を管理装置2と一体化して構成し、太陽光発電装置3の1つが基地局となるような構成としてもよい。このような構成であれば、他の太陽光発電装置3は制御系が簡素なままの構成とした上に、非常時には管理装置2の駆動電源を一体化して構成されている前記太陽光発電装置3から供給して動作させることが出来る。その結果、各太陽光発電装置3の発電電力の今後の予測値の算出を実施でき、複数の太陽光発電装置3の出力を最適化することが可能となる。なお、このように災害などの非常時にも各太陽光発電装置3を運転させるには、管理装置2および複数の太陽光発電装置3間の通信手段として、特定省電力無線通信や電話回線(メタル回線)のような商用電力系統の停電に影響されにくいものを選択することができる。
以下、管理装置2および各太陽光発電装置3A、3Bにおける出力制御方法について、説明する。
まず、太陽光発電装置3Aは、充電制御部7Aで蓄電池5Aへどのくらい充電を行わなければならないかを判断する。具体的には、検出部71Aは、蓄電池5Aへの充電電圧と
充電電流や電解液の比重などを測定し、得られた情報を第1制御部72Aに送信する。第1制御部72Aは、得られた情報に基づき、蓄電池5Aの残存容量を推定する。そして、第1制御部72Aは、推定した残存容量に基づき、蓄電池5Aの充電に必要な充電電力(主に電流)と充電に要する時間を算出し、得られた情報を通信部8Aに送信する。通信部8Aは、得られた情報を、充電要求信号して、管理装置2に伝達する。
管理装置2と各太陽光発電装置3との間の情報の通信方法は特に制限されるものではない。当該通信方法としては、例えばインターネット回線(電話回線や光ファイバー回線)を用いて太陽光発電装置3と管理装置2とをWebサイトのように通信設定してネット接続する通信方法でも良く、特定省電力無線通信装置を用いてコードレスで通信が行えるようにした通信方法であっても良く、様々な通信方法が適用可能である。
また、上述した形態においては、太陽光発電装置3と管理装置2とが別の設備である形態を例示したが、管理装置2は、太陽光発電装置3の一構成として、太陽光発電装置の設備に含まれていても良い。この場合には、管理装置2と太陽光発電装置3との間の通信は、ワイヤードで行うこともできる。
前記通信方法としては、例えば、管理装置2をインターネットの1つのサイトとして、各太陽光発電装置3の通信部8もインターネットの1つのサイトとしてアクセス可能とする方法がある。このような場合、専用の通信プロトコルなどを用いることなく比較的容易に通信網の確立・太陽光発電装置3の増設が行なえる。また、このような場合には、出力制御システム1が、1つの外部サイトを一の構成として含み、当該外部サイトに接続することによって、天気予報や日射情報などの発電電力の予測値の算出に有用な情報を収集し易いといった利点もある。さらに、このような構成においては、光通信ケーブルなどの光回線を用いて情報量の多いデータを高速に送受信することができるので、後述する各太陽光発電装置3間の動作制御のタイミングのタイムラグ(指令伝達の時間差)を小さくすることができ、各太陽光発電装置3間の素早い制御を行うことができる。
また、太陽光発電装置3が管理装置2に伝達する情報は、上述した形態で示したように、電力の過不足情報、すなわち、受電要求信号および送電可能信号だけでもよいが、各太陽光発電装置3の発電電力の予測値や過去の実績情報などを含んでいてもよい。すなわち、管理装置側で、各太陽光発電装置3これらの情報が算出できない場合など、各太陽光発電装置3側で算出した結果を受電要求信号および送電可能信号と一緒に送っても良い。
また、蓄電池5の残存容量の測定方法としては、信号送信時に測定した充電時の蓄電池5への電圧と充電電流に基づいて算出する方法や、充電制御部7に蓄電池5の充電・放電電流を記憶する記憶部を設けて、該過去の情報に基づいて蓄電池5を再び満充電状態に戻すにはどのくらいの電流でどのくらいの時間を要するかを算出する方法がある。
前者は充電電流を所定の電流値にした場合の充電電圧が蓄電池5側によって制限された電圧値から残存容量を算出し、後者は蓄電池5の全容量から放出した電流値と充電された電流値を減算・加算して残存容量から充電可能な電力量を算出するものであり、先に述べた比重を測定する方法とあわせるとより精度の高い残存容量の算出が可能となる。
次に、このようにして管理装置2に受電要求信号として送られた情報、蓄電池5の充電許容量および変換部6の出力電力値を基に、管理装置2は太陽光発電装置Aを含む各太陽光発電装置3(本実施形態においては、太陽光発電装置3B)の発電状況や、その後の発電がどのようになるかを過去の履歴や天気予報などから発電電力の予測値を算出する。そして、管理装置2は、太陽光発電装置3Bから太陽光発電装置3Aに発電電力の譲渡が可能かを判定する。
もし、太陽光発電装置3Bから送られてきた情報に、充電が必要な蓄電池5Bがなく発電電力の譲渡が可能であると判明すれば、管理装置2は太陽光発電装置3Bに発電電力の逆潮流を指令する。すなわち、太陽光発電装置3Bの第1制御部72Bが、送電可能信号を送信し、当該信号を受信した管理装置2の指令部21は、太陽光発電装置3Aの受電要求信号と照らし合わせ、太陽光発電装置3Bから太陽光発電装置3Aへの送電が可能と判断すれば、太陽光発電装置3Bに、逆潮流開始指令を送る。
次に、太陽光発電装置3Bは通信部8Bで逆潮流開始指令を受信すると、充電制御部7Bは、管理装置2から指定された電力分の太陽電池アレイ4Bの発電電力を直流/交流電力変換部6Bを介して交流電力に変換し、商用電力系統に逆潮流を行う。具体的には、太陽光発電装置3Bにおいて、通信部8Bの受信部82Bが、逆潮流開始指令を受信すると、充電制御部7Bの第2制御部73Bは、太陽電池アレイ4Bによって得られた電力を変換部6Bにより交流電力に変換し、逆潮流をおこなう。
なお、このとき、管理装置2により要求された逆潮流の電力よりも太陽電池アレイ4Bの発電電力の方が多ければ、太陽光発電装置3Bは、残った電力を蓄電池5Bへ充電してもよい。
また、もし、天候不順などの理由で発電電力が少なくなった場合には、充電制御部7Bは、蓄電池5Bへの充電優先度(何時間以内に充電完了しなければならないか等)を考慮して、逆潮流に割ける発電電力を算出し直し、通信部8Bから管理装置2に逆潮流としての送電電力値の変更指令を伝達する。
なお、ここでいう、蓄電池5の充電優先度とは、例えば、蓄電池5の残量が少ないほど高くなる指標であり、充電優先度が高いほど、他の太陽光発電装置3に譲渡(逆潮流)できる発電電力は少なくなるといったものである。
さらに、管理装置2は、太陽光発電装置3Aには、受電開始指令を出す。太陽光発電装置3Aは、受信した情報を基に交流/直流電力変換部6Aを介して、管理装置2から受信した電力分の交流電力を直流電力に変換する。そして、充電制御部6Aは、変換部6Aからの直流電力を太陽電池アレイ4Aで発電された発電電力と合わせて蓄電池5Aに充電する。このとき、管理装置2は、太陽光発電装置3Aに、太陽光発電装置3Bから受信した、逆潮流開始時刻と逆潮流された電力値の情報を送信してもよい。
なお、太陽光発電装置3Bから送電された電力と太陽光発電装置3Aの発電電力とを合わせても、蓄電池5Aへ充電するのに必要な電力に満たない場合には、不足分の電力を買電して上乗せして交流/直流電力変換部6Aに電力変換させて賄うことができる。
以上、本実施形態においては、このように複数の太陽光発電装置3A、3B間の出力制御をおこなうことで、送電側と受電側が対応して電力の逆潮流および受電をおこなうので、商用電力系統の電圧の変動が低減でき、系統電源の安定が保たれる。そのため、商用電力系統の系統電圧が上昇することによって生じる電圧上昇抑制に伴う、複数の太陽光発電装置3の電力量の損失を低減でき、複数の太陽光発電装置3の総電力量を有効に活用することができる。
例えば、蓄電池5が電動アシスト自転車や電気自動車で、太陽電池アレイ4をその充電のための電源としたチャージステーションであるとした場合には、蓄電池5はさまざまな場所に移動して充電を受けようとする。そのため、太陽光発電装置3は、直前まで接続されていた蓄電池5への充電が完了していたとしても、その後、新たに他の蓄電池5が接続
されることによって、大量の蓄電池5への充電を要求される場合もある。一方、太陽電池アレイ4による電力供給は太陽電池アレイ4の設置容量と、その時の日射状況により決定されるので、その発電電力以上には蓄電池5へ電力供給することはできない。このような状況においても、本実施形態のシステムによれば、1つの蓄電池5への充電が完了した直後に、大量の蓄電池5が新たに太陽光発電装置3Aに接続されたとしても、太陽光発電装置3Aの発電電力だけで賄えない直流電力の不足分は、商用電力系統からの電力のみで補完しなくて済む。そのため、商用電力系統から大量の電力を短時間に消費することによって、商用電力系統の系統電圧が低下することを低減でき、商用電力系統の系統電圧の安定化が図れる。
すなわち、このような構成とすることで、太陽光発電装置3Aの太陽電池アレイ4Aと太陽光発電装置3Bの太陽電池アレイ4Bをひとつの太陽電池のように用いることができ、分散された太陽電池の発電力を総合した電力値を利用することができるといえる。なお、該システムにおける電力の需要が複数の太陽光発電装置3の太陽電池アレイ4の総合発電力内であれば、電力需要が発生した太陽光発電装置3における蓄電量が不足している場合でも他の太陽光発電装置3の電力で補完されるので、電力会社からの買電が発生しないので、システムの運転経費を最小限に抑えることができる。
さらに、従来のマイクログリッドのようなデマンドコントロールを主眼とした分散電源では、負荷による商用電力系統の電圧変動が起こってからいずれかの電源で電力の補完を行なって電圧の復元を行なっていたが、上述した本実施形態における出力制御によれば、上述したように、商用電力系統の電圧変動を低減できる。そのため、商用電力系統の電圧の変動を考慮せずに、複数の太陽光発電装置間での送受電をおこなうことができる。
またさらに、本実施の形態においては、基本的には、各々独立電源である複数の太陽電池式充電機構の太陽電池アレイ4(発電部)の発電電力を、商用電力系統の送電線を介して、複数個所集めてひとつの電力として取り出すことができるという集電方法を用いている。これにより、当該システムにおいては、個々の太陽光発電装置3が小規模な太陽電池アレイ4の設備を備える場合であっても、各太陽電池アレイ4の総発電容量までの充電電力を引き出すことができ、大規模太陽光発電所のような広大な敷地や巨大な設備を用いなくてよい。その結果、発電電力の有効活用が可能なシステムを、より小規模で実現することができる。
<第2の実施形態>
図2は、第2の実施形態に係る第2の実施形態に係る出力制御システム11の構成を示すブロック図である。図2を用いて、第2の実施形態に係る出力制御システム11の構成について、説明する。
出力制御システム11は、太陽光発電装置3Aの変換部61Aおよび太陽光発電装置3Bの変換部61Bの構成において、図1における第1の実施形態に係る出力制御システム1と異なる。具体的には、太陽光発電装置3Aの変換部61Aおよび太陽光発電装置3Bの変換部61Bは、いずれも同様の構成を有しており、直流・交流のいずれにも電力変換可能な双方向電力変換部である。各太陽光発電装置3A、3Bの変換部61A、61Bをこのような構成とすることで、太陽光発電装置3Bが充電電力不足となった場合にも、太陽光発電装置3Aの太陽電池アレイ4の発電電力を、太陽光発電装置3Bに譲渡することが可能となる。
すなわち、第1の実施形態のシステム1においては、太陽光発電装置3Bから太陽光発電装置3Aへの一方向への電力供給をおこなう出力制御方法を採用していたが、本実施形態のシステム11においては、太陽光発電装置3A、3Bの相互間で、電力の授受が可能
となる出力制御方法を採用している。
このような構成により、太陽光発電装置3A、3Bの双方が同程度の太陽電池アレイ4の設置容量を有しておりで、且つ、太陽光発電装置3A、3Bにおける蓄電池5の最大接続容量が、前記太陽電池容量を上回る場合に、太陽光発電装置3A、3Bのうち対応する蓄電池5への充電優先度が高い太陽光発電装置への電力譲渡の要求に応じることができる。すなわち、各太陽光発電装置3の変換部6を双方向対応とすることで、複数の太陽光発電装置3のいずれの太陽光発電装置3が電力不足を生じた場合にも、それを補完することができる。その結果、商用電力系統の系統電圧の変動を低減するとともに、太陽光発電装置3における発電電力の有効活用をより一層図れる。
以下、上述した第2の実施形態に係る出力制御システム11における、太陽光発電装置3Aと太陽光発電装置3Bと管理装置2の制御フローについて、図3のフローチャートを用いて、詳細に説明する。
まず、STEP1で、太陽光発電装置3Aに充電すべき蓄電池5が接続されているかを確認する。具体的には、検出部71Aが検出した蓄電池5の充電許容量に基づき、制御部6が、接続されている蓄電池5における充電すべき蓄電池5の有無を確認する。接続されていても既に充電済みの蓄電池5のみであればSTEP1に戻り、充電許容量のある蓄電池5が接続されていればSTEP2に進み、該当する蓄電池5の電圧を測定する。
次に、STEP2で、蓄電池4に充電電流を流して、蓄電池5の電圧の上昇度合いを確認して蓄電池5が充電可能なものか否か(寿命間近の蓄電池は電圧が急速に上昇する)、および充電許容量(放電状態)を確認する。蓄電池5が充電可能なものか否かは、寿命間近の蓄電池5は充電電流を流した際に、電圧が急速に上昇するか否かで判断することができる。具体的には、電圧が急速に上昇しなかった蓄電池5を、充電可能なものと判断することができる。
STEP2で、寿命間近と判定され充電不可能と判断されば、STEP3で警告(表示等)を行なって充電制御を停止し、充電可能と判断されれば、STEP4に進んで充電制御部7に得られた充電許容量などの蓄電池5の情報を送る。
STEP5では、充電制御部7Aが太陽電池アレイ4Aの発電電力および変換部6Aの出力電力値を確認し、STEP6で、充電制御部7Aが、今後の太陽電池アレイ4Aの発電電力がどうなるか、発電電力の時間ごとの予測値を算出する。当該予測値の算出としては、過去の同時刻の発電電力が同等だった日の太陽光発電装置3Aでの発電電力および出力電力値や、過去の同時期の類似発電状況における発電電力や出力電力値とともに、インターネット等で得た天気予報や日射データを基にした算出方法を用いることができる。
STEP7では、STEP6で算出された太陽電池アレイ4Aの発電電力の予測値を基に、充電制御部7Aが、太陽電池アレイ4Aで発電される発電電力と蓄電池5Aに充電すべき電力(充電許容量)の差分を算出する。充電電力が十分であれば、すなわち、太陽電池アレイ4Aの発電電力の予測値が蓄電池5Aの充電許容量よりも大きい場合は、充電制御部7Aは、STEP8で蓄電池5Aに太陽電池アレイ4Aからの直流電力の充電を開始し、余剰電力は双方向電力変換部6Aで交流電力に変換して商用電力系統に逆潮流(売電)する。一方、充電電力が不足するのであれば、すなわち、太陽電池アレイ4Aの発電電力の予測値が蓄電池5Aの充電許容量よりも小さい場合は、STEP9で不足する電力の受電要求信号を管理装置2に送信する。
STEP10では、管理装置2が他の分散電源である太陽光発電装置3Bに太陽電池ア
レイ4Bの発電電力の譲渡が可能か否かを確認する信号を送る。太陽光発電装置3Bは、管理装置2からのこれらの依頼に対して、充電池5Bの充電許容量や変換部6Bの出力電力値に基づいて、管理装置2へ送電可能信号を送信する。なお、第1の実施形態に係る出力制御システム1において述べたように、管理装置2側に太陽光発電装置3の発電情報や過去の発電推移等の情報が蓄積されている場合には、この信号は太陽光発電装置3Bの発電状況と蓄電池5の充電状態の情報を送信して当該情報の内容を確認する信号として、太陽光発電装置3B側では発電電力の譲渡の可否は判定しないものとしてもよい。
STEP11では、太陽光発電装置3Bからの送電可能信号により、太陽光発電装置3Bの譲渡電力の有無を判定し、譲渡できる電力が無い場合にはSTEP12で太陽光発電装置3Aに商用電力系統からの買電を指示し、STEP13で、商用電力系統からの電力を用いて蓄電池5Aへの充電を開始する。太陽光発電装置3Bの発電電力のうち譲渡できる電力がある場合には、STEP14で管理装置2から太陽光発電装置3Bに逆潮流開始指令を送る。このとき、管理装置2は、逆潮流開始指令として、逆潮流すべき電力値と逆潮流の開始時刻を伝達する。
STEP15では、管理装置2は、太陽光発電装置3Bの逆潮流電力値が管理装置2の要求した逆潮流電力値を下回るとの信号を送出するかを監視し、下回ることになった場合には、STEP12に戻り商用電力系統からの電力供給を受けるように、太陽光発電装置3Aに指令を送る。太陽光発電装置3Bの逆潮流電力値が管理装置2によって要求された逆潮流電力値を下回らなければ、STEP16に進み太陽光発電装置3Aに受電開始指令を送り、STEP17で太陽光発電装置3Aは、当該時刻に蓄電池5Aへ、商用電力系統を介して直流電力の充電を開始する。このとき、管理装置2は、受電開始指令として、太陽光発電装置3Bからの逆潮流電力値と逆潮流開始時刻を伝達する。
このような制御フローに沿って、太陽光発電装置3A、3Bの出力制御がおこなわれる。なお、上述した一連の出力制御フローの後は、再びSTEP5に戻り、各太陽光発電装置3A、3Bの充電制御部7A、7Bが、逐次、当該蓄電池5A、5Bの充電許容量と太陽電池アレイ4A、4Bの発電電力と変換部6A、6Bの出力電力値を監視し、太陽光発電装置3A、3B間の送受電制御を継続する。
上述した太陽光発電装置3Bの逆潮流開始指令における逆潮流開始時刻と、太陽光発電装置3Aの受電開始指令における受電開始時刻のズレは短いほど系統電圧の変動が少なくて好適である。なお、太陽光発電装置3A、3B間での送受電のタイミングを取るトリガ信号にどのような方式を用いるかに対応して、各指令における開始時刻と実際の動作開始時刻とには、タイムラグが生じる。具体的には、管理装置2から太陽光発電装置3Bが受信した逆潮流開始指令における開始時刻と、実際に太陽光変換装置3Bの変換部6Bが逆潮流を開始する時刻とにはタイムラグがある。そして、同様に、管理装置2から太陽光発電装置3Aが受信した受電開始指令における開始時刻と、実際に太陽光変換装置3Aの変換部6Aが商用電力系統を介して受電を開始する時刻とにはタイムラグがある。これらのタイムラグの長さは、その動作性の違いから異なる。結果として、例え、逆潮流開始指令における逆潮流開始時刻と、受電開始指令における受電開始時刻とが同じであっても、該指令に基づき太陽光発電装置3Bが実際に逆潮流を開始した時刻と、太陽光発電装置3Aが実際に受電を開始した時刻との間にはタイムラグが生じる。このようなタイムラグは、1秒以下にできる方式を用いるようにするのがよい。
例えば、商用電力系統の系統電圧の一時的な上昇や低下によって当該太陽光発電装置3に接続されている他の接続機器が誤操作を起こさないように、実際の逆潮流開始と受電開始のタイムラグを300m秒以下とすることができる。これは、管理装置2が、予め太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Aの内部時計の情報を比較し、どれだけの誤差が生じ
ているかを把握した上で、逆潮流開始指令における逆潮流開始時刻と受電開始指令における受電開始時刻のそれぞれ又はいずれかに時間の補正を行なうことで実現できる。すなわち、管理装置2が、上記内部時計の比較情報に基づき、逆潮流開始指令における逆潮流開始時刻と受電開始指令における受電開始時刻のそれぞれ又はいずれかに補正をおこない、補正された時刻を含む指令を各太陽光発電装置3に送る。そして、当該補正された時刻を含む指令を受信した太陽光発電装置3の蓄電池5や変換部6は、補正された時刻に基づき動作を開始すればよい。その結果、太陽光発電装置3Bでの実際の逆潮流の動作開始時刻と太陽光発電装置3Aでの実際の受電の動作開始時刻とが近い値となり、太陽光発電装置3A、3Bのいずれか一方が単独運転(逆潮流または受電)している時間を短くすることができる。これにより、商用電力系統における系統電圧の変動を低減する効果が高まる。
ここで、上述した内部時計とは、各太陽光発電装置3の制御における基準時計のことであり、出力制御システム1の設置期間などによって、時報からのズレが生じる可能性のある時計である。
なお、逆潮流動作と受電動作では、商用電力系統からの交流電力の直流化の電力変換を開始してから受電が開始されるまでの時間よりも、蓄電池5からの直流電力の交流化の電力変換を開始してから逆潮流が開始されるまでのほうが若干時間を要する。そのため、交流化の電力変換開始から逆潮流できるまでに要する時間を補正値として、前述した逆潮流開始指令における逆潮流開始時刻の補正に加味してもよい。これにより、より正確な時間補正が行なえ、太陽光発電装置3A、3Bのいずれか一方が単独運転(逆潮流または受電)している時間を短くする効果が高まる。このとき、交流化の電力変換から逆潮流を行なえるまでに要する時間は、電力変換する変換部6のスイッチング周波数や電流値(電力値)に影響されるので、それらの要素も加味して上記補正値を算出すると、更に時間補正の精度を増すことができる。
以上述べたように、太陽光発電装置3Bの逆潮流開始と太陽光発電装置Aの受電(消費)開始時間をほぼ同時とすることで商用電力系統の系統電圧の変動を低減させて、商用電力系統の安定を保つことができる。また、このようなシステムによれば、例えば系統電圧が電圧上昇抑制を作動させるべき電圧まで上昇していて従来のシステムであれば逆潮流を行なえない状態であっても、系統電圧を上昇させることがないので、複数の太陽光発電装置3間での逆潮流を用いた電力の補完を実行・継続することができる。すなわち、分散電源全体では電力の融通によって買電による電気代が生じない筈なのに、逆潮流による送電ができないために買電による電気代が生じるといった問題を生じさせない。
なお、ここでいう系統電圧の上昇とは、電圧上昇抑制を作動させるに十分な時間で系統電圧が上昇することを意味し、電圧上昇抑制を作動させない瞬間的な系統電圧の上昇は含まない。
また、太陽光発電装置3Bの送電(逆潮流)と太陽光発電装置3Aの受電のタイミングの合わせ方は、上述した態様に限るものではない。
例えば、本実施形態において、管理装置2は、上記時刻の補正を行わず、太陽光発電装置3Bに逆潮流開始指令を出した後で、太陽光発電装置3Aに受電開始指令を出してもよい。このような制御によっても、太陽光発電装置3A、3Bのいずれか一方が単独運転(逆潮流または受電)している時間を短くすることができる。これにより、商用電力系統における系統電圧の変動を低減することができる。
また、本実施形態において、管理装置2は、太陽光発電装置3Bに、逆潮流開始指令とともに、送電側の逆潮流する電力値を徐々に増加させる逆潮流制御指令を送り、太陽光発
電装置3Aには、受電開始指令とともに、受電側の受電の電力値を徐々に増加させる受電制御指令を送ってもよい。このような制御によっても、太陽光発電装置3A、3Bのいずれか一方が単独運転(逆潮流または受電)している時間を短くすることができる。これにより、商用電力系統における系統電圧の変動を低減できる。
また、太陽光発電装置3Bから太陽光発電装置3Aへ商用電力系統の送電線を用いて電力を送電する際には、一般的に、電力変換効率、送電距離(送電線の抵抗値および流れる電流値)、受電側の変換効率、などの損失要素によって送電しようとした電力が減少する。そのため、送電(逆潮流)する太陽光発電装置3Bと受電する太陽光発電装置3Aの距離と電力変換部6A、6Bでの電力損失(電圧値および電流値により変わる)とを予め管理装置2の記憶部に記憶させておいてもよい。そして、これらの損失分を、充電要求信号における要求電力に上乗せしたり、逆潮流開始指令における逆潮流の電力に上乗せしたりして得られる逆潮流の電力値で送電するよう、管理装置2から太陽光発電装置3Bへ逆潮流開始指令を送るようにするとよい。このようにすることで、受電側の太陽光発電装置3Aに不足電力分の買電を生じさせることを低減することができる。さらに、出力制御システム中に、送電側の太陽光発電装置3として複数の選択可能な太陽光発電装置3が存在する場合などには、それら複数の太陽光発電装置3間での送電電力の割り振りを最適化して総合の電力損失が最小になるよう制御することも可能である。
<第3の実施形態>
図4および図5を用いて、第3の実施形態に係る出力制御システム91について、説明する。本実施形態に係る出力制御システム91は、分散電源として第2の実施形態に係る出力制御システム11で用いた太陽光発電装置3が3箇所以上設置された出力制御システムである。すなわち、出力制御システム91は、管理装置2とは異なる場所に設置された3つの太陽光発電装置3と、を備える。図4において、実線は商用電力系統の送電線を示し、破線は通信回線を示したものである。
以下、本実施形態に係るシステムにおける複数の分散電源の発電電力の相互補完の方法、すなわち出力制御の方法について詳細に説明する。なお便宜上、本実施形態においては、全ての太陽光発電装置3の太陽電池アレイ4の設置容量は同じものとして説明するが、それぞれの容量が異なっていても、同様の制御方法が採用できる。
図4に示すように、太陽光発電装置3Aと太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Cは、商用電力系統の送電線路に接続されている。太陽光発電装置3Aで要求される充電電力の増加が検出され電力の受電要求信号が管理装置2に送信されると、管理装置2は太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Cに対して、送電可能な電力の有無を返信するよう指令を送る。当該指令を受信した太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Cは、各々に接続された太陽電池アレイ4の発電電力と、蓄電池5の残存容量と、太陽電池アレイ4の発電・蓄電池5の充電電力の今後の予測値を算出し、送電可能信号もしくは算出結果(得られた各予測値)を管理装置2に返信する。
そして、管理装置2は返信された太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Cの電力情報から、各太陽光発電装置3B、3Cの各々に逆潮流させる電力の分担比率を算出し、太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Cに逆潮流する電力値と逆潮流開始時刻とを含む逆潮流開始指令を出す。この太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Cの逆潮流の電力値の分担比の算出には、それぞれの太陽光発電装置3同士の距離と、それぞれの太陽光発電装置3における太陽電池アレイ4の発電電力と蓄電池4への充電電力の予測値と、を用いることができる。
上述の分担比率の算出において、例えば、図4に示すように、太陽光発電装置3Aと太
陽光発電装置3Bとの距離よりも、太陽光発電装置Aと太陽光発電装置3Cとの距離が長い。すなわち、太陽電池装置3Bからよりも太陽光発電装置Cからの方が太陽光発電装置Aまでの送電距離が長いため、太陽光発電装置3Bからの送電よりも太陽光発電装置3Cからの送電の方が電圧降下による送電損失が大きい。そのため、太陽光発電装置3Aが要求する逆潮流の電力値のうち太陽光発電装置3Bの負担比率を大きくしてもよい。
加えて、上述の分担比率の算出において、太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Cの発電電力が、逆潮流開始後の時間にどのように変化するかを太陽電池アレイ4の設置方位や容量、設置場所の日射強度などから算出し、該算出によって得られた太陽光発電装置3B、3Cの発電・消費電力の予測値を考慮して、時系列で太陽光発電装置3B、3Cの逆潮流の電力値の分担比率を変化させてもよい。
なお、本実施形態の場合、上記太陽光発電装置3Aまでの距離に基づく送電損失を考慮すれば、損失の少ない太陽光発電装置3Bの発電電力を、太陽光発電装置3Aへの逆潮流の主とするのが好ましいが、太陽光発電装置3Bにおいて太陽電池アレイ4Bの発電電力が少なかったり蓄電池5Bへの充電が優先されたりする場合には、太陽光発電装置3Cを太陽光発電装置3Aへの逆潮流の主にした分担比率としてもよい。
また、太陽光発電装置3B、3Cの電力値の分担比率の割り振りにおいては、太陽光発電装置3Bの蓄電池5Bの充電許容量が所定値以下であるならば、その後の太陽電池アレイ4Bから蓄電池5Bへの充電の優先度上昇に備えて、太陽電池アレイ4Bの発電電力の一部を蓄電池5Bへ継続して充電してもよい。これにより、その後に太陽電池アレイ4Bの発電電力の全量を蓄電池5Bへ充電するよう切り替えた際にも、他の太陽光発電装置3Cとその蓄電池5Cの保全状態が大きく変わらないようにすることができる。その結果、電動アシスト自転車の蓄電池5のように、ある太陽光発電装置3において、予期せず蓄電池5の充電の必要性が生じても、当該太陽光発電装置3の太陽電池アレイ4の発電電力の一部の継続充電により充電された蓄電池5の電力を提供することができる。
なお、このようにして決定された太陽光発電装置3B、3Cの逆潮流の電力値の分担比率および逆潮流開始時刻等を含む逆潮流開始指令は、管理装置2から太陽光発電装置Bと太陽光発電装置Cに送られる。そして、太陽光発電装置3Aには、管理装置2から太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Cの逆潮流の分担電力値の総合電力値と対応する逆潮流開始時刻を含む受電開始指令が伝達される。それにより、太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置C3では、管理装置2から指定された逆潮流開始時刻になると予め指令された電力値の逆潮流を開始する。このとき、太陽光発電装置3Bと太陽光発電装置3Cでは、各々、蓄電池5Bおよび蓄電池5Cからの直流電力が、各太陽光発電装置3B、3Cからの逆潮流の電力として用いられないように、蓄電池5B、5Cを充電制御部7B、7Cと電気的に切り離しても良い。他の形態として、各太陽光発電装置3B、3Cにおいて、蓄電池5からの逆流防止制御を設けて、太陽電池アレイ4B、4Cの発電電力の一部による蓄電池5B、5Cへの充電が継続される構成としても良い。
また、太陽光発電装置3B、3Cの電力値の分担比率の割り振りにおいては、各太陽光発電装置3B、3Cの太陽電池アレイ4B、4Cが東、南、西のように異なる方位を向いた屋根に設置してある場合には、それぞれの方位で太陽電池アレイ4の発電電力が最大となる時間帯が異なることを考慮して、当該時間帯に最適な太陽光発電装置3を選択したり、最適な太陽光発電装置3の分担比率を大きくしたりするようにすることができる。これにより、出力制御システム91における複数の太陽光発電装置3の発電電力を効率的に活用することができる。しかも、このような場合においては、商用電力系統に逆潮流によって売電を行なった際にも、各太陽光発電装置3での発電電力のピークの時間帯が異なることにより、商用電力系統の系統電圧の上昇が起こりにくいという利点もある。
上述した3つの太陽光発電装置3A乃至3C間での出力制御の制御フローを、図5に示している。
<第4の実施形態>
次に、第4の実施形態に係る出力制御システム92について、説明する。本実施形態は、上述した第1乃至第3の実施形態に係る出力制御システムと、管理装置2の構成において、異なる。
第1の実施形態においては、管理装置2は、各太陽光発電装置3とは異なる場所に配置された専用のサーバー装置として、各太陽光発電装置3の情報を集中管理する形態を例示した。それに対して、本実施形態においては、管理装置2は、各太陽光発電装置3の制御部の一部として組み込まれた構成を有する。すなわち、本実施形態は、管理装置2が、各太陽光発電装置3と同じ場所に分散して設置されている形態である。
このような形態においては、各太陽光発電装置3に管理装置2の機能が含まれ、管理装置2の演算を担う部分が各太陽光発電装置3に内蔵されている。例えば、各太陽光発電装置3における管理装置2の演算を担う部分は、前述した充電制御部7や通信部8、さらには変換部6の制御部分を兼ねているものとしてもよい。このような形態においては、太陽光発電装置3内の各部の制御状態を、管理装置2として機能する演算を担う部分がリアルタイムに把握できるので、上述した時間補正の制御などを迅速に行うことができる。また、各太陽光発電装置3に応じて、管理装置2として機能する演算を担う部分が独立して配置さているので、災害時等の通信障害においても、独立して各太陽光発電装置3の発電電力の今後の予測値の算出を実施でき複数の太陽光発電装置3の出力を最適化することができる。
以上、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができるのは言うまでもない。
1、11、91 :出力制御システム
2 :管理装置
3 :太陽光発電装置
4 :太陽電池アレイ
5 :蓄電池
6、61 :変換部
7 :充電制御部
8 :通信部

Claims (6)

  1. 商用電力系統に連系する複数の分散電源と、
    該複数の分散電源と通信可能に接続されて前記複数の分散電源の出力を管理する管理装置と
    を備え、
    前記複数の分散電源は、各々、
    太陽光発電装置から成る直流電源と、
    該直流電源からの直流電力を交流電力に変換して出力する変換部と、
    前記直流電源からの前記直流電力が充電される蓄電池と、
    該蓄電池の充電許容量および前記変換部の出力電力値を検出する検出部と、
    該検出部が検出した前記蓄電池の前記充電許容量および前記変換部の前記出力電力値を前記管理装置へ送信する送信部と、
    前記管理装置から他の前記分散電源における前記蓄電池の前記充電許容量および前記変換部の前記出力電力値を受信する受信部と、
    前記蓄電池の前記充電許容量および前記変換部の前記出力電力値に基づいて、前記送信部に、前記管理装置へ受電要求信号および送電可能信号を送信するよう指令する第1制御部と、
    前記管理装置の指令に基づき、逆潮流および前記蓄電池の充電を制御する第2制御部とを有し、
    前記管理装置は、
    前記分散電源の各々との間で前記受電要求信号および前記送電可能信号の送受信を行う通信部と、
    前記受電要求信号および前記送電可能信号に基づいて、前記分散電源に逆潮流開始指令および受電開始指令をだす指令部とを有しており、
    前記管理装置は、前記複数の分散電源のうちの1つの前記分散電源における前記蓄電池の前記充電許容量が前記1つの分散電源における前記変換部の前記出力電力値以上である場合に、前記指令部から前記他の分散電源に前記逆潮流開始指令を送った後に、前記1つの分散電源に前記受電開始指令を送ることで系統電圧の電圧上昇を抑制する、分散電源の出力制御システム。
  2. 前記管理装置の前記指令部は、前記他の分散電源における逆潮流の電力値を徐々に増加させる逆潮流制御指令を前記他の分散電源に送るとともに、前記他の分散電源における逆潮流の電力の増加に対応して前記1つの分散電源が受電する電力値を徐々に増加させる受電制御指令を前記1つの分散電源に送る、請求項1に記載の分散電源の出力制御システム
  3. 前記1つの分散電源は、前記複数の分散電源のうちの第1および第2の分散電源によって各々逆潮流された電力を受電するとともに、
    前記第1の分散電源から前記1つの分散電源までの距離は、前記第2の分散電源から前記1つの分散電源までの距離よりも小さく、
    前記管理装置の前記指令部は、前記1つの分散電源の総受電電力値における前記第1の分散電源からの受電電力値の割合が、前記第2の分散電源からの受電電力値の割合よりも大きくなるように、前記第1および前記第2の分散電源に前記逆潮流開始指令を送る、請求項1または請求項2に記載の分散電源の出力制御システム。
  4. 前記検出部は、前記蓄電池への充電電圧、充電電流および充放電収支の少なくともいずれか1つに基づいて、前記蓄電池の前記充電許容量を検出する、請求項1乃至3のいずれかに記載の分散電源の出力制御システム。
  5. 前記蓄電池は、開放型であり、
    前記検出部は、さらに前記蓄電池の電解液の比重にも基づいて、前記蓄電池の前記充電許容量を検出する、請求項4に記載の分散電源の出力制御システム。
  6. 前記蓄電池は、着脱可能である、請求項1乃至5のいずれかに記載の分散電源の出力制御システム。
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