JP5952208B2 - 給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法 - Google Patents

Description

本発明はたとえば、燃料電池コジェネレーションシステム（以下単に「ＦＣシステム」と称する。）などの定置用発電機器を含む給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法に関する。

ＦＣシステムは、電流センサで計測される電力負荷量に応じて発電し、その電力を電力負荷へ供給する。一般に、ＦＣシステムは電流型インバータを備え、系統電圧を利用して発電を行う。系統電力に停電が発生すると、ＦＣシステムは電圧源を失い、発電を停止する。

そこで、ＦＣシステムに蓄電池システムを組み合わせ、系統電源が停電した際には、蓄電池システムから電力をＦＣシステムに供給すれば、ＦＣシステムが発電を継続することができる。これにより、系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力を電力負荷に給電することが可能である。

系統電源の停電時、太陽光発電装置と蓄電池の組み合わせにより負荷に電力を供給することが知られている（たとえば、特許文献１）。

特開２０１２−４４７３３号公報

ところで、蓄電池システムおよびＦＣシステムを備える給電システムでは、系統連系時、電力負荷の消費電力は系統、蓄電池システムおよびＦＣシステムの各電力で賄われる。この場合、蓄電池システムから電力負荷までの総合インピーダンスをＺ１、ＦＣシステムから電力負荷までの総合インピーダンスをＺ２とすると、Ｚ２はＺ１より小さく、Ｚ１＞Ｚ２が成立している。

系統電源の停電時には、系統電源が解列し、蓄電池システムの給電を得てＦＣシステムを発電させれば、電力負荷にはＦＣシステムの発電電力および蓄電池システムの電力の双方を供給することができる。

斯かる電力が供給される電力負荷には、電気冷蔵庫など、急冷時に瞬間的に大電流を消費する特殊な負荷（特殊電力負荷）が含まれている。このような特殊電力負荷に大電流が流れると、瞬間的にＦＣシステムからの電力品質が低下するという課題がある。つまり、既述のＺ１＞Ｚ２が成立した状態で、特殊電力負荷が瞬間的に大電流を消費すると、インピーダンスの低いＦＣシステム側から大電流が特殊電力負荷に供給される。

ＦＣシステム側から大電流が消費されると、ＦＣシステムの出力電圧が低下し、電力品質が低下し、保護機能が働く。つまり、ＦＣシステムの出力電圧に電圧波形の乱れなどが生じると、ＦＣシステムでは単独運転検知が行われ、一定時間、発電を停止したり、単独運転検知回数や単独運転検知の継続によってはエラー停止を起こす。瞬間的な大電流が消費されなければ、ＦＣシステムの発電電力を電力負荷に供給できるのに対し、瞬間的な大電流の供給のため、系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力が利用できないという課題がある。

しかし、系統電源と連系するＦＣシステムや蓄電池システムの分散型電源の単独運転検知機能などの保護機能は、系統連系上、必要不可欠である。系統連系規程の充足は必須であり、系統連系状態において、分散型電源の保護機能に対する動作条件の変更や無効化は認められない。

系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力を併用する場合、ＦＣシステムの発電が停止すれば、ＦＣシステムの発電電力を利用できないうえ、蓄電池に対する負担が増大し、蓄電池の消耗が顕著となるという課題がある。

このような課題は、ＦＣシステムのみならず、蓄電手段に太陽光発電などの発電手段を含む他の分散型電源においても同様の課題がある。

そこで、本発明の目的は、系統電源の停電時、蓄電手段や発電手段を含む分散電源を有する給電システムにおいて、電力負荷に対する給電の継続性や安定性を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明の給電システムは、第１の配電系統と、前記第１の配電系統に開閉手段を介して分岐された第２の配電系統と、前記第１の配電系統に接続され、少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源と、前記第１の配電系統と系統電源との間に設置され、前記系統電源の状態を検出する状態検出手段とを備え、前記第２の配電系統は、急激な電流変化を生じさせる特殊電力負荷への電力供給に用いられ、前記系統電源の給電時、前記開閉手段を閉じ、前記第１の配電系統および前記第２の配電系統に前記系統電源を給電し、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記状態検出手段の出力に基づき前記開閉手段を開いて前記第２の配電系統への給電を停止し、前記第１の配電系統に前記分散電源から給電し、前記分散電源からの急激な電流供給を抑制する。

上記目的を達成するため、本発明の給電システムは、第１の配電系統と、前記第１の配電系統から分岐され、機能制限機能を備える電力負荷が接続された第２の配電系統と、前記第１の配電系統に接続され、少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源と、前記第１の配電系統と系統電源との間に設置され、前記系統電源の状態を検出する状態検出手段とを備え、前記機能制限機能を備える電力負荷は急激な電流変化を生じさせる電力負荷を含み、前記系統電源の給電時、該系統電源を前記第１の配電系統および前記第２の配電系統に給電し、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記状態検出手段の出力に基づき前記第２の配電系統に接続された前記電力負荷の機能を制限し、前記分散電源を前記第１の配電系統に給電するとともに、前記第２の配電系統に給電し、前記電力負荷の機能の制限により、前記分散電源からの急激な電流供給を抑制する。

上記給電システムにおいて、前記系統電源の復電時、前記電力負荷の機能制限を解除し、前記第２の配電系統に前記系統電源を給電してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の給電制御プログラムは、少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を備える給電システムに搭載されたコンピュータに実行させる給電制御プログラムであって、系統電源の停電時または前記系統電源から分離された前記分散電源の自立運転時に制御情報を生成し、前記制御情報に基づき、急激な電流変化を生じさせる電力負荷の機能を機能制限機能により制限して、前記電力負荷の急激な電流変化を抑制させ、機能制限中の前記電力負荷に前記分散電源を給電する処理を前記コンピュータに実行させる。

上記目的を達成するため、本発明の給電制御方法は、第１の配電系統から開閉手段を介して第２の配電系統を分岐し、急激な電流変化を生じさせる特殊電力負荷を前記第２の配電系統に接続し、前記第１の配電系統に少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を接続し、前記第１の配電系統と系統電源との間に前記系統電源の状態を検出する状態検出手段を接続し、前記系統電源の給電時、前記開閉手段を閉じ、前記系統電源を前記第１の配電系統および前記第２の配電系統に給電し、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記状態検出手段の出力に基づき前記開閉手段を開いて前記第２の配電系統への給電を停止するとともに前記分散電源から前記第１の配電系統に給電する処理を含み、前記分散電源からの急激な電流供給を抑制する。

上記目的を達成するため、本発明の給電制御方法は、第１の配電系統から第２の配電系統を分岐し、前記第２の配電系統に機能制限機能を備える電力負荷を接続し、前記第１の配電系統に少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を接続し、前記第１の配電系統と系統電源との間に前記系統電源の状態を検出する状態検出手段を接続し、前記系統電源の給電時、前記系統電源を前記第１の配電系統および前記第２の配電系統に給電し、前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記分散電源から前記第１の配電系統に給電するとともに、前記状態検出手段の出力に基づき前記機能制限機能により前記電力負荷の機能を制限して前記第２の配電系統に給電する処理を含み、前記機能制限機能を備える電力負荷は急激な電流変化を生じさせる電力負荷を含み、前記電力負荷の機能の制限により、前記電力負荷の急激な電流変化を抑制させるとともに前記分散電源からの急激な電流供給を抑制する。

本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。

(1) 瞬間的に大電流を消費する電力負荷には系統電源の連系時、系統電源および分散電源からの給電を行い、系統電源の停電時には瞬間的に大電流を消費しない電力負荷に対し、分散電源のみの給電を行うことができる。

(2) 分散電源に対する負荷を低減でき、分散電源側の単独運転検知を回避し、系統電源の停電時または分散電源の自立運転時には瞬間的に大電流を消費しない電力負荷に対して継続的な給電を行うことができ、給電の継続性および安定性を維持できる。

(3) 系統電源の停電時または分散電源の自立運転時、大電流を消費する電力負荷に対して機能制限を行うので、分散電源により継続的な給電を行うことができ、給電の継続性および安定性を高めることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

第１の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 給電システムの系統連系（停電から復電）時の動作を示す図である。 系統電源の停電時の動作を示す図である。 電力負荷の一例を示す図である。 ＦＣシステムの制御機能を示す図である。 制御部のハードウェアの一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 給電システムの系統連系（停電から復電）時の動作を示す図である。 系統電源の停電時の動作を示す図である。 機能制限可能な電力負荷を示す図である。 機能制御部の機能およびハードウェアの一例を示す図である。 機能制限前および機能制限後の機能の一例を示す図である。 第３の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 機能切替えデータテーブルの一例を示す図である。 給電制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 他の実施の形態に係る給電システムを示す図である。

〔第１の実施の形態〕

＜システム構成＞

図１は、第１の実施の形態に係る給電システムを示している。図１に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。

この給電システム２には複数の配電系統として第１および第２の配電系統４−１、４−２が含まれている。配電系統４−２は配電系統４−１から分岐されている。

配電系統４−１には系統電源５が接続されている。系統電源５はたとえば、電力会社から供給される電源である。配電系統４−２には開閉器６が接続されている。この開閉器６は系統電源５の給電時に閉じられ、系統電源５の停電時または分散電源１０の自立運転時に開かれる。

配電系統４−１には電力負荷８のうち、一般電力負荷８−１が接続され、配電系統４−２には電力負荷８のうち、特殊電力負荷８−２が接続されている。電力負荷８は複数の電力負荷の一例である。一般電力負荷８−１は複数の電力負荷から選択された第１の電力負荷の一例である。特殊電力負荷８−２は複数の電力負荷から選択された第２の電力負荷の一例である。

電力負荷８には複数の負荷が含まれ、一例としてエアコン（エアコンディショナ）、電気便座、電気洗濯機、電気冷蔵庫、電気掃除機、ＩＨ（Induction Heater）クッキングヒータなどのように急激な電流変化を生じるものや、電灯やテレビ受像機などのように電流変化の少ないものなどが含まれる。そこで、給電時に急激な高電流が流れるか否かを負荷選択条件とすれば、給電時に急激な高電流が流れないものを一般電力負荷８−１、急激な高電流が流れるものを特殊電力負荷８−２とすればよい。

配電系統４−１には既述の分散電源１０が接続されている。この分散電源１０は分散型電源の一例である。一般電力負荷８−１には系統電源５の連系時、系統電源５および分散電源１０が給電され、系統電源５の停電時または系統電源５の解列時、自立運転が可能な分散電源１０から給電される。これに対し、特殊電力負荷８−２には開閉器６が閉じている場合に系統電源５および分散電源１０から給電され、系統電源５の停電時には開閉器６が開き、給電停止となる。

分散電源１０には少なくとも蓄電システム１２またはＦＣシステム（燃料電池コジェネレーションシステム）１４が含まれる。蓄電システム１２は蓄電手段の一例である。また、ＦＣシステム１４は発電手段の一例である。

蓄電システム１２は、系統連系時、系統電源５から系統電力を受けて蓄電し、系統電源５の停電時や、分散電源１０の自立運転時（以下単に「自立運転時」と称する。）に一般電力負荷８−１やＦＣシステム１４に給電する。この蓄電システム１２には電圧センサ１６、開閉器１８、インバータ（ＩＮＶ）２０および蓄電池２２が含まれる。

電圧センサ１６は系統電源５の状態としてたとえば、停電、停電からの復電などの状態を検出する状態検出手段の一例である。この電圧センサ１６では配電系統４−１の入力端に接続され、この入力端で系統電源５の停電発生または停電からの復電を検知する。

開閉器１８は配電系統４−１の入力端側に挿入され、配電系統４−１の遮断手段の一例である。この開閉器１８は、電圧センサ１６のセンサ出力を受け、系統連系時に閉じ、系統電源５の停電時に開かれる。この電圧センサ１６のセンサ出力は、開閉器６に加えられている。つまり、開閉器６は、電圧センサ１６のセンサ出力を受け、系統連系時に閉じ、系統電源５の停電時に開かれる。

この電圧センサ１６と開閉器６、１８はたとえば、リレーのソレノイドおよび常閉接点で構成できる。つまり、系統連系時にソレノイドの励磁により常閉接点を閉じて系統電源５を配電系統４−１に給電させ、系統電源５の停電時、ソレノイドの励磁解除により常閉接点を開き、系統電源５を配電系統４−１から解列させる。このとき、系統電源５の解列により、特殊電力負荷８−２は給電停止に移行する。

ＩＮＶ２０は開閉器１８と一般電力負荷８−１の間の配電系統４−１に接続されている。このＩＮＶ２０は系統連系時、系統電源５からの交流入力を直流に変換して蓄電池２２に給電し、停電時、蓄電池２２からの直流出力を交流に変換する。

蓄電池２２は、系統連系時、ＩＮＶ２０の直流出力を受けて充電されるとともに直流出力を送出し、系統電源５の停電時や、自立運転時に、蓄電電力をＩＮＶ２０に出力する。この蓄電出力はＩＮＶ２０で交流に変換され、配電系統４−１に送出される。

ＦＣシステム１４は、蓄電システム１２と一般電力負荷８−１の間の配電系統４−１に接続され、系統連系時、系統電源５の給電により発電し、系統電源５の停電時や自立運転時、蓄電システム１２からの給電により発電する。このＦＣシステム１４には、発電スタック２４、インバータ（ＩＮＶ）２６、電流センサ２７および制御部２８が含まれる。発電スタック２４は、ＩＮＶ２６を介して配電系統４−１から電圧入力を受け発電する。

ＩＮＶ２６は、系統連系時および系統電源５の停電時、発電スタック２４の直流出力を交流に変換する。ＦＣシステム１４の発電電力がＩＮＶ２６から配電系統４−１に給電される。

制御部２８は制御手段の一例でありたとえば、マイクロコンピュータで構成される。この制御部２８は、ＩＮＶ２６から配電系統４−１に対する交流出力の監視とともに、系統連系、停電または復電の監視により、発電制御を行う。この実施の形態では、制御部２８に対し、電圧センサ１６から監視情報として、系統連系情報、停電情報または復電情報が通知される。制御部２８は、系統連系情報により系統連系時の動作、停電情報により停電時の動作、または復電情報により系統連系時の動作に移行する。交流出力の監視には電流センサ２７のセンサ出力などが用いられる。急激な電流変化に対応し、たとえば、ＦＣシステム１４から急激な電流が送出される場合には単独運転検知動作により、ＦＣシステム１４の発電を停止させる。

＜系統連系時の動作＞

この給電システム２では、図２に示すように、電圧センサ１６が系統電源５の連系状態を検出し、開閉器６、１８を閉じる。これにより、系統電源５から系統電力Ｐｓが配電系統４−１に給電され、一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２に供給される。このとき、蓄電システム１２は充電もしくは放電を行うが、放電の場合、蓄電システム１２からの電力Ｐｂが配電系統４−１に出力され、一般電力負荷８−１に供給される。また、ＦＣシステム１４は系統電源５から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇが配電系統４−１に出力され、一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２に供給される。一般電力負荷８−１に供給される電力をＰｗ１、特殊電力負荷８−２に供給される電力をＰｗ２とすれば、この供給電力Ｐｗ１、Ｐｗ２は、
Ｐｗ１＋Ｐｗ２≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（１）
となる。

＜系統電源５の停電時の動作＞

図３に示すように、電圧センサ１６が系統電源５の停電を検出し、開閉器１８が開かれる。これにより、配電系統４−１から系統電源５が解列する。同時に、開閉器６が開かれるので、特殊電力負荷８−２は配電系統４−１、４−２から切り離される。蓄電システム１２は、電力Ｐｂを配電系統４−１に出力し、一般電力負荷８−１およびＦＣシステム１４に供給する。

また、ＦＣシステム１４は蓄電システム１２から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇを配電系統４−１に出力し、一般電力負荷８−１に供給する。この場合、一般電力負荷８−１に供給される電力をＰｗとすれば、この供給電力Ｐｗは、Ｐｓ＝０であるから、
Ｐｗ≒Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（２）
となる。

この系統電源５の停電時には、特殊電力負荷８−２は給電停止となる。

＜系統電源５の復電時の動作＞

図２に示すように、電圧センサ１６が系統電源５の復電を検出すれば、開閉器６、１８が閉じる。これにより、系統電源５の解列が解除され、系統連系運転に移行する。これにより、系統電源５から系統電力Ｐｓが配電系統４−１、４−２に給電され、一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２に供給される。これにより、一般電力負荷８−１および特殊電力負荷８−２には、既述の電力（Ｐｗ１＋Ｐｗ２≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ）が供給される。

＜電力負荷８＞

図４は、電力負荷８の一例を示している。この電力負荷８にはエアコン、電気便座、電気洗濯機、電気冷蔵庫、電気掃除機、ＩＨクッキングヒータなどの複数の電力負荷が含まれる。

給電時に急激な高電流が流れるか否かを負荷選択条件とすれば、給電時に急激な高電流が流れないものを一般電力負荷８−１、急激な高電流が流れるものを特殊電力負荷８−２に選択する。この場合、一般電力負荷８−１には電灯８−１１、電気時計８−１２、テレビ受像機８−１３などが選択されている。特殊電力負荷８−２にはエアコン８−２１、電気便座８−２２、電気洗濯機８−２３、電気冷蔵庫８−２４、電気掃除機８−２５、ＩＨクッキングヒータ８−２６などが選択される。

＜ＦＣシステム１４の制御機能＞

図５は、ＦＣシステム１４の制御機能を示している。ＦＣシステム１４の制御部２８は、コンピュータによる情報処理を実行する。この情報処理には、状態判断機能３０、発電出力監視機能３２、保護制御機能３４などが含まれる。

状態判断機能３０は、系統電源５の状態を判断する。系統電源５の状態は系統連系、停電、停電からの復電がある。つまり、状態判断機能３０は、系統連系、停電、停電からの復電の各状態判断機能である。そこで、この状態判断機能３０では一例として電圧センサ１６のセンサ出力を受け、系統電源５が連系状態か、停電状態か、停電から復電した状態かを判断する。この状態判断には、この実施の形態のように、電圧センサ１６からのセンサ出力を受けて判断してもよいし、蓄電システム１２から状態情報を受けてもよい。

発電出力監視機能３２はたとえば、電流センサ２７のセンサ出力を受け、単独運転検知などを行う。ＦＣシステム１４は単独運転を検知すると、その保護機能を達成するための監視出力を送出する。

保護制御機能３４は、設定されている保護条件の範囲内で、ＦＣシステム１４の運転を実行する。ＦＣシステム１４は、系統連系時や、停電から復電した場合、発電出力監視機能３２で既述の単独運転の検知が行われると、発電停止などの保護機能を実行する。

＜制御部２８のハードウェア＞

図６は、制御部２８のハードウェアの一例を示している。この制御部２８はコンピュータで構成されている。この制御部２８にはたとえば、プロセッサ４０、ＲＯＭ（Read-Only Memory）４２、ＮＶＭ（Non Volatile Memory ）４４、ＲＡＭ（Random-Access Memory）４６および入出力部（Ｉ／Ｏ）４８が含まれる。これらプロセッサ４０などの機能部はバス５０で接続されている。

プロセッサ４０は、ＲＯＭ４２にあるＯＳ（Operating System）を実行し、ファームウエアプログラムやアプリケーションプログラムを実行し、既述の機能を含む情報処理や制御を行う。ＲＯＭ４２は、プログラム記憶部の一例であり、たとえば、半導体記憶素子などの記憶媒体で構成する。このＲＯＭ４２にはＯＳ、ファームウエアプログラム、アプリケーションプログラムが格納されている。ＮＶＭ４４には各種データが可能され、データベースが構築される。このＮＶＭ４４はたとえば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ）などの不揮発性メモリで構成される。このＮＶＭ４４には設定情報などの各種の制御情報などが格納され、この制御情報には既述の保護機能を実現するための保護条件情報が含まれる。この保護条件情報はたとえば、系統連系保護機能（検知条件）データテーブルや単独運転検知（受動的方式）条件データテーブル、単独運転検知（能動的方式）条件データテーブルなどが含まれる。ＲＡＭ４６は、情報処理のワークエリアを形成する。Ｉ／Ｏ４８は、設定情報の入力や制御出力の取出しに用いる。

＜第１の実施の形態の効果＞

この第１の実施の形態では、次のような効果が得られる。

(1) 電圧センサ１６は系統電源５の停電を検知し、停電検知を表すセンサ出力を発生する。このセンサ出力により、開閉器６および開閉器１８が開かれ、系統電源５が解列する。このとき、特殊電力負荷８−２は配電系統４−１、４−２から分離される。同時に、分散電源１０は自立運転に移行し、電力負荷８のうち一般電力負荷８−１のみに給電する。これにより、瞬間的に大電流を消費しない一般電力負荷８−１のみの給電となり、瞬間的に大電流を消費する特殊電力負荷８−２が除かれたことにより、つまり、係る給電の系統分離により、ＦＣシステム１４は単独運転検知による発電停止を回避でき、分散電源１０のＦＣシステム１４による発電を継続でき、分散電源１０の発電電力の有効利用が図られる。

(2) 系統連系時、一般電力負荷８−１の消費電力は、系統電源５の系統電力、蓄電システム１２およびＦＣシステム１４を含む分散電源１０の出力電力で賄うことができる。

(3) 系統電源５の停電時または系統電源５が給電中であっても、分散電源１０を自立運転させた場合、瞬間的な大電流が分散電源１０から供給されることがなく、ＦＣシステム１４の単独運転検知による動作停止などの不都合を回避しつつ、ＦＣシステム１４などの分散電源１０の電力の有効利用が図られる。

〔第２の実施の形態〕

＜システム構成＞

図７は、第２の実施の形態の給電システムを示している。図７に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図７において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

この第２の実施の形態では、第１の実施の形態の特殊電力負荷８−２に代え、機能制限可能な電力負荷８−３（以下単に「電力負荷８−３」と称する）が設置されている。この電力負荷８−３は第２の電力負荷の一例である。この電力負荷８−３は電力消費を抑制するため、通常機能に対し、機能を制限して動作可能である。この電力負荷８−３は、既述の特殊電力負荷８−２と同様にたとえば、エアコン、電気便座、電気洗濯機、電気冷蔵庫、電気掃除機、ＩＨクッキングヒータなどである。この電力負荷８−３は配電系統４−１から分岐した配電系統４−２に接続され、この実施の形態では、電力負荷８−３が機能制限可能な負荷であることから、係る電力負荷８−３を配電系統４−２から切り離すことが不要となり、既述の開閉器６（図１）は接続されていない。

電力負荷８−３には、系統電源５の停電時に機能制限を行うため、電圧センサ１６のセンサ出力が電力負荷８−３に入力されている。この場合、センサ出力は停電検知出力の一例である。

＜系統連系時の動作＞

この給電システム２では、図８に示すように、系統電源５からの系統電力Ｐｓが配電系統４−１から一般電力負荷８−１に給電され、配電系統４−１から分岐された配電系統４−２にある電力負荷８−３に給電される。

このとき、蓄電システム１２は充電または放電するが、放電の場合、蓄電システム１２からの電力Ｐｂが配電系統４−１、４−２に出力され、一般電力負荷８−１および電力負荷８−３に供給される。ＦＣシステム１４は系統電源５から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇは配電系統４−１、４−２に出力され、一般電力負荷８−１および電力負荷８−３に供給される。一般電力負荷８−１に供給される電力Ｐｗ１１、電力負荷８−３に供給される電力をＰｗ２１とすれば、この供給電力Ｐｗ１１、Ｐｗ２１は、
Ｐｗ１１＋Ｐｗ２１≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（３）
となる。系統電源５の連系時であるから、電力負荷８−３の機能は制限されない。つまり、電力負荷８−３は機能制限のない機能を果たす。

＜系統電源５の停電時の動作＞

図９に示すように、電圧センサ１６が系統電源５の停電を検出し、開閉器１８が開かれる。これにより、蓄電システム１２は、電力Ｐｂが配電系統４−１、４−２に出力され、一般電力負荷８−１、ＦＣシステム１４および電力負荷８−３に供給される。

ＦＣシステム１４は蓄電システム１２から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇを配電系統４−１、４−２に出力する。この場合、一般電力負荷８−１に供給される電力をＰｗ１２、電力負荷８−３側に供給される電力をＰｗ２２とすれば、
Ｐｗ１２＋Ｐｗ２２≒Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（４）
となる。系統電源５の停電時、電力負荷８−３の機能が制限され、電力負荷８−３側の消費電力が抑制される。つまり、機能が制限された電力負荷８−３の消費電力は、Ｐｗ２２＜Ｐｗ２１の関係にある。

したがって、この停電時では、系統連系時に瞬間的に大電流を生じる電力負荷８−３による分散電源１０への電流集中を回避できる。

＜系統電源５の復電時の動作＞

電圧センサ１６が系統電源５の復電を検出すれば、図８に示したように、開閉器１８が閉じ、系統電源５の解列が解除され、系統連系運転に移行する。

これにより、系統電源５から系統電力Ｐｓが配電系統４−１、４−２に給電され、一般電力負荷８−１および電力負荷８−３に供給される。これにより、一般電力負荷８−１および電力負荷８−３には、既述の電力（Ｐｗ１１＋Ｐｗ２１≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ）が供給される。この場合、系統電源５の連系時であるから、電力負荷８−３の機能は制限されない。

＜電力負荷８−３の構成＞

図１０は、電力負荷８−３の一例を示している。電力負荷８−３には一例として既述の特殊電力負荷８−２と同様の電力負荷である、エアコン８−３１、電気便座８−３２、電気洗濯機８−３３、電気冷蔵庫８−３４、電気掃除機８−３５、ＩＨクッキングヒータ８−３６などが含まれている。エアコン８−３１には機能制御部３６−１、電気便座８−３２には機能制御部３６−２、電気洗濯機８−３３には機能制御部３６−３、電気冷蔵庫８−３４には機能制御部３６−４、電気掃除機８−３５には機能制御部３６−５、ＩＨクッキングヒータ８−３６には機能制御部３６−６が備えられている。各機能制御部３６−１、３６−２・・・３６−６には制御情報として電圧センサ１６のセンサ出力が加えられている。つまり、各機能制御部３６−１、３６−２・・・３６−６は、停電時のセンサ出力により機能制限を実行する。

斯かる構成によれば、系統電源５の連系時、電圧センサ１６のセンサ出力により各機能制御部３６−１、３６−２・・・３６−６は通常機能を実現する。これに対し、系統電源５の停電時、電圧センサ１６のセンサ出力により各機能制御部３６−１、３６−２・・・３６−６で機能が制限される。

＜機能制御部３６−１〜３６−６の機能およびハードウェア＞

図１１のＡは、機能制御部３６−１〜３６−６の機能を示している。機能制御部３６−１〜３６−６には、状態判断機能５２および機能切替え機能５４を含んでいる。状態判断機能５２は、電圧センサ１６のセンサ出力により、系統電源５が連系状態か、停電状態かを判断する。この判断結果は機能切替え機能５４に通知される。

機能切替え機能５４は、状態判断機能５２の判断結果を受け、系統電源５の連系時、通常機能を行い、系統電源５の停電時、機能制限（または機能停止）を行う。つまり、機能停止は機能制限の一態様として機能制限に含まれる。

図１１のＢは、機能制御部３６−１〜３６−６のハードウェアの一例を示している。各機能制御部３６−１〜３６−６はコンピュータで構成されている。各機能制御部３６−１〜３６−６にはたとえば、プロセッサ５６、ＲＯＭ５８、ＮＶＭ６０、ＲＡＭ６２およびＩ／Ｏ６４が含まれる。斯かる構成により、既述の状態判断機能５２および機能切替え機能５４を含む制御機能が実現される。

プロセッサ５６は、ＲＯＭ５８にあるＯＳやプログラムを実行する。ＲＯＭ５８にはＯＳや状態判断機能５２および機能切替え機能５４を実現するプログラムが格納されている。ＮＶＭ６０には通常機能情報や機能制限情報（図１２）が格納されている。ＲＡＭ６２は情報処理のワークエリアを構成する。Ｉ／Ｏ６４は電圧センサ１６のセンサ出力を受け、通常時には通常機能出力、停電時には機能制限出力を送出する。通常機能出力または機能制限出力は、エアコン８−３１、電気便座８−３２、電気洗濯機８−３３、電気冷蔵庫８−３４、電気掃除機８−３５、ＩＨクッキングヒータ８−３６などの機能を実現するための駆動部に入力する。

＜電力負荷８−３の機能制限情報＞

図１２のＡは、エアコン８−３１の機能制限前および機能制限後に実現される機能を示す機能データテーブルを示している。エアコン８−３１には、通常機能（機能制限前）として、冷房には「強」および「中」の動作機能、暖房には「強」および「中」の動作機能、除湿機能、自動清掃機能、除菌機能が含まれる。これらの通常機能に対し、機能制限後では、冷房および暖房は「弱」の動作機能に切り替えられ、除湿機能、自動清掃機能および除菌機能は停止させる。また、冷房および暖房では風量および温度の制限を行う。また、自動清掃機能ではフィルタなどの清掃を制限し、除菌機能ではイオン発生などを制限する。

図１２のＢは、電気便座８−３２の機能制限前および機能制限後に実現される機能データテーブルを示している。この電気便座８−３２では、通常機能（機能制限前）として、暖房便座機能には「強」および「中」の動作機能、瞬間暖房便座機能、待機暖房便座機能、おしり洗浄機能では「強」および「中」の動作機能、ビデ洗浄機能では「強」および「中」の動作機能、温風乾燥機能、ノズル洗浄機能、脱臭機能が含まれる。これらの通常機能に対し、機能制限後では、暖房便座機能は「弱」の動作機能に切り替えられ、瞬間暖房便座機能および待機暖房便座機能は停止され、おしり洗浄機能およびビデ洗浄機能は「弱」の動作機能に切り替えられ、温風乾燥機能、ノズル洗浄機能および脱臭機能は停止させる。また、おしり洗浄機能およびビデ洗浄機能は水量および温度を制限する。

図１２のＣは、電気洗濯機８−３３の機能制限前および機能制限後に実現される機能データテーブルを示している。この電気洗濯機８−３３では、通常機能（機能制限前）として、洗浄機能、脱水機能および乾燥機能が含まれる。これらの通常機能に対し、機能制限後は洗浄機能、脱水機能および乾燥機能の各機能を停止させる。

図１２のＤは、電気冷蔵庫８−３４の機能制限前および機能制限後に実現される機能データテーブルを示している。この電気冷蔵庫８−３４では、通常機能（機能制限前）として、庫内設定温度機能に「強」および「中」、霜取り機能が含まれる。これらの通常機能に対し、機能制限後は庫内設定温度機能は「弱」に切り替えられ、霜取り機能は停止させる。

図１２のＥは、電気掃除機８−３５の機能制限前および機能制限後に実現される機能データテーブルを示している。この電気掃除機８−３５では、通常機能（機能制限前）として、吸引機能が含まれる。この通常機能に対し、機能制限後は吸引機能を停止させる。

図１２のＦは、ＩＨクッキングヒータ８−３６の機能制限前および機能制限後に実現される機能データテーブルを示している。このＩＨクッキングヒータ８−３６では、通常機能（機能制限前）として、温度設定機能に「強」および「中」が含まれる。この通常機能に対し、機能制限後は温度設定機能は「弱」に切り替えられる。

＜第２の実施の形態の効果＞

この第２の実施の形態では、次のような効果が得られる。

(1) この実施の形態によれば、第１の実施の形態と異なり、系統電源５の系統連系時、系統電源５および分散電源１０の電力により一般電力負荷８−１および電力負荷８−３の双方に給電することができる。系統連系時には、電力負荷８の消費電力は、系統電源５、蓄電システム１２およびＦＣシステム１４の電力で賄うことができる。これにより、一般電力負荷８−１および電力負荷８−３には通常の機能が得られる。

(2) 電圧センサ１６が系統電源５の停電を検知すると、系統電源５を解列するとともに、電圧センサ１６のセンサ出力により、動作中の電力負荷８−３の機能制限が実行される。動作中でなければ、機能制限は不要であろう。これにより、電力負荷８−３側の消費電力が低減される。瞬間的な大電流を抑制しつつ電力負荷８−３を使用でき、ＦＣシステム１４が単独運転の検知を回避して発電を継続することができ、ＦＣシステム１４の発電電力の有効利用を図ることができる。しかも、電力負荷８−３を瞬間的な大電流の消費を抑制しながら、分散電源１０からの電力供給により利用でき、利便性の高いシステムを構築できる。

〔第３の実施の形態〕

＜システム構成＞

図１３は、第３の実施の形態に係る給電システムを示している。図１３において、図７と同一部分には同一符号を付してある。

この実施の形態の給電システム２では、外部制御部７０が備えられる。この外部制御部７０は、各機能制御部３６−１〜３６−６に接続されている。この外部制御部７０には電圧センサ１６のセンサ出力が加えられ、各機能制御部３６−１〜３６−６に対し、外部制御部７０から通常機能または機能制限に切り替えられる。

外部制御部７０では、既述の機能制御部３６−１〜３６−６と同様の状態判断機能５２や機能切替え機能５４が含まれ、これらの機能は既述の図１１のＢに示すハードウェアと同様のハードウェアを備えて実現される。

図１４は、外部制御部７０の記憶手段に設定される機能切替えデータテーブル７２を示している。この機能切替えデータテーブル７２を記憶する記憶手段には既述したＮＶＭなどの記憶素子を用いればよい。

機能切替えデータテーブル７２の機能制限前、機能制限後および付加機能制限は図１２を参照して述べた通りであり、その説明を割愛する。

＜処理手順＞

図１５は、機能切替え制御の処理手順を示している。この処理手順では、状態監視（Ｓ１０１）が実行され、連系運転かが判断される（Ｓ１０２）。連系運転であれば（Ｓ１０２のＹＥＳ）、通常機能が実行される（Ｓ１０３）。

連系運転でなければ（Ｓ１０２のＮＯ）、運転切替え監視（Ｓ１０４）が実行される。分散電源１０の自立運転かが判断され（Ｓ１０５）、分散電源１０の自立運転でなければ（Ｓ１０５のＮＯ）、状態監視（Ｓ１０１）を継続する。

分散電源１０の自立運転であれば（Ｓ１０５のＹＥＳ）、機能制限が実行され（Ｓ１０６）、状態監視（Ｓ１０７）に移行する。

分散電源１０の自立運転解除かが判断され（Ｓ１０８）、分散電源１０の自立運転解除でなければ（Ｓ１０８のＮＯ）、機能制限が継続される（Ｓ１０６）。分散電源１０の自立運転解除であれば（Ｓ１０８のＹＥＳ）、連系運転に移行し（Ｓ１０９）、電力負荷８−３の機能制限を解除し（Ｓ１１０）、状態監視（Ｓ１０１）に戻る。

＜第３の実施の形態の効果＞

(1) このように自立運転制御では、系統電源５から分離された分散電源１０の自立運転時に制御情報を生成する。自立運転時には、配電系統４−２にある給電中の電力負荷８−３に対する機能制限を行う。これにより、電力負荷８−３の電力消費を低減でき、分散電源１０に対する電力消費を抑制できる。

(2) この第３の実施の形態によれば、第１または第２の実施の形態と同様にＦＣシステム１４の発電の継続性が高められ、電力負荷８に対する発電電力の有効利用を図ることができる。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記給電システム２には、図１６に示すように、電圧センサ１６の前段側に開閉器６６を備え、強制的に系統電源５を解列させる構成としてもよい。この場合、開閉器６６を外部制御部７０により開閉制御を可能にし、外部制御部７０には電圧センサ１６のセンサ出力を入力する。また、外部制御部７０には入力操作部７４を備えてもよい。ユーザにより入力操作部７４から開閉器６６を開く旨の入力を行い、外部制御部７０を通して開閉器６６を開く。これにより、給電システム２は、系統電源５の解列により、既述の系統電源５の停電と同様の動作が可能となる。この場合、電圧センサ１６のセンサ出力は、開閉器６６が開かれたことにより、停電と同様のセンサ出力が得られる。そして、開閉器６６を閉じれば、系統電源５の給電により、連系動作に移行させることが可能である。

系統連系時には、機能制限可能な電力負荷８−３は通常機能を実現し、開閉器６６が開かれた場合には既述の停電時と同様に、分散電源１０の自立運転における機能制限を行う。これにより、電力負荷８−３側の消費電力が抑えられ、分散電源１０の自立運転が継続し、その運転時間を伸延させることができる。

(2) 第３の実施の形態では、制御部２８と外部制御部７０とを併用しているが、外部制御部７０の制御機能を制御部２８で実現させてもよく、制御部２８の機能を外部制御部７０で実現してもよい。

(3) 上記実施の形態では、定置用発電機器としてＦＣシステム１４を例示したが、太陽光発電システムや、エンジン発電システムであってもよい。

(4) 上記実施の形態では、特殊電力負荷８−２や、機能制限可能な電力負荷８−３を例示したが、例示にある機種が電力負荷が大きいことを問題として述べているものではない。分散電源１０に対する負荷を軽減する対象の一例であり、機能制限が可能な負荷であって機能制限を付すことによって消費電力が低減できるものであればよく、上記記載の電力負荷に限定されるものではない。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法であって、系統電源の停電時、特殊電力負荷の給電停止や、給電継続を行う電力負荷に対し機能制限を行うことにより、ＦＣシステムなど、定置用発電機器の単独運転検知による発電停止を回避して、継続した発電を実現し、発電電力の継続的利用および有効利用を図ることができる。

２ 給電システム
４−１、４−２ 配電系統
５ 系統電源
６ 開閉器
８ 電力負荷
８−１ 一般電力負荷
８−２ 特殊電力負荷
８−３ 機能制限可能な電力負荷
１０ 分散電源
１２ 蓄電システム
１４ ＦＣシステム
１６ 電圧センサ
１８ 開閉器
２０ インバータ（ＩＮＶ）
２２ 蓄電池
２４ 発電スタック
２６ インバータ（ＩＮＶ）
２７ 電流センサ
２８ 制御部
３０ 状態判断機能
３２ 発電出力監視機能
３４ 保護制御機能
８−２１、８−３１ エアコン
８−２２、８−３２ 電気便座
８−２３、８−３３ 電気洗濯機
８−２４、８−３４ 電気冷蔵庫
８−２５、８−３５ 電気掃除機
８−２６、８−３６ ＩＨクッキングヒータ
３６−１、３６−２・・・３６−６ 機能制御部
４０ プロセッサ
４２ ＲＯＭ
４４ ＮＶＭ
４６ ＲＡＭ
４８ 入出力部（Ｉ／Ｏ）
５０ バス
５２ 状態判断機能
５４ 機能切替え機能
５６ プロセッサ
５８ ＲＯＭ
６０ ＮＶＭ
６２ ＲＡＭ
６４ Ｉ／Ｏ
６６ 開閉器
７０ 外部制御部
７２ 機能切替えデータテーブル
７４ 入力操作部

Claims (6)

1. 第１の配電系統と、
   前記第１の配電系統に開閉手段を介して分岐された第２の配電系統と、
   前記第１の配電系統に接続され、少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源と、
   前記第１の配電系統と系統電源との間に設置され、前記系統電源の状態を検出する状態検出手段と、
   を備え、
   前記第２の配電系統は、急激な電流変化を生じさせる特殊電力負荷への電力供給に用いられ、
   前記系統電源の給電時、前記開閉手段を閉じ、前記第１の配電系統および前記第２の配電系統に前記系統電源を給電し、
   前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記状態検出手段の出力に基づき前記開閉手段を開いて前記第２の配電系統への給電を停止し、前記第１の配電系統に前記分散電源から給電し、
   前記分散電源からの急激な電流供給を抑制することを特徴とする給電システム。
2. 第１の配電系統と、
   前記第１の配電系統から分岐され、機能制限機能を備える電力負荷が接続された第２の配電系統と、
   前記第１の配電系統に接続され、少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源と、
   前記第１の配電系統と系統電源との間に設置され、前記系統電源の状態を検出する状態検出手段と、
   を備え、
   前記機能制限機能を備える電力負荷は急激な電流変化を生じさせる電力負荷を含み、
   前記系統電源の給電時、該系統電源を前記第１の配電系統および前記第２の配電系統に給電し、
   前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記状態検出手段の出力に基づき前記第２の配電系統に接続された前記電力負荷の機能を制限し、前記分散電源を前記第１の配電系統に給電するとともに、前記第２の配電系統に給電し、
   前記電力負荷の機能の制限により、前記分散電源からの急激な電流供給を抑制することを特徴とする給電システム。
3. 前記系統電源の復電時、前記電力負荷の機能制限を解除し、前記第２の配電系統に前記系統電源を給電することを特徴とする請求項２に記載の給電システム。
4. 少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を備える給電システムに搭載されたコンピュータに実行させる給電制御プログラムであって、
   系統電源の停電時または前記系統電源から分離された前記分散電源の自立運転時に制御情報を生成し、
   前記制御情報に基づき、急激な電流変化を生じさせる電力負荷の機能を機能制限機能により制限して、前記電力負荷の急激な電流変化を抑制させ、
   機能制限中の前記電力負荷に前記分散電源を給電する
   処理を前記コンピュータに実行させるための給電制御プログラム。
5. 第１の配電系統から開閉手段を介して第２の配電系統を分岐し、
   急激な電流変化を生じさせる特殊電力負荷を前記第２の配電系統に接続し、
   前記第１の配電系統に少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を接続し、
   前記第１の配電系統と系統電源との間に前記系統電源の状態を検出する状態検出手段を接続し、
   前記系統電源の給電時、前記開閉手段を閉じ、前記系統電源を前記第１の配電系統および前記第２の配電系統に給電し、
   前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記状態検出手段の出力に基づき前記開閉手段を開いて前記第２の配電系統への給電を停止するとともに前記分散電源から前記第１の配電系統に給電する処理を含み、
   前記分散電源からの急激な電流供給を抑制することを特徴とする給電制御方法。
6. 第１の配電系統から第２の配電系統を分岐し、
   前記第２の配電系統に機能制限機能を備える電力負荷を接続し、
   前記第１の配電系統に少なくとも蓄電手段または発電手段のいずれかを含む分散電源を接続し、
   前記第１の配電系統と系統電源との間に前記系統電源の状態を検出する状態検出手段を接続し、
   前記系統電源の給電時、前記系統電源を前記第１の配電系統および前記第２の配電系統に給電し、
   前記系統電源の停電時、または前記分散電源の自立運転時、前記分散電源から前記第１の配電系統に給電するとともに、前記状態検出手段の出力に基づき前記機能制限機能により前記電力負荷の機能を制限して前記第２の配電系統に給電する処理を含み、
   前記機能制限機能を備える電力負荷は急激な電流変化を生じさせる電力負荷を含み、前記電力負荷の機能の制限により、前記電力負荷の急激な電流変化を抑制させるとともに前記分散電源からの急激な電流供給を抑制することを特徴とする給電制御方法。

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