JP6190299B2

JP6190299B2 - 電力制御装置、太陽光発電システム及び電力制御方法

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Publication number: JP6190299B2
Application number: JP2014065053A
Authority: JP
Inventors: 隆人小林; 山田　和夫; 和夫山田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2015188286A

Description

本発明は、太陽電池と蓄電池と用いて電力系統に逆潮流する電力を制御する電力制御装置、それを備えた太陽光発電システム、及び太陽電池と蓄電池とを用いて電力系統に逆潮流する電力を制御する電力を制御する電力制御方法に関する。

太陽電池及び蓄電池を用いて電力を電力系統に逆潮流する技術として、例えば特許文献１が知られている。

特許文献１には、太陽電池モジュールと蓄電装置と蓄電装置の放電を制御する放電制御装置と外部電源から蓄電装置への充電を制御する充電制御装置と太陽電池モジュールまたは蓄電装置からの電力が入力されて外部電源又は負荷に電力を供給するインバータとを備えてなる太陽光発電システムであって、太陽電池モジュールはその発電電力がインバータに入力されるようにそのインバータに接続され、蓄電装置はその出力電力がインバータに入力されるように放電制御装置を介してそのインバータに接続されると共に充電制御装置を介して外部電源に接続され、放電制御装置がインバータ動作時において太陽電池モジュールまたは蓄電装置からのそのインバータへの入力電力が常に所定の値以上となるように蓄電装置の放電を制御する、逆潮流可能な太陽光発電システムが記載されている。

特開平１１−４６４５８号公報

ところで、特許文献１にも記載があるが、太陽電池による発電出力は、日射量により変動することが知られている。太陽電池からの発電が変動すると、逆潮流された電力系統で電圧や周波数が変動したり、メガソーラー等の産業用途やスマートタウン等のコミュニティでの電力管理においては、電力会社等の電力供給者が供給する電力としてそのような変動分を考慮して発電量を多くする必要があり発電した電力が無駄となるなどの虞がある。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、太陽電池で発電した電力を逆潮流する際に、逆潮流する電力の平滑化を図ることができる電力制御装置、太陽光発電システム及び電力制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電力制御方法は、太陽電池で発電された電力と負荷で消費された消費電力との差分から第一の期間の余剰電力量を算出し、該第一の期間の余剰電力量に基づいて、前記第一の期間より後の第二の期間に電力系統に逆潮流する電力のばらつきを抑えるように蓄電池の充放電制御を行い、前記第二の期間は逆潮流電力が異なる２つの期間を有するように制御を行う。

また、本発明の電力制御装置は、太陽電池で発電された電力を電力系統に逆潮流する場合に、蓄電池の充放電を制御する制御部を備え、前記制御部は、太陽電池で発電された電力と負荷で消費された消費電力との差分から第一の期間の余剰電力量を算出し、該第一の期間の余剰電力量に基づいて、前記第一の期間より後の第二の期間に電力系統に逆潮流する電力のばらつきを抑えるように蓄電池の充放電制御を行い、前記第二の期間は逆潮流電力が異なる２つの期間を有する。また、本発明の太陽光発電システムは、太陽電池と、該太陽電池で発電された電力を充電可能な蓄電池と、前記太陽電池で発電された電力を電力系統に逆潮流させるように制御する電力制御装置とを備えた太陽光発電システムであって、
前記電力制御装置は、前記太陽電池で発電された電力と負荷で消費された消費電力との差分から第一の期間の余剰電力量を算出し、該第一の期間の余剰電力量に基づいて、前記第一の期間より後の第二の期間に電力系統に逆潮流する電力のばらつきを抑えるように蓄電池の充放電制御を行い、前記第二の期間は逆潮流電力が異なる２つの期間を有する。

本発明によれば、太陽電池で発電した電力を逆潮流する際に、太陽電池の発電量が変動しても、逆潮流する電力の平滑化を図ることができる。

第１，２実施形態の太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。第１実施形態での逆潮流電力を算出する方法を説明するためのフローチャートである。第１実施形態での制御動作を説明するためのフローチャートである。第１実施形態で太陽電池による発電電力と消費電力と蓄電池の出力電力と電力制御して逆潮流する電力とについて、前日晴れ、当日晴れの場合を示す図である。第１実施形態で太陽電池による発電電力と消費電力と蓄電池の出力電力と電力制御して逆潮流する電力とについて、前日晴れ、当日雨の場合を示す図である。第１実施形態で太陽電池による発電電力と消費電力と蓄電池の出力電力と電力制御して逆潮流する電力とについて、前日雨、当日晴れの場合を示す図である。第２，３実施形態の太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の太陽光発電システムの概略構成を示す機能ブロック図である。図１に示す電力制御システムは、太陽電池１と、太陽電池１で発電された電力を制御して電力系統２に逆潮流する電力制御装置３と、太陽電池１で発電された電力により充電可能な蓄電装置４とを備える。

電力制御装置３は、太陽電池１で発電された電力を測定する発電電力測定装置３１と、発電電力測定装置３１を介した太陽電池１からの直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの直流電圧を変換して蓄電池４に供給すると共に蓄電池４からの直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２又はＤＣ／ＤＣコンバータ３３からの直流電力を交流電力に変換すると共に電力系統２からの交流電力を直流電力に変換する双方向のＤＣ／ＡＣインバータ３４と、ＤＣ／ＡＣインバータ３４で変換して出力する交流電力を測定する出力電力測定装置３５と、電力系統２に逆潮流して売電する電力を測定する売電力測定装置３６と、電力系統２から供給される電力を測定する買電力測定装置３７とを備えている。

電力制御装置３は、更に蓄電池４の充放電を制御する充放電制御装置３８を備えている。この充放電制御装置３８には、発電電力測定装置３１で測定された発電電力に関す情報と、出力電力測定装置３５で測定されたＤＣ／ＡＣインバータ３４から出力する電力に関する情報と、売電力測定装置３６で測定された売電力に関する情報と、買電力測定装置３７で測定された買電力に関する情報と、蓄電池４の充電に関する情報と、蓄電池４の放電に関する情報と、逆潮流電力に関する情報とが入力され、これらの情報に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ３３を制御することにより、蓄電池４の充放電を制御する。さらに、本実施形態の太陽光発電システムは、発電電力測定装置３１で測定された発電電力に関す情報と、出力電力測定装置３５で測定されたＤＣ／ＡＣインバータ３４から出力する電力に関する情報と、売電力測定装置３６で測定された売電力に関する情報と、買電力測定装置３７で測定された買電力に関する情報と、蓄電池４の充電に関する情報と、蓄電池４の放電に関する情報とを記憶する記憶部であるデータベース５も備えており、上記情報の全て又はその一部を記憶する記憶部とし電力制御装置３に内蔵されるように構成されても良い。

なお、図１に示す構成では、ＤＣ／ＡＣインバータ３４と売電力測定装置３６との間に負荷６が接続されており、この負荷６に電力系統２からの電力と太陽電池１からの電力と蓄電池４との電力とのいずれからも供給可能となっている。

次に、本実施形態の基本動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。なお、図２Ａおよび図２Ｂにおいて、添え字は日付を表し、またΣは瞬時値の和で、日毎の積算値を表す。

まず、初期状態において、本実施形態のシステムは、システム動作の初日に、太陽電池１で発電した電力を発電電力装置３１で時系列的に測定し、売電力測定装置３６で測定した売電力に関する情報と出力測定装置３５で測定したＤＣ／ＡＣインバータ３４から出力する電力に関する情報との差分から負荷６で消費する電力を時系列的に算出し、それらに関する情報を、充放電制御装置３８を介してデータベース５に記憶しておく。なお、この初日においては、太陽電池１で発電した電力を電力系統２に逆潮流は行わない。

なお、負荷６の消費電力に関する情報は、上記のように算出後に負荷６の消費電力として記憶してもよく、また出力測定装置３５で測定したＤＣ／ＡＣインバータ３４から出力する電力に関する情報と売電力測定装置３６で測定した売電力に関する情報としてそれぞれ記憶し、必要な際に算出するようにしてもよい。

次の日以降においては、前日の太陽電池１による発電の電力に関する情報と前日の負荷６での消費電力に関する情報と、当日の太陽電池１による発電と、当日の負荷６での消費電力に関する情報に基づいて、電力制御装置３の充放電制御装置３８による制御動作により、電力系統２に逆潮流する電力、即ちここでは余剰電力の平滑化を図ることができる。

その電力制御装置３の充放電制御装置３８による制御動作について、図２Ａおよび図２Ｂのフローチャートを用いて説明する。なお、図２Ａ、図２Ｂ及び下式（１）〜（３）において、添え字は日付を、添え字なしは瞬時値をそれぞれ表す。

図２Ａに示すように、Ｓ１でｎ日に逆潮流する逆潮流電力の算出を開始し、Ｓ２で下式（１）を用いて前日の運転データから余剰電力量を計算する。なお、式（１）において、「負荷」は負荷６での消費電力である。

Ｓ３で下式（２）を用いて上式（１）で求めた余剰電力量と逆潮流する時間から逆潮流する電力を決定する。この決定された逆潮流する電力は、逆潮流を行う際の電力値の目標値となる。

なお、この逆潮流する時間については、適宜設定すればよく、例えば電力制御装置３を保有するユーザが任意に設定してもよく、例えば電力会社が時間を設定してもよい。また、式には表れないが、逆潮流を開始する時刻に関しても適宜設定すればよい。

次に、図２Ｂに示すように、Ｓ５で逆潮流の制御を開始する。先に図２Ａに示したフローにより求めた逆潮流電力を実現するために蓄電池から出力させる電力をＳ６で下式（３）を用いて計算する。下式（３）において、逆朝流電力は、前日の余剰電力量を逆潮流する時間で割り算することにより定めており、逆潮流時間の間、この逆潮流電力を目標値として、この値を逆潮流するように蓄電池を充放電制御するため、逆潮流を行う当日の太陽電池１の発電や負荷６での消費に依らずバラツキが抑えられ平準化可能となる。なお、式（３）において、「負荷」は負荷６での消費電力であり、「蓄電池出力」は、正の値であれば蓄電池４に充電されていた太陽電池由来の電力を放電させて電力系統２に逆潮流させる電力となり、負の値であれば太陽電池由来の電力により蓄電池４で充電する電力となる。

Ｓ７で「蓄電池出力＞０」の条件を満たすか否かを調べて、この条件を満たす場合には蓄電池４から充電されていた太陽電池由来の電力を放電させて電力系統２に逆潮流させ（Ｓ８）、この条件を満たさない場合には蓄電池４に太陽電池由来の電力を充電する（Ｓ９）。このようにして、一単位の制御動作を終了する（Ｓ１０）。

なお、本日（Ｓ５〜Ｓ１０の処理を行った日に）蓄電池４に充電された太陽電池由来の電力は、翌日に逆潮流される。

ここで、蓄電池の出力電力を電力制御することにより太陽電池１の発電量や負荷６での消費の変動に依らず逆潮流を平準化することが可能となる例を図３〜図５に示す。図３から図５において、横軸は時間であり、縦軸は任意の各電力値である。また、図３から図５において、「発電」は太陽電池１による発電電力を、「消費」は負荷６による消費電力を、「蓄電池出力」は蓄電池４による充電電力及び放電電力を、「逆潮流」は電力系統２への逆潮流電力をそれぞれ示す。なお、「蓄電池出力」において、図３の縦軸の「０」より大きい値は蓄電池による充電電力を示し、縦軸の「０」より小さい値は蓄電池による放電電力を示す。図３〜図５に示す例は、１１時から１６時までをほぼ一定の逆潮流電力となるように電力制御を行うものである。なお、いずれの場合であっても消費電力は同一としている。

図３は前日の天気が晴れ、当日の天気が晴れの場合であり、図４は前日の天気が晴れ、当日の天気が雨の場合であり、図５は前日の天気が雨、当日の天気が晴れの場合である。

ここで図３と図４とを比較すると、図４の場合では当日が雨であり太陽電池１での発電電力が少ないため、蓄電池４の出力が図３の場合よりも増加している。

また、図３と図５とを比較すると、図５の場合では前日が雨であり太陽電池１での発電電力量が少なかったため、逆潮流電力が図３の場合よりも小さくなっている。

しかしながら、いずれの場合であっても、前日の余剰電力量の基づき逆潮流電力を決定し、決定した逆潮流電力を維持するように蓄電池４での充電電力及び放電電力を制御することにより、電力系統２への逆潮流電力の変動を抑えて平滑化を図ることができる。

なお、本実施形態においては、前日の余剰電力に基づき、当日の逆潮流電力を算出するとしているが、日が変更となることは説明を容易にするための例示に過ぎず、一定期間の余剰電力の実績から、その期間以降に逆潮流する電力を算出し、算出して定めた電力を目標値としてばらつきが小さくなるような逆潮流となるように制御すればよい。その例として、１時間の余剰電力実績に基づき次の１時間で逆潮流がするようにしてもよく、１週間の実績に基づき次の１週間で逆潮流を行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、逆潮流する期間において、逆潮流量は一定となっているが、逆潮流を行う時間を２つに分割し、前半の時間における逆潮流電力と後半の時間における逆潮流電力とを異なるようにし、前半時間と後半時間それぞれにおいて逆潮流電力が平準化されるようにしてもよい。

本実施形態によれば、電力制御装置３の充放電制御装置３８を用いて、太陽電池１で発電された電力と負荷６で消費された消費電力との差分から第一の期間の余剰電力量を算出し、該第一の期間の余剰電力量に基づいて、前記第一の期間より後の少なくとも第二の期間に電力系統に逆潮流する電力のばらつきを抑えるように蓄電池４の充放電制御を行うことにより、逆潮流する電力の平滑化を図ることができるという効果を奏する。
また、前日の余剰電力に基づき、当日の逆潮流電力を算出しているため、逆潮流電力の算出結果を電力会社等の電力供給者が事前に把握することが可能となり、電力の提供するための計画を立てる際に役立てることが出来る。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態の太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態において、上述の第１実施形態と異なる点は、ＤＣ／ＡＣインバータ３４をＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの直流電力を交流電力に変換する単方向機能のインバータとした点と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３からの直流電力を交流電力に変換すると共に電力系統２からの交流電力を直流電力に変換する双方向のＤＣ／ＡＣインバータ３９を追加した点とである。

蓄電池４に充電されていた電力を電力系統２に逆潮流するか負荷６に供給する場合に、上記第１実施形態ではＤＣ／ＡＣインバータ３４で交流変換していたのに対して、本実施形態では、ＤＣ／ＡＣインバータ３９で交流変換する。また、電力系統２から供給された電力を蓄電池４で充電する場合に、上記第１実施形態ではＤＣ／ＡＣインバータ３４で直流変換していたのに対して、本実施形態では、ＤＣ／ＡＣインバータ３９で直流変換する。これ以外の本実施形態の動作は、上記第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、上述の第１実施形態による効果に加えて、蓄電池を含まない太陽光発電システムに後付けで蓄電池を追加するようなシステムにも適用することが可能となるという効果を奏する。

＜第３実施形態＞
図１，６に示す構成の太陽光発電システムにおいて、電力系統２から供給された電力を蓄電池４で充電することについて説明する。

本実施形態は、例えば、夜間の電力料金の比較的安い時間帯に電力系統から電力を蓄電池４に充電しておき、その充電しておいた電力を電力料金の比較的高い昼間に負荷６に供給して使用するような場合に適用することを想定したものである。そして、このような場合に、蓄電池４に充電された電力が太陽電池１で発電された電力であるのか、電力系統２から供給された電力であるのかを区別できるようにするものである。

一例としては、蓄電池４として、太陽電池１で発電された電力により専ら充電する太陽電池専用の蓄電池と、電力系統２から供給された電力により専ら充電する電力系統専用の蓄電池との二つを設けると共に、それらとＤＣ／ＤＣコンバータ３３との間に切替部を設けた構成とすれば良い。そして、電力制御装置３の充放電制御装置３８によりＤＣ／ＤＣコンバータ３３との間に切替部を制御して、太陽電池由来の電力であれば太陽電池専用蓄電池に充電し、電力系統由来の電力であれば電力系統専用の蓄電池に充電し、電力系統２に逆潮流する電力としては太陽電池専用蓄電池のみに充電されていた電力を用いるようにすれば良い。

他の例としては、蓄電池４を充電する場合に、電力制御装置３の充放電制御装置３８の制御により、太陽電池１で発電された電力なのか電力系統２から供給された電力なのかを区別して、少なくとも太陽電池由来の電力により充電された電力量を測定して記憶しておく構成とすれば良い。そして、電力制御装置３の充放電制御装置３８の制御により、電力系統２に逆潮流する電力としては太陽電池由来の電力のみを用いるようにすれば良い。なお、蓄電池４が通常自然放電するため、充放電制御装置３８では、蓄電池４から放電して逆潮流する際に、太陽電池１１で発電された電力により蓄電池４を充電したときに記憶された電力量の測定値から自然放電した電力量分を差し引いて、逆潮流するように制御しても良い。

本実施形態によれば、上述の第１，２実施形態による効果に加えて、蓄電池４に充電された電力が太陽電池１で発電された電力によるものか又は電力系統２から供給された電力によるものかを区別して、太陽電池１で発電された電力を逆潮流可能とすると共に、比較的電力料金の安い時間帯の電力系統２からの供給電力を有効に活用することが可能となるという効果を奏する。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１太陽電池
２電力系統
３電力制御装置
３１発電電力測定装置
３２，３３ＤＣ／ＤＣコンバータ
３４，３９ＤＣ／ＡＣコンバータ
３５出力電力測定装置
３６売電力測定装置
３７買電力測定装置
３８充放電制御装置
４蓄電池
５記憶部（データベース）
６負荷

Claims

太陽電池で発電された電力と負荷で消費された消費電力との差分から第一の期間の余剰電力量を算出し、該第一の期間の余剰電力量に基づいて、前記第一の期間より後の第二の期間に電力系統に逆潮流する電力のばらつきを抑えるように蓄電池の充放電制御を行い、前記第二の期間は逆潮流電力が異なる２つの期間を有する、電力制御方法。
太陽電池で発電された電力を電力系統に逆潮流する場合に、蓄電池の充放電を制御する制御部を備え、
前記制御部は、太陽電池で発電された電力と負荷で消費された消費電力との差分から第一の期間の余剰電力量を算出し、該第一の期間の余剰電力量に基づいて、前記第一の期間より後の第二の期間に電力系統に逆潮流する電力のばらつきを抑えるように蓄電池の充放電制御を行い、前記第二の期間は逆潮流電力が異なる２つの期間を有する、電力制御装置。
太陽電池と、該太陽電池で発電された電力を充電可能な蓄電池と、前記太陽電池で発電された電力を電力系統に逆潮流させるように制御する電力制御装置とを備えた太陽光発電システムであって、
前記電力制御装置は、前記太陽電池で発電された電力と負荷で消費された消費電力との差分から第一の期間の余剰電力量を算出し、該第一の期間の余剰電力量に基づいて、前記第一の期間より後の第二の期間に電力系統に逆潮流する電力のばらつきを抑えるように蓄電池の充放電制御を行い、前記第二の期間は逆潮流電力が異なる２つの期間を有する、太陽光発電システム。