JP6199794B2 - 電力制御システム、電力制御システムの制御方法、及び電力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力制御システム、電力制御システムの制御方法、及び電力制御装置に関するものである。

太陽光パネル等の発電設備を備える発電システムの発電パワーコンディショナとして、商用電源系統（以下、適宜、系統と略記する）に連系して交流電力を出力する系統連系運転と、系統と関わりなく交流電力を出力する自立運転とを可能としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、系統電力によって充電される蓄電池等の蓄電設備を備える蓄電システムの蓄電パワーコンディショナとして、上記の発電パワーコンディショナと同様に、系統に連系して交流電力を出力する系統連系運転と、系統と関わりなく交流電力を出力する自立運転とを可能としたものが知られている（例えば、特許文献２参照）

特開２００７−０４９７７０号公報 特開２００８−２５３０３３号公報

ところで、電力制御システムにおいて、太陽電池、蓄電池、燃料電池、ガス発電機などの複数の分散電源を一元的に管理・運用することが求められている。特に、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理可能なシステムを構築することが求められる。

従って、上記のような課題に鑑みてなされた本発明の目的は、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理可能な電力制御システム、電力制御システムの制御方法、及び電力制御装置を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御システムは、電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源との制御を行う電力制御装置と、前記発電装置又は前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力により、前記電流センサに対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能な擬似電流出力装置とを備え、前記出力は複数の異なる電圧を有し、前記擬似電流出力装置への供給電源を前記異なる電圧の中から選択可能としたことを特徴とする。

また、前記擬似電流出力装置は、系統から解列した自立運転時に前記擬似電流を出力可能であることが好ましい。

また、前記異なる電圧は単相３線の交流１００Ｖ及び交流２００Ｖを含むことが好ましい。

また、前記電力制御装置は、前記異なる電圧の選択制御をおこなうことが好ましい。

また、前記制御部は、前記発電装置が発電出来ない場合に、前記異なる電圧の、より高い電圧を選択することが好ましい。

また、前記他の分散電源は蓄電池を含み、前記制御部は、前記蓄電池の充電状態に応じて前記擬似電流のオン／オフ制御をおこなうことが好ましい。

また、上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御システムの制御方法は、電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源との制御を行う電力制御システムの制御方法であって、前記発電装置又は前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力であって複数の異なる電圧を有する該出力から、擬似電流への供給電源となる一の電圧を選択する電圧選択ステップと、前記電流センサに対して順潮流と同方向の電流である前記擬似電流を供給する擬似電流供給ステップを含むことを特徴とする。

また、上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御装置は、電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源との制御を行う電力制御装置であって、前記発電装置又は前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力であって複数の異なる電圧を有する該出力から、前記電流センサに対して供給される順潮流と同方向の電流である擬似電流への供給電源となる、一の電圧を選択する制御部を備えることを特徴とする。

本発明に係る電力制御システム電力制御システムの制御方法、及び電力制御装置によれば、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムの擬似電流出力装置に関する配線を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムにおける、電流センサと系統及び擬似電流出力装置との配線を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムの連系運転時の制御例を示す図である。 擬似電流の初期設定のための制御フローを示す。 発電時における擬似電流切り替えのための制御フローを示す。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムの自立運転時（充電時）の制御例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力制御システムの自立運転時（放電時）の制御例を示す図である。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る電力制御システムについて説明する。本実施形態に係る電力制御システムは、系統（商用電源系統）から供給される電力の他に、売電可能な電力を供給する分散電源及び／又は売電不可能な電力を供給する分散電源を備える。売電可能な電力を供給する分散電源は、例えば太陽光発電などによって電力を供給するシステムである。一方売電不可能な電力を供給する分散電源は、例えば電力を充放電することができる蓄電池システム、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）などの燃料電池を含む燃料電池システム、及びガス燃料により発電するガス発電システムなどである。本実施の形態においては、売電可能な電力を供給する分散電源として太陽電池、及び売電不可能な電力を供給する分散電源として蓄電池と、燃料電池又はガス発電機である発電装置とを備える例を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御システム１００の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電力制御システム１００は、パワーコンディショナ２０（電力制御装置）と、電流センサ４０と、擬似電流出力装置５０とを備える。また、電力制御システム１００と接続して使用される、太陽電池１１、蓄電池１２、分電盤３１、負荷３２及び発電装置３３を図１にあわせて示す。ここで、発電装置３３は、燃料電池又はガス発電機により構成されるものである。電力制御システム１００は、通常は系統との連系運転を行い、系統から供給される電力と、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）からの電力とを負荷３２に供給する。また、電力制御システム１００は、停電時など系統からの電力供給がない場合は自立運転を行い、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）からの電力を各負荷（負荷３２、擬似電流負荷５１）に供給する。電力制御システム１００が自立運転を行う場合には、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）は系統から解列した状態であり、電力制御システム１００が連系運転を行う場合には、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）は系統と並列した状態となる。

図１において、各機能ブロックを結ぶ実線は電力の流れる配線を表し、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号又は通信される情報の流れを表す。当該破線が示す通信は有線通信としてもよいし、無線通信としてもよい。制御信号及び情報の通信には、各階層含め、様々な方式を採用可能である。例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの近距離通信方式による通信を採用することができる。また、赤外線通信、電力線搬送通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）など、様々な伝送メディアを使用することができる。またそれぞれの通信に適した物理層を含む下位の層の上で、各種プロトコル、例えばＺｉｇＢｅｅ ＳＥＰ２．０（Ｓｍａｒｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｆｉｌｅ２．０）、ＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅ（登録商標）などのような論理層だけ規定される通信プロトコルを動作させてもよい。

太陽電池１１は、太陽光のエネルギーを直流の電力に変換するものである。太陽電池１１は、例えば光電変換セルを有する発電部がマトリクス状に接続され、所定の短絡電流（たとえば１０Ａ）を出力するように構成される。太陽電池１１は、シリコン系多結晶太陽電池、シリコン系単結晶太陽電池、又はＣＩＧＳ等薄膜系太陽電池等、光電変換可能なものであればその種類は制限されない。

蓄電池１２は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池等の蓄電池から構成される。蓄電池１２は、充電された電力を放電することにより、電力を供給可能である。また、蓄電池１２は、系統、太陽電池１１から供給される電力に加え、後述の通り、発電装置３３から供給される電力を充電可能である。

パワーコンディショナ２０（電力制御装置）は、太陽電池１１及び蓄電池１２から供給される直流の電力と、系統及び発電装置３３から供給される交流の電力との変換を行うとともに、連系運転及び自立運転の切り替え制御を行うものである。パワーコンディショナ２０は、インバータ２１と、連系運転スイッチ２２、２３と、自立運転スイッチ２４と、パワーコンディショナ２０全体を制御する制御部２５とを備える。連系運転スイッチ２３は、パワーコンディショナ２０外に出すよう構成しても良い。

インバータ２１は、双方向インバータであって、太陽電池１１及び蓄電池１２から供給される直流の電力を交流の電力に変換し、また、系統及び発電装置３３から供給される交流の電力を直流の電力に変換する。インバータ２１の前段に、太陽電池１１及び蓄電池１２からの直流電力を一定の電圧まで昇圧するコンバータを設けてもよい。

連系運転スイッチ２２、２３、自立運転スイッチ２４は、それぞれリレー、トランジスタなどにより構成され、オン／オフ制御される。図示の通り、自立運転スイッチ２４は、発電装置３３と蓄電池１２との間に配される。連系運転スイッチ２２、２３、と自立運転スイッチ２４とは、双方が同時にオン（又はオフ）とならないように、同期して切り替えられる。より詳しくは、連系運転スイッチ２２、２３がオンとなるとき、自立運転スイッチ２４は同期してオフとなり、連系運転スイッチ２２、２３がオフとなるとき、自立運転スイッチ２４は同期してオンとなる。連系運転スイッチ２２、２３及び自立運転スイッチ２４の同期制御は、連系運転スイッチ２２、２３への制御信号の配線を自立運転スイッチ２４に分岐させることによりハードウェア的に実現される。スイッチ毎に同一の制御信号に対するオンとオフの状態を区別して設定可能なことはいうまでもない。また、連系運転スイッチ２２、２３及び自立運転スイッチ２４の同期制御は、制御部２５によりソフトウェア的に実現することも可能である。ただし、上記制御の例外として、パワーコンディショナ２０がオフの状態においては、連系運転スイッチ２３のみをオンとして、連系運転スイッチ２２及び自立運転スイッチ２４をいずれもオフとすることにより系統から分電盤３１への電力供給のみをおこなう。

制御部２５は、例えばマイクロコンピュータで構成され、系統電圧の上昇又は停電の状態等に基づいて、インバータ２１、連系運転スイッチ２２、２３、自立運転スイッチ２４等の各部の動作を制御する。制御部２５は、連系運転時には、連系運転スイッチ２２、２３をオン、自立運転スイッチ２４をオフに切り替える。また、制御部２５は、自立運転時には、連系運転スイッチ２２、２３をオフ、自立運転スイッチ２４をオンに切り替える。

分電盤３１は、連系運転時に系統より供給される電力を複数の支幹に分岐させて負荷３２に分配する。また、分電盤３１は、自立運転時に複数の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）から供給される電力を、複数の支幹に分岐させて負荷３２に分配する。ここで、負荷３２とは、電力を消費する電力負荷であり、たとえば家庭内で使用されるエアコン、電子レンジ、テレビ等の各種電器製品又は、商工業施設で使用される空調機若しくは照明器具などの機械、照明設備等である。

発電装置３３は、燃料電池又はガス発電機により構成される。燃料電池は、水素を用いて空気中の酸素との化学反応により直流の電力を発電するセルと、発電された直流電力を１００Ｖあるいは２００Ｖの交流電力に変換するインバータと、その他補機類とを備える。ここで、発電装置３３としての燃料電池は、パワーコンディショナ２０を介さずとも負荷３２に対する交流電力の供給を可能とするシステムであり、必ずしもパワーコンディショナ２０との接続を想定して設計されたものではなく、汎用性を有するシステムであってよい。また、ガス発電機は、所定のガスなどを燃料とするガスエンジンで発電するものである。

発電装置３３は、対応する電流センサ４０が順潮流（買電方向の電流）を検出する間発電を行うものであり、発電時には負荷３２の消費電力に追従する負荷追従運転又は所定の定格電力値による定格運転を行う。負荷追従運転時の追従範囲は、例えば２００〜７００Ｗであり、定格運転時の定格電力値は、例えば７００Ｗである。発電装置３３は、連系運転時は負荷３２の消費電力に追従する負荷追従運転を行い、自立運転時に、定格電力値による定格運転を行うものとしてもよい。

電流センサ４０は、系統及び発電装置３３の間を流れる電流を検出するものである。日本では、発電装置３３が発電する電力は売電不可と規定されているため、電流センサ４０が系統側への逆潮流（売電方向の電流）を検出した場合、発電装置３３は発電を停止する。電流センサ４０が順潮流を検出する間、発電装置３３は負荷３２に自身から電力を供給できるものとして負荷追従運転又は定格運転での発電を実行する。後述の通り、消費電力の観点から、電流センサ４０は、パワーコンディショナ２０において自立運転時に発電装置３３の発電による電流が流れない箇所に配置されることが好ましい。

ここで、本実施形態における電力制御システム１００は、発電装置３３と蓄電池１２とが系統から解列した状態で、擬似電流出力装置５０を通じて電流センサ４０に擬似的な順潮流と同方向の電流（擬似電流）を流す。これにより、発電装置３３を定格運転させ、発電装置３３が発電する電力を蓄電池１２に蓄電することが可能となる。以下、擬似電流出力装置５０を通じた擬似電流による発電及び蓄電について詳述する。

擬似電流出力装置５０は、電流センサ４０に対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能なものである。擬似電流出力装置５０は、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３から電力供給を受ける系であって、擬似電流負荷５１と、同期スイッチ５２と、第１擬似電流制御スイッチ５３と、第２擬似電流制御スイッチ５４とを備える。図２は、擬似電流出力装置５０に関する配線を示す図である。図２において、系統及びインバータ２１の系統側出力は、２００Ｖの単相３線としている。そして、この単相３線２００Ｖから擬似電流出力装置５０に対する電力供給は、電圧線の双方が接続されて交流２００Ｖが供給される場合と、電圧線の一方と中性線とが接続されて交流１００Ｖが供給される場合とが選択可能に構成されている。すなわち、図２において、同期スイッチ５２及び第１擬似電流制御スイッチ５３をオンとし、第２擬似電流制御スイッチ５４をオフとすると、擬似電流負荷５１には、交流２００Ｖが印加される。一方、同期スイッチ５２及び第２擬似電流制御スイッチ５４をオンとし、第１擬似電流制御スイッチ５３をオフとすると、擬似電流負荷５１には、交流１００Ｖが印加される。そして図示の通り、擬似電流出力装置５０への接続線は、２本の電圧線それぞれに設置された電流センサ４０を通るように配線される。本実施形態において、擬似電流出力装置５０は、パワーコンディショナ２０とは独立した構成としているが、パワーコンディショナ２０と一体的に構成してもよい。

なお、擬似電流負荷５１として、擬似電流出力装置５０の外部の負荷を用いてもよい。同期スイッチ５２は、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３から擬似電流出力装置５０に供給された電力の一部を順潮流と同方向の擬似電流として電流センサ４０に供給するためのものである。第１擬似電流制御スイッチ５３及び第２擬似電流制御スイッチ５４は、擬似電流出力装置５０への供給電圧の変更及び擬似電流による不要な発電を防ぐために設けられたものである。同期スイッチ５２、第１擬似電流制御スイッチ５３及び第２擬似電流制御スイッチ５４は、それぞれ独立したリレー、トランジスタなどにより構成され、パワーコンディショナ２０の制御部２５により、それぞれ独立にオン／オフ制御される。そして、第１擬似電流制御スイッチ５３と、第２擬似電流制御スイッチ５４とは、同時にオン状態とならないように制御される。

このように、第１擬似電流制御スイッチ５３と第２擬似電流制御スイッチ５４のいずれをオン状態とするかによって擬似電流出力装置５０に供給する電圧を交流２００Ｖと交流１００Ｖとの間で切り替えることができる。これにより、例えば、擬似電流負荷５１を４．０×１０^３［Ω］とした場合、擬似電流出力装置５０が出力する擬似電流を０．０５［Ａ］と０．０２５［Ａ］との間で切り替えて設定することができる。なお、２値の擬似電流値は、後述するように発電装置３３の発電状態等に応じて切り換えられる。

同期スイッチ５２は、パワーコンディショナ２０の自立運転スイッチ２４と同期してオン／オフ制御される。すなわち、同期スイッチ５２は、自立運転スイッチ２４と同様に、連系運転時にはオフとなり、自立運転時にはオンとなる。より詳しくは、同期スイッチ５２は、系統との解列／並列の切り替えと切り替えタイミングが同期するスイッチであって、解列時に擬似電流を流し、並列時に擬似電流を流さないものである。自立運転スイッチ２４及び同期スイッチ５２の同期制御は、自立運転スイッチ２４への制御信号の配線を同期スイッチ５２に分岐させることによりハードウェア的に実現される。また、自立運転スイッチ２４及び同期スイッチ５２の同期制御は、制御部２５によりソフトウェア的に実現することも可能である。

図３は、電流センサ４０と系統及び擬似電流出力装置５０との接続を示す図である。リング状の電流センサ４０は、中央部を系統からの系統電力線６０が貫き、擬似電流出力装置５０からの擬似出力配線６１が所定のターン数だけ巻回される。この擬似出力配線６１を電流センサ４０に多く巻きつけるほど、微小な擬似電流で、順潮流方向のより大きな電流を検出することができる。電流センサ４０におけるターン数は、例えば１０ターンとすることができる。

ここで、擬似電流値の大きさについて説明する。本実施形態の電力制御システム１００における発電装置３３には、例えば定格電力値が７００Ｗの燃料電池を用いることができる。そして、発電装置３３は、例えば順潮流方向の電力の制御目標値を３５Ｗとして、電流センサ４０において３５Ｗよりも大きい順潮流を検出できれば発電を開始するように構成することができる。ここでは、先述の２値の擬似電流値のうち、小さい方の擬似電流値が、３５Ｗよりも大きい５０Ｗ相当の順潮流となるように擬似電流値の設定をおこなう。

電流センサ４０を貫通する電力線は交流２００Ｖであるため、５０Ｗ相当の順潮流が流れたときに電流センサ４０を貫通する電流は、５０／２００＝０．２５［Ａ］である。一方、先述の擬似出力配線６１を流れる２値の擬似電流値のうち、小さい方の擬似電流値は０．０２５［Ａ］である。そこで、電流センサ４０に対して０．２５／０．０２５＝１０［ターン］だけ擬似出力配線６１を巻きつけることにより、低い方の擬似電流を選択した場合に、５０Ｗ相当の擬似電流を流すことができる。

ところが、電流センサ４０において何Ｗ相当以上の順潮流を検出した場合に発電装置３３に発電を開始させるかは、発電装置３３の構成次第という側面がある。従って、５０Ｗ相当の順潮流検出では発電装置３３が発電を開始しない場合に、制御部２５は、第２擬似電流制御スイッチ５４をオフ、第１擬似電流制御スイッチ５３をオンとして、擬似電流を２倍の１００Ｗ相当に増加させることができる。

上述の構成により、自立運転時において、第１擬似電流制御スイッチ５３又は第２擬似電流制御スイッチ５４のどちらか一方のみをオンすることにより、３５Ｗ相当以上の所定の擬似電流を電流センサ４０に流すことができる。これにより発電装置３３は、発電を開始し、電流センサ４０が制御目標値である３５Ｗ相当の電流を検出するように動作する。すなわち、汎用の発電装置３３である燃料電池は、順潮流を維持しつつなるべく系統からの供給電力を減らし、発電装置３３自身の発電で負荷３２への供給をまかなうように動作する。ところが自立運転時において電流センサ４０に流れるのは擬似電流のみであり、発電装置３３は、いくら発電電力を増加させても電流センサ４０における検出電流は減少しない。この結果、発電装置３３は、自身で発電可能な最大電力である７００Ｗでの定格運転をおこなうことになる。

なお、本実施形態において決定した５０Ｗ相当及び１００Ｗ相当の擬似電流は、あくまで一実施形態に過ぎず、他の擬似電流値を選択可能である。また、これらの擬似電流値を実現するための擬似電流負荷５１及び擬似出力配線６１のターン数についてもさまざまな選択が可能である。例えば、擬似電流負荷５１を２倍の８．０×１０^３［Ω］として擬似出力配線６１に流れる電流を半分にすると共に、擬似出力配線６１のターン数を２倍の２０ターンとして、同じ５０Ｗ相当及び１００Ｗ相当の擬似電流を確保するように構成してもよい。

これ以降、本実施形態に係る電力制御システム１００における制御例を図面により詳述する。

（連系運転時の制御例）
図４は、連系運転時の電力制御システム１００の制御例を示す図である。この場合、パワーコンディショナ２０の各スイッチは、連系運転スイッチ２２、２３がオン、自立運転スイッチ２４がオフに制御される。また、擬似電流出力装置５０の各スイッチは、同期スイッチ５２、第１擬似電流制御スイッチ５３及び第２擬似電流制御スイッチ５４は、いずれもオフに制御される。

連系運転時には、太線矢印で示すように、系統より交流１００Ｖ（あるいは２００Ｖ）が供給されて、負荷３２に給電される。また、パワーコンディショナ２０は、蓄電池１２の充電が完了していない場合、系統からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池１２を充電する。また、パワーコンディショナ２０は、太陽電池１１の発電電力を交流電力に変換して系統に逆潮流したり、余剰電力を売電したりすることができる。また、パワーコンディショナ２０は、系統からの電力及び分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）の電力を擬似電流出力装置５０に出力可能な構成を有するが、連系運転時には同期スイッチ５２はオフであるため、電流センサ４０への擬似電流の供給が行われない。電流センサ４０には、系統から順潮流（買電方向の電流）が流れるため、発電装置３３は発電を行い、太線矢印で示すように分電盤３１を経て負荷３２に電力を供給する。

次に、図５乃至図８により自立運転時の電力制御システム１００の制御例を説明する。

（自立運転時の初期設定）
先述のように、発電装置３３が発電を開始するためにどの程度の順潮流電力の検出が必要であるかは、発電装置３３の構成に依存する。そこで、本実施形態では、事前に発電装置３３を試験的に動作させて、大小どちらの擬似電流を使用するかを決定し、初期設定をおこなうことができる。

図５は、自立運転時における擬似電流の初期設定をおこなうための制御フローを示す。まず、パワーコンディショナ２０は、第２擬似電流制御スイッチ５４をオン、第１擬似電流制御スイッチ５３をオフとして、擬似電流出力装置５０に交流１００Ｖが供給されるように制御をおこなう（ステップＳ５０１）。なお、自立運転時には、自立運転スイッチ２４と連動して同期スイッチ５２がオンとなっているため、第２擬似電流制御スイッチ５４がオンされると同時に、擬似出力配線６１には擬似電流が流れる。

次に、パワーコンディショナ２０は、発電装置３３が発電を開始したか否かを判定する（ステップＳ５０２）。この発電動作を開始したか否かの判定は、例えば、発電装置３３としての燃料電池に供給されるガス流量の計測、発電装置３３が出力するステータス信号、又は発電装置３３が出力する電流の流れる向き及び大きさ等によりおこなうことができる。

パワーコンディショナ２０は、ステップＳ５０２において、発電装置３３が発電を開始したと判定すると、交流１００Ｖを擬似電流出力装置５０に供給する電源として選定する（ステップＳ５０３）。すなわち、パワーコンディショナ２０は、第２擬似電流制御スイッチ５４をオンし、第１擬似電流制御スイッチ５３をオフしている状態を保存する。

一方、パワーコンディショナ２０は、ステップＳ５０２において、発電装置３３が発電を開始していないと判定すると、交流２００Ｖを擬似電流出力装置５０に供給する電源として選定する（ステップＳ５０４）。すなわち、パワーコンディショナ２０は、第２擬似電流制御スイッチ５４をオフし、第１擬似電流制御スイッチ５３をオンする状態を保存する。以上により、パワーコンディショナ２０は、自立運転時における擬似電流の初期設定を終了する。

なお、図５の初期設定により選定した供給電源を、以降の全ての擬似電流印加時に使用してもよいし、以降の制御フローにおいて適宜選定を見直すように構成してもよい。

（自立運転時の発電動作）
次に、自立運転時における発電装置３３の発電動作の一例を説明する。図６は、自立運転時において、発電装置３３が発電動作をおこなうための制御フローを示す。なお、この制御フローの開始時において、蓄電池１２の充電は完了していないものとする。

まず、パワーコンディショナ２０は、第２擬似電流制御スイッチ５４をオフ、第１擬似電流制御スイッチ５３をオンとして、擬似電流出力装置５０に交流２００Ｖが供給されるように制御をおこなう（ステップＳ６０１）。なお、自立運転時には、自立運転スイッチ２４と連動して同期スイッチ５２がオンとなっているため、第１擬似電流制御スイッチ５３がオンされると同時に、擬似出力配線６１に擬似電流が流れ、発電装置３３は発電を開始する。

次に、パワーコンディショナ２０は、所定の一定時間が経過するまで同じ状態を維持して、発電装置３３に発電動作を継続させる（ステップＳ６０２）。汎用の発電装置の中には、発電開始から定格発電に至るまでの所定時間は、より大きな順潮流を検出させるタイプの装置が存在する。ステップＳ６０２は、そのような発電装置を接続した場合においても、擬似電流によって発電装置に継続して発電させるための制御ステップである。

パワーコンディショナ２０は、ステップＳ６０２により一定時間が経過すると、第２擬似電流制御スイッチ５４をオン、第１擬似電流制御スイッチ５３をオフとして、擬似電流出力装置５０に交流１００Ｖが供給されるように制御をおこなう（ステップＳ６０３）。発電装置３３が発電を開始してから所定時間経過後は、検出すべき順潮流が少なくなることを前提とした制御ステップであり、このステップＳ６０３により、擬似電流負荷５１における不必要な消費電力を抑えることができる。

ステップＳ６０３により、擬似電流が小さくなるように設定した後、パワーコンディショナ２０は、蓄電池１２が満充電状態にあるか否かを判定する（ステップＳ６０４）。そして、満充電であると判定した場合には、パワーコンディショナ２０は、第２擬似電流制御スイッチ５４をオフにして、擬似電流をオフさせる（ステップＳ６０５）。

ステップＳ６０５における擬似電流のオフにより、発電装置３３は発電を停止し、本制御フローは終了する。

なお、図６における発電時の制御フローは、図５の初期設定時の制御フローとは独立したものとして説明したが、図５の制御フローと図６の制御フローを一連のものとして動作させてもよい。

すなわち、図５における初期設定のステップＳ５０３において、交流１００Ｖを擬似電流出力装置５０に供給する電源として選定した場合には、図６の制御フローのステップＳ６０１において、擬似電流出力装置５０に交流２００Ｖが供給されるように制御をおこなう代わりに、当初から交流１００Ｖが供給されるように制御をおこなってもよい。

また、図５における初期設定のステップＳ５０４において、交流２００Ｖを擬似電流出力装置５０に供給する電源として選定した場合には、図６の制御フローのステップＳ６０３において、擬似電流出力装置５０に交流１００Ｖが供給されるように設定変更する代わりに、継続して交流２００Ｖが供給されるように制御をおこなってもよい。

また、図６のステップＳ６０２において、所定の一定時間が経過するまで擬似電流が大きい状態を維持して、発電装置３３に発電動作を継続させるように構成したが、発電装置３３の状態又は動作履歴等を考慮して、この一定時間を適宜見直すように構成してもよい。また、一定時間経過させる代わりに、発電装置３３における発電電力が所定の電力に達した後に、擬似電流を低い値に設定するように構成してもよい。

図７は、自立運転時に発電装置３３が発電をおこなっている場合の電力制御システム１００の動作状態を示したものである。パワーコンディショナ２０の各スイッチは、連系運転スイッチ２２、２３がオフ、自立運転スイッチ２４がオンに制御されている。また、擬似電流出力装置５０の各スイッチは、同期スイッチ５２はオンに制御される。第１擬似電流制御スイッチ５３及び第２擬似電流制御スイッチ５４はいずれか一方のみがオンとなるように制御される。図７は、ステップ６０３等において、擬似電流が小さく設定されている場合の制御例を示しており、第１擬似電流制御スイッチ５３がオフ、第２擬似電流制御スイッチ５４がオンに制御される。

図７に示す通り、自立運転時に発電装置３３が発電を行う場合、発電装置３３により擬似電流出力装置５０に電力が供給される。そして、擬似電流出力装置５０に供給された電力の一部は擬似電流として電流センサ４０に供給される。このとき、電流センサ４０は順潮流（買電方向の電流）を検出するため、発電装置３３は定格運転での発電を実行する。分電盤３１は、発電装置３３が発電した電力を負荷３２に供給するとともに、負荷３２の消費電力を上回る余剰電力については、パワーコンディショナ２０に供給する。余剰電力は、パワーコンディショナ２０において、自立運転スイッチ２４を経てインバータ２１により直流電力に変換され、蓄電池１２へと給電される。

なお、自立運転時に発電装置３３が発電を行う場合、発電装置３３から擬似電流出力装置５０に電力供給する代わりに、太陽電池１１又は蓄電池１２から擬似電流出力装置５０に電力供給をおこなってもよい。

図８は、図６のステップＳ６０５において、蓄電池１２への充電が完了して擬似電流をオフにした後の電力制御システム１００の動作状態を示す。擬似電流がオフされることにより、発電装置３３は発電を停止する。そして、発電装置３３に代わって、蓄電池１２が放電を開始し、放電された電力がインバータ２１により交流電力に変換され、自立運転スイッチ２４及び分電盤３１を経て負荷３２へと給電される。なお、蓄電池１２から負荷３２に電力が供給される代わりに、太陽電池１１から負荷３２に電力供給されるように構成してもよい。

図８に示す動作により蓄電池１２から負荷３２へと電力が給電され、蓄電池１２における充電量がある所定の閾値を下回った場合には、再度擬似電流がオンされ、発電装置３３は発電を再開する。

このように、本実施形態によれば、パワーコンディショナ２０は、発電装置３３と他の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）とを系統から解列し、自立運転スイッチ２４をオンした状態で、発電装置３３又は他の分散電源からの電力を供給可能な擬似電流出力装置５０を有し、擬似電流出力装置５０からの出力により、電流センサ４０に対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能である。これにより、複数の分散電源の間での効率的な運転制御を、分散電源側の汎用性を崩すことなく管理することが可能となる。より詳しくは、自立運転時に、電流センサ４０に擬似電流を流すことによって、発電装置３３に発電させることが可能となる。また、電流センサ４０への擬似電流を利用して発電装置３３の発電を制御するため、発電装置３３自体に特別な変更を加える必要がなく、汎用の燃料電池システム及びガス発電システムが流用できるという利点がある。

また、本実施形態によれば、同期スイッチ５２は、系統との解列／並列の切り替えと切り替えタイミングが同期するスイッチであって、解列時に擬似電流を流し、並列時に擬似電流を流さない。これにより、系統と解列している自立運転時に電流センサ４０に擬似電流が流れる一方、系統と並列している連系運転時に電流センサ４０に擬似電流が流れることはなく、誤って発電装置３３からの逆潮流が発生することはない。

また、本実施形態によれば、自立運転スイッチ２４は、連系運転時にオフになり分散電源による自立運転時にオンになり、発電装置３３と他の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）との間に配される。これにより、自立運転時に、自立運転スイッチ２４を通じて、発電装置３３が発電する電力を他の分散電源側に供給することが可能となる。

また、蓄電池１２は、自立運転スイッチ２４がオンされているときに発電装置３３からの電力を充電可能である。これにより、自立運転時に、発電装置３３が発電する電力であって、例えば、負荷３２の消費電力を上回る余剰電力を蓄電池１２に蓄電することが可能となる。

本実施形態によれば、擬似電流出力装置５０に供給される電圧を切り替えることができる。この構成により擬似電流の大きさを切り替えることが可能となるため、順潮流の検出が十分におこなわれないことに起因して発電装置３３による発電がおこなわれないという事態を回避することができる。

また、本実施形態によれば、発電装置３３又は他の分散電源の単相３線の電力線から得られる交流２００Ｖ及び交流１００Ｖを擬似電流出力装置５０に供給する。この構成により、新たな電源を用いることなく、簡易な構成で擬似電流の切り替えが可能となる。

また、本実施形態によれば、発電装置３３が発電を開始しない場合に交流２００Ｖを選択して擬似電流を増加させる。この構成により、必要なときにのみ擬似電流を増加させるので、擬似電流負荷５１における消費電力を抑えることができる。

本発明を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段又はステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１１ 太陽電池
１２ 蓄電池
２０ パワーコンディショナ（電力制御装置）
２１ インバータ
２２、２３ 連系運転スイッチ
２４ 自立運転スイッチ
２５ 制御部
３１ 分電盤
３２ 負荷
３３ 発電装置
４０ 電流センサ
５０ 擬似電流出力装置
５１ 擬似電流負荷
５２ 同期スイッチ
５３ 第１擬似電流制御スイッチ
５４ 第２擬似電流制御スイッチ
６０ 系統電力線
６１ 擬似出力配線
１００ 電力制御システム

Claims (8)

1. 電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源との制御を行う電力制御装置と、
   前記発電装置又は前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力により、前記電流センサに対して順潮流と同方向の電流である擬似電流を供給可能な擬似電流出力装置と
   を備え、
   前記出力は複数の異なる電圧を有し、前記擬似電流出力装置への供給電源を前記異なる電圧の中から選択可能としたことを特徴とする電力制御システム。
2. 前記擬似電流出力装置は、系統から解列した自立運転時に前記擬似電流を出力可能である、請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記異なる電圧は単相３線の交流１００Ｖ及び交流２００Ｖを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力制御システム。
4. 前記電力制御装置は、前記異なる電圧の選択制御をおこなう制御部を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力制御システム。
5. 前記制御部は、前記発電装置が発電出来ない場合に、前記異なる電圧の、より高い電圧を選択する、請求項４に記載の電力制御システム。
6. 前記他の分散電源は蓄電池を含み、前記制御部は、前記蓄電池の充電状態に応じて前記擬似電流のオン／オフ制御をおこなう、請求項４または５に記載の電力制御システム。
7. 電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源との制御を行う電力制御システムの制御方法であって、
   前記発電装置又は前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力であって複数の異なる電圧を有する該出力から、擬似電流への供給電源となる一の電圧を選択する電圧選択ステップと、
   前記電流センサに対して順潮流と同方向の電流である前記擬似電流を供給する擬似電流供給ステップを含むことを特徴とする電力制御システムの制御方法。
8. 電流センサが順潮流を検出する間発電を行う発電装置と他の分散電源との制御を行う電力制御装置であって、
   前記発電装置又は前記他の分散電源の少なくとも一方からの出力であって複数の異なる電圧を有する該出力から、前記電流センサに対して供給される順潮流と同方向の電流である擬似電流への供給電源となる、一の電圧を選択する制御部を備えることを特徴とする電力制御装置。

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