JP6208335B2 - 電力制御装置、電力制御方法及び電力制御システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１４年４月２４日に日本国に特許出願された特願２０１４−９０６３９の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。

本発明は、複数の分散電源を制御する電力制御装置、電力制御方法及び電力制御システムに関するものである。

複数の分散電源を制御するシステムとして、例えば特許文献１には、発電した電力を電力負荷に供給する発電装置と、電力負荷に電力を供給する蓄電池と、蓄電池から電力負荷に供給される電力を測定する電力測定器と、制御器と、を備える電力供給システムが開示されている。この電力供給システムでは、電力負荷が電力を消費している期間において、電力測定器によって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力になるように、制御器によって発電装置及び蓄電池を制御するようにしている。

特開２０１３−２４３７９４号公報

分散電源として発電装置及び蓄電池を用いる場合、発電装置として太陽電池や燃料電池等の複数の発電装置を用いることが想定される。この場合、太陽電池、燃料電池、蓄電池等の複数の分散電源を一元的に管理・運用することが望まれる。

ところが、燃料電池は、その特性上、発電量を減らす方向の制御に対しては十分な追従性が得られるが、増やす方向に対しては十分な追従性が得られない。また、燃料電池は、燃料を使用することから、出力（発電量）を絞って経済性を高く運用することが望まれる。そのため、このような電力供給システムでは、蓄電池の蓄電量（蓄電残量）が少ないときに、燃料電池の発電量に制限をかけていると、太陽電池の出力が急減したり負荷が急増したりして蓄電量では負荷の電力を賄いきれなくなった場合に、燃料電池の発電量が追従できず、負荷を使用できなくなる状態が起こることが懸念される。

したがって、上記のような課題に鑑みてなされた本発明の目的は、複数の分散電源を適切に運転制御して負荷に安定して電力を供給できる電力制御装置、電力制御方法及び電力制御システムを提供することにある。

上述した課題を解決する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する燃料電池と太陽電池と蓄電池とを含む電力制御システムに用いられる電力制御装置であって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記蓄電池の蓄電量及び前記太陽電池の出力値の少なくとも一方を取得し、取得された前記蓄電量及び前記出力値の少なくとも一方に基づいて、前記擬似出力部による前記擬似電流の出力を制御する。

さらに、上述した課題を解決する本発明に係る電力制御方法は、電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料電池と太陽電池と蓄電池と前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部とを制御する制御部を含む電力制御システムの電力制御方法であって、
前記蓄電池の蓄電量及び前記太陽電池の出力値の少なくとも一方を取得する第１ステップと、
取得された前記蓄電量及び前記出力値の少なくとも一方に基づいて、前記擬似出力部による前記擬似電流の出力を制御する第２ステップと、
前記燃料電池が、前記電流センサにより検出される前記擬似電流に基づいた発電を行う第３ステップと、
を含む。

本発明の１つの実施の形態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する燃料電池と太陽電池と蓄電池と前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部とを制御する制御部を含む電力制御システムであって、
前記制御部は、系統から解列した状態で、前記蓄電池の蓄電量及び前記太陽電池の出力値の少なくとも一方に基づいて、前記擬似出力部による前記擬似電流の出力を制御し、前記燃料電池が、前記電流センサにより検出される前記擬似電流に基づいた発電を行う。

本発明によると、複数の分散電源を適切に運転制御して負荷に安定して電力を供給することが可能となる。

第１実施の形態に係る電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。 図１の擬似電流回路の配線を示す図である。 連系運転時の制御例を示す図である。 自立運転時の制御例を示す図である。 自立運転時の制御例を示すフローチャートである。 自立運転時の燃料電池の発電量の制御例を示す図である。 自立運転時の燃料電池の発電量の他の制御例を示す図である。 第２実施の形態に係る電力制御システムによる自立運転時の制御例を示すフローチャートである。 図８の第２優先順位による制御例を示すフローチャートである。 第２優先順位による制御での燃料電池の発電量の制御例を示す図である。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る電力制御システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示す電力制御システムは、太陽電池１１と、蓄電池１２と、パワーコンディショナ（電力制御装置）２０と、分電盤３１と、負荷３２と、燃料電池３３とを備える。ここで、燃料電池３３は、例えばＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）などである。

電力制御システムは、通常は系統（商用電源系統）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、燃料電池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、各分散電源からの電力を各負荷（負荷３２、擬似電流負荷５１）に供給する。なお、電力制御システムが自立運転を行う場合、各分散電源は系統から解列した状態であり、電力制御システムが連系運転を行う場合、各分散電源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、各階層を含め、様々な方式を採用可能である。例えば、制御信号及び情報の通信には、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、制御信号及び情報の通信には、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、それぞれの通信においては、当該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 Profile ２．０）、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（例えば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や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、燃料電池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、系統及び燃料電池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、取得部２５と、記憶部２６と、電力制御システム全体を制御する制御部２７と、電流センサ４０と、擬似電流回路（擬似出力部）５０と、を備える。なお、連系運転スイッチ２３及び擬似電流回路５０は、パワーコンディショナ２０の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、系統及び燃料電池３３から供給される交流の電力を直流の電力に変換する。なお、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、燃料電池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。なお、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２７によりソフトウェア的に実現することも可能である。

取得部２５は、太陽電池１１の出力値及び蓄電池１２の蓄電量（蓄電残量）を適宜のタイミングで取得する。取得された出力値及び蓄電量は、制御部２７に送信される。記憶部２６は、例えば半導体メモリ等で構成されるもので、各種情報やパワーコンディショナ２０を動作させるためのプログラム等を記憶するとともに、ワークメモリとしても機能する。また、記憶部２６は、取得部２５が取得した出力値及び蓄電量を記憶するとともに、蓄電量に対応する燃料電池３３の発電量をテーブルとして記憶する。

制御部２７は、例えばマイクロコンピュータで構成され、系統電圧の上昇や停電等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２７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２７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。また、制御部２７は、取得部２５で取得された太陽電池１１の最新の出力値及び蓄電池１２の最新の蓄電量に基づいて、インバータ２１及び擬似電流回路５０を制御する。なお、電流センサ４０及び擬似電流回路５０については、後述する。

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、複数の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、燃料電池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や、商工業施設で使用される空調機や照明器具などの機械、照明設備等である。

燃料電池３３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、燃料電池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。

燃料電池３３は、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、発電時に負荷３２の消費電力に追従する負荷追従運転、蓄電池１２の蓄電量に追従する蓄電量追従運転又は所定の定格電力値による定格運転を行う。負荷追従運転時及び蓄電量追従運転時の追従範囲は、例えば２００Ｗ〜７００Ｗである。定格運転時の定格電力値は、例えば２００Ｗ又は７００Ｗである。燃料電池３３は、連系運転時は負荷追従運転又は定格運転を行い、自立運転時は蓄電量追従運転又は定格運転を行う。

電流センサ４０は、系統及び燃料電池３３の間を流れる電流を検出するものである。日本では、燃料電池３３が発電する電力は売電ができないもの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、燃料電池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、燃料電池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、蓄電量追従運転又は定格運転での発電を実行する。なお、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燃料電池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、図１の電力制御システムは、燃料電池３３と蓄電池１２とが系統から解列した状態で、擬似電流回路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、電力制御システムは、燃料電池３３を蓄電量追従運転又は定格運転させて、燃料電池３３が発電する電力を負荷３２に給電する。以下、擬似電流回路５０を通じた擬似電流による燃料電池３３の発電制御について詳述する。

擬似電流回路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。擬似電流回路５０は、パワーコンディショナ２０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、擬似電流制御スイッチ５３とを備える。

図２は、擬似電流回路５０の配線を示す図である。図２において、系統は、２００Ｖの単相３線としている。この場合、擬似電流回路５０に対して、電圧線の一方と中性線とが接続される。図示の通り、擬似電流回路５０の接続線は、２本の電圧線の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。なお、擬似電流回路５０は、パワーコンディショナ２０と一体的に構成してもよいし、パワーコンディショナ２０とは独立した構成としても良い。

擬似電流負荷５１は、擬似電流回路５０内の電流調整のために適宜設けられる負荷である。なお、擬似電流負荷５１として、擬似電流回路５０の外部の負荷を用いてもよい。あるいは、制御部２５は、擬似電流回路５０の制御をすることで擬似電流を順潮流に対して逆方向に流し、電流センサ４０が検出する見かけの電流を調整する。同期スイッチ５２は、パワーコンディショナ２０から擬似電流回路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。擬似電流制御スイッチ５３は、擬似電流による燃料電池３３の不要な発電を防ぐためのものである。同期スイッチ５２及び擬似電流制御スイッチ５３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２７により、それぞれ独立にオン／オフ制御される。

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。なお、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２７によりソフトウェア的に実現することも可能である。

擬似電流制御スイッチ５３は、蓄電池１２の充電が完了した場合にオフとなり、充電が完了していない場合にオンとなる。ここで、蓄電池１２の充電が完了した場合とは、蓄電池１２に所定値以上の電力が充電されている場合を示すものである。なお、制御部２７は、取得部２５を介して蓄電池１２との通信によって充電が完了しているか否かを判定するよう構成してもよい。自立運転時に蓄電池１２の充電が完了し擬似電流制御スイッチ５３がオフになると、電流センサ４０に擬似電流が流れなくなるため、燃料電池３３は不要な発電を停止させることができる。

次に、図１の電力制御装置システムにおける制御例を説明する。

図３は、連系運転時の電力制御システム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、擬似電流回路５０の各スイッチは、同期スイッチ５２はオフ、擬似電流制御スイッチ５３は蓄電池１２の充電量に応じてオン又はオフに制御される。

連系運転時には、太線矢印で示すように、系統からＡＣ１００Ｖ（あるいは２００Ｖ）が供給されて、負荷３２に給電される。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）の電力を擬似電流回路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。これにより、燃料電池３３は、発電量が制限された状態で負荷追従運転を行い、分電盤３１を経て負荷３２に電力を供給する。

図４は、自立運転時の電力制御システムの制御例を示す図である。なお、図４において、蓄電池１２の充電は完了していないものとする。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がオフ、自立運転スイッチ２４がオンに制御される。また、擬似電流回路５０の各スイッチは、同期スイッチ５２はオン、擬似電流制御スイッチ５３はオンに制御される。

自立運転時には、パワーコンディショナ２０により、自立運転スイッチ２４を介して分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）の電力が負荷３２及び擬似電流回路５０に供給される。ここで、燃料電池３３の発電量を、連系運転時と同様に制限していると、蓄電池１２の蓄電量が少ないときに、太陽電池１１の発電量が急減したり負荷３２が急増したりした場合に、上述したように、燃料電池３３の発電量が追従できず、電力制御システムは負荷３２を使用できなくなる状態が起こることが懸念される。

そこで、本実施の形態では、取得部２５で取得された最新の蓄電池１２の蓄電量に基づいて、制御部２７により燃料電池３３の発電量を制御する。以下、図５及び図６を参照して、自立運転時の制御例についてさらに詳細に説明する。

図５は、自立運転時の制御例を示すフローチャートである。図６は、自立運転時の燃料電池３３の発電量の制御例を示す図である。図５において、制御部２７は、先ず、取得部２５で取得された蓄電量Ａ（Ｗｈ）が閾値ａ２（第２閾値）以上か否かを判定する（ステップＳ５０１）。閾値ａ２は、例えば蓄電池１２の充電が完了したと判定される蓄電量で、例えば満蓄電量ａｍａｘの７５％の値に設定する等、適宜設定することができる。

ステップＳ５０１において、蓄電量Ａが、ａ２以上と判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部２７は擬似電流回路５０の擬似電流制御スイッチ５３をオフとして、燃料電池３３の発電動作を停止させる（ステップＳ５０３）。

その後、制御部２７は、蓄電量Ａが閾値ａ２未満で、閾値ａ２よりも小さい閾値ａ１（第１閾値）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５０５）。閾値ａ１は、負荷３２の消費電力に基づいて、例えば蓄電池１２の満蓄電量の２５％の値に設定する等、適宜設定することができる。一方、ステップＳ５０１において、蓄電量Ａが閾値ａ２未満と判定された場合（ＮＯの場合）、制御部２７はステップＳ５０５の処理を実行する。

ステップＳ５０５において、蓄電量Ａが、ａ２＞Ａ＞ａ１、と判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部２７は記憶部２６に記憶されているテーブルに従って、燃料電池３３の発電量Ｂ（Ｗ）を蓄電量Ａ及び電流センサ４０が検出する擬似電流に基づいて設定して、燃料電池３３を蓄電量追従運転する（ステップＳ５０７）。その後、制御部２７は、蓄電量Ａが閾値ａ１以下か否かを判定する（ステップＳ５０９）。一方、ステップＳ５０５において、蓄電量Ａが、ａ２＞Ａ＞ａ１にないと判定された場合（ＮＯの場合）、制御部２７はステップＳ５０９の処理を実行する。

ステップＳ５０９において、蓄電量Ａが閾値ａ１以下と判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部２７は発電量Ｂを予め定められた第１所定値に設定して（ステップＳ５１１）、燃料電池３３を第１所定値で定格運転する。ここで、第１所定値は、例えば燃料電池３３の出力の最大値ｂｍａｘ、例えば７００Ｗに設定してもよいし、最大値ｂｍａｘよりも低い所定値に設定してもよい。本実施の形態では、便宜上、第１所定値を最大値ｂｍａｘとする。一方、ステップＳ５０９において、蓄電量Ａが閾値ａ１以下でないと判定された場合（ＮＯの場合）、制御部２７はステップＳ５０１に移行して、上記の処理を繰り返す。

なお、上記の自立運転時において、燃料電池３３での発電量Ｂのうち、負荷３２の消費電力を上回る余剰電力は、適宜、蓄電池１２の充電に使用される。

このように、本実施の形態では、自立運転時に、蓄電池１２の蓄電量Ａを確認し、蓄電量Ａが満充電とみなされる閾値ａ２以上の場合は、燃料電池３３による発電動作を停止させる。これにより、電力制御システムは、太陽電池１１の出力値が急減したり負荷３２が急増したりした場合でも、負荷３２に安定して電力を供給することができるとともに、ガスの消費を抑えることができる。また、蓄電量Ａがａ２＞Ａ＞ａ１にある場合は、電力制御システムは、燃料電池３３の発電量Ｂを蓄電池１２の蓄電量Ａ及び電流センサ４０が検出する擬似電流に基づいて制御し、蓄電池１２の蓄電量Ａが閾値ａ１以下の場合は、燃料電池３３を最大発電量ｂｍａｘで定格運転する。これにより、電力制御システムは、太陽電池１１の出力値が急減したり負荷３２が急増したりした場合でも、負荷３２に安定して電力を供給することができる。

なお、自立運転時は、擬似電流回路５０の擬似電流制御スイッチ５３を常時オンとし、図５のステップＳ５０１において、蓄電量Ａが、ａ２以上と判定された場合は、ステップＳ５０３において発電を停止させることなく、発電量Ｂを第１所定値よりも小さい予め定めた第２所定値に設定して、燃料電池３３を第２所定値で定格運転してもよい。ここで、第２所定値は、図７に示すように、燃料電池３３の出力の最小値ｂｍｉｎ、例えば２００Ｗに設定してもよいし、最小値ｂｍｉｎよりも高い所定値に設定してもよい。図７では、便宜上、第２所定値を最小値ｂｍｉｎとする。また、図６及び図７において、蓄電量Ａが閾値ａ２と閾値ａ１との間にある場合の蓄電量追従運転では、蓄電量Ａに対して燃料電池３３の発電量Ｂを直線的に変化させる場合に限らず、ステップ状に変化させてもよいし、曲線状に変化させてもよい。

（第２実施の形態）
次に、第２実施の形態に係る電力制御システムついて説明する。太陽電池、蓄電池、燃料電池を含む分散電源を有する電力制御システムにおいて、自立運転時の分散電源の使用の優先順位は、ユーザ視点での経済性を考慮すると、一般的には、太陽電池、蓄電池、燃料電池の順位になる。しかし、この優先順位を固定してしまうと、例えば太陽電池が充分発電していない場合で、蓄電池の蓄電量（蓄電残量）が少ない場合は、負荷を使用できなくなる状態が起こる場合がある。

そこで、本実施の形態では、図１に示した構成の電力制御システムにおいて、電力制御装置を構成するパワーコンディショナ２０により、自立運転時の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、燃料電池３３）の使用の優先順位を、太陽電池１１の出力値に基づいて制御する。以下、本実施の形態による動作について説明する。なお、連系運転時の動作については、第１実施の形態と同様であるので説明を省略し、自立運転時の動作について説明する。

図８は、自立運転時の制御例を示すフローチャートである。先ず、制御部２７は、取得部２５で取得された太陽電池１１の出力値Ｃ（Ｗ）が順位基準値ｃ０以上か否かを判定する（ステップＳ８０１）。順位基準値ｃ０は、例えば負荷３２を充分稼動できる出力値で、適宜設定することができる。その結果、Ｃ≧ｃ０の場合（ＹＥＳの場合）、制御部２７は、分散電源の使用の優先順位を、太陽電池１１、蓄電池１２、燃料電池３３とする第１優先順位に設定して第１優先順位による制御を実行する（ステップＳ８０３）。これに対し、Ｃ＜ｃ０の場合（ＮＯの場合）、制御部２７は、分散電源の使用の優先順位を、燃料電池３３、蓄電池１２の第２優先順位に設定して第２優先順位による制御を実行する（ステップＳ８０５）。

ステップＳ８０３の第１優先順位による制御では、制御部２７は、例えば第１実施の形態と同様に燃料電池３３の発電量を制御して自立運転を行う。また、ステップＳ８０５の第２優先順位による制御では、制御部２７は、例えば図９及び図１０に示すように燃料電池３３の発電量を制御して自立運転を行う。

図９は、自立運転時の第２優先順位による制御例を示すフローチャートである。図１０は、第２優先順位による制御での燃料電池３３の発電量の制御例を示す図である。本実施の形態において、記憶部２６は、太陽電池１１の出力値Ｃ（Ｗ）に対応する燃料電池３３の発電量Ｂ（Ｗ）をテーブルとして記憶する。図９において、制御部２７は、先ず、取得部２５で取得された太陽電池１１の出力値Ｃが閾値ｃ４（第４閾値）以上か否かを判定する（ステップＳ９０１）。閾値ｃ４は、例えば負荷３２をほぼ安定して稼動できる出力値で、例えば太陽電池１１の最大出力値ｃｍａｘの７５％の値に設定する等、適宜設定することが可能である。

ステップＳ９０１において、出力値Ｃが、ｃ４以上と判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部２７は発電量Ｂを予め定めた第４所定値に設定して、燃料電池３３を第４所定値で定格運転する（ステップＳ９０３）。ここで、第４所定値は、第１実施の形態の第２所定値と同じに設定してもよいし、第２所定値とは異なる値に設定してもよい。本実施の形態では、便宜上、第４所定値を最小値ｂｍｉｎ、例えば２００Ｗに設定して燃料電池３３を最小発電量ｂｍｉｎで定格運転する。

その後、制御部２７は、出力値Ｃが閾値ｃ４未満で、閾値ｃ４よりも小さい閾値ｃ３（第３閾値）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ９０５）。閾値ｃ３は、負荷３２の消費電力に基づいて、例えば太陽電池１１の最大出力値の２５％の値に設定する等、適宜設定することができる。なお、上記の順位基準値ｃ０は、例えば閾値ｃ４と閾値ｃ３との間の適宜の値に設定することができる。一方、ステップＳ９０１において、出力値Ｃが閾値ｃ４未満と判定された場合（ＮＯの場合）、制御部２７はステップＳ９０５の処理を実行する。

ステップＳ９０５において、出力値Ｃが、ｃ４＞Ｃ＞ｃ３、と判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部２７は記憶部２６に記憶されているテーブルに従って、燃料電池３３の発電量Ｂを出力値Ｃ及び電流センサ４０が検出する擬似電流に基づいて設定して、燃料電池３３を出力値追従運転する（ステップＳ９０７）。その後、制御部２７は、出力値Ｃが閾値ｃ３以下か否かを判定する（ステップＳ９０９）。一方、ステップＳ９０５において、出力値Ｃが、ｃ４＞Ｃ＞ｃ３にないと判定された場合（ＮＯの場合）、制御部２７はステップＳ９０９の処理を実行する。

ステップＳ９０９において、出力値Ｃが閾値ｃ３以下と判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部２７は発電量Ｂを予め定めた第３所定値に設定して、燃料電池３３を第３所定値で定格運転する（ステップＳ９１１）。ここで、第３所定値は、第１実施の形態の第１所定値と同じに設定してもよいし、第１所定値とは異なる値に設定してもよい。本実施の形態では、便宜上、第３所定値を最大値ｂｍａｘ、例えば７００Ｗに設定して、燃料電池３３を最大発電量ｂｍａｘで定格運転する。一方、ステップＳ９０９において、出力値Ｃが閾値ｃ３以下でないと判定された場合（ＮＯの場合）、制御部２７はステップＳ９０１に移行して、上記の処理を繰り返す。

なお、上記の自立運転時において、燃料電池３３での発電量Ｂのうち、負荷３２の消費電力を上回る余剰電力は、第１実施の形態の場合と同様に、適宜、蓄電池１２の充電に使用される。

このように、本実施の形態では、自立運転時に、太陽電池１１の出力値Ｃを確認して、出力値Ｃと順位基準値ｃ０とを比較し、Ｃ≧ｃ０の場合は、太陽電池１１、蓄電池１２、燃料電池３３とする第１優先順位で分散電源を制御し、Ｃ＜ｃ０の場合は、燃料電池３３、蓄電池１２の第２優先順位で分散電源を制御する。そして、第２優先順位による制御では、出力値Ｃが負荷３２をほぼ安定して稼動できる閾値ｃ４以上の場合は、燃料電池３３を最小発電量ｂｍｉｎで定格運転する。これにより、電力制御システムは、太陽電池１１の発電量が急減したり負荷３２が急増したりした場合でも、蓄電池１２の蓄電量に影響されることなく、負荷３２に安定して電力を供給することができるとともに、ガスの消費を抑えることができる。また、電力制御システムは、出力値Ｃがｃ４＞Ｃ＞ｃ３にある場合は、発電量Ｂを出力値Ｃ及び電流センサ４０が検出する擬似電流に基づいて制御し、出力値Ｃが閾値ｃ３以下の場合は、燃料電池３３を最大発電量ｂｍａｘで定格運転する。これにより、電力制御システムは、太陽電池１１の発電量が急減したり負荷３２が急増したりした場合でも、蓄電池１２の蓄電量に影響されることなく、負荷３２に安定して電力を供給することができる。

なお、図１０において、出力値Ｃが閾値ｃ４と閾値ｃ３との間にある場合の出力値追従運転では、出力値Ｃに対して燃料電池３３の発電量Ｂを直線的に変化させる場合に限らず、ステップ状に変化させてもよいし、曲線状に変化させてもよい。また、図８のステップＳ８０３での第１優先順位による制御では、第１実施の形態による制御に限らず、当該優先順位に従って公知の制御を実行してもよい。

本発明を図面や実施の形態に基づき説明したが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や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、これらの変形や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、複数の手段やステップなどを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。また、本発明に係る電力制御システムは、例えば第１実施の形態と第２実施の形態とを組み合わせて、太陽電池１１の出力値と蓄電池１２の蓄電量との双方を考慮して燃料電池３３の発電量を制御してもよい。例えば太陽電池１１の出力値と蓄電池１２の蓄電量とを加算し、その加算電力量と第５閾値及び第６閾値（第５閾値＜第６閾値）との比較に基づいて、第１実施の形態や第２実施の形態と同様に燃料電池３３の発電量を制御してもよい。すなわち、加算電力量が第５閾値以下であるとき、燃料電池３３の発電量を予め定められた第５所定値となるように制御し、加算電力量が第６閾値以上であるとき、燃料電池３３の発電量を第５所定値よりも小さい予め定められた第６所定値となるように制御する。

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 取得部
２６ 記憶部
２７ 制御部
３１ 分電盤
３２ 負荷
３３ 燃料電池
４０ 電流センサ
５０ 擬似電流回路（擬似出力部）
５１ 擬似電流負荷
５２ 同期スイッチ
５３ 擬似電流制御スイッチ

Claims (15)

1. 電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料電池と太陽電池と蓄電池とを含む電力制御システムに用いられる電力制御装置であって、
   前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
   前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記蓄電池の蓄電量及び前記太陽電池の出力値の少なくとも一方を取得し、取得された前記蓄電量及び前記出力値の少なくとも一方に基づいて、前記擬似出力部による前記擬似電流の出力を制御する、ことを特徴とする電力制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記蓄電量が第１閾値以下であるとき、前記燃料電池の発電量を予め定められた第１所定値となるように制御する、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記蓄電量が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上であるとき、前記燃料電池の発電量を前記第１所定値よりも小さい予め定められた第２所定値となるように制御する、請求項２に記載の電力制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記蓄電量が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上であるとき、前記燃料電池の発電動作を停止させて前記燃料電池の発電量をゼロに制御する、請求項２に記載の電力制御装置。
5. 前記制御部は、
   前記出力値が第３閾値以下であるとき、前記燃料電池の発電量を予め定められた第３所定値となるように制御する、請求項１乃至４のいずれかに記載の電力制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記出力値が前記第３閾値よりも大きい第４閾値以上であるとき、前記燃料電池の発電量を前記第３所定値よりも小さい予め定められた第４所定値となるように制御する、請求項５に記載の電力制御装置。
7. 前記制御部は、
   前記蓄電量と前記出力値との加算電力量が第５閾値以下であるとき、前記燃料電池の発電量を予め定められた第５所定値となるように制御する、請求項１に記載の電力制御装置。
8. 前記制御部は、
   前記加算電力量が前記第５閾値よりも大きい第６閾値以上であるとき、前記燃料電池の発電量を前記第５所定値よりも小さい予め定められた第６所定値となるように制御する、請求項７に記載の電力制御装置。
9. 前記制御部は、
   前記順潮流の向きに対して前記擬似電流を逆向きに調整することによって前記燃料電池の発電量を制御する、請求項１乃至８のいずれかに記載の電力制御装置。
10. 電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料電池と太陽電池と蓄電池と前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部とを制御する制御部を含む電力制御システムの電力制御方法であって、
    前記蓄電池の蓄電量及び前記太陽電池の出力値の少なくとも一方を取得する第１ステップと、
    取得された前記蓄電量及び前記出力値の少なくとも一方に基づいて、前記擬似出力部による前記擬似電流の出力を制御する第２ステップと、
    前記燃料電池が、前記電流センサにより検出される前記擬似電流に基づいた発電を行う第３ステップと、
    を含むことを特徴とする電力制御方法。
11. 前記第１ステップでは、
    系統から解列した状態での前記太陽電池の出力値を取得し、
    さらに、第４ステップを含み、
    前記第４ステップでは、
    前記第１ステップで取得された前記出力値と所定の基準値とを比較し、
    前記出力値が所定の基準値以上の場合は、前記燃料電池、前記太陽電池及び前記蓄電池の優先順位を前記太陽電池、前記蓄電池、前記燃料電池の順とする第１優先順位とし、
    前記出力値が所定の基準値未満の場合は、前記燃料電池、前記太陽電池及び前記蓄電池の優先順位を前記燃料電池、前記蓄電池の順とする第２優先順位として、
    系統から解列した状態で、少なくとも前記第２優先順位の場合に、前記第１ステップで取得された前記出力値に基づいて前記燃料電池の発電量を制御する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電力制御方法。
12. 前記第２優先順位では、前記出力値が第３閾値以下であるとき、前記燃料電池の発電量を予め定められた第３所定値となるように制御する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電力制御方法。
13. 前記第２優先順位では、前記出力値が前記第３閾値よりも大きい第４閾値以上であるとき、前記燃料電池の発電量を前記第３所定値よりも小さい予め定められた第４所定値となるように制御する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電力制御方法。
14. 電流センサが順潮流を検出する間発電する燃料電池と太陽電池と蓄電池と前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部とを制御する制御部を含む電力制御システムであって、
    前記制御部は、系統から解列した状態で、前記蓄電池の蓄電量及び前記太陽電池の出力値の少なくとも一方に基づいて、前記擬似出力部による前記擬似電流の出力を制御し、前記燃料電池が、前記電流センサにより検出される前記擬似電流に基づいた発電を行う、
    ことを特徴とする電力制御システム。
15. 前記制御部は、
    前記蓄電量が第１閾値以下であるとき、前記燃料電池の発電量を予め定められた第１所定値となるように制御し、
    前記蓄電量が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上であるとき、前記燃料電池の発電量を前記第１所定値よりも小さい予め定められた第２所定値となるように制御し、
    前記蓄電量が前記第１閾値を超え、前記第２閾値未満にあるとき、前記燃料電池の発電量を前記蓄電量及び前記擬似電流に基づいて制御する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の電力制御システム。

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