JP6694930B2 - 電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力制御システムの制御方法、電力制御システム、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の制御方法、電力制御システム、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の制御方法は、第１電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該第１電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置と、負荷に流れる電流を検出する第２電流センサとを備える電力制御システムの制御方法であって、前記第１電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、前記第２電流センサは前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、前記電力制御装置は、前記第１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出力部と接続され、前記電力制御装置には、系統及び前記発電装置以外の他の分散電源が並列接続されると共に、１本の出力配線の先に分岐部を介して前記負荷及び前記発電装置が並列接続され、前記第１電流センサは前記出力配線に設けられ、前記第２電流センサは前記分岐部と前記負荷の間に設けられ、前記擬似電流は、前記発電装置及び前記他の分散電源が系統から解列した状態において、前記第１電流センサに供給するように制御することで前記発電装置を運転させるための電流であり、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第１順潮流電流値として検出する第１ステップと、前記第１ステップの後、前記第２電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第２順潮流電流値として検出する第２ステップと、前記第２順潮流電流値を前記閾値として記憶する第３ステップとを含むことを特徴とする。

また、前記第２ステップにおける前記第２順潮流電流値を複数回測定し、それらの平均値に基づいて、前記発電装置の発電電力を設定することが好ましい。

また、前記第２順潮流電流値は、前記発電装置が前記負荷に追従したときに検出した電流値であることが好ましい。

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、第１電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該第１電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置と、負荷に流れる電流を検出する第２電流センサとを備える電力制御システムであって、前記第１電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、前記第２電流センサは前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、前記電力制御装置は、前記第１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出力部と接続され、前記電力制御装置には、系統及び前記発電装置以外の他の分散電源が並列接続されると共に、１本の出力配線の先に分岐部を介して前記負荷及び前記発電装置が並列接続され、前記第１電流センサは前記出力配線に設けられ、前記第２電流センサは前記分岐部と前記負荷の間に設けられ、前記擬似電流は、前記発電装置及び前記他の分散電源が系統から解列した状態において、前記第１電流センサに供給するように制御することで前記発電装置を運転させるための電流であり、前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、前記制御部は、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第１順潮流電流値として検出し、第１順潮流電流値の検出の後、前記第２電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第２順潮流電流値として更に検出し、前記第２順潮流電流値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする。

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、第１電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該第１電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置であって、前記第１電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、負荷に流れる電流を検出する第２電流センサが前記電力制御装置と負荷との間に配置され、前記電力制御装置は、前記第１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出力部に接続され、前記電力制御装置には、系統及び前記発電装置以外の他の分散電源が並列接続されると共に、１本の出力配線の先に分岐部を介して前記負荷及び前記発電装置が並列接続され、前記第１電流センサは前記出力配線に設けられ、前記第２電流センサは前記分岐部と前記負荷の間に設けられ、前記擬似電流は、前記発電装置及び前記他の分散電源が系統から解列した状態において、前記第１電流センサに供給するように制御することで前記発電装置を運転させるための電流であり、前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、前記制御部は、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第１順潮流電流値として検出し、第１順潮流電流値の検出の後、前記第２電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第２順潮流電流値として更に検出し、前記第２順潮流電流値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする。

本発明に係る電力制御システムの制御方法、電力制御システム、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における、擬似出力部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の連系運転時の制御例を示す図である。 擬似電流決定モードにおける制御フローを示す図である。 負荷に流れる電流が増加した時の、パワーコンディショナ及び発電装置からの供給電流の変化を示す図である。 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。 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。

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。

（実施の形態）
まず、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１００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接続して用いる。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、およびガス燃料により発電するガス発電機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、第１電流センサ４０と、擬似出力部５０と、発電装置３３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、第２電流センサ７０及び第３電流センサ７１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。なお、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、制御信号また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。制御信号および情報の通信には、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、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および蓄電池１２から供給される直流の電力と、系統および発電装置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、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３，１４と、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、記憶部２６とを備える。パワーコンディショナ２０は、太陽電池１１及び蓄電池１２からの電力を直流のまま接続して電力制御を行う、いわゆるマルチＤＣリンクシステムを構成する。なお、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。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３，１４は、それぞれ太陽電池１１及び蓄電池１２からの直流電力を所定の電圧まで昇圧又は降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３，１４における昇圧比は、あらかじめ設定された固定値を用いてもよいし、制御部２５により適宜制御を行っても良い。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、太陽電池１１からの発電電力に対してＭＰＰＴ（最大電力点追従：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行い、且つ所定の電圧まで昇圧又は降圧を行う、太陽電池発電に適したＤＣ／ＤＣコンバータである。なお、本実施形態では、太陽電池１１及び蓄電池１２からの直流電力はＤＣリンクされているので、同一の電圧まで昇圧又は降圧する必要がある。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は双方向ＤＣコンバータであり、系統、発電装置３３及び太陽電池１１からの電力を電圧変換して蓄電池１２に充電することができる。

インバータ２１は、双方向インバータであって、太陽電池１１および蓄電池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、系統および発電装置３３から供給される交流の電力を直流の電力に変換する。なお、パワーコンディショナ２０は、インバータ２１が出力する電流を検出する機能を有する。

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、同時にオンとならないように、双方がオフの状態を経由して切り替えられる。より詳しくは、自立運転から連系運転へ切り替える際は、自立運転スイッチ２４をオフ状態とした後に、連系運転スイッチ２２、２３をオン状態へと制御する。また、連系運転から自立運転へ切り替える際は、連系運転スイッチ２２、２３をオフ状態とした後に、自立運転スイッチ２４をオン状態へと制御する。連系運転スイッチ２２、２３および自立運転スイッチ２４の上記制御は、例えば、制御部２５によりソフトウェア的に実現することが可能である。ただし、上記制御の例外として、各分散電源からの電力供給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。

記憶部２６は、制御部２５が実行する各種プログラムの他、後述するように各処理における電流検出結果等を記憶する役割を果たす。

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、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。

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、対応する第１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。なお、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、負荷追従運転又は定格電力値による定格運転を行うものとしてもよい。

第１電流センサ４０は、系統と発電装置３３と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能と規定されているため、第１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。第１電流センサ４０が所定の閾値以上の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。なお、第１電流センサ４０は、系統と発電装置３３との間を流れる電流および発電装置３３と蓄電池１２との間を流れる電流を検出可能なように、図１において、自立運転スイッチ２４と、分電盤３１との間に配置している。

なお、本実施形態の第１電流センサ４０はリング状の形状を有し、中央を系統および分散電源からの電力線が貫き、擬似出力部５０からの擬似出力線が所定のターン数だけ巻回される。この擬似出力線を第１電流センサ４０に多く巻きつけるほど、微小な電流で、順潮流方向のより大きな擬似電流を検出することができる。

第２電流センサ７０は、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３から負荷３２へと流れる電流を検出するために設けられたセンサであり、本実施形態では、分電盤３１と負荷３２との間に配置される。

第３電流センサ７１は、系統から負荷３２へと流れる電流を検出するために設けられたセンサであり、本実施形態では、系統とパワーコンディショナ２０との間に配置される。

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、擬似出力部５０を通じて第１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）を流すように制御をおこなう。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、擬似出力部５０を通じた擬似電流による蓄電について詳述する。

擬似出力部５０は、第１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。擬似出力部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、擬似電流制御スイッチ５３と、トランス６０とを備える。図２は、擬似出力部５０に関する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、擬似出力部５０に対しては、電圧線の一方と中性線とがトランス６０を介して接続される。図示の通り、擬似出力部５０の接続線は、２本の電圧線それぞれに設置された第１電流センサ４０を通るように配線される。なお、擬似出力部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。なお、図２のケースにおいて、トランス６０には電圧線の一方と中性線とが接続されているが、電圧線の双方を接続するよう構成してもよい。

擬似電流負荷５１は、擬似出力部５０内の電流調整のため設けられる負荷である。本実施形態では、擬似電流負荷５１には、例えば、制御部２５により抵抗値の制御が可能な可変抵抗デバイスを用いることができる。なお、擬似電流負荷５１として、擬似出力部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から擬似出力部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第１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２５により、それぞれ独立にオン／オフ制御される。

図１および図２に示すように、擬似電流負荷５１と擬似電流制御スイッチ５３は直列接続されており、同期スイッチ５２及び擬似電流制御スイッチ５３の双方がオンされると、擬似電流負荷５１に擬似電流が流れる。

トランス６０は、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３からの電力を降圧する役割を果たす。本実施形態において、トランス６０の巻数比は２０であり、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３からの交流１００Ｖの電力を交流５Ｖに降圧してから擬似電流負荷５１に供給する。このようにトランス６０で降圧してから擬似電流負荷５１に電力供給することにより、擬似電流負荷５１における消費電力を低減させることができるため、擬似電流負荷５１の小型化が可能となる。またスイッチ５２，５３にかかる電圧を低く抑えることができるため、スイッチ５２，５３に対してより安価な製品を使用することができる。また、擬似電流負荷５１における消費電力を同一とした場合に、より多くの擬似電流を流すことができる。

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ように制御される。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２５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２５は、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、第１電流センサ４０に擬似電流が流れなくなるため、発電装置３３による不要な発電を停止させることができる。また、擬似電流制御スイッチ５３は、後述する擬似電流決定モードに移行したときにも、オフに制御される。

ここで、本実施形態における擬似電流値の設定について説明する。本実施形態の電力制御システム１００における発電装置３３は、例えば定格電力値を７００Ｗとすることができる。ところが、図１および図２において、発電装置３３が７００Ｗの電力を出力すると、第１電流センサ４０は、出力電力７００Ｗに相当する逆潮流方向の電流を検出することになり、発電装置３３は自らの発電を停止してしまう。

そこで、本実施形態においては、パワーコンディショナ２０又は発電装置３３から擬似出力部５０に電力を供給し、第１電流センサ４０で検出される逆潮流方向の電流を打ち消すための擬似電流を流すように構成する。例えば、発電装置３３が７００Ｗの逆潮流方向の電力を出力している場合において、第１電流センサ４０における電流検出が５０Ｗの順潮流検出となるためには、出力電力７５０Ｗ相当の擬似電流が流れるように擬似出力部５０を構成する必要がある。

ここでは、第１電流センサ４０に出力電力７５０Ｗ相当の擬似電流を発生させる場合を考える。分散電源の出力電圧は交流２００Ｖであり、第１電流センサ４０に巻回される擬似出力線のターン数を５とすると、擬似出力部５０で生成されるべき擬似電流値Ｉ_１は次の計算により求められる。

Ｉ_１＝７５０／２００／５＝０．７５［Ａ］ 式（１）

次に上記Ｉ_１を生成するための擬似電流負荷５１の抵抗値Ｒ_１の決定方法について説明する。図２に示すように、擬似出力部５０に対しては、電圧線の一方と中性線とが接続される。そして、交流１００Ｖの電圧がトランス６０において交流５Ｖに降圧された後に擬似出力部５０に対して電力提供される。従って、上記Ｉ_１を生成するための抵抗値Ｒ_１は次の計算により求められる。

Ｒ_１＝５／０．７５＝６．７［Ω］ 式（２）

上記計算により求められた擬似電流値Ｉ_１及び抵抗値Ｒ_１は一実施形態に過ぎず、擬似出力線のターン数、第１電流センサ４０に供給すべき擬似電流値（相当する出力電力値）等に依存して様々なパラメータの選択が可能である。

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）
図３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、擬似出力部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。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）の電力を擬似出力部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、第１電流センサ４０への擬似電流の供給が行われない。第１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に電力を供給することができる。

次に、連系運転時における擬似電流決定モードの動作について説明する。先に、第１電流センサ４０に５０Ｗ相当の順潮流方向の電流を流すための擬似電流値について説明した。しかし、第１電流センサ４０が何Ｗ相当の順潮流を検出した場合に発電装置３３が発電を開始するかは、発電装置３３の設計、仕様等に依存する。そこで、本実施形態では、実際に発電装置３３が発電を開始する擬似電流値を計測により求める手法を採用する。

図４は、連系運転時の擬似電流決定モードにおける制御フローを示す。

図３のような連系運転時において、制御部２５は、擬似電流値を決定するための擬似電流決定モードに移行する。まず、制御部２５は、第２電流センサ７０の出力を監視し、負荷３２に流れる電流ｉ_ｌｏａｄの増加があったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。負荷３２に流れる電流ｉ_ｌｏａｄが増加した場合の電流波形は、例えば図５（ａ）の時刻ｔ_１のようになる。制御部２５は、負荷３２に流れる電流が増加したと判定すると、パワーコンディショナ２０の出力電流及び電流センサ７１の出力をモニターして、パワーコンディショナ２０からの供給電流ｉ_ｍｄｃ及び系統からの供給電流ｉ_ｇｒｉｄの増減の監視を行う（ステップＳ１０３）。なお、パワーコンディショナ２０は、第１電流センサ４０の検出電流を直接読み出すことができないため、パワーコンディショナ２０の出力電流値に第３電流センサ７１の検出電流を加算することにより、第１電流センサ４０の検出電流に相当する値を算出している。発電装置３３は、第１電流センサ４０における検出電流が増加すると、なるべく系統及びパワーコンディショナ２０からの電力供給が少なくなるように自らの発電電力を増加させる。しかし、燃料電池等の発電装置３３は、負荷３２に追従して電流ｉ_ＦＣを増加させる際の追従性が十分ではなく、図５（ｃ）に示すように負荷３２に流れる電流ｉ_ｌｏａｄに対して一定の遅れ時間をもって追従する。一方、系統及びパワーコンディショナ２０は、図５（ｂ）に示すように負荷３２に流れる電流ｉ_ｌｏａｄの増加に瞬時に対応して供給電流を増加させることができる。なお、ｉ_ｌｏａｄ＝（ｉ_ｍｄｃ＋ｉ_ｇｒｉｄ）＋ｉ_ＦＣの関係を有する。

図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、発電装置３３の出力電流ｉ_ＦＣが、時刻ｔ_２において負荷３２の電流ｉ_ｌｏａｄに追従し始めると、パワーコンディショナ２０及び系統からの供給電流（ｉ_ｍｄｃ＋ｉ_ｇｒｉｄ）は減少し始め、時刻ｔ_３において所定の定常値に収束する。制御部２５は、負荷３２の電流ｉ_ｌｏａｄが増加する前後における、パワーコンディショナ２０及び系統からの供給電流（ｉ_ｍｄｃ＋ｉ_ｇｒｉｄ）をそれぞれ第１順潮流電流値及び第２順潮流電流値として（図５(ｂ)に示す）記憶部２６に記憶する（ステップＳ１０４）。

制御部２５は、ステップＳ１０２からステップＳ１０４までの処理をあらかじめ決められた所定回数行う（ステップＳ１０１）。その所定回数は例えば１０回とすることができる。そして、制御部２５は、記憶部２６に記憶された所定回数分の第２順潮流電流値から平均値を算出する（ステップＳ１０５）。制御部２５は、ステップＳ１０５で算出した第２順潮流電流値の平均値を順潮流電流値の閾値として決定し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。すなわち、制御部２５は、自立運転時において、ステップＳ１０５で算出した第２順潮流電流値の平均値に等しい順潮流電流が第１電流センサ４０に流れるように、擬似出力部５０における擬似電流負荷５１の抵抗値の調整等をおこなう。

このように、ステップＳ１０５で算出した第２順潮流電流値の平均値は、発電装置３３が発電を開始するのに必要な順潮流電流閾値又はそれを上回る値となるため、以降の動作において第１電流センサ４０における検出電流がこの第２順潮流電流値の平均値となるように擬似電流を調整すればよい。なお、本実施形態では、所定回数の第２順潮流電流値の平均値を用いたが、所定回数の第２順潮流電流値の最小値を用いるように構成してもよく、これにより消費電流を更に抑えることが可能となる。なお、制御部２５は、上記の擬似電流を流して発電装置３３に発電を開始させた後に、発電装置３３が所定の出力電力で発電を行うように、あらかじめ決められた電流値だけ擬似電流を更に増加させてもよい。

次に、自立運転時において、ステップＳ１０６で決定した順潮流電流が第１電流センサ４０に流れるようにするための計算手順について説明する。

ここでは、発電装置３３に７００Ｗで発電させ、その内５００Ｗを負荷３２にて消費させる場合について説明する。分散電源の出力電圧は交流２００Ｖであるため、発電装置３３が発電することにより第１電流センサ４０に流れる逆潮流電流Ｉ_ｒは下記の数式（３）により求められる。
Ｉ_ｒ＝（７００−５００）／２００＝１．０［Ａ］ 式（３）

ステップＳ１０６で決定した順潮流電流が０．１５［Ａ］であると仮定すると、第１電流センサ４０に検出させるべき擬似電流Ｉ_ａは下記の数式（３）により求められる。
Ｉ_ａ＝１．０＋０．１５＝１．１５［Ａ］ 式（４）

第１電流センサ４０に巻回される擬似出力線のターン数を５とすると、擬似出力部５０で生成されるべき電流Ｉ_ａ１は次の数式（５）により求められる。
Ｉ_ａ１＝１．１５／５＝０．２３［Ａ］ 式（５）

先に述べたように擬似出力部５０で供給される電圧は５Ｖに降圧されているので、上記の電流Ｉ_ａ１を生成するために設定されるべき擬似電流負荷５１の値Ｒ_ａ１は、以下の数式（６）により求められる。
Ｒ_ａ１＝５／０．２３＝２２［Ω］ 式（６）

従って、制御部２５は、後述する自立運転時において、上記の擬似電流負荷５１の抵抗値Ｒ_ａ１となるように設定を行った後に、擬似電流制御スイッチ５３をオンするとよい。これにより第１電流センサ４０はステップＳ１０６で決定した順潮流電流を検出するため、発電装置３３から負荷３２に電力供給を行いつつ、蓄電池１２への充電を行うことが可能となる。なお、制御部２５は、上記制御を開始した後も常に第１電流センサ４０における電流出力に相当する電流値をモニターし、所定の順潮流電流からのずれがある場合には、擬似電流負荷５１の値を適宜調整することが好ましい。

（自立運転時の制御）
次に、図６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。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、擬似出力部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はオフに制御される。なお、図６において、蓄電池１２の充電は完了しているものとする。

図６における太線は、自立運転時の分散電源による電力供給の一例を示す。この例では、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に出力される。また、第１電流センサ４０は分散電源からの順潮流方向の電流を検出するため、発電装置３３は負荷追従運転を行うことができる。

なお、自立運転時における擬似電流決定モードの動作については、連系運転時とほぼ同一である。より具体的には、自立運転時には系統から電力供給を受けないため、図４のステップＳ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５においてパワーコンディショナ２０及び系統からの供給電流を監視し、第２順潮流電流値の平均値を記憶する代わりに、パワーコンディショナ２０のみからの供給電流を監視し、第２順潮流電流値の平均値を記憶するように構成すればよい。なお、制御部２５は連系運転時及び自立運転時のいずれにおいても、パワーコンディショナ２０の出力電流値及び第３電流センサ７１の検出電流を用いて供給電流の監視及び第２順潮流電流値の平均値の記憶を行うため、制御部２５の実質的な動作において差異は無い。

次に、発電装置３３から蓄電池１２へ充電を行う場合について説明する。

図７は、自立運転時の擬似電流により発電装置３３が発電している場合の制御例を示す図である。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、パワーコンディショナ２０により擬似出力部５０に電力が供給される。そして、擬似出力部５０に供給された電力は、トランス６０を経由して擬似出力線に流れ、擬似電流として第１電流センサ４０により検出される。このとき、第１電流センサ４０が順潮流（買電方向の電流）を検出するように擬似出力部５０が動作するため、発電装置３３は発電を実行する。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、制御部２５は、発電装置３３が発電を開始した後も、第１電流センサ４０における検出電流に相当する電流を継続して監視して、順潮流電流が常に検出されるように擬似電流負荷５１の調整を行うことが好ましい。負荷３２における消費電力、又は発電装置３３からの発電電力に変動が生じた場合に、第１電流センサ４０が逆潮流を検出すると、発電装置３３は発電を停止してしまうからである。

なお、本実施形態において、負荷３２は、利用者が使用する各種機器等の他、擬似電流を決定するための既知の負荷を有する擬似負荷であってもよい。

また、本実施形態において、負荷３２に流れる電流を検出する手段としては、第２電流センサ７０単体のみならず、電流センサを内蔵した分電盤等を用いてもよい。

また、本実施形態において、擬似電流の調整は、擬似電流負荷５１の抵抗値を調整して行うように構成したが、この態様には限定されない。擬似電流負荷５１の抵抗値は固定として、擬似出力部５０に供給する電圧を調整可能に構成してもよい。

また、本実施形態において、擬似出力部５０への電源供給は、パワーコンディショナ２０から行うように構成したが、この態様には限定されない。パワーコンディショナ２０と同期が取れた他の電源から擬似出力部５０に電力を供給するように構成してもよい。

このように、本実施形態によれば、電力制御システム１００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出力部５０を有し、擬似出力部５０からの出力により、第１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、第１電流センサ４０に擬似電流を流すことによって、意図的に発電装置３３に発電させることが可能となる。また、第１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第１電流センサ４０に擬似電流が流れる。系統と並列している連系運転時に第１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、本実施形態によれば、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。

また、本実施形態では、擬似電流決定モードを設け、発電装置３３に発電を開始させるのに必要な擬似電流値を測定により決定し、その決定値に調整できるようにした。この構成により、擬似電流を、発電装置３３が発電状態を維持するために必要なレベルに抑えることができるため、擬似電流負荷５１における不要な電力消費を抑えることができる。

また、本実施形態では、必要な擬似電流値の測定を複数回行い、平均値又は最小値を採用するようにした。この構成により、擬似電流を更に抑えることができ、擬似電流負荷５１における不要な電力消費を更に抑えることができる。

本発明を諸図面や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。

１１ 太陽電池
１２ 蓄電池
１３，１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
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
２６ 記憶部
３１ 分電盤
３２ 負荷
３３ 発電装置
４０ 第１電流センサ
５０ 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
６０ トランス
７０ 第２電流センサ
７１ 第３電流センサ
１００ 電力制御システム

Claims (5)

1. 第１電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該第１電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置と、負荷に流れる電流を検出する第２電流センサとを備える電力制御システムの制御方法であって、
   前記第１電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、
   前記第２電流センサは前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、
   前記電力制御装置は、前記第１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出力部と接続され、
   前記電力制御装置には、系統及び前記発電装置以外の他の分散電源が並列接続されると共に、１本の出力配線の先に分岐部を介して前記負荷及び前記発電装置が並列接続され、
   前記第１電流センサは前記出力配線に設けられ、前記第２電流センサは前記分岐部と前記負荷の間に設けられ、
   前記擬似電流は、前記発電装置及び前記他の分散電源が系統から解列した状態において、前記第１電流センサに供給するように制御することで前記発電装置を運転させるための電流であり、
   前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第１順潮流電流値として検出する第１ステップと、
   前記第１ステップの後、前記第２電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第２順潮流電流値として検出する第２ステップと、
   前記第２順潮流電流値を前記閾値として記憶する第３ステップと
   を含む、電力制御システムの制御方法。
2. 前記第２ステップにおける前記第２順潮流電流値を複数回測定し、それらの平均値に基づいて、前記発電装置の発電電力を設定する、請求項１に記載の電力制御システムの制御方法。
3. 前記第２順潮流電流値は、前記発電装置が前記負荷に追従したときに検出した電流値である、請求項１又は２に記載の電力制御システムの制御方法。
4. 第１電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該第１電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置と、負荷に流れる電流を検出する第２電流センサとを備える電力制御システムであって、
   前記第１電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、
   前記第２電流センサは前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、
   前記電力制御装置は、前記第１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出力部と接続され、
   前記電力制御装置には、系統及び前記発電装置以外の他の分散電源が並列接続されると共に、１本の出力配線の先に分岐部を介して前記負荷及び前記発電装置が並列接続され、
   前記第１電流センサは前記出力配線に設けられ、前記第２電流センサは前記分岐部と前記負荷の間に設けられ、
   前記擬似電流は、前記発電装置及び前記他の分散電源が系統から解列した状態において、前記第１電流センサに供給するように制御することで前記発電装置を運転させるための電流であり、
   前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、
   前記制御部は、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第１順潮流電流値として検出し、
   第１順潮流電流値の検出の後、前記第２電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第２順潮流電流値として更に検出し、
   前記第２順潮流電流値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする電力制御システム。
5. 第１電流センサが閾値以上の順潮流を検出する間、当該第１電流センサにて検出している値に応じた発電を行う発電装置と、該発電装置を含む分散電源の制御を行う電力制御装置であって、
   前記第１電流センサは前記電力制御装置と前記発電装置との間に配置され、
   負荷に流れる電流を検出する第２電流センサが前記電力制御装置と前記負荷との間に配置され、
   前記電力制御装置は、前記第１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出力部に接続され、
   前記電力制御装置には、系統及び前記発電装置以外の他の分散電源が並列接続されると共に、１本の出力配線の先に分岐部を介して前記負荷及び前記発電装置が並列接続され、
   前記第１電流センサは前記出力配線に設けられ、前記第２電流センサは前記分岐部と前記負荷の間に設けられ、
   前記擬似電流は、前記発電装置及び前記他の分散電源が系統から解列した状態において、前記第１電流センサに供給するように制御することで前記発電装置を運転させるための電流であり、
   前記電力制御装置は、制御部と記憶部とを備え、
   前記制御部は、前記擬似電流が停止している状態で、系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値を第１順潮流電流値として検出し、
   第１順潮流電流値の検出の後、前記第２電流センサが検出する電流が増加した場合において、前記系統及び前記電力制御装置の少なくともいずれか一方から前記負荷に流れる電流値が増加し、その後定常値になったときの電流値を第２順潮流電流値として更に検出し、
   前記第２順潮流電流値を前記閾値として前記記憶部に記憶することを特徴とする電力制御装置。

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