JP6865651B2 - 分散型電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電力系統に接続される交流線と、交流線に接続され、発電部及びその発電部の動作を制御する発電制御部を有する発電装置と、交流線に接続され、その交流線との間での電力の充放電を行う蓄電池を含む充放電部及びその充放電部の動作を制御する充放電制御部を有する充放電装置とを備え、交流線に電力消費装置が接続されている分散型電源システムに関する。

従来から、電力系統に接続される交流線と、その交流線に接続される燃料電池装置のような出力を自在に調節できる発電装置と、その交流線に接続される充放電装置とを備え、その交流線に電力消費装置が接続されている分散型電源システムがある。このような分散型電源システムでは、電力消費装置に対して、電力系統及び発電装置及び充放電装置の少なくとも一つから電力を供給できる。そのため、発電装置を発電運転させる、或いは、充放電装置から放電させることで、電力系統からの受電電力を小さくした状態で、電力消費装置への電力の供給を行える。

特許文献１には、上述のような発電装置を備えていないが、太陽光発電装置と蓄電池（充放電装置）とを備えている分散型電源システムが記載されている。この分散型電源システムでは、昼間に太陽光発電装置の余剰電力が蓄電池に充電されるＰＶ充電モードの後に、蓄電池の充電レベル：ＳＯＣ（State of Charge）が所定の下限レベルになるように蓄電池が放電される強制放電モードが実行される。更に、強制放電モードの後に、夜間の外部電力によって蓄電池が充電される回帰モードが実行される。このＰＶ充電モードにより、昼間は太陽光発電装置の余剰電力を蓄電でき、その後の強制放電モードにより、バックアップ用として最小限の電力量を蓄電池に残しつつ蓄電池の空き容量を確保し、更にその後の回帰モードにより、夜間電力を蓄電できる。

特許文献１に記載の分散型電源システムであれば、ＰＶ充電モードを実行するのは毎日決まった時間帯（昼間）だけに限定され、それ以外の時間帯にはＰＶ充電モードを実行しない。そのため、昼間のＰＶ充電モードの後に実行される強制放電モードによって、夜間の回帰モードが実行されるまでの間に、蓄電池のＳＯＣは充分に低下させることができる。

特開２０１６−２２０４６１号公報

発電装置は、特許文献１に記載の分散型電源システムが備えている太陽光発電装置と異なり、あらゆる時間帯に発電を行うことができる。また、分散型電源システムが充放電装置を備えていれば、電力消費装置の消費電力の大小に関わらず発電装置を一定の出力で運転させ、不足電力は充放電装置の蓄電池からの放電電力で賄い、余剰電力は充放電装置の蓄電池に充電させるといった効率的な運用が可能になる。

但し、春や秋などは、冷房や暖房などのために大電力が消費される夏や冬と比べて電力消費装置の消費電力が相対的に小さくなる期間が連続することがある。そのため、発電装置を一定の出力で運転させ、余剰電力を充放電装置の蓄電池に充電させると、充放電装置の蓄電池の充電レベルがほとんど低下せず、極端な場合には充電レベルがほぼ１００％の状態が連続することもある。その結果、例えばリチウムイオン電池などの蓄電池の寿命（耐久性）に悪影響が生じる可能性が高まる。

これに対して、蓄電池の満充電状態を解消するために蓄電池から強制的に放電させると、発電装置の出力を低下させなければならない。そのため、分散型電源システムの省エネルギー性が低下するという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電装置と共に運用する充放電装置について、満充電状態が長期間連続することによる充放電装置の蓄電池の耐久性低下を回避できる分散型電源システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る分散型電源システムの特徴構成は、電力系統に接続される交流線と、前記交流線に接続され、発電部及び前記発電部の動作を制御する発電制御部を有する発電装置と、前記交流線に接続され、前記交流線との間での電力の充放電を行う蓄電池を含む充放電部及び前記充放電部の動作を制御する充放電制御部を有する充放電装置とを備え、前記交流線に電力消費装置が接続されている分散型電源システムであって、
前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力として、前記充放電装置による前記交流線からの充電電力を正の受取電力と見なし、前記充放電装置による前記交流線への放電電力を負の受取電力と見なしたとき、
前記発電装置の前記発電制御部は、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力と前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力との和に見合った電力を前記発電装置から前記交流線に提供するように、所定の最小提供電力と最大提供電力との間の範囲内で前記発電装置から前記交流線への提供電力を制御し、
前記充放電装置の前記充放電制御部は、
動作モードが、前記充放電装置による前記交流線との間での電力の充放電が許可される第１充放電モードに設定されているとき、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力と、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力との和が所定の目標電力になるように、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力を制御し、
動作モードが前記第１充放電モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが所定の第１上限レベル以上である期間が所定期間以上継続すると、動作モードを充電禁止モードに変更し、
動作モードが前記充電禁止モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが低下して前記第１上限レベル未満である所定の第１下限レベル未満になるまで、前記充放電装置が前記交流線からの電力の充電を行わずに前記充放電部で蓄えている電力の自己消費を行うように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、充放電装置の充放電制御部は、動作モードが第１充放電モードに設定されているとき、電力消費装置が交流線から受け取る消費電力と、充放電装置が交流線から受け取る受取電力との和が所定の目標電力になるように、充放電装置が交流線から受け取る受取電力を制御する。その結果、発電装置の発電制御部は、充放電装置の動作モードが第１充放電モードに設定されている間は、その一定の目標電力に見合った電力を発電装置から交流線に提供するように、発電装置から交流線への提供電力を制御する。つまり、充放電装置の動作モードが第１充放電モードに設定されている間は、発電装置を好ましくは一定出力（＝目標電力）で運転させることができる。

尚、充放電装置の動作モードが第１充放電モードに設定されているとき、電力消費装置の消費電力が上記目標電力に満たない状態が続くと、充放電装置の充放電制御部は、電力消費装置の消費電力と充放電装置の受取電力との和が目標電力になるように、交流線からの電力の充電を行い続ける必要がある。その場合、充放電部の充電レベルが満充電又はそれに近い状態が続き、蓄電池の寿命（耐久性）に悪影響が及ぶ可能性がある。
そこで本特徴構成では、充放電装置の充放電制御部は、動作モードが第１充放電モードに設定されているとき、充放電部の充電レベルが所定の第１上限レベル以上である期間が所定期間以上継続すると、動作モードを充電禁止モードに変更し、充放電部の充電レベルが低下して第１上限レベル未満である所定の第１下限レベル未満になるまで、充放電装置が交流線からの電力の充電を行わずに充放電部で蓄えている電力の自己消費を行う。つまり、充放電装置の充放電制御部は、上記充電禁止モードで動作することで、充放電部の充電レベルが満充電又はそれに近い状態が続くことで蓄電池の寿命（耐久性）に悪影響が及ぶといった問題を未然に防止できる。加えて、充放電装置から交流線へと電力を強制的に放電させるのではないため、電力消費装置の消費電力に見合った電力を発電装置から交流線に提供でき、発電装置の出力低下は抑制される。
従って、発電装置と共に運用する充放電装置について、発電装置の出力低下を抑制しながら、満充電状態が長期間連続することによる充放電装置の蓄電池の耐久性低下を回避できる分散型電源システムを提供できる。

本発明に係る分散型電源システムの別の特徴構成は、前記充放電装置の前記充放電制御部は、動作モードが前記充電禁止モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが低下して前記第１下限レベル未満になると、動作モードを第２充放電モードに変更し、動作モードが前記第２充放電モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが前記第１下限レベルより高く且つ前記第１上限レベルより低い所定の第２上限レベルを超えないことを条件として前記充放電装置による前記交流線との間での電力の充放電を許可した状態で、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力と、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力との和が前記目標電力になるように、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力を制御する点にある。

上記特徴構成によれば、充放電装置が充電禁止モードで動作している間に充放電部の充電レベルが低下して第１下限レベル未満になると、動作モードを第２充放電モードに変更して、充放電装置による交流線との間での電力の充放電を許可した状態で、電力消費装置が交流線から受け取る消費電力と、充放電装置が交流線から受け取る受取電力との和が目標電力になるように、充放電装置が交流線から受け取る受取電力を制御する。その結果、発電装置の発電制御部は、その一定の目標電力に見合った電力を発電装置から交流線に提供するように、発電装置から交流線への提供電力を制御する。つまり、充放電装置の動作モードが第２充放電モードに設定されている間は、発電装置を好ましくは一定出力（＝目標電力）で運転させることができる。
加えて、本特徴構成では、動作モードが第２充放電モードに設定されているとき、充放電部の充電レベルが第１下限レベルより高く且つ第１上限レベルより低い所定の第２上限レベルを超えないことを条件として、充放電装置による交流線との間での電力の充放電が許可される。つまり、充放電部の充電レベルが第２上限レベル以上（即ち、第１上限レベル以上）になることが防止されるので、充放電部の充電レベルが満充電又はそれに近い状態が続くことで蓄電池の寿命（耐久性）に悪影響が及ぶといった問題を未然に防止できる。

本発明に係る分散型電源システムの更に別の特徴構成は、前記充放電装置の前記充放電制御部は、動作モードが、前記充放電部の充電レベルが前記第１下限レベルより高く且つ前記第１上限レベルより低い所定の第２上限レベルを超えないことを条件として前記充放電装置による前記交流線との間での電力の充放電が許可される第２充放電モードに設定されているとき、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力と、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力との和が前記目標電力になるように、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力を制御し、動作モードが前記第２充放電モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが低下して前記第１下限レベル未満である所定の第２下限レベル未満になると、動作モードを前記第１充放電モードに変更する点にある。

上記特徴構成によれば、充放電装置の充放電制御部は、動作モードが第２充放電モードに設定されているとき、充放電装置による交流線との間での電力の充放電を許可した状態で、電力消費装置が交流線から受け取る消費電力と、充放電装置が交流線から受け取る受取電力との和が目標電力になるように、充放電装置が交流線から受け取る受取電力を制御する。その結果、発電装置の発電制御部は、その一定の目標電力に見合った電力を発電装置から交流線に提供するように、発電装置から交流線への提供電力を制御する。つまり、充放電装置の動作モードが第２充放電モードに設定されている間は、発電装置を好ましくは一定出力（＝目標電力）で運転させることができる。
加えて、本特徴構成では、動作モードが第２充放電モードに設定されているとき、充放電部の充電レベルが第１下限レベルより高く且つ第１上限レベルより低い所定の第２上限レベルを超えないことを条件として、充放電装置による交流線との間での電力の充放電が許可される。つまり、充放電部の充電レベルが第２上限レベル以上（即ち、第１上限レベル以上）になることが防止されるので、充放電部の充電レベルが満充電又はそれに近い状態が続くことで蓄電池の寿命（耐久性）に悪影響が及ぶといった問題を未然に防止できる。

更に、充放電装置の充放電制御部は、動作モードが第２充放電モードに設定されているとき、充放電部の充電レベルが低下して第１下限レベル未満である所定の第２下限レベル未満になると、動作モードを第１充放電モードに変更する。つまり、充放電部の充電レベルが大きく低下して充電余裕が大きくなった状態で、上記第１上限レベルまでの充電が許可される。その結果、充放電部の充電レベルが短期間で満充電又はそれに近い状態になることを回避できる。

本発明に係る分散型電源システムの更に別の特徴構成は、前記充放電制御部は、前記発電装置から前記交流線へ電力が供給されていないとき、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力に見合った電力を前記充放電装置から前記交流線に供給する点にある。

上記特徴構成によれば、発電装置から前記交流線へ電力が供給されていないとき、電力消費装置が交流線から受け取る消費電力に見合った電力が充放電装置から交流線に供給される。その結果、発電装置から交流線へ電力が供給されていない場合であっても、電力系統からの受電電力（即ち、購入電力）を少なくすることができる。

第１実施形態の分散型電源システムの構成を示す図である。 モード設定処理を説明するフローチャートである。 蓄電池の充電レベルの推移例を示すグラフである。 第２実施形態の分散型電源システムの構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の第１実施形態に係る分散型電源システムについて説明する。
図１は第１実施形態の分散型電源システムの構成を示す図である。図１に示すように、分散型電源システムは、電力系統１に接続される交流線２と、交流線２に接続される発電装置としての燃料電池装置１０と、交流線２に接続される充放電装置２０とを備え、交流線２に電力消費装置３が接続されている。また、本実施形態では、交流線２に対する電力系統１の接続箇所から見て下流側に向かって第１接続箇所６と第２接続箇所７とがその並び順で設けられ、第１接続箇所６には燃料電池装置１０が接続され、第２接続箇所７には充放電装置２０及び電力消費装置３が接続されている。燃料電池装置１０が交流線２に供給する電力及び充放電装置２０が交流線２に供給する電力の合計が電力消費装置３の消費電力Ｐ３に満たない場合、その不足電力は電力系統１からの受電電力によって賄われる。

図１に示すように、本実施形態では、電力系統１から第１接続箇所６に向かう方向の電力Ｐ１を正の電力と見なし、第１接続箇所６から第２接続箇所７に向かう方向の電力Ｐ２を正の電力と見なす。また、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとして、充放電装置２０による交流線２からの充電電力を正の受取電力と見なし、充放電装置２０による交流線２への放電電力を負の受取電力と見なして説明を行う。よって、図１では、受取電力Ｐｂを、交流線２から充放電装置２０に向かう方向の矢印で記載している。

〔燃料電池装置１０〕
発電装置としての燃料電池装置１０は、発電部としての燃料電池部１２及び燃料電池部１２の動作を制御する発電制御部としての燃料電池制御部１１を有する。燃料電池部１２は、燃料電池１２ａ及び燃料電池１２ａで発生した電力を、所望の電圧、周波数、位相の電力に変換して交流線２に出力するための電力変換部１２ｂを有する。

燃料電池１２ａは、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いて実現できる。或いは、燃料電池１２ａを、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）などの他のタイプの燃料電池を用いて実現してもよい。尚、図示は省略するが、燃料電池部１２が、燃料電池１２ａのアノードに供給する燃料ガスとしての水素等を改質処理により生成する燃料改質器などを備えていてもよい。そして、燃料電池制御部１１は、燃料電池１２ａの運転開始、運転停止、出力状態などを制御する。また、燃料電池制御部１１は、電力変換部１２ｂによる電力変換動作を制御する。

燃料電池制御部１１には、電力計測器４で計測される電力についての情報が伝達される。電力計測器４は、交流線２の途中の、第１接続箇所６よりも上流側（電力系統１側）に設けられ、電力系統１側から第１接続箇所６に向かう電力を計測する。電力計測器４は、例えば交流線２における電力の電流値を検出するために用いられるカレントトランス（計器用変流器）を用いて構成され、所定の電圧値（例えば１００Ｖ、２００Ｖ等）との積から、交流線２での電力値を導出できる。尚、電力計測器４は交流線２での電力の電流値のみを燃料電池制御部１１に伝達し、燃料電池制御部１１が電力値の導出を行ってもよい。

電力計測器４が計測する電力Ｐ１は、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和から、燃料電池装置１０から交流線２への提供電力Ｐｆを減算した値に対応する。

燃料電池装置１０の燃料電池制御部１１は、電力計測器４の計測結果を参照して、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和に見合った電力を燃料電池装置１０から交流線２に提供するように、所定の最小提供電力と最大提供電力との間の範囲内で、燃料電池装置１０から交流線２への提供電力Ｐｆを制御する。例えば、燃料電池装置１０は、電力系統１側から第１接続箇所６へ向かう電力Ｐ１が好ましくは負の電力とはならず且つ出来るだけ小さい設定電力になるように（特に好ましくは、上記設定電力が零、即ち、電力系統１側から第１接続箇所６へ向かう電力Ｐ１が零になるように）、燃料電池装置１０から交流線２への提供電力Ｐｆを調節する。

〔充放電装置２０〕
充放電装置２０は、交流線２との間での電力の充放電を行う蓄電池２２ａを含む充放電部２２及び充放電部２２の動作を制御する充放電制御部２１を有する。加えて、本実施形態の充放電部２２では、蓄電池２２ａは電力変換部２２ｂを介して交流線２に接続される。その結果、充放電部２２では、蓄電池２２ａに蓄えられている電力を、所望の電圧、周波数、位相の電力に変換して交流線２に出力できる。蓄電池２２ａは、例えばリチウムイオン電池等の二次電池などを用いて構成できる。充放電制御部２１は、電力変換部２２ｂの動作を制御して、蓄電池２２ａから交流線２への出力電力（放電電力）の制御と、交流線２から蓄電池２２ａへの入力電力（充電電力）の制御とを行う。

図示は省略するが、充放電装置２０は、電源が投入されて内部に通電が行われた状態で電力を消費可能な機器として、例えば、表示装置や演算処理装置や半導体素子や冷却ファンなどを備えている。よって、充放電装置２０は、それらの機器への通電量を調節することで、装置内部で自己消費する電力を変化させることもできる。

充放電制御部２１には、電力計測器５で計測される電力についての情報が伝達される。本実施形態では、電力計測器５は、交流線２の途中の、第１接続箇所６と第２接続箇所７との間に設けられ、第１接続箇所６から第２接続箇所７に向かう電力を計測する。つまり、電力計測器５が計測する電力は、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和に対応する。電力計測器５は、例えば交流線２における電力の電流値を検出するために用いられるカレントトランス（計器用変流器）を用いて構成され、所定の電圧値（例えば１００Ｖ、２００Ｖ等）との積から、交流線２での電力値を導出できる。尚、電力計測器５は交流線２での電力の電流値のみを充放電制御部２１に伝達し、充放電制御部２１が電力値の導出を行ってもよい。そして、充放電制御部２１は、電力計測器５の計測結果を参照して、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御する。

充放電装置２０の充放電制御部２１は、複数の動作モードのうちの一つを設定し、その設定した動作モードで充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御する。本実施形態では、複数の動作モードとして、後述するような第１充放電モードと第２充放電モードと充電禁止モードとがある。

第１充放電モードは、充放電装置２０による交流線２との間での電力の充放電が許可される動作モードである。充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作モードが第１充放電モードに設定されているとき、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和が所定の目標電力になるように、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御する。例えば、この目標電力は、例えば燃料電池装置１０の定格発電電力に等しい値に設定されている。
加えて、充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作モードが第１充放電モードに設定されているとき、充放電部２２の充電レベル：ＳＯＣ（State of Charge）が所定の第１上限レベル以上である期間が所定期間以上継続すると、動作モードを充電禁止モードに変更する。

充電禁止モードは、充放電装置２０が交流線２からの電力の充電を行わずに充放電部２２で蓄えている電力の自己消費を行うときの動作モードである。充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作モードが充電禁止モードに設定されているとき、充放電部２２の充電レベルが低下して第１上限レベル未満である所定の第１下限レベル未満になるまで、充放電装置２０が交流線２からの電力の充電を行わずに充放電部２２で蓄えている電力の自己消費を行う。このとき、充放電装置２０の充放電制御部２１は、充電禁止モードに設定されている間、自己消費する電力を充電禁止モードではない場合よりも増大させてもよい。例えば、充放電装置２０の充放電制御部２１は、充電禁止モードに設定されている間、充放電装置２０が備えている表示装置や冷却ファンなどの消費電力を増大させるといった制御を行ってもよい。
加えて、充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作モードが充電禁止モードに設定されているとき、充放電部２２の充電レベルが低下して第１下限レベル未満になると、動作モードを第２充放電モードに変更する。

第２充放電モードは、充放電部２２の充電レベルが第１下限レベルより高く且つ第１上限レベルより低い所定の第２上限レベルを超えないことを条件として充放電装置２０による交流線２との間での電力の充放電が許可される動作モードである。充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作モードが第２充放電モードに設定されているとき、充放電部２２の充電レベルが第１下限レベルより高く且つ第１上限レベルより低い所定の第２上限レベルを超えないことを条件として充放電装置２０による交流線２との間での電力の充放電を許可した状態で、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和が目標電力になるように、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御する。
加えて、充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作モードが第２充放電モードに設定されているとき、充放電部２２の充電レベルが低下して第１下限レベル未満である所定の第２下限レベル未満になると、動作モードを第１充放電モードに変更する。

次に、図２及び図３を参照して、充放電装置２０の動作モードの設定処理について説明する。図２はモード設定処理を説明するフローチャートである。図３は蓄電池２２ａの充電レベル：ＳＯＣ（State of Charge）の推移例を示すグラフである。

充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作中に図２に示すモード設定処理を実行しながら、上述したように充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御する。尚、上述したように、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとして、充放電装置２０による交流線２からの充電電力を正の受取電力と見なし、充放電装置２０による交流線２への放電電力を負の受取電力と見なす。

工程＃１０において充放電制御部２１は、現在の動作モードが充電禁止モードであるか否かを判定し、充電禁止モードである場合には工程＃１４に移行し、充電禁止モードではない場合には工程＃１１に移行する。
次に、工程＃１１において充放電制御部２１は、現在の動作モードが第１充放電モードであるか否かを判定し、第１充放電モードである場合には工程＃１２に移行し、第１充放電モードではない（即ち、第２充放電モードである）場合には工程＃１６に移行する。
このように、工程＃１０及び工程＃１１において、現在の動作モードが、第１充放電モードであるか、又は、第２充放電モードであるか、又は、充電禁止モードであるかが決定される。

工程＃１２において充放電制御部２１は、充放電部２２の充電レベルが第１上限レベル以上である期間が所定期間以上継続したか否かを判定し、その期間が所定期間以上継続している場合には工程＃１３に移行する。それに対して、充放電制御部２１は、その期間が所定期間以上継続していない場合には、第１充放電モードを維持したままこのフローチャートの最初にリターンする。

図３に示した例では、時刻ｔ１において充放電部２２の充電レベルが第１上限レベル（Ｈ１）以上になり、充放電制御部２１は、時刻ｔ２において、充放電部２２の充電レベルが第１上限レベル以上である期間が所定期間以上継続したと判定する（工程＃１２で「Ｙｅｓ」と判定する）。具体例を挙げると、春や秋などは、冷房や暖房などのために大電力が消費される夏や冬と比べて電力消費装置３の消費電力Ｐ３が相対的に小さくなる期間が連続することがある。この場合、充放電装置２０は、交流線２からの電力の充電を行うことで、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和が目標電力になるように、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御する。つまり、一定の提供電力Ｐｆ（＝目標電力）で燃料電池装置１０が運転できるように、充放電装置２０は充電を行い続けることになるため、図３に示すように、充電レベルは減少することなく単調に増加することになる。

次に工程＃１３において充放電装置２０は、動作モードを充電禁止モードに設定する。そして、充放電制御部２１は、充放電部２２の充電レベルが低下して第１上限レベル未満である所定の第１下限レベル（解除閾値）未満になるまで、充放電装置２０が交流線２からの電力の充電を行わずに充放電部２２で蓄えている電力の自己消費を行う。その結果、充放電部２２の充電レベルは低下する。つまり、充放電装置２０の充放電制御部２１は、充電禁止モードで動作することで、充放電部２２の充電レベルが満充電又はそれに近い状態が続くことで蓄電池２２ａの寿命（耐久性）に悪影響が及ぶといった問題を未然に防止できる。加えて、充放電装置２０から交流線２へと電力を強制的に放電させるのではないため、電力消費装置３の消費電力Ｐ３に見合った電力を燃料電池装置１０から交流線２に提供でき、燃料電池装置１０の出力低下は抑制される。

図３に示した例では、時刻ｔ２において充電禁止モードに設定された後、充放電部２２の充電レベルが単調に減少している。そして、充放電制御部２１は、時刻ｔ３において、充放電部２２の充電レベルが低下して第１下限レベル（Ｌ１）未満になったと判定する（工程＃１４で「Ｙｅｓ」と判定する）。

次に工程＃１５において充放電制御部２１は、動作モードを第２充放電モードに設定する。そして、充放電制御部２１は、動作モードが第２充放電モードに設定されているとき、充放電部２２の充電レベルが第１下限レベルより高く且つ第１上限レベルより低い所定の第２上限レベルを超えないことを条件として充放電装置２０による交流線２との間での電力の充放電を許可した状態で、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和が目標電力になるように、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御する。この場合も、燃料電池装置１０の燃料電池制御部１１は、その一定の目標電力に見合った電力を燃料電池装置１０から交流線２に提供するように、燃料電池装置１０から交流線２への提供電力Ｐｆを制御する。つまり、充放電装置２０の動作モードが第２充放電モードに設定されている間は、燃料電池装置１０を好ましくは一定出力（＝目標電力）で運転させることができる。加えて、充放電部２２の充電レベルが第２上限レベル以上（即ち、第１上限レベル以上）になることが防止されるので、充放電部２２の充電レベルが満充電又はそれに近い状態が続くことで蓄電池２２ａの寿命（耐久性）に悪影響が及ぶといった問題を未然に防止できる。

工程＃１６において充放電制御部２１は、動作モードが第２充放電モードに設定されている状態で、充放電部２２の充電レベルが低下して第１下限レベル未満である所定の第２下限レベル（Ｌ２）未満になったか否かを判定し、充放電部２２の充電レベルが第２下限レベル（Ｌ２）未満になった場合には工程＃１７に移行する。それに対して、充放電制御部２１は、充放電部２２の充電レベルが第２下限レベル（Ｌ２）未満になっていない場合には、第２充放電モードを維持したままこのフローチャートの最初にリターンする。

図３に示す例では、時刻ｔ３において第２充放電モードに設定された後、充放電制御部２１は、充放電部２２の充電レベルが第２上限レベル（Ｈ２）を超えないことを条件として充放電装置２０による交流線２との間での電力の充放電を許可した状態で、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御している。そして、充放電制御部２１は、時刻ｔ４において充放電部２２の充電レベルが第２下限レベル（Ｌ２）未満になったと判定する（工程＃１６で「Ｙｅｓ」と判定する）。このように、充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作モードが第２充放電モードに設定されているとき、充放電部２２の充電レベルが低下して第２下限レベル（Ｌ２）未満になるまでは、充電レベルに上限（第２上限レベル（Ｈ２））を設けている。つまり、充放電部２２の充電レベルが大きく低下して充電余裕が大きくなった状態で初めて、上記第１上限レベル（Ｈ１）までの充電が許可される。その結果、充放電部２２の充電レベルが短期間で満充電又はそれに近い状態になることを回避できる。

工程＃１７において充放電制御部２１は、動作モードを第１充放電モードに設定する。そして、充放電制御部２１は、動作モードを第１充放電モードに設定している間、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和が所定の目標電力になるように、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御する。よって、燃料電池装置１０の燃料電池制御部１１は、充放電装置２０の動作モードが第１充放電モードに設定されている間は、その一定の目標電力に見合った電力を燃料電池装置１０から交流線２に提供するように、燃料電池装置１０から交流線２への提供電力Ｐｆを制御する。つまり、充放電装置２０の動作モードが第１充放電モードに設定されている間は、燃料電池装置１０を好ましくは一定出力（＝目標電力）で運転させることができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の分散型電源システムは、充放電制御部の動作が上記実施形態と異なっている。以下に第２実施形態の分散型電源システムについて説明するが、第１実施形態と同様の内容については説明を省略する。

図４は、第２実施形態の分散型電源システムの構成を示す図である。図４に示すように、電力計測器８が、燃料電池装置１０から交流線２へ供給される電力（提供電力Ｐｆ）を計測できる位置に設けられている。そして、充放電装置２０には、電力計測器８で計測される電力についての情報が伝達される。電力計測器８は、例えば燃料電池装置１０と交流線２との接続線における電力の電流値を検出するために用いられるカレントトランス（計器用変流器）を用いて構成され、所定の電圧値（例えば１００Ｖ、２００Ｖ等）との積から、その接続線での電力値を導出できる。よって、充放電装置２０は、燃料電池装置１０から交流線２へ供給される電力が下限閾値（例えばゼロ）以下であれば、燃料電池装置１０から交流線２へ電力が供給されていないと判定でき、その下限閾値より大きければ燃料電池装置１０から交流線２へ電力が供給されていると判定できる。

そして、充放電制御部２１は、停止中などの理由によって燃料電池装置１０から交流線２へ電力が供給されていないとき、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３に見合った電力を充放電装置２０から交流線２に供給する。
それに対して、充放電制御部２１は、燃料電池装置１０から交流線２へ電力が供給されているとき、第１実施形態で説明したのと同様に、第１充放電モードと第２充放電モードと充電禁止モードとの何れかの動作モードで動作する。

このように、本実施形態では、燃料電池装置１０から交流線２へ電力が供給されていないとき、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３に見合った電力が充放電装置２０から交流線２に供給される。その結果、燃料電池装置１０から交流線２へ電力が供給されていない場合であっても、電力系統１からの受電電力Ｐ１（即ち、購入電力）を少なくすることができる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、本発明の分散型電源システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、燃料電池装置１０や充放電装置２０の構成は図示したものに限定されず適宜変更可能である。

また、上記実施形態において、交流線２に対する燃料電池装置１０及び充放電装置２０の接続箇所は適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、燃料電池装置１０が交流線２の上流側（電力系統１に近い側）の第１接続箇所６に接続され、充放電装置２０が交流線２の下流側の第２接続箇所７に接続される例を説明したが、交流線２に対する充放電装置２０の接続箇所よりも下流側で燃料電池装置１０を交流線２に接続するという接続態様を採用してもよい。どのような接続態様を採用するとしても、燃料電池装置１０の燃料電池制御部１１は、適切な箇所で計測された電力値を参照して、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和に見合った電力を燃料電池装置１０から交流線２に提供するように、燃料電池装置１０から交流線２への提供電力Ｐｆを制御すればよい。同様に、充放電装置２０の充放電制御部２１は、適切な箇所で計測された電力値を参照して、動作モードが第１充放電モード及び第２充放電モードに設定されているとき、電力消費装置３が交流線２から受け取る消費電力Ｐ３と、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂとの和が所定の目標電力になるように、充放電装置２０が交流線２から受け取る受取電力Ｐｂを制御すればよい。

＜２＞
上記実施形態では、充放電制御部２１が、第１充放電モードと第２充放電モードと充電禁止モードとの何れかの動作モードで動作する例を説明したが、例えば第２充放電モードを行わず、第１充放電モードと充電禁止モードとの何れかの動作モードで動作するように変更してもよい。具体例を挙げると、充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作モードが充電禁止モードに設定されているとき、充放電装置２０が交流線２からの電力の充電を行わずに充放電部２２で蓄えている電力の自己消費を行うことで充放電部２２の充電レベルが低下して所定の下限レベル未満になると、動作モードを充電禁止モードに変更すればよい。

＜３＞
上記実施形態では、充放電装置２０の充放電制御部２１は、動作モードが充電禁止モードに設定されているとき、交流線２からの電力の充電を行わずに充放電部２２で蓄えている電力の自己消費を行うことについて説明したが、所定の条件下では、充放電装置２０から交流線２への電力の放電は行ってもよい。
具体的には、電力計測器５が計測する電力が上記目標電力を上回っている場合には、充放電装置２０の充放電制御部２１は、電力計測器５が計測する電力が上記目標電力以下にならないことを条件として、充放電装置２０から交流線２への電力の放電を行ってもよい。例えば、目標電力が燃料電池装置１０の定格発電電力に等しい値に設定されている場合、電力計測器５が計測する電力が上記目標電力を上回ると、その上回った分の電力は燃料電池装置１０からは供給できず、電力系統１から受電することになる。よって、その上回った分の電力、即ち、燃料電池装置１０からは供給できない分の電力については、充放電装置２０から交流線２への放電により供給してもよい。

＜４＞
上記実施形態では、本発明の発電装置の例として燃料電池装置１０を挙げたが、所定の最小提供電力と最大提供電力との間の範囲内で出力を自在に調節できる他の様々な発電装置を用いることができる。例えば、エンジンとそのエンジンによって駆動される発電機とを備えて構成されるタイプの発電装置などを用いることできる。

＜５＞
上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。

本発明は、発電装置と共に運用する充放電装置について、発電装置の出力低下を抑制しながら、満充電状態が長期間連続することによる充放電装置の蓄電池の耐久性低下を回避できる分散型電源システムに利用できる。

１ 電力系統
２ 交流線
３ 電力消費装置
１０ 燃料電池装置（発電装置）
１１ 燃料電池制御部（発電制御部）
１２ 燃料電池部（発電部）
２０ 充放電装置
２１ 充放電制御部
２２ 充放電部
２２ａ 蓄電池
Ｐ３ 消費電力
Ｐｂ 受取電力
Ｐｆ 提供電力

Claims (4)

1. 電力系統に接続される交流線と、
   前記交流線に接続され、発電部及び前記発電部の動作を制御する発電制御部を有する発電装置と、
   前記交流線に接続され、前記交流線との間での電力の充放電を行う蓄電池を含む充放電部及び前記充放電部の動作を制御する充放電制御部を有する充放電装置とを備え、
   前記交流線に電力消費装置が接続されている分散型電源システムであって、
   前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力として、前記充放電装置による前記交流線からの充電電力を正の受取電力と見なし、前記充放電装置による前記交流線への放電電力を負の受取電力と見なしたとき、
   前記発電装置の前記発電制御部は、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力と前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力との和に見合った電力を前記発電装置から前記交流線に提供するように、所定の最小提供電力と最大提供電力との間の範囲内で前記発電装置から前記交流線への提供電力を制御し、
   前記充放電装置の前記充放電制御部は、
   動作モードが、前記充放電装置による前記交流線との間での電力の充放電が許可される第１充放電モードに設定されているとき、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力と、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力との和が所定の目標電力になるように、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力を制御し、
   動作モードが前記第１充放電モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが所定の第１上限レベル以上である期間が所定期間以上継続すると、動作モードを充電禁止モードに変更し、
   動作モードが前記充電禁止モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが低下して前記第１上限レベル未満である所定の第１下限レベル未満になるまで、前記充放電装置が前記交流線からの電力の充電を行わずに前記充放電部で蓄えている電力の自己消費を行うように構成されている分散型電源システム。
2. 前記充放電装置の前記充放電制御部は、
   動作モードが前記充電禁止モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが低下して前記第１下限レベル未満になると、動作モードを第２充放電モードに変更し、
   動作モードが前記第２充放電モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが前記第１下限レベルより高く且つ前記第１上限レベルより低い所定の第２上限レベルを超えないことを条件として前記充放電装置による前記交流線との間での電力の充放電を許可した状態で、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力と、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力との和が前記目標電力になるように、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力を制御する請求項１に記載の分散型電源システム。
3. 前記充放電装置の前記充放電制御部は、
   動作モードが、前記充放電部の充電レベルが前記第１下限レベルより高く且つ前記第１上限レベルより低い所定の第２上限レベルを超えないことを条件として前記充放電装置による前記交流線との間での電力の充放電が許可される第２充放電モードに設定されているとき、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力と、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力との和が前記目標電力になるように、前記充放電装置が前記交流線から受け取る受取電力を制御し、
   動作モードが前記第２充放電モードに設定されているとき、前記充放電部の充電レベルが低下して前記第１下限レベル未満である所定の第２下限レベル未満になると、動作モードを前記第１充放電モードに変更する請求項１又は２に記載の分散型電源システム。
4. 前記充放電制御部は、前記発電装置から前記交流線へ電力が供給されていないとき、前記電力消費装置が前記交流線から受け取る消費電力に見合った電力を前記充放電装置から前記交流線に供給する請求項１〜３の何れか一項に記載の分散型電源システム。

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