JP6950060B1 - 運転制御システム - Google Patents

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【課題】発電効率の低下を抑止し、逆潮の発生を短時間で停止することができる運転制御システムを提供すること。【解決手段】複数のPV60−1〜60−nと、PV60−1〜60−nの発電電力を制御するPCS50と、PV60−1〜60−nからPCS50へ供給される電力を遮断する複数のリレー80−1〜80−nと、リレー80−1〜80−n及びPCS50を制御する制御装置70と、を含む運転制御システム100であって、制御装置70は、逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、複数のリレー80−1〜80−nのうち、電力を遮断するリレー80を決定するリレー決定部72と、リレー決定部72により決定されたリレー80に対して電力遮断指示を出す遮断指示出力部73と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、運転制御システムに関する。
近年、太陽光パネルにより発電を行う太陽光発電システムが使用されている。自家消費型の太陽光発電システムのように、発電した電力を電気事業者に売電しない場合には、太陽光パネルで発電した電力が商用電源側に逆潮するのを防止する必要がある。逆潮が発生した場合には、電気事業者が定める所定の時間(例えば、2sec)内に逆潮を停止する必要がある。そのため、パワーコンディショナに接続された太陽電池の電力が逆潮しない範囲で最大となるよう追随する最大電力点追従制御(MPPT:Maximum Power Point Tracking)が行われている。
また、例えば、商用電源側への逆潮を防止する技術として、逆潮回避のためのリミット電力を設定し、当該リミット電力以下になるようにパワーコンディショナにより太陽電池の発電電力を制御する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2012−175858号公報
しかしながら、逆潮回避のためのリミット電力を設定した場合であっても、例えば、負荷電力が大きい電化製品を停止した場合には、太陽電池全体の発電電力に対し負荷電力が急に下回ることも想定される。その場合は、発電電力が負荷電力を大きく上回り、商用電源側に対し逆潮が発生する。パワーコンディショナによる電力制御は時間がかかるため、逆潮が発生してから特許文献1の技術や最大電力点追従制御によりパワーコンディショナに対し発電電力を制御したとしても、電気事業者が定める所定の時間内に逆潮が解消しないおそれがある。その場合は、パワーコンディショナ全体を遮断することとなり、パワーコンディショナの運転が復帰するまでの間全く発電されないこととなる。
また、逆潮が発生しないように、リミット電力を低く設定した場合には、太陽電池の発電電力が低くなり、発電効率が悪くなる。
本発明は、上記課題に鑑み、発電効率の低下を抑止し、逆潮の発生を短時間で停止することができる運転制御システムを提供することを目的とする。
本発明にかかる第1の側面である運転制御システムは、複数の太陽電池と、前記太陽電池の発電電力を制御するパワーコンディショナと、前記太陽電池から前記パワーコンディショナへ供給される電力を遮断する複数のリレーと、前記リレー及び前記パワーコンディショナを制御する制御装置と、を含む運転制御システムであって、前記制御装置は、逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、前記複数のリレーのうち、電力を遮断するリレーを決定するリレー決定部と、前記リレー決定部により決定された前記リレーに対して電力遮断指示を出す遮断指示出力部と、を備えることを特徴とする運転制御システムである。
本発明の一態様によれば、発電効率の低下を抑止し、逆潮の発生を短時間で停止することができる。
本発明の実施形態の運転制御システムの一例を示す図である。 リレー決定部が電力を遮断するリレーをローテーションして決定する一例を示す図である。 負荷電力と発電電力との関係の一例を示す図である。 各運転モードにおける負荷電力と発電電力との関係の一例を示す図である。 制御装置が実行する運転制御処理の一例を示すフローチャートである。 PCSが実行するPCS制御処理の一例を示すフローチャートである。
以下に本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態の運転制御システム100の一例を示す図である。運転制御システム100は、特に限定されるものではないが、例えば、工場に設置される。運転制御システム100は、店舗や住家に設定してもよい。運転制御システム100は、商用電力線11を介して商用電源Sに接続されている。運転制御システム100には、変圧器などによって変圧された商用電力が供給される。
図1に示すように、運転制御システム100は、電流センサ20、変換器30、電力監視システム40、パワーコンディショナ(Power conditioner)(以下「PCS」と称する)50、複数の太陽電池(Photovoltaics)(以下、「PV」と称する)60−1〜60−n、制御装置70、複数のリレー80−1〜80−n、負荷群90を備える。
なお、運転制御システム100は、図1に示していない他の回路要素を備えていてもよい。なお、複数のPV60−1〜60−nを区別して説明する場合には、それぞれ「第1PV60−1」、「第2PV60−2」、「第3PV60−3」…「第nPV60−n」とも称する。また、複数のPv60−1〜60−nを特に区別して説明する必要がない場合には、以下、「PV60」と称する。同様に、複数のリレー80−1〜80−nを区別して説明する場合には、それぞれ「第1リレー80−1」、「第2リレー80−2」、「第3リレー80−3」…「第nリレー80−n」とも称する。また、複数のPv80−1〜80−nを特に区別して説明する必要がない場合には、以下、「リレー80」と称する。なお、図1において、実線は電力線を示しており、点線は信号線を示している。
電流センサ20は、計器用変流器(CT:Current Transformer)などにより構成される。電流センサ20は、商用電源S側の交流電流を検出する。電流センサ20の出力側には、電力監視システム40を介して、PCS50が接続されている。さらに、各PCS50に、複数のPV60−1〜60−nがリレー80−1〜80nを介して接続されている。
各PV60−1〜60−nは、太陽光により発電した発電電力をリレー80−1〜80nを通じてPCS50に出力する。PCS50は、双方向の交流/直流(AC/DC)変換器などを有し、PV60の発電電力を制御してPV60から出力された直流電流を交流電流に変換し、電力監視システム40へ供給する。図1の例では、運転制御システム100は、PCS50が1つ接続されているがこの限りではなく、複数のPCS50が接続されてもよい。
各リレー80−1〜80−nは、制御装置70からの制御に基づき、各PV60−1〜60−nからPCS50へ供給される電力を遮断する。リレー80は、コンタクト機能を有する開閉器(開閉装置)であり、自動でのON・OFFが可能な機器により形成される。リレー80は、ソリッドステートリレー(無接点)、マグネットリレー(有接点)等のリレーにより形成されてもよい。
電流センサ20は、PCS50から供給された交流電流、すなわち、逆潮を検出する。逆潮は、PCS50から供給された発電電力から負荷群90を差し引いた差分である。電流センサ20は、逆潮を検出すると、逆潮した電流を所定の比率で小電流に変換した負荷信号を変換器30へ送信する。変換器30は、電流センサ20から送信された負荷信号の電流をさらに小電流に変換して制御装置70へ送信する。これにより、制御装置70は、電流センサ20から送信された逆潮を示す負荷信号を変換器30を介して取得することができる。
電力監視システム40は、監視制御部41および記憶部42を備える。なお、電力監視システム40は、図1に示していない他の回路要素を備えていてもよい。監視制御部41は、各PV60−1〜60−nの運転時間、発電電力および運転回数を逐次計測し、累積結果を記憶部42に記憶する。
PCS50は、出力制御部51、運転停止部52および運転復帰部53を備える。なお、PCS50は、図1に示していない他の回路要素を備えていてもよい。
制御装置70は、出力制御指示部71、リレー決定部72、遮断指示出力部73、稼働台数制御部74、記憶部75を備える。なお、制御装置70は、図1に示していない他の回路要素を備えていてもよい。
出力制御指示部71は、電流センサ20から逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、遮断指示出力部73により各リレー80−1〜80nに対して電力遮断指示を出す前に、PCS50の出力電力が負荷電力以下になるようにPCS50の出力制御指示を出す。出力制御指示には、各PCS50−1〜50−nに対するAC出力の抑制範囲が設定されている。抑制範囲として、例えば100〜50%の抑制範囲が設定される。また、負荷電力が増加している場合には、出力制御指示部71は、各PCS50−1〜50−nへ出力100%の出力制御指示を出す。
リレー決定部72は、電流センサ20から逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、複数のリレー80−1〜80nのうち、PV60−1〜60−nからの電力を遮断するリレー80−1〜80nを決定する。例えば、リレー決定部72は、電力を遮断するリレー80−1〜80nをローテーションして決定してもよい。
例えば、リレー決定部72は、電力を遮断するリレー80の順番を予め決定しておき、最後に電力を遮断したリレー80の情報を記憶部75に記憶しておく。そして、リレー決定部72は、記憶部75に記憶した最後に電力を遮断したリレー80の次のリレー80を電力を遮断するリレー80として決定する。また、次の日、運転制御システム100の運転を再開した場合であっても、リレー決定部72は、記憶部75に記憶した最後に電力を遮断したリレー80の次のリレー80を電力を遮断するリレー80として決定することができる。これにより、各リレー80−1〜80−nの稼働率を分散化して負担を軽減し、リレー80の寿命を延ばすことができる。
図2は、リレー決定部72が電力を遮断するリレー80をローテーションして決定する一例を示す図である。図2に示すように、リレー決定部72は、電力を遮断するリレー80−1〜80−nを順番に決定している。例えば、時刻t1において逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、リレー決定部72は、複数のリレー80−1〜80−nのうち、PV60−2に接続されたリレー80−2を電力を遮断するリレー80として決定する。そして、次に、時刻t2において逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、リレー決定部72は、第2PV60−2の次の第3PV60−3に接続されたリレー80−3を電力を遮断するリレー80として決定する。リレー決定部72は、同様の処理を繰り返し実行する。
また、リレー決定部72は、複数のリレー80−1〜80−nのうち稼働回数が少ないリレー80を優先して決定してもよい。稼働回数とは、例えば、リレー80が電力を遮断した回数をいう。例えば、電力監視システム40の記憶部42に記憶されているリレー80の稼働回数のうち、最も小さい稼働回数のリレー80がリレー80−3である場合について説明する。この場合、リレー決定部72は、電力監視システム40の記憶部42に記憶されている運転時間の累積の情報を取得して、各リレー80−1〜80−nのうち、稼働回数が最も小さいリレー80−3を電力を遮断するリレー80として決定する。これにより、各リレー80−1〜80−nにかかる稼働回数を分散化して負担を軽減し、リレー80の寿命を延ばすことができる。
遮断指示出力部73は、リレー決定部72により決定されたリレー80に対して電力遮断指示を出す。リレー80は、制御装置70からの電力遮断指示に基づいてPV60からPCS50へ供給される電力を遮断する。遮断指示出力部73による電力遮断は、逆潮が発生してから1〜1.8sec以内に可能であり、電気事業者が定める所定の時間は例えば2secであるので、電気事業者が定める所定の時間内に逆潮を停止することができる。
遮断指示出力部73は、電力遮断指示を出力してから所定の復帰時間経過後、運転を復帰する。所定の復帰時間は、任意に変更することができる。また、所定の復帰時間は、電気事業者により定められている時間に設定することができる。所定の復帰時間は、例えば300secに設定してもよい。所定の復帰時間は、電気事業者により定められた時間に対応できるよう任意に変更可能である。例えば、遮断指示出力部73は、制御装置70からの電力遮断指示に基づいて運転復帰タイマを起動し、所定の復帰時間の経過後に運転復帰タイマが終了した場合、リレー80に通知し、電力の遮断を復帰する。
次に、負荷電力と発電電力との関係について説明する。図3は、負荷電力と発電電力との関係の一例を示す図である。なお、図3において、波線は負荷電力を示しており、各ブロックはPV60−1〜60−nごとの発電電力を示している。図3では、時刻t11において、逆潮が発生した場合について説明する。
図3(1)に示すように、時刻t11において逆潮Rが発生し、電流センサ20から逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、制御装置70の出力制御指示部71は、PCS50の出力電力が負荷電力以下になるようにPCS50の出力制御指示を出す。例えば、出力制御指示に含まれる抑制範囲が90%である場合には、図3(2)に示すように、PCS50の出力制御部51は、発電電力を最大発電電力の90%に抑制するよう制御する。これにより逆潮は解消する。
これに対し、図3(3)に示すように、負荷電力が大きく減少した場合には、負荷電力の減少に対し、PCS50の出力制御部51の制御による発電電力の減少が間に合わず、電気事業者が定める所定の時間内に逆潮を停止することができない場合がある。
この場合、リレー決定部72は、複数のPV60−1〜60−nに接続されたリレー80−1〜80−nのうち、電力を遮断するリレー80を決定する。遮断指示出力部73は、リレー決定部72により決定されたPV60に接続されたリレー80に対して電力遮断指示を出す。制御装置70からの電力遮断指示を受けたリレー80は、PV60からPCS50への電力の供給を遮断する。
これにより、負荷電力が大きく減少した場合であっても、図3(4)に示すように、複数のリレー80−1〜80−nのうち、決定したリレー80に接続されたPV60の運転を即座に停止することができる。したがって、逆潮の発生を短時間で停止することができる。また、リレー決定部72が決定したリレー80に接続されたPV60からの電力の供給のみを停止することができるため、発電効率の低下を抑止することができる。
稼働台数制御部74は、予め設定した運転モードに合わせて運転するPV60の台数を決定する。運転モードは、予め設定した予定ごとに設定することができる。運転モードの情報は、記憶部75に記憶されている。例えば、運転モードは、平日運転モード、半日運転モードおよび休日運転モードを含む複数の運転モードを含む。また、各運転モードへの切替は、操作者の操作に基づき任意に変更可能である。
図4は、各運転モードにおける負荷電力と発電電力との関係の一例を示す図である。なお、図4において、波線は負荷電力を示しており、各ブロックはPV60−1〜60−nごとの発電電力を示している。
図4(1)に示すように、操作者の操作に基づき平日運転モードが設定されている場合には、稼働台数制御部74は、稼働台数制御部74は、時刻t21〜時刻t22までは、全てのPCSPV60−1〜60−nの台数を運転するPV60の台数として決定する。
図4(2)に示すように、操作者の操作に基づき半日運転モードが設定されている場合には、稼働台数制御部74は、時刻t21〜時刻t23までは、全てのPV60−1〜60−nの台数を運転するPV60の台数として決定する。また、半日運転モードが設定されている場合には、稼働台数制御部74は、時刻t23〜時刻t22までは、PV60−1〜60−nのうち任意に設定した台数のPV60を運転するPV60の台数として決定する。図4(2)の例では、任意に設定した台数として2台のPV60が運転するPV60の台数として決定されている。
図4(3)に示すように、操作者の操作に基づき休日運転モードが設定されている場合には、稼働台数制御部74は、t21〜t22まで、PCSPV60−1〜60−nのうち任意に設定した台数のPV60を運転するPV60の台数として決定する。図4(3)の例では、任意に設定した台数として2台のPV60が運転するPV60の台数として決定されている。リレー決定部72は、稼働台数制御部74により決定された運転を停止するPV60の台数に対応する台数のリレー80を電力を遮断するリレー80として決定する。そして、遮断指示出力部73は、リレー決定部72により決定されたリレー80に対して電力遮断指示を出す。
これにより、無駄な発電を抑止しして各PV60−1〜60−nの負担を軽減し、PCS50の寿命を延ばすことができる。また、必要最低限の負荷電力に対応する発電を行うことにより、逆潮の発生を未然に防ぐことができる。
電力監視システム40の記憶部42はメモリにより実現される。また、電力監視システム40の監視制御部41は、プロセッサシステムにより実現される。プロセッサシステムは、プロセッサエレメントを含み、与えられたプログラムを実行することにより監視制御部41の機能を提供する。
また、PCS50の出力制御部51、運転停止部52、運転復帰部53は、プロセッサシステムにより実現される。プロセッサシステムは、プロセッサエレメントおよびメモリを含み、与えられたプログラムを実行することにより出力制御部51、運転停止部52、運転復帰部53の機能を提供する。
なお、制御装置70の記憶部75はメモリにより実現される。また、制御装置70の出力制御指示部71、リレー決定部72、遮断指示出力部73、稼働台数制御部74、プロセッサシステムにより実現される。プロセッサシステムは、プロセッサエレメントを含み、与えられたプログラムを実行することにより出力制御指示部71、リレー決定部72、遮断指示出力部73、稼働台数制御部74の機能を提供する。
次に、図5〜図6を参照して、実施形態の運転制御方法の処理の流れの一例について説明する。図5は、制御装置70が実行する運転制御処理の一例を示すフローチャートである。
はじめに、出力制御指示部71は、電流センサ20から送信された負荷信号を受信したか否かを判定する(ステップS11)。負荷信号を受信していない場合(ステップS11のNO)には、負荷信号を受信するまでの間処理は待機となる。負荷信号を受信した場合(ステップS11のYES)には、出力制御指示部71は、逆潮を示す負荷信号を受信してから所定時間内に再度逆潮を示す負荷信号を受信したか否かを判定する(ステップS12)。ステップS12の処理では、後述のステップS14でPCS50へ出力X%の出力抑制指示を出したにもかかわらず逆潮が解消せず、再度逆潮を示す負荷信号を受信したか否かが判定される。
逆潮を示す負荷信号を受信してから所定時間内に再度逆潮を示す負荷信号を受信していない場合(ステップS12のNO)、すなわち、初めて逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、出力制御指示部71は、負荷電力に含まれる情報は負荷電力上昇か減少かを判定する(ステップS13)。負荷電力が減少している場合(ステップS13:減少)には、出力制御指示部71は、PCS50へ出力X%の出力抑制指示を出す(ステップS14)。ステップS14の処理が終了すると処理はステップS11に戻る。
負荷電力が増加している場合(ステップS13:増加)には、出力制御指示部71は、PCS50へ出力100%の出力制御指示を出す(ステップS15)。ステップS15の処理が終了すると処理はステップS11に戻る。
逆潮を示す負荷信号を受信してから所定時間内に再度逆潮を示す負荷信号を受信した場合(ステップS12のYES)には、リレー決定部72は、停止するリレー80をローテーションにより決定する(ステップS16)。遮断指示出力部73は、ステップS16で決定したリレー80に対して電力遮断指示を出す(ステップS17)。ステップS17において、制御装置70からの電力遮断指示を受けたリレー80はPV60からPCS50への電力の供給を遮断する。ステップS17の処理が終了すると処理はステップS11に戻る。
なお、ステップS16、ステップS17の処理は、逆潮が解消するまで複数回実行される。すなわち、1つのPV60からの電力の供給を遮断しても逆潮が解消しない場合には、リレー決定部72は、次のリレー80を停止するリレー80として決定する。そして、遮断指示出力部73は、リレー決定部72が決定したリレー80に対し電力遮断指示を出す。電力遮断指示を受けた次のリレー80は、PV60からPCS50への電力の供給を遮断する。これにより、負荷電力が急に減少した場合であっても、逆潮の発生を短時間で停止することができる。
図6は、PCS50が実行するPCS制御処理の一例を示すフローチャートである。はじめに、運転停止部52は、制御装置70から電力遮断指示を受信したか否かを判定する(ステップS51)。電力遮断指示を受信した場合(ステップS51のYES)には、運転停止部52は、制御装置70からの電力遮断指示に基づいて運転を停止する(ステップS52)。そして、運転復帰部53は、運転復帰タイマを起動する(ステップS53)。
運転復帰部53は、ステップS53で起動した運転復帰タイマが終了したか否かを判定する(ステップS54)。運転復帰タイマが終了していない場合(ステップS54のNO)には、運転復帰タイマが終了するまで処理は待機となる。運転復帰タイマが終了した場合(ステップS54のYES)には、ステップS52で停止していた運転を復帰する(ステップS55)。この処理が終了すると、処理はステップS51に戻る。
電力遮断指示を受信していない場合(ステップS51のNO)には、出力制御部51は、出力制御指示を受信したか否かを判定する(ステップS56)。出力制御指示を受信していない場合(ステップS56のNO)には、処理はステップS11に戻る。出力制御指示を受信した場合(ステップS56のYES)には、出力制御部51は、出力制御を行う(ステップS57)。ステップS57の処理では、出力制御部51は、出力制御指示に含まれる抑制範囲になるようにPCS50の発電電力を抑制する制御を行う。
例えば、出力制御部51は、出力制御指示に含まれる抑制範囲になるようにPCS50の発電電力を抑制する制御を行う。また、出力100%の出力制御指示を受けた場合には、出力制御部51は、出力100%になるようにPCS50の発電電力を増加する制御を行う。ステップS57の処理が終了すると、処理はステップS51に戻る。
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階でのその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。
11 :商用電力線
20 :電流センサ
30 :変換器
40 :電力監視システム
41 :監視制御部
42 :記憶部
50 :PCS
51 :出力制御部
52 :運転停止部
53 :運転復帰部
60−1〜60−n:PV
70 :制御装置
71 :出力制御指示部
72 :リレー決定部
73 :遮断指示出力部
74 :稼働台数制御部
75 :記憶部
80−1〜80−n:リレー
90 :負荷群
100:運転制御システム
R :逆潮
S :商用電源

Claims (4)

  1. 複数の太陽電池と、前記太陽電池の発電電力を制御するパワーコンディショナと、前記太陽電池から前記パワーコンディショナへ供給される直流の電力を遮断する複数のリレーと、前記リレー及び前記パワーコンディショナを制御する制御装置と、を含む運転制御システムであって、
    前記複数の各太陽電池は、それぞれ前記複数の各リレーを介して前記パワーコンディショナに接続され、
    前記制御装置は、
    逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、前記複数のリレーのうち、電力を遮断するリレーを決定するリレー決定部と、
    前記リレー決定部により決定された前記リレーに対して電力遮断指示を出す遮断指示出力部と、を備え
    前記遮断指示出力部は、前記電力遮断指示を出してから所定の復帰時間経過後、前記リレーによる電力の遮断を復帰す
    ことを特徴とする運転制御システム。
  2. 前記リレー決定部は、電力を遮断するリレーをローテーションして決定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の運転制御システム。
  3. 前記リレー決定部は、前記複数のリレーのうち、電力を遮断した回数が少ないリレーを優先して決定する
    ことを特徴とする請求項2に記載の運転制御システム。
  4. 前記制御装置は、さらに、
    前記逆潮を示す負荷信号を受信した場合には、
    前記遮断指示出力部により前記リレーに対して前記電力遮断指示を出す前に、前記パワーコンディショナの出力電力が負荷電力以下になるように前記パワーコンディショナの出力制御指示を出す出力制御指示部を備える
    ことを特徴とする請求項1〜3のうち何れかに記載の運転制御システム。
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