JP7119664B2 - 発電予備力測定装置及び発電予備力測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電予備力測定装置及び発電予備力測定方法に関し、例えば、太陽光発電設備の発電予備力の測定に好適に用いられる発電予備力測定装置及び発電予備力測定方法に関する。

近年、分散型電源を電力系統に接続した電力供給システムの実用化が進んでいる。このような電力供給システムでは、各需要家に設置された太陽光発電設備及び蓄電設備などの分散型電源がパワーコンディショニングシステム（ＰＣＳ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介して電力系統に接続されている（例えば、特許文献１参照）。パワーコンディショニングシステムは、太陽光発電設備や蓄電設備から出力される直流電力を制御すると共に、直流電力を交流電力に変換して配電線へ供給する制御を行っている。

特開２０１７－２００２８６号公報

近年、太陽光発電設備の増加に伴い火力発電などによる電力系統の発電予備力の確保が必要となっており、太陽光発電設備自体の発電予備力の確保も重要視されている。太陽光発電は、通常の運転条件では最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｎ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）により最大電力点で通常運転を行っているので、発電予備力はないに等しい。一方で、太陽光発電は、出力抑制運転を行うこともあり、出力抑制運転中には一定の発電予備力（発電電力の上げ余力）を確保して運転している。しかしながら、太陽光発電では、日射量及び温度の変化によって出力が大きく変化するので、出力抑制運転中に日射量及び温度などが変化した際には、実際の発電予備力がどの程度確保されているかは不明となる。

太陽光発電設備の出力抑制運転中の発電予備力は、太陽光発電設備の太陽光パネルを発電出力抑制状態から最大電力発生状態まで出力電圧を変化させることにより求められている。しかしながら、太陽光パネルでは、電力系統の電圧の状況により有効電力が大きく変化するので、太陽光パネルの出力電圧を最大電力発生状態まで変化させることができず、発電予備力を任意に測定できない場合があった。また、日射計及び温度計などを用いて太陽光発電設備の太陽光パネルの出力電圧を算出することも検討されているが、太陽光発電設備毎に個別に日射計及び温度計を設置する必要があり、実際には実現が困難であった。このように、従来の技術では、日射計及び温度計を用いることなく、電力系統の電圧状態によらずに任意に発電予備力を測定することは困難であった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、日射計及び温度計などを用いることがなく、電力系統の電圧状態によらずに発電予備力を測定可能な発電予備力測定装置及び発電予備力測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る発電予備力測定装置は、光エネルギーにより発電する少なくとも１つの太陽光パネルを備えた太陽光発電部と、電力系統に接続され、前記太陽光発電部の発電電力を制御する電力制御部とを具備し、前記電力制御部は、前記太陽光パネルの出力電圧を変化させる出力電圧制御部と、前記太陽光パネルの出力電圧に基づいて、前記太陽光発電部の発電予備力を算出する発電予備力算出部とを備え、前記発電予備力算出部は、予め取得した前記太陽光パネルの第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と、前記出力電圧制御部により当該太陽光パネルの出力電圧を変化させて推定した前記太陽光パネルの第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力とを対比して、前記太陽光パネルの発電予備力を算出することを特徴とする。

上記発電予備力測定装置によれば、第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力を対比することにより、日射計及び温度計などを用いることなく、しかも、電力系統への悪影響を低減して出力抑制運転時の太陽光発電部の発電予備力を測定できる。これにより、発電予備力測定装置は、太陽光発電部の従来より正確な発電予備力の把握が可能となるので、太陽光発電部による慣性力確保も可能となる。この結果、発電予備力測定装置は、太陽光発電の慣性力を確保できると共に、太陽光発電の発電予備力を用いたビジネスも可能となるので、太陽光発電部の運転時の出力抑制量の計算も可能となるだけでなく、太陽光発電時に生じうる補償金などの計算も容易となる。

本発明に係る発電予備力測定装置においては、前記出力電圧制御部は、前記太陽光パネルの出力電圧を開放電圧以上に変化させてから、前記太陽光パネルに電流が流れる測定電圧まで減少させ、前記発電予備力算出部は、前記開放電圧に基づいて前記第１電流電圧特性を取得し、前記測定電圧に基づいて前記第２電流電圧特性を推定することが好ましい。この構成により、発電予備力測定装置は、太陽光パネルの発電電力の最大値となる開放電圧に基づいて第１電流電圧特性を取得すると共に、太陽光パネルの実際の運転条件が反映された測定電圧に基づいて第２電流電圧特性を推定できるので、発電予備力をより正確に測定することが可能となる。

本発明に係る発電予備力測定装置においては、前記発電予備力算出部は、前記出力電圧制御部により前記太陽光パネルの出力電圧を前記開放電圧以上に変化させる過程で、前記太陽光パネルの少なくとも１つの電流電圧特性を記憶し、記憶した当該太陽光パネルの少なくとも１つの電流電圧特性に基づいて前記第２電流電圧特性を推定することが好ましい。この構成により、発電予備力測定装置は、太陽光パネルの電圧値を変化させる過程で記憶した電流電圧特性に基づいて第２電流電圧特性を推定できるので、発電予備力を更に正確に測定することが可能となる。

本発明に係る発電予備力測定装置においては、前記太陽光発電部は、複数の前記太陽光パネルを備え、前記発電予備力算出部は、算出した少なくとも１つの前記太陽光パネルの前記発電予備力に基づいて、前記太陽光発電部の発電予備力を算出することが好ましい。この構成により、発電予備力測定装置は、少なくとも１つの太陽光パネルの発電予備力に基づいて太陽光発電部の発電予備力を測定できるので、発電予備力を容易に測定することが可能となる。

本発明に係る発電予備力測定装置においては、前記太陽光発電部を複数備え、前記発電予備力算出部は、算出した少なくとも１つの前記太陽光パネルの前記発電予備力に基づいて、複数の前記太陽光発電部の発電予備力を算出することが好ましい。この構成により、発電予備力測定装置は、少なくとも１つの太陽光パネルの発電予備力に基づいて複数の太陽光発電部の発電予備力を測定できるので、発電予備力を容易に測定することが可能となる。

本発明に係る発電予備力測定方法は、予め取得した太陽光パネルの第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と、当該太陽光パネルの電圧を変化させることによって推定した前記太陽光パネルの第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力とを対比して、前記太陽光パネルの発電予備力を算出する発電予備力算出工程を含むことを特徴とする。

上記発電予備力測定方法によれば、第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力を対比することにより、日射計及び温度計などを用いることなく、しかも、電力系統への悪影響を低減して出力抑制運転時の太陽光発電部の発電予備力を測定できる。これにより、発電予備力測定方法は、太陽光発電部の従来より正確な発電予備力の把握が可能となるので、太陽光発電部による慣性力確保も可能となる。この結果、太陽光発電の慣性力を確保できると共に、太陽光発電の発電予備力を用いたビジネスも可能となり、太陽光発電部の運転時の出力抑制量の計算も可能となるだけでなく、太陽光発電時に生じうる補償金などの計算も容易となる。

本発明に係る発電予備力測定方法においては、前記発電予備力算出工程において、前記太陽光パネルの電圧値を開放電圧以上に変化させてから、前記太陽光パネルに電流が流れる測定電圧まで減少させ、前記開放電圧に基づいて前記第１電流電圧特性を取得し、前記測定電圧に基づいて前記第２電流電圧特性を推定することが好ましい。この方法により、発電予備力測定方法は、太陽光パネルの発電電力の最大値となる開放電圧に基づいて第１電流電圧特性を取得すると共に、太陽光パネルの実際の運転条件が反映された測定電圧に基づいて第２電流電圧特性を推定できるので、発電予備力をより正確に測定することが可能となる。

本発明に係る発電予備力測定方法においては、前記太陽光パネルの電圧値を前記開放電圧以上に変化させる過程で、前記太陽光パネルの少なくとも１つの電流電圧特性を記憶し、記憶した当該太陽光パネルの少なくとも１つの電流電圧特性に基づいて前記第２電流電圧特性を推定することが好ましい。この方法により、発電予備力測定方法は、太陽光パネルの電圧値を変化させる過程で記憶した電流電圧特性に基づいて第２電流電圧特性を推定できるので、発電予備力を更に正確に測定することが可能となる。

本発明に係る発電予備力測定方法においては、前記太陽光パネルを複数有する太陽光発電部を備え、算出した少なくとも１つの前記太陽光パネルの前記発電予備力に基づいて、前記太陽光発電部の発電予備力を算出することが好ましい。この方法により、発電予備力測定方法は、少なくとも１つの太陽光パネルの発電予備力に基づいて太陽光発電部の発電予備力を測定できるので、発電予備力を容易に測定することが可能となる。

本発明に係る発電予備力測定方法においては、少なくとも１つの前記太陽光パネルを有する太陽光発電部を複数備え、算出した少なくとも１つの前記太陽光パネルの前記発電予備力に基づいて、複数の前記太陽光発電部の発電予備力を算出することが好ましい。この方法により、発電予備力測定方法は、少なくとも１つの少数の太陽光パネルの発電予備力に基づいて複数の太陽光発電部の発電予備力を測定できるので、発電予備力を容易に測定することが可能となる。

本発明によれば、日射計及び温度計などを用いることがなく、電力系統の電圧状態によらずに発電予備力を測定可能な発電予備力測定装置及び発電予備力測定方法を実現できる。

図１は、太陽光パネルの電流と電圧との関係を示す図である。 図２は、太陽光パネルの日射強度と電圧及び電流との関係を示す図である。 図３は、太陽光パネルの温度と電圧及び電流との関係を示す図である。 図４は、複数の太陽光パネルを直列接続した場合の太陽光パネルの数と電流及び電圧との関係を示す図である。 図５は、複数の太陽光パネルを並列接続した場合の太陽光パネルの数と電流及び電圧との関係を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る発電予備力測定装置の一例を示す機能ブロック図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る電力制御部の機能ブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る発電予備力測定方法の一例を示すフロー図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る太陽光パネルの日射量と電流電圧特性との関係を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る発電予備力測定方法の第１工程の説明図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る発電予備力測定方法の第１工程の説明図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る発電予備力測定方法の第２工程及び第３工程の説明図である。 図１３は、本発明の実施の形態に係る発電予備力測定方法の第４工程の説明図である。 図１４は、本発明の実施の形態に係る電力系統の電圧を考慮した発電予備力の説明図である。 図１５は、本発明の実施の形態に係る発電予備力測定装置による発電予備力制御の説明図である。

以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態によって何ら限定されるものではない。

まず、本実施の形態に係る太陽光パネルの出力特性について簡単に説明する。図１は、太陽光パネルの電流と電圧との関係を示す図である。図１に示すように、太陽光パネルでは、外部にかかる電圧が０Ｖのときの電流が短絡電流（Ｉｓｃ）となり、外部に流す電流が０Ａのときの電圧が開放電圧（Ｖｏｃ）となる。また、太陽光パネルでは、電極間の負荷が大きくなるにつれて電流が減少すると共に電圧が増大する（電流電圧曲線（ＩＶ曲線）Ｌ１参照）。そのため、太陽光パネルでは、電流電圧曲線Ｌ１上で電力が最大となる最大電力（Ｐｍａｘ：最大電力点（最適動作点）Ｐ１参照）の際の電流が最適動作電流（Ｉｐｍ）となり、電圧が最適動作電圧（Ｖｐｍ）となる。太陽光パネルが通常運転をする場合には、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）が行われる。この最大電力点追従制御では、日射量及び温度などによって変化する最大電力点Ｐ１に追従して運転できるように、太陽光パネルの電圧を変化させながら太陽光パネルの発電電力を制御する。また、太陽光パネルでは、電力系統の電力量に余裕がある場合には、最大電力点追従制御を行わず、最大電力点Ｐ１より低い電力（例えば、電力点Ｐ２参照）で運転する出力抑制運転も行われている。

図２は、太陽光パネルの日射量と電圧及び電流との関係を示す図である。図２に示すように、太陽光パネルでは、日射量によって発電電力が大きく変動する。図２に示す例では、日射量が０ｋＷ/ｍ^２となる暗状態に対して、日射量が０．２ｋＷ／ｍ^２から１ｋＷ／ｍ^２に増えるにつれて電流値が大幅に増大している。したがって、太陽光パネルでは、日射量に応じて最大電力点が随時変更し、これによって出力抑制運転を行っている際には太陽光パネルの発電予備力が大きく変動する。例えば、出力抑制により定格出力の半分の発電電力（点Ｐ３参照）で運転している際の日射量が、１ｋＷ/ｍ_２から０．５ｋＷ/ｍ^２に減少して最大電力点が低下した場合には、太陽光パネルの発電電力（点Ｐ４参照）に大幅な変化はない。しかしながら、日射量の減少後には、太陽光パネルが定格出力近傍での運転となるので、日射量の減少前に約５０％（点Ｐ３参照）確保されていた太陽光パネルの発電予備力は、日射量の減少後にはほぼ０（点Ｐ４参照）となる。これに対して、定格出力近傍の発電電力（点Ｐ５参照）で運転している太陽光パネルの日射量が、０．２ｋＷ/ｍ^２から１ｋＷ/ｍ^２に増大して最大電力点が増大した場合には、太陽光パネルの発電電力（点Ｐ６参照）自体に大きな変化はないが、発電予備力はほぼ０％（点Ｐ５参照）から約７０％（点Ｐ６参照）の発電予備力に増大する。このように、太陽光パネルは、日射量の変化に伴い発電予備力が大幅に変化することが分かる。

図３は、太陽光パネルの温度と電圧及び電流との関係を示す図である。図３に示すように、太陽光パネルでは、温度によって発電電力が変動する。図３に示す例では、温度が低温状態（点Ｐ７参照）から高温状態（点Ｐ８参照）に変化した際には、発電電力が増大して太陽光パネルの発電予備力が約１０％減少する。これに対して、温度が高温状態（点Ｐ９参照）から低温状態（点Ｐ１０参照）に変化した際には、発電電力が増大して太陽光パネルの発電予備力が約１０％増大する。このように、太陽光パネルは、温度の変化によっても発電予備力が大幅に変化することが分かる。

図４は、複数の太陽光パネルを直列接続した場合の太陽光パネルの数と電流及び電圧との関係を示す図である。図４に示すように、太陽光パネルでは、直列接続した太陽光パネルの数に応じて発電電力が変化する。図４に示す例では、直列接続した太陽光パネルの数が１枚から１０枚に増えるにつれて最大電力が増大している。この結果から、複数の太陽光パネルを備えた太陽光発電装置では、直列接続する太陽光パネルが増えるにしたがって、発電予備力が発生しやすい状況となることが分かる。

図５は、複数の太陽光パネルを並列接続した場合の太陽光パネルの数と電流及び電圧との関係を示す図である。図５に示すように、太陽光パネルでは、並列接続した太陽光パネルの数に応じて発電電力が変化する。図５に示す例では、並列接続した太陽光パネルの数が１枚から１０枚に増えるにつれて最大電力が増大している。この結果から、複数の太陽光パネルを備えた太陽光発電装置では、並列接続する太陽光パネルが増えるにしたがって、発電予備力が発生しやすい状況となることが分かる。

本発明者らは、上述したような太陽光発電装置が出力抑制運転を行っている状態での日射量及び温度、並びに、太陽光発電装置の太陽光パネルの数によって変化する発電予備力に着目した。そして、本発明者は、太陽光パネルを有する太陽光発電部の電力系統に接続された電力制御部を用いて、各太陽光発電部に属する太陽光パネルの発電予備力を測定することを着想した。これにより、本発明者らは、日射計及び温度計などを用いることがなく、しかも、電力系統の電圧状態によらずに発電予備力を測定可能な発電予備力測定装置及び発電予備力測定方法を実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、本実施の形態に係る発電予備力測定装置について詳細に説明する。

図６は、本実施の形態に係る発電予備力測定装置の一例を示す機能ブロック図である。図６に示すように、本実施の形態に係る発電予備力測定装置１は、日射量及び温度などによって変化する太陽光パネルの出力抑制運転時の発電予備力を測定するものである。本実施の形態に係る発電予備力測定装置１は、複数の太陽光発電部１１－１，１１－２・・・１１－ｎと、複数の太陽光発電部１１－１，１１－２・・・１１－ｎが接続される電力系統１２と、外部ネットワーク１３と、外部サーバ１４とを備える。なお、本実施の形態では、発電予備力測定装置１は、複数の太陽光発電部１１－１，１１－２・・・１１－ｎ（以下、単に、「太陽光発電部１１」ともいう）を備える例について説明するが、太陽光発電部１１は少なくとも１つ備えていればよい。また、以下においては、太陽光発電部１１が太陽光パネルを備える例について説明するが、本実施の形態に係る発電予備力測定装置１は、フィルム型太陽電池などの他の各種太陽光発電装置を備えた太陽光発電部１１にも適用可能である。

太陽光発電部１１は、光エネルギーにより発電する複数の太陽光パネル１５と、複数の太陽光パネル１５に接続された電力制御部（ＰＣＳ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）１６とを備える。電力制御部１６は、電力系統１２に接続され、太陽光パネル１５の発電電力を制御する。なお、本実施の形態では、太陽光発電部１１が複数の太陽光パネル１５を備えた例について説明するが、太陽光発電部１１は、太陽光パネル１５を少なくとも１つ備えていればよい。また、図６においては、電力制御部１６が太陽光発電部１１に設けられた例について示しているが、電力制御部１６は、太陽光発電部１１の外部に設けてもよい。

電力制御部１６は、太陽光パネル１５から出力される直流電力を制御すると共に、太陽光パネル１５から出力される直流電力（ＤＣ）を交流電力（ＡＣ）に変換して電力系統１２へ供給する制御を行う。電力制御部１６は、電力系統１２と太陽光パネル１５との間で相互に電力を変換する。また、電力制御部１６は、電力系統１２と太陽光パネル１５との間で電力の授受を制御する。電力制御部１６は、交流電力及び直流電力の間で双方向に変換し、太陽光パネル１５と電力系統１２との間で電力の授受を行う。電力制御部１６は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）及びＡＣ／ＤＣコンバータ（ＡＣ／ＤＣ）などにより上記制御を行う。

また、電力制御部１６は、通信ネットワーク１３を介して外部サーバ１４と通信可能となっている。通信ネットワーク１３としては、例えば、無線ＬＡＮなどの各種無線通信ネットワーク及び光ファイバを利用した光通信及び電力線搬送通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）などの各種有線通信ネットワークが挙げられる。電力制御部１６は、通信ネットワーク１３を介して、外部サーバ１４に対して各太陽光発電部１１の発電予備力の情報を送信すると共に、外部サーバ１４からの各種指令を受信する。外部サーバ１４は、通信ネットワーク１３を介して、各太陽光発電部１１の電力制御部１６に対して各太陽光発電部１１の発電予備力を所望の範囲とするように指令する。

図７は、電力制御部１６の機能ブロック図である。図７に示すように、電力制御部１６は、内部に出力電圧測定部１６１と、出力電圧制御部１６２と、発電予備力算出部１６３と、発電予備力制御１６４とを備える。出力電圧測定部１６１、出力電圧制御部１６２、発電予備力算出部１６３及び発電予備力制御１６４は、マイクロコントローラ及び周辺回路を有するコンピュータシステムによって実現される。出力電圧測定部１６１、出力電圧制御部１６２、発電予備力算出部１６３及び発電予備力制御１６４は、ＣＰＵなどのプロセッサが、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置に記憶されたプログラムに従って各種演算を実行して周辺回路を制御することにより実現される。

上記記憶装置に記憶されたプログラムは、本実施の形態に係る発電予備力測定装置を実現するためのプログラムである。上記プログラムは、例えば、予め電力制御部１６内の記憶部（不図示）にインストールされている。なお、上記プログラムは、ネットワークを介して流通可能であってもよいし、ＣＤ－ＲＯＭなどのコンピュータが読み取り可能な記憶媒体（Ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）に書き込まれて流通可能であってもよい。また、電力制御部１６は、内部に設けられた記憶部に機能の実現するために必要なプログラム及びパラメータなどの各種データを記憶している。

出力電圧測定部１６１は、太陽光発電部１１に属する少なくとも１つの太陽光パネル１５の発電出力を測定する。出力電圧測定部１６１は、例えば、太陽光発電部１１内の複数の太陽光パネル１５の全ての出力電圧を測定してもよく、一部の太陽光パネル１５の出力電圧を測定してもよい。また、出力電圧測定部１６１は、複数の太陽光パネル１５が接続された電力系統１２を流れる出力電圧を測定してもよい。

出力電圧制御部１６２は、出力電圧測定部１６１によって測定された太陽光パネル１５の発電出力に基づいて、太陽光発電部１１内の少なくとも１つの太陽光パネル１５の発電出力を制御する。出力電圧測定部１６１は、例えば、太陽光発電部１１内の複数の太陽光パネル１５の全ての出力電圧を変化させてもよく、一部の太陽光パネル１５の出力電圧を変化させてもよい。また、出力電力制御部１６２は、少なくとも１つの太陽光パネル１５の電圧値を所定値から開放電圧以上に変化させてから、当該太陽光パネル１５に電流が流れる測定電圧まで電圧値を減少させてもよい。ここでの測定電圧とは、開放電圧以上に電圧値を上昇させた太陽光パネル１５について、開放電圧から電圧値を減少させて太陽光パネル１５に電流が流れ始める際の電圧値である。また、電圧値の所定値としては、上述した太陽光パネル１５に電流が流れる電圧値未満であれば特に制限はない。電圧値の所定値としては、０Ｖがより好ましい。出力電力制御部１６２は、発電予備力の測定対象となる太陽光発電部１１に属する太陽光パネル１５の電圧値を変化させる。

発電予備力算出部１６３は、太陽光発電部１１内の少なくとも１つの太陽光パネル１５の電流電圧特性に基づいて発電予備力を算出する。発電予備力算出部１６３は、例えば、太陽光発電部１１内の複数の太陽光パネル１５の全ての電流電圧特性に基づいて発電予備力を算出してもよく、一部の太陽光パネル１５の電流電圧特性に基づいて発電予備力を算出してもよい。発電予備力算出部１６３は、出力電圧測定部１６１によって測定された出力電圧及び出力電圧制御部１６２によって変化された太陽光パネル１４の出力電圧により電流電圧特性を取得し、取得した電流電圧特性に基づいて発電予備力を算出する。

本実施の形態では、発電予備力算出部１６３は、予め取得した少なくとも１つの太陽光パネル１５の第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と、出力電圧制御部１６２により当該少なくとも１つの太陽光パネル１５の電圧値が変化されることにより推定した第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力とを対比して、当該少なくとも１つの太陽光パネル１５の発電予備力を算出する。ここでの第１電流電圧特性としては、例えば、日射量及び温度によって変化する太陽光パネル１５の最大電力点を含む電流電圧特性であってもよく、太陽光パネル１５の性能等に応じて予め設定された所定の電流電圧特性であってもよい。また、第２電流電圧特性としては、開放電圧から電圧値を減少させた際に太陽光パネル１５に電流が流れ始める際の測定電圧の電圧値に対応する電流電圧特性であってもよく、日射量及び温度などに応じて予め設定した所定の電圧値に対応した電流電圧特性であってもよい。

また、発電予備力算出部１６３は、出力電圧制御部１６２が太陽光パネル１５の電圧値を所定値より開放電圧以上に変化させた際に、開放電圧に基づいて第１電流電圧特性を取得してもよい。さらに、発電予備力算出部１６３は、出力電圧制御部１６２が開放電圧以上に増大させた電圧値を、太陽光パネル１５に電流が流れ始める測定電圧まで減少させた際の電圧値に基づいて第２電流電圧特性を推定してもよい。これにより、発電予備力測定装置１は、最大電力点を含む第１電流電圧特性を取得すると共に、出力抑制運転時の運転条件に応じた第２電流電圧特性を推定できるので、発電予備力をより正確に測定することが可能となる。

さらに、発電予備力算出部１６３は、上述した出力電力制御部１６２により少なくとも１つの太陽光パネル１５の電圧値を所定値より開放電圧以上に変化させる過程で、当該少なくとも１つの太陽光パネル１５の電流電圧特性を記憶し、記憶した当該少なくとも１つの太陽光パネル１５の電流電圧特性に基づいて第２電流電圧特性を推定してもよい。これにより、発電予備力測定装置１は、太陽光パネル１５の電圧値を変化させる過程で記憶した電流電圧特性に基づいて第２電流電圧特性を推定できるので、発電予備力を更に正確に測定することが可能となる。

また、発電電予備力算出部１６３は、太陽光発電部１１に属する少なくとも１つの太陽光パネル１５の発電予備力を算出し、算出した発電予備力に基づいて太陽光発電部１１全体の発電予備力を算出してもよい。これにより、発電予備力測定装置１は、少なくとも１つの太陽光パネル１５の発電予備力に基づいて太陽光発電部１１の発電予備力を測定できるので、発電予備力を容易に測定することが可能となる。

また、発電予備力算出部１６３は、複数の太陽光発電部１１－１～１１－ｎに属する少なくとも１つの太陽光発電部１１に属する少なくとも１つの太陽光パネル１５の発電予備力を算出し、算出した発電予備力に基づいて複数の太陽光発電部１１－１～１１－ｎ全体の発電予備力を算出してもよい。これにより、発電予備力測定装置１は、少なくとも１つの太陽光パネル１５の発電予備力に基づいて複数の太陽光発電部１１の発電予備力を測定できるので、発電予備力を容易に測定することが可能となる。

発電予備力制御部１６４は、発電予備力算出部１６３によって算出された太陽光発電部１１の発電予備力が所望の値となるように、発電予備力を制御する。発電予備力制御部１６４は、発電予備力算出部１６３によって算出された発電予備力に基づいて、太陽光パネル１５の発電出力を調整することにより、太陽光発電部１１の発電予備力を制御する。

次に、図８を参照して、本実施の形態に係る発電予備力制御装置１を用いた発電予備力測定方法の具体例について詳細に説明する。図８は、本実施の形態に係る発電予備力測定方法の一例を示すフロー図である。なお、本実施の形態に係る発電予備力測定方法は、図８に示す例に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

図８に示すように、本実施の形態に係る発電予備力測定方法は、太陽光パネル１５の電流電圧特性を記憶しながら電圧値を所定値から開放電圧Ｖｏｃ以上まで増大させる第１工程ＳＴ１１と、開放電圧Ｖｏｃ以上に増大させた太陽光パネル１５の電圧値を当該太陽光パネル１５に電流が流れ始める測定電圧の電圧値Ｖ_１まで減少させる第２工程ＳＴ１２と、第１工程ＳＴ１１で記憶した電流電圧特性に基づいて、第２工程ＳＴ１２で得られた電圧値Ｖ_１における第２電流電圧特性を推定する第３工程ＳＴ１３と、予め取得した太陽光パネル１５の第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と、第３工程ＳＴ１３で推定した第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力とを対比して発電予備力を算出する第４工程ＳＴ１４とを含む。以下、各工程について詳細に説明する。

図９は、本実施の形態に係る太陽光パネル１５の日射量と電流電圧特性との関係を示す図である。図９に示すように、太陽光パネル１５の電流電圧特性は、日射量に応じて変化するが（図９の矢印参照）、曲線の形状に変化はない。図９に示す例では、日射量が多く、太陽光パネル１５の最大電力が得られる開放電圧Ｖｏｃと短絡電流Ｉｓｃとの間の電流電圧特性を電流電圧曲線Ｌ２－１に示し、日射量が減少した際の電圧値Ｖ_１と電流値Ｉ_１との間の電流電圧特性を電流電圧曲線Ｌ２－１Ａに示している。そこで、本実施の形態では、このような太陽光パネル１５の電流電圧特性を用いて太陽光パネル１５の発電予備力を算出する。

図１０及び図１１は、本実施の形態に係る発電予備力測定方法の第１工程ＳＴ１１の説明図である。図１０及び図１１に示すように、第１工程ＳＴ１１では、出力電圧制御部１６２は、太陽光パネル１５の電圧値を所定値（０Ｖ）から開放電圧Ｖｏｃ以上となる電圧値Ｖｃまで増大させる。ここでは、発電予備力算出部１６３は、電圧値が増大される過程で電圧値に対応した電流電圧曲線の形状を記憶する。図１０に示す例では、発電予備力算出部１６３が、電圧値Ｖ_Ａに対応した電圧値Ｖ_Ａと電流値Ｉ_Ａとの間の電流電圧曲線Ｌ２Ａと、電圧値Ｖ_Ｂに対応した電圧値Ｖ_Ｂと電流値Ｉ_Ｂとの間の電流電圧曲線Ｌ２Ｂと、開放電圧Ｖｏｃに対応した開放電圧Ｖｏｃと短絡電流Ｉｓｃとの間の第１電流電圧特性に対応した電流電圧曲線Ｌ２－１とを記憶する例を示している。このように、特定の電圧値に対応した日照量の変化に伴った形状の変化が少ない電流電圧曲線に基づいて発電予備力を算出することができるので、電流電圧曲線の記憶に必要な記憶容量を削減することが可能となる。なお、発電予備力算出部１６３は、電圧値の増大に伴って変化する電流電圧曲線を断続的に記憶してもよく、連続的に記憶してもよい。発電予備力算出部１６３は、電圧値の増大に伴って変化する電流電圧曲線を断続的に記憶することにより、電流電圧曲線の記憶に必要なデータ量を削減することができる。また、発電予備力算出部１６３は、電圧値の増大に伴って変化する電流電圧曲線を連続的に記憶することにより、精度良く第２電流電圧特性を推定することが可能となる。また、図１０及び図１１に示す例では、出力電圧制御部１６２が太陽光パネル１５の電圧値を開放電圧Ｖｏｃより大きい電圧値Ｖｃまで増大させる例について説明したが、出力電圧制御部１６２は、太陽光パネル１５の電圧を開放電圧Ｖｏｃまで増大させてもよい。

また、第１工程ＳＴ１１では、出力電圧制御部１６２は、例えば、太陽光パネル１５の起動時などの出力を上げられるときに電圧値を上昇させて、発電予備力算出部１６３が開放電圧Ｖｏｃの第１電流電圧特性に対応する電流電圧曲線Ｌ２－１の第１最大電力の値を予め記憶しておけばよい。さらに、第１工程ＳＴ１１では、出力電圧制御部１６２は、日照量が変化する季節毎に太陽光パネル１５の電圧を変化させて、発電予備力算出部１６３が開放電圧Ｖｏｃの第１電流電圧特性に対応する電流電圧曲線Ｌ２－１に対応した第１最大電力の値を記憶しておいてもよい。また、第１工程ＳＴ１１では、出力電圧制御部１６２は、日照量が変化する時間毎に太陽光パネル１５の電圧を変化させて、発電予備力算出部１６３が開放電圧Ｖｏｃの第１電流電圧特性に対応する電流電圧曲線Ｌ２－１に対応した第１最大電力の値を記憶してもよい。また、発電予備力算出部１６３は、開放電圧Ｖｏｃと第１最大電力の値を表又はグラフとして記憶しておいてもよい。また、出力電圧制御部１６２は、太陽光パネル１５の電圧値を必ずしも０Ｖから増大させる必要はない。この場合、出力電圧制御部１６２は、太陽光パネル１５の電圧値を開放電圧Ｖｏｃ以上に増大させて、発電予備力算出部１６３が開放電圧Ｖｏｃを記憶しておけばよい。また、発電予備力算出部１６３は、温度の変化に伴う補正を考慮して発電予備力を算出してもよい。

図１２は、本実施の形態に係る発電予備力測定方法の第２工程ＳＴ１２及び第３工程ＳＴ１３の説明図である。図１２に示すように、第２工程ＳＴ１２では、出力電圧制御部１６２は、開放電圧Ｖｏｃ以上まで増大させた太陽光パネル１５の電圧値Ｖｃを、日射量に応じて変化する当該太陽光パネル１５に電流が流れ始める電圧値Ｖ_１まで減少させる（図１２の矢印参照）。そして、第３工程ＳＴ１３では、発電予備力算出部１６３が、第１工程ＳＴ１１で記憶した各電圧値（例えば、Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_１など）に対応する電流電圧曲線に基づいて、第２工程ＳＴ１２で得られた太陽光パネル１５に電流が流れる特定の電圧値Ｖ_１における第２電流電圧特性を推定する。図１２に示す例では、発電予備力算出部１６３は、太陽光パネル１５に電流が流れる特定の電圧値Ｖ_１に対応する電圧値Ｖ_１と電流値Ｉ_１との間の第２電流電圧特性に対応する電流電圧曲線Ｌ２－２を推定している。ここでは、図９に示したように、太陽光パネル１５の第２電流電圧特性は、日射量に応じて変化する一方、曲線の形状に変化はない。そのため、第２工程ＳＴ１２において、発電予備力算出部１６３は、特定の電圧値Ｖ_１に対応する第２電流電圧曲線Ｌ２－２を記憶していなくとも、他の電流電圧曲線（例えば、図１０の電流電圧曲線Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂなど）を記憶していることにより、特定の電圧値Ｖ_１に対応する第２電流電圧曲線Ｌ２－２を推定することが可能となる。

図１３は、本実施の形態に係る発電予備力測定方法の第４工程ＳＴ１４の説明図である。図１３に示すように、第４工程ＳＴ１４では、発電予備力算出部１６３は、第３工程ＳＴ１３で得られた電圧値Ｖ_１と電流値Ｉ_１との間の第２電流電圧特性に基づいて、第２最大電力を推定する。第４工程ＳＴ１４では、発電予備力算出部１６３は、第３工程で推定された電圧値Ｖ_１と電流値Ｉ_１との間の電流電圧曲線Ｌ２－２に基づいて、電力曲線Ｌ２－３を算出する。これにより、発電予備力算出部１６３は、測定時点での第２最大電力点Ｐ１が算出できるので、第１工程ＳＴ１１で取得した太陽光パネル１５の第１最大電力点Ｐｍａｘ（図１参照）と測定時点での第２最大電力点Ｐ１との差分を求めることにより、太陽光パネル１５の上げ余力である発電予備力を算出することが可能となる。

また、発電予備力算出部１６３は、電力系統の電圧を考慮して算出してもよい。図１４は、電力系統の電圧を考慮した発電予備力の説明図である。図１４に示すように、上述した発電予備力測定方法では、測定対象となる太陽光パネル１５の運転出力（矢印Ｌ３参照）に対する最大出力点との差分が発電予備力（矢印Ｌ４参照）として算出される。一方で、電力系統１２に接続された太陽光パネル１５では、太陽光パネル１５と負荷との間を周期的に往復する無効電力が系統電圧として存在する。そこで、この無効電力の影響（矢印Ｌ５参照）を予め算出し、測定対象となる太陽光パネル１５の運転出力（矢印Ｌ１参照）及び算出された発電予備力（矢印Ｌ４参照）との差分を求めることにより、系統電圧の影響を考慮した発電予備力（矢印Ｌ６参照）を算出することが可能となる。これにより、系統電圧の影響を排除した発電予備力を算出できるので、太陽光発電部１１をより正確に抑制運転することが可能となる。

次に、図１５を参照して、本実施の形態に係る発電予備力測定装置１における発電予備力の制御について詳細に説明する。図１５は、本実施の形態に係る発電予備力測定装置１による発電予備力制御の説明図である。なお、図１５においては、説明の便宜上、電力制御部１６を省略して示している。

図１５に示すように、発電予備力測定装置１においては、発電予備力の制御は、発電予備力測定装置１に属する複数の太陽光発電部１１の全体で行ってもよく、一部の太陽光発電部１１を対象として行ってもよく、特定の太陽光発電部１１に属する一部の太陽光パネル１５内で行ってもよい。図１５に示す例では、発電予備力算出部１に属する３つの太陽光発電部１１－１（最大発電電力：４０ｋｗ），１１－２（最大発電電力：７０ｋｗ），１１－３（最大発電電力：３０ｋｗ）のそれぞれについて、発電予備力５０％を確保し、全体で７０ｋｗの発電予備力を確保して運転を行っている例を示している。この場合、電力制御部１６は、日射量、温度、電力系統などによって変化する太陽光発電部１１－１，１１－２，１１－３のそれぞれについて、発電予備力を随時計算し、発電予備力を５０％確保して運転している。

例えば、電力制御部１６は、発電予備力算出部１６３によって算出された発電予備力が最大となる太陽光発電部１１を選択する（例えば、太陽光発電部１１－２）。次に、電力制御部１６は、発電予備力算出部１６３によって測定された発電予備力に基づいて、出力電圧制御部１６２によって太陽光発電部１１－２の発電電力を変化させる。そして、電力制御部１６は、発電予備力制御部１６４を介して上記制御を太陽光発電部１１－１，１１－３に対して上述した発電予備力の制御及び発電電力の制御を順次繰り返すことにより、太陽光発電部１１－１～１１－３の発電予備力の合計が５０％となるように運転する。ここでは、発電予備力算出部１６３は、太陽光発電部１１－２全体のエリア内において、最大出力で運転している太陽光パネル１５が特定できる場合には、当該太陽光パネル１５の発電予備力を算出して太陽光発電部１１－２の発電予備力を算出してもよい。また、発電予備力算出部１６３は、太陽光発電部１１－２の一部のエリアＡ１内において、最大出力で運転している太陽光パネル１５が特定できる場合には、当該太陽光パネル１５の発電予備力を算出して太陽光発電部１１－２の発電予備力を算出してもよい。

また、電力制御部１６は、太陽光発電部１１－１～１１－３の全てが発電電力抑制運転されている場合には、少なくとも１つの太陽光発電部１１を選択して、発電予備力を測定してもよい。この場合、電力制御部１６は、特定の太陽光発電部１１（例えば、太陽光発電部１１－２）を選択し、出力電圧制御部１６２を介して選択した太陽光発電部１１－２に属する太陽光パネル１５（例えば、太陽光パネル１５Ａ）の出力電圧を起動時などに開放電圧Ｖｏｃ以上に増大させて最大電力点を算出する。そして、発電予備力算出部１６３は、最大電力点と任意の測定時点の最大電力とを対比して発電予備力を算出し、算出した発電予備力に基づいて太陽光発電部１１－２の発電予備力を推定してもよい。ここでは、電力制御部１６は、太陽光パネル１５の設置方向、角度及び容量に基づいて発電予備力の算出精度を向上させてもよい。また、上述した電圧値を増大させる太陽光パネル１５は、出力電圧の増大に伴う電圧上昇の影響が少ない電力系統１２の電圧が低い箇所に接続されているものを選定することが好ましい。

また、電力制御部１６は、発電予備力の測定の際に、出力電圧制御部１６２によって増大させた太陽光パネル１５の発電電力を、太陽光発電部１１に属する他の太陽光パネル１５によって相殺させてもよい。この場合、発電電力を相殺させる太陽光パネル１５は、発電電力の現象に伴う電力系統１２の電圧低下の影響が少ない電力系統１２の電圧が高い箇所に接続されたものとしてもよい。また、発電電力を相殺させる太陽光パネル１５は、発電電力を増大させた太陽光パネル１１と同じ電力系統１２に接続されているものであってもよい。また、増大させた太陽光パネル１５の発電電力を複数の太陽光パネル１１の出力電圧を一律に下げて相殺してもよい。

また、電力制御部１６は、発電予備力の測定の際に、出力電圧制御部１６２によって増大させた太陽光パネル１５の発電電力を、同じ電力系統１２に接続された太陽光パネル１５の無効電力を制御して電圧変動を抑制してもよい。この場合、電力制御部１６は、個別に各太陽光パネル１５の発電予備力を計算した後、無効電力により電圧変動を抑制しながら最大限出力可能な発電予備力を計算してもよい。

さらに、電力制御部１６は、太陽光発電部１１毎に発電予備力を測定し、発電予備力を最大限確保できる太陽光発電部１１の発電出力を主に下げ、他の太陽光発電部１１の発電出力を上げて太陽光発電部１１全体の出力の差を低減してもよい。また、電力制御部１６は、特定の太陽光発電部１１に属する各太陽光パネル１５の発電予備力を測定し、発電予備力を最大限確保できる太陽光発電部１１の発電出力を主に下げ、他の太陽光発電部１１の発電出力を上げて太陽光発電部１１全体の出力を一定としてもよい。

電力制御部１６は、太陽光発電部１１毎に出力抑制の比率を変えて発電予備力を一定に制御してもよい。また、電力制御部１６は、発電予備力確保による収益と太陽光発電部１１の売電価格とを考慮して、発電予備力確保の比率を変えてもよい。さらに、電力制御部１６は、太陽光発電部１１の出力抑制量が同一になるように調整して発電予備力を確保してもよい。

以上説明したように、上記実施の形態によれば、第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力を対比することにより、日射計及び温度計などを用いることなく、しかも、電力系統への悪影響を低減して出力抑制運転時の太陽光発電部１１の発電予備力を測定できる。これにより、従来より正確な太陽光発電部の発電予備力の把握が可能となり、太陽光発電部による慣性力確保も可能となる。この結果、太陽光発電の慣性力を確保できると共に、太陽光発電の発電予備力を用いたビジネスも可能となり、太陽光発電部の運転時の出力抑制量の計算も可能となるだけでなく、太陽光発電時に生じうる補償金などの計算も容易となる。

本発明は、日射計及び温度計などを用いることがなく、しかも、電力系統の電圧状態によらずに発電予備力を測定可能な発電予備力測定装置及び発電予備力測定方法を実現できるという効果を有し、例えば、太陽光パネルなどを用いた太陽光発電に有効に活用可能である。

１ 発電予備力測定装置
１１，１１－１，１１－２，１１－３，１１－ｎ 太陽光発電部
１２ 電力系統
１３ ネットワーク
１４ 外部サーバ
１５ 太陽光パネル
１６ 電力制御部
１６１ 出力電圧測定部
１６２ 出力電圧制御部
１６３ 発電予備力算出部
１６４ 発電予備力制御部

Claims (10)

1. 光エネルギーにより発電する少なくとも１つの太陽光パネルを備えた太陽光発電部と、
   電力系統に接続され、前記太陽光発電部の発電電力を制御する電力制御部とを具備し、
   前記電力制御部は、前記太陽光パネルの出力電圧を変化させる出力電圧制御部と、
   前記太陽光パネルの出力電圧に基づいて、前記太陽光発電部の発電予備力を算出する発電予備力算出部とを備え、
   前記発電予備力算出部は、予め取得した前記太陽光パネルの第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と、前記出力電圧制御部により当該太陽光パネルの出力電圧を変化させて推定した前記太陽光パネルの第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力とを対比して、前記太陽光パネルの発電予備力を算出し、
   前記発電予備力算出部は、前記太陽光パネルに電流が流れ始める電圧と、他の電流電圧特性の曲線の形状と、に基づいて、前記第２電流電圧特性を推定することを特徴とする、発電予備力測定装置。
2. 光エネルギーにより発電する少なくとも１つの太陽光パネルを備えた太陽光発電部と、
   電力系統に接続され、前記太陽光発電部の発電電力を制御する電力制御部とを具備し、
   前記電力制御部は、前記太陽光パネルの出力電圧を変化させる出力電圧制御部と、
   前記太陽光パネルの出力電圧に基づいて、前記太陽光発電部の発電予備力を算出する発電予備力算出部とを備え、
   前記発電予備力算出部は、予め取得した前記太陽光パネルの第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と、前記出力電圧制御部により当該太陽光パネルの出力電圧を変化させて推定した前記太陽光パネルの第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力とを対比して、前記太陽光パネルの発電予備力を算出し、
   前記出力電圧制御部は、前記太陽光パネルの出力電圧を開放電圧以上に変化させてから、前記太陽光パネルに電流が流れる測定電圧まで減少させ、
   前記発電予備力算出部は、前記開放電圧に基づいて前記第１電流電圧特性を取得し、前記測定電圧に基づいて前記第２電流電圧特性を推定する、発電予備力測定装置。
3. 前記発電予備力算出部は、前記出力電圧制御部により前記太陽光パネルの出力電圧を前記開放電圧以上に変化させる過程で、前記太陽光パネルの少なくとも１つの電流電圧特性を記憶し、記憶した当該太陽光パネルの少なくとも１つの電流電圧特性に基づいて前記第２電流電圧特性を推定する請求項２に記載の発電予備力測定装置。
4. 前記太陽光発電部は、複数の前記太陽光パネルを備え、前記発電予備力算出部は、算出した少なくとも１つの前記太陽光パネルの前記発電予備力に基づいて、前記太陽光発電部の発電予備力を算出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発電予備力測定装置。
5. 前記太陽光発電部を複数備え、前記発電予備力算出部は、算出した少なくとも１つの前記太陽光パネルの前記発電予備力に基づいて、複数の前記太陽光発電部の発電予備力を算出する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発電予備力測定装置。
6. 予め取得した太陽光パネルの第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と、前記太陽光パネルの電圧を変化させることによって推定した当該太陽光パネルの第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力とを対比して、前記太陽光パネルの発電予備力を算出する発電予備力算出工程を含み、
   前記発電予備力算出工程において、前記太陽光パネルに電流が流れ始める電圧と、他の電流電圧特性の曲線の形状と、に基づいて、前記第２電流電圧特性を推定する、発電予備力測定方法。
7. 予め取得した太陽光パネルの第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と、前記太陽光パネルの電圧を変化させることによって推定した当該太陽光パネルの第２電流電圧特性に基づいた第２最大電力とを対比して、前記太陽光パネルの発電予備力を算出する発電予備力算出工程を含み、
   前記発電予備力算出工程において、前記太陽光パネルの電圧値を開放電圧以上に変化させてから、前記太陽光パネルに電流が流れる測定電圧まで減少させ、
   前記開放電圧に基づいて前記第１電流電圧特性を取得し、前記測定電圧に基づいて前記第２電流電圧特性を推定する、発電予備力測定方法。
8. 前記太陽光パネルの電圧値を前記開放電圧以上に変化させる過程で、前記太陽光パネルの少なくとも１つの電流電圧特性を記憶し、記憶した当該太陽光パネルの少なくとも１つの電流電圧特性に基づいて前記第２電流電圧特性を推定する請求項７に記載の発電予備力測定方法。
9. 前記太陽光パネルを複数有する太陽光発電部を備え、算出した少なくとも１つの前記太陽光パネルの前記発電予備力に基づいて、前記太陽光発電部の発電予備力を算出する、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の発電予備力測定方法。
10. 少なくとも１つの前記太陽光パネルを有する太陽光発電部を複数備え、算出した少なくとも１つの前記太陽光パネルの前記発電予備力に基づいて、複数の前記太陽光発電部の発電予備力を算出する、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の発電予備力測定方法。

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