JP7249032B2 - 電力制御システム - Google Patents

Description

本発明は、電気機器で使用される電力を制御するための電力制御システム及び電力制御方法に関する。

太陽光発電設備が設置された家庭又は企業等（以下、家庭等という）においては、太陽光発電設備が発生した電力と、電力系統から供給される電力とが併用されている。家庭等での消費電力が想定した量未満に低下し、太陽光発電設備が発生した電力が余った場合に生じる余剰電力が電力系統に流れてしまう逆潮流が生じることを防止するために、逆潮流を阻止するための逆潮流防止装置（例えば逆潮流防止リレーＲＰＲ）が使用されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９－０３３８０２号公報

逆潮流防止装置は、逆潮流が発生したことを検出すると、太陽光発電設備が発生した直流電力を交流電力に変換するインバータの動作を停止させる。その結果、インバータが変換した後の交流電力が電力系統に供給されることを未然に防ぐことができる。

しかしながら、逆潮流防止装置が作動してインバータを急停止させた後には、インバータを点検した後に、手動でインバータを再起動させなければならない場合があるという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、インバータの動作を停止させることなく逆潮流の発生を防ぐようにすることを目的とする。

本発明の第１の態様の電力制御システムは、自然エネルギーを利用して電力を発生する発電装置と、前記発電装置が出力した直流電力に基づいて負荷に供給する交流電力を発生する電力変換装置と、前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量を制御する制御装置と、前記電力変換装置が発生した前記交流電力が余剰する可能性があることを検出した場合に、余剰検出通知を前記制御装置に通知する余剰検出装置と、を有し、前記制御装置は、前記余剰検出通知を受けた場合に、前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量の減少率を増加させる。

前記余剰検出装置は、前記負荷に電力を供給する電力系統から供給される電力の量が予め設定された第１閾値未満になった場合に、前記余剰検出通知を前記制御装置に通知してもよい。前記余剰検出装置は、前記負荷の種別に関連付けられた前記第１閾値を使用してもよい。

前記余剰検出装置は、前記電力系統から供給される電力の量が予め設定された第２閾値以上になった場合に、前記交流電力が余剰しないことを示す非余剰検出通知を前記制御装置に通知し、前記制御装置は、前記非余剰検出通知を受けた場合に、前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量の減少率を変化させてもよい。

前記余剰検出装置と、前記負荷に電力を供給する電力系統との間に設けられており、前記電力変換装置が発生した前記交流電力が前記電力系統に流れることを検出した場合に、逆潮流検出結果を前記制御装置に通知する逆潮流検出装置をさらに有し、前記制御装置は、前記逆潮流検出結果を受ける前に、前記余剰検出通知を受けたことに応じて前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量を減少させてもよい。

前記制御装置は、前記電力変換装置に前記交流電力の発生量を指示するためのコマンドを発したことに対する前記交流電力の変化量に基づいて、前記電力変換装置の応答特性を特定し、特定した前記応答特性に基づいて前記電力変換装置を制御してもよい。

前記制御装置は、前記応答特性と、前記電力変換装置に発生させる前記交流電力の量とに基づいて、前記電力変換装置に前記交流電力の量を変化させるための制御信号を通知するタイミングを決定してもよい。

前記制御装置は、前記応答特性を記憶媒体に記憶させ、前記応答特性を特定するたびに前記記憶媒体に記憶された前記応答特性を更新してもよい。前記電力制御システムは、前記負荷に電力を供給する電力系統から供給される前記交流電力の量を測定し、当該交流電力の量の測定結果のアナログ信号を出力するアナログ電力計をさらに含み、前記制御装置は、前記アナログ電力計が出力したアナログ信号に基づいて、前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量を制御してもよい。

本発明の第２の態様の電力制御方法は、コンピュータが実行する、自然エネルギーを利用して電力を発生する発電装置が出力した直流電力に基づいて電力変換装置が発生した交流電力が余剰する可能性の有無を判定するステップと、前記交流電力が余剰する可能性があることを検出した場合に、前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量の減少率を増加させるステップと、を有する。

本発明によれば、インバータの動作を停止させることなく逆潮流の発生を防ぐようにすることができるという効果を奏する。

電力制御システムの概要を示す図である。 逆潮流が発生する状態について説明するための図である。 図２における時刻Ｔ３及び時刻Ｔ４の周辺を拡大した図である。 逆潮流の発生を防ぐ処理について説明するための図である。 制御装置が電力変換装置の応答特性に基づいて電力変換装置２を制御する処理について説明するための図である。 制御装置が指示値を電力変換装置に入力するタイミングを早めることによる効果を示す図である。 制御装置が指示値の減少率を大きくすることによる効果を示す図である。 電力制御システムにおける電力制御方法の手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態の電力制御システムの構成を示す図である。 図９の制御装置の構成を示す図である。 電力制御システムにおける交流電力の発生量を制御する処理手順を示すフローチャートである。

＜第１の実施形態＞
［電力制御システムＳ１００の構成］
図１は、電力制御システムＳ１００の概要を示す図である。電力制御システムＳ１００は、発電装置１と、電力変換装置２と、制御装置３と、電力計４と、余剰検出装置５と、逆潮流検出装置６とを有しており、自然エネルギーに基づいて電力を発生し、家庭等で使用される電気機器を含む負荷Ｌに電力を供給する。負荷Ｌは、例えば宅内の電気機器又は店舗における冷却機器のように、電力の供給を受けて動作する機器である。

電力制御システムＳ１００は電力系統Ｐに接続されており、電力系統Ｐから電力の供給を受けることもできる。電力制御システムＳ１００は、自然エネルギーに基づいて発生した電力の量が、負荷Ｌに供給する必要がある電力の量よりも少ない場合、発生した電力とともに、電力系統Ｐから供給された電力を負荷Ｌに供給する。

発電装置１は、自然エネルギーを利用して電力を発生する発電設備であり、例えば太陽光パネルを有する太陽光発電設備、又は風車を有する風力発電設備である。本実施の形態においては、発電装置１が太陽光発電設備である場合を例にして説明する。

電力変換装置２は、発電装置１が出力した直流電力に基づいて負荷Ｌに供給する交流電力を発生するインバータを含む装置であり、例えばパワーコンディショナである。電力変換装置２は、変換後の交流電力を負荷Ｌに供給する。電力変換装置２は、制御装置３から入力される制御信号に基づいて動作する。電力変換装置２は、例えば、制御信号に基づいて、負荷Ｌに供給する電力の量を変化させたり、動作を停止したり、動作を再開したりする。

制御装置３は、記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することにより電力変換装置２を制御するコンピュータである。制御装置３は、電力変換装置２が発生する交流電力の量を制御する。制御装置３は、電力計４、余剰検出装置５又は逆潮流検出装置６から入力される各種の情報に基づいて電力変換装置２が負荷Ｌに供給する電力の量を決定し、決定した電力の量を負荷Ｌに供給できるように電力変換装置２を制御する。制御装置３は、電力系統Ｐから供給される電力をできるだけ小さくするように、電力変換装置２が負荷Ｌに供給する電力の量を決定する。

制御装置３は、電力変換装置２が発生した交流電力が余剰する可能性があることを示す余剰検出通知を余剰検出装置５から受けた場合に、電力変換装置２の動作を停止させることなく、電力変換装置２が発生する交流電力の量を減少させたり、交流電力の量の減少率を増加させたりする（交流電力の量の減少及び減少率の増加については、後段の［逆潮流の発生を防ぐ制御］において詳述する。）。また、制御装置３は、余剰検出装置５から余剰検出通知を受信した後に、逆潮流が発生したことを示す逆潮流検出通知を逆潮流検出装置６から受けた場合に、電力変換装置２を停止させる。

制御装置３は、ネットワークを介して接続されたサーバ（不図示）に接続されていてもよい。制御装置３は、余剰検出通知又は逆潮流検出通知を受けた場合に、余剰検出通知又は逆潮流検出通知を受けた日時に関連付けて、これらの通知を受けた旨をサーバに送信してもよい。制御装置３の動作の詳細については後述する。

電力計４は、電力変換装置２と余剰検出装置５との間に設けられており、電力変換装置２が発生した電力の量、及び電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される電力の量を測定する。電力計４は、測定した電力の量を制御装置３及び余剰検出装置５に通知する。電力計４が電力変換装置２と余剰検出装置５との間に設けられていることにより、余剰検出装置５が、電力変換装置２が発生する交流電力の量、及び電力系統Ｐから供給される電力の量を容易に特定することができる。

余剰検出装置５は、電力変換装置２が発生した交流電力が余剰する可能性があることを検出した場合に、電力変換装置２が発生した交流電力が余剰する可能性があることを示す余剰検出通知を制御装置３に通知する。余剰検出装置５は、電力計４から取得した電力変換装置２が発生する交流電力の量、電力系統Ｐから供給される電力の量、負荷Ｌで消費される電力の量などの情報に基づいて、電力変換装置２が発生した交流電力が余剰する可能性の有無を判定する。余剰検出装置５は、例えば負荷Ｌに電力を供給する電力系統Ｐから供給される電力の量が予め設定された閾値（第１閾値）未満になった場合に、電力変換装置２が発生した交流電力が余剰する可能性があると判定し、余剰検出通知を制御装置３に通知する。

余剰検出装置５は、ソフトウェアにより動作するコンピュータを有してもよく、ハードウェアにより動作する電磁リレーであってもよい。余剰検出装置５が電磁リレーにより構成されている場合、電力系統Ｐから供給される電力の量が予め設定された第１閾値未満になった場合に電磁リレーの接点状態が変化して、接点状態に対応するレベルの電気信号を制御装置３に通知する。

逆潮流検出装置６は、余剰検出装置５と、負荷Ｌに電力を供給する電力系統Ｐとの間に設けられており、電力変換装置２が発生した交流電力が電力系統Ｐに流れる逆潮流が発生する状態になったことを検出した場合に、逆潮流検出結果を制御装置３に通知する。逆潮流検出装置６は、例えば、電力系統Ｐから余剰検出装置５に向けて供給される電力の量がゼロになり、かつ余剰検出装置５から受けた電力の量（すなわち、電力変換装置２から電力系統Ｐに向けて供給される電力の量）がプラスになった場合に、逆潮流が発生する状態になったと判定する。

［逆潮流の発生を防ぐ制御］
図２は、逆潮流が発生する状態について説明するための図である。図２の横軸は時刻であり、縦軸は電力の量である。図２における実線は、制御装置３から電力変換装置２に通知された、発生するべき交流電力の量の指示値を示している。指示値は、例えば、制御装置３が負荷Ｌの消費電力を予測した結果に基づいて決定した値である。制御装置３は、過去に負荷Ｌが消費した電力の履歴、負荷Ｌの使用者から入力された情報、又は天候等に基づいて指示値を決定する。

図２における一点鎖線は、実線で示す指示値に基づいて電力変換装置２が実際に発生した交流電力の量を示している。実線と一点鎖線とを比較すると、電力変換装置２が発生する交流電力と指示値との間に差分があることが確認できる。この差分は、電力変換装置２が指示値の変化に基づいて内部動作を変更した結果が出力に反映されるまでに時間を要すること、及び天候の変動により発電装置１により発電可能な電力の量が変動すること等に起因している。

図２における二点鎖線は、電力制御システムＳ１００が電力系統Ｐから購入している電力の量（以下、買電量という場合がある。）を示している。電力制御システムＳ１００は、電力系統Ｐを運営する電力会社等の事業者から、予め設定された量の電力を購入しているが、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間は、電力変換装置２が発生する交流電力の量と指示値との差分（すなわち指示値－発生電力量）が時刻Ｔ１以前よりも大きくなっており、買電量が時刻Ｔ１以前よりも増加している。

一方、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間は、電力変換装置２が発生する交流電力の量と指示値との差分が時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間の差分よりも小さくなっており、指示値の減少に伴って、電力変換装置２が発生する交流電力の量が指示値よりも大きくなる期間が生じている。電力変換装置２が発生する交流電力の量が指示値よりも大きくなると、発生された交流電力が余るために買電量が減少してマイナスになり、電力系統Ｐへの逆潮流が発生してしまう。

図３は、図２における時刻Ｔ３及び時刻Ｔ４の周辺を拡大した図である。図３においては、買電量を太い実線で示している。図３における時刻Ｔｍ１と時刻Ｔｍ２の間においては買電量がマイナスになっており、逆潮流が発生している。

図４は、逆潮流の発生を防ぐ処理について説明するための図であり、図３と同様に時刻Ｔ３及び時刻Ｔ４の周辺を拡大した図である。図４においては、余剰検出通知に基づく指示値、当該指示値に基づいて電力変換装置２が発生する電力、及び買電量とともに、図３に示した指示値及び発生電力も示している。

図４における黒点ａが示すように、買電量が減少して第１閾値ＴＨ１に到達した時刻ｔ１で、制御装置３は指示値の減少率が増加するように変化させている。具体的には、時刻Ｔ３から時刻ｔ１までの間における指示値の減少率よりも、時刻ｔ１以降の指示値の減少率（すなわち黒点ａと黒点ｂとの間の減少率）が大きくなっている。そして、電力変換装置２が発生する電力は、黒点ｃの時点から減少率が大きくなり、図３に示した指示値との差が小さくなる。その結果、買電量がマイナスになり逆潮流が発生する前に買電量が増加し始める。その結果、逆潮流の発生が阻止されている。

このように、逆潮流が発生する可能性があることを余剰検出装置５が検出した時点で、制御装置３が、電力変換装置２に対する指示値の変化率を変化させることにより、余剰電力の発生量を抑制することができる。その結果、制御装置３が電力変換装置２を遮断する必要がないので、インバータを手動で再起動させることなく逆潮流の発生を防ぐことができる。

余剰検出装置５は、買電量（すなわち電力系統Ｐから供給される電力の量）が第１閾値ＴＨ１よりも小さくなった後に、買電量が予め設定された第２閾値ＴＨ２以上になった場合に、交流電力が余剰しないことを示す非余剰検出通知を制御装置３に通知してもよい。制御装置３は、非余剰検出通知を受けた場合に、電力変換装置２が発生する交流電力の量の減少率を減少させ、買電量の増加率を減少させる。図４に示す例においては、時刻ｔ２において買電量がＴＨ２に到達しており、その後、買電量の増加率が減少している。このように、余剰検出装置５及び制御装置３が、買電量が増えた時点で速やかに電力変換装置２が発生する交流電力の減少率を減少させることで、必要以上に買電量が増加することを防止できる。

第２閾値ＴＨ２は第１閾値ＴＨ１と同一の値であってもよいが、図４に示すように第２閾値ＴＨ２が第１閾値ＴＨ１よりも大きな値であることが好ましい。第２閾値ＴＨ２が第１閾値ＴＨ１よりも大きな値になっていることで、電力系統Ｐから供給される電力の量が第１閾値ＴＨ１の付近で変動した場合に、余剰検出装置５が、逆潮流が発生する可能性があると判定する状態と、逆潮流が発生しないと判定する状態とが頻繁に切り替わることを防止できる。

ところで、消費電力の大きさ、及び消費電力の変動量等は、負荷Ｌによって異なる。したがって、逆潮流が発生する可能性の有無を判定するために余剰検出装置５が用いる第１閾値ＴＨ１及び第２閾値ＴＨ２は、負荷Ｌによって最適値が異なると考えられる。そこで、余剰検出装置５は、負荷の種別に関連付けられた第１閾値ＴＨ１及び第２閾値ＴＨ２を使用してもよい。余剰検出装置５は、例えば、電力制御システムＳ１００の管理者（例えば電力制御システムＳ１００が設置された家庭等の住人）により設定された負荷Ｌの種別に対応する第１閾値ＴＨ１又は第２閾値ＴＨ２と買電量とを比較することにより、逆潮流が発生する可能性の有無を判定する。

余剰検出装置５は、例えば、自身が有する記憶媒体に負荷Ｌの種別に関連付けて記憶された第１閾値ＴＨ１又は第２閾値ＴＨ２を使用してもよく、外部のサーバから取得した第１閾値ＴＨ１又は第２閾値ＴＨ２を使用してもよい。負荷の種別は、例えば負荷Ｌとして電力変換装置２に接続された電気機器の種別、負荷Ｌの消費電力、及び負荷Ｌの消費電力の変動範囲により表される。

［電力変換装置２の応答特性に基づく制御］
図２の時刻Ｔ１と時刻Ｔ２との間に買電量が増加しているが、買電によるコストを低減させるためには、負荷Ｌでの消費電力が増加すると想定される場合において、電力変換装置２が発生する交流電力の量を急激に増加させることが望ましい。しかしながら、電力変換装置２が発生する交流電力を急激に増加させ過ぎると、電力変換装置２が発生した交流電力が負荷Ｌにおける消費電力を大幅に上回ってしまい、逆潮流が発生するリスクが生じる。そこで、制御装置３は、電力変換装置２の応答速度を正確に特定し、特定した応答特性に基づいて指示値を決定することが望ましい。応答特性は、例えば、制御装置３が電力変換装置２に入力した指示値の変化速度と、電力変換装置２が発生した交流電力の変化速度との関係により表される。

制御装置３が応答特性に基づいて指示値を決定するために、制御装置３は、電力変換装置２に交流電力の発生量を指示するための指示値を含むコマンドを発したことに対する交流電力の変化量に基づいて、電力変換装置の応答特性を特定し、特定した応答特性に基づいて電力変換装置２を制御してもよい。制御装置３は、例えば、電力変換装置２に入力する指示値と、電力計４が測定した電力の量とに基づいて応答特性を特定する。

制御装置３は、例えば、特定した応答特性と、電力変換装置２に発生させる交流電力の量とに基づいて、電力変換装置２に交流電力の量を変化させるための指示値を含む制御信号を通知するタイミングを決定する。制御装置３は、応答特性と電力変換装置２に発生させる交流電力の量とに基づいて、指示値を決定してもよい。

図５は、制御装置３が電力変換装置２の応答特性に基づいて電力変換装置２を制御する処理について説明するための図である。図５においては、実線で示す指示値と、３つの応答特性（特性Ｘ、特性Ｙ、特性Ｚ）とが例示されている。図５における特性Ｘは、指示値の変化に対する応答が最も早い特性である。特性Ｙは、特性Ｘよりも応答が遅く、特性Ｚよりも応答が早い特性である。特性Ｚは応答が最も遅い特性である。制御装置３は、応答特性が特性Ｚの電力変換装置２が発生する電力を増加させる場合、電力変換装置２の応答特性が特性Ｘである場合よりも、指示値を電力変換装置２に入力するタイミングを早めたり、指示値の変化率を大きくしたりする。

図６は、制御装置３が指示値を電力変換装置２に入力するタイミングを早めることによる効果を示す図である。図６における実線は指示値を示しており、一点鎖線は、指示値に応じて電力変換装置２が発生する電力を変化させる応答を示している。図６（ａ）においては、時刻Ｔ１１において指示値が小さくなり、電力変換装置２が発生する電力の量が時刻Ｔ１２において指示値が示す電力量に到達している。これに対して、図６（ｂ）においては、制御装置３が、時刻Ｔ１１よりも早い時刻Ｔ２１において指示値を小さくすることにより、時刻Ｔ１２よりも早い時刻Ｔ２２において、電力変換装置２が発生する電力の量が、指示値が示す電力量に到達している。

図７は、制御装置３が指示値の減少率を大きくすることによる効果を示す図である。図７における実線は指示値を示しており、一点鎖線は、指示値に応じて電力変換装置２が発生する電力を変化させる応答を示している。図７（ａ）においては、制御装置３が時刻Ｔ３１から緩やかに指示値を減少させており、時刻Ｔ３２において、電力変換装置２が発生する電力の量が、指示値が示す電力量に到達している。これに対して、図７（ｂ）においては、制御装置３が時刻Ｔ３１から図７（ａ）の場合よりも急峻に指示値を減少させている。その結果、時刻Ｔ３２よりも早い時刻Ｔ３３において、電力変換装置２が発生する電力の量が、指示値が示す電力量に到達している。このように、制御装置３が電力変換装置２の応答特性を特定していることにより、制御装置３は、所望の電力を所望のタイミングで電力変換装置２に発生させることが可能になる。

図５～図７においては、制御装置３が指示値を減少させる場合の応答特性を事前に特定するための方法を説明したが、制御装置３は、指示値を増加させる場合の応答特性を事前に特定してもよい。制御装置３は、指示値を増加させた場合の電力変換装置２の応答特性を確認するために電力変換装置２が発生する交流電力を増加させたとしても逆潮流が発生しないように、応答特性を確認するために必要な交流電力の増加量よりも買電量が大きい間に、交流電力の発生量を増加させる場合の応答特性を確認してもよい。また、制御装置３は、電力変換装置２の応答特性を確認するために電力変換装置２が発生する交流電力を増加させたとしても買電量が増加し過ぎないように、負荷Ｌが消費する電力が減少すると想定されるタイミングで、交流電力の発生量を減少させる場合の応答特性を確認してもよい。

制御装置３は、特定した応答特性を記憶媒体に記憶させ、応答特性を特定するたびに記憶媒体に記憶された応答特性を更新する。制御装置３は、特定した応答特性を、電力制御システムＳ１００又は電力変換装置２を識別するための識別情報に関連付けて、電力制御システムＳ１００を管理する事業者のサーバに送信してもよい。

［電力制御システムＳ１００における電力制御方法の手順］
図８は、電力制御システムＳ１００における電力制御方法の手順を示すフローチャートである。電力変換装置２が交流電力を発生し、発生した交流電力を負荷Ｌに供給している間、余剰検出装置５は買電量を監視する。具体的には、余剰検出装置５は、買電量が第１閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ１）。余剰検出装置５は、買電量が第１閾値未満になったと判定すると（Ｓ１においてＹＥＳ）、余剰検出通知を制御装置３に送信する（Ｓ２）。余剰検出装置５は、買電量が第１閾値以上であると判定すると（Ｓ１においてＮＯ）、Ｓ１の処理を繰り返す。

制御装置３は、余剰検出通知を受信すると、交流電力の発生量を減少させるように電力変換装置２に指示する（Ｓ３）。この際、制御装置３は、予め記憶された電力変換装置２の応答特性を参照し、参照した応答特性に基づいて決定した指示値を、応答特性に基づいて決定したタイミングで電力変換装置２に入力してもよい。

余剰検出装置５は、余剰検出通知を制御装置３に送信した後に、買電量が第２閾値以上になったか否かを判定する（Ｓ４）。余剰検出装置５は、買電量が第２閾値以上になったと判定すると、非余剰検出通知を制御装置３に送信する（Ｓ５）。余剰検出装置５は、買電量が第２閾値未満であると判定すると、Ｓ４の処理を繰り返す。

制御装置３は、非余剰検出通知を受信すると、交流電力の発生量の減少率を減少させるように電力変換装置２に指示する（Ｓ６）。この際にも、制御装置３は、予め記憶された電力変換装置２の応答特性を参照し、参照した応答特性に基づいて決定した指示値を、応答特性に基づいて決定したタイミングで電力変換装置２に入力してもよい。その後、電力制御システムＳ１００は処理をＳ１に戻し、電力変換装置２の動作を停止させるための操作が行われるまで（Ｓ７）、Ｓ１からＳ７までの処理を繰り返す。

Ｓ１からＳ７の処理と並行して、逆潮流検出装置６は、逆潮流が発生するか否かを監視する（Ｓ８）。逆潮流検出装置６は、逆潮流が発生することを検出すると（Ｓ８においてＹＥＳ）、逆潮流検出通知を制御装置３に送信する（Ｓ９）。制御装置３は、余剰検出装置５から余剰検出通知を受信した後に逆潮流検出通知を受信すると、電力変換装置２の動作を停止させる（Ｓ１０）。制御装置３は、電力制御システムＳ１００の管理者によって、電力変換装置２の動作を再開させるための処理が完了したことを示す操作を受けるまでの間、電力変換装置２の動作を停止させた状態を維持する。

なお、制御装置３は、余剰検出通知を受信していないにもかかわらず逆潮流検出通知を受信した場合、電力変換装置２の動作を停止させないようにしてもよい。制御装置３がこのように動作することで、逆潮流検出装置６が誤動作して逆潮流検出通知を送信した場合に、電力変換装置２の動作が誤って停止してしまうことを防止できる。

［電力計４の変形例］
以上の説明においては、電力計４が、電力変換装置２が発生した電力の量、及び電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される電力の量を測定する場合を例示したが、電力計４は、電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される電力の量のみを測定してもよい。この場合、余剰検出装置５は、電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される電力の量が第１閾値よりも小さくなった場合に、余剰検出通知を制御装置３に通知する。制御装置３は、電力計４から通知される電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される電力の量に基づいて電力変換装置２が発生する電力の量を制御する。

また、電力計４が、電力変換装置２が発生した電力の量を測定せず、電力変換装置２が内蔵する電力系が、電力変換装置２が発生した電力の量を測定し、測定した電力の量を制御装置３に通知してもよい。この場合、制御装置３は、電力計４から通知される電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される電力の量と、電力変換装置２から通知された電力の量とに基づいて電力変換装置２が発生する電力の量を制御してもよい。

［電力制御システムＳ１００による効果］
以上説明したように、電力制御システムＳ１００は、電力変換装置２が発生した交流電力が余剰する可能性があることを検出した場合に、余剰検出通知を制御装置３に通知する余剰検出装置５を有しており、制御装置３は、余剰検出装置５から余剰検出通知を受けた場合に、電力変換装置２が発生する交流電力の量を減少させる。電力制御システムＳ１００がこのように構成されていることで、逆潮流が発生することを未然に防止できるので、負荷Ｌによる消費電力が変動したとしても、インバータを手動で再起動させることなく逆潮流の発生を防ぐことができる。

また、制御装置３は、電力変換装置２に交流電力の発生量を指示するためのコマンドを発したことに対する交流電力の変化量に基づいて、電力変換装置２の応答特性を特定し、特定した応答特性に基づいて電力変換装置２を制御する。制御装置３がこのように動作することで、制御装置３が電力変換装置２の応答特性に適した指示値を電力変換装置２に入力することができるので、買電量を削減したり、逆潮流の発生リスクを低減させたりすることができる。

＜第２の実施形態＞
［電力制御システムＳ２００の概要］
第１の実施形態では、電力制御システムＳ１００が電力計４を備える場合の例について説明した。第２の実施形態に係る電力制御システムＳ２００は、電力変換装置２が発生した電力の量、及び電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される電力の量のアナログ値を出力することができる電力計を備える。

図９は、第２の実施形態の電力制御システムＳ２００の構成を示す図である。図９の電力制御システムＳ２００は、図１の電力計４の代わりに、デジタル電力計１０及びアナログ電力計１１を備える。単一の電力計がデジタル電力計１０及びアナログ電力計１１として動作してもよい。

デジタル電力計１０は、電力計４と同様に、電力変換装置２が発生した交流電力の量、及び電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される交流電力の量を測定する。デジタル電力計１０は、測定した電力の量のデジタル値を示すデジタルデータを出力する。デジタル電力計１０は、電力の量を示すデジタルデータを所定の時間間隔（例えば２秒）で、通信プロトコルに基づいて制御装置３に送信する。

アナログ電力計１１は、デジタル電力計１０と同様に、電力変換装置２が発生した交流電力の量、及び電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される交流電力の量を測定する。アナログ電力計１１は、測定した交流電力の量を示すアナログ信号を制御装置３及び余剰検出装置５へ出力する。アナログ電力計１１は、例えば、ＣＴ（Current Transformer）電力計である。アナログ電力計１１は、測定した電力の量をリアルタイムで制御装置３等に通知することができる。

［制御装置３の構成］
図１０は、図９に示す制御装置３の構成を示す図である。制御装置３は、Ａ／Ｄ変換部３１、通信ユニット３２、サーバ通信部３３及びＭＣＵ（Micro Controller Unit）３４を備える。Ａ／Ｄ変換部３１は、アナログ電力計１１が出力した電力の量を示すアナログ信号をアナログ／デジタル変換し、変換することにより得られるデジタル値をＭＣＵ３４へ通知する。例えば、Ａ／Ｄ変換部３１は、電力の量を示すデジタルデータをデジタル電力計１０が制御装置３に通知する周期よりも短い周期（例えば１０ミリ秒）でアナログ／デジタル変換を行う。なお、Ａ／Ｄ変換部３１は、制御装置３に内蔵される例に限定されず、制御装置３の外部にＡ／Ｄ変換部が実装されてもよい。

通信ユニット３２は、デジタル電力計１０と通信するためのインターフェースである。例えば、通信ユニット３２は、デジタル電力計１０が測定した電力の量を示すデジタルデータを受信する。デジタル電力計１０から送信される電力の量を示すデジタルデータは、例えば、アナログ電力計１１による電力の量の測定結果の誤差を検出するために用いられる。

サーバ通信部３３は、ネットワークを介して接続されたサーバ（不図示）と通信するためのインターフェースである。サーバ通信部３３は、例えばデジタル電力計１０から送信されたデジタルデータ、及び制御装置３が余剰検出装置５から余剰検出通知を受信した日時等をログデータとしてサーバに送信する。

ＭＣＵ３４は、記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することにより電力変換装置２を制御する。ＭＣＵ３４は、電力変換装置２が発生する交流電力の量を制御する。ＭＣＵ３４は、アナログ電力計１１及び余剰検出装置５等から入力される各種の情報に基づいて、電力変換装置２が負荷Ｌに供給する電力の量の目標値を決定し、決定した目標値に対応する電力の量を負荷Ｌに供給できるように電力変換装置２を制御する。ＭＣＵ３４は、昼夜等の時間帯、天候や気温から電力需要を推定し、推定した電力需要に基づいて、目標値を決定してもよい。

ＭＣＵ３４は、電力変換装置２が発生した交流電力が余剰する可能性があることを示す余剰検出通知を余剰検出装置５から受けた場合に、Ａ／Ｄ変換部３１から入力されたデジタル値に基づいて、電力変換装置２が発生する交流電力の量を制御する。ＭＣＵ３４は、電力変換装置２の動作を停止させることなく、電力変換装置２が発生する交流電力の量を減少させたり、交流電力の量の減少率を増加させたりする。また、ＭＣＵ３４は、余剰検出装置５から余剰検出通知を受信した後に、逆潮流が発生したことを示す逆潮流検出通知を逆潮流検出装置６から受けた場合に、電力変換装置２を停止させる。

ＭＣＵ３４は、例えば、アナログ電力計１１が測定した、電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される交流電力の量に基づいて、電力変換装置２が発生する交流電力の量を制御する。具体的には、ＭＣＵ３４は、電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される交流電力の量が第１閾値よりも小さい場合に、電力変換装置２が発生する交流電力の量を減少させたり、交流電力の量の減少率を増加させたりする。

ＭＣＵ３４は、アナログ電力計１１が測定した、電力変換装置２が発生する交流電力の量に基づいて、電力変換装置２が発生する交流電力の量を制御してもよい。具体的には、ＭＣＵ３４は、電力変換装置２が発生する交流電力の量が所定の量以上になった場合に、電力変換装置２が発生する交流電力の量を減少させたり、交流電力の量の減少率を増加させたりする。

ＭＣＵ３４が、Ａ／Ｄ変換部３１から入力されたデジタル値に基づいて交流電力の量を制御する場合、デジタル電力計１０が送信するデジタルデータに基づいて交流電力の量を制御する場合に比べて高速に交流電力の量を制御できる。したがって、電力制御システムＳ２００においては、逆潮流がさらに発生しづらい。

また、ＭＣＵ３４は、デジタル電力計１０から受信した電力の量を示すデジタルデータに基づいて、アナログ電力計１１による電力の量の測定結果の誤差を検出してもよい。ＭＣＵ３４は、例えば、デジタル電力計１０から受信した電力の量を示すデジタルデータが示す値と、当該デジタルデータを受信したタイミングに対して、デジタルデータの伝送遅延時間だけ前のタイミングでＡ／Ｄ変換部３１から入力されたデジタル値との差が閾値以上である場合に、誤差が生じていると判定する。ＭＣＵ３４は、誤差が生じていると判定した場合に、誤差が生じていることを例えばサーバに通知する。ＭＣＵ３４がこのようにして誤差を検出することで、不適切な電力計が使用され続けることを防止できる。

［交流電力の発生量の制御の処理手順］
図１１は、電力制御システムＳ２００における交流電力の発生量を制御する処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、例えば、電力変換装置２及び制御装置３の動作中に開始する。まず、制御装置３は、電力変換装置２が発生する交流電力の量の目標値を決定する（Ｓ１）。

アナログ電力計１１は、電力変換装置２が発生させた交流電力の量を測定する（Ｓ２）。制御装置３は、アナログ電力計１１が出力する電力値が目標値以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。制御装置３は、電力値が目標値以上である場合に（Ｓ３のＹＥＳ）、電力変換装置２による交流電力の発生を減少させる減少量を計算する（Ｓ４）。制御装置３は、計算した減少量だけ交流電力の発生量を減少させることを電力変換装置２に指示する（Ｓ５）。このとき、制御装置３は、事前に特定した電力変換装置２の応答特性を記憶媒体から読み出し、この応答特性を参照して、交流電力の過度な減少が生じないように交流電力の発生量を制御する。アナログ電力計１１は、Ｓ３の判定において電力値が目標値よりも小さいと制御装置３が判定した場合（Ｓ３のＮＯ）、Ｓ２の処理に戻る。

［第２の実施形態の変形例］
図９においては、電力制御システムＳ２００がデジタル電力計１０及びアナログ電力計１１を有する場合を例示したが、電力制御システムＳ２００は、デジタル電力計１０を有しておらず、アナログ電力計１１によってのみ電力の量を測定してもよい。

また、電力制御システムＳ２００は、電力変換装置２及びデジタル電力計１０と負荷Ｌとの間に設けられた分電盤と、負荷Ｌとの間に、負荷Ｌが消費する電力を測定するアナログ電力計をさらに有してもよい。この場合、制御装置３は、当該アナログ電力計が測定した負荷Ｌの消費電力にさらに基づいて、電力変換装置２が発生する交流電力の量を制御してもよい。

具体的には、制御装置３は、電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される交流電力の量と、電力変換装置２が発生する交流電力の量と、負荷Ｌの消費電力の量とに基づいて、電力変換装置２が発生する交流電力の量を制御する。制御装置３は、電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される交流電力の量、電力変換装置２が発生する交流電力の量、及び負荷Ｌの消費電力の量のうち２つ以上を組み合わせて使用することにより電力変換装置２が発生する交流電力の量を制御してもよい。

制御装置３は、例えば、電力系統Ｐから負荷Ｌに供給される交流電力の量が第１閾値よりも小さくなり、かつ、電力変換装置２が発生する交流電力から負荷Ｌの消費電力を引いた電力の量が所定の量以上である場合に、電力変換装置２が発生する交流電力の量を減少させたり、交流電力の量の減少率を増加させたりする。制御装置３がこのように動作することで、逆潮流が発生する確率をさらに低下させることができる。

［第２の実施形態の電力制御システムＳ２００による効果］
電力制御システムＳ２００においては、制御装置３が、アナログ電力計１１が測定した電力の量を示すアナログ信号をデジタル値に変換し、変換後のデジタル値に基づいて、電力変換装置２が発生する交流電力の量を制御する。制御装置３がアナログ信号をデジタル値に変換するために要する時間は、デジタル電力計１０がデジタルデータを制御装置３に送信する際に生じる遅延時間よりもはるかに短い。したがって、制御装置３は、余剰検出装置５から余剰検出通知を受けた場合に、電力変換装置２が発生する交流電力の量をより早いタイミングで減少させることが可能になる。このため、制御装置３は、デジタル電力計１０の測定結果を用いる場合に比べて、逆潮流が発生する確率を低減させることができる。その結果、制御装置３は、電力変換装置２を停止させる頻度を少なくすることができるので、停止させた電力変換装置２を手動で再起動させる頻度を少なくすることができる。

ところで、逆潮流検出装置６が逆潮流を検出したとしても、逆潮流を検出した期間が、電力会社が定める所定の猶予期間（例えば２秒）以内であれば、電力変換装置２を停止させなくてもよいということがある。このような場合、制御装置３が、アナログ電力計１１が出力するアナログ信号に基づいて電力変換装置２を制御することにより、交流電力の量を上記の猶予期間以内に目標値に調整することができることにより、電力変換装置２を停止させる状況が発生する確率を低減させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１ 発電装置
２ 電力変換装置
３ 制御装置
４ 電力計
５ 余剰検出装置
６ 逆潮流検出装置
１０ デジタル電力計
１１ アナログ電力計
３１ Ａ／Ｄ変換部
３２ 通信ユニット
３３ サーバ通信部
３４ ＭＣＵ

Claims (7)

1. 自然エネルギーを利用して電力を発生する発電装置と、
   前記発電装置が出力した直流電力に基づいて負荷に供給する交流電力を発生する電力変換装置と、
   前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量を制御する制御装置と、
   前記電力変換装置が発生した前記交流電力が余剰する可能性があることを検出した場合に、余剰検出通知を前記制御装置に通知する余剰検出装置と、
   を有し、
   前記制御装置は、前記余剰検出通知を受けた場合に、前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量の減少率を増加させ、
   前記余剰検出装置は、前記負荷に電力を供給する電力系統から供給される電力の量が予め設定された第１閾値未満になった場合に、前記余剰検出通知を前記制御装置に通知し、
   前記余剰検出装置は、前記負荷の種別に関連付けられた前記第１閾値を使用する電力制御システム。
2. 前記余剰検出装置は、前記電力系統から供給される電力の量が予め設定された第２閾値以上になった場合に、前記交流電力が余剰しないことを示す非余剰検出通知を前記制御装置に通知し、
   前記制御装置は、前記非余剰検出通知を受けた場合に、前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量の減少率を変化させる、
   請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記余剰検出装置と、前記負荷に電力を供給する電力系統との間に設けられており、前記電力変換装置が発生した前記交流電力が前記電力系統に流れることを検出した場合に、逆潮流検出結果を前記制御装置に通知する逆潮流検出装置をさらに有し、
   前記制御装置は、前記逆潮流検出結果を受ける前に、前記余剰検出通知を受けたことに応じて前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量を減少させる、
   請求項１又は２に記載の電力制御システム。
4. 自然エネルギーを利用して電力を発生する発電装置と、
   前記発電装置が出力した直流電力に基づいて負荷に供給する交流電力を発生する電力変換装置と、
   前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量を制御する制御装置と、
   前記電力変換装置が発生した前記交流電力が余剰する可能性があることを検出した場合に、余剰検出通知を前記制御装置に通知する余剰検出装置と、
   を有し、
   前記制御装置は、前記余剰検出通知を受けた場合に、前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量の減少率を増加させ、
   前記制御装置は、前記電力変換装置に前記交流電力の発生量を指示するためのコマンドを発したことに対する前記交流電力の変化量に基づいて、前記電力変換装置の応答特性を特定し、特定した前記応答特性に基づいて前記電力変換装置を制御する電力制御システム。
5. 前記制御装置は、前記応答特性と、前記電力変換装置に発生させる前記交流電力の量とに基づいて、前記電力変換装置に前記交流電力の量を変化させるための制御信号を通知するタイミングを決定する、
   請求項４に記載の電力制御システム。
6. 前記制御装置は、前記応答特性を記憶媒体に記憶させ、前記応答特性を特定するたびに前記記憶媒体に記憶された前記応答特性を更新する、
   請求項４又は５に記載の電力制御システム。
7. 前記負荷に電力を供給する電力系統から供給される前記交流電力の量を測定し、当該交流電力の量の測定結果のアナログ信号を出力するアナログ電力計をさらに含み、
   前記制御装置は、前記アナログ電力計が出力したアナログ信号に基づいて、前記電力変換装置が発生する前記交流電力の量を制御する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の電力制御システム。

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