JP7375964B2 - 電力制御システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽光パネルで発電した電力を電力系統に逆潮流させることなく自家消費する電力制御システムに関する。

特許文献１には、分散型電源システムが記載されている。特許文献１の分散型電源システムは、それぞれが個別の太陽光パネルに接続された複数のパワーコンディショナと制御部とを備える。

複数のパワーコンディショナは、並列接続されている。複数のパワーコンディショナは、１つのパワーコンディショナをマスタのパワーコンディショナに設定し、他のパワーコンディショナをスレーブのパワーコンディショナに設定している。マスタのパワーコンディショナは、スレーブのパワーコンディショナと通信可能である。

制御部は、受電点の電流値を検出して、負荷追従できているかどうかを判定する。制御部は、負荷追従できていなければ、順潮流か逆潮流なのかを判別する。制御部は、逆潮流であれば、マスタのパワーコンディショナに出力電力を低下させるように指示する。マスタのパワーコンディショナは、この出力低下の指示をスレーブのパワーコンディショナに転送する。これにより、逆潮流は抑制される。

また、制御部は、負荷追従ができておらず、順潮流であれば、マスタのパワーコンディショナにＭＰＰＴ制御できているかの確認を指示する。マスタのパワーコンディショナは、ＭＰＰＴ制御できているかどうかの確認をスレーブのパワーコンディショナに転送する。マスタのパワーコンディショナおよびスレーブのパワーコンディショナは、この確認結果に応じて出力電力を制御する。

特許第６７９１３４３号明細書

しかしながら、特許文献１に示すような従来の電力制御システムでは、状況によっては逆潮流を防ぎながら太陽光パネルの発電電力を有効活用できない場合があった。

したがって、本発明の目的は、逆潮流を防ぎながら太陽光パネルの発電電力を、状況に応じて有効活用することにある。

この発明の電力制御システムは、複数の太陽光パネルが発電した直流電力を交流電力に変換する複数のパワーコンディショナと、複数のパワーコンディショナの出力電力が集電されて商用電力系統を連系される受電点と、受電点よりも複数のパワーコンディショナ側に接続された負荷と、受電点での電流の向きおよび大きさを検出する電流センサと、負荷の消費電力よりも複数の太陽光パネルの発電電力が上回る場合に、負荷の消費電力の変動に対して複数のパワーコンディショナの出力電力の合計が追従するように制御する制御装置と、を備える。

複数のパワーコンディショナのうちの１台は、蓄電池を備えたパワーコンディショナである。負荷は、空調機器、冷蔵機器、冷凍機器のいずれかを運転するコンプレッサを少なくとも１台含む。

制御装置は、蓄電池の充放電動作とコンプレッサの運転動作とを、電流の検出結果に基づいて制御する。制御装置は、電流の検出結果に基づいて、複数の太陽光パネルの発電電力が増大して余剰電力が生じたと判定した場合、あるいは、負荷の消費電力が低減して余剰電力が生じたと判定した場合、蓄電池の充電制御を行うとともに、コンプレッサの消費電力を上げるように制御する。制御装置は、電流の検出結果に基づいて、複数の太陽光パネルの発電電力が減少して商用電力系統から電力を調達（買電）する必要が生じたと判定した場合、蓄電池の放電制御を行うとともに、コンプレッサの消費電力を下げるように制御する。

この発明によれば、逆潮流を防ぎながら太陽光パネルの発電電力を、状況に応じて有効活用できる。

図１は、第１の実施形態に係る電力制御システムの機能ブロック図である。 図２は、充放電機能を備えないパワーコンディショナへの主制御の一例を示すフローチャートである。 図３は、充放電機能を備えないパワーコンディショナの出力低下制御の一例を示すフローチャートである。 図４は、充放電機能を備えないパワーコンディショナの出力適正化制御の一例を示すフローチャートである。 図５は、充放電機能を備えるパワーコンディショナおよび負荷への主制御の一例を示すフローチャートである。 図６は、充放電機能を備えるパワーコンディショナに対する充電制御と負荷に対する消費電力の増加制御の組合せ制御（充電、消費増加制御）の一例を示すフローチャートである。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、充電、消費増加制御における一例の制御での電力の関係をイメージした図である。 図８は、充放電機能を備えるパワーコンディショナに対する放電制御と負荷に対する消費電力の低下制御の組合せ制御（放電、消費低下制御）の一例を示すフローチャートである。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、放電、消費低下制御における一例の制御での電力の関係をイメージした図である。 図１０は、充放電機能を備えるパワーコンディショナへの主制御の一例を示すフローチャートである。 図１１は、充放電機能を備えるパワーコンディショナに対する充電制御の一例を示すフローチャートである。 図１２は、充放電機能を備えるパワーコンディショナに対する放電制御の一例を示すフローチャートである。 図１３は、第３の実施形態に係る電力制御システムの主制御に一例を示すフローチャートである。 図１４は、霜取り制御に余剰発電電力や蓄電電力を用いた制御の一例を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る電力制御システムについて、図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る電力制御システムの機能ブロック図である。

図１に示すように、電力制御システム１０は、複数のパワーコンディショナ２１－２３（ＰＣＳ２１－ＰＣＳ２３）、パワーコンディショナ３０、制御マイコン４０、負荷５０、電流センサ６０、および、集電盤７０を備える。なお、パワーコンディショナの台数はこれに限るものではなく、電力制御システム１０の仕様（出力電力の大きさ等）に基づいて適宜設定できる。

パワーコンディショナ２１の入力端は、太陽光パネル１０１に接続し、パワーコンディショナ２２の入力端は、太陽光パネル１０２に接続し、パワーコンディショナ２３の入力端は、太陽光パネル１０３に接続する。複数のＰＣＳ２１－２３は、ＭＰＰＴ制御を実行可能である。

複数のパワーコンディショナ２１－２３は、太陽光パネル１０１－１０３で発電された直流電力を交流電力に変換して出力する。

複数のパワーコンディショナ２１－２３は、マスタ－スレーブの関係を有する。この例では、パワーコンディショナ２１は、マスタ装置であり、パワーコンディショナ２２およびパワーコンディショナ２３は、スレーブ装置である。複数のパワーコンディショナ２１－２３（ＰＣＳ２１－ＰＣＳ２３）は、それぞれに内蔵マイコンを備えており（図１参照）、これらのマイコンの通信および制御によって、マスタ－スレーブの協調制御が可能になる。

マスタのパワーコンディショナ２１と、スレーブのパワーコンディショナ２２およびパワーコンディショナ２３とは、制御指令等のデータ通信が可能である。

マスタのパワーコンディショナ２１は、電流センサ６０の計測データに基づいて、ＭＰＰＴ制御が必要か否か等の発電に関する制御内容を決定する。マスタのパワーコンディショナ２１は、決定した制御内容に応じて、太陽光パネル１０１を用いた発電を制御する。マスタのパワーコンディショナ２１は、決定した制御内容をスレーブのパワーコンディショナ２２およびパワーコンディショナ２３に送信する。

スレーブのパワーコンディショナ２２およびパワーコンディショナ２３は、マスタのパワーコンディショナ２１からの制御内容に応じて、太陽光パネル１０２、１０３を用いた発電を制御する。

パワーコンディショナ３０は、太陽光パネル１０４に接続する。パワーコンディショナ３０は、ＰＶコンバータ３１（ＰＶＣ３１）、インバータ３２（ＩＮＶ３２）、双方向ＤＣＤＣコンバータ３３（ＢＤＤ３３）、および、蓄電池３４（ＢＡＴ３４）を備える。パワーコンディショナ３０は、内蔵マイコンを備えており（図１参照）、内蔵マイコンによによって、ＰＶコンバータ３１、インバータ３２、双方向ＤＣＤＣコンバータ３３の動作を制御する。パワーコンディショナ３０の内蔵マイコンへの制御指令は、後述するように、制御マイコン４０から送られてくる。

ＰＶコンバータ３１の入力端は、太陽光パネル１０４に接続する。ＰＶコンバータ３１は、ＭＰＰＴ制御を実行可能である。ＰＶコンバータ３１の出力端は、インバータ３２および双方向ＤＣＤＣコンバータ３３に接続する。双方向ＤＣＤＣコンバータ３３は、蓄電池３４に接続する。

パワーコンディショナ３０は、ＰＶコンバータ３１の直流出力電力をインバータ３２で交流電力に変換して出力する。また、パワーコンディショナ３０は、ＰＶコンバータ３１の直流出力電流によって、双方向ＤＣＤＣコンバータ３３を通じて蓄電池３４を充電できる。また、パワーコンディショナ３０は、蓄電池３４に蓄電された直流電力を双方向ＤＣＤＣコンバータ３３と通じて放電し、インバータ３２によって交流電力に変換して出力する。すなわち、パワーコンディショナ３０は、充放電が可能なパワーコンディショナである。

複数のパワーコンディショナ２１－２３の出力端と、パワーコンディショナ３０の出力端（インバータ３２の直流端子）とは、集電盤７０に対して並列に接続される。集電盤７０は、電力制御システム１０の受電点ＰＲ１０に接続する。電力制御システム１０は、この受電点ＰＲ１０を通じて商用電力系統９００に接続する。

電流センサ６０は、受電点ＰＲ１０と集電盤７０との間の電力伝送ラインに対して設置される。電流センサ６０は、電力伝送ラインの電流の向きおよび大きさを計測する。

電流センサ６０は、計測データ（電流の向きおよび大きさ）を、パワーコンディショナ２１および制御マイコン４０に出力する。

負荷５０は、受電点ＰＲ１０と集電盤７０との間の電力伝送ラインに接続される。言い換えれば、負荷５０は、受電点ＰＲ１０よりも複数のパワーコンディショナ２１－２３およびパワーコンディショナ３０側で、複数のパワーコンディショナ２１－２３の出力電力およびパワーコンディショナ３０の出力電力の合成電力が流れる位置に接続される。この構成によって、負荷５０には、合成電力が供給される。

負荷５０は、例えば、空調機器５１のコンプレッサ、冷蔵機器５２のコンプレッサ、および、冷凍機器５３のコンプレッサを含む。なお、負荷５０は、これらに限るものではなく、これらの少なくとも１台を含んでいればよい。また、負荷５０は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換できるものであれば好ましい。

制御マイコン４０は、電流センサ６０の計測データに基づいて、パワーコンディショナ３０の充放電制御および負荷５０の運転制御を行う。言い換えれば、制御マイコン４０は、電流センサ６０の計測データに基づいて、パワーコンディショナ３０に充放電制御の指令を送信する。パワーコンディショナ３０は、この充放電制御の指令に応じて、充放電制御を行う。また、制御マイコン４０は、電流センサ６０の計測データに基づいて、負荷５０の運転制御の指令を負荷５０に送信する。負荷５０は、この運転制御の指令に応じて、運転、停止の制御を行う。

なお、本実施形態の構成では、制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０に対して指令を送るが、パワーコンディショナ２１－２３に対しても、それぞれの動作を制御する指令を送ってもよい。この場合、パワーコンディショナ２１－２３は、この指令に従って各種制御を実行する。

（電力制御システム１０の動作）
電力制御システム１０では、充放電機能を備えない複数のパワーコンディショナ２１－２３と、充放電機能を備えるパワーコンディショナ３０とで異なる制御を行う。

（充放電機能を備えないパワーコンディショナの制御）
図２は、充放電機能を備えないパワーコンディショナへの主制御の一例を示すフローチャートである。

図２に示すように、制御マイコン４０は、電流センサ６０を用いて電流値Ｉｃｔを検出する（Ｓ１）。電流値Ｉｃｔは、値（大きさ）と向き（＋または－）とを有する。制御マイコン４０は、電流値Ｉｃｔが下限値ａ以上で上限値ｂ以下であれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、現状の動作制御を維持し、電流値Ｉｃｔの検出を継続する。下限値ａおよび上限値ｂは、複数のパワーコンディショナ２１－２３が負荷追従しながら電力供給を行えている範囲によって決定される。

制御マイコン４０は、電流値Ｉｃｔが下限値ａよりも小さければ（Ｓ２：ＮＯ且つＳ３：ＹＥＳ）、複数のパワーコンディショナ２１－２３に対して出力低下制御を実行する（Ｓ４）。すなわち、制御マイコン４０は、商用電力系統９００への逆潮流が生じそうであれば、複数のパワーコンディショナ２１－２３に対して出力低下制御を実行する。

制御マイコン４０は、電流値Ｉｃｔが上限値ｂよりも大きければ（Ｓ２：ＮＯ且つＳ３：ＮＯ）、出力適正化制御を実行する（Ｓ５）。すなわち、制御マイコン４０は、負荷５０での消費電力に対して、複数のパワーコンディショナ２１－２３およびパワーコンディショナ３０の合成電力が足りなければ、出力適正化制御を実行する。

（出力低下制御）
図３は、充放電機能を備えないパワーコンディショナの出力低下制御の一例を示すフローチャートである。

図３に示すように、制御マイコン４０は、マスタのパワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）に、動作状態の問合せを行う（Ｓ４１）。制御マイコン４０は、パワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）の動作状態を取得し、出力電力を現状の電力から所定量α低下させる指令を行う。この所定量αは、低下後の出力電力によって逆潮流が解消される値に設定される。パワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）は、指令に従って出力電力を所定量α低下させる制御を行う（Ｓ４２）。

マスタのパワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）は、スレーブのパワーコンディショナ２２、２３（ＰＣＳ２２、ＰＣＳ２３）に対して、出力電力を現状の電力から所定量α低下させる指令を行う（Ｓ４３）。スレーブのパワーコンディショナ２２（ＰＣＳ２２、ＰＣＳ２３）は、指令に従って出力電力を所定量α低下させる制御を行う（Ｓ４４）。

これにより、電力制御システム１０は、複数のパワーコンディショナ２１－２３の出力電力による逆潮流を抑制できる。

（出力適正化制御）
図４は、充放電機能を備えないパワーコンディショナの出力適正化制御の一例を示すフローチャートである。

図４に示すように、制御マイコン４０は、マスタのパワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）に、動作状態の問合せを行う（Ｓ５１）。制御マイコン４０は、マスタのパワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）の動作状態を取得し、ＭＰＰＴ制御されているか否かを検出する。

制御マイコン４０は、パワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）がＭＰＰＴ制御状態でなければ（Ｓ５２：ＮＯ）、パワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）に対して、出力電力を現状の電力から所定量α増加させる指令を行う。パワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）は、指令に従って出力電力を所定量α増加させる制御を行う（Ｓ５３１）。なお、増加させるときの電力の所定量αは、低下させるときの電力の所定量αと同じであってもよく、異なっていてもよい。

制御マイコン４０は、パワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）がＭＰＰＴ制御状態であれば（Ｓ５２：ＹＥＳ）、現状の出力電力を維持する指令を行う。パワーコンディショナ２１は、指令に従って現状の出力電力を維持する制御を行う（Ｓ５３２）。

マスタのパワーコンディショナ２１（ＰＣＳ２１）は、スレーブのパワーコンディショナ２２、２３（ＰＣＳ２２、ＰＣＳ２３）に対して、ＭＰＰＴ制御状態でなければ出力電力を所定量α増加させる指令を送る（Ｓ５４０、Ｓ５５０）。

スレーブのパワーコンディショナ２２（ＰＣＳ２２）は、ＭＰＰＴ制御状態でなければ（Ｓ５４１：ＮＯ）、出力電力を所定量α増加させる制御を行う（Ｓ５４２）。パワーコンディショナ２２は、ＭＰＰＴ制御状態であれば（Ｓ５４１：ＹＥＳ）、現状の出力電力を維持する制御を行う（Ｓ５４３）。

スレーブのパワーコンディショナ２３（ＰＣＳ２３）は、ＭＰＰＴ制御状態でなければ（Ｓ５５１：ＮＯ）、出力電力を所定量α増加させる制御を行う（Ｓ５５２）。パワーコンディショナ２２は、ＭＰＰＴ制御状態であれば（Ｓ５５１：ＹＥＳ）、現状の出力電力を維持する制御を行う（Ｓ５５３）。

これにより、電力制御システム１０は、複数のパワーコンディショナ２１－２３の出力電力を、適正に負荷追従させることができる。

（充放電機能を備えるパワーコンディショナの制御）
図５は、充放電機能を備えるパワーコンディショナおよび負荷への主制御の一例を示すフローチャートである。

図５に示すように、制御マイコン４０は、電流センサ６０を用いて電流値Ｉｃｔを検出する（Ｓ１Ｘ）。制御マイコン４０は、電流値Ｉｃｔが下限値ａ以上で上限値ｂ以下であれば（Ｓ２Ｘ：ＹＥＳ）、現状の動作制御を維持し、電流値Ｉｃｔの検出を継続する。下限値ａおよび上限値ｂは、パワーコンディショナ３０が負荷追従しながら電力供給を行えている範囲によって決定される。

制御マイコン４０は、電流値Ｉｃｔが下限値ａよりも小さければ（Ｓ２Ｘ：ＮＯ且つＳ３Ｘ：ＹＥＳ）、パワーコンディショナ３０に対する充電制御と負荷５０に対する消費電力増加制御を組み合わせて実行する（Ｓ６）。すなわち、制御マイコン４０は、商用電力系統９００への逆潮流が生じそうであれば、パワーコンディショナ３０に対する充電制御と負荷５０に対する消費電力増加制御を組み合わせて実行する。

制御マイコン４０は、電流値Ｉｃｔが上限値ｂよりも大きければ（Ｓ２Ｘ：ＮＯ且つＳ３Ｘ：ＮＯ）、パワーコンディショナ３０に対する放電制御と負荷５０に対する消費電力低下制御を組み合わせて実行する（Ｓ７）。すなわち、制御マイコン４０は、負荷５０での消費電力に対して、複数のパワーコンディショナ２１－２３およびパワーコンディショナ３０の合成電力が足りなければ（買電電力が生じるような場合には）、パワーコンディショナ３０に対する蓄電池３４からの放電制御と負荷５０に対する消費電力低下制御を組み合わせて実行する。

（充電、消費増加制御）
図６は、充放電機能を備えるパワーコンディショナに対する充電制御と負荷に対する消費電力の増加制御の組合せ制御（充電、消費増加制御）の一例を示すフローチャートである。

制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０から蓄電池３４のＳＯＣを取得する。なお、ＳＯＣに限らず、蓄電池３４の充電状態、充電率を表す指標を用いることもできる。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが充電閾値ｃ以下であるかどうかを判定する。充電閾値ｃは、蓄電池３４に対して充電可能かどうかを決める指標であり、充電閾値ｃよりもＳＯＣが大きければ、蓄電池３４にこれ以上充電する容量が無い、もしくは、殆ど無いことを意味する。すなわち、充電閾値ｃは、例えば、充電率に基づいて決定される。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが充電閾値ｃ以下であると（Ｓ６１：ＹＥＳ）、蓄電池３４に所定量βを充電する指令を、パワーコンディショナ３０に行う（Ｓ６２）。パワーコンディショナ３０は、指令にしたがって、蓄電池３４に所定量βを充電する制御を行う。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが充電閾値ｃよりも大きいと（Ｓ６１：ＮＯ）、消費電力を所定量γ増加させる指令を負荷５０に行う（Ｓ６３）。負荷５０（空調機器５１、冷蔵機器５２、および、冷凍機器５３のコンプレッサ）は、指令にしたがって、消費電力を所定量γ増加させる制御を行う。例えば、空調機器５１は、冷房時であれば、設定温度を低く設定して冷房制御を行う。また、空調機器５１は、暖房時であれば、設定温度を高くして暖房制御を行う。冷蔵機器５２および冷凍機器５３は、予め設定した庫内温度の範囲内で、庫内温度を低下させる制御を行う。

負荷５０は、温度の許容範囲を予め決めており、この許容範囲内で消費電力の制御を行う。

具体的に、空調機器５１は、室温を計測する。空調機器５１は、室温が許容範囲を超えたかどうかを判定する。空調機器５１は、室温が許容範囲を超えれば（Ｓ６４：ＹＥＳ）、言い換えれば、冷房の場合は冷やしすぎ、暖房の場合は温めすぎであれば、空調制御（冷房時であれば冷房制御、暖房時であれば暖房制御）を停止する。これにより、空調機器５１は、消費電力増加を停止する（Ｓ６４１）。なお、空調機器５１は、空調制御を停止せずとも、弱めてもよく、これにより、空調機器５１は、消費電力の増加を抑制してもよい。

冷蔵機器５２は、冷蔵庫の庫内温度を計測する。冷蔵機器５２は、庫内温度が許容範囲を超えれば（Ｓ６５：ＹＥＳ）、言い換えれば、冷蔵庫の庫内温度を下げすぎであれば、冷蔵制御を停止する。これにより、冷蔵機器５２は、消費電力増加を停止する（Ｓ６５１）。なお、冷蔵機器５２は、冷蔵制御を停止せずとも、弱めてもよく、これにより、冷蔵機器５２は、消費電力の増加を抑制してもよい。

冷凍機器５３は、冷凍庫の庫内温度を計測する。冷凍機器５３は、庫内温度が許容範囲を超えれば（Ｓ６６：ＹＥＳ）、言い換えれば、冷凍庫の庫内温度を下げすぎであれば、冷凍制御を停止する。これにより、冷凍機器５３は、消費電力増加を停止する（Ｓ６６１）。なお、冷凍機器５３は、冷凍制御を停止せずとも、弱めてもよく、これにより、冷凍機器５３は、消費電力の増加を抑制してもよい。

このような制御を行うことによって、電力制御システム１０は、余剰電力が生じても、蓄電池３４に充電するか、負荷５０で消費できる。これにより、電力制御システム１０は、太陽光パネルでの発電効率の低下を抑制しながら、余剰電力が生じたときに商用電力系統へ逆潮流を発生させることを抑制できる。

また、電力制御システム１０は、電気エネルギーを蓄積することと、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して消費することの２種類を用いて余剰電力を解消する。したがって、電力制御システム１０は、状況に応じて、よりフレキシブルに、且つ、より確実に、余剰電力を解消できる。特に、負荷５０を構成するコンプレッサの運転動作の切り替えは、蓄電池３４の充電よりも高速に実現される。したがって、電力制御システム１０は、余剰電力の発生に対して、より素早く、余剰電力の消費を実現でき、過渡的な商用電力系統への逆潮流を、より確実に抑制できる。

さらに、電力制御システム１０は、負荷５０の温度の許容範囲を設定することで、ユーザ（例えば、店舗のオーナや利用者）に不快感や不具合を与えることなく、上述の作用効果を奏することができる。

室温が許容範囲内で（Ｓ６４：ＮＯ）、冷蔵庫および冷凍庫の庫内温度が許容範囲内であれば（Ｓ６５：ＮＯ、Ｓ６６：ＮＯ）、制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０に出力電圧を所定量β低下させる指令を行う（Ｓ６７）。パワーコンディショナ３０は、指令を受け、ＰＶコンバータ３１の出力電力を所定量β低下させる制御を行う。

この制御によって、電力制御システム１０は、万が一、蓄電池３４に蓄電できず、負荷５０の許容範囲を超えることがあっても、複数の太陽光パネル１０１－１０４のうち、蓄電機能を備えるパワーコンディショナ３０に接続された太陽光パネル１０４の発電電力だけを低下させれば、商用電力系統への逆潮流を抑制できる。したがって、電力制御システム１０は、できる限り発電効率を低下させることなく、商用電力系統への逆潮流をより確実に抑制できる。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、充電、消費増加制御における一例の制御での電力の関係をイメージした図である。図７（Ａ）は、負荷追従が安定して行われている状態のイメージを示し、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の場合よりも発電電力が増加した状態のイメージを示す。なお、図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、あくまでも一例であり、各電力量およびこれらの大きさの関係は、これに限るものではない。

前提として、負荷追従が適正に行われていれば、複数の太陽光パネル１０１－１０４での発電量は、負荷５０の消費電力に一致する。例えば、図７（Ａ）の場合であれば、複数の（太陽光パネル１０１－１０４での発電量（４ｋＷ＋４ｋＷ＋４ｋＷ＋８ｋＷ＝２０ｋＷ））＝（負荷５０の消費電力２０ｋＷ）となる。

ここで、天候の状態等によって、太陽光パネルの発電量が増加する。例えば、図７（Ｂ）に示すように、太陽光パネル１０４の発電量が８ｋＷから１０ｋＷに増加する。

この場合、電力制御システム１０は、上述の制御に基づいて、例えば、蓄電池３４に１ｋＷを蓄電し、負荷５０の消費電力を２１ｋＷに増加させる。なお、図７（Ｂ）の例では、蓄電と熱エネルギーによる消費とを並行して行うように示しているが、上述の制御フローのように、蓄電と熱エネルギーによる消費とを切り替えてもよい。

蓄電と熱エネルギーとを並行することで、蓄電を行いながら（後の放電が必要な時の準備を行いながら）、余剰電力をより確実に消費できる。また、上述のように、熱エネルギーへの変換は、蓄電よりも高速に立ち上げることができる。したがって、蓄電開始前の蓄電過渡状態での余剰電力を、熱エネルギーとして消費でき、蓄電開始前の蓄電過渡状態においても、商用電力系統への逆潮流をより確実に抑制できる。

（放電、消費低下制御）
図８は、充放電機能を備えるパワーコンディショナに対する放電制御と負荷に対する消費電力の低下制御の組合せ制御（放電、消費低下制御）の一例を示すフローチャートである。

制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０に、動作状態の問合せを行い、ＭＰＰＴ制御されているか否かを検出する。制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０がＭＰＰＴ制御状態でなければ（Ｓ７１：ＮＯ）、パワーコンディショナ３０に対して、出力電力を現状の電力から所定量β増加させる指令を行う。パワーコンディショナ３０は、指令に従って出力電力を所定量β増加させ、ＭＰＰＴ制御を行う（Ｓ７２）。

制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０がＭＰＰＴ制御状態であれば（Ｓ７１：ＹＥＳ）、パワーコンディショナ３０から蓄電池３４のＳＯＣを取得する。なお、ＳＯＣに限らず、蓄電池３４の充電状態、充電率を表す指標を用いることもできる。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが放電閾値ｄ以上であるかどうかを判定する。放電閾値ｄは、蓄電池３４が放電可能かどうかを決める指標であり、放電閾値ｄよりもＳＯＣが小さければ、蓄電池３４では、放電できる蓄電量が無い、もしくは、殆ど無いことを意味する。すなわち、放電閾値ｄは、例えば、充電率に基づいて決定される。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが放電閾値ｄ以上であると（Ｓ７３：ＹＥＳ）、蓄電池３４に所定量βで放電する指令を、パワーコンディショナ３０に行う（Ｓ７４）。パワーコンディショナ３０は、指令にしたがって、蓄電池３４から所定量βで放電する制御を行う。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが放電閾値よりも小さいと（Ｓ７３：ＮＯ）、消費電力を所定量γ低下させる指令を負荷５０に行う（Ｓ７５）。負荷５０（空調機器５１、冷蔵機器５２、および、冷凍機器５３のコンプレッサ）は、指令にしたがって、消費電力を所定量γ低下させる制御を行う。例えば、空調機器５１は、冷房時であれば、設定温度を高く設定して冷房制御を行う。また、空調機器５１は、暖房時であれば、設定温度を低くして暖房制御を行う。冷蔵機器５２および冷凍機器５３は、予め設定した庫内温度の範囲内で、庫内温度の低下を抑制する制御を行う。

負荷５０は、温度の許容範囲を予め決めており、この許容範囲内で消費電力の制御を行う。

具体的に、空調機器５１は、室温を計測する。空調機器５１は、室温が許容範囲を超えたかどうかを判定する。空調機器５１は、室温が許容範囲を超えれば（Ｓ７６：ＹＥＳ）、言い換えれば、冷房の場合は温度が上がりすぎ、暖房の場合は温度が下がりすぎであれば、空調制御（冷房時であれば冷房制御、暖房時であれば暖房制御）を消費電力の低下制御の前の状態に戻す。これにより、空調機器５１は、過剰な消費電力低下を停止する（Ｓ７６１）。なお、空調機器５１は、空調制御を完全に元に戻さなくても、ある程度戻してもよく、これにより、空調機器５１は、過剰な消費電力の低下を抑制してもよい。

冷蔵機器５２は、冷蔵庫の庫内温度を計測する。冷蔵機器５２は、庫内温度が許容範囲を超えれば（Ｓ７７：ＹＥＳ）、言い換えれば、冷蔵庫の庫内温度を上げすぎであれば、冷蔵制御を消費電力の低下制御の前の状態に戻す。これにより、冷蔵機器５２は、消費電力低下を停止する（Ｓ７６１）。なお、冷蔵機器５２は、冷蔵制御を完全に元に戻さなくても、ある程度戻してもよく、これにより、冷蔵機器５２は、消費電力の低下を抑制してもよい。

冷凍機器５３は、冷凍庫の庫内温度を計測する。冷凍機器５３は、庫内温度が許容範囲を超えれば（Ｓ７８：ＹＥＳ）、言い換えれば、冷凍庫の庫内温度を上げすぎであれば、冷凍制御を消費電力の低下制御の前の状態に戻す。これにより、冷凍機器５３は、消費電力低下を停止する（Ｓ７８１）。なお、冷凍機器５３は、冷凍制御を完全に元に戻さなくても、ある程度戻してもよく、これにより、冷凍機器５３は、消費電力の低下を抑制してもよい。

このような制御を行うことによって、電力制御システム１０は、予め設定した消費電力に対して発電電力が足りなくても、蓄電池３４から放電するか、負荷５０で消費の消費電力を許容範囲で低下させる。これにより、電力制御システム１０は、発電電力と消費電力とのバランスを適正に保つことができる。

また、電力制御システム１０は、電気エネルギーを蓄電池３４からの放電により追加供給することと、熱エネルギーによる電気エネルギーの消費を抑制することの２種類を用いて、消費電力に対して発電電力が足りないことを解消する。したがって、電力制御システム１０は、状況に応じて、よりフレキシブルに、且つ、より確実に、消費電力の不足状態を解消できる。

さらに、電力制御システム１０は、負荷５０の温度の許容範囲を設定することで、ユーザ（例えば、店舗のオーナや利用者）に不快感や不具合を与えることなく、上述の作用効果を奏することができる。

室温が許容範囲内で（Ｓ７６：ＮＯ）、冷蔵庫および冷凍庫の庫内温度が許容範囲内であれば（Ｓ７７：ＮＯ、Ｓ７８：ＮＯ）、制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０に、ＰＶコンバータ３１の出力電力を維持する指令を行う（Ｓ７９）。パワーコンディショナ３０は、指令を受け、ＰＶコンバータ３１の出力電力を維持する制御を行う。

この制御によって、電力制御システム１０は、万が一、上述の制御を行って消費電力が発電電力を上回っても、可能な限り発電効率を維持しながら、発電電力で消費電力を賄うことができる。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、放電、消費低下制御における一例の制御での電力の関係をイメージした図である。図９（Ａ）は、負荷の消費電力を維持し、発電電力の不足分を放電によって賄う状態のイメージを示し、図９（Ｂ）は、負荷の消費電力を調整して、発電電力の不足を補償する状態のイメージを示す。なお、図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、あくまでも一例であり、各電力量およびこれらの大きさの関係は、これに限るものではない。

これら、図９（Ａ）、図９（Ｂ）の前提状態（負荷追従が適正になされている状態）は、上述の図７（Ａ）の状態である。

ここで、天候の状態等によって、太陽光パネルの発電量が低下する。例えば、図９（Ａ）に示すように、複数の太陽光パネル１０１－１０３の発電量が４ｋＷから３ｋＷに低下し、太陽光パネル１０４の発電量が８ｋＷから７ｋＷに低下する。

この場合、電力制御システム１０は、上述の制御に基づいて、例えば、図９（Ａ）に示すように、蓄電池３４から不足分の４ｋＷを放電し、負荷５０に供給する。これにより、負荷５０の消費電力を２０ｋＷに維持できる。

また、電力制御システム１０は、上述の制御に基づいて、例えば、負荷５０の消費電力を発電電力と同等に低下させる（図９（Ｂ）に示すように、１６ｋＷに低下させる）。これにより、消費電力と発電電力とを一致させることができる。この消費電力の低下量は、上述のように、ユーザに不快感および不具合を与えない程度に設定される。これにより、ユーザに不快感および不具合を与えることなく、消費電力に対して発電電力が不足する状態を解消できる。

なお、上述の制御、および、図９（Ａ）、図９（Ｂ）の例では、蓄電池３４からの放電と、負荷５０の消費電力の低下とのいずれか一方を選択する場合を示した。しかしながら、蓄電池３４からの放電と負荷５０の消費電力の低下とを同時並行して行ってもよい。これにより、可能な限り放電量を小さくしながら、消費電力を賄うことができ、ユーザに与える不快感および不具合も低減できる。

また、上述の説明では、消費電力の制御において、空調機器５１、冷蔵機器５２、冷凍機器５３の順で制御を行う態様を示した。しかしながら、制御の順は、これに限るものではなく、同時並行に行うことも可能である。また、これらの機器の少なくとも１台を制御可能であればよい。

以上の構成および制御によって、電力制御システム１０は、逆潮流を防ぎながら太陽光パネルの発電電力を、状況に応じて有効活用できる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る電力制御システムについて、図を参照して説明する。第２の実施形態に係る電力制御システムは、第１の実施形態に係る電力制御システム１０に対して、負荷の消費電力制御を省略した点で異なる。第２の実施形態に係る電力制御システムの他の基本的な構成および制御は、第１の実施形態に係る電力制御システム１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

図１０は、充放電機能を備えるパワーコンディショナへの主制御の一例を示すフローチャートである。

図１０に示すように、制御マイコン４０は、電流センサ６０を用いて電流値Ｉｃｔを検出する（Ｓ１Ｘ）。制御マイコン４０は、電流値Ｉｃｔが下限値ａ以上で上限値ｂ以下であれば（Ｓ２Ｘ：ＹＥＳ）、現状の動作制御を維持し、電流値Ｉｃｔの検出を継続する。

制御マイコン４０は、電流値Ｉｃｔが下限値ａよりも小さければ（Ｓ２Ｘ：ＮＯ且つＳ３Ｘ：ＹＥＳ）、パワーコンディショナ３０に対する充電制御を実行する（Ｓ６Ａ）。制御マイコン４０は、電流値Ｉｃｔが上限値ｂよりも大きければ（Ｓ２Ｘ：ＮＯ且つＳ３Ｘ：ＮＯ）、パワーコンディショナ３０に対する放電制御を実行する（Ｓ７Ａ）。

（充電制御）
図１１は、充放電機能を備えるパワーコンディショナに対する充電制御の一例を示すフローチャートである。

制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０から蓄電池３４のＳＯＣを取得する。制御マイコン４０は、ＳＯＣが充電閾値ｃ以下であるかどうかを判定する。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが充電閾値ｃ以下であると（Ｓ６１：ＹＥＳ）、蓄電池３４に所定量βを充電する指令を、パワーコンディショナ３０に行う（Ｓ６２）。パワーコンディショナ３０は、指令にしたがって、蓄電池３４に所定量βを充電する制御を行う。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが充電閾値よりも大きいと（Ｓ６１：ＮＯ）、パワーコンディショナ３０に出力電圧を所定量β低下させる指令を行う（Ｓ６７）。パワーコンディショナ３０は、指令を受け、ＰＶコンバータ３１の出力電力を所定量β低下させる制御を行う。

このような制御を行うことによって、第２の実施形態に係る電力制御システムは、商用電力系統への逆潮流を抑制できる。

（放電制御）
図１２は、充放電機能を備えるパワーコンディショナに対する放電制御の一例を示すフローチャートである。

制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０に、動作状態の問合せを行い、ＭＰＰＴ制御されているか否かを検出する。制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０がＭＰＰＴ制御状態でなければ（Ｓ７１：ＮＯ）、パワーコンディショナ３０に対して、出力電力を現状の電力から所定量β増加させる指令を行う。パワーコンディショナ３０は、指令に従って出力電力を所定量β増加させ、ＭＰＰＴ制御を行う（Ｓ７２）。

制御マイコン４０は、パワーコンディショナ３０がＭＰＰＴ制御状態であれば（Ｓ７１：ＹＥＳ）、パワーコンディショナ３０から蓄電池３４のＳＯＣを取得する。制御マイコン４０は、ＳＯＣが放電閾値ｄ以上であるかどうかを判定する。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが放電閾値ｄ以上であると（Ｓ７３：ＹＥＳ）、蓄電池３４に所定量βで放電する指令を、パワーコンディショナ３０に行う（Ｓ７４）。パワーコンディショナ３０は、指令にしたがって、蓄電池３４から所定量βで放電する制御を行う。

制御マイコン４０は、ＳＯＣが放電閾値よりも小さいと（Ｓ７３：ＮＯ）、パワーコンディショナ３０に、ＰＶコンバータ３１の出力電力を維持する指令を行う（Ｓ７９）。パワーコンディショナ３０は、指令を受け、ＰＶコンバータ３１の出力電力を維持する制御を行う。

この制御によって、第２の実施形態に係る電力制御システムは、消費電力が発電電力を上回っても、可能な限り発電効率を維持しながら、消費電力を賄うことができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る電力制御システムについて、図を参照して説明する。第３の実施形態に係る電力制御システムは、第１の実施形態に係る電力制御システム１０に対して、消費電力の予測を行い、予測結果に基づいて制御を行う点で異なる。第３の実施形態に係る電力制御システムの他の基本的な構成および制御は、第１の実施形態に係る電力制御システム１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

図１３は、第３の実施形態に係る電力制御システムの主制御に一例を示すフローチャートである。

図１３に示すように、制御マイコン４０は、消費電力を予測する（Ｓ８１）。特定のユーザ、例えば、コンビニエンスストアやスーパーマーケット等の商業施設では、曜日や天候によって多少異なるものの、時間帯毎の負荷５０の消費電力は、時刻に対して相関性が高く、予測し易い。したがって、例えば、過去の各時刻での消費電力を統計処理し、時刻毎の消費電力を予測することができる。

制御マイコン４０は、予測結果に基づいて、余剰電力が発生する時間帯を判定する。余剰電力とは、消費電力に対する発電電力の余剰分を意味する。制御マイコン４０は、余剰電力が発生する時間帯があれば（Ｓ８２：ＹＥＳ）、この時間帯において、上述の充電、消費増加制御を指定する（Ｓ８２０）。

制御マイコン４０は、予測結果に基づいて、買電電力を必要とする時間帯を判定する。すなわち、制御マイコン４０は、消費電力が発電電力を上回る時間帯を判定する。制御マイコン４０は、買電電力が必要な時間帯があれば（Ｓ８３：ＹＥＳ）、この時間帯において、上述の放電、消費低下制御を指定する（Ｓ８３０）。

制御マイコン４０は、計時を行い、設定時刻を検出すると（Ｓ８４：ＹＥＳ）、上記の時刻指定した制御を実行する（Ｓ８５）。

これにより、電力制御システムは、負荷の消費電力を予測し、逆潮流を抑制し、商用電力系統から調達する電力量を最小にできる。

この際、余剰電力が生じると予測される場合は、蓄電池３４への充電を行う事になるが、蓄電池３４への充電は短い時間に大きな電流を流すことが難しい（応答性が良くない）。そのため、蓄電池３４への充電指令よりも前に、負荷５０に対して消費電力を増加させる指令を行い、余剰電力が生じないように制御を行う。これは、負荷５０を構成するコンプレッサの応答性は蓄電池３４の充電開始速度よりも遥かに高いことを利用している。

また、この場合は応答性が良くない蓄電池３４への充電が開始されれば、負荷５０に対する消費電力の増加の制御を停止してもよい。これにより、空調機器の室温や冷蔵機器の庫内温度の変動を最小限に抑えることができる。

一方、買電電力が生じると予測される場合に、負荷５０による消費電力を低下させ、室温または庫内温度が本来の設定値に戻るまで、負荷５０の消費電力を抑えることで、商用電力系統から調達する電力量を最小にできる。

そして、これらの制御を予測値によって設定することで、電力制御システムは、時間帯に応じて適切に、上述の各主制御を行うことができる。

なお、上述の説明では、時間帯毎の消費電力を予測する態様を示したが、発電電力を予測して用いることも可能である。この場合、例えば、制御マイコン４０は、天気予報を取得し、天気予報の結果から時間帯毎の発電電力を予測する。

これにより、電力制御システムは、消費電力と発電電力との両方の予測結果を用いることができる。したがって、電力制御システムは、より確実に、上述の各種制御を実行できる。

また、上述の説明では、冷蔵機器５２および冷凍機器５３の庫内温度の調整を消費電力の調整に利用する態様を示した。しかしながら、冷蔵機器５２および冷凍機器５３については、霜取り制御を消費電力の低下制御に利用することもできる。これにより、消費電力の低下のために、敢えて庫内温度を変化させる必要が無く、冷蔵機器５２および冷凍機器５３に必要な霜取り制御によって、消費電力を低下させることができる。

また、冷蔵機器５２や冷凍機器５３の場合、余剰発電電力や蓄電電力を霜取り制御に用いることも可能である。

図１４は、霜取り制御に余剰発電電力や蓄電電力を用いた制御の一例を示すフローチャートである。なお、以下の制御の一例は、冷凍機器５３に適用した場合を説明するが、冷蔵機器５２にも適用でき、冷凍機器５３と冷蔵機器５２との両方を備える場合にも適用できる。

制御マイコン４０は、冷凍機器５３に設定された霜取り時間を取得する（Ｓ９１）。霜取り時間は、予め所定の周期（例えば３時間周期）等で設定されている。なお、制御マイコン４０が霜取り時間を設定してもよい。

制御マイコン４０は、霜取り時間の近傍時間であることを検出すると（Ｓ９２：ＹＥＳ）、現在の発電電力によって、冷凍機器５３の霜取り動作が可能であるかを検出する。なお、霜取り動作は、冷凍機器５３に備えられた電熱ヒータによって霜取りデフロストを行うこと、この状態から所定の冷凍温度まで急速に温度を低下させることである。また、制御マイコン４０は、例えば、予め取得（設定）した霜取り時間に対して所定時間（一例として３０分）前の時間を用いて、霜取り時間の近傍時間を検出する。なお、制御マイコン４０は、太陽光パネル１０１－１０４の発電量の予測が可能な場合には、霜取り時間よりも後の時間を近傍時間に含むことも可能である。

制御マイコン４０は、霜取り動作に、商用電力系統９００からの電力供給の増加（買電電力の増加）を予測すると（Ｓ９３：ＹＥＳ）、太陽光パネル１０１－１０４による発電電力予測から、余剰発電電力で最大限霜取り運転ができるように運転計画を策定する。

制御マイコン４０は、余剰発電電力があれば（Ｓ９４：ＹＥＳ）、余剰発電電力を冷凍機器５３に供給する（Ｓ９５）。制御マイコン４０は、余剰発電電力がなければ（Ｓ９４：ＮＯ）、蓄電池３４の蓄電電力を冷凍機器５３に供給する（Ｓ９６）。

このような制御によって、本願の電力制御システムは、太陽光パネルの発電電力を有効活用できる。

なお、上述の各実施形態の構成および制御は、適宜組み合わせることが可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。

１０：電力制御システム
２１、２２、２３：パワーコンディショナ
３０：パワーコンディショナ
３１：ＰＶコンバータ
３２：インバータ
３３：双方向ＤＣＤＣコンバータ
３４：蓄電池
４０：制御マイコン
５０：負荷
５１：空調機器
５２：冷蔵機器
５３：冷凍機器
６０：電流センサ
７０：集電盤
１０１、１０２、１０３、１０４：太陽光パネル
９００：商用電力系統

Claims (6)

1. 複数の太陽光パネルが発電した直流電力を交流電力に変換する複数のパワーコンディショナと、
   前記複数のパワーコンディショナの出力電力が集電されて商用電力系統に連系される受電点と、
   前記受電点よりも前記複数のパワーコンディショナ側に接続された負荷と、
   前記受電点での電流の向きおよび大きさを検出する電流センサと、
   前記負荷の消費電力よりも前記複数の太陽光パネルの発電電力が上回る場合に、前記負荷の消費電力の変動に対して前記複数のパワーコンディショナの出力電力の合計が追従するように制御する制御装置と、
   を備えた、電力制御システムであって、
   前記複数のパワーコンディショナのうちの１台は、蓄電池を備えたパワーコンディショナであり、
   前記負荷は、空調機器、冷蔵機器、冷凍機器のいずれかを運転するコンプレッサを少なくとも１台含み、
   前記制御装置は、
   前記蓄電池の充放電動作と前記コンプレッサの運転動作とを、前記電流の検出結果に基づいて制御し、
   前記電流の検出結果に基づいて、前記複数の太陽光パネルの発電電力が増大して余剰電力が生じたと判定した場合、あるいは、前記負荷の消費電力が低減して余剰電力が生じたと判定した場合、前記蓄電池の充電制御を行うとともに、前記コンプレッサの消費電力を上げるように制御し、
   前記電流の検出結果に基づいて、前記複数の太陽光パネルの発電電力が減少して前記商用電力系統から電力を調達する必要が生じたと判定した場合、前記蓄電池の放電制御を行うとともに、前記コンプレッサの消費電力を下げるように制御する、
   電力制御システム。
2. 前記制御装置は、
   前記余剰電力が生じたと判定した場合、
   前記空調機器の室温設定値に対する予め決められた許容変動幅の範囲内、または、前記冷蔵機器および前記冷凍機器の庫内温度設定値に対する予め決められた許容変動幅の範囲内で、各温度がより低くなるように前記コンプレッサの運転制御を行い、
   前記商用電力系統から電力を調達する必要が生じたと判定した場合、
   前記室温設定値および前記庫内温度設定値が初期の設定値に戻るまでの期間、前記コンプレッサの停止制御を行う、
   請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記制御装置は、
   前記商用電力系統から電力を調達する必要が生じたと判定した場合、前記冷蔵機器または前記冷凍機器の霜取り制御を行う、
   請求項１または請求項２に記載の電力制御システム。
4. 前記制御装置は、
   前記蓄電池の充放電の制御よりも前に、前記コンプレッサの運転制御を行う、
   請求項１または請求項２に記載の電力制御システム。
5. 前記制御装置は、
   前記負荷の消費電力の過去の時間帯別実績値に基づいて、設定時刻の前記負荷の消費電力を予測し、
   予測結果に応じて前記蓄電池の充放電動作と前記コンプレッサの運転動作とを制御する、
   請求項１または請求項２に記載の電力制御システム。
6. 前記制御装置は、
   前記複数の太陽光パネルの発電電力の予測値を算出し、前記発電電力の予測値をさらに用いて、前記制御を行う、
   請求項５に記載の電力制御システム。

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