JPWO2016024406A1 - 電力供給機器、電力供給システム、および電力供給方法 - Google Patents

Abstract

複数の分散型電源から出力される電力が系統に逆潮流しないように運転する際、それぞれが供給する電力を適切に制御することができる電力供給機器などを提供する。系統１００に連系し、分散型電源２０Ａからの直流電力を交流電力に変換する電力供給機器１０Ａは、電力供給機器１０Ａと系統１００との間に流れる電流に応じて、前記直流電力の入力電圧を制御する制御部１６Ａを備え、制御部１６Ａはさらに、電力供給機器１０Ａに接続された他の電力供給機器１０Ｂとの間で行う通信に基づいて、入力電圧を制御する際の基準を設定する。

Description

関連出願へのクロスリファレンス

本出願は、２０１４年８月１１日に出願された日本国特許出願第２０１４−１６３８８８号に基づく優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

本発明は、電力供給機器、電力供給システム、および電力供給方法に関する。より詳細には、本発明は、例えば燃料電池のような分散型電源が発電する電力を供給する電力供給機器、このような電力供給機器を複数接続する電力供給システム、および、このようなシステムにおける電力供給方法に関する。

近年、例えば太陽電池および燃料電池のような複数の分散型電源を発電装置として接続し、これらの発電装置が発電する電力を供給するシステムが研究されている。このような分散型電源として用いられる発電装置には、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）および固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）などのような燃料電池がある。このような分散型電源を複数採用し、これらの分散型電源が出力可能な電力に応じて、負荷を構成する機器の消費電力を制御することが提案されている。

現在、上述した燃料電池のような分散型電源を用いて発電する電力は、系統に売電することができない。このため、現在の電力供給システムにおいては、燃料電池のような分散型電源が発電する電力の系統への逆潮流を検出すると、その供給を低下または停止させるように制御する。したがって、これらの分散型電源を複数接続して運転するシステムにおいては、電力の逆潮流を検出すると、複数の分散型電源の出力をそれぞれ制御して、システム全体として供給する電力が逆潮流しないように調整している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２４７７６５号公報

特許文献１は、複数の電力供給機器（パワーコンディショナ）を接続することにより常時通信を行い、これらのパワーコンディショナのうち少なくとも１つが監視する逆潮流の検出情報を共有することを提案している。

このような手法によると、系統に逆潮流する電力が生ずる際、全てのパワーコンディショナが一斉に電力の供給を抑制するため、電力が不安定になるおそれがあった。

本発明の目的は、複数の分散型電源から出力される電力が系統に逆潮流しないように運転する際、それぞれが供給する電力を適切に制御することができる電力供給機器、電力供給システム、および電力供給方法を提供することにある。

本発明の実施形態に係る電力供給機器は、
系統に連系し、分散型電源からの直流電力を交流電力に変換する電力供給機器であって、
前記電力供給機器は、前記電力供給機器と前記系統との間に流れる電流に応じて、前記直流電力の入力電圧を制御する制御部を備え、
前記制御部はさらに、前記電力供給機器に接続された他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準を設定する。

本発明の実施形態に係る電力供給システムは、
複数の電力供給機器にそれぞれ接続された分散型電源と、
系統に連系し、前記分散型電源からの直流電力を交流電力に変換する複数の電力供給機器と、
前記複数の電力供給機器と前記系統との間に流れる電流を検出する電流センサと、を含む電力供給システムであって、
前記複数の電力供給機器のうち少なくとも１つの電力供給機器は、前記電流センサが検出する電流に応じて、前記直流電力の入力電圧を制御し、さらに、前記少なくとも１つの電力供給機器に接続された他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準を設定する。

本発明の実施形態に係る電力供給方法は、
複数の電力供給機器にそれぞれ接続された分散型電源と、
系統に連系し、前記分散型電源からの直流電力を交流電力に変換する複数の電力供給機器と、
を含む電力供給システムにおける電力供給方法であって、
前記複数の電力供給機器のうち少なくとも１つの電力供給機器が行うステップは、
前記少なくとも１つの電力供給機器に接続された他の電力供給機器との間で通信を行う通信ステップと、
前記複数の電力供給機器と前記系統との間に流れる電流を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出される電流に応じて、前記直流電力の入力電圧を制御する制御ステップと、
前記通信ステップにおいて行われる通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準を設定する設定ステップと、を含む。

本発明によれば、複数の分散型電源から出力される電力が系統に逆潮流しないように運転する際、それぞれが供給する電力を適切に制御する電力供給機器、電力供給システム、および電力供給方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電力供給システムを概略的に示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る電力供給機器をより詳細に示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る電力供給機器における電圧と電流との相関等を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る電力供給機器の制御を説明する概念図である。 本発明の実施形態に係る電力供給機器の制御基準設定動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態に係る電力供給機器の逆潮流防止動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電力供給機器を複数含む電力供給システムを概略的に示す機能ブロック図である。図１において、実線は電力の経路を示し、破線は制御信号または各種情報を通信する信号の経路を示している。以下の説明において、従来よく知られている要素および機能部については、適宜、説明を簡略化または省略する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る電力供給システム１は、電力供給機器１０Ａ、分散型電源２０Ａ、電力供給機器１０Ｂ、分散型電源２０Ｂ、電力供給機器１０Ｃ、および分散型電源２０Ｃを含んで構成される。図１において、電力供給システム１は、それぞれ分散型電源が接続された３つの電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃを含む例を示してある。しかしながら、本発明の実施形態に係る電力供給システム１は、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃのような構成の電力供給機器および分散型電源２０Ａ〜２０Ｃのような構成の分散型電源を、任意の複数個含んで構成することができる。

図１に示すように、電力供給機器１０Ａは、分散型電源２０Ａに接続される。電力供給機器１０Ａは、分散型電源２０Ａから出力される電力を制御して、負荷２００に供給する。ここで、電力供給機器１０Ａは、系統１００に連系して負荷２００に供給する電力を直流から交流に変換する。このように電力供給機器１０Ａが電力の変換を行うための構成は、従来のパワーコンディショナと同様の構成を採用することができる。電力供給機器１０Ａが行う制御および構成の詳細については、さらに後述する。

分散型電源２０Ａは、電力供給機器１０Ａに接続されて、系統１００に連系して負荷２００に供給する電力を出力する。ここで、系統１００は、一般的な商用電力系統（グリッド）とすることができる。分散型電源２０Ａは、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）または固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）などのような各種の燃料電池などを含んで構成することができる。特に、本発明の実施形態においては、分散型電源２０Ａは、発電した電力を系統に売電することができない、すなわち逆潮流させることができない電力を発電するものとするのが好適である。

ここで、「逆潮流させることができない電力」とは、例えば燃料電池の発電による電力のようにインフラストラクチャから供給されるエネルギーに基づく電力であって、例えば現在の日本国におけるように売電が認められていない電力である。したがって、本発明の実施形態において、分散型電源２０Ａは、例えば太陽光発電を行う太陽電池を備えた発電部のように、発電した電力を系統に売電することができるものとは異なる発電部とするのが好適である。以下、分散型電源２０Ａが直流の電力を発電するＳＯＦＣである場合の例について説明する。しかしながら、本発明に係る発電部は、直流の電力を発電するＳＯＦＣに限定されず、典型的には燃料電池を備えた各種の発電部としたり、または電力を充放電可能な蓄電池のような分散型電源としてもよい。

ＳＯＦＣで構成される分散型電源２０Ａは、外部から供給される水素および酸素などのガスを電気化学反応させる燃料電池発電装置によって発電を行い、発電した電力を出力することができる。本発明の実施形態において、分散型電源２０Ａは、起動時には系統１００からの電力を受けて運転を開始するが、起動した後は、系統１００からの電力を受けずに稼動する、すなわち自立運転が可能であってもよい。本発明の実施形態において、分散型電源２０Ａは、自立運転することができるように、改質部など他の機能部も必要に応じて適宜含むものとする。本発明の実施形態において、分散型電源２０Ａは、一般的によく知られた燃料電池で構成することができるため、燃料電池についてのより詳細な説明は省略する。

分散型電源２０Ａが発電した電力は、電力供給機器１０Ａを経て、電力を消費する各種の負荷２００に供給することができる。ここで、電力供給機器１０Ａから供給される電力は、実際の家屋などにおいては、分電盤などを経てから負荷２００に供給されるが、そのような部材は図１において省略してある。負荷２００は、電力供給システム１から電力が供給される、ユーザが使用する家電製品などの各種の機器とすることができる。図１においては、負荷２００は１つの部材として示してあるが、１つの部材には限定されず任意の個数の各種機器とすることができる。

また、図１に示すように、電力供給機器１０Ｂは、分散型電源２０Ｂに接続される。分散型電源２０Ｂは、電力供給機器１０Ｂに電力を出力し、電力供給機器１０Ｂは、分散型電源２０Ｂから出力される電力を制御して、負荷２００に供給する。また、電力供給機器１０Ｃは、分散型電源２０Ｃに接続される。分散型電源２０Ｃは、電力供給機器１０Ｃに電力を出力し、電力供給機器１０Ｃは、分散型電源２０Ｃから出力される電力を制御して、負荷２００に供給する。

図１に示す、複数の電力供給機器１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃ、ならびに分散型電源２０Ａ、２０Ｂ、および２０Ｃは、それぞれほぼ同様の構成とすることができる。しかしながら、これらの要素は、そのような構成に限定されるものではなく、それぞれ種々の構成を採用することができる。本発明の実施形態において、分散型電源２０Ａ、２０Ｂ、および２０Ｃは、系統１００に連系して負荷２００に供給する電力を出力可能であればよい。また、本発明の実施形態において、電力供給機器１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃは、それぞれ入力される電力を制御して負荷２００に供給可能であればよい。

また、図１に示すように、電力供給システム１において、電力供給機器１０Ａから供給される電力は、他の電力供給機器１０Ｂおよび１０Ｃから供給される電力に連結接続される。このように、電力供給システム１において、電力供給機器１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃは、それぞれ対応する分散型電源２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから電力を入力されて、それぞれが供給する電力を連結するように構成される。図１においては、分散型電源２０Ａ〜２０Ｃが出力した直流の電力を交流に変換してから連結しているが、本発明の実施形態に係る電力供給システム１はこのような態様に限定されず、例えば直流電力のまま連結してもよい。

さらに、図１に示すように、電力供給システム１において、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃには、電流センサ３０が接続されている。電流センサ３０は、例えば、ＣＴ（Current Transformer：変流器）とすることができる。しかしながら、電流を検出することができる要素であれば、任意のものを採用することができる。図１においては、１つの電流センサ３０の出力信号が電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃに供給される構成を示したが、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃがそれぞれ個別に電流センサを有するような構成にしてもよい。

この電流センサ３０は、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃと系統１００との間に流れる電流を検出する。これにより、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、電力供給システム１の供給する電力が系統１００に逆潮流しているか否かを判定することができる。このため、電流センサ３０は、図１に示すように、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃから供給される電力のうち、負荷２００に供給された後で系統１００に流れる電力を検出する位置に配置される。すなわち、本発明の実施形態において、電流センサ３０は、電力供給機器１０Ａおよび電力供給機器１０Ａに接続された他の電力供給機器（１０Ｂおよび／または１０Ｃ）と系統と１００の間に流れる電流を検出する。電流センサ３０が検出した電流は、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃに、無線または有線の通信により、直接的または間接的に通知されるようにする。そして、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、電流センサ３０が検出する電流、および、それぞれが供給する交流の電圧から、逆潮流電力を算出することができる。

また、本発明の実施形態に係る電力供給システム１においては、図１に示すように、電力供給機器１０Ａと、電力供給機器１０Ｂとが、通信線４２によって接続される。さらに、電力供給機器１０Ｂと、電力供給機器１０Ｃとが、通信線４４によって接続される。このような接続は、有線または無線により行うことができる。これら通信線２２および２４により、電力供給システム１において、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれ他の電力供給機器と通信を行うことができる。

このように、電力供給システム１は、系統１００に連系して負荷２００に供給する電力を直流から交流に変換する複数の電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃと、複数の電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにそれぞれ接続された分散型電源２０Ａ〜２０Ｃと、を含んで構成される。また、電力供給システム１は、複数の電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃと系統１００との間に流れる電流を検出する電流センサ３０も含んで構成してもよい。

次に、本発明の実施形態に係る電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃについて、より詳細に説明する。

図２に示すように、電力供給機器１０Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２Ａ、インバータ１４Ａ、および制御部１６Ａを備えている。電力供給機器１０Ｂおよび１０Ｃについても、電力供給機器１０Ａと同様の構成を採用することができるため、以下、電力供給機器１０Ａを中心として説明し、電力供給機器１０Ｂおよび１０Ｃの説明は適宜省略する。また、図２に示すように電力供給機器１０Ｂは制御部１６Ｂを備え、同様に電力供給機器１０Ｃは制御部１６Ｃを備えるものとして説明する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２Ａは、分散型電源２０Ａから出力される直流の電力を昇圧または降圧するなどの調整を行う。インバータ１４Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２Ａが電圧を調整した直流の電力を交流に変換する。これらＤＣ／ＤＣコンバータ１２Ａおよびインバータ１４Ａは、一般的によく知られた構成とすることができるため、より詳細な説明は省略する。

制御部１６Ａは、電力供給機器１０Ａの各機能部をはじめとして電力供給機器１０Ａの全体を制御および管理する。制御部１６Ａは、例えばマイコンまたはプロセッサ（ＣＰＵ）などで構成することができる。また、制御部１６Ａは、各種プログラムおよび種々の情報を記憶するメモリも備えるものとして、以下説明する。このメモリは、制御部１６Ａが行うデータ解析および各種の演算処理などを行う際のアルゴリズム、およびルックアップテーブル（ＬＵＴ）のような各種の参照テーブルなども記憶する。

特に、本発明の実施形態において、制御部１６Ａは、分散型電源２０Ａから入力される直流電力の電圧を制御することにより、電力供給機器１０Ａから供給される交流電力の電流を制御することができる。このような制御を行うため、制御部１６Ａは、図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２Ａおよびインバータ１４Ａと、制御線により接続される。以下、本発明の実施形態特有の制御に係る制御部１６Ａなどの動作について中心的に説明する。

図２に示すように、電流センサ３０が電力供給機器１０Ａに接続される際は、制御部１６Ａに接続されるようにするのが好適である。また、電流センサ３０が電力供給機器１０Ｂおよび電力供給機器１０Ｃに接続される際も、それぞれの制御部に接続されるようにするのが好適である。このような接続により、制御部１６Ａ〜１６Ｃは、それぞれ、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃと系統１００との間に流れる電流に応じて、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにそれぞれ接続された分散型電源２０Ａ〜２０Ｃから出力される直流電力を制御することができる。

また、図２に示すように、電力供給機器１０Ａと電力供給機器１０Ｂとを接続する通信線４２は、制御部１６Ａと制御部１６Ｂとを接続するのが好適である。また、電力供給機器１０Ｂと電力供給機器１０Ｃとを接続する通信線４４も、同様にそれぞれの制御部同士を接続するのが好適である。このような接続により、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれ互いに通信を行うことができる。

次に、本発明の実施形態に係る電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃの動作について説明する。

本発明の実施形態においては、電力供給システム１が供給する電力の系統１００への逆潮流を防ぐために、電力供給システム１と系統１００との間に流れる電流を監視して、好適には逆潮流が発生する手前で、電力供給システム１が負荷２００に供給する電力を抑制する。このような制御を行うため、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれ算出した逆潮流または順潮流の電力に応じて、分散型電源２０Ａ〜２０Ｃからの入力電圧を制御することにより、それぞれ供給する電力を調整する。

図３は、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにおける電圧・電流の特性、および電圧・電力の特性を説明する図である。以下、例として、電力供給機器１０Ａについて説明する。

電力供給機器１０Ａにおいて、制御部１６Ａは、電力供給機器１０Ａに接続された分散型電源２０Ａから出力される直流電力の入力電圧を制御することにより、電力供給機器１０Ａから供給される電力を調整することができる。

例えば分散型電源２０Ａを燃料電池とした場合、その入力される電力の電圧と電流との特性（Ｉ−Ｖ特性）は、内部抵抗（Ｒと記す）が一定であるため、以下の式（１）の関係に従って、図３に示すような直線となる。図３のＩ−Ｖ特性の直線が示すように、入力電圧Ｖを上昇させるにつれて、電流Ｉは低下する。
[数１]
Ｉ＝（開放電圧）／Ｒ−Ｖ／Ｒ 式（１）
ここで、開放電圧とは、負荷がゼロとした場合の電圧である。

したがって、電力供給機器１０Ａにおいて、入力電圧Ｖと出力電力Ｐとの特性（Ｐ−Ｖ特性）は、以下の式（２）の関係に従って、図３に示すように２次曲線になる。
[数２]
Ｐ＝ＶＩ＝Ｖ×（開放電圧）／Ｒ−Ｖ²／Ｒ 式（２）

上述の式（２）において、入力電圧Ｖ＝開放電圧／２の時、電力Ｐは最大となる。本発明の実施形態では、入力電圧Ｖが開放電圧／２より大きくなる範囲でのみ電力供給機器１０Ａを動作させるため、この範囲においては、図３に示すように、入力電圧Ｖを上昇させるにつれて、出力電力Ｐは低下する。

したがって、本発明の実施形態では、制御部１６Ａは、電流センサ３０が検出する電流に応じて、順潮流から逆潮流の状態に変化することが見込まれる際には、分散型電源２０Ａから出力される電力の入力電圧を上昇させて、供給する電力を低下させる。一方、制御部１６Ａは、電流センサ３０が検出する電流に応じて、順潮流の電力が増大することが見込まれる際には、分散型電源２０Ａから出力される電力の入力電圧を下降させて、供給する電力を増大させる。このように、本発明の実施形態に係る制御部１６Ａは、電力供給機器１０Ａと系統１００との間に流れる電流に応じて、電力供給機器１０Ａに接続された分散型電源２０Ａから出力される直流電力の入力電圧を制御する。

次に、本発明の実施形態に係る電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃが制御の基準を設定する動作について説明する。

本発明の実施形態に係る電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、分散型電源２０Ａ〜２０Ｃから出力される電力が系統１００に逆潮流しないように運転する際、それぞれが供給する電力を適切に制御するため、予め電力供給を制御する際の基準を設定する。ここで、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれが電力の逆潮流が見込まれると判定された際に一斉に電力供給を抑制すると、それぞれが供給する電力を適切に制御できなくなり、電力供給システム１全体として供給する電力が不安定になるおそれがある。このため、本発明の実施形態において、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃそれぞれの制御部１６Ａ〜１６Ｃは、通信線４２，４４を介して互いに通信することにより、供給する電力の制御を行う際の基準を設定する際に、
他の電力供給機器とは異なる基準を設定する。

図４は、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにおいて設定する制御の際の基準の例を説明する図である。

図４に示すように、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにおいて、それぞれの制御部１６Ａ〜１６Ｃは、それぞれが供給する電力を制御するために、それぞれの分散型電源２０Ａ〜２０Ｃから出力される電力の入力電圧を制御する際の基準を設定する。また、ここで設定する「基準」とは、それぞれの分散型電源２０Ａ〜２０Ｃから出力される電力の入力電圧を制御するための基準として設定される、順潮流（または逆潮流）する電力の閾値とすることができる。

図４の右端には、電流センサ３０が検出する電流から算出される順潮流の電力を示してある。図４に示す表において、縦軸は順潮流する電力の増減を表す。すなわち、縦軸の上方向に進むにつれて、順潮流する電力が減少（すなわち逆潮流する電力が増大）することを意味する。反対に、縦軸の下方向に進むにつれて、順潮流する電力が増大（すなわち逆潮流する電力が減少）することを意味する。

ここで、順潮流または逆潮流する電力は、制御部１６Ａ〜１６Ｃにおいて、電流センサ３０が検出する電流と、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃがそれぞれ供給する交流の電圧とから算出することができる。このようにして算出した順潮流または逆潮流する電力に基づいて、制御部１６Ａ〜１６Ｃは、それぞれ電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃが供給する電力を調整するため、それぞれの分散型電源２０Ａ〜２０Ｃから出力される電力の入力電圧を制御するための基準を設定する。また、この時、制御部１６Ａ〜１６Ｃは、それぞれ他の電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにおいて設定される上述の入力電圧を制御する基準を加味しながら、それぞれの電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにおいて設定される基準が全て同じにはならないようにする。

ここで、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、互いに通信線４２，４４で接続されているため、互いに通信を行うことができる。このような通信により、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれに割り当てられたアドレス等に基づく等して、親機となる電力供給機器（例えば１０Ａなど）を定めることができる。そして、この親機が、自機を含む全ての電力供給機器（１０Ａ〜１０Ｃ）において、上述した入力電圧を制御する基準を設定することができる。以下、電力制御装置１０Ａを親機とする場合について説明する。

図４に示す例では、電力供給機器１０Ａにおいて、制御部１６Ａは、順潮流の電力が低下して１２０Ｗになるまでは入力電圧を下降させて供給する電力を増大させるように、１２０Ｗを第２の閾値として設定した。そして、制御部１６Ａは、順潮流の電力が１２０Ｗ〜７０Ｗの時は、電力供給機器１０Ａにおいて、入力電圧を一定にして供給する電力を維持するように、７０Ｗを第１の閾値として設定した。また、制御部１６Ａは、順潮流の電力が７０Ｗ以下の時は、電力供給機器１０Ａにおいて、入力電圧を上昇させて供給する電力を低減させるように設定してある。

また、図４に示す例では、制御部１６Ａは、電力供給機器１０Ｂにおいて、順潮流の電力が低下して１００Ｗになるまでは入力電圧を下降させて供給する電力を増大させるように、１００Ｗを第２の閾値として設定した。そして、制御部１６Ａは、順潮流の電力が１００Ｗ〜５０Ｗの時は、電力供給機器１０Ｂにおいて、入力電圧を一定にして供給する電力を維持するように、５０Ｗを第１の閾値として設定した。また、制御部１６Ａは、順潮流の電力が５０Ｗ以下の時は、電力供給機器１０Ｂにおいて、入力電圧を上昇させて供給する電力を低減させるように設定してある。

さらに、図４に示す例では、制御部１６Ａは、電力供給機器１０Ｃにおいて、順潮流の電力が低下して８０Ｗになるまでは入力電圧を下降させて供給する電力を増大させるように、８０Ｗを第２の閾値として設定した。そして、制御部１６Ａは、順潮流の電力が８０Ｗ〜３０Ｗの時は、電力供給機器１０Ｃにおいて、入力電圧を一定にして供給する電力を維持するように、３０Ｗを第１の閾値として設定した。また、制御部１６Ａは、順潮流の電力が３０Ｗ以下の時は、電力供給機器１０Ｃにおいて、入力電圧を上昇させて供給する電力を低減させるように設定してある。

このように、本発明の実施形態では、電力供給機器ごとに供給する電力を抑制するタイミングをずらし、逆潮流の発生を防止することができる。このような設定により、図４に示す例では、順潮流の電力を３０Ｗ〜１２０Ｗに、すなわち逆潮流電力を−３０Ｗ〜−１２０Ｗに維持することができる。また、このように設定すると、電力供給機器ごとに供給する電力にばらつきが生じるが、供給する電力を均一化したい場合は、逆潮流する電力が安定しているときに調整を行うようにすることができる。

本発明の実施形態に係る電力供給システム１において、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、上述のような制御の基準の設定を、好適には電力供給動作を開始する前に行う。図４に示す例では、順潮流する電力が減少（すなわち逆潮流する電力が増大）するにつれて、まず電力供給機器１０Ａが供給する電力を抑制し、次に電力供給機器１０Ｂの電力を抑制し、最後に電力供給機器１０Ｃの電力を抑制するように設定してある。したがって、電力供給システム１の動作時に、順潮流の電力が１２０Ｗ以上（逆潮流の電力が−１２０Ｗ以下）になる時、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれ入力電圧を下降させることにより、供給する電力を増大させる。

それから負荷２００の消費電力が低下する等して、順潮流の電力が１２０Ｗ以下（逆潮流の電力が−１２０Ｗ以上）になると、電力供給機器１０Ａは入力電圧を一定にすることにより、供給する電力の増大を停止する。この時、電力供給機器１０Ｂおよび１０Ｃは、それぞれ入力電圧を下降させることにより、供給する電力を増大させ続ける。それから負荷２００の消費電力がさらに低下する等して、順潮流の電力が１００Ｗ以下（逆潮流の電力が−１００Ｗ以上）になると、電力供給機器１０Ａおよび１０Ｂはそれぞれ入力電圧を一定にすることにより、供給する電力の増大を停止する。この時、電力供給機器１０Ｃは入力電圧を下降させることにより、供給する電力を増大させ続ける。

それから負荷２００の消費電力がさらに低下する等して、順潮流の電力が８０Ｗ以下（逆潮流の電力が−８０Ｗ以上）になると、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃはそれぞれ入力電圧を一定にすることにより、供給する電力の増大を停止する。

それから負荷２００の消費電力がさらに低下する等して、順潮流の電力が７０Ｗ以下（逆潮流の電力が−７０Ｗ以上）になると、電力供給機器１０Ａは、入力電圧を上昇させることにより、供給する電力を低減させる。この時、電力供給機器１０Ｂおよび１０Ｃは、それぞれ入力電圧を一定にすることにより、供給する電力を維持する。それから負荷２００の消費電力がさらに低下する等して、順潮流の電力が５０Ｗ以下（逆潮流の電力が−５０Ｗ以上）になると、電力供給機器１０Ａおよび１０Ｂは、それぞれ入力電圧を上昇させることにより、供給する電力を低減させる。この時、電力供給機器１０Ｃは、入力電圧を一定にすることにより、供給する電力を維持する。

それから負荷２００の消費電力がさらに低下する等して、順潮流の電力が３０Ｗ以下（逆潮流の電力が−３０Ｗ以上）になると、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃはそれぞれ入力電圧を上昇させることにより、供給する電力を低減させる。

図５は、上述したように電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにおいて制御の基準を設定する動作を説明するフローチャートである。

図５に示す動作が開始すると、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃそれぞれの制御部１６Ａ〜１６Ｃは、自機以外の他の電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃと通信線４２，４４を介して通信を行う（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において行われる通信により、制御部１６Ａ〜１６Ｃは、上述したように、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにおいて親機となる電力供給機器を決定する。例えば電力供給機器１０Ａが親機に決定されたとすると、制御部１６Ａは、ステップＳ１１において行われる通信により、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃそれぞれについて必要な各種情報を取得する。ここで、必要な各種情報とは、例えば図３において説明した電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃにおける電圧・電流の特性、および電圧・電力の特性のような各種特性の情報とすることができる。以下においても、電力供給機器１０Ａが親機に決定されたものとして説明する。

ステップＳ１１において電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃの間で所定の通信が行われたら、親機である電力供給機器１０Ａの制御部１６Ａは、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれにおいて、上述した制御の基準となる閾値を設定する（ステップＳ１２）。ここで、制御部１６Ａは、上述したように、入力電圧を上昇させる際の基準となる第１の閾値、および入力電圧を下降させる際の基準となる第２の閾値を設定してもよい。

このように、本発明の実施形態では、制御部１６Ａは、電力供給機器１０Ａと系統１００との間に流れる電流に応じて、分散型電源２０Ａからの直流電力の入力電圧を制御する。また、制御部１６Ａはさらに、電力供給機器１０Ａに接続された他の電力供給機器（１０Ｂ，１０Ｃ）との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準を設定する。他の電力供給機器１０Ｂおよび１０Ｃにおいて、制御部１６Ｂおよび１６Ｃが行う制御についても同様とすることができる。また、本発明の実施形態では、制御部１６Ａ〜１６Ｃは、入力電圧を制御する際の基準を設定してから、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃに接続されたそれぞれの分散型電源２０Ａ〜２０Ｃから出力される直流電力の入力電圧を制御してもよい。

ここで、本発明の実施形態に係る制御部１６Ａは、他の電力供給機器（１０Ｂ，１０Ｃ）との間で行う通信に基づいて、入力電圧を制御する際の基準となる閾値を設定するのが好適である。特に、制御部１６Ａは、他の電力供給機器（１０Ｂ，１０Ｃ）との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を上昇させる際の基準となる（第１の）閾値、および前記入力電圧を下降させる際の基準となる（第２の）閾値の少なくとも一方を設定してもよい。

また、制御部１６Ａは、他の電力供給機器（１０Ｂ，１０Ｃ）との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準となる閾値が、他の電力供給機器（１０Ｂ，１０Ｃ）において入力電圧を制御する際の基準として設定される閾値と異なるように設定してもよい。なお、電力供給機器１０Ｂおよび１０Ｃにおけるそれぞれの制御部１６Ｂおよび１６Ｃにおいても、同様の動作を行うことができる。

図６は、上述（図５）のようにして設定された制御の基準に従って、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃがそれぞれ供給する電力を制御する動作を説明するフローチャートである。以下、電力供給機器１０Ａにおいて制御部１６Ａが行う動作について説明するが、電力供給機器１０Ｂおよび１０Ｃにおいて制御部１６Ｂおよび１６Ｃがそれぞれ行う動作も同様とすることができる。

図６に示す動作が開始すると、制御部１６Ａは、上述したように、電流センサ３０が検出する電流、および供給する交流の電圧から、逆潮流する電力を算出する（ステップＳ２１）。

ステップＳ２１において逆潮流の電力が算出されたら、制御部１６Ａは、前記算出された電力が、既に設定された第１の閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において逆潮流の電力が第１の閾値よりも大きいと判定されたら、制御部１６Ａは、入力電圧を上昇させる（ステップＳ２３）。これにより、電力供給機器１０Ａから供給される電力は低減する。

一方、ステップＳ２２において逆潮流の電力が第１の閾値よりも大きくないと判定されたら、制御部１６Ａは、その電力が既に設定された第２の閾値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４において逆潮流の電力が第２の閾値よりも小さいと判定されたら、制御部１６Ａは、入力電圧を下降させる（ステップＳ２５）。これにより、電力供給機器１０Ａから供給される電力は増大する。また、ステップＳ２４において逆潮流の電力が第２の閾値よりも小さくないと判定されたら、制御部１６Ａは、図
６に示す動作を終了する。これにより、電力供給機器１０Ａから供給される電力は維持される。

以上のような処理は、例えば数ミリ秒に一度など、所定の時間間隔で常時行うようにすれば、より適切な電力供給に係る制御を行うことができる。また、入力電圧を上昇または下降させる際には、それぞれの分散型電源の出力電力の特性などに基づいて予め定めた規定値ぶんだけ変化させるようにすることができる。ただし、入力電圧を下降させる際は、定められた最低の電圧未満には下降させないようにするのが好適である。

このように、本発明の実施形態に係る電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃによれば、複数の分散型電源から出力される電力が系統に逆潮流しないように運転する際、それぞれが供給する電力を適切に制御することができる。また、本発明の実施形態に係る電力供給機器によれば、逆潮流を防止して運転する際に、複数の電力供給機器が同時に電力を抑制することを防ぐため、電力の変動を安定的にすることができる。さらに、電力制御の閾値の設定によって、複数の電力供給機器のうち優先的に電力を供給するものを決めることもできる。

従来のパワーコンディショナにおけるように、逆潮流の発生が見込まれる時に、複数の電力供給機器が同時に電力を抑制すると、電力が不安定になる可能性がある。そこで、例えば、複数の電力供給機器の間で常時通信を行うことにより、逆潮流が発生しないように電力の供給を制御することも考えられる。しかしながら、そのような制御を行うと、常時通信を行う必要があるため、通信トラフィックが増加することが懸念される。電力供給機器（パワーコンディショナ）が大きな電力を扱う場合、電力制御の動作中に各機器間の通信を行うと、周囲の電磁ノイズの影響を受けて、通信される信号にエラーが発生するおそれが高まる。このため、各機器間で行う通信の速度を高速にはできないことも想定される。その場合、通信速度が遅い状態で常時通信を行い、通信トラフィックが多くなると、瞬時的に発生する逆潮流を防げないことも懸念される。また、このような通信によると、各種データの送受信および受信データの処理を行うため、制御部の処理負荷が増大することにもなる。

しかしながら、本発明の実施形態に係る電力供給機器によれば、電力制御のために設定される閾値をずらす処理を行うのみで、逆潮流の発生を防ぐことができる。したがって、本発明の実施形態に係る電力供給機器によれば、複数の分散型電源の発電電力が逆潮流しないように運転する最中、分散型電源の間で通信制御を行わずに、それぞれの発電電力を適切に調整することができる。このため、本発明の実施形態に係る電力供給機器によれば、制御部の処理負荷はほとんど変化しないことになる。

本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本発明の実施形態は、それぞれ説明した実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。

例えば、電力供給機器が行う電力制御のための閾値の設定において、入力電圧の上昇または下降にヒステリシスを持たせ、逆潮流の電力が上昇方向か下降方向かによって、第１および／または第２の閾値が上下に移動するように設定してもよい。

また、第１の閾値を超えて逆潮流電力が検出される場合に備えて、図４に示す第１の閾値よりも上に更なる閾値を設けてもよい。この場合、逆潮流の電力が、第１の閾値よりも上の更なる閾値を超える時、比較的速い速度で入力電圧を上昇させてもよい。

また、複数の電力供給機器が電力制御の動作を開始する際、電力制御を行うための基準（閾値）は、毎回同じものが設定されるのではなく、各電力供給機器および／または各分散型電源のその時の状況に基づいて、毎回異なるものが設定されるようにしてもよい。例えば、複数の電力供給機器のうち優先的に電力を供給するものを決める際は、供給する総電力量の大小、および／または総運転時間の長短などの条件に基づいて、設定される基準（閾値）が、設定されるごとに変更されるようにしてもよい。

また、本発明は、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃの発明としてのみならず、電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃのような複数の電力供給機器を含む電力供給システムの発明として実施することもできる。この場合、前記システムにおいて、複数の電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃのうち少なくとも１つの電力供給機器は、電流センサ３０が検出する電流に応じて、その少なくとも１つの電力供給機器に接続された分散型電源から出力される直流電力の入力電圧を制御する。その少なくとも１つの電力供給機器はさらに、その少なくとも１つの電力供給機器に接続された他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、その入力電圧を制御する際の基準を設定する。

さらに、本発明は、上述したような電力供給システムにおける電力供給方法として実施することもできる。ここで、複数の電力供給機器１０Ａ〜１０Ｃのうち少なくとも１つの電力供給機器が行うステップは、以下のようなものを含むものとすることができる。

すなわち、本発明の実施形態に係る電力供給方法は、
前記少なくとも１つの電力供給機器に接続された他の電力供給機器との間で通信を行う通信ステップと、
前記複数の電力供給機器と系統との間に流れる電流を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出される電流に応じて、分散型電源からの直流電力の入力電圧を制御する制御ステップと、
前記通信ステップにおいて行われる通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準を設定する設定ステップと、を含むものとすることができる。

なお、上述した実施形態に係る電力供給機器は、分散型電源から出力される直流電力の入力「電圧」を制御するものとして説明したが、分散型電源から出力される直流電力の入力「電流」を制御してもよい。

本開示内容の多くの側面は、プログラム命令を実行可能なコンピュータシステムその他のハードウェアによって実行される、一連の動作として示される。コンピュータシステムその他のハードウェアには、例えば、汎用コンピュータ、ＰＣ(パーソナルコンピュータ)、専用コンピュータ、ワークステーション、ＰＣＳ(Personal Communications System、パーソナル移動通信システム)、電子ノートパッド、ラップトップコンピュータ、又はその他のプログラム可能なデータ処理装置が含まれる。各実施形態では、種々の動作は、プログラム命令(ソフトウェア)で実装された専用回路(例えば、特定機能を実行するために相互接続された個別の論理ゲート)又は、１つ以上のプロセッサによって実行される論理ブロック若しくはプログラムモジュール等によって実行されることに留意されたい。論理ブロック又はプログラムモジュール等を実行する１つ以上のプロセッサには、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、ＣＰＵ(中央演算処理ユニット)、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)、ＰＬＤ(Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、コントローラ、マイクロコントローラ、電子機器、ここに記載する機能を実行可能に設計されたその他の装置及び／又はこれらいずれかの組合せが含まれる。ここに示す実施形態は、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード又はこれらいずれかの組合せによって実装される。

ここで用いられる機械読取り可能な非一時的記憶媒体は、更に、ソリッドステートメモリ、磁気ディスク及び光学ディスクの範疇で構成されるコンピュータ読取り可能な有形のキャリア（媒体）として構成することができる。かかる媒体には、ここに開示する技術をプロセッサに実行させるためのプログラムモジュールなどのコンピュータ命令の適宜なセット及び、データ構造が格納される。コンピュータ読取り可能な媒体には、１つ以上の配線を備えた電気的接続、磁気ディスク記憶媒体、その他の磁気及び光学記憶装置(例えば、ＣＤ(Compact Disk)、ＤＶＤ（登録商標）(Digital Versatile Disc)、及びブルーレイディスク（登録商標))、可搬型コンピュータディスク、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read-Only Memory)、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ若しくはフラッシュメモリ等の書換え可能でプログラム可能なＲＯＭ若しくは情報を格納可能な他の有形の記憶媒体又はこれらいずれかの組合せが含まれる。メモリは、プロセッサ／プロセッシングユニットの内部及び／又は外部に設けることができる。ここで用いられるように、「メモリ」という語は、あらゆる種類の長期記憶用、短期記憶用、揮発性、不揮発性その他のメモリを意味し、特定の種類若しくはメモリの数又は記憶が格納される媒体の種類は限定されない。

１ 電力供給システム
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 電力供給機器
１２Ａ，１２Ｂ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４Ａ，１４Ｂ インバータ
１６Ａ，１６Ｂ 制御部
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 分散型電源
３０ 電流センサ
４２，４４ 通信線
１００ 系統
２００ 負荷

Claims (15)

1. 系統に連系し、分散型電源からの直流電力を交流電力に変換する電力供給機器であって、
   前記電力供給機器は、前記電力供給機器と前記系統との間に流れる電流に応じて、前記直流電力の入力電圧を制御する制御部を備え、
   前記制御部はさらに、前記電力供給機器に接続された他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準を設定する、電力供給機器。
2. 前記制御部は、前記他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準となる閾値を設定する、請求項１に記載の電力供給機器。
3. 前記制御部は、前記他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を上昇させる際の基準となる閾値、および前記入力電圧を下降させる際の基準となる閾値の少なくとも一方を設定する、請求項２に記載の電力供給機器。
4. 前記制御部は、前記他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準となる閾値が、前記他の電力供給機器において入力電圧を制御する際の基準として設定される閾値と異なるように設定する、請求項２または３に記載の電力供給機器。
5. 前記制御部は、前記入力電圧を制御する際の基準を設定してから、前記電力供給機器に接続された分散型電源から出力される直流電力の入力電圧を制御する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力供給機器。
6. 複数の電力供給機器にそれぞれ接続された分散型電源と、
   系統に連系し、前記分散型電源からの直流電力を交流電力に変換する複数の電力供給機器と、
   前記複数の電力供給機器と前記系統との間に流れる電流を検出する電流センサと、を含む電力供給システムであって、
   前記複数の電力供給機器のうち少なくとも１つの電力供給機器は、前記電流センサが検出する電流に応じて、前記直流電力の入力電圧を制御し、さらに、前記少なくとも１つの電力供給機器に接続された他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準を設定する、電力供給システム。
7. 前記少なくとも１つの電力供給機器は、前記他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準となる閾値を設定する、請求項６に記載の電力供給システム。
8. 前記少なくとも１つの電力供給機器は、前記他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を上昇させる際の基準となる閾値、および前記入力電圧を下降させる際の基準となる閾値の少なくとも一方を設定する、請求項７に記載の電力供給システム。
9. 前記少なくとも１つの電力供給機器は、前記他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準となる閾値が、前記他の電力供給機器において入力電圧を制御する際の基準として設定される閾値と異なるように設定する、請求項７または８に記載の電力供給システム。
10. 前記少なくとも１つの電力供給機器は、前記入力電圧を制御する際の基準を設定してから、前記電力供給機器に接続された分散型電源から出力される直流電力の入力電圧を制御する、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の電力供給システム。
11. 複数の電力供給機器にそれぞれ接続された分散型電源と、
    系統に連系し、前記分散型電源からの直流電力を交流電力に変換する複数の電力供給機器と、
    を含む電力供給システムにおける電力供給方法であって、
    前記複数の電力供給機器のうち少なくとも１つの電力供給機器が行うステップは、
    前記少なくとも１つの電力供給機器に接続された他の電力供給機器との間で通信を行う通信ステップと、
    前記複数の電力供給機器と前記系統との間に流れる電流を検出する検出ステップと、
    前記検出ステップにおいて検出される電流に応じて、前記直流電力の入力電圧を制御する制御ステップと、
    前記通信ステップにおいて行われる通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準を設定する設定ステップと、を含む電力供給方法。
12. 前記少なくとも１つの電力供給機器は、前記設定ステップにおいて、前記他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準となる閾値を設定する、請求項１１に記載の電力供給方法。
13. 前記少なくとも１つの電力供給機器は、前記設定ステップにおいて、前記他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を上昇させる際の基準となる閾値、および前記入力電圧を下降させる際の基準となる閾値の少なくとも一方を設定する、請求項１２に記載の電力供給方法。
14. 前記少なくとも１つの電力供給機器は、前記設定ステップにおいて、前記他の電力供給機器との間で行う通信に基づいて、前記入力電圧を制御する際の基準となる閾値が、前記他の電力供給機器において入力電圧を制御する際の基準として設定される閾値と異なるように設定する、請求項１２または１３に記載の電力供給方法。
15. 前記少なくとも１つの電力供給機器は、前記設定ステップにおいて、前記入力電圧を制御する際の基準を設定してから、前記制御ステップにおいて、前記電力供給機器に接続された分散型電源から出力される直流電力の入力電圧を制御する、請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の電力供給方法。

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