WO2012165079A1 - 電力供給装置および電力供給制御方法 - Google Patents

電力供給装置および電力供給制御方法 Download PDF

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石橋 義人
北野 宏明
田島 茂
哲 夏目
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ソニー株式会社
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    • Y02B10/70Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Definitions

  • the present disclosure relates to a power supply device and a power supply control method capable of controlling, for example, the consumption of external power in a home according to the relationship between the power supply amount of the external power system and the power demand amount.
  • the uninterruptible power supply device operates at the time of a power failure, and has a problem that it cannot be used for an application for reducing the power consumption of the grid.
  • a power storage device for home use having a larger capacity has been put into practical use.
  • By utilizing a household power storage device it is possible to secure power supply during a power outage and reduce the power demand and power consumption of the external power system. For example, it is conceivable to reduce the supply of AC power from the external power system and make up for the insufficient power by a power storage device.
  • a smart grid In a next-generation power network (hereinafter referred to as a smart grid) that solves problems in power transmission between a supplier and a consumer using information technology, in order to suppress power consumption from the supplier side to the consumer side (DR (Demand Response)) is possible. For example, load control is performed such that the power company changes the set temperature of the air conditioner in the house at the peak of power demand. Starting such a DR and taking measures from the supply side to the consumer side is called DSM (Demand Side Management).
  • DSM Demand Side Management
  • each of the plurality of facility devices includes a secondary battery, and in a time zone where power is concentrated, It is described that it operates with the power of the battery and operates with the power from the commercial power source and charges the secondary battery in other time zones.
  • the overall control device receives a power control command from the power supplier side.
  • an object of the present disclosure is to provide a power supply device and a power supply control method capable of controlling the power usage amount by reducing changes to the existing power supply system without depending on the control from the power supplier. Is to provide.
  • the present disclosure includes a converter that converts first AC power input from an external power system into DC power; A power storage device that is charged by DC power from the converter; An inverter that converts DC power from the power storage device to second AC power; An output AC power generation unit that receives the first AC power and the second AC power and generates output AC power; A controller that obtains external power information indicating a relationship between a power supply amount and a power demand amount in an external power system via a network and outputs a control signal for controlling the output AC power generation unit according to the external power information; Prepared, When there is a margin of power supply, the control unit controls the output AC power generation unit so that the first AC power occupies most of the output AC power, When there is no margin for the amount of power supply, the control unit controls the output AC power generation unit so that the output AC power is the sum of the first and second AC powers.
  • the present disclosure converts first AC power input from an external power system into DC power by a converter, Charging the power storage device with DC power from the converter, DC power from the power storage device is converted into second AC power by an inverter,
  • the output AC power generator generates output AC power from the first AC power and the second AC power
  • External power information indicating the relationship between the power supply amount and the power demand amount in the external power system is acquired via the network, and a control signal for controlling the output AC power generation unit according to the external power information is generated by the control unit,
  • the control unit controls the output AC power generation unit so that the first AC power occupies most of the output AC power
  • This is a power supply control method in which the control unit controls the output AC power generation unit so that the output AC power is obtained by adding the first and second AC powers when there is no margin for the power supply amount.
  • a consumer such as a home can autonomously control the amount of external power used.
  • FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a power supply apparatus according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a flowchart used for explaining the operation of the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a flowchart used for explaining the operation of the embodiment of the present disclosure.
  • a power supply device (power supply system) according to the present disclosure will be described with reference to FIG.
  • the electric power generated at the power supplier's power plant is supplied to a home watt-hour meter via a transmission network and a distribution network (not shown), and AC power is supplied from the watt-hour meter to the external AC power input terminal 1 in FIG.
  • the input external AC power (hereinafter appropriately referred to as grid power) is represented as AC0.
  • Grid power AC0 is supplied to the load control unit 2 via the switch SW1.
  • the first AC power output from the load control unit 2 is denoted as AC01.
  • the second AC power AC10 generated from the DC power of the power storage device 5 is output from the load control unit 16.
  • These AC powers AC01 and AC10 are added and supplied to the home electronic device group 17.
  • AC power is supplied to a distribution board (including a distribution board), and power is supplied to each electronic device in the electronic device group 17 through a power line and an outlet led from the distribution board.
  • Examples of the electronic device group 17 are an air conditioner, a refrigerator, a lighting fixture, a washing machine, a television receiver, and the like.
  • Grid power AC0 is supplied to the AC-DC converter 3, and DC power DC1 is generated.
  • DC power DC ⁇ b> 1 is supplied to the charge controller 4 and the DC-DC converter 6.
  • the charge controller 4 controls charging of the power storage device 5.
  • An example of the power storage device 5 is a secondary battery such as a lithium ion battery, an electric double layer, or the like.
  • the charging power source for the power storage device 5 is mainly the DC power DC1, but other DC power DC10 may be used.
  • the other DC power is the output of clean energy generation such as solar power generation, fuel cell, wind power generation.
  • the power storage device 5 such as a secondary battery can be a portable type. That is, a secondary battery for a vehicle such as an electric bicycle or an electric automobile may be used as the power storage device 5.
  • the DC-DC converter 6 generates DC power DC2. Further, the output direct current power DC3 of the power storage device 5 is supplied to the DC-DC converter 7 to form direct current power DC4. DC power DC2 and DC4 are taken out as operating power supplies (several volts) via diodes, respectively.
  • the DC-DC converters 6 and 7 generate a stable output DC power having a desired value from the input DC power.
  • Direct current power (DC2 or DC4) taken out from the connection point of the diode is used as an operation power source for the control unit 8 and the like which will be described later.
  • DC2> DC4 is established, and normally, DC power DC2 generated from grid power is used in preference to DC4, so that the power storage device 5 is prevented from being consumed.
  • Grid power AC0 is supplied to the power failure detection unit 9.
  • the power failure detection unit 9 detects a power failure such as a power failure of the external AC power system or a large voltage drop, and a detection signal output from the power failure detection unit 9 is supplied to the control unit 8.
  • the control unit 8 controls the entire power supply apparatus shown in FIG.
  • the control unit 8 is configured such that a CPU (Central Processing Unit), a flash ROM, a DRAM (Dynamic Random Access Memory), and the like are connected via an internal bus. Further, a communication unit 10 is provided.
  • the communication unit 10 acquires external power information (hereinafter referred to as grid information as appropriate) indicating the relationship between the power supply amount and the power demand amount in the external power system from a server, cloud, website, or the like via a network.
  • grid information can be obtained from a site operated by a person other than the supplier. Communication for accessing the network can be wired or wireless.
  • control unit 8 may acquire grid information acquired by another computer in the home through a home LAN (Local Area Network). Furthermore, the grid information acquired by one of the electronic device groups 17 may be acquired not only through the above-mentioned home LAN but also through a power line communication path.
  • control unit 8, the power failure detection unit 9, and the communication unit 10 are described as separate configurations, but these may be realized by a single microcomputer or the like and integrated. In that case, the supply of the operating power can be summarized as the supply to the microcomputer.
  • the power failure detection is performed by rectifying the grid power AC0, dividing the potential down to a predetermined value, pulling it down, inputting it to the A / D converter of the microcomputer, and reading it in software for determination.
  • the DC power DC5 output from the power storage device 5 is supplied to the DC-DC converter 11.
  • the DC-DC converter 11 outputs DC power DC6 and DC7.
  • DC power DC6 is supplied to the pulse generator 14 of the inverter 12.
  • the DC power DC7 is a DC output that can be used in the home.
  • the DC output DC7 can be a USB (Universal Serial Bus) power supply output, for example, but it is an output of a predetermined voltage (24V, 48V, 60V, 240V, 360V, etc.), and the outlet plug is also an existing AC outlet. It has already been proposed as a different one.
  • the inverter 12 includes, for example, a PLL (Phase Locked Loop) 13, a pulse generator 14, and a transformer 15, and generates AC power AC1 from DC power DC6.
  • the PLL 13 is supplied with grid power AC0, and a pulse signal in phase with the grid power AC0 is generated by the PLL 13. Even when the grid power AC0 is not supplied due to a power failure or the like, the PLL 13 can output a pulse signal having the same frequency as when the grid power AC0 is present.
  • the inverter 12 is also called a grid tie inverter, and generates AC power AC1 synchronized with the grid power (in phase).
  • AC power AC1 is supplied to the load control unit 16 via the switch SW2.
  • the load controller 16 generates the second AC power AC10.
  • the load control units 2 and 16 are constituted by variable resistors having a relatively small electric resistance, for example.
  • the output power can be adjusted by controlling the variable resistance. That is, the power to be output to the subsequent electronic device is selected. That is, if the variable resistance of the load control unit 2 on the grid side is smaller than the variable resistance of the load control unit 16 on the inverter side, the AC power AC01 on the grid side is given priority, and if the variable resistance is reversed, the AC power AC10 on the inverter side takes priority. Is done.
  • it is not restricted to the structure which uses a variable resistance, If it is a structure which can control the magnitude
  • the control of the coefficients ⁇ and ⁇ by the control unit 8 is performed in association with grid information indicating the relationship between the power supply amount and the power demand amount acquired through the communication unit 10.
  • the grid information includes a difference between the power supply amount and the power demand amount, a ratio (%) of the power demand amount to the power supply amount, information (%) for limiting the power demand amount, and the like.
  • the power supply amount and the power demand amount are not limited to the current values, and may be predicted values.
  • the power supply amount and the power demand amount are values in a range controlled by a certain electric power company, for example.
  • such information may be used for the power supply amount and the power demand amount when information in different ranges (for example, units of administrative districts) is provided.
  • this power supply amount is not limited to the power company supply amount, but may be a sum of the power generated by a natural energy (eg, solar cell) generator connected to the power company.
  • the control unit 8 since the amount of power generated by natural energy changes according to the environmental conditions (the amount of sunlight for solar cells, the wind speed for wind power generation, etc.), information indicating the environmental condition is added to the previous grid information, and the control unit 8 You may make it apply the correction
  • the total value itself may be used as grid information as the supply amount.
  • the power company in this description is described as having both a function as a power generation company that generates power and a function as a power transmission and distribution company that distributes power, but these may be separated. Absent.
  • the supply amount of the power company is replaced with the supply amount of the power generation company, and the natural energy generation device under the power company is read as the natural energy generation device under the power transmission and distribution company.
  • a specific example of the ratio X (power demand / power supply (%)) of power demand to power supply is acquired as grid information, and the coefficients ⁇ and ⁇ are controlled based on the grid information.
  • the numerical values described below are merely examples, and other desired numerical values may be set.
  • control program of the control unit 8 includes the set values of ⁇ and ⁇ described above, and control signals SC4 and SC5 for setting the values of the coefficients ⁇ and ⁇ in accordance with the grid information, for example, the ratio X are included. Generated. Note that a display unit may be provided in association with the control unit 8 so that the values of the coefficients ⁇ and ⁇ described above or the ratios of the AC powers AC01 and AC10 are graphically displayed to the user. Control signal SC ⁇ b> 1 output by control unit 8 controls whether or not direct-current power DC ⁇ b> 5 is output from power storage device 5.
  • a control signal SC2 output from the control unit 8 controls on / off of the switch SW1.
  • a control signal SC3 output from the control unit 8 controls on / off of the switch SW2.
  • Power supply control processing hereinafter, the power supply control process by the control of the control unit 8 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 2 and 3.
  • the flowchart in FIG. 2 shows the flow of interrupt processing when a power failure occurs as a power failure
  • the flowchart in FIG. 3 shows power supply processing other than during a power failure. Since the process at the time of a power failure is preferentially performed, the process proceeds to the power failure process during any event in the flowchart of FIG. Then, the power failure ends, the output of the inverter 12 is stabilized, and the interrupt process ends.
  • step S1 When a power failure is detected by the power failure detection unit 9, a power failure detection interrupt process starts (step S1).
  • step S2 the switch SW1 is turned off by the control signal SC2, and the grid power input is cut off. This is to prevent the AC power AC10 from flowing backward.
  • step S3 the resistance value of the variable resistor of the load control unit 16 is minimized. Further, the resistance value of the variable resistor of the load control unit 2 may be maximized as necessary.
  • step S4 it is determined whether or not the power failure has ended.
  • step S5 it is determined in step S5 whether or not the remaining amount of the power storage device 5 is large. If it is determined that the remaining amount is large, the process returns to step S4 (detection of termination of power failure). Here, it is expressed as whether or not the remaining amount is large, but it may be determined based on whether or not the discharge voltage of the battery is higher than a predetermined voltage. If it is determined in step S5 that the remaining amount of the power storage device 5 is low, the output of the power storage device 5 is turned off in step S6, and the process ends. In step S6, when it is determined that the remaining amount of the power storage device 5 is low, the user may be notified of the fact.
  • step S7 it is determined whether or not the PLL 13 of the inverter 12 has locked with the phase of the grid power. In addition to detecting the lock of the PLL 13, it may be determined whether the inverter 12 is stable. Furthermore, when the routine of determining the stability of the inverter 12 is included in the flowchart of FIG. 3, the determination may be performed there. If it is determined in step S7 that the PLL 13 has been locked, the interrupt process ends. "Power supply control processing" The power supply control process will be described with reference to the flowchart of FIG. In the process of FIG. 3, it is assumed that there is a margin in the grid power at the start point indicated by “start”.
  • step S11 The power is turned on by turning on the power switch or the like (step S11).
  • step S12 the switch SW1 is turned on and the switch SW2 is turned off.
  • the DC power DC1 is generated from the grid power AC0 by the AC-DC converter 3, and the DC power DC2 is generated by the DC-DC converter 6.
  • the DC power DC2 is supplied to the control unit 8 as an operating power source, and the control unit 8 is activated (step S13).
  • step S14 the output of DC power DC5 from power storage device 5 is turned on by control signal SC1.
  • DC power is supplied to the DC-DC converter 11, DC power DC6 generated by the DC-DC converter 11 is supplied to the inverter 12, and the inverter 12 is driven (step S15).
  • step S19 the switch SW1 is turned on and the switch SW2 is turned off.
  • the process in step S19 is required because the switch SW1 remains off when the above-described interrupt process ends and the process returns.
  • step S20 it is determined whether or not the remaining amount of the power storage device 5 is large. If the remaining amount is small, a charging operation is performed in step S21. If the remaining amount is large, charging is not performed, and the process returns to step S17 (acquisition of grid information).
  • it is expressed as whether or not the remaining amount is large, but it may be determined based on whether or not the charging voltage of the battery is higher than a predetermined voltage, whether or not the charging current is lower than a predetermined amount.
  • the coefficients ⁇ and ⁇ in this case are set according to the margin. As an example, as described above, the values of the variable resistors of the load control units 2 and 16 are controlled in accordance with the state of margin of the power supply amount, and the coefficients ⁇ and ⁇ are varied.
  • step S24 the switch SW1 is turned on, the switch SW2 is turned on, and AC power corresponding to the set value is output. Similar to step S19, the process of step S23 is required because the switch SW1 remains off when the above-described interrupt process ends and the process returns.
  • step S22 when it is determined in step S22 that the remaining amount of the power storage device 5 is low, the switch SW1 is turned on and the switch SW2 is turned off in step S25. And a process returns to step S17 (acquisition of grid information).
  • step S22 when it is determined that the remaining amount of the power storage device 5 is low, the user may be notified of this. In addition, this indication can also take the following structures.
  • a converter that converts first AC power input from an external power system into DC power; A power storage device charged by the DC power from the converter; An inverter that converts DC power from the power storage device into second AC power; An output AC power generation unit that receives the first AC power and the second AC power and generates output AC power; Control for acquiring external power information indicating the relationship between the power supply amount and the power demand amount in the external power system via a network, and outputting a control signal for controlling the output AC power generation unit according to the external power information
  • the control unit sets the output AC power generation unit so that the first AC power occupies most of the output AC power.
  • the control unit controls the output AC power so that the output AC power is the sum of the first and second AC powers.
  • a power supply device that controls the generation unit. (2) The power supply device according to (1), wherein when the power failure occurs, the control unit controls the output AC power generation unit so that the second AC power occupies most of the output AC power.
  • the external power information is any one of (1) and (2), which is any one of the difference information between the current or predicted power supply amount and the power demand amount, and the power demand amount restriction information. The power supply device described.
  • the external power information is the power supply apparatus according to any one of (1), (2), and (3), which also includes natural energy prediction.
  • the first AC power input from the external power system is converted into DC power by a converter, Charging the power storage device with the DC power from the converter, DC power from the power storage device is converted into second AC power by an inverter, An output AC power generator generates output AC power from the first AC power and the second AC power, External power information indicating the relationship between the power supply amount and the power demand amount in the external power system is acquired via a network, and a control signal for controlling the output AC power generation unit according to the external power information is transmitted by the control unit Generate When there is a margin of the power supply amount with respect to the power demand, the control unit sets the output AC power generation unit so that the first AC power occupies most of the output AC power.
  • control unit controls the output AC power so that the output AC power is the sum of the first and second AC powers.

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Abstract

 外部電力系統から入力される第1の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータからの直流電力によって充電される蓄電装置と、蓄電装置からの直流電力を第2の交流電力へ変換するインバータと、第1の交流電力と第2の交流電力とが入力され、出力交流電力を生成する出力交流電力生成部と、外部電力系統における電力供給量と電力需要量との関係を示す外部電力情報をネットワークを介して取得し、外部電力情報に応じて出力交流電力生成部を制御する制御信号を出力する制御部とを備える。電力供給量の余裕の状態に応じて制御部が出力交流電力生成部を制御する。

Description

電力供給装置および電力供給制御方法
 本開示は、外部電力系統の電力供給量と電力需要量との関係に応じて例えば家庭における外部電力の消費量を制御することを可能とする電力供給装置および電力供給制御方法に関する。
 外部電力系統(グリッドと称される)の電力供給量が事故等によって減少したり、電力需要量が季節的に増加したりすると、電力供給量に対して電力需要量が大きくなり、突発的な停電のおそれが生じることがある。それ以外にも、集中豪雨、落雷などにより一時的に停電になることが想定されるため、コンピュータや周辺機器に対して停電等の電力障害が発生した時に、電力を供給する無停電電源装置(Uninterruptable Power Supply:UPS)が用いられていることが知られている。しかしながら、従来の無停電電源装置は、短時間の停電に対して有効であり、コンピュータ、周辺機器に対して一時的に電力を供給する程度のものであった。したがって、大規模で、且つ長時間の停電の発生時に家庭内の電力を供給するのには不十分であった。さらに、無停電電源装置は、停電時に動作するもので、グリッドの電力使用量を低減する用途には使用できない問題があった。
 最近では、より大きな容量の家庭用の蓄電装置が実用化されている。家庭用の蓄電装置を活用することによって、停電時の電力供給を確保し、外部電力系統の電力需要量、電力使用量を削減することが可能である。例えば外部電力系統からの交流電力の供給を減少させ、不足する電力を蓄電装置によって補うことが考えられる。
 情報技術を利用して供給者と需要者との間の電力伝送における課題を解決する次世代電力網(以下、スマートグリッドと称する)においては、供給者側から需要者側の電力消費を抑制するために制御すること(DR(Demand Response))が可能である。例えば電力需要のピーク時、電力事業者が住宅の空調装置の設定温度を変化させるといった負荷制御がなされる。このようなDRをはじめ、供給側から需要者側に施策を行うことは、DSM(Demand Side Management)と呼ばれる。
 特許文献1には、ホームネットワークに接続された複数の設備機器の消費電力が全体制御装置によって制御され、複数の設備機器がそれぞれ二次電池を備え、電力が集中する時間帯には、二次電池の電力で動作し、それ以外の時間帯には、商用電源からの電力で動作するとともに、二次電池を充電することが記載されている。全体制御装置は、電力供給者側からの電力制御指令を受ける。
特開2001−258176号公報
 特許文献1に記載のものは、家庭内の電子機器を家庭毎に設けられる制御装置に対して制御し、制御装置が電力会社のDSM制御センターに接続される必要がある。したがって、制御装置をDSM制御センターに接続するためのネットワークと、家庭内の電子機器を制御装置に制御するネットワークとの両方が必要とされる。その結果、従来の電力網に対して大幅な構成の変更が必要とされる。このような問題は、スマートメータを使用する場合にも同様に発生する。
 したがって、本開示の目的は、電力供給者からの制御によらず、既存の電力供給系統に対して加える変更を少なくして、電力使用量を制御することができる電力供給装置および電力供給制御方法を提供することにある。
 上述した課題を解決するために、本開示は、外部電力系統から入力される第1の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
 コンバータからの直流電力によって充電される蓄電装置と、
 蓄電装置からの直流電力を第2の交流電力へ変換するインバータと、
 第1の交流電力と第2の交流電力とが入力され、出力交流電力を生成する出力交流電力生成部と、
 外部電力系統における電力供給量と電力需要量との関係を示す外部電力情報をネットワークを介して取得し、外部電力情報に応じて出力交流電力生成部を制御する制御信号を出力する制御部と
 を備え、
 電力供給量の余裕がある場合には、出力交流電力の殆どの割合を第1の交流電力が占めるように、制御部が出力交流電力生成部を制御し、
 電力供給量の余裕がない場合には、出力交流電力が第1および第2の交流電力を加算したものとなるように、制御部が出力交流電力生成部を制御する電力供給装置である。
 本開示は、外部電力系統から入力される第1の交流電力をコンバータによって直流電力に変換し、
 コンバータからの直流電力によって蓄電装置を充電し、
 蓄電装置からの直流電力をインバータによって、第2の交流電力へ変換し、
 第1の交流電力と第2の交流電力とから出力交流電力生成部によって、出力交流電力を生成し、
 外部電力系統における電力供給量と電力需要量との関係を示す外部電力情報をネットワークを介して取得し、外部電力情報に応じて出力交流電力生成部を制御する制御信号を制御部によって生成し、
 電力供給量の余裕がある場合には、出力交流電力の殆どの割合を第1の交流電力が占めるように、制御部が出力交流電力生成部を制御し、
 電力供給量の余裕がない場合には、出力交流電力が第1および第2の交流電力を加算したものとなるように、制御部が出力交流電力生成部を制御する電力供給制御方法である。
 本開示によれば、家庭等の需要者において、自律的に外部電力の使用量を制御することができる。
 図1は、本開示による電力供給装置の一実施の形態のブロック図である。
 図2は、本開示の一実施の形態の動作説明に使用するフローチャートである。
 図3は、本開示の一実施の形態の動作説明に使用するフローチャートである。
 以下、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
「電力供給装置の一実施の形態」
 図1を参照して本開示による電力供給装置(電源システム)について説明する。電力供給者の発電所にて発電した電力が図示しない送電網、配電網を介して家庭の電力量計に供給され、電力量計から図1における外部交流電力入力端子1に交流電力が供給される。入力される外部交流電力(以下、グリッド電力と適宜称する)をAC0と表す。なお、家庭における電力制御について説明するが、家庭に限らず、ビル、工場等の電力供給の面で区画されたエリアであれば、本開示を適用することができる。
 グリッド電力AC0がスイッチSW1を介して負荷制御部2に供給される。負荷制御部2から出力される第1の交流電力をAC01と表記する。後述するように、蓄電装置5の直流電力から生成される第2の交流電力AC10が負荷制御部16から出力される。これらの交流電力AC01およびAC10が加算されて家庭の電子機器群17に供給される。図示しないが、交流電力が配電盤(分電盤を含む)に供給され、配電盤から導出された電力線およびコンセントを通じて電子機器群17の各電子機器に対して電力が供給される。電子機器群17の例は、空調装置、冷蔵庫、照明器具、洗濯機、テレビジョン受信機等である。
 グリッド電力AC0がAC−DCコンバータ3に供給され、直流電力DC1が生成される。直流電力DC1がチャージコントローラ4およびDC−DCコンバータ6に供給される。チャージコントローラ4は、蓄電装置5の充電を制御するものである。蓄電装置5の例は、リチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層等である。例えば8本の円筒状リチウムイオン二次電池を並列接続して電池ブロックを構成し、16個の電池ブロックを直列接続して共通のケース内に収納した蓄電装置を使用することができる。
 蓄電装置5に対する充電電源は、主として直流電力DC1であるが、他の直流電力DC10を使用しても良い。他の直流電力は、太陽光発電、燃料電池、風力発電等のクリーンエネルギー生成の出力である。さらに、蓄電装置5例えば二次電池は、可搬型のものを使用できる。すなわち、電動自転車、電動自動車等の車両用の二次電池を蓄電装置5として使用しても良い。
 DC−DCコンバータ6によって直流電力DC2が生成される。さらに、蓄電装置5の出力直流電力DC3がDC−DCコンバータ7に供給され、直流電力DC4が形成される。直流電力DC2およびDC4がそれぞれダイオードを介して動作電源(数V)として取り出される。DC−DCコンバータ6および7は、入力直流電力から所望の値の安定した出力直流電力を生成する。後述する制御部8等の動作電源としてダイオードの接続点から取り出される直流電力(DC2またはDC4)が使用される。ここで、DC2>DC4の関係とされ、通常は、グリッド電力から生成された直流電力DC2がDC4に優先して使用され、蓄電装置5の消耗が防止されている。
 グリッド電力AC0が停電検出部9に供給される。停電検出部9は、外部交流電力系統の停電、大幅な電圧降下等の電力障害を検出し、停電検出部9が出力する検出信号が制御部8に供給される。制御部8は、図1に示す電力供給装置の全体の制御を行うものである。制御部8は、CPU(Central Processing Unit)、フラッシュROM、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等が内部バスを介して接続される構成とされている。
 さらに、通信部10が設けられている。通信部10は、外部電力系統における電力供給量と電力需要量との関係を示す外部電力情報(以下、グリッド情報と適宜称する)をネットワークを介してサーバ、クラウド、ウェブサイト等から取得する。ネットワーク上の例えば外部交流電力の供給者が設けている電力管理センターに対してインターネットを介してアクセスし、グリッド情報を取得する。さらに、供給者以外の者が運営するサイトからグリッド情報を得ることができる。ネットワークにアクセスするための通信としては、有線、無線等が可能である。さらに、家庭内の他のコンピュータが取得したグリッド情報を家庭内のLAN(Local Area Network)を通じて制御部8が取得しても良い。更にまた、電子機器群17の一つが取得したグリッド情報を、前述の家庭内LANだけではなく、電力線通信路を介して取得してもよい。
 なお、本例では制御部8、停電検出部9および通信部10が別々の構成として記載されているが、これらを一つのマイクロコンピュータ等で実現し、一体化しても良い。その場合、動作電源の供給は、マイクロコンピュータへの供給へとまとめることができる。また、停電検出は、グリッド電力AC0を整流し、その電位を所定の値まで分圧して引き下げ、マイコンのA/D変換器に入力してソフトウェア的に読み込んで判定することによってなされる。
 蓄電装置5が出力する直流電力DC5がDC−DCコンバータ11に供給される。DC−DCコンバータ11が直流電力DC6およびDC7を出力する。直流電力DC6がインバータ12のパルス発生器14に供給される。直流電力DC7は、家庭内で使用可能な直流出力である。直流出力DC7は、例えばUSB(Universal Serial Bus)電源出力とすることもできるが、所定の電圧(24V、48V、60V、240V、360V等)の出力で、コンセントプラグ等も既存のACコンセントとは異なるものとして既に提案されている。
 インバータ12は、例えばPLL(Phase Locked Loop)13と、パルス発生器14とトランス15とからなり、直流電力DC6から交流電力AC1を生成するものである。PLL13には、グリッド電力AC0が供給され、グリッド電力AC0と位相が合ったパルス信号がPLL13によって生成される。PLL13は、停電等によってグリッド電力AC0が供給されない場合でも、グリッド電力AC0がある場合と同様の周波数のパルス信号を出力することができる。
 インバータ12は、グリッドタイインバータとも呼ばれ、グリッド電力と同期した(位相が合った)交流電力AC1を生成する。交流電力AC1がスイッチSW2を介して負荷制御部16に供給される。負荷制御部16によって、第2の交流電力AC10が生成される。負荷制御部2および16は、例えば比較的小さい電気抵抗を持つ可変抵抗によって構成されている。可変抵抗を制御することによって出力電力を調整することが可能なものである。すなわち、後段の電子機器に出力する電力の選択を行う。つまり、グリッド側の負荷制御部2の可変抵抗がインバータ側の負荷制御部16の可変抵抗より小さければ、グリッド側の交流電力AC01が優先され、逆であれば、インバータ側の交流電力AC10が優先される。なお、可変抵抗を使用する構成に限らず、二つの交流電力の大きさをそれぞれ制御することが可能な構成であれば、負荷制御部2および16として使用することができる。
 制御された交流電力AC01をαAC0(α=0~1の間の値)と表すことができ、制御された交流電力AC10をβAC1(β=0~1の間の値)と表すことができ、電子機器群17に供給される合計の電力を(AC01+AC10=αAC0+βAC1)と表すことができる。αおよびβは、制御部8からの制御信号SC4およびSC5によって制御され、相補的にこれらの係数(重み)が変化するように制御される。例えば(α=1,β=0)の場合では、合計の交流電力がAC0のみとなり、(α=0,β=1)の場合では、合計の交流電力がAC1のみとなる。αおよびβの変化は、連続的な変化およびステップ的な変化の何れであっても良い。なお、可変抵抗を使用するような負荷制御部2および16を使用する場合には、完全に(α,β=0)とすることは難しい。しかしながら、例えばスイッチを併用することによって、これらの係数を0とすることが可能である。
 制御部8による係数αおよびβの制御は、通信部10を通じて取得した電力供給量と電力需要量との関係を示すグリッド情報と関連して行われる。グリッド情報は、電力供給量と電力需要量との差、電力供給量に対する電力需要量の割合(%)、電力需要量を制限する情報(%)等である。ここで、電力供給量および電力需要量は、現在の値に限らず、予測される値であっても良い。さらに、電力供給量および電力需要量は、例えばある一つの電力会社の管轄する範囲における値である。しかしながら、電力供給量および電力需要量は、異なる範囲(例えば行政区画の単位)における情報が提供される場合には、そのような情報を使用しても良い。更にまた、この電力供給量を、電力会社の供給量だけにとどめず、当該電力会社の傘下に接続された自然エネルギー(例えば太陽電池)発生装置の発電電力と合算したものとしてもよい。この場合、自然エネルギーの発電量は環境状況(太陽電池なら日照量、風力発電なら風速等)に応じて変化するため、先のグリッド情報に環境状況を示す情報を追加し、制御部8内で自然エネルギーによる電力供給量を計算し、電力会社の供給量に合算する補正をかけるようにしてもよい。もちろん、合算した値そのものを供給量としてグリッド情報としてもよい。なお、本説明の電力会社は、電力を生成する発電会社としての機能と、電力を分配する送配電会社としての機能を併せ持っているとして説明しているが、これらが分離されたものとしても差し支えない。この場合、電力会社の供給量とは発電会社の供給量と、電力会社傘下の自然エネルギー発生装置とは送配電電会社傘下の自然エネルギー発生装置と読み替えるものとする。
 例えば電力供給量に対する電力需要量の割合X(電力需要量/電力供給量(%))をグリッド情報として取得し、このグリッド情報に基づく係数αおよびβの制御の具体例について説明する。なお、以下に述べる数値は、一例であって、他の所望の数値を設定しても良い。
X≦第1のしきい値(80%)(すなわち、電力供給量に充分余裕がある場合):
(α=1,β=0)
 したがって、供給交流電力が(AC0)となる。
(80%<X≦90%)(すなわち、電力供給量に余裕がある場合):
(α=0.9,β=0.1)
 したがって、供給交流電力が(0.9AC0+0.1AC1)となる。
(90%<X≦95%)(すなわち、電力供給量に余裕がない場合):
(α=0.6,β=0.4)
 したがって、供給交流電力が(0.6AC0+0.4AC1)となる。
X>第2のしきい値(95%)(すなわち、電力供給量に全く余裕がない場合):
(α=0,β=1)
 したがって、供給交流電力が(AC1)となる。
さらに、停電等の電力障害が検出された場合には、スイッチSW1がオフされ、スイッチSW2がオンとされ、(α=0,β=1)とされる。なお、上述したαおよびβの数値は、一例であって、他の値を設定しても良い。
 制御部8の制御プログラムには、上述したαおよびβの設定値が含まれており、グリッド情報例えば割合Xに応じてこれらの係数αおよびβの値を設定するための制御信号SC4およびSC5が生成される。なお、制御部8と関連して表示部を設け、上述した係数αおよびβの値、あるいは交流電力AC01およびAC10の割合をユーザに対してグラフィカルに表示するようにしても良い。
 制御部8が出力する制御信号SC1は、蓄電装置5から直流電力DC5を出力するか否かを制御する。制御部8が出力する制御信号SC2は、スイッチSW1のオン/オフを制御する。制御部8が出力する制御信号SC3は、スイッチSW2のオン/オフを制御する。
「電力供給制御処理」
 以下、制御部8の制御による電力供給制御処理について、図2および図3のフローチャートを参照して説明する。図2のフローチャートは、電力障害としての停電の発生時の割り込み処理の流れを示し、図3のフローチャートは、停電時以外の電力供給処理を示す。停電時の処理は、優先的に行われるので、図3のフローチャート中の何れのイベント中でも停電処理に移行するようになされる。そして、停電が終了してインバータ12の出力が安定して割り込み処理が終了する。
「停電検出時の処理」
 停電検出部9によって停電が検出されると、停電検出割り込み処理がスタートする(ステップS1)。ステップS2において、制御信号SC2によって、スイッチSW1がオフとされ、グリッド電力の入力が遮断される。これは、交流電力AC10が逆潮流することを防止するためである。
 ステップS3において負荷制御部16の可変抵抗の抵抗値が最小とされる。また、必要に応じて、負荷制御部2の可変抵抗の抵抗値を最大としてもよい。停電の場合では、蓄電装置5からの直流電力によって生成された交流電力によって、家庭内の電力消費がまかなわれる。
 ステップS4において、停電が終了したか否かが判定される。停電が継続していると判定される場合では、ステップS5において、蓄電装置5の残量が多いか否かが判定される。残量が多いと判定されると、処理がステップS4(停電終了の検出)に戻る。なお、ここでは、残量が多いか否かと表現しているが、バッテリの放電電圧が所定電圧より高いか否かで判断してもよい。
 ステップS5において、蓄電装置5の残量が少ないと判定されると、ステップS6において、蓄電装置5の出力がオフとされ、処理が終了する。なお、ステップS6において、蓄電装置5の残量が少ないと判定された場合に、ユーザに対してその旨を通知するようにしても良い。
 ステップS4において、停電が終了したと判定されると、ステップS7に処理が移る。ステップS7では、インバータ12のPLL13がグリッド電力の位相とロックしたか否かが判定される。PLL13のロックを検出する以外に、インバータ12が安定したか否かを判定するようにしても良い。さらに、図3のフローチャート中にインバータ12の安定を判定するルーチンが含まれている場合には、そこで判定を行うようにしても良い。ステップS7において、PLL13がロックしたと判定されると、割り込み処理が終了する。
「電力供給制御処理」
 図3のフローチャートを参照して電力供給制御処理について説明する。図3の処理において、スタートで示す開始時点において、グリッド電力に余裕があるものと仮定する。電源スイッチのオン等によって電源がオンされる(ステップS11)。ステップS12において、スイッチSW1がオンされ、スイッチSW2がオフされる。
 グリッド電力AC0からAC−DCコンバータ3によって、直流電力DC1が生成され、DC−DCコンバータ6によって直流電力DC2が生成される。直流電力DC2が動作電源として制御部8に供給され、制御部8が起動される(ステップS13)。
 さらに、ステップS14において、制御信号SC1によって、蓄電装置5からの直流電力DC5の出力がオンとされる。直流電力がDC−DCコンバータ11に供給され、DC−DCコンバータ11が生成した直流電力DC6がインバータ12に対して供給され、インバータ12が駆動される(ステップS15)。
 インバータ12がグリッド電力AC0と同期した交流電力AC1を出力できるまでには、ある程度の時間がかかる。このため、ステップS16において、インバータ12が安定したか否かが判定される。上述したように、インバータ12のPLL13のロックを検出するようにしても良い。
 インバータ12が安定したとステップS16において判定されると、ステップS17において、通信部10を通じてグリッド情報が取得される。グリッド情報の取得は、周期的(例えば1分間隔)でなされる。そして、ステップS18において、グリッド情報に基づき供給量に充分余裕があるか否かが判定される。余裕が充分ある場合とは、例えば上述したように、グリッド情報が(X=電力需要量/電力供給量(%))であり、X≦第1のしきい値(80%)の場合である。
 ステップS18の判定結果が肯定(供給量の余裕が充分)の場合では、ステップS19において、スイッチSW1がオンとされ、スイッチSW2がオフとされる。ステップS19の処理は、上述した割り込み処理が終了して処理が戻ってきたときには、スイッチSW1がオフのままであるために必要とされる。
 ステップS20において、蓄電装置5の残量が多いか否かが判定される。残量が少ない場合には、ステップS21において、充電動作がなされる。残量が多い場合には、充電が行われず、ステップS17(グリッド情報の取得)に処理が戻る。なお、ここでは、残量が多いか否かと表現しているが、バッテリの充電電圧が所定電圧より高いか否か、充電電流が所定量より少ないか否か等で判断してもよい。
 ステップS18の判定結果が否定(供給量の余裕が充分でない)の場合では、処理がステップS22に移り、ステップS22において、蓄電装置5の残量が多いか否かが判定される。ステップS22において、残量が多いと判定される場合では、処理がステップS23(負荷制御部を調整)に移り、交流電力として(AC01+AC10=αAC0+βAC1)が出力するように調整される。この場合の係数αおよびβが余裕の程度に応じて設定される。一例として、上述したように、電力供給量の余裕の状態に応じて負荷制御部2および16の可変抵抗の値が制御され、係数αおよびβが可変される。例えば(80%<X≦90%)の場合には、(α=0.9,β=0.1)とされ、(90%<X≦95%)の場合には、(α=0.6,β=0.4)とされ、(X>第2のしきい値(95%))の場合には、(α=0,β=1)とされる。また、蓄電装置5の蓄電量に応じて、これらのパラメータを調整するようにしてもよい(電力が少ない場合、危機的な状況でも、多くの放電はしない、など)。
 ステップS24において、スイッチSW1がオンされ、スイッチSW2がオンされ、上記設定値に応じた交流電力が出力される。ステップS19と同様に、ステップS23の処理は、上述した割り込み処理が終了して処理が戻ってきたときには、スイッチSW1がオフのままであるために必要とされる。そして、処理がステップS17(グリッド情報の取得)に処理が戻る。
 ステップS22において、蓄電装置5の残量が少ないと判定されると、ステップS25において、スイッチSW1がオンとされ、スイッチSW2がオフとされる。そして、処理がステップS17(グリッド情報の取得)に処理が戻る。なお、ステップS22において、蓄電装置5の残量が少ないと判定された場合に、ユーザに対してその旨を通知するようにしても良い。
 なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
(1)
 外部電力系統から入力される第1の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
 前記コンバータからの前記直流電力によって充電される蓄電装置と、
 前記蓄電装置からの直流電力を第2の交流電力へ変換するインバータと、
 前記第1の交流電力と前記第2の交流電力とが入力され、出力交流電力を生成する出力交流電力生成部と、
 前記外部電力系統における電力供給量と電力需要量との関係を示す外部電力情報をネットワークを介して取得し、前記外部電力情報に応じて前記出力交流電力生成部を制御する制御信号を出力する制御部と
 を備え、
 前記電力需要量に対して前記電力供給量の余裕がある場合には、前記出力交流電力の殆どの割合を前記第1の交流電力が占めるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御し、
 前記電力需要量に対して前記電力供給量の余裕がない場合には、前記出力交流電力が前記第1および第2の交流電力を加算したものとなるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御する電力供給装置。
(2)
 電力障害発生時には、前記出力交流電力の殆どの割合を前記第2の交流電力が占めるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御する(1)に記載の電力供給装置。
(3)
 前記外部電力情報は、現在または予測される電力供給量と電力需要量との差分情報、並びに前記電力需要量の制限情報の何れか一つの情報である(1)および(2)の何れかに記載の電力供給装置。
(4)
 前記外部電力情報は、自然エネルギーの予測も加味したものである(1)(2)および(3)の何れかに記載の電力供給装置。
(5)
 前記インバータは、前記第1の交流電力と同期した前記第2の交流電力を出力する(1)(2)(3)および(4)の何れかに記載の電力供給装置。
(6)
 前記蓄電装置が自然エネルギーから生成された直流電力によって充電される(1)(2)(3)(4)および(5)の何れかに記載の電力供給装置。
(7)
 外部電力系統から入力される第1の交流電力をコンバータによって直流電力に変換し、
 前記コンバータからの前記直流電力によって蓄電装置を充電し、
 前記蓄電装置からの直流電力をインバータによって、第2の交流電力へ変換し、
 前記第1の交流電力と前記第2の交流電力とから出力交流電力生成部によって、出力交流電力を生成し、
 前記外部電力系統における電力供給量と電力需要量との関係を示す外部電力情報をネットワークを介して取得し、前記外部電力情報に応じて前記出力交流電力生成部を制御する制御信号を制御部によって生成し、
 前記電力需要量に対して前記電力供給量の余裕がある場合には、前記出力交流電力の殆どの割合を前記第1の交流電力が占めるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御し、
 前記電力需要量に対して前記電力供給量の余裕がない場合には、前記出力交流電力が前記第1および第2の交流電力を加算したものとなるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御する電力供給制御方法。
 「変形例」
 以上、本開示の一実施形態について具体的に説明したが、本開示は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
 1・・・外部交流電力(グリッド電力)入力端子
 2・・・負荷制御部ンタ
 3・・・AC−DCコンバータ
 4・・・チャージコントローラ
 5・・・蓄電装置
 8・・・制御部
 9・・・停電検出部
 12・・・インバータ
 16・・・負荷制御部

Claims (7)

  1.  外部電力系統から入力される第1の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
     前記コンバータからの前記直流電力によって充電される蓄電装置と、
     前記蓄電装置からの直流電力を第2の交流電力へ変換するインバータと、
     前記第1の交流電力と前記第2の交流電力とが入力され、出力交流電力を生成する出力交流電力生成部と、
     前記外部電力系統における電力供給量と電力需要量との関係を示す外部電力情報をネットワークを介して取得し、前記外部電力情報に応じて前記出力交流電力生成部を制御する制御信号を出力する制御部と
     を備え、
     前記電力供給量の余裕がある場合には、前記出力交流電力の殆どの割合を前記第1の交流電力が占めるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御し、
     前記電力供給量の余裕がない場合には、前記出力交流電力が前記第1および第2の交流電力を加算したものとなるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御する電力供給装置。
  2.  電力障害発生時には、前記出力交流電力の殆どの割合を前記第2の交流電力が占めるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御する請求項1に記載の電力供給装置。
  3.  前記外部電力情報は、現在または予測される電力供給量と電力需要量との差分情報、並びに前記電力需要量の制限情報の何れか一つの情報である請求項1に記載の電力供給装置。
  4.  前記外部電力情報は、自然エネルギーの予測も加味したものである請求項1に記載の電力供給装置。
  5.  前記インバータは、前記第1の交流電力と同期した前記第2の交流電力を出力する請求項1に記載の電力供給装置。
  6.  前記蓄電装置が自然エネルギーから生成された直流電力によって充電される請求項1に記載の電力供給装置。
  7.  外部電力系統から入力される第1の交流電力をコンバータによって直流電力に変換し、
     前記コンバータからの前記直流電力によって蓄電装置を充電し、
     前記蓄電装置からの直流電力をインバータによって、第2の交流電力へ変換し、
     前記第1の交流電力と前記第2の交流電力とから出力交流電力生成部によって、出力交流電力を生成し、
     前記外部電力系統における電力供給量と電力需要量との関係を示す外部電力情報をネットワークを介して取得し、前記外部電力情報に応じて前記出力交流電力生成部を制御する制御信号を制御部によって生成し、
     前記電力供給量の余裕がある場合には、前記出力交流電力の殆どの割合を前記第1の交流電力が占めるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御し、
     前記電力供給量の余裕がない場合には、前記出力交流電力が前記第1および第2の交流電力を加算したものとなるように、前記制御部が前記出力交流電力生成部を制御する電力供給制御方法。
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