(57)【要約】【課題】電力系統から電力が供給される複数の負荷装置のうちの特定の負荷装置の電力需要の変動を緩和する自立型電力需要制御装置および方法を提供する。【解決手段】自立型電力需要制御装置１１はインピーダンス測定部１２と稼動・消費電力制御部１３を含む。インピーダンス測定部１２は、負荷装置３−１から見た電力系統１側のインピーダンスを測定する。消費電力制御部１３は、測定されたインピーダンス値をもとに、インピーダンスと負荷装置３−１の負荷部１０の電力需要量の関係を示す表を検索して、負荷部１０の電力需要を推定し、推定された電力需要に基づいて負荷部１０の稼働可否を判定し、可であれば消費電力の目標値を決定し、該目標値を負荷部１０に指令する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統から電力が供給される需要家内の特定の負荷装置に対して設置され、
当該負荷装置から見た前記電力系統側のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
測定されたインピーダンス値をもとに、インピーダンスと当該負荷装置の電力需要量の関係を示す表を検索して、当該負荷装置の電力需要を推定し、少なくとも、該電力需要の推定値を基に当該負荷装置が稼動可能かどうか判定し、可能であれば、少なくとも、該電力需要の推定値に基づいて当該負荷装置の消費電力の目標値を決定し、該目標値を当該負荷装置に指令する稼動・消費電力制御手段と、
を有する自立型電力需要制御装置。
【請求項２】
前記インピーダンス測定手段は、
インピーダンスを測定のための信号であるインピーダンス測定信号を発生する信号発生部と、
前記インピーダンス測定信号を前記電力系統の電力供給線からの電力信号に印加する信号印加部と、
前記インピーダンス測定信号の印加電圧を測定する信号電圧計測部と、
前記電力供給線に向かって流れ出す、前記インピーダンス測定信号の信号電流の電流値を計測する信号電流計測部と、
前記信号電圧計測部で計測された印加電圧と前記信号電流計測部で計測された電流値の比からインピーダンスを求めるインピーダンス判定部と、
を含む、請求項１に記載の自立型電力需要制御装置。
【請求項３】
前記信号電流計測部が前記信号印加部よりも前記電力供給線側に設けられている、請求項２に記載の自立型電力需要制御装置。
【請求項４】
前記稼動・消費電力制御手段は、
インピーダンスと当該負荷装置の電力需要量の関係を示す表を格納した記憶部と、
前記インピーダンス測定手段で得られた測定結果であるインピーダンス値を基に、前記記憶部に格納されている表を検索して当該負荷装置の電力需要の大きさを推定する電力需要測定部と、
該電力需要の推定値を基に当該負荷装置が稼動可能かどうか判定し、可能であれば、少なくとも、推定された電力需要に基づいて当該負荷装置の消費電力の目標値を決定し、該目標値を当該負荷装置に指令する稼動判定・消費電力目標値設定部と、
を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の自立型電力需要制御装置。
【請求項５】
前記電力供給線の、前記電力系統と前記負荷装置との間にインピーダンス部が設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載の自立型電力需要制御装置。
【請求項６】
前記インピーダンス測定手段は、供給される電力の周波数よりも高い周波数の信号を用いてインピーダンスを測定する、請求項１から５のいずれか１項に記載の自立型電力需要制御装置。
【請求項７】
前記インピーダンス測定手段は、当該負荷装置よりも電力系統側のインピーダンスを測定する、請求項１から６のいずれか１項に記載の自立型電力需要制御装置。
【請求項８】
電力系統から電力が供給される需要家内の特定の負荷装置から見た前記電力系統側のインピーダンスを測定するステップと、
該測定結果を元に、インピーダンスと当該負荷装置の電力需要との関係を示す表を検索し、電力需要の大きさを推定するステップと、
少なくとも、得られた電力需要の推定値を基に当該負荷装置が稼動可能な状態であるか否か判定するステップと
稼動可能と判定された場合は、少なくとも、前記の電力需要の推定値に基づいて当該負荷装置の消費電力の目標値を決定するステップと、
決定された、消費電力の目標値を当該負荷装置に対して指令するステップと、
を有する電力需要制御方法。
【請求項９】
稼動が不可能であると判定された場合は、前記のインピーダンスを測定するステップに戻り、当該負荷装置に対して待機を指令するとともに、一定期間毎に最初のステップから処理を繰り返す、請求項８に記載の電力需要制御方法。
【請求項１０】
電力系統から電力が供給される需要家内の特定の負荷装置から見た前記電力系統側のインピーダンスを測定する手順と、
該測定結果を元に、インピーダンスと当該負荷装置の電力需要との関係を示す表を検索し、電力需要の大きさを推定する手順と、
少なくとも、得られた電力需要の推定値を基に当該負荷装置が稼動可能な状態であるか否か判定するステップと、
稼動可能と判定された場合は、少なくとも、前記の電力需要の推定値に基づいて当該負荷装置の消費電力の目標値を決定する手順と、
決定された、消費電力の目標値を当該負荷装置に対して指令する手順と、
をコンピュータに実行させるための電力需要制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統から電力の供給を受ける需要家内に設置された負荷装置の消費電力を制御する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用の小型燃料電池やガスエンジン発電機においては、発電した電力が電力系統に対して供給される、いわゆる逆潮流を起こさないように制御するのが一般的である。このためには発電出力が電力需要を上回らないように出力を常に制御する必要がある。しかし、一般家庭において負荷装置を成り行きまかせで使用した場合、電力需要の時間的変化が激しく、発電出力を頻繁に、かつ広い出力範囲で変更する必要があり、発電効率や発電機の発電負荷率の低下、または稼動率の低下の要因となる。
【０００３】
上記の問題とは別に、ＩＨ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇ）クッキングヒータや浴室暖房乾燥機等の高負荷機器の普及が、一般家庭における最大電力を急速に押し上げてきており、電力設備への投資の増大や電力の基本料金の上昇を余儀なくされている。特に集合住宅においては、各戸の電力需要のピーク発生時間帯は重なるため、平均的な日負荷に対し過大な設備を打たざるをえなくなり、設備使用率の低下の要因となってきた。
【０００４】
以上のような問題は、今後電気自動車やプラグインハイブリッド車が普及すれば深刻さを増すことになる。これは、１日の家庭の電力消費量に匹敵するかそれ以上の電力量を数時間オーダで賄う必要があり、かつ各家庭の充電要求時間帯が重なりやすいことから、最大電力は極端に押し上げられると予想される。さらに、充電末期においては、電池電圧の制御に伴い間欠的に充電と停止が繰り返されるため、需要変動の面からも従来とは比較にならない程大きな問題となりうる。このような問題に対処するためには、需要発生時間帯の分散や最大需要の抑制のための何らかの制御が必要である。
【０００５】
これらの問題を緩和する方法として、例えば受電点における電力需要を測定し、測定結果を基に電力需要の変動がなるべく少なくなるか、最大電力を抑制するように負荷を制御するようにすればよい。この制御の手段として、ＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）を応用することが考えられる（非特許文献１）。
【０００６】
しかし電力需要の計測部は負荷から離れた地点に設けることとなるため、測定結果または制御情報を負荷とやりとりするための標準化された通信手段と制御仕様が必要となる。しかし、特に家庭用機器の場合、導入時期や機器寿命が一定しておらず、また供給元も多彩であるため、通信や制御仕様の標準化は非常に難しい状況にある。
【非特許文献１】ＮＥＤＯ（独立行政法人  新エネルギー・産業技術総合開発機構），平成１８年度調査報告書  「燃料電池のための家庭用直流電力供給に関する調査」，ｐｐ．７９−８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、負荷（以下、負荷装置と言う）の電力需要の変動を緩和する自立型電力需要制御装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明によれば、電力系統から電力が供給される需要家内の特定の、例えば電力需要の大きい負荷装置に自立型電力需要制御装置が設けられる。この自立型電力需要制御装置は、当該負荷装置から見た電力系統側のインピーダンス（電力系統からの電力供給線の線間インピーダンス）を測定するインピーダンス測定手段と、測定されたインピーダンス値をもとに、インピーダンスと当該負荷装置の電力需要量の関係を示す表を検索して、当該負荷装置の電力需要を推定し、少なくとも、推定された電力需要に基づいて当該負荷装置の稼働可否を判定し、可であれば当該負荷装置の消費電力の目標値を決定し、該目標値を当該負荷装置に指令する稼動・消費電力制御手段とを有する。
【０００９】
電力供給線の線間インピーダンスは、電力系統のインピーダンスと需要家内にある負荷装置のインピーダンスの合成インピーダンスとなる。このうち負荷装置のインピーダンスは負荷装置の運転状態によって決まるため、上記合成インピーダンスから、負荷装置の電力需要を推定することができる。
【００１０】
インピーダンスが低い時、すなわち電力需要が大きいと推定された時は、電力消費の目標値を小さく設定し、負荷装置の稼動を控えるようにする。逆に、インピーダンスが高い、すなわち電力需要が小さいと推定された時は、必要な範囲において高負荷運転とするか、負荷装置を積極的に稼動するようにする。これにより、負荷装置の電力需要を最適化して、電力需要の変動を抑制できる。
【００１１】
基本的には、インピーダンスと電力需要は逆比例の関係にある。ただし、この関係は、途中の配線や負荷装置内の制御方式の影響を受け、単純には決まらない。そこで、別に得られた需要測定結果または予め別の実験系で求めた結果との照合と学習による現場での随時補正によりインピーダンスと電力需要の関係を作り上げる。
【００１２】
ここで、電力系統のインピーダンスは、電力需要の推定対象としている負荷装置のインピーダンスに比べて極めて低いため、負荷装置の運転状態を捉えることを難しくする。しかし、引き込み線や柱状変圧器等の電力供給設備の有する寄生インピーダンスを捉えるように、インピーダンスを測定する周波数を適切に選択することにより、負荷装置の運転状態を電力系統と分離して捉えることができる。
【００１３】
また、電力系統と負荷装置群との間に、前記インピーダンスを測定するための信号に対するインピーダンスを高めるためのインピーダンス部を挿入することにより、負荷から見た電力系統のインピーダンスを大きくし、負荷装置群の合成インピーダンスの変化を捉え易くできる。
【００１４】
インピーダンスを測定する際には、単に電力供給線の線間のインピーダンスを測定するのではなく、当該負荷装置より上位側のみのインピーダンスを測定するようにする。このことにより、当該負荷装置の運転状態の影響を排除できるため、より正確な制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電力系統から電力が供給される需要家の特定の負荷装置から見た電力系統側のインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンス値をもとに、当該負荷装置の電力需要を推定し、少なくとも、該電力需要の推定値を基に当該負荷装置が稼動可能かどうか判定し、可能であれば、少なくとも、推定された電力需要に基づいて当該負荷装置の消費電力の目標値を決定し、該目標値を当該負荷装置に指令することにより、負荷装置の電力需要を最適化して、電力需要の変動を抑制できる効果がある。この結果、最大電力を抑えることができ、受電や配電のための設備への投資が抑制可能である他、日負荷率が向上し、設備使用率の向上につながる。併せて電気料金の基本料金の低減にも寄与する。また、負荷装置側に発電設備を有する場合は、発電効率や設備稼働率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
[第１の実施の形態]
図１は本発明の第１の実施形態で、電力系統と需要家内の複数の負荷装置の接続を示している。電力系統１の電力は電力供給線２を経てｎ台の負荷装置３−1〜３−ｎとｎ台の負荷装置４−１〜４−ｎに分配される。ここで、負荷装置３−１〜３−ｎは負荷部１０の他に本発明の自立型電力需要制御装置１１を内蔵した負荷装置であり、負荷装置４−１〜４−ｎは、自立型電力需要制御装置１１を内蔵しない負荷装置である。自立型電力需要制御装置１１を内蔵した負荷装置は、例えば電力需要の大きな負荷装置である。自立型電力需要制御装置１１は、当該負荷装置から見た電力系統側のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部１２と、インピーダンス測定部１２で測定したインピーダンスを元に、負荷部１０の稼動の可否を判定し、可であれば電力消費量の目標値を決定し、該目標値を負荷部１０に指令する稼動・消費電力制御部１３を含む。
【００１８】
図２はインピーダンス測定部１２の構成を示している。インピーダンス測定部１２は信号発生部１２ａと信号印加部１２ｂと信号電圧計測部１２ｃと信号電流計測部１２ｄとインピーダンス判定部１２ｅを含む。信号発生部１２ａは、インピーダンスを測定のための信号であるインピーダンス測定信号を発生する。このインピーダンス測定信号の周波数は、電力系統１から供給される電力の周波数よりも高く設定する。周波数の設定にあたっては、電力系統１のインピーダンスを高く見せ、かつインバータやスイッチング電源を内蔵した負荷装置の運転状態を反映する周波数域を選ぶ必要がある。また、測定を容易とするために、供給される電力の周波数やその高調波成分の影響を回避する必要があり、電源周波数に近い周波数領域は測定の容易性の点で好ましくない。逆に、あまり高い周波数も選択すると、負荷装置の入り口にノイズフィルタが存在した場合、電力供給線の線間が高周波的に見て短絡されてしまい、負荷装置に関する情報が遮断されてしまうため好ましくない。実際的には、例えば数キロヘルツから数メガヘルツの周波数域の中で計測条件に適する信号周波数を選択する。信号印加部１２ｂは、インピーダンス測定信号を電力供給線２からの電力信号に印加する。信号電圧計測部１２ｃは同信号の印加電圧を計測する。信号電流計測部１２ｄは、電力供給線２に向かって流れ出す該信号電流の電流値を計測する。インピーダンス判定部１２ｅはインピーダンス、すなわち信号電圧計測部１２ｃで計測された印加電圧と信号電流計測部１２ｄで計測された電流値の比を求める。インピーダンスを測定のための信号の周波数として、複数の周波数を使用したり、または周波数を連続して変化させながら求めた結果を組み合わせてインピーダンスを求めてもよい。
【００１９】
また、インピーダンス測定部１２において、信号電流計測部１２ｄが信号印加部１２ｂよりも電力供給線２側に設けられている。これにより、当該負荷部１０を除いた合成インピーダンスを捉えることができるため、電力需要制御が自己の負荷部１の運転状態に左右されることがなくなり、制御や判定がより容易となる。
【００２０】
図３は稼動・消費電力制御部１３の構成を示す図である。稼動・消費電力制御部１３は記憶部１３ａと電力需要推定部１３ｂと稼動判定・消費電力目標値設定部１３ｃを含む。記憶部１３ａには、インピーダンスと需要の関係を示す、表１に示すような表が格納されている。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
電力需要推定部１３ｂは、インピーダンス測定部１２より得られた測定結果（インピーダンス値）を基に、記憶部１３ａに格納されている表(表１)を検索して該インピーダンス値に対応する電力需要の大きさを推定する。例えば、測定結果のインピーダンス値をIｘとし、このＩｘがＩａとＩｂ（ただし、Ｉａ＜Ｉｂ）の範囲にあり、このインピーダンス範囲Ｉａ〜Ｉｂに対応する電力需要の範囲がＰａ〜Ｐｂ（ただし、Ｐａ＞Ｐｂ）であった場合、電力需要の推定値Ｐｙは比例計算で、Ｐｂ＋（Ｐａ−Ｐｂ）×（Ｉｂ−Ｉｘ）／（Ｉｂ−Ｉａ）により求められる。この電力需要の推定値は、必ずしも絶対値である必要はない。例えば最大許容電力や、最大目標電力に対する相対値であってもよい。稼動判定・消費電力目標値設定部１３ｃは、得られた電力需要の推定値を基に、負荷部１０の稼動の可否を判定し、稼働可であれば負荷部１０の消費電力の目標値を決定し、該目標値を負荷部１０に指令する。なお、必要に応じて負荷部１０の稼働情報を参照し、稼動可否や目標消費電力決定の際の判定材料とする。これは、負荷部１０が実行中の工程によっては、途中での稼動中断や消費量の変更が困難な場合があるためである。負荷部１０の稼働情報は、レシピーで負荷部１０に予め組み込まれた工程群のどの工程を現在実行中であるか、あるいは負荷部１０である機器がどんな制御状態（制御余裕）にあるかという情報で、稼動・消費電力制御部１３の要求に対応可能か状態であるか否かを示す。なお、インピーダンスと電力需要の関係を示すデータは、記憶部１３ａに予め格納しておいてもよいし、実際の運用の中で記憶部１３ａにその都度記憶させてもよい。
【００２３】
図４は自立型電力需要制御装置１１の動作を示すフローチャートである。インピーダンス測定部１２はユーザからの起動要求を受け（ステップ１０１）、電力需要の状況を推定するため、インピーダンスを測定する（ステップ１０２）。稼動・消費電力稼動制御部１３の電力需要推定部１３ｂは、該測定結果を元に、記憶部１３ａに格納された、インピーダンスと電力需要との関係を示す表を検索し、電力需要の大きさを推定する（ステップ１０３）。稼動判定・消費電力目標値設定部１３ｃは、得られた電力需要の推定値を基に稼動可能な状態であるか否か、すなわち電力に余裕があるか否かを判定する（ステップ１０４）。ただし、この時負荷部１０の稼働情報を取り込み、例えば稼動を中断可能か否かの判定材料とする。稼動電力に余裕がなく「稼動が不可能である」とステップ１０４で判定した場合は、負荷部１０に対して待機を指令するとともに、一定期間毎にステップ１０２とステップ１０３の処理を繰り返す。ステップ１０４で「稼動可能」と判定された場合は、消費電力の目標値を決定する（ステップ１０５）。この時先のステップ１０４と同様に、負荷部１０の稼働情報を取り込み、消費電力の目標値の決定の際の材料とする。得られた目標値を負荷部１０に対し指令する（ステップ１０６）。併せて一定期間毎にステップ１０２からステップ１０５の処理を繰り返し、電力需要の変化を監視し、変化があった場合は、前記にしたがって、稼動の可否を判定し（ステップ１０４）、消費電力の新たな目標値を決定する（ステップ１０５）。
【００２４】
［第２の実施形態］
図５は本発明の第２の実施形態で、電力系統と需要家内の複数の負荷装置の接続を示している。本実施形態は、第１の実施形態において、電力供給線２の、電力系統１から各負荷装置３−１〜３−ｎおよび４−１〜４‐ｎとの間にインピーダンス部５を設けたものである。
【００２５】
インピーダンス部５は、負荷装置３−１〜３−ｎから電力系統１を見たインピーダンスを高く見せて、負荷装置３−１〜３−ｎの運転状態の変化に起因する合成インピーダンスの変化を捉え易くするためのものである。インピーダンス部５は、インピーダンスを測定する信号周波数に対し所定のインピーダンスを示すものであればよく、構成要素としては、インダクタであってもよいし、共振回路であってもよい。
【００２６】
［第３の実施形態］
図６は本発明の第３の実施形態で、電力系統と需要家内の複数の負荷装置の接続を示している。本実施形態は、自立型電力需要制御装置１１‐１〜１１−ｎを負荷装置６‐１〜６−ｎの外部に設置したものである。自立型電力需要制御装置１１‐１〜１１−ｎの構成および動作は第１の実施形態における自立型電力需要制御装置１１と同じである。
【００２７】
［第４の実施形態］
図７は本発明の第４の実施形態で、電力系統と需要家内の複数の負荷装置の接続を示している。本実施形態は、第３の実施形態において、電力供給線２の、電力系統１から自立型電力需要制御装置１１‐１〜１１−ｎおよび各負荷装置４−１〜４‐ｎとの間にインピーダンス部５を設けたものである。
【００２８】
［第５の実施形態］
なお、本電力需要制御装置の機能は、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み込ませ、実行するものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記憶装置を指す。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、その場合のサーバとなるコンピュータ内の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態における、電力系統と負荷装置の接続を示す図である。
【図２】図２は自立型電力需要制御装置のインピーダンス測定部のブロック図である。
【図３】図３は自立型電力需要制御装置の稼働・消費電力制御部のブロック図である。
【図４】図４は自立型電力需要制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は本発明の第２の実施形態における、電力系統と負荷装置の接続を示す図である。
【図６】図６は本発明の第３の実施形態における、電力系統と負荷装置の接続を示す図である。
【図７】図７は本発明の第４の実施形態における、電力系統と負荷装置の接続を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    電力系統
２    電力供給線
３−１〜３−ｎ  負荷装置
４−１〜４−ｎ  負荷装置
５    インピ−ダンス部
６−１〜６−ｎ  負荷装置
１０    負荷部
１１    自立型電力需要制御装置
１１−１〜１１−ｎ  自立型電力需要制御装置
１２    インピーダンス測定部
１２ａ  信号発生部
１２ｂ  信号印加部
１２ｃ  信号電圧計測部
１２ｄ  信号電流計測部
１２ｅ  インピーダンス測定部
１３    稼動・消費電力制御部
１３ａ  記憶部
１３ｂ  電力需要推定部
１３ｃ  稼動判定・消費電力目標値設定部
１０１〜１０６  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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