(57)【要約】  本実施形態に係る電力調整システムは、発電部の発電電力を負荷部に伝達する電力伝達部を介して、発電部と負荷部との間の電力調整を、電力充放電により行う第１の電力調整部と、電力伝達部を介して、電力調整を、第１の電力調整部よりも制御応答の早い電力充放電により行う第２の電力調整部と、第１の電力調整部に対して、発電部の発電電力値と、負荷部の消費電力値と、の差を減少させる制御を行う第１の制御部と、第２の制御部とを備え、第２の制御部は、負荷部の消費電力値の方が大きい状態では、発電部の発電電力値と、負荷部の消費電力値から第１の電力調整部の放電電力値を減じた差分値と、の差を減少させ、負荷部の消費電力値の方が小さい状態では、発電部の発電電力値と、負荷部の消費電力値及び第１の電力調整部の充電電力値を加算した加算値と、の差を減少させる電力充放電の制御を第２の電力調整部に対して行う。
2017061048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電部の発電電力を負荷部に伝達する電力伝達部を介して、前記発電部と前記負荷部との間の電力調整を、電力充放電により行う第１の電力調整部と、
前記電力伝達部を介して、前記電力調整を、前記第１の電力調整部よりも制御応答の早い電力充放電により行う第２の電力調整部と、
前記第１の電力調整部に対して、前記発電部の発電電力値と、前記負荷部の消費電力値と、の差を減少させる電力充放電の制御を行う第１の制御部と、
前記第２の電力調整部に対して、電力充放電の制御を行う第２の制御部と、
を備え、
前記第２の制御部は、
前記発電部の発電電力値よりも前記負荷部の消費電力値の方が大きい状態では、
前記発電部の発電電力値と、前記負荷部の消費電力値から前記第１の電力調整部の放電電力値を減じた差分値と、の差を減少させ、
前記発電部の発電電力値よりも前記負荷部の消費電力値の方が小さい状態では、
前記発電部の発電電力値と、前記負荷部の消費電力値及び前記第１の電力調整部の充電電力値を加算した加算値と、の差を減少させる電力充放電の制御を前記第２の電力調整部に対して行う電力調整システム。
【請求項２】
前記第１の制御部は、
前記電力伝達部の電圧値と前記発電部の発電電流値との乗算値を演算する第１の演算器と、
前記電力伝達部の電圧値と前記負荷部の消費電流値との乗算値を演算する第２の演算器と、
前記第１の演算器で得られる第１乗算値と、前記第２の演算器で得られる第２乗算値との差分値を演算する第３の演算器と、
第１の電力指令値と第３の演算器で得られる第３差分値との差分値を演算する第４の演算器と、
前記第４の演算器で得られる第４差分値に応じて前記第１の電力調整部を制御する第１の制御回路と、
を有する請求項１に記載の電力調整システム。
【請求項３】
前記第２の制御部は、
前記電力伝達部の電圧値と前記発電部の発電電流値との乗算値を演算する第５の演算器と、
前記電力伝達部の電圧値と前記負荷部の消費電流値との乗算値を演算する第６の演算器と、
前記電力伝達部の電圧値と前記第１電力調整部の入出力電流値との乗算値を演算する第７の演算器と、
前記第６の演算器で得られる第６乗算値と、第７の演算器で得られる第７乗算値との加算値を演算する第８の演算器と、
前記第５の演算器で得られる第５乗算値と前記第８の演算器で得られる第８加算値との差分値を演算する第９の演算器と、
第２の電力指令値と第９の演算器で得られる第９差分値との差分値を演算する第１０の演算器と、
前記第１０の演算器で得られる第１０差分値に応じて前記第２の電力調整部を制御する第２の制御回路と、
を有する請求項１又は２に記載の電力調整システム。
【請求項４】
前記第１の電力指令値と前記第２の電力指令値とは同等の値であることを特徴とする請求項３に記載の電力調整システム。
【請求項５】
前記電力伝達部において、
前記発電部が電力を供給する上流側から前記負荷部が電力を消費する下流側に向けて、
前記発電部の発電電流を測定する第１の電流測定部、前記第１の電力調整部の充放電端部、及び前記負荷部の前記消費電流を測定する第２の電流測定部が順に設けられ、
且つ前記第２の電力調整部の充放電端部が第１の電流測定部と第２の電流測定部との間に設けられている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力調整システム。
【請求項６】
第１の電力調整部よりも制御応答の早い電力の充放電により電力調整を行う第２の電力調整部を用いた電力調整方法であって
発電部の発電電力を負荷部に伝達する電力伝達部の電圧値、前記発電部の発電電流値、前記負荷部の消費電流値、及び前記電力伝達部を介して電力の充放電を行う前記第１の電力調整部の入出力電流値を取得する取得工程と、
前記取得工程で取得した値に基づき、前記発電部の発電電力値、前記負荷部の消費電力値、及び前記第１電力調整部の充放電電力値を演算する演算工程と、
前記発電電力値よりも前記0消費電力値の方が大きい状態では、前記発電電力値と、前記消費電力値から前記第１の電力調整部の放電電力値を減じた差分値と、の差を減少させ、前記発電電力値よりも前記消費電力値の方が小さい状態では、前記0発電電力値と、前記消費電力値及び前記第１の電力調整部の充電電力値を加算した加算値と、の差を減少させる電力充放電の制御を前記第２の電力調整部に対して行う制御工程と、
を備える電力調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力調整システム及び電力調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電部から負荷部に供給される電力の過不足を、燃料電池などの電力の充放電で電力調整する電力調整システムが注目されている。このような電力調整システムは、例えば太陽電池と、二次電池と、水素貯蔵装置とを備えて構成されている。太陽電池は、負荷へ電力を供給し、太陽電池からの余剰電力は二次電池の充電に用いられる。負荷での消費電力が太陽電池からの発電電力を上回る時には、この二次電池からの放電により不足分の電力が負荷に供給される。また、水素貯蔵装置は、水素製造部と、水素蓄積部と、燃料電池とを備えて構成されている。水素製造部が太陽電池からの余剰電力により水を分解して発生させた水素は、水素蓄積部に蓄えられている。負荷での消費電力が太陽電池からの発電電力を上回る時には、水素蓄積部に蓄えられた水素を用いて燃料電池により発電された電力が放電され、負荷に供給される。【０００３】
また、別の一例における電力調整システムは、発電部と、補助電源部と、燃料電池部と、制御部とを備えて、構成されている。この発電部が発電する電力の時間単位あるいは日単位の短期の変動量は、二次電池やコンデンサ等の補助電源部での充放電で補われ、安定化されている。また、この発電部が発電する電力の季節単位あるいは年間を通しての長期の変動量は、燃料電池部の充放電で補われ、安定化されている。すなわち、余剰電力により水を電気分解して水素が製造貯蔵され、電力が不足する場合に、燃料電池部がこの貯蔵した水素を燃料として使用して電力に再変換し放電される。制御部は、これらの発電部、補助電源部、および燃料電池部を統合的に制御するとともに、この発電システムによる発電量と電力需要とを常時監視し、この発電部が発電する電力量の短期の発電不足を補うように、この補助電源部とこの燃料電池部とのいずれか一方または双方に対して制御を行う。さらにまた、この制御部は、燃料電池部が製造貯蔵する水素の貯蔵量を、年間を通して調節する制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７５３８８号公報
【特許文献２】特開２００６−１６４６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の二次電池と燃料電池を用いた電力調整システムでは、二次電池と燃料電池の機能分担がなく、二次電池は燃料電池と同等に使用されている。このため、二次電池と燃料電池の設備容量は同等であり、二次電池のエネルギー蓄積容量は燃料電池に相当する大きさが必要とされる。【０００６】
また、上述の補助電源部と燃料電池部とを用いた電力調整システムでは、二次電池やコンデンサの補助電源システムは、時間単位あるいは日単位の短期の発電量を補いために用いられている。このため、二次電池やコンデンサの補助電源システムは、時間単位あるいは日単位の発電量を調整するエネルギー蓄積容量が必要とされる。【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、発電部と負荷部との間の電力調整における制御応答の速度を維持するとともに、瞬時電力調整部の蓄積エネルギーをより低減させることが可能な電力調整システム及び電力調整方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る電力調整システムは、発電部の発電電力を負荷部に伝達する電力伝達部を介して、前記発電部と前記負荷部との間の電力調整を、電力充放電により行う第１の電力調整部と、前記電力伝達部を介して、前記電力調整を、前記第１の電力調整部よりも制御応答の早い電力充放電により行う第２の電力調整部と、前記第１の電力調整部に対して、前記発電部の発電電力値と、前記負荷部の消費電力値と、の差を減少させる前記電力充放電の制御を行う第１の制御部と、前記第２の電力調整部に対して、電力充放電の制御を行う第２の制御部とを備え、前記第２の制御部は、前記発電部の発電電力値よりも前記負荷部の消費電力値の方が大きい状態では、前記発電部の発電電力値と、前記負荷部の消費電力値から前記第１の電力調整部の放電電力値を減じた差分値と、の差を減少させ、前記発電部の発電電力値よりも前記負荷部の消費電力値の方が小さい状態では、前記発電部の発電電力値と、前記負荷部の消費電力値及び前記第１の電力調整部の充電電力値を加算した加算値と、の差を減少させる電力充放電の制御を前記第２の電力調整部に対して行う。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る電力調整システムの構成を示す図。
【図２】電力調整部の構成例を説明する図。
【図３】瞬時電力調整部の構成例を説明する図。
【図４】第１の制御部の構成を説明する図。
【図５】第２の制御部の構成を説明する図。
【図６】瞬時電力調整部を用いた電力制御方法のフローチャートを示す図。
【図７】商用系統から電力が入出力場合の電力調整システムの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る電力制御装置は、発電部と負荷部との間の電力調整を、電力調整部の電力充放電、及び電力調整部よりも制御応答の早い瞬時電力調整部の電力充放電により行なわせる場合に、電力調整部が充放電する電力が増加するにしたがい瞬時電力調整部が充放電する電力を減少せることにより、電力調整における制御応答の速度を維持するとともに、瞬時電力調整部の蓄積エネルギーをより低減させようとしたものである。より詳細を、以下に説明する。
【００１２】
図１は、第１実施形態に係る電力調整システム１の構成を示す図である。
【００１３】
第１実施形態に係る電力調整システム１は、電力伝達部１０と、電力調整部２０と、瞬時電力調整部３０と、電力制御装置４０とを備えて構成されている。電力伝達部１０は、発電部２の発電電力を負荷部４に伝達する。この電力伝達部１０は、例えば電力を伝導する伝導線で構成されており、第１の電流測定部１２と、第２の電流測定部１４と、第３の電流測定部１６とを備えて構成されている。
【００１４】
第１の電流測定部１２は、発電部２の発電電流を測定し、発電電流値を示す電流信号を出力する。また、第２の電流測定部１４は負荷部４の消費電流を測定し、消費電流値を示す電流信号を出力する。第３の電流測定部１６は、端部ｅ１から入出力される入出力電流を測定し、入出力電流値を示す電流信号を出力する。ここで、矢印の向きの方向に流れる電流が正の値を有する電流値として測定され、逆向きの方向に流れる電流が負の値を有する電流値として測定される。
【００１５】
電力調整部２０は、電力伝達部１０の端部ｅ１と接続され、電力伝達部１０を介して、電力充放電により、発電部２と負荷部４との間の電力調整を行う。ここで、電力調整部２０が端部ｅ１に向けて電流を出力している状態が、電力調整部２０の放電状態に対応し、端部ｅ１から電流が入力されている状態が、電力調整部２０の充電状態に対応する。なお、ここでの充電は、電力の蓄積、或いは、電力を蓄積エネルギーとして蓄積することなどを意味する。例えば、余剰電力を用いて水を分解して水素を得ることなども、充電を意味する。
【００１６】
瞬時電力調整部３０は、電力伝達部１０の端部ｅ２と接続され、電力伝達部１０を介して、電力調整部よりも制御応答の早い電力の充放電により、発電部２と負荷部４との間の電力調整を行う。ここで、瞬時電力調整部３０が端部ｅ２に向けて電流を出力している状態が、瞬時電力調整部３０の放電状態に対応し、端部ｅ２から電流が入力されている状態が、瞬時電力調整部３０の充電状態に対応する。
【００１７】
電力制御装置４０は、電力調整部２０と、瞬時電力調整部３０とを、制御する。すなわち、この電力制御装置４０は、第１の制御部４２と、第２の制御部４４と、主制御部４６と、記憶部４８と、を備えて構成されている。
【００１８】
第１の制御部４２は、発電部２の発電電力値と、負荷部４の消費電力値と、の差を減少させる電力充放電の制御を電力調整部２０に対して行うのである。すなわち、この第１の制御部４２は、負荷部４の消費電力値が発電部２の発電電力値より大きい場合、電力調整部２０に電力の放電を行わせる制御を行う。一方で、負荷部４の消費電力値が発電部２の発電電力値より小さい場合、電力調整部２０に電力の充電を行わせる制御を行うのである。
【００１９】
第２の制御部４４は、発電部２の発電電力値と、電力調整部２０の充放電電力値と負荷部４の消費電力値とを加えた電力値と、の差を減少させる電力充放電の制御を瞬時電力調整部３０に対して行う。すなわち、第２の制御部４４は、電力調整部２０が充放電する電力が増加するにしたがい、瞬時電力調整部３０が充放電する電力を減少せる制御を瞬時電力調整部３０に対して行うのである。
【００２０】
主制御部４６は、第１の制御部４２と、第２の制御部４４との制御を行い、例えばＣＰＵで構成されている。記憶部４８は、主制御部４６が実行する制御プログラムを格納したり、主制御部４６によるプログラム実行時の作業領域を提供したりする。なお、第１の制御部４２と、第２の制御部４４とは、独立に動作するように構成してもよい。この場合、主制御部４６を第１の制御部４２及び第２の制御部４４のそれぞれが有する構成にしてもよい。或いは、第１の制御部４２及び第２の制御部４４のそれぞれは、主制御部４６を有さない構成にしてもよい。
【００２１】
電圧測定部６は電力伝達部１０の電圧を測定し、電力伝達部１０の電圧値を示す電圧信号を、第１の制御部４２及び第２の制御部４４それぞれへ出力する。
【００２２】
図１に示すように、発電部２が電力を供給する上流側から負荷部４が電力を消費する下流側に向けて、第１の電流測定部１２、瞬時電力調整部３０の充放電端部e2、第３の電流測定部１６、電力調整部２０の充放電端部e1、及び第２の電流測定部１４が順に設けられている。第２の制御部４４は、発電部２の発電電力値、電力調整部２０の充放電電力値、及び負荷部４の消費電力値を用いている。このため、発電電力値、充放電電力値、及び消費電力値を取得する必要がある。この場合、これらの電力値を演算する演算回数をできるだけ減らすことにより、システム効率をあげることが可能である。
【００２３】
例えば、仮に瞬時電力調整部３０の充放電端部e2、及び電力調整部２０の充放電端部e1のいずれかを、第１の電流測定部１２の上流側に配置する場合、発電部２の発生電流を得るためには、第１の電流測定部１２の測定値と、瞬時電力調整部３０の電流値、及び電力調整部２０の電流値いずれかとの減算が必要になる。このため、発電部２の発電電流を演算なしで得るためには、第１の電流測定部１２の測定値を最上流に配置するのが好ましい。同様に、負荷部４の消費電力を演算なしで得るためには、第２の電流測定部１４の測定値を最下流に配置するのが好ましい。
【００２４】
また、電力調整部２０の入出力電流を演算なしで取得するためには、第３の電流測定部１６は、電力調整部２０の充放電端部e1と電力調整部２０との間に配置するのが好ましい。このように、上流側から第１の電流測定部１２、第３の電流測定部１６、及び電力調整部２０の充放電端部e1、及び第２の電流測定部１４を、順に並べることで演算処理を効率化できる。また、瞬時電力調整部３０の充放電端部e２も第１の電流測定部１２と第２の電流測定部１４との間に配置することが、上述のとおり、好ましい。なお、本実施形態では、電力調整部２０が第１の電力調整部に対応し、瞬時電力調整部３０が第２の電力調整部に対応する。
【００２５】
図２は、電力調整部２０の構成例を説明する図である。電力調整部２０は、水素製造部２０２と、水素蓄積部２０４と、水素発電部２０６と、を備えて構成されている。
【００２６】
水素製造部２０２は、第１の制御部４２の制御信号に従い、余剰電力を用いて電力を充電する。すなわち、水素製造部２０２は、第１の制御部４２の制御信号に従い水素を製造する。
【００２７】
水素蓄積部２０４は、水素製造部２０２とパイプラインで接続され、水素を蓄積する。すなわち、水素蓄積部２０４には、水素製造部２０２が製造した水素がパイプラインを介して供給される。
【００２８】
水素発電部２０６は、第１の制御部４２の制御信号に従い水素蓄積部２０４の水素を用いて発電する。この水素発電部２０６は、例えば、燃料電池であり、例えば０．１ｓ程度の応答速度を有するのである。  水素蓄積部２０４の水素を用いて発電する場合、第２の制御部４４は、水素貯蔵部の水素エネルギー残量情報に基づいて、蓄電部３０４にエネルギーを蓄積させる制御を行ってもよい。これにより、例えば水素蓄積部２０４の水素エネルギーが充足された場合には、蓄電部３０４にエネルギーを優先して蓄積させるといった連携が可能である。このように、電力調整部２０と瞬時電力調整部３０とを連携させた制御が可能である。なお、電力調整部２０は水素システムに限らずレドックスフロー電池などを用いてもよい。
【００２９】
図３は、瞬時電力調整部３０の構成例を説明する図である。瞬時電力調整部３０は、充放電部３０２と、蓄電部３０４とを、備えて構成されている。
【００３０】
充放電部３０２は、電力伝達部１０の端部ｅ２に接続され、第２の制御部４４からの電力指令出力に従って充放電電力を制御する。この充放電部３０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータのいずれかで構成されている。これにより、直流電源、及び交流電源のいずれにも対応可能に構成される。
【００３１】
蓄電部３０４は、充放電部３０２の制御にしたがい、余剰電力を用いて蓄積エネルギーを蓄積する。すなわち、蓄電部３０４は、二次電池、及び大容量キャパシタのいずれかで構成され、余剰電力を蓄積エネルギーとして蓄積する。この大容量キャパシタは、例えば１０ｍｓ以内の応答速度を有するのである。また、この蓄電部３０４は、充放電部３０２の制御にしたがい、電力を放電する。
【００３２】
また、第２の制御部４４は、蓄電部３０４の電圧情報、充放電電流（入出力電流）情報、及び温度情報を検出し、蓄電部３０４のエネルギー残量を演算してもよい。この場合、第２の制御部４４は、このエネルギー残量に基づいて充放電部３０２を制御する。また、第１の制御部４２は、蓄電部３０４のエネルギー残量に応じて電力調整部２０に対して制御を行ってもよい。これにより、蓄電部３０４への入出力エネルギーを電力調整部２０と連携させることが可能である。例えば、蓄電部３０４のエネルギー蓄積が充足された場合、電力調整部２０が余剰電力を優先して用いることで、蓄電部３０４へ蓄積されるエネルギーを抑制することが可能である。この場合、蓄電部３０４のエネルギー残量を第１の制御部４２も演算してもよく、第２の制御部４４から取得してもよい。このように、電力調整部２０と瞬時電力調整部３０とを連携させた制御が可能である。
【００３３】
図４は、第１の制御部４２の構成を説明する図である。第１の制御部４２は、第１の乗算器４２２と、第２の乗算器４２４と、第１の加算器４２６と、第１の指示部４２８と、第２の加算器４３０と、第１のPI制御回路４３２とを備えて構成されている。
【００３４】
第１の乗算器４２２は、電圧測定部６が測定した電力伝達部１０の電圧値を示す電圧信号と、第１の電流測定部１２が測定した発電部２の発電電流値を示す電流信号とに基づき、電力伝達部１０の電圧値と発電部２の発電電流値の乗算を行う。これにより、第１の乗算器４２２は、発電部２の発電電力値を演算し、発電電力信号として出力する。
【００３５】
第２の乗算器４２４は、電圧測定部６が測定した電力伝達部１０の電圧値を示す電圧信号と、第２の電流測定部１４が測定した負荷部４の消費電流値を示す電流信号とに基づき、負荷部４の電圧値と負荷部４の消費電流値の乗算を行う。これにより、第２の乗算器４２４は、負荷部４の消費電力値を演算し、消費電力信号として出力する。
【００３６】
第１の加算器４２６は、発電部２の発電電力信号と、負荷部４の消費電力信号とに基づき、発電部２の発電電力値と負荷部４の消費電力値との差分値を演算し、差分値を示す第１の電力差分値信号を出力する。
【００３７】
第２の加算器４３０は、第１の指示部４２８で指示された第１の電力指令値と、第１の電力差分値信号が示す差分値との差分値を演算し、この差分値を示す第２の電力差分値信号を出力する。
【００３８】
第１のPI制御回路４３２は、第２の電力差分値信号に基づき、電力調整部２０の充放電電力を制御する。ここでの、第１の電力指令値は、電力調整部２０の充放電電力値にバイアスをかける値である。例えば第１の電力指令値が１０であれば、発電部２の発電電力値と負荷部４の消費電力値の電力差分値に１０を加算した電力が放充電される。また、例えば第１の電力指令値が０であれば、発電部２の発電電力値と負荷部４の消費電力値との電力差分値に応じた電力が放充電される。
【００３９】
このように、第１の乗算器４２２で発電部２の発電電力値が演算され、第２の乗算器４２４で負荷部４の消費電力値が演算される。続いて、第１の加算器４２６で発電電力値と消費電力値との差分値が演算される。第１の加算器４２６で演算された差分値が負の値であれば、発電電力値の方が消費電力値よりも小さい場合であり、つまり発電電力が不足している場合である。一方で、第１の加算器４２６で演算された差分値が正の値であれば、発電電力値の方が、消費電力値が大きい場合であり、つまり発電電力が余剰している場合である。なお、ここでは、第１の電力指令値が０の場合を説明する。
【００４０】
次に、第１の電力指令値からこの差分値を減じた電力値が第２の加算器４３０から出力される。この第２の加算器４３０から出力される電力値が正の値の場合、第１のPI制御回路４３２は、この正の電力値が大きくなるにしたがい、電力調整部２０に対してより多くの電力を放電させる制御を行う。このことから分かるように、発電電力が不足している場合、第１のPI制御回路４３２は、消費電力値と発電電力値との差を減少させるように、電力調整部２０に対して電力を放電させるのである。
【００４１】
一方で、この第２の加算器４３０から出力される電力値が負の値の場合、第１のPI制御回路４３２は、この負の電力値が小さくなるにしたがい、電力調整部２０に対してより多くの電力を充電させる制御を行う。このことから分かるように、発電電力が余剰している場合、第１のPI制御回路４３２は、消費電力値と発電電力値との差を減少させるように、電力調整部２０に対して電力を充電させるのである。
【００４２】
このように、第１の制御部４２は、発電部２の発電電力値と、負荷部４の消費電力値と、の差を減少させる電力充放電の制御を電力調整部２０に対して行うのである。また、第１の電力指令値を設定した場合には、第１の電力指令値で指定された電力が、更に充放電されるのである。なお、本実施形態では、第１の乗算器４２２が第１の演算器に対応し、第２の乗算器４２４が第２の演算器に対応し、第１の加算器４２６が第３の演算器に対応し、第２の加算器４３０が第４の演算器に対応する。
【００４３】
図５は、第２の制御部４４の構成を説明する図である。図１と同等の構成には、同じ番号を付して説明を省略する。第２の制御部４４は、第３の乗算器４４２と、第４の乗算器４４４と、第５の乗算器４４６と、第３の加算器４４８と、第４の加算器４５０と、第２の指示部４５２と、第５の加算器４５４と、第２のPI制御回路４５６とを備えて構成されている。
【００４４】
第３の乗算器４４２は、電圧測定部６が測定した電力伝達部１０の電圧値を示す電圧信号と、第１の電流測定部１２が測定した発電部２の発電電流値を示す電流信号とに基づき、電力伝達部１０の電圧値と発電部２の発電電流値の乗算を行う。これにより、第３の乗算器４４２は、発電部２の発電電力値を演算し、発電電力信号として出力する。
【００４５】
第４の乗算器４４４は、電圧測定部６が測定した電力伝達部１０の電圧値を示す電圧信号と、第２の電流測定部１４が測定した負荷部４の消費電流値を示す電流信号とに基づき、負荷部４の電圧値と負荷部４の消費電流値の乗算を行う。これにより、第４の乗算器４４４は、負荷部４の消費電力値を演算し、消費電力信号として出力する。
【００４６】
第５の乗算器４４６は、電圧測定部６が測定した電力伝達部１０の電圧値を示す電圧信号と、第３の電流測定部１６が測定した電力調整部２０の電流値を示す電流信号とに基づき、負荷部４の電圧値と電力調整部２０の電流値の乗算を行う。これにより、第５の乗算器４４６は、電力調整部２０の充放電電力値を演算し、充放電電力信号として出力する。
【００４７】
第３の加算器４４８は、消費電力信号と、充放電電力信号とに基づき、負荷部４の消費電力値と電力調整部２０の充放電電力値とを加算する。続いて、この演算で得られた第３の電力加算値を示す第３の電力加算値信号を出力する。
【００４８】
第４の加算器４５０は、発電電力信号と、第３の電力加算値信号と、に基づき、発電部２の発電電力値と第３の電力加算値との差分値を演算する。すなわち、発電部２の発電電力値と、電力調整部２０の入出力電力値及び負荷部４の消費電力値の加算値と、の差を示す第４の電力差分値信号を出力する。
【００４９】
第５の加算器４５４は、第２の指示部４５２で指示された第２の電力指令値と、第４の電力差分値との差分値を演算し、この差分値を第５の電力差分値信号として出力する。
【００５０】
第２のPI制御回路４５６は、第５の電力差分値信号に基づき、瞬時電力調整部３０の充放電電力を制御する。ここでの、第２の電力指令値は、瞬時電力調整部３０での充放電電力値にバイアスをかける値である。例えば第２の電力指令値が０であれば、発電部２の発電電力値と、電力調整部２０の入出力電力値と負荷部４の消費電力値との加算値と、の差に応じた電力が放充電される。また、例えば第２の電力指令値が１０であれば、発電部２の発電電力値と、電力調整部２０の入出力電力値と負荷部４の消費電力値との加算値と、の差に１０を加えた電力が放充電される。
【００５１】
このように、第３の乗算器４４２で発電部２の発電電力値が演算され、第４の乗算器４４４で負荷部４の消費電力値が演算され、第５の乗算器４４６で電力調整部２０の充放電電力値が演算される。続いて、第３の加算器４４８で負荷部４の消費電力値と電力調整部２０の充放電電力値が加算される。この場合、上述したように、電力調整部２０から端部ｅ１に向かって流れる電流は、負の値を有している。
【００５２】
このため、電力調整部２０が電力を放電している状態にある場合には、電力調整部２０の充放電力値も負の値として演算されるので、第３の加算器４４８では負荷部４の消費電力値と電力調整部２０の放電電力値との差分値が演算されるのである。なお、ここでは、第１の電力指令値、及び第２の電力指令値が０の場合について説明する。
【００５３】
続いて、第４の加算器４５０では、この差分値が発電電力値から減算される。つまり、電力調整部２０が電力を放電している状態にある場合には、発電部２の発電電力値と、負荷部４の消費電力値から電力調整部２０から放電される放電電力値を減算して得られる差分値と、の差が演算される。すなわち、消費電力値から、発電電力値及び電力調整部２０の放電電力値を減じた値が得られるのである。第２の制御部４４では、この値に応じて、瞬時電力調整部３０に放電させる制御を行うのである。
【００５４】
このことから分かるよう、電力調整部２０からの放電電力が瞬時電力調整部３０の制御応答に遅れて増加してくると、瞬時電力調整部３０の放電電力は減少するように制御されるのである。
【００５５】
一方で、電力調整部２０が電力を充電している状態にある場合には、電力調整部２０の充放電力値は正の値として演算されるので、第３の加算器４４８では負荷部４の消費電力値と電力調整部２０の放電電力値との加算値が演算されるのである。続いて、第３の加算器４４８では、発電部２の発電電力値からこの加算値が減算される。つまり、電力調整部２０が電力を放電している状態にある場合、発電部２の発電電力値と、負荷部４の消費電力値及び電力調整部２０に充電される充電電力値の加算値と、の差が演算される。すなわち、発電電力値から消費電力値及び電力調整部２０の充電電力値を減じた値が得られるのである。
【００５６】
第２の制御部４４では、この値に応じて、瞬時電力調整部３０に充電させる制御を行うのである。このことから分かるよう、電力調整部２０の充電電力が瞬時電力調整部３０の制御応答に遅れて増加してくると、瞬時電力調整部３０の充電電力は減少するように制御されるのである。また、第２の電力指令値を設定した場合には、第２の電力指令値で指定された電力が、更に充放電されるのである。
【００５７】
これらのことから分かるように、電力調整部２０は、発電部２の発電電力値と負荷部４の消費電力値との差を減少する電力の充放電調整を行うことができる。一方で、瞬時電力調整部３０は、電力調整部２０の充放電電力値も用いている。これにより、電力調整部２０が充放電する電力が瞬時電力調整部３０の制御応答に遅れて増加するにしたがい、瞬時電力調整部３０は、充放電する電力を減少せることができる。このため、瞬時電力調整部３０は、充放電する電力をより減少することができ、瞬時電力調整部３０の蓄積電力、すなわち蓄積エネルギーをより低減することができる。これにより、瞬時電力調整部３０のエネルギー蓄積容量を低減でき、瞬時電力調整部３０をより小型化させることができるのである。
【００５８】
一般に負荷部４は、系統周波数に対応している。このため、瞬時電力調整部３０が、系統周波数の半周期以内の時間で電力指令に追従できると、負荷部４を停止することなく電力を継続して供給することが可能となる。例えば、系統周波数が５０Ｈｚである場合、系統周波数の半周期は、１０ｍｓである。このため、系統周波数が５０Ｈｚである場合、瞬時電力調整部３０は、系統周波数の半周期である１０ｍｓ以内で電力指令に追従できるように構成されている。
【００５９】
このように、瞬時電力調整部３０は、電力調整部２０の制御応答を補って、発電部２の発電電力値と負荷部４の消費電力値との差をより高速に減少させている。これにより、発電部２と負荷部４との間の電力調整における制御応答の速度を維持するとともに、瞬時電力調整部３０をより小型化さることができる。
【００６０】
また、第１の電力指令値と第２の電力指令値を同じにすると、電力指令値に対して電力調整部２０は機器の制御応答遅れを持って出力を電力指令値に追従するよう動作する。また瞬時電力調整装置は電力調整部２０の制御応答遅れを補うように瞬時に出力を行う。このため、電力調整部２０が電力指令値に追従するよう動作することで、瞬時電力調整部３０の出力は減少する。これにより、瞬時電力調整部３０が大きなエネルギーを蓄積しなくても、高速な電力制御応答に対応できるようになる。
【００６１】
なお、ここでの発電部２は発電機であってもよい。或いは、発電部２は、太陽光発電、風力発電等の再生可能エネルギーを用いた構成でもよい。負荷部４については家庭用負荷でもよく、規模の大きな工場負荷であってもよい。さらにまた、負荷部４は、自動車や電車やポータブル機器であってもよい。電力伝達部１０は交流電圧であっても良いし、直流電圧であってもよい。また、第３の乗算器４４２が第５の演算器に対応し、第４の乗算器４４４が第６の演算器に対応し、第５の乗算器４４６が第７の演算器に対応し、第３の加算器４４８が第８の演算器に対応し、第４の加算器４５０が第９の演算器に対応し、第５の加算器４５４が第１０の演算器に対応する。
【００６２】
以上が本実施形態に係る電力調整システム１の全体構成の説明である。
【００６３】
図６は、瞬時電力調整部３０を用いた電力制御方法のフローチャートを示す図である。第２の制御部４４は、電力伝達部１０の電圧値、発電部２の発電電流値、負荷部４の消費電流値、及び電力調整部２０の入出力電流値を取得する（ステップＳ１００）。電力伝達部１０の電圧値は、電圧測定部６の電圧信号に基づき取得され、発電部２の発電電流値は、第１の電流計の電流信号に基づき取得される。また、負荷部４の消費電流値は、第２の電流計の電流信号に基づき取得され、電力調整部２０の入出力電流値は、第３の電流計の電流信号に基づき取得される。
【００６４】
次に、第２の制御部４４は、ステップＳ１００で取得した値に基づき、発電部２の発電電力値と電力調整部２０の充放電電力値と負荷部４の消費電力値とを、演算する（ステップＳ１０２）。第３の乗算器４４２が、電圧値を示す電圧信号と、発電部２の発電電流値を示す電流信号とに基づき、発電部２の発電電力値を演算する。第４の乗算器４４４が、電圧値を示す電圧信号と、負荷部４の消費電流値を示す電流信号とに基づき、消費電力値を演算する。そして、第５の乗算器４４６が、電圧値を示す電圧信号と、電力調整部２０の電流値を示す電流信号とに基づき、電力調整部２０の充放電電力値を演算する。
【００６５】
次に、第２の制御部４４は、発電部２の発電電力値と、電力調整部２０の充放電電力値と負荷部４の消費電力値との加算値と、の差を減少させる充放電調整の制御を瞬時電力調整部３０に対して行い（ステップＳ１０４）、処理を終了する。
【００６６】
このように、第２の制御部４４は、電力伝達部１０の電圧値、発電部２の発電電流値、負荷部４の消費電流値、及び電力調整部２０の入出力電流値を取得し、発電部２の発電電力値、電力調整部２０の充放電電力値、負荷部４の消費電力値を演算する。続いて、発電部２の発電電力値と、電力調整部２０の充放電電力値及び負荷部４における消費電力値の加算値と、の差を減少させる充放電調整の制御を瞬時電力調整部３０に対して行う。
【００６７】
以上のように、本実施形態に係る電力制御装置４０によれば、発電部２の発電電力値と、電力調整部２０の充放電電力値及び負荷部４の消費電力値を加算した電力値と、の差を減少させる電力充放電の制御を瞬時電力調整部３０に対して行うこととした。このため、電力調整部２０の充放電電力が増加するにしたがい、瞬時電力調整部３０の充放電電力を減少させられ、電力調整における制御応答の速度を維持するとともに、瞬時電力調整部３０の蓄積エネルギーをより低減させることができる。
【００６８】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る電力制御装置は、商用系統が電力伝達部に更に接続されていることが第１実施形態と相違する。第１実施形態と相違する部分を以下に説明する。
【００６９】
図７は、商用系統から電力が入出力場合の電力調整システム１の構成を示す図である。
【００７０】
商用系統が電力伝達部１０に更に接続されている。このため、電力伝達部１０は、消費電力値と電力調整部２０の充電電力値と瞬時電力調整部３０の充電電力値との加算値が、発電電力値よりも小さい場合に、商用系統へ差分の電力を出力する。また、発電電力値と電力調整部２０の放電電力値と瞬時電力調整部３０の放電電力値との加算値が、消費電力値よりも小さい場合に、商用系統から差分の電力を入力する。
【００７１】
この場合、第１の指示部４２８における第１の電力指令値と、第２の指示部４５２における第２の電力指令値を同じにすると、電力指令値に対して電力調整部２０は、機器の制御応答遅れを持って出力を電力指令値に追従するよう動作する。これにより、商用系統へ電力の入出力をする場合にも、電力調整部２０、及び瞬時電力調整部３０による電力調整が行われ、電力変動を抑制することが可能である。すなわち、瞬時電力調整部３０は、電力調整部２０の制御応答遅れを補うように瞬時に出力を行う。このように、電力調整部２０の充放電の制御応答の遅れを、瞬時電力調整部３０の充放電電力が補うことで、負荷部４で発生する瞬時消費電力のピークも抑制される。これにより、この電力調整システム１は、商用系統への入出力電力をより平準的に制御可能である。
【００７２】
さらにまた、電力調整部２０が電力指令値に追従するよう動作することで瞬時電力調整部３０の出力は減少する。これにより、大きなエネルギーを蓄積しなくても、瞬時電力調整部３０は、高速な電力制御応答に対応可能である。
【００７３】
以上のように、本実施形態に係る電力制御装置４０によれば、商用系統へ電力の入出力をする場合にも、電力調整部２０、及び瞬時電力調整部３０に電力の調整を行ことなわせることとした。このため、商用系統へ電力の入出力を行う場合にも、電力変動を抑制することができる。第２実施形態のその他の動作は、第１実施形態と同様である。したがって、第２実施形態は、第１の実施形態の効果をも得ることができる。
【００７４】
上述した実施形態で説明した電力調整システム１および電力制御装置４０の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、電力調整システム１および電力制御装置４０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００７５】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、発電部と負荷部との間の電力調整における制御応答の速度を維持するとともに、瞬時電力調整部の蓄積エネルギーをより低減させることができる。
【００７６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【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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【国際調査報告】
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