(57)【要約】  制御装置は、負荷の消費電力に追従するように燃料電池を制御する第１制御部と、消費電力の増加量が燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、消費電力の増加量に応じて第２電力を負荷に供給するように電力供給装置を制御する第２制御部と、第２電力を検出する電力検出部とを備え、第１制御部は、第２電力が検出された際、第２電力を小さくするように第１電力を増加させる。
2013015225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷と、ガスを用いて前記負荷に供給する第１電力を発電する燃料電池と、前記負荷に第２電力を供給可能な電力供給装置とを備える需要家に設けられ、前記負荷に供給される電力を制御する制御装置であって、
前記負荷の消費電力に追従するように前記燃料電池の発電を制御する第１制御部と、
前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、前記消費電力の増加量に応じて前記第２電力を負荷に供給するように前記電力供給装置を制御する第２制御部と、を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記第２制御部が、前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上であるとして前記第２電力を負荷に供給するように制御した場合に、
前記第１制御部は、前記燃料電池の発電量を増加させるよう制御し、
前記第２制御部は、前記燃料電池の発電量の増加に応じて前記負荷に供給する前記第２電力を小さくする
ことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
前記第２制御部は、前記負荷に系統電力が供給されない自立運転中に、前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になった場合には、前記消費電力の増加量に応じた前記第２電力を負荷に供給するように前記電力供給装置を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記電力供給装置は、蓄電池であり、
前記第２制御部は、前記蓄電池に蓄電される電力が、前記燃料電池が発電を開始するために必要な起動電力を下回らないように、前記蓄電池を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記第１電力および／または前記第２電力を電力系統に逆潮流可能な場合、前記第１電力および／または前記第２電力の各々を検出して、系統側管理装置に通知する通信部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記第１電力および／または前記第２電力の各々の売電価格が異なる場合であっても、前記第１電力および／または前記第２電力の各々を検出して、各々の逆潮流電力量に応じた売電価格を算出する
ことを特徴とする請求項５の何れか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
負荷と、ガスを用いて前記負荷に供給する第１電力を発電する燃料電池と、前記負荷に第２電力を供給可能な電力供給装置とを備える需要家において、前記負荷に供給される電力を制御する電力制御方法であって、
前記負荷の消費電力に追従するように前記燃料電池の発電を制御するステップと、
前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、前記消費電力の増加量に応じて前記第２電力を前記負荷に供給するステップと
を備えることを特徴とする電力制御方法。
【請求項８】
ガスを用いて負荷に供給する第１電力を発電する燃料電池と、前記負荷に第２電力を供給可能な電力供給装置と、制御装置を有する電力制御システムであって、
前記制御装置は、
前記負荷の消費電力に追従するように前記燃料電池の発電を制御する第１制御部と、
前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、前記消費電力の増加量に応じて前記第２電力を負荷に供給するように前記電力供給装置を制御する第２制御部と、を備える
ことを特徴とする電力制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷と、ガスを用いて負荷に供給する電力を発電する燃料電池とを備える需要家に設けられ、負荷に供給される電力を制御する制御装置及び電力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷に電力を供給可能な分散電源として、太陽電池（ＰＶ）や蓄電池を備える電力制御システムを導入する需要家が増えつつある。また、近年では、燃料電池を備える電力制御システムも積極的に導入が進められている（例えば特許文献１参照）。【０００３】
燃料電池は、都市ガス又はプロパンガスなどのガスから抽出（改質）した水素と酸素との化学反応によって電力を発電する。また、燃料電池は、負荷の消費電力の増減に追従して、発電する電力を増減することもできる。【０００４】
ここで、燃料電池は、上述のように化学反応によって発電するため、負荷の消費電力が急激に増加する場合、発電する電力が消費電力に追従できない場合がある。このような場合、従来技術では、電力系統から供給される電力を負荷に供給することによって、負荷の運転を停止させないようにする手法がとられていた。【０００５】
ところで、最近では、大規模な地震の発生などに起因した電力系統の電力供給能力の低下によって、電力系統から供給される電力が停電するケースが発生している。【０００６】
このような停電の発生を考慮し、最近では、電力系統から供給される電力に頼らずに、燃料電池から供給される電力を積極的に利用することも検討されつつある。具体的には、電力系統から供給される電力が停電する場合に、燃料電池から供給される電力で負荷を運転する「自立運転」を実行することも検討されている。【０００７】
しかしながら、燃料電池から供給される電力で「自立運転」を実行する場合、負荷の消費電力が急激に増加して、燃料電池によって発電される電力が消費電力を追従できないと、負荷に電力を供給できなくなる。このような場合、負荷を停止させなければならないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−８４７１５号公報
【発明の概要】
【０００９】
第１の特徴に係る制御装置は、負荷と、ガスを用いて前記負荷に供給する第１電力を発電する燃料電池と、前記負荷に第２電力を供給可能な電力供給装置とを備える需要家に設けられ、前記負荷に供給される電力を制御する。制御装置は、前記負荷の消費電力に追従するように前記燃料電池の発電を制御する第１制御部と、前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、前記消費電力の増加量に応じて前記第２電力を負荷に供給するように前記電力供給装置を制御する第２制御部と、を備える。
【００１０】
第１の特徴において、前記第２制御部が、前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上であるとして前記第２電力を負荷に供給するように制御した場合に、前記第１制御部は、前記燃料電池の発電量を増加させるよう制御し、前記第２制御部は、前記燃料電池の発電量の増加に応じて前記負荷に供給する前記第２電力を小さくする。
【００１１】
第１の特徴において、前記第２制御部は、前記負荷に系統電力が供給されない自立運転中に、前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になった場合には、前記消費電力の増加量に応じた前記第２電力を負荷に供給するように前記電力供給装置を制御する。
【００１２】
第１の特徴において、前記電力供給装置は、蓄電池であり、前記第２制御部は、前記蓄電池に蓄電される電力が、前記燃料電池が発電を開始するために必要な起動電力を下回らないように、前記蓄電池を制御する。
【００１３】
第１の特徴において、制御装置は、前記第１電力および／または前記第２電力を電力系統に逆潮流可能な場合、前記第１電力および／または前記第２電力の各々を検出して、系統側管理装置に通知する通信部をさらに備える。
【００１４】
第１の特徴において、前記第１電力および／または前記第２電力の各々の売電価格が異なる場合であっても、前記第１電力および／または前記第２電力の各々を検出して、各々の逆潮流電力量に応じた売電価格を算出する。
【００１５】
第２の特徴に係る電力制御方法は、負荷と、ガスを用いて前記負荷に供給する第１電力を発電する燃料電池と、前記負荷に第２電力を供給可能な電力供給装置とを備える需要家において、前記負荷に供給される電力を制御する方法である。電力制御方法は、前記負荷の消費電力に追従するように前記燃料電池の発電を制御するステップと、前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、前記消費電力の増加量に応じて前記第２電力を前記負荷に供給するステップとを備える。
【００１６】
第３の特徴に係る電力制御システムは、ガスを用いて負荷に供給する第１電力を発電する燃料電池と、前記負荷に第２電力を供給可能な電力供給装置と、制御装置を有する。前記制御装置は、前記負荷の消費電力に追従するように前記燃料電池の発電を制御する第１制御部と、前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、前記消費電力の増加量に応じて前記第２電力を負荷に供給するように前記電力供給装置を制御する第２制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、第１実施形態に係る電力制御システムの全体構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るマルチＰＣＳの構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るマルチＰＣＳの自立運転時の動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は、他の実施形態に係る電力制御システムの全体構成図である。
【図５】図５は、他の実施形態に係る電力制御システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。
【００１９】
［第１実施形態］
（１）電力制御システムの構成
図１は、第１実施形態に係る電力制御システム１の全体構成図である。以下の図面において、電力ラインは太線で示し、制御信号ラインは破線で示している。なお、制御信号ラインは有線に限らず無線であってもよい。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る電力制御システム１は、電力会社の電力系統２０からＡＣ電力の供給を受ける一般家庭などの需要家１０に設けられており、需要家１０内の機器の電力制御を行うことができる。
【００２１】
図１に示すように、電力制御システム１は、スマートメータ１１０、分電盤１２０、燃料電池１４１、蓄電池１４２、太陽電池１４３、マルチＰＣＳ２００、負荷３００を有する。なお、電力制御システム１は、電気自動車などに搭載される蓄電池を有していてもよい。
【００２２】
スマートメータ１１０は、電力制御システム１の負荷によって消費される電力の合計である総消費電力を測定できる。スマートメータ１１０は、広域通信網８０を介して、測定した総消費電力を系統側管理装置５００に通知することができる。なお、系統側管理装置５００は、電力事業者によって管理されるＣＥＭＳ（Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）と称される装置を想定している。また、広域通信網８０は、専用回線網でもよいし、インターネットでもよい。
【００２３】
また、スマートメータ１１０は、電力制御システム１から電力系統２０に逆潮流された逆潮流電力を測定して、系統側管理装置５００に通知することもできる。また、スマートメータ１１０は、停電を検出すると、その旨の制御信号をマルチＰＣＳ２００に送信することもできる。
【００２４】
分電盤１２０は、マルチＰＣＳ２００の制御にしたがって、電力の分配を行う。分電盤１２０は、マルチＰＣＳ２００が出力するＡＣ電力が負荷３００によって消費される消費電力未満であるときには、不足分のＡＣ電力を電力系統２０から受電して、マルチＰＣＳ２００が出力するＡＣ電力と電力系統２０から受電したＡＣ電力とを負荷３００に供給する。また、分電盤１２０は、マルチＰＣＳ２００が出力するＡＣ電力が負荷３００の消費電力を超えるときには、超過分のＡＣ電力を電力系統２０に逆潮流する。
【００２５】
なお、マルチＰＣＳ２００からの電力及び電力系統２０からの電力の両電力を負荷３００に供給する運転状態は「連系運転」と称され、マルチＰＣＳ２００からの電力のみを負荷３００に供給する運転状態は「自立運転」と称される。分電盤１２０は、電力系統２０から供給される電力が停電（以下、単に「停電」という）する場合、電力系統２０との解列を行って、連系運転から自立運転に移行する。
【００２６】
なお、連系運転から自立運転への切り替えには、分電盤１２０が、別途設けられた自立運転用電力ラインに電力の供給先を切り替える方法と、分電盤１２０が、電力系統２０との解列を行って、家庭内配電ライン１５０を電力の供給先とする方法とがある。以下においては、分電盤１２０が、電力系統２０との解列を行って、家庭内配電ライン１５０を電力の供給先とするケースを主として説明する。
【００２７】
自立運転時においては、負荷３００には、燃料電池電力、太陽電池電力、及び、蓄電池放電電力が、マルチＰＣＳ２００及び分電盤１２０を介して供給される。
【００２８】
電力センサ１３０は、負荷３００が消費する消費電力の電力値を定期的に測定し、測定した電力値をマルチＰＣＳ２００に通知する。なお、電力センサ１３０は、負荷３００が消費する消費電力の電流値をマルチＰＣＳ２００に通知してもよい。
【００２９】
燃料電池１４１は、ガスラインを介して入力される都市ガス又はプロパンガスなどのガスを用いて負荷に供給する電力を発電する家庭用燃料電池である。燃料電池１４１は、マルチＰＣＳ２００との間に設けられた電力ラインを介して、発電により得られたＤＣ電力（以下、燃料電池電力）をマルチＰＣＳ２００に出力する。
【００３０】
蓄電池１４２は、電力を蓄えるものであり、マルチＰＣＳ２００との間に設けられた電力ラインを介して、放電により得られたＤＣ電力（以下、蓄電池放電電力）をマルチＰＣＳ２００に出力すると共に、マルチＰＣＳ２００からのＤＣ電力を充電する。また、蓄電池１４２は、マルチＰＣＳ２００との間に設けられた制御信号ラインを介して、蓄えている電力を示す情報をマルチＰＣＳ２００に出力すると共に、充放電を行うための制御信号を入力する。本実施形態において、蓄電池１４２は、負荷に蓄電池放電電力（第２電力）を供給可能な電力供給装置を構成する。
【００３１】
太陽電池１４３は、太陽光を受けて発電し、マルチＰＣＳ２００との間に設けられた電力ラインを介して、発電により得られたＤＣ電力（以下、太陽電池電力）をマルチＰＣＳ２００に出力する。なお、太陽電池１４３は、１又は複数のパネルにより構成される。また、太陽電池１４３は、複数のパネルにより構成されたストリングを複数用いて構成されていてもよい。なお、本実施形態において、太陽電池１４３は、負荷に太陽電池電力（第２電力）を供給可能な電力供給装置としてもよい。
【００３２】
マルチＰＣＳ２００は、分電盤１２０との間に設けられた電力ラインを介して、ＡＣ電力を分電盤１２０の間で入出力する。具体的に、マルチＰＣＳ２００は、燃料電池１４１、蓄電池１４２、及び、太陽電池１４３から供給されるＤＣ電力をＡＣ電力に変換して出力する機能と、電力系統２０からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換して出力する機能とを有する。このようなマルチＰＣＳ２００は、ハイブリッドＰＣＳと称されることがある。マルチＰＣＳ２００から出力されたＡＣ電力は、分電盤１２０を介して、家庭内配電ライン１５０へ送り出され、適宜、負荷３００において使用され、あるいは、電力系統２０への逆潮流の電力となる。
【００３３】
なお、本実施形態では、燃料電池１４１から供給されるＤＣ電力と、当該ＤＣ電力を変換したＡＣ電力とを、適宜、燃料電池電力として説明する。同様に、蓄電池１４２から放電されたＤＣ電力と、当該ＤＣ電力を変換したＡＣ電力とを、適宜、蓄電池放電電力として説明し、太陽電池１４３から供給されるＤＣ電力と、当該ＤＣ電力を変換したＡＣ電力とを、適宜、太陽電池電力として説明する。
【００３４】
また、本実施形態では、燃料電池１４１から供給される燃料電池電力（第１電力）と、蓄電池１４２から供給される蓄電池放電電力（第２電力）とは、共通の電力線である家庭内配電ライン１５０を介して負荷に供給される。このような構成によって、燃料電池電力と蓄電池放電電力とが混ざった電力が負荷３００に供給される。なお、本実施形態において、マルチＰＣＳ２００は、負荷３００に供給される電力を制御する制御装置を構成する。
【００３５】
負荷３００は、例えば、照明、エアコン、冷蔵装置、テレビ等の家電機器に加え、蓄熱器などを想定している。負荷３００は、分電盤１２０との間に設けられた家庭内配電ライン１５０を介してＡＣ電力が供給され、供給されたＡＣ電力を消費して動作する。負荷３００は、１つであってもよく、複数であってもよい。
【００３６】
（２）マルチＰＣＳの構成
図２を参照して、マルチＰＣＳ２００の構成について説明する。図２は、マルチＰＣＳ２００の構成を示すブロック図である。図２に示すように、マルチＰＣＳ２００は、電力変換部２１０と、通信部２２０と、記憶部２３０と、処理部２４０とを備える。
【００３７】
電力変換部２１０は、分電盤１２０との間に設けられた電力ラインを介して、ＡＣ電力を分電盤１２０との間で入出力する。電力変換部２１０は、燃料電池１４１、蓄電池１４２、及び、太陽電池１４３から供給されるＤＣ電力をＡＣ電力に変換して、ＡＣ電力を分電盤１２０に出力する。なお、電力変換部２１０は、処理部２４０の制御に従って、動作する。具体的に、電力変換部２１０は、燃料電池電力変換部２１１と、蓄電池電力変換部２１２と、太陽電池電力変換部２１３とを備える。
【００３８】
燃料電池電力変換部２１１は、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力（ＤＣ電力）をＡＣ電力に変換して、分電盤１２０に出力する。燃料電池電力変換部２１１は、ガスラインを介して入力される都市ガス又はプロパンガスなどのガスの供給量を制御して、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力の電力量を制御できる。燃料電池電力変換部２１１は、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力の電力値を検出して、処理部２４０に通知することもできる。
【００３９】
蓄電池電力変換部２１２は、蓄電池１４２から供給される蓄電池放電電力（ＤＣ電力）をＡＣ電力に変換して、分電盤１２０に出力する。蓄電池電力変換部２１２は、蓄電池１４２との間に設けられた電力ラインを介して、蓄電池１４２を蓄電（充電）するためのＤＣ電力を蓄電池１４２に出力する。蓄電池電力変換部２１２は、燃料電池１４１によって発電された燃料電池電力、又は、太陽電池１４３によって発電された太陽電池電力を、蓄電池１４２を蓄電（充電）するためのＤＣ電力として蓄電池１４２に出力することもできる。蓄電池電力変換部２１２は、蓄電池１４２から供給された蓄電池放電電力の電力値を検出して、処理部２４０に通知することもできる。蓄電池電力変換部２１２は、蓄電池１４２に蓄電される電力量（蓄電量）を検出して、処理部２４０に通知することもできる。
【００４０】
太陽電池電力変換部２１３は、太陽電池１４３によって発電された太陽電池電力（ＤＣ電力）をＡＣ電力に変換して、分電盤１２０に出力する。太陽電池電力変換部２１３は、太陽電池１４３によって発電された太陽電池電力の電力値を検出して、処理部２４０に通知することもできる。
【００４１】
通信部２２０は、家庭内通信回線６０に接続する。通信部２２０は、家庭内通信回線６０を介して、スマートメータ１１０や電力センサ１３０などの各機器と通信を行う。通信部２２０は、スマートメータ１１０を介して、系統側管理装置５００と通信することもできる。
【００４２】
記憶部２３０は、処理部２４０が実行するプログラムを記憶すると共に、処理部２４０でのプログラム実行中にワークエリアとして使用される。
【００４３】
処理部２４０は、マルチＰＣＳ２００の各種機能を制御するものであり、ＣＰＵやメモリを用いて構成される。処理部２４０は、負荷３００に供給する電力を制御することができる。処理部２４０は、電力制御部２４１と、電力検出部２４２と、太陽電池制御部２４３と、蓄電池制御部２４４と、燃料電池制御部２４５とを備える。
【００４４】
電力制御部２４１は、連系運転と自立運転との切り替えを制御する。具体的に、電力制御部２４１は、電力系統２０から供給される電力が停電した旨の通知をスマートメータ１１０から受けると、分電盤１２０に自立運転への切り替えを指示する。また、電力制御部２４１は、太陽電池制御部２４３、蓄電池制御部２４４、燃料電池制御部２４５に対して、自立運転に切り替える旨を通知する。または、マルチＰＣＳ２００が停電検出部を備え、停電検出部が停電を検出した場合、上記の自動運転への切替を行っても良い。
【００４５】
電力検出部２４２は、蓄電池１４２から負荷に供給される蓄電池放電電力を検出する。具体的に、蓄電池電力変換部２１２から通知された蓄電池放電電力の電力値を取得することで、蓄電池１４２から負荷に供給される蓄電池放電電力を検出する。
【００４６】
太陽電池制御部２４３は、太陽電池１４３及び太陽電池電力変換部２１３を制御する。例えば、太陽電池制御部２４３は、太陽電池電力が余剰となる場合には、蓄電池１４２に出力するように、太陽電池電力変換部２１３に指示することができる。
【００４７】
蓄電池制御部２４４は、蓄電池１４２及び蓄電池電力変換部２１２を制御する。蓄電池制御部２４４は、負荷によって消費される消費電力の増加量が燃料電池１４１によって追従可能な燃料電池電力の増加量以上になる場合に、消費電力の増加量に応じた蓄電池放電電力を負荷に供給するように蓄電池１４２を制御する。
【００４８】
具体的に、蓄電池制御部２４４は、自立運転が実行される場合で、かつ、負荷３００の消費電力の増加量が燃料電池１４１によって追従可能な燃料電池電力の増加量以上である場合に、消費電力の増加に応じた蓄電池放電電力を負荷３００に供給するように蓄電池１４２を制御する。
【００４９】
より詳細には、蓄電池制御部２４４は、電力制御部２４１から、自立運転を実行する旨の通知を受けると、蓄電池電力変換部２１２に対して、蓄電池１４２に蓄電されている電力を放電するように指示する。なお、本実施形態において、蓄電池制御部２４４は、第２制御部を構成する。
【００５０】
燃料電池制御部２４５は、燃料電池１４１及び燃料電池電力変換部２１１を制御する。燃料電池制御部２４５は、負荷３００によって消費される消費電力の増加に追従した燃料電池電力を負荷に供給するように燃料電池１４１を制御する。
【００５１】
具体的に、燃料電池制御部２４５は、通信部２２０を介して、電力センサ１３０から負荷の消費電力を定期的に取得する。燃料電池制御部２４５は、取得した消費電力の増減に応じて、燃料電池１４１によって発電する燃料電池電力を増減するように燃料電池電力変換部２１１に指示する。なお、燃料電池制御部２４５は、連系運転及び自立運転のいずれの運転状態においても、消費電力の増減に追従して、燃料電池電力変換部２１１を制御する。
【００５２】
また、燃料電池制御部２４５は、電力検出部２４２によって蓄電池放電電力が検出された際、蓄電池放電電力を小さくするように燃料電池１４１から供給される燃料電池電力を増加させる。
【００５３】
具体的に、燃料電池制御部２４５は、自立運転が実行される場合に、電力検出部２４２によって検出された蓄電池放電電力を取得する。
【００５４】
また、燃料電池制御部２４５は、燃料電池１４１によって発電可能な燃料電池電力の増減量の閾値、すなわち、消費電力に追従可能な燃料電池電力の増加量の閾値を予め記憶している。または、燃料電池１４１の状態情報（発電モジュール温度など）から、上記閾値を算出する。燃料電池制御部２４５は、負荷３００の消費電力の増加量が、追従可能な燃料電池電力の増加量の閾値よりも大きい場合、電力検出部２４２によって検出された蓄電池放電電力を取得する。燃料電池制御部２４５は、取得した蓄電池放電電力の分だけ、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を増加するように、燃料電池電力変換部２１１に指示する。また、この指示を受けた燃料電池電力変換部２１１は、燃料電池電力を増加するように燃料電池１４１を制御する。
【００５５】
ここで、燃料電池電力と蓄電池放電電力とは、共通の電力線である家庭内配電ライン１５０を介して負荷に供給されるため、上述のように燃料電池電力を増加させることで、蓄電池放電電力を小さくすることが可能になる。なお、本実施形態において、燃料電池制御部２４５は、第１制御部を構成する。
【００５６】
（３）マルチＰＣＳの動作
次に、マルチＰＣＳ２００の動作について説明する。図３は、マルチＰＣＳ２００の動作を示すシーケンス図である。ここで、図３には、電力制御システム１において、電力系統２０が停電し、マルチＰＣＳ２００が自立運転を実行している際の動作が示されている。なお、下記に示す動作は、自立運転を実行している場合に限定するものではない。
【００５７】
ステップＳ１００において、マルチＰＣＳ２００では、自立運転が開始されると、蓄電池制御部２４４が、蓄電池電力変換部２１２に対して、蓄電池１４２に蓄電されている電力を放電するように指示する。この指示を受けた蓄電池電力変換部２１２は、蓄電池１４２から負荷に蓄電放電電力の供給を開始する。
【００５８】
ステップＳ１１０において、電力検出部２４２が、電力センサ１３０から、負荷の消費電力を定期的に検出する。
【００５９】
ステップＳ１２０において、燃料電池制御部２４５は、消費電力の増加量が燃料電池１４１の発電によって追従可能な燃料電池電力の増加量よりも大きいか否かを判定する。具体的に、燃料電池制御部２４５は、負荷３００の消費電力の増加量が、追従可能な燃料電池電力の増加量の閾値よりも大きいか否かを判定する。
【００６０】
ステップＳ１３０において、燃料電池制御部２４５は、消費電力の増加量が、追従可能な燃料電池電力の増加量よりも大きくないと判定した場合、燃料電池１４１の負荷追従能力の範囲内であるとして、燃料電池１４１における発電量を増加、すなわち発電される燃料電池電力を増加するように、燃料電池電力変換部２１１に対して指示する。
【００６１】
ステップＳ１４０において、蓄電池１４２は、消費電力の増加量に応じた蓄電池放電電力を負荷３００に供給する。
【００６２】
つまり、マルチＰＣＳ２００では、ステップＳ１００からステップＳ１４０において、蓄電池１４２から負荷３００に蓄電放電電力を供給しておくことで、消費電力の増加量が、燃料電池１４１によって追従可能な燃料電池電力の増加量よりも大きくなる場合であっても、負荷３００に継続して電力を供給することが可能になる。
【００６３】
ステップＳ１５０において、電力検出部２４２は、蓄電池放電電力の電力値を検出する。具体的に、電力検出部２４２は、蓄電池電力変換部２１２から、蓄電池放電電力の電力値を取得する。電力検出部２４２は、蓄電池放電電力の電力値を燃料電池制御部２４５に通知する。
【００６４】
ステップＳ１６０において、燃料電池制御部２４５は、取得した蓄電池放電電力の分だけ、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を増加させるように、燃料電池電力変換部２１１に指示する。燃料電池電力変換部２１１は、この指示に従って、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を増加する。さらに、蓄電池制御部２４４は、増加した燃料電池電力分だけ蓄電池放電電力を減少させるように蓄電池電力変換部２１１に指示する。蓄電池電力変換部２１１は、この指示に従って、蓄電池１４２によって放電される電力を減少させる。
【００６５】
さらに、ステップＳ１７０において、電力制御部２４１は、自立運転が終了したかを判定し、自立運転が終了した場合には動作を終了し、自立運転が終了していない場合にはステップＳ１１０に戻るようにする。
【００６６】
なお、上述したステップＳ１００乃至Ｓ１６０の動作では、マルチＰＣＳ２００は、蓄電池放電電力の電力値を検出するとともに、蓄電池放電電力の分だけ、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を増加するように制御していたが、太陽電池電力の電力値を検出するとともに、太陽電池電力の分だけ、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を増加するように制御してもよい。
【００６７】
（４）作用及び効果
本実施形態に係る電力制御システム１において、マルチＰＣＳ２００は、自立運転を実行する際、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力の増加量が、負荷３００の消費電力の増加量に追従できない場合、蓄電池１４２から供給される蓄電池放電電力が負荷３００に供給される。
【００６８】
このように、マルチＰＣＳ２００では、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力が負荷３００の消費電力の増加に追従できない場合であっても、負荷３００に継続して電力を供給することができる。
【００６９】
また例えば、電力系統２０から供給される電力が停電し、自立運転を実行する場合、蓄電池１４２に蓄電される電力をできるだけ残すことが好ましい。本実施形態に係る電力制御システム１において、マルチＰＣＳ２００では、蓄電池１４２から負荷３００に供給される蓄電池放電電力を小さくするように、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を増加する。つまり、マルチＰＣＳ２００は、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を積極的に用いることで、蓄電池１４２に蓄電される電力を可能な限り残すことができる。
【００７０】
［変更例１］
次に、第１実施形態に係る変更例１について説明する。
【００７１】
上述した実施形態では、マルチＰＣＳ２００では、自立運転が実行されている際に、蓄電池放電電力を検出して、蓄電池放電電力を小さくするように、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を増加していた。
【００７２】
本変更例に係るマルチＰＣＳ２００では、連系運転を行っている際に、電力系統２０から供給される系統電力を小さくするように、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を増加する。具体的に、マルチＰＣＳ２００では、電力系統２０から負荷３００に系統電力が供給されている場合、電力検出部２４２が、系統電力の電力値を検出する。なお、電力検出部２４２は、系統電力の電力値を検出してもよい。
【００７３】
また、燃料電池制御部２４５は、系統電力の電力値が検出された際、負荷追従制御によって燃料電池電力を増加して、系統電力を減少させる。具体的に、燃料電池制御部２４５は、取得した系統電力の分だけ、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力を増加するように、燃料電池電力変換部２１１に指示する。
【００７４】
本変更例に係るマルチＰＣＳ２００によれば、電力系統２０から供給される系統電力の利用を抑制して、燃料電池１４１によって発電された燃料電池電力を可能な限り利用することができる。
【００７５】
かかるマルチＰＣＳ２００は、例えば、電力系統２０から供給される系統電力の電力料金よりも、燃料電池１４１によって発電された燃料電池電力の電力料金の方が安価になるような場合に有益である。更には、マルチＰＣＳ２００は、燃料電池１４１によって発電された燃料電池電力を積極的に利用するので、火力発電などによって発電される電力系統２０の系統電力を利用する場合に比べて、二酸化炭素削減などの環境保護の観点からも有益である。
【００７６】
［変更例２］
次に、第１実施形態に係る変更例２について説明する。ここで、一般に、燃料電池１４１は、着火ヒータや補機（各種ポンプ）を起動するための起動電力を要する。具体的に、燃料電池１４１は、マルチＰＣＳ２００との間に設けられた電力ラインを介してＡＣ電力が入力され、入力されたＡＣ電力が起動電力に達している場合に起動することができる。
【００７７】
本変更例に係るマルチＰＣＳ２００では、蓄電池制御部２４４は、蓄電池１４２に蓄電される電力が、燃料電池１４１が発電を開始するために必要な起動電力を下回らないように、蓄電池１４２を制御する。
【００７８】
具体的に、蓄電池制御部２４４は、蓄電池電力変換部２１２から、蓄電池１４２に蓄電されている電力値（蓄電値）を定期的に取得する。また、蓄電池制御部２４４は、燃料電池１４１が発電を開始するために必要な起動電力値を予め記憶しており、蓄電池１４２に蓄電されている電力値が、起動電力値を下回らないように、蓄電池電力変換部２１２に指示する。この指示を受けた蓄電池電力変換部２１２は、蓄電池１４２に蓄電されている電力値が、起動電力値を下回らないように、蓄電池放電電力の出力を制御する。
【００７９】
本変更例に係るマルチＰＣＳ２００によれば、燃料電池１４１の起動電力を蓄電池１４２に常に蓄電しておくことができるので、電力系統２０から供給される系統電力が、突然停電になる場合であっても、燃料電池１４１を起動することが可能になる。
【００８０】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。ここで、最近では、大規模な地震の発生などに起因した電力系統２０の電力供給能力の低下が問題となっており、太陽電池１４３によって発電される太陽電池電力だけでなく、燃料電池１４１によって発電される燃料電池電力及び蓄電池１４２から供給される蓄電池放電電力を電力系統２０に逆潮流することによって、電力供給能力の低下を抑制することも検討されつつある。
【００８１】
また、太陽電池電力、燃料電池電力、及び、蓄電池放電電力を電力系統２０に逆潮流する場合、太陽電池電力、燃料電池電力、及び、蓄電池放電電力の各々の売電価格は、異なることが想定される。
【００８２】
また、売電された逆潮流電力の総売電価格を算出するためには、太陽電池電力、燃料電池電力、及び、蓄電池放電電力の各々の逆潮流電力量を検出し、電力事業者が管理する系統側管理装置５００に通知する機能が必要になる。
【００８３】
このような点を踏まえ、本実施形態に係るマルチＰＣＳ２００において、処理部２４０は、太陽電池電力、燃料電池電力、及び、蓄電池放電電力を電力系統２０に逆潮流可能である場合に、各々の逆潮流電力量を検出する逆潮流検出部２４６を備える。
【００８４】
逆潮流検出部２４６は、燃料電池１４１から電力系統２０に逆潮流される燃料電池逆潮流電力（第１逆潮流電力）を検出するとともに、蓄電池１４２から電力系統２０に逆潮流される蓄電池逆潮流電力（第２逆潮流電力）を検出する。また、逆潮流検出部２４６は、太陽電池１４３から電力系統２０に逆潮流される太陽電池逆潮流電力（第２逆潮流電力）も検出することができる。
【００８５】
具体的には、逆潮流検出部２４６は、燃料電池電力変換部２１１、蓄電池電力変換部２１２、及び、太陽電池電力変換部２１３の各々から、太陽電池電力の電力量、燃料電池電力の電力量、及び、蓄電池放電電力の電力量を取得する。また、逆潮流検出部２４６は、スマートメータ１１０から、逆潮流総電力量を取得する。
【００８６】
逆潮流検出部２４６は、太陽電池電力の電力量、燃料電池電力の電力量、及び、蓄電池放電電力の電力量の各々の比率と、逆潮流総電力量とに基づいて、太陽電池逆潮流電力量、燃料電池逆潮流電力量、蓄電池逆潮流電力量を算出する。
【００８７】
例えば、太陽電池電力の電力量が“５００ｋＷ”、燃料電池電力の電力量が“２００ｋＷ”、蓄電池放電電力の電力量が“３００ｋｗ”であり、逆潮流総電力量が、“５００ｋＷ”である場合を例に挙げて説明する。かかる場合、逆潮流検出部２４６は、太陽電池逆潮流電力量を“２５０ｋＷ”、燃料電池逆潮流電力量を“１００ｋＷ”、蓄電池逆潮流電力量を“１５０ｋＷ”として算出する。
【００８８】
実施形態において、逆潮流検出部２４６は、太陽電池電力の電力量、燃料電池電力の電力量及び蓄電池放電電力の電力量のうち、少なくとも１つの電力量を検出すればよい。逆潮流検出部２４６は、太陽電池電力の電力量、燃料電池電力の電力量及び蓄電池放電電力の電力量のうち、少なくとも１つの電力量を検出するように構成されていればよい。逆潮流検出部２４６は、検出された電力量に基づいて、太陽電池逆潮流電力量、燃料電池逆潮流電力量及び蓄電池逆潮流電力量のうち、少なくとも１つの逆潮流電力量を算出するように構成されていればよい。
【００８９】
また、通信部２２０は、需要家１０を含む需要家群に電力系統２０から供給される電力を管理する系統側管理装置５００に対して、太陽電池逆潮流電力、燃料電池逆潮流電力、及び、蓄電池逆潮流電力を通知する。具体的に、通信部２２０は、逆潮流検出部２４６によって算出された、太陽電池逆潮流電力量、燃料電池逆潮流電力量、及び、蓄電池逆潮流電力量を、スマートメータ１１０を介して、系統側管理装置５００に通知する。なお、本実施形態において、通信部２２０は、逆潮流電力量を系統側管理装置５００に通知する通知部を構成する。
【００９０】
本実施形態に係るマルチＰＣＳ２００では、太陽電池電力、燃料電池電力、及び、蓄電池放電電力を電力系統２０に逆潮流可能な場合、太陽電池逆潮流電力量、燃料電池逆潮流電力量、及び、蓄電池逆潮流電力量の各々を検出して、系統側管理装置５００に通知することができる。
【００９１】
よって、マルチＰＣＳ２００では、太陽電池逆潮流電力、燃料電池逆潮流電力、及び、蓄電池逆潮流電力の各々の売電価格が異なる場合であっても、各々の逆潮流電力量に応じた売電価格を算出することが可能になる。
【００９２】
ここで、図４には、電力制御システム１が、需要家１０内の電力を制御するＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）４００を備えるとともに、マルチＰＣＳ２００に変えて、太陽電池用ＰＣＳ２００Ａと蓄電池用ＰＣＳ２００Ｂと燃料電池用ＰＣＳ２００Ｃとを備える場合の例が示されている。
【００９３】
図４に示すように、電力制御システム１が、ＨＥＭＳ４００を備えている場合、上述した逆潮流検出部２４６の機能、及び通信部２２０の機能は、ＨＥＭＳ４００が有していても良い。
【００９４】
更に、図５には、電力制御システム１のスマートメータ１１０が、上述した逆潮流検出部２４６の機能、及び通信部２２０の機能を有する場合の一例が示されている。
【００９５】
図５の例では、電力制御システム１は、マルチＰＣＳ２００に変えて、太陽電池用ＰＣＳ２００Ａと蓄電池用ＰＣＳ２００Ｂと燃料電池用ＰＣＳ２００Ｃとを備えるとともに、太陽電池用ＰＣＳ２００Ａと蓄電池用ＰＣＳ２００Ｂと燃料電池用ＰＣＳ２００Ｃとの各々が、分電盤１２０を介さずに家庭内配電ライン１５０に接続する場合の例が示されている。
【００９６】
また、図５の例では、家庭内配電ライン１５０上に電力センサ１３１乃至１３３が配置されている。具体的に、太陽電池用ＰＣＳ２００Ａの家庭内配電ライン１５０の接続点と、電力系統２０との間に、電力センサ１３１が配置されている。太陽電池用ＰＣＳ２００Ａの家庭内配電ライン１５０の接続点と、蓄電池用ＰＣＳ２００Ｂの家庭内配電ライン１５０の接続点との間に、電力センサ１３２が配置されている。蓄電池用ＰＣＳ２００Ｂの家庭内配電ライン１５０の接続点と、燃料電池用ＰＣＳ２００Ｃの家庭内配電ライン１５０の接続点との間に、電力センサ１３３が配置されている。
【００９７】
電力センサ１３１は、太陽電池逆潮流電力量（例えば、Ａ（ｋｗ））、蓄電池逆潮流電力量（例えば、Ｂ（ｋｗ））、及び、燃料電池逆潮流電力量（例えば、Ｃ（ｋｗ））の合計値（Ａ＋Ｂ＋Ｃ（ｋｗ））を検出する。電力センサ１３２は、蓄電池逆潮流電力量（例えば、Ｂ（ｋｗ））、及び、燃料電池逆潮流電力量（例えば、Ｃ（ｋｗ））の合計値（Ｂ＋Ｃ（ｋｗ））を検出する。電力センサ１３３が、燃料電池逆潮流電力量（例えば、Ｃ（ｋｗ））を検出する。
【００９８】
かかる場合、スマートメータ１１０は、電力センサ１３１乃至１３３による各々の検出結果の差に基づいて、太陽電池逆潮流電力量（例えば、Ａ（ｋｗ））、蓄電池逆潮流電力量（例えば、Ｂ（ｋｗ））、及び、燃料電池逆潮流電力量（例えば、Ｃ（ｋｗ））を算出して、算出結果を系統側管理装置５００に通知する。
【００９９】
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【０１００】
例えば、上述した実施形態において、蓄電池１４２を電力供給装置として説明したが、太陽電池１４３を電力供給装置としてもよい。この場合、マルチＰＣＳ２００は、太陽電池電力が小さくなるように、燃料電池電力を増加させる。このようなマルチＰＣＳ２００によれば、天候の影響などにより、太陽電池１４３によって発電される太陽電池電力の変動が大きい場合に、燃料電池１４１からの安定した電力を積極的に負荷に供給することができる。
【０１０１】
また、上述した実施形態において、マルチＰＣＳ２００の処理部２４０、通信部２２０、記憶部２３０の各機能は、ＨＥＭＳ４００としてＰＣＳから独立して構成されていてもよいし、スマートメータ１１０、あるいはＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）等、スマートグリッド技術における様々な装置に備えてもよい。
【０１０２】
また、上述した実施形態及び変更例は組み合わせることも可能である。このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【０１０３】
なお、日本国特許出願第２０１１−１６１２３９号（２０１１年７月２２日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明によれば、燃料電池によって発電される電力が負荷の消費電力を追従できない場合であっても、負荷に電力を供給することが可能な制御装置及び電力制御方法を提供できる。
【図１】
2013015225.tif 000003
【図２】
2013015225.tif 000004
【図３】
2013015225.tif 000005
【図４】
2013015225.tif 000006
【図５】
2013015225.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月20日(2012.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷と、ガスを用いて前記負荷に供給する第１電力を発電する燃料電池と、前記負荷に第２電力を供給可能な電力供給装置とを備える需要家に設けられ、前記負荷に供給される電力を制御する制御装置であって、
前記負荷の消費電力に追従するように前記燃料電池の発電を制御する第１制御部と、
前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、前記消費電力の増加量に応じて前記第２電力を負荷に供給するように前記電力供給装置を制御する第２制御部と、を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記第２制御部が、前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上であるとして前記第２電力を負荷に供給するように制御した場合に、
前記第１制御部は、前記燃料電池の発電量を増加させるよう制御し、
前記第２制御部は、前記燃料電池の発電量の増加に応じて前記負荷に供給する前記第２電力を小さくする
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記第２制御部は、前記負荷に系統電力が供給されない自立運転中に、前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になった場合には、前記消費電力の増加量に応じた前記第２電力を負荷に供給するように前記電力供給装置を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記電力供給装置は、蓄電池であり、
前記第２制御部は、前記蓄電池に蓄電される電力が、前記燃料電池が発電を開始するために必要な起動電力を下回らないように、前記蓄電池を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記第１電力および／または前記第２電力を電力系統に逆潮流可能な場合、前記第１電力および／または前記第２電力の各々を検出して、系統側管理装置に通知する通信部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記第１電力および／または前記第２電力の各々の売電価格が異なる場合であっても、前記第１電力および／または前記第２電力の各々を検出して、各々の逆潮流電力量に応じた売電価格を算出する
ことを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
負荷と、ガスを用いて前記負荷に供給する第１電力を発電する燃料電池と、前記負荷に第２電力を供給可能な電力供給装置とを備える需要家において、前記負荷に供給される電力を制御する電力制御方法であって、
前記負荷の消費電力に追従するように前記燃料電池の発電を制御するステップと、
前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、前記消費電力の増加量に応じて前記第２電力を前記負荷に供給するステップと
を備えることを特徴とする電力制御方法。
【請求項８】
ガスを用いて負荷に供給する第１電力を発電する燃料電池と、前記負荷に第２電力を供給可能な電力供給装置と、制御装置を有する電力制御システムであって、
前記制御装置は、
前記負荷の消費電力に追従するように前記燃料電池の発電を制御する第１制御部と、
前記消費電力の増加量が前記燃料電池によって追従可能な増加量以上になる場合に、前記消費電力の増加量に応じて前記第２電力を負荷に供給するように前記電力供給装置を制御する第２制御部と、を備える
ことを特徴とする電力制御システム。
【国際調査報告】
2013015225.tif 000008
2013015225.tif 000009
2013015225.tif 000010
2013015225.tif 000011