(57)【要約】【課題】自然エネルギー発電装置、コジェネレーションシステムまたは燃料電池などの発電装置と蓄電池を組み合わせた分散型電源システムにおいて、蓄電池の充放電の切換え回数を低減することで、蓄電池の長寿命化を図りまたは、より効率的な電力供給を図る。【解決手段】発電装置と蓄電池とを備え、発電装置による発電量が電力負荷量に対し不足している場合には該不足量に応じて蓄電池から放電し、発電装置による発電量が電力負荷量より多い場合にはその余剰量に応じて蓄電池に充電する分散型電源システムについて、発電装置の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値がより小さい場合には、該偏差の絶対値がより大きい場合と比較して、前記偏差の値を、その変動がより大きく抑制されるように変換することで、蓄電池から放電している状態と蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度を低減する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を出力する発電手段と、
電力を貯蔵し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差に応じて充電され、または放電する蓄電池と、
を備えた分散型電源システムの、制御装置であって、
前記発電手段による発電量が電力負荷量に対し不足している場合には該不足量に応じて前記蓄電池から放電して前記発電手段による発電量を補完するとともに、前記発電手段による発電量が電力負荷量より多い場合にはその余剰量に応じた電力を前記蓄電池に充電する制御手段と、
前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の値を、その変動が抑制されるように変換する変動抑制手段と、
前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値がより小さい場合には、該偏差の絶対値がより大きい場合と比較して、前記変動抑制手段による、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動の抑制の度合いを高めることで、前記制御手段により、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度を低減する充放電切換え抑制手段を、
備えることを特徴とする、分散型電源システムの制御装置。
【請求項２】
前記充放電切換え抑制手段は、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差についての閾値を一個または複数個有し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と前記閾値との関係に基づいて、前記偏差を、前記偏差の絶対値の大きさに応じた複数の領域に分割し、前記偏差の絶対値がより小さい領域においては、前記偏差の絶対値がより大きい領域と比較して、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変化速度が、より小さい値になるように、前記変動抑制手段に、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を変換させることを特徴とする、請求項１に記載の分散型電源システムの制御装置。
【請求項３】
前記充放電切換え抑制手段は、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と所定の閾値との関係に基づいて、前記偏差を、前記偏差の絶対値がより小さい第一領域と、前記偏差の絶対値がより大きい第二領域に分割し、前記偏差が前記第一領域に属する場合には、前記変動抑制手段に、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を、その変化速度が抑制されるように変換させることを特徴とする、請求項１または２に記載の分散型電源システムの制御装置。
【請求項４】
前記充放電切換え抑制手段は、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動が、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる変動か否かを判定する充放電切換え判定手段を有し、
前記充放電切換え判定手段が、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動が、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる変動であると判定した場合に、前記変動抑制手段に、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を、その変化速度が抑制されるように変換させることを特徴とする、請求項２または３に記載の分散型電源システムの制御装置。
【請求項５】
前記発電手段は、太陽電池によって太陽光エネルギーを電力に変換することで発電する太陽光発電手段であることを特徴とする、請求項１から４いずれか一項に記載の分散型電源システムの制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置と、
前記発電手段及び前記蓄電池の少なくとも一方と、電力負荷及び系統の少なくとも一方との間で、各々の出力を電圧変換および／または直流交流変換する電力変換装置と、
を備えることを特徴とする分散型電源システムのパワーコンディショナ。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置と、
電力を出力する発電手段と、
電力を貯蔵し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差に応じて充電され、または放電する蓄電池と、
を備えることを特徴とする分散型電源システム。
【請求項８】
請求項６に記載のパワーコンディショナと、
電力を出力する発電手段と、
電力を貯蔵し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差に応じて充電され、または放電する蓄電池と、
を備えることを特徴とする分散型電源システム。
【請求項９】
電力を出力する発電手段と、
電力を貯蔵し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差に応じて充電され、または放電する蓄電池と、を備え、
前記発電手段による発電量が電力負荷量に対し不足している場合には該不足量に応じて前記蓄電池から放電して前記発電手段による発電量を補完するとともに、前記前記発電手段による発電量が電力負荷量より多い場合にはその余剰量に応じた電力を前記蓄電池に充電する、分散型電源システムの制御方法であって、
前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値がより小さい場合には、該偏差の絶対値がより大きい場合と比較して、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の値を、その変動がより大きく抑制されるように変換することで、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度を低減することを特徴とする分散型電源システムの制御方法。
【請求項１０】
前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と一個または複数個設けられた閾値との関係に基づいて、前記偏差を、前記偏差の絶対値の大きさに応じた複数の領域に分割し、前記偏差の絶対値がより小さい領域においては、前記偏差の絶対値がより大きい領域と比較して、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変化速度が、より小さい値になるように、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を変換することを特徴とする、請求項９に記載の分散型電源システムの制御方法。
【請求項１１】
前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と所定の閾値との関係に基づいて、前記偏差を、前記偏差の絶対値がより小さい第一領域と、前記偏差の絶対値がより大きい第二領域に分割し、前記偏差が前記第一領域に属する場合には、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を、その変化速度が抑制されるように変換することを特徴とする、請求項９または１０に記載の分散型電源システムの制御方法。
【請求項１２】
前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動が、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる変動であると判定される場合に、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を、その変化速度が抑制されるように変換することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の分散型電源システムの制御方法。
【請求項１３】
前記発電手段は、太陽電池によって太陽光エネルギーを電力に変換することで発電する太陽光発電手段であることを特徴とする、請求項９から１２のいずれか一項に記載の分散型電源システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に蓄電池を併設して出力電力の変動を抑制する分散型電源システムの制御装置、パワーコンディショナ、分散型電源システム及び、分散型電源システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題が注目される中、クリーンなエネルギーである自然エネルギーを利用して発電する、自然エネルギー発電装置の普及が進んでいる。この自然エネルギー発電装置においては、出力が天候の変化により大きく変動する場合がある。この出力変動を抑制する対策の一つとして、自然エネルギー発電装置と蓄電池とを組み合わせたシステムが提案されている。このシステムでは、蓄電池でその充電レベルを適正に維持しつつ、システム全体としての急峻な出力変動を抑制し、系統の周波数調整力で緩やかな出力変動を吸収することが検討されている。また、コジェネレーションシステムや燃料電池に蓄電池を併設し、同様の制御が行われる場合もある。なお、上記のように、自然エネルギー発電装置、コジェネレーションシステムまたは燃料電池などの発電装置と蓄電池とを組み合わせたシステムを、以下において分散型電源システムと呼ぶ。
【０００３】
しかし、この分散型電源システムにおいては、自然エネルギー発電装置、コジェネレーションシステムまたは燃料電池などの発電装置の発電量は急峻に上下するため、その変動を蓄電池で吸収しようとすると、蓄電池においては、単位時間あたりの充放電電流レートの増大や充放電回数の増加を招く場合がある。その結果、発電電力の利用効率の低下や、蓄電池の寿命の短命化を招来する虞がある。
【０００４】
これに対し、変化速度制限フィルターを用いて蓄電池の単位時間あたりの充放電電流レートや充放電回数を抑える技術が提案されている(例えば、非特許文献１を参照。)。しかしながら、この技術においては、全ての発電電力に対して変化速度制限フィルターが効果を発揮するため、結果として、発電装置と蓄電池とを組み合わせによる供給電力の変動抑制率が低下してしまう場合があった。また、上記の技術においては全ての方向の発電電力の変化速度を制限するため、本来あまり制限する必要のない、充電方向から充電方向への変化速度や、放電方向から放電方向への変化速度も制限してしまい、効率的な変化速度制限とは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６０９１５６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】宮崎裕一、他３名、「蓄電池を用いた太陽光発電の出力変動抑制制御手法の開発−変化速度制限を用いた出力変動抑制制御手法の提案−」、電力中央研究所  研究報告書、研究報告Ｒ１００３４、平成２３年５月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術に鑑みて発明されたものであり、その目的は、自然エネルギー発電装置、コジェネレーションシステムまたは燃料電池などの発電装置と蓄電池を組み合わせた分散型電源システムにおいて、蓄電池の充放電の切換え回数を低減することで、
蓄電池の長寿命化を実現しまたは、より効率的な電力供給を実現する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明は、発電手段と蓄電池とを備え、発電手段による発電量が電力負荷量に対し不足している場合には該不足量に応じて前記蓄電池から放電し、前記発電手段による発電量が電力負荷量より多い場合にはその余剰量に応じて前記蓄電池に充電する分散型電源システムについての制御装置に関し、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値がより小さい場合には、該偏差の絶対値がより大きい場合と比較して、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の値を、その変動がより大きく抑制されるように変換することで、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度を低減することを最大の特徴とする。
【０００９】
より詳しくは、電力を出力する発電手段と、
電力を貯蔵し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差に応じて充電され、または放電する蓄電池と、
を備えた分散型電源システムの、制御装置であって、
前記発電手段による発電量が電力負荷量に対し不足している場合には該不足量に応じて前記蓄電池から放電して前記発電手段による発電量を補完するとともに、前記発電手段による発電量が電力負荷量より多い場合にはその余剰量に応じた電力を前記蓄電池に充電する制御手段と、
前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の値を、その変動が抑制されるように変換する変動抑制手段と、
を備えた、分散型電源システムであって、
前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値がより小さい場合には、該偏差の絶対値がより大きい場合と比較して、前記変動抑制手段による、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動の抑制の度合いを高めることで、前記制御手段により、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度を低減する充放電切換え抑制手段を、
備えることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明においては、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値がより小さい場合には、該偏差の絶対値がより大きい場合と比較して、前記変動抑制手段による、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動の抑制の度合いを高める。そうすると、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値が０により近い場合には、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動がより小さくなる。このことにより、蓄電池から放電している状態と蓄電池に充電している状態が、制御手段によって切換えられる頻度が低減される。
【００１１】
本発明によれば、蓄電池から放電している状態と蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度を低減することで、蓄電池への負担を低減することができる。その結果、蓄電池の寿命をより長くすることが可能である。また、本発明によれば、すべての場合に発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動を抑制する訳ではないので、発電手段と蓄電池とを組み合わせによる供給電力の変動抑制率が低下してしまうことを抑制でき、効率的な電力供給を行うことが可能となる。
【００１２】
また、本発明においては、前記充放電切換え抑制手段は、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差についての閾値を一個または複数個有し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と前記閾値との関係に基づいて、前記偏差を、前記偏差の絶対値の大きさに応じた複数の領域に分割し、前記偏差の絶対値がより小さい領域においては、前
記偏差の絶対値がより大きい領域と比較して、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変化速度が、より小さい値になるように、前記変動抑制手段に、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を変換させるようにしてもよい。
【００１３】
すなわち、本発明では、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と、一個または複数個準備された閾値との関係に基づいて、前記偏差を、偏差の絶対値の大きさに応じた複数の領域に分割する。これにより、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値は、その値に応じて少なくとも２段階にレベル分けされる。
【００１４】
そして、本発明では、前記偏差の絶対値がより小さい領域においては、前記偏差の絶対値がより大きい領域と比較して、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変化速度が、より小さい値になるように、変動抑制手段に、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を変換させる。すなわち、前記偏差の値が小さい場合には、その偏差の変化速度がより小さくなるように、偏差の値を変換する。
【００１５】
このことにより、制御手段によって、蓄電池から放電している状態と蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度が低減され、その結果として、蓄電池への負担を低減することができ、蓄電池の寿命をより長くすることが可能となる。また、すべての場合に発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動を抑制する場合と比較して、発電手段と蓄電池とを組み合わせによる供給電力の変動抑制率が低下してしまうことを抑制でき、より効率的な電力供給を行うことが可能となる。
【００１６】
また、本発明においては、前記充放電切換え抑制手段は、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と所定の閾値との関係に基づいて、前記偏差を、前記偏差の絶対値がより小さい第一領域と、前記偏差の絶対値がより大きい第二領域に分割し、前記偏差が前記第一領域に属する場合には、前記変動抑制手段に、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を、その変化速度が抑制されるように変換させるように変換させるようにしてもよい。
【００１７】
すなわち、本発明では、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と、所定の閾値との関係に基づいて、前記偏差を、偏差の絶対値の大きさに応じた第一領域と第二領域に分割する。そして、本発明では、前記偏差の絶対値がより小さい第一領域においては、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変化速度が、より小さい値になるように、変動抑制手段に、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を変換させる。
【００１８】
このことにより、制御手段によって、蓄電池から放電している状態と蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度が低減され、その結果として、蓄電池への負担を低減することができ、蓄電池の寿命をより長くすることが可能である。また、すべての場合に発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動を抑制する場合と比較して、発電手段と蓄電池とを組み合わせによる供給電力の変動抑制率が低下してしまうことを抑制でき、より効率的な電力供給を行うことが可能となる。
【００１９】
また、本発明においては、前記充放電切換え抑制手段は、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動が、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる変動か否かを判定する充放電切換え判定手段を有し、
前記充放電切換え判定手段が、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動が、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる変動であると判定した場合に、前記変動抑制手段に、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を、その変化速度が抑制されるように変換させるようにしてもよい。
【００２０】
すなわち、本発明では、充放電切換え判定手段によって、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動が、蓄電池から放電している状態と蓄電池に充電している状態が切換えられる変動であると実際に判定されたした場合に、変動抑制手段に、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を、その変化速度が抑制されるように変換させる。
【００２１】
これによれば、実際に、発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動が、蓄電池から放電している状態と蓄電池に充電している状態が切換えられる変動である場合に、制御手段によって、蓄電池から放電している状態と蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度が低減される。その結果、より確実に蓄電池への負担を低減することができ、より確実に蓄電池の寿命をより長くすることが可能である。また、すべての場合に発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動を抑制する場合と比較して、より効率的な電力供給を行うことが可能となる。
【００２２】
また、本発明においては、前記発電手段は、太陽電池によって太陽光エネルギーを電力に変換することで発電する太陽光発電手段としてもよい。これによれば、現在、再生可能エネルギーとして広く普及しつつある太陽電池と蓄電池とを組み合わせた太陽光発電システムにおいて、蓄電池への負担を低減することができ、蓄電池の寿命をより長くすることが可能である。
【００２３】
また、本発明は、上記の制御装置と、
前記発電手段及び前記蓄電池の少なくとも一方と、電力負荷及び系統の少なくとも一方との間で、各々の出力を電圧変換および／または直流交流変換する電力変換装置と、
を備えることを特徴とする分散型電源システムのパワーコンディショナであってもよい。
【００２４】
あるいは、本発明は、上記の制御装置と、
電力を出力する発電手段と、
電力を貯蔵し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差に応じて充電され、または放電する蓄電池と、
を備えることを特徴とする分散型電源システムであってもよい。
【００２５】
また、本発明は、上記のパワーコンディショナと、
電力を出力する発電手段と、
電力を貯蔵し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差に応じて充電され、または放電する蓄電池と、
を備えることを特徴とする分散型電源システムであってもよい。
【００２６】
また、本発明は、電力を出力する発電手段と、
電力を貯蔵し、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差に応じて充電され、または放電する蓄電池と、を備え、
前記発電手段による発電量が電力負荷量に対し不足している場合には該不足量に応じて前記蓄電池から放電して前記発電手段による発電量を補完するとともに、前記前記発電手段による発電量が電力負荷量より多い場合にはその余剰量に応じた電力を前記蓄電池に充電する、分散型電源システムの制御方法であって、
前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値がより小さい場合には、該偏差の絶対値がより大きい場合と比較して、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の値を、その変動がより大きく抑制されるように変換することで、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる頻度を低減することを特徴とする分散型電源システムの制御方法であってもよい。
【００２７】
また、この場合には、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と一個または複数個設けられた閾値との関係に基づいて、前記偏差を、前記偏差の絶対値の大きさに応じた複数の領域に分割し、前記偏差の絶対値がより小さい領域においては、前記偏差の絶対値がより大きい領域と比較して、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変化速度が、より小さい値になるように、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を変換することを特徴とする、分散型電源システムの制御方法であってもよい。
【００２８】
また、この場合には、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の絶対値と所定の閾値との関係に基づいて、前記偏差を、前記偏差の絶対値がより小さい第一領域と、前記偏差の絶対値がより大きい第二領域に分割し、前記偏差が前記第一領域に属する場合には、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を、その変化速度が抑制されるように変換することを特徴とする、分散型電源システムの制御方法であってもよい。
【００２９】
また、この場合には、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差の変動が、前記蓄電池から放電している状態と前記蓄電池に充電している状態が切換えられる変動であると判定される場合に、前記発電手段の発電量と電力負荷量との偏差を、その変化速度が抑制されるように変換することを特徴とする、分散型電源システムの制御方法であってもよい。
【００３０】
また、本発明は、前記発電手段は、太陽電池によって太陽光エネルギーを電力に変換することで発電する太陽光発電手段であることを特徴とする、分散型電源システムの制御方法であってもよい。
【００３１】
なお、上記した課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することが可能である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、自然エネルギー発電装置、コジェネレーションシステムまたは燃料電池などの発電装置と蓄電池を組み合わせた分散型電源システムにおいて、蓄電池の充放電の切換え回数を低減することで、蓄電池の長寿命化を実現しまたは、より効率的な電力供給を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１における太陽光発電システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における制御装置のシステム構成を示す図である。
【図３】従来の充放電量制御の内容を示すブロック図である。
【図４】従来のレイトリミッターを挿入した場合の、充放電量制御の内容を示すブロック図である。
【図５】従来のレイトリミッターを利用した場合の、太陽電池の発電量と負荷量の偏差と、レイトリミッターを通過した後の偏差出力との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例１におけるダイナミックレイトリミッターによる偏差変動の抑制のための、レイトリミッター制御ロジックのフローチャートである。
【図７】本発明の実施例１における充放電量制御の内容を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例１における太陽電池の発電量と負荷量の偏差と、ダイナミックレイトリミッターを通過した後の偏差出力との関係を示すグラフである。
【図９】従来のレイトリミッターを働かせた場合の変化速度の制限値を横軸に、ＦＲＲ及び、充放電回数を縦軸にとったグラフである。
【図１０】本発明の実施例１におけるダイナミックレイトリミッターに関して、太陽電池の発電量と負荷量の偏差の絶対値の規定値を横軸に、ＦＲＲ及び太陽電池の充放電回数を縦軸にとったグラフである。
【図１１】本発明の実施例１における太陽電池の発電量と負荷量の偏差の絶対値の規定値を横軸に、充電率及び放電率を縦軸にとったグラフである。
【図１２】本発明の実施例１におけるダイナミックレイトリミッターにおいてレイトリミッターを働かせる場合の変動速度の制限値を横軸に、ＦＲＲ及び充放電回数を縦軸にとったグラフである。
【図１３】季節と天気、負荷を含む３６のパターンにおける充放電回数を、リミッターなし、レイトリミッター使用、ダイナミックレイトリミッター使用の場合についてシミュレーションを行った結果を示す図である。
【図１４】季節と天気、負荷を含む３６のパターンにおけるＦＲＲを、リミッターなし、レイトリミッター使用、ダイナミックレイトリミッター使用の場合についてシミュレーションを行った結果を示す図である。
【図１５】春雨の場合における、リミッターなし、レイトリミッター使用、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の各場合について、太陽電池の発電量と負荷量の偏差、蓄電池の充放電、受電端売買電力の計測結果である。
【図１６】夏季の晴れの場合における、リミッターなし、レイトリミッター使用、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の各場合について、太陽電池の発電量と負荷量の偏差、蓄電池の充放電、受電端売買電力の計測結果である。
【図１７】夏季の雨の場合における、リミッターなし、レイトリミッター使用、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の各場合について、太陽電池の発電量と負荷量の偏差、蓄電池の充放電、受電端売買電力の計測結果である。
【図１８】秋雨の場合における、リミッターなし、レイトリミッター使用、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の各場合について、太陽電池の発電量と負荷量の偏差、蓄電池の充放電、受電端売買電力の計測結果である。
【図１９】冬季の曇りの場合における、リミッターなし、レイトリミッター使用、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の各場合について、太陽電池の発電量と負荷量の偏差、蓄電池の充放電、受電端売買電力の計測結果である。
【図２０】本発明の実施例２におけるマルチレベルダイナミックレイトリミッターによる偏差変動の抑制のための、レイトリミッター制御ロジック２のフローチャートである。
【図２１】本発明の実施例２におけるマルチレベルダイナミックレイトリミッターの制御内容に係るブロック図である。
【図２２】本発明の実施例２における、太陽電池の発電量と負荷量の偏差と、マルチレベルダイナミックレイトリミッターによる偏差変動の抑制制御を行った後の偏差出力との関係を示す図である。
【図２３】実施例２における、２段階目の偏差範囲における制限値２を横軸に、ＦＲＲ及び充放電回数を縦軸にとったグラフである。
【図２４】実施例２における、制限値２を０．４とした場合に、横軸に規定値２、縦軸にＦＲＲと充放電回数をとったグラフである。
【図２５】実施例２における、季節と天気、負荷を含むパターンにおける充放電回数を、ダイナミックレイトリミッターを使用した場合と、本実施例に係るマルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合についてシミュレーションを行った結果である。
【図２６】実施例２における、季節と天気、負荷を含むパターンにおけるＦＲＲを、ダイナミックレイトリミッターを使用した場合と、本実施例に係るマルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合についてシミュレーションを行った結果である。
【図２７】実施例３におけるディレクショナルダイナミックレイトリミッターによる偏差変動の抑制のための、レイトリミッター制御ロジック３のフローチャートである。
【図２８】実施例３における、太陽電池の発電量と負荷量の偏差と、ディレクショナルダイナミックレイトリミッターを使用した場合の偏差出力との関係を示す図である。
【図２９】実施例４における、リミテッドディレクショナルダイナミックレイトリミッターの制御のルールについて説明するための図である。
【図３０】実施例３における、太陽電池の発電量と負荷量の偏差と、ディレクショナルダイナミックレイトリミッターを使用した場合の偏差出力との関係の別の例を示す図である。
【図３１】実施例４における、太陽電池の発電量と負荷量の偏差と、リミテッドディレクショナルダイナミックレイトリミッターを使用した場合の偏差出力との関係を示す図である。
【図３２】本発明の実施例における太陽光発電システムの概略構成のバリエーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。なお、下記の実施例においては、発電手段の例として太陽電池を例にとって説明するが、本発明の適用対象は太陽光発電に限定されるものではない。
【００３５】
＜実施例１＞
【００３６】
図１には、本実施例における分散型電源システムの一例である太陽光発電システム１の概略構成を示す。太陽光発電システム１においては、自然エネルギーとして太陽光エネルギーを利用して発電する太陽電池２が設けられている。太陽電池２の出力は、太陽電池２の直流出力を電圧変換して昇圧するＤＣ／ＤＣ変換回路３に入力される。また、ＤＣ／ＤＣ変換回路３から出力される直流電力は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４によって交流に変換される。この双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路３の出力は、系統８及び負荷９に接続されている。
【００３７】
系統８が正常に作動している場合には、太陽光発電システム１は、系統８と連系した連系運転状態になる。そのとき、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４は系統８と負荷９に交流電力を出力する。双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４からの出力電力が負荷９の消費電力よりも少ないときには、不足分が系統８から負荷９に自動的に供給されるようにしてもよい。逆に、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４からの出力電力が負荷９の消費電力よりも多いときには、余剰分が系統８に自動的に供給されるようにしてもよい。
【００３８】
また、本実施例における太陽光発電システム１は、蓄電池５を備えている。本実施例においては、蓄電池５としてリチウム・イオン電池を用いることを前提に説明を進めるが、蓄電池５は、例えばＮａＳ電池（ナトリウム−硫黄電池）など、他の種類のものであっても構わない。蓄電池５の出力は双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路６に接続され電圧変換される。双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路６の出力は、ＤＣ／ＤＣ変換回路３の出力に接続されている。これにより、負荷９の消費電力が太陽電池２による発電電力より多い場合には、蓄電池５から放電される電力を補完することで負荷９の消費電力を充足させる。また、前述のように、太陽電池２による発電量は天候の影響を受けて出力が大きく変動し、系統８の電圧変動や周波数変動といった電力品質への悪影響を与える虞があるので、蓄電池５からの電力供給によって、太陽電池２と蓄電池５の組み合わせにおける発電電力の変動を抑制するようになっている。
【００３９】
また、負荷９の消費電力が太陽電池２による発電電力より少なく、蓄電池５の充電量が不充分な場合は、太陽電池２で発電された電力のうち、負荷９に供給されない分は、蓄電池５の充電のために双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路６を通じて蓄電池５に供給される。また、蓄電池５の充電量が不充分であって太陽電池２で発電された電力のうち、負荷９に供給されない分の電力が蓄電池５の充電のための電力として不充分な場合には、系統８から、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路６を通じて、蓄電池５に電力が供給されるようにしてもよい。
【００４０】
この蓄電池５からの充放電量の制御は、制御装置７が有する図示しないマイクロプロセッサ及び、マイクロプロセッサ上で実行されるプログラムによって双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路６が制御されることにより実現される。この図示しないマイクロプロセッサ及びプログラムは、本実施例における制御手段に相当する。制御装置７は、後述するＰＶ発電量センサーによってＤＣ／ＤＣ変換回路３の出力電力を計測するとともに、負荷量センサーによって負荷９における負荷電力を計測し、その偏差の量に応じて、蓄電池５の充放電量を制御する。なお、図１において破線で示す範囲、すなわちＤＣ／ＤＣ変換回路３、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４、制御装置７、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路６を、パワーコンディショナ１ａという形で一筐体内に配置してもよい。あるいは、制御装置７だけを独立の装置とし、点線で示す範囲、すなわちＤＣ／ＤＣ変換回路３、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路６をパワーコンディショナ１ｂという形で一筐体内に配置してもよい。ここで、ＤＣ／ＤＣ変換回路３、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路６の少なくとも一つは、本実施例における電力変換装置に相当する。
【００４１】
図２には、制御装置７のシステム構成図を示す。制御装置７は、ＣＰＵ７６、ＲＯＭ７７、ＲＡＭ７８の他、先述のＰＶ発電量センサーとしての電圧センサー７１、電流センサー７２と、負荷量センサーとしての電圧センサー７３、電流センサー７４と、を備えており、これらのセンサーからのアナログ出力は、ＡＤコンバーター７４によってデジタル化される。また、制御装置７の制御信号は、Ｉ／Ｏインターフェース７５を通じて、充放電量制御のために双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路６に入力される。
【００４２】
図３には、制御装置７による従来の充放電量制御のブロック図を示す。図３に示すように、従来の充放電量制御においては、太陽電池２による発電量と負荷９の負荷量との偏差と、蓄電池５による充放電量と、の間の偏差が目標値に近づくように、制御ロジックに基づく充放電制御が行われる。この目標値が０の場合には、基本的に系統８との間の電力授受がないように制御されることになる。
【００４３】
なお、前述のように、蓄電池５からの電力供給によって、太陽電池２と蓄電池５の組み合わせにおける発電電力の変動を抑制するようになっているが、太陽電池２と蓄電池５の組合せによる供給電力の変動抑制効果は以下の変動抑制率（ＦＲＲ：Fluctuation Reduction Rate）によって評価される。
ＦＲＲ＝（Ｓｐｖ−Ｓｇｄ）／Ｓｐｖ×１００・・・・・（１）
ここで、Ｓｐｖは、太陽電池出力にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を施して得られる、所定の周波数範囲における周波数スペクトル成分の大きさである。また、Ｓｇｄは、太陽電池２と蓄電池５の出力の組合せ後の連係点における出力にＦＦＴを施して得られる、所定の周波数範囲における周波数スペクトル成分の大きさである。よって、ＦＲＲの値が大きいほど、太陽電池２と蓄電池５の組合せにおける発電電力の変動抑制効果が大きいことを意味する。（直井伸也、他２名、「出力変動抑制機能付き太陽光発電システムの実証試験」、東芝レビュー、Vol.67 No.1（2012）、ｐ．１４−１７） 
【００４４】
このように、太陽電池２による発電量の、天候の変化による変動を、蓄電池５で吸収して抑制しているので、天候や負荷９の負荷量の状態によっては、単位時間あたりの蓄電池５の充放電電流レートが増大したり蓄電池５の充放電回数が増加したりするため、太陽電池２と蓄電池５の組合せによる発電効率が低下したり、蓄電池５の寿命が短寿命化するなどの不都合が生じる場合があった。
【００４５】
それに対し、従来より、「変化速度制限フィルター」を用いる対策が提案されている。
これは、図４に示すように、太陽電池２の発電量と負荷量との偏差の量に対して変動抑制手段の一例としてのレイトリミッター７６０を挿入し、太陽電池２の発電量と負荷量との偏差の変化速度の絶対値を常に規定値以下に制限するものである。
【００４６】
ここで、太陽電池２の発電量と負荷量との偏差の変化速度（レイト）は、以下の式で表される。
Ｒａｔｅ＝（ｙ（ｘ）−ｙ（ｘ−１））／（ｔ（ｘ）−ｔ（ｘ−１））・・・（２）
ここで、ｔ（ｘ）は、ｘ番目のサンプリング時刻、ｙ（ｘ）は、ｔ（ｘ）における物理量（今回の場合は、太陽電池２の発電量と負荷量との偏差）である。
【００４７】
そして、レイトリミッター７６０においては、最大立ち上がりレートをＲｐ、最大立下りレートをＲｎとすると、上記のＲａｔｅが制限値であるＲｐ以下、Ｒｎ以上の場合出力はｙ（ｘ）がそのまま出力される。また、上記のＲａｔｅが制限値であるＲｐ以上の場合はＲｐが、Ｒｎ以下の場合はＲｎが出力される。このレイトリミッター７６０を利用した場合の、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、レイトリミッター７６０を通過した後の偏差出力との関係は、図５に示すようなものになる。なお、図５では、図３における目標値は０としている。
【００４８】
図５において、横軸は時間、縦軸は電力であるが、電力の数値自体は便宜上のものである。この点は、以下の説明における同様のグラフでも同じである。点線で示すのは太陽電池２の発電量と負荷量の偏差であり、実線で示すのはレイトリミッター７６０を働かせた場合の偏差出力である。図５から分かるように、レイトリミッター７６０を挿入することで、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変動（以下、偏差変動ともいう）が抑えられている。その結果、蓄電池５による充放電量の変動も押えられ、充放電の切換え回数も減少する。しかしながら、このレイトリミッター７６０を挿入する方策では、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差がどのような値であっても、その変化速度が制限される。そのため、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が大きく増加する場合には、その変化を蓄電池５が充分に補完することができず、太陽電池２と蓄電池５の組み合わせによる、発電電力の変動抑制効果が充分得られない場合があった。
【００４９】
また、レイトリミッター７６０を挿入する方策では、蓄電池５の寿命の短寿命化を抑制する観点からは、あまり偏差変動を抑制する必要のない、蓄電池５における充電方向から充電方向または、放電方向から放電方向への偏差変動も制限してしまう。従って、太陽電池２と蓄電池５の組合せによる発電電力の変動抑制が効率良く行われているとは言えなかった。
【００５０】
これに対し、本実施例では、レイトリミッター７６０を、太陽電池２の発電量と負荷量との偏差の絶対値が規定値以下の場合にのみ働かせる、ダイナミックレイトリミッターを採用することにした。このダイナミックレイトリミッターによる偏差変動の抑制のための、レイトリミッター制御ロジックのフローチャートを図６に示す。このレイトリミッター制御ロジックは、制御装置７のＲＯＭ７７に格納されたプログラムであり、ＣＰＵ７６によって実行される。
【００５１】
本ロジックが実行されると、まず、Ｓ１０１において、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値以下か否かが判定される。ここで、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値より大きいと判定された場合には、充電方向から放電方向へまたは放電方向から充電方向へというように、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性は低いと判断されるので、Ｓ１０４に進む。一方、Ｓ１０１において、偏差の絶
対値が規定値以下であると判定された場合には、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性が高いと判断されるので、Ｓ１０２に進む。
【００５２】
Ｓ１０２においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変化速度の絶対値が制限値以下かどうかが判定される。ここで、変化速度の絶対値が制限値以下であると判定された場合には、偏差変動を抑制する必要は特にないと判断されるのでＳ１０４に進む。一方、変化速度の絶対値が制限値より大きいと判定された場合には、偏差変動を抑制する必要があると判断されるのでＳ１０３に進む。
【００５３】
Ｓ１０３においては、変化速度の絶対値が制限値となるような偏差の値を出力する。一方、Ｓ１０４においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差、すなわちレイトリミッター７６０への入力をそのまま出力する。Ｓ１０３またはＳ１０４の処理が終了すると本ロジックを一旦終了する。なお、図６のＳ１０１及びＳ１０２においては、簡単のため、夫々偏差、変化速度という言葉を使用しているが、これらは正確には、偏差の絶対値、変化速度の絶対値を表している。なお、本実施例におけるレイトリミッター制御ロジックまたは、レイトリミッター制御ロジックを実行するＣＰＵ７６は、充放電切換え抑制手段に相当する。
【００５４】
図７には、本実施例における制御内容に係るブロック図を示す。本実施例における示すブロック図と、図４に示したブロック図との相違点は、本実施例においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差に対してレイトリミッター７６０を働かす経路と、働かせない経路とが設けられており、何れの経路を使用するかを選択するレイトリミッター制御ロジック７６１が設けられている点である。このレイトリミッター制御ロジック７６１が、図６に示したフローチャートにおいてＳ１０３の処理を実行するか、Ｓ１０４の処理を実行するかによって、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差がレイトリミッター７６０を働かせるか否かが選択される。
【００５５】
図８には、本実施例における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、レイトリミッター制御ロジック７６１及びレイトリミッター７６０による偏差変動の抑制制御を行った後の偏差出力との関係を示す。点線で示されるカーブは太陽電池２の発電量と負荷量の偏差である。実線で示されるカーブは、レイトリミッター制御ロジック７６１及びレイトリミッター７６０による偏差変動の抑制制御を行った後の偏差出力である。図８においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値の規定値、すなわち、レイトリミッター７６０を働かせるかどうかの閾値は５と定めている。また、レイトリミッター７６０を働かせる場合の変化速度の絶対値の制限値は１と定めている。従って、点線で示した太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が、−５〜＋５の範囲であって、その時点におけるレイトリミッター７６０の偏差出力から、次のサンプリング時間における偏差量への変化速度の絶対値が１より大きい場合には、変化速度すなわちグラフの傾きの絶対値を１に制限している。
【００５６】
以上のダイナミックレイトリミッターによれば、太陽電池２の充放電の方向が切換る可能性の高い、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が小さい領域に限って偏差変動を抑制するので、単にレイトリミッターを使用した場合、すなわち全ての偏差変動を抑制する場合と比較して、全体としての太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の偏差変動に対する蓄電池５の出力の追従性を高めることができる、よって、太陽電池２と蓄電池５の組合せに係るＦＲＲを、レイトリミッターを使用した場合と比較して高く維持することが可能となる。
【００５７】
次に、ダイナミックレイトリミッターにおける、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値に関する実際の規定値、すなわち、レイトリミッター７６０を働かせるかどうかの閾値と、レイトリミッター７６０を働かせる場合の変動速度の実際の制限値の決め方について説明する。ダイナミックレイトリミッターについて説明する前に、まず、単にレイト
リミッター７６０を働かせる場合の、変動速度の実際の制限値の決め方について説明する。
【００５８】
図９には、単にレイトリミッター７６０を働かせた場合の変化速度の絶対値の制限値を横軸に、ＦＲＲ及び、充放電回数を縦軸にとったグラフを示す。実線が充放電回数、破線がＦＲＲを示す。このグラフから、単にレイトリミッター７６０を働かせた場合には、変化速度の絶対値の制限値を設定しない場合と比較して、充放電回数をある程度低減することができ、且つ充分なＦＲＲを得ることが可能な制限値として、例えば０．５程度としても良いことが分かる。
【００５９】
次に、図１０には、本実施例におけるダイナミックレイトリミッターに関して、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値の規定値を横軸に、ＦＲＲ及び太陽電池２の充放電回数を縦軸にとったグラフを示す。図１０から、ＦＲＲが７０％以上、充放電回数が１０回以下となる規定値の範囲を検討すると、０．２５≦規定値≦０．４程度の値に設定してもよいことが分かる。また、図１１には、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値の規定値を横軸に、充電率及び放電率を縦軸にとったグラフを示す。ここで、充電率及び放電率は９０％〜１００％の範囲であることが望ましいので、図１１から規定値の範囲を検討すると、０≦規定値≦０．２５程度の値が望ましいと言える。よって、図１０及び図１１の結果から、規定値の値としては０．２５を採用してもよいことが分かる。
【００６０】
図１２には、ダイナミックレイトリミッターにおいてレイトリミッター７６０を働かせる場合の変動速度の絶対値の制限値を横軸に、ＦＲＲ及び充放電回数を縦軸にとったグラフを示す。実線が充放電回数、破線がＦＲＲを示す。また、このグラフでは規定値は０．２５で固定している。このグラフからダイナミックレイトリミッターにおいては、変化速度の絶対値の制限値を設定しない場合と比較して、充放電回数をある程度低減することができ、且つ充分なＦＲＲを得ることが可能な制限値として、例えば０．０１程度としても良いことが分かる。
【００６１】
図１３には、横軸に、季節と天気、負荷（オール電化、ガス併用、ガス発電併用）を含む３６パターンにおける充放電回数を、リミッターなし、レイトリミッター使用、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の各場合についてシミュレーションを行った結果を示す。実線はリミッターなし、点線がレイトリミッター使用、破線は本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の場合を示している。図１３から分かるように、全体的には、リミッターなしの場合に比較して、レイトリミッターを使用した方が、また、レイトリミッター使用の場合と比較して、ダイナミックレイトリミッターを使用した場合の方が、充放電回数が改善している。
【００６２】
また、図１４には、横軸に、季節と天気、負荷（オール電化、ガス併用、ガス発電併用）を含む３６パターンにおけるＦＲＲを、リミッターなし、レイトリミッター使用、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の各場合についてシミュレーションを行った結果を示す。実線はリミッターなし、点線がレイトリミッター使用、破線は本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の場合を示している。図１４から分かるように、全体的には、リミッターなしの場合が、ＦＲＲが最も高くなっているが、レイトリミッター使用の場合と比較して、ダイナミックレイトリミッターを使用した場合の方が、ＦＲＲが高くなっている。
【００６３】
図１５〜図１９には、各環境条件における、リミッターなし、レイトリミッター使用、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用の各場合について、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差、蓄電池５の充放電、受電端売買電力の計測結果を示す。図１５は春雨の場合、図１６は、夏季の晴れの場合、図１７は、夏季の雨の場合、図１８は秋雨の場合
、図１９は冬季の曇りの場合について示す。５種類の環境条件における測定の全ての場合において、ＦＲＲについてはリミッターなし、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用、レイトリミッター使用の順番でＦＲＲが高く、充放電回数についてはレイトリミッター使用、本実施例に係るダイナミックレイトリミッター使用、リミッターなしの順番で充放電回数が少ないことが分かる。
【００６４】
以上の結果、比較的少ない充放電回数と、比較的高いＦＲＲをバランス良く得る方法として、本実施例におけるダイナミックレイトリミッターを使用することが有効である点が理解できた。
【００６５】
＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値の規定値を複数有し、当該偏差の値に応じて、多段階で変化速度の絶対値の制限値を設定するマルチレベルダイナミックレイトリミッターについて説明する。なお、本実施例における太陽光発電システム１及び、制御装置７のシステム構成は図１及び、図２に示した実施例１のものと同様である。
【００６６】
実施例１におけるダイナミックレイトリミッターを使用することを前提として、充放電回数をさらに減少させようとする場合は、ＦＲＲの減少量が大きくなってしまい、実施例１で示した以上に充放電回数を減少させることが容易ではなかった。それに対し本実施例では、実施例１で設定した規定値の範囲に対し、より広い範囲の第２の規定値を設定し、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値より大きく第２の規定値以下の場合には、偏差の変化速度に対して、実施例１における制限値より大きな第２の制限値を設定し、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変化速度を制限することとした。以下の説明では、この制御をマルチレベルダイナミックレイトリミッターと呼ぶ。
【００６７】
図２０には、本実施例におけるマルチレベルダイナミックレイトリミッターによる偏差変動の抑制のための、レイトリミッター制御ロジック２のフローチャートを示す。このレイトリミッター制御ロジック２も、制御装置７のＲＯＭ７７に格納されたプログラムであり、ＣＰＵ７６によって実行される。
【００６８】
本ロジックが実行されると、まず、Ｓ２０１において、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値１以下か否かが判定される。ここで言う規定値１はダイナミックレイトリミッターにおける規定値に相当する。そして、偏差の絶対値が規定値１より大きいと判定された場合には、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性は低いと判断されるので、Ｓ２０５に進む。一方、Ｓ１０１において、偏差の絶対値が規定値以下であると判定された場合には、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性が高いと判断されるので、Ｓ２０２に進む。
【００６９】
Ｓ２０２においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変化速度の絶対値が制限値１以下かどうかが判定される。ここで言う制限値１はダイナミックレイトリミッターにおける制限値に相当する。そして、変化速度の絶対値が制限値１以下であると判定された場合には、偏差変動を抑制する必要は特にないと判断されるのでＳ２０４に進む。一方、変化速度の絶対値が制限値１より大きいと判定された場合には、偏差変動を抑制する必要があると判断されるのでＳ２０３に進む。
【００７０】
Ｓ２０３においては、変化速度の絶対値が制限値１となるような偏差出力を算出し、その値を出力する。一方、Ｓ２０４においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差をそのまま出力する。
【００７１】
次に、Ｓ２０５においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値２以下か否かが判定される。なお、規定値１及び規定値２は正数であり、規定値２は規定値１より大きくなるように設定されている。ここで、偏差の絶対値が規定値２より大きいと判定された場合には、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性はより低いと判断されるのでＳ２０９に進む。一方、Ｓ２０５において、偏差の絶対値が規定値２以下であると判定された場合には、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性が残っている判断されるのでＳ２０６に進む。
【００７２】
Ｓ２０６においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変化速度の絶対値が制限値２以下かどうかが判定される。なお、制限値１及び制限値２は正数であり、制限値２は制限値１より大きくなるように設定されている。ここで、変化速度の絶対値が制限値２以下であると判定された場合には、偏差変動を抑制する必要は特にないと判断されるのでＳ２０８に進む。一方、変化速度の絶対値が制限値２より大きいと判定された場合には、偏差変動を抑制する必要があると判断されるのでＳ２０７に進む。
【００７３】
Ｓ２０７においては、変化速度の絶対値が制限値２となるような偏差出力が算出され、その値が出力される。一方、Ｓ２０８においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の値がそのまま出力される。Ｓ２０３、Ｓ２０４、Ｓ２０７、Ｓ２０８のいずれかの処理が終了すると一旦本フローを終了する。
【００７４】
Ｓ２０１〜Ｓ２０８のフローによって、２段階の既定値と制限値を有するマルチレベルダイナミックレイトリミッターが実現されるが、同様に、３段階以上の規定値及び制限値が設定されている場合にはＳ２０５〜Ｓ２０８に相当する処理が繰り返される。ここでは、仮にｎ段階の規定値及び制限値を有する場合について、Ｓ２０９以降の処理として説明する。Ｓ２０９においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値ｎ以下か否かが判定される。ここで、偏差の絶対値が規定値ｎより大きいと判定された場合には、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性はさらに低いと判断されるので、Ｓ２１２に進む。一方、Ｓ２０９において、偏差の絶対値が規定値ｎ以下であると判定された場合には、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性がさらに残っていると判断されるので、Ｓ２１０に進む。
【００７５】
Ｓ２１０においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変化速度の絶対値が第ｎ制限値以下かどうかが判定される。ここで、変化速度の絶対値が第ｎ制限値以下であると判定された場合には、偏差変動を抑制する必要は特にないと判断されるのでＳ２１２に進む。一方、変化速度の絶対値が第ｎ制限値より大きいと判定された場合には、偏差変動を抑制する必要があると判断されるのでＳ２１１に進む。
【００７６】
Ｓ２１１においては、変化速度の絶対値が制限値ｎとなるような偏差出力が算出され、その値が出力される。一方、Ｓ２１２においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差をそのまま出力する。Ｓ２１１またはＳ２１２の処理が終了すると本フローを一旦終了する。なお、図２０のＳ２０１、Ｓ２０５及びＳ２０９においては、簡単のため偏差という言葉を使用しているが、これらは各々、偏差の絶対値を意味する。また、Ｓ２０２、２０６及び２１０においても、簡単のため変化速度という言葉を使用しているが、これらは各々、変化速度の絶対値を意味する。また、本実施例におけるレイトリミッター制御ロジック２または、レイトリミッター制御ロジック２を実行するＣＰＵ７６は、充放電切換え抑制手段に相当する。
【００７７】
図２１には、本実施例におけるマルチレベルダイナミックレイトリミッターの制御内容に係るブロック図を示す。本実施例における示すブロック図と、図７に示したブロック図との相違点は、本実施例においては、レイトリミッター７６０とレイトリミッター７６２
の２種類のレイトリミッターを有する点である。レイトリミッター７６０は、規定値１及び制限値１を制御に用いているのに対し、レイトリミッター７６２は、規定値２及び制限値２を制御に用いている。本実施例においては、レイトリミッター制御ロジック７６１が、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差に応じて、何れのレイトリミッターを働かせるか、あるいは、何れのレイトリミッターも働かせないかを選択する。なお、ｎ段階の規定値及び制限値を有する場合は、図２１においてｎ個のレイトリミッターを有することとなる。
【００７８】
図２２には、本実施例における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、マルチレベルダイナミックレイトリミッターによる偏差変動の抑制制御を行った後の偏差出力との関係を示す。横軸は時間であり縦軸は電力であるが数値自体は便宜上のものである。図２２においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値の規定値は破線で示すように５、規定値２は点線で示すように１５に設定されている。また、変化速度の絶対値の制限値は１、制限値２は５と定めている。従って、点線の折れ線で示した太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が、−５〜＋５の範囲（偏差の絶対値が５以下）であって、その時点におけるレイトリミッターの偏差出力から、次の偏差量への変化速度の絶対値が１より大きい場合には、変化速度（グラフの傾き）の絶対値を１に制限している。また、点線の折れ線で示した太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が、−１５〜−５及び、＋５〜＋１５の範囲であって、その時点におけるレイトリミッターの偏差出力から、次の偏差量への変化速度の絶対値が５より大きい場合には、変化速度（グラフの傾き）の絶対値を５に制限している。
【００７９】
これによれば、太陽電池２の充放電の方向が切換る可能性の高い、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が小さい場合には、より厳しく偏差変動を抑制し、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が大きくなるにつれ、偏差変動の抑制の度合いを緩和する制御が実現できるので、ダイナミックレイトリミッターを用いた場合と比較して、より確実に、充放電回数を減少させることが可能となる。
【００８０】
次に、本実施例におけるマルチレベルダイナミックレイトリミッターにおける規定値２と、制限値２の値の設定の仕方について説明する。この際、１段階目の偏差範囲の規定値１は、実施例１と同様０．２５に設定する。また、制限値１も実施例１と同様０．０１に設定する。図２３には、２段階目の偏差範囲における制限値２を横軸に、ＦＲＲ及び充放電回数を縦軸にとったグラフを示す。図２３において、少ない充放電回数と、高いＦＲＲを併せて実現可能な制限値２としては、０．４の値を選択してもよいことが分かる。なお、この際、規定値２としては仮に０．８に固定している。
【００８１】
次に、図２４には、制限値２を０．４とした場合に、横軸に規定値２、縦軸にＦＲＲと充放電回数をとったグラフを示す。図２４において、低い充放電回数と、高いＦＲＲを併せて実現可能な制限値２としては、０．７５の値を選択してもよいことが分かる。
【００８２】
次に、規定値を０．２５、制限値を０．０１、規定値２を０．７５、制限値２を０．４と設定した上で、マルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合のＦＲＲと、充放電回数をシミュレーションによって求めたところ、ＦＲＲは７７％、充放電回数は４回であった。これに対し、実施例１で示したダイナミックレイトリミッターを用いて充放電回数を４回に抑えるためには、規定値は０．７５、制限値は０．０２である必要があり、この規定値及び制限値を用いてシミュレーションを行ったところ、ＦＲＲは５２％であった。このように、本実施例におけるマルチレベルダイナミックレイトリミッターを用いれば、実施例１におけるダイナミックレイトリミッターを用いた場合と比較して、同じ充放電回数とした場合には、より高いＦＲＲを得ることが可能である。
【００８３】
図２５には、横軸に、季節と天気、負荷（オール電化、ガス併用、ガス発電併用）を含む３６パターンにおける充放電回数を、ダイナミックレイトリミッターを使用した場合と
、本実施例に係るマルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合についてシミュレーションを行った結果を示す。実線はダイナミックレイトリミッターを使用した場合、点線は本実施例に係るマルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合を示している。ここでは、ダイナミックレイトリミッターの制限値を０．０１、規定値を０．２５、マルチレベルダイナミックレイトリミッターの制限値を０．２、規定値を０．３５、制限値２を０．０１、規定値２を０．２５としている。
【００８４】
図２５から分かるように、全体的には、ダイナミックレイトリミッターを使用した場合より、マルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合の方が、充放電回数が改善していることが分かる。充放電回数の平均は、ダイナミックレイトリミッターを使用した場合は１６回、マルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合は１４回であった。
【００８５】
また、図２６には、横軸に、季節と天気、負荷（オール電化、ガス併用、ガス発電併用）を含む３６パターンにおけるＦＲＲを、ダイナミックレイトリミッターを使用した場合及び、本実施例に係るマルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合についてシミュレーションを行った結果を示す。実線はダイナミックレイトリミッターを使用した場合、点線は本実施例に係るマルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合を示している。図２６から分かるように、全体的には、ダイナミックレイトリミッターを使用した場合と、マルチレベルダイナミックレイトリミッターを使用した場合とで、同等のＦＲＲを得られたことが分かる。ＦＲＲの平均値は両方の場合において８５％であった。
【００８６】
なお、上記の実施例１及び２においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差を複数の領域に分割し、各々の領域において異なる規定値及び制限値を使用して、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変動が、偏差０のラインと交差しないように制御を行った。しかしながら、このような段階的な制御ではなく、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の値に応じて、無段階に定められた制限値を予め作成したマップから読み出して、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が小さいほど、より小さい制限値を使用して制御するようにしても構わない。
【００８７】
これによれば、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が小さいほど、偏差の変化速度の絶対値を、きめ細やかに小さくすることができ、より確実に、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変動が、偏差０のラインと交差しないようにすることができる。
【００８８】
＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例では、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値以下の場合であって、更に、偏差の変化速度の絶対値が制限値以下であり、且つ、偏差が、充放電の方向を変える偏差である場合に、偏差の変化速度を制限するディレクショナルダイナミックレイトリミッターについて説明する。なお、本実施例における太陽光発電システム１及び、制御装置７のシステム構成は図１及び、図２に示した実施例１のものと同様である。
【００８９】
図２７には、本実施例におけるディレクショナルダイナミックレイトリミッターによる偏差変動の抑制のための、レイトリミッター制御ロジック３のフローチャートを示す。このレイトリミッター制御ロジック３も、制御装置７のＲＯＭ７７に格納されたプログラムであり、ＣＰＵ７６によって実行される。
【００９０】
本ロジックが実行されると、まず、Ｓ３０１において、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値以下か否かが判定される。ここで、偏差の絶対値が規定値より大き
いと判定された場合には、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性は低いと判断されるので、Ｓ３０５に進む。一方、Ｓ３０１において、偏差の絶対値が規定値以下であると判定された場合には、偏差変動によって蓄電池５の充放電の方向が切換る可能性が高いと判断されるので、Ｓ３０２に進む。
【００９１】
Ｓ３０２においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変化速度の絶対値が制限値以下かどうかが判定される。ここで、変化速度の絶対値が制限値以下であると判定された場合には、偏差変動を抑制する必要は特にないと判断されるのでＳ３０５に進む。一方、変化速度の絶対値が制限値より大きいと判定された場合には、偏差変動を抑制する必要があると判断されるのでＳ３０３に進む。
【００９２】
Ｓ３０３においては、変化後の偏差が蓄電池５の充放電の方向を変える偏差か否かが判定される。すなわち、偏差出力のカーブが充放電量０のラインと交差するような偏差かどうかが判定される。ここで、変化後の偏差が蓄電池５の充放電の方向を変える偏差でない場合には、必ずしも偏差変動を抑制する必要はないと判断されるのでＳ３０５に進む。一方、変化後の偏差が蓄電池５の充放電の方向を変える偏差であると判定された場合には、偏差変動を抑制する必要があると判断されるのでＳ３０４に進む。
【００９３】
Ｓ３０４においては、変化速度の絶対値が制限値となるような偏差出力を算出し、この値を出力する。一方、Ｓ３０５においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差をそのまま出力する。本実施例における制御内容に係るブロック図の内容は、図７に示したブロック図と同等であるので、ここでは説明を省略する。なお、本実施例におけるレイトリミッター制御ロジック３または、レイトリミッター制御ロジック３を実行するＣＰＵ７６は、充放電切換え抑制手段に相当する。また、特に、レイトリミッター制御ロジック３におけるＳ３０３の処理または、Ｓ３０３の処理を実行するＣＰＵ７６は、充放電切換え判定手段に相当する。
【００９４】
図２８には、本実施例における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、ディレクショナルダイナミックレイトリミッターを使用した場合の偏差出力との関係を示す。横軸は時間、縦軸は電力であるが数値自体は便宜上のものである。図２８においては、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値の規定値は５と設定されている。また、変化速度の絶対値の制限値は１と設定されている。従って、点線で示した太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が、−５〜＋５の範囲であって、次の偏差量への変化速度の絶対値が１より大きく、さらに、その時点におけるディレクショナルダイナミックレイトリミッターの偏差出力から、次の偏差への変化が偏差０のラインと交差する場合には、変化速度（グラフの傾き）の絶対値を１に制限している。
【００９５】
これによれば、太陽電池２の充放電の方向が実際に切換る場合に限って、偏差変動を抑制するので、全体としての太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の偏差変動に対する蓄電池５の出力の追従性をより高めることができるので、太陽電池２と蓄電池５の組合せにおけるＦＲＲをより高く維持することが可能となる。
【００９６】
＜実施例４＞
次に、本発明の実施例４について説明する。本実施例では、実施例３で説明したディレクショナルダイナミックレイトリミッターをさらに改良した、リミテッドディレクショナルダイナミックレイトリミッターについて説明する。なお、本実施例における太陽光発電システム１及び、制御装置７のシステム構成は図１及び、図２に示した実施例１のものと同様である。
【００９７】
本実施例におけるリミテッドディレクショナルダイナミックレイトリミッターでは、図２９に示すように、以下のルールに従って、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の変化速度を制限する。
（１）現在のサンプリング時間における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、次回のサンプリング時間における太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が、同符号であり、絶対値が大きくなる方向の変動である場合には、変化速度を制限しない。
（２）現在のサンプリング時間における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値３以下であり、現在のサンプリング時間における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、次回のサンプリング時間における太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が、同符号であり、絶対値が小さくなる方向の変動である場合には、変化速度を制限値３に制限する。
（３）現在のサンプリング時間における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値３以下であり、現在のサンプリング時間における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、次回のサンプリング時間における太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が、異符号であり、次回のサンプリング時間における太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値４以下の場合には、変化速度を制限値３に制限する。
（４）現在のサンプリング時間における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値３以下であり、現在のサンプリング時間における、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、次回のサンプリング時間における太陽電池２の発電量と負荷量の偏差が、異符号であり、次回のサンプリング時間における太陽電池２の発電量と負荷量の偏差の絶対値が規定値４より大きい場合には、変化速度を制限しない。
【００９８】
図３０には、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、実施例３で説明したディレクショナルダイナミックレイトリミッターを使用した場合の偏差出力との関係を示す。また、図３１には、太陽電池２の発電量と負荷量の偏差と、本実施例におけるリミテッドディレクショナルダイナミックレイトリミッターを使用した場合の偏差出力との関係を示す。
【００９９】
図３０と図３１のグラフの後半部分比較すると明確であるように、本実施例における、リミテッドディレクショナルダイナミックレイトリミッターを使用した場合には、例え、蓄電池５の充放電の方向が切換るような偏差の変動であっても、変動の規模が大きい場合には、変化速度を制限しない。したがって、太陽電池２と蓄電池５の組み合わせにおけるＦＲＲに大きな影響を及ぼすような変動については変化速度を制限しないこととなり、太陽電池２と蓄電池５の組み合わせにおけるＦＲＲを高く維持することが可能となる。
【０１００】
なお、上記の実施例においては、本発明を図１に示した太陽光発電システム１に適用する例について説明したが、本発明が適用される太陽光発電システムはこれに限られない。図３２に示すような太陽光発電システム１０に適用されても構わない。この太陽光発電システム１０では、蓄電池５は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路１６に接続されており、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路１６の出力は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４の出力に接続されている。これにより、太陽光発電システム１０は、太陽光発電システム１と同等の機能を発揮することが可能となっている。
【０１０１】
図３２において破線で示す範囲、すなわちＤＣ／ＤＣ変換回路３、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４、制御装置７、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路１６を、パワーコンディショナ１０ａという形で一筐体内に配置してもよい。あるいは、制御装置７だけを独立の装置とし、点線で示す範囲、すなわちＤＣ／ＤＣ変換回路３、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路１６をパワーコンディショナ１０ｂという形で一筐体内に配置してもよい。ここで、ＤＣ／ＤＣ変換回路３、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路４、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路１６のうちの少なくとも一つは、本実施例における電力変換装置に相当する。
【０１０２】
なお、上記の実施例では、蓄電池から放電している状態と蓄電池に充電している状態が
切換えられる頻度を低減する制御を、制御装置７のＲＯＭ７７に格納されたソフトウェア（プログラム）とＣＰＵ７６の協働によって実現する例について説明したが、本発明の制御は、アナログ回路を用いて実現しても問題ない。
【符号の説明】
【０１０３】
１・・・太陽光発電システム
１ａ、１ｂ・・・パワーコンディショナ
２・・・太陽電池
３・・・ＤＣ／ＤＣ変換回路
４・・・双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路
５・・・蓄電池
６・・・双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路
７・・・制御装置
１０・・・太陽光発電システム
１０ａ、１０ｂ・・・パワーコンディショナ
１６・・・双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路
７６０、７６２・・・レイトリミッター
７６１・・・レイトリミッター制御ロジック
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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