(57)【要約】      （修正有）【課題】系統からの解列状態においてもエネルギー効率の高い電力制御システム等を提供する。【解決手段】電流センサ４０が順潮流を検出する間発電する発電装置３３と太陽電池１１と蓄電池１２とを含む電力制御システム１であって、電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部５０と、擬似出力部を制御する制御部２５とを備え、制御部は、発電装置から蓄電池に充電される電力が、太陽電池から蓄電池に充電される電力と合わせて、蓄電池に充電可能な最大電力に基づく目標電力となるように擬似電流を調整する第１の擬似電流調整制御を実行する。【選択図】図１
2015211506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流センサが順潮流を検出する間発電する発電装置と太陽電池と蓄電池とを含む電力制御システムであって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記発電装置から前記蓄電池に充電される電力が、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力と合わせて、前記蓄電池に充電可能な最大電力に基づく目標電力となるように前記擬似電流を調整する第１の擬似電流調整制御を実行する電力制御システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の擬似電流調整制御を実行した後に、前記太陽電池の電力が最大電力点追従制御に従っていない場合に、前記発電装置の発電量を減少させるように前記擬似電流を調整する第２の擬似電流調整制御を実行する請求項１に記載の電力制御システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２の擬似電流調整制御を実行した後に、前記太陽電池が発電する電力の電圧が最大電力点追従制御に従うように調整する請求項２に記載の電力制御システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１の擬似電流調整制御において、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力が前記目標電力以上である場合に、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力を前記目標電力未満とするように調整する請求項１に記載の電力制御システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１の擬似電流調整制御または前記第２の擬似電流調整制御において、
前記順潮流の向きに対して前記擬似電流を逆向きに調整することによって前記発電装置の前記発電量を制御する請求項１から４のいずれか一項に記載の電力制御システム。
【請求項６】
電流センサが順潮流を検出する間発電する発電装置と太陽電池と蓄電池とを含む電力制御システムで用いられる電力制御装置であって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記発電装置から前記蓄電池に充電される電力が、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力と合わせて、前記蓄電池に充電可能な最大電力に基づく目標電力となるように前記擬似電流を調整する電力制御装置。
【請求項７】
電流センサが順潮流を検出する間発電する発電装置と太陽電池と蓄電池とを含む電力制御システムの制御方法であって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成するステップと、
前記発電装置から前記蓄電池に充電される電力が、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力と合わせて、前記蓄電池に充電可能な最大電力に基づく目標電力となるように前記擬似電流を調整するステップと、を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力制御システム、電力制御装置、および電力制御システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、需要家に分散電源を設け、系統（商用電源系統）と連系させて分散電源からも電力を供給する方式が普及しつつある。分散電源としては、例えば燃料電池、太陽電池及び蓄電池などが用いられる。例えば、特許文献１の図５には、住宅Ｈにおいて蓄電池（二次電池）を有する分散電源ＳＢの他に、太陽電池を有する分散電源ＰＶと、燃料電池を有する分散電源ＦＶとが協調制御部１１３を介して接続される配電システムの例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５９７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特に系統から解列した状態である自立運転時には、分散電源で負荷の電力を賄う必要があるため、システム全体としての高いエネルギー効率が要求される。分散電源として用いられる発電装置のエネルギー効率はその種類によって異なるため、どの分散電源からどれだけの電力を供給するかによって、システム全体としてのエネルギー効率が変化する。例えば燃料電池は発電の際に外部からの燃料を要する。そのため、例えば太陽電池等の発電装置が利用可能である場合、燃料電池よりも優先的に太陽電池を用いて発電する方が全体としてのエネルギー効率が高くなる。一方で、複数の発電装置からの電力を蓄積する蓄電池は充電可能な最大電力が定められている。そのため、複数の発電装置からの電力の合計が、蓄電池に充電可能な最大電力を超えない目標電力となるように制御される必要がある。
【０００５】
特許文献１の配電システムでは、燃料電池の発電量を柔軟に制御する機能を有していない。そのため、蓄電池に充電可能な最大電力、またはそれに近い電力で効率的に充電することは困難である。また、燃料電池の発電量を柔軟に制御できない以上、燃料電池よりもエネルギー効率の高い太陽電池の発電量を蓄電池に充電可能な最大電力に合わせて抑制しなければならない。すると、システム全体として、エネルギー効率が低下するという問題が生じる。
【０００６】
上記のような課題に鑑みてなされた本発明の目的は、系統からの解列状態においてもエネルギー効率の高い電力制御システム、電力制御装置、および電力制御システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決すべく、本発明に係る電力制御システムは、
電流センサが順潮流を検出する間発電する発電装置と太陽電池と蓄電池とを含む電力制御システムであって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記発電装置から前記蓄電池に充電される電力が、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力と合わせて、前記蓄電池に充電可能な最大電力に基づく目標電力となるように前記擬似電流を調整する第１の擬似電流調整制御を実行する。
【０００８】
また、前記制御部は、前記第１の擬似電流調整制御を実行した後に、前記太陽電池の電力が最大電力点追従制御に従っていない場合に、前記発電装置の発電量を減少させるように前記擬似電流を調整する第２の擬似電流調整制御を実行することが好ましい。
【０００９】
また、前記制御部は、前記第２の擬似電流調整制御を実行した後に、前記太陽電池が発電する電力の電圧が最大電力点追従制御に従うように調整することが好ましい。
【００１０】
また、前記制御部は、前記第１の擬似電流調整制御において、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力が前記目標電力以上である場合に、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力を前記目標電力未満とするように調整することが好ましい。
【００１１】
また、前記制御部は、前記第１の擬似電流調整制御または前記第２の擬似電流調整制御において、前記順潮流の向きに対して前記擬似電流を逆向きに調整することによって前記発電装置の前記発電量を制御することが好ましい。
【００１２】
さらに、上述した課題を解決すべく、本発明に係る電力制御装置は、
電流センサが順潮流を検出する間発電する発電装置と太陽電池と蓄電池とを含む電力制御システムで用いられる電力制御装置であって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成する擬似出力部と、
前記擬似出力部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記発電装置から前記蓄電池に充電される電力が、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力と合わせて、前記蓄電池に充電可能な最大電力に基づく目標電力となるように前記擬似電流を調整する。
【００１３】
さらに、上述した課題を解決すべく、本発明に係る電力制御システムの制御方法は、
電流センサが順潮流を検出する間発電する発電装置と太陽電池と蓄電池とを含む電力制御システムの制御方法であって、
前記電流センサにより検出される擬似電流を生成するステップと、
前記発電装置から前記蓄電池に充電される電力が、前記太陽電池から前記蓄電池に充電される電力と合わせて、前記蓄電池に充電可能な最大電力に基づく目標電力となるように前記擬似電流を調整するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電力制御システム、電力制御装置、および電力制御システムの制御方法によれば、系統からの解列状態においてもエネルギー効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。
【図２】擬似出力部に関する配線を示す図である。
【図３】連系運転時の電力制御システムの制御例を示す図である。
【図４】自立運転時の電力制御システムの制御例を示す図である。
【図５】自立運転時の電力制御システムの制御例を示す図である。
【図６】自立運転時（蓄電池充電完了時）の電力制御システムの制御例を示す図である。
【図７】自立運転時（太陽電池および発電装置の動作時）の電力制御システムの制御例を示す図である。
【図８】図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、ＭＰＰＴ制御について説明する図である。
【図９】本発明の一実施形態の制御方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る電力制御システムについて説明する。本実施形態に係る電力制御システムは、系統（商用電源系統）から供給される電力の他に、売電不可能な電力を供給する分散電源と接続されて電力を制御する。本実施形態に係る電力制御システムは、さらに売電可能な電力を供給する分散電源と接続されて電力を制御する。売電不可能な電力を供給する分散電源は、例えば電力を充放電することができる蓄電池システム、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）などの燃料電池を含む燃料電池システム、およびガス燃料により発電するガス発電機システムなどである。一方売電可能な電力を供給する分散電源は、例えば太陽光発電などによって電力を供給するシステムである。本実施の形態においては、売電不可能な電力を供給する分散電源として蓄電池と燃料電池を有する発電装置、および売電可能な電力を供給する分散電源として太陽電池が用いられる例を示す。電力制御システムはこれらの分散電源の一部または全てを含む構成をとることができ、本実施の形態では蓄電池および太陽電池を含む。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御システム１の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電力制御システム１は、電力制御装置２０（パワーコンディショナ）と、擬似出力部５０とを備える。電力制御システム１は、燃料電池３４を有する発電装置３３と分電盤３１を介して接続される。また、電力制御システム１は、他の分散電源に対応する太陽電池１１および蓄電池１２を備える。また、電力制御システム１は分電盤３１を介して負荷３２にも接続されている。電力制御システム１の擬似出力部５０は、発電装置３３が有する電流センサ４０に擬似電流を流すことができる。
【００１８】
ここで、発電装置３３は、燃料電池３４を有して構成されるものである。燃料電池３４は、電流センサ４０が順潮流を検出する間発電する。電力制御システム１は、通常は系統との連系運転を行い、系統から供給される電力と、各分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）からの電力とを負荷３２に供給する。また、電力制御システム１は、停電時など系統からの電力供給がない場合は自立運転を行い、各分散電源からの電力を各負荷（負荷３２、擬似電流負荷５１）に供給する。なお、電力制御システム１が自立運転を行う場合には、各分散電源は系統から解列した状態であり、電力制御システム１が連系運転を行う場合には、各分散電源は系統と並列した状態となる。
【００１９】
図１において、各機能ブロックを結ぶ矢印のない実線は電力の流れる配線を表し、各機能ブロックを結ぶ矢印付きの細い実線（太線でない実線）は、制御信号または通信される情報の流れを表す。矢印付きの細い実線が示す通信は有線通信としてもよいし、無線通信としてもよい。制御信号および情報の通信には、各階層含め、様々な方式を採用可能である。例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの近距離通信方式による通信を採用することができる。また、赤外線通信、電力線搬送通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）など、様々な伝送メディアを使用することができる。またそれぞれの通信に適した物理層を含む下位の層の上で、各種プロトコル、例えばＺｉｇＢｅｅ  ＳＥＰ２．０（Ｓｍａｒｔ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｐｒｏｆｉｌｅ２．０）、ＥＣＨＯＮＥＴ  Ｌｉｔｅ（登録商標）などのような論理層だけ規定される通信プロトコルを動作させてもよい。
【００２０】
太陽電池１１は、太陽光のエネルギーを直流の電力に変換するものである。太陽電池１１は、例えば光電変換セルを有する発電部がマトリクス状に接続され、所定の短絡電流（例えば１０［Ａ］）を出力するように構成される。太陽電池１１は、シリコン系多結晶太陽電池、シリコン系単結晶太陽電池、またはＣＩＧＳ等薄膜系太陽電池等、光電変換可能なものであればその種類は制限されない。
【００２１】
蓄電池１２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の蓄電池から構成される。蓄電池１２は、充電された電力を放電することにより、電力を供給可能である。また、蓄電池１２は、系統、太陽電池１１から供給される電力に加え、後述の通り、発電装置３３から供給される電力を充電可能である。
【００２２】
電力制御装置２０は、太陽電池１１および蓄電池１２から供給される直流の電力と、系統および発電装置３３から供給される交流の電力との変換を行うとともに、連系運転および自立運転の切り替え制御を行うものである。電力制御装置２０は、電力変換部２１と、連系運転スイッチ２２、２３と、自立運転スイッチ２４と、電力制御システム１全体を制御する制御部２５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１、４２とを備える。なお、連系運転スイッチ２３は、電力制御装置２０外に出すよう構成してもよい。
【００２３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４１、４２は、それぞれ、太陽電池１１、蓄電池１２と接続され、入力されるＤＣ電圧（直流電圧）を適切なＤＣ電圧に昇圧して統合する。昇圧されたＤＣ電圧が統合されているノードａを、以下「ＤＣリンク」と称することとする。
【００２４】
ここで、蓄電池１２と接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、双方向のコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、蓄電池１２を充電する際、ＤＣリンクにおけるＤＣ電圧を蓄電池１２の充電に適した電圧に降圧して蓄電池１２を充電する。このとき、制御部２５は、後述するようにＤＣリンクにおける合成電流を調整することで蓄電池１２を目標電力で充電することができる。
【００２５】
電力変換部２１は、双方向インバータであって、太陽電池１１および蓄電池１２から供給される直流の電力を交流の電力に変換し、また、系統および発電装置３３から供給される交流の電力を直流の電力に変換する。
【００２６】
連系運転スイッチ２２、２３、自立運転スイッチ２４は、それぞれリレー、トランジスタなどにより構成され、オン／オフ制御される。図示の通り、自立運転スイッチ２４は、発電装置３３と蓄電池１２との間に配される。連系運転スイッチ２２、２３と自立運転スイッチ２４とは、少なくとも双方が同時にオンとならないように、同期して切り替えられる。より詳しくは、連系運転スイッチ２２、２３がオンとなるとき、自立運転スイッチ２４は同期してオフとなり、自立運転スイッチ２４がオンとなるとき、連系運転スイッチ２２、２３は同期してオフとなる。連系運転スイッチ２２、２３および自立運転スイッチ２４の同期制御は、連系運転スイッチ２２、２３への制御信号の配線を自立運転スイッチ２４に分岐させることによりハードウェア的に実現される。なお、スイッチ毎に同一の制御信号に対するオンとオフの状態を区別して設定可能なことはいうまでもない。また、連系運転スイッチ２２、２３および自立運転スイッチ２４の同期制御は、制御部２５によりソフトウェア的に実現することも可能である。
【００２７】
制御部２５は、例えばマイクロコンピュータで構成され、系統電圧の上昇や停電等の状態等に基づいて、電力変換部２１、連系運転スイッチ２２、２３、自立運転スイッチ２４等の各部の動作を制御する。制御部２５は、連系運転時には、連系運転スイッチ２２、２３をオン、自立運転スイッチ２４をオフに切り替える。また、制御部２５は、自立運転時には、連系運転スイッチ２２、２３をオフ、自立運転スイッチ２４をオンに切り替える。また、後述するように、制御部２５は擬似電流負荷５１の値を変更して擬似電流を調整することにより擬似出力部５０の動作を制御でき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１、４２も制御する。
【００２８】
分電盤３１は、連系運転時に系統より供給される電力を複数の支幹に分岐させて負荷３２に分配する。また、分電盤３１は、複数の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２、発電装置３３）から供給される電力を、複数の支幹に分岐させて負荷３２に分配する。ここで、負荷３２とは、電力を消費する電力負荷であり、たとえば家庭内で使用されるエアコン、電子レンジ、テレビ等の各種電器製品や、商工業施設で使用される空調機や照明器具などの機械、照明設備等である。
【００２９】
発電装置３３は、燃料電池３４、電力変換部３６、制御部３７を備える。燃料電池３４は、水素を用いて空気中の酸素との化学反応により直流の電力を発電する。電力変換部３６は、本実施形態ではインバータであって、燃料電池３４によって発電された直流電力を１００［Ｖ］あるいは２００［Ｖ］の交流電力に変換する。ここで、発電装置３３は、電力制御装置２０を介さずとも負荷３２に対する交流電力の供給を可能とし、必ずしも電力制御装置２０との接続を想定して設計されたものではなく、汎用性を有するシステムであってよい。制御部３７は、燃料電池の動作モード（例えば、定格運転、電力抑制運転等）に応じて、発電に関して燃料電池３４、電力変換部３６を制御する。
【００３０】
発電装置３３は、対応する電流センサ４０が順潮流（買電方向の電流）を検出する間発電を行うものであり、発電時には負荷３２の消費電力に追従する負荷追従運転、所定の定格電力値による定格運転、または電力を定格未満に抑える電力抑制運転を行う。負荷追従運転時の追従範囲は、例えば２００〜７００［Ｗ］であり、定格運転時の定格電力値は、例えば７００［Ｗ］である。また、電力抑制運転では、擬似電流を調整することで電力を定格未満に抑え、例えば７００［Ｗ］未満の電力を生じる。負荷追従運転では負荷に応じて電力が変動するのに対し、電力抑制運転では擬似電流に応じて電力が変動する。発電装置３３は、連系運転時に例えば負荷追従運転を行い、自立運転時に定格運転または電力抑制運転を行う。
【００３１】
電流センサ４０は、系統および発電装置３３の間を流れる電流を検出するものである。日本では、発電装置３３が発電する電力は売電不可能と規定されているため、電流センサ４０が系統側への逆潮流（売電方向の電流）を検出した場合、発電装置３３は発電を停止する。電流センサ４０が順潮流を検出する間、発電装置３３は負荷３２に自身から電力を供給できるものとして負荷追従運転、定格運転、または電力抑制運転での発電を実行する。なお、消費電力の観点から、電流センサ４０は、電力制御装置２０において自立運転時に発電装置３３の発電による電流が流れない箇所に配置されることが好ましい。
【００３２】
ここで、本実施形態における電力制御システム１は、発電装置３３、太陽電池１１および蓄電池１２が系統から解列した状態で、擬似出力部５０を通じて電流センサ４０に擬似的な順潮流と同方向の電流（擬似電流）を流す。これにより、発電装置３３を発電させて、発電装置３３が発電する電力を蓄電池１２に蓄電することが可能となる。以下、擬似出力部５０を通じた擬似電流による蓄電について詳述する。
【００３３】
擬似出力部５０は、電流センサ４０に対して擬似電流を供給可能なものである。擬似出力部５０は、発電装置３３、太陽電池１１および蓄電池１２が系統から解列した状態で、蓄電池１２から電力供給を受けることが可能であり、擬似電流負荷５１と、同期スイッチ５２と、擬似電流制御スイッチ５３とを備える。この例では、擬似電流負荷５１は、電力制御装置２０によって抵抗値を設定可能な可変抵抗である。
【００３４】
図２は、擬似出力部５０に関する配線を示す図である。図２において、系統は、２００［Ｖ］の単相３線としている。この場合、擬似出力部５０に対して、電圧線の一方と中性線とが接続される。図示の通り、擬似出力部５０へ接続線は、２本の電圧線それぞれに設置された電流センサ４０を通るように配線される。なお、擬似出力部５０は、電力制御装置２０と一体的に構成してもよいし、電力制御装置２０とは独立した構成としてもよい。
【００３５】
擬似電流負荷５１は、擬似出力部５０内の電流調整のために設けられる負荷である。擬似電流負荷５１の抵抗値は制御部２５によって変更可能であるので、後述する擬似電流の電流量が調整される。あるいは、制御部２５は、擬似出力部５０の制御をすることで擬似電流を順潮流に対して逆方向に流し、電流センサ４０が検出する見かけの電流が調整される。そして、電流センサ４０が検出する擬似電流の電流量が変化することで、負荷追従運転における発電装置３３の発電量を調整可能である。
【００３６】
同期スイッチ５２は、電力制御装置２０から擬似出力部５０に供給された電力を電流センサ４０によって検出される擬似電流とするためのものである。擬似電流制御スイッチ５３は、擬似電流による不要な発電を防ぐためのものである。同期スイッチ５２および擬似電流制御スイッチ５３は、それぞれ独立したリレー、トランジスタなどにより構成され、互いに独立にオン／オフが可能である。
【００３７】
同期スイッチ５２は、電力制御装置２０の自立運転スイッチ２４と同期してオン／オフ制御される。すなわち、同期スイッチ５２は、自立運転スイッチ２４と同様に、連系運転時にはオフとなり、自立運転時にはオンとなる。より詳しくは、同期スイッチ５２は、系統との解列／並列の切り替えと切り替えタイミングが同期するスイッチであって、解列時に擬似電流を流し、並列時に擬似電流を流さない。自立運転スイッチ２４および同期スイッチ５２の同期制御は、自立運転スイッチ２４への制御信号の配線を同期スイッチ５２に分岐させることによりハードウェア的に実現される。なお、自立運転スイッチ２４および同期スイッチ５２の同期制御は、制御部２５によりソフトウェア的に実現することも可能である。
【００３８】
擬似電流制御スイッチ５３は、蓄電池１２の充電が完了して擬似電流も不要な場合にオフとなる。擬似電流制御スイッチ５３がオフになることで発電装置３３は発電を停止する。ここで、蓄電池１２の充電が完了した場合とは、蓄電池１２に所定値を超える電力が充電されている場合を示すものである。なお、制御部２５は、蓄電池１２との通信によって充電が完了しているか否かを判定するよう構成してもよい。例えば自立運転時に蓄電池１２の充電が完了し擬似電流制御スイッチ５３がオフになると、電流センサ４０に擬似電流が流れなくなるため、発電装置３３による不要な発電を停止させることができる。
【００３９】
これ以降、本実施形態に係る電力制御システム１における制御例を図面により詳述する。
【００４０】
図３は、連系運転時の電力制御システム１の制御例を示す図である。この場合、電力制御装置２０の各スイッチは、連系運転スイッチ２２、２３がオン、自立運転スイッチ２４がオフに制御される。また、擬似出力部５０について、同期スイッチ５２はオフに制御され、擬似電流制御スイッチ５３は、例えば蓄電池１２の充電量に応じてオンまたはオフに制御される。
【００４１】
連系運転時には、矢印付きの太い実線で示すように、系統よりＡＣ１００［Ｖ］（あるいは２００［Ｖ］）が供給されて、負荷３２に給電される。電力制御装置２０は、例えば蓄電池１２の充電が完了していない場合、系統からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池１２を充電する。また、電力制御装置２０は、太陽電池１１の発電電力を交流電力に変換して系統に逆潮流したり、余剰電力を売電したりすることができる。また、電力制御装置２０は、系統からの電力および分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）の電力を擬似出力部５０に出力可能な構成を有するが、連系運転時には同期スイッチ５２はオフであるため、電流センサ４０への擬似電流の供給が行われない。電流センサ４０には、系統から順潮流（買電方向の電流）が流れるため、発電装置３３は発電を行い、分電盤３１を経て負荷３２に電力を供給する。
【００４２】
次に、図４、図５により自立運転時の電力制御システム１の制御例を説明する。なお、図４、図５の例において、蓄電池１２の充電は完了していないものとする。この場合、電力制御装置２０の各スイッチは、連系運転スイッチ２２、２３がオフ、自立運転スイッチ２４がオンに制御される。また、擬似出力部５０の各スイッチは、同期スイッチ５２はオン、擬似電流制御スイッチ５３はオンに制御される。
【００４３】
図４は、自立運転時の分散電源による電力供給を示す図である。自立運転時には、電力制御装置２０により、自立運転スイッチ２４を介して分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）の電力が負荷３２および擬似出力部５０に出力される。つまり、電力制御装置２０は、発電装置３３と他の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）とを系統から解列した状態で他の分散電源からの電力を出力可能である。
【００４４】
図５は、自立運転時の擬似電流による発電装置３３の発電を示す図である。図４に示す通り、自立運転時には、電力制御装置２０より擬似出力部５０に電力が供給される。本実施形態において、電力制御装置２０より擬似出力部５０に供給された電力は擬似電流として電流センサ４０によって検出される。このとき、電流センサ４０は順潮流（買電方向の電流）を検出するため、発電装置３３は発電を行う。分電盤３１は、発電装置３３が発電した電力を負荷３２に供給するとともに、負荷３２の消費電力を上回る余剰電力については、電力制御装置２０に供給する。余剰電力は、電力制御装置２０において、自立運転スイッチ２４を経て電力変換部２１により直流電力に変換されて蓄電池１２へと給電される。このとき、ＤＣリンクにおけるＤＣ電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ４２によって適した電圧に降圧されて、蓄電池１２への充電が行われる。
【００４５】
そして、図６は、蓄電池１２の充電完了時の自立運転時の電力制御システム１の制御例を示す図である。この場合、電力制御装置２０の各スイッチは、連系運転スイッチ２２、２３がオフ、自立運転スイッチ２４がオンに制御される。また、擬似出力部５０の各スイッチは、同期スイッチ５２はオン、擬似電流制御スイッチ５３はオフに制御される。
【００４６】
蓄電池１２の充電が完了して擬似電流も不要な場合、擬似電流制御スイッチ５３がオフとなるため、自立運転時に、電力制御装置２０より擬似出力部５０に供給された電力が擬似電流として電流センサ４０によって検出されることがない。これにより、電流センサ４０には系統からの順潮流も擬似電流も検出されなくなるため、発電装置３３は発電を停止することとなる。そのため、蓄電池１２に必要以上の電流が出力されることはない。
【００４７】
ここで、自立運転時には、前記のように発電装置３３の余剰電力が、自立運転スイッチ２４を経て電力変換部２１により直流電力に変換されて蓄電池１２へと給電される。このとき、太陽電池１１が発電していれば、太陽電池１１の余剰電力も蓄電池１２へと給電される。図７は、発電装置３３および太陽電池１１からの電力が蓄電池１２へと給電される様子を表す。ここで、蓄電池１２は例えば仕様により充電可能な最大電力が定まっている。また、図７の例では、発電装置３３からの電力Ｐｆと太陽電池１１からの電力Ｐｐとを合わせた電力は、蓄電池１２の充電可能な最大電力を下回る必要がある。例えば、蓄電池１２の充電可能な最大電力に基づいて目標電力を定めて、発電装置３３からの電力Ｐｆと太陽電池１１からの電力Ｐｐとを合わせた電力が目標電力となるようにすることが好ましい。目標電力は一例として最大電力の９０％であり、このとき、最大電力の１０％は電力Ｐｆまたは電力Ｐｐの上昇に対応するためのマージンとして用いられる。
【００４８】
また、自立運転時には、負荷３２への電力を蓄電池１２だけから供給することもあり得るため、蓄電池１２をできるだけ早く充電する必要がある。つまり、系統から解列した状態では、電力制御システム１全体としての高いエネルギー効率が要求される。ここで、分散電源として用いられる発電装置のエネルギー効率はその種類によって異なる。燃料電池３４は発電の際に外部からの燃料を要する。そのため、燃料電池３４を含む発電装置３３よりも、自然エネルギーを利用する太陽電池１１から優先的に多くの電力を得る方が、電力制御システム１全体としてのエネルギー効率が高い。
【００４９】
そこで、電力制御システム１は、自立運転時に図９のフローチャートに従う制御を実行することで、太陽電池１１から最大電力を取り出してエネルギー効率を高める。このとき、制御部２５は、太陽電池１１から最大電力を取り出すために、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１に対しＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を実行する。以下では、まず図８（Ａ）、図８（Ｂ）を参照してＭＰＰＴ制御について説明し、その後に図９のフローチャートの制御について説明する。
【００５０】
ＭＰＰＴ制御は、図８（Ａ）に示すようなＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性を有する場合に、図８（Ｂ）に示すように電力Ｐが最大になる点（最大電力点ＰMAX）に追従させて電流および電圧を制御する技法として知られている。制御部２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を動作させて、例えば徐々に電流を増加させる。このとき、図８（Ａ）のＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性のように、太陽電池１１からの出力電圧は下がって行く。制御部２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１から太陽電池１１の電流、電圧の情報を取得し、電流と電圧とを乗じることにより電力を求めて最大電力点ＰMAXを算出することができる。このように、制御部２５はＤＣ／ＤＣコンバータ４１を制御して、太陽電池１１の発電した電力が最大電力点ＰＭＡＸに追従するようにする最大電力点追従制御を実行できる。
【００５１】
図９は、本実施形態に係る電力制御システム１の制御方法を説明するフローチャートである。まず、電力制御システム１の電力制御装置２０は、発電装置３３と他の分散電源（太陽電池１１、蓄電池１２）とを系統から解列した状態で他の分散電源からの電力を出力する（ステップＳ２）。このとき、電力制御装置２０は、擬似出力部５０にも他の分散電源からの電力を出力する。また、この例において太陽電池１１からの電力Ｐｐは、当初、目標電力を超えない範囲で最大であるように制御されているとする。
【００５２】
そして、電力制御システム１の制御部２５からの指示に従い、擬似出力部５０は電流センサ４０により検出される所定の擬似電流を生成する（ステップＳ１０）。このとき生成される所定の擬似電流は、予め定められた初期値である所定の電流量を有する擬似電流である。所定の擬似電流は、例えば燃料電池３４を定格運転させる程度の大きさであってもよいが、早期に図９の一連の処理が終了するように、定格運転時に比べて十分に小さい電流量であることが好ましい。後述するように、ステップＳ３２は擬似電流を抑制する処理であることから、初期値である所定の擬似電流が小さい方が、図９の一連の処理の収束が早まることが期待される。ステップＳ１０により燃料電池３４は発電状態となる。このとき、太陽電池１１も発電状態であり、図７に示されるように発電装置３３からの電力Ｐｆと太陽電池１１からの電力Ｐｐとを合わせた電力で蓄電池１２への充電が行われるとする。
【００５３】
次に、制御部２５は、蓄電池１２に目標電力で充電しているか否かを判定する（ステップＳ２０）。ここで、前記のように目標電圧は蓄電池１２に充電可能な最大電力に基づく値であり、例えば最大電力からマージンを除いた値である。マージンは、例えば天候の変化により電力Ｐｐが急に上昇するような場合でも、電力Ｐｐと電力Ｐｆの合計が蓄電池１２に充電可能な最大電力を超えないようにするために設けられる。目標電力は一例として最大電力の９０％である。
【００５４】
本実施形態において、制御部２５はＤＣリンク（ノードａ）における合成電流量の情報を得ることによって蓄電池１２への充電電力を知ることができる。太陽電池１１からの電力のＤＣ電圧については、ＤＣリンクにおいて所定の電圧（例えば２００Ｖ）となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１で昇圧されている。発電装置３３から供給される交流の電力についても、電力変換部２１によって直流電力に変換されてＤＣリンクにおいて所定の電圧（例えば２００Ｖ）となる。よって、制御部２５はＤＣリンクにおける合成電流を把握することで、蓄電池１２に目標電力で充電しているか否かを判定可能である。このとき、制御部２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１、電力変換部２１からそれぞれ電流の情報を取得してもよいし、例えば電流センサをＤＣリンクに設けて合成電流値を直接的に取得してもよい。
【００５５】
蓄電池１２に目標電力で充電していない場合（ステップＳ２０のＮｏ）、電力制御システム１の制御部２５は、発電装置３３から蓄電池１２に充電される電力が、太陽電池１１から蓄電池１２に充電される電力と合わせて、目標電力となるように擬似電流を調整する（ステップＳ２２）。つまり、制御部２５は、擬似電流負荷５１の値を変更して擬似電流を調整することにより、発電装置３３から蓄電池１２に充電される電力を調整する第１の擬似電流調整制御を実行する。ステップＳ２２の実行後、処理はステップＳ２０に戻る。
【００５６】
蓄電池１２が目標電力で充電している場合（ステップＳ２０のＹｅｓ）、制御部２５は、太陽電池１１の電力が最大電力点追従制御に従っているか否かを判定する（ステップＳ３０）。太陽電池１１の電力が最大電力点追従制御に従っていない場合（ステップＳ３０のＮｏ）、制御部２５は、以下のステップによって燃料電池３４よりもエネルギー効率の高い太陽電池１１から最大の電力を得るように発電量を調整する。
【００５７】
制御部２５は、第２の擬似電流調整制御として、発電装置３３の発電量を減少させるように擬似電流を調整する（ステップＳ３２）。そして、制御部２５は、太陽電池が発電する電力の電圧が最大電力点追従制御に従うようにＤＣ／ＤＣコンバータ４１に電圧の調整を指示する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４の実行後、処理はステップＳ２０に戻る。
【００５８】
電力制御システム１は、蓄電池１２に目標電力で充電し（ステップＳ２０のＹｅｓ）、かつ太陽電池１１の電力が最大電力点追従制御に従っている（ステップＳ３０のＹｅｓ）場合に、一連の処理を終了する。このとき、最大電力に近い目標電力で蓄電池１２が効率的に充電され、かつ燃料電池３４よりもエネルギー効率の高い太陽電池１１から最大の電力を得るので、電力制御システム１全体のエネルギー効率を高めることができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る電力制御システム１は、電流センサ４０が順潮流を検出する間発電する発電装置３３に接続される。そして、電力制御システム１は、太陽電池１１、蓄電池１２、電流センサ４０により検出される擬似電流を生成する擬似出力部５０を制御する制御部２５を有する電力制御装置２０と、を備える。本実施形態に係る電力制御システム１によれば、制御部２５は、発電装置３３から蓄電池１２に充電される電力が、太陽電池１１から蓄電池１２に充電される電力と合わせて、蓄電池１２に充電可能な最大電力に基づく目標電力となるように擬似電流を調整する第１の擬似電流調整制御を実行する。このとき、制御部２５が第１の擬似電流調整制御を実行することで、最大電力に近い目標電力で蓄電池１２が効率的に充電される。ここで、太陽電池１１は太陽光を利用するため、天候や日照の変化によって発電量が大きく変動する可能性がある。本実施形態に係る電力制御システム１は、発電装置３３の発電量を柔軟に変更可能な擬似出力部５０を備えるので、太陽電池１１からの発電量が変動するような場合でも、蓄電池１２を目標電力で充電可能にする。
【００６０】
また、本実施形態によれば、制御部２５は、第１の擬似電流調整制御を実行した後に、太陽電池１１の電力が最大電力点追従制御に従っていない場合に、発電装置３３の発電量を減少させるように擬似電流を調整する第２の擬似電流調整制御を実行する。このとき、発電装置３３の発電量が減少することで、蓄電池１２への充電電力が目標電力を下回り、目標電力を超えずに太陽電池の発電量を上昇させる余地が生じる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、電力制御装置２０は、太陽電池に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ４１を有し、制御部２５は、第２の擬似電流調整制御を実行した後に、太陽電池１１が発電する電力の電圧が最大電力点追従制御に従うようにＤＣ／ＤＣコンバータ４１に電圧の調整を指示する。このとき、太陽電池１１から最大電力を取り出すので、電力制御システム１全体としてのエネルギー効率をさらに高めることができる。
【００６２】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロック、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックやステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【００６３】
例えば、第１の擬似電流調整制御において、太陽電池１１から蓄電池１２に充電される電力のみで目標電力以上である場合に、制御部２５が太陽電池１１から蓄電池１２に充電される電力を目標電力未満とするようにＤＣ／ＤＣコンバータ４１に電圧の調整を指示する制御（以下、例外処理）が含まれてもよい。つまり、例外処理は、太陽電池１１から蓄電池１２に充電される電力を敢えて抑えることで、発電装置３３を発電させる。例えば、制御部２５は例外処理においてＭＰＰＴ制御を敢えて行わない（最大電力点を外す）ことで、太陽電池１１から蓄電池１２に充電される電力を抑えることができる。
【００６４】
ここで、電力制御システム１では、発電装置３３が停止して燃料電池３４が冷えると、発電装置３３が再起動するまでに時間がかかり必要なときに電力が取り出せない可能性がある。発電装置３３から電力が取り出せない状態が生じると、電力制御システム１全体でのエネルギー効率が低下する可能性がある。第１の擬似電流調整制御において、前記の例外処理を追加することにより、発電装置３３から電力が取り出せない状態を回避して、電力制御システム１全体でのエネルギー効率の低下を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  電力制御システム
１１  太陽電池
１２  蓄電池
２０  電力制御装置（パワーコンディショナ）
２１  電力変換部
２２、２３  連系運転スイッチ
２４  自立運転スイッチ
２５  制御部
３１  分電盤
３２  負荷
３３  発電装置
３４  燃料電池
３６  電力変換部
３７  制御部
４０  電流センサ
４１、４２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
５０  擬似出力部
５１  擬似電流負荷
５２  同期スイッチ
５３  擬似電流制御スイッチ
【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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