(57)【要約】【課題】商用電力系統と連系する分散電源装置から電力の供給が可能な給電システムにおいて、負荷急変時における逆潮流を確実に抑制する。【解決手段】電気機器４０に交流電力を供給するための給電システムにおいて、蓄電部１０は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０を介して電力系統３０と連系する。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、蓄電部１０の放電時には、交流電流検出部５０による交流電流Ｉａｃの検出値に基づいて、交流電流Ｉａｃが零となるように電力変換動作を行なう。電気機器４０は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から電力の供給を受けて動作する負荷部と、負荷部の出力を停止または低下させるときには、負荷部で消費される消費電力を段階的に小さくするための電力調整部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から電力の供給を受けて動作する負荷部と、
前記負荷部の出力を停止または低下させるときには、前記外部電源から供給される電力を段階的に小さくするための電力調整部とを備える、電気機器。
【請求項２】
前記電力調整部は、前記負荷部の出力を停止または低下させるときには、前記負荷部で消費される消費電力を段階的に小さくする、請求項１に記載の電気機器。
【請求項３】
前記電力調整部は、１段階ごとに減少させる消費電力を調整可能に構成される、請求項２に記載の電気機器。
【請求項４】
前記外部電源は、外部の蓄電部と前記負荷部との間で電力変換するための電力変換装置を含み、
前記電力変換装置と通信するための通信部をさらに備え、
前記電力調整部は、前記通信部により前記電力変換装置と通信を行なうことにより、前記電力変換装置の定格出力電力を受信したときには、受信した前記電力変換装置の定格出力電力に応じて、前記１段階ごとに減少させる消費電力を調整する、請求項３に記載の電気機器。
【請求項５】
前記電力調整部は、前記電気機器が前記電力変換装置に電気的に接続されたとき、または、前記電気機器の電源が投入されたときに、前記通信部により前記電力変換装置と通信を行なうことにより、前記電力変換装置の定格出力電力を受信する、請求項４に記載の電気機器。
【請求項６】
前記電気機器のユーザが前記１段階ごとに減少させる消費電力を前記電力調整部に入力するための入力部をさらに備える、請求項３に記載の電気機器。
【請求項７】
前記電力調整部は、消費電力を減少させる時間間隔を調整可能に構成される、請求項２〜６のいずれか１項に記載の電気機器。
【請求項８】
前記外部電源は、外部の蓄電部と前記負荷部との間で電力変換するための電力変換装置を含み、
前記消費電力を減少させる時間間隔は、１段階ごとに減少させる消費電力および前記電力変換装置における整定時間に応じて調整される、請求項７に記載の電気機器。
【請求項９】
再充電可能な電池部をさらに備え、
前記電力調整部は、前記負荷部の出力を停止または低下させるととともに、前記外部電源から供給される電力のうち、前記負荷部で消費されない余剰電力を前記電池部に充電するように構成され、
前記電力調整部は、前記電池部の充電電力を段階的に小さくする、請求項１に記載の電気機器。
【請求項１０】
前記電力調整部は、１段階ごとに減少させる充電電力を調整可能に構成される、請求項９に記載の電気機器。
【請求項１１】
前記電力調整部は、前記負荷部を再起動させるときには、前記電池部に蓄えられた電力を前記負荷部に供給する、請求項９または１０に記載の電気機器。
【請求項１２】
前記外部電源は、外部の蓄電部と前記負荷部との間で電力変換するための電力変換装置を含み、
前記電力変換装置と通信するための通信部をさらに備え、
前記電力調整部は、前記通信部により前記電力変換装置と通信を行なうことにより、前記電力変換装置の定格出力電力を受信したときには、受信した前記電力変換装置の定格出力電力に応じて、前記１段階ごとに減少させる充電電力を調整する、請求項１０または１１に記載の電気機器。
【請求項１３】
前記電力調整部は、前記電気機器が前記電力変換装置に電気的に接続されたとき、または、前記電気機器の電源が投入されたときに、前記通信部により前記電力変換装置と通信を行なうことにより、前記電力変換装置の定格出力電力を受信する、請求項１２に記載の電気機器。
【請求項１４】
前記電気機器のユーザが前記１段階ごとに減少させる充電電力を前記電力調整部に入力するための入力部をさらに備える、請求項１１に記載の電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気機器に関し、より特定的には、商用電力系統と連系した分散電源装置から受電可能な電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池、風力発電装置および燃料電池のような分散電源装置が普及し始めている。分散電源装置が発電した直流電力は、インバータ装置によって交流電力に変換されて電気機器に供給される。インバータ装置が出力する電力が電気機器の消費電力を下回る場合には、商用電力系統から不足電力を潮流して電力会社から買電することができる。
【０００３】
このように、インバータ装置を介して分散電源装置を商用電力系統に連系させて負荷に電力を供給する系統連系においては、余剰電力を商用電力系統に逆潮流して電力会社に売電することもできる。
【０００４】
しかしながら、現行の法規では、系統連系時の電力品質確保の観点から、余剰電力の買取りの対象を、太陽電池が生成した電力における余剰電力に限定しており、太陽電池以外の電源が生成した電力、たとえば自家発電装置が発電した電力や蓄電池からの放電電力については、その余剰電力を電力系統へ逆流させる、いわゆる逆潮流を規制している。詳細には、インバータ装置の定格出力電力の５％程度の電力が０．５秒間継続して電力系統側に逆潮流した場合には、逆電力継電器を動作させてインバータ装置を解列することにより、電力系統を保護している（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００５】
このような逆潮流の発生を防止する技術としては、たとえば特開２００６−１４９０５８号公報（特許文献１）には、直列電圧補償式の無停電電源装置において、負荷が急変して零となった場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器の電流指令値にこの負荷の急変を反映させることにより、ＤＣ／ＡＣ変換器の制御遅れによる逆潮流の発生を未然に防止する構成が開示される。この特許文献１による無停電電源装置は、商用電源の電圧上昇分を第１のＤＣ／ＡＣ変換器が吸収し、その吸収電力を第２のＤＣ／ＡＣ変換器が交流母線に回生させることにより、負荷の電圧を維持するように構成される。そして、上記構成において負荷急変時の電力制御の遅れを防止するために、第２のＤＣ／ＡＣ変換器の制御回路は、商用電源電圧の変動分と負荷電流の有効電流成分との積を演算するためのＡＣ／ＤＣ変換器、加算器、電流検出器、有効電流演算器および乗算器と、第２のＤＣ／ＡＣ変換器が流すべき有効電流成分を含む電流指令値を生成するための無効電流演算器および加算器と、電流指令値に従って第２のＤＣ／ＡＣ変換器の交流電流を制御するための電流検出器、加算器および電流調整器とを含んで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４９０５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「小型分散型発電システム用系統連系保護装置等の試験方法通則」、平成２２年６月、財団法人  電気安全環境研究所
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１によれば、負荷の急変に伴なう負荷電流の急変を第２のＤＣ／ＡＣ変換器の電流指令値に反映させるために、電流指令値を生成するための制御回路をＡＣ／ＤＣ変換器をはじめとする多くの回路要素を用いて構成する。そのため、当該制御回路の処理速度の制約に起因して、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流電流制御の応答性にはある程度の限界がある。その結果、ＤＣ／ＡＣ変換器の制御遅れによる逆潮流の発生を確実に防止できない可能性がある。
【０００９】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、商用電力系統と連系する分散電源装置から電力の供給が可能な給電システムにおいて、負荷急変時における逆潮流を確実に抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のある局面に従えば、商用電力系統と連系した分散電源装置から受電可能な電気機器において、負荷の出力を停止または低下させるときには、当該電気機器に供給される電力を段階的に小さくすることにより、逆潮流の発生を抑制する。この電気機器は、外部電源から電力の供給を受けて動作する負荷部と、負荷部の出力を停止または低下させるときには、外部電源から供給される電力を段階的に小さくするための電力調整部とを備える。
【００１１】
好ましくは、電力調整部は、負荷部の出力を停止または低下させるときには、負荷部で消費される消費電力を段階的に小さくする。
【００１２】
好ましくは、電力調整部は、１段階ごとに減少させる消費電力を調整可能に構成される。
【００１３】
好ましくは、外部電源は、外部の蓄電部と負荷部との間で電力変換するための電力変換装置を含む。電気機器は、電力変換装置と通信するための通信部をさらに備える。電力調整部は、通信部により電力変換装置と通信を行なうことにより、電力変換装置の定格出力電力を受信したときには、受信した電力変換装置の定格出力電力に応じて、１段階ごとに減少させる消費電力を調整する。
【００１４】
好ましくは、電力調整部は、電気機器が電力変換装置に電気的に接続されたとき、または、電気機器の電源が投入されたときに、通信部により電力変換装置と通信を行なうことにより、電力変換装置の定格出力電力を受信する。
【００１５】
好ましくは、電気機器は、電気機器のユーザが１段階ごとに減少させる消費電力を電力調整部に入力するための入力部をさらに備える。
【００１６】
好ましくは、電力調整部は、消費電力を減少させる時間間隔を調整可能に構成される。
好ましくは、外部電源は、外部の蓄電部と負荷部との間で電力変換するための電力変換装置を含む。消費電力を減少させる時間間隔は、１段階ごとに減少させる消費電力および電力変換装置における整定時間に応じて調整される。
【００１７】
好ましくは、電気機器は、再充電可能な電池部をさらに備える。電力調整部は、負荷部の出力を停止または低下させるととともに、外部電源から供給される電力のうち、負荷部で消費されない余剰電力を電池部に充電するように構成される。電力調整部は、電池部の充電電力を段階的に小さくする。
【００１８】
好ましくは、電力調整部は、１段階ごとに減少させる充電電力を調整可能に構成される。
【００１９】
好ましくは、電力調整部は、負荷部を再起動させるときには、電池部に蓄えられた電力を負荷部に供給する。
【００２０】
好ましくは、外部電源は、外部の蓄電部と負荷部との間で電力変換するための電力変換装置を含む。電気機器は、電力変換装置と通信するための通信部をさらに備える。電力調整部は、通信部により電力変換装置と通信を行なうことにより、電力変換装置の定格出力電力を受信したときには、受信した電力変換装置の定格出力電力に応じて、１段階ごとに減少させる充電電力を調整する。
【００２１】
好ましくは、電力調整部は、電気機器が電力変換装置に電気的に接続されたとき、または、電気機器の電源が投入されたときに、通信部により電力変換装置と通信を行なうことにより、電力変換装置の定格出力電力を受信する。
【００２２】
好ましくは、電気機器は、電気機器のユーザが１段階ごとに減少させる充電電力を電力調整部に入力するための入力部をさらに備える。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、商用電力系統と連系する分散電源装置から負荷に電力の供給が可能な給電システムにおいて、負荷急変時における逆潮流を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１による電気機器が適用される給電システムの全体の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１における双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の詳細な構成を示す回路図である。
【図３】図１における電気機器の詳細な構成を示す図である。
【図４】電気機器の消費電力を表わした電力データの一例を示す図である。
【図５】電気機器の消費電力および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の出力電力の時間的な変化を示す図である。
【図６】調整量設定用テーブルの一例を示す図である。
【図７】図１における電気機器の変形例を示す図である。
【図８】図７に示した電気機器における消費電力の調整量の設定を説明するためのフローチャートである。
【図９】図７に示した電気機器における消費電力の調整量の設定を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２による電気機器の詳細な構成を示す図である。
【図１１】電気機器の消費電力、電池部の充放電電力および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の出力電力の時間的な変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による電気機器における電池部の充電電力の調整量の設定を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明を繰返さない。
【００２６】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電気機器が適用される給電システムの全体の構成を概略的に示す図である。
【００２７】
図１を参照して、本実施の形態１による給電システムは、交流負荷である電気機器４０に電力を供給するための給電システムであって、直流バス１と、交流バス２と、蓄電部１０と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０と、電力系統３０と、交流電流検出部５０とを備える。
【００２８】
直流バス１は、蓄電部１０と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０との間に配設される。直流バス１は、電力線対である正母線ＰＬおよび負母線ＮＬ（図２参照）で構成される。
【００２９】
蓄電部１０は、一例として、リチウムイオン二次電池などの再充電可能に構成された二次電池などからなる。蓄電部１０は、複数の電池セルを直列接続して構成される。蓄電部１０は、直流バス１との間で直流電力の授受を行なう。
【００３０】
双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、直流バス１との間で直流電力の授受を行なう。具体的には、蓄電部１０からの放電電力を用いて電気機器４０を駆動するときには、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、直流バス１から受ける直流電力を交流電力に変換して交流バス２へ供給する。また、電力系統３０からの電力を用いて蓄電部１０を充電するときには、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、交流バス２から受ける交流電力を直流電力に変換して直流バス１へ供給する。
【００３１】
交流バス２は、交流負荷である電気機器４０に交流電力を供給する。電気機器４０は、一例として、家庭で使用される空調機、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、照明装置またはパーソナルコンピュータのような電気機器である。あるいは、オフィスで使用されるコンピュータ、複写機またはファクシミリのような電気機器や、店舗で使用されるショーケースまたは照明装置のような電気機器であってもよい。
【００３２】
交流電流検出部５０は、交流バス２に介挿され、交流バス２を流れる交流電流Ｉａｃを検出し、その検出結果を双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０へ出力する。
【００３３】
交流バス２には、電力系統３０が接続されている。電力系統３０は、電力会社等から受電する交流電力（たとえば、ＡＣ２００Ｖとする）を供給する。電力系統３０は、例えば、単相３線式の商用交流電力系統である。交流バス２は、電力系統３０からの交流電力を電気機器４０へ供給する。交流バス２はさらに、電力会社等から購入した電力系統３０から電気機器４０に供給される交流電力を差し引いた交流電力を、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０へ供給する。この双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に供給された交流電力は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０によって直流電力に変換されて蓄電部１０の充電電力となる。
【００３４】
また、本実施の形態１による給電システムにおいては、蓄電部１０に蓄えられた電力を電気機器４０に供給可能に構成される。すなわち、本実施の形態１による給電システムは、電力系統３０に蓄電部１０を連系した系統連系が可能に構成される。
【００３５】
系統連系時には、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、直流バス１を経由して蓄電部１０から受けた直流電力を交流電力に変換して交流バス２へ出力する。交流バス２は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から受けた交流電力を電気機器４０へ供給する。
【００３６】
しかしながら、このような分散電源装置として蓄電部１０を搭載した給電システムにおいては、電力品質確保の観点から、系統連系時に蓄電部１０からの放電電力を電力系統３０へ逆潮流させることが法規制されている。
【００３７】
したがって、本実施の形態による給電システムでは、蓄電部１０から電気機器４０への給電時には、逆潮流が発生しないように、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０における電力変換動作を制御する。
【００３８】
図２は、図１における双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の詳細な構成を示す回路図である。
図２を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、双方向インバータ２２と、連系リアクトル２４，２６と、制御部２８とを含む。
【００３９】
双方向インバータ２２は、制御部２８からのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４に応じて、交流バス２から受けた交流電力を直流電力に変換して直流バス１に出力する。また、双方向インバータ２２は、制御部２８からのスイッチング制御信号Ｓ１’〜Ｓ４’に応じて、直流バス１から受けた直流電力を交流電力に変換して交流バス２に出力する。
【００４０】
具体的には、双方向インバータ２２は、スイッチング素子であるトランジスタＱ１〜Ｑ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ４とを含む。トランジスタＱ１，Ｑ２は、直流バス１を構成する正母線ＰＬおよび負母線ＮＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ１とトランジスタＱ２との中間点は、Ｒ相線ＲＬに接続される。連系リアクトル２４は、Ｒ相線ＲＬに介挿接続される。
【００４１】
トランジスタＱ３，Ｑ４は、正母線ＰＬおよび負母線ＮＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ３とトランジスタＱ４との中間点は、Ｔ相線ＴＬに接続される。連系リアクトル２６は、Ｔ相線ＴＬに介挿接続される。各トランジスタＱ１〜Ｑ４のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ接続されている。トランジスタＱ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４は、フルブリッジ回路を構成する。
【００４２】
なお、トランジスタＱ１〜Ｑ４として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を用いることができる。または、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field-Effect  Transistor）等の電力スイッチング素子を用いてもよい。
【００４３】
制御部２８は、蓄電部１０の充電時には、交流バス２から供給される交流電力を蓄電部１０を充電可能な直流電力に変換するように、トランジスタＱ１〜Ｑ４のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成して、双方向インバータ２２を制御する。
【００４４】
一方、蓄電部１０の放電時には、制御部２８は、交流電流検出部５０から受けた交流電流Ｉａｃに基づいてスイッチング制御信号Ｓ１’〜Ｓ４’を生成し、双方向インバータ２２を制御する。具体的には、制御部２８は、交流電流Ｉａｃの電流目標値Ｉａｃ＊を「０Ａ」に設定する。そして、制御部２８は、電流目標値Ｉａｃ＊に対する交流電流Ｉａｃの差である電流偏差ΔＩａｃに基づいてスイッチング制御信号Ｓ１’〜Ｓ４’を生成する。すなわち、制御部２８は、交流電流Ｉａｃを電流目標値Ｉａｃ＊（＝０Ａ）に一致させるためのフィードバック制御を実行する。
【００４５】
このように、蓄電部１０の放電時には、制御部２８は、交流電流Ｉａｃが零となるように双方向インバータ２２を制御する。これにより、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から出力される交流電力はすべて交流バス２を経由して電気機器４０へ供給されることとなり、電力系統３０へ供給されることがない。したがって、電力系統３０への逆潮流を防止することができる。
【００４６】
しかしながら、上記のように交流電流検出部５０による交流電流Ｉａｃの検出値に基づいて双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０を制御する構成においては、電気機器４０における負荷の時間的変化が双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０において交流電流Ｉａｃを電流目標値Ｉａｃ＊に追従させるのに要する時間（以下、「整定時間」と称する）よりも短い場合には、生じた電流偏差ΔＩａｃをフィードバック制御により修正できなくなる可能性がある。このような不具合は、たとえば電気機器４０の運転を停止したことによって負荷が急激に低下した場合に起こり得る。そして、交流電流Ｉａｃが零を超えてしまうことにより、電力系統３０への逆潮流を発生させる可能性がある。
【００４７】
そこで、本実施の形態１による給電システムでは、電気機器４０において、負荷の出力を停止または低下させるときには、負荷が消費する消費電力を段階的に小さくする。すなわち、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の整定時間よりも長くなるように電気機器４０における負荷の時間的変化を調整することにより、簡易かつ効率的に逆潮流の発生を抑制する。
【００４８】
（電気機器の構成）
以下に、図面を参照して、この発明の実施の形態１による電気機器４０の構成について説明する。
【００４９】
図３は、図１における電気機器４０の詳細な構成を示す図である。
図３を参照して、電気機器４０は、電源プラグ６０と、電力調整部６２と、負荷部６４と、制御部６６と、メモリ６８と、入力部７０とを備える。
【００５０】
電源プラグ６０が交流バス２に設けられたコンセント（図示せず）に接続されることによって、電気機器４０と交流バス２（図示せず）とが電気的に接続される。交流バス２からの交流電力が電源プラグ６０を介して電気機器４０内部に伝達されると、電力線を通じて負荷部６４に供給される。これにより、負荷部６４は、交流バス２から交流電力の供給を受けて動作する。
【００５１】
電源プラグ６０と負荷部６４とを結ぶ電力線上には、電力調整部６２が設けられる。電力調整部６２は、負荷部６４で単位時間当たりに消費される電力（以下、「消費電力」とも記す）を複数段階で切換え可能に構成される。図４に、電気機器４０の消費電力を表わした電力データの一例を示す。図４を参照して、消費電力は２２００Ｗを上限値として２００Ｗずつ増加させることができる。
【００５２】
図３に戻って、メモリ６８は、揮発性記憶装置であるＲＡＭ（Random  Access  Memory）や、不揮発性記憶装置であるＲＯＭ（Read-Only  Memory）などによって実現され、制御部６６によって実行されるプログラムや、制御部６６によるプログラムの実行に必要なワークデータを格納する。ワークデータには、図４に示した電力データが含まれる。
【００５３】
入力部７０は、電気機器４０を起動／停止するための指令を与えるためのユーザインターフェースである。入力部７０は、たとえば押しボタン型のスイッチであり、ユーザがスイッチを操作することによって、起動指令および停止指令が制御部６６に出力される。また、入力部７０は、負荷部６４の運転時には、負荷部６４の出力を調整するためのユーザインターフェースとして機能する。入力部７０において調整された出力に関する情報は、制御部６６へ送信される。
【００５４】
制御部６６は、いずれも図示しないがＣＰＵ（Central  Processing  Unit）および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力および各回路への制御信号の出力を行なうとともに、電気機器４０の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路で処理することも可能である。
【００５５】
制御部６６は、入力部７０から停止指令を受けると、負荷部６４を起動状態から停止状態に移行させる。このとき、制御部６６は、電力調整部６２を制御することにより、負荷部６４の消費電力を零に向かって段階的に小さくする。
【００５６】
具体的には、制御部６６は、１段階ごとに減少させる消費電力（以下、「消費電力の調整量」とも記す）ΔＰを設定する。電力調整部６２は、制御部６６によって設定された消費電力の調整量ΔＰに従って消費電力が減少するように、負荷部６４を制御する。このようにして、負荷部６４の消費電力は調整量ΔＰずつ段階的に減少することとなる。
【００５７】
ここで、消費電力の調整量ΔＰについては、法規で定められた許容電力を超える電力が電力系統３０に逆潮流しないように、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に基づいて設定される。詳細には、現行の法規では、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の定格出力電力の５％を超える電力が０．５秒以上継続して逆潮流することを禁止する旨が定められている。換言すれば、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の定格出力電力の５％以下の電力であれば逆潮流することが法規上許容されている。
【００５８】
そこで、本実施の形態１では、制御部６６は、消費電力の調整量ΔＰを双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力の５％以下となるように設定する。これによれば、電気機器４０における負荷の時間的変化が双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の整定時間よりも短くなることによって余剰電力が電力系統３０側に流れる事態が生じても、余剰電力が許容電力以下に抑えられているため、法規に違反することがない。
【００５９】
一例として、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力が５ｋＷである場合を想定する。この場合、電力系統３０側に逆潮流が許容される電力は、定格出力電力の５％である２５０Ｗとなる。したがって、制御部６６は、許容電力である２５０Ｗ以下となるように、消費電力の調整量ΔＰを設定すればよい。図４に示した電力データによれば、電気機器４０は、消費電力を２００Ｗずつ調整可能に構成される。よって、消費電力の調整量ΔＰを２００Ｗに設定することにより、余剰電力を法規上の許容電力以下に抑えることができる。
【００６０】
このような構成とすることにより、入力部７０から停止指令を受けたときの消費電力が１０００Ｗであるとすれば、図４に示すように、電気機器４０の消費電力は１０００Ｗから０Ｗに向かって２００Ｗずつ減少していくこととなる。図５は、電気機器４０の消費電力および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の出力電力の時間的な変化を示す図である。
【００６１】
図５を参照して、ユーザの操作によって停止指令が与えられると（時刻ｔ１）、電気機器４０の消費電力は、予め定められた調整量ΔＰ（たとえば、２００Ｗ）ずつ段階的に減少する。このとき、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０においては、上述したように、交流電流検出部５０で検出される交流電流Ｉａｃが零となるように、電力変換動作が制御される。これにより、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から出力される電力は、電気機器４０の消費電力の減少に追従するように減少する。なお、図５では、消費電力を減少させるタイミング（時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５）において、消費電力と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の出力電力と間に電力差が生じているが、この電力差の大きさは法規上の許容電力以下となっている。
【００６２】
また、図５において、消費電力を減少させる時間間隔Δｔは、消費電力の調整量ΔＰおよび双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の整定時間に応じて調整することができる。たとえばユーザが入力部７０を操作することにより、制御部６６に時間間隔Δｔが与えられる構成としてもよい。これにより、消費電力の変化に対して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の出力電力を追従させることができる。
【００６３】
（消費電力の調整量ΔＰの設定）
以上説明したように、消費電力の調整量ΔＰは、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に応じた調整を必要とする。そのため、電気機器４０においては、給電システムに適用される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の仕様に適合できるように、複数の調整量の中から任意の値を選択できるように構成される。
【００６４】
その一態様として、電気機器４０は、消費電力の調整量ΔＰを設定するためのテーブル（以下、「調整量設定用テーブル」とも称する）をメモリ６８に格納している。図６は、調整量設定用テーブルの一例を示す図である。図６を参照して、調整量設定用テーブルには、互いに大きさが異なる複数の電力値Ｐ１〜Ｐ５が設定されている。
【００６５】
入力部７０を用いてユーザが調整量ΔＰを設定する場合には、制御部６６は、表示部（図示せず）に調整量設定用テーブルを表示させる。ユーザは、表示部に表示された調整量設定用テーブルを参照することにより、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に対して適当な電力を調整量ΔＰに設定することができる。
【００６６】
また、別の態様としては、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０と電気機器４０との間で通信を行なうことによって、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に関する情報を電気機器４０の制御部６６が取得する構成としてもよい。
【００６７】
図７は、図１における電気機器４０の変形例を示す図である。
図７を参照して、本変形例による電気機器４０Ａは、図３に示した電気機器４０と比較して、通信部７２をさらに備える。
【００６８】
制御部６６は、通信部７２を介して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に設けられた通信部（図示せず）との間で無線または有線により通信する。そして、制御部６６は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の通信部から送信される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に関する情報をメモリ６８に格納する。制御部６６は、このメモリ６８に格納された定格出力電力に関する情報に基づいて、消費電力の調整量ΔＰを設定する。
【００６９】
なお、電気機器４０および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の間の通信には、電力線通信（ＰＬＣ：Power  Line  Communication）を用いることができる。この場合、通信部７２は、ＰＬＣユニットにより構成され、電力線を介して情報を伝達する。
【００７０】
図８は、図７に示した電気機器４０Ａにおける消費電力の調整量ΔＰの設定を説明するためのフローチャートである。なお、図８に示すフローチャートは、制御部６６において予め格納したプログラムを実行することで実現できる。
【００７１】
図８を参照して、まず、ステップＳ１０により、電源プラグ６０が交流バス２に設けられたコンセントに接続されることによって、電気機器４０Ａと交流バス２とが電気的に接続されると、制御部６６は、ステップＳ２０により、通信部７２を介して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に設けられた通信部との間で通信する。これにより、制御部６６は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に関する情報を受信する。
【００７２】
制御部６６は、ステップＳ３０では、受信した双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に基づいて、消費電力の調整量ΔＰを設定する。具体的には、制御部６６は、定格出力電力の５％以下となるように、消費電力の調整量ΔＰを設定する。そして、制御部６６は、設定した調整量ΔＰを電力調整部６２へ出力する。
【００７３】
制御部６６は、ステップＳ４０により、入力部７０から停止指令を受けると、負荷部６４を起動状態から停止状態に移行させる。このとき、電力調整部６２は、ステップＳ５０により、制御部６６によって設定された消費電力の調整量ΔＰに従って負荷部６４の消費電力を減少するように、負荷部６４を制御する。そして、消費電力が零に到達すると、ステップＳ６０により、負荷部６４は停止状態となる。
【００７４】
このような構成としたことにより、電気機器４０Ａに電力を供給する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０が切換わるごとに、電気機器４０Ａと切換え後の双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０との間で定格出力電力に関する情報が伝達されるため、メモリ６８に格納される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力を最新の値に更新することができる。これにより、電気機器４０Ａは、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の整定時間を反映した消費電力の調整を常に行なうことができる。
【００７５】
なお、上述の説明では、電気機器４０Ａが交流バス２に接続されたときに双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から送信される定格出力電力に関する情報に基づいて、消費電力の調整量ΔＰを設定する構成について例示したが、電気機器４０Ａの電源を投入したときに、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から送信される定格出力電力に関する情報に基づいて、消費電力の調整量ΔＰを設定するようにしてもよい。
【００７６】
図９は、図７に示した電気機器４０Ａにおける消費電力の調整量ΔＰの設定を説明するためのフローチャートである。図９に示すフローチャートは、図８に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１０の処理に代えて、ステップＳ１２の処理を設けたものである。
【００７７】
図９を参照して、ステップＳ１２により、ユーザの操作による起動指令に応じて、電気機器４０Ａに電源が投入されて電気機器４０Ａが起動すると、制御部６６は、ステップＳ２０により、通信部７２を介して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に設けられた通信部との間で通信する。これにより、制御部６６は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に関する情報を受信する。そして、制御部６６は、図８と同様のステップＳ３０〜Ｓ６０により、消費電力の調整量ΔＰの設定、および停止指令に従った電気機器４０Ａの運転停止のための処理を実行する。
【００７８】
このように、本実施の形態１による電気機器は、負荷の出力を停止させるときには、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の整定時間よりも短くならないように消費電力を段階的に小さくする。これにより、蓄電部から電気機器に供給される電力を段階的に小さくできるため、簡易かつ効率的に逆潮流の発生を抑制することができる。さらに、１段階ごとの消費電力の調整量を双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の定格出力電力に応じて可変に設定する構成としたことにより、逆潮流に関する法規制を遵守することができる。
【００７９】
なお、上述の実施の形態１では、電気機器の負荷を停止させるときに電気機器の消費電力を零に向かって段階的に小さくするための構成について例示したが、本発明の適用はこのような場面に限られるものではない。具体的には、電気機器の負荷の出力を低下させる場面であれば、本発明を適用することが可能である点について確認的に記載する。
【００８０】
また、上述の実施の形態１による消費電力を段階的に小さくする構成において、その段階数は消費電力の調整量ΔＰに応じて増減自在であることを確認的に記載する。したがって、消費電力がより連続的に減少するように、消費電力の調整量ΔＰを設定することも可能である。
【００８１】
［実施の形態２］
図１０は、本発明の実施の形態２による電気機器４０Ｂの詳細な構成を示す図である。
【００８２】
図１０を参照して、本実施の形態２による電気機器４０Ｂは、図７に示した電気機器４０Ａと比較して、電池部８０をさらに備える。
【００８３】
電池部８０は、一例として、リチウムイオン二次電池などの再充電可能に構成された二次電池などからなる。電池部８０は、電源プラグ６０と負荷部６４とを結ぶ電力線との間で電力の授受を実行する。すなわち、電池部８０は、交流バス２から電源プラグ６０および電力線を通じて供給される電力を受けて充電される。また、電池部８０は、電力線に向けて放電することにより、蓄えられた電力を負荷部６４に供給することができる。なお、電池部８０には、図示は省略するが、交流バス２からの供給電力を電池部８０の充電に適した電力に変換するための電力変換装置が設けられている。
【００８４】
実施の形態２による電気機器４０Ｂでは、電力調整部６２は、電池部８０に単位時間当たりに充電される電力（以下、「充電電力」とも記す）を調整可能に構成される。たとえば電力調整部６２は、充電電力を複数段階で切換えることができる。
【００８５】
制御部６６は、入力部７０から停止指令を受けると、負荷部６４を起動状態から停止状態に移行させる。このとき、制御部６６は、負荷部６４の消費電力を零とする一方で、電力調整部６２を制御することにより、交流バス２から供給される電力のうち、負荷部６４で消費されない余剰電力を用いて電池部８０を充電する。すなわち、制御部６６は、停止指令に応答して、電力の供給先を負荷部６４から電池部８０に切換える。
【００８６】
さらに、制御部６６は、電力の供給先が負荷部６４から電池部８０に切換えられると、電力調整部６２を制御することにより、電池部８０の充電電力を零に向かって段階的に小さくする。
【００８７】
このように、実施の形態２による電気機器４０Ｂでは、停止指令に応答して負荷部６４を停止状態とする一方で、負荷部６４で消費されない余剰電力を用いて電池部８０を充電する。そして、この充電動作において電池部８０の充電電力を段階的に小さくする。これにより、負荷部６４を速やかに停止しつつ、蓄電部１０から電気機器４０Ｂに供給される電力を段階的に小さくすることができる。
【００８８】
具体的には、制御部６６は、１段階ごとに減少させる充電電力（以下、「充電電力の調整量」とも記す）ΔＰｃｈを設定する。電力調整部６２は、制御部６６によって設定された充電電力の調整量ΔＰｃｈに従って充電電力が減少するように、電池部８０内部の電力変換装置を制御する。このようにして、電池部８０の充電電力は調整量ΔＰｃｈずつ段階的に減少することとなる。
【００８９】
なお、充電電力の調整量ΔＰｃｈは、実施の形態１における消費電力の調整量ΔＰと同様に、法規で定められた許容電力を超える電力が電力系統３０に逆潮流しないように、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に基づいて設定される。具体的には、制御部６６は、充電電力の調整量ΔＰｃｈを双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力の５％以下となるように設定する。これによれば、電気機器４０Ｂにおける電池部８０の充電電力の時間的変化が双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の整定時間よりも短くなることによって余剰電力が電力系統３０側に流れる事態が生じても、余剰電力が許容電力以下に抑えられているため、法規に違反することがない。
【００９０】
また、充電電力の調整量ΔＰｃｈは、実施の形態１における消費電力の調整量ΔＰと同様に、入力部７０を用いてユーザが設定することが可能である。あるいは、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０と電気機器４０Ｂとの間で通信を行なうことによって、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に関する情報を取得する構成としてもよい。
【００９１】
図１１は、電気機器４０Ｂの消費電力、電池部８０の充放電電力および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の出力電力の時間的な変化を示す図である。図１１では、実施の形態１と同様に、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力が５ｋＷである場合を想定する。充電電力の調整量ΔＰｃｈは、許容電力（定格出力電力の５％＝２５０Ｗ）よりも低い２００Ｗに設定するものとする。
【００９２】
図１１を参照して、ユーザの操作によって停止指令が与えられると（時刻ｔ１）、電気機器４０Ｂは起動状態から停止状態に移行する。たとえば、入力部７０から停止指令を受けたときの消費電力が１０００Ｗであるとすれば、電気機器４０Ｂの消費電力は１０００Ｗから０Ｗに減少する。
【００９３】
電気機器４０Ｂの内部では、停止指令に応答して、電力調整部６２によって交流バス２からの電力の供給先が負荷部６４から電池部８０に切換えられる。すなわち、停止指令を受けて負荷部６４が停止状態とされる一方で、電池部８０の充電が開始される。したがって、時刻ｔ１以降において、交流バス２から電気機器４０Ｂに供給される電力は電池部８０の充電電力となる。
【００９４】
電池部８０の充電電力は、予め定められた調整量ΔＰｃｈ（たとえば、２００Ｗ）ずつ段階的に減少する。このとき、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０においては、上述したように、交流電流検出部５０で検出される交流電流Ｉａｃが零となるように、電力変換動作が制御される。これにより、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から出力される電力は、電池部８０の充電電力の減少に追従するように減少する。なお、図１１では、充電電力を減少させるタイミング（時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５）において、充電電力と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の出力電力と間に電力差が生じているが、この電力差の大きさは法規上の許容電力以下となっている。
【００９５】
充電電力が０Ｗまで低下すると（時刻ｔ５）、電池部８０の充電動作が停止する。この時刻ｔ１から時刻ｔ５までの期間に及ぶ充電動作によって、電池部８０には電力が蓄えられている。そして、電気機器４０Ｂを再起動させるためにユーザの操作によって起動指令が与えられると（時刻ｔ６）、この電池部８０から優先的に負荷部６４に電力を供給させる。
【００９６】
電池部８０から負荷部６４への給電によって電池部８０の充電量が所定の許容値を下回ると（時刻ｔ７）、電池部８０の放電動作を停止させるとともに、電池部８０に代えて交流バス２からの電力を負荷部６４に供給する。負荷部６４は、交流バス２から交流電力の供給を受けて動作を継続する。
【００９７】
図１２は、実施の形態２による電気機器４０Ｂにおける充電電力の調整量ΔＰｃｈの設定を説明するためのフローチャートである。
【００９８】
図１２を参照して、まず、ステップＳ１０により、電源プラグ６０が交流バス２に設けられたコンセントに接続されることによって、電気機器４０Ｂと交流バス２とが電気的に接続されると、制御部６６は、ステップＳ２０により、通信部７２を介して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に設けられた通信部との間で通信する。これにより、制御部６６は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に関する情報を受信する。
【００９９】
制御部６６は、ステップＳ７０では、受信した双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力に基づいて、電池部８０の充電電力の調整量ΔＰｃｈを設定する。具体的には、制御部６６は、定格出力電力の５％以下となるように、充電電力の調整量ΔＰｃｈを設定する。そして、制御部６６は、設定した調整量ΔＰｃｈを電力調整部６２へ出力する。
【０１００】
制御部６６は、ステップＳ４０により、入力部７０から停止指令を受けると、負荷部６４を起動状態から停止状態に移行させる。具体的には、制御部６６は、負荷部６４の消費電力を零とする。さらに、電力調整部６２は、ステップＳ８０により、交流バス２からの電力の供給先を、負荷部６４から電池部８０に切換える。
【０１０１】
ステップＳ９０では、電力調整部６２は、制御部６６によって設定された充電電力の調整量ΔＰｃｈに従って電池部８０の充電電力を減少するように、電池部８０を制御する。そして、充電電力が零に到達すると、制御部６６は、ステップＳ１００により、電池部８０の充電動作を停止する。
【０１０２】
本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、電気機器４０Ｂに電力を供給する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０が切換わるごとに、電気機器４０Ｂと切換え後の双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０との間で定格出力電力に関する情報が伝達される。そのため、メモリ６８に格納される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の定格出力電力を最新の値に更新することができる。これにより、電気機器４０Ｂは、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の整定時間を反映した充電電力の調整を常に行なうことができる。
【０１０３】
なお、上述の説明では、電気機器４０Ｂが交流バス２に接続されたときに双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から送信される定格出力電力に関する情報に基づいて、充電電力の調整量ΔＰｃｈを設定する構成について例示したが、図９で説明したように、電気機器４０Ｂの電源を投入したときに、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から送信される定格出力電力に関する情報に基づいて、充電電力の調整量ΔＰｃｈを設定するようにしてもよい。
【０１０４】
このように、本実施の形態２による電気機器は、負荷の出力を停止させるときには、負荷部を停止状態とする一方で、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の整定時間よりも短くならないように電池部の充電電力を段階的に小さくする。これにより、蓄電部から電気機器に供給される電力を段階的に小さくできるため、簡易かつ効率的に逆潮流の発生を抑制することができる。さらに、１段階ごとの消費電力の調整量を双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の定格出力電力に応じて可変に設定する構成としたことにより、逆潮流に関する法規制を遵守することができる。
【０１０５】
また、本実施の形態２では、負荷部を停止状態としたことにより負荷部で消費されない余剰電力を電池部に蓄えておく構成としたことにより、負荷部を再起動させるときには、電池部に蓄えられた電力を利用することができる。したがって、実施の形態１と比較して、逆潮流の発生を抑制するために負荷部が無駄に電力を消費するのを防止することができる。
【０１０６】
さらに、本実施の形態２によれば、電気機器が消費電力を段階的に切換える機能を有しない場合においても、負荷部を停止状態とする一方で、電池部における充電電力を段階的に小さくすることによって、蓄電部から電気機器に供給される電力を段階的に減少させることができる。この結果、逆潮流の発生を抑制することができる。
【０１０７】
なお、上述の実施の形態１および２では、ユーザの操作に応じて入力部７０から停止指令が与えられたときに、電気機器の負荷の出力を停止させるための構成について例示したが、本発明の適用はこのような場面に限られるものではない。具体的には、電気機器の運転稼動中において負荷の出力を自動的に停止または低下させる場面においても、本発明を適用することが可能である。たとえば電気機器がエアコン等の空調設備である場合には、現在の室温が目標温度にまで達したときには、負荷の出力を自動的に停止させる制御が行なわれる。または、洗濯機等のように自動運転モードや全自動運転モードなどの機能が搭載された電気機器においては、運転稼動中に処理工程が切換わることによって、負荷の出力が急激に低下することがある。このように負荷の出力が自動的に停止する、または低下するような電気機器に対しても本発明を適用することにより、簡易かつ効率的に逆潮流の発生を抑制することができる。
【０１０８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０９】
１  直流バス、２  交流バス、１０  蓄電部、２０  双方向ＤＣ／ＡＣ変換器、２２  双方向インバータ、２４，２６  連系リアクトル、２８  制御部、３０  電力系統、４０，４０Ａ，４０Ｂ  電気機器、５０  交流電流検出部、６０  電源プラグ、６２  電力調整部、６４  負荷部、６６  制御部、６８  メモリ、７０  入力部、７２  通信部。
【図１】
2013165618.tif 000003
【図２】
2013165618.tif 000004
【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】
2013165618.tif 000009
【図８】
2013165618.tif 000010
【図９】
2013165618.tif 000011
【図１０】
2013165618.tif 000012
【図１１】
2013165618.tif 000013
【図１２】
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