(57)【要約】【課題】電力を安定的に供給できるだけでなく蓄電池の寿命を延ばすことが可能な直流給電システムを提供する。【解決手段】直流給電システム１は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して直流バス１０に接続された自然エネルギー発電装置３０と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して直流バスに接続された負荷機器４０と、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して直流バス１０に接続され、発電電力が負荷電力よりも大きい場合に発電電力を充電し、発電電力が負荷電力よりも小さい場合に放電して負荷機器４０に電力を供給する蓄電池５０と、現在の発電電力量及び負荷電力量、今後の発電電力量及び負荷電力量の推定値、蓄電池の残量、予め設定された停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値、電力抑制率の目標値及びそれらの目標値の優先順位に基づき、第１乃至第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２３の動作を管理する電力管理装置６０とを備える。【選択図】図１
2020161765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流給電の母線となる直流バスと、
前記直流バスに接続された第１乃至第３ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記直流バスに接続され、発電電力を前記直流バスに供給する自然エネルギー発電装置と、
前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記直流バスに接続され、前記直流バスから負荷電力の供給を受ける負荷機器と、
前記第３ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記直流バスに接続され、前記発電電力が前記負荷電力よりも大きい場合に前記発電電力を充電し、前記発電電力が前記負荷電力よりも小さい場合に放電して前記負荷機器に電力を供給する蓄電池と、
現在の発電電力量及び負荷電力量、今後の発電電力量及び負荷電力量の推定値、前記蓄電池の残量、予め設定された停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値、電力抑制率の目標値及びそれらの目標値の優先順位に基づき、前記第１乃至第３ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を管理する電力管理装置とを備えることを特徴とする直流給電システム。
【請求項２】
前記電力管理装置は、
前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値及び前記電力抑制率の目標値を設定する目標値設定部と、
前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値、前記電力抑制率の目標値の優先順位を設定する優先順位設定部を含む、請求項１に記載の直流給電システム。
【請求項３】
前記電力管理装置は、
気象予測データを取得する気象データ取得部と、
前記発電電力量及び前記負荷電力量のデータを蓄積するデータ蓄積部と、
前記気象予測データ及び前記データ蓄積部に蓄積された前記発電電力量及び前記負荷電力量のデータに基づいて、前記今後の発電電力量及び負荷電力量を推定する電力量推定部をさらに含む、請求項２に記載の直流給電システム。
【請求項４】
前記電力管理装置は、前記停電率の予測値が前記停電率の目標値を超えている場合に、前記負荷電力が抑制されるように前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の直流給電システム。
【請求項５】
前記電力管理装置は、前記蓄電池寿命の予測値が前記蓄電池寿命の目標値を超えている場合に、前記負荷電力が抑制されるように前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御すると共に、前記発電電力が抑制されるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の直流給電システム。
【請求項６】
前記電力管理装置は、前記電力抑制率の予測値が前記電力抑制率の目標値を超えている場合に、前記発電電力が抑制されるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の直流給電システム。
【請求項７】
前記電力管理装置は、前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値及び前記電力抑制率の目標値の優先順位を動的に変化させる、請求項１乃至６に記載の直流給電システム。
【請求項８】
前記電力管理装置と通信可能に構成された管理者端末をさらに備え、
前記電力管理装置は、前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値、前記電力抑制率の目標値、前記優先順位の推奨値を前記管理者端末に通知する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の直流給電システム。
【請求項９】
前記電力管理装置は、前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値、前記電力抑制率の目標値及び前記優先順位の推奨値を自動で設定する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の直流給電システム。
【請求項１０】
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記自然エネルギー発電装置からの発電電力を昇圧して前記直流バスに供給する昇圧コンバータであり、
前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記直流バスの電力を降圧して前記負荷機器に供給する降圧コンバータであり、
前記第３ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記直流バスの電力を降圧または昇圧して前記蓄電池に供給すると共に、前記蓄電池からの電力を昇圧または降圧して前記直流バスに供給する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の直流給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流給電システムに関し、特に、太陽光発電装置等の自然エネルギー発電装置と蓄電池とを組み合わせて構成された直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
温暖化や酸性雨をはじめとする地球規模の環境問題の顕在化、化石資源の枯渇、エネルギーセキュリティー確保等への対応策として、風力や太陽光といった自然エネルギーを利用した発電設備の導入が進んでいる。【０００３】
特に熱帯地域における隔離地や過疎地の系統未整備地域では、現状では主にディーゼルエンジン発電機等により電力が供給されていることが多いが、日照条件がよく太陽光発電に適していることもあり、再生可能エネルギーを有効活用して経済性向上を図るとともに、低炭素社会の実現にも貢献可能な電力供給システムに対するニーズは高い。また、電力系統インフラが既に整備されている地域においても、自然災害等で電力系統が停止した場合に、需要家設備に設置されている太陽光発電システムを系統と切り離して自律運転させ、電力系統停止時にも負荷に対して安定かつ継続的に電力を供給する直流給電システムへの期待が高まっている。【０００４】
直流給電システムに関し、例えば特許文献１には、気象予測データを用いて負荷機器の需要予測データ及び自然エネルギー発電装置の発電出力予測データを計算し、需要予測データ及び発電出力データにより、蓄電池の最大充電電力を超えて蓄電池に充電されることが予測される場合には自然エネルギー発電装置からの発電出力を抑制し、蓄電池の最大放電電力を超えて蓄電池から放電されることが予測される場合には調整用負荷の消費電力を抑制する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１２８７３１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の直流給電システムは、蓄電池の過充電や過放電を防止して電力を安定的に供給することができるが、蓄電池の寿命を考慮するものではなく、蓄電池の寿命が短くなりやすいという問題がある。【０００７】
したがって、本発明の目的は、電力を安定的に供給できるだけでなく蓄電池の寿命を延ばすことが可能な直流給電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明による直流給電システムは、直流給電の母線となる直流バスと、前記直流バスに接続された第１乃至第３ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記直流バスに接続され、発電電力を前記直流バスに供給する自然エネルギー発電装置と、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記直流バスに接続され、前記直流バスから負荷電力の供給を受ける負荷機器と、前記第３ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記直流バスに接続され、前記発電電力が前記負荷電力よりも大きい場合に前記発電電力を充電し、前記発電電力が前記負荷電力よりも小さい場合に放電して前記負荷機器に電力を供給する蓄電池と、現在の発電電力量及び負荷電力量、今後の発電電力量及び負荷電力量の推定値、前記蓄電池の残量、予め設定された停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値、電力抑制率の目標値及びそれらの目標値の優先順位に基づき、前記第１乃至第３ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を管理する電力管理装置とを備えることを特徴とする。【０００９】
本発明によれば、発電電力量、負荷電力量及び蓄電池の残量に基づいて、停電率、蓄電池の寿命及び電力抑制率をそれぞれの目標値に近づけることができる。したがって、電力を安定的に供給できるだけでなく蓄電池の寿命を延ばすことができる。【００１０】
本発明において、前記電力管理装置は、前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値及び前記電力抑制率の目標値を設定する目標値設定部と、前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値、前記電力抑制率の目標値の優先順位を設定する優先順位設定部を含むことが好ましい。さらに、前記電力管理装置は、気象予測データを取得する気象データ取得部と、前記発電電力量及び前記負荷電力量のデータを蓄積するデータ蓄積部と、前記気象予測データ及び前記データ蓄積部に蓄積された前記発電電力量及び前記負荷電力量のデータに基づいて、前記今後の発電電力量及び負荷電力量を推定する電力量推定部をさらに含むことが好ましい。これによれば、現在の発電電力量及び負荷電力量及び気象情報から今後の発電電力量及び負荷電力量の推定値を求めることができ、今後の発電電力量及び負荷電力量の推定値に基づいて、停電率、蓄電池の寿命及び電力抑制率をそれぞれの目標値に近づけることができる。【００１１】
本発明において、前記電力管理装置は、前記停電率の予測値が前記停電率の目標値を超えている場合に、前記負荷電力が抑制されるように前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することが好ましい。また、前記電力管理装置は、前記蓄電池の寿命の予測値が前記蓄電池の寿命の目標値を超えている場合に、前記負荷電力が抑制されるように前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御すると共に、前記発電電力が抑制されるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することが好ましい。さらにまた、前記電力管理装置は、前記電力抑制率の予測値が前記電力抑制率の目標値を超えている場合に、前記発電電力が抑制されるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することが好ましい。発電電力及び負荷電力の少なくとも一方を抑制することにより、停電率、蓄電池の寿命又は電力抑制率がそれぞれの目標値となるように制御することができる。【００１２】
本発明において、前記電力管理装置は、前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値及び前記電力抑制率の目標値の優先順位を動的に変化させることが好ましい。これにより、管理者（需要家）の要望や気象条件に合わせて停電率、蓄電池寿命及び電力抑制率を細かく制御することができる。【００１３】
本発明による直流給電システムは、前記電力管理装置と通信可能に構成された管理者端末をさらに備え、前記電力管理装置は、前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値、前記電力抑制率の目標値、前記優先順位の推奨値を前記管理者端末に通知することが好ましい。これにより、管理者に対して直流給電システムの運用状況を確実に知らせることができる。【００１４】
本発明において、前記電力管理装置は、前記停電率の目標値、前記蓄電池寿命の目標値、前記電力抑制率の目標値及び前記優先順位の推奨値を自動で設定することが好ましい。これによれば、管理者に負担をかけることなく、停電率、蓄電池寿命及び電力抑制率それぞれの適切な目標値及びそれらの適切な優先順位を設定することができる。【００１５】
本発明において、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記自然エネルギー発電装置からの発電電力を昇圧して前記直流バスに供給する昇圧コンバータであり、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記直流バスの電力を降圧して前記負荷機器に供給する降圧コンバータであり、前記第３ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記直流バスの電力を降圧または昇圧して前記蓄電池に供給すると共に、前記蓄電池からの電力を昇圧または降圧して前記直流バスに供給する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであることが好ましい。これにより、直流バスから負荷機器や蓄電池に電力を供給することができ、また自然エネルギー発電機装置や蓄電池から直流バスに電力を供給することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電力を安定的に供給できるだけでなく蓄電池の寿命を延ばすことが可能な直流給電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による直流給電システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、直流給電システムの動作を説明するための図であって、（ａ）は蓄電池の充電動作、（ｂ）は蓄電池の放電動作をそれぞれ示している。
【図３】図３は、電力管理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、電力管理装置による発電／負荷制御のフローチャートである。
【図５】図５は、停電率の優先順位が最も高い場合に行われる負荷／発電制御のフローチャートである。
【図６】図６は、蓄電池寿命の優先順位が最も高い場合に行われる発電／負荷制御のフローチャートである。
【図７】図７は、電力抑制率の優先順位が最も高い場合に行われる発電／負荷制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態による直流給電システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【００２０】
図１に示すように、直流給電システム１は、直流給電の母線となる直流バス１０と、直流バス１０に接続された第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２３と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して直流バス１０に接続された自然エネルギー発電装置３０と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して直流バス１０に接続された負荷機器４０と、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して直流バス１０に接続された蓄電池５０と、自然エネルギー発電装置３０による発電電力量と負荷機器４０による負荷電力量とを比較し、発電電力量が負荷電力量を上回る場合に蓄電池５０を充電し、負荷電力量が発電電力量を上回る場合に蓄電池５０が放電するように、第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２３の動作を含むシステム全体を管理する電力管理装置６０と、インターネット等の通信ネットワーク７０を介して電力管理装置６０と通信可能に構成された管理者端末７１をさらに備えている。
【００２１】
直流バス１０の電圧は、例えば３５０±１００Ｖの高圧直流伝送路である。そのため、それよりも低い電圧で動作する機器を直流バス１０に接続する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続する必要がある。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、自然エネルギー発電装置３０からの例えば２４０Ｖの発電電力を３５０Ｖまで昇圧して直流バス１０に供給する一方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ）であり、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、直流バス１０上の３５０Ｖの電力を２４Ｖまで降圧して負荷機器４０に供給する一方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧コンバータ）である。第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、直流バス１０上の電力を降圧または昇圧して蓄電池５０に供給すると共に、蓄電池５０からの電力を昇圧または降圧して直流バス１０に供給する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２３は、ＯＮ／ＯＦＦ指令受信機能及び電力量調整指令受信機能を有しており、電力管理装置６０と通信可能に構成されている。
【００２２】
自然エネルギー発電装置３０は、例えば太陽光発電装置３０Ａや風力発電装置３０Ｂなどである。本実施形態において、太陽光発電装置３０Ａは太陽光発電パネル及びパワーコンディショナーを含み、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ａを介して直流バス１０に接続されている。風力発電装置３０Ｂは風力発電機本体及びパワーコンディショナーを含み、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ｂを介して直流バス１０に接続されている。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ａ，２１Ｂは、それぞれのパワーコンディショナーに内蔵されたものであってもよい。パワーコンディショナーは、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）機能、ＯＮ／ＯＦＦ指令受信機能、電力量調整指令受信機能、発電情報送信機能等を有しており、電力管理装置６０と通信可能に構成されている。直流バス１０に接続される自然エネルギー発電装置３０の種類や台数は特に限定されないが、太陽光発電装置３０Ａを含むことが好ましい。太陽光発電装置３０Ａや風力発電装置３０Ｂが発電した電力は、直流バス１０を介して負荷機器４０や蓄電池５０に供給される。
【００２３】
負荷機器４０は、例えばＰＣ、エアコン、ＴＶ、ＬＥＤ照明などである。これらの負荷機器４０Ａ〜４０Ｄは、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ａ〜２２Ｄを介して直流バス１０にそれぞれ接続されており、直流バス１０から電力の供給を受ける。
【００２４】
蓄電池５０は、複数の蓄電池５０Ａ〜５０Ｃを含み、各蓄電池５０Ａ〜５０Ｃは蓄電池本体（バッテリーセル）と充電状態を監視し制御するためのＢＭＵ（Battery Management Unit）を含む。蓄電池５０Ａ〜５０Ｃは、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２３Ａ~２３Ｃを介して直流バス１０にそれぞれ接続されており、自然エネルギー発電装置３０の発電電力が負荷機器４０によって消費される電力（負荷電力）よりも大きい場合には発電電力の余剰分を充電し、負荷電力が発電電力よりも大きい場合には放電して負荷電力の不足分を補充する。蓄電池５０のＢＭＵは、ＯＮ／ＯＦＦ指令受信機能、直流バス電圧調整指令受信機能、充放電電流量調整指令受信機能、蓄電池情報送信機能等を有しており、電力管理装置６０と通信可能に構成されている。各蓄電池５０Ａ〜５０Ｃの充電率を示すＳＯＣ（State Of Charge：残容量（Ah）／満充電容量（Ah）×100）は電力管理装置６０に適宜通知される。
【００２５】
直流給電システム１は、ディーゼル発電機３５をさらに備えていてもよい。自然エネルギー発電装置３０の発電電力が小さい場合や、蓄電池５０の残量が少ない場合にディーゼル発電機３５を動作させることにより、発電電力量を強制的に増加させることができる。したがって、負荷電力の抑制や停電を回避することができ、負荷機器４０に対して電力を安定的に供給することが可能である。また、直流バス１０を含むシステム全体をスタートアップする際の電力源としてディーゼル発電機３５を使用することができる。一般的にディーゼル発電機３５はＡＣ出力であるため、ディーゼル発電機３５はＡＣ／ＤＣコンバータ２４を介して直流バス１０に接続される。
【００２６】
電力管理装置６０はＥＭＳ（Energy Management System）を装備するコンピュータシステムである。電力管理装置６０はＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２３の入出力動作を遠隔制御することができ、自然エネルギー発電装置３０の発電量や負荷機器４０の電力需要を制御することができる。電力管理装置６０は、直流バス１０の電圧を維持するため、自然エネルギー発電装置３０、負荷機器４０、蓄電池５０に指令すると共に、これらの機器から情報を収集する。これらの機器への指令及び情報の収集は、ＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４８５、ＣＡＮ（Controller Area Network）、Ｅｔｈｒｎｅｔ、Ｗｉ−Ｆｉなどの通信方式を用いて行われる。
【００２７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、直流給電システム１の動作を説明するための図であって、（ａ）は蓄電池５０の充電動作、（ｂ）は蓄電池５０の放電動作をそれぞれ示している。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、自然エネルギー発電装置３０による発電電力量が負荷機器４０の負荷電力量よりも大きい場合、蓄電池５０は発電電力量の余剰分を充電する。自然エネルギー発電装置３０からの発電電力は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、直流バス１０及び第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して蓄電池５０に供給される。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、負荷機器４０の負荷電力量が自然エネルギー発電装置３０による発電電力量よりも大きい場合、蓄電池５０を放電させて負荷機器４０に必要な電力を供給する。蓄電池５０からの電力は、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２３、直流バス１０及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して負荷機器４０に供給される。
【００３０】
図３は、電力管理装置６０の構成を示すブロック図である。
【００３１】
図３に示すように、電力管理装置６０は、気象予測データを取得する気象データ取得部６１と、自然エネルギー発電装置３０の発電電力量及び負荷機器４０の負荷電力量のデータを蓄積するデータ蓄積部６２と、気象予測データ及びデータ蓄積部６２に蓄積された発電電力量及び負荷電力量のデータに基づいて、今後の発電電力量及び負荷電力量を推定する電力量推定部６３と、停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値及び電力抑制率の目標値を設定する目標値設定部６４と、停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値及び電力抑制率をそれぞれの目標値に近づける制御の優先順位を設定する優先順位設定部６５と、第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２３の動作を制御する制御部６６と、通信ネットワーク７０を介して管理者端末７１等と通信する通信部６７とを含む。
【００３２】
本実施形態において、電力管理装置６０の目標値設定部６４及び優先順位設定部６５は、管理者端末７１からの指令により、停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値、電力抑制率の目標値及びそれらの優先順位を設定することができる。あるいは、目標値設定部６４及び優先順位設定部６５は、季節や天候などの影響を考慮して予め用意された停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値、電力抑制率の目標値及びそれらの優先順位の推奨値を自動で設定してもよい。この場合、目標値設定部６４及び優先順位設定部６５は、停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値、電力抑制率の目標値及びそれらの優先順位を動的に変化させてもよい。これによれば、管理者（需要家）の要望や気象条件に合わせて停電率、蓄電池寿命及び電力抑制率を細かく制御することができる。
【００３３】
電力管理装置６０は、停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値、電力抑制率の目標値及びそれらの優先順位の推奨値を管理者端末７１に通知することが好ましい。これによれば、管理者に負担をかけることなく、停電率、蓄電池寿命、電力抑制率及びそれらの優先順位を設定することができる。また、管理者に対して直流給電システム１の運用状況を確実に知らせることができる。
【００３４】
図４は、電力管理装置６０による発電／負荷制御のフローチャートである。
【００３５】
図４に示すように、電力管理装置６０の目標値設定部６４は、まず停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値及び電力抑制率の目標値を設定する（ステップＳ１）。ここで、「停電率」とは、１日のうちの停電を許容する割合（停電時間／２４時間）であり、「停電率の目標値」は、管理者が指定する停電率の目標値である。例えば停電率の目標率が１０％であるとき、電力管理装置６０は、停電時間が１４４分を超えないようにシステム全体の電力需給を制御する。また「蓄電池寿命」とは、充放電サイクルを１日１回として数えたときの蓄電池の使用可能年数（日数）であり、「蓄電池寿命の目標値」は、管理者が指定する蓄電池寿命の目標値である。また「電力抑制率」とは、需要家が契約している電力量の抑制割合（使用可能電力量／契約電力量）であり、電力抑制率の目標値とは、管理者が指定する電力抑制率の目標値である。
【００３６】
また、電力管理装置６０の優先順位設定部６５は、停電率、蓄電池寿命及び電力抑制率の制御の優先順位を設定する（ステップＳ１）。上記のように、停電率、蓄電池寿命、電力抑制率及びそれらの優先順位は、管理者が手動で設定してもよく、電力管理装置６０が推奨値を自動で設定してもよい。
【００３７】
次に、電力管理装置６０は、蓄電池５０の残量を取得する（ステップＳ２）。蓄電池５０の残量は、各蓄電池５０Ａ〜５０Ｃの残量又はそれらの平均値である。蓄電池５０Ａ〜５０Ｃの残量はＢＭＵによって管理されており、ＢＭＵは定期的或いは電力管理装置６０からの要求に応じて蓄電池残量データを提供することができる。
【００３８】
次に、電力管理装置６０の気象データ取得部６１は、気象予測データを取得する（ステップＳ３）。気象予測データは、気象情報サービス事業者（サービスプロバイダ）からインターネット経由で取得することができる。
【００３９】
さらに、電力量推定部６３は、発電電力量及び負荷電力量それぞれの予測値を計算する（ステップＳ４，Ｓ５）。例えば、太陽光発電の場合、晴天が続けば発電電力量が大きくなるが、曇りや雨が続けば発電電力量が小さくなると予想できる。一方、負荷電力量については、例えば気温が高くエアコンの使用率が高い時期はエアコンによる電力消費量が大きくなるが、気温が高くなくエアコンの使用率が低い時期はエアコンによる電力消費量が小さくなると予想できる。
【００４０】
次に、電力管理装置６０は、蓄電池５０の残量、発電電力量の予測値、負荷電力量の予測値、停電率の目標値、蓄電池寿命の目標値、電力抑制率の目標値、停電率、蓄電池寿命及び電力抑制率の優先順位等に基づいて、発電制御及び負荷制御を行う（ステップＳ６）。以下、発電／負荷制御について詳細に説明する。
【００４１】
図５は、停電率の優先順位が最も高い場合に行われる発電／負荷制御のフローチャートである。
【００４２】
図５に示すように、上述した３つの制御パラメータのうち、「停電率」の優先順位が最も高い場合（ステップＳ１１Ｙ）には、まず現在の停電率が目標値を超えているか否かが判断され（ステップＳ１２）、目標値を超えている場合（ステップＳ１２Ｙ）には、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御して負荷抑制を行う（ステップＳ１７ａ）が、自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作は維持して発電抑制は行わない（ステップＳ１８ａ）。このように負荷機器４０に供給する負荷電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって制限することで、多少の停電を許容しつつ、停電状態が必要以上に長く継続する事態を回避することができる。なお、停電率が０％に設定されている場合において、負荷機器４０からの電力需要が発電電力量と蓄電池５０からの電力供給量との総和量を上回る場合には、負荷抑制が常に実施されることになる。
【００４３】
一方、現在の停電率が目標値以下である場合（ステップＳ１２Ｎ）には、次に優先すべき制御パラメータが蓄電池寿命又は電力抑制率のどちらであるかが判断される（ステップＳ１３）。そして、蓄電池寿命の優先順位のほうが高い場合（ステップＳ１３Ｙ）には、現在の蓄電池寿命が目標値を超えているか否かが判断され（ステップＳ１４）、目標値を超えている場合（ステップＳ１４Ｙ）には、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御して負荷抑制を行う（ステップＳ１７ｂ）と共に、自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御して発電抑制を行う（ステップＳ１８ｂ）。
【００４４】
発電抑制時には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１からの出力抑制のみならず、自然エネルギー発電装置３０にも指令を送って発電量自体を抑制することが好ましい。太陽光発電装置３０Ａの場合、パワーコンディショナーのＭＰＰＴ制御により発電出力を落としてもよく、複数の太陽光発電パネルがある場合にはスイッチの切り替えによりパワーコンディショナーに電力を供給する有効なパネルの数を減らしてもよい。
【００４５】
具体的には、負荷電力が発電電力を上回る場合には、負荷電力を抑制して蓄電池５０が急速に放電されないように制御する。蓄電池５０が急速放電されると蓄電池寿命が縮まるが、蓄電池５０をゆっくり放電させることで蓄電池寿命を延ばすことができる。逆に、発電電力が負荷電力を上回る場合には、発電電力を抑制して蓄電池５０が急速に充電されないように制御する。蓄電池５０が急速充電されると蓄電池５０の寿命が縮まるが、蓄電池５０をゆっくり充電することで蓄電池５０の寿命を延ばすことができる。以上のように、蓄電池５０の充放電動作を抑制することで蓄電池寿命を延ばすことができる。
【００４６】
逆に、蓄電池寿命よりも電力抑制率の優先順位のほうが高い場合（ステップＳ１３Ｎ）には、現在の電力抑制率が目標値を超えているか否かが判断され（ステップＳ１５）、目標値を超えている場合（ステップＳ１５Ｙ）には、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作を維持しつつ（ステップＳ１７ｃ）、自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御して発電抑制を行う（ステップＳ１８ｃ）。このようにすることで、必要以上の発電を防止することができる。
【００４７】
現在の電力抑制率が目標値以下である場合（ステップＳ１５Ｎ）には、現在の蓄電池寿命が目標値を超えない限りにおいて、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作をそれぞれ維持し、負荷抑制及び発電抑制を行わない（ステップＳ１６Ｎ、１７ｄ，１８ｄ）。ただし、現在の蓄電池寿命が目標値を超えた場合（ステップＳ１６Ｙ）には、上記のように、負荷抑制及び発電抑制を実施する（ステップＳ１７ｂ，Ｓ１８ｂ）。
【００４８】
このように、停電率の制御の優先順位が最も高い場合には、定期的に発電予測と負荷予測を行い、現在の停電率が目標値を超えると判断した場合に、発電抑制することなく負荷抑制を行うので、停電率を目標値以下に制御することができる。
【００４９】
図６は、蓄電池寿命の優先順位が最も高い場合に行われる発電／負荷制御のフローチャートである。
【００５０】
図６に示すように、上述した３つの制御パラメータのうち、「蓄電池寿命」の優先順位が最も高い場合（ステップＳ２１Ｙ）には、まず現在の蓄電池寿命が目標値を超えているか否かが判断され（ステップＳ２２）、目標値を超えている場合（ステップＳ２２Ｙ）には、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御して負荷抑制を行う（ステップＳ２７ａ）と共に、自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御して発電抑制を行う（ステップＳ２８ａ）。具体的には、負荷電力が発電電力を上回る場合には、蓄電池５０が急速に放電されないように負荷電力を抑制すると共に、発電電力が負荷電力を上回る場合には、蓄電池５０が急速に充電されないように発電電力を抑制する。このように、蓄電池５０の充放電動作を抑制することで蓄電池寿命を延ばすことができる。
【００５１】
一方、蓄電池寿命が目標値よりも小さい場合（ステップＳ２２Ｎ）には、次に優先すべき制御パラメータが停電率又は電力抑制率のどちらであるかが判断される（ステップＳ２１）。そして、停電率の優先順位のほうが高い場合（ステップＳ２３Ｙ）には、現在の停電率が目標値を超えているか否かが判断され（ステップＳ２４）、目標値を超えている場合（ステップＳ２４Ｙ）には、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御して負荷抑制を行う（ステップＳ２７ｂ）が、自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作は維持して発電抑制は行わない（ステップＳ２８ｂ）。このように負荷機器４０に供給する負荷電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって制限することで、多少の停電を許容しつつ、停電状態が必要以上に長く継続する事態を回避することができる。
【００５２】
逆に、停電率よりも電力抑制率の優先順位のほうが高い場合（ステップＳ２３Ｎ）には、現在の電力抑制率が目標値を超えているか否かが判断され（ステップＳ２５）、目標値を超えている場合（ステップＳ２５Ｙ）には、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作を維持して負荷抑制を行わない（ステップＳ２７ｃ）が、自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御して発電抑制を行う（ステップＳ２８ｃ）。このように自然エネルギー発電装置３０からの発電電力を第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１によって制限することで、必要以上の発電を防止することができる。
【００５３】
現在の電力抑制率が目標値以下である場合（ステップＳ２５Ｎ）には、現在の停電率が目標値を超えない限りにおいて、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作と自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作をそれぞれ維持し、負荷抑制及び発電抑制を行わない（ステップＳ２６Ｎ，Ｓ２７ｄ、Ｓ２８ｄ）。ただし、現在の停電率が目標値を超えた場合（ステップＳ２６Ｙ）には、上記のように、負荷抑制を行う（ステップＳ２７ｂ）が、発電抑制は行わない（ステップＳ２８ｂ）。
【００５４】
このように、蓄電池寿命の制御の優先順位が最も高い場合には、定期的に発電予測と負荷予測を行い、現在の蓄電池寿命が目標値を超えると予測した場合に、負荷抑制と発電抑制の両方を行うので、蓄電池寿命を目標値以下に制御することができる。
【００５５】
図７は、電力抑制率の優先順位が最も高い場合に行われる発電／負荷制御のフローチャートである。
【００５６】
図７に示すように、上述した３つの制御パラメータのうち、「電力抑制率」の優先順位が最も高い場合（ステップＳ３１Ｙ）には、まず現在の電力抑制率が目標値を超えているか否かが判断され（ステップＳ３２）、目標値を超えている場合（ステップＳ３２Ｙ）には、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作を維持して負荷抑制は行わない（ステップＳ３７ａ）が、自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御して発電抑制を行う（ステップＳ３８ａ）。このように自然エネルギー発電装置３０からの発電電力を第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１によって制限することで、必要以上の発電を防止することができる。
【００５７】
一方、現在の電力抑制率が目標値以下である場合（ステップＳ３２Ｎ）には、次に優先すべき制御パラメータが停電率又は蓄電池寿命のどちらであるかが判断される（ステップＳ３３）。そして、停電率の優先順位のほうが高い場合（ステップＳ３３Ｙ）には、現在の停電率が目標値を超えているか否かが判断され（ステップＳ３４）、目標値を超えている場合（ステップＳ３４Ｙ）には、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御して負荷抑制を行う（ステップＳ３７ｂ）が、自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作は維持して発電抑制は行わない（ステップＳ３８ｂ）。このよう負荷機器４０に供給する負荷電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって制限することで、多少の停電を許容しつつ、停電状態が必要以上に長く継続する事態を回避することができる。
【００５８】
逆に、停電率よりも蓄電池寿命の優先順位のほうが高い場合（ステップＳ３３Ｎ）には、現在の蓄電池寿命が目標値を超えているか否かが判断され（ステップＳ３５）、目標値を超えている場合（ステップＳ３５Ｙ）には、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御して負荷抑制を行うと共に（ステップＳ３７ｃ）、自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御して発電抑制を行う（ステップＳ３８ｃ）。このように、蓄電池５０の充放電動作を抑制することで蓄電池寿命を延ばすことができる。
【００５９】
現在の電力抑制率が目標値以下である場合（ステップＳ３５Ｎ）には、現在の蓄電池寿命が目標値を超えない限りにおいて、負荷機器４０に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と自然エネルギー発電装置３０に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作をそれぞれ維持し、負荷抑制及び発電抑制を行わない（ステップＳ３６Ｎ、Ｓ３７ｄ，Ｓ３８ｄ）。ただし、現在の停電率が目標値を超えた場合（ステップＳ３６Ｙ）には、上記のように、負荷抑制を行う（ステップＳ３７ｂ）が、発電抑制は行わない（ステップＳ３８ｂ）。
【００６０】
このように、電力抑制率の制御の優先順位が最も高い場合には、定期的に発電予測と負荷予測を行い、現在の電力抑制率が目標値を超えると予測した場合に、負荷抑制することなく発電抑制を行うので、電力抑制率を目標値以下に制御することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態による直流給電システムは、制御パラメータとして蓄電池寿命を導入し、複数の制御パラメータに対して優先順位をつけて制御することにより、例えば、発電電力のロスカットによる無駄や負荷機器の使用制限を多少許容しつつ蓄電池寿命を延ばす制御を実施することができ、システムのランニングコストの低減を図ることができる。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１    直流給電システム
１０    直流バス
２１，２１Ａ，２１Ｂ    第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２，２２Ａ〜２２Ｄ    第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３，２３Ａ〜２３Ｃ    第３ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４    ＡＣ／ＤＣコンバータ
３０    自然エネルギー発電装置
３０Ａ    太陽光発電装置
３０Ｂ    風力発電装置
３５    ディーゼル発電機
４０，４０Ａ〜４０Ｄ    負荷機器
５０，５０Ａ〜５０Ｃ    蓄電池
６０    電力管理装置
６１    気象データ取得部
６２    データ蓄積部
６３    電力量推定部
６４    目標値設定部
６５    優先順位設定部
６６    制御部
６７    通信制部
７０    通信ネットワーク
７１    管理者端末
【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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