JP6525066B2 - 電力供給装置及び制御装置 - Google Patents

Description

本技術は、外部電力系統と太陽電池の出力電力と蓄電装置の出力電力とを利用して電力供給を行うようにした電力供給装置及び制御装置に関する。

最近では、より大きな容量の家庭用の蓄電装置が実用化されている。家庭用の蓄電装置を活用することによって、停電時の電力供給を確保し、外部電力系統の電力需要量、電力使用量を削減することが可能である。例えば外部電力系統からの交流電力の供給を減少させ、不足する電力を蓄電装置によって補うことが考えられる。さらに、家庭内の電力需要が増加し、電力供給事業者との間の契約している契約電力を超え、ブレーカが作動して電力が遮断されるおそれが生じる。そのような場合に、蓄電装置の出力電力を供給することによって、契約電力を超えるような事態を回避することができる。さらに、太陽電池出力と蓄電装置の出力電力とを混合して出力することが考えられている。

例えば特許文献１には、発電部によって発電された電力を蓄電池制御部によって蓄電池に貯えるようにし、残容量値と、推定された負荷使用電力パターンと、発電予測パターンとに基づいて、充電電流値を制限する時間帯を指定し、制限時間帯における充電電流値を演算することが記載されている。蓄電池が過度の充電電流値によって充電することを防止するようになされている。

特許文献２には、複数のクライアント装置と通信可能なサーバ装置とを具備する。サーバ装置は取得部、予測部、計算部、制御部を備えるエネルギー管理システムであって、予測されたエネルギー需要量に基づいて需要者におけるエネルギー収支を最適化可能な電気機器の稼動スケジュールを計算する。制御部は計算された稼動スケジュールに基づいて電気機器を制御するための制御情報をクライアント装置に送信するようにしたエネルギー管理システムが記載されている。

特開２０１０−０４１８８３号公報 特開２０１３−２２２２９３号公報

蓄電池から負荷への出力電力量を一定で行えることが蓄電池使用では望ましい。なぜなら、蓄電池出力の急変動により電池劣化が引き起こされるからである。例えば出力値不定な状態として突然最大出力値の直後に０Ｗ出力となるような負荷が蓄電池に掛かった場合、蓄電池では大電流の出力により発熱が急に起こり、電池劣化が進むことになる。電極内でリチウムの均衡・平衡な状態に達するまで数十分の時間が掛かかるため、急速な充放電は電池の電極内でリチウムイオンの不均衡な状態を発生させ、このままで次の充放電が行われると更に不均衡が加速される。

電力予測を行うことができれば、蓄電池の出力を一定値で行うことができ、予想から外れている電力量のみ出力量の補正をして、蓄電池に掛かる変動量を少なくでき、電池の劣化が少なくなるように運転することができる。蓄電池の容量急劣化を防止でき、長期間運用での信頼性を向上することができる。

上述した特許文献１及び特許文献２に記載のものでは、電力予測を高精度に行うことについての記載がない。したがって、急激な負荷の変化によって蓄電池部が劣化するおそれがあった。さらに、蓄電池部のＳＯＣ（State Of Charge）を適正な範囲に保ちつつ、蓄電池部の出力電力を家庭内で使用する電力へ供給して買電量を低減し、電気料金削減を行うようにする点についても特許文献１及び特許文献２には、開示されていない。

したがって、本技術の目的は、電力需要の精度を高くすることによって、蓄電池部の出力の急激な変動を防止して蓄電池部の劣化を防止でき、さらに、蓄電池部のＳＯＣを適正な範囲に保ちつつ蓄電池部の出力電力を供給することができる電力供給装置及び制御装置を提供することにある。

本技術は、太陽光発電装置と、
蓄電池部と、
太陽光発電装置の電力を蓄電池部へ供給する充電器と、
蓄電池部の放電出力を交流電力へ変換する直流−交流電力変換回路部と、
使用電力を移動平均することによって求められ、時間的に変化する負荷電力予測と太陽光発電装置の発電量に基づいて蓄電池部の充電を制御し、かつ太陽光発電装置の発電量を蓄電池部のＳＯＣに基づいて、蓄電池部もしくは商用系統電力へ出力を切り替える制御を行う制御装置とを備え、
制御装置は、負荷電力予測が大きく外れて負荷電力が大きくなった場合には、蓄電池部の出力電力割合を大きくする制御を行うようにした電力供給装置である。
さらに、本技術は、使用電力を移動平均することによって求められ、時間的に変化する負荷電力予測と太陽光発電装置の発電量に基づいて蓄電池部の充電を制御し、かつ太陽光発電装置の発電量を蓄電池部のＳＯＣに基づいて、蓄電池部もしくは商用系統電力へ出力を切り替える制御を行う制御装置であって、
負荷電力予測が大きく外れて負荷電力が大きくなった場合には、蓄電池部の出力電力割合を大きくする制御を行うようにした制御装置である。

少なくとも一つの実施形態によれば、本技術は、負荷電力予測によって蓄電池部の出力を制御するので、蓄電池部の出力の急激な変動を防止して蓄電池部の劣化を防止することができる。また、本技術では外部電力系統と蓄電装置の出力電力とを混合することによって、構内（屋内）負荷の急激な変動を吸収して外部電力系統の使用をほぼ一定とできる。その結果、契約電力を低くすることが可能となり、電力料金の増大を抑制できる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であっても良い。

本技術による電力供給装置の一実施の形態のブロック図である。 本技術の一実施の形態の制御処理を説明するためのフローチャートである。 負荷電力予測データの説明に使用するグラフである。 本技術の他の実施の形態の制御処理を説明するためのフローチャートである。 本技術の電力供給装置の応用例の第１の例のブロック図である。 本技術の電力供給装置の応用例の第２の例のブロック図である。

以下、本技術の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本技術の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本技術の範囲は、以下の説明において、特に本技術を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
本技術の説明は、以下の順序にしたがってなされる。
＜１．一実施の形態＞
＜２．他の実施の形態＞
＜３．応用例＞
＜４．変形例＞

＜１．一実施の形態＞
「電力供給装置の構成」
図１を参照して本技術による電力供給装置について説明する。電力供給者の発電所にて発電した電力が図示しない送電網、配電網を介して家庭の電力量計に供給され、電力量計から図１における外部電力系統（商用電力）入力端子１に交流電力が供給される。なお、家庭における電力制御について説明するが、家庭に限らず、複数の家（コミュニティー）、ビル、工場等の電力供給の面で区画されたエリアであれば、本技術を適用することができる。

一般的に、屋外の配電線から引き込み線を通じて建物内に電力線が導入され、電力線が電力メータに接続される。電力メータの出力側に分電盤が接続される。分電盤からの屋内配線に対して電気機器が接続される。例えば本技術による電力供給装置は、電力メータと分電盤との間に設けられる。一般的な住宅の場合、単相３線式であり、中央の中性線と２本の電圧線の計３本の電線を使用する。中性線と一方の電圧線を利用して１００Ｖの電圧を利用でき、２つの電圧線を利用して２００Ｖの電圧を利用できる。なお、本技術は、２線式に対しても適用できる。

入力端子１からの商用電力が供給され、スイッチＳＷ１を介して商用電力が破線で囲んで示すＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply：無停電電源装置）部８に入力される。ＵＰＳ部８は、ＡＣ（交流）−ＤＣ（直流）コンバータ３及びＤＣ−ＡＣインバータ４、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３を有する。商用電力Ｐ１がＵＰＳ部８に供給される。ＡＣ−ＤＣコンバータ３は、商用電力から直流電力を形成する。ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力直流電力がＤＣ−ＡＣインバータ４に供給される。ＤＣ−ＡＣインバータ４は、商用電力と同様のレベル及び周波数の交流電力を形成する。ＤＣ−ＡＣインバータ４の出力交流電力がスイッチＳＷ３を介して交流電力供給端子２に取り出される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、コントロール信号によってオン／オフが制御されるものである。

商用電力がスイッチＳＷ１及びＳＷ２を介して交流電力供給端子２に供給される。スイッチＳＷ１が分電盤のブレーカの場合もある。交流電力供給端子２に対して屋内電力網が接続される。例えば図示しないが、交流電力が配電盤（分電盤を含む）に供給され、配電盤から導出された電力線及びコンセントを通じて電子機器群の各電子機器に対して電力が供給される。電子機器群の例は、空調装置、冷蔵庫、照明器具、洗濯機、テレビジョン受信機等である。屋内電力網の機器が使用する電力が負荷電力である。

ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力及びＤＣ−ＡＣインバータ４の入力の接続点と蓄電池部、例えば電池モジュール５との間にＤＣ−ＤＣコンバータ９が接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、両方向性のものである。すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータ３によって商用電力から形成された直流電力Ｐ２がＤＣ−ＤＣコンバータ９を介して電池モジュール５に対して充電電力として供給される。一方、電池モジュール５の放電電力Ｐ３がＤＣ−ＤＣコンバータ９に供給され、ＤＣ−ＤＣコンバータ９の出力がＤＣ−ＡＣインバータ４に供給され、ＤＣ−ＡＣインバータ４からスイッチＳＷ３を介して交流電力供給端子２に交流電力が取り出される。これらのＡＣ／ＤＣコンバータ３、ＤＣ−ＡＣインバータ４、ＤＣ−ＤＣコンバータ９、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３の部分がＵＰＳ部８を構成している。

電池モジュール５として、例えば８本の円筒状リチウムイオン二次電池を並列接続して電池ブロックを構成し、１６個の電池ブロックを直列接続して共通のケース内に収納した構成を使用することができる。電池モジュール５の他の例は、電気二重層、大容量キャパシタ等である。なお、電池モジュール５として、定置型に限らず、電動車両で使用されるものでも良い。

屋根、屋外等に太陽電池モジュール１０が設置されている。太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池を接続してパネル状としたものである。ソーラーパネルとも称される。通常、複数枚の太陽電池モジュール１０が並べて設置され、太陽電池アレイが構成される。例えば太陽電池モジュール１０は、２ｋＷ〜４ｋＷの発電が可能とされている。

太陽電池モジュール１０の出力電力Ｐ４がＤＣ−ＤＣコンバータ１１及びパワーコンディショナ１２を介して外部電力系統の電力供給ラインに供給される。パワーコンディショナ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部と、ＤＣ−ＡＣインバータ部とからなる電力変換部を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、入力直流電圧を昇圧し、ＤＣ−ＡＣインバータ部に供給する。ＤＣ−ＡＣインバータ部は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部からの直流電圧を交流電力に変換する。さらに、パワーコンディショナ１２は、最大電力点追従制御（Maximum Power Point Tracking：MPPT）と称される制御を行う。この制御は、太陽電池モジュール１０の発電電力の変動に追従して、常に最大の電力点を追いかける方式である。

パワーコンディショナ１２の出力が外部電力系統の電力供給ラインに接続されているので、太陽電池モジュール１０の発電電力が宅内の消費電力を上回る場合には余剰電力が売電される。余剰電力が売電されることを逆潮流と称する。図示しないが、逆潮流の電力を測定するメータが接続されている。なお、ＵＰＳ部８において、太陽電池モジュール１０の発電電力と電池モジュール５の出力電力とが混合して宅内負荷に供給される。

さらに、太陽電池モジュール１０の出力電力がＰＶ充電器１３に供給される。ＰＶ充電器１３は、太陽電池モジュール１０の出力電力が供給されるＤＣ−ＤＣコンバータ１４と充電制御部１５とを有する。充電制御部１５の出力電力Ｐ５がＵＰＳ部８に供給され、負荷電力Ｐ８として使用される。これと共に、充電制御部１５の出力電力Ｐ７が電池モジュール５に供給される。電池モジュール５には、上述したＵＰＳ部８のＤＣ−ＤＣコンバータ９が接続されており、電池モジュール５は、充電制御部１５を介された太陽電池モジュール１０の出力と、ＵＰＳ部８からの商用電力Ｐ６との何れか一方によって充電される。

商用電力で電池モジュール５を充電する場合は、定格電流が充電電流とされる。太陽電池モジュール１０からの充電時に、充電制御部１５は、電池モジュール５のＳＯＣに応じた充電電流を形成する。例えばＳＯＣが５０％以下では、１Ｃの充電電流を形成し、ＳＯＣが８０％〜９０％では、０．５Ｃの充電電流を形成し、ＳＯＣが９０％を超える場合には、０．２Ｃの充電電流を形成する。

例えば、電池モジュール５は、リチウムイオン二次電池からなり、充電時には、ＣＣ（定電流）／ＣＶ（定電圧）でもって充電される。すなわち、最初は、所定の電流によって電池モジュールが充電され、所定の電圧まで充電されると、定電圧充電に切り替えられる。ＰＶ充電器１３による充電制御は、充電電流の値を制御する処理を行う。

電池モジュール５に対する充電制御は、ＢＭＵ（Battery Management Unit）６と通信しているＥＭＵ（Energy Management Unit）７によってなされる。ＢＭＵ６は、電池モジュール５の状態（残容量、電池電圧、電池温度等）を監視し、適切な充放電動作が行われるようになされる。ＢＭＵ６が取得した電池モジュール５の残容量の情報は、ＥＭＵ７に伝送され、ＥＭＵ７の動作モードの切り替えに使用される。ＥＭＵ７がＵＰＳ部８のスイッチを制御し、ＡＣ−ＤＣコンバータ３及びＤＣ−ＡＣインバータ４を制御する。ＥＭＵ７は、太陽電池モジュール１０の出力電力をモニタしている。太陽電池モジュール１０の出力電力が所定以上であれば、ＰＶ充電器１３の出力によって電池モジュール５を充電する。したがって、昼間のような場合には、太陽電池モジュール１０によって電池モジュール５が充電される。なお、本例では、ＢＭＵ６及びＥＭＵ７が別々の構成として記載されているが、これらを一つのマイクロコンピュータ等で実現し、一体化しても良い。

ＥＭＵ７に接続されたメモリ１６には、予め取得されている当該屋内における負荷電力予測データが記憶されている。負荷電力すなわち、屋内における消費電力の合計電力の予測データがＥＭＵ７に供給され、ＥＭＵ７がシステム全体を制御する。一例として、負荷電力予測データは、１日（２４時間）を３０分単位で区切り、各時刻における負荷電力予測データを示すものである。

「電力供給装置の制御動作」
上述の一実施の形態は、太陽電池モジュール１０の発電量、電池モジュール５の蓄電量、負荷電力予測データに応じて電力を制御する。さらに、それぞれの電力を必要に応じて混合出力する。本技術の一実施の形態における制御動作の一例を下記の表１に示す。

ＥＭＵ７は、この表１にしたがって図２に示すフローチャートで示すように、システムを制御する。なお、表１及び図２では省略しているが、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がオンとされる場合には、入力商用電力がそのまま交流電力供給端子２に取り出される。このバイパス動作は、何らかの異常が検出されると行われる。電池モジュールの交換、ファンの点検等の保守のための保守バイパスモードも同様に可能とされている。なお、表１及び図２並びに以下の説明において、電池モジュール５を蓄電池と適宜表記し、太陽電池モジュール１０をＰＶと適宜表記する。

ステップＳＴ０：時刻が確認される。
ステップＳＴ１：最大ＰＶ発電量が確認される。
ステップＳＴ２：負荷電力予測データを参照して宅内負荷予測値Ｐｆが確認される。
ステップＳＴ３：現在の家庭内の負荷電力の値である実動宅内負荷値Ｐｒが確認される。
ステップＳＴ４：蓄電池のＳＯＣが判定される。すなわち、ＳＯＣが小さい場合例えば（ＳＯＣ＜２０％）の場合、ＳＯＣが適正な範囲である場合例えば（２０％＜ＳＯＣ＜８０％）の場合、並びにＳＯＣが大きい場合例えば（ＳＯＣ＞８０％）の場合の何れであるかが判定される。

ステップＳＴ５：（ＳＯＣ＜２０％）の場合には、蓄電池の充電を最優先とする制御がなされる。そして、ステップＳＴ０に戻って（ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４）の処理がなされる。
具体的には、表１の（ＳＯＣ＝０〜２０％）の項目で示すように、基本的に蓄電池は充電のみが可能とされている。表１において、出力／充電は、ＰＶ発電電力が電力供給ラインに出力されると共に、蓄電池の充電に使用されることを意味する。

ステップＳＴ６：（ＳＯＣ＜８０％）の場合には、蓄電池の放電を最優先とする制御がなされる。そして、ステップＳＴ０に戻って（ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４）の処理がなされる。
具体的には、表１の（ＳＯＣ＝８０〜１００％）の項目で示すように、蓄電池からの放電を主として運転される。但し、例外として、夕方には蓄電池をＳＯＣ１００％付近まで持ち上げる動作がなされる。これは 夜間に蓄電池の電力を活用して宅内負荷に電力を供給させる場合である。このときは、夕方ＰＶ発電が行われている場合にのみ蓄電池を充電するために、ＰＶ充電器１３の出力を制限して、蓄電池をＳＯＣ１００％付近まで充電させる動作がなされる。すなわち、充電電流を絞って蓄電池が満充電し易い条件を設定する。通常のＭＰＰＴ動作では蓄電池充電がオン−オフ動作で２時間程度掛かってしまうことを避けるためである。さらに、ＰＶ発電量が負荷電力よりも少ない状態では蓄電池からの出力が負荷電力に供給される。

ステップＳＴ７：（２０％＜ＳＯＣ＜８０％）の場合には、宅内負荷予測値Ｐｆと実動宅内負荷値Ｐｒとがほぼ等しいかどうかが判定される。すなわち、実際の宅内消費電力が予測した値に近いかどうかが判定される。
ステップＳＴ８：ＰｆとＰｒとがほぼ等しい場合には、表１に従って電力制御がなされる。そして、ステップＳＴ０に戻って（ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４）の処理がなされる。表１のＳＯＣが（２０％〜８０％）の欄に示すように、（最大ＰＶ発電量＞負荷電力量）の場合には、負荷への給電がなされると共に、蓄電池が充電される。例えば晴天時になされる制御である。

また、（最大ＰＶ発電量≒負荷電力量）の場合には，負荷への給電と共に、蓄電池の充電又は放電を行う。例えば曇天時では、蓄電池へ充電と、蓄電池からの放電との切り替わりが頻繁に発生する。さらに、（最大ＰＶ発電量＜負荷電力量）の場合には，蓄電池が充電動作から放電動作に切り替わる。例えば雨天の時では、ＰＶ発電不足となるために蓄電池が放電を行う。なお、蓄電池の放電（出力）は、ＳＯＣが２０％までとされる。

ステップＳＴ９：ステップＳＴ７において、宅内負荷予測値Ｐｆが実動宅内負荷値Ｐｒを大幅に上回ると判定された場合、すなわち、予測値を大きく外れて軽負荷となった場合には、系統電力の買電の休止と、ＰＶ出力制限と、蓄電池出力とがなされる。蓄電池のみで電力供給を行い、系統商用電力の買電を休止できる。

ステップＳＴ１０：ステップＳＴ７において、宅内負荷予測値Ｐｆより実動宅内負荷値Ｐｒが大幅に上回ると判定された場合、すなわち、予測値を大きく外れて重負荷となった場合には、実動宅内負荷値Ｐｒが蓄電池の最大出力Ｐmax を超えるかどうかが判定される。
ステップＳＴ１１：ステップＳＴ１０において、実動宅内負荷値Ｐｒが蓄電池の最大出力Ｐmax を超えると判定されると、系統商用電力の買電量を増加させて負荷に供給する。そして、ステップＳＴ０に戻って（ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４）の処理がなされる。
ステップＳＴ１２：ステップＳＴ１０において、実動宅内負荷値Ｐｒが蓄電池の最大出力Ｐmax を超えないと判定されると、蓄電池の出力電力の割合を大きくする。そして、ステップＳＴ０に戻って（ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４）の処理がなされる。

「負荷消費電力の予測」
電池モジュールは、ＳＯＣが（２０％〜８０％）の範囲を最適に使用して家庭内で使用する電力へ供給して買電量を低減し、電気料金削減を行うことができる。ＳＯＣのこの範囲外は緊急用として使用する。蓄電池から負荷への出力電力量を一定で行えることが蓄電池使用では望ましい。なぜなら、蓄電池出力の急変動により電池劣化を引き起こすからである。例えば出力値不定な状態として突然最大出力値の直後に０Ｗ出力となるような負荷が蓄電池に加わることになった場合、蓄電池では大電流の出力により発熱が急に起こり、電池劣化が進むことになる。電極内でリチウムの均衡・平衡な状態に達するまで数十分の時間が掛かかるため、急速な充放電は電池の電極内でリチウムイオンの不均衡な状態を発生させ、このままで次の充放電が行われると更に不均衡が加速される。

本技術では、電力予測を行うことによって、蓄電池の出力を一定値とすることができ、予想から外れている電力量のみ出力量の補正をして、蓄電池に掛かる変動量を少なくでき、電池の劣化が少なくなるように運転することができる。蓄電池の容量急劣化を防止でき、長期間運用での信頼性を向上することができる。

上述した負荷電力予測データの作成について説明する。消費電力量の予測手法として、より精度を向上させるために移動平均を用いる。移動平均の主要なものは、単純移動平均と加重移動平均と指数移動平均の３種類がある。一例として消費電力量の予測手法としてデータの重み付けのない単純移動平均(Simple Moving Average：ＳＭＡ）を使用する。

移動平均の期間は、例えば２週間（１４日間）を使用する。次式は、ある時間帯（３０分間）の直近１４日間の積算電力の単純移動平均を示すものである。翌日の単純移動平均を求めるためには、最も古い積算電力を除けばよい。

ＳＭＡ₃₀＝（ＰＭ＋ＰＭ_-1＋_------＋ＰＭ_-13）／１４
ＳＭＡ₃₀：３０分間の積算電力平均、単位：Ｗｈ
ＰＭ：前日のある時間帯の３０分間の積算電力
ＰＭ_-1：前々日のある時間帯の３０分間の積算電力
ＰＭ_-13：２週間前のある時間帯の３０分間の積算電力

図３は、負荷電力の測定例を示している。例えば２０１４年４月１日の宅内消費電力の実測値（実線）と、前年度４月の電力平均値（点線）と、４月１日の前の２週間の移動平均値（破線）を示すものである。図３のグラフに示すように、前年度４月平均値に比較して移動平均値のほうが、実測値に近い値を示している。このように、宅内負荷電力の予測精度を向上することができる。すなわち、かかる宅内負荷電力予測は家庭内での電力消費量の時間平均とみることができ、ほぼ人間行動に近似できる。連続休暇や気象急変が無い場合における予測確度が高い。さらに、太陽光発電量は前日の天気予報に基づき確度の比較的高い予想量を得ることができるので、ほぼ予測に近似できる。

上述した本技術は、蓄電池容量と、宅内負荷電力量と、ＰＶ発電量と、系統電力買電量とを簡易でしかも、小さな制御装置で管理することができる。急な変動時においても、ＳＯＣに応じて出力の修正ができる。

「具体的制御の例」
晴天・曇天では、例えば１１時〜１３時にＰＶ発電電力を商用電力へ売電し、これ以外の時間帯でＰＶ発電容量を蓄電池に最大限蓄積させながら、宅内負荷電力を移動平均式で求めた予測量に基づいて運転供給させることで、宅内の消費電力をほぼ正確に予測でき、蓄電池へ充電や電池のＳＯＣ値を正確に求めることができる。蓄電池とＰＶ発電と宅内負荷との合算予測で、昼間時間帯に系統電力への売電時間帯を設定し、買電量を最小化できる。

＜２．他の実施の形態＞
本技術の他の実施の形態について説明する。電力会社との電力料金の支払いに関して、契約電力を定めている。契約電力の定め方の一つとして、当月を含めた過去１年の最大需要電力を契約電力とするものがある。契約電力を決定する他の方法としては協議による方法がある。この場合も、最大需要電力が予め設定した契約電力より高くなると、超過料金を支払う必要があるのに加えて次回（翌年等）の契約電力が高くなることがある。

契約電力が上昇すると電気料金が高くなるので、既に決めている契約電力を最大需要電力が上回ることがないように注意する必要がある。蓄電システムの運転法では、負荷電力急増時には商用電力からの買電量を増やして電力供給を行っていた。しかしながら、契約電力の上限値近傍で行うと、契約電力を最大需要電力が上回ることが生じ、次回の契約電力の増大となってしまい、本来蓄電池システム導入による電力平準化の削減効果が得られないことになる。

そこで、他の実施の形態では、契約電力上限値近傍で負荷電力の急増が起こった際には、蓄電池からの供給電力量を電池モジュールの上限出力で供給できるようにするものである。図４を参照して他の実施の形態について説明する。他の実施の形態は、上述した一実施の形態と組み合わされる例であり、図２のフローチャートのステップＳＴ３とステップＳＴ４との間に、図４のフローチャートの処理が挿入される。

ステップＳＴ０：時刻が確認される。
ステップＳＴ１：最大ＰＶ発電量が確認される。
ステップＳＴ２：負荷電力予測データを参照して宅内負荷予測値Ｐｆが確認される。
ステップＳＴ３：現在の家庭内の負荷電力の値である実動宅内負荷値Ｐｒが確認される。
ここまでの処理は一実施の形態におけるステップＳＴ０〜ＳＴ３と同様である。

ステップＳＴ２１：（Ｐｆ＞Ｐcont）又は（Ｐｒ＞Ｐcont）か、どうかが判定される。Ｐcontは、契約電力の上限値よりやや低い電力値である。例えば（Ｐcont＝契約電力の上限値−契約電力の５％）と設定される。
ステップＳＴ２２：ステップＳＴ２１の判定結果が肯定の場合に、電池最大出力値をより大きな値に変更する。すなわち、通常の電力平準化運転中でも、３０分間積算電力予想量が契約電力値を超えると予測された場合、緊急時電池出力の指令が出され、蓄電池出力値がシステム制限値（通常０．５〜１ＩｔＡ）を解除し、電池モジュール最大出力（２〜３ＩｔＡ）での出力値に変更される。

ステップＳＴ２３：（ＳＯＣ＜１０％）か、どうかが判定される。想定するＳＯＣは３０％〜５０％である。判定処理のしきい値を例えば３０％としても良い。
ステップＳＴ２４：ステップＳＴ２３の結果が肯定の場合には、蓄電池の放電を最優先とする制御がなされる。そして、処理がステップＳＴ０に戻る。
ステップＳＴ２５：（ＳＯＣ＜１０％）でない場合には、買電量を増大する。そして、処理がステップＳＴ０に戻る。

ステップＳＴ２６：ステップＳＴ２１の判定結果が否定の場合、すなわち、３０分間積算電力予想量が契約電力値を超えないと予測される場合、蓄電池出力値がシステム制限値（通常０．５〜１ＩｔＡ）を維持するようになされる。そして、処理がステップＳＴ４（図２参照）に戻る。上述した以外の処理は、一実施の形態と同様である。

従来では、蓄電システムの設定上限値を超えた出力電力量を実施することは想定しておらず、制御装置にも設定されてこなかった。上述した本技術の他の実施の形態では、緊急出力機能を設定することで、短時間での電池モジュール上限値出力が可能とできる。残存容量を放出するので、蓄電池システムの温度上昇は、通常運転に対して１〜２℃程度の上昇に抑えることができるので、システム寿命には影響を与えない範囲で運用できる。特に事業所や工場では、契約電力量を守ることで電力会社からのペナルティーを課されずに電力供給を受けることができる。これによって 蓄電システム導入による電力平準化と料金メリットの両方を受けることができる。

＜３．応用例＞
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本技術を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図５を参照して説明する。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。

住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサ１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９及び情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５及び／又は蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。

蓄電装置１０３は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つ又は複数を組み合わせても良い。蓄電装置１０３及び制御装置１１０からなる電力供給装置に対して本技術を適用できる。

各種のセンサ１１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサ１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。

パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter：非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ（Personal Area Network）又はＷ（Wireless）ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。

制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等に、表示されても良い。

各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサ１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。

以上のように、電力が火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、又は、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

「応用例としての車両における蓄電システム」
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図６を参照して説明する。図６に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。

このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、電池２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。上述した本技術の電力供給装置における電池モジュールとして、電池２０８が使用される。すなわち、電動車両の電池２０８が家庭等の電力供給装置として使用される。

ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。電池２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。

エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力を電池２０８に蓄積することが可能である。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力が電池２０８に蓄積される。

電池２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。

図示しないが、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容量表示を行う情報処理装置などがある。

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。

＜４．変形例＞
以上、本技術の一実施の形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

１・・・外部交流電力（商用電力）入力端子
２・・・交流電源供給端子
３・・・ＡＣ−ＤＣコンバータ
４・・・ＤＣ−ＡＣインバータ
５・・・電池モジュール
６・・・ＢＭＵ
７・・・ＥＭＵ
８・・・ＵＰＳ部
９・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０・・・太陽電池モジュール
１２・・・パワーコンディショナ
１３・・・ＰＶ充電器
１６・・・メモリ

Claims (8)

1. 太陽光発電装置と、
   蓄電池部と、
   前記太陽光発電装置の電力を前記蓄電池部へ供給する充電器と、
   前記蓄電池部の放電出力を交流電力へ変換する直流−交流電力変換回路部と、
   使用電力を移動平均することによって求められ、時間的に変化する負荷電力予測と前記太陽光発電装置の発電量に基づいて前記蓄電池部の充電を制御し、かつ前記太陽光発電装置の発電量を前記蓄電池部のＳＯＣに基づいて、前記蓄電池部もしくは商用系統電力へ出力を切り替える制御を行う制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記負荷電力予測が大きく外れて負荷電力が大きくなった場合には前記蓄電池部の出力電力割合を大きくする制御を行うようにした電力供給装置。
2. 前記蓄電池部のＳＯＣが完全に放電せず、且つ満充電でない範囲において、前記制御装置が制御を行う請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記移動平均は、所定時間毎に計算される請求項１又は２に記載の電力供給装置。
4. 更に負荷電力が蓄電池部の最大出力値以上となる際には、系統商用電力の買電量を増加させて負荷へ供給するようにした請求項１から３のいずれかに記載の電力供給装置。
5. 予測値を大きく外れて負荷電力が急減した場合には、前記蓄電池部のみで電力供給行う制御を行い、系統商用電力からの買電を休止するようにした請求項１から４のいずれかに記載の電力供給装置。
6. 前記制御装置は、前記蓄電池部の満充電が夕方以降となるように制御する請求項１から５のいずれかに記載の電力供給装置。
7. 使用電力を移動平均することによって求められ、時間的に変化する負荷電力予測と太陽光発電装置の発電量に基づいて蓄電池部の充電を制御し、かつ前記太陽光発電装置の発電量を前記蓄電池部のＳＯＣに基づいて、前記蓄電池部もしくは商用系統電力へ出力を切り替える制御を行う制御装置であって、
   前記負荷電力予測が大きく外れて負荷電力が大きくなった場合には、前記蓄電池部の出力電力割合を大きくする制御を行うようにした制御装置。
8. 前記蓄電池部のＳＯＣが完全に放電せず、且つ満充電でない範囲において制御を行う請求項７に記載の制御装置。

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