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JP2013243794A - 電力供給システムおよび電力供給方法 - Google Patents

電力供給システムおよび電力供給方法 Download PDF

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Abstract

【課題】蓄電池装置の機能や性能の低下を抑制することができる電力供給システムおよび電力供給方法を提供する。
【解決手段】発電した電力を電力負荷に供給する家庭用燃料電池システム(発電装置)10と、電力負荷40に電力を供給する蓄電池装置20と、蓄電池装置20から電力負荷40に供給される電力を測定する電力測定器70と、制御器60と、を備え、制御器60は、電力負荷40が電力を消費している期間において、電力測定器70によって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力になるように、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20を制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、商用電力系統に連系された分散型電源を備える電力供給システムおよび電力供給方法に関し、特に、停電等により商用電力系統からの電力供給が停止した場合に、発電装置および蓄電池装置を使用して自立運転を行う電力供給システムおよび電力供給方法に関するものである。
近年、需要家(電力消費家)の場所に分散型電源を配置して、分散型電源からの電力と電気事業者の商用電力系統(商用系統電源)からの電力とを組み合わせて、需要家の電力負荷に消費される電力をまかなう分散型電源システムが注目を集めている。
分散型電源システムでは、災害や計画等による停電の場合に、商用電力系統と連系された分散型電源を用いて自立運転を行うことで電力負荷に電力を供給することができる。分散型電源としては、例えば、燃料電池システム(燃料電池)、太陽電池システム(太陽電池)または風力発電システム等の発電装置、あるいは蓄電池システム(蓄電池)がある。
この種の従来技術として、例えば特許文献1には、商用電力系統と燃料電池システムとを連系して、停電した場合に燃料電池システムから負荷に電力供給を行う非常電源システムが開示されている。
従来の分散型電源システムの一例について、図13を用いて説明する。図13は、家庭用燃料電池システムと蓄電池装置とを使用して自家発電を行うことができる従来の分散型電源システムの構成を示すブロック図である。
図13に示すように、分散型電源システム100は、家庭用燃料電池システム110と、蓄電池装置120と、商用電力系統130と、電力負荷140と、分電盤150とによって構成されている。
家庭用燃料電池システム110は、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電力を発電する燃料電池本体111と、燃料電池本体111が発電した直流電力を交流に変換する系統連系インバータ112とを備えている。
蓄電池装置120は、直流電力を出力する蓄電池121と、蓄電池121が出力した直流電力を交流電力に変換する系統連系インバータ122とを備えている。
商用電力系統130は、電気事業者から需要家に交流電力を供給するシステムであり、商用電力系統130からは所定の交流電力が需要家に供給される。
電力負荷140は、需要家において電力を消費する負荷機器であり、例えば電気製品等である。
分電盤150は、家庭用燃料電池システム110、蓄電池装置120および商用電力系統130からの交流電力を所望に選択等して電力負荷140に供給するものであり、開閉器151と、開閉器152と、遮断器153と、遮断器154とを備える。家庭用燃料電池システム110の系統連系インバータ112の出力側は開閉器151により分電盤150に接続されている。蓄電池装置120の系統連系インバータ122の出力側は開閉器152により分電盤150に接続されている。商用電力系統130は遮断器153により分電盤150に接続されている。需要家の電力負荷140は遮断器154により分電盤150に接続されている。
このような分散型電源システム100において、商用電力系統130から電力が供給されている場合(通常時の場合)、分電盤150では、開閉器151と遮断器153と遮断器154とが閉路状態になっており、需要家の電力負荷140には、商用電力系統130の電力と家庭用燃料電池システム110の電力とが供給される。
このとき、電力負荷140で消費される電力が家庭用燃料電池システム110の発電能力(最大発電量)より小さい場合は、家庭用燃料電池システム110が発電する電力を、電力負荷140で消費される電力に追従させている。この場合、需要家の電力負荷140の使用状態によって電力負荷140で消費される電力が急変することがあるため、家庭用燃料電池システム110では、燃料電池本体111を最大能力(最大発電量)で運転させておき、電力負荷140で消費しきれなかった余剰電力については、家庭用燃料電池システム110内に配備された余剰電力消費用負荷(ヒータ等)で消費させている。これにより、電力負荷140で消費される電力が急変しても、家庭用燃料電池システム110から電力負荷140への供給電力を、電力負荷140で消費される電力に追従させることができる。
また、電力負荷140で消費される電力が家庭用燃料電池システム110の発電能力より大きい場合は、商用電力系統130から電力負荷140に電力を供給して、電力負荷140の消費電力の変動に追従させている。
一方、停電等によって商用電力系統130からの電力供給が停止した場合、まず、開閉器151を開放して家庭用燃料電池システム110からの電力供給を一旦停止させると共に、遮断器153を開放して商用電力系統130から分電盤150を切りはなす。その後、開閉器151と開閉器152と遮断器154とを共に閉路して、家庭用燃料電池システム110と蓄電池装置120とを起動する。これにより、停電によって商用電力系統130からの電力供給が停止した状態であっても、家庭用燃料電池システム110と蓄電池装置120とによって電力負荷140に対して電力を供給することができ、自立運転を行うことができる。
このとき、家庭用燃料電池システム110が電力負荷140で消費される電力以上に発電できる場合は、蓄電池装置120からの電力供給を停止させた状態で、家庭用燃料電池システム10から電力負荷140への供給電力を、電力負荷140の消費電力に追従させる。この場合、電力負荷140の消費電力の急変に追従させるために、燃料電池本体111では、電力負荷140で消費されている電力より常に多めに発電(例えば最大発電量で発電)させておき、電力負荷140で消費しきれなかった余剰電力については、家庭用燃料電池システム110内に配備された余剰電力消費用負荷で消費させる。これにより、電力負荷140で消費される電力が急変したとしても、家庭用燃料電池システム110から電力負荷140への供給電力を、電力負荷140の消費電力に追従させることができる。
また、商用電力系統130からの電力供給が停止しているときに、電力負荷140で消費される電力が家庭用燃料電池システム110の発電能力より大きい場合は、蓄電池装置120を起動させて蓄電池装置120からも電力負荷140に電力を供給して、電力負荷140の消費電力の変動に追従させている。
特開2007−228727号公報
しかしながら、家庭用燃料電池システム等の発電装置および蓄電池装置を備える従来の電力供給システムでは、蓄電池装置の電力供給可能時間が短くなったり蓄電池装置の機能が低下したりするという問題がある。
本発明は、上記課題を解決するものであり、蓄電池装置の電力供給可能時間が短くなったり蓄電池装置の機能が低下したりすることを抑制できる電力供給システムおよび電力供給方法等を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る電力供給システムの一態様は、発電した電力を電力負荷に供給する発電装置と、前記電力負荷に電力を供給する蓄電池装置と、前記蓄電池装置から前記電力負荷に供給される電力を測定する電力測定器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記電力負荷が電力を消費している期間において、前記電力測定器によって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力になるように、前記発電装置を制御することを特徴とする。
本発明によれば、蓄電池装置の電力供給可能時間が短くなったり蓄電池装置の機能が低下したりすることを抑制できる。
本発明の実施の形態1に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1に係る電力供給システムにおける停電時の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態1に係る電力供給システムにおける停電期間中の電力の推移を示す図である。 本発明の実施の形態1の変形例に係る電力供給システムにおける停電期間中の電力の推移を示す図である。 本発明の実施の形態1の他の変形例に係る電力供給システムにおける停電期間中の電力の推移を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態2に係る電力供給システムにおける停電時の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る電力供給システムにおける停電期間中の電力の推移を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る電力供給システムにおいて、電力負荷に所定の電力を供給する蓄電池装置を切り替える方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2の変形例に係る電力供給システムにおける停電期間中の電力の推移を示す図である。 本発明の実施の形態2の変形例に係る電力供給システムにおいて、電力負荷に所定の電力を供給する蓄電池装置を切り替える方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態3に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。 従来の分散型電源システムの構成を示すブロック図である。
(本発明の基礎となった知見)
図13に示すような従来の電力供給システムにおいて、停電等により商用電力系統からの電力供給が停止した場合に自立運転を行う際、電力負荷は発電装置または蓄電池装置から電力の供給を受けることになる。この場合、蓄電池装置は発電装置の補助電源として用いられ、電力負荷が発電装置(家庭用燃料電池システム)の発電能力より小さいときは、蓄電池装置を停止させて発電装置のみから電力負荷に電力を供給する。一方、電力負荷の消費電力が増加して当該消費電力が発電装置の発電能力を超えるときは、蓄電池装置を起動させて蓄電池装置からも電力負荷に電力を供給する。
しかしながら、このようにして蓄電池装置を用いると、電力負荷の使用状態に応じて、蓄電池装置の起動および停止が頻繁に行われることになる。このため、従来の電力供給システムでは、蓄電池装置を起動するための電力が余分に消費されることになり、蓄電池の充電電力量(残存容量)が減少して蓄電池装置の運転可能時間(電力供給可能時間)が短くなるという問題がある。
また、蓄電池装置の起動および停止が頻繁に行われると、蓄電池の充放電も頻繁に繰り返されることになるので、蓄電池装置(蓄電池)の機能が短期間で低下してしまうという問題もある。
さらに、電力負荷で消費される電力が発電装置の発電能力を超えてしまった場合は、電力負荷の消費電力に応じて蓄電池装置の出力を追従させているが、この場合、電力負荷の消費電力が急増したときは蓄電池の放電を急速に行う必要があるので、蓄電池装置(蓄電池)の機能が短期間で低下するという問題もある。
本発明者らは、従来の電力供給システムに関し、以上のような問題が生じることを見いだした。本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、蓄電池装置の機能や性能の低下を抑制することができる電力供給システムおよび電力供給方法等を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明に係る電力供給システムの一態様は、発電した電力を電力負荷に供給する発電装置と、前記電力負荷に電力を供給する蓄電池装置と、前記蓄電池装置から前記電力負荷に供給される電力を測定する電力測定器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記電力負荷が電力を消費している期間において、前記電力測定器によって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力になるように、前記発電装置および前記蓄電池装置を制御することを特徴とする。
本態様によれば、電力負荷が電力を消費している期間中は、電力測定器によって測定される電力が所定の電力になるように制御され、蓄電池装置の出力電力が所定の電力となっている。つまり、蓄電池装置は、電力負荷が電力を消費している期間中において、所定の電力を供給し続けている。
これにより、蓄電池装置が起動および停止する回数を低減することができるので、蓄電池装置の起動に伴う電力消費を低減することができる。したがって、蓄電池装置の運転可能時間が短くなることを抑制することができる。
また、蓄電池装置の起動回数および停止回数が低減することにより、蓄電池の充放電の繰り返し回数も低減させることができる。これにより、充放電サイクルに伴って蓄電池装置の機能が短期間で低下することを抑制することができる。また、蓄電池装置の蓄電池の液漏れが発生したり蓄電池装置の出力電圧が低下したりすることも抑制できるので、蓄電池装置の信頼性が向上する。
さらに、蓄電池装置の出力電力を所定の電力とすることで、蓄電池の急速放電を抑制することができる。これにより、蓄電池の機能が短期間で低下してしまうことを抑制することができる。
さらに、蓄電池装置は、出力電力がゼロの状態(オフ状態)から急に高い電力を出力することが困難であるが、本態様によれば、蓄電池装置は、ゼロより大きい所定の電力を供給し続けているので、急に高い電力を出力する必要が生じたとしても容易に対応することができる。
また、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記所定の電力は、所定の設定値以上である、とすることができる。
本態様によれば、蓄電池装置から継続して出力する所定の電力を所定の設定値以上としているので、電力負荷に供給すべき最低限の電力を、蓄電池装置から供給し続けることが可能となる。これにより、停電時においても必要とされる電力負荷に対して、蓄電池装置から電力を供給し続けることができる。
また、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記制御器は、前記蓄電池装置の充電電力量に応じて前記所定の設定値を決定する、としてもよい。
本態様によれば、蓄電池装置の充電電力量に応じて所定の設定値を決定するので、充電電力量(残存容量)で決定される蓄電池装置の運転可能時間を調整することができる。例えば、蓄電池の充電電力量が減っているときに所定の設定値を小さく設定することで、蓄電池の放電可能期間を長くすることができ、蓄電池を長持ちさせることができる。これにより、蓄電池装置の運転可能時間を長くすることができる。
さらに、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記制御器は、前記蓄電池装置から前記電力負荷に電力の供給を開始するときに、前記所定の設定値を決定する、としてもよい。
本態様によれば、蓄電池装置が電力負荷に電力の供給を開始する時に所定の設定値を決定するので、蓄電池装置の運転可能時間を、蓄電池装置の電力負荷への電力供給開始時に決定することができる。
また、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記発電装置が電力系統から電力を受けているか否かを検知する自立運転検知器をさらに備え、前記制御器は、前記発電装置が電力系統から電力を受けていないことを前記自立運転検知器が検知している期間において、前記電力測定器によって測定される電力が前記所定の電力になるように、前記発電装置および前記蓄電池装置を制御する、としてもよい。
停電が発生して商用電力系統からの電力供給が停止した場合、電力負荷は電力系統からの電力供給を受けることができないので、電力負荷は発電装置または蓄電池装置から電力の供給を受けることになる。したがって、停電時には蓄電池装置の使用頻度が高くなるので、蓄電池装置の起動に伴う消費電力によって蓄電池装置の運転可能時間が短くなりやしく、また、蓄電池の機能が短期間で低下したりしやすい。
本態様によれば、停電等により電力系統からの電力供給が停止している期間において、蓄電池装置は所定の電力を供給し続けているので、蓄電池装置の起動に伴う消費電力によって蓄電池装置の運転可能時間が短くなったり蓄電池の機能が短期間で低下したりすることを抑制することができる。
また、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記蓄電池装置は、少なくとも第1蓄電池と第2蓄電池とを有し、前記電力負荷が電力を消費している期間において前記第1蓄電池および前記第2蓄電池のうちの一方の蓄電池の供給電力が前記所定の電力になるように制御され、前記発電装置は、予め定められた割合で発電量を変更するように制御され、前記制御器は、前記発電装置の最大発電量を予め記憶する記憶部と、前記電力負荷の消費電力が前記最大発電量に変更されると仮定し、当該仮定したときから前記最大発電量に変更されるまでの間に前記発電装置および前記一方の蓄電池では供給できない電力量を推定不足電力量として推定する推定部と、前記推定不足電力量と前記一方の蓄電池の充電電力量とを比較する比較部と、前記一方の蓄電池の充電電力量が前記推定不足電力量未満の場合、前記所定の電力を供給する蓄電池を前記一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える切替部とを有する、としてもよい。
燃料電池システム等の発電装置では出力電力の変化量(発電量の割合)が小さいことから電力負荷の消費電力が急変した場合に直ちに対応できない場合がある。本態様によれば、複数の蓄電池を用いて、推定不足電力量と現時点において所定の電力を供給している方の蓄電池の充電電力量とを比較して、当該充電電力量が推定不足電力量よりも小さい場合は、所定の電力を供給し続ける蓄電池を一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える。これにより、発電装置が電力負荷の消費電力の急変に対応させることができないような場合における発電装置ではまかないきれない電力量を、一方の蓄電池のではなく他方の蓄電池でまかなうことができる。
あるいは、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記蓄電池装置は、少なくとも第1蓄電池と第2蓄電池とを有し、前記電力負荷が電力を消費している期間において前記第1蓄電池および前記第2蓄電池のうちの一方の蓄電池の供給電力が前記所定の電力になるように制御され、前記発電装置は、予め定められた割合で発電量を変更するように制御され、前記制御器は、前記発電装置が起動する場合に消費する起動電力量と前記発電装置の最大発電量とを予め記憶する記憶部と、前記電力負荷の消費電力が前記最大発電量に変更されると仮定し、当該仮定したときから前記最大発電量に変更されるまでの間に前記発電装置および前記一方の蓄電池では供給できない電力量を推定不足電力量として推定する推定部と、前記推定不足電力量と前記一方の蓄電池の充電電力量とを比較するとともに、前記起動電力量と前記一方の蓄電池の充電電力量とを比較する比較部と、前記一方の蓄電池の充電電力量が前記推定不足電力量未満の場合、および、前記一方の蓄電池の充電電力量が前記起動電力量未満の場合のうちの少なくとも一方の場合に、前記所定の電力量を供給する蓄電池を前記一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える切替部とを有する、としてもよい。
停電時には燃料電池システム等の発電装置の運転を一旦停止させる場合があるが、この場合、発電装置を起動させて電力の供給が可能な状態になるまでに所定の起動電力量が必要になる。また、上述のように、燃料電池システム等の発電装置では、出力電力の変化量が小さいことから電力負荷の消費電力が急変した場合に直ちに対応できない場合がある。
本態様によれば、推定不足電力量と所定の電力を供給する方の蓄電池の充電電力量とを比較して当該充電電力量が推定不足電力量よりも小さい場合、および、家庭用燃料電池システムの起動電力量と所定の電力を供給する方の蓄電池の充電電力量とを比較して当該充電電力量が起動電力量よりも小さい場合の少なくとも一方に該当する場合、所定の電力を供給し続ける蓄電池を一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える。これにより、発電装置の出力電力を電力負荷の消費電力の急変に対応させることができないような場合における発電装置ではまかないきれない電力量および停止した発電装置を起動するために所定の起動電力量を、一方の蓄電池ではなく他方の蓄電池でまかなうことができる。
さらに、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記制御器は、前記一方の蓄電池が前記電力負荷に電力を供給している場合、前記他方の蓄電池が充電を行うように当該他方の蓄電池を制御する、としてもよい。
本態様によれば、一方の蓄電池が電力負荷に所定の電力を供給している間に、他方の蓄電池を充電することができる。これにより、電力供給システムによって電力負荷に電力を供給できる時間を長くすることができる。特に、停電時においては長時間の自立運転が要求されるが、本態様によれば、長時間の自立運転が可能な電力供給システムを実現することができる。
また、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記制御器は、前記電力負荷の消費電力が前記発電装置の最大発電量より大きい超過電力になった場合、予め定められている第1所定時間までは、前記電力負荷が必要とする電力を前記発電装置および前記蓄電池装置に供給させ、前記第1所定時間経過後は、前記発電装置および前記蓄電池装置から前記電力負荷に供給する電力を前記超過電力未満に減少させる、としてもよい。
発電装置が燃料電池システム等である場合、燃料ガスが供給され続ける限りは発電を行うことができ、最大発電量までは対応することができるが、電力負荷の消費電力が発電装置の最大発電量を超えたときは、蓄電池装置によって超過した電力をまかなうことになる。しかしながら、電力負荷の消費電力が発電装置の最大発電量を超える状態(超過電力状態)が続くと、いずれ蓄電池の充電電力量がなくなり、ユーザにとっては極めて不便な状態になる。例えば、停電のときに蓄電池の充電電力量がなくなった場合、電力負荷が必要とする電力のうち発電装置の最大発電量を超えた分の電力については確保することができなくなる。
そこで、本態様によれば、超過電力状態になったとしても、蓄電池装置からの出力電力は所定の電力としつつ、予め定められた第1所定時間までは、電力負荷が必要とする電力は発電装置および蓄電池装置から供給し、第1所定時間経過後は、発電装置および蓄電池装置から電力負荷に供給する電力を超過電力未満に減少させている。これにより、第1所定時間までは、電力負荷が必要とする全ての電力を供給し続けることができるとともに、第1所定時間経過後においても、電力負荷に一定の電力を供給し続けることが可能となる。また、蓄電池の充電電力量が短時間でなくなってしてしまうことを防止することができる。
また、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記制御器は、前記超過電力と前記第1所定時間との組み合わせを複数記憶しており、前記複数の組み合わせは、前記超過電力の値が小さくなるほど前記第1所定時間が長くなるように定められている、としてもよい。
また、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記発電装置および前記蓄電池装置の各々は、前記発電装置および前記蓄電池装置が電力系統から電力を受けることができない状態である場合でも、直流電力を、前記電力負荷に供給可能な交流電力に変換するインバータを備えている、としてもよい。
あるいは、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記発電装置および前記蓄電池装置の各々は、直流電力を、電力系統に供給可能な交流電力に変換するインバータを備えている、としてもよい。
また、本発明に係る電力供給システムの一態様において、前記制御器は、前記電力測定器による測定値を、通信媒体を介して取得する、としてもよい。
また、本発明に係る電力供給方法の一態様は、発電装置および蓄電池装置によって電力負荷に電力を供給する電力供給方法であって、電力測定器によって前記蓄電池装置から前記電力負荷に供給される電力を測定し、前記電力負荷が電力を消費している期間において、前記電力測定器によって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力になるように前記発電装置および前記蓄電池装置を制御することを特徴とする。
また、本発明に係る電力供給方法の一態様において、前記発電装置が電力系統から電力を受けていない期間において、前記蓄電池装置から前記電力負荷に供給される電力が継続して前記所定の電力になるように、前記発電装置および前記蓄電池装置を制御する、としてもよい。
以下、本発明の実施の形態に係る電力供給システムおよび電力供給方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。なお、各図において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を付している。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1に係る電力供給システムおよび電力供給方法について説明する。
[電力供給システムの構成]
まず、本発明の実施の形態1に係る電力供給システム1の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。
図1に示すように、本実施の形態に係る電力供給システム1は、分散型電源として燃料電池システムを用いた分散型電源システムであって、家庭用燃料電池システム10と、蓄電池装置20と、商用電力系統30と、電力負荷40と、分電盤50と、制御器60と、電力測定器70と、自立運転検知器80とによって構成されている。本実施の形態では、停電等により商用電力系統30からの電力供給が停止した場合に、家庭用燃料電池システム10と蓄電池装置20とを使用して自立運転を行うことができる。
家庭用燃料電池システム10は、発電装置の一例であって、燃料電池本体11と、系統連系インバータ12とを備える。燃料電池本体11は、例えば、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電力を発電する発電装置本体である。系統連系インバータ12は、燃料電池本体11が発電した直流電力を交流電力に変換する直流交流電力変換器である。なお、図示していないが、家庭用燃料電池システム10は、その他にも、燃料電池本体11から発生する排熱を回収するための熱交換器、燃料電池本体11からの余剰電力を熱に変換するヒータ、および、熱交換器で回収した熱やヒータによって変換した熱を利用して得られる温水を貯める貯湯タンク等を備えている。
また、家庭用燃料電池システム10は、燃料電池本体11を起動する時に、一定時間、所定の消費電力(起動電力)を必要とする。すなわち、燃料電池本体11の起動時には、所定の起動電力量が必要となる。通常時(商用電力系統30から電力の供給を受けることができる場合)において、家庭用燃料電池システム10は、商用電力系統30の交流電力を基準にして発電を行っている。具体的には、家庭用燃料電池システム10は、自身が生成している電力の周波数(位相)を、商用電力系統30の交流電力の周波数(位相)に同期させることで発電を行っている。商用電力系統30の周波数への同期は、系統連系インバータ12によって行われる。
家庭用燃料電池システム10で発電した電力は、分電盤50を介して電力負荷40に供給される。また、家庭用燃料電池システム10は制御器60と通信可能に接続されており、家庭用燃料電池システム10の出力電力(発電量)は、制御器60によって設定することができるとともに、必要に応じて制御器60によって変更することもできる。このような家庭用燃料電池システム10としては、例えば、燃料ガスが都市ガスで、出力電力範囲が200W〜750W(最大発電量が750W)である家庭用燃料電池システムを用いることができる。
なお、家庭用燃料電池システム10は、燃料ガスが供給されていれば、通常時(非停電時)において発電することができるとともに、非通常時(停電時)においても発電(自家発電)を行うことができる。
蓄電池装置20は、蓄電池21と、系統連系インバータ22とを備える。蓄電池21は、充電と放電とを繰り返して行うことができる二次電池であり、放電時には直流電力を出力する。系統連系インバータ22は、蓄電池21が出力した直流電力を交流電力に変換する直流交流電力変換器である。
蓄電池装置20が出力する電力は、分電盤50を介して電力負荷40に供給される。なお、蓄電池装置20は、家庭用燃料電池システム10にも電力を供給することができる。例えば、家庭用燃料電池システム10(燃料電池本体11)を起動させる場合、その起動に必要な電力(起動電力)を家庭用燃料電池システム10に供給する。また、蓄電池装置20は制御器60と通信可能に接続されており、蓄電池装置20の出力電力は、制御器60によって設定することができるとともに、必要に応じて制御器60によって変更することもできる。このような蓄電池装置20においては、例えば、放電時容量6kWh以下(総容量が6kWh)の蓄電池21を用いることができる。
商用電力系統(電力系統)30は、電気事業者から需要家に交流電力を供給するシステムであり、所定の電圧および所定の周波数の交流電力を需要家に供給する系統電源である。商用電力系統(商用系統電源)30によって、例えば、200V、50Hz/60Hzの交流電力が需要家に供給される。
電力負荷40は、需要家において電力を消費する一つまたは複数の負荷機器であり、家庭用燃料電池システム10、蓄電池装置20または商用電力系統30から供給される交流電力を消費する。電力負荷40は、例えば、一般家庭で使用される冷蔵庫、エアコン、テレビ、電子レンジまたは照明等の電気製品等の家庭内負荷である。
分電盤50は、家庭用燃料電池システム10、蓄電池装置20および商用電力系統30からの交流電力を所望に選択等して、電力負荷40等の電力供給システム1内の負荷に供給するものであり、開閉器51と、開閉器52と、遮断器53と、遮断器54とを備えている。
家庭用燃料電池システム10の系統連系インバータ12の出力側は開閉器51により分電盤50に接続されており、家庭用燃料電池システム10から電力負荷40への供給電力は開閉器51によって制御することができる。例えば、開閉器51を閉じると、家庭用燃料電池システム10から電力負荷40に電力を供給できる状態となり、一方、開閉器51を開くと、家庭用燃料電池システム10から電力負荷40への電力供給を停止させることができる。
蓄電池装置20の系統連系インバータ22の出力側は開閉器52により分電盤50に接続されており、蓄電池装置20から電力負荷40への供給電力は開閉器52によって制御することができる。例えば、開閉器52を閉じると、蓄電池装置20から電力負荷40に電力を供給できる状態となり、一方、開閉器52を開くと、蓄電池装置20から電力負荷40への電力供給を停止させることができる。また、蓄電池装置20の系統連系インバータ22の出力側と開閉器52との接続経路には電力測定器70が配備されており、電力測定器70によって蓄電池装置20の出力電力を測定することができる。
商用電力系統30は遮断器53により分電盤50に接続されており、商用電力系統30からの供給電力は遮断器53によって制御することができる。例えば、遮断器53を遮断状態にすると、商用電力系統30と分電盤50とがつながった状態となり、家庭用燃料電池システム10、蓄電池装置20および電力負荷40は、商用電力系統30から電力の供給を受けることができる状態となる。一方、遮断器53を開放状態にすると、商用電力系統30と分電盤50とが切りはなされて、家庭用燃料電池システム10、蓄電池装置20および電力負荷40は商用電力系統30から電力の供給を受けることができなくなる状態となる。
需要家の電力負荷40は遮断器54により分電盤50に接続されており、電力負荷40への供給電力は遮断器54によって制御することができる。例えば、遮断器54を遮断状態にすると、電力負荷40と分電盤50とがつながった状態となり、電力負荷40は、家庭用燃料電池システム10、蓄電池装置20および商用電力系統30から電力の供給を受けることができる状態となる。一方、遮断器54を開放状態にすると、電力負荷40と分電盤50とが切りはなされて、電力負荷40は、家庭用燃料電池システム10、蓄電池装置20および商用電力系統30から電力の供給を受けることができなくなる状態となる。
制御器60は、家庭用燃料電池システム10と蓄電池装置20とに通信可能に接続されており、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20を制御する。また、制御器60は、電力測定器70と自立運転検知器80とにも通信可能に接続されており、電力測定器70の測定結果および自立運転検知器80の検知結果を取得する。
制御器60は、電力負荷40が電力を消費している期間において、電力測定器70によって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力(>0W)になるように、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20を制御する。つまり、制御器60は、電力負荷40が電力を消費している期間中継続して、蓄電池装置20によって電力負荷40にゼロより大きい値の所定の電力が供給されるように制御する。
具体的には、電力負荷40が電力を消費している期間においては、電力測定器70によって測定される電流値が所定の電流値(>0A)になるように制御されており、この期間において、蓄電池装置20の蓄電池21は放電し続けている。これにより、蓄電池装置20は電力負荷40に所定の電力を供給し続ける。
電力測定器70は、取り付けられた位置での電力を測定する機器である。本実施の形態において、電力測定器70は、蓄電池装置20の出力側と電力負荷40との接続経路に配備されており、蓄電池装置20が出力する電力を測定する。具体的に、電力測定器70は、蓄電池装置20から電力負荷40に向かって流れる電流値(交流電流)を測定する電流測定器であり、例えばCT(Current Transformer)センサを用いることができる。なお、電力測定器70は制御器60と通信可能に接続されており、電力測定器70の測定結果(電流値)は制御器60に出力される。
自立運転検知器80は、家庭用燃料電池システム10と商用電力系統30との接続経路に配備されており、家庭用燃料電池システム10が商用電力系統30から電力を受けているか否かを検知する検知器である。すなわち、自立運転検知器80は、停電時等において家庭用燃料電池システム10が商用電力系統30からの電力供給を受けずに運転(自立運転)しているか否かを検知することができる。このように、自立運転検知器80は、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20が商用電力系統30とつながっていないことを検知するために設けられている。具体的には、自立運転検知器80は、商用電力系統30と家庭用燃料電池システム10との間を流れる電流値を検知する電流検知器であり、例えばCTセンサを用いることができる。なお、自立運転検知器80は制御器60と通信可能に接続されており、検知結果(電流値)は制御器60に出力される。
[電力供給システムの動作]
次に、本発明の実施の形態1に係る電力供給システム1の動作(電流供給方法)について、図1を参照しながら図2を用いて説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係る電力供給システムにおける停電時の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、通常時(非停電時)の場合、すなわち、需要家が電気事業者の商用電力系統30から電力供給を受けることができる状態にある場合、分電盤50では、開閉器51と遮断器53と遮断器54とが閉路状態になっており、需要家の電力負荷40は、商用電力系統30と家庭用燃料電池システム10とを使用して電力の供給を受けることができる。
また、通常時において、蓄電池装置20は、商用電力系統30または家庭用燃料電池システム10からの電力の供給を受けて蓄電池21の充電を行うこともできる。この場合、蓄電池21も負荷の一つになる。さらに、蓄電池21の充電完了後においては、分電盤50の開閉器52を閉路して、蓄電池21の放電を行うことで蓄電池装置20から電力負荷40に電力を供給することもできる。
一方、停電時(非通常時)の場合、すなわち、電気事業者の商用電力系統30から需要家への電力供給が停止した場合、分散型電源(家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20)を用いて自立運転を行う。
まず、停電が発生すると、図2に示すように、開閉器51を開放して家庭用燃料電池システム10からの電力供給を一旦停止させると共に、遮断器53を開放して商用電力系統30から分電盤50を切りはなす(ステップS11)。尚、このときに、蓄電池装置20から電力負荷40に電力を供給している場合は、開閉器52を開放して蓄電池装置20からの電力供給も一旦停止させる。このように、分散型電源を用いて自立運転を行う場合、分散型電源と商用電力系統30とを一旦切りはなす。
次に、制御器60は、自立運転検知器80によって家庭用燃料電池システム10と蓄電池装置20とが商用電力系統30から電力を受けているか否かを検知し、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20が商用電力系統30とつながっていないこと確認する(ステップS12)。すなわち、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20が商用電力系統30から電力の供給を受けていないことを確認する。本実施の形態では、自立運転検知器80(CTセンサ)によって電流が流れているか否かを検知することで、上記の確認を行う。具体的には、自立運転検知器80(CTセンサ)によって測定した電流値がゼロである場合に、家庭用燃料電池システム10と蓄電池装置20とが商用電力系統30につながっていないと確認できる。
その後、開閉器51と開閉器52と遮断器54とを共に閉路して、家庭用燃料電池システム10と蓄電池装置20とを起動することで自立運転を開始する。このように、停電により商用電力系統30からの電力供給が停止した場合であっても、家庭用燃料電池システム10と蓄電池装置20とを用いて電力負荷40に対して電力を供給することにより、自立運転を行うことができる。
そして、自立運転を行う場合、本実施の形態では、電力測定器70によって蓄電池装置20から電力負荷40に供給される電力を測定し、電力負荷40が電力を消費している期間において、電力測定器70によって測定される蓄電池装置20の供給電力がゼロより大きい値の所定の電力(電力値)になるように、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20を制御する(ステップS13)。つまり、制御器60は、停電中であって電力負荷40が電力を消費している期間中においては、蓄電池装置20が所定の電力を供給し続けるような制御を行う。
この場合、停電時に供給し続ける上記所定の電力の値は、所定の設定値以上とすることができる。また、所定の電力の値は、蓄電池装置20の最大出力電力よりも小さい。例えば、所定の電力の値は0〜200Wとすることができる。
また、本実施の形態では、蓄電池装置20の出力(所定の電力)は所定の設定値と同じ値になるように制御されており、蓄電池装置20が出力する所定の電力は、一定の電流値に設定されている。なお、所定の設定値は、停電時に必要とされる電力負荷40に供給すべき最低限の電力に設定することができ、具体的には、停電時でも電力の供給を行いたい一つまたは複数の負荷機器の消費電力に設定することができる。例えば、停電時でも電力の供給を行いたい負荷機器を冷蔵庫とすると、その消費電力は100W程度であるので、所定の設定値は100Wに設定することができる。このように、蓄電池装置20によって供給する所定の電力を所定の設定値以上とすることにより、停電時においても必要とされる電力負荷40に対して、蓄電池装置20から電力を供給し続けることができる。
ここで、停電発生後における電力負荷40の消費電力と分散型電源(家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20)の供給電力との関係について、図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態1に係る電力供給システムにおける停電期間中の電力の推移を示す図である。
図3に示すように、時刻T0において停電が発生した場合、電力供給システム1は上記のように動作して(ステップS11〜ステップS13)、自立運転を開始する。これにより、自立運転中(停電期間中)においては、常に蓄電池装置20から電力負荷40に対して所定の設定値以上の所定の電力が継続して供給される。なお、本実施の形態において、蓄電池装置20の出力(所定の電力)は、蓄電池装置20の供給電力(図3中の実線)であり、また、蓄電池装置20の出力は、所定の設定値(図3中の破線)と同じ一定値となるように制御されている。
所定の設定値は、制御器60によって、蓄電池装置20から電力負荷40に所定の電力の供給を開始するときに決定されている。これにより、蓄電池装置20の運転可能時間を、蓄電池装置20の電力負荷40への電力供給開始時に決定することができる。なお、所定の設定値は、停電が発生する前において事前に設定されていてもよい。
また、時刻T0以降、停電中における電力負荷40の消費電力(瞬時消費電力)は、家庭用燃料電池システム10からの供給電力と蓄電池装置20からの供給電力とによってまかなわれる。具体的には、図3に示すように、蓄電池装置20から電力負荷40への供給電力については、電力負荷40の消費電力の変動にかかわらず一定値である。また、電力負荷40の消費電力から蓄電池装置20の供給電力を差し引いた残りの電力については、家庭用燃料電池システム10からの供給電力によってまかなっている。したがって、家庭用燃料電池システム10から電力負荷40への供給電力については電力負荷40の消費電力の変動に伴って変動する。
なお、図3において、面積SSBは、停電時において蓄電池装置20が電力負荷40に供給する電力量(Wh)を示しており、面積SFCは、停電時において家庭用燃料電池システム10が電力負荷40に供給する電力量(Wh)を示している。
また、停電期間中において、家庭用燃料電池システム10は、電力負荷40の消費電力の変動に対応させるために、電力負荷40で消費される電力より常に多めに発電させておいてもよい。例えば、燃料電池本体11を最大能力(最大発電量)で運転させてもよい。これにより、家庭用燃料電池システム10が発電する電力(発電量)を、電力負荷40で消費される電力に容易に追従させることができる。この場合、家庭用燃料電池システム10で発電した発電量のうち電力負荷40で消費しきれなかった余剰電力については、家庭用燃料電池システム10内に配備された余剰電力消費用負荷(ヒータ等)で消費させることができる。
以上、本実施の形態に係る電力供給システム1によれば、停電等により商用電力系統30からの電力供給が停止している場合に電力負荷40が電力を消費している期間中において、電力測定器70によって測定される電力が所定の電力になるように制御されており、蓄電池装置20の出力電力(供給電力)が所定の電力となっている。つまり、停電時において、蓄電池装置20は、電力負荷40が電力を消費している期間中、所定の電力を供給し続けている。これにより、蓄電池装置20が起動および停止する回数を低減することができるので、蓄電池装置20の起動に伴う電力消費を低減することができる。したがって、蓄電池装置20の運転可能時間が短くなることを抑制することができる。
さらに、本実施の形態に係る電力供給システム1によれば、蓄電池装置20の起動回数および停止回数が低減するので、蓄電池21の充放電の繰り返し回数も低減させることができる。特に、電力測定器70によって測定される電流値が蓄電池装置20の最大出力電流以下とすることにより、蓄電池装置20が最大出力電流で動作するモードがなくなるので、蓄電池21の充放電の繰り返し回数を一層低減させることができる。これにより、充放電サイクルに伴って蓄電池21の機能が短期間で低下したり蓄電池21の液漏れが発生したり蓄電池装置20の出力電圧が低下したりすることを抑制できる。したがって、蓄電池装置20の信頼性が向上する。
さらに、本実施の形態に係る電力供給システム1によれば、停電期間中における蓄電池装置20の出力電力を所定の電力とすることにより、蓄電池21の急速放電を抑制することができる。特に、蓄電池装置20の出力電力を、変化のない一定値とすることで、蓄電池21の急速放電を回避することができる。このように、蓄電池21の急速放電を抑制等することによって、蓄電池21の機能が短期間で低下してしまうことを抑制することができる。
さらに、蓄電池装置20は、出力電力がゼロの状態(オフ状態)から急に高い電力を出力することが困難である。つまり、蓄電池装置20は、オフ状態から急に高出力状態にすることが難しい。これに対して、本実施の形態では、蓄電池装置20がゼロより大きい所定の電力を供給し続けているので、急に高い電力を出力する必要が生じたとしても容易に対応することができる。
また、本実施の形態において、蓄電池装置20から電力負荷40に電力の供給を開始する場合、電力負荷40に供給する最低限の電力値(所定の設定値)は、蓄電池21の充電電力量(充電量)に応じて決定することが好ましい。これにより、蓄電池装置20の運転可能時間を調整することができる。
例えば、停電が発生した場合において、蓄電池装置20から電力負荷40に電力の供給を開始するときに、制御器60は、蓄電池装置20の蓄電池21の充電量に基づいて設定値を定める。より具体的には、図4に示すように、蓄電池21の充電量がフル充電の場合よりも少ない時は、所定の設定値を、蓄電池21がフル充電のときよりも低い値に設定して、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20を制御する。なお、図4の場合においても、蓄電池装置20が供給し続ける電力(図4中の実線)と所定の設定値(破線)とを同じ値にしている。このように、蓄電池21の充電量が減っているときに所定の設定値を小さく設定することで、蓄電池21の放電可能期間を長くすることができ、蓄電池21を長持ちさせることができる。これにより、蓄電池装置20の運転可能時間を長くすることができる。
また、本実施の形態において、停電時における蓄電池装置20の出力電力は、図3に示すように、変化のない一定値としたが、これに限らない。例えば、蓄電池装置20から電力を供給し続けると、時間の経過とともに蓄電池21の充電量は減っていくので、図5に示すように、制御器60によって、停電期間の経過とともに蓄電池装置20の出力電力を漸次低減するように制御しても構わない。このように、時間の経過とともに蓄電池装置20からの出力電力を漸次低減させることによって蓄電池装置20の運転可能時間を長くすることができるとともに、蓄電池21の充放電の繰り返し回数を一層低減させることができる。したがって、充放電サイクルに伴って蓄電池21の機能が短期間で低下したり蓄電池21の液漏れが発生したり出力電圧が低下したりすることを一層抑制することができる。なお、その他にも蓄電池装置20の出力電力としては、段階的に低減させるようにしてもよいし、上下に変動させるようにしてもよい。
また、本実施の形態において、制御器60は、電力測定器70および自立運転検知器80による測定値(電流値)を電線(有線)によって取得したが、これに限らない。例えば、電力測定器70および自立運転検知器80による測定値を、無線の通信媒体を介して取得するように、制御器60を構成しても構わない。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係る電力供給システムおよび電力供給方法について説明する。
[電力供給システムの構成]
まず、本発明の実施の形態2に係る電力供給システム2の構成について、図6を用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態において、実施の形態1の構成要素と同じ機能を有する構成要素については同じ符号を付すことで、その説明については省略化または簡略化する。
本実施の形態に係る電力供給システム2は、複数の蓄電池を備える点で、1つの蓄電池を備える実施の形態1に係る電力供給システムと異なる。
図6に示すように、本実施の形態に係る電力供給システム2は、実施の形態1と同様に分散型電源として燃料電池システムを用いた分散型電源システムであって、家庭用燃料電池システム10と、第1蓄電池装置20aと、第2蓄電池装置20bと、商用電力系統30と、電力負荷40と、分電盤50と、制御器60と、第1電力測定器70aと、第2電力測定器70bとによって構成されている。本実施の形態では、停電等により商用電力系統30からの電力供給が停止した場合に、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aと第2蓄電池装置20bとを使用して自立運転を行うことができる。
第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの各々は、実施の形態1における蓄電池装置20と同様の構成および機能である。すなわち、第1蓄電池装置20aは、蓄電池21と同様の構成である第1蓄電池21aと、系統連系インバータ22と同様の構成および機能である第1系統連系インバータ22aとを備えている。また、第2蓄電池装置20bは、蓄電池21と同様の構成および機能である第2蓄電池21bと、系統連系インバータ22と同様の構成および機能である第2系統連系インバータ22bとを備えている。
本実施の形態における分電盤50は、実施の形態1の開閉器52に代えて、開閉器52aと開閉器52bとを備えている。すなわち、2つの第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bに対応させて2つの開閉器52aおよび開閉器52bが配備されている。なお、開閉器52aおよび開閉器52bは、実施の形態1における開閉器52と同様の構成および機能である。
本実施の形態における制御器60は、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aと第2蓄電池装置20bとに対して通信可能に接続されており、家庭用燃料電池システム10、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bを制御する。また、制御器60は、第1電力測定器70aと第2電力測定器70bと自立運転検知器80とに対しても通信可能に接続されており、第1電力測定器70aの測定結果、第2電力測定器70bおよび自立運転検知器80の検知結果を取得する。
本実施の形態において、制御器60は、電力負荷40が電力を消費している期間において、第1電力測定器70aまたは第2電力測定器70bによって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力(>0W)になるように、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aと第2蓄電池装置20bとを制御する。つまり、制御器60は、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの一方を選択して、電力負荷40が電力を消費している期間中において、選択された一方の蓄電池装置によって電力負荷40にゼロより大きい値の所定の電力が継続して供給されるように制御する。
具体的には、電力負荷40が電力を消費している期間においては、第1電力測定器70aまたは第2電力測定器70bによって測定される電流値が所定の電流値(>0A)になるように制御されており、この期間において、選択された蓄電池装置の蓄電池(第1蓄電池21aまたは第2蓄電池21b)が放電し続けている。これにより、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bのうちの選択された蓄電池装置が電力負荷40に所定の電力を供給し続ける。
さらに、本実施の形態における制御器60は、記憶部61と、推定部62と、比較部63と、切替部64とを有する。
記憶部61は、家庭用燃料電池システム10の最大発電量を予め記憶するとともに、家庭用燃料電池システム10が起動する場合に消費する起動電力量を予め記憶する。なお、家庭用燃料電池システム10の起動電力量は、例えば、起動するのに必要な消費電力(起動電力)と起動に要する時間(起動時間)との積算値で算出することができるので、記憶部61には当該起動電力と起動時間とを記憶させておいてもよい。
推定部62は、電力負荷40の消費電力が家庭用燃料電池システム10の最大発電量に変更されると仮定した場合において、当該仮定したときから当該最大発電量に変更されるまでの間に家庭用燃料電池システム10および第1蓄電池装置20a(または第2蓄電池装置20b)では電力負荷40に供給できない電力量を推定する。この推定した電力量を推定不足電力量とする。
比較部63は、推定部62によって推定された推定不足電力量と、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのうち電力負荷40に所定の電力を供給する方の蓄電池装置における蓄電池(一方の蓄電池)の充電電力量とを比較する。さらに、比較部63は、記憶部61に記憶されている家庭用燃料電池システム10の起動電力量と、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのうち電力負荷40に電力を供給し続ける方の蓄電池装置における蓄電池の充電電力量とを比較する。
切替部64は、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのうち電力負荷40に電力を供給し続ける方の蓄電池装置における蓄電池(一方の蓄電池)の充電電力量が推定部62によって推定された推定不足電力量未満である場合、所定の電力を供給し続ける蓄電池を一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える。さらに、切替部64は、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのうち電力負荷40に電力を供給し続ける方の蓄電池装置における蓄電池(一方の蓄電池)の充電電力量が記憶部61に記憶されている家庭用燃料電池システム10の起動電力量未満である場合においても、所定の電力を供給し続ける蓄電池を一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える。
第1電力測定器70aおよび第2電力測定器70bは、実施の形態1における電力測定器70と同様の構成および機能である。具体的には、第1電力測定器70aは、CTセンサであって、第1蓄電池装置20aの出力側と電力負荷40との接続経路に配備されており、第1蓄電池装置20aから電力負荷40に向かって流れる電流値を測定する。同様に、第2電力測定器70bは、CTセンサであって、第2蓄電池装置20bの出力側と電力負荷40との接続経路に配備されており、第2蓄電池装置20bから電力負荷40に向かって流れる電流値を測定する。なお、第1電力測定器70aおよび第2電力測定器70bは制御器60と通信可能に接続されており、各々の測定結果(電流値)は制御器60に出力される。
[電力供給システムの動作]
次に、本発明の実施の形態2に係る電力供給システム2の動作(電力供給方法)について、図6を参照しながら図7を用いて説明する。図7は、本発明の実施の形態2に係る電力供給システムにおける停電時の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、通常時(非停電時)の場合、すなわち、需要家が電気事業者の商用電力系統30から電力供給を受けることができる状態にある場合、分電盤50では、開閉器51と遮断器53と遮断器54とが閉路状態になっており、需要家の電力負荷40は、商用電力系統30と家庭用燃料電池システム10とを使用して電力の供給を受けることができる。
また、通常時において、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bは、商用電力系統30または家庭用燃料電池システム10のからの電力の供給を受けて第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの充電を行うこともできる。さらに、第1蓄電池21aの充電完了後においては、分電盤50の開閉器52aを閉路して、第1蓄電池21aの放電を行うことで第1蓄電池装置20aから電力負荷40に電力を供給することもできる。また、第2蓄電池21bの充電完了後においては、分電盤50開閉器52bを閉路して、第2蓄電池21bの放電を行うことで第1蓄電池装置20aから電力負荷40に電力を供給することもできる。
一方、停電時(非通常時)の場合、すなわち、電気事業者の商用電力系統30から需要家への電力供給が停止した場合、分散型電源(家庭用燃料電池システム10、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20b)を用いて自立運転を行う。
まず、停電が発生すると、図7に示すように、開閉器51を開放して家庭用燃料電池システム10からの電力供給を一旦停止させると共に、遮断器53を開放して商用電力系統30から分電盤50を切りはなす(ステップS21)。尚、このときに、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bから電力負荷140に電力を供給している場合は、開閉器52aおよび開閉器52bを開放して第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bからの電力供給も一旦停止させる。このように、分散型電源を用いて自立運転を行う場合、分散型電源と商用電力系統30とを一旦切りはなす。
次に、制御器60は、自立運転検知器80によって家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aと第2蓄電池装置20bとが商用電力系統30から電力を受けているか否かを検知し、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aと第2蓄電池装置20bとが商用電力系統30とつながっていないことを確認する(ステップS22)。すなわち、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aと第2蓄電池装置20bとが商用電力系統30から電力の供給を受けていないことを確認する。本実施の形態では、自立運転検知器80(CTセンサ)によって電流が流れているか否かを検知することで、上記の確認を行う。具体的には、自立運転検知器80(CTセンサ)によって測定した電流値がゼロである場合に、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aと第2蓄電池装置20bとが商用電力系統30につながっていないと確認できる。
その後、開閉器51と開閉器52aと開閉器52bと遮断器54とを共に閉路して、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aと第2蓄電池装置20bとを起動することで自立運転を開始する。このように、停電により商用電力系統30からの電力供給が停止した場合であっても、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aと第2蓄電池装置20bとを用いて電力負荷40に対して電力を供給することにより、自立運転を行うことができる。
そして、自立運転を行う場合、本実施の形態では、第1電力測定器70aおよび第2電力測定器70bのうち電力負荷40に電力の供給を行う一方の蓄電池装置に対応する一方の電力測定器によって当該一方の蓄電池装置から電力負荷40に供給される電力が測定され、電力負荷40が電力を消費している期間において、一方の電力測定器によって測定される一方の蓄電池装置(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)の供給電力がゼロより大きい値の所定の電力(電力値)になるように、家庭用燃料電池システム10、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bを制御する(ステップS23)。つまり、制御器60は、停電中であって電力負荷40が電力を消費している期間中においては、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのいずれか一方の蓄電池装置が所定の電力を供給し続けるような制御を行う。また、制御器60は、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bのうちの一方の蓄電池装置が所定の電力を供給し続けている間は、他方の蓄電池装置が充電されるような制御を行う。
この場合、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bのどちらの蓄電池装置を用いて電力負荷40に所定の電力を供給するかは、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの充電量に応じて適宜選択することができる。例えば、蓄電池の充電量が多い方の蓄電池装置を選択することができる。
また、本実施の形態においても、停電時に供給し続ける上記所定の電力の値は、所定の設定値以上で、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの最大出力電力未満とすることができる。また、本実施の形態でも、所定の電力を供給する方の蓄電池装置の出力は所定の設定値と同じ値になるように制御されており、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bが出力する所定の電力は、一定の電流値に設定されている。なお、所定の設定値は、実施の形態1と同様に、停電時に必要とされる電力負荷40に供給すべき最低限の電力に設定することができる。このように、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bによって供給する所定の電力を所定の設定値以上とすることにより、停電時においても必要とされる電力負荷40に対して電力を供給し続けることができる。また、所定の設定値は、実施の形態1と同様に、制御器60によって、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bから電力負荷40に所定の電力の供給を開始するときに決定されている。
さらに、本実施の形態における電力供給システム2では、停電発生時において、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのうち、電力負荷40に所定の電力を供給する方の蓄電池装置を、蓄電池の残存容量に応じて切り替えることができるように構成されている。
以下、電力負荷40に所定の電力を供給する蓄電池装置(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)を切り替える方法について、図8および図9を用いて詳細に説明する。図8は、本発明の実施の形態2に係る電力供給システムにおける停電期間中の電力の推移を示す図であり、停電発生後における電力負荷40の消費電力と分散型電源の供給電力との関係が示されている。図9は、本発明の実施の形態2に係る電力供給システムにおいて、電力負荷に所定の電力を供給する蓄電池装置を切り替える方法を示すフローチャートである。
なお、本実施の形態において、制御器60によって、家庭用燃料電池システム10は、予め定められた割合で発電電力量を変更するように制御されており、また、制御器60の記憶部61は、上述のとおり、家庭用燃料電池システム10が起動する場合に消費する起動電力量と家庭用燃料電池システム10の最大発電量とを予め記憶している。また、図8において、面積SSBは、停電時において第1蓄電池装置20aが供給する電力量(Wh)を示しており、面積SFCは、停電時において家庭用燃料電池システム10が供給する電力量(Wh)を示している。
図8に示すように、時刻T0において停電が発生した場合、電力供給システム2は上記のように動作して(ステップS21〜ステップS23)、自立運転を開始する。この場合、家庭用燃料電池システム10を商用電力系統30から一旦切りはなして運転を停止させているので、家庭用燃料電池システム10を用いて電力供給を行うには、家庭用燃料電池システム10を起動させる必要がある。したがって、図8に示すように、停電が発生した時刻T0から家庭用燃料電池システム10が起動する時刻T1’までの間においては、電力供給システム内における負荷の消費電力として、家庭用燃料電池システム10を起動するのに必要な電力(起動電力)が加わることになる。このため、時刻T0から時刻T1’までの期間においては、蓄電池装置(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)のみによって、電力負荷40の消費電力と家庭用燃料電池システム10の起動電力とを合わせた電力をまかなう必要がある。
また、時刻T1’以降は、家庭用燃料電池システム10が起動するので、電力負荷40に対しては、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bだけではなく家庭用燃料電池システム10によっても電力が供給される。しかしながら、家庭用燃料電池システム10では、燃料電池本体11で燃料ガスを生成する水素生成装置の温度の偏りを抑えるために出力電力の変化量が小さいことから、出力電力を急に上げたり急に下げたりすることができない場合がある。このように、家庭用燃料電池システム10では、一旦運転を停止させた状態から再び起動させる場合、予め定められた変化量(割合)で発電量を変更するように制御されている場合がある。例えば、家庭用燃料電池システム10において、出力電力を上げるときの変化量は1〜2W/s程度であり、出力電力を下げるときの変化量は2〜3W/s程度である。このため、家庭用燃料電池システム10が起動してからの一定時間は、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bの出力を所定の設定値としただけでは、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bとによって電力負荷40の消費電力をまかないきれない場合が生じる。例えば、図8に示すように、家庭用燃料電池システム10が起動した後において当該家庭用燃料電池システム10が最大発電量で発電できる状態となる時刻を時刻T1とすると、時刻T1’から時刻T1までの間においては、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bの出力を設定値としただけでは、家庭用燃料電池システム10と第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bとによって電力負荷40の消費電力をまかないきれない。
したがって、時刻T0〜時刻T1’および時刻T1’〜時刻T1において、この家庭用燃料電池システム10ではまかないきれない電力負荷40の消費電力については、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bの出力電力を所定の設定値よりも引き上げることで対応させる必要がある。
そこで、本実施の形態では、この家庭用燃料電池システム10ではまかないきれない電力負荷40の消費電力を、第1蓄電池装置20aおよびは第2蓄電池装置20bのどちらを用いて電力の供給を行うかを決めるにあたり、時刻T0〜時刻T1’および時刻T1’〜時刻T1における家庭用燃料電池システム10ではまかないきれない電力負荷40の消費電力を、推定不足電力量として推定することとした。
具体的には、まず、図9に示すように、推定部62によって、電力負荷40の消費電力が家庭用燃料電池システム10の最大発電量に変更されると仮定した場合において、当該仮定したときから当該最大発電量に変更されるまでの間に、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bによって電力負荷40に所定の電力を供給したとしても家庭用燃料電池システム10では電力負荷40に対して供給できない電力量を推定不足電力量(P)として推定する(ステップS24)。
例えば、図8に示すように、時刻T0から時刻T1までにおける推定不足電力量(P)は、時刻T0から時刻T1’までの期間における電力供給システム2内の負荷の電力量(電力負荷40の消費電力量および家庭用燃料電池システム10の起動電力量)と時刻T1’から時刻T1までの期間における電力供給システム2内の負荷の電力量(電力負荷40の消費電力量)とを加算した値(A)から、時刻T0から時刻T1’までの期間における電力供給システム2内に供給可能な電力量(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bの供給電力量)と時刻T1’から時刻T1までの期間における電力供給システム2内に供給可能な電力量(家庭用燃料電池システム10の発電電力量と第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bの供給電力量)とを加算した値(B)を差し引いた値(A−b)として算出することができる。
次に、図9に示すように、比較部63によって、算出した推定不足電力量(P)と、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのうち電力負荷40に給電する方の蓄電池装置における蓄電池の充電量(PSB)とを比較する(ステップS25)。
そして、ステップS25における比較の結果、電力負荷40に所定の電力を供給する方の蓄電池装置の充電量(PSB)が推定不足電力量(P)未満の場合(PSB<P)、電力負荷40に所定の電力を供給する蓄電池装置を切り替える(ステップS28)。
例えば、仮に電力負荷40に所定の電力を供給する方の蓄電池装置が第1蓄電池装置20aに設定されているとすると、第1蓄電池装置20aの第1蓄電池21aの充電電力量が推定不足電力量未満である場合、電力負荷40に対して所定の電力を供給する蓄電池装置を、第1蓄電池装置20aから第2蓄電池装置20bに切り替える。
一方、ステップS25における比較の結果、電力負荷40に所定の電力を供給する方の蓄電池装置の充電電力量(PSB)が推定不足電力量(P)以上の場合(PSB≧P)、比較部63によって、家庭用燃料電池システム10の起動電力量(PEMF)と、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのうち電力負荷40に給電する方の蓄電池装置における蓄電池の充電電力量(PSB)とを比較する(ステップS26)。
そして、ステップS26における比較の結果、電力負荷40に所定の電力を供給する方の蓄電池装置の充電量(PSB)が家庭用燃料電池システム10起動電力量(PEMF)未満の場合(PSB<PEMF)、電力負荷40に所定の電力を供給する蓄電池装置を切り替える(ステップS28)。
例えば、仮に電力負荷40に所定の電力を供給する方の蓄電池装置が第1蓄電池装置20aに設定されているとすると、第1蓄電池装置20aの第1蓄電池21aの充電電力量が家庭用燃料電池システム10の起動電力量未満である場合、電力負荷40に対して所定の電力を供給する蓄電池装置を、第1蓄電池装置20aから第2蓄電池装置20bに切り替える。
一方、ステップS26における比較の結果、電力負荷40に所定の電力を供給する方の蓄電池装置の充電電力量(PSB)が家庭用燃料電池システム10の起動電力量(PEMF)以上の場合(PSB≧PEMF)、電力負荷40に所定の電力を供給する蓄電池装置を切り替えずに、電力負荷40に所定の電力を供給している蓄電池装置を用いて、継続して電力負荷40に対して所定の電力の供給を行う(ステップS27)。
例えば、仮に電力負荷40に所定の電力を供給する方の蓄電池装置が第1蓄電池装置20aに設定されているとすると、第1蓄電池装置20aの第1蓄電池21aの充電電力量が家庭用燃料電池システム10起動電力量以上である場合、そのまま第1蓄電池装置20aを用いて電力負荷40に対して所定の電力の供給を行う。
以上のようにして、時刻T0〜時刻T1’および時刻T1’〜時刻T1において、家庭用燃料電池システム10ではまかないきれない電力負荷40の消費電力については、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの一方を選択して(切り替えて)、その出力電力を所定の設定値よりも引き上げることでまかなっている。なお、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの選択(切り替え)は、例えば時刻T0において行うことができる。
そして、図8に戻り、時刻T1以降の停電期間中においては、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのうち選択された一方の蓄電池装置によって、電力負荷40に対して常に所定の設定値以上の所定の電力が供給される。
また、時刻T1以降は、実施の形態1と同様に、停電中における電力負荷40の消費電力(瞬時消費電力)は、家庭用燃料電池システム10からの供給電力と選択された一方の蓄電池装置(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)からの供給電力とによってまかなわれる。具体的には、図9に示すように、一方の蓄電池装置(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)から電力負荷40への供給電力については、電力負荷40の消費電力の変動にかかわらず一定値である。また、一方の蓄電池装置(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)の供給電力を差し引いた残りの電力については、家庭用燃料電池システム10からの供給電力によってまかなっている。したがって、家庭用燃料電池システム10から電力負荷40への供給電力については電力負荷40の消費電力の変動に伴って変動する。
また、実施の形態1と同様に、時刻T1以降の停電期間中において、家庭用燃料電池システム10は、電力負荷40の消費電力の変動に対応させるために、電力負荷40で消費される電力より常に多めに発電させておいてもよい。例えば、燃料電池本体11を最大能力(最大発電量)で運転させてもよい。これにより、家庭用燃料電池システム10が発電する電力(発電量)を、電力負荷40で消費される電力に追従させることができる。この場合、家庭用燃料電池システム10で発電した発電量のうち電力負荷40で消費しきれなかった余剰電力については、家庭用燃料電池システム10内に配備された余剰電力消費用負荷(ヒータ等)で消費させることができる。
また、本実施の形態において、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bのうち、選択された一方の蓄電池装置が電力負荷40に電力を供給している場合は、家庭用燃料電池システム10によって、他方の蓄電池装置における蓄電池の充電を行ってもよい。これにより、長時間の自立運転が要求される停電時において、電力負荷40への電力供給時間を長くすることができる。
以上、本実施の形態に係る電力供給システム2によれば、停電等により商用電力系統30からの電力供給が停止している場合に電力負荷40が電力を消費している期間中において、第1電力測定器70aまたは第2電力測定器70bによって測定される電力が所定の電力になるように制御されており、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bの出力電力(供給電力)が所定の電力となっている。つまり、停電時において、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bは、電力負荷40が電力を消費している期間中、少なくとも設定値以上の所定の電力を供給し続けている。これにより、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bが起動および停止する回数を低減することができるので、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの起動に伴う電力消費を低減することができる。したがって、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの運転可能時間が短くなることを抑制することができる。
さらに、本実施の形態に係る電力供給システム2によれば、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの起動回数および停止回数が低減するので、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの充放電の繰り返し回数も低減させることができる。特に、第1電力測定器70aおよび第2電力測定器70bによって測定される電流値が第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの最大出力電流以下とすることにより、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bが最大出力電流で動作するモードがなくなるので、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの充放電の繰り返し回数を一層低減させることができる。これにより、充放電サイクルに伴って第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの機能が短期間で低下したり第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの液漏れが発生したり第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの出力電圧が低下したりすることを抑制できる。したがって、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの信頼性が向上する。
さらに、本実施の形態に係る電力供給システム2によれば、停電期間中における第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bの出力電力を所定の電力とすることにより、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの急速放電を抑制することができる。特に、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの出力電力を、変化のない一定値とすることで、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの急速放電を回避することができる。このように、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの急速放電を抑制等することによって、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの機能が短期間で低下してしまうことを抑制することができる。
さらに、本実施の形態に係る電力供給システム2によれば、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bがゼロより大きい所定の電力を供給し続けているので、急に高い電力を出力する必要が生じたとしても容易に対応することができる。
また、本実施の形態に係る電力供給システム2では、停電が発生した場合に家庭用燃料電池システム10の運転を一旦停止させるが、その後、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bからの電力を用いて家庭用燃料電池システム10を起動させて始動できるようにしている。これにより、家庭用燃料電池システム10と、第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20bとを同時に使用し続けることができる。したがって、本実施の形態に係る電力供給システム2は、通常時においては、商用電力系統30に系統連系して動作するとともに、災害等の停電により商用電力系統30からの電力供給が停止した場合(非通常時)においては、自家発電を行うことが可能であり、通常時および非通常時の両方において有用である。
また、本実施の形態に係る電力供給システム2によれば、停電発生時において、電力負荷40に所定の電力を供給する蓄電池装置を、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの充電電力量(充電容量)に応じて適宜切り替えている。具体的には、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bのうち所定の電力を供給する方の蓄電池の充電電力量と推定不足電力量とを比較して当該充電電力量が推定不足電力量よりも小さい場合、および、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bのうち所定の電力を供給する方の蓄電池の充電電力量と家庭用燃料電池システム10の起動電力量とを比較して当該充電電力量が起動電力量よりも小さい場合の少なくとも一方の場合に該当するとき、所定の電力を供給し続ける蓄電池を一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える。これにより、家庭用燃料電池システム10の出力電力を電力負荷40の消費電力の急変に対応させることができないような場合に家庭用燃料電池システム10ではまかないきれない電力量および停止した家庭用燃料電池システム10を起動するために所定の起動電力量を、一方の蓄電池ではなく他方の蓄電池でまかなうことができる。
また、本実施の形態において、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの2つの蓄電池は、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの2つの蓄電池装置のそれぞれに備えられるように構成したが、これに限らない。例えば、1つの蓄電池装置が2つの蓄電池を備えるように構成しても構わない。また、本実施の形態では、2つの蓄電池を用いて切り替えを行ったが、3つ以上の複数の蓄電池を用いて切り替えを行っても構わない。この場合、複数の蓄電池の各々に対応させて蓄電池と同数の蓄電池装置を構成してもよいし、複数の蓄電池よりも少ない数で蓄電池装置を構成しても構わない。
また、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bから電力負荷40に電力の供給を開始する場合、電力負荷40に供給する最低限の電力値(所定の設定値)は、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの充電電力量に応じて決定することが好ましい。これにより、第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの運転可能時間を調整することができる。
また、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、停電時における第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの出力電力が停電期間の経過とともに第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの出力電力を漸次低減するように制御しても構わない。これにより、第1蓄電池装置20aの運転可能時間を長くすることができるとともに、第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの充放電の繰り返し回数を一層低減させることができる。したがって、充放電サイクルに伴って第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの機能が短期間で低下したり第1蓄電池21aおよび第2蓄電池21bの液漏れが発生したり出力電圧が低下したりすることを一層抑制することができる。
また、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、第1電力測定器70a、第2電力測定器70bおよび自立運転検知器80による測定値(電流値)を、無線の通信媒体を介して取得するように制御器60を構成しても構わない。
また、本実施の形態において、電力負荷40に所定の電力を供給する蓄電池装置(蓄電池)の切り替えは、家庭用燃料電池システム10が一旦運転停止状態となる停電時の場合について説明しているので、蓄電池の充電電力量と推定不足電力量とを比較するだけではなく、蓄電池の充電電力量と起動電力量とを比較しているが、上記切り替えは、通常時等で家庭用燃料電池システム10が運転状態にある場合に行っても構わない。この場合、家庭用燃料電池システム10を起動させる必要がないので、蓄電池の充電電力量と起動電力量とを比較する必要がない。以下、この場合の変形例に係る切り替え方法について、図10および図11を用いて詳述する。図10は、本発明の実施の形態2の変形例に係る電力供給システムにおける停電期間中の電力の推移を示す図である。図11は、本発明の実施の形態2の変形例に係る電力供給システムにおいて、電力負荷に所定の電力を供給する蓄電池装置を切り替える方法を示すフローチャートである。なお、図10において、面積SSBは、第1蓄電池装置20aが供給する電力量を示しており、面積SFCは、家庭用燃料電池システム10が供給する電力量を示している。
図10に示すように、時刻T0において、電力負荷40に所定の電力を供給する蓄電池装置を切り替える場合、まず、図11に示すように、図9のステップS24と同様にして、電力負荷40に対する推定不足電力量(P)を推定する(ステップS24’)。このとき、図10に示すように、家庭用燃料電池システム10の出力の変化量が小さいことから、時刻T0から時刻T1(家庭用燃料電池システム10が最大発電量で発電できる状態となる時刻)までの間においては家庭用燃料電池システム10の出力の変化量が一定であるので、電力負荷40に所定の電力を供給する蓄電池装置の出力電力が所定の設定値のままであると、時刻T0から時刻T1までの間において、電力負荷40の消費電力は第1家庭用燃料電池システム10からの出力だけではまかないきれない場合が生じる。本変形例では、この家庭用燃料電池システム10だけではまかないきれない電力量が推定不足電力量(P)となる。
次に、図11に示すように、図9のステップS25と同様にして、推定不足電力量(P)と、電力負荷40に給電している方の蓄電池装置における蓄電池の充電電力量(PSB)とを比較する(ステップS25’)。
そして、ステップS25’における比較の結果、電力負荷40に所定の電力を供給している方の蓄電池装置の充電電力量(PSB)が推定不足電力量(P)未満である場合(PSB<P)、電力負荷40に所定の電力を供給する蓄電池装置を切り替える(ステップS28’)。
一方、ステップS25’における比較の結果、電力負荷40に所定の電力を供給している方の蓄電池装置の充電電力量(PSB)が推定不足電力量(P)以上である場合(PSB≧P)、電力負荷40に所定の電力を供給している蓄電池装置を切り替えずに、電力負荷40に所定の電力を供給している蓄電池装置を用いて、継続して電力負荷40に対して所定の電力の供給を行う(ステップS27’)。
以上、本変形例によれば、家庭用燃料電池システム10の推定不足電力量と現時点において所定の電力を供給している方の蓄電池の充電電力量とを比較して、当該充電電力量が推定不足電力量よりも小さい場合は、所定の電力を供給し続ける蓄電池を一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える。これにより、家庭用燃料電池システム10の出力電力を電力負荷40の消費電力の急変に対応させることができない場合であっても、家庭用燃料電池システム10ではまかないきれない電力量を他方の蓄電池でまかなうことができる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3に係る電力供給システムおよび電力供給方法について説明する。
[電力供給システムの構成]
まず、本発明の実施の形態3に係る電力供給システム3の構成について、図12を用いて説明する。図12は、本発明の実施の形態3に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態において、実施の形態1の構成要素と同じ機能を有する構成要素については同じ符号を付すことで、その説明については省略化または簡略化する。
図12に示すように、本実施の形態に係る電力供給システム3は、実施の形態1と同様に分散型電源として燃料電池システムを用いた分散型電源システムであって、家庭用燃料電池システム10と、蓄電池装置20と、商用電力系統30と、電力負荷40と、分電盤50と、制御器60と、電力測定器90とによって構成されている。
本実施の形態における家庭用燃料電池システム10は、実施の形態1における家庭用燃料電池システム10と同様の構成および機能であり、燃料電池本体11と系統連系インバータ12とを備えている。なお、本実施の形態における家庭用燃料電池システム10は、制御器60を備えているが、制御器60は、実施の形態1と同様に、家庭用燃料電池システム10の外部に設けても構わない。本実施の形態における制御器60は、実施の形態1、2における制御器60と同様の制御を行うことができる。
また、本実施の形態における蓄電池装置20は、実施の形態1における蓄電池装置20と同様の構成および機能であり、蓄電池21と系統連系インバータ22とを備えている。なお、本実施の形態における蓄電池装置20の連系点は、実施の形態1における蓄電池装置20の連系点と異なっており、本実施の形態における蓄電池装置20は、家庭用燃料電池システム10および電力負荷40よりも商用電力系統30に近い上流側において連系されている。
本実施の形態における分電盤50は、自立運転検知器80の代りに、電力測定器90を備えている。電力測定器90は、家庭用燃料電池システム10と商用電力系統30との接続経路に配備されており、より具体的には、蓄電池装置20および商用電力系統30の連系点と家庭用燃料電池システム10および電力負荷40の連系点との間に配備されている。本実施の形態における電力測定器90は、上記2つの連系点の間を流れる電流値を測定する電流測定器であり、例えばCTセンサを用いることができる。なお、電力測定器90は家庭用燃料電池システム10と通信可能に接続されており、電力測定器90の測定結果(電流値)は家庭用燃料電池システム10の制御器60に出力される。
以上のように構成される電力供給システム3では、図1のような蓄電池装置20専用の電力測定器(CTセンサ)が不要となり、1つの電力測定器90(CTセンサ)を用いて実施の形態1、2と同様の制御を行うことができる。
具体的には、停電が発生すると、家庭用燃料電池システム10(制御器60)は、電力測定器90の電力が一旦ゼロになるように制御して、家庭用燃料電池システム10によって供給することができない残りの電力を蓄電池装置20によって供給するように制御する。
このとき、本実施の形態においても、制御器60は、電力負荷40が電力を消費している期間中、電力測定器90によって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力(>0W)になるように、家庭用燃料電池システム10と蓄電池装置20とを制御する。例えば、電力負荷40が電力を消費している期間においては、電力測定器90によって測定される電流値が所定の電流値(>0A)になるように制御される。これにより、蓄電池装置20は電力負荷40に所定の電力を供給し続ける。
以上、本実施の形態に係る電力供給システム3によれば、実施の形態1における電力供給システム1と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施の形態に係る電力供給システム3によれば、蓄電池装置20専用の電力測定器(CTセンサ)が不要となり、電力供給システムの構成を簡略化することができる。
(変形例)
以下、上記実施の形態1〜3に係る電力供給システムの変形例について説明する。
本変形例に係る電力供給システムにおいて、制御器60は、電力負荷40の消費電力が家庭用燃料電池システム10の最大発電量より大きい超過電力になった場合、予め定められている第1所定時間までは、電力負荷40が必要とする電力を家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20(あるいは第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの一方)に供給させ、第1所定時間経過後は、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20(あるいは第1蓄電池装置20aおよび第2蓄電池装置20bの一方)から電力負荷40に供給する電力を前記超過電力未満に減少させるように構成されている。
以上、本変形例に係る電力供給システムによれば、実施の形態1〜3における電力供給システムによる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
家庭用燃料電池システム10は、燃料ガスが供給され続ける限り発電を行うことができるので、電力負荷40の消費電力に対しては最大発電量までの電力は供給することができる。しかし、電力負荷40の消費電力が家庭用燃料電池システム10の最大発電量を超えたときは、蓄電池装置20(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)によって超過した電力をまかなうことになる。しかしながら、この場合、電力負荷40の消費電力が家庭用燃料電池システム10の最大発電量を超える状態(超過電力状態)が続くと、蓄電池21(第1蓄電池21aまたは第2蓄電池21b)の充電量(残存容量)が徐々に減っていき最終的にはなくなってしまう。蓄電池21(第1蓄電池21aまたは第2蓄電池21b)の充電量がなくなると、ユーザにとっては極めて不便な状態になる。例えば、停電時において、蓄電池21(第1蓄電池21aまたは第2蓄電池21b)の充電量がなくなった後は、電力負荷40が必要とする電力のうち家庭用燃料電池システム10の最大発電量を超えた分の電力については確保することができなくなる。
これに対して、変形例に係る電力供給システムによれば、上記の超過電力状態になったとしても、蓄電池装置20(第1蓄電池21aまたは第2蓄電池21b)からの出力電力を所定の電力としつつ、予め定められた第1所定時間までは、電力負荷40が必要とする電力を家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)から供給し、第1所定時間経過後は、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)から電力負荷40に供給する電力を超過電力未満に減少させている。これにより、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20(第1蓄電池装置20aまたは第2蓄電池装置20b)によって、第1所定時間までは、電力負荷40が必要とする全ての電力を供給し続けることができるとともに、第1所定時間経過後においても、電力負荷40に一定の電力を供給し続けることが可能となる。また、蓄電池21(第1蓄電池21aまたは第2蓄電池21b)の充電量が短時間でなくなってしまうことを防止することができる。
また、本変形例において、制御器60は、超過電力と第1所定時間との組み合わせを複数記憶しており、当該複数の組み合わせは、超過電力の値が小さくなるほど第1所定時間が長くなるように定められているようにしてもよい。
例えば、超過電力を1kW〜2kWにおける100W毎の電力として設定するとともに、各超過電力に対応するようにして、第1所定時間を1時間〜12時間における1時間毎の所定時間として設定することができる。すなわち、1.0kW、1.1kW、1.2kW、・・・、2.0kWの11通りに設定された超過電力と、1時間、2時間、3時間、・・・、12時間の12通りに設定された第1所定時間とによって、132通りの組み合わせとすることができる。
(その他)
以上、本発明に係る電力供給システムおよび電力供給方法について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。
例えば、上記の実施の形態1〜3および変形例では、停電等により商用電力系統30からの電力供給が停止している場合について説明したが、これに限らない。すなわち、本発明は、通常時(商用電力系統30からの電力の供給を受けることができる状態にある場合)においても適用することができる。例えば、通常時において電力測定器70(第1電力測定器70a、第2電力測定器70bまたは電力測定器90)によって測定される電力が設定値以上の所定の電力になるように制御し、通常時において蓄電池装置20(第1蓄電池装置20a、第2蓄電池装置)が電力負荷40に所定の電力を供給し続けるように構成してもよい。
これにより、蓄電池装置が起動および停止する回数を低減することができるので、蓄電池装置の起動に伴う電力消費を低減することができる。したがって、蓄電池装置の運転可能時間が短くなることを抑制することができる。また、蓄電池装置の起動回数および停止回数が低減することで蓄電池の充放電の繰り返し回数も低減させることができるので、蓄電池の機能が短期間で低下してしまうこと等を抑制することもできる。さらに、蓄電池装置の出力電力を所定の電力とすることで、蓄電池の急速放電を抑制することができるので、蓄電池の機能が短期間で低下してしまうことを抑制することもできる。
また、上記の実施の形態1〜3および変形例において、系統連系インバータ12および22(第1系統連系インバータ22a、第2系統連系インバータ22b)としては、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20(第1蓄電池装置20a、第2蓄電池装置20b)が商用電力系統30から電力を受けることができない状態である場合でも、直流電力を、電力負荷40に供給可能な交流電力に変換することができるインバータを用いることができる。
あるいは、系統連系インバータ12および22(第1系統連系インバータ22a、第2系統連系インバータ22b)として、家庭用燃料電池システム10および蓄電池装置20(第1蓄電池装置20a、第2蓄電池装置20b)が、直流電力を、商用電力系統30に供給可能な交流電力に変換するインバータを用いることもできる。
また、上記の実施の形態1〜3および変形例において、発電装置として家庭用燃料電池システム10を例示したが、これに限らない。発電装置としては、燃料電池システム以外の燃料投入型発電装置、または、太陽電池を有する太陽電池システムや風力発電システム等の自然エネルギーを利用した発電装置等を用いることもできる。
また、上記の実施の形態1〜3および変形例において、電力負荷40が電力を消費している場合に蓄電池装置20等は所定の電力を供給し続けているが、仮に電力負荷40が電力を消費していない状態になった場合、蓄電池装置20(第1蓄電池装置20a、第2蓄電池装置20b)は、電力負荷40の電力消費がないときから一定期間は所定の電力を出力し続け、その後、電力の出力を停止する。なお、電力負荷40が電力を消費していない場合における蓄電池装置20(第1蓄電池装置20a、第2蓄電池装置20b)の出力電力は蓄電池装置20に内蔵等された余剰電力消費用負荷(ヒータ等)で消費させる。
また、上記の実施の形態1、2では、制御器60を家庭用燃料電池システム10の外部に存在するように構成しているが、実施の形態3のように、家庭用燃料電池システム10が制御器60を備えるように構成しても構わない。
また、本発明は、このような電力供給システムおよび電力供給方法として実現できるだけでなく、電力供給方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。さらに、そのようなプログラムは、コンピュータに読み取り可能な記録媒体(例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD−ROM、MO、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、BD、USBメモリ、SDカードなどのメモリカード、半導体メモリ等)に記録したり、インターネット等の伝送媒体を介して流通させたりすることができる。
また、本発明に係る電力供給システムを構成する構成要素の一部または全部は、集積回路(LSI:Large Scale Integration)として実現することもできる。これらの構成要素は、個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。集積回路は、集積度の違いにより、IC(Integrated Circuit)、システムLSI、スーパーLSIまたはウルトラLSIと呼称されることもある。
なお、その他に、各実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態および変形例における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
本発明は、商用電力系統に連系された分散型電源を備える電力供給システムおよび電力供給方法として利用することができ、通常時および非通常時の両方において有用な分散型電源システムとして広く利用することができる。
1、2、3 電力供給システム
10、110 家庭用燃料電池システム
11、111 燃料電池本体
12、22、112、122 系統連系インバータ
20、120 蓄電池装置
20a 第1蓄電池装置
20b 第2蓄電池装置
21、121 蓄電池
21a 第1蓄電池
21b 第2蓄電池
22a 第1系統連系インバータ
22b 第2系統連系インバータ
30、130 商用電力系統
40、140 電力負荷
50、150 分電盤
51、52、52a、52b、151、152 開閉器
53、54、153、154 遮断器
60 制御器
61 記憶部
62 推定部
63 比較部
64 切替部
70、90 電力測定器
70a 第1電力測定器
70b 第2電力測定器
80 自立運転検知器
100 分散型電源システム

Claims (15)

  1. 発電した電力を電力負荷に供給する発電装置と、前記電力負荷に電力を供給する蓄電池装置と、前記蓄電池装置から前記電力負荷に供給される電力を測定する電力測定器と、制御器と、を備え、
    前記制御器は、前記電力負荷が電力を消費している期間において、前記電力測定器によって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力になるように、前記発電装置および前記蓄電池装置を制御する、
    電力供給システム。
  2. 前記所定の電力は、所定の設定値以上である、
    請求項1に記載の電力供給システム。
  3. 前記制御器は、前記蓄電池装置の充電電力量に応じて前記所定の設定値を決定する、
    請求項2に記載の電力供給システム。
  4. 前記制御器は、前記蓄電池装置から前記電力負荷に電力の供給を開始するときに、前記所定の設定値を決定する、
    請求項2または3に記載の電力供給システム。
  5. 前記発電装置が電力系統から電力を受けているか否かを検知する自立運転検知器をさらに備え、
    前記制御器は、前記発電装置が電力系統から電力を受けていないことを前記自立運転検知器が検知している期間において、前記電力測定器によって測定される電力が前記所定の電力になるように、前記発電装置および前記蓄電池装置を制御する、
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力供給システム。
  6. 前記蓄電池装置は、少なくとも第1蓄電池と第2蓄電池とを有し、前記電力負荷が電力を消費している期間において前記第1蓄電池および前記第2蓄電池のうちの一方の蓄電池の供給電力が前記所定の電力になるように制御され、
    前記発電装置は、予め定められた割合で発電量を変更するように制御され、
    前記制御器は、
    前記発電装置の最大発電量を予め記憶する記憶部と、
    前記電力負荷の消費電力が前記最大発電量に変更されると仮定し、当該仮定したときから前記最大発電量に変更されるまでの間に前記発電装置および前記一方の蓄電池では供給できない電力量を推定不足電力量として推定する推定部と、
    前記推定不足電力量と前記一方の蓄電池の充電電力量とを比較する比較部と、
    前記一方の蓄電池の充電電力量が前記推定不足電力量未満の場合、前記所定の電力を供給する蓄電池を前記一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える切替部とを有する、
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力供給システム。
  7. 前記蓄電池装置は、少なくとも第1蓄電池と第2蓄電池とを有し、前記電力負荷が電力を消費している期間において前記第1蓄電池および前記第2蓄電池のうちの一方の蓄電池の供給電力が前記所定の電力になるように制御され、
    前記発電装置は、予め定められた割合で発電量を変更するように制御され、
    前記制御器は、
    前記発電装置が起動する場合に消費する起動電力量と前記発電装置の最大発電量とを予め記憶する記憶部と、
    前記電力負荷の消費電力が前記最大発電量に変更されると仮定し、当該仮定したときから前記最大発電量に変更されるまでの間に前記発電装置および前記一方の蓄電池では供給できない電力量を推定不足電力量として推定する推定部と、
    前記推定不足電力量と前記一方の蓄電池の充電電力量とを比較するとともに、前記起動電力量と前記一方の蓄電池の充電電力量とを比較する比較部と、
    前記一方の蓄電池の充電電力量が前記推定不足電力量未満の場合、および、前記一方の蓄電池の充電電力量が前記起動電力量未満の場合のうちの少なくとも一方の場合に、前記所定の電力を供給する蓄電池を前記一方の蓄電池から他方の蓄電池に切り替える切替部とを有する、
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力供給システム。
  8. 前記制御器は、前記一方の蓄電池が前記電力負荷に電力を供給している場合、前記他方の蓄電池が充電を行うように当該他方の蓄電池を制御する、
    請求項6または7に記載の電力供給システム。
  9. 前記制御器は、前記電力負荷の消費電力が前記発電装置の最大発電量より大きい超過電力になった場合、予め定められている第1所定時間までは、前記電力負荷が必要とする電力を前記発電装置および前記蓄電池装置に供給させ、前記第1所定時間経過後は、前記発電装置および前記蓄電池装置から前記電力負荷に供給する電力を前記超過電力未満に減少させる、
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力供給システム。
  10. 前記制御器は、前記超過電力と前記第1所定時間との組み合わせを複数記憶しており、
    前記複数の組み合わせは、前記超過電力の値が小さくなるほど前記第1所定時間が長くなるように定められている、
    請求項9に記載の電力供給システム。
  11. 前記発電装置および前記蓄電池装置の各々は、前記発電装置および前記蓄電池装置が電力系統から電力を受けることができない状態である場合でも、直流電力を、前記電力負荷に供給可能な交流電力に変換するインバータを備えている、
    請求項1〜10のいずれか1項に記載の電力供給システム。
  12. 前記発電装置および前記蓄電池装置の各々は、直流電力を、電力系統に供給可能な交流電力に変換するインバータを備えている、
    請求項1〜10のいずれか1項に記載の電力供給システム。
  13. 前記制御器は、前記電力測定器による測定値を、通信媒体を介して取得する、
    請求項1〜12のいずれか1項に記載の電力供給システム。
  14. 発電装置および蓄電池装置によって電力負荷に電力を供給する電力供給方法であって、
    電力測定器によって前記蓄電池装置から前記電力負荷に供給される電力を測定し、
    前記電力負荷が電力を消費している期間において、前記電力測定器によって測定される電力がゼロより大きい値の所定の電力になるように前記発電装置および前記蓄電池装置を制御する、
    電力供給方法。
  15. 前記発電装置が電力系統から電力を受けていない期間において、前記蓄電池装置から前記電力負荷に供給される電力が継続して前記所定の電力になるように、前記発電装置および前記蓄電池装置を制御する、
    請求項14に記載の電力供給方法。
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JP2015139259A (ja) * 2014-01-21 2015-07-30 日鉄住金テックスエンジ株式会社 給電制御方法
JP2015208144A (ja) * 2014-04-22 2015-11-19 大和ハウス工業株式会社 電力供給システム
JP2016092849A (ja) * 2014-10-29 2016-05-23 京セラ株式会社 電力供給システム、起動制御装置及び電力供給システムの制御方法
US10389131B2 (en) 2014-04-24 2019-08-20 Kyocera Corporation Power control apparatus, power control method, and power control system

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