給電システム、制御装置、及び放電制御方法
【課題】より有効な燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池により追従遅延不足分だけでなく定格超過不足分も補うことができるようにする。
【解決手段】負荷追従制御が適用されるＳＯＦＣ１１０と、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性を補うための二次電池１１５と、を有する給電システムは、負荷４００の消費電力が増加する場合に、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分を補うように二次電池１１５を放電する第１の放電制御を行うＳＯＦＣ制御装置１４０を有する。ＳＯＦＣ制御装置１４０は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ１１０の定格出力電力を超過する場合に、第１の放電制御を行った上で、二次電池１１５の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行う。
【解決手段】負荷追従制御が適用されるＳＯＦＣ１１０と、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性を補うための二次電池１１５と、を有する給電システムは、負荷４００の消費電力が増加する場合に、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分を補うように二次電池１１５を放電する第１の放電制御を行うＳＯＦＣ制御装置１４０を有する。ＳＯＦＣ制御装置１４０は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ１１０の定格出力電力を超過する場合に、第１の放電制御を行った上で、二次電池１１５の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び二次電池を併用して負荷に電力を供給するための給電システム、制御装置、及び放電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力の需要家において、分散型電源の一種である燃料電池の普及が進んでいる。燃料電池は、ガスから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電を行う。
【０００３】
燃料電池は、定格出力電力（最大出力電力）までの範囲内で出力電力が可変であることから、負荷の消費電力の増減に合わせて燃料電池の出力電力を増減する「負荷追従制御」を適用することが一般的である。
【０００４】
燃料電池は、その発電原理に起因して、発電量を急激に変更できない。よって、負荷追従制御を燃料電池に適用しても、負荷の消費電力が急増すると、負荷の消費電力に対して燃料電池の出力電力に不足（以下、「追従遅延不足分」と称する）が生じる。
【０００５】
このような状況に鑑みて、燃料電池を小型小容量の二次電池と併用し、当該二次電池の放電により追従遅延不足分を補う給電システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１２３６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、追従遅延不足分を二次電池の放電により補っても、負荷の消費電力が燃料電池の定格出力電力を超過してしまえば、やはり負荷の消費電力に対して燃料電池の出力電力に不足（以下、「定格超過不足分」と称する）が生じる。
【０００８】
ここで、商用電力系統からの電力によって定格超過不足分を補うことは可能であるが、買電を行うことによる光熱費増加の問題がある。あるいは、燃料電池に加えて太陽電池も有する需要家は、太陽電池の出力電力によって定格超過不足分を補うことができるが、現状、太陽電池からの売電単価は高く設定されており、光熱費削減の観点では太陽電池の出力電力は積極的に売電することが望ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、より有効な燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池により追従遅延不足分だけでなく定格超過不足分も補うことができる給電システム、制御装置、及び放電制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。
【００１１】
本発明に係る給電システムの特徴は、負荷追従制御が適用される燃料電池（例えばＳＯＦＣ１１０）と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池（二次電池１１５）と、を有する給電システムであって、負荷（負荷４００）の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行う制御部（制御部１４３）を有し、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うことを要旨とする。
【００１２】
このような給電システムは、負荷の消費電力が増加して当該消費電力が燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、追従遅延不足分を補うための第１の放電制御を行った上で、定格超過不足分を補うための第２の放電制御を行う。これにより、燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池により追従遅延不足分だけでなく定格超過不足分も補うことができる。
【００１３】
また、燃料電池に加えて太陽電池も有する場合には、負荷で消費される分の太陽電池の出力電力を売電に回すことができるため、売電量を増加させることができる。
【００１４】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合で、前記第１の放電制御を行った上での前記二次電池の蓄電量が、前記第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される前記二次電池の放電量から、前記第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される前記二次電池の充電量を減じた量よりも多い場合に、前記第２の放電制御を行う。
【００１５】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、前記第１の放電制御を行った上での前記二次電池の蓄電量が、前記第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される前記二次電池の放電量から、前記第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される前記二次電池の充電量を減じた量よりも少ない場合には、前記第２の放電制御を行わない。
【００１６】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合で、当該超過する期間が経過してから前記第１の放電制御を次回行うまでに前記二次電池の充電が可能であると予測される場合に、前記第２の放電制御を行う。
【００１７】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、当該超過する期間が経過してから前記第１の放電制御を次回行うまでに前記二次電池の充電が不能であると予測される場合には、前記第２の放電制御を行わない。
【００１８】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、商用電力系統（商用電力系統１０）への出力電力の売電が許容される他の発電装置（例えばＰＶ２１０）をさらに有し、前記制御部は、前記他の発電装置が前記商用電力系統との連系運転を行っている場合に、前記第２の放電制御を行うことを可能とする。
【００１９】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、前記他の発電装置が自立運転を行っている場合には、前記第２の放電制御を行わない。
【００２０】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が前記定格出力電力に達するタイミングで、前記第２の放電制御を行うか否かの判断を行う。
【００２１】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記第２の放電制御を開始した後、定期的に、当該第２の放電制御を継続すべきか否かの判断を行う。
【００２２】
本発明に係る制御装置の特徴は、負荷追従制御が適用される燃料電池（例えばＳＯＦＣ１１０）と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池（二次電池１１５）と、を有する給電システムにおいて用いられる制御装置（例えばＳＯＦＣ制御装置１４０）であって、負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行う制御部（制御部１４３）を有し、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うことを要旨とする。
【００２３】
本発明に係る放電制御方法の特徴は、負荷追従制御が適用される燃料電池と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池と、を有する給電システムにおいて用いられる放電制御方法であって、負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行うステップ（例えばステップＳ１０５）と、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うステップ（例えばステップＳ１１０）と、を有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、より有効な燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池により追従遅延不足分だけでなく定格超過不足分も補うことができる給電システム、制御装置、及び放電制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る給電システムのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係るＳＯＦＣ制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る負荷追従制御を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る負荷追従制御の処理フロー図である。
【図５】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る第１の放電制御を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る第２の放電制御を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面を参照して、本発明の第１実施形態〜第３実施形態、及びその他の実施形態を説明する。以下の各実施形態に係る図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【００２７】
［第１実施形態］
（給電システムの構成）
図１は、本実施形態に係る給電システムのブロック図である。図１において、太線は電力ラインを示し、破線は制御ラインを示す。制御ラインは無線で構成してもよい。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係る給電システムは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）ユニット１００、太陽電池（ＰＶ）ユニット２００、分電盤３００、１又は複数の負荷４００、及び住宅エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）５００を有する。ＳＯＦＣユニット１００、ＰＶユニット２００、分電盤３００、負荷４００、及びＨＥＭＳ５００は、商用電力系統１０から交流（ＡＣ）電力の供給を受ける需要家１に設けられる。
【００２９】
ＳＯＦＣユニット１００は、ＳＯＦＣ１１０、二次電池１１５、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）１２０、及びＳＯＦＣ制御装置１４０を有する。
【００３０】
ＳＯＦＣ１１０は、燃料電池の一種であり、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電を行い、直流（ＤＣ）電力をＰＣＳ１２０に出力する。ＳＯＦＣ１１０の発電量は、ＳＯＦＣ１１０で消費されるガス及び空気の量に応じて変化する。ガス及び空気の量は、ＳＯＦＣ制御装置１４０によって制御される。ＳＯＦＣ１１０の出力電力は商用電力系統１０への売電が許容されていない。
【００３１】
二次電池１１５は、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性を補うための小型・小容量のものである。二次電池１１５は、ＳＯＦＣ１１０からＰＣＳ１２０を介して入力されるＤＣ電力によって充電される。ただし、ＰＣＳ１２０がＤＣ−ＡＣ変換機能だけでなく、ＡＣ−ＤＣ変換機能を有する場合には、ＰＶユニット２００からの出力電力及び／又は商用電力系統１０からの電力により二次電池１１５を充電してもよい。二次電池１１５は、放電によりＤＣ電力をＰＣＳ１２０に出力する。
【００３２】
ＰＣＳ１２０は、ＳＯＦＣ１１０が出力するＤＣ電力及び二次電池１１５が出力するＤＣ電力が入力され、入力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＳＯＦＣ電力ライン１２を介してＡＣ電力（以下、「ＳＯＦＣユニット出力電力」と称する）を分電盤３００に出力する。
【００３３】
ＳＯＦＣ制御装置１４０は、分電盤３００に設けられた計測部３１０との通信、及びＨＥＭＳ５００との通信を行う。ＳＯＦＣ制御装置１４０は、計測部３１０及びＨＥＭＳ５００からの情報に基づいて、ＳＯＦＣ１１０、二次電池１１５、及びＰＣＳ１２０を制御する。
【００３４】
ＳＯＦＣ制御装置１４０は、負荷４００の消費電力の増減に合わせてＳＯＦＣ１１０の出力電力を増減する負荷追従制御を行う。また、ＳＯＦＣ制御装置１４０は、二次電池１１５の充放電制御を行う。負荷追従制御及び充放電制御の詳細については後述する。
【００３５】
ＰＶユニット２００は、ＰＶユニット２００は、ＰＶ２１０及びＰＣＳ２２０を有する。
【００３６】
ＰＶ２１０は、太陽光を受けて発電を行い、ＤＣ電力を出力する。ＰＶ２１０の発電量は、ＰＶ２１０に照射される日射量に応じて変化する。
【００３７】
ＰＣＳ２２０は、ＰＶ２１０が出力するＤＣ電力が入力され、当該入力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＰＶ電力ライン１３を介してＡＣ電力（以下、「ＰＶユニット出力電力」と称する）を分電盤３００に出力する。ＰＣＳ２２０は、ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っている際に、商用電力系統１０の停電又は不安定状態を検知すると、ＰＶ２１０を商用電力系統１０から解列して自立運転を行う。
【００３８】
分電盤３００は、商用電力系統１０から系統電力ライン１１を介して電力（以下、「買電電力」と称する）が入力され、ＳＯＦＣユニット１００からＳＯＦＣ電力ライン１２を介してＳＯＦＣユニット出力電力が入力され、ＰＶユニット２００からＰＶ電力ライン１３を介してＰＶユニット出力電力が入力される。
【００３９】
分電盤３００は、負荷４００の消費電力をＳＯＦＣユニット出力電力のみで賄える場合には、商用電力系統１０からの買電を行わず、かつ、ＰＶユニット出力電力を全て商用電力系統１０に売電（逆潮流）する。分電盤３００は、負荷４００の消費電力をＳＯＦＣユニット出力電力のみで賄えない場合には、不足分をＰＶユニット出力電力で補い、それでも不足する場合には、商用電力系統１０からの買電を行う。
【００４０】
分電盤３００は、負荷４００の消費電力、売電電力、及び買電電力を定期的に計測する計測部３１０を含む。計測部３１０は、計測値を、定期的にＳＯＦＣ制御装置１４０及びＨＥＭＳ５００に通知する。
【００４１】
負荷４００は、分電盤３００から負荷電力ライン１４を介してＡＣ電力が入力され、当該入力されたＡＣ電力を消費して動作する。負荷４００は、例えば、照明、エアコン、冷蔵庫、又はテレビ等の家電機器である。
【００４２】
ＨＥＭＳ５００は、需要家１における電力管理を行うためのものである。ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力、売電電力、及び買電電力を管理して表示したり、省電力のための制御を負荷４００に対して行ったりする。
【００４３】
次に、ＳＯＦＣ制御装置１４０の構成を説明する。図２は、ＳＯＦＣ制御装置１４０のブロック図である。
【００４４】
図２に示すように、ＳＯＦＣ制御装置１４０は、通信部１４１、記憶部１４２、及び制御部１４３を有する。
【００４５】
通信部１４１は、ＳＯＦＣ１１０、二次電池１１５、ＰＣＳ１２０、計測部３１０、及びＨＥＭＳ５００との通信を行う。通信部１４１は、計測部３１０から、現時点での負荷４００の消費電力の情報を受信する。また、通信部１４１は、ＳＯＦＣ１１０又はＰＣＳ１２０から、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の情報を受信する。通信部１４１は、二次電池１１５又はＰＣＳ１２０から、現時点での二次電池１１５の蓄電量の情報を受信する。
【００４６】
記憶部１４２は、メモリなどにより構成されており、制御部１４３における制御に使用される各種情報を記憶する。記憶部１４２は、負荷４００の消費電力の遷移パターン（以下、「消費電力遷移パターン」）の情報と、ＳＯＦＣ１１０の定格出力電力（以下、「ＳＯＦＣ定格出力電力」）の情報と、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性能（以下、「ＳＯＦＣ負荷追従性能」）の情報と、を予め記憶している。消費電力遷移パターンの情報は、１日以上の学習に基づいて作成される。消費電力遷移パターンの情報は、制御部１４３で作成してもよく、ＨＥＭＳ５００で作成してもよい。
【００４７】
制御部１４３は、プロセッサなどにより構成されており、ＳＯＦＣ制御装置１４０の各種機能を制御する。制御部１４３は、負荷追従制御及び充放電制御を行う。
【００４８】
制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加する場合に、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分を補うように二次電池１１５を放電する第１の放電制御を行う。また、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、第１の放電制御を行った上で、二次電池１１５の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行う。
【００４９】
（ＳＯＦＣ制御装置の動作）
次に、ＳＯＦＣ制御装置１４０の動作について、負荷追従制御、充放電制御の順に説明する。
【００５０】
（１）負荷追従制御
図３は、負荷追従制御を説明するための図である。図３（及び図５、図６）において、実線は負荷４００の消費電力を示し、破線はＳＯＦＣ１１０の出力電力を示し、太線はＳＯＦＣ定格出力電力を示す。
【００５１】
図３に示すように、時刻ｔ１において、負荷４００の消費電力が増加し始める。制御部１４３は、通信部１４１が計測部３１０から受信する消費電力情報に基づいて、負荷４００の消費電力の増加に追従するようにＳＯＦＣ１１０の目標出力電力（以下、「ＳＯＦＣ目標出力電力」）を増加する。ＳＯＦＣ１１０の出力電力は直ぐにはＳＯＦＣ目標出力電力に達しないため、時刻ｔ２においてＳＯＦＣ１１０の出力電力がＳＯＦＣ目標出力電力に達する。
【００５２】
時刻ｔ２〜ｔ３の期間内で負荷４００の消費電力が一旦減少すると、制御部１４３は、負荷４００の消費電力の減少に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を減少する。
【００５３】
時刻ｔ３において負荷４００の消費電力が増加し始め、時刻ｔ３〜ｔ４の期間内で負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過し、超過した状態が時刻ｔ５まで継続する。制御部１４３は、負荷４００の消費電力の増加に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を増加するが、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過した以降は、ＳＯＦＣ目標出力電力をＳＯＦＣ定格出力電力と等しい値に設定する。
【００５４】
時刻ｔ５〜ｔ６の期間で負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力未満まで減少すると、制御部１４３は、負荷４００の消費電力の減少に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を減少する。
【００５５】
時刻ｔ６において負荷４００の消費電力が増加し始めて、時刻ｔ６〜ｔ７の期間内で負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過し、超過した状態が時刻ｔ８まで継続する。制御部１４３は、負荷４００の消費電力の増加に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を増加するが、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過した以降は、ＳＯＦＣ目標出力電力をＳＯＦＣ定格出力電力と等しい値に設定する。
【００５６】
時刻ｔ８〜ｔ９の期間で負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力未満まで大幅に減少すると、制御部１４３は、負荷４００の消費電力の減少に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を減少する。
【００５７】
時刻ｔ９〜ｔ１０の期間で負荷４００の消費電力が増加すると、制御部１４３は、負荷４００の消費電力の増加に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を増加する。ＳＯＦＣ１１０の出力電力は直ぐには目標出力電力に達しないため、時刻ｔ１０においてＳＯＦＣ１１０の出力電力が目標出力電力に達する。
【００５８】
図４は、負荷追従制御の処理フロー図である。
【００５９】
図４に示すように、ステップＳ１０において、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力の情報を通信部１４１から取得し、ＳＯＦＣ定格出力電力の情報を記憶部１４２から取得する。その後、処理がステップＳ２０に進む。
【００６０】
ステップＳ２０において、制御部１４３は、ステップＳ１０で取得した情報に基づいて、現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力以上であるか否かを確認する。現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力未満である場合（ステップＳ２０；ＮＯ）、処理がステップＳ３０に進む。現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力以上である場合（ステップＳ２０；ＹＥＳ）、処理がステップＳ４０に進む。
【００６１】
ステップＳ３０において、制御部１４３は、ＳＯＦＣ目標出力電力を負荷４００の消費電力と等しい値に設定し、当該目標出力電力を記憶部１４２に記憶させる。その後、処理がステップＳ５０に進む。
【００６２】
一方、ステップＳ４０において、制御部１４３は、ＳＯＦＣ目標出力電力をＳＯＦＣ定格出力電力と等しい値に設定し、当該目標出力電力を記憶部１４２に記憶させる。その後、処理がステップＳ５０に進む。
【００６３】
ステップＳ５０において、制御部１４３は、ＳＯＦＣ１１０の出力電力がステップＳ３０又はステップＳ４０で設定した目標出力電力になるように、ＳＯＦＣ１１０におけるガス及び空気の量を調整する。その後、処理がステップＳ１０に戻る。
【００６４】
（２）充放電制御
図５は、第１の放電制御を説明するための図である。制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力の情報と、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の情報とに基づいて、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、追従遅延不足分）を計算する。そして、制御部１４３は、当該追従遅延不足分に相当する電力を放電するように、通信部１４１を介して二次電池１１５を制御する。図５において、ハッチングを付した部分は、追従遅延不足分に相当する。
【００６５】
図５に示すように、制御部１４３は、時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４、時刻ｔ６〜ｔ７、及び時刻ｔ９〜ｔ１０の各期間において、追従遅延不足分に相当する電力を放電するよう制御する。
【００６６】
図６は、第２の放電制御を説明するための図である。
【００６７】
図６に示すように、時刻ｔ３〜ｔ４の途中から時刻ｔ５までの期間、及び時刻ｔ７〜ｔ８の期間において、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過し、負荷４００の消費電力に対してＳＯＦＣ１１０の出力電力に不足（すなわち、定格超過不足分）が生じている。上述した第１の放電制御では定格超過不足分は補うことができないため、商用電力系統１０からの買電電力及び／又はＰＶユニット出力電力が負荷４００で消費されてしまう。
【００６８】
そこで、制御部１４３は、第１の放電制御に支障がない範囲で、定格超過不足分を補うための第２の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、第１の放電制御を行った上で、二次電池１１５の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行う。
【００６９】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、記憶部１４２に記憶されている消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能の情報に基づいて、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量と、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量と、を取得（計算）する。
【００７０】
そして、制御部１４３は、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも多い場合に、第２の放電制御を行う。これに対し、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも少ない場合には、制御部１４３は、第２の放電制御を行わない。制御部１４３は、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過するタイミングでこのような判断を行う。また、第２の放電制御を実行中においてもこのような判断を定期的に実行する。
【００７１】
図６においては、制御部１４３は、時刻ｔ３〜ｔ４の途中から時刻ｔ５までの定格超過期間で第２の放電制御を行わずに、時刻ｔ７〜ｔ８の定格超過期間で第２の放電制御を行う。
【００７２】
図７は、本実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。
【００７３】
図７に示すように、ステップＳ１００において、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力の情報を通信部１４１から取得し、ＳＯＦＣ定格出力電力の情報を記憶部１４２から取得する。その後、処理がステップＳ１０１に進む。
【００７４】
ステップＳ１０１において、制御部１４３は、ステップＳ１００で取得した情報に基づいて、現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力以上であるか否かを確認する。現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力未満である場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）、処理がステップＳ１０２に進む。現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力以上である場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０６に進む。
【００７５】
ステップＳ１０２において、制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の情報を通信部１４１から取得し、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力の情報を記憶部１４２から取得する。そして、制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力と等しいか否かを確認する。現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力と等しい場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、処理がステップＳ１００に戻り、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力と等しくない場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、処理がステップＳ１０３に進む。
【００７６】
ステップＳ１０３において、制御部１４３は、二次電池１１５へ充電可能であるか否かを判定する。例えば、現時点での二次電池１１５の蓄電量が最大蓄電量よりも少ない場合には、二次電池１１５へ充電可能であると判定される。また、ＰＶユニット２００からの出力電力及び／又は商用電力系統１０からの電力を充電に使用できる場合に、二次電池１１５を充電可能であると判定してもよい。二次電池１１５へ充電可能であると判定される場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０６に進み、二次電池１１５へ充電不能であると判定される場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）、処理がステップＳ１０４に進む。
【００７７】
ステップＳ１０４において、制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力よりも小さいか否かを確認する。現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力よりも小さい場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０５に進む。現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力よりも大きい場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、処理がステップＳ１００に戻る。このような追従遅延による余剰電力は、二次電池１１５への充電に使用してもよい。
【００７８】
ステップＳ１０５において、制御部１４３は、上述した第１の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）の電力を放電するよう制御する。その後、処理がステップＳ１００に戻る。
【００７９】
一方、ステップＳ１０６において、制御部１４３は、現時点での二次電池１１５の蓄電量と、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力余力（すなわち、ＳＯＦＣ定格出力電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）と、に基づいて、ＳＯＦＣ定格出力電力を上限として、ＳＯＦＣ目標出力電力を上方修正する。これにより、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の余剰分を増加させる。その後、処理がステップＳ１０７に進む。
【００８０】
ステップＳ１０７において、制御部１４３は、充電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の余剰分を二次電池１１５に充電するよう制御する。その後、処理がステップＳ１００に戻る。
【００８１】
一方、ステップＳ１０８において、制御部１４３は、消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能を記憶部１４２から取得し、現時点での蓄電量の情報を通信部１４１から取得する。そして、制御部１４３は、消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能に基づいて、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量と、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量と、を取得（計算）する。その後、処理がステップＳ１０９に進む。
【００８２】
ステップＳ１０９において、制御部１４３は、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも多いか否かを確認する。多い場合（ステップＳ１０９；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１０８に進み、少ない場合（ステップＳ１０９；ＮＯ）には、処理がステップＳ１００に戻る。
【００８３】
ステップＳ１１０において、制御部１４３は、上述した第２の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、現時点での負荷４００の消費電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）の電力を放電するよう制御する。その後、処理がステップＳ１００に戻る。
【００８４】
（第１実施形態のまとめ）
以上説明したように、本実施形態に係る給電システムは、負荷追従制御が適用されるＳＯＦＣ１１０と、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性を補うための二次電池１１５と、を有する。制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加する場合に、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分を補うように二次電池１１５を放電する第１の放電制御を行う。制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、第１の放電制御を行った上で、二次電池１１５の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行う。
【００８５】
このように、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、追従遅延不足分を補うための第１の放電制御を行った上で、定格超過不足分を補うための第２の放電制御を行う。これにより、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性を補うための二次電池１１５により追従遅延不足分だけでなく定格超過不足分も補うことができる。また、負荷４００で消費される分のＰＶ２１０の出力電力を売電に回すことができるため、売電量を増加させることができる。
【００８６】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合で、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも多い場合に、第２の放電制御を行う。これにより、次回の第１の放電制御に支障がないとみなされる範囲で第２の放電制御を行うことができる。
【００８７】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合であっても、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも少ない場合には、第２の放電制御を行わない。これにより、次回の第１の放電制御に支障をきたすことを防止できる。
【００８８】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力に達するタイミングで、第２の放電制御を行うか否かの判断を行う。これにより、現時点での状況（二次電池１１５の蓄電量など）を考慮して第２の放電制御を行うか否かを判断できる。
【００８９】
本実施形態では、制御部１４３は、第２の放電制御を開始した後、定期的に、当該第２の放電制御を継続すべきか否かの判断を行う。これにより、第２の放電制御を開始した後の状況（二次電池１１５の蓄電量など）を考慮して第２の放電制御を行うか否かを判断できる。
【００９０】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を主として説明する。本実施形態は、充放電制御の一部処理が第１実施形態とは異なる。
【００９１】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合で、当該超過する期間が経過してから第１の放電制御を次回行うまでに二次電池１１５の充電が可能であると予測される場合に、第２の放電制御を行う。これに対し、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合であっても、当該超過する期間が経過してから第１の放電制御を次回行うまでに二次電池１１５の充電が不能であると予測される場合には、制御部１４３は、第２の放電制御を行わない。
【００９２】
図８は、本実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。図８において、ステップＳ２００〜Ｓ２０７は、第１実施形態で説明したステップＳ１００〜Ｓ１０７と同じであるため、ステップＳ２０８以降の処理を説明する。
【００９３】
図８に示すように、ステップＳ２０８において、制御部１４３は、消費電力遷移パターンの情報を記憶部１４２から取得し、現時点での蓄電量の情報を通信部１４１から取得する。そして、制御部１４３は、当該消費電力遷移パターンに基づいて、次回の第１の放電制御を行うと予測される時刻と、次回の充電制御を行うと予測される時刻と、を取得（計算）する。その後、処理がステップＳ２０９に進む。
【００９４】
ステップＳ２０９において、制御部１４３は、次回の充電制御を行うと予測される時刻が、次回の第１の放電制御を行うと予測される時刻よりも先であるか否かを確認する。先である場合（ステップＳ２０９；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ２１０に進み、後である場合（ステップＳ２０９；ＮＯ）には、処理がステップＳ２００に戻る。
【００９５】
ステップＳ２１０において、制御部１４３は、上述した第２の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、現時点での負荷４００の消費電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）の電力を放電するよう制御する。その後、処理がステップＳ２００に戻る。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合で、当該超過する期間が経過してから第１の放電制御を次回行うまでに二次電池１１５の充電が可能であると予測される場合に、第２の放電制御を行う。これにより、次回の第１の放電制御に支障をきたす可能性を低減しつつ、第２の放電制御を行うことができる。
【００９７】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合であっても、当該超過する期間が経過してから第１の放電制御を次回行うまでに二次電池１１５の充電が不能であると予測される場合には、第２の放電制御を行わない。これにより、次回の第１の放電制御に支障をきたすことを防止できる。
【００９８】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を主として説明する。本実施形態は、充放電制御の一部処理が第１実施形態とは異なる。
【００９９】
本実施形態では、制御部１４３は、ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っている場合に、第２の放電制御を行うことを可能とする。これに対し、ＰＶ２１０が自立運転を行っている場合には、第２の放電制御を行わない。
【０１００】
図９は、本実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。ステップＳ３００〜Ｓ３０７は、第１実施形態で説明したステップＳ１００〜Ｓ１０７と同じであるため、ステップＳ３０８以降の処理を説明する。
【０１０１】
図９に示すように、ステップＳ３０８において、制御部１４３は、計測部３１０から得られる情報又はＨＥＭＳ５００から得られる情報に基づいて、ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っているか否かを確認する。ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っている場合（ステップＳ３０８；ＹＥＳ）、処理がステップＳ３０９に進み、ＰＶ２１０が自立運転を行っている場合（ステップＳ３０８；ＮＯ）、処理がステップＳ３００に戻る。
【０１０２】
ステップＳ３０９において、制御部１４３は、消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能を記憶部１４２から取得し、現時点での蓄電量の情報を通信部１４１から取得する。そして、制御部１４３は、消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能に基づいて、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量と、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量と、を取得（計算）する。その後、処理がステップＳ３１０に進む。
【０１０３】
ステップＳ３１０において、制御部１４３は、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも多いか否かを確認する。多い場合（ステップＳ３１０；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ３１１に進み、少ない場合（ステップＳ３１０；ＮＯ）には、処理がステップＳ３００に戻る。
【０１０４】
ステップＳ３１１において、制御部１４３は、上述した第２の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、現時点での負荷４００の消費電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）の電力を放電するよう制御する。その後、処理がステップＳ３００に戻る。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態では、ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っている場合に、第２の放電制御を行うことを可能とする。このように、売電量押し上げ効果を期待できる場合に第２の放電制御を可能として、定格超過不足分を積極的に補うことで売電量増加を図ることができる。
【０１０６】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合であっても、ＰＶ２１０が自立運転を行っている場合には、第２の放電制御を行わない。このように、売電量押し上げ効果を期待できない場合には第２の放電制御を行わないことで、より確実に追従遅延不足分を補うことができる。
【０１０７】
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は各実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【０１０８】
例えば、上述した第２実施形態においても、第３実施形態と同様にＰＶ２１０が連系運転を行っているか否かの判断を追加してもよい。
【０１０９】
また、上述した各実施形態では、ＰＶユニット２００を有する需要家１を説明したが、ＰＶユニット２００に代えて、出力電力を売電可能と定められた他の分散型電源を使用してもよい。また、第１実施形態及び第２実施形態では、ＰＶユニット２００は必ずしも設けられていなくてもよい。
【０１１０】
上述した各実施形態では、二次電池１１５の充放電制御に係る処理をＳＯＦＣ制御装置１４０が行う一例を説明した。しかしながら、二次電池１１５の充放電制御に係る処理をＨＥＭＳ５００が行い、ＨＥＭＳ５００がＳＯＦＣ制御装置１４０を介して二次電池１１５の充放電を制御してもよい。この場合、ＨＥＭＳ５００は、例えば、第２の放電制御が可能な期間を判断してその結果をＳＯＦＣ制御装置１４０に通知する。ＳＯＦＣ制御装置１４０は、ＨＥＭＳ５００から通知された第２の放電制御が可能な期間において第２の放電制御を行う。
【０１１１】
上述した各実施形態では、負荷４００の消費電力の情報に基づいて負荷追従制御を行う一例を説明したが、買電電力の情報に基づいて負荷追従制御を行ってもよい。買電電力は負荷４００の消費電力を反映しており、例えば買電電力がゼロになるようにＳＯＦＣ目標出力電力を設定することで、負荷追従制御を実現できる。
【０１１２】
また、ＳＯＦＣユニット１００は、発電の際に発生する排熱を回収して得られるお湯を貯える貯湯ユニットと併設されていてもよい。貯湯ユニット内の貯湯は需要家１における給湯に供することができる。さらに、ＳＯＦＣユニット１００は、１つの筐体にまとめて構成される場合に限らず、複数の筐体に分けて構成されてもよい。
【０１１３】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【０１１４】
１…需要家、１０…商用電力系統、１１…系統電力ライン、１２…ＳＯＦＣ電力ライン、１３…ＰＶ電力ライン、１４…負荷電力ライン、１００…ＳＯＦＣユニット、１１０…ＳＯＦＣ、１１５…二次電池、１２０…ＰＣＳ、１４０…ＳＯＦＣ制御装置、１４１…通信部、１４２…記憶部、１４３…制御部、２００…ＰＶユニット、２１０…ＰＶ、２２０…ＰＣＳ、３００…分電盤、３１０…計測部、４００…負荷、５００…ＨＥＭＳ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び二次電池を併用して負荷に電力を供給するための給電システム、制御装置、及び放電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力の需要家において、分散型電源の一種である燃料電池の普及が進んでいる。燃料電池は、ガスから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電を行う。
【０００３】
燃料電池は、定格出力電力（最大出力電力）までの範囲内で出力電力が可変であることから、負荷の消費電力の増減に合わせて燃料電池の出力電力を増減する「負荷追従制御」を適用することが一般的である。
【０００４】
燃料電池は、その発電原理に起因して、発電量を急激に変更できない。よって、負荷追従制御を燃料電池に適用しても、負荷の消費電力が急増すると、負荷の消費電力に対して燃料電池の出力電力に不足（以下、「追従遅延不足分」と称する）が生じる。
【０００５】
このような状況に鑑みて、燃料電池を小型小容量の二次電池と併用し、当該二次電池の放電により追従遅延不足分を補う給電システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１２３６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、追従遅延不足分を二次電池の放電により補っても、負荷の消費電力が燃料電池の定格出力電力を超過してしまえば、やはり負荷の消費電力に対して燃料電池の出力電力に不足（以下、「定格超過不足分」と称する）が生じる。
【０００８】
ここで、商用電力系統からの電力によって定格超過不足分を補うことは可能であるが、買電を行うことによる光熱費増加の問題がある。あるいは、燃料電池に加えて太陽電池も有する需要家は、太陽電池の出力電力によって定格超過不足分を補うことができるが、現状、太陽電池からの売電単価は高く設定されており、光熱費削減の観点では太陽電池の出力電力は積極的に売電することが望ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、より有効な燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池により追従遅延不足分だけでなく定格超過不足分も補うことができる給電システム、制御装置、及び放電制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。
【００１１】
本発明に係る給電システムの特徴は、負荷追従制御が適用される燃料電池（例えばＳＯＦＣ１１０）と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池（二次電池１１５）と、を有する給電システムであって、負荷（負荷４００）の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行う制御部（制御部１４３）を有し、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うことを要旨とする。
【００１２】
このような給電システムは、負荷の消費電力が増加して当該消費電力が燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、追従遅延不足分を補うための第１の放電制御を行った上で、定格超過不足分を補うための第２の放電制御を行う。これにより、燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池により追従遅延不足分だけでなく定格超過不足分も補うことができる。
【００１３】
また、燃料電池に加えて太陽電池も有する場合には、負荷で消費される分の太陽電池の出力電力を売電に回すことができるため、売電量を増加させることができる。
【００１４】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合で、前記第１の放電制御を行った上での前記二次電池の蓄電量が、前記第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される前記二次電池の放電量から、前記第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される前記二次電池の充電量を減じた量よりも多い場合に、前記第２の放電制御を行う。
【００１５】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、前記第１の放電制御を行った上での前記二次電池の蓄電量が、前記第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される前記二次電池の放電量から、前記第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される前記二次電池の充電量を減じた量よりも少ない場合には、前記第２の放電制御を行わない。
【００１６】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合で、当該超過する期間が経過してから前記第１の放電制御を次回行うまでに前記二次電池の充電が可能であると予測される場合に、前記第２の放電制御を行う。
【００１７】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、当該超過する期間が経過してから前記第１の放電制御を次回行うまでに前記二次電池の充電が不能であると予測される場合には、前記第２の放電制御を行わない。
【００１８】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、商用電力系統（商用電力系統１０）への出力電力の売電が許容される他の発電装置（例えばＰＶ２１０）をさらに有し、前記制御部は、前記他の発電装置が前記商用電力系統との連系運転を行っている場合に、前記第２の放電制御を行うことを可能とする。
【００１９】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、前記他の発電装置が自立運転を行っている場合には、前記第２の放電制御を行わない。
【００２０】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記負荷の消費電力が前記定格出力電力に達するタイミングで、前記第２の放電制御を行うか否かの判断を行う。
【００２１】
本発明に係る給電システムの他の特徴によれば、前記制御部は、前記第２の放電制御を開始した後、定期的に、当該第２の放電制御を継続すべきか否かの判断を行う。
【００２２】
本発明に係る制御装置の特徴は、負荷追従制御が適用される燃料電池（例えばＳＯＦＣ１１０）と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池（二次電池１１５）と、を有する給電システムにおいて用いられる制御装置（例えばＳＯＦＣ制御装置１４０）であって、負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行う制御部（制御部１４３）を有し、前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うことを要旨とする。
【００２３】
本発明に係る放電制御方法の特徴は、負荷追従制御が適用される燃料電池と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池と、を有する給電システムにおいて用いられる放電制御方法であって、負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行うステップ（例えばステップＳ１０５）と、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うステップ（例えばステップＳ１１０）と、を有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、より有効な燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池により追従遅延不足分だけでなく定格超過不足分も補うことができる給電システム、制御装置、及び放電制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る給電システムのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係るＳＯＦＣ制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る負荷追従制御を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る負荷追従制御の処理フロー図である。
【図５】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る第１の放電制御を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る第２の放電制御を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面を参照して、本発明の第１実施形態〜第３実施形態、及びその他の実施形態を説明する。以下の各実施形態に係る図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【００２７】
［第１実施形態］
（給電システムの構成）
図１は、本実施形態に係る給電システムのブロック図である。図１において、太線は電力ラインを示し、破線は制御ラインを示す。制御ラインは無線で構成してもよい。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係る給電システムは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）ユニット１００、太陽電池（ＰＶ）ユニット２００、分電盤３００、１又は複数の負荷４００、及び住宅エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）５００を有する。ＳＯＦＣユニット１００、ＰＶユニット２００、分電盤３００、負荷４００、及びＨＥＭＳ５００は、商用電力系統１０から交流（ＡＣ）電力の供給を受ける需要家１に設けられる。
【００２９】
ＳＯＦＣユニット１００は、ＳＯＦＣ１１０、二次電池１１５、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）１２０、及びＳＯＦＣ制御装置１４０を有する。
【００３０】
ＳＯＦＣ１１０は、燃料電池の一種であり、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電を行い、直流（ＤＣ）電力をＰＣＳ１２０に出力する。ＳＯＦＣ１１０の発電量は、ＳＯＦＣ１１０で消費されるガス及び空気の量に応じて変化する。ガス及び空気の量は、ＳＯＦＣ制御装置１４０によって制御される。ＳＯＦＣ１１０の出力電力は商用電力系統１０への売電が許容されていない。
【００３１】
二次電池１１５は、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性を補うための小型・小容量のものである。二次電池１１５は、ＳＯＦＣ１１０からＰＣＳ１２０を介して入力されるＤＣ電力によって充電される。ただし、ＰＣＳ１２０がＤＣ−ＡＣ変換機能だけでなく、ＡＣ−ＤＣ変換機能を有する場合には、ＰＶユニット２００からの出力電力及び／又は商用電力系統１０からの電力により二次電池１１５を充電してもよい。二次電池１１５は、放電によりＤＣ電力をＰＣＳ１２０に出力する。
【００３２】
ＰＣＳ１２０は、ＳＯＦＣ１１０が出力するＤＣ電力及び二次電池１１５が出力するＤＣ電力が入力され、入力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＳＯＦＣ電力ライン１２を介してＡＣ電力（以下、「ＳＯＦＣユニット出力電力」と称する）を分電盤３００に出力する。
【００３３】
ＳＯＦＣ制御装置１４０は、分電盤３００に設けられた計測部３１０との通信、及びＨＥＭＳ５００との通信を行う。ＳＯＦＣ制御装置１４０は、計測部３１０及びＨＥＭＳ５００からの情報に基づいて、ＳＯＦＣ１１０、二次電池１１５、及びＰＣＳ１２０を制御する。
【００３４】
ＳＯＦＣ制御装置１４０は、負荷４００の消費電力の増減に合わせてＳＯＦＣ１１０の出力電力を増減する負荷追従制御を行う。また、ＳＯＦＣ制御装置１４０は、二次電池１１５の充放電制御を行う。負荷追従制御及び充放電制御の詳細については後述する。
【００３５】
ＰＶユニット２００は、ＰＶユニット２００は、ＰＶ２１０及びＰＣＳ２２０を有する。
【００３６】
ＰＶ２１０は、太陽光を受けて発電を行い、ＤＣ電力を出力する。ＰＶ２１０の発電量は、ＰＶ２１０に照射される日射量に応じて変化する。
【００３７】
ＰＣＳ２２０は、ＰＶ２１０が出力するＤＣ電力が入力され、当該入力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＰＶ電力ライン１３を介してＡＣ電力（以下、「ＰＶユニット出力電力」と称する）を分電盤３００に出力する。ＰＣＳ２２０は、ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っている際に、商用電力系統１０の停電又は不安定状態を検知すると、ＰＶ２１０を商用電力系統１０から解列して自立運転を行う。
【００３８】
分電盤３００は、商用電力系統１０から系統電力ライン１１を介して電力（以下、「買電電力」と称する）が入力され、ＳＯＦＣユニット１００からＳＯＦＣ電力ライン１２を介してＳＯＦＣユニット出力電力が入力され、ＰＶユニット２００からＰＶ電力ライン１３を介してＰＶユニット出力電力が入力される。
【００３９】
分電盤３００は、負荷４００の消費電力をＳＯＦＣユニット出力電力のみで賄える場合には、商用電力系統１０からの買電を行わず、かつ、ＰＶユニット出力電力を全て商用電力系統１０に売電（逆潮流）する。分電盤３００は、負荷４００の消費電力をＳＯＦＣユニット出力電力のみで賄えない場合には、不足分をＰＶユニット出力電力で補い、それでも不足する場合には、商用電力系統１０からの買電を行う。
【００４０】
分電盤３００は、負荷４００の消費電力、売電電力、及び買電電力を定期的に計測する計測部３１０を含む。計測部３１０は、計測値を、定期的にＳＯＦＣ制御装置１４０及びＨＥＭＳ５００に通知する。
【００４１】
負荷４００は、分電盤３００から負荷電力ライン１４を介してＡＣ電力が入力され、当該入力されたＡＣ電力を消費して動作する。負荷４００は、例えば、照明、エアコン、冷蔵庫、又はテレビ等の家電機器である。
【００４２】
ＨＥＭＳ５００は、需要家１における電力管理を行うためのものである。ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力、売電電力、及び買電電力を管理して表示したり、省電力のための制御を負荷４００に対して行ったりする。
【００４３】
次に、ＳＯＦＣ制御装置１４０の構成を説明する。図２は、ＳＯＦＣ制御装置１４０のブロック図である。
【００４４】
図２に示すように、ＳＯＦＣ制御装置１４０は、通信部１４１、記憶部１４２、及び制御部１４３を有する。
【００４５】
通信部１４１は、ＳＯＦＣ１１０、二次電池１１５、ＰＣＳ１２０、計測部３１０、及びＨＥＭＳ５００との通信を行う。通信部１４１は、計測部３１０から、現時点での負荷４００の消費電力の情報を受信する。また、通信部１４１は、ＳＯＦＣ１１０又はＰＣＳ１２０から、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の情報を受信する。通信部１４１は、二次電池１１５又はＰＣＳ１２０から、現時点での二次電池１１５の蓄電量の情報を受信する。
【００４６】
記憶部１４２は、メモリなどにより構成されており、制御部１４３における制御に使用される各種情報を記憶する。記憶部１４２は、負荷４００の消費電力の遷移パターン（以下、「消費電力遷移パターン」）の情報と、ＳＯＦＣ１１０の定格出力電力（以下、「ＳＯＦＣ定格出力電力」）の情報と、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性能（以下、「ＳＯＦＣ負荷追従性能」）の情報と、を予め記憶している。消費電力遷移パターンの情報は、１日以上の学習に基づいて作成される。消費電力遷移パターンの情報は、制御部１４３で作成してもよく、ＨＥＭＳ５００で作成してもよい。
【００４７】
制御部１４３は、プロセッサなどにより構成されており、ＳＯＦＣ制御装置１４０の各種機能を制御する。制御部１４３は、負荷追従制御及び充放電制御を行う。
【００４８】
制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加する場合に、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分を補うように二次電池１１５を放電する第１の放電制御を行う。また、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、第１の放電制御を行った上で、二次電池１１５の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行う。
【００４９】
（ＳＯＦＣ制御装置の動作）
次に、ＳＯＦＣ制御装置１４０の動作について、負荷追従制御、充放電制御の順に説明する。
【００５０】
（１）負荷追従制御
図３は、負荷追従制御を説明するための図である。図３（及び図５、図６）において、実線は負荷４００の消費電力を示し、破線はＳＯＦＣ１１０の出力電力を示し、太線はＳＯＦＣ定格出力電力を示す。
【００５１】
図３に示すように、時刻ｔ１において、負荷４００の消費電力が増加し始める。制御部１４３は、通信部１４１が計測部３１０から受信する消費電力情報に基づいて、負荷４００の消費電力の増加に追従するようにＳＯＦＣ１１０の目標出力電力（以下、「ＳＯＦＣ目標出力電力」）を増加する。ＳＯＦＣ１１０の出力電力は直ぐにはＳＯＦＣ目標出力電力に達しないため、時刻ｔ２においてＳＯＦＣ１１０の出力電力がＳＯＦＣ目標出力電力に達する。
【００５２】
時刻ｔ２〜ｔ３の期間内で負荷４００の消費電力が一旦減少すると、制御部１４３は、負荷４００の消費電力の減少に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を減少する。
【００５３】
時刻ｔ３において負荷４００の消費電力が増加し始め、時刻ｔ３〜ｔ４の期間内で負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過し、超過した状態が時刻ｔ５まで継続する。制御部１４３は、負荷４００の消費電力の増加に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を増加するが、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過した以降は、ＳＯＦＣ目標出力電力をＳＯＦＣ定格出力電力と等しい値に設定する。
【００５４】
時刻ｔ５〜ｔ６の期間で負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力未満まで減少すると、制御部１４３は、負荷４００の消費電力の減少に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を減少する。
【００５５】
時刻ｔ６において負荷４００の消費電力が増加し始めて、時刻ｔ６〜ｔ７の期間内で負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過し、超過した状態が時刻ｔ８まで継続する。制御部１４３は、負荷４００の消費電力の増加に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を増加するが、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過した以降は、ＳＯＦＣ目標出力電力をＳＯＦＣ定格出力電力と等しい値に設定する。
【００５６】
時刻ｔ８〜ｔ９の期間で負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力未満まで大幅に減少すると、制御部１４３は、負荷４００の消費電力の減少に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を減少する。
【００５７】
時刻ｔ９〜ｔ１０の期間で負荷４００の消費電力が増加すると、制御部１４３は、負荷４００の消費電力の増加に追従するようにＳＯＦＣ目標出力電力を増加する。ＳＯＦＣ１１０の出力電力は直ぐには目標出力電力に達しないため、時刻ｔ１０においてＳＯＦＣ１１０の出力電力が目標出力電力に達する。
【００５８】
図４は、負荷追従制御の処理フロー図である。
【００５９】
図４に示すように、ステップＳ１０において、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力の情報を通信部１４１から取得し、ＳＯＦＣ定格出力電力の情報を記憶部１４２から取得する。その後、処理がステップＳ２０に進む。
【００６０】
ステップＳ２０において、制御部１４３は、ステップＳ１０で取得した情報に基づいて、現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力以上であるか否かを確認する。現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力未満である場合（ステップＳ２０；ＮＯ）、処理がステップＳ３０に進む。現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力以上である場合（ステップＳ２０；ＹＥＳ）、処理がステップＳ４０に進む。
【００６１】
ステップＳ３０において、制御部１４３は、ＳＯＦＣ目標出力電力を負荷４００の消費電力と等しい値に設定し、当該目標出力電力を記憶部１４２に記憶させる。その後、処理がステップＳ５０に進む。
【００６２】
一方、ステップＳ４０において、制御部１４３は、ＳＯＦＣ目標出力電力をＳＯＦＣ定格出力電力と等しい値に設定し、当該目標出力電力を記憶部１４２に記憶させる。その後、処理がステップＳ５０に進む。
【００６３】
ステップＳ５０において、制御部１４３は、ＳＯＦＣ１１０の出力電力がステップＳ３０又はステップＳ４０で設定した目標出力電力になるように、ＳＯＦＣ１１０におけるガス及び空気の量を調整する。その後、処理がステップＳ１０に戻る。
【００６４】
（２）充放電制御
図５は、第１の放電制御を説明するための図である。制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力の情報と、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の情報とに基づいて、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、追従遅延不足分）を計算する。そして、制御部１４３は、当該追従遅延不足分に相当する電力を放電するように、通信部１４１を介して二次電池１１５を制御する。図５において、ハッチングを付した部分は、追従遅延不足分に相当する。
【００６５】
図５に示すように、制御部１４３は、時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４、時刻ｔ６〜ｔ７、及び時刻ｔ９〜ｔ１０の各期間において、追従遅延不足分に相当する電力を放電するよう制御する。
【００６６】
図６は、第２の放電制御を説明するための図である。
【００６７】
図６に示すように、時刻ｔ３〜ｔ４の途中から時刻ｔ５までの期間、及び時刻ｔ７〜ｔ８の期間において、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過し、負荷４００の消費電力に対してＳＯＦＣ１１０の出力電力に不足（すなわち、定格超過不足分）が生じている。上述した第１の放電制御では定格超過不足分は補うことができないため、商用電力系統１０からの買電電力及び／又はＰＶユニット出力電力が負荷４００で消費されてしまう。
【００６８】
そこで、制御部１４３は、第１の放電制御に支障がない範囲で、定格超過不足分を補うための第２の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、第１の放電制御を行った上で、二次電池１１５の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行う。
【００６９】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、記憶部１４２に記憶されている消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能の情報に基づいて、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量と、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量と、を取得（計算）する。
【００７０】
そして、制御部１４３は、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも多い場合に、第２の放電制御を行う。これに対し、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも少ない場合には、制御部１４３は、第２の放電制御を行わない。制御部１４３は、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過するタイミングでこのような判断を行う。また、第２の放電制御を実行中においてもこのような判断を定期的に実行する。
【００７１】
図６においては、制御部１４３は、時刻ｔ３〜ｔ４の途中から時刻ｔ５までの定格超過期間で第２の放電制御を行わずに、時刻ｔ７〜ｔ８の定格超過期間で第２の放電制御を行う。
【００７２】
図７は、本実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。
【００７３】
図７に示すように、ステップＳ１００において、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力の情報を通信部１４１から取得し、ＳＯＦＣ定格出力電力の情報を記憶部１４２から取得する。その後、処理がステップＳ１０１に進む。
【００７４】
ステップＳ１０１において、制御部１４３は、ステップＳ１００で取得した情報に基づいて、現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力以上であるか否かを確認する。現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力未満である場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）、処理がステップＳ１０２に進む。現時点での負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力以上である場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０６に進む。
【００７５】
ステップＳ１０２において、制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の情報を通信部１４１から取得し、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力の情報を記憶部１４２から取得する。そして、制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力と等しいか否かを確認する。現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力と等しい場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、処理がステップＳ１００に戻り、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力と等しくない場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、処理がステップＳ１０３に進む。
【００７６】
ステップＳ１０３において、制御部１４３は、二次電池１１５へ充電可能であるか否かを判定する。例えば、現時点での二次電池１１５の蓄電量が最大蓄電量よりも少ない場合には、二次電池１１５へ充電可能であると判定される。また、ＰＶユニット２００からの出力電力及び／又は商用電力系統１０からの電力を充電に使用できる場合に、二次電池１１５を充電可能であると判定してもよい。二次電池１１５へ充電可能であると判定される場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０６に進み、二次電池１１５へ充電不能であると判定される場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）、処理がステップＳ１０４に進む。
【００７７】
ステップＳ１０４において、制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力よりも小さいか否かを確認する。現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力よりも小さい場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０５に進む。現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力が現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力よりも大きい場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、処理がステップＳ１００に戻る。このような追従遅延による余剰電力は、二次電池１１５への充電に使用してもよい。
【００７８】
ステップＳ１０５において、制御部１４３は、上述した第１の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、現時点でのＳＯＦＣ目標出力電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）の電力を放電するよう制御する。その後、処理がステップＳ１００に戻る。
【００７９】
一方、ステップＳ１０６において、制御部１４３は、現時点での二次電池１１５の蓄電量と、現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力余力（すなわち、ＳＯＦＣ定格出力電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）と、に基づいて、ＳＯＦＣ定格出力電力を上限として、ＳＯＦＣ目標出力電力を上方修正する。これにより、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の余剰分を増加させる。その後、処理がステップＳ１０７に進む。
【００８０】
ステップＳ１０７において、制御部１４３は、充電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の余剰分を二次電池１１５に充電するよう制御する。その後、処理がステップＳ１００に戻る。
【００８１】
一方、ステップＳ１０８において、制御部１４３は、消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能を記憶部１４２から取得し、現時点での蓄電量の情報を通信部１４１から取得する。そして、制御部１４３は、消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能に基づいて、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量と、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量と、を取得（計算）する。その後、処理がステップＳ１０９に進む。
【００８２】
ステップＳ１０９において、制御部１４３は、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも多いか否かを確認する。多い場合（ステップＳ１０９；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１０８に進み、少ない場合（ステップＳ１０９；ＮＯ）には、処理がステップＳ１００に戻る。
【００８３】
ステップＳ１１０において、制御部１４３は、上述した第２の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、現時点での負荷４００の消費電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）の電力を放電するよう制御する。その後、処理がステップＳ１００に戻る。
【００８４】
（第１実施形態のまとめ）
以上説明したように、本実施形態に係る給電システムは、負荷追従制御が適用されるＳＯＦＣ１１０と、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性を補うための二次電池１１５と、を有する。制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加する場合に、ＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分を補うように二次電池１１５を放電する第１の放電制御を行う。制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、第１の放電制御を行った上で、二次電池１１５の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行う。
【００８５】
このように、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合に、追従遅延不足分を補うための第１の放電制御を行った上で、定格超過不足分を補うための第２の放電制御を行う。これにより、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性を補うための二次電池１１５により追従遅延不足分だけでなく定格超過不足分も補うことができる。また、負荷４００で消費される分のＰＶ２１０の出力電力を売電に回すことができるため、売電量を増加させることができる。
【００８６】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合で、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも多い場合に、第２の放電制御を行う。これにより、次回の第１の放電制御に支障がないとみなされる範囲で第２の放電制御を行うことができる。
【００８７】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合であっても、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも少ない場合には、第２の放電制御を行わない。これにより、次回の第１の放電制御に支障をきたすことを防止できる。
【００８８】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力に達するタイミングで、第２の放電制御を行うか否かの判断を行う。これにより、現時点での状況（二次電池１１５の蓄電量など）を考慮して第２の放電制御を行うか否かを判断できる。
【００８９】
本実施形態では、制御部１４３は、第２の放電制御を開始した後、定期的に、当該第２の放電制御を継続すべきか否かの判断を行う。これにより、第２の放電制御を開始した後の状況（二次電池１１５の蓄電量など）を考慮して第２の放電制御を行うか否かを判断できる。
【００９０】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を主として説明する。本実施形態は、充放電制御の一部処理が第１実施形態とは異なる。
【００９１】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合で、当該超過する期間が経過してから第１の放電制御を次回行うまでに二次電池１１５の充電が可能であると予測される場合に、第２の放電制御を行う。これに対し、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合であっても、当該超過する期間が経過してから第１の放電制御を次回行うまでに二次電池１１５の充電が不能であると予測される場合には、制御部１４３は、第２の放電制御を行わない。
【００９２】
図８は、本実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。図８において、ステップＳ２００〜Ｓ２０７は、第１実施形態で説明したステップＳ１００〜Ｓ１０７と同じであるため、ステップＳ２０８以降の処理を説明する。
【００９３】
図８に示すように、ステップＳ２０８において、制御部１４３は、消費電力遷移パターンの情報を記憶部１４２から取得し、現時点での蓄電量の情報を通信部１４１から取得する。そして、制御部１４３は、当該消費電力遷移パターンに基づいて、次回の第１の放電制御を行うと予測される時刻と、次回の充電制御を行うと予測される時刻と、を取得（計算）する。その後、処理がステップＳ２０９に進む。
【００９４】
ステップＳ２０９において、制御部１４３は、次回の充電制御を行うと予測される時刻が、次回の第１の放電制御を行うと予測される時刻よりも先であるか否かを確認する。先である場合（ステップＳ２０９；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ２１０に進み、後である場合（ステップＳ２０９；ＮＯ）には、処理がステップＳ２００に戻る。
【００９５】
ステップＳ２１０において、制御部１４３は、上述した第２の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、現時点での負荷４００の消費電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）の電力を放電するよう制御する。その後、処理がステップＳ２００に戻る。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合で、当該超過する期間が経過してから第１の放電制御を次回行うまでに二次電池１１５の充電が可能であると予測される場合に、第２の放電制御を行う。これにより、次回の第１の放電制御に支障をきたす可能性を低減しつつ、第２の放電制御を行うことができる。
【００９７】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合であっても、当該超過する期間が経過してから第１の放電制御を次回行うまでに二次電池１１５の充電が不能であると予測される場合には、第２の放電制御を行わない。これにより、次回の第１の放電制御に支障をきたすことを防止できる。
【００９８】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を主として説明する。本実施形態は、充放電制御の一部処理が第１実施形態とは異なる。
【００９９】
本実施形態では、制御部１４３は、ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っている場合に、第２の放電制御を行うことを可能とする。これに対し、ＰＶ２１０が自立運転を行っている場合には、第２の放電制御を行わない。
【０１００】
図９は、本実施形態に係る充放電制御の処理フロー図である。ステップＳ３００〜Ｓ３０７は、第１実施形態で説明したステップＳ１００〜Ｓ１０７と同じであるため、ステップＳ３０８以降の処理を説明する。
【０１０１】
図９に示すように、ステップＳ３０８において、制御部１４３は、計測部３１０から得られる情報又はＨＥＭＳ５００から得られる情報に基づいて、ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っているか否かを確認する。ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っている場合（ステップＳ３０８；ＹＥＳ）、処理がステップＳ３０９に進み、ＰＶ２１０が自立運転を行っている場合（ステップＳ３０８；ＮＯ）、処理がステップＳ３００に戻る。
【０１０２】
ステップＳ３０９において、制御部１４３は、消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能を記憶部１４２から取得し、現時点での蓄電量の情報を通信部１４１から取得する。そして、制御部１４３は、消費電力遷移パターン及びＳＯＦＣ負荷追従性能に基づいて、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量と、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量と、を取得（計算）する。その後、処理がステップＳ３１０に進む。
【０１０３】
ステップＳ３１０において、制御部１４３は、現時点での二次電池１１５の蓄電量が、第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される二次電池１１５の放電量から、第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される二次電池１１５の充電量を減じた量よりも多いか否かを確認する。多い場合（ステップＳ３１０；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ３１１に進み、少ない場合（ステップＳ３１０；ＮＯ）には、処理がステップＳ３００に戻る。
【０１０４】
ステップＳ３１１において、制御部１４３は、上述した第２の放電制御を行う。詳細には、制御部１４３は、現時点での負荷４００の消費電力に対する現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力の不足分（すなわち、現時点での負荷４００の消費電力−現時点でのＳＯＦＣ１１０の出力電力）の電力を放電するよう制御する。その後、処理がステップＳ３００に戻る。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態では、ＰＶ２１０が商用電力系統１０との連系運転を行っている場合に、第２の放電制御を行うことを可能とする。このように、売電量押し上げ効果を期待できる場合に第２の放電制御を可能として、定格超過不足分を積極的に補うことで売電量増加を図ることができる。
【０１０６】
本実施形態では、制御部１４３は、負荷４００の消費電力が増加して当該消費電力がＳＯＦＣ定格出力電力を超過する場合であっても、ＰＶ２１０が自立運転を行っている場合には、第２の放電制御を行わない。このように、売電量押し上げ効果を期待できない場合には第２の放電制御を行わないことで、より確実に追従遅延不足分を補うことができる。
【０１０７】
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は各実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【０１０８】
例えば、上述した第２実施形態においても、第３実施形態と同様にＰＶ２１０が連系運転を行っているか否かの判断を追加してもよい。
【０１０９】
また、上述した各実施形態では、ＰＶユニット２００を有する需要家１を説明したが、ＰＶユニット２００に代えて、出力電力を売電可能と定められた他の分散型電源を使用してもよい。また、第１実施形態及び第２実施形態では、ＰＶユニット２００は必ずしも設けられていなくてもよい。
【０１１０】
上述した各実施形態では、二次電池１１５の充放電制御に係る処理をＳＯＦＣ制御装置１４０が行う一例を説明した。しかしながら、二次電池１１５の充放電制御に係る処理をＨＥＭＳ５００が行い、ＨＥＭＳ５００がＳＯＦＣ制御装置１４０を介して二次電池１１５の充放電を制御してもよい。この場合、ＨＥＭＳ５００は、例えば、第２の放電制御が可能な期間を判断してその結果をＳＯＦＣ制御装置１４０に通知する。ＳＯＦＣ制御装置１４０は、ＨＥＭＳ５００から通知された第２の放電制御が可能な期間において第２の放電制御を行う。
【０１１１】
上述した各実施形態では、負荷４００の消費電力の情報に基づいて負荷追従制御を行う一例を説明したが、買電電力の情報に基づいて負荷追従制御を行ってもよい。買電電力は負荷４００の消費電力を反映しており、例えば買電電力がゼロになるようにＳＯＦＣ目標出力電力を設定することで、負荷追従制御を実現できる。
【０１１２】
また、ＳＯＦＣユニット１００は、発電の際に発生する排熱を回収して得られるお湯を貯える貯湯ユニットと併設されていてもよい。貯湯ユニット内の貯湯は需要家１における給湯に供することができる。さらに、ＳＯＦＣユニット１００は、１つの筐体にまとめて構成される場合に限らず、複数の筐体に分けて構成されてもよい。
【０１１３】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【０１１４】
１…需要家、１０…商用電力系統、１１…系統電力ライン、１２…ＳＯＦＣ電力ライン、１３…ＰＶ電力ライン、１４…負荷電力ライン、１００…ＳＯＦＣユニット、１１０…ＳＯＦＣ、１１５…二次電池、１２０…ＰＣＳ、１４０…ＳＯＦＣ制御装置、１４１…通信部、１４２…記憶部、１４３…制御部、２００…ＰＶユニット、２１０…ＰＶ、２２０…ＰＣＳ、３００…分電盤、３１０…計測部、４００…負荷、５００…ＨＥＭＳ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷追従制御が適用される燃料電池と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池と、を有する給電システムであって、
負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行う制御部を有し、
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うことを特徴とする給電システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合で、前記第１の放電制御を行った上での前記二次電池の蓄電量が、前記第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される前記二次電池の放電量から、前記第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される前記二次電池の充電量を減じた量よりも多い場合に、前記第２の放電制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、前記第１の放電制御を行った上での前記二次電池の蓄電量が、前記第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される前記二次電池の放電量から、前記第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される前記二次電池の充電量を減じた量よりも少ない場合には、前記第２の放電制御を行わないことを特徴とする請求項２に記載の給電システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合で、当該超過する期間が経過してから前記第１の放電制御を次回行うまでに前記二次電池の充電が可能であると予測される場合に、前記第２の放電制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、当該超過する期間が経過してから前記第１の放電制御を次回行うまでに前記二次電池の充電が不能であると予測される場合には、前記第２の放電制御を行わないことを特徴とする請求項４に記載の給電システム。
【請求項６】
商用電力系統への出力電力の売電が許容される他の発電装置をさらに有し、
前記制御部は、前記他の発電装置が前記商用電力系統との連系運転を行っている場合に、前記第２の放電制御を行うことを可能とすることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の給電システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、前記他の発電装置が自立運転を行っている場合には、前記第２の放電制御を行わないことを特徴とする請求項６に記載の給電システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が前記定格出力電力に達するタイミングで、前記第２の放電制御を行うか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の給電システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記第２の放電制御を開始した後、定期的に、当該第２の放電制御を継続すべきか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の給電システム。
【請求項１０】
負荷追従制御が適用される燃料電池と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池と、を有する給電システムにおいて用いられる制御装置であって、
負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行う制御部を有し、
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
負荷追従制御が適用される燃料電池と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池と、を有する給電システムにおいて用いられる放電制御方法であって、
負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行うステップと、
前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うステップと、
を有することを特徴とする放電制御方法。
【請求項１】
負荷追従制御が適用される燃料電池と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池と、を有する給電システムであって、
負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行う制御部を有し、
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うことを特徴とする給電システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合で、前記第１の放電制御を行った上での前記二次電池の蓄電量が、前記第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される前記二次電池の放電量から、前記第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される前記二次電池の充電量を減じた量よりも多い場合に、前記第２の放電制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、前記第１の放電制御を行った上での前記二次電池の蓄電量が、前記第１の放電制御を次回行う際に必要と予測される前記二次電池の放電量から、前記第１の放電制御を次回行うまでに可能と予測される前記二次電池の充電量を減じた量よりも少ない場合には、前記第２の放電制御を行わないことを特徴とする請求項２に記載の給電システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合で、当該超過する期間が経過してから前記第１の放電制御を次回行うまでに前記二次電池の充電が可能であると予測される場合に、前記第２の放電制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、当該超過する期間が経過してから前記第１の放電制御を次回行うまでに前記二次電池の充電が不能であると予測される場合には、前記第２の放電制御を行わないことを特徴とする請求項４に記載の給電システム。
【請求項６】
商用電力系統への出力電力の売電が許容される他の発電装置をさらに有し、
前記制御部は、前記他の発電装置が前記商用電力系統との連系運転を行っている場合に、前記第２の放電制御を行うことを可能とすることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の給電システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記定格出力電力を超過する場合であっても、前記他の発電装置が自立運転を行っている場合には、前記第２の放電制御を行わないことを特徴とする請求項６に記載の給電システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が前記定格出力電力に達するタイミングで、前記第２の放電制御を行うか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の給電システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記第２の放電制御を開始した後、定期的に、当該第２の放電制御を継続すべきか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の給電システム。
【請求項１０】
負荷追従制御が適用される燃料電池と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池と、を有する給電システムにおいて用いられる制御装置であって、
負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行う制御部を有し、
前記制御部は、前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
負荷追従制御が適用される燃料電池と、前記燃料電池の負荷追従性を補うための二次電池と、を有する給電システムにおいて用いられる放電制御方法であって、
負荷の消費電力が増加する場合に、前記燃料電池の出力電力の不足分を補うように前記二次電池を放電する第１の放電制御を行うステップと、
前記負荷の消費電力が増加して当該消費電力が前記燃料電池の定格出力電力を超過する場合に、前記第１の放電制御を行った上で、前記二次電池の蓄電量の少なくとも一部をさらに放電する第２の放電制御を行うステップと、
を有することを特徴とする放電制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７４７５７（Ｐ２０１３−７４７５７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３５６０（Ｐ２０１１−２１３５６０）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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