使用自然能量的发电系统、电能运算装置以及电能运算方法
专利名称：使用自然能量的发电系统、电能运算装置以及电能运算方法
技术领域：
本发明涉及使用自然能量的发电系统、电能运算装置以及电能运算方法。
背景技术：
近年来，由于地球环境保护意识的提高，利用不存在环境污染的自然能量的发电、 其中利用太阳能电池的太阳光发电备受关注。在太阳光发电中，发电电力根据日照量而大 幅变动，因此，为了实现电力的稳定供给以及剩余发电电力的有效利用，期望将大厦或一般 家庭中设置的太阳光发电系统与商用电力系统连接起来使用。S卩，通常，通过太阳光发电系统和商用电力系统的并联运转来对负载进行供电，自 家消耗所需的电力的一部分或全部通过太阳光发电来提供，并且，在太阳能电池的发电电 力有剩余的情况下，进行对商用电力系统的供电、即所谓的逆流供电。对于逆流的电力，电力公司以预定的单价买下，但这被认为是对太阳光发电系统 设置的鼓励。图2是表示专利文献1所公开的、将太阳能电池作为电源的分散电源系统的一个 例图。在图2中，分散电源系统具备太阳能电池阵列201 ；和电力转换单元202，该电力转 换单元202内置有逆变器(逆变电路)203，该逆变器将从该太阳能电池阵201输出的直流 电力转换成交流电力。该电力转换单元202形成为内置有系统连接保护装置212的结构，该系统连接保 护装置212包括从商用电力系统204切断分散电源的断路器205 ；以及单独运转检测单元 207，其根据频率变动或电压变动检测商用电力系统204的断路器206的解列以使断路器 205解列。系统连接保护装置212具备运算单元208、输出可变单元209、控制单元210以及 显示单元211。运算单元208根据测量到的太阳能电池阵列201的输出电压以及输出电流 来运算太阳能电池阵列201的发电电力。输出可变单元209使太阳能电池阵列201的输出 电压变化，控制单元210控制输出可变单元209以使太阳能电池阵列201的输出电压变化， 由此，隔开固定的时间间隔，断续地进行探索由运算单元208运算出的发电电力成为最大 的输出电压值的探索动作。显示单元211在发电量异常时等进行显示。上述单独运转检测单元207、运算单元208、输出可变显示单元209、控制单元210 由微型计算机212构成。控制单元210经由输出可变单元209控制逆变电路203，由此，使 太阳能电池阵列201的输出电压变化，并以从运算单元208输出的输出电力的检测值为最 大的方式探索输出电压值。太阳光发电系统具备连接保护装置，该连接保护装置监视系统连接点的电压，在 该电压处于规定范围外的值的时刻、即发生供电异常的时刻，使继电器动作以解除连接，由 此，立即停止太阳光发电系统的发电，具有抑制电压上升的功能。并且，在专利文献2中公开了这样的方法不是停止太阳光发电系统的发电，而是监视系统连接点的电压，在该电压接近规定的上限电压时，进行使发电输出比最大值小的 输出抑制控制。并且，在专利文献3中公开了这样的方法在设置有多个太阳光发电系统那样的 分散电源的电力系统中，将各分散电源经由通信网络而与系统管理单元连接，分散电源系 统具有系统控制单元，通过该系统控制单元将分散电源的动作信息发送给系统管理单元， 并且，根据从系统管理单元接收到的指示控制动作状态。专利文献1日本特开平8-70533号公报专利文献2日本特开平6-332553号公报专利文献3日本特开2002-152976号公报如上所述，在太阳光发电系统中，保护系统以使电力系统电压不会脱离规定的范 围，同时实施了电力的买入。然而，在多个太阳光发电系统联合而成的电力系统中，由于电压检测功能的偏差、 或者系统连接点的条件等，有时在特定的太阳光发电系统中输出抑制量不平衡，在这种情 况下，如上所述，买入的电能产生差异，在具备太阳光发电系统的用户之间有时会产生不公平。针对该问题，在专利文献3中公开了这样的方法在设置有多个太阳光发电系统 那样的分散电源的电力系统中，将各分散电源经由通信网络而与系统管理单元连接，分散 电源系统具有系统控制单元，通过该系统控制单元将分散电源的动作信息发送给系统管理 单元，并且，根据从系统管理单元接收到的指示控制动作状态。根据所公开的方法，系统管理单元接收各分散电源的电压上升抑制功能的动作状 态，从数据库检索与同一柱上变压器连接的分散电源，将各分散电源系统的输出电力指示 给各系统控制单元，以免在检索到的多个分散电源系统的逆流电力中产生不公平。然而，在该示例的情况下，由于需要设置系统控制单元，所以需要追加成本。并且， 在考虑安全方面而设置的电压上升抑制功能动作的状态下，无法按照系统管理单元的指令 进行发电。并且，即使抑制其它的分散电源的输出电力，有时系统的电压也不会充分地降 低。并且，系统管理单元接收分散电源的动作状态后，由于直到反映给控制指令为止 的时滞的缘故，有时难以进行适当的控制。特别是像太阳光发电系统那样，在是可发电电力 时时刻刻根据日照量而变化的分散电源的情况下，可以说直到反映出控制指令为止的时滞 影响大。这样，在设置于大厦或一般家庭中并与商用电力系统连接、将剩余的发电电力逆流 于系统而售电给电力公司的使用自然能量的发电系统中，由于系统连接点的电压等系统侧 的原因或不良情况，发电停止或被强制抑制，有时会损失售电机会。由于系统连接点位置、各太阳光发电系统的系统连接保护装置等的电压上升抑制 功能的动作状态、或控制的时滞，该机会损失有时会不公平地分配给用户。并且，由于不存在评价停止或抑制发电以维持系统的电压品质的情况下对系统稳 定化的贡献的单元，因此，发电停止或被抑制了的太阳光发电系统的所有者只能接受售电 机会损失。
发明内容
本发明就是鉴于这些问题点而完成的，提供能够评价太阳光发电系统的发电输出 抑制对系统稳定化的贡献、并能够公平地分配售电机会损失的太阳光发电系统。为了解决上述课题，本发明采用了如下的手段。对于本发明，具备多个用户和调整电能计算部，所述多个用户具备电力转换装 置，该电力转换装置将来自太阳能电池板的直流输出转换为交流输出而对电力系统供电； 控制装置，该控制装置监视该电力转换装置的输出电压，通常以使得上述电力转换装置产 生最大输出的方式进行最大电力跟踪控制，当上述输出电压上升至预定值以上时，进行输 出抑制控制以抑制上述电力转换装置输出；以及测量器，该测量器对来自上述电力转换装 置的售电电能、来自上述电力系统的购电电能、以及抑制了上述输出的情况下的发电抑制 电能进行测量，所述调整电能计算部经由通信线路而与该多个用户连接，该调整电能计算 部与实际的发电抑制量独立地计算使得多个用户的负担均等的发电抑制量，并根据该计算 结果计算各用户的售电电能。或者，输入来自各用户的太阳光发电量的抑制量和售电电能，并根据上述抑制量 和上述售电电能来计算各用户的售电电能。由于本发明具备以上结构，所以能够评价太阳光发电系统的发电输出抑制对系统 稳定化的贡献，能够公平地分配售电机会损失。
图1是说明关于第一实施方式的太阳光发电系统的图。图2是表示以太阳能电池作为电源的分散电源系统的一个例图。图3是表示在电能数据库中保存的数据的表的图。图4是表示调整售电电能的计算步骤的一个例图。图5是说明在电力转换单元中计算发电抑制电力的示例的图。图6是说明太阳能电池的电力P-电压V的特性的图。图7是表示日照-输出数据库的表的构成例的图。图8是说明对发电抑制电力进行运算处理的其它例子的图，是说明数据服务器的图。图9是说明对发电抑制电力进行运算处理的又一其它例子的图。图10是表示蓄电池充放电控制单元的充电控制中的逆变电路侧输出的图。图11是表示蓄电池充放电控制单元的放电控制中的逆变电路侧输出的图。图12是表示使用蓄电池和可变负载单元作为吸收发电抑制电力的装置的示例的 图。图13是说明关于第二实施方式的太阳光发电系统的图。图14是表示电能数据库的用户数据表的图。图15是表示柱上变压器的通过电能数据表的图。图16是表示最终调整售电电能的计算步骤的一个例图。标号说明101 103 用户104电力数据中继站
105电力数据合计中心106通信网络107通信网络108柱上变压器109商用电力系统
具体实施例方式以下，参照
最佳实施方式。图1是说明与本发明的第一实施方式有关的 太阳光发电系统的图。在图1中，用户1 3经由通信网络106而与电力数据中继站104 连接，电力数据中继站104经由通信网络107而与电力数据合计中心105连接。并且，各用 户经由柱上变压器108从商用电力系统109被供给电力。另外，太阳光发电的剩余电力构 成为逆流给系统侧。用户1(101)具备太阳能电池板1011作为发电单元，从太阳能电池板1011输出的 直流电力由电力转换单元1012转换为商用频率的交流电力而供给至自家负载1013。此时， 太阳能电池的最大电力(功率，power)跟踪控制(MPPT控制)也通过电力转换单元1012来 进行。太阳能电池板的电力中无法由自家负载1013消耗的剩余电力逆流给电力系统 109，但该电能由售电电能测量单元1016测量。在仅通过太阳能电池板的输出无法提供自家负载1013、电力不足的情况下，从电 力系统109接受电力的供给。此时的电能由购电电能测量单元1017测量。并且，商用电力系统109的电压由电压传感器1018测量，并由电压监视单元1014 监视。监视结果发送给电力转换单元1012，并在电力转换单元内用于输出控制。电力转换单元1012将抑制了输出后的电能作为输出控制的结果发送给发电抑制 电能测量单元1015。由发电抑制电能测量单元1015、售电电能测量单元1016、购电电能 测量单元1017分别测量到的各电能被发送给电能数据发送单元1019，电能数据发送单元 经由通信网络106而发送给电力数据中继站104。另外，用户2 (102)、用户3(103)与用户 1(101)是同样的。在电力数据中继站104中，利用电能数据接收单元1044接收与柱上变压器108下 的电力系统连接的用户的上述各电能数据，接收到的每个用户的上述电能被保存到电能数 据库1042中。图3表示在上述电能数据库1042中保存的数据的表。在表中累积保存有识别各 用户的用户ID、购电电能、售电电能、发电抑制电能。在图3所示的表中，示出针对每个月累 积电能的示例，用户存在5个，累积了 2009年8月和2009年9月测量到的数据。在调整电能计算单元1041中，参照电能数据库1042的累积数据利用预定的算法 算出调整售电电能。调整售电电能通过电能发送单元1043经由通信网络107发送给设置 于电力数据合计中心105中的合计服务器1051。根据合计服务器合计得到的电能，日后计 算电力费用，对各用户索取。图4是表示调整售电电能的计算步骤的一个例图。首先，对计算对象月的所有用 户的售电电能的合计值Σ Ps、以及发电抑制电能的合计值Σ ft·进行计算(步骤4001)。
在图4的示例中，2009年8月的售电电能的合计值Σ Ps08 = 900kwh，发电抑制电 能的合计值Σ Pr08 = 500kwh,2009年9月的售电电能的合计值Σ Ps09 = 550kwh，发电抑 制电能的合计值Σ Pr09 = 350kwh。接着，进行计算对象月的整体发电抑制率的计算(步骤4002)。整体发电抑制率可以使用在步骤4001中计算的合计值来算出。即、是用发电抑制 电能的合计值除以售电电能的合计值与发电抑制电能的合计值之和而得到的值，是该中继 站中所管理的所有用户中，可售的发电余力中被抑制了发电的电力的比例。在图4的示例中，2009年8月的整体发电抑制率大约为0. 35 (500/1400)，2009年 9月的整体发电抑制率大约为0. 39(350/900)。接着，进行计算对象月中的每个用户的最大可售电能的计算(步骤4003)。最大可 售电能认为是可以出售发电抑制电力的情况，因此，是该用户的售电电能与发电抑制电能 的合计。接着，进行计算对象月中的每个用户的调整售电电能的计算(步骤4004)。调整售 电电能是各用户以步骤4002中计算得到的整体发电抑制率进行发电抑制的情况下的可售 电能。因此，从步骤4003中计算出的各用户的最大可售电能减去整体与发电抑制率相应的 电力得到的值就是调整售电电能。在图4的示例中计算各用户的调整售电电能时，为图3的调整售电电能的列中示 出的数值。通过这样调整售电电能，并将该调整售电电力发送给电力数据合计中心，从而在 某电力数据中继站所管理的各用户之间，能够使发电抑制电能相对于最大可售电能的比例 相等。另外，在本实施方式中，在电力数据中继站内计算调整售电电力，但也可以在电力 数据合计中心内实施调整售电电力的计算。在该情况下，需要将售电电能和发电抑制电能 发送到电力数据合计中心侧。并且，在本实施方式中，通信网络106和通信网络107构成为不同的网络，但也可 以通过共用的通信网络构成。并且，在本实施方式中，对于在同一柱上变压器下设置的用户计算发电抑制率，但 计算对象的用户未必限定于同一柱上变压器下的用户。例如可以是同一变电所下的用户， 还可以与电力系统无关，对于存在特定区域的用户进行同样的售电电力调整。图5是说明在电力转换单元1012中计算发电抑制电力的示例的图。电力转换单 元1012具备将直流电力转换为交流电力的逆变电路5002 ；控制逆变电路5002的输出的 输出控制单元5001 ；对从逆变电路输出的交流电力进行测量的输出测量单元5003 ；测量太 阳光的日照量的日照传感器5001 ；记录相对于日照量的太阳光输出的日照-太阳光数据库 5005 ；根据日照量推定预想的太阳光发电输出的日照-输出推定单元5006 ；对由上述输出 测量单元5003测量的输出和由上述日照-输出推定单元5006推定的输出进行比较而输出 差分的输出比较单元5007。当由电压监视单元1014检测到电压上升至需要抑制的电压时，输出控制单元 5001对逆变电路5002进行输出抑制控制。通常，逆变电路5002通过最大电力跟踪控制，以 输出电力成为最大的动作电压进行动作，但通过输出控制单元5001使该动作电压变化，从而能够输出被抑制了的电力。公知太阳能电池具有如图6所示的电力P-电压V的特性。在最大电力跟踪控制 中，为了输出图中的输出电力Pmax，以使动作电压变化的方式进行动作。因此，若想要输出 控制到电力输出Pr，则进行使动作电压下降至Vr的处理。因此，在存在通过输出控制单元 5001降低输出的控制的情况下，朝使动作电压下降的方向进行控制，其结果，太阳光发电 系统的发电输出下降，系统的电压下降。当由电压监视单元1014测量到不需要抑制电压上 升的电压时，输出控制单元5001停止降低输出的控制。因此，逆变电路5002重新开始最大 电力(功率，power)跟踪控制，一般地，进行提高动作电压的控制。日照传感器5004设置于太阳能电池板1011的附近，测定用户点的日照量。不过，图6所示的电力P-电压V特性的峰值根据太阳能电池板接收的日照强度而 变化。设为在某日照量的情况下为曲线6001的特性，另外，当日照强度增大时，为图中虚线 所示的曲线6002，为在图中V’ pmax处输出最大输出P’ max的特性。日照-输出数据库5005将太阳光发电系统相对于日照量的最大输出数据库化，日 照-输出推定单元5006参照日照-输出数据库5005来推定相对于日照传感器5004的测 量值的最大输出电力。在输出比较单元5007中，从由日照-输出推定单元5006推定出的最大输出电力 减去由输出测量单元5003测定的实际的逆变输出，由此，进行输出抑制后的电力的推定。 推定结果作为输出抑制电力值而被输出至发电抑制电能测量单元1015。图7是表示日照-输出数据库表的构成例的图。如图7所示，示出相对于日照量 的最大发电电能，通过参照该数据库，能够推定日照测量时刻的最大发电电力。图8是说明对发电抑制电力进行运算处理的其它例子的图。电力转换单元1012’ 具备能够使负载量在零至无限大之间变化的可变负载单元8002 ；能够相对于上述可变负 载单元8002控制负载的增减的输出控制单元8001 ；以及测量可变负载单元8002的输入侧 和输出侧的电力并对两者的输出差进行计算的输出比较单元5007。当由电压监视单元1014测量到需要抑制电压上升的电压时，输出控制单元8001 朝使可变负载单元8002的负载增加的方向进行控制。输出比较单元5007对可变负载单元8002的输入和输出进行比较，由此，能够输出 被抑制了的电力值。在输出侧，电力减少由负载消耗的量，因此，能够将从输入侧测量的电 力减去输出侧测量的电力而得到的差作为抑制电力。根据该示例，逆变电路只要始终进行最大电力跟踪控制即可，因此，可以采用现有 的逆变电路，能够使系统构成变简单。并且，也可以代替可变负载单元8002，采用贮藏电力 的蓄电池充电单元。图9是说明对发电抑制电力进行运算处理的又一其它例子的图。电力转换单元 1012”具备蓄电池9003 ；对蓄电池进行充电或放电控制的蓄电池充放电控制单元9002 ；对 蓄电池充放电控制单元9002指示充放电的控制的输出控制单元9001 ；以及对蓄电池测量 充放电的电力的充放电电力测量单元9004。当由电压监视单元1014测量到需要抑制电压上升的电压时，输出控制单元9001 对蓄电池充放电控制单元9002发出充电的指示。并且，在由电压监视单元1014测量到不 需要抑制电压上升的电压的情况下，输出控制单元9001对蓄电池充放电控制单元9002发出放电的指示。蓄电池充放电控制单元9002进行这样的处理相对于充电指示，将太阳能电池板 1011的直流电力的一部分电力用于蓄电池9003的充电，相对于放电的指示，从蓄电池9003 放出电力，除了输出至太阳能电池板1011之外，还输出至逆变电路。蓄电池充放电电力测量单元9004测量蓄电池9003的充放电电力，并将其作为抑 制电力值输出。另外，在蓄电池放电的情况下，作为负的抑制电力进行处理。由此，对蓄电 池充上过去已被抑制了的电力，能够在可放电时放电使用。另外，蓄电池充放电控制单元9002进行处理，以将太阳能电池板1011的直流输出 的预定比例的电力用于充电。用图10说明该处理。图10是表示蓄电池充放电控制单元9002的逆变电路侧输出的图。图中10001是某日照量下的太阳能电池板1011的输出电力P-电压V特性。如图 所示，蓄电池充放电控制单元9002具有4个阶段的充电等级。即，在0%充电的情况下，将 太阳能电池板1011的输出电力直接输出至逆变电路，因此，输出为10001。在25 %充电的情况下，输出10002的特性的电力，该10002的特性的电力的输出被 抑制了 25%。特性曲线10002与特性曲线10001的差为转至充电的电力，换言之，相当于输 出抑制电力。同样，在50%充电的情况下输出10003的特性，在75%充电的情况下输出10004 的特性，在100%充电的情况下输出10005的特性。在放电处理的情况下，例如连接有能够进行与太阳能电池板相同的最大输出的 蓄电池时，可以设定图11所示那样的5个阶段的放电等级。11001为放电0%等级的特 性，11002为能够通过25%放电进行没有蓄电池放电的情况下的125%输出的等级，以下， 11003为能够通过50%放电进行150%输出的等级，11004为能够通过75%放电进行175% 输出的等级，11005为能够通过100%放电进行200%输出的等级。每当从输出控制单元9001发来充电指示时，进行提高充电等级的处理以充上更 多的电力，相反，每当发来放电指示，进行提高放电等级的处理以放出更多的电力。其中，在蓄电池容量充满的情况下，由于无法继续充电，因此成为0%充电，相反， 在蓄电池的充电量至少无法进一步放电的情况下，成为0%放电。在该示例中，将充放电的等级设为输出的25%幅度，从而充电具有4个阶段的等 级、放电具有4个阶段的等级，但幅度大小也可以进一步细化。这样，蓄电池充放电控制单元9002通过充上或放出相对于太阳能电池板输出为 预定比例的电力，从而在充放电控制前后，电力P-电压V的特性中得到最大电力的电压不 变化，对逆变电路的最大电力跟踪控制不会带来影响。另外，也可以代替该示例中使用的蓄电池，而使用能够进行高速充放电的电容器。并且，该示例中说明的对发电抑制电力进行运算处理的方法还可以与图8中说明 的使用可变负载单元的运算处理组合起来实施。即、通过输出蓄电池充放电电力测量单元 9004测量到的蓄电池充放电产生的抑制电力值、以及图8中说明了的输出比较单元5007 测量到的可变负载单元产生的抑制电力值的合计值来实施。图12是表示使用蓄电池和可变负载单元作为吸收发电抑制电力的装置的电力转 换单元12000的示例的图。
电力转换单元12000具备蓄电池充放电控制单元12003，其具备将当前的充放电 余力通知给输出控制单元12001的功能；可变负载单元12004，其具备将当前的负载状态通 知给输出控制单元12001的功能；输出控制单元12001，其对蓄电池充放电控制单元12003 和可变负载单元12004进行输出控制指示；以及抑制电力计算单元12002，其对从输出比较 单元5007和蓄电池充放电电力测量单元9004输出的抑制电力值进行加法运算。当由电压监视单元1014测量电压时，输出控制单元12001对蓄电池充放电控制单 元12003询问当前的充放电余力，并对可变负载单元12004询问当前的负载状态。另外，所谓充放电余力是表示是否能够进一步提高当前的充电等级或放电等级的 信息，在图10的充电等级中，当已经在100%充电等级下动作时，或者蓄电池为满充电状态 而无法进一步充电因此以0%充电等级动作的情况下，没有充电余力，在图11的放电等级 中，当已经在100%放电等级下动作时，或者蓄电池为放电状态而无法进一步放电因此以
放电等级动作的情况下，没有放电余力。所谓负载状态是表示可变负载单元1204当前 的负载量的信息。在测量电压为应抑制输出的值的情况下，利用蓄电池充放电控制单元12003朝增 加充电等级的方向进行充电控制。此时，如果蓄电池充放电控制单元12003没有充电余力 的情况下，不进行充电控制，而是对可变负载单元12004进行增加负载的控制。在测量电压不是应抑制输出的值的情况下，朝使可变负载单元12004的负载减少 的方向进行控制，在可变负载单元12004的负载状态为无负载状态的情况下，朝使蓄电池 充放电控制单元12003的放电等级增加的方向进行放电控制。但是，不言而喻，此时在没有 放电余力的情况下就维持现状。这样，根据本实施方式的电力转换单元12000，能够利用蓄电池充放电和可变负载 来获得发电抑制效果。图13是说明与第二实施方式有关的太阳光发电系统的图。与第一实施方式的不 同点在于具备以下单元售电电能调整单元1020，其在用户1(101’)中，输入售电电能测量 单元1016的售电电能、由发电抑制电能测量单元1015测量的发电抑制电能，并调整售电电 能；电能数据发送单元1019’，其输入购电电能和上述调整购电电能，并将其经由通信网络 106发送给电力数据中继站104’ ；以及电能测量单元110，其测量通过柱上变压器的电能， 并将电能经由通信网络106发送给电力数据中继站104’。在本实施方式的售电电能调整单元1020中，将发电抑制电能和售电电能相加得 到的电能作为一次调整售电电能发送给电力数据中继站104’。在电力数据中继站104’中，与柱上变压器108下的电力系统连接的用户的上述电 能数据和各柱上变压器的通过电能由电能数据接收单元1044’接收，并将每个用户的上述 电能保存到电能数据库1042’中。图14是表示电能数据库1042’的用户数据表的图。累积保存识别各用户的用户 ID、购电电能、一次调整售电电能、测量日期和时间。在图14所示的表中，示出针对每个月 累积电能的示例，存在5个用户，累积了 2009年8月和2009年9月测量的数据。图15是表示柱上变压器的通过电能数据表的图。在该表中累积保存识别柱上变 压器的柱上变压器ID、测量日期和时间、电能。在图15所示的表中，存在3台柱上变压器， 累积2009年8月和2009年9月测量的电力数据。
调整电能计算单元1041’参照电能数据库1042’的累积数据，利用预定的算法算 出最终调整售电电能。最终调整售电电能通过电能发送单元1043’经由通信网络107发送 给设置于电力数据合计中心105中的合计服务器1051。合计服务器根据合计得到的电能， 日后计算电力费用，对各用户索取。图16是表示最终调整售电电能的计算步骤的一个例子的图。首先，对计算对象 月的所有用户的一次调整售电电能的合计值Σ 1^1、以及售电电能的合计值Σ Pb进行计算 (步骤 16001)。在图16的示例中，2009年8月的一次调整售电电能的合计值ΣΡ8108 = 1400kwh， 售电电能的合计值Σ Pb08 = 1300kwh，2009年9月的一次调整售电电能的合计值Σ Psl09 =900kwh，售电电能的合计值Σ Pb09 = 1200kwh。接着，进行计算对象月的整体发电抑制电能的计算(步骤16002)。整体发电抑制电能ft·可以使用变压器通过电能和在步骤16001中计算出的合计 值来计算。即、可以通过变压器通过电能Pt加上从一次调整售电电能的合计值Σ Psl减去 售电电能的合计值Σ Pb而得到的值来获得。在图14的示例中，2009年8月的整体发电抑制电能= 500kwh，2009年9月 的整体发电抑制电能1^09 = 350kwh。接着，进行计算对象月的整体发电抑制率的计算(步骤1600；3)。整体发电抑制 率相当于在步骤16002中算出的整体发电抑制电能ft"相对于一次调整售电电能的合计值 Σ Psl的比例。在图14的示例中，2009年8月的整体发电抑制率大约为0.35(500/1400)， 2009年9月的整体发电抑制率大约为0. 39(350/900)。接着，进行计算对象月中的每个用户的调整售电电能的计算(步骤16004)。调整 售电电能是将各用户的一次调整售电电能削减了在步骤16003中算出的整体发电抑制率 的量而得到的电能。因此，当以图14的示例计算各用户的调整售电电能时，成为图14的调整售电电能 的列所示的数值。这与图4的结果一致。这样，根据本实施方式，可以在用户侧，计算售电电能、加上了抑制电能后的售电 电能(一次调整售电电能)以及根据变压通过电力计算调整售电电能，因此，存在能够削减 从各用户通信给中继站的数据量的优点。如以上说明的那样，根据本发明的实施方式，除了能够掌握来自各太阳光发电装 置的逆流电能之外，还能够掌握抑制电能。因此，能够掌握尽管本来能够发电但为了使系统 稳定化而抑制了输出的电能、即能够掌握售电机会损失量，能够将其作为对系统稳定化的 贡献度。并且，通过修正抑制电能，以抵偿各太阳光发电装置整体的售电机会损失量与各 个太阳光发电装置的售电机会损失的差分，由此，能够公平分配售电机会损失。并且，数据通信单元具备对逆流电能与向抑制电能乘以预定系数得到的值的合计 进行计算的单元，仅将上述合计值发送给系统管理装置，系统管理装置将上述合计值作为 逆流电能进行处理。由此，为了对系统稳定化有所贡献，将抑制了发电后的电力作为售电电 能进行加法计算，因此，能够将抑制了发电后的电能作为对系统稳定化有贡献的电能来评 价。
另外，在以上的示例中，对使用太阳光发电系统作为与商用电源连接的电源的示 例进行了说明，但也可以使用其它自然能量发电系统、例如风力发电系统、潮力发电系统。
权利要求
1.一种太阳光发电系统，其特征在于，该太阳光发电系统具备多个用户和调整电能计 算部，所述多个用户具备电力转换装置，该电力转换装置将来自太阳能电池板的直流输出转换为交流输出而对 电力系统供电；控制装置，该控制装置监视该电力转换装置的输出电压，通常以使得上述电力转换装 置产生最大输出的方式进行最大电力跟踪控制，当上述输出电压上升至预定值以上时，进 行输出抑制控制以抑制上述电力转换装置输出；以及测量器，该测量器对来自上述电力转换装置的售电电能、来自上述电力系统的购电电 能、以及抑制了上述输出的情况下的发电抑制电能进行测量， 所述调整电能计算部经由通信线路而与该多个用户连接，该调整电能计算部与实际的发电抑制量独立地计算使得多个用户的负担均等的发电 抑制量，并根据该计算结果计算各用户的售电电能。
2.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，上述发电抑制量作为最大发电电力与实际的输出值的差来计算。
3.根据权利要求2所述的太阳光发电系统，其特征在于，上述最大电力与实际的输出值作为预定期间中的积分值来计算。
4.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，该太阳光发电系统具备将上述发电抑制量的数据发送给上述调整电能计算部的发送部。
5.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，该太阳光发电系统具备日照传感器和存储器，该存储器中存储有对日照量不进行输出 抑制的情况下的发电电力，上述太阳光发电系统根据日照传感器的测量值推定不进行上述 输出抑制的情况下的能够输出的电力。
6.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，作为发电输出抑制部，具备能够进行控制的可变负载，通过上述可变负载消耗发电电 力，输出抑制后的发电电力。
7.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，作为发电输出抑制部，具备能够进行充放电的蓄电池，通过对上述蓄电池进行充电而 消耗发电电力，输出抑制后的发电电力。
8.根据权利要求7所述的太阳光发电系统，其特征在于，在不需要抑制发电输出的情况下，通过从上述蓄电池放电来提高发电电力。
9.根据权利要求7所述的太阳光发电系统，其特征在于， 通过太阳能电池板的输出直流电力来进行蓄电池的充电。
10.根据权利要求7所述的太阳光发电系统，其特征在于， 对太阳能电池板的输出直流电力加上蓄电池的放电。
11.一种使用自然能量的发电系统，其特征在于， 该发电系统具备多个用户和调整电能计算部， 所述多个用户具备电力转换装置，该电力转换装置将来自利用自然能量的发电系统的输出转换为商用交 流输出而对电力系统供电；控制装置，该控制装置监视该电力转换装置的输出电压，通常以使得上述电力转换装 置产生最大输出的方式进行最大电力跟踪控制，当上述输出电压上升至预定值以上时，进 行输出抑制控制以抑制上述电力转换装置输出；以及测量器，该测量器对来自上述电力转换装置的售电电能、来自上述电力系统的购电电 能、以及抑制了上述输出的情况下的发电抑制电能进行测量，所述调整电能计算部经由通信线路而与该多个用户连接，该调整电能计算部与实际的发电抑制量独立地计算使得多个用户的负担均等的发电 抑制量，并根据该计算结果计算各用户的售电电能。
12.一种电能运算装置，其特征在于，该电能运算装置具有输入来自各用户的太阳光发电量的抑制量和售电电能的输入 部；以及售电电力计算部，根据上述抑制量和上述售电电能来计算各用户的售电电能。
13.一种电能运算方法，在该电能运算方法中，输入来自各用户的太阳光发电量的抑制 量和售电电能，并根据上述抑制量和上述售电电能来计算各用户的售电电能。
全文摘要
本发明提供使用自然能量的发电系统、电能运算装置、方法，具备多个用户，具备电力转换装置，转换自太阳能电池板的直流输出为交流输出供电给电力系统；控制装置，监视电力转换装置的输出电压，最大电力跟踪控制以使电力转换装置产生最大输出，输出电压上升至预定值以上时，输出抑制控制以抑制电力转换装置输出；测量器，测量售电电能、购电电能及抑制了输出的情况下发电抑制电能，调整电能计算部，经通信线路与多个用户连接，调整电能计算部与实际发电抑制量独立地计算使得多个用户的负担均等的发电抑制量，根据计算结果计算各用户售电电能。由此能够评价太阳光发电系统的发电输出抑制对系统稳定化的贡献，可公平地分配售电机会损失。
文档编号H02J7/00GK102104250SQ20101059312
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月21日
发明者富田民则, 富田泰志, 渡边雅浩 申请人:株式会社日立制作所
技术领域：
本发明涉及使用自然能量的发电系统、电能运算装置以及电能运算方法。
背景技术：
近年来，由于地球环境保护意识的提高，利用不存在环境污染的自然能量的发电、 其中利用太阳能电池的太阳光发电备受关注。在太阳光发电中，发电电力根据日照量而大 幅变动，因此，为了实现电力的稳定供给以及剩余发电电力的有效利用，期望将大厦或一般 家庭中设置的太阳光发电系统与商用电力系统连接起来使用。S卩，通常，通过太阳光发电系统和商用电力系统的并联运转来对负载进行供电，自 家消耗所需的电力的一部分或全部通过太阳光发电来提供，并且，在太阳能电池的发电电 力有剩余的情况下，进行对商用电力系统的供电、即所谓的逆流供电。对于逆流的电力，电力公司以预定的单价买下，但这被认为是对太阳光发电系统 设置的鼓励。图2是表示专利文献1所公开的、将太阳能电池作为电源的分散电源系统的一个 例图。在图2中，分散电源系统具备太阳能电池阵列201 ；和电力转换单元202，该电力转 换单元202内置有逆变器(逆变电路)203，该逆变器将从该太阳能电池阵201输出的直流 电力转换成交流电力。该电力转换单元202形成为内置有系统连接保护装置212的结构，该系统连接保 护装置212包括从商用电力系统204切断分散电源的断路器205 ；以及单独运转检测单元 207，其根据频率变动或电压变动检测商用电力系统204的断路器206的解列以使断路器 205解列。系统连接保护装置212具备运算单元208、输出可变单元209、控制单元210以及 显示单元211。运算单元208根据测量到的太阳能电池阵列201的输出电压以及输出电流 来运算太阳能电池阵列201的发电电力。输出可变单元209使太阳能电池阵列201的输出 电压变化，控制单元210控制输出可变单元209以使太阳能电池阵列201的输出电压变化， 由此，隔开固定的时间间隔，断续地进行探索由运算单元208运算出的发电电力成为最大 的输出电压值的探索动作。显示单元211在发电量异常时等进行显示。上述单独运转检测单元207、运算单元208、输出可变显示单元209、控制单元210 由微型计算机212构成。控制单元210经由输出可变单元209控制逆变电路203，由此，使 太阳能电池阵列201的输出电压变化，并以从运算单元208输出的输出电力的检测值为最 大的方式探索输出电压值。太阳光发电系统具备连接保护装置，该连接保护装置监视系统连接点的电压，在 该电压处于规定范围外的值的时刻、即发生供电异常的时刻，使继电器动作以解除连接，由 此，立即停止太阳光发电系统的发电，具有抑制电压上升的功能。并且，在专利文献2中公开了这样的方法不是停止太阳光发电系统的发电，而是监视系统连接点的电压，在该电压接近规定的上限电压时，进行使发电输出比最大值小的 输出抑制控制。并且，在专利文献3中公开了这样的方法在设置有多个太阳光发电系统那样的 分散电源的电力系统中，将各分散电源经由通信网络而与系统管理单元连接，分散电源系 统具有系统控制单元，通过该系统控制单元将分散电源的动作信息发送给系统管理单元， 并且，根据从系统管理单元接收到的指示控制动作状态。专利文献1日本特开平8-70533号公报专利文献2日本特开平6-332553号公报专利文献3日本特开2002-152976号公报如上所述，在太阳光发电系统中，保护系统以使电力系统电压不会脱离规定的范 围，同时实施了电力的买入。然而，在多个太阳光发电系统联合而成的电力系统中，由于电压检测功能的偏差、 或者系统连接点的条件等，有时在特定的太阳光发电系统中输出抑制量不平衡，在这种情 况下，如上所述，买入的电能产生差异，在具备太阳光发电系统的用户之间有时会产生不公平。针对该问题，在专利文献3中公开了这样的方法在设置有多个太阳光发电系统 那样的分散电源的电力系统中，将各分散电源经由通信网络而与系统管理单元连接，分散 电源系统具有系统控制单元，通过该系统控制单元将分散电源的动作信息发送给系统管理 单元，并且，根据从系统管理单元接收到的指示控制动作状态。根据所公开的方法，系统管理单元接收各分散电源的电压上升抑制功能的动作状 态，从数据库检索与同一柱上变压器连接的分散电源，将各分散电源系统的输出电力指示 给各系统控制单元，以免在检索到的多个分散电源系统的逆流电力中产生不公平。然而，在该示例的情况下，由于需要设置系统控制单元，所以需要追加成本。并且， 在考虑安全方面而设置的电压上升抑制功能动作的状态下，无法按照系统管理单元的指令 进行发电。并且，即使抑制其它的分散电源的输出电力，有时系统的电压也不会充分地降 低。并且，系统管理单元接收分散电源的动作状态后，由于直到反映给控制指令为止 的时滞的缘故，有时难以进行适当的控制。特别是像太阳光发电系统那样，在是可发电电力 时时刻刻根据日照量而变化的分散电源的情况下，可以说直到反映出控制指令为止的时滞 影响大。这样，在设置于大厦或一般家庭中并与商用电力系统连接、将剩余的发电电力逆流 于系统而售电给电力公司的使用自然能量的发电系统中，由于系统连接点的电压等系统侧 的原因或不良情况，发电停止或被强制抑制，有时会损失售电机会。由于系统连接点位置、各太阳光发电系统的系统连接保护装置等的电压上升抑制 功能的动作状态、或控制的时滞，该机会损失有时会不公平地分配给用户。并且，由于不存在评价停止或抑制发电以维持系统的电压品质的情况下对系统稳 定化的贡献的单元，因此，发电停止或被抑制了的太阳光发电系统的所有者只能接受售电 机会损失。
发明内容
本发明就是鉴于这些问题点而完成的，提供能够评价太阳光发电系统的发电输出 抑制对系统稳定化的贡献、并能够公平地分配售电机会损失的太阳光发电系统。为了解决上述课题，本发明采用了如下的手段。对于本发明，具备多个用户和调整电能计算部，所述多个用户具备电力转换装 置，该电力转换装置将来自太阳能电池板的直流输出转换为交流输出而对电力系统供电； 控制装置，该控制装置监视该电力转换装置的输出电压，通常以使得上述电力转换装置产 生最大输出的方式进行最大电力跟踪控制，当上述输出电压上升至预定值以上时，进行输 出抑制控制以抑制上述电力转换装置输出；以及测量器，该测量器对来自上述电力转换装 置的售电电能、来自上述电力系统的购电电能、以及抑制了上述输出的情况下的发电抑制 电能进行测量，所述调整电能计算部经由通信线路而与该多个用户连接，该调整电能计算 部与实际的发电抑制量独立地计算使得多个用户的负担均等的发电抑制量，并根据该计算 结果计算各用户的售电电能。或者，输入来自各用户的太阳光发电量的抑制量和售电电能，并根据上述抑制量 和上述售电电能来计算各用户的售电电能。由于本发明具备以上结构，所以能够评价太阳光发电系统的发电输出抑制对系统 稳定化的贡献，能够公平地分配售电机会损失。
图1是说明关于第一实施方式的太阳光发电系统的图。图2是表示以太阳能电池作为电源的分散电源系统的一个例图。图3是表示在电能数据库中保存的数据的表的图。图4是表示调整售电电能的计算步骤的一个例图。图5是说明在电力转换单元中计算发电抑制电力的示例的图。图6是说明太阳能电池的电力P-电压V的特性的图。图7是表示日照-输出数据库的表的构成例的图。图8是说明对发电抑制电力进行运算处理的其它例子的图，是说明数据服务器的图。图9是说明对发电抑制电力进行运算处理的又一其它例子的图。图10是表示蓄电池充放电控制单元的充电控制中的逆变电路侧输出的图。图11是表示蓄电池充放电控制单元的放电控制中的逆变电路侧输出的图。图12是表示使用蓄电池和可变负载单元作为吸收发电抑制电力的装置的示例的 图。图13是说明关于第二实施方式的太阳光发电系统的图。图14是表示电能数据库的用户数据表的图。图15是表示柱上变压器的通过电能数据表的图。图16是表示最终调整售电电能的计算步骤的一个例图。标号说明101 103 用户104电力数据中继站
105电力数据合计中心106通信网络107通信网络108柱上变压器109商用电力系统
具体实施例方式以下，参照
最佳实施方式。图1是说明与本发明的第一实施方式有关的 太阳光发电系统的图。在图1中，用户1 3经由通信网络106而与电力数据中继站104 连接，电力数据中继站104经由通信网络107而与电力数据合计中心105连接。并且，各用 户经由柱上变压器108从商用电力系统109被供给电力。另外，太阳光发电的剩余电力构 成为逆流给系统侧。用户1(101)具备太阳能电池板1011作为发电单元，从太阳能电池板1011输出的 直流电力由电力转换单元1012转换为商用频率的交流电力而供给至自家负载1013。此时， 太阳能电池的最大电力(功率，power)跟踪控制(MPPT控制)也通过电力转换单元1012来 进行。太阳能电池板的电力中无法由自家负载1013消耗的剩余电力逆流给电力系统 109，但该电能由售电电能测量单元1016测量。在仅通过太阳能电池板的输出无法提供自家负载1013、电力不足的情况下，从电 力系统109接受电力的供给。此时的电能由购电电能测量单元1017测量。并且，商用电力系统109的电压由电压传感器1018测量，并由电压监视单元1014 监视。监视结果发送给电力转换单元1012，并在电力转换单元内用于输出控制。电力转换单元1012将抑制了输出后的电能作为输出控制的结果发送给发电抑制 电能测量单元1015。由发电抑制电能测量单元1015、售电电能测量单元1016、购电电能 测量单元1017分别测量到的各电能被发送给电能数据发送单元1019，电能数据发送单元 经由通信网络106而发送给电力数据中继站104。另外，用户2 (102)、用户3(103)与用户 1(101)是同样的。在电力数据中继站104中，利用电能数据接收单元1044接收与柱上变压器108下 的电力系统连接的用户的上述各电能数据，接收到的每个用户的上述电能被保存到电能数 据库1042中。图3表示在上述电能数据库1042中保存的数据的表。在表中累积保存有识别各 用户的用户ID、购电电能、售电电能、发电抑制电能。在图3所示的表中，示出针对每个月累 积电能的示例，用户存在5个，累积了 2009年8月和2009年9月测量到的数据。在调整电能计算单元1041中，参照电能数据库1042的累积数据利用预定的算法 算出调整售电电能。调整售电电能通过电能发送单元1043经由通信网络107发送给设置 于电力数据合计中心105中的合计服务器1051。根据合计服务器合计得到的电能，日后计 算电力费用，对各用户索取。图4是表示调整售电电能的计算步骤的一个例图。首先，对计算对象月的所有用 户的售电电能的合计值Σ Ps、以及发电抑制电能的合计值Σ ft·进行计算(步骤4001)。
在图4的示例中，2009年8月的售电电能的合计值Σ Ps08 = 900kwh，发电抑制电 能的合计值Σ Pr08 = 500kwh,2009年9月的售电电能的合计值Σ Ps09 = 550kwh，发电抑 制电能的合计值Σ Pr09 = 350kwh。接着，进行计算对象月的整体发电抑制率的计算(步骤4002)。整体发电抑制率可以使用在步骤4001中计算的合计值来算出。即、是用发电抑制 电能的合计值除以售电电能的合计值与发电抑制电能的合计值之和而得到的值，是该中继 站中所管理的所有用户中，可售的发电余力中被抑制了发电的电力的比例。在图4的示例中，2009年8月的整体发电抑制率大约为0. 35 (500/1400)，2009年 9月的整体发电抑制率大约为0. 39(350/900)。接着，进行计算对象月中的每个用户的最大可售电能的计算(步骤4003)。最大可 售电能认为是可以出售发电抑制电力的情况，因此，是该用户的售电电能与发电抑制电能 的合计。接着，进行计算对象月中的每个用户的调整售电电能的计算(步骤4004)。调整售 电电能是各用户以步骤4002中计算得到的整体发电抑制率进行发电抑制的情况下的可售 电能。因此，从步骤4003中计算出的各用户的最大可售电能减去整体与发电抑制率相应的 电力得到的值就是调整售电电能。在图4的示例中计算各用户的调整售电电能时，为图3的调整售电电能的列中示 出的数值。通过这样调整售电电能，并将该调整售电电力发送给电力数据合计中心，从而在 某电力数据中继站所管理的各用户之间，能够使发电抑制电能相对于最大可售电能的比例 相等。另外，在本实施方式中，在电力数据中继站内计算调整售电电力，但也可以在电力 数据合计中心内实施调整售电电力的计算。在该情况下，需要将售电电能和发电抑制电能 发送到电力数据合计中心侧。并且，在本实施方式中，通信网络106和通信网络107构成为不同的网络，但也可 以通过共用的通信网络构成。并且，在本实施方式中，对于在同一柱上变压器下设置的用户计算发电抑制率，但 计算对象的用户未必限定于同一柱上变压器下的用户。例如可以是同一变电所下的用户， 还可以与电力系统无关，对于存在特定区域的用户进行同样的售电电力调整。图5是说明在电力转换单元1012中计算发电抑制电力的示例的图。电力转换单 元1012具备将直流电力转换为交流电力的逆变电路5002 ；控制逆变电路5002的输出的 输出控制单元5001 ；对从逆变电路输出的交流电力进行测量的输出测量单元5003 ；测量太 阳光的日照量的日照传感器5001 ；记录相对于日照量的太阳光输出的日照-太阳光数据库 5005 ；根据日照量推定预想的太阳光发电输出的日照-输出推定单元5006 ；对由上述输出 测量单元5003测量的输出和由上述日照-输出推定单元5006推定的输出进行比较而输出 差分的输出比较单元5007。当由电压监视单元1014检测到电压上升至需要抑制的电压时，输出控制单元 5001对逆变电路5002进行输出抑制控制。通常，逆变电路5002通过最大电力跟踪控制，以 输出电力成为最大的动作电压进行动作，但通过输出控制单元5001使该动作电压变化，从而能够输出被抑制了的电力。公知太阳能电池具有如图6所示的电力P-电压V的特性。在最大电力跟踪控制 中，为了输出图中的输出电力Pmax，以使动作电压变化的方式进行动作。因此，若想要输出 控制到电力输出Pr，则进行使动作电压下降至Vr的处理。因此，在存在通过输出控制单元 5001降低输出的控制的情况下，朝使动作电压下降的方向进行控制，其结果，太阳光发电 系统的发电输出下降，系统的电压下降。当由电压监视单元1014测量到不需要抑制电压上 升的电压时，输出控制单元5001停止降低输出的控制。因此，逆变电路5002重新开始最大 电力(功率，power)跟踪控制，一般地，进行提高动作电压的控制。日照传感器5004设置于太阳能电池板1011的附近，测定用户点的日照量。不过，图6所示的电力P-电压V特性的峰值根据太阳能电池板接收的日照强度而 变化。设为在某日照量的情况下为曲线6001的特性，另外，当日照强度增大时，为图中虚线 所示的曲线6002，为在图中V’ pmax处输出最大输出P’ max的特性。日照-输出数据库5005将太阳光发电系统相对于日照量的最大输出数据库化，日 照-输出推定单元5006参照日照-输出数据库5005来推定相对于日照传感器5004的测 量值的最大输出电力。在输出比较单元5007中，从由日照-输出推定单元5006推定出的最大输出电力 减去由输出测量单元5003测定的实际的逆变输出，由此，进行输出抑制后的电力的推定。 推定结果作为输出抑制电力值而被输出至发电抑制电能测量单元1015。图7是表示日照-输出数据库表的构成例的图。如图7所示，示出相对于日照量 的最大发电电能，通过参照该数据库，能够推定日照测量时刻的最大发电电力。图8是说明对发电抑制电力进行运算处理的其它例子的图。电力转换单元1012’ 具备能够使负载量在零至无限大之间变化的可变负载单元8002 ；能够相对于上述可变负 载单元8002控制负载的增减的输出控制单元8001 ；以及测量可变负载单元8002的输入侧 和输出侧的电力并对两者的输出差进行计算的输出比较单元5007。当由电压监视单元1014测量到需要抑制电压上升的电压时，输出控制单元8001 朝使可变负载单元8002的负载增加的方向进行控制。输出比较单元5007对可变负载单元8002的输入和输出进行比较，由此，能够输出 被抑制了的电力值。在输出侧，电力减少由负载消耗的量，因此，能够将从输入侧测量的电 力减去输出侧测量的电力而得到的差作为抑制电力。根据该示例，逆变电路只要始终进行最大电力跟踪控制即可，因此，可以采用现有 的逆变电路，能够使系统构成变简单。并且，也可以代替可变负载单元8002，采用贮藏电力 的蓄电池充电单元。图9是说明对发电抑制电力进行运算处理的又一其它例子的图。电力转换单元 1012”具备蓄电池9003 ；对蓄电池进行充电或放电控制的蓄电池充放电控制单元9002 ；对 蓄电池充放电控制单元9002指示充放电的控制的输出控制单元9001 ；以及对蓄电池测量 充放电的电力的充放电电力测量单元9004。当由电压监视单元1014测量到需要抑制电压上升的电压时，输出控制单元9001 对蓄电池充放电控制单元9002发出充电的指示。并且，在由电压监视单元1014测量到不 需要抑制电压上升的电压的情况下，输出控制单元9001对蓄电池充放电控制单元9002发出放电的指示。蓄电池充放电控制单元9002进行这样的处理相对于充电指示，将太阳能电池板 1011的直流电力的一部分电力用于蓄电池9003的充电，相对于放电的指示，从蓄电池9003 放出电力，除了输出至太阳能电池板1011之外，还输出至逆变电路。蓄电池充放电电力测量单元9004测量蓄电池9003的充放电电力，并将其作为抑 制电力值输出。另外，在蓄电池放电的情况下，作为负的抑制电力进行处理。由此，对蓄电 池充上过去已被抑制了的电力，能够在可放电时放电使用。另外，蓄电池充放电控制单元9002进行处理，以将太阳能电池板1011的直流输出 的预定比例的电力用于充电。用图10说明该处理。图10是表示蓄电池充放电控制单元9002的逆变电路侧输出的图。图中10001是某日照量下的太阳能电池板1011的输出电力P-电压V特性。如图 所示，蓄电池充放电控制单元9002具有4个阶段的充电等级。即，在0%充电的情况下，将 太阳能电池板1011的输出电力直接输出至逆变电路，因此，输出为10001。在25 %充电的情况下，输出10002的特性的电力，该10002的特性的电力的输出被 抑制了 25%。特性曲线10002与特性曲线10001的差为转至充电的电力，换言之，相当于输 出抑制电力。同样，在50%充电的情况下输出10003的特性，在75%充电的情况下输出10004 的特性，在100%充电的情况下输出10005的特性。在放电处理的情况下，例如连接有能够进行与太阳能电池板相同的最大输出的 蓄电池时，可以设定图11所示那样的5个阶段的放电等级。11001为放电0%等级的特 性，11002为能够通过25%放电进行没有蓄电池放电的情况下的125%输出的等级，以下， 11003为能够通过50%放电进行150%输出的等级，11004为能够通过75%放电进行175% 输出的等级，11005为能够通过100%放电进行200%输出的等级。每当从输出控制单元9001发来充电指示时，进行提高充电等级的处理以充上更 多的电力，相反，每当发来放电指示，进行提高放电等级的处理以放出更多的电力。其中，在蓄电池容量充满的情况下，由于无法继续充电，因此成为0%充电，相反， 在蓄电池的充电量至少无法进一步放电的情况下，成为0%放电。在该示例中，将充放电的等级设为输出的25%幅度，从而充电具有4个阶段的等 级、放电具有4个阶段的等级，但幅度大小也可以进一步细化。这样，蓄电池充放电控制单元9002通过充上或放出相对于太阳能电池板输出为 预定比例的电力，从而在充放电控制前后，电力P-电压V的特性中得到最大电力的电压不 变化，对逆变电路的最大电力跟踪控制不会带来影响。另外，也可以代替该示例中使用的蓄电池，而使用能够进行高速充放电的电容器。并且，该示例中说明的对发电抑制电力进行运算处理的方法还可以与图8中说明 的使用可变负载单元的运算处理组合起来实施。即、通过输出蓄电池充放电电力测量单元 9004测量到的蓄电池充放电产生的抑制电力值、以及图8中说明了的输出比较单元5007 测量到的可变负载单元产生的抑制电力值的合计值来实施。图12是表示使用蓄电池和可变负载单元作为吸收发电抑制电力的装置的电力转 换单元12000的示例的图。
电力转换单元12000具备蓄电池充放电控制单元12003，其具备将当前的充放电 余力通知给输出控制单元12001的功能；可变负载单元12004，其具备将当前的负载状态通 知给输出控制单元12001的功能；输出控制单元12001，其对蓄电池充放电控制单元12003 和可变负载单元12004进行输出控制指示；以及抑制电力计算单元12002，其对从输出比较 单元5007和蓄电池充放电电力测量单元9004输出的抑制电力值进行加法运算。当由电压监视单元1014测量电压时，输出控制单元12001对蓄电池充放电控制单 元12003询问当前的充放电余力，并对可变负载单元12004询问当前的负载状态。另外，所谓充放电余力是表示是否能够进一步提高当前的充电等级或放电等级的 信息，在图10的充电等级中，当已经在100%充电等级下动作时，或者蓄电池为满充电状态 而无法进一步充电因此以0%充电等级动作的情况下，没有充电余力，在图11的放电等级 中，当已经在100%放电等级下动作时，或者蓄电池为放电状态而无法进一步放电因此以
放电等级动作的情况下，没有放电余力。所谓负载状态是表示可变负载单元1204当前 的负载量的信息。在测量电压为应抑制输出的值的情况下，利用蓄电池充放电控制单元12003朝增 加充电等级的方向进行充电控制。此时，如果蓄电池充放电控制单元12003没有充电余力 的情况下，不进行充电控制，而是对可变负载单元12004进行增加负载的控制。在测量电压不是应抑制输出的值的情况下，朝使可变负载单元12004的负载减少 的方向进行控制，在可变负载单元12004的负载状态为无负载状态的情况下，朝使蓄电池 充放电控制单元12003的放电等级增加的方向进行放电控制。但是，不言而喻，此时在没有 放电余力的情况下就维持现状。这样，根据本实施方式的电力转换单元12000，能够利用蓄电池充放电和可变负载 来获得发电抑制效果。图13是说明与第二实施方式有关的太阳光发电系统的图。与第一实施方式的不 同点在于具备以下单元售电电能调整单元1020，其在用户1(101’)中，输入售电电能测量 单元1016的售电电能、由发电抑制电能测量单元1015测量的发电抑制电能，并调整售电电 能；电能数据发送单元1019’，其输入购电电能和上述调整购电电能，并将其经由通信网络 106发送给电力数据中继站104’ ；以及电能测量单元110，其测量通过柱上变压器的电能， 并将电能经由通信网络106发送给电力数据中继站104’。在本实施方式的售电电能调整单元1020中，将发电抑制电能和售电电能相加得 到的电能作为一次调整售电电能发送给电力数据中继站104’。在电力数据中继站104’中，与柱上变压器108下的电力系统连接的用户的上述电 能数据和各柱上变压器的通过电能由电能数据接收单元1044’接收，并将每个用户的上述 电能保存到电能数据库1042’中。图14是表示电能数据库1042’的用户数据表的图。累积保存识别各用户的用户 ID、购电电能、一次调整售电电能、测量日期和时间。在图14所示的表中，示出针对每个月 累积电能的示例，存在5个用户，累积了 2009年8月和2009年9月测量的数据。图15是表示柱上变压器的通过电能数据表的图。在该表中累积保存识别柱上变 压器的柱上变压器ID、测量日期和时间、电能。在图15所示的表中，存在3台柱上变压器， 累积2009年8月和2009年9月测量的电力数据。
调整电能计算单元1041’参照电能数据库1042’的累积数据，利用预定的算法算 出最终调整售电电能。最终调整售电电能通过电能发送单元1043’经由通信网络107发送 给设置于电力数据合计中心105中的合计服务器1051。合计服务器根据合计得到的电能， 日后计算电力费用，对各用户索取。图16是表示最终调整售电电能的计算步骤的一个例子的图。首先，对计算对象 月的所有用户的一次调整售电电能的合计值Σ 1^1、以及售电电能的合计值Σ Pb进行计算 (步骤 16001)。在图16的示例中，2009年8月的一次调整售电电能的合计值ΣΡ8108 = 1400kwh， 售电电能的合计值Σ Pb08 = 1300kwh，2009年9月的一次调整售电电能的合计值Σ Psl09 =900kwh，售电电能的合计值Σ Pb09 = 1200kwh。接着，进行计算对象月的整体发电抑制电能的计算(步骤16002)。整体发电抑制电能ft·可以使用变压器通过电能和在步骤16001中计算出的合计 值来计算。即、可以通过变压器通过电能Pt加上从一次调整售电电能的合计值Σ Psl减去 售电电能的合计值Σ Pb而得到的值来获得。在图14的示例中，2009年8月的整体发电抑制电能= 500kwh，2009年9月 的整体发电抑制电能1^09 = 350kwh。接着，进行计算对象月的整体发电抑制率的计算(步骤1600；3)。整体发电抑制 率相当于在步骤16002中算出的整体发电抑制电能ft"相对于一次调整售电电能的合计值 Σ Psl的比例。在图14的示例中，2009年8月的整体发电抑制率大约为0.35(500/1400)， 2009年9月的整体发电抑制率大约为0. 39(350/900)。接着，进行计算对象月中的每个用户的调整售电电能的计算(步骤16004)。调整 售电电能是将各用户的一次调整售电电能削减了在步骤16003中算出的整体发电抑制率 的量而得到的电能。因此，当以图14的示例计算各用户的调整售电电能时，成为图14的调整售电电能 的列所示的数值。这与图4的结果一致。这样，根据本实施方式，可以在用户侧，计算售电电能、加上了抑制电能后的售电 电能(一次调整售电电能)以及根据变压通过电力计算调整售电电能，因此，存在能够削减 从各用户通信给中继站的数据量的优点。如以上说明的那样，根据本发明的实施方式，除了能够掌握来自各太阳光发电装 置的逆流电能之外，还能够掌握抑制电能。因此，能够掌握尽管本来能够发电但为了使系统 稳定化而抑制了输出的电能、即能够掌握售电机会损失量，能够将其作为对系统稳定化的 贡献度。并且，通过修正抑制电能，以抵偿各太阳光发电装置整体的售电机会损失量与各 个太阳光发电装置的售电机会损失的差分，由此，能够公平分配售电机会损失。并且，数据通信单元具备对逆流电能与向抑制电能乘以预定系数得到的值的合计 进行计算的单元，仅将上述合计值发送给系统管理装置，系统管理装置将上述合计值作为 逆流电能进行处理。由此，为了对系统稳定化有所贡献，将抑制了发电后的电力作为售电电 能进行加法计算，因此，能够将抑制了发电后的电能作为对系统稳定化有贡献的电能来评 价。
另外，在以上的示例中，对使用太阳光发电系统作为与商用电源连接的电源的示 例进行了说明，但也可以使用其它自然能量发电系统、例如风力发电系统、潮力发电系统。
权利要求
1.一种太阳光发电系统，其特征在于，该太阳光发电系统具备多个用户和调整电能计 算部，所述多个用户具备电力转换装置，该电力转换装置将来自太阳能电池板的直流输出转换为交流输出而对 电力系统供电；控制装置，该控制装置监视该电力转换装置的输出电压，通常以使得上述电力转换装 置产生最大输出的方式进行最大电力跟踪控制，当上述输出电压上升至预定值以上时，进 行输出抑制控制以抑制上述电力转换装置输出；以及测量器，该测量器对来自上述电力转换装置的售电电能、来自上述电力系统的购电电 能、以及抑制了上述输出的情况下的发电抑制电能进行测量， 所述调整电能计算部经由通信线路而与该多个用户连接，该调整电能计算部与实际的发电抑制量独立地计算使得多个用户的负担均等的发电 抑制量，并根据该计算结果计算各用户的售电电能。
2.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，上述发电抑制量作为最大发电电力与实际的输出值的差来计算。
3.根据权利要求2所述的太阳光发电系统，其特征在于，上述最大电力与实际的输出值作为预定期间中的积分值来计算。
4.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，该太阳光发电系统具备将上述发电抑制量的数据发送给上述调整电能计算部的发送部。
5.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，该太阳光发电系统具备日照传感器和存储器，该存储器中存储有对日照量不进行输出 抑制的情况下的发电电力，上述太阳光发电系统根据日照传感器的测量值推定不进行上述 输出抑制的情况下的能够输出的电力。
6.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，作为发电输出抑制部，具备能够进行控制的可变负载，通过上述可变负载消耗发电电 力，输出抑制后的发电电力。
7.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，其特征在于，作为发电输出抑制部，具备能够进行充放电的蓄电池，通过对上述蓄电池进行充电而 消耗发电电力，输出抑制后的发电电力。
8.根据权利要求7所述的太阳光发电系统，其特征在于，在不需要抑制发电输出的情况下，通过从上述蓄电池放电来提高发电电力。
9.根据权利要求7所述的太阳光发电系统，其特征在于， 通过太阳能电池板的输出直流电力来进行蓄电池的充电。
10.根据权利要求7所述的太阳光发电系统，其特征在于， 对太阳能电池板的输出直流电力加上蓄电池的放电。
11.一种使用自然能量的发电系统，其特征在于， 该发电系统具备多个用户和调整电能计算部， 所述多个用户具备电力转换装置，该电力转换装置将来自利用自然能量的发电系统的输出转换为商用交 流输出而对电力系统供电；控制装置，该控制装置监视该电力转换装置的输出电压，通常以使得上述电力转换装 置产生最大输出的方式进行最大电力跟踪控制，当上述输出电压上升至预定值以上时，进 行输出抑制控制以抑制上述电力转换装置输出；以及测量器，该测量器对来自上述电力转换装置的售电电能、来自上述电力系统的购电电 能、以及抑制了上述输出的情况下的发电抑制电能进行测量，所述调整电能计算部经由通信线路而与该多个用户连接，该调整电能计算部与实际的发电抑制量独立地计算使得多个用户的负担均等的发电 抑制量，并根据该计算结果计算各用户的售电电能。
12.一种电能运算装置，其特征在于，该电能运算装置具有输入来自各用户的太阳光发电量的抑制量和售电电能的输入 部；以及售电电力计算部，根据上述抑制量和上述售电电能来计算各用户的售电电能。
13.一种电能运算方法，在该电能运算方法中，输入来自各用户的太阳光发电量的抑制 量和售电电能，并根据上述抑制量和上述售电电能来计算各用户的售电电能。
全文摘要
本发明提供使用自然能量的发电系统、电能运算装置、方法，具备多个用户，具备电力转换装置，转换自太阳能电池板的直流输出为交流输出供电给电力系统；控制装置，监视电力转换装置的输出电压，最大电力跟踪控制以使电力转换装置产生最大输出，输出电压上升至预定值以上时，输出抑制控制以抑制电力转换装置输出；测量器，测量售电电能、购电电能及抑制了输出的情况下发电抑制电能，调整电能计算部，经通信线路与多个用户连接，调整电能计算部与实际发电抑制量独立地计算使得多个用户的负担均等的发电抑制量，根据计算结果计算各用户售电电能。由此能够评价太阳光发电系统的发电输出抑制对系统稳定化的贡献，可公平地分配售电机会损失。
文档编号H02J7/00GK102104250SQ20101059312
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月21日
发明者富田民则, 富田泰志, 渡边雅浩 申请人:株式会社日立制作所
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