JP2012204571A - 発電システム監視装置およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】発電システムの異常を検出する。
【解決手段】本発明の実施形態としての発電システム監視装置は、発電装置と、前記発電装置による発電電力を計測して第1電力量測定値を得る第1計測装置と、前記発電装置による発電電力を計測して第2電力量測定値を得る第2計測装置とを含む発電システムに対するものである。本発電システム監視装置は、発電状態判定部と、計測情報取得部と、システム状態判定部とを備える。前記発電状態判定部は、前記発電装置が発電中であるか否かを判定する。前記計測情報取得部は、前記発電状態判定部により前記発電装置が発電停止中であると判定されたとき、前記発電システムから、前記第1計測装置による前記第1電力量計測値、前記第2計測装置による前記第2電力量計測値をそれぞれ取得する。前記システム状態判定部は、前記第1電力量計測値および前記第2電力量計測値を互いに比較することにより、前記第1計測装置に異常があるか否かを判定する。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、太陽光発電システムなどの発電システムのための発電システム監視装置およびコンピュータプログラムに関する。

従来、発電システムにおける太陽電池が発電した電力に、所定以上の変化があった場合に太陽電池に異常が発生したと判断し、そのような変化が無い場合は正常と判断する監視装置が知られている。当該監視装置で異常が検出されると、表示装置を使って、その旨を表示する。

特開2006−310780号公報

しかし、発電システムにおいて、太陽発電が発電した電力データを記録するメモリ部や、発電データを演算する処理部が故障している場合、監視装置は太陽電池の状態を正しく判定することができない。例えば、太陽電池の発電量が所定以上の変化をしていたとしても、発電データが正しく記録されていなければ、異常状態の判定ができない。この場合、メモリ部や処理部の故障を検出して、置換又は修理等の対応を早期に行うことが必要である。

本発明は、発電システムの異常を検出できるようにした発電システム監視装置およびコンピュータプログラムを提供する。

本発明の実施形態としての発電システム監視装置は、発電装置と、前記発電装置による発電電力を計測して第1電力量測定値を得る第1計測装置と、前記発電装置による発電電力を計測して第2電力量測定値を得る第2計測装置とを含む発電システムに対するものである。

本発電システム監視装置は、発電状態判定部と、計測情報取得部と、システム状態判定部とを備える。

前記発電状態判定部は、前記発電装置が発電中であるか否かを判定する。

前記計測情報取得部は、前記発電状態判定部により前記発電装置が発電停止中であると判定されたとき、前記発電システムから、前記第1計測装置により計測された前記第1電力量計測値、前記第2計測装置により計測された前記第2電力量計測値をそれぞれ取得する。

前記システム状態判定部は、前記第1電力量計測値と前記第2電力量計測値とを比較することにより、前記第1計測装置に異常があるか否かを判定する。

実施形態1に係わる発電監視システムの全体構成を示す概観図である。 実施形態1の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態1のシーケンス図である。 実施形態1に係る発電システム監視装置の構成図である。 実施形態2のシーケンス図である。 実施形態3のシーケンス図である。 実施形態4に係わる発電監視システムの全体構成を示す概観図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

（実施形態1）
図1に、実施形態1に係る発電システム監視装置を備えた発電監視システムの全体構成を示す。

発電システム100は、発電装置101と電力変換装置（第1計測装置）102、電力量計（第2計測装置）103から構成される。発電システム100は、たとえばユーザの生活する家屋や、企業ビル等に配置される。電力量計103は日本電気計器検定所等の検定に合格した、課金に使用できる電力量計とする。本例では発電装置として太陽電池パネルを使用しているが、風力発電機や蓄電池などでもよい。

太陽電池パネル101と電力変換装置102間、電力変換装置102と電力量計103間、および電力量計103と上位の電力システム104間はそれぞれ電気的に接続している。

また、発電システム監視装置105と電力変換装置102、電力量計103はそれぞれ、情報ネットワーク106に接続されている。発電システム監視装置105は、情報ネットワーク106を介して、電力変換装置102および電力量計103と通信可能である。情報ネットワーク106はインターネットや電話網などの大規模ネットワークでもよいし、ホームネットワークのような小規模ネットワークでもよい。

太陽電池パネル101は、電力を直流で発生させ、発生させた直流電力を接続110側に流す。

電力変換装置102は接続110から得た直流電力を交流電力に変換し、交流電力を接続120側に流す。また、電力変換装置102は、接続120に流した交流電力を計測し、電力量計測値（第1電力量計測値）を得る。電力量計測値は、接続120に流した交流電力量を特定できる値であればどのようなものでも良く、ここでは積算電力量とする。積算電力量以外の値としては、たとえば時間平均値を用いてもよい。電力変換装置102の計測は、一定期間毎に、または外部から指定される所定のタイミングで、リセットされてもよい。

電力量計103は、接続120から得た交流電力を受け、受けた交流電力を計測して、電力量計測値（第2電力量計測値）を得る。電力量計測値は、接続120から受けた交流電力量を特定できる値であればどのようなものでもよく、ここでは積算電力量とする。積算電力量以外の値としては、たとえば時間平均値を用いてもよい。電力量計103は、計測後、交流電力を、接続130側に流す。なお、電力量計103の計測は、電力変換装置102と同様、一定期間毎に、または外部から指定される所定のタイミングで、リセットされてもよい。

電力変換装置102は、情報ネットワーク106を介して、発電システム監視装置105に発電状態情報141を通知する。発電状態情報141は、現在太陽電池パネル101が発電中か否かを示す情報である。太陽電池パネル101が発電中であるか否かの判断方法として、電力変換装置102に対して太陽電池パネル101から入力される直流がゼロのときを発電していないと判断し、ゼロより大きいときを発電していると判断してもよい。または、電力変換装置102が、太陽電池パネル101から発電しているか否かを示す値を受け取り、この値に基づいて、発電中か否かを判断してもよい。発電システム監視装置105への通知タイミングは、発電システム監視装置105から発電状態情報リクエストを受けたときでもよいし、太陽電池パネル101の発電状態が変化（発電中→発電停止、または発電停止→発電開始）したときに、自発的に送信してもよい。

また、電力変換装置102は、情報ネットワーク106を介して、発電システム監視装置105から計測情報リクエストを受けると、発電システム監視装置105に計測情報140を通知する。計測情報140は、少なくとも電力変換装置102で計測された最新の電力量計測値を含む。計測情報140にさらに、直流電力の計測値、電圧値、電流値を含めても良い。

電力量計103は、情報ネットワーク106を介して、発電システム監視装置105から計測情報リクエストを受けると、発電システム監視装置105に計測情報150を通知する。計測情報150は、少なくとも電力量計103で計測された最新の電力量計測値を含む。計測情報150に、電圧値、電流値を含めてもよい。

発電システム監視装置105では、発電状態情報141を電力変換装置102から取得し、取得した発電状態情報141に基づき、発電装置101が発電停止中か否かを判定する。発電停止中のとき、電力変換装置102および電力量計103からそれぞれ計測情報140および計測情報150を取得し、計測情報140および計測情報150にそれぞれ含まれる積算電力量を比較し、これにより、電力量変換装置102に異常があるか否かを判定する。電力量変換装置102が正常なときは、少なくとも計測情報140に含まれる電流値または電圧値に基づき、発電装置101の異常判定も行う。

一般に、課金に使用できる電力量計は計測精度が高く、信頼性が高い。そこで、発電システム監視装置が、電力変換装置と電力量計からそれぞれ計測情報を取得し、各計測情報にそれぞれ含まれる電力量計測値（ここでは積算電力量）を比較することで、電力変換装置の状態を判定することができる。つまり、積算電力量の差が所定の範囲内ならば電力変換装置は正常と判断し、積算電力量の差が所定の範囲外ならば、電力変換装置は異常と判断できる。

しかしながら、通常、積算電力量の比較を適正に行うためには、各計測情報に、それぞれ積算電力量と共に、その値が計測された時刻を含め、同一時刻（計測に時間差があるときはその差だけずらした時刻）での値を用いる必要がある。このためには、電力変換装置102と電力量計103内の時計を、同期させる必要がある。特に、太陽電池パネルの発電量は、日射量等により急激に変化する場合があることを考慮すると、計測情報140と計測情報150の間で、高精度の時刻同期処理が必須になる。しかしながら、高精度の時刻同期処理を実現するためには、高い実装コストがかかる問題がある。

そこで、本実施形態では、発電装置の発電停止を検出し、発電停止後に電力変換装置102および電力量計103から取得した最新の電力量計測値を比較する。これにより、電力変換装置102および電力量計103間の時刻同期処理を行うことなく、電力変換装置102の異常判定を行うことを可能とする。

以下、発電システム監視装置105による動作の詳細を説明する。

図 2は、発電システム監視装置105の動作手順を示すフローチャートである。

発電システム監視装置105が発電システム状態判定処理を開始すると（S201）、発電システム監視装置105は、発電状態情報リクエストを送信することにより、電力変換装置102から発電状態情報141を取得する。

発電状態情報141には、少なくとも太陽電池パネル101が現在発電しているか否かの情報が含まれており、発電システム監視装置105は発電状態情報141を参照し、太陽電池パネル101が現在発電停止中か否かを判定する（S203）。

S203の結果、発電停止中ではないと判定した場合、つまり発電している場合は、発電システム状態判定処理を終了する（S213）。

S203の結果、発電停止中だと判定した場合、発電システム監視装置105は、計測情報リクエストを送信することにより、電力変換装置102から計測情報140を取得する（S204）。

次に、発電システム監視装置105は、計測情報リクエストを送信することにより、電力量計105から計測情報150を取得する（S205）。

そして、発電システム監視装置105は、計測情報140に含まれる積算電力量と、計測情報150に含まれる積算電力量を比較する（S206）。

S206比較の結果、積算電力量（総発電電力量）の値の差が所定の範囲内ではない場合(S207のno)、つまり、総発電電力量の値の差が所定の範囲外の場合は、電力変換装置102に異常があると判定する（S208）。そして、電力変換装置102に運転停止メッセージを通知し（S212）し、発電システム状態判定処理を終了する（S213）。

S206比較の結果、総発電電力量の値の差が所定の範囲内の場合(S207のyes)、電力変換装置102は正常だと判定（S209）し、計測情報140に含まれる直流電力値、電圧値または電流値に基づき、電力品質の評価や、発電装置101の定格出力を満たすかの判断等を行い、発電装置（太陽電池パネル）101の異常判定を行う（S210）。

S210の結果、発電装置（太陽電池パネル）101が異常だと判定された場合、電力変換装置102に運転停止メッセージを通知し（S212）し、発電システム状態判定処理を終了する（S213）。

S210の結果、発電装置101が正常だと判定された場合、発電システム状態判定処理は終了する（S213）。

発電システム状態判定処理の結果、電力変換装置102または発電装置101が異常だと判定された場合、電力変換装置102の運転を停止させるだけでなく、発電装置101の回路の遮断命令や、外部への通知等、事故防止のための異常時処理をしてもよい。

図 3に発電システム監視装置105と、電力変換装置102および電力量計103との間の通信シーケンスを示す。

まず、発電システム監視装置105が、電力変換装置102に、発電状態情報リクエストを送信する（S401）。

電力変換装置102は発電状態情報リクエストを受信すると、発電状態情報を発電システム監視装置105に送信する（S402）。

発電装置が発電中であることを示す発電状態情報がS402で送信された場合、発電状態情報を受信した発電システム監視装置105は、所定の期間を空けて発電状態情報リクエストを電力変換装置102に送信する（S403）。

S402と同様に、電力変換装置102は、発電状態情報リクエストを受信すると、発電状態情報を発電システム監視装置105に送信する（S404）。

発電装置が発電停止中であることを示す発電状態情報がS404で送信された場合、発電システム監視装置105は、発電装置101が現在発電をしていないと判定する。そして、計測情報リクエストを、電力変換装置102と電力量計103に送信する（S405）。

計測情報リクエストを受信した電力変換装置102と電力量計103は、それぞれ計測情報140と計測情報150を発電システム監視装置105に送信する（S406, S407）。発電システム監視装置105は、計測情報140と計測情報150を受信すると、発電システム100の状態判定を行う。

図 3では電力変換装置102は、発電状態情報リクエストを受信してから発電状態情報を送信する例を示したが、発電状態が変化（発電→発電停止、または発電停止→発電）した際に、自発的に発電状態情報を送信してもよい。

また、図 3において発電システム監視装置105は、発電停止を示す発電状態情報を受信した直後に計測情報リクエストを送信しているが、発電停止を示す発電状態情報を所定の回数連続で受信してから（すなわち発電停止状態が安定したのを確認してから）、計測情報リクエストを送信してもよい。

図 4に発電システム監視装置105の構成を示す。

発電システム監視装置105は、通信部301、発電状態情報取得部302、計測情報取得部303、発電状態判定部304、そしてシステム状態判定部305を備える。

通信部301は、情報ネットワーク106に接続された電力変換装置102と電力量計103との通信を行う。

発電状態情報取得部302は、通信部301を介して電力変換装置102に発電状態情報リクエストを送信し、電力変換装置102から発電状態情報を取得する。

計測情報取得部303は、通信部301を介して電力変換装置102と電力量計103に計測情報リクエストを送信し、それぞれから計測情報を取得する。

発電状態判定部304は、発電状態判定部304が取得した発電状態情報から、発電装置（太陽電池パネル101）が発電しているか否かを判定する。発電装置101が発電していないと判定すると、発電状態判定部304は、計測情報取得部303に、電力変換装置102および電力量計103からの計測情報の取得を指示する。

システム状態判定部305は、計測情報取得部303が取得した電力変換装置102と電力量計103の各計測情報から、電力変換装置102および発電装置101の異常判定を行う。

以上、本実施形態によれば、時刻同期機構無しに、電力変換装置および発電装置の異常を検出できる。

（実施形態2）
実施形態2は、実施形態1のS211において、電力変換装置101が正常だと判定された場合に、電力変換装置102の電力量計測値の補正を行うことを特徴とする。具体的には、電力変換装置102で得られた電力量計測値を、電力量計103で得られた電力量計測値に一致させる。

図 5に実施形態2のシーケンス図を示す。S401〜S407は図3と同一であり、S501が新たに追加されている。

発電システム監視装置105は、S406とS407により取得した計測情報140と計測情報150から電力変換装置102が正常だと判定すると、電力変換装置102に補正メッセージを送信する。補正メッセージには、電力量計103から取得した計測情報150に含まれる電力量計測値、または、計測情報150と計測情報140に含まれる各電力量計測値の差分を含める。

電力変換装置102は、自身の電力量計測値を、補正メッセージに含まれる値により補正する。すなわち、補正メッセージに電力量計103の電力量計測値が含まれるときは、当該補正メッセージに含まれる電力量計103の電力量計測値によって、自身の電力量計測値を上書きする。また、補正メッセージに上記差分が含まれるときは、自身の電力量計測値に、当該補正メッセージに含まれる差分を加算する。

このようにして、本実施形態では、電力変換装置102の計測誤差を補正する。たとえば電力変換装置102にユーザが表示装置を接続して、電力変換装置102の計測値（積算電力量）を表示することにより、発電装置の発電量を確認したい場合を想定する。この場合、計測誤差があると（大きいと）、ユーザが発電電力を電力会社に売却するような場合、期待する収入が、実際と大きく異なることとなり、本システムの信頼性に欠ける。また、図2のS208での異常判定に影響が出てしまう可能性もある。また、この誤差は、時間がたつにつれて、蓄積され、大きくなる。

そこで、本実施形態では、信頼性のある正確な電力量計103の計測値に一致させることで、電力変換装置102の計測値を補正し、常に精度の高いデータ表示、または精度の高い異常判定を、行うことが可能にする。

（実施形態3）
実施形態3は、実施形態1の図2のS203において、発電装置101が発電していると判定された場合に、発電システム100に対し発電停止メッセージを送信して、強制的に発電を停止させるものである。

図 6に実施形態3の手順を示す。図 2との違いは2点ある。

1点目はS203で発電停止中でない（no）と判断された場合に電力変換装置102に、発電停止を指示する（S601）点である。すなわち発電停止メッセージを電力変換装置102に送信する。発電停止メッセージの送信は、発電停止送信部が行うものとし、発電停止送信部は、発電状態情報取得部302または発電状態判定部304に組み込まれても良いし、独立したブロックとして存在してもよい。電力変換装置102では発電の停止指示を受けると、発電装置101を停止させる。

S601の後、再びS202で発電状態情報を取得して、S203で発電状態の判定を行う。発電装置101が発電を停止するまで、S202とS203とS601を繰り返す。なお、S601の処理により発電システム100の発電停止が確実に見込まれる場合には、S601の後、S202に戻ることなく、S204に進むことも可能である。

2点目は、S211で発電装置101が正常と判定された場合に、電力変換装置102に発電を指示する（S602）点である。発電指示を受けた電力変換装置102は、発電装置101の発電を再開させる。

（実施形態4）
図7に、実施形態4に係る発電監視システムの全体構成を示す。図1と異なる点は、発電システムを管理する発電システムメンテナンスサーバ107が追加された点である。発電システムメンテナンスサーバ107は、たとえば電力変換装置102または発電装置101のメンテナンス会社に配置される。

実施形態1の図2では、S212において、発電システム監視装置105は電力変換装置102に運転停止を指示した。実施形態4では、これに加えて、発電システム監視装置105が、発電システムメンテナンスサーバ107に、電力変換装置102の異常（S208で電力変換装置が異常と判定されたとき）、または発電装置101の異常（S210で発電装置が異常と判定されたとき）を示す異常通知メッセージを通知する。

発電システムメンテナンスサーバ107に異常通知メッセージが通知されると、メンテナンス会社の保守員が、発電システム100のユーザ等に連絡を取った上、点検・修正・置換等のメンテナンス作業を行う。これにより速やかな復旧が可能になるとともに、ユーザは、自らメンテナンス会社に連絡を取る必要ないため、負担の少ない仕組みを実現できる。

なお、以上に説明した実施形態における発電システム監視装置105は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、発電システム監視装置105における通信部301、発電状態情報取得部302、計測情報取得部303、発電状態判定部304、システム状態判定部305、発電停止送信部は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、発電システム監視装置105は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。

Claims (10)

1. 発電装置と、前記発電装置による発電電力を計測して第1電力量測定値を得る第1計測装置と、前記発電装置による発電電力を計測して第2電力量測定値を得る第2計測装置とを含む発電システムに対する発電システム監視装置であって、
   前記発電装置が発電中であるか否かを判定する発電状態判定部と、
   前記発電状態判定部により前記発電装置が発電停止中であると判定されたとき、前記発電システムから、前記第1計測装置により計測された第1電力量計測値、前記第2計測装置により計測された第2電力量計測値をそれぞれ取得する計測情報取得部と、
   前記第1電力量計測値と前記第2電力量計測値とを比較することにより、前記第1計測装置に異常があるか否かを判定するシステム状態判定部と、
   を備えた発電システム監視装置。
2. 前記第1計測装置は、前記発電電力を直流から交流に変換し、変換後の交流電力に基づき前記第1電力量測定値を計算する、電力変換装置であり、
   前記第2計測装置は、前記第1計測装置により変換された交流電力に基づき前記第2電力量測定値を計算し、前記交流電力を外部の電力システムに供給する、電力量計である
   ことを特徴とする請求項1に記載の発電システム監視装置。
3. 前記システム状態判定部は、前記第1計測装置に異常があるとき、前記第1計測装置の運転停止を指示する運転停止メッセージを前記発電システムに送信する
   ことを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム監視装置。
4. 前記システム状態判定部は、前記第1計測装置に異常があるとき、前記発電システムを管理する発電システムメンテナンスサーバに、前記第1計測装置の異常通知メッセージを送信する
   ことを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム監視装置。
5. 前記第1電力量測定値および前記第2電力量測定値はそれぞれ、前記発電電力の積算電力量である、
   ことを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム監視装置。
6. 前記システム状態判定部は、前記第1計測装置が正常であると判定されたとき、前記第2電力量測定値、または前記第1電力量測定値と前記第2電力量測定値との差分値、を含む補正メッセージを、前記発電システムにおける前記第1計測装置に送信する
   ことを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム監視装置。
7. 前記発電装置が発電中であるか否かを示す発電状態情報を前記発電システムから取得する発電状態情報取得部をさらに備え、
   前記発電状態判定部は、前記発電状態情報に基づき、前記発電装置が発電中か否かを判定する
   ことを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム監視装置。
8. 前記計測情報取得部は、計測情報リクエストを送信することにより、前記発電システムから前記第1電力量測定値および前記第2電力量測定値を取得する
   ことを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム監視装置。
9. 前記発電装置の発電停止を指示する発電停止メッセージを、前記発電システムに送信する発電停止送信部をさらに備え、
   前記発電状態判定部は、前記発電停止送信部により前記発電停止メッセージが送信された後、前記発電装置が発電中か否かの検査を行う
   ことを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム監視装置。
10. 発電装置と、前記発電装置による発電電力を計測して第1電力量測定値を得る第1計測装置と、前記発電装置による発電電力を計測して第2電力量測定値を得る第2計測装置とを含む発電システムを監視するためのコンピュータプログラムであって、
    前記発電装置が発電中であるか否かを判定する発電状態判定ステップと、
    前記発電状態判定ステップにより前記発電装置が発電停止中であると判定されたとき、前記発電システムから、前記第1計測装置により計測された前記第1電力量計測値、前記第2計測装置により計測された前記第2電力量計測値をそれぞれ取得する計測情報取得ステップと、
    前記第1電力量計測値と前記第2電力量計測値とを比較することにより、前記第1計測装置に異常があるか否かを判定するシステム状態判定ステップと、
    コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。

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