CN112602246B - 电力通信融合网络系统以及电力通信融合网络系统中的控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种包括多个无线基站和属于各无线基站所形成的小区的直流电网组在内的电力通信融合网络系统，直流电网组中的各直流电网具有直流电力线，该直流电力线连接有包括发电设备以及蓄电设备在内的多个电力设备，该各直流电网基于通过无线通信在电力设备之间进行交换的各电力设备的状态信息，实施用于抑制直流电力线中的电力的时间波动的第一控制，在多个直流电网所属的小区中，多个直流电网中的第一直流电网基于通过无线通信在直流电网之间进行交换的各直流电网的状态信息，实施用于与第二直流电网之间互换电力的第二控制，属于第一小区的第一直流电网组在第一直流电网组以及属于第二小区的第二直流电网组的电力状况满足了预先设定的第一条件时，实施用于在第一直流电网组与第二直流电网组之间互换电力的第三控制。

Description

电力通信融合网络系统以及电力通信融合网络系统中的控制 方法
技术领域
本发明涉及电力通信融合网络系统以及电力通信融合网络系统中的控制方法。
背景技术
Society5.0高度地融合了CPS(Cyber Physical System，信息物理系统)的赛博空间(Cyberspace)和物理空间(Physical space)，而对于实现该Society5.0的智慧型城市(Smart city)和紧凑型城市(Compact city)而言，期待着这些城市在实现都市、地区具有的功能、服务的效率化以及高度化的同时，能使应以脱碳等的社会为目标的课题的解决、和伴随着数字化转型、订阅(subscription)所引起的产业结构的变革的经济发展这两者并存。
此外，以考虑到环境(Environment)、社会(Social)、管理(Governance)这3要素的投资(ESG投资)的增加、2015年9月的联合国首脑会议中“用于可持续发展的2030议程”(可持续发展目标(SDGs))的通过等为背景，宣布了仅使用可再生的能源而进行商业运营的企业能够参加的RE100(Renewable Energy100％)的加盟数也正在增加。
世界的智慧型城市市场被推断为2010年到2030年这20年间达到累计3100兆日元的规模，成为其核心的能源相关市场中，预期涉及智能电网(smart grid)为约720兆日元，涉及EV(Electric Vehicle，电动车)等的下一代机动车为约310兆日元，涉及可再生能源为约380兆日元这样的市场规模。因此，多个国家、地区推进智慧型城市化计划，其中的一部分已经开始运行。
下述的专利文献1中提出了将包括太阳能发电、风力发电、蓄电池以及电力用蓄电系统在内的分布式电源、包括EV以及充电站在内的社会基础设施、HEMS(Home EnergyManagement System，家庭能源管理系统)以及BEMS(Building Energy ManagementSystem，建筑能源管理系统)、发电站通过通信网以及电网相互连接的系统。特别是，该专利文献1中提出了经由光通信网络将各种基础设施与云计算系统连接，通过SCMS(SmartCommunity Management System，智能社区管理系统)集中控制社会基础设施的社会基础设施控制系统。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/172088号
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，在如上述的社会基础设施控制系统那样大规模的电网中，电力网络以及信息通信网络的创设成本以及运营成本高，在此基础上，存在由于自然灾害等所引起的损害规模容易变大，并且其恢复原状所涉及的期间长期化的悬念。此外，在社会基础设施那样的大规模系统中，仅通过自主分布式协同控制难以最优化系统，需要与整体最优化的构造进行协作，但在对社会基础设施的韧性(resilience)进行强化的基础上使两者如何协作成为课题。
鉴于上述课题，根据本发明的一个观点，本发明的目的在于提供一种电力网络与信息通信网络互相补充而使两者融合以实现基于上述协作的韧性的强化的电力通信融合网络系统及其控制方法。
用于解决技术问题的技术方案
根据本发明的一个技术方案，提供包括多个无线基站和属于各无线基站所形成的小区的直流电网组在内的电力通信融合网络系统。直流电网组中的各直流电网具有直流电力线，该直流电力线连接有包括发电设备以及蓄电设备在内的多个电力设备，基于通过无线通信在电力设备之间进行交换的各电力设备的状态信息，实施用于抑制直流电力线中的电力的时间波动的第一控制。在多个直流电网所属的小区中，多个直流电网中的第一直流电网基于通过无线通信在直流电网之间进行交换的各直流电网的状态信息，实施用于与第二直流电网之间互换电力的第二控制。属于第一小区的第一直流电网组在第一直流电网组以及属于第二小区的第二直流电网组的电力状况满足了预先设定的第一条件时，实施用于在第一直流电网组与第二直流电网组之间互换电力的第三控制。
发明效果
根据本发明，能够实现韧性的强化。
附图说明
图1为用于对实施方式涉及的电力通信融合网络系统的系统结构进行说明的示意图。
图2为用于对实施方式涉及的基站的结构进行说明的示意图。
图3为用于对实施方式涉及的直流电网的可扩展性进行说明的图。
图4为用于对实施方式涉及的云系统的功能进行说明的框图。
图5为用于对实施方式涉及的自主分布式协同控制以及整体最优化控制的流程进行说明的流程图。
图6为表示了实施方式涉及的生存优先级表的例子的图表。
图7为用于对实施方式涉及的电力通信网络模型的例子以及整体最优化控制进行说明的图。
图8为表示了实施方式涉及的状态信息以及整体控制参数的例子的图表。
图9为用于对用于控制直流电网的控制设备、用于控制电力互换门的控制设备、MEC服务器以及能够实现云系统的功能的计算机的硬件进行说明的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，存在针对本说明书以及图面中实质上具有相同的功能的要素，通过赋予相同的附图标记而省略重复说明的情况。
首先，在对本发明的实施方式进行说明之前，对实现智慧型城市和紧凑型城市的基础上应解决的课题进行描述。
在通过有效利用AI(Artificial Intelligence，人工智能)、大数据、IoT(Internet of Things，物联网)而技术革新迅速地进行了进展的ICT(Information andCommunication Technology，信息通讯技术)领域中，向数据中心的通信量(Traffic)集中所引起的信息处理的负荷增大成为课题。此外，伴随着信息处理的负荷增大的电力消耗量的急增也为严峻的课题。针对这样的课题，在5G(第五代移动通信系统)、B5G(Beyond 5G)中，预计在对来自终端的访问进行汇集的基站(Edge)中导入能够处理信息的MEC(MobileEdge Computing，移动边缘计算)。
在5G、B5G的系统中，通过多个基站和从各基站伸出的多个天线组构筑无线网络。例如，在各基站设置有多个BBU(Base Band Unit，基带单元)，利用与各BBU连接的RRH(Remote Radio Head，射频拉远头)的天线组来形成覆盖各终端的宏小区(macrocell)。各RRH形成小小区(small cell)(纳米小区、微微小区、毫微微小区等)，通过小小区的集合来构成宏小区。在上述那样的系统中，对于分散配置在较大区域的基站以及天线组，如何供电成为课题。
在电力领域中，从对环境问题的考虑、韧性的强化的观点出发，与现有的电力系统之间的协作也被纳入视野，并且从面向利用了可再生能源的分布式能源系统的实现的各种观点出发而进行着研究开发。例如，已经进行了将可再生能源纳入到电力系统为目的的虚拟发电站的验证实验、由直流的电力线(DC线)形成的小规模的电网(直流电网)的验证实验。其中，伴随着从现有的电力系统向直流电网的电力供给时、直流电网之间的电力互换时的AC/DC转换的电力损失成为课题。
为了对导入了ICT、EV、ZEH(Zero Emission House)、ZEB(Zero EmissionBuilding)的住宅区、办公区供电，需要与这些不同的电力供需特性相对应的直流电网。然而，由数据中心将需要这样的复杂的控制的直流电网组统一地进行最优化这一点在现实中是不可能的。因此，如何实现电力供需特性不同的直流电网组的最优化也成为课题。
此外，在实现智慧型城市和紧凑型城市的基础上，如何有效地使用作为人、物体的移动手段或者能用作可移动的蓄电池的可利用EV也是课题。关于EV的有效利用，最近正在研究导入MaaS(Mobility as a Services，移动作为服务)的概念来使EV与直流电网组协作的构造。通过有效利用EV，可以预期对直流电网的供电、托运能力的提高，另一方面，充电站的高电压以及高电力所引起的EV的迅速充电使直流电网产生急剧的电力负荷波动。因此，用于保证向与直流电网连接的其他设备的稳定的电力供给的有源的电力负荷控制技术成为必要。
<1.电力通信融合网络系统的系统结构>
针对上述那样的各种课题，在本发明的实施方式中，提出提供用于实现智慧型城市和紧凑型城市的电力通信基础设施的电力通信融合网络系统。该电力通信融合网络系统兼具较高的韧性并且实现能够节约且有效地运用的新的网络基础设施，能够大量导入节约型的可再生能源，并且有助于创建对都市、地区的功能以及服务的效率化、高度化、产业构造的变化而能够迅速且灵活地应对的都市OS(Operating System，操作系统)。
首先，参照图1，对实施方式所涉及的电力通信融合网络系统的系统结构进行说明。图1为用于对实施方式所涉及的电力通信融合网络系统的系统结构进行说明的示意图。需要说明的是，图1所示的电力通信融合网络系统PCD为实施方式所涉及的电力通信融合网络系统的一例。
电力通信融合网络系统PCS包括多个基站和属于各基站所形成的小区的直流电网组。图1的例子中，电力通信融合网络系统PCS包括基站BS1、BS2、BS3。BS1、BS2、BS3也可为与5G、B5G的高速大容量无线通信网络等对应的无线基站或者容纳无线基站的设施。为了简单地进行说明而将基站的数目设为3，但在电力通信融合网络系统PCS中包括的基站的数目也可为3以外。BS1、BS2、BS3分别形成小区CELL1、CELL2、CELL3。CELL1、CELL2、CELL3也可为分别覆盖几公里直径的宏小区。
在图1的例子中，CELL1覆盖包括直流电网gDC11、gDC12、gDC13在内的直流电网组。小区CELL2覆盖包括直流电网gDC21、gDC22、gDC23在内的直流电网组。小区CELL3覆盖包括直流电网gDC31、gDC32、gDC33在内的直流电网组。图1的例子中，用虚线的椭圆示意性地示出CELL1、CELL2、CELL3的覆盖区域。为了简单地进行说明而将被各小区覆盖的直流电网的数目设为3，但由各小区覆盖的直流电网的数目也可为除了3以外的数目。
直流电网组中的各直流电网具有包括发电设备以及蓄电设备在内的多个电力设备被连接的直流电力线(以下称为DC线)。在图1的例子中，用实线的椭圆示意性地表示DC线。电力消耗设备也与DC线连接。发电设备也可为太阳能发电设备、风力发电设备、地热发电等可再生能源。蓄电设备也可为由一个以上的蓄电池形成的电池单元。此外，BEV(Battery Electric Vehicle，电池电动车)、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，插电式混合动力车)等电动车辆也能用作蓄电设备。电力消耗设备也可为用于对ZEH、ZEB等的居住环境、空调、冰箱等的电器用品、电动车辆进行充电的充电站等。
各直流电网基于通过无线通信在电力设备间被交换的各电力设备的状态信息，实施用于对DC线中的电力的时间波动进行抑制的第一控制。此外，在多个直流电网所属的小区中，多个直流电网中第一直流电网基于通过无线通信在直流电网之间被交换的各直流电网的状态信息，实施用于在与第二直流电网之间互换电力的第二控制。
各基站具有MEC服务器。例如，基站BS1、BS2、BS3分别具有MEC服务器MEC1、MEC2、MEC3。MEC1、MEC2、MEC3分别具有相对应的DC电网内外中的信息收集、传达功能。
DC电网内的各电力设备利用MEC服务器的信息收集、传达功能，能够掌握自身的发电/蓄电/电力消耗的状况、以正常动作时的状态为基准的当前的状态，基于该状况、状态能够掌握对其他设备的供电请求、蓄电请求等各种请求。此外，DC电网内的各电力设备利用MEC服务器的信息收集、传达功能，能够掌握其他设备中的发电/蓄电/电力消耗的状况、以正常动作时的状态为基准的现在的状态，基于该状况、状态能够掌握对其他设备的供电请求、蓄电请求等各种请求。
此外，直流电网内的各电力设备预先保持有对用于自主控制的规则进行了规定的控制信息，根据该规则确定接下来的时间步骤中的自身的动作。由各电力设备所保持的控制信息示出的规则规定有如下动作(action)，即为了按照电力接收供给所引起的自身的状态变化企图DC线中的电力的平滑化而通过自身的判断应采取的动作。通过各电力设备根据该规则而自主地进行动作，从而各直流电网能够实现基于自主分布控制(第一控制)的DC线的电力平滑化。需要说明的是，关于直流电网内的控制方法，并不限于基于在此所述的规则的控制方法，例如，能适用反馈控制等的各种控制方法。在某直流电网中产生了电力不足的情况下，如果相邻的直流电网的电力有富余，则从该相邻的直流电网互换电力，但被互换的电力在直流电网内如何被控制这一点能够任意地决定。
直流电网中，发电能力、发电状态、蓄电能力、蓄电状态以及电力负荷时时刻刻地产生波动。但是，通过实施上述的自主分布控制，能够抵消这些波动，能够实现电力供需的稳定化。在上述的实施方式中，经由MEC服务器实现设备间的信息共享。各设备也可根据预先设定的自主控制的规则而通过自身的判断，能够确定接下来的时间步骤中的发电量、蓄电量、电力消耗量以及对DC线的连接/非连接等的状态。此外，也可适用反馈控制等其他控制方法来控制直流电网内的电力。由此，能够自主分布协调地实现电力供需的平滑化。
此外，即使在一个MEC服务器进行管理的区域(与上述的小区对应的区域)内配置的多个直流电网之间也进行介由MEC服务器的信息共享。这样，通过在直流电网之间共享信息从而能进行直流电网之间的电力互换以及自主分布控制(第二控制)。直流电网之间的电力互换能够经由连接直流电网彼此的电力互换门(gate)而被实施。例如，CELL1内设置有将gDC11和gDC12相连的电力互换门A1以及将gDC11和gDC13相连的电力互换门B1。电力互换门A1、B1能够控制在直流电网之间被互换的电力量及其方向。通过实现跨越了直流电网的自主分散控制，从而能够实现一个MEC服务器进行管理的区域内的电力供需的平滑化。
此外，也进行MEC服务器之间的信息共享。例如，由于在位于附近的MEC服务器之间收纳于能允许通信迟延的足够小的范围，因而能进行较低的延迟的信息共享。因此，即使在配置于相邻的地区的基站的直流电网之间也能通过自主分布控制实现电力供需的平滑化。例如，CELL1覆盖的直流电网组也可基于该直流电网组以及与CELL1相邻的CELL2覆盖的直流电网组的电力状况(发电能力、发电状态、蓄电能力、蓄电状态以及电力负荷等)，实施用于在CELL1的直流电网组与CELL2的直流电网组之间互换电力的第三控制。
如上述那样，通过在MEC服务器之间共享信息，从而能进行不同的MEC服务器所管理的直流电网之间的电力互换以及自主分散控制(第三控制)。在不同的MEC服务器进行管理的直流电网之间的电力互换也经由连接特定的直流电网彼此的电力互换门而被实施。图1的例子中，设置有将CELL1的gDC11和CELL2的gDC22相连的电力互换门C12以及将CELL2的gDC23和CELL3的gDC31相连的电力互换门C23。电力互换门C12、C23能够控制在直流电网之间被互换的电力量及其方向。通过实现跨越了不同的MEC服务器进行管理的直流电网的自主分布控制，从而能平滑化相邻的多个区域内的电力供需。
在上述的自主分布协调的电力供需的平滑化控制中，如果电力供需的平衡超过规定的限度则有时不能有效地发挥功能。例如，即使各个设备、各个直流电网、各个直流电网组根据规则自主地动作以使电力供需平滑化，但是在超过了通过该动作能够调整的发电量、电力消耗量以及/或者电力负荷波动量的情况下，各直流电网需要能够自产自销的范围以上的电力互换。在该情况下，在电力通信融合网络系统PCS中，MEC服务器或者与MEC服务器连接的云系统(例如，后述的云系统20)成为指令塔，实施与电力系统的协作控制(第四控制)、位于较远地区的直流电网之间的电力互换等的控制(整体最优化/集中控制)。
在此，对于电力通信融合网络系统PCS的结构要素进一步进行说明。
如图1所示，各小区中设置有与各直流电网对应的RRH，各RRH对所对应的直流电网提供无线环境。各RRH形成小小区，通过小小区的集合，形成与各基站对应的小区(宏小区)。例如，gDC11、gDC12、gDC13的无线环境分别由RRH11、RRH12、RRH13提供。各RRH与从基站伸出的光纤(暗光纤)连接。此外，经由从基站伸出的铜电缆(干铜，dry copper)而对各RRH供电。作为变形例，也可从相对应的DC线向RRH供电。此外，一个MEC服务器所管理的直流电网组中与电力系统连接的直流电网的数目也可为1。
接下来，参照图2，对实施方式所涉及的基站的结构进一步进行说明。图2为用于针对实施方式所涉及的基站的结构进行说明的示意图。需要说明的是，图2所示的基站10为实施方式所涉及的基站的一例。基站10的结构也能适用于上述的BS1、BS2、BS3或者图1中未图示的其他基站。但是，为了使说明简单针对采用基站10作为BS1的情况的结构进行说明。
如图2所示那样，基站10包括AC/DC转换器11、蓄电装置12、MEC服务器13以及BBU14a、14b、14c。
AC/DC转换器11为将DC电力转换为AC电力的转换装置。例如，AC/DC转换器11将从电力系统供给的AC电力转换为DC电力，将该DC电力蓄积于蓄电装置12。蓄电装置12由一个以上的蓄电池构成。可再生能源等的发电设备也可与蓄电装置12连接。蓄电装置12中蓄积的电力作为驱动用电力被供给到MEC服务器13、BBU14a、14b、14c。此外，对于经由暗光纤分别与BBU14a、14b、14c连接的RRH，也可经由干铜从蓄电装置12供电。
MEC服务器13具有信息收集、传达功能，经由BBU14a、14b、14c以及与这些连接的RRH，从进行管理的直流电网组内的各设备收集信息，并且对各设备传达信息。此外，MEC服务器13与位于周边的其他基站的MEC服务器之间共享信息。需要说明的是，MEC服务器之间的信息共享能够经由连接基站彼此的骨干网等线路来实施。此外，MEC服务器13能够控制AC/DC转换器11、蓄电装置12以及BBU14a、14b、14c的动作。
在此，参照图3对实施方式所涉及的直流电网的可扩展性进行说明。图3为用于对实施方式所涉及的直流电网的可扩展性进行说明的图。
图3的图表的纵轴表示电网内电力状况(DP)，横轴表示电网面积、电压比(S/V)。DP为从成为对象的直流电网的总发电量减去了总电力消耗量的值。S为表示其直流电网的面积、与直流电网内的铜损成比例的参数。S能根据在直流电网内配置的设备的地理的分散状况、拓扑结构而绝对值以及允许范围较大地变化。V表示成为对象的直流电网的DC线中的电压。DP与S/V的关系能够由标注有附图标记a的始终下降的线(以下，称为线a)表现。
此外，在直流电网中，由于发电能力、发电状态、蓄电能力、蓄电状态以及电力负荷每时每刻地产生波动，因而随着时间的流逝而线a能上下地波动。如果不进行如上述那样的直流电网内的电力的平滑化，则该波动处于c1-c2范围，线a的波动宽度成为宽度W1那样。另一方面，如果进行上述的直流电网内的电力的平滑化，则该波动收敛于b1-b2范围内，线a的波动宽度成为宽度W2那样。作为用于在直流电网内对电力进行平滑化的控制方法，也可适用基于规定规则各电力设备自主地进行适当的动作的上述的控制方法、反馈控制等其他的控制方法。
在DP超过了0的情况下，成为对象的直流电网处于能够向其他直流电网进行电力互换的状态(R0或者R1)。在DP稍微小于0的情况下(R2)，将相同的MEC服务器管理的其他直流电网、和成为对象的直流电网进行连接的电力互换门被控制，能够自主地实施用于从其他直流电网接收电力互换的控制。即使如此，在DP没有改善的情况下，将位于相邻地区的其他MEC服务器所管理的其他直流电网、和包括成为对象的直流电网在内的直流电网组进行连接的电力互换门被控制，能够自主地实施用于从位于相邻地区的其他直流电网接收电力互换的控制。
在能够进行从成为对象的直流电网向其他直流电网的电力互换的状态(R0以及R1)中，R0为在周边的电网中存在需要电力接收供给的电网且通过电网之间的自主分布式协同控制能够实现电力互换以及电力平滑化的区域。另一方面，R1为以下区域，即虽然成为对象的直流电网本身能够进行向其他电网的电力互换，但是在其他周边电网中不存在用于接收供给该剩余电力而足够的电力不足，是需要通过集中控制进行介由电力系统的电力互换的整体最优化的区域。
即使实施上述的电力互换，DP也不恢复、且DP成为阈值THL以下或者THH以上的情况下(R0或者R3)，从自主分布式协同控制向云系统20进行集中控制的整体最优控制切换。如果切换为整体最优控制，例如，按照云系统20的指示，包括成为对象的直流电网在内的直流电网组接收来自电力系统的电力供给。此外，在整体最优控制中，按照云系统20的指示，成为对象的直流电网也可接收来自位于地理上较远地区的其他MEC服务器进行管理的直流电网的电力互换。此时，成为对象的直流电网也可一并接收来自电力系统的电力供给。作为变形例，针对用于整体最优控制的指示，也可由1台MEC服务器作为代表来进行，也可由MEC服务器彼此进行交换并且进行整体最优控制的指示。
如上述那样，通过利用MEC服务器13的信息收集、传达功能，能够进行设备间、直流电网之间、直流电网组间的信息共享，从而如上述那样，能够实现直流电网内、直流电网之间以及直流电网组间的自主分布式协同控制。此外，即使在通过自主分布式协同控制而DP没有充分改善的情况下，通过实施与电力系统的协作、在广大地区中的电力互换等的整体最优控制，从而能够改善成为对象的直流电网的DP。
通过优先地实施自主分布式协同控制，从而实现电力的自产自销，此外，通过由设备单位、电网单位、电网组单位(MEC服务器的管理单位)、附近电网组单位自主地实施电力的平滑化控制，从而即使在其一部分产生障碍，也能将其影响保留到最小限而继续控制。进而，在灾害时等，能够通过没有受到损害的剩余的要素，尽可能提供电力通信环境。此外，即使在通信基础设施中产生了障碍的情况下，通过按照云系统20的指示构筑自组织网络来修复通信网络环境，从而在与被修复的位置相对应的地区的至少一部分处恢复上述的自主分布式协同控制所引起的电力供给，因而有助于迅速的恢复原状。
云系统的功能
接下来，参照图4对云系统20的功能进一步进行说明。图4为用于对本发明的实施方式所涉及的云系统的功能进行说明的框图。
如图4所示，云系统20具有接收供给状况监视部21、存储部22以及整体最优化部23。
接收供给状况监视部21接收从设置于电力通信融合网络系统PCS的各基站的MEC服务器中发送的、与接收供给平衡相关的信息。此外，接收供给状况监视部21基于接收到的与接收供给平衡相关的信息，对用于管理各MEC进行管理的直流电网组的接收供给平衡的信息(存储部22的状况管理表22a)进行更新。如图4所示，状况管理表22a包括MEC的识别信息、接收供给平衡以及接收供给状况。MEC的识别信息为能够利用于MEC进行管理的直流电网组的识别的信息的一例。接收供给状况在例如充足率为100％以上的情况下设为“良好”，在充足率小于100％的情况下设为“不足”。
整体最优化部23参照状况管理表22a，针对接收供给状况为“不足”的直流电网组(例如，MEC2进行管理的直流电网组)，按照接收供给平衡来指示实施如下动作：来自电力系统的受电；基于生存优先级的电力控制；或者位于较远位置的MEC进行管理的直流电网组之间的电力互换等。例如，整体最优化部23针对管理接收供给状况为“不足”的直流电网组的MEC，在剩余电力的绝对值成为缓冲(buffer)电力(MEC2的情况下为“600”)的规定比例(例如50％)以下的情况下进行上述的指示。
例如，在实施来自位于较远地区的直流电网组的电力互换的情况下，整体最优化部23从与接收供给状况为“良好”相对应的MEC中，选择对供给电力一侧的直流电网组进行管理的MEC，确定对所选择的MEC进行请求的供电量。作为一例，整体最优化部23以剩余比例(＝充足率-100％)从小到大的顺序选择一个以上的MEC，将与该剩余比例相对应的电力量确定为对所选择的MEC进行请求的供电量。此外，整体最优化部23对供电侧的MEC通知供电目的地的信息以及供电量，对受电侧的MEC通知供电侧的信息以及受电量，指示开始上述的电力互换。
上述的说明中，由云系统20管理状况管理表格22a，云系统20指示了控制的实施，但也可以是电力通信融合网络系统PCS内的MEC服务器彼此相互交换信息来实施电力互换(变形例#1)。此外，也可以是选择位于电力通信融合网络系统PCS内的一个MEC服务器为代表MEC服务器，代表MEC服务器代替上述的云系统20来实施电力互换(变形例#2)。
接下来，参照图5，对实施方式所涉及的自主分布式协同控制以及整体最优化控制的流程进行说明。图5为用于对实施方式所涉及的自主分布式协同控制以及整体最优化控制的流程进行说明的流程图。
(S101)各直流电网执行自主分布式协同控制。
例如，在各直流电网中，位于直流电网内的各设备根据第一规则自主地进行动作(自身电网内电力平滑化)，其中，该第一规则规定了用于对该直流电网的电力进行平滑化的动作。此外，在位于相同的MEC服务器的管理下的直流电网组(相同的小区内的直流电网组)中，各直流电网根据第二规则来自主地进行动作(同小区内电网之间电力互换)，其中，该第二规则规定了用于对该直流电网组的电力进行平滑化的动作。此外，在处于位于相邻地区的MEC服务器的管理下的多个直流电网组(相邻小区内的多个直流电网组)中，各直流电网组根据第三规则自主地进行动作(相邻小区内电网之间电力互换)，其中，该第三规则规定了用于对这些多个直流电网组的电力进行平滑化的动作。
(S102)云系统20的接收供给状况监视部21对从各MEC服务器收集的各直流电网组的电力状况进行监视。此外，整体最优化部23判定是否存在电力状况满足规定的集中控制条件(图3中的DP成为THL以下或者THH以上的条件等)的直流电网组。在不存在满足集中控制条件的直流电网组的情况下，处理进入到S101。在存在满足集中控制条件的直流电网组的情况下，处理进入到S103。
(S103)整体最优化部23针对满足集中控制条件的直流电网组进行指示以使得经由MEC服务器执行与电力系统的协作控制。接收该指示、且成为对象的直流电网组的MEC服务器执行用于从电力系统接收电力供给的控制。
(S104)整体最优化部23判定指示了与电力系统的协作控制的直流电网组的电力状况是否已恢复。例如，在电力状况不满足集中控制条件的情况(图3中的DP收敛于THL与THH之间的能进行自主分布式协同控制的区域内的情况)下，整体最优化部23判定为电力状况已恢复。在电力状况已恢复的情况下，解除与电力系统的协作指示，处理进入到S101。另一方面，在电力状况没有恢复的情况下，处理进入到S105。例如，在由于自然灾害等而电力系统发生了障碍的情况下，有时电力状况没有恢复而处理进入到S105。
(S105)整体最优化部23基于对各设备设定的生存优先级，将成为对象的直流电网内的设备控制为电源断开。作为变形例，代替设为电源断开，也可减少供电量，或者切换为省电力模式。需要说明的是，在无线环境中发生了障碍的情况下，整体最优化部23对成为对象的基站的MEC服务器以及位于其附近的基站的MEC服务器进行指示以使得形成自组织网络并使通信网络修复。如果S105的处理结束，则处理进入到S101。在处理进入S101的情况下，在设备的电源控制以及修复后的通信环境下实施自主分布式协同控制，通过留存的设备继续提供电力通信环境。
在此，参照图6对实施方式所涉及的生存优先级进行说明。生存优先级被预先设定于多个电力设备中消耗电力的电力消耗设备。云系统20的整体最优化部23在指示设备的电源断开或者电源抑制的情况下，以生存优先级从低到高的顺序实施用于将电力消耗设备的电源断开或者对电力消耗设备的电源进行抑制的控制。整体最优化部23例如通过图6所示的生存优先级表管理生存优先级的信息。图6为表示了实施方式所涉及的生存优先级表的例子的图表。需要说明的是，图6所示的生存优先级表201为实施方式所涉及的生存优先级表的一例。
生存优先级表201具有设备ID、属性、生存优先级以及允许控制条件的栏。设备ID的栏中记载有用于识别各设备的ID。在属性的栏中记载有设备的种类、利用场所以及用途等的信息。生存优先级的栏中记载有生存优先级的值。需要说明的是，在图6的例子中，在生存优先级的栏中存在记载有生存优先级和适用该生存优先级的条件的部分。在该部分中，在满足了所适用的条件的情况下，适用所对应的生存优先级。
例如，生存优先级也可区别季节(夏季/冬季)、时间段(夜晚/白天)以及室外气温的范围(T)等的环境条件来设定。也假设如果在室外气温处于冰点以下或者超过35℃的情况下空调停止，则能够设想健康状态的恶化、出现急性疾病的症状而且在最坏的情况下直至死亡的案例。基于这样的事情，优选将较高的生存优先级与对应于特定的环境的适用条件建立关联。
在允许控制条件的栏中，记载有表示对控制对象的设备允许什么样的控制的信息。例如，设备ID为1002的设备为在医院设备设置的医疗设备。这是与患者的生命相关的设备，因而被设定为生存优先级高的值(100)，此外，允许控制条件被设定为不能停止供电并且不能抑制供电。供电停止为将设备的电源设为断开并停止对设备的供电的控制。供电抑制为将设备的动作模式设为省电模式并减小对设备的供电量的控制。例如，能够通过从迅速充电模式向普通充电模式的切换、通过普通充电向低电压、低电力的充电模式的切换来减小供电量。
在此，针对用于对电动车辆进行充电的充电站与直流电网连接的情况下的控制的变形例进行说明。充电站下的高电压以及高电力所引起的电动车辆的迅速充电使直流电网产生急剧的电力负荷波动。因此，充电站中有时设置有在电动车辆的充电用中与直流电网独立的蓄电设备。在该情况下，整体最优化部23也可指示充电站，在将充电站从直流电力线切断之后，使用独立的蓄电设备的电力来继续对电动车辆进行充电。
接下来，参照图7，对实施方式所涉及的电力通信网络模型的例子以及整体最优化控制进行说明。图7为用于对实施方式所涉及的电力通信网络模型的例子以及整体最优化控制进行说明的图。
电力通信融合网络系统PCS能够通过图7的上段中所示那样的电力通信网络模型而被模型化。在该模型中，MEC服务器所提供的针对信息通信网络的直流电网的归属关系用虚线表示，直流电网与电力系统的电连接以及直流电网之间的电连接用实线表示。
此外，上述的模型能够在概念上区别为对构成直流电网的要素的发电电力、供电电力、蓄电电力、消耗电力的电压电流分布以及它们的时间波动进行了模型化的物理层、对直流电网内的结构要素进行了模型化的电网层、对位于相同的小区内的直流电网组的网络进行了模型化的局域网层和对属于不同的小区的多个直流电网组的集合体进行了模型化的协作网络层。物理层、电网层以及局域网层的控制相当于上述的自主分布式协同控制。此外，协作网络层的控制相当于与电力系统的协作、广大地区电网协作等的上述的云系统20所进行的集中控制。
关于上述的集中控制，由云系统20所具备的规定的评价函数23a对云系统20的接收供给状况监视部21经由MEC服务器收集到的信息(状态信息)进行评价，通过云系统20的调度器(Scheduler)23b，确定在哪个时机控制哪个直流电网、设备以及/或者电力互换门，将其确定结果即解决方案23c作为协作网络层的控制进行反映。
上述的状态信息通过随着时间而变化的状态变量向量X(t)而被表现。接收供给状况监视部21收集例如图8所示那样的状态信息。图8为表示了实施方式所涉及的状态信息以及整体控制参数的例子的图表。
设备识别Di表示第i个设备。状态变量向量包括针对Di预先设定的信息(设定信息)以及由在Di的设备中搭载的传感器收集的传感器数据。例如，设备ID、地理数据、电网归属以及MEC归属包括在状态变量向量中。地理数据为由设备的GPS等获取的位置信息。电网归属为设备所归属的直流电网的信息(与电力网络相关的归属关系)。MEC归属为设备所归属的MEC的信息(与信息通信网络相关的归属关系)。
设备为发电设备的情况下，该发电设备的状态、目的、请求等的信息包括在状态变量向量中。在设备为蓄电池的情况下，该蓄电池的状态、目的、请求等的信息包括在状态变量向量中。在设备为电力消耗设备的情况下，该电力消耗设备的状态、目的、请求等的信息包括在状态变量向量中。在设备为控制设备的情况下，该控制设备的状态、目的、请求等的信息包括在状态变量向量中。此外，状态变量向量中包括设备中的CO2排出量、信息通信量、信号处理量、时刻信息以及生存优先级等。此外，状态变量向量作为状态参数，包括根据上述的信息求出的发电量波动导数(derivative of fluctuations)、蓄电/放电量波动导数、电力负荷波动导数、电力消耗波动导数、信息通信量波动导数(短期/中期/长期)。
但是，状态变量向量也可由上述的状态信息中的一部分信息构成，也可追加其他信息。
云系统20除了通过接收供给状况监视部21收集上述那样的状态信息之外，保持与针对图8所示那样的各直流电网的电网内拓扑结构相关的信息。电网内拓扑结构表示直流电网内的设备之间的逻辑上的连接关系或者层次关系。接收供给状况监视部21能够从MEC服务器收集与电网内拓扑结构相关的信息。此外，云系统20的整体最优化部23能够基于状态信息以及电网内拓扑结构求出整体控制参数。整体控制参数例如为地理发电分布、地理蓄电分布、地理电力消耗量分布、地理可互换电力分布、地理通信流量分布、各地理波动量导数(短期/中期/长期)等。通过对包括地理数据在内的各设备的状态信息进行统计来进行处理，从而能够得到上述那样的整体控制参数。
接下来，参照图9，说明可实现用于控制直流电网的控制设备、用于控制电力互换门的控制设备、MEC服务器以及云系统的功能的计算机的硬件。图9为用于说明可实现用于控制直流电网的控制设备、用于控制电力互换门的控制设备、MEC服务器以及云系统的功能的计算机的硬件的框图。
用于控制直流电网的控制设备、用于控制电力互换门的控制设备、MEC服务器以及云系统的功能可通过控制图3中所例示的计算机80的硬件而实现。
如图9所示那样，计算机80可以包括处理器80a、存储器80b、通信IF80c以及连接IF80d。处理器80a可为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、DSP(DigitalSignal Processor，数字信号处理器)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit，专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、GPU(Graphic Processing Unit，图形处理单元)等。存储器80b可为ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、HDD(Hard DiskDrive，硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive，固态硬盘)、闪速存储器等。
通信IF80c为用于与有线LAN(Local Area Network)、无线LAN、光通信网络、移动体通信网络等连接的接口。例如，通信IF80c能够被利用于经由位于周围的RRH与基站的MEC服务器进行通信。此外，在计算机80为位于基站的MEC服务器的情况下，通信IF80c能够连接到用于与位于其他基站的MEC服务器进行通信的光通信网络。
连接IF80d为用于连接外部设备的接口。连接IF80d例如为USB(Universal SerialBus，通用串行总线)端口、IEEE1394端口、SCSI(Small Computer System Interface，小型计算机系统接口)等。此外，连接IF80d也可与磁记录介质、光盘、光磁盘、半导体存储器等的可移动性的记录介质80f连接。
处理器80a例如也可读出在记录介质80f中保存的程序并在存储器80b中保存，根据从存储器80b读出的程序来控制计算机80的动作。控制计算机80的动作的程序也可预先保存于存储器80b，也可经由通信IF80c从网络下载。
以上，对本发明所涉及的实施方式进行了说明。
如上所述通过各设备、各直流电网以及各直流电网组实施自主分布式协同控制，从而即使由于自然灾害等而一部分要素发生障碍，也能够在可能的范围维持电力供给，在短时间重新开始电力供给。此外，在电网内难以提供全电力的情况下，能够实施电力系统的协作等而实现稳定的电力供给。尽管如此在电力不足的情况下，基于生存优先级将优先度低的一部分设备的电源设为断开等，在有限的电力供给量中维持对维持人的生命所需的医疗机关、避难设备等的电力供给。如上所述，通过上述的实施方式的适用，能够实现具备稳定的电力供给的构造的韧性高的智慧型城市/紧凑型城市。
参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限于相关的例子。如果为本领域技术人员，则在权利要求书中记载的范围内，能够想到各种变更例或者修正例，这些内容当然也属于本申请的技术范围。

Claims (13)

1.一种电力通信融合网络系统，包括多个无线基站和属于各无线基站所形成的小区的直流电网组，
所述直流电网组中的各直流电网具有直流电力线，该直流电力线连接有包括发电设备以及蓄电设备在内的多个电力设备，所述各直流电网基于通过无线通信在电力设备之间进行交换的各电力设备的状态信息，实施用于抑制所述直流电力线中的电力的时间波动的第一控制，
在多个直流电网所属的小区中，所述多个直流电网中的第一直流电网基于通过无线通信在直流电网之间进行交换的各直流电网的状态信息，实施用于与第二直流电网之间互换电力的第二控制，
属于第一小区的第一直流电网组在所述第一直流电网组以及属于第二小区的第二直流电网组的电力状况满足了预先设定的第一条件时，实施用于在所述第一直流电网组与所述第二直流电网组之间互换电力的第三控制，
所述第一条件是即使实施所述第二控制，所述第一小区内的总电力消耗量也小于总发电量的条件。
2.根据权利要求1所述的电力通信融合网络系统，其中，
所述直流电网组中包括的至少一个直流电网与电力系统连接，
在实施所述第一控制以及所述第二控制中可能的控制的状态下的电力状况满足了预先设定的第二条件时，所述直流电网组实施用于从所述电力系统接收电力供给的第四控制，
所述第二条件是从所述直流电网组的总发电量减去总电力消耗量后的值为第一阈值以上、或者为比所述第一阈值小的第二阈值以下的条件。
3.根据权利要求1所述的电力通信融合网络系统，其中，
在所述多个无线基站中第一无线基站的至少一部分功能发生了障碍时，通过所述第一无线基站的剩余的功能以及/或者位于所述第一无线基站的周围的其他无线基站，对与所述第一无线基站对应的直流电网组提供无线环境，通过利用了所述无线环境的无线通信来交换各电力设备的状态信息以及/或者各直流电网的状态信息。
4.根据权利要求1所述的电力通信融合网络系统，其中，
使用通过从所对应的无线基站伸出的光通信电缆来连接的天线组而形成所述小区，经由从对应的所述无线基站所在的设备中伸出的干铜而向所述天线组供电。
5.根据权利要求1所述的电力通信融合网络系统，其中，
包括用于电动车辆的充电以及/或者来自所述电动车辆的受电的接收供给电站与所述直流电力线连接的直流电网在内的第三直流电网组，在所述第三直流电网组的电力状况满足了预先设定的第三条件时，实施用于抑制对通过所述接收供给电站进行充电的电动车辆的供电的第五控制，从所述直流电力线切断所述接收供给电站，
所述第三条件是所述直流电网中产生急剧的电力负荷波动的条件。
6.根据权利要求5所述的电力通信融合网络系统，其中，
在所述第五控制中，在没有与所述直流电力线连接的独立的蓄电设备与所述接收供给电站连接的情况下，在从所述直流电力线切断所述接收供给电站之后，所述接收供给电站使用独立的所述蓄电设备的电力来实施对所述电动车辆的充电。
7.根据权利要求2所述的电力通信融合网络系统，其中，
对多个所述电力设备中耗电的电力消耗设备设定生存优先级，
所述直流电网组在即使实施所述第一控制至所述第四控制中的可能的控制电力状况也不恢复时，实施用于按照所述生存优先级从低到高的顺序断开所述电力消耗设备的电源的第六控制。
8.一种控制方法，其为包括多个无线基站和属于各无线基站所形成的小区的直流电网组在内的电力通信融合网络系统中的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
所述直流电网组中的各直流电网具有直流电力线，该直流电力线连接有包括发电设备以及蓄电设备在内的多个电力设备，通过所述各直流电网，基于通过无线通信在电力设备之间进行交换的各电力设备的状态信息，实施用于抑制所述直流电力线中的电力的时间波动的第一控制；
在多个直流电网所属的小区中，通过所述多个直流电网中的第一直流电网，基于通过无线通信在直流电网之间进行交换的各直流电网的状态信息，实施用于与第二直流电网之间互换电力的第二控制；以及
在属于第一小区的第一直流电网组以及属于第二小区的第二直流电网组的电力状况满足了预先设定的第一条件时，通过所述第一直流电网组实施用于在所述第一直流电网组与所述第二直流电网组之间互换电力的第三控制，
所述第一条件是即使实施所述第二控制，所述第一小区内的总电力消耗量也小于总发电量的条件。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，
所述直流电网组中包括的至少一个直流电网与电力系统连接，
所述控制方法还包括以下步骤：
通过所述直流电网组，在实施所述第一控制以及所述第二控制中的可能的控制的状态下的电力状况满足了预先设定的第二条件时，实施用于从所述电力系统接收电力供给的第四控制，
所述第二条件是从所述直流电网组的总发电量减去总电力消耗量后的值为第一阈值以上、或者为比所述第一阈值小的第二阈值以下的条件。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其中，
在所述多个无线基站中第一无线基站的至少一部分功能发生了障碍时，通过所述第一无线基站的剩余的功能以及/或者位于所述第一无线基站的周围的其他无线基站，对与所述第一无线基站对应的直流电网组提供无线环境，通过利用了所述无线环境的无线通信来交换各电力设备的状态信息以及/或者各直流电网的状态信息。
11.根据权利要求8所述的控制方法，其中，
所述控制方法还包括以下步骤：
通过包括用于电动车辆的充电以及/或者来自所述电动车辆的受电的接收供给电站与所述直流电力线连接的直流电网在内的第三直流电网组，在所述第三直流电网组的电力状况满足了预先设定的第三条件时，实施用于抑制对通过所述接收供给电站进行充电的电动车辆的供电的第五控制，从所述直流电力线切断所述接收供给电站，
所述第三条件是所述直流电网中产生急剧的电力负荷波动的条件。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其中，
在所述第五控制中，在没有与所述直流电力线连接的独立的蓄电设备与所述接收供给电站连接的情况下，在从所述直流电力线切断所述接收供给电站之后，通过所述接收供给电站使用独立的所述蓄电设备的电力来实施对所述电动车辆的充电。
13.根据权利要求9所述的控制方法，其中，
对多个所述电力设备中耗电的电力消耗设备设定生存优先级，
所述控制方法还包括以下步骤：
通过所述直流电网组，在即使实施所述第一控制至所述第四控制中的可能的控制电力状况也不恢复时，实施用于按照所述生存优先级从低到高的顺序断开所述电力消耗设备的电源的第六控制。
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