JP2014161199A - 電力ネットワークシステム並びに電力ルータ及びその管理装置、運転方法及び運転プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力ルータは、電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するものである。所定の定格電圧に維持される直流母線と、一方の接続端が直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、一方の接続端と他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、各電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する制御部と、を備える。運転モードは、直流母線の電圧が所定の定格電圧に維持されるように電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含む。制御部は、複数の電力変換レグのうち少なくとも1つの電力変換レグをマスターモードで運転制御し、複数の電力変換レグのそれぞれに、電力変換レグの運転モードがマスターモードになる可能性を表す指標値を対応付ける。
【選択図】図19
Description
図40に電力ネットワークシステム10の例を示す。図40において、基幹系統11は大規模発電所12からの基幹電力を送電する。そして、複数の電力セル21−24が配置されている。各電力セル21−24は、家31やビル32などの負荷や、発電設備33、34や、電力貯蔵設備35、を有している。発電設備としては、太陽光発電パネル33や風力発電機34などが例として挙げられる。電力貯蔵設備とは蓄電池35などのことである。本明細書では、発電設備と電力貯蔵設備とを総称して、分散型電源ということがある。
ここで、レグとは、接続端子と電力変換部とを有しており、各レグにはアドレスが付されている。なお、レグによる電力変換とは、交流から直流へまたは直流から交流への変換や、電力の電圧、周波数、位相を変化させることをいう。
しかし、実際に電力ルータを実用化するとなると、これまでの送配電設備にはない特有の課題が顕在化する。電力ルータの機能を維持し続けるためには、電力ルータに含まれるレグの一部に特定の役割を割り当てる必要がある。しかし、その特定の役割を担うレグの選定方法は未だ確立されていない。
電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータであって、
所定の定格電圧に維持される直流母線と、
一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、
前記電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する制御部と、を備え、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記制御部は、前記複数の電力変換レグのうち少なくとも1つの前記電力変換レグを前記マスターモードで運転制御し、
前記複数の電力変換レグのそれぞれに、前記電力変換レグの前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す指標値が対応付けられる
ことを特徴とする。
外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータを有する複数の電力セルを備える電力ネットワークシステムであって、
前記電力ルータは、
所定の定格電圧に維持される直流母線と、
一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、
前記電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する制御部と、を備え、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記制御部は、前記複数の電力変換レグのうち少なくとも1つの前記電力変換レグを前記マスターモードで運転制御し、
前記複数の電力変換レグのそれぞれに、前記電力変換レグの前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す第1の指標値が対応付けられる
ことを特徴とする。
所定の定格電圧に維持される直流母線と、一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、前記電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する制御部と、を備える電力ルータを管理する管理装置であって、
前記電力ルータを有する複数の電力セルとネットワークを介して接続され、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す指標値であって前記複数の電力変換レグのそれぞれに対応付けられている指標値に基づいて、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグを少なくとも1つ選択し、
前記電力ルータに対して前記選択した電力変換レグを前記マスターモードで運転制御させる指示を行う
ことを特徴とする。
所定の定格電圧に維持される直流母線と、一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、制御部と、を備える電力ルータにおいて、各電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する電力ルータの運転方法であって、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す指標値であって前記複数の電力変換レグのそれぞれに対応付けられている指標値に基づいて、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグを少なくとも1つ選択し、
当該選択した電力変換レグを前記マスターモードで運転制御する。
所定の定格電圧に維持される直流母線と、一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、制御部と、を備える電力ルータにおいて、各電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する電力ルータの運転プログラムであって、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す指標値であって前記複数の電力変換レグのそれぞれに対応付けられている指標値に基づいて、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグを少なくとも1つ選択する処理と、
当該選択した電力変換レグを前記マスターモードで運転制御する処理と、
を前記制御部に実行させる。
図1は、電力ルータ100の概略構成を示す図である。
また、図2は、電力ルータ100の内部構成をやや詳しく示す図である。
電力ルータ100は、概略、直流母線101と、複数のレグ110−160と、制御部190と、を備えている。
(直流母線101の電圧がどのようにして一定に保たれるのかは後述する。)
各レグ110−160を介して電力ルータ100は外部に繋がるのであるが、外部とやり取りする電力を一旦総て直流に変換して直流母線101にのせる。このように一旦直流を介することにより、周波数や電圧、位相の違いが無関係になり、電力セル同士を非同期で接続することができるようになる。ここでは、直流母線101は、図2に示すように、平滑コンデンサー102を有する並列型であるとする。直流母線101には電圧センサ103が接続されており、この電圧センサ103によって検出された直流母線101の電圧値は制御部190に送られる。また、制御部190は、通信バス104を介してレグ110−160の動作状態(外部への送電動作、外部への受電動作など)を制御することにより、直流母線101の電圧を所定の一定値に維持する。
ここでは、三相交流を使用しているので三相インバータ回路としたが、場合によっては単相インバータ回路としてもよい。二つの逆並列回路111Pの間のノードから引き出され、前記ノードと接続端子とを結ぶ配線を支線BLと称することにする。(三相交流であるので、一のレグは三つの支線BLを有する。)
この場合の電力変換とは、DC−DC変換ということになる。したがって、電力変換部にインバータ回路とコンバータ回路とを並列に設け、接続相手が交流か直流かに応じてインバータ回路とコンバータ回路と使い分けるようにしてもよい。あるいは、電力変換部がDC−DC変換部であるDC−DC変換専用のレグを設けるようにしてもよい。すべてのレグのなかにインバータ回路とコンバータ回路とを並列に設けるよりは、AC−DC変換専用のレグとDC−DC変換専用のレグとを併せ持つ電力ルータとする方がサイズやコスト面で有利な点も多々ある。
第1レグ110から第5レグ150は電力変換器111−151を有しており、電力変換器内のサイリスタは制御部190によってそのスイッチング動作を制御されるものであることは既に述べた。
ここで、電力ルータ100は、電力ネットワーク10のノードにあって、基幹系統11、負荷30、分散型電源および電力セルなどを互いに結びつける重要な役割を持つ。このとき、各レグ110−160の接続端子115−165がそれぞれ基幹系統11や負荷30、分散型電源、他の電力セルの電力ルータに接続されるわけである。本発明者らは、接続相手によって各レグ110−160の役割は異なるものであり、各レグ110−160が役割に応じた適切な運転を行わなければ電力ルータが成り立たないことに気付いた。本発明者らは、レグの構造自体は同じであるが、接続相手によってレグの運転の仕方を変えるようにした。
レグの運転の仕方を、運転モードと称する。
本発明者らは、レグの運転モードとして3種類を用意しておき、接続相手によってモードを切り換えるようにした。
レグの運転モードとしては、
マスターモードと、
自立モードと、
指定電力送受電モードと、がある。
以下、順番に説明する。
マスターモードとは、系統など安定した電力供給源に接続される場合の運転モードであり、直流母線101の電圧を維持するための運転モードである。図1では、第1レグ110の接続端子115が基幹系統11に接続されている例を示している。図1の場合、第1レグ110は、マスターモードとして運転制御され、直流母線101の電圧を維持する役目を担うことになる。直流母線101には他の多くのレグ120−150が接続されているところ、レグ120−150から直流母線101に電力が流入することもあれば、レグ120−150から電力が流出することもある。マスターモードとなるレグ110は、直流母線101から電力が流出して直流母線101の電圧が定格から下がった場合、流出で不足した電力分を接続相手(ここでは基幹系統11)から補てんする。または、直流母線101に電力が流入して直流母線101の電圧が定格から上がった場合、流入で過剰になった電力分を接続相手(ここでは基幹系統11)に逃がす。このようにして、マスターモードとなるレグ110は、直流母線101の電圧を維持するのである。
したがって、一の電力ルータにおいて、少なくとも一つのレグはマスターモードとして運転されなければならない。さもなくば、直流母線101の電圧が一定に維持されなくなるからである。逆に、一の電力ルータにおいて二つ以上のレグがマスターモードで運転されてもよいが、やはり、マスターモードのレグは一つの電力ルータには一つであった方がよい。
また、マスターモードとなるレグは、基幹系統の他、例えば、自励式インバータを搭載する分散型電源(蓄電池も含む)に接続してもよい。ただし、他励式インバータを搭載する分散型電源とマスターモードとなるレグとは接続できない。
マスターレグを起動させる際には次のようにする。
まず、開閉器113を開(遮断)状態にしておく。この状態で接続端子115を接続相手に繋ぐ。ここでは、接続相手は基幹系統11である。
電圧センサ114によって接続先の系統の電圧を測定し、PLL(Phase−Locked−Loop)などを用いて系統の電圧の振幅、周波数および位相を求める。その後、求めた振幅、周波数および位相の電圧が電力変換部111から出力されるように、電力変換部111の出力を調整する。すなわち、サイリスタ111Tのオン/オフパターンを決定する。この出力が安定するようになったら、開閉器113を投入し、電力変換部111と基幹系統11とを接続する。この時点では、電力変換部111の出力と基幹系統11の電圧とが同期しているため、電流は流れない。
直流母線101の電圧を電圧センサ103によって測定する。直流母線101の電圧が所定の定格母線電圧を上回っていたら、マスターレグ110から系統に向けて送電が行われるように、電力変換部111を制御する。(電力変換部111から出る電圧の振幅および位相の少なくともいずれか一方を調整して、マスターレグ110を介して直流母線101から基幹系統11に向けて送電が行われるようにする。)なお、直流母線101の定格電圧は、予め設定によって定められているものである。
自立モードとは、管理サーバ50から指定された振幅・周波数の電圧を自ら作り出し、接続相手との間で送受電する運転モードである。
例えば負荷30などの電力を消費するものに向けて電力を供給するための運転モードとなる。あるいは、接続相手から送電されてくる電力をそのまま受け取るための運転モードとなる。
図1では、第2レグ120の接続端子125が負荷30に接続されている例を示している。第2レグ120が自立モードとして運転制御され、負荷30に電力を供給することになる。
また、第4レグ140や第5レグ150のように他の電力ルータと接続される場合に、他の電力ルータから要求される電力分を送電するためのモードとして第4レグ140や第5レグ150を自立モードで運転する場合もある。
または、第4レグ140や第5レグ150のように他の電力ルータと接続される場合に、他の電力ルータから送電されてくる電力を受電するためのモードとして第4レグ140や第5レグ150を自立モードで運転する場合もある。
また、図に示していないが、負荷30に代えて、第2レグを発電設備に接続する場合も第2レグを自立モードで運転することもできる。ただし、この場合には発電設備に他励式インバータを搭載するようにする。
電力ルータ同士を接続する場合の運転モードについては後述する。
まず開閉器123を開(遮断)にしておく。接続端子125を負荷30に接続する。管理サーバ50から電力ルータ100に対し、負荷30に供給すべき電力(電圧)の振幅および周波数が指示される。そこで、制御部190は、指示された振幅および周波数の電力(電圧)が電力変換部121から負荷30に向けて出力されるようにする。(すなわち、サイリスタ121Tのオン/オフパターンを決定する。)この出力が安定するようになったら、開閉器123を投入し、電力変換部121と負荷30とを接続する。あとは、負荷30で電力が消費されれば、その分の電力が自立レグ120から負荷30に流れ出すようになる。
指定電力送受電モードとは、指定によって定められた分の電力をやり取りするための運転モードである。すなわち、接続相手に指定電力を送電する場合と、接続相手から指定電力を受電する場合と、がある。
図1では、第4レグ140および第5レグ150が他の電力ルータと接続されている。
このような場合に、決まった分の電力を一方から他方へ融通するようなことが行われる。
または、第3レグ130は蓄電池35に接続されている。
このような場合に、決まった分の電力を蓄電池35に向けて送電して、蓄電池35を充電するというようなことが行われる。
また、自励式インバータを搭載する分散型電源(蓄電池も含む)と指定電力送受電レグとを接続してもよい。ただし、他励式インバータを搭載する分散型電源と指定電力送受電レグとは接続できない。
(説明には、第5レグ150に付した符号を使用する。)
電圧センサ154によって接続相手の系統の電圧を測定し、PLL(Phase−Locked−Loop)などを用いて接続相手の電圧の周波数・位相を求める。管理サーバ50から指定された有効電力値および無効電力値と、接続相手の電圧の周波数および位相と、に基づいて、電力変換器151が入出力する電流の目標値を求める。電流センサ152によって電流の現在値を測定する。目標値と現在値との差分に相当する電流が追加で出力されるように、電力変換器151を調整する。(電力変換部151から出る電圧の振幅および位相の少なくともいずれか一方を調整して、指定電力送受電レグと接続相手との間で所望の電力が流れるようにする。)
運転モードの違いによってレグの働きが違ってくるので、接続相手の選択と運転モードの選択との間には自ずと制約が発生する。すなわち、接続相手が決まれば選択できる運転モードが決まり、逆に、運転モードが決まれば選択できる接続相手が決まる。(接続相手が変われば、それに合わせてレグの運転モードを変更する必要がある。)
可能な接続組み合わせのパターンを説明する。
すなわち、マスターレグをMで表す。
自立レグをSで表す。
指定電力送受電レグをDで表す。
ACスルーレグをACで表す。
また、必要に応じてレグの肩に「#1」のように番号を付してレグを区別することがある。
また、図3以降では、図面ごとに系統立てた符号を付すが、必ずしも図面を跨がって同じ要素に同じ符号を付しているわけではない。
例えば、図3の符号200と図4の符号200とが全く同じものを指しているわけではない。
第2レグ220が自立レグとして負荷30に接続されている。これも既に説明した通りである。
第3レグ230および第4レグ240が指定電力送受電レグとして蓄電池35に接続されている。これも既に説明した通りである。
なお、第1レグ210がマスターレグとなっていることの関係でいうと、第6レグ260による受電電力が直流母線201の定格維持に足りなければ、マスターレグ210は、基幹系統11から必要な電力を受電することになる。逆に、第6レグ260による受電電力が直流母線201の定格維持に必要な量を超過してしまった場合、マスターレグ210は、過剰な電力を基幹系統11に逃がすことになる。
すなわち、マスターレグと自立レグとを接続する場合と、指定電力送受電レグと自立レグとを接続する場合と、だけが許される。
図6から図9は、互いに接続してはいけないパターンである。
図6、図7、図8を見てわかるように、同じ運転モードのレグ同士を接続してはいけない。
例えば、図6の場合、マスターレグ510及び610同士を接続している。
マスターレグは、運転動作の説明で前述したように、接続相手の電圧、周波数および位相に同期した電力を作り出す処理をはじめに行う。
ここで、接続相手もマスターレグである場合、お互いに相手の電圧および周波数に同期しようとするが、マスターレグは電圧および周波数を自立的に確立しないため、このような同期処理は成功し得ない。
従って、マスターレグ同士を接続できないのである。
またさらに、次のような理由もある。
マスターレグは、直流母線の電圧を維持するために接続相手から電力を引き込まなければならない。(あるいは、直流母線の電圧を維持するために、過剰な電力は接続相手に逃がさなければならない。)マスターレグ同士が接続されてしまっては、互いに接続相手の要求を満たすことはできない。(仮にマスターレグ同士を接続してしまうと、両方の電力ルータで直流母線の電圧を維持できなくなる。すると、それぞれの電力セル内で停電などの不具合が発生するかもしれない。)このように、マスターレグ同士では互いの役割が衝突してしまうので(整合しないので)、マスターレグ同士を接続してはいけない。
前記マスターレグと同じことであるが、運転動作の説明で前述したように、指定電力送受電レグも接続相手の電圧、周波数および位相に同期した電力を作り出す処理をはじめに行う。
ここで、接続相手も指定電力送受電レグである場合、お互いに相手の電圧および周波数に同期しようとするが、指定電力送受電レグは電圧および周波数を自立的に確立しないため、このような同期処理は成功し得ない。
従って、指定電力送受電レグ同士を接続できないのである。
またさらに、次のような理由もある。
仮に、一方の指定電力送受電レグ510が送電すべき指定送電電力と、他方の指定電力送受電レグ610が受電すべき指定受電電力と、を一致させたとしても、このような指定電力送受電レグ同士を接続してはいけない。例えば、一方の指定電力送受電レグ510が指定送電電力を送電しようとして電力変換部を調整するとする。(例えば、接続相手よりも所定値だけ出力電圧を高くする。)その一方、他方の指定電力送受電レグ610が指定受電電力を受電しようと電力変換部を調整する。(例えば、接続相手よりも所定値だけ出力電圧が低くなるようにする。)同時にこのような調整動作が両方の指定電力送受電レグ510、610で行われてしまっては、互いに制御不能に陥ってしまうことは理解されるであろう。
自立レグは自ら電圧・周波数を作り出すものである。
仮に自立レグ同士を繋いだ状態で2つの自立レグが作り出す電圧、周波数および位相のいずれかが少しでも乖離すると、2つの自立レグの間に意図しない電力が流れてしまうことになる。
2つの自立レグが作り出す電圧、周波数および位相を完全に一致させ続けるというのは無理なのであり、したがって、自立レグ同士を接続していけない。
これまでの説明から、これも成り立たないことは理解できるであろう。マスターレグ510が直流母線501の電圧を維持するように接続相手に対して電力を送受電しようとしても、指定電力送受電レグ610はマスターレグ510の要求に応じて送受電しない。したがって、マスターレグ510は直流母線501の電圧を維持できない。また、指定電力送受電レグ610が接続相手(510)に指定電力を送受電しようとしても、マスターレグ510は指定電力送受電レグ610の要求に応じて送受電しない。したがって、指定電力送受電レグ610は接続相手(ここではマスターレグ510)に指定電力を送受電することはできない。
仮にACスルーレグが無いとすると、図4で示したように、一または複数の自立レグを経由しなければならなくなる。電力変換部をもつレグを経由すると、交流電力から直流電力への変換および直流電力から交流電力への変換を経由することになる。電力変換にはやはり数%とはいえどもエネルギーロスが発生するので、単に基幹系統に接続するためだけに複数回の電力変換を必要とするのは効率が悪い。
したがって、電力ルータに電力変換部を有さないACスルーレグを設けておくことには意味があるのである。
電力ルータ同士を繋ぐ接続線を送電線と称するとすると、送電線は基幹系統の一部となっていてもよいし、基幹系統から切り離されていてもよい。
(図16においては、基幹系統の一部となっている送電線に71Aの符号を付し、基幹系統から切り離された送電線に71Bの符号を付した。)
すなわち、基幹系統に対して複数の電力ルータが接続されていてもよい。このように基幹系統を介して二以上の電力ルータを接続することにより、複数の電力ルータ間で基幹系統を介した電力融通が可能となり、融通される電力の過不足を基幹系統で補填するようにもできる。その一方、基幹系統を介さないで二以上の電力ルータ同士を接続してもよい。
また、電力ルータと負荷(または分散型電源)とを繋ぐ接続線を配電線72と称するとすると、配電線72は基幹系統11から切り離されたものである。すなわち、電力ルータと負荷(または分散型電源)とを繋ぐ配電線72は基幹系統11に繋がらない。
各レグの運転モードについては説明を省略するが、電力融通の方向とこれまでに説明した接続制約とを考慮して適切に各レグの運転モードを選択しなければならないことはもちろんである。
なお、図17において、基幹系統11を、蓄電池や発電設備などの分散型電源に代えてもよいことはもちろんである。すなわち、複数の電力ルータを分散型電源にバス接続してもよい。
図18において、基幹系統11を分散型電源に代えてもよい。
図19は、本発明の実施の形態1にかかる電力ルータ100a及び管理サーバ52を含む電力ネットワークシステム10aの構成を示すブロック図である。尚、本発明の実施の形態1にかかる電力ネットワークシステム10aの概要構成は、上述した図40と同等のものである。そこで、図19には、本発明の実施の形態1に関係する部分を中心に図示した。
本発明の実施の形態2は、上述した実施の形態1に改良を加えたものである。以下、実施の形態1の指標値を優先度と呼ぶ。図22は、本発明の実施の形態2にかかる電力ルータ100b及び管理サーバ52aを含む電力ネットワークシステム10bの構成を示すブロック図である。電力ルータ100bと電力ルータ100aの相違は、電力ルータ100bが制御部190aの代わりに制御部190bを有し、さらに記憶部180を備えるという点である。
本発明の実施の形態3は、上述した実施の形態2における優先度テーブル181の更新契機と、マスターレグの切替契機に関するものである。
以下、電力ルータ100bの起動時に優先度テーブル181の内容を初期化する方法として、(A)、(B)及び(C)の3つを例示する。尚、(A)〜(C)の複数を組み合わせても構わない。
電力ルータ100bの運用者又は設置者は予め電力ルータ100bが備える各レグについて優先度の初期値を決定し、その初期値を優先度テーブル181中の対応する優先度p1に記録しておく。また、優先度テーブル181中の全ての優先度p2を0にしておく。例えば、図22を参照すると、レグAの接続先は基幹系統11であるから、レグAはマスターレグとして好適である。そこで、電力ルータ100bの運用者又は設置者は、優先度テーブル181中のレグAの優先度p1に除外値以外の値を設定する。図25は、本発明の実施の形態3にかかる優先度テーブルの初期値の例を示す図である。
制御部190bは、電力ルータ100bの起動時に、電力ルータ100bが管理する電力貯蔵装置の残容量を取得する。制御部190bは、その残容量が所定の上限値を超えている、または所定の下限値を下回っている場合、優先度テーブル181中のレグの優先度p1を除外値にする。このレグは電力貯蔵装置に接続されているレグである。また、制御部190bは、その残容量と理想量との差分の絶対値が大きいほど小さくなる値を、その優先度p1に設定してもよい。ここで、理想量は電力貯蔵装置の満充電容量の半分であることが望ましい。
管理サーバ52aは予め、電力ルータ100bが備える各レグについて優先度の初期値を求めておく。例えば、図22を参照すると、レグDに接続されている電力貯蔵装置35aは管理サーバ52aの管轄下にある。そこで、管理サーバ52aは、その電力貯蔵装置35aの残容量に基づいてレグDの優先度の初期値を決定する(この決定方法は上記(B)に記載の通りである)。制御部190bは、電力ルータ100bの起動時に、管理サーバ52aへアクセスし、管理サーバ52aが決定した優先度の初期値を取得し、それらの初期値を優先度テーブル181の対応するレグの優先度p2に記録する。
本発明の実施の形態4は、上述した実施の形態2の応用である。ここでは、電力ルータが指定できる優先度の値域と、管理サーバが指定できる優先度の値域が重ならないようにする。但し、除外値(最小値も含む)については例外的に、電力ルータも管理サーバも共通的に指定できるとする。このようにすることで、電力ルータと管理サーバの間で優先度の値が競合することを防止でき、各々が他方に依存せずに優先度を決定できるようになる。
本発明の実施の形態5は、上述した実施の形態1に改良を加えたものである。特に、マスターレグが、直流母線の電圧を所定の定格電圧に維持することができなくなった場合、又は、当該維持することが将来できなくなると見込まれる場合を対象とする。そして、これらの場合を「マスターレグに関連する異常」として検出した場合の新たなマスターレグの候補を選択し、選択したレグをマスターモードにより運転制御する方法について説明する。
予定出力値 = 予定出力値 + 選択レグの定格出力 ・・・(1)
本発明の実施の形態6は、実施の形態5の変形例である。尚、本発明の実施の形態6にかかる電力ルータは、上述した実施の形態5との違いとして、候補レグを選択する際に定格出力の値を重視する点である。そのため、電力ルータの構成は、実施の形態5と同等であるため図示及び説明を省略する。
予定出力値 = 予定出力値 + 選択レグの調整電力値 ・・・(2)
本発明の実施の形態7は、実施の形態5の変形例である。尚、本発明の実施の形態7にかかる電力ルータは、上述した実施の形態5との違いとして、候補レグを選択する際に定格出力の値を重視する点である。そのため、電力ルータの構成は、実施の形態5と同等であるため図示及び説明を省略する。
さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、CPU(Central Processing Unit)にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
10a 電力ネットワークシステム
10b 電力ネットワークシステム
10c 電力ネットワークシステム
11 基幹系統
12 大規模発電所
21 電力セル
22 電力セル
23 電力セル
24 電力セル
30 負荷
31 家
32 ビル
33 太陽光発電パネル
34 風力発電機
35 電力貯蔵設備(蓄電池)
35a 蓄電池
35b 蓄電池
41 電力ルータ
42 電力ルータ
43 電力ルータ
44 電力ルータ
50 管理サーバ
51 通信網
52 管理サーバ
52a 管理サーバ
52b 管理サーバ
521 CPU
522 メモリ
523 通信部
524 ハードディスク
525 運転プログラム
100 (第1)電力ルータ
100a 電力ルータ
100b 電力ルータ
100c 電力ルータ
101 直流母線
102 平滑コンデンサー
103 電圧センサ
104 通信バス
110 レグ
111 電力変換部
111D 帰還ダイオード
111P 逆並列回路
111T サイリスタ
112 電流センサ
113 開閉器
114 電圧センサ
115 接続端子
120 レグ
121 電力変換部
122 電流センサ
123 開閉器
124 電圧センサ
125 接続端子
130 レグ
135 接続端子
140 レグ
145 接続端子
150 レグ
151 電力変換部
152 電流センサ
153 開閉器
154 電圧センサ
155 接続端子
160 レグ
162 電流センサ
163 開閉器
164 電圧センサ
165 接続端子
180 記憶部
180a 記憶部
181 優先度テーブル
181a 優先度テーブル
182 レグ情報テーブル
190 制御部
190a 制御部
190b 制御部
190c 制御部
200 第2電力ルータ
200a 電力ルータ
201 直流母線
210 第1レグ(自立レグ)
220 第2レグ(マスターレグ)
230 第3レグ
240 第4レグ
245 接続端子
250 第5レグ
260 第6レグ
300 第3電力ルータ
301 直流母線
310 指定電力送受電レグ
320 マスターレグ
350 ACスルーレグ
360 マスターレグ
400 第4電力ルータ
401 直流母線
410 自立レグ
420 マスターレグ
500 第5電力ルータ
501 直流母線
510 レグ
600 第6電力ルータ
601 直流母線
610 レグ
71A 送電線
71B 送電線
72 配電線
BL 支線
A レグ
B レグ
C レグ
D レグ
E レグ
p1 優先度
p2 優先度
p3 最終優先度
Claims (38)
- 電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータであって、
所定の定格電圧に維持される直流母線と、
一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、
前記電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する制御部と、を備え、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記制御部は、前記複数の電力変換レグのうち少なくとも1つの前記電力変換レグを前記マスターモードで運転制御し、
前記複数の電力変換レグのそれぞれに、前記電力変換レグの前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す指標値が対応付けられる
ことを特徴とする電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記指標値に基づいて、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグを選択し、当該選択した電力変換レグを前記マスターモードで運転制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
各電力変換レグの接続先の種類、現在の前記運転モード若しくは送受電可能な電力値、又は、当該電力ルータ、当該電力変換レグ若しくはその接続相手における現在の状態、過去の状態の履歴若しくは将来の状態の予測の少なくともいずれかに基づいて前記指標値を決定し、当該電力変換レグごとに当該指標値を対応付ける
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記直流母線の電圧を前記所定の定格電圧に維持することができなくなった電力変換レグ、又は、当該維持することが将来できなくなると見込まれる電力変換レグについて、前記マスターモードで運転制御させる選択の対象外とする除外値を前記指標値に割り当てる
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記直流母線の電圧を前記所定の定格に維持することができなくなった電力変換レグ、又は、当該維持することが将来できなくなると見込まれる電力変換レグについて、前記マスターモードで運転制御させる選択の対象から除外する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電力ルータ。 - 前記電力変換レグの識別子と前記指標値とを対応付けてテーブルとして記憶する記憶装置をさらに備える
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記テーブルが更新された場合に、前記記憶装置に記憶された当該テーブルを参照して、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグを選択し、当該選択した電力変換レグを前記マスターモードで運転制御する
ことを特徴とする請求項6に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
当該電力ルータ、前記電力変換レグ又はその接続先における現在の状態、過去の状態の履歴若しくは将来の状態の予測の少なくともいずれかの変化を検出した場合に、当該電力変換レグに対応付けた前記指標値を更新する
ことを特徴とする請求項3に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
所定の間隔により、前記複数の電力変換レグのそれぞれに対応付けた前記指標値を更新する
ことを特徴とする請求項3に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記指標値に基づいて、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる複数の電力変換レグを選択し、当該選択した複数の電力変換レグを前記マスターモードで運転制御する
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記電力変換レグ、その接続先又は当該電力変換レグと接続先とを結ぶ送電線のいずれかの送受電能力又は安定性に基づいて前記指標値を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記電力変換レグ又はその接続先の障害の有無に基づいて前記指標値を決定する
ことを特徴とする請求項4に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記電力変換レグ又はその接続先が将来停止するであろう確率に基づいて前記指標値を決定する
ことを特徴とする請求項4に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記電力変換レグの接続相手の種類が電力貯蔵装置である場合には、当該電力貯蔵装置の残容量に基づいて前記指標値を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記電力変換レグの接続先の種類が発電装置又は電力貯蔵装置である場合、当該発電装置又は電力貯蔵装置の管理主体に基づいて前記指標値を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記電力変換レグの接続先の種類が発電装置又は電力貯蔵装置である場合、当該発電装置又は電力貯蔵装置が入出力できる電力に基づいて前記指標値を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記電力変換レグ又はその接続先で過去に送受電された電力の大きさの履歴に基づいて前記指標値を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記電力変換レグ、その接続先又は当該電力変換レグと接続先とを結ぶ送電線のいずれかにおいて過去に発生した障害の履歴に基づいて前記指標値を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記電力変換レグとその接続先との間で送受電される電力の料金に基づいて前記指標値を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電力ルータ。 - 外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータを有する複数の電力セルを備える電力ネットワークシステムであって、
前記電力ルータは、
所定の定格電圧に維持される直流母線と、
一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、
前記電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する制御部と、を備え、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記制御部は、前記複数の電力変換レグのうち少なくとも1つの前記電力変換レグを前記マスターモードで運転制御し、
前記複数の電力変換レグのそれぞれに、前記電力変換レグの前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す第1の指標値が対応付けられる
ことを特徴とする電力ネットワークシステム。 - 前記制御部は、
前記第1の指標値に基づいて、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグを選択し、当該選択した電力変換レグを前記マスターモードで運転制御する
ことを特徴とする請求項20に記載の電力ネットワークシステム。 - 前記第1の指標値は、
各電力変換レグの接続先の種類、又は、当該電力ルータ、当該電力変換レグ若しくはその接続相手における現在の状態、過去の状態の履歴若しくは将来の状態の予測の少なくともいずれかに基づき決定され、当該電力変換レグごとに対応付けられる
ことを特徴とする請求項20又は21に記載の電力ネットワークシステム。 - 前記複数の電力変換レグのうち、前記直流母線の電圧を前記所定の定格に維持することができなくなった電力変換レグ、又は、当該維持することが将来できなくなると見込まれる電力変換レグについて、前記マスターモードで運転制御させる選択の対象外とする除外値が前記第1の指標値に割り当てられる
ことを特徴とする請求項20乃至22のいずれか1項に記載の電力ネットワークシステム。 - 前記電力ネットワークシステムは、
前記電力変換レグと前記第1の指標値とを対応付けてテーブルとして記憶する記憶装置をさらに備える
ことを特徴とする請求項20乃至23のいずれか1項に記載の電力ネットワークシステム。 - 前記電力ネットワークシステムは、
前記電力ルータとネットワークを介して接続された管理装置をさらに備え、
前記電力ルータは、
当該電力ルータ内の前記複数の電力変換レグのそれぞれについて第2の指標値を決定し、
前記管理装置は、
当該電力ルータ内の前記複数の電力変換レグのそれぞれについて第3の指標値を決定し、
前記電力ルータ又は前記管理装置のいずれかが、
前記第2の指標値と前記第3の指標値に基づいて、電力変換レグごとに前記第1の指標値を決定する
ことを特徴とする請求項20乃至24のいずれか1項に記載の電力ネットワークシステム。 - 前記電力ルータは、
前記複数の電力変換レグのうち自身が前記第2の指標値を決定することができなくなった電力変換レグについて、前記管理装置が決定する前記第3の指標値よりも低優先の前記第2の指標値を割り当て、
前記管理装置は、
前記複数の電力変換レグのうち自身が前記第3の指標値を決定することができなくなった電力変換レグについて、前記電力ルータが決定する前記第2の指標値よりも低優先の前記第3の指標値を割り当てる
ことを特徴とする請求項25に記載の電力ネットワークシステム。 - 前記テーブルは、
前記第2の指標値と、前記第3の指標値とを管理する領域を電力変換レグごとに有する
ことを特徴とする請求項24に従属する請求項25又は26に記載の電力ネットワークシステム。 - 前記第2の指標値がとりうる値の範囲と、前記第3の指標値がとりうる値の範囲が異なる
ことを特徴とする請求項25乃至27のいずれか1項に記載の電力ネットワークシステム。 - 所定の定格電圧に維持される直流母線と、一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、前記電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する制御部と、を備える電力ルータを管理する管理装置であって、
前記電力ルータを有する複数の電力セルとネットワークを介して接続され、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す指標値であって前記複数の電力変換レグのそれぞれに対応付けられている指標値に基づいて、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグを少なくとも1つ選択し、
前記電力ルータに対して前記選択した電力変換レグを前記マスターモードで運転制御させる指示を行う
ことを特徴とする管理装置。 - 所定の定格電圧に維持される直流母線と、一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、制御部と、を備える電力ルータにおいて、各電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する電力ルータの運転方法であって、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す指標値であって前記複数の電力変換レグのそれぞれに対応付けられている指標値に基づいて、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグを少なくとも1つ選択し、
当該選択した電力変換レグを前記マスターモードで運転制御する、
電力ルータの運転方法。 - 所定の定格電圧に維持される直流母線と、一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を変換する複数の電力変換レグと、制御部と、を備える電力ルータにおいて、各電力変換レグを所定の運転モードで運転制御する電力ルータの運転プログラムであって、
前記運転モードは、前記直流母線の電圧が前記所定の定格電圧に維持されるように前記電力変換レグを動作させる運転モードであるマスターモードを含み、
前記運転モードが前記マスターモードになる可能性を表す指標値であって前記複数の電力変換レグのそれぞれに対応付けられている指標値に基づいて、前記複数の電力変換レグの中から前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグを少なくとも1つ選択する処理と、
当該選択した電力変換レグを前記マスターモードで運転制御する処理と、
を前記制御部に実行させる、電力ルータの運転プログラム。 - 前記制御部は、
前記マスターモードで運転制御される電力変換レグであるマスターレグに関連する異常を検出した場合、当該マスターレグが現在融通している電力値である現在電力値と、当該マスターレグ以外の電力変換レグが送受電可能な電力値である送受電可能電力値と、前記指標値とに基づいて、当該マスターレグ以外の前記複数の電力変換レグの中から新たに前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグである候補レグを1以上選択し、当該選択した候補レグを前記マスターモードで運転制御する
ことを特徴とする請求項1乃至6又は10乃至19のいずれか1項に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記マスターレグ以外の前記複数の電力変換レグの中から、前記指標値に従って1以上の前記候補レグを選択し、
前記選択した候補レグにおける前記送受電可能電力値の合計値が前記現在電力値を賄うことができる場合に、当該選択した候補レグを前記マスターモードで運転制御する
ことを特徴とする請求項32に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記マスターレグ以外の前記複数の電力変換レグの中から、前記送受電可能電力値が大きい順に前記候補レグを選択し、
前記選択した候補レグのそれぞれに対応付けられた前記指標値に応じて前記送受電可能電力値を調整して調整電力値を算出し、
前記調整電力値の合計値が、前記現在電力値を賄うことができる場合に、前記選択した候補レグを前記マスターモードで運転制御する
ことを特徴とする請求項32に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記送受電可能電力値の合計値が前記現在電力値を賄うことができる前記電力変換レグの組み合わせのうち、前記電力変換レグの数が最小となる組み合わせに属する電力変換レグを、前記マスターレグ以外の前記複数の電力変換レグの中から前記候補レグとして選択し、
前記選択した候補レグを前記マスターモードで運転制御する
ことを特徴とする請求項32に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記マスターモードで運転制御される電力変換レグであるマスターレグに関連する異常を検出した場合、前記指標値に基づいて、前記直流母線の電圧を前記所定の定格電圧に維持するように、当該マスターレグ以外の前記複数の電力変換レグの中から新たに前記マスターモードで運転制御させる電力変換レグである候補レグを1以上選択し、当該選択した候補レグを前記マスターモードで運転制御する
ことを特徴とする請求項1乃至6又は10乃至19のいずれか1項に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記マスターレグに関連する異常が当該マスターレグの故障である場合、前記選択した候補レグを前記マスターモードで運転制御し、かつ、当該マスターレグの運転を停止し、
前記マスターレグに関連する異常が当該マスターレグの故障ではない場合、前記選択した候補レグを前記マスターモードで運転制御し、かつ、当該マスターレグの運転を維持又は他の運転モードで運転制御する
ことを特徴とする請求項32乃至36のいずれか1項に記載の電力ルータ。 - 前記制御部は、
前記マスターレグが、前記直流母線の電圧を前記所定の定格電圧に維持することができなくなった場合、又は、当該維持することが将来できなくなると見込まれる場合に、前記マスターレグに関連する異常として検出する
ことを特徴とする請求項32乃至37のいずれか1項に記載の電力ルータ。
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