JP2015061501A - 電力変換装置、装置検出方法ならびにプログラム - Google Patents

電力変換装置、装置検出方法ならびにプログラム Download PDF

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【課題】電力変換装置の初期設置時や運転開始後の異常発生時においても、複数装置間で自動的に結線関係を把握、運用の柔軟性を確保しながら電力スループットを増加させる。【解決手段】本発明の一態様としての電力変換装置は、接続部と、電力制御部と、結線検出処理部と、衝突監視部とを備える。前記接続部は、電力線に接続する。前記電力制御部は、前記電力線に対し電気信号を印加および前記電力線から電気信号を検出することの少なくとも一方を行う。前記結線検出処理部は、前記電力制御部を用いて、前記電力線に接続されている他の電力変換装置を検出する結線検出処理を実行する。前記衝突監視部は、前記結線検出処理の間、前記電力線上で電気信号間の衝突が発生したか否かを監視し、監視の結果に応じて、前記結線検出処理部を制御する。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置、装置検出方法ならびにプログラムに関する。
電力を変換するインバータユニット(電力変換装置)が通信機能を搭載し、複数の電力変換装置同士での電源位相制御や電力分担制御等の自律協調型制御を適用することで、運用の柔軟性を確保しながら、増設時や異常発生時を含めた自動での容量変更を実施するシステムを想定する。
例えば、複数台の電力変換装置を並列的に運転させ、電力の出力増を図る用途において、電源位相制御と呼ばれる機能を搭載することが考えられる。電源位相制御の機能とは、交流側出力における横流(起電力の差によって流れる無効横流、起電力の位相差によって流れる同期横流、起電力の波形差によって流れる高調波横流)発生を防止することである。この場合、複数の電力変換装置同士間で制御権の主体の決定、すなわち、マスター(制御主体の装置)/スレーブ(被制御主体の装置)を決定した上で、マスターがスレーブに電源位相制御のための電力情報や同期情報(時刻同期情報、周波数情報)を指示することが、電力入出力のスループット増に有用となる。同一の電力線に3台以上の電力変換装置が接続する場合は、各装置の計画値に対する個別の実績値の認識は、電力線の情報のみでは困難となるため、通信制御を用いて電力情報を交換し、マスターにスレーブが同期する。
従来、マスター/スレーブの役割が固定的に設定された複数インバータが、光通信線による同期を用いて電源位相制御に相当する並列運転を実現する方法が開示されている。また、機器がシステムに接続した際、機器情報を、通信を用いサーバに通知することで、機器を監視制御するサーバのソフトウェアを動的に設定する方法が開示されている。
だが、複数の電力変換装置間でマスター/スレーブの役割を動的に決定する場合、初期設置時や異常発生時、各装置は各々別個に動作するため、電力を制御する論理構成の確定状態を考慮しないと、システム内に複数のマスターが存在した状態で運転が開始される場合がある。この場合、どの電力変換装置からの同期情報を受信して動作すればよいかの判断を一元化させることが困難となるため電源位相制御の機能が正しく動作しない課題がある。従来の技術(マスター/スレーブの役割が固定、サーバが中央集中的に情報収集を行い情報の一元制を担保)の単純な組み合わせでは、こうした課題を解決することが出来なかった。
また従来の手法はいずれも、機器の初期設置時から運転時の動作状態を想定していることから、ブラックアウト(大規模停電)等の異常が発生した場合において、フェールソフト(縮退運転)を自動実行して電力入出力を継続することによる、運用の柔軟性の確保と、電力入出力のスループットを維持させることの実現が困難な課題があった。
特開2003-348851号公報
電力中央研究所報告:報告書番号:R10023「設備保全システム用プラグアンドプレイ方式-センサ設置に伴うソフトウェア設定の簡素化-」
上述したように、従来技術では、電力変換装置の初期設置時や運転開始後の異常発生時を含めた運用場面で、複数装置間で自動的に論理構成の変更を行い、運用の柔軟性を確保しながら電力入出力のスループットを増加させる方法については開示されていなかった。
本発明の実施形態は、電力変換装置の初期設置時や、運転開始後の異常発生時においても、複数の装置間で自動的に論理構成の変更を行うことを可能にした、電力変換装置、電力変換方法およびプログラムを提供する。
本発明の一態様としての電力変換装置は、接続部と、電力制御部と、結線検出処理部と、衝突監視部とを備える。
前記接続部は、電力線に接続する。
前記電力制御部は、前記電力線に対し電気信号を印加および前記電力線から電気信号を検出することの少なくとも一方を行う。
前記結線検出処理部は、前記電力制御部を用いて、前記電力線に接続されている他の電力変換装置を検出する結線検出処理を実行する。
前記衝突監視部は、前記結線検出処理の間、前記電力線上で電気信号間の衝突が発生したか否かを監視し、監視の結果に応じて、前記結線検出処理部を制御する。
本発明の実施形態に係わる全体のシステム構成図。 本発明の実施形態に係わる蓄電池/自然エネルギーのシステム構成図。 本発明の実施形態に係わるEVのシステム構成図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置によるシステム構成図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置によるシステム構成図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置によるシステム構成図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置によるシステム構成図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置によるシステム構成図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の装置構成図。 本発明の実施形態に係わる特性情報の構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる構成情報の構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる電力変換装置の動作フローチャート図。 本発明の実施形態に係わる電力変換装置の動作フローチャート図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる電力結線の動的把握に関する説明図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の構成決定例を示す図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の構成決定例を示す図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の構成決定例を示す図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の構成決定例を示す図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の構成決定例を示す図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の動作シーケンス図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の動作シーケンス図。 本発明の実施形態に係わる電力変換装置の構成情報のマスター／スレーブの情報が更新される様子を示す図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の動作シーケンス図。 本発明の実施形態に係わる複数の電力変換装置の動作シーケンス図。 本発明の実施形態に係わる電力変換装置の構成情報のマスター／スレーブの情報が更新される様子を示す図。 本発明の実施形態に係わる電力変換装置の内部状態遷移図。 本発明の実施形態に係わる異常発生時の複数の電力変換装置の構成決定例を説明する図。 本発明の実施形態に係わる異常発生時の複数の電力変換装置の構成決定例を説明する図。 本発明の実施形態に係わる異常発生時の複数の電力変換装置の構成決定例を説明する図。 本発明の実施形態に係わる通信メッセージ構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる通信メッセージ構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる通信メッセージ構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる通信メッセージ構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる通信メッセージ構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる通信メッセージ構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる通信メッセージ構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる通信メッセージ構成例を示す図。 本発明の実施形態に係わる通信メッセージ構成例を示す図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図1に本発明におけるシステム構成の全体概要を提示する。電力インフラ側には、発電所(給電指令所)11、自然エネルギーシステム12、蓄電池システム13、EMS(Energy Management System)14が設置されている。また、家庭やビル等の需要家側には、スマートメータ21、蓄電池システム22、32、EV(Electric Vehicle)システム23、需要家側EMS24、34等が設置されている。また、太陽光発電(PV: Photovoltaic)や風力発電等の自然エネルギーシステム25も設置されている。家庭用の需要家側EMSはHEMS(Home Energy Management System)、ビル用の需要家側EMSはBEMS(Building Energy Management System)として、構内の電力監視制御を実施する。自然エネルギーシステム12、25、蓄電池システム13、22、32には、入出力電力を変換(直流/交流、直流/直流)するインバータ(電力変換装置)P1、P4、P2、P5、P3が接続されている。
発電所(給電指令所)11は、火力や原子力等の燃料源によって大容量の電力を生成し、送配電網を通じて家庭やビル、工場等の需要家側に供給する。本発明の実施形態では発電所11から需要家に至る送配電網を総称して、電力インフラ(電力系統網)と呼ぶ。自然エネルギーシステム12は、風力や太陽光といった自然界に存在するエネルギーを元に電力を生成する発電装置を有し、発電所と同様に送配電網を通じて電力系統網から需要家に電力を供給する。自然エネルギーシステムを電力系統網に設置することで、発電所の負担を減らして効率的に運用させることが出来る。この中で蓄電池システム13は、発電所11や自然エネルギーシステム12が生成した余剰電力を貯蔵する役割を持つ。また、EMS14は、こうした発電所11や自然エネルギーシステム12の供給電力と、需要家側で消費する負荷電力を含めた電力システム全体の安定化を、電力網及び通信網双方を活用して制御する役割を担当する。
スマートメータ21は、需要家側の構内で消費された電力量を計測し、周期的に電力事業者の管理サーバに通知する。一般に当該管理サーバはMDMS(Metering Data Management System)と呼ばれるが、図1中では図示を省略している。前述のEMS14はMDMSと連携し、需要家側の負荷電力の総量を算出することが出来る。需要家の構内に設置された蓄電池システム32、22は、電力事業者の系統網から供給された電力、あるいは構内の自然エネルギーシステムが生成した電力を貯蔵する。EVシステム23は充電器を介して、車載電池に電力を貯蔵する。HEMSは家庭内の電力消費量を、BEMSはビルや工場内の電力消費量を監視制御する。本発明における実施形態は家庭だけではなく、前述したように、ビルや工場においても同様に実施出来る。この場合、ビル構内ではBEMS、工場ではFEMS(Factory Management System)と呼ばれる需要家側EMSが構内の電力消費量を監視制御する役割を担当することになる。
電力事業者の系統側の蓄電池システムの用途としては、系統の周波数や電圧などの電力の品質を維持するために、瞬間的な負荷変動に応じて秒単位で出力調整を行い、系統を安定させるアンシラリーサービス(短周期制御)と呼ばれる機能実現のために蓄電池システムが活用される。また、家庭やビル等の需要家側の蓄電池システムの用途として、単価の安い夜間電力を貯蔵することで、昼間の電力利用が集中する時間帯の融通を行うピークシフト(日間運用)と呼ばれる機能実現のために活用されることもある。電力変換装置P1〜P5は、蓄電池システム又は自然エネルギーシステムが入出力する直流電力と、電力系統網の交流電力の間の電力の変換を行う。
図2及び図3に本発明の電力変換装置の図1の実施形態に関わる基本システム構成を示す。これらは図1のシステム構成を詳細化したものである。図2に蓄電池システム及び自然エネルギーシステムの構成詳細、図3にEVシステムの構成詳細を提示する。蓄電池システム内の蓄電池は、充電と放電の双方を行い、風力や太陽光発電等の自然エネルギーの発電装置(図2の蓄電池と置き換える形で構成)は、放電のみを実施できる特徴がある。
図2の蓄電池システム/自然エネルギーシステムは、通信網および電力網44を介してEMS45に接続されている。EMS45は、系統側のEMSでも、需要家側のEMSでもよい。蓄電池システム/自然エネルギーシステムは、蓄電池(BMU: Battery Management Unit)42又は発電装置と、電力変換装置43で構成される。電力変換装置43は、インバータやコンバータ、PCS(Power Conditioning System)と呼ばれるもので、電力の入出力の変換や電圧量の調整の役割を担当する。
蓄電池(BMU)42は、複数の電池セルに加え、電池パック内部の状態を管理する内部プロセッサを備え、電力変換装置43からの要求に基づき電力の充放電制御を実施する。蓄電池(BMU)42は制御部に対して、定格電圧や充放電時の最大電流値、充電率(SOC: State Of Charge)、寿命率(SOH: State Of Health)といった情報を通知する。
図2の例では、電力変換装置43は、蓄電池42との間では直流の電力を、電力系統網44との間では交流の電力をやり取りする。電力変換装置43は、直流/交流変換や電圧変動抑制を行うが、それらの機能は、装置外部に接続したプロセッサで実現することも考えられる。
また、蓄電池(BMU)42と電力変換装置43間の充放電制御及び情報通知は、CAN(Controller Area Network)を用い実現する形態、イーサネット等の有線通信媒体、あるいは無線LAN(Local Area Network)等の無線通信媒体、更に、製品を販売するベンダが独自定義した電気信号線を用いて実現する方法が考えられるが、本発明の実施形態はいずれかの通信手段で限定されるものではない。
図2の蓄電池システムにおける電力変換装置43は、通信機能を備え、電力系統網又は需要家構内に設置された各種EMS45と通信する。一般に蓄電池は自然放電する特徴を備えることから、EMS45は蓄電池システムから、SOCやSOH等の情報を取得することで、時々刻々と変化する状態を適切に監視し、充放電制御の指示を行うことが出来る。
尚、電力変換装置を介した電力入出力を、充放電と表記する場合もある。また、蓄電池(BMU)42のかわりに、風力や太陽光発電等の自然エネルギーの発電装置を適用する場合は、基本的に電力変換装置は電力出力のみを行うため、この場合の用途においては、電力変換装置を介した電力出力は放電と表記する場合もある。複数の電力変換装置で構築された電力システムでは、電力変換装置が電力の入出力の流量をスイッチする役割を担うが、図4で詳細に説明する。
図3のEVシステムは、図2の蓄電池システム/自然エネルギーと類似した構成であるが、蓄電池52に接続して動作する第1の電力変換装置53の他に、充電器として動作する第2の電力変換装置54が存在する点が異なる。EVシステム51は、通信網および電力網55を介してEMS56に接続されている。
図3のEVシステム51における蓄電池52に接続した第1の電力変換装置53は、蓄電池(BMU)52と第2の電力変換装置(充電器)54間の電力及び通信情報を中継する。この場合、第1の電力変換装置53は、電力系統網上又は需要家構内の各種EMS56と通信するための通信能力を必ずしも有する必要はない。すなわち、図2の蓄電池システムにおける電力変換装置における交流/直流の変換機能は、図3の例では第2の電力変換装置54である充電器側に移行する点が異なる。図3の構成では、第1の電力変換装置53は直流/直流変換、第2の電力変換装置54は直流/交流変換を実施する。
だが、本発明の実施形態を実現するための具体的手順は、図2及び図3双方で共通である他、EVシステムの役割を、蓄電池システムと同様の役割に定義することが出来る。また、蓄電池(BMU)52に対する充放電に係わるアルゴリズム制御は、第1の電力変換装置53に集約する形態、第2の電力変換装置(充電器)54に集約する形態、需要家構内のHEMS/BEMS、電力系統のEMSに集約する形態等複数あるが、いずれの形態を用いても本発明の実施形態は同様の枠組みで実現することが可能である。
図2及び図3の例に加えて、本発明の実施形態に係る電力変換装置は、図4に示すように複数の電力変換装置同士を組み合わせる構成にも適用することが出来る。例えば、複数の蓄電池(及び／または自然エネルギーの発電装置)を組み合わせて、電力ユニットの論理的な集合体を形成する場合、同集合体には、ローカルコントローラ、電力変換装置(AC/DC、DC/DC)、蓄電池（及び／または発電装置）等が1つまたは複数含まれる。図示の例では、同集合体となる電力システム61に、ローカルコントローラ62、電力変換装置(AC/DC又はDC/DC)70、63, 63−1〜63−α、64、64−1〜64−α、蓄電池66、66−1〜66−α等が含まれている。
この場合、外部のEMS68とローカルコントローラ62(ローカルコントローラ自体は省略可)間は、図2や図3の例に相当し、有効電力/無効電力の制御等の電力アプリケーションを実現することが出来る。これに加え、複数の電力変換装置で連携動作をする場合は、複数台の電力変換装置を並列的に運転させると、電力の出力増を図ることが出来る。
図4の例では、交流側に接続した電力変換装置(AC/DC)の個々の入出力電力の定格が、AkW(キロワット)だとして、1+α個並列運転させることでA×(1+α)kWに出力を増設し、電源位相制御と呼ばれる電力アプリケーション機能を実現することが出来る。
電源位相制御は、交流側出力における横流(起電力の差によって流れる無効横流、起電力の位相差によって流れる同期横流、起電力の波形差によって流れる高調波横流)発生を防止することで実現されるが、このためには、並列動作する複数の電力変換装置間で、並列運転の同期元となる装置を識別するための制御主体の決定(マスター／スレーブ決定)を行わないと正しく同期が取れない課題がある。
具体的には、例えば、電力系統網のような大きな電力信号に接続する場合、電力変換装置は特に通信網を介して同期のための情報を交換する必要はなく、電力の特性から当該電力網の信号に徐々に同期する特徴があるが、停電時のように、電力系統網からの電力の供給がなく、入出力する電力量の規模が同程度で複数台が一斉に動作する場合は、どこに同期するかの情報を、通信網を介してやり取りしないと、電力変換装置のユーザーが意図した電力入出力が行われない課題がある。
3台以上の電力変換装置が接続した場合、各装置の計画値に対する実績値の認識は、電力線の情報のみでは困難となるため、通信線の情報を用いてマスターに同期することが必須である。一方、直流側に接続した電力変換装置(DC/DC)は、入出力する電力が直流であるため、電源位相制御のように同期を取ることはない。しかし、複数台による電力増や電力分担制御等の電力アプリケーション機能を実現する場合は、電源位相制御と同様に、制御主体を決定(マスター／スレーブ決定)の後、配分量の選択(充放電する蓄電池を選択等)を行う。尚、電力変換装置又はローカルコントローラに、表示端末69を通信網を介して接続させることで、データモニタや異常通知、パラメータ調整の電力アプリケーションを実現出来る。
尚、前述のように、電力系統網側では、瞬間的な負荷変動に対応するために、各々の蓄電池がアンシラリーサービスと呼ばれる機能に対応する仕組みが一般的にある。この場合、発電所に匹敵する大規模の蓄電容量を確保する必要があることから、図4のような、電力変換装置に接続された蓄電池/自然エネルギー発電装置の集合体を活用することが有用である。
需要家側でも、単価の安い夜間電力を貯蔵することで昼間の電力利用が集中する時間帯の融通を行うために、ピークシフトと呼ばれる仕組みを持つことが一般的にある。需要家側に一定のインセンティブを与える条件の下、電力事業者が需要家側に設置された蓄電池や自然エネルギーの電力を利用するという活用形態も有用である。
こうした種々の利用形態によっては、制御主体と被制御主体が各々複数存在する可能性もありうるため、マスター／スレーブの決定手順を適用して、監視制御のコンフリクトを回避することが必要になる。
図5A、図5B、図5C、図5Dに、本発明の実施形態における複数の電力変換装置の活用に焦点を当てた4種類の電力アプリケーション機能を提示する。
図5Aは「自律協調:受電容量内での電力分担制御」、図5Bは「自律協調:複数電源の同期運転(電源位相制御)」、図5Cは「自律協調:ブラックアウトからのスタート」、図5Dは「EMS連携:有効電力無効電力の監視制御」を示している。これらは、図4における構成図をアプリケーション機能の観点と、設置構成の観点から整理し直したものである。
交流側への接続を持ち、負荷に接続した複数の電力変換装置(AC/DC)が電力を入力する場合は図5Aに示す入力の電力分担制御、電源に接続した複数の電力変換装置(AC/DC)が電力を出力する場合は図5Bに示す電源位相制御になる。この他、図4に提示したように、直流側のみの接続を持ち、電源に接続した複数の電力変換装置(DC/DC)が電力を出力する場合は出力の電力分担制御になる。
一方、複数の電力変換装置を階層状に接続する構成も考えうる。EMSを用いずに電力変換装置同士でやり取りする場合や、図5Dに示すように、EMSを用いて集中制御の監視制御をする場合がある。本発明の実施形態では図5Cのような、EMSを用いない構成を、自律協調型の監視制御と定義する。
図6に本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成例を提示する。
前述のように電力変換装置は、図2の蓄電池システム/自然エネルギーシステムにおける蓄電池(BMU)又は発電装置と接続する電力変換装置に相当する。あるいは、図3のEVシステムにおいて蓄電池(BMU)と接続する第1の電力変換装置、充電器に接続する第2の電力変換装置に対応する。この他、図4及び図5における各々の電力変換装置に同様に対応する。
図6の電力変換装置は、電力入力部71、電力制御部72、電力出力部73、情報記憶部74、自律協調制御部75、通信部76を備える。
電力入力部71、電力制御部72、電力出力部73の役割は、具体的には、直流/交流、直流/直流や交流/交流の電力変換、電力の周波数監視と調整、電圧の変動検出と調整等の役割を担当する。電力入力部71および電力制御部72はそれぞれ電力線に接続し、これらの役割の機能を電力制御部72が、電力入力部71および電力制御部72を介して入出力される電力に関して行う。また電力制御部72は、自律協調制御部75の制御の下、電力入力部71または電力出力部73の少なくとも一方に接続された電力線に対し、電気信号を印加し、また電力線から電気信号を検出する機能も有する。
電力入力部71、電力出力部73は各々複数存在する構成の他、各々1つ存在する構成が考えられる。実際の実施においては、電力変換装置は、蓄電池(BMU)や自然エネルギーの発電装置からの電力を電力入力部71に入力させる場合と、電力系統網からの電力を電力入力部71に入力させる場合がある。また、電力入力部71から入力した電力を直流/交流、直流/直流や交流/交流の電力変換を施した後、電力出力部73から出力するが、電力入力部71と電力出力部73は、各々物理的に別個の電力回路として用意する構成の他、物理的に同じ回路で共通して用意する構成がある。いずれの構成を用いても良い。
本発明の実施形態において、蓄電池(BMU)や発電装置の充放電時の電力量は、単位ワット時間(Wh: Watt hour)で示される電力量の他に、単位アンペア時間(Ah: Ampere hour)で示される電流量、単位ボルト時間で示される電圧量(Vh: Volt hour)、又は瞬時電力量W等で表現する。
通信部76は、後述する構成情報記憶部74に格納される特性情報や構成情報の他、運転開始後の監視制御情報を通信メッセージとして生成し、EMSやローカルコントローラ、他の電力変換装置と通信網を介して当該メッセージの通信信号を送受信する役割を担当する。通信部76は、通信メッセージを送受信する処理に加えて、通信媒体としては複数となる、第1の通信部と第2の通信部を備える場合がある。
例えば第1の通信部は、光ファイバや電話線、イーサネット等の有線通信媒体の他、IEEE802.11無線LAN等の無線通信媒体によって実現し、第2の通信部をイーサネットやCAN等で実現する形態が考えられる。本稿の実施形態における通信媒体は特定の通信媒体に依存するものではない。
電力変換装置は、EMSやローカルコントローラ、他の電力変換装置からの通信メッセージを第1の通信部を介して取得する。その一方で、第2の通信部は、電力変換装置に接続された蓄電池(BMU)や自然エネルギーの発電装置の固有情報(定格容量、充放電終始電圧、上限温度、下限温度、最大充放電電流、定格電圧等)を取得する他、動作中の計測情報/設定情報を取得する。
蓄電池(BMU)が電力変換装置に接続した場合は、蓄電池(BMU)動作時の変動情報である計測情報(SOC、SOH、充放電電流、充放電電圧)を周期的に取得する。第2の通信部は上述のようにイーサネットやCAN等の有線通信媒体、ベンダが独自に規定した電気信号線によって実現することが出来るが、本発明の実施形態は、特定の通信媒体に依存するものではない。
また、電力変換装置に蓄電池を接続する場合、一般に内部電池セルは自然放電する特徴を持つことから、EMSやローカルコントローラ、他の電力変換装置にSOCやSOH等の情報を送信する際は一度のみ送信すれば良いわけではなく、電圧や電流等の情報と同様、値が時々刻々と変化する特徴を考慮、適宜通知することが望ましい。
また、本発明の実施形態においてインバータとして動作する電力変換装置は、蓄電池(BMU)への接続に限定されるものでなく、太陽光発電や風力発電、又は、これらと通信する各種EMSやローカルコントローラに適用可能で、特定の装置に制約されないことは言うまでもない。
情報記憶部74は、マスター／スレーブを決定する「特性情報」と、装置間で決定したマスター／スレーブの主従関係を表現する「構成情報」の大きく2種類の情報を記憶する。ただし、当該記憶部に格納する情報はこれら2種類に限定されるものではない。
特性情報は、図7に提示するように、「装置ID(Identifier)」、「装置種別」、「通信結線」、「電力結線」、「マスター／スレーブ」の情報で構成される。さらに、特性情報は、図示しない通信属性情報を含んでも良い。
IDは製造番号等の個体識別情報である。IDに対応付けて電力変換装置が電力結線の把握時に印加/検出する電気信号の値を管理することも出来る。
「装置種別」は、システム内の役割を表現するもので、EMS/ローカルコントローラ、電力変換装置がある。より詳細に、EMS、INV(AC/DC)、INV(DC/DC)、INV(DC/DC):電源(蓄電池)、INV(DC/DC):電源(PV)、INV(DC/DC):負荷に区分される。装置種別は、以下の説明において、「電力属性情報」と呼ぶ場合がある。
INV(AC/DC)は、交流および直流間の変換を行う電力変換装置、すなわち、電力変換装置(AC/DC)と同義である。INV(DC/DC)は、直流間の変換を行う電力変換装置、すなわち、電力変換装置(DC/DC)と同義である。INV(DC/DC):電源は、電源に接続された電力変換装置(DC/DC)と同義である。INV(DC/DC):電源は、蓄電池(BMU)が接続するか、太陽光等の自然エネルギーの発電装置に接続するかによって、更に区別される。INV(DC/DC):電源（蓄電池）は、蓄電池(BMU)に接続されるINV(DC/DC)と同義である。INV(DC/DC):電源（PV）は、自然エネルギーの発電装置に接続されたINV(DC/DC)と同義である。INV(DC/DC):負荷は、負荷に接続された電力変換装置(DC/DC)と同義である。
こうした情報は、電力変換装置に電源や負荷が接続した際に、イーサネットやCAN等の通信手段を用いて取得することが考えられるが、固定で設定する形態も考えられる。
「通信結線」は、同一通信ブロードキャストドメイン上の装置(群)の情報、「電力結線」は、同一母線上の装置(群)の情報である。
「マスター/スレーブ」は、マスター(制御主体となる装置)、スレーブ(被制御の装置) の識別情報である。
「電力結線」の情報の設定については、
・「作業員による表示端末等を用いた手動入力と確認」
・「電力変換装置間の第1の自動認識方法(特定の電力信号の出力について、通信で通知した後に電力線上の挙動を確認)」
・「電力変換装置間の第2の自動認識方法(特定の電力信号の出力について、電力線上の挙動を確認した後に通信で通知)」
・「自動認識及び手動入力の中間(例えば同じ時間区間に作業員からの操作によって特定の動作状態に移行した電力変換装置を、同一母線上に位置すると認識)」
等、複数の可能性がある。本発明の実施形態は、特に自動認識方法に関する。
「作業員による表示端末等を用いた手動入力と確認」とは、作業員が個別に目視や設計図等を用いて、個別の接続関係を確認して電力変換装置に入力する形態を想定する。
「電力変換装置間の第1の自動確認方法」および「電力変換装置間の第2の自動認識方法」は電力面や通信面の結線関係を確認する際、どこまで作業員の手を使わずに自動で実現出来るかといった電力結線情報の検出の自動性に関わり、自動検出の範囲は運用基準やシステム構成に依存する。システム構成は、交流系の電力線上に並列に並べた場合、交流系から直流系までツリー状に並べた場合等、複数の構成形態があり得る。
また、作業員の手順を全て自動処理に置き換えることが難しい場合は、上述した手動での確認を終えた後の、作業手順の再確認を提示する等の応用が考えられる。
「電力変換装置間の第1の自動確認方法」とは、例えば電力母線に片方側から電圧等のパルスを掛けて、片方側から検出し、通信網を用いて互いに検出した情報を交換して、所定の誤差の範囲内に収まると判定される場合に、それをもって電力面の結線を判定する形態である。「電力変換装置間の第2の自動認識方法」とは、「電力変換装置間の第1の自動認識方法」の逆、通信で通知を行ってから電力線上の挙動を確認ではなく、電力線上の挙動を確認してから通信で通知を行うものである。
通信属性情報としては、分散型通信処理および集中型通信処理といったシステム内の通信制御の構成に関する情報、汎用通信と同期通信の区分といった情報、通信で接続する他装置の情報や、通信制御における役割(集中型制御における基地局か子局か)等の情報があり得る。また、当該役割において、他装置との通信時の受信信号強度や、他装置との接続台数（他の装置を経由しないで直接無線リンクを形成して通信できる装置の台数。収容台数とも呼ぶ）が考えられる。また、当該役割において、他装置との通信時の受信信号強度や、他装置との接続台数（収容台数）が考えられる。
次に、情報記憶部74に記憶される構成情報について説明する。
構成情報は、当該電力変換装置にとって、マスターとなる装置、スレーブとなる装置の情報を示すものである。構成情報は、図8に提示するように、「装置ID」、「装置種別」、「通信接続」、「電力接続」、「マスター／スレーブ」により構成される。
これらの情報は、上述の特性情報を構成する情報と同義である。例えば装置IDが1の電力変換装置は、交流／直流間の電力変換を行う電力変換装置（INV(AC/DC)）であり、電力変換装置2、3、4と通信可能であり、電力変換装置2、3、4と同じ電力線に接続され、電力変換装置2、3、4が電力変換装置1のスレーブ（電力変換装置1がマスター）である。
各々の電力変換装置は、特性情報の内容を元に、自律協調制御部75でマスター／スレーブの判定を行い、構成情報の内容を更新する。以下、マスター／スレーブの関係の判定方法を詳細に説明する。本実施形態において、マスター／スレーブの関係は、優先度に基づいて判定する。
マスター／スレーブの具体的な判定優先度は、特性情報内の装置種別を2装置間で比較し、EMS>>INV(AC/DC)>>INV(DC/DC):電源(蓄電池)>>INV(DC/DC):電源(PV)>>INV(DC/DC):負荷の順で、優先度が高くなるように、各装置に種別に応じた重みづけを行う。
各電力変換装置は、最初に起動する際に、自らのシステムの種別を理解(例えば電力変換装置に接続した電源や負荷の情報から自らのシステムの種別を判断)し、マスター／スレーブ決定優先度に反映させる。特性情報が同一の場合は、例えば、他装置からの通信強度が最も高い装置をマスターに決定すること等考えられる。
また、上述の優先度に当てはまらない場合、「先に起動した装置」「後に起動した装置」「事前設定」「ランダム」等の方法を元に、マスター／スレーブを決定する。
EMSは、一般に高度なアルゴリズム処理が適用可能な計算機で実現されるため、システム内にEMSがいる場合は、同装置をマスターに選定することが、性能面から好ましい。ローカルコントローラは、EMSに分類する。
電力変換装置(AC/DC)は、図5Cおよび図5Dに示すように、システムの構成上、上位に位置することから、電力系統網やEMSとの連携を考慮すると、マスターに選定することが効率面から好ましい。
電力変換装置(DC/DC)について、電源(蓄電池)、電源(PV)、負荷等、接続対象が複数存在するが、異常発生時に動作する確率が最も高い装置を鑑み、異常発生に先駆け動作に必要な電力を貯蔵出来る電源(蓄電池)を、マスターに選定することが、可制御の観点から好ましい。
尚、ここで、電力変換装置は、電力変換の機能毎に物理的な装置構成を分けることも、機能を共通化することも考えうる。例えば、電力変換機能を共通化させる場合、電力変換装置は、交流/直流(AC/DC)変換の処理も、直流/直流(DC/DC)変換の処理も実施出来る。この時、電力特性情報の表現は、取りうる電力変換の機能を全て記載する方法の他、実際に運用するシステム内の役割を用いる方法が考えられる。
例えば、交流/直流(AC/DC)変換の処理も、直流/直流(DC/DC)変換の処理も出来る電力変換装置であっても、実際のシステムで交流の電力線上に接続したことを検知した場合は、電力変換装置(AC/DC)となる。
具体的には、電力線に接続して電力を入出力する役割に対応させて、電力変換装置(AC/DC)か電力変換装置(DC/DC)かの装置種別を決定する方法が考えられる。交流用の母線と少なくとも1以上接続すると共に、直流用の母線と少なくとも1以上接続する場合、当該電力変換装置の装置種別は、交流/直流(AC/DC)のように決定しうる。いずれか1種類の母線に接続する場合は、交流/交流(AC/AC)あるいは直流/直流(DC/DC)のように決定する。
電力変換装置の自律協調制御部75は、マスター／スレーブの決定といった初期設置時や異常発生時の動作の他に、通常運転時の電力アプリケーション機能に必要となる、リアルタイム用の監視制御情報、非リアルタイム用の監視制御情報を処理することが出来る。
リアルタイム用の監視制御情報は、例えば、電源位相制御の機能の場合、電圧や周波数の指令値と実測値の他、時刻同期用の情報を処理する。その一方、非リアルタイム用の監視制御情報には、運転計画情報がある。
運転計画情報は、電力変換装置に接続された蓄電池(BMU)や自然エネルギーの発電装置、電力系統網からの要求に基づいた計画情報で、「横軸:時間、縦軸:電力量等」の形式で表現することが出来る。この情報を構成するためには、1つの例として、蓄電池(BMU)や自然エネルギーの発電装置の充放電制御に固有な情報を用いる方法がある。例えば蓄電池(BMU)の場合、単位ワット(W: Watt)で示される定格充放電電力、単位ワット時間(Wh: Watt hour)で示される定格容量、単位百分率で示される充電率(SOC: State Of Charge)、SOCに対応付けられた放電可能時間及び充電可能時間の概念が、一般的に存在する。
蓄電池(BMU)の一般的な充電方式である定電流充電方式では、百分率で示されるSOCが所定の閾値に達するまで、蓄電池(BMU)内の電池セルが入出力する電力量(電流量)が、一定状態で推移する。このことから、蓄電池(BMU)からSOCの値を取得することで、当該情報に対応付けられた充電可能時間及び放電可能時間、最大充放電電力、充放電に必要な電力量(充放電可能時間と電力の積)を算出することが出来る。定電流充電では、SOCが所定の閾値を超えた後は、充電に必要な電流量が極小化する特性があるため、充放電計画に必要な情報の概算を算出することが出来る。
尚、充放電制御時の電力量は、単位ワット時間(Wh)で示される電力量の他に、単位アンペア時間(Ah)で示される電流量、及び単位ボルト時間で示される電圧量(Vh)各々を用いることが出来る。
また、太陽光発電や風力発電等の自然エネルギーの場合には、電力を貯蔵(充電)することは出来ないため、SOCの概念は無く、放電専用の装置として動作する。逆に、電力変換装置に接続された装置が蓄熱装置である場合は、電力を放電することは出来ないため、充電専用の装置として制御する。
電力変換装置の運転計画は、これらの情報をベースに、当該装置に接続した電源(あるいは負荷)に対する具体的充放電動作を実施するためのものとして作成される。
電力系統網における電力供給の瞬断を防止する際は、通信メッセージを適宜送受信するリアルタイム型の動作することが望ましい。その一方で、夜間時間帯で比較的ゆるやかな時間間隔で制御する際は、動作タイミング間隔を設定する非リアルタイム型の動作をすることが望ましい。本発明の実施形態はリアルタイム、非リアルタイム等の特定の運転動作に依存するものではない。
自律協調制御部は、電力入力部71および電力出力部73の少なくとも一方に接続する電力線に接続される他の電力変換装置（ローカルコントローラ、EMS等も含む）を自動で検出することを実現する結線検出処理部77と衝突監視部78を備える。
結線検出処理部77は、電力制御部72を用いて、上記電力線に接続されている他の電力変換装置を検出する結線検出処理を実行する。衝突監視部78は、結線検出処理の間、当該電力線上で電気信号間の衝突が発生したか否かを監視し、監視の結果に応じて、結線検出処理部77を制御する。
一例として、結線検出処理部77、電力制御部72を用いて電力線に自装置の存在を通知する電気信号を印加し、衝突監視部78は、電気信号の印加中に、電力線上への他の電力変換装置から電気信号が印加されたことを検知した場合は、電気信号の印加を停止するよう制御する。
衝突監視部78は、他の電力変換装置からの電気信号の印加が停止したと判断したら、再度、電力制御部72を用いて電気信号を印加するよう結線検出処理部77を制御してもよい。
また、結線検出処理部77は、電力制御部72を用いて電力線に自装置の存在を通知する電気信号を印加し、電気信号の印加が終了した後、例えば一定時間後に、電力制御部72により電力線上で他の電力変換装置からの電気信号が検出された場合は、他の電力変換装置と電力線による結線関係にあることを決定してもよい。
なお、当該他の電力変換装置と結線関係があると以前に決定した場合に、今回検出されない場合は、当該他の電力変換装置とは結線関係がなくなったと判断してもよい。または、結線検出シーケンスを複数回繰り返しても他の電力変換装置からの応答（ここでは電気信号。後述する別の例では通信信号（通信メッセージ）の場合もあり得る）が検出されない場合に、当該他の電力変換装置とは結線関係がなくなったと判断してもよい。このことは以下の他の検出シーケンスにおいても同様に適用される。
また、結線検出処理部77は、電力制御部72を用いて電力線に自装置の存在を通知する電気信号を印加し、電気信号の印加が終了した後、通信部76により他の電力変換装置から電気信号の検出に関する通信メッセージを受信した場合に、他の電力変換装置と電力線による結線関係にあることを決定してもよい。
また、結線検出処理部77は、通信部76を用いて他の電力変換装置に、自装置の存在を通知する電気信号の印加の予告に関する通信メッセージを送信し、その後、電力制御部72を用いて、自装置の存在を通知する電気信号を電力線に印加し、電気信号の印加後に76通信部を介して、他の電力変換装置から電気信号の検出に関する通信メッセージを受信した場合に、他の電力変換装置と電力線による結線関係にあることを決定してもよい。
また、衝突監視部78は、電気信号の印加中に、電力線上へ他の電力変換装置から電気信号が印加されたことを検知した場合は、電気信号の印加を停止するよう制御し、衝突監視部78は、他の電力変換装置からの電気信号の印加が停止したと判断したら、電力制御部72を用いて通信メッセージの送信と、電気信号の印加とを行うよう結線検出処理部75を制御してもよい。
結線検出処理部77は、通信部76を用いて他の電力変換装置に電気信号の印加を指示する通信メッセージを送信し、その後、電力制御部72を介して電力線上で他の電力変換装置からの電気信号を検出した場合に、他の電力変換装置と電力線による結線関係にあることを決定してもよい。
結線検出処理部77は、電力線に接続されているすべての装置全体に対して固有の識別子を割り当て、電力線に新たな電力変換装置の結線関係が確認された場合、または電力線に他の電力変換装置の少なくとも1つとの結線関係が確認されなくなった場合は、固有の識別子を更新してもよい。
結線検出処理部77は、電力制御部72による電気信号の検出値を通信部76を用いて他の電力変換装置へ送信し、他の電力変換装置から他の電力変換装置が検出した電気信号の値を受信し、電力制御部72での電気信号の検出値と、他の電力変換装置から受信した電気信号の検出値とが特定の範囲内に収まる場合に、他の電力変換装置と電力線を介して結線関係にあると判定してもよい。
なお、図6の構成の一部又は、全ては電力変換装置上の適用に限定されることはなく、EMSやローカルコントローラ等にも同様に適用し実施可能である。この場合、EMSやローカルコントローラ等は、互いに結線関係のある電力変換装置の個々の情報を管理すると共に、システム全体としての識別情報の付与や、一括制御を動的に行うものとする。
図9に、本発明の実施形態に関わる電力変換装置の動作フローチャートを提示する。運用プロセスの流れとしては、初期設置、通常運転、異常発生等が存在するが、同図のフローチャートは通常運転以外のケース、初期設置時及び異常発生時の構成検出と構成決定を対象とする。
また、図9に示すように、これらの特性情報および構成情報によるマスター/スレーブの決定に先駆け、システム構成の動的検出を行うため、電力線の結線の検出と通信線の結線の検出することが必要である。
図9Aおよび図9Bに、本発明の実施形態に関わる電力変換装置の自動構成管理における動作フローチャートを提示する。本動作フローは一例を示したものであり、本実施形態はこれに制限されるものではない。運用プロセスの全体としては、初期設置、通常運転、異常発生等が存在するが、図9Aおよび図9Bのフローチャートは初期設置時や異常発生時の構成検出と構成決定を対象とする。
ステップS101において、初期設置時（起動後の初期処理）、電力変換装置は、自身の属性情報を取得し、自身がEMS、INV(AC/DC)、INV(DC/DC)のいずれかを判別する。さらに、電力変換装置に直接接続した電源/負荷等の装置が、INV:電源(蓄電池)、INV:電源(PV)、INV:負荷等を更に判別する。
ステップS102において、自身の通信形態を確認し、有線通信であれば通常通り動作し、無線通信であれば、分散型通信であるIBSS（Independent Basic Service Set）に移行する。
ステップS103でライフタイム検査を行い、ステップS104で構成検出を行うことを決定する。装置エントリが無いもしくは構成に変更がない場合は（S105のNO）、一定時間待機し（ライフタイムを延長し）、ステップS103に戻る。ライフタイム検査では異常が発生していないかを検査し、異常が検出された場合は、構成検出を行うことを決定する（S104のYES）。装置エントリが有るもしくは構成に変更が有る場合は、ステップS107に進む。装置エントリが有るもしくは構成に変更が有るかは、例えば他の装置から広告を受信することで判定してもよい。自装置が起動した場合は、自身が装置エントリとなるため、装置エントリがあると判断される。また自身に接続された機器が変更された場合には構成が変更されたと判断できる。
ステップS107では、システム構成の動的検出を行うべく電力線の結線および通信線の結線の検出を行うことで、自装置と同じ電力線につながっている装置、および自装置と通信可能な装置を特定する。なお通信線とは、有線および無線のいずれも含み得る。ステップS108では、通信可能な装置から、無線または有線の通信網を介して、電力属性情報および通信属性情報等を含む構成管理情報（特性情報、構成情報）取得する。相手装置にマスターがいる場合は（S109のYES）、当該マスターに対してステップS108、S109、S110を再帰的に実行する。
すなわち、電力変換装置が他の装置から上記情報等を取得した際、既に当該相手装置が他の装置との間でマスター/スレーブを決定済みの場合がある。この場合は、当該装置の上記情報に記載されたマスターとなる装置の情報の取得を更に試みる。これによって、複数の電力変換装置が設置されたシステムにおいて、マスターの重複を回避して、電源位相制御や電力分担制御といった自律協調型の電力アプリケーション機能を実現する際の制御権の衝突を防ぐことが出来る。
情報の一連の取得処理が完了した後は、マスター/スレーブを決定する構成決定ルーチンに移行するが、具体的な構成決定を行う前に、判定を行う装置間の通信結線と電力結線を確認することが好ましい。
上述のように、本発明の実施形態における電力変換装置は、用途によって異なる電力アプリケーション機能(電源位相制御や電力分担制御)を複数装置の組み合わせによって実現するが、システムの設置形態によっては、通信面の接続関係と電力面の接続関係が1対1に対応しない場合がある。
例えば、複数の電力変換装置の集合をSと定義し、Sの部分集合S1とS2(S1∪S2= S、S1∩S2=0)を定義する。S_i(i=1,2)の電力変換装置は、各々電力網P_iと通信網C_iに接続するとする。結果、通信面と電力面の接続関係は、合計で4種類存在することから、各々の状態に応じてマスター／スレーブの決定処理を開始するか否かの判定を行うことが好ましい。
例えば、通信面で結線関係があって電力面で結線関係がない場合は、2台の電力変換装置が、同一母線に接続していないため、電源位相制御や電力分担制御に向けた同期処理は必要がない。
なお、マスター/スレーブの構成管理情報を取得、および配布するアルゴリズムは、上記、再帰的に問い合わせを行う手順の他、システム内でブロードキャスト通信やマルチキャスト通信等を用いて一括して管理する手順を適用することも考えられる。本発明の実施形態は特定手順に依存しない。
結線関係を確認した後、各々の電力変換装置は取得した情報の内容を元に、自律協調制御部内でマスター/スレーブの判定を行い（S111〜S119）、構成管理情報の内容を更新する。電源位相制御のマスター／スレーブの決定は、ブラックアウトなど電力系統に異常が生じて位相同期用のリファレンス値が受信されなくなった場合や、工場内等で外部からのリファレンスを受信することなく自律運転する場合などあらかじめ定めた条件が成立する場合に行われ、ACの電力線を対象に行う。DCの電力線は、位相同期は不要であるため行う必要は無い。
本フローにおいて、判定は通信線の結線関係がある装置を対象に行う。電力属性情報が異なりかつ電力線の結線関係がある場合（S112のYES）、通信属性情報が異なりかつ電力線の結線関係がある場合（S113のYES）、電力属性情報が異なりかつ片方の装置種別がEMSの場合（S114）、それ以外の場合（S114のNO）に応じて、マスター／スレーブの決定を行う（S115、S116、S117、S118）。
マスター/スレーブの具体的な判定優先度は、2台の装置間で装置種別を比較するループを行う。EMS>>ローカルコントローラ>>INV(AC/DC):蓄電池>>INV(AC/DC):太陽光>>INV(AC/DC)>>INV(DC/DC):蓄電池>>INV(DC/DC):太陽光>>INV(DC/DC) >>スマートメータの順で決定基準（装置種別）に重みづけを行った優先度を適用して、マスター／スレーブを決定する（S115、S117）。これは特に電力分担制御に関する決定に相当する。
各装置は、最初に起動する際に、自らのシステムの種別を理解(例えば電力変換装置に接続した電源や負荷の情報)し、マスター/スレーブ決定優先度に反映させる。ローカルコントローラはEMSに分類する。電力変換装置(AC/DC)は前述のように、システムの構成上、上位に位置することから電力系統網やEMSとの連携を考慮すると、ローカルコントローラをマスターに選定することが効率面から好ましい。電力変換装置(DC/DC)について、接続機器として電源(蓄電池)、電源(PV)、負荷等複数存在するが、異常発生時の動作する確率が最も高い装置を鑑み、異常発生に先駆け動作に必要な電力を貯蔵出来る電源(蓄電池)をマスターに選定することが可制御化の点から好ましい。
電力線の結線関係があるが、通信属性情報が異なる場合は、通信属性情報である他の装置からの接続数、または信号強度の大きさ等に基づき、マスター／スレーブを決定する（S116）。
電力属性情報（装置種別）が同一の場合は、例えば、構成情報（図8参照）のシーケンス番号が大きい装置（構成情報が更新された回数が大きい装置）をマスターに決定することが考えられる。また、上述の優先度に当てはまらない場合、「先に起動した装置」「後に起動した装置」「プリコンフィグ」「ランダム」等の方法を元にマスター/スレーブを決定することも考えられる（S118）。
また、各電力変換装置においてマスターが1台となるよう構成情報の内容更新を実施する（S119）。
こうしたマスター/スレーブ構成決定の途中の状態で、自律協調型の電力アプリケーション機能を実行すると制御権の衝突が発生する可能性があるため、構成決定内容を作業員に表示して目視で確認させるか、又は一致しているかの動作シーケンスを実行することが好ましい（S120）。後者の動作シーケンスとして、システム内に存在する複数の装置間の情報を一致させるため、通常運転の開始まで一定時間待機することや、構成管理情報を順次取得し、内容を比較することが考えられる。
各装置で構成情報の内容の一致が確認できたら、この内容でマスター／スレーブ構成を確定し、各装置は運転許可を決定する。運転許可を決定した各装置は、協調動作を行う（S121）。この後、無線通信は、集中型通信であるBSS（Basic Service Set）に移行し、マスターをBSS基地局として、ステップS103に戻る。
構成決定が終わった後の通常運転時は、各装置間でリアルタイム制御/非リアルタイム制御に関する通信メッセージを交換しながら電力の監視制御を実施する。例えば、監視系の情報としては、有効電力の現在値(W)、無効電力の現在値(VAR)、位相あたりの単位電圧、力率の現在値等がある。また、制御系の情報としては、電力網への接続許可、PV出力の利用許可、蓄電池出力の利用許可、有効電力/無効電力制御の利用許可、有効電力の目標値(W)、無効電力の目標値(VAR)、力率の目標値、有効電力の出力レベル値(%)、無効電力の出力レベル値(%)、周波数値等がある。更に、定格系の情報としては、定格有効電力(W)、定格皮相電力(VA)、定格無効電力(VAR)等がある。制御情報は読み書き双方が可能、監視/定格情報は読み込みのみ可能であることが一般的な実施形態の可能性として考えられる。
以下、図10から図18を用いて、複数の電力変換装置間で電力結線を自動的に検出するための手順を説明する。
図10は自動検出のための前提を示している。電力線・通信線の構成検出の具体的手順、具体的プロトコル設計の実現には、装置のIDと、装置が印加/検出する電圧/電流と、時間(タイミング)を組み合わせることが必要になる。一般に通信制御において、複数の装置が同時に通信メッセージを生成して送信する場合、伝搬路上での衝突が発生、通信相手に正しく情報が伝わらない課題がある。これらを解決するための通信技術としては、通信途中で衝突を検出出来るCSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)、通信後の確認応答の受信によって衝突を検出出来るCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)等が確立されている。
一方、電力線上の信号の取扱いについて、電力変換装置が取り扱う電圧/電流のレベルが高い場合、電気回路に関わるノイズ等によって、家庭内等で使われているPLC(Power Line Communication)のように複数のビットからなる情報を電力線上に伝搬させることが困難となる。このため、電力線上で複数の電力変換装置が、結線を動的に把握するためには、電力線上での信号の衝突・消失を考慮することが必要である。
これに際しての1点目の前提条件は、電気信号の装置毎の判別方法である。前述のように、電力変換装置が印加/検出する電気信号は特定の電圧レベル(情報に換算すると1ビット)である。よって、装置のIDと電気信号のルールが装置間で既知の場合、未知の場合とで具体的な検出手順が異なる。図10の左上では、電力変換装置1から電力変換装置2に電気信号を電力線に印加して電力変換装置2がこれを検出することが示されている。このとき、電力変換装置2が電力変換装置1が印加する電圧レベル（あるいは電流レベル）を知っているか否かで検出手順が異なる。図10の右上には、各電力変換装置1、2、3の電気信号の電圧と電流の値が記されているが、これらを事前に各電力変換装置が知っているか否かで検出手順が異なる。
また、2点目の前提条件は、装置がAIO(Analogue Input Output:電圧/電流の印加に関する情報を直接個々の装置同士に伝えるための線)を搭載し、電気信号の衝突・消失の検出を個別に直接監視出来る場合と、出来ない場合とで具体的な検出手順が異なる。図10の左下には、各電力変換装置がAIOを搭載し、電力変換装置の組ごとにAIOで有線接続されている形態が破線により示されている。各電力変換装置は自身が電力線に電気信号（アナログ信号）を出しているときはAIOを介して他の電力変換装置にその旨通知できるため、電気信号の衝突・消失を個別に直接監視できる。図10の右下には各電力変換装置がAIOを搭載していない形態が示されている。
これらを整理した具体的な手順の全体を図11に提示する。これらは、上述の前提条件を元に、電力線のみで電力結線の検出を行う場合、電力線と通信線の双方を用いて電力結線の検出を行う場合との大きく2つの手順を分けることが出来、より細かくは、5種類の手順に分けることができる。なお、利用する物理媒体が通信線のみの場合は、電力結線の把握はできないため、これらの5種類の手順からは外されている。
尚、図11中、電力線のみを使った電力結線の把握においては、複数の情報を送ることが出来ないため、予め、複数の電力変換装置間で、互いにどの装置がどのレベルの電気信号を印加するのかを判定し、更に、その印加を検出した場合に、その装置と電力結線があることを判定する。
一方、通信線と電力線の双方を用いた電力結線の把握においては、装置と装置が印加する電気信号のレベルの対の情報を動的に交換することが出来るため、これらの手順を交えながら、ある装置が他の装置に電気信号を伝えるプッシュ型のアプローチ、ある装置が他の装置から電気信号を聞きにいく（受信する）プル型のアプローチの双方が存在する。
通信線を用いて、装置IDやそれに対応する電気信号を伝えるための通信メッセージの例を図32および図33に提示する。図32及び図33は、結線確認要求に関する通信メッセージと、結線確認応答に関する通信メッセージを示している。これらの通信メッセージは、適宜情報の解釈の仕方を組み替えることで、プッシュ型のアプローチとプル型のアプローチを実現可能である。
これら5種類の手順に対応する電力線の結線検出に関する動作シーケンスを示す図14、図15、図16、図17および図18に示す。各図におけるIFS(Inter Frame Space)は固定の待ち時間、BO(Back Off)はランダムな待ち時間を示しているが、本実施形態は、これらの待ち時間の特定の形態に依存するものではない。
図14は、利用する物理媒体が電力線のみであり、各装置の装置IDおよび電気信号（電圧または電流レベルまたはこれらの両方）が既知であり、各電力変換装置がAIOを搭載している場合に対応する電力線の結線検出に関する動作シーケンスを示す。AIOを使う場合、基本的に、電気信号の衝突が発生してもそれを切り分けて解析できるため、失敗しないという前提に乗っ取っているが、印加した電気信号にノイズが含まれる環境を想定した場合には、正常に電気信号を送れたかあるいは受信できたかの判定を行う形態を導入してもよい。
各電力変換装置は、AIOを搭載しているため、同時に装置毎の電気信号の入出力を判別できるため、電気信号の印加のタイミングに制約はなく、各装置は任意のタイミングで電気信号の開始・停止を行うことができる。本例では、電力変換装置1がTα秒間、α（V）の電気信号を印加し、これを電力変換装置2、3が検出することで、電力変換装置2、3がそれぞれ電力変換装置1との結線を確認している。Tα秒間、電気信号を印加する理由について説明する。基本的には、電気信号を検出した瞬間に、特定の電圧（または電流）レベルであれば、結線確認を取ることが出来るが、電力線上にノイズが含まれることを考慮して、所定時間継続して電圧（または電流）を検出した場合に、結線確認、としたものである。同じ考え方の例として、無線通信では無線パケットの先頭に特定のビットパターン(プリアンブルと呼ばれる)が付加され、これを検出した場合に、無線パケットの内部を解析する処理に移行するものがある。
その後、電力変換装置2がTβ秒間、β（V）の電気信号を印加し、これを電力変換装置1、3が検出することで、電力変換装置1、3がそれぞれ電力変換装置1との結線を確認している。その後、電力変換装置3がTγ秒間、γ（V）の電気信号を印加し、これを電力変換装置1、2が検出することで、電力変換装置1、2がそれぞれ電力変換装置3との結線を確認している。Tβ秒間およびTγ秒間、電気信号を印加する理由は、Tαの場合と同様である。なお、本手順において、複数の電力変換装置が同時に電気信号を印加した場合は、AIOを介して衝突を検知するため、この場合は、AIOの検出がなくなってから、処理をやり直してもよい。
図15は、利用する物理媒体が電力線のみであり、各装置の装置IDおよび電気信号が既知であり、AIO未搭載に対応する電力線の結線検出に関する動作シーケンスを示す。
電力変換装置1が、Tα秒間、α（V）の電気信号を印加し、続いて、β（V）の電気信号を、Tβ秒間、印加する。電力変換装置1は、α（V）を出力することによって、自らの存在を通知し、連続的にβ（V）を出力することで、電力変換装置2を指定して、電力変換装置2からβ（V）を出力して存在を通知するよう促している。ただし、電力変換装置1がβ（V）の電気信号を出力する動作は必須ではないため、省略可能な破線によってこれを表している。電力変換装置2、3は、Tα秒間のα（V）の電気信号を電力線から検出することで、電力変換装置1との結線を確認する。電力変換装置2は、Tβ秒間、β（V）の電気信号を検知することで、自身が存在の通知を電力変換装置1に返すことを要請されていると判断し、電力変換装置2は、β（V）の電気信号をTβ秒間、電力線に出力する。電力変換装置1は、Tβ秒間のβ（V）の電気信号を電力線から検知することで、自身が存在の通知を返すことを促した電力変換装置2と結線されていると判断する。電力変換装置1は、存在の通知を返す電力変換装置を指定することで、複数の電力変換装置から同時に電気信号が印加されることによる衝突を回避している。
なお、電力変換装置2は、電力変換装置1と同じTβ秒間だけ電気信号を出力しているが、これは一例であり、動作上の制約はない。このことは、以降の説明においても同様である。
電力変換装置3は、Tα秒間のα（V）の電気信号を電力線から検出することで、電力変換装置1との結線を確認するものの、自身が存在の通知を出すことは電力変換装置1から要請されていないと判断するため、この時点では、電力変換装置2と異なる電気信号の印加は行わない。この後、電力変換装置1が、Tα秒間、α（V）を出力し、連続的にTγ秒間、γ（V）が出力されたことを検知したときに、自身が存在の通知を出すことを電力変換装置1から要請されていると判断し、γ（V）の電気信号をTγ秒間、印加する。電力変換装置1は、Tγ秒間のγ（V）の電気信号を電力線から検知することで、自身が存在の通知を返すことを促した電力変換装置3と結線されていると判断する。
電力変換装置は、上記シーケンスの実行において、電気信号の印加中に、電力線上への他の電力変換装置から電気信号が印加されたことを検知した場合は、電気信号の印加を停止する。その後、他の電力変換装置からの電気信号の印加が停止したと判断したら、再度、電気信号の印加を行っても良い。
図16は、利用する物理媒体が電力線と通信線の両方であり、各装置の装置IDおよび電位信号が既知である場合に対応する電力線の結線検出に関する動作シーケンスを示す。なお、本シーケンスは、各電力変換装置は、AIOを搭載していても、未搭載でもどちらでも対応可能である。
電力変換装置1が、Tα秒間、α（V）の電気信号を印加し、続いて、β（V）の電気信号を、Tβ秒間、印加する。電力変換装置1は、α（V）を出力することによって、自らの存在を通知し、連続的にβ（V）を出力することで、電力変換装置2を指定して、電力変換装置2からβ（V）を出力して存在を通知するよう促している。ただし、電力変換装置1がβ（V）の電気信号を出力する動作は必須ではないため、省略可能な破線によってこれを表している。電力変換装置2、3は、Tα秒間のα（V）の電気信号を電力線から検出することで、電力変換装置1との結線を確認する。
電力変換装置2は、Tβ秒間、β（V）の電気信号を検知することで、自身が存在の通知を電力変換装置1に返すことを要請されていると判断し、電力変換装置2は、通信信号を電力変換装置1宛てに印加（送信）する。通信信号のメッセージにはTβの情報を含めることで、Tβ秒間、検知したことを通知してもよい。ただし、これは一例であり、本実施形態はこの動作に限定されない。電力変換装置1は、電力変換装置2からの通信信号を受信することで、電力変換装置2との結線を確認する。その後、同様の手順によって、電力変換装置3との結線も確認している。
本手順では電力変換装置1は、電力変換装置2，3を順番に指定して、それぞれから順次通信信号を受信することで各装置との結線を確認しているが、電力変換装置1は、α（V）の電気信号を印加した後、全装置を指定する電圧の電気信号を印加することで、あるいは、電圧印加を停止することで、全装置の指定を行い、α（V）の電気信号を検知した各装置がそれぞれ通信信号を送信してもよい。無線通信方式にCSMAベースの方式を採用している場合は、衝突による通信効率が低下する可能性はあるが、時分割通信などの通信方式を採用している場合はこのような問題はない。
図17は、利用する物理媒体が電力線と通信線の両方であるが、各装置の装置IDおよび電位信号が未知である場合に対応する電力線の結線検出に関する動作シーケンスを示す。なお、本シーケンスは、各電力変換装置は、AIOを搭載していても、未搭載でもどちらでも対応可能である。
電力変換装置1が、通信信号を電力変換装置2宛てに印加（送信）する。このとき、通信信号の内容は、電気信号を検知してもらいたい装置を指定するとともに、自身が印加する印加レベル（α（V））と印加時間（Tα秒）を指定する（図32の結線確認要求メッセージを参照）。なお相手装置のIDは事前に通信を行って取得しておいてもよいし、通信アドレスのみ分かっている場合は、装置IDを指定せず、当該アドレス宛に送信するようにしてもよい。
電力変換装置2は、電力変換装置1からの通信信号を検知すると、応答信号として通信信号を返す。応答信号には電力変換装置1から指定された印加レベル（α（V））の指定を含めても良い（図33の結線確認応答メッセージを参照）。ただし、この動作は必須では無いため、図では破線によってこのことを表している。電力変換装置2からの応答信号を受けた電力変換装置1は、α（V）の電気信号をTα秒間、電力線に印加する。これを電力変換装置2が検知すると、電力変換装置2は電力変換装置1との結線を確認し、電力変換装置1宛てに通信信号を印加する。この通信信号を検知した電力変換装置1は、電力変換装置2との結線を確認する。
なお電力変換装置1は、α（V）の電気信号の印加中に、電力線上へ他の電力変換装置から電気信号が印加されたことを検知した場合は、電気信号の印加を停止する。そして、他の電力変換装置からの電気信号の印加が停止したと判断したら、通信信号（通信メッセージ）の送信と、電気信号の印加を再度行っても良い。
図18は、図17と同様、利用する物理媒体が電力線と通信線の両方であるが、各装置の装置IDおよび電位信号が未知である場合に対応する電力線の結線検出に関する動作シーケンスを示す。なお、本シーケンスは、各電力変換装置は、AIOを搭載していても、未搭載でもどちらでも対応可能である。
電力変換装置1が、通信信号を電力変換装置2宛てに印加（送信）する。このとき、通信信号の内容は、電気信号を印加してもらいたい装置を指定するとともに、当該装置に印加させる印加レベル（β（V））と印加時間（Tβ秒）を指定する（図32の結線確認要求メッセージを参照）。なお相手装置のIDは事前に通信を行って取得しておいてもよいし、通信アドレスのみ分かっている場合は、装置IDを指定せず、当該アドレス宛に送信するようにしてもよい。
電力変換装置2は、電力変換装置1からの通信信号を検知すると、その通信信号で指定された印加レベルおよび印加時間に従って、レベル（β（V））の電気信号を、Tβ秒間、電力線に印加する。電力変換装置1は、自身が指定した装置から、指定した印加レベルおよび印加時間の電気信号を検知することで、電力変換装置2との結線を確認する。この後、同様の手順によって、電力変換装置1は、電力変換装置3との結線を確認する。
図12は、電力線のみを使った電力線の結線検出における動作フローチャートである。本フローチャートは、図14および図15に示した動作シーケンスの共通部分に適用され、個別の差分の動作については、図示を省略する。差分の動作については、必要に応じて各ブロックの処理に加え、当該差分の動作を追加的に行えばよい。
電力線印加判定（S301）では、自らが電気信号の印加を実行するかの判定を行う。判定後、他の装置からの電気信号の印加が電力線で検出されるかを判定し（S302）、電気信号が印加されていない場合は、ステップS301での判定結果を調べ、判定結果が印加を実行することを示す場合は、電力線に、自らの存在を通知する電気信号を印加する（S307）。電気信号を印加した後、または、判定結果が印加を実行しないことを示す場合は、ステップS308に進み、処理を終了するかを判定する。処理を終了しないと判定した場合は、ステップS302に戻る。処理を終了すると判定した場合は、本処理を終了する。なお、AIO未搭載の場合は、他の装置から電気信号の印加がないことを電力線上で確認してから印加を行うが、他の装置からの電気信号と衝突した場合は印加を停止する。その後、再度フローがループして本ステップに至ったら、再度印加を行う。
ステップS302で、電気信号が印加されていると判定した場合は、電力線検出処理（S303）を行う。電力線検出処理では、必要に応じて、検出した電気信号を元に結線を記録する。例えば、電気信号の電圧レベルから結線先の装置の装置IDを特定し、特定した装置IDとの結線関係を記録する。
その後、所定時間待機し（S304）、電力線印加判定（S305）を行う。処理を終了するかを判定し、処理を終了しないと判定した場合は、ステップS302に戻る。処理を終了すると判定した場合は、本処理を終了する。
図13Aおよび図13Bは、電力線と通信線の双方を使った電力線の結線検出における動作フローチャートを示している。
図13Aは電力制御のフローチャート、図13Bは通信制御のフローチャートである。本フローチャートは、図16、図17および図18に示した動作シーケンスの共通部分に適用され、個別の差分の動作については図示を省略している。なお、図13Aの各ステップのうち図12と同様のステップには同一の符合を付してある。
図13Bの通信制御のフローチャートに示すように、通信線印加判定（S401）では、装置自身から通信メッセージの送信を実行するか否かを判定する。S401のブロック内の「通信線印加判定（通知情報）」は、通信するメッセージ種別を指定するものであり、”結線確認要求”に関する通信メッセージ(装置ID・電気信号の情報等)（図32）を生成することを意味する。これはアプリケーションが決定する。
通信部で通信メッセージが受信されたかを判断し（S402）、通信メッセージが受信された場合は、受信された通信メッセージの種別である通信情報種別を判断する（S403）。種別には通知情報と、検出情報が存在する。通知情報は、”結線確認要求”に関する通信メッセージ(装置ID・電気信号の情報等)（図32）を受信したことを意味し、検出情報は、”結線確認応答”に関する通信メッセージ(装置ID・信号情報)（図33）を受信したことを意味する。
種別が通知情報の場合は、通知メッセージに含まれる情報に基づき、相手装置からの装置IDおよび電気信号の情報を記録（電力線検出準備）する（S404）。一方、種別が検出情報の場合は、相手装置からの通信メッセージに含まれる電力線の検出情報を元に、相手装置との結線関係を記録（電力線結線記録）する（S405）。この後、ステップS404またはステップS405の後、処理を終了するかを判定する（S412）。処理を終了しないと判定した場合は、ステップS402に戻る。処理を終了すると判定した場合は、本処理を終了する。
ステップS402で、通信メッセージが受信されていないと判断した場合は、通信線印加判定（S406）を行う。これは、ステップS401と同様、装置自身から通信メッセージの送信を開始するかを判定する。送信すると判定した場合は、自らが送信する通信メッセージの種別（通信線印加種別）を判断する（S407）。種別には通知情報と検出情報が存在する。通知情報は、”結線確認要求”に関する通信メッセージ(装置ID・電気信号の情報等)（図32）を送信することを意味し、検出情報は、”結線確認応答”に関する通信メッセージ(装置ID・信号情報)（図33）を送信することを意味する。
種別が検出情報の場合は、電力線の検出結果に基づく情報を含む通信メッセージを送信する（S408）種別が通知情報の場合には、自装置のIDや電気信号の情報を含む通信メッセージを送信する（S407）。送信先の装置のIDは通信によって事前に取得しておいてもよいし、装置IDの指定をせずに、宛先アドレスのみを指定したメッセージを送信してもよい。後者の場合、返信される通信メッセージ（応答）で相手装置のIDを特定してもよい。ステップS407の処理の完了後、所定時間待機し（S410）、電力線印加判定（S411）により、装置自身が電気信号の印加を行うか否かを判定する。この判定の結果は図13Aの電力制御のフローチャートの処理で用いられる。なお、通信制御と電力制御が別個のハードウェアで実現される場合、内部バスで接続された共有メモリ上に、印加判定（通信線印加判定、電力線印加判定）という形でのフラグ情報を書き込むことで、図13Bの通信制御のフローチャートの動作と、図13Aの電力制御のフローチャートの動作の並列動作が可能になる。
図13Aに示すように、他の装置からの電気信号の印加が電力線で検出されるかを判定し（S302）、電気信号が印加されていない場合は、図13BのステップS411での判定結果を調べ、判定結果が電気信号の印加を実行することを示す場合は、電力線に、自らの存在を通知する電気信号を印加する（S307）。電気信号を印加した後、または、判定結果が電気信号を印加しないことを示す場合は、ステップS308に進み、処理を終了するかを判定する。処理を終了しないと判定した場合は、ステップS302に戻る。処理を終了すると判定した場合は、本処理を終了する。
ステップS302で、電気信号が印加されていると判定した場合は、電力線検出処理（S303）を行う。電力線検出処理では、必要に応じて、検出した電気信号を元に結線を記録する。例えば、電気信号の電圧レベルから結線先の装置の装置IDを特定し、特定した装置IDとの結線関係を記録する。
その後、所定時間待機し（S304）、通信線印加判定（S321）により装置自身が通信メッセージを送信するか否かの判定を行う。ステップS321のブロック内の「通信線印加判定（検出情報）」の検出情報は、通信するメッセージ種別を指定するものであり、電力線の検出結果を、通信線を用いて他の装置にフィードバックすることを意味する。この後、処理を終了するかを判定し、処理を終了しないと判定した場合は、ステップS302に戻り、処理を終了すると判定した場合は、本処理を終了する。
尚、ここまで述べてきたような装置毎のIDの他に、電力線・通信線の結線関係にある複数の電力変換装置で構成されるシステムを動的に決定した場合に、そのシステムに統一的なID（固有の識別子）を割り当ててもよい。結線関係が更新された場合（新たな装置が追加、既存の装置が離脱等した場合）は、IDを更新する。これにより、上位オペレータから見た場合の管理の利便性を向上させることが出来る。一般に、SCL(System Configuration Language)と呼ばれる、電力インフラ向けの設計支援ツールが存在する。作業員が事前に手作業で作成した設計情報を表示することで作業効率を改善するものであるが、ここで述べてきたような動的なシステム構成の把握の手段を用いることで、作業・運用現場における動的なアシストが可能となる。
また、これらの電力結線の動的な把握は、一例として、直流系（電力線）に接続した装置が電力線に対して電気信号を能動的に印加/検出する場合や、交流系（電力線）に接続している装置の駆動源である電力系統や発電機が停電している場合に当該装置から当該電力線に電気信号を印加/検出する場合に適用できる。ただし、本実施形態は、これらの場合に限定されるものではない。
また、電気信号を印加/検出する以外に、各電力変換装置が検出した電気信号情報を、通信メッセージを用いて交換することで、ある特定の範囲内に収まった電気信号(電圧/電流/周波数)を検出した複数の電力変換装置群を、同一の電力線上にあると判定してもよい。
図19A、図19B、図19C、図19Dに、複数の電力変換装置を設置したシステムにおけるマスター／スレーブの構成決定例を提示する。マスター／スレーブの決定の順序は、マスター／スレーブの決定が通信網あるいは電力網上で他装置の存在を発見した場合に行われることから、必ずしも常に同一の順序である必要はない。同図の例ではマスター／スレーブの構成情報が、4台の電力変換装置全てで一致するまでに、4回に渡る構成決定が行われる様子を示している。
図19Aに示す構成決定1回目と、図19Bに示す構成決定2回目とで、3台の電力変換装置(DC/DC)間での構成決定が行われる。図19Cの構成決定3回目から、電力変換装置(AC/DC)が、これらとの構成決定を開始する。構成決定3回目では、システム内に制御主体のマスターが複数台存在している。同図の例では、スレーブとなる電力変換装置にとって、複数台のマスターが存在することはないため、電力の監視制御が衝突することはなく、このまま通常運転への移行を許可しても問題ない。ただ、最上位のマスターとなる電力変換装置(AC/DC)から最下位のスレーブとなる電力変換装置(DC/DC)まで、論理的な階層構成が多段化され、情報伝達の効率が悪い課題がある。実際には、同図の例では、1台の電力変換装置(AC/DC)と3台の電力変換装置間は、通信接続と電力接続双方があるため、図19Dの構成決定4回目に提示するような直結型の論理階層構成を取ることが好ましい。
図20はシステム内に2台の装置として、電力変換装置(AC/DC)と電力変換装置(DC/DC)が設置されている仮定の下、特性情報と構成情報の交換と構成決定を行い、マスター／スレーブ決定の後、構成情報が更新される様子を示している。図の右は、各装置の構成情報が変化する様子を示し、「T」フィールドは変換特性を表し、「C」のフィールドは通信面の接続がある相手のIDを表し、「E」のフィールドは電力面の接続がある相手のIDを表し、「M／S」は、自身にとってマスターまたはスレーブとなる装置のIDを表す。
装置発見（S201）で同じ電力線上の他の装置を検出し、ステップS202で当該発見した装置の特性情報と構成情報を取得し、ステップS203で、相手装置から取得した情報を、自身の構成情報に反映している。尚、ステップS202とステップS203間に、通信/電力線の接続確認のステップを入れることも考えうる。ステップS204では、係員が各装置でマスター／スレーブ構成が一致しているか自身の装置に表示して確認する。別の方法として、上述したように、自身で把握しているマスター／スレーブ構成と、相手装置が把握しているマスター／スレーブ構成が一致しているか確認する動作シーケンスを自動で行っても良い。各装置での構成が一致していることが確認されたら、この内容でマスター／スレーブ構成を決定し、構成情報が更新される（S205）。この更新で、シーケンス番号がインクリメントされる。装置が3台以上存在する場合は、図9Aおよび図9Bの動作フローチャートや図19Aおよび図19Bに示したように、構成決定の比較相手となる装置に既にマスターがいるか否かの確認を実施する。
図21Aおよび図21Bに本発明の実施形態における複数の電力変換装置間の動作シーケンスの例を提示する。これらの図は図19のシステム構成において、実際に通信メッセージを交換する詳細動作を示している。交換される通信メッセージの構成と詳細を、図25、図26，図27、図28、図29、図30、図31に提示する。
電力変換装置は他の装置を発見するために、通信網を用いて、図25の広告メッセージ(通知/更新/離脱を通知するもの)、図26の探索要求メッセージ(他装置の存在を問い合わせるもの)、図27の探索応答メッセージ(探索要求メッセージの応答で自装置の存在を通知するもの)を交換する。この他、前述のように、電力網の情報(同一母線上に他装置が接続したことを確認)を活用することや、作業員による手動設定もある。これらの通信メッセージには、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)あるいはUDP/IP(User Datagram Protocol/Internet Protocol)等の通信ヘッダやメッセージを区別するためのメッセージ種別の情報に加え、送信元の装置IDや、探索要求メッセージ受信後の探索応答メッセージの応答までの待機時間の情報が含まれることになる。
実際の特性情報及び構成情報は、図28の構成情報書き込み要求メッセージ、図29の構成情報書き込み応答メッセージ、図30の構成情報読み込みメッセージ、図31の構成情報読み込み応答メッセージを用いて装置間で交換される。
特性情報と構成情報の関係は、図7及び図8に提示したように、個別の情報か複数の情報の集合体かの違いにあるが、図28等の通信メッセージ形態に示すように複数装置の特性情報をまとめて構成情報(テーブル形式)として配送する方法の他に、個々の装置の特性情報を個別に配送する方法が考えられる。本発明の実施形態において、情報を配送する方法は、特定の方法に限定されるものではない。構成情報は、装置毎に、装置ID、装置種別、通信結線、電力結線、マスター/スレーブを含み、これらのうち通信結線、電力結線、マスター/スレーブは場合によっては複数の配列要素の形で表現可能とする。
図21C（A）〜（E）は、図21Aおよび図21Bの動作シーケンスで、装置ID4の電力変換装置の構成情報のマスター／スレーブの情報が更新される様子を示している。図21C(A)は初期の構成情報、図21C（B）、（C）、（D）、（E）は、当該動作シーケンスにおけるマスター／スレーブ決定A101、A102 、A103 、A104で更新された時の構成情報を示している。具体的には、マスター／スレーブ決定A101では電力変換装置3及び4間、マスター／スレーブ決定A102では電力変換装置2及び3間、マスター／スレーブ決定A103では電力変換装置1及び3及び4間、マスター／スレーブ決定A104では電力変換装置1及び2及び3間で構成情報の書き込みを行い、各々、図21C（B）、図21C（C）、図21C（D）、図21C（E）を共有する。
図22Aおよび図22Bは、本発明の実施形態における複数の電力変換装置間の動作シーケンスの他の例を提示する。図22C（A）〜（F）は、図22Aおよび図22Bの動作シーケンスにおいて、図22C(A)は初期の構成情報、図22C（B）、（C）、（D）、（E）、（F）は、当該動作シーケンスにおけるマスター／スレーブ決定B101、B102 、B 103 、B 104、B105で更新された構成情報を示している。具体的には、マスター／スレーブ決定B101では電力変換装置3及び4間、マスター／スレーブ決定B102では電力変換装置2及び3間、マスター／スレーブ決定B103では電力変換装置1及び4間、マスター／スレーブ決定B104間では電力変換装置1及び2間で構成情報の書き込みを行い、各々、図13C（B）、（C）、（D）、（E）を共有する。
図21Aおよび図21Bのシーケンスと、図22Aおよび図22Bのシーケンスの違いは次の点にある。図21Aおよび図21Bでは、各電力変換装置がシステム内の全ての電力変換装置の存在を認識してから（図21Aの最初の4つのシーケンスで広告により互いの存在を通知し合っている）、マスター／スレーブ構築のための特性情報/構成情報の交換と、構成決定を開始する。図22Aおよび図22Bでは、各電力変換装置が個別の他電力変換装置の存在を認識すると同時に、マスター／スレーブ構築のための特性情報/構成情報の交換と構成決定を開始する。例えば図22Aでは、装置3は、装置4からの広告の受信により装置4を認識したと同時に、情報交換と構成決定を開始している。
前述のように、装置IDは装置を一意に識別するための情報である。当該IDとして、IPアドレス等の通信アドレスを用いている場合は、他電力変換装置から特性情報/構成情報を取得すると同時に、そこに記載されたシステム内の別の電力変換装置にアクセスすることが可能である。一方、装置IDに通信アドレス以外の値を用いる場合は、特性情報/構成情報の取得のみではシステム内の別の電力変換装置にアクセスすることが出来ない。そのため、前述のような繰り返し型の特性情報/構成情報の取得（図22Aおよび図22B）は、一旦打ち切られる。図21Aおよび図21Bのシーケンスと、図22Aおよび図22Bのシーケンスは、最終的なマスター/スレーブの構成情報は同一だが、そこに至る構成決定の手順が異なる。
図23は本発明の実施形態おける電力変換装置内の構成決定に関わる状態遷移図である。図中の文字が記入された楕円により、装置の状態が表されている。イベントの発生は、矢印付のイベント名によって表され、イベントが発生するごとに状態が遷移する。装置は、「起動」の状態から始まって、「終了」の状態で終了する。これらの間に遷移しうる状態として、「存在通知・存在要求」、「IDLE」、「存在発見」、「構成情報取得解析」、「構成決定」、「表示」、「更新通知」、「離脱通知」の状態がある。
例えば、電源オンにより「起動」状態になると、IPアドレス設定や構成情報初期処理（構成情報の初期設定）を行って、「存在通知・存在要求」状態に遷移する。この状態に遷移すると、広告または探索要求を送信し、「IDLE」状態に遷移する。「IDLE」状態で、広告や探索応答を受信すると、「存在発見」状態に遷移し、新たな装置を発見すると、「構成情報取得解析」状態に遷移する。構成情報を取得および解析すると、「構成決定」状態に遷移する。他の装置とマスター／スレーブ構成が一致していると確認すると、構成情報を更新し、「更新通知」状態に遷移し、他の装置に、更新された更新情報を送信して、「IDLE」状態に戻る。ここではいくつかの状態についての状態遷移の一例を示したが、他の状態についても同様にしてイベントに従って遷移が行われる。
図23では起動の状態からの動作を説明したが、本発明の実施形態は、初期設置時の他に異常発生時にも同様の仕組みで適用出来る。具体的には図5Cの「自律協調:ブラックアウトからのスタート」において、電力線(供給側となる電力系統網)の単一故障で異常が発生し、フェールソフト(縮退運転)を実現すると仮定する。図24A、図24B、図24Cは、異常発生時の各装置の動作を説明するための図である。図24Aは、各電力変換装置が正常時に自律協調している状態を示す接続構成図である。図24Bは、異常発生時の動作フローチャートである。図24Cは、図24Bのフローチャートの各段階での各電力変換装置の出力状況を示す図である。
通常運転時において、電力変換装置(AC/DC)は、系統電源から電力供給を受けて運転し、電力変換装置(DC/DC)は、電力変換装置(AC/DC)経由の系統電源からの電力供給に加え、蓄電池/PV等の電源から電力供給を受けて運転している（C101）。図24Cの一番上の表に、正常運転時の各電力変換装置の出力（実績値）が示されている。また同図には各電力変換装置の定格値も示されている。
電力変換装置(AC/DC)は、ブラックアウトが起こると（C102）、運転を停止する（C103）。また、一般に電力変換装置(AC/DC)は電力線を監視して、電圧や周波数等の実績値が閾値を超えた場合に、フェールセーフ(運転停止)を実行する。電力変換装置(DC/DC)は、上述のように、電力変換装置(AC/DC)経由の系統電源からの電力供給に加え、蓄電池/PV等の電源から電力供給を受けて運転するため、ブラックアウト時は、駆動する電力系を切り替えて動作を継続、通信することも出来る。電力変換装置(DC/DC)は、交流側に直接接続しないため、上記フェールセーフを実行することはない。蓄電池や発電装置に接続される電力変換装置(DC/DC)は、この時点で放電のための準備を行う。ブラックアウトが起こったときの各電力変換装置の出力は、図24Cの上から2番目の表に示される。ブラックアウトにより、これまで動作していた電力変換装置（AC/DC）、電力変換装置（DC/DC）：負荷、の動作が停止している。電力変換装置(DC/DC)は、電力変換装置(AC/DC)のブラックアウトの発生を、例えば電力変換装置(AC/DC)との通信の遮断により検出できる。
次に、電力変換装置(AC/DC)がフェールセーフしたら、残りの装置でマスター／スレーブを決定する（C104）。フェールソフト(縮退運転)のためには、異常時において生きている確率が一番高い電力変換装置をマスターに選定するという優先基準を採用する。すなわち、電力変換装置(DC/DC)の中でも、電源に接続した装置を、負荷に接続した装置よりも優先してマスターに決定する。更に電源の中でも、蓄電池に接続した電力変換装置(DC/DC)を、自然エネルギーの発電装置に接続した電力変換装置(DC/DC)よりも優先させる。
マスター／スレーブが決定したら、これらの装置群でフェールソフト（縮退運転）を行う (C105)。縮退運転時の各電力変換装置の出力は、図24Cの上から3番目の表に示される。これまで電力を出力していなかった蓄電池および発電装置から電力が出力され、これらの電力で、負荷が駆動されている。なお、電力変換装置（AC/DC）は停止したままである。
ブラックアウトが復旧したら(C106)、電力変換装置（AC/DC）は運転を再開し（C107）、蓄電池や発電装置に接続される電力変換装置（DC/DC）は、蓄電池の放電から充電へ切り替えの準備を行う。運転再開時の各電力変換装置の出力は、図24Cの一番下の表のようになる。この後、復旧した電力変換装置（AC/DC）も含めて、マスター／スレーブの決定を行い（C108）、通常運転に戻る。各電力変換装置の出力も図24Cの一番上の表に戻る。
これらの異常発生時においては、システム内の通信結線と電力結線の関係が変わっている可能性があることから、結線関係の動的な把握のプロセスを実行することが好ましい。
構成決定が終わった後の通常運転時は、各装置間でリアルタイム制御/非リアルタイム制御に関する通信メッセージを交換しながら電力の監視制御を実施する。例えば、監視系の情報としては、有効電力の現在値(W)、無効電力の現在値(VAR)、位相あたりの単位電圧、力率の現在値等がある。また、制御系の情報としては、電力網への接続許可、PV出力の利用許可、蓄電池出力の利用許可、有効電力/無効電力制御の利用許可、有効電力の目標値(W)、無効電力の目標値(VAR)、力率の目標値、有効電力の出力レベル値(%)、無効電力の出力レベル値(%)、周波数値等がある。更に、定格系の情報としては、定格有効電力(W)、定格皮相電力(VA)、定格無効電力(VAR)等がある。制御情報は読み書き双方が可能であり、監視/定格情報は読み込みのみ可能であることが一般的な実施形態の可能性として考えられる。
以上、本発明の実施形態によれば、電力変換装置の初期設置時や運転開始後の異常発生時において、複数の装置間で自動的に論理構成の変更とシステム内の結線関係把握を行い、運用の柔軟性を確保しながら、電力入出力のスループットを増加させることができる。
尚、この電力変換装置は、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、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、電力変換装置は、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、あるいは通信網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配置することで実現出来る。また、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスク又はCD-R、CD-RW、DVD-RAM、DVD-R等の記憶媒体などを利用することが出来る。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (12)

  1. 電力線に接続する接続部と、
    前記電力線に対し電気信号を印加および前記電力線から電気信号を検出することの少なくとも一方を行う電力制御部と、
    前記電力制御部を用いて、前記電力線に接続されている他の電力変換装置を検出する結線検出処理を実行する結線検出処理部と、
    前記結線検出処理の間、前記電力線上で電気信号間の衝突が発生したか否かを監視し、監視の結果に応じて、前記結線検出処理部を制御する衝突監視部と、
    を備えた電力変換装置。
  2. 前記結線検出処理部は、前記電力制御部を用いて前記電力線に自装置の存在を通知する電気信号を印加し、
    前記衝突監視部は、前記電気信号の印加中に、前記電力線上への他の電力変換装置から電気信号が印加されたことを検知した場合は、前記電気信号の印加を停止するよう制御する
    請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記衝突監視部は、前記他の電力変換装置からの電気信号の印加が停止したと判断したら、再度、前記電力制御部を用いて前記電気信号を印加するよう前記結線検出処理部を制御する
    請求項2に記載の電力変換装置。
  4. 前記結線検出処理部は、前記電力制御部を用いて前記電力線に自装置の存在を通知する電気信号を印加し、前記電気信号の印加が終了した後、前記電力制御部により前記電力線上で他の電力変換装置からの電気信号が検出された場合は、前記他の電力変換装置と前記電力線による結線関係にあることを決定する
    請求項1ないし3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 他の電力変換装置と無線または有線の通信を行う通信部を備え、
    前記結線検出処理部は、前記電力制御部を用いて前記電力線に自装置の存在を通知する電気信号を印加し、前記電気信号の印加が終了した後、前記通信部により前記他の電力変換装置から前記電気信号の検出に関する通信メッセージを受信した場合に、前記他の電力変換装置と前記電力線による結線関係にあることを決定する
    請求項1ないし3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6. 他の電力変換装置と無線または有線の通信を行う通信部を備え、
    前記結線検出処理部は、前記通信部を用いて他の電力変換装置に、自装置の存在を通知する電気信号の印加の予告に関する通信メッセージを送信し、その後、前記電力制御部を用いて、前記自装置の存在を通知する電気信号を前記電力線に印加し、前記電気信号の印加後に前記通信部を介して、前記他の電力変換装置から前記電気信号の検出に関する通信メッセージを受信した場合に、前記他の電力変換装置と前記電力線による結線関係にあることを決定する
    請求項1ないし3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  7. 前記衝突監視部は、前記電気信号の印加中に、前記電力線上へ他の電力変換装置から電気信号が印加されたことを検知した場合は、前記電気信号の印加を停止するよう制御し、
    前記衝突監視部は、前記他の電力変換装置からの電気信号の印加が停止したと判断したら、前記電力制御部を用いて前記通信メッセージの送信と、前記電気信号の印加とを行うよう前記結線検出処理部を制御する
    請求項6に記載の電力変換装置。
  8. 他の電力変換装置と無線または有線の通信を行う通信部を備え、
    前記結線検出処理部は、前記通信部を用いて他の電力変換装置に電気信号の印加を指示する通信メッセージを送信し、その後、前記電力制御部を介して前記電力線上で前記他の電力変換装置からの電気信号を検出した場合に、前記他の電力変換装置と前記電力線による結線関係にあることを決定する
    請求項1ないし7のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  9. 前記結線検出処理部は、前記電力線に接続されているすべての装置全体に対して固有の識別子を割り当て、前記電力線に新たな電力変換装置の結線関係が確認された場合、または前記電力線に前記他の電力変換装置の少なくとも1つとの結線関係が確認されなくなった場合は、前記固有の識別子を更新する
    請求項1ないし8のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  10. 電力線に接続される接続部と、
    他の電力変換装置と有線または無線の通信を行う通信部と、
    前記電力線から電気信号を検出または前記電力線に電気信号を印加することのうち少なくとも前者を実行する電力制御部と、
    前記電力制御部による電気信号の検出値を前記通信部を用いて前記他の電力変換装置へ送信し、前記他の電力変換装置から前記他の電力変換装置が検出した電気信号の値を受信し、前記電力制御部での電気信号の検出値と、前記他の電力変換装置から受信した電気信号の検出値とが特定の範囲内に収まる場合に、前記他の電力変換装置と前記電力線を介して結線関係にあると決定する結線検出処理部と
    を備えた電力変換装置。
  11. 電力線に対し電気信号を印加および前記電力線から電気信号を検出することの少なくとも一方を行うことにより、前記電力線に接続されている他の電力変換装置を検出する結線検出処理を実行する結線検出処理ステップと、
    前記結線検出処理が行われている間、前記電力線上で電気信号間の衝突が発生したか否かを監視し、監視の結果に応じて、前記結線検出処理を制御する衝突監視ステップと、
    を備えた装置検出方法。
  12. 電力線に対し電気信号を印加および前記電力線から電気信号を検出することの少なくとも一方を行うことにより、前記電力線に接続されている他の電力変換装置を検出する結線検出処理を実行する結線検出処理ステップと、
    前記結線検出処理が行われている間、前記電力線上で電気信号間の衝突が発生したか否かを監視し、監視の結果に応じて、前記結線検出処理を制御する衝突監視ステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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