JP2015233385A - 電力需給システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電装置が接続されている交流母線での電力の電圧を所定の範囲内に維持できる電力需給システムを提供する。
【解決手段】電力需給システムにおいて制御装置Ｃは、蓄電装置４の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、自立インバータ装置５に対して、目標電圧を低下側に変更させる電圧低下処理を実行させ、並びに、蓄電装置４の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、自立インバータ装置５に対して、目標電圧を増大側に変更させる電圧上昇処理を実行させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発電装置及び複数の電力消費装置が接続されている交流母線と、蓄電装置と、蓄電装置と交流母線との間を自己接続線を用いて接続する自立インバータ装置とを備える電力需給システムに関する。

例えば、電力会社の発電所から需要者へと電力が送られる大規模な電力系統では、通常、電気の流れは発電所から需要者への一方通行である。そのため、上流側の発電所から下流側の需要家へ向かって、電力の電圧は単調に降下する。但し、需要家に供給される電力の電圧が所定の許容電圧範囲（例えば、１０１Ｖ±６Ｖの範囲）にあるように、そのような電圧降下の発生を見越して、電力系統の途中で電圧の調整が行われている。

特許文献１には、上述のような一般的な大規模な電力系統とは異なる電力需給システムが記載されている。例えば、特許文献１に記載されているのは、交流母線と、蓄電装置と、蓄電装置と交流母線との間を自己接続線を用いて接続する自立インバータ装置とを有し、交流母線には複数の発電装置及び複数の電力消費装置が接続されている電力需給システムである。そして、自立インバータ装置は、交流母線に対する接続部位での電力の電圧を、上述した許容電圧範囲内の所定の目標電圧とする制御を行っている。

図３（ａ）は、特許文献１に記載されている電力需給システムと同様の構成のシステムを示す図である。このシステムでは、一本の交流母線１の一端に自立インバータ装置５が接続され、その自立インバータ接続部位Ｐｉでの電力の電圧が目標電圧になるように自立インバータ装置５が電力品質制御を実行する。その結果、交流母線１に接続されている電力需要者Ｄの電力消費装置６へ、所定の許容電圧範囲内の電圧が供給されることが期待される。

国際公開第２０１３／１７５６１２号

図３（ａ）に示したような電力需給システムにおいて、交流母線１に対して接続されている複数の発電装置７の発電電力が同時期に大きくなった場合、交流母線１では、複数の電力消費装置６の合計消費電力よりも、複数の発電装置７の合計発電電力が大きくなることも起こり得る。その場合、交流母線１での電力の電圧が上昇する状況に至る。図３（ｂ）は、交流母線１上での電力の電圧分布の例を模式的に示す図である。この例では、交流母線１上の一端部にある自立インバータ接続部位Ｐｉでの電力の電圧が目標電圧Ｖｔ（図中ではＶｔ＝１０１Ｖ）になるように自立インバータ装置５が電力品質制御を行っている。また、この例では、発電装置７の発電電力が大きくなっているため、交流母線１上の各接続部位ｐ１〜ｐ４には各発電装置７から電流が流入し、その結果、電圧制御が行われている自立インバータ接続部位Ｐｉの電圧を基準として、その自立インバータ接続部位Ｐｉから離れるにつれて電圧が目標電圧Ｖｔよりも徐々に高くなっている。そして、接続部位ｐ４では、電圧が許容電圧範囲を上回るという問題が発生している。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電装置が接続されている交流母線での電力の電圧を所定の範囲内に維持できる電力需給システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る電力需給システムの特徴構成は、複数の発電装置及び複数の電力消費装置が接続されている交流母線と、蓄電装置と、前記蓄電装置と前記交流母線との間を自己接続線を用いて接続する自立インバータ装置とを有する自己システムを備え、
前記自己接続線は、前記自立インバータ装置と前記蓄電装置とを接続するための第１自己接続線と、前記自立インバータ装置と前記交流母線とを接続するための第２自己接続線とで構成され、
前記自立インバータ装置に対して、前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側への充電又は前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側への放電を行いながら、当該自立インバータ装置が前記第２自己接続線を介して接続される前記交流母線の自立インバータ接続部位での電力の電圧を目標電圧とし及び周波数を前記蓄電装置の蓄電量に応じて決定される目標周波数とする電力品質制御を行わせる制御装置を備える電力需給システムであって、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は前記自立インバータ装置が前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、前記自立インバータ装置に対して、前記目標電圧を低下側に変更させる電圧低下処理を実行させ、並びに、
前記蓄電装置の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は前記自立インバータ装置が前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、前記自立インバータ装置に対して、前記目標電圧を増大側に変更させる電圧上昇処理を実行させる点にある。

上記特徴構成によれば、自立インバータ装置が、交流母線での電力の電圧を目標電圧とし及び周波数を蓄電装置の蓄電量に応じて決定される目標周波数とする電力品質制御を行うことで、交流母線に接続される電力消費装置に対して高品質の電力を安定供給できるようになる。

また、蓄電装置の蓄電量の増加率が所定の上限増加率よりも大きいということは、自立インバータ装置が電力品質制御として行っている第２自己接続線側から第１自己接続線側へ充電する（即ち、交流母線側から蓄電装置側へ充電する）有効電力が相対的に大きいことを示している。つまり、交流母線の電圧が目標電圧よりも高いため、交流母線の電圧を下げて目標電圧に近づけようとする制御が行われていることを示している。逆に、蓄電装置の蓄電量の減少率が所定の上限減少率よりも大きいということは、自立インバータ装置が電力品質制御として行っている第１自己接続線側から第２自己接続線側へ放電する（即ち、蓄電装置側から交流母線側へ放電する）有効電力が相対的に大きいことを示している。つまり、交流母線の電圧が目標電圧よりも低いため、交流母線の電圧を上げて目標電圧に近づけようとする制御が行われていることを示している。

そこで本特徴構成では、制御装置は、蓄電装置の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は自立インバータ装置が第２自己接続線側から第１自己接続線側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、自立インバータ装置に対して、目標電圧を低下側に変更させる電圧低下処理を実行させ、並びに、蓄電装置の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は自立インバータ装置が第１自己接続線側から第２自己接続線側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、自立インバータ装置に対して、目標電圧を増大側に変更させる電圧上昇処理を実行させる。その結果、交流母線での電力の電圧は、目標電圧の増減変更に合わせて全体として増減して、適切な範囲内にあることが確保される。

本発明に係る電力需給システムの別の特徴構成は、複数の発電装置及び複数の電力消費装置が接続されている交流母線と、蓄電装置と、前記蓄電装置と前記交流母線との間を自己接続線を用いて接続する自立インバータ装置とを有する自己システムを複数個備え、
複数個の前記自己システムが電気的に直列接続されるように、一つの前記自己システムが有する前記蓄電装置と他の一つの前記自己システムが有する前記交流母線との間を相互接続線を用いて接続する融通インバータ装置を前記自己システム同士の間に備え、
前記自己接続線は、前記自立インバータ装置と前記蓄電装置とを接続するための第１自己接続線と、前記自立インバータ装置と前記交流母線とを接続するための第２自己接続線とで構成され、
前記相互接続線は、前記融通インバータ装置と前記蓄電装置とを接続するための第１相互接続線と、前記融通インバータ装置と前記交流母線とを接続するための第２相互接続線とで構成され、
前記自立インバータ装置に対して電力品質制御を行わせ、並びに、前記融通インバータ装置に対して電力融通制御を行わせる制御装置を備え、
前記制御装置は、前記電力品質制御として、前記自立インバータ装置に対して、前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側への充電又は前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側への放電を行いながら、当該自立インバータ装置が前記第２自己接続線を介して接続される前記交流母線の自立インバータ接続部位での電力の電圧を目標電圧とし及び周波数を前記蓄電装置の蓄電量に応じて決定される目標周波数とする制御を行わせ、並びに、前記電力融通制御として、一つの前記自己システムと他の前記自己システムとの間で前記相互接続線を用いて電力を融通するとき、当該相互接続線を構成する前記第１相互接続線と前記第２相互接続線との間に設けられる前記融通インバータ装置に対して、当該一つの自己システム及び当該他の自己システムのそれぞれにおける前記交流母線での前記目標周波数に基づいて、前記蓄電装置の蓄電量が相対的に大きい自己システムから、前記蓄電装置の蓄電量が相対的に小さい自己システムへと電力を融通させる制御を行わせる電力需給システムであって、
前記制御装置は、
特定の前記自己システムの前記蓄電装置の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置が前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置に対して、前記目標電圧を低下側に変更させる電圧低下処理を実行させ、並びに、
前記特定の自己システムの前記蓄電装置の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置が前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置に対して、前記目標電圧を増大側に変更させる電圧上昇処理を実行させる点にある。

上記特徴構成によれば、自立インバータ装置が、交流母線での電力の電圧を目標電圧とし及び周波数を蓄電装置の蓄電量に応じて決定される目標周波数とする電力品質制御を行うことで、交流母線に接続される電力消費装置に対して高品質の電力を安定供給できるようになる。特に、電力品質制御では、交流母線の電力の周波数が、蓄電装置の蓄電量に応じて決定される目標周波数となるように制御される。つまり、各自己システムの交流母線での電力の周波数（目標周波数）には、蓄電装置の蓄電量に関する情報が与えられていることになる。その結果、融通インバータ装置が、蓄電装置の蓄電量が相対的に大きい自己システムから蓄電装置の蓄電量が相対的に小さい自己システムへ電力を融通させるための電力融通制御を行うとき、それぞれの自己システムの交流母線での電力の周波数を見るだけで、何れの自己システムの蓄電装置の蓄電量が大きいのかを容易に判別できる。また、この電力融通制御が行われることで、各自己システムの蓄電装置の蓄電量の均等化を図ることができる。

また、蓄電装置の蓄電量の増加率が所定の上限増加率よりも大きいということは、自立インバータ装置が電力品質制御として行っている第２自己接続線側から第１自己接続線側へ充電する（即ち、交流母線側から蓄電装置側へ充電する）有効電力が相対的に大きいことを示している。つまり、交流母線の電圧が目標電圧よりも高いため、交流母線の電圧を下げて目標電圧に近づけようとする制御が行われていることを示している。逆に、蓄電装置の蓄電量の減少率が所定の上限減少率よりも大きいということは、自立インバータ装置が電力品質制御として行っている第１自己接続線側から第２自己接続線側へ放電する（即ち、蓄電装置側から交流母線側へ放電する）有効電力が相対的に大きいことを示している。つまり、交流母線の電圧が目標電圧よりも低いため、交流母線の電圧を上げて目標電圧に近づけようとする制御が行われていることを示している。

そこで本特徴構成では、制御装置は、特定の自己システムの蓄電装置の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は特定の自己システムの自立インバータ装置が第２自己接続線側から第１自己接続線側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、特定の自己システムの自立インバータ装置に対して、目標電圧を低下側に変更させる電圧低下処理を実行させ、並びに、特定の自己システムの蓄電装置の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は特定の自己システムの自立インバータ装置が第１自己接続線側から第２自己接続線側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、特定の自己システムの自立インバータ装置に対して、目標電圧を増大側に変更させる電圧上昇処理を実行させる。その結果、交流母線での電力の電圧は、目標電圧の増減変更に合わせて全体として増減して、適切な範囲内にあることが確保される。
従って、発電装置が接続されている交流母線での電力の電圧を所定の範囲内に維持できる電力需給システムを提供できる。

本発明に係る電力需給システムの更に別の特徴構成は、前記制御装置は、前記特定の自己システムの前記蓄電装置の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置が前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、前記特定の自己システムの前記交流母線に対して接続されている前記融通インバータ装置に対して、前記特定の自己システムの前記交流母線での電力の電圧が低下するように当該交流母線に供給する無効電力を変化させ、並びに、前記特定の自己システムの前記蓄電装置の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置が前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、前記特定の自己システムの前記交流母線に対して接続されている前記融通インバータ装置に対して、前記特定の自己システムの前記交流母線での電力の電圧が上昇するように当該交流母線に供給する無効電力を変化させる点にある。

上記特徴構成によれば、制御装置は、特定の自己システムの自立インバータ装置に対して上記電圧低下処理又は上記電圧上昇処理を行わせるのに加えて、その特定の自己システムの交流線に対して接続されている融通インバータ装置に対して、交流母線に供給する無効電力を変化させる。その結果、交流母線での電力の電圧は、目標電圧の増減変更に合わせて全体として増減し、加えて、融通インバータ装置を利用した交流母線での電力の電圧の調整が行われながら、適切な範囲内にあることが確保される。

本発明に係る電力需給システムの更に別の特徴構成は、前記発電装置は、再生可能エネルギーを利用して発電する装置であり、前記複数の発電装置のそれぞれの発電電力は、再生可能エネルギーの増減に応じて同時期に増減する点にある。

発電装置が再生可能エネルギーを利用して発電する装置であれば、複数の発電装置のそれぞれの発電電力の増減は、太陽光や風力や地熱などの再生可能エネルギーの増減に合わせて同時期に現れることになる。そのため、複数の発電装置の発電電力の増減に合わせて、交流母線の電圧の大幅な増減が現れやすくなる。
ところが本特徴構成では、交流母線の電圧の大幅な増減が発生しても（例えば、上述したように蓄電装置の蓄電量の増加率及び減少率が大きくなっても）、上述したような電圧低下処理及び電圧上昇処理が行われる。それにより、自己システムの交流母線での電力の電圧の調整を行うことができる。

（ａ）は第１実施形態の電力需給システムの構成を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）は交流母線上での電力の電圧分布の例を模式的に示す図である。 は第２実施形態の電力需給システムの構成を示す図である。 （ａ）は従来例と同様の電力需給システムの構成を示す図であり、（ｂ）は交流母線上での電力の電圧分布の例を模式的に示す図である。

以下に図面を参照して本発明に係る電力需給システムについて説明する。
図１（ａ）は、電力需給システムの構成を示す図である。電力需給システムは、交流母線１と、蓄電装置４と、蓄電装置４と交流母線１との間を自己接続線２を用いて接続する自立インバータ装置５とを有する自己システムを備える。加えて、電力需給システムは、自立インバータ装置５に対して後述する電力品質制御を行わせる制御装置Ｃを備える。自己接続線２は、自立インバータ装置５と蓄電装置４とを接続するための第１自己接続線２ａと、自立インバータ装置５と交流母線１とを接続するための第２自己接続線２ｂとで構成される。図１（ａ）に示す例では、自立インバータ装置５に対して送配電線８が接続されているが、本実施形態では、自立インバータ装置５は、送配電線８の電力を交流母線１又は蓄電装置４へと供給するような動作や、交流母線１又は蓄電装置４の電力を送配電線８に供給するような動作を行うことはない。

図１（ａ）に示す例では、複数の発電装置７及び複数の電力消費装置６が、交流母線１上に間隔を置いて並ぶ複数の接続部位ｐ（ｐ１〜ｐ４）において交流母線１に接続されている。具体的には、交流母線１上の接続部位ｐ１に一つの電力需要者Ｄが接続され、交流母線１上の接続部位ｐ２に一つの発電装置７が接続され、交流母線１上の接続部位ｐ３に別の一つの電力需要者Ｄが接続され、交流母線１上の接続部位ｐ４に更に別の一つの電力需要者Ｄが接続されている。つまり、接続部位ｐ１には電力消費装置６と発電装置７とが接続され、接続部位ｐ２には発電装置７が接続され、接続部位ｐ３には電力消費装置６と発電装置７とが接続され、接続部位ｐ４には電力消費装置６と発電装置７とが接続されていることになる。

電力消費装置６は、交流母線１から供給される電力を消費する装置である。電力消費装置６としては、例えば照明装置や空調装置などの一般的な装置だけでなく、その動作のために電力を消費する様々な装置を利用できる。
発電装置７は、発電した電力を外部に供給する装置であり、その発電電力の供給先としては交流母線１や同じ電力需要者Ｄ内の電力消費装置６がある。発電装置７としては、太陽光や風力や地熱などの再生可能エネルギー（自然エネルギー）を利用して発電する装置、燃料を利用して発電する燃料電池などの様々な装置を利用できる。特に、発電装置７が再生可能エネルギー（自然エネルギー）を利用して発電する装置の場合、複数の発電装置７のそれぞれの発電電力の増減は、太陽光や風力や地熱などの再生可能エネルギーの増減に合わせて同時期に現れることになる。そのため、複数の発電装置７の発電電力の増減に合わせて、交流母線１の電圧の大幅な増減が現れやすくなる。

蓄電装置４は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などの蓄電池（化学電池）を利用できる。

自立インバータ装置５は、入力される電力を、所望の電圧、周波数、位相の電力に変換して出力できる電力変換装置である。例えば、自立インバータ装置５は、半導体スイッチング素子などを有する回路部（図示せず）、及び、その半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部（図示せず）などで構成される。そして、それらの半導体スイッチング素子のオン・オフが切り換えられることで、入力電力から出力電力への電力変換動作が行われる。

制御装置Ｃは、上記自立インバータ装置５の動作を制御可能な装置である。例えば、制御装置Ｃは、情報の入出力機能及び記憶機能及び演算処理機能などを有する装置である。尚、制御装置Ｃの機能は、自立インバータ装置５が有する制御部（図示せず）により実現することができる。或いは、制御装置Ｃの機能は、自立インバータ装置５が有する制御部（図示せず）とは別に設けられ、それらの制御部と情報通信可能に構成されるマスター制御部によって実現することができる。

そして、制御装置Ｃは、自己システム１０内での電力品質制御を行う。この電力品質制御は、自己システム１０の交流母線１での電力の品質を一定に保つことを目的とする制御である。具体的には、制御装置Ｃは、電力品質制御として、自立インバータ装置５に対して、第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側への充電又は第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側への放電を行いながら、その自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂを介して接続される交流母線１の自立インバータ接続部位Ｐｉでの電力の電圧を目標電圧とし及び周波数を蓄電装置４の蓄電量に応じて決定される目標周波数とする制御を行わせる。

この電力品質制御について補足すると、交流母線１の電力は、電力需要者Ｄの電力消費装置６によって消費されるが、電力消費装置６は、通常、この電力需給システムとは別の外部の商用電力系統から供給される電力によって動作することを前提としている。つまり、電力消費装置６は、商用電力系統から供給される電力の周波数に応じて動作するように設計されている。そのため、電力消費装置６に対して供給される電力の周波数が異なれば、厳密にはそれらの装置の動作も異なってしまう。従って、交流母線１での電力の周波数を所定範囲内に保つという電力品質制御を行う必要がある。

そこで、電力品質制御として、制御装置Ｃは、自立インバータ装置５に対して、その自己システム１０が有する蓄電装置４を用いて、その自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂを用いて接続されている交流母線１での電力の電圧を目標電圧とし及び交流母線１での電力の周波数をその蓄電装置４の蓄電量に応じて決定される目標周波数とする制御を行わせる。蓄電装置４の蓄電量についての情報は、蓄電装置４から自立インバータ装置５に対して伝達されてもよいし、或いは、蓄電装置４から制御装置Ｃに伝達され、更に制御装置Ｃから自立インバータ装置５に対して伝達されるように構成されてもよい。

例えば、自己システム１０において、複数の発電装置７から交流母線１への合計供給電力が、交流母線１からの複数の電力消費装置６による合計消費電力よりも少ない状態（即ち、交流母線１が負荷過多の状態）であるとき、交流母線１の電力の電圧は目標電圧より小さくなる。その場合、制御装置Ｃは、自立インバータ装置５から交流母線１へ電力を供給させることで（即ち、蓄電装置４側から自立インバータ装置５を介して交流母線１側への放電を行わせることで）、交流母線１での電圧を上昇させるような電力品質制御を行う。これに対して、自己システム１０において、複数の発電装置７から交流母線１への供給電力が、交流母線１からの複数の電力消費装置６による受電電力よりも多い状態（即ち、交流母線１が発電過多の状態）であるとき、交流母線１の電力の電圧は目標電圧より大きくなる。その場合、制御装置Ｃは、交流母線１から自立インバータ装置５へと電力を引き込むことで（即ち、交流母線１から自立インバータ装置５を介して蓄電装置４側へ充電を行わせることで）、交流母線１での電圧を低下させるような電力品質制御を行う。尚、自立インバータ装置５は、このような有効電力の制御だけでなく、無効電力の制御によっても交流母線１の電圧を調整することができる。

次に、上述した電力品質制御において、目標周波数がどのようにして決定されるのかを説明する。
本実施形態では、自立インバータ装置５は、交流母線１での電力の周波数が蓄電装置４の蓄電量が大きくなるにつれて高くなる関係で決定される目標周波数となるように制御する。この関係式の例としては、蓄電装置４の蓄電量の関数で決定する周波数変動値（例えば蓄電量が大きいほど周波数変動値が大きくなる関係など）を交流母線１の基準周波数（例えば６０Ｈｚ）に対して加算して得られる値を目標周波数とするようなものがある。この場合、目標周波数：ｆと、基準周波数：ｆ０と、周波数変動値：Δｆとの関係は以下の（数式１）で表すことができる。また、周波数変動分：Δｆは、蓄電量（State Of Charge）：〔ＳＯＣ〕と定数Ａ、Ｂを用いて以下の（数式２）で表すことができる。

ｆ＝ｆ０＋Δｆ ・・・・・・・・・・（数式１）
Δｆ＝Ａ×〔ＳＯＣ〕＋Ｂ ・・・・・（数式２）

自立インバータ装置５は、蓄電装置４の蓄電量が大きくなるほど交流母線１の目標周波数が大きくなるような上記関係式を予め内部メモリなどに記憶しておき、その関係式に従った制御を行う。このように、交流母線１の実際の周波数（即ち、目標周波数）は、その交流母線１に自立インバータ装置５を介して接続されている蓄電装置４の蓄電量が反映されていることになる。

以上のように、自立インバータ装置５が、交流母線１での電力の電圧を目標電圧とし及び周波数を蓄電装置の蓄電量に応じて決定される目標周波数とする電力品質制御を行うことで、交流母線１に接続される電力消費装置６に対して高品質の電力を安定供給できるようになる。

尚、発電装置７から交流母線１へ流入する電流量が大きいと、交流母線１の電圧が目標電圧よりも高くなってしまう。そして、交流母線１の電圧が目標電圧よりも高くなると、自立インバータ装置５は、上記電力品質制御によって交流母線１の電圧を下げて目標電圧に近づけようとするために、第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する（即ち、交流母線１側から蓄電装置４側へ充電する）有効電力が相対的に大きくなる。そして、蓄電装置４の蓄電量の増加率が所定の上限増加率よりも大きくなる。逆に、交流母線１の電圧が目標電圧よりも低くなると、自立インバータ装置５は、上記電力品質制御によって交流母線１の電圧を上げて目標電圧に近づけようとするために、第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する（即ち、蓄電装置４側から交流母線１側へ放電する）有効電力が相対的に大きくなる。そして、蓄電装置４の蓄電量の減少率が所定の上限減少率よりも大きくなる。特に、発電装置７が、太陽光や風力や地熱などの再生可能エネルギーを利用して発電する装置である場合には、複数の発電装置７の発電電力の増減は、その再生可能エネルギーの増減に合わせて同時期に現れることになる。その結果、複数の発電装置７の発電電力の増減に合わせて、交流母線１の電圧の大幅な増減が現れやすくなる。

そこで、本実施形態では、制御装置Ｃは、自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、自己システム１０の自立インバータ装置５に対して、自己システム１０の交流母線１での電力の電圧を低下させるための電圧低下処理を実行させ、並びに、自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、自己システム１０の自立インバータ装置５に対して、交流母線１での電力の電圧を上昇させるための電圧上昇処理を実行させる。具体的には、制御装置Ｃは、蓄電装置４の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、自立インバータ装置５に対して、目標電圧を低下側に変更させる電圧低下処理を実行させ、蓄電装置４の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、自立インバータ装置５に対して、目標電圧を増大側に変更させる電圧上昇処理を実行させる。ここで、制御装置Ｃは、自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値、及び、自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値について、例えば、第１自己接続線２ａ及び第２自己接続線２ｂに設けた電力計から取得することができる。また、上限増加率、上限減少率、充電側閾値、放電側閾値の値は適宜設定可能である。

図１（ｂ）は電圧低下処理を説明する図であり、図１（ｃ）は電圧上昇処理を説明する図である。この例では、交流母線１上の自立インバータ接続部位Ｐｉでの電力の電圧が目標電圧Ｖｔ（図中ではＶｔ＝１０１Ｖ）になるように自立インバータ装置５が電力品質制御を行っている。また、許容電圧範囲を９５Ｖ〜１０７Ｖの範囲（１０１Ｖ±６Ｖの範囲）に設定している。図１（ｂ）に示した例では、細実線で示すように、接続部位ｐ１〜ｐ４の電圧は目標電圧Ｖｔ１よりも高くなっている。また、図示は省略するが、制御装置Ｃは、蓄電装置４の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きい（又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きい）と判定したとする。このとき、制御装置Ｃは、目標電圧をＶｔ２（＜Ｖｔ１）へと減少変更させる。その結果、太実線で示すように、交流母線１の電圧を全体的に低下させることができる。
これに対して、図１（ｃ）に示した例では、細実線で示すように、接続部位ｐ１〜ｐ４の電圧は目標電圧Ｖｔ１よりも低くなっている。また、図示は省略するが、制御装置Ｃは、蓄電装置４の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きい（又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きい）と判定したとする。このとき、制御装置Ｃは、目標電圧をＶｔ３（＞Ｖｔ１）へと増加変更させる。その結果、太実線で示すように、交流母線１の電圧を全体的に上昇させることができる。

また、制御装置Ｃは、上述した電圧低下処理を行うことで目標電圧を低下側に変更した後、自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の増加率が上記上限増加率以下になったとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が上記充電側閾値以下になったときは、目標電圧を元に戻す。同様に、制御装置Ｃは、上述した電圧上昇処理を行うことで目標電圧を増大側に変更した後、自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の減少率が上記上限減少率以下になったとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が上記放電側閾値以下になったときは、目標電圧を元に戻す。

以上のような電圧低下処理及び電圧上昇処理を実行させることで、交流母線１での電力の電圧は、目標電圧の増減変更に合わせて全体として増減して、適切な範囲内にあることが確保される。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の電力需給システムは、複数の自己システム１０が接続された状態で備える点で上記実施形態と異なっている。以下に第２実施形態の電力需給システムについて説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。
図２は、第２実施形態の電力需給システムの構成を示す図である。本実施形態の電力需給システムは、自己システム１０を複数個備え、複数個の自己システム１０が電気的に直列接続されるように、一つの自己システム１０が有する蓄電装置４と他の一つの自己システム１０が有する交流母線１との間を相互接続線３を用いて接続する接続する融通インバータ装置９を自己システム１０同士の間に備える。制御装置Ｃは、自立インバータ装置５に対して電力品質制御を行わせ、並びに、融通インバータ装置９に対して電力融通制御を行わせる。各自己システム１０の構成は、第１実施形態で示したのと同様である。相互接続線３は、融通インバータ装置９と蓄電装置４とを接続するための第１相互接続線３ａと、融通インバータ装置９と交流母線１とを接続するための第２相互接続線３ｂとで構成される。そして、制御装置Ｃは、電力融通制御として、一つの自己システム１０と他の自己システム１０との間で相互接続線３を用いて電力を融通するとき、その相互接続線３を構成する第１相互接続線３ａと第２相互接続線３ｂとの間に設けられる融通インバータ装置９に対して、一つの自己システム１０及び他の自己システム１０のそれぞれにおける交流母線１での目標周波数に基づいて、蓄電装置４の蓄電量が相対的に大きい自己システム１０から、蓄電装置４の蓄電量が相対的に小さい自己システム１０へと電力を融通させる制御を行う。

融通インバータ装置９は、入力される電力を、所望の電圧、周波数、位相の電力に変換して出力できる電力変換装置である。例えば、融通インバータ装置９は、半導体スイッチング素子などを有する回路部（図示せず）、及び、その半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部（図示せず）などで構成される。そして、それらの半導体スイッチング素子のオン・オフが切り換えられることで、入力電力から出力電力への電力変換動作が行われる。

そして、一つの融通インバータ装置９は、一つの融通インバータ装置９を介して電気的に接続されて互いに隣接している二つの自己システム１０に関して、それぞれの蓄電装置４の蓄電量に応じて決定されている目標周波数に基づいて、蓄電装置４の蓄電量が相対的に大きい自己システム１０から、蓄電装置４の蓄電量が相対的に小さい自己システム１０へと電力を融通する。

具体的には、融通インバータ装置９は、複数個の自己システム１０が電気的に直列接続されるように、一つの自己システム１０が有する蓄電装置４と他の一つの自己システム１０が有する交流母線１とを接続する。そして、制御装置Ｃは、電力融通制御として、融通インバータ装置９に対して一つの自己システム１０と他の自己システム１０との間で相互接続線３を用いて電力を融通するとき、その相互接続線３を構成する第１相互接続線３ａと第２相互接続線３ｂとの間に設けられる融通インバータ装置９に対して、その一つの自己システム１０及び他の自己システム１０のそれぞれにおける交流母線１での目標周波数に基づいて、蓄電装置４の蓄電量が相対的に大きい自己システム１０から、蓄電装置４の蓄電量が相対的に小さい自己システム１０へと電力を融通させる。例えば、融通インバータ装置９は、自己システム１０Ａの交流母線１の周波数ｆＡに関する情報と、自己システム１０Ｂの交流母線１の周波数ｆＢに関する情報とを取得してそれらの値を比較し、その周波数の比較により判明する、蓄電装置４の蓄電量が相対的に大きい自己システム１０から、蓄電装置４の蓄電量が相対的に小さい自己システム１０へと電力を融通する。ここで、融通インバータ装置９が取得する交流母線１の周波数に関する情報は、各自己システム１０Ａ、１０Ｂの交流母線１での実際の電力の周波数（＝目標周波数）を検出して得た値であってもよく、或いは、その目標周波数を決定する自立インバータ装置５から伝達される目標周波数値であってもよい。

また、上記第１実施形態と同様に、複数個の自己システム１０の夫々において、各自立インバータ装置５は、上述した蓄電装置４の蓄電量の関数で決定する周波数変動分を交流母線１の基準周波数に対して加算して目標周波数を導出する。このとき、蓄電量と周波数変動分との間の関係式は複数個の自己システム１０の夫々で各別に設定されている。例えば、複数個の自己システム１０の夫々で、上述した数式２における定数Ａ、Ｂの値は各別に設定されている。そして、各自立インバータ装置５は、交流母線１での電力の電圧が目標電圧となるように、及び、交流母線１での電力の周波数がその目標周波数となるように制御する。

加えて、本実施形態でも、制御装置Ｃは、蓄電装置４の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は特定の自己システム１０の自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、交流母線１での電力の電圧を低下させるための電圧低下処理を自立インバータ装置５に実行させ、及び、蓄電装置４の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は特定の自己システム１０の自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、交流母線１での電力の電圧を上昇させるための電圧上昇処理を自立インバータ装置５に実行させる。

例えば、第１実施形態で説明したように、制御装置Ｃは、蓄電装置４の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は特定の自己システム１０の自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、自立インバータ装置５に対して、目標電圧を低下側に変更させる電圧低下処理を実行させ、蓄電装置４の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は特定の自己システム１０の自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、自立インバータ装置５に対して、目標電圧を増大側に変更させる電圧上昇処理を実行させる。

また、制御装置Ｃは、上述した自立インバータ装置５を用いた電圧低下処理及び電圧上昇処理を行うと共に、融通インバータ装置９に対して、交流母線に供給する無効電力を変化させる制御を行わせることもできる。即ち、制御装置Ｃは、特定の自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は特定の自己システム１０の自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、特定の自己システム１０の交流母線１に対して接続されている融通インバータ装置９に対して、特定の自己システム１０の交流母線１での電力の電圧が低下するようにその交流母線１に供給する無効電力を変化させる（例えば、遅れ無効電力を供給し）、並びに、特定の自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は特定の自己システム１０の自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、特定の自己システム１０の交流母線１に対して接続されている融通インバータ装置９に対して、特定の自己システム１０の交流母線１での電力の電圧が上昇するようにその交流母線１に供給する無効電力を変化させ（例えば、進み無効電力を供給し）てもよい。その結果、交流母線１での電力の電圧は、目標電圧の増減変更に合わせて全体として増減し、加えて、融通インバータ装置９を利用した交流母線１での電力の電圧の調整が行われながら、適切な範囲内にあることが確保される。

更に、制御装置Ｃは、上述した電圧低下処理を行うことで目標電圧を低下側に変更した後、自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の増加率が上記上限増加率以下になったとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が上記充電側閾値以下になったときは、目標電圧を元に戻す。同様に、制御装置Ｃは、上述した電圧上昇処理を行うことで目標電圧を増大側に変更した後、自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の減少率が上記上限減少率以下になったとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が上記放電側閾値以下になったときは、目標電圧を元に戻す。

加えて、制御装置Ｃは、上述したように自立インバータ装置５を用いた電圧低下処理を行うと共に融通インバータ装置９に対して交流母線１に供給する無効電力を変化させる制御を行わせた後、自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の増加率が上記上限増加率以下になったとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第２自己接続線２ｂ側から第１自己接続線２ａ側へ充電する有効電力測定値が上記充電側閾値以下になったとき、交流母線１に供給する無効電力を元に戻す。同様に、制御装置Ｃは、上述したように自立インバータ装置５を用いた電圧上昇処理を行うと共に融通インバータ装置９に対して交流母線１に供給する無効電力を変化させる制御を行わせた後、自己システム１０の蓄電装置４の蓄電量の減少率が上記上限減少率以下になったとき又は自己システム１０の自立インバータ装置５が第１自己接続線２ａ側から第２自己接続線２ｂ側へ放電する有効電力測定値が上記放電側閾値以下になったときは、交流母線１に供給する無効電力を元に戻す。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、一つの自己システム１０の交流母線１に接続される電力需要者Ｄ及び発電装置７の数は図示した例に限定されない。また、電力需要者Ｄが備える電力消費装置６及び発電装置７の数や組み合わせは図示した例に限定されない。また、交流母線１に接続される発電装置７が再生可能エネルギーを利用した装置である例を説明したが、発電装置７の一部又は全部が再生可能エネルギーを利用した装置でない場合にも本発明を適用できる。

＜２＞
上記実施形態において、電力需給システムが備える自己システムの数は適宜変更可能である。例えば、自己システムの数は、２個、数十個、数百個など、適宜設定可能である。

＜３＞
上記実施形態において、交流母線１の端部に自立インバータ装置５が接続されている例を示したが、交流母線１の中間部分に（即ち、複数の発電装置７の接続部位ｐ同士の間などに）自立インバータ装置５が接続されていてもよい。

＜４＞
上記実施形態において、許容電圧範囲を９５Ｖ〜１０７Ｖの範囲（１０１Ｖ±６Ｖの範囲）に設定している例を説明したが、許容電圧範囲の数値は適宜設定可能である。また、自立インバータ装置５が実行する電力品質制御での目標電圧Ｖｔの値も、許容電圧範囲内で適宜設定可能である。

本発明は、発電装置が接続されている交流母線での電力の電圧を所定の範囲内に維持できる電力需給システムに利用できる。

１ 交流母線
２ 自己接続線
２ａ 第１自己接続線
２ｂ 第２自己接続線
３ 相互接続線
３ａ 第１相互接続線
３ｂ 第２相互接続線
４ 蓄電装置
５ 自立インバータ装置
６ 電力消費装置
７ 発電装置
８ 送配電線
９ 融通インバータ装置
１０ 自己システム
Ｃ 制御装置
Ｄ 電力需要者
ｐ（ｐ１〜ｐ４） 接続部位
Ｐｃ（Ｐｃ１〜Ｐｃ３） 接続候補部位
Ｐｉ 自立インバータ接続部位

Claims (4)

1. 複数の発電装置及び複数の電力消費装置が接続されている交流母線と、蓄電装置と、前記蓄電装置と前記交流母線との間を自己接続線を用いて接続する自立インバータ装置とを有する自己システムを備え、
   前記自己接続線は、前記自立インバータ装置と前記蓄電装置とを接続するための第１自己接続線と、前記自立インバータ装置と前記交流母線とを接続するための第２自己接続線とで構成され、
   前記自立インバータ装置に対して、前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側への充電又は前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側への放電を行いながら、当該自立インバータ装置が前記第２自己接続線を介して接続される前記交流母線の自立インバータ接続部位での電力の電圧を目標電圧とし及び周波数を前記蓄電装置の蓄電量に応じて決定される目標周波数とする電力品質制御を行わせる制御装置を備える電力需給システムであって、
   前記制御装置は、
   前記蓄電装置の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は前記自立インバータ装置が前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、前記自立インバータ装置に対して、前記目標電圧を低下側に変更させる電圧低下処理を実行させ、並びに、
   前記蓄電装置の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は前記自立インバータ装置が前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、前記自立インバータ装置に対して、前記目標電圧を増大側に変更させる電圧上昇処理を実行させる電力需給システム。
2. 複数の発電装置及び複数の電力消費装置が接続されている交流母線と、蓄電装置と、前記蓄電装置と前記交流母線との間を自己接続線を用いて接続する自立インバータ装置とを有する自己システムを複数個備え、
   複数個の前記自己システムが電気的に直列接続されるように、一つの前記自己システムが有する前記蓄電装置と他の一つの前記自己システムが有する前記交流母線との間を相互接続線を用いて接続する融通インバータ装置を前記自己システム同士の間に備え、
   前記自己接続線は、前記自立インバータ装置と前記蓄電装置とを接続するための第１自己接続線と、前記自立インバータ装置と前記交流母線とを接続するための第２自己接続線とで構成され、
   前記相互接続線は、前記融通インバータ装置と前記蓄電装置とを接続するための第１相互接続線と、前記融通インバータ装置と前記交流母線とを接続するための第２相互接続線とで構成され、
   前記自立インバータ装置に対して電力品質制御を行わせ、並びに、前記融通インバータ装置に対して電力融通制御を行わせる制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記電力品質制御として、前記自立インバータ装置に対して、前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側への充電又は前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側への放電を行いながら、当該自立インバータ装置が前記第２自己接続線を介して接続される前記交流母線の自立インバータ接続部位での電力の電圧を目標電圧とし及び周波数を前記蓄電装置の蓄電量に応じて決定される目標周波数とする制御を行わせ、並びに、前記電力融通制御として、一つの前記自己システムと他の前記自己システムとの間で前記相互接続線を用いて電力を融通するとき、当該相互接続線を構成する前記第１相互接続線と前記第２相互接続線との間に設けられる前記融通インバータ装置に対して、当該一つの自己システム及び当該他の自己システムのそれぞれにおける前記交流母線での前記目標周波数に基づいて、前記蓄電装置の蓄電量が相対的に大きい自己システムから、前記蓄電装置の蓄電量が相対的に小さい自己システムへと電力を融通させる制御を行わせる電力需給システムであって、
   前記制御装置は、
   特定の前記自己システムの前記蓄電装置の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置が前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置に対して、前記目標電圧を低下側に変更させる電圧低下処理を実行させ、並びに、
   前記特定の自己システムの前記蓄電装置の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置が前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置に対して、前記目標電圧を増大側に変更させる電圧上昇処理を実行させる電力需給システム。
3. 前記制御装置は、
   前記特定の自己システムの前記蓄電装置の蓄電量の増加率が上限増加率よりも大きいとき又は前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置が前記第２自己接続線側から前記第１自己接続線側へ充電する有効電力測定値が所定の充電側閾値よりも大きいとき、前記特定の自己システムの前記交流母線に対して接続されている前記融通インバータ装置に対して、前記特定の自己システムの前記交流母線での電力の電圧が低下するように当該交流母線に供給する無効電力を変化させ、並びに、
   前記特定の自己システムの前記蓄電装置の蓄電量の減少率が上限減少率よりも大きいとき又は前記特定の自己システムの前記自立インバータ装置が前記第１自己接続線側から前記第２自己接続線側へ放電する有効電力測定値が所定の放電側閾値よりも大きいとき、前記特定の自己システムの前記交流母線に対して接続されている前記融通インバータ装置に対して、前記特定の自己システムの前記交流母線での電力の電圧が上昇するように当該交流母線に供給する無効電力を変化させる請求項２に記載の電力需給システム。
4. 前記発電装置は、再生可能エネルギーを利用して発電する装置であり、前記複数の発電装置のそれぞれの発電電力は、再生可能エネルギーの増減に応じて同時期に増減する請求項１〜３の何れか一項に記載の電力需給システム。

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