JP2016073128A - 電力変換装置、電力配分制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分散配置された電力変換装置の長寿命化と高効率化を実現する。
【解決手段】実施形態における電力変換装置は、自装置を含めて分散配置された電力変換装置の運転開始からの経過時間を示す運転時間または運転停止からの経過時間を示す停止時間を所定の閾値と比較することで、総要求電力に対する電力の指令値の配分先の優先度をそれぞれの電力変換装置について決定する優先度決定部と、前記優先度決定部により決定した優先度に基づいて、前記指令値の配分先を決定する配分先決定部と、前記配分先決定部により決定した配分先による出力可能電力の和が前記総要求電力を満足する、前記決定した配分先に対する前記指令値の配分を計算する配分計算部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置、電力配分制御装置および制御方法に関する。

分散配置された複数台の電力変換装置を組み合わせて、論理的に一つの電力変換装置として扱うシステムを構成することで、拡張が容易で、導入コストおよび運転コストが削減できる。上記のシステムを実現するために、論理的な一つの電力変換装置による出力可能電力が論理的な一つの電力変換装置に対する総要求電力を満足する、電力の指令値を論理的な一つの電力変換装置に属する各々の電力変換装置に配分する、つまり各々の電力変換装置の間で出力電力を配分する方法が提案されている。

特許第５４６３３２４号公報 特開２０１３−２４３８１６号公報

一般に、電力変換装置の低出力時の変換効率は低く、最大定格出力より若干低い出力の時点で変換効率が最大となることが知られている。そこで上記のような、論理的な一つの電力変換装置では、運転する電力変換装置の変換効率がなるべく最大値に近くなるように、総要求電力に応じた電力の指令値を各々の電力変換装置に配分することで、全体の変換効率を高めている。

しかし、この配分により、変換効率の高い電力変換装置を常時運転するので、特定の電力変換装置のみ運転時間の増加による経年劣化、および運転状態の頻繁な切り替えによる突入電流の増加により、機器寿命短縮および運転効率低下の要因となっていた。

本発明が解決しようとする課題は、分散配置された電力変換装置の長寿命化と高効率化を実現することが可能な電力変換装置、電力配分制御装置および制御方法を提供することである。

実施形態における電力変換装置は、自装置を含めて分散配置された電力変換装置の運転開始からの経過時間を示す運転時間または運転停止からの経過時間を示す停止時間を所定の閾値と比較することで、総要求電力に対する電力の指令値の配分先の優先度をそれぞれの電力変換装置について決定する優先度決定部と、前記優先度決定部により決定した優先度に基づいて、前記指令値の配分先を決定する配分先決定部と、前記配分先決定部により決定した配分先による出力可能電力の和が前記総要求電力を満足する、前記決定した配分先に対する前記指令値の配分を計算する配分計算部とを有する。

本発明によれば、分散配置された電力変換装置の長寿命化と高効率化を実現することができる。

第１の実施形態における電力制御システムの構成例を示す図。 第１の実施形態における電力変換装置の電力制御部の機能構成例を示すブロック図。 第１の実施形態における電力配分方式の手順の一例を示すフローチャート。 第１の実施形態における優先度の決定方法の一例を示す図。 第１の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャート。 第１の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定例を示す図。 第２の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャート。 第３の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャート。 第４の実施形態における優先度決定に用いる閾値の決定例を示す図。

以下、実施形態について図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態における電力制御システムの構成例を示す図である。
図１に示すように、第１の実施形態における電力制御システムでは、５台の電力変換装置１０１、１０２、１０３、１０４、１０５が同一のグループをなし、このグループに属する各電力変換装置が論理的に一つの電力変換装置として動作する。以下、電力変換装置が５台の場合について説明するが、この台数は特に限定されない。

複数台の電力変換装置１０１〜１０５の一方の端子は、共通の電力母線１１１に接続される。他方の端子は、発電装置、蓄電装置または負荷装置に接続される。図１に示した例では、電力変換装置１０１の他方の端子は発電装置１２１に接続され、電力変換装置１０２の他方の端子は蓄電装置１２２に接続され、電力変換装置１０３の他方の端子は発電装置１２３に接続され、電力変換装置１０４の他方の端子は負荷装置１２４に接続され、電力変換装置１０５の他方の端子は蓄電装置１２５に接続される。

発電装置は、例えば燃料電池、太陽光発電、ガスタービンエンジン等である。蓄電装置は、例えば蓄電池、蓄熱槽、フライホイール等である。負荷装置は、例えばモータ、蛍光灯等である。

電力変換装置１０１〜１０５のそれぞれは、電力制御部を有する。図１に示した例では、電力変換装置１０１の筐体に電力制御部１３１が対応して設けられ、電力変換装置１０２の筐体に電力制御部１３２が対応して設けられ、電力変換装置１０３の筐体に電力制御部１３３が対応して設けられ、電力変換装置１０４の筐体に電力制御部１３４が対応して設けられ、電力変換装置１０５の筐体に電力制御部１３５が対応して設けられる。
これらの電力制御部１３１〜１３５は情報通信線１４１で接続される。

本実施形態では、電力変換装置１０１は、電力配分制御機能を持つ。この電力配分制御機能は、電力変換装置１０１〜１０５を論理的な一つの電力変換装置とみなした時の、この論理的な一つの電力変換装置に対する総要求電力に対する出力電力の指令値（以下、総要求電力に対する電力の指令値、または単に指令値と称することがある）を電力変換装置１０１を含む各電力変換装置に配分する機能である。以下、総要求電力に対する電力の指令値の配分を電力配分と称することがある。この総要求電力は、発電装置や蓄電装置から接続先の電力変換装置を介して電力母線１１１に出力する電力、および負荷装置が担う仕事量（例えばモータが稼働させるポンプの排出量）の合計に相当し、電力需要の変動に応じて更新される。

発電装置や蓄電装置から接続先の電力変換装置を介して電力母線１１１に送出される電力は、総要求電力に対する電力の少なくとも一部に該当する。
また、負荷装置が接続される電力変換装置に関しては、電力母線１１１からこの電力変換装置を介して負荷装置に送出される電力が総要求電力に対する電力の少なくとも一部に該当する。また、情報通信線１４１には、電力配分制御装置１５１が接続される。この電力配分制御装置１５１は、総要求電力の値を生成して、この総要求電力の値を示す信号（以下、単に総要求電力と称することがある）を上記の電力配分制御機能を持つ電力変換装置１０１に出力する。

電力変換装置１０１〜１０５は、スイッチング素子とダイオードとの並列回路を三相ブリッジ構成に接続したインバータ回路を有する。発電装置１２１に対応する電力変換装置１０１のインバータ回路は、発電装置１２１から入力された直流電力を三相の可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換して、電力母線１１１に送出する。電力変換装置１０３についても同様である。
また、蓄電装置１２２に対応する電力変換装置１０２のインバータ回路は、蓄電装置１２２から入力された直流電力を三相の可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換して、電力母線１１１に送出する。電力変換装置１０５についても同様である。
また、負荷装置１２４に対応する電力変換装置１０４のインバータ回路は、電力母線１１１から入力された電力を三相の可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換して、負荷装置１２４に送出する。
電力変換装置１０１に対応する電力制御部１３１は、該電力変換装置１０１に対して配分された指令値としての、総要求電力に対する電力の指令値を受け取り、該電力変換装置１０１のインバータ回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることで、発電装置１２１からの直流電力を、指令値に応じた電力である三相の可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換させて、この電力を電力母線１１１に送出させる。電力制御部１３３についても同様である。

電力変換装置１０２に対応する電力制御部１３２は、該電力変換装置１０２に対して配分された、総要求電力に対する電力の指令値を受け取り、該電力変換装置１０２のインバータ回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることで、蓄電装置１２２からの直流電力を、指令値に応じた電力である三相の可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換させて、この電力を電力母線１１１に送出させる。電力制御部１３５についても同様である。

電力変換装置１０４に対応する電力制御部１３４は、該電力変換装置１０４に対して配分された、総要求電力に対する電力の指令値を受け取り、該電力変換装置１０４のインバータ回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることで、電力母線１１１からの電力を、この指令値に応じた電力である三相の可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換させて、この電力を負荷装置に送出させる。

次に、電力変換装置１０１に対応する電力制御部１３１に電力配分機能を持たせた場合の電力制御部１３１の構成と動作について説明する。

図２は、第１の実施形態における電力変換装置の電力制御部の機能構成例を示すブロック図である。
電力変換装置１０１の電力制御部１３１は、総要求電力受付部１３１ａ、待ち時間処理部１３１ｂ、読出部１３１ｃ、優先度決定部１３１ｄ、配分先決定部１３１ｅ、電力配分計算部１３１ｆ、出力部１３１ｇ、駆動部１３１ｈを有する。電力制御部１３１の総要求電力受付部１３１ａ、待ち時間処理部１３１ｂ、読出部１３１ｃ、優先度決定部１３１ｄ、配分先決定部１３１ｅ、電力配分計算部１３１ｆ、出力部１３１ｇは、電力配分制御機能を実現する部分である。また、駆動部１３１ｈは、電力変換装置１０１のインバータ回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることで、このインバータ回路を駆動させる。

総要求電力受付部１３１ａは、電力配分制御装置１５１から出力された総要求電力を受け付ける。
待ち時間処理部１３１ｂは、所定のリセットがなされてからの経過時間を示す待ち時間をカウントする。

図３は、第１の実施形態における電力変換装置による、総要求電力に対する電力の指令値の配分方式の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、電力配分制御装置１５１は、電力変換装置１０１に対応する電力制御部１３１へ総要求電力の値を示す信号を情報通信線１４１を介して電力制御部１３１に出力する。総要求電力の値を示す信号を電力制御部１３１の総要求電力受付部１３１ａが受け付ける、もしくは、待ち時間処理部１３１ｂにより計算した待ち時間が一定値以上となった場合（Ｓ０１のＹＥＳ）、電力制御部１３１の読出部１３１ｃは、同一グループに所属する電力変換装置１０１〜１０５、つまり分散配置された、自装置を含む各電力変換装置のうち、現在運転中の電力変換装置の現在の運転の開始から現在時刻までの経過時間である運転時間、および現在停止中の電力変換装置の直近の運転停止から現在時刻までの経過時間である停止時間を読み出す（Ｓ０２）。運転時間や停止時間は、電力変換装置１０１〜１０５に接続される発電装置、蓄電装置または負荷装置の運転時間や停止時間と言い換えることもできる。なお、総要求電力受付部１３１ａが総要求電力を受け付けていない状態で、待ち時間処理部１３１ｂにより計算した待ち時間が一定値未満である場合は、この待ち時間処理部１３１ｂによるカウントを継続する（Ｓ０８）。

電力変換装置１０１〜１０５の運転時間または停止時間は、対応する電力制御部１３１〜１３５が個別に記録して内部メモリに保存できる。各電力制御部１３２〜１３５が記録した運転時間および停止時間については、電力制御部１３１の読出部１３１ｃが情報通信線１４１を介して電力制御部１３２〜１３５に問い合わせることで各電力制御部の内部メモリから読み出すことができる。また、電力制御部１３１が記録した、電力変換装置１０１の運転時間および停止時間については、電力制御部１３１の内部メモリから読み出すことができる。

読出部１３１ｃによる読み出し後、電力制御部１３１の優先度決定部１３１ｄは、総要求電力に対する電力の指令値の配分の優先度を各電力変換装置について決定する（Ｓ０３）。優先度の決定の詳細については後述する。

電力制御部１３１の配分先決定部１３１ｅは、決定された優先度をもとに、総要求電力に対する電力の指令値の配分先（運転対象）となる電力変換装置を決定する（Ｓ０４）。

電力制御部１３１の電力配分計算部１３１ｆは、各々の電力変換装置１０１〜１０５のうち、総要求電力に対する電力の指令値の配分先に決定された電力変換装置に対して、これらの電力変換装置による出力可能電力の和が総要求電力を満足する電力配分を計算する（Ｓ０５）。

電力変換装置との接続先が発電装置である場合は、この電力変換装置の出力可能電力は、この発電装置から当該電力変換装置を介して電力母線１１１へ出力可能な電力であり、発電装置の定格に依存する。電力変換装置との接続先が蓄電装置である場合は、この電力変換装置の出力可能電力は、この蓄電装置から当該電力変換装置を介して電力母線１１１へ出力可能な電力であり、当該電力変換装置の定格または蓄電装置の現在の蓄電電力量に依存する。また、電力変換装置との接続先が負荷装置である場合は、この電力変換装置の出力可能電力は、この電力変換装置から負荷装置へ出力可能な電力であり、当該電力変換装置の定格または負荷装置の定格に依存する。電力配分の計算方法としては、例えば総要求電力に対する電力の指令値の配分先に決定された電力変換装置の出力を運転効率がなるべく最大に近い出力として配分する、あるいは配分先に決定された各電力変換装置の定格に比例した出力として配分することが挙げられる。

出力部１３１ｇは、計算された電力配分に応じた指令値を、電力制御部１３２〜１３５のうち総要求電力に対する電力の指令値の配分先に決定された電力変換装置に対応して設けられる電力制御部に出力する（Ｓ０６）。ここで、電力変換装置１０１が総要求電力に対する電力の指令値の配分先に決定されている場合は、電力制御部１３１の駆動部１３１ｈ部は、電力配分計算部１３１ｆにより電力変換装置１０１について計算された、総要求電力に対する電力の指令値に応じた電力が発電装置１２１から電力変換装置１０１を介して電力母線１１１に送出されるように電力変換装置１０１のインバータ回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦする。そして、電力制御部１３１の待ち時間処理部１３１ｂは待ち時間をリセットし（Ｓ０７）、Ｓ０１に戻る。

また、蓄電装置が接続される電力変換装置、例えば電力変換装置１０２の電力制御部１３２が総要求電力に対する電力の指令値の配分に応じた指令値を入力した場合は、この電力制御部１３２は、この指令値に応じた電力が、蓄電装置１２２から電力変換装置１０２を介して電力母線１１１に送出されるように該電力変換装置１０２のインバータ回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦする。

また、負荷装置が接続される電力変換装置、例えば電力変換装置１０４の電力制御部１３４が総要求電力に対する電力の指令値の配分に応じた指令値を入力した場合は、この電力制御部１３４は、この指令値に応じた電力が電力変換装置１０４から負荷装置１２４に送出されるように電力変換装置１０４のインバータ回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦする。

図４は、第１の実施形態における優先度の決定方法の一例を示す図である。
電力変換装置１０１を例とすると、優先度は、電力変換装置１０１の運転時間および停止時間によって以下の５種類で表される。図４中の符号１６１は、電力変換装置１０１の運転時間および停止時間の推移を示す。優先度決定部１３１ｄは、電力変換装置１０１の運転時間および停止時間と、閾値Ａ，Ｂ，Ｃとを比較することによって、以下の（ａ）から（ｅ）の状態のいずれかを電力変換装置１０１の優先度として決定する。

（ａ）強制運転状態：運転時間が閾値Ａ以下である状態
（ｂ）安定運転状態：運転時間が閾値Ａを超えて閾値Ｂ以下である状態
（ｃ）運転可能状態：停止時間が閾値Ｃを超える状態
（ｄ）停止候補状態：運転時間が閾値Ｂを超える状態
（ｅ）強制停止状態：停止時間が閾値Ｃ以下である状態
図５は、第１の実施形態における、総要求電力に対する電力の指令値の配分先となる電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャートである。ここでは、上記のＳ０４の処理の詳細を説明する。
総要求電力が与えられると、電力制御部１３１の配分先決定部１３１ｅは、まず故障中の電力変換装置を、総要求電力に対する電力の指令値の配分先となる運転対象から除外する（Ｓ１１）。

次に、配分先決定部１３１ｅは、（ａ）強制運転状態である電力変換装置を運転対象として選択する（Ｓ１２）。

配分先決定部１３１ｅは、Ｓ１２で運転対象として選択した電力変換装置による出力可能電力の和が総要求電力を満足するか否かを判定する（Ｓ１３）。出力可能電力の和が総要求電力を満足する場合は（Ｓ１３のＹＥＳ）、配分先決定部１３１ｅは、残りの電力変換装置のうち、Ｓ１１からここまで運転対象に選択されなかった電力変換装置を強制停止の対象に選択する（Ｓ２１）。

一方、Ｓ１３の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合（Ｓ１３のＮＯ）、この不足を補うため、配分先決定部１３１ｅは、（ｂ）安定運転状態である電力変換装置を運転対象として選択する（Ｓ１４）。この選択により、（ｂ）安定運転状態である電力変換装置を継続して運転することができる。

配分先決定部１３１ｅは、Ｓ１２からＳ１４までで運転対象として選択した電力変換装置による出力可能電力の和が総要求電力を満足するか否かを判定する（Ｓ１５）。出力可能電力の和が総要求電力を満足する場合は（Ｓ１５のＹＥＳ）、配分先決定部１３１ｅは、残りの電力変換装置のうち、Ｓ１１からここまで運転対象に選択されなかった電力変換装置を強制停止の対象として選択する（Ｓ２１）。

一方、Ｓ１５の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合、（Ｓ１５のＮＯ）、この不足を補うため、配分先決定部１３１ｅは、（ｃ）運転可能状態である電力変換装置を運転対象として選択する（Ｓ１６）。この選択により、（ｃ）運転可能状態である電力変換装置を追加で運転することができる。

配分先決定部１３１ｅは、Ｓ１２からＳ１６までで運転対象として選択した電力変換装置による出力可能電力の和が総要求電力を満足するか否かを判定する（Ｓ１７）。出力可能電力の和が総要求電力を満足する場合は（Ｓ１７のＹＥＳ）、配分先決定部１３１ｅは、残りの電力変換装置のうち、Ｓ１１からここまで運転対象に選択されなかった電力変換装置を強制停止の対象として選択する（Ｓ２１）。

一方、Ｓ１７の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合、（Ｓ１７のＮＯ）、この不足を補うため、配分先決定部１３１ｅは、（ｄ）停止候補状態である電力変換装置を運転対象として選択する（Ｓ１８）。この選択により、（ｄ）停止候補状態である電力変換装置を継続して運転することができる。

配分先決定部１３１ｅは、Ｓ１２からＳ１８までで運転対象として選択した電力変換装置による出力可能電力の和が総要求電力を満足するか否かを判定する（Ｓ１９）。出力可能電力の和が総要求電力を満足する場合は（Ｓ１９のＹＥＳ）、配分先決定部１３１ｅは、残りの電力変換装置のうち、Ｓ１１からここまで運転対象に選択されなかった電力変換装置を強制停止の対象として選択する（Ｓ２１）。

一方、Ｓ１９の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合、（Ｓ１９のＮＯ）、この不足を補うため、配分先決定部１３１ｅは、（ｅ）強制停止状態である電力変換装置を運転対象として選択する（Ｓ２０）。この選択により、（ｅ）強制停止状態である電力変換装置を追加で運転することができる。

以上の手順で、すべての電力変換装置について運転対象とするか否かを選択できる。

図６は、第１の実施形態における、各々の電力変換装置に対する、総要求電力に対する電力の指令値の配分先となる電力変換装置の決定例を示す図である。以下、電力変換装置１０１〜１０４が正常運転可能、電力変換装置１０５が故障中とし、総要求電力が途中で増加して電力変換装置の運転台数を増加させる必要が生じた状況を例として説明する。

時刻（１）までは、３台の電力変換装置１０１、１０２、１０３に対して総要求電力に応じた指令値を配分して運転しており、電力変換装置１０４、１０５は停止している。

時刻（１）では、電力変換装置１０１の運転時間１６１が閾値Ｂを超え、この電力変換装置１０１の優先度が（ｂ）安定運転状態から（ｄ）停止候補状態に変わる。このとき、電力変換装置１０２、１０３の優先度は（ｂ）安定運転状態であり、電力変換装置１０４の優先度は（ｃ）運転可能状態である。

よって、配分先決定部１３１ｅは、電力変換装置１０２、１０３、１０４を時刻（１）以後の運転対象として選択し、電力変換装置１０１を含むその他の電力変換装置を時刻（１）以後の運転対象として選択しない。

つまり、時刻（１）以後では、電力変換装置１０２、１０３の運転が継続され、時刻（１）まで運転していた電力変換装置１０１が停止し、時刻（１）まで停止していた電力変換装置１０４が新たに運転される。また、時刻（１）以後は、電力変換装置１０４の優先度は（ａ）強制運転となり、時刻（１）まで運転していた電力変換装置１０１の優先度は（ｅ）強制停止となる。

そして時刻（１）より後の時刻（２）では、電力変換装置１０２の運転時間１６２が閾値Ｂを超え、この電力変換装置１０２の優先度が（ｂ）安定運転状態から（ｄ）停止候補状態に変わる。このとき、電力変換装置１０３、１０４の優先度は（ｂ）安定運転状態であり、電力変換装置１０１の優先度は（ｅ）強制停止状態から（ｃ）運転可能状態に変わる。

よって、配分先決定部１３１ｅは、電力変換装置１０１、１０３、１０４を運転対象として選択し、電力変換装置１０２を含むその他の電力変換装置を運転対象として選択しない。

つまり、時刻（２）以後では、電力変換装置１０３、１０４の運転が継続され、時刻（２）まで運転していた電力変換装置１０２が停止し、時刻（２）まで停止していた電力変換装置１０１の運転が時刻（２）から再開される。また、時刻（２）以後は、電力変換装置１０１の優先度は（ａ）強制運転となり、時刻（２）まで運転していた電力変換装置１０２の優先度は時刻（２）から（ｅ）強制停止となる。

そして時刻（２）より後の時刻（３）の時点で、総要求電力が増加し、この場合、１台多い４台の電力変換装置を運転対象として選択する必要がある。このとき、電力変換装置１０１、１０３、１０４の優先度は（ｂ）安定運転状態となり、電力変換装置１０２の優先度は（ｃ）運転可能状態となる。

よって、配分先決定部１３１ｅは、電力変換装置１０１〜１０４を運転対象として選択し、その他の電力変換装置を運転対象として選択しない。

つまり、時刻（３）以後では、電力変換装置１０１、１０３、１０４の運転が継続され、時刻（２）まで停止していた電力変換装置１０２の運転が時刻（３）から再開される。また、時刻（３）以後は、電力変換装置１０２の優先度は（ａ）強制運転となる。

上記のように、運転中の電力変換装置の優先度が（ｂ）安定運転状態を経て（ｃ）停止候補となった場合に、この電力変換装置の運転が停止され、また、停止中の電力変換装置の優先度が（ｅ）強制停止を経て（ｃ）運転可能状態となった場合に、必要に応じてこの電力変換装置の運転が開始される。

このようにすることで、特定の電力変換装置のみが運転されること、および運転開始直後および停止直後の電力変換装置の稼働状態が変更されることがなくなる。このため、分散配置された電力変換装置の長寿命化と高効率化を図ることが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態における構成のうち第１の実施形態で説明した部分と同一部分の詳細な説明は省略する。
図７は、第２の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャートである。
以下、優先度が（ｂ）安定運転状態である複数の電力変換装置がある場合について説明する。
第１の実施形態で説明したＳ１３の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合（Ｓ１３のＮＯ）、この不足を補うため、配分先決定部１３１ｅは、（ｂ）安定運転状態にあり、運転または停止の対象として未選択の電力変換装置のうち、運転時間が最も短い電力変換装置を運転対象として選択する（Ｓ３１）。この選択により、（ｂ）安定運転状態にあり、運転または停止の対象として未選択の電力変換装置のうち運転時間が最も短い電力変換装置を継続して運転することができる。

配分先決定部１３１ｅは、Ｓ１２からＳ３１までで運転対象として選択した電力変換装置による出力可能電力の和が総要求電力を満足するか否かを判定する（Ｓ１５）。出力可能電力の和が総要求電力を満足する場合は（Ｓ１５のＹＥＳ）、第１の実施形態で説明したように、配分先決定部１３１ｅは、残りの電力変換装置のうち、Ｓ１１からここまで運転対象に選択されなかった電力変換装置を強制停止の対象として選択する（Ｓ２１）。

一方、Ｓ１５の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合（Ｓ１５のＮＯ）、配分先決定部１３１ｅは、同一の優先度で運転または停止の対象として未選択との条件を満たす電力変換装置があるか否かを判定する（Ｓ３２）。この条件を満たす電力変換装置があれば（Ｓ３２のＹＥＳ）、Ｓ３１に戻り、この条件を満たす電力変換装置がなければ（Ｓ３２のＮＯ）、優先度（（ｃ）運転可能状態）に基づいた電力変換装置を選択するＳ１６へ移る。

図８は、第２の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャートである。
図７では、優先度が（ｂ）安定運転状態である電力変換装置について説明したが、図８では、優先度が（ｃ）運転可能状態である複数の電力変換装置がある場合について説明する。

第１の実施形態で説明したＳ１５の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合（Ｓ１５のＮＯ）、この不足を補うため、配分先決定部１３１ｅは、（ｃ）運転可能状態にあり、運転または停止の対象として未選択の電力変換装置のうち、停止時間が最も長い電力変換装置を運転対象に選択する（Ｓ３１ｂ）。この選択により、（ｃ）運転可能状態にあり、運転または停止の対象として未選択の電力変換装置のうち停止時間が最も長い電力変換装置を継続して運転することができる。

配分先決定部１３１ｅは、Ｓ１２からＳ３１ｂまでで運転対象に選択した電力変換装置による出力可能電力の和が総要求電力を満足するか否かを判定する（Ｓ１７）。出力可能電力の和が総要求電力を満足する場合は（Ｓ１７のＹＥＳ）、第１の実施形態で説明したように、配分先決定部１３１ｅは、残りの電力変換装置のうち、Ｓ１１からここまで運転対象に選択されなかった電力変換装置を強制停止の対象に選択する（Ｓ２１）。

一方、Ｓ１７の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合（Ｓ１７のＮＯ）、配分先決定部１３１ｅは、同一の優先度で運転または停止の対象として未選択との条件を満たす電力変換装置があるか否かを判定する（Ｓ３２ｂ）。この条件を満たす電力変換装置があれば（Ｓ３２ｂのＹＥＳ）、Ｓ３１ｂに戻り、この条件を満たす電力変換装置がなければ（Ｓ３２ｂのＮＯ）、優先度（（ｄ）停止候補状態）に基づいた電力変換装置を選択するＳ１８へ移る。

図９は、第２の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャートである。
図８では、優先度が（ｃ）運転可能状態である電力変換装置について説明したが、図９では、優先度が（ｄ）停止候補状態である複数の電力変換装置がある場合について説明する。

第１の実施形態で説明したＳ１７の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合（Ｓ１７のＮＯ）、この不足を補うため、配分先決定部１３１ｅは、（ｄ）停止候補状態にあり、運転または停止の対象として未選択の電力変換装置から、運転時間が最も短い電力変換装置を運転対象に選択する（Ｓ３１ｃ）。この選択により、（ｄ）停止候補状態にあり、運転または停止の対象として未選択の電力変換装置のうち運転時間が最も短い電力変換装置を継続して運転することができる。

配分先決定部１３１ｅは、Ｓ１２からＳ３１ｃまでで運転対象に選択した電力変換装置による出力可能電力の和が総要求電力を満足するか否かを判定する（Ｓ１９）。出力可能電力の和が総要求電力を満足する場合は（Ｓ１９のＹＥＳ）、第１の実施形態で説明したように、配分先決定部１３１ｅは、残りの電力変換装置のうち、Ｓ１１からここまで運転対象に選択されなかった電力変換装置を強制停止の対象に選択する（Ｓ２１）。

一方、Ｓ１９の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合（Ｓ１９のＮＯ）、配分先決定部１３１ｅは、同一の優先度で運転または停止の対象として未選択との条件を満たす電力変換装置があるか否かを判定する（Ｓ３２ｃ）。この条件を満たす電力変換装置があれば（Ｓ３２ｃのＹＥＳ）、Ｓ３１ｃに戻り、この条件を満たす電力変換装置がなければ（Ｓ３２ｂのＮＯ）、優先度（（ｅ）強制停止状態）に基づいた電力変換装置を選択するＳ２０へ移る。

このようにすることで、同一の優先度である複数の電力変換装置のうち特定の電力変換装置のみが運転されることがなくなる。このため、第１の実施形態と比較して、分散配置された電力変換装置の更なる長寿命化を図ることが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図１０は、第３の実施形態における電力配分対象の電力変換装置の決定方法の一例を示すフローチャートである。
ここでは優先度が（ｂ）安定運転状態である複数の電力変換装置がある場合について説明する。
第１の実施形態で説明したＳ１３の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合（Ｓ１３のＮＯ）、この不足を補うため、配分先決定部１３１ｅは、（ｂ）安定運転状態にあり、運転または停止の対象として未選択の電力変換装置のうち、累積稼働時間が最も長い電力変換装置を運転対象に選択する（Ｓ３１ｄ）。この選択により、（ｂ）安定運転状態にあり、運転または停止の対象として未選択の電力変換装置のうち累積稼働時間が最も長い電力変換装置を継続して運転することができる。累積稼働時間は運転時間を積算した時間でもよいし、運転時間と停止時間とを積算した時間でてもよい。

配分先決定部１３１ｅは、Ｓ１２からＳ３１までで運転対象に選択した電力変換装置による出力可能電力の和が総要求電力を満足するか否かを判定する（Ｓ１５）。出力可能電力の和が総要求電力を満足する場合は（Ｓ１５のＹＥＳ）、第１の実施形態で説明したように、配分先決定部１３１ｅは、残りの電力変換装置のうち、Ｓ１１からここまで運転対象に選択されなかった電力変換装置を強制停止の対象に選択する（Ｓ２１）。

一方、Ｓ１５の判定の結果、総要求電力に対して出力可能電力の和が不足する場合（Ｓ１５のＮＯ）、配分先決定部１３１ｅは、同一優先度で運転または停止の対象として未選択との条件を満たす電力変換装置があるか否かを判定する（Ｓ３２ｄ）。この条件を満たす電力変換装置があれば（Ｓ３２ｄのＹＥＳ）、Ｓ３１に戻り、この条件を満たす電力変換装置がなければ（Ｓ３２ｄのＮＯ）、優先度（（ｃ）運転可能状態）に基づいた電力変換装置を選択するＳ１６へ移る。

このようにすることで、ほぼ同一の使用状況にある電力変換装置の中から特定の電力変換装置を優先的に利用することができる。このため、同時に複数の電力変換装置が寿命に到達することを防ぎ、かつ、機器交換時の作業効率を高めることが可能となる。

上記のＳ３１ｄにおいて、優先度が（ｂ）安定運転状態であり、運転または停止の対象として未選択の複数の電力変換装置がある場合は、配分先決定部１３１ｅは、これらの電力変換装置の累積稼働時間を参照し、より累積稼働時間が短い電力変換装置を運転対象に選択してもよい。

このようにすることで、ほぼ同一の使用状況にある電力変換装置の寿命はほぼ同時期に訪れるため、第１の実施形態と比較して、分散配置された電力変換装置の更なる長寿命化を図ることが可能となる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
図１１は、第４の実施形態における優先度決定に用いる閾値の決定例を示す図である。以下、電力変換装置１０１および１０２の優先度決定に用いる閾値Ａの決定方法について説明する。
図１１に示すように、電力変換装置１０２は、運転指示から出力電力が安定するまでの時間が電力変換装置１０１と比較して長い特性を有する。

このとき、閾値Ａを各電力変換装置の運転指示から出力電力が安定するまでの時間と設定する。すなわち、電力制御部１３１〜１３５の優先度決定部１３１ｄは、電力変換装置１０２の優先度決定に用いる閾値Ａを電力変換装置１０１の閾値Ａより大きい値に設定する。優先度の決定方法は前述の決定方法と同様とすればよい。

上記は閾値Ａについて説明したが、他の閾値についても運転指示から出力電力が安定するまでの時間が長い特性を有する電力変換装置ほど大きく設定すればよい。

このようにすることで、閾値を電力変換装置１０１〜１０５の特性に応じて電力変換装置ごとに設定することができるので、運転指示から出力電力が安定するまでの時間が長い電力変換装置であっても、運転指示から出力電力安定までは運転停止状態を切り替えることがなくなり、分散配置された各電力変換装置の特性が異なっていても、これらの電力変換装置の適切な長寿命化を図ることが可能となる。

（運転時間および停止時間の読み出しの変形例）
上記のように運転時間および停止時間を電力制御部１３１〜１３５が個別に記録する代わりに、電力配分制御機能を持つ電力変換装置１０１の電力制御部１３１が各電力変換装置の運転時間および停止時間を一括して記録できるように、以下の手順を用いることもできる。
第１に、電力制御部１３１は、総要求電力の前回の受付時刻、および、この前回の受付時刻での電力変換装置１０１〜１０５の運転時間および停止時間を内部メモリに記録しておくものとする。
第２に、電力制御部１３１〜１３５は、対応する電力変換装置１０１〜１０５の現在の運転状態が運転中か停止中かを検出する。
第３に、電力制御部１３２〜１３５は、対応する電力変換装置１０２〜１０５の現在の運転状態が運転中か停止中かを示す運転状態信号を情報通信線１４１を介して電力制御部１３１に出力する。
第４に、電力制御部１３１〜１３５の運転状態が総要求電力の前回の受付時刻から現在時刻までの間に変化していない電力変換装置や、検出した運転状態が変化していない電力変換装置１０１については、電力制御部１３１は、上記のように記録された運転時間または停止時間に前回の受付時刻と現在時刻との差分を加算した、新たな運転時間または停止時間を内部メモリに記録する。

また、検出結果または上記の運転状態信号で示される運転状態が総要求電力の前回の受付時刻から現在時刻までの間に変化した、例えば運転中から停止中に変化、または停止中から運転中に変化した電力変換装置からは、この変化した新たな運転状態を示す運転状態信号が電力制御部１３１に出力される。

運転状態が総要求電力の前回の受付時刻から現在時刻までの間に変化した電力変換装置については、電力制御部１３１は、前回の受付時刻と現在時刻との差分に対応し、上記の新たな運転状態に対応する新たな運転時間または停止時間を内部メモリに記録する。上記のように記録した新たな運転時間および停止時間は、総要求電力の次回の受付時における、新たな運転時間または停止時間の計算に使用される。

（電力配分制御機能を持つ構成の変形例）
上記の説明では、電力変換装置１０１の電力制御部１３１が、上記の総要求電力受付部１３１ａ、待ち時間処理部１３１ｂ、読出部１３１ｃ、優先度決定部１３１ｄ、配分先決定部１３１ｅ、電力配分計算部１３１ｆ、出力部１３１ｇを有して電力配分制御機能を持つ構成としたが、この構成の代わりに、電力変換装置１０２〜１０５の電力制御部１３２〜１３５のいずれかが総要求電力受付部１３１ａ、待ち時間処理部１３１ｂ、読出部１３１ｃ、優先度決定部１３１ｄ、配分先決定部１３１ｅ、電力配分計算部１３１ｆ、出力部１３１ｇを有して電力配分制御機能を持つ構成としてもよい。

また、電力変換装置が電力配分制御機能を持つ構成とする代わりに、電力配分制御装置１５１が、総要求電力受付部１３１ａ、待ち時間処理部１３１ｂ、読出部１３１ｃ、優先度決定部１３１ｄ、配分先決定部１３１ｅ、電力配分計算部１３１ｆ、出力部１３１ｇを有する構成として、電力配分制御機能を持つ構成としてもよい。この場合、出力部１３１ｇは、計算された電力配分に応じた指令値を、電力制御部１３１〜１３５のうち総要求電力に対する電力の指令値の配分先に決定された電力変換装置に対応して設けられる電力制御部に出力する。

電力配分制御装置１５１が電力配分制御機能を持つ場合、生成された総要求電力の値を示す信号は、電力配分制御装置１５１内の総要求電力受付部１３１ａに受け付けられる。また、上記のＳ１の処理は、総要求電力が更新されるか、もしくは、待ち時間処理部１３１ｂにより計算した待ち時間が一定値以上となったか否かを判定する処理とすればよい。

（総要求電力の変形例）
上記の総要求電力は、電力母線１１１から電力変換装置を介して蓄電装置に充電する電力を含んでもよく、蓄電装置が接続される電力変換装置に関して、電力母線１１１から、この電力変換装置を介して蓄電装置に出力（充電）される電力が総要求電力に対する電力の少なくとも一部であってもよい。この電力変換装置に関する出力可能電力は、この電力変換装置から接続先の蓄電装置へ充電可能な電力であり、当該電力変換装置の定格または蓄電装置の満充電電力量と現在の蓄電電力量との差分に依存する。

（総要求電力の生成の変形例）
上記の総要求電力の値は、電力配分制御装置１５１自身に限らず、電力配分制御装置１５１の図示しない上位装置、電力配分制御装置１５１を取り扱う作業員による図示しない入力装置への操作により生成されてもよい。また、電力配分制御装置１５１を設けずに、電力制御部（例えば電力制御部１３１）自身が総要求電力の値を生成してもよい。

（その他の変形例）
また、電力制御部１３１〜１３５は、対応する電力変換装置１０１〜１３５に対して別の筐体に設けられる構成であってもよい。

なお、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。

１０１〜１０５…電力変換装置、１１１…電力母線、１３１〜１３５…電力制御部、１４１…情報通信線、１５１…電力配分制御装置、１６１…電力変換装置１０１の運転時間および停止時間、１６２〜１６５…電力変換装置１０２〜１０５の運転時間および停止時間、１７１,１７２…電力変換装置１０１,１０２の出力電力。

Claims (9)

1. 自装置を含めて分散配置された電力変換装置の運転開始からの経過時間を示す運転時間または運転停止からの経過時間を示す停止時間を所定の閾値と比較することで、総要求電力に対する電力の指令値の配分先の優先度をそれぞれの電力変換装置について決定する優先度決定部と、
   前記優先度決定部により決定した優先度に基づいて、前記指令値の配分先を決定する配分先決定部と、
   前記配分先決定部により決定した配分先による出力可能電力の和が前記総要求電力を満足する、前記決定した配分先に対する前記指令値の配分を計算する配分計算部とを備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 分散配置された電力変換装置に対して通信線を介して接続可能に設けられ、
   前記分散配置された電力変換装置の運転開始からの経過時間を示す運転時間または運転停止からの経過時間を示す停止時間を前記通信線を介して読み出し、この読み出した運転時間および停止時間を所定の閾値と比較することで、総要求電力に対する電力の指令値の配分の優先度をそれぞれの電力変換装置について決定する優先度決定部と、
   前記優先度決定部により決定した優先度に基づいて、前記指令値の配分先を決定する配分先決定部と、
   前記配分先決定部により決定した配分先による出力可能電力の和が前記総要求電力を満足する、前記決定した配分先に対する前記指令値の配分を計算する配分計算部と
   を備えたことを特徴とする電力配分制御装置。
3. 分散配置された電力変換装置の運転開始からの経過時間を示す運転時間または運転停止からの経過時間を示す停止時間を所定の閾値と比較することで、総要求電力に対する電力の指令値の配分先の優先度をそれぞれの電力変換装置について決定し、
   前記決定した優先度に基づいて、前記指令値の配分先を決定し、
   前記配分先による出力可能電力の和が前記総要求電力を満足する、前記決定した配分先に対する前記指令値の配分を計算する
   ことを特徴とする制御方法。
4. 前記優先度決定部は、
   それぞれの前記電力変換装置の前記運転時間および前記停止時間を、当該電力変換装置のインバータ回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦする電力制御部から読み出して、この読み出した前記運転時間及び前記停止時間に基づいて前記優先度を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記優先度決定部は、
   それぞれの前記電力変換装置の運転状態、前記電力変換装置について前回計算した前記運転時間または前記停止時間、前記運転時間や前記停止時間の前回の計算時刻、および現在時刻に基づいて、現在における前記電力変換装置の新たな前記運転時間および新たな前記停止時間を計算し、当該計算した前記運転時間および前記停止時間に基づいて前記優先度を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記配分先決定部は、
   前記優先度決定部により決定した優先度が所定の同一の優先度である電力変換装置が複数存在する場合、前記運転時間または前記停止時間の長さが所定の条件を満たす電力変換装置を、前記配分先として優先的に決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記配分先決定部は、
   前記優先度決定部により決定した優先度が所定の同一の優先度である電力変換装置が複数存在する場合、累積稼働時間が最も長い前記電力変換装置を前記配分先として優先的に決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記配分先決定部は、
   前記優先度決定部により決定した優先度が所定の同一の優先度である電力変換装置が複数存在する場合、累積稼働時間が最も短い前記電力変換装置を前記配分先として優先的に決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
9. 前記閾値は、それぞれの前記電力変換装置の特性に応じて、前記電力変換装置ごとに設定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

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