JP2016092898A - 電力変換装置、制御方法およびコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本実施形態の適用例を、図を交えながら説明する。
[適用例1:マイクログリッド]
電力変換システムの適用例の一つとしてマイクログリッドが想定される。マイクログリッドは、具体的には一般家庭や店舗、工場・ビル・駅や商業施設などの小、中規模な電力系などである。街の一区画や街全体といった単位は、一般にはマイクログリッドとは呼称しないが、システムの構成要素は同様であるため、ここでは大規模なグリッドシステムも含めて考える。
複数台で運用される系統連系インバータを含む電力変換システムへの適用が挙げられる。図36は、本適用例に係る電力変換システムの例を示す。電力系統32には小から大までの規模の各種の発電装置340aや蓄電装置340bが、電力変換装置310a、310bを介して接続される。電力変換装置310aと電力系統32との間に、並列または直列に負荷やその他の装置が接続されてもよい。その他、図示はしていない電力計などのセンサまたはスマートメータが使用されてもよい。電力変換システム(ローカル系統)31は小から大までの規模のEMSサーバ370・電力会社・その他アグリゲータ等によって管理されている。電力変換装置310a、310bは互いに無線通信が可能であるとともに、EMS370と無線通信することも可能である。電力変換装置310a、310bは、電力系統32に、電力線380を介して交流電力を供給するインバータ(系統連系インバータ)である。なお、電力変換システム31と電力系統32との間の部分の電力線を、特に系統電力線と呼ぶ場合もある。系統連携インバータは、特にメガソーラーや小、中規模の発電所や蓄電施設などに設置され、その他家庭やビル、工場などの施設やマイクログリッドなど多種多様な場所に設置されることができる。使用電圧は単相100V、3相200Vをはじめとして多岐にわたり、直流電圧系も含まれる。また電力変換システム31は、順潮流と逆潮流の両方の電力フローに対応することもできる。このようなシステムにおいて、各種の装置(電力変換装置、EMS、電力計など)が通信機能を備えて、通信を用いて電力データなど種々のデータをやりとりしてもよい。
本実施形態に係る電力変換装置は、鉄道車両、昇降機、FAなどのシステムへの応用も可能である。このようなシステムでは、複数のインバータやモータ、センサなどが通信を行いながら自律協調的に、あるいはコントローラによる制御の下で使用される。鉄道車両の1両、あるいは1編成も一種のローカル系統(電力変換システム)と捉えることができ、このローカル系統(電力変換システム)は、パンタグラフを介して電力系統と接続される。車両にはモータで動作する空調設備などの負荷と、当該負荷に接続される電力変換装置や、車輪を駆動するためのモータとしての負荷と、当該負荷に接続される電力変換装置が存在する。その他に、照明などの負荷も存在する。これらの負荷はコントローラの下で管理されており、このコントローラは、先述の例におけるEMSと同様の役割を有する。
適用例1〜3では、制御の対象として電力を例示して説明を行った。しかし本実施形態の制御対象は電力には限らず、通信を用いて複数台で協調制御を行う制御装置または制御システムであれば、電力以外のエネルギに対しても適用可能である。水などの流体をコントロールする水道網システムやバルブの制御装置、同様の制御を行うガス供給網・バルブなどが考えられる。また電力では電力変換のみならず複数台のモータで協調して動力を生み出す動力制御や、複数台の発電機を協調させて行う発電制御などにも適用することが考えられる。この場合、本実施形態の電力変換装置は、ガスまたは水の入出力に関する処理を行う処理装置に置き換わり、電力変換制御部は、当該処理装置におけるガスまたは水の入出力に関する制御を行う制御部に置き換わる。
152:電力変換部
153:フィルタ部
154、155:電圧計
156:電流計
140a、140b、240c、340b:蓄電装置
140c、240a、340a:発電装置
140d、240b:負荷装置
110a〜110d、310a〜310b:電力変換装置
180、280、380:電力線(ローカルバス、系統電力線)
190、290:通信線
170:中央制御サーバ
301:情報記憶部
302:構成決定部
303:制御指令部
304:通信部
305:電力変換制御部
306:管理部
306a:判断部
307:検出部
370:EMSサーバ
1、21、31:電力変換システム(分散電源系、ローカル系統)
2、22、32:電力系統
Claims (30)
- 電力変換装置に設けられる制御装置であって、
前記電力変換装置および他の電力変換装置間の制御の第1論理構成に従って、前記電力変換装置における電力変換に関する制御を行う制御部と、
前記第1論理構成の変更条件が成立した場合に、前記電力変換装置および前記他の電力変換装置間の制御の第2論理構成を決定する処理を行う構成決定部と、
前記構成決定部で決定された前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うよう前記制御部に指示する管理部を備え、
前記管理部は、前記第1論理構成の変更条件が成立してから、前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うことを前記制御部に指示するまでの間、前記制御部が予め与えられた制御情報に従って前記電力変換に関する制御を行うよう管理する
制御装置。 - 前記管理部は、前記電力変換装置および前記他の電力変換装置のうちの1つの特性情報の変化を検出した場合、または、前記他の電力変換装置のうちの1つの停止、故障または離脱を検出した場合、または、前記他の電力変換装置とは異なる別の電力変換装置の追加を検出した場合、前記第1論理構成の変更条件が成立したと判断する
請求項1に記載の制御装置。 - 前記構成決定部は、
前記電力変換装置の特性情報が変化した場合は、前記電力変換装置の変化後の特性情報と、前記他の電力変換装置の特性情報に基づき、前記第2論理構成を決定し、
前記他の電力変換装置の特性情報が変化した場合は、前記他の電力変換装置の変化後の特性情報と、前記電力変換装置の特性情報に基づき、前記第2論理構成を決定する
請求項2に記載の制御装置。 - 前記他の電力変換装置と通信する通信部を備え、
前記通信部は、前記電力変換装置の特性情報が変化した場合、前記電力変換装置の変化後の特性情報を前記他の電力変換装置に送信し、
前記管理部は、前記通信部で前記前記電力変換装置の変化後の特性情報の送信に対する応答が前記通信部から受信された後、前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うよう前記制御部に指示する
請求項2ないし3のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記他の電力変換装置と通信する通信部を備え、
前記管理部は、前記通信部を用いて前記他の電力変換装置の特性情報が変化したことを検知する
請求項2ないし3のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記通信部は、前記他の電力変換装置の変化後の特性情報を受信し、
前記管理部は、前記他の電力変換装置の変化後の特性情報を認識したことの通知情報を前記通信部を介して前記他の電力変換装置に送信し、
前記管理部は、前記通知情報が送信された後、前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うよう前記制御部に指示する
請求項5に記載の制御装置。 - 前記通信部は、前記通知情報を、前記特性情報が変化した前記他の電力変換装置以外の別の他の電力変換装置にも送信し、
前記管理部は、前記別の他の電力変換装置から送信される前記他の電力変換装置の変化後の特性情報を認識したことの通知情報が前記通信部で受信された後、前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うよう前記制御部に指示する
請求項6に記載の制御装置。 - 前記管理部は、前記他の電力変換装置から特性情報更新通知を前記通信部を介して受信することにより、または、前記他の電力変換装置から前記通信部を介して受信される特性情報を、予め保持している前記他の電力変換装置の特性情報と比較することにより、前記他の電力変換装置の特性情報が変化したことを検知する
請求項5ないし7のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記通信部は、前記他の電力変換装置から前記他の電力変換装置の特性情報に基づくハッシュ情報を受信し、
前記管理部は、前記通信部で受信したハッシュ情報と、予め保持している前記他の電力変換装置の特性情報に基づくハッシュ情報との比較に応じて、前記他の電力変換装置の特性情報が変化したことを検知する
請求項5に記載の制御装置。 - 前記電力変換装置の特性情報と、第1〜第Nの前記他の電力変換装置の特性情報とを記憶する記憶部を備え、
前記通信部は、前記第1の他の電力変換装置から、前記電力変換装置の特性情報と第1〜第Nの前記他の電力変換装置の特性情報とに基づくハッシュ情報を受信し、
前記管理部は、前記通信部で受信したハッシュ情報と、前記記憶部における前記電力変換装置の特性情報と第1〜第Nの前記他の電力変換装置の特性情報とに基づき算出されるハッシュ情報とが異なるとき、前記第1の他の電力変換装置の特性情報が変化したことを検知する
請求項5に記載の制御装置。 - 前記通信部は、前記第1の他の電力変換装置の変化後の特性情報を受信し、取得した変化後の特性情報と、前記記憶部における前記電力変換装置の特性情報と、前記記憶部における前記第2〜第Nの他の電力変換装置の特性情報とに基づき算出されるハッシュ情報を、前記第2〜第Nの他の電力変換装置に送信する
請求項10に記載の制御装置。 - 前記管理部は、前記ハッシュ情報が前記第2〜第Nの他の電力変換装置に送信された後、前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うよう前記制御部に指示する
請求項11に記載の制御装置。 - 前記構成決定部は、前記他の電力変換装置が停止、故障または離脱した場合は、前記電力変換装置と、前記停止、故障または離脱した電力変換装置以外の稼働中の前記他の電力変換装置間の制御の前記第2論理構成を決定する
請求項2に記載の制御装置。 - 前記管理部は、前記稼働中の他の電力変換装置から前記他の電力変換装置の停止、故障または離脱を検知したことの通知情報が受信された場合に、前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うよう前記制御部に指示する
請求項13に記載の制御措置。 - 前記構成決定部は、前記別の電力変換装置が追加された場合は、前記電力変換装置と、前記他の電力変換装置と、前記別の電力変換装置間の制御の前記第2論理構成を決定する
請求項2に記載の制御装置。 - 前記通信部は、前記別の電力変換装置の特性情報を受信し、
前記管理部は、前記他の電力変換装置から前記別の電力変換装置の特性情報を認識したことの通知情報が受信された場合に、前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うよう前記制御部に指示する
請求項15に記載の制御措置。 - 前記制御情報は、前記変更条件が成立した時点を基準に一定時間範囲内の時点の前記電力変換装置の出力に応じた値を維持するように出力を行うことを指示する情報、または、時間に応じて出力の変化を定めたプロファイルに従って出力を行うことを指示する情報、または、前記変更条件が成立する前までに行われてきた出力の傾向に従って出力を行うことを指示する情報である
請求項1ないし16のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記第1論理構成は、
前記電力変換装置および前記他の電力変換装置以外に中央制御装置が存在する場合に、前記中央制御装置が前記電力変換装置および前記他の電力変換装置を制御する中央制御型構成、
前記電力変換装置および前記他の電力変換装置から選択されたマスタが、前記マスタ以外の電力変換装置を制御する準自律分散型構成
前記電力変換装置および前記他の電力変換装置が互いに自立分散的に動作する完全自立分散型構成
のいずれかである
請求項1ないし17のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記第2論理構成は、前記中央制御型構成、前記準自律分散型構成および前記完全自立分散型構成のうち、前記第1論理構成と異なる構成である
請求項18に記載の制御装置。 - 前記構成決定部は、下層論理構成を決定し、前記下層論理構成に基づき上層論理構成を前記第2論理構成として決定し、
前記下層論理構成は、前記中央制御型構成、前記準自律分散型構成、および前記完全自立分散型構成のいずれかであり、
前記上層論理構成は、前記中央制御型構成、前記準自律分散型構成、および前記完全自立分散型構成のいずれかである
請求項1ないし17のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記下層論理構成は、前記上層論理構成と異なる構成である
請求項20に記載の制御装置。 - 前記下層論理構成および前記上層論理構成は、いずれも同じ構成である
請求項20に記載の制御装置。 - 前記第1論理構成および前記第2論理構成はいずれも前記中央制御型構成、前記準自律分散型構成および前記完全自立分散型構成のうちの同じ構成である
請求項18に記載の制御装置。 - 前記準自律分散型構成として、前記電力変換装置および前記他の電力変換装置を含む前記複数の電力変換装置からマスタを決定する
請求項18ないし23のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記準自律分散構成として、前記電力変換装置および前記他の電力変換装置間の制御の種別ごとにマスタを決定する
請求項18ないし23のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記準自律分散構成として、前記電力変換装置および前記他の電力変換装置を含む前記複数の電力変換装置の2台の電力変換装置の組ごとに、いずれか一方の電力変換装置を他方の電力変換装置を制御するマスタに決定する
請求項18ないし23に記載の制御装置。 - 前記他の電力変換装置の故障は、前記他の電力変換装置が搭載する通信部の故障を含む
請求項2、13または14に記載の制御装置。 - 前記制御装置は、前記電力変換装置の代わりに、ガスまたは水の入出力に関する処理を行う処理装置に設けられ、
前記制御部は、前記処理装置における前記ガスまたは水の入出力に関する制御を行う
請求項1ないし27のいずれか一項に記載の制御装置。 - 電力変換装置で実行する制御方法であって、
前記電力変換装置および他の電力変換装置間の制御の第1論理構成に従って、前記電力変換装置における電力変換に関する制御を行う制御ステップと、
前記第1論理構成の変更条件が成立した場合に、前記電力変換装置および前記他の電力変換装置間の制御の第2論理構成を決定する処理を行う構成決定ステップと、
前記構成決定ステップで決定される前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うよう前記制御ステップに指示する管理ステップを備え、
前記管理ステップは、前記第1論理構成の変更条件が成立してから、前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うことを前記制御ステップに指示するまでの間、前記制御ステップが予め与えられた制御情報に従って前記電力変換に関する制御を行うよう管理する
制御方法。 - 電力変換装置に設けられるプロセッサに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記電力変換装置および他の電力変換装置間の制御の第1論理構成に従って、前記電力変換装置における電力変換に関する制御を行う制御ステップと、
前記第1論理構成の変更条件が成立した場合に、前記電力変換装置および前記他の電力変換装置間の制御の第2論理構成を決定する処理を行う構成決定ステップと、
前記構成決定ステップで決定される前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うよう前記制御ステップに指示する管理ステップを備え、
前記管理ステップは、前記第1論理構成の変更条件が成立してから、前記第2論理構成に従って前記電力変換に関する制御を行うことを前記制御ステップに指示するまでの間、前記制御ステップが予め与えられた制御情報に従って前記電力変換に関する制御を行うよう管理する
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