JP2016165181A - 電力ルータとその制御方法及びその制御プログラム、電力ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のマスターレグの運転状況を制御することで、与えられた運転条件にて電力ルータを運転すること。【解決手段】電力ルータ１００は、制御部１０、直流母線１１、第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２及び第３マスターレグＭＬ３を有する。直流母線１１には直流電流が流れる。第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２及び第３マスターレグＭＬ３は、直流母線１１と接続され、かつ外部との送受電を行う。制御部１０は、直流母線１１の電圧が所定の範囲に収まるように第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２及び第３マスターレグＭＬ３を制御する。制御部１０は、外部から指示される要求送受電容量Ｐを満たすように、第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２及び第３マスターレグＭＬ３から稼働させるマスターレグを選択する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力ルータとその制御方法及びその制御プログラム、電力ネットワークシステムに関する。

電力供給システムを構築するにあたっては、電力送電網をさらに安定的に拡張していくことはもちろん、今後は大量の自然エネルギーを導入できるシステムにすることも大事な課題となってきている。そこで、新たな電力網としてデジタルグリッド（登録商標）という電力ネットワークシステムが提案されている（特許文献１）。
デジタルグリッド（登録商標）とは、電力網を小規模なセルに細分化し、それらを非同期に相互接続した電力ネットワークシステムである。各電力セルは、小さなものとしては一つの家やビル、商業施設であり、大きなものとしては県や市町村といった規模になる。各電力セルは、その中に負荷を有することはもちろん、発電設備や電力貯蔵設備を有する場合もある。発電設備としては、太陽光発電や風力発電、地熱発電などの自然エネルギーを利用する発電設備が例として挙げられる。

各電力セルの内部で自由に発電したり、さらに、電力セル間でスムースに電力を融通し合うようにしたりするため、電力セル同士は非同期で接続されている。すなわち、複数の電力セルが相互に接続されているとしても、それぞれの電力セルで使用される電力の電圧、位相および周波数は他の電力セルとは非同期である。
図１１は、電力ネットワークシステム８１０の例を示す図である。図１１において、基幹系統８１１は大規模発電所８１２からの基幹電力を送電する。そして、複数の電力セル８２１〜８２４が配置されている。各電力セル８２１〜８２４は、家８３１やビル８３２などの負荷や、発電設備（例えば太陽光発電パネル８３３、風力発電機８３４）や、電力貯蔵設備（例えば蓄電池８３５）、を有している。
なお、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。

さらに、各電力セル８２１〜８２４は、他の電力セルや基幹系統８１１と接続されるための接続口（接続ポート）となる電力ルータ８４１〜８４４を備えている。電力ルータ８４１〜８４４は複数のレグ（ＬＥＧ）を有している。（紙幅の都合上、図１１中ではレグの符号を省略した。電力ルータ８４１〜８４４に付属している白丸が各レグの接続端子であると解釈してほしい。）
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。

すべての電力ルータ８４１〜８４４は通信網８６０によって管理サーバ８５０に繋がっており、管理サーバ８５０によってすべての電力ルータ８４１〜８４４は統合的に運用制御される。例えば、管理サーバ８５０から各電力ルータ８４１〜８４４に対し、レグごとに電力の送電または受電を指示する。これにより、電力ルータ８４１〜８４４を介し、電力セル間での電力融通が行われる。

電力セル間での電力融通が実現することにより、例えば、一つの発電設備（例えば太陽光発電パネル８３３、風力発電機８３４）や一つの電力貯蔵設備（例えば蓄電池８３５）を複数の電力セルで共有することができるようになる。電力セル間で互いに余剰電力を融通し合うようになれば、設備コストを大幅に削減しながらも電力需給バランスを安定的に保つことができるようになる。

上述の電力ルータに設けられるレグには、基幹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るマスターモードで運転されるレグが存在する。マスターモードで運転されるレグは、マスターレグと称される。

特開２０１４−１６１１９９公報

発明者は、上述の電力ルータを使用する場合には、以下に示す問題点があることを見出した。電力ルータに要求される外部の安定電源との間の送電容量又は受電容量（要求送受電容量）を実現するには、マスターレグを複数設ける場合が想定し得る。この際、要求送受電容量を満たしながら電力ルータを運転するには、複数のマスターレグから稼働させるものを適切に選択する手法の確立が求められる。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、複数のマスターレグの運転状況を制御することで、与えられた運転条件にて電力ルータを運転することを目的とする。

本発明の一態様である電力ルータは、直流電流が流れる直流母線と、前記直流母線と接続され、かつ外部との送受電を行う複数のマスターレグと、前記直流母線の電圧が所定の範囲に収まるように、前記複数のマスターレグを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、外部から指示される要求送受電容量を満たすように、前記複数のマスターレグから稼働させるマスターレグを選択するものである。

本発明の一態様である電力ネットワークシステムは、電力ルータと、前記電力ルータの送受電を制御する管理サーバと、を備え、前記電力ルータは、直流電流が流れる直流母線と、前記直流母線と接続され、かつ外部との送受電を行う複数のマスターレグと、前記直流母線の電圧が所定の範囲に収まるように、前記複数のマスターレグを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記管理サーバから指定された前記電力ルータへの要求電力容量を満たすように、前記複数のマスターレグから稼働させるマスターレグを選択するものである。

本発明の一態様である電力ルータの制御方法は、直流電流が流れる直流母線の電圧が所定の範囲に収まるように、かつ、外部から指示される要求送受電容量を満たすように、前記直流母線と接続され、かつ外部との送受電を行う複数のマスターレグから稼働させるマスターレグを選択するものである。

本発明の一態様である電力ルータの制御プログラムは、直流電流が流れる直流母線の電圧が所定の範囲に収まるように、かつ、外部から指示される要求送受電容量を満たすように、前記直流母線と接続され、かつ外部との送受電を行う複数のマスターレグから稼働させるマスターレグを選択する処理をコンピュータに実行させるものである。

本発明によれば、複数のマスターレグの運転状況を制御することで、与えられた運転条件にて電力ルータを運転することができる。

実施の形態１にかかる電力ルータの構成を模式的に示すブロック図である。 実施の形態１にかかる電力ルータと管理サーバとで構成される電力ネットワークシステムの一部を示す図である。 実施の形態１にかかる電力ルータの制御部の構成とレグとの関係を模式的に示すブロック図である。 実施の形態１において要求送受電容量に応じて稼働させるマスターレグを決定するための判定手順を示すフローチャートである。 実施の形態１における要求送受電容量と稼働レグとの関係を示す図である。 実施の形態２おける第１〜第３マスターレグの定格値、高効率変換出力帯および稼働下限値を示す図である。 実施の形態２において要求送受電容量に応じて稼働させるマスターレグを決定するための判定手順を示すフローチャートである。 実施の形態２における要求送受電容量Ｐと稼働レグとの関係を示す図である。 実施の形態３において要求送受電容量に応じて稼働させるマスターレグを決定するための判定手順を示すフローチャートである。 実施の形態３における要求送受電容量と稼働レグとの関係を示す図である。 電力ネットワークシステム８１０の例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
実施の形態１にかかる電力ルータについて説明する。上述のように、電力ルータには通常複数のレグが設けられる。母線電圧が所定値に維持されている状態で複数のレグのそれぞれで送受電を行うには、電力ルータ全体で見た場合の送電電力と受電電力とを均衡させる必要が有る。そのためには、電力ルータ全体で見た場合の送電電力と受電電力とが均衡するように、電力ルータに設けられる制御部が各レグを制御しなければならない。

本実施の形態では、上述の前提の下、１つの電力ルータ内に複数のマスターレグが存在する場合について説明する。マスターレグを複数設けることは、以下のような技術的意義を有する。例えば、電力ルータがハイパワー家電などの大電力を要する相手先に電力を融通することが求められる場合が考え得る。この場合、指定電力送受電レグ又は自立レグが相手先と接続される。したがって、相手先の要求を満たすには、高出力の指定電力送受電レグ又は自立レグを用いる必要が有る。この場合、電力ルータのマスターレグ以外のレグの送受電を正常に行うには、マスターレグの容量（定格）を大きくしなければならない。しかし、マスターレグの大容量化は、マスターレグの大型化とコスト増大を招いてしまう。

これに対し、本実施の形態では、マスターレグを複数設ける。これにより、複数のマスターレグ全体で見た場合の送受電の容量を増大させることができる。しかし、マスターレグを複数とする場合、マスターレグが１個の場合と比べて、特有の問題が生じる。例えば、マスターレグが１個の場合、マスターレグは単に母線電圧を一定に維持するように外部との送受電を行えば足りる。しかし、複数のマスターレグが存在する場合、稼働させるマスターレグの個数を決定し、かつ、どのマスターレグを稼働させるかを制御する必要がある。

そのため、本実施の形態では、要求される送受電の容量に応じて、複数のマスターレグから稼働させるものを選択し、安定的な送受電を実現する電力ルータについて説明する。

具体的には、本実施の形態では、１つの電力ルータ内に複数のマスターレグが存在し、母線電圧が所定値に維持されている状態で、電力ルータ全体で見た場合の送電電力と受電電力とを均衡させるように、複数のマスターレグを制御する。この場合、複数のマスターレグから稼働させるものを具体的に選択する必要がある。

以下では、複数のマスターレグを有する電力ルータとして、３つのマスターレグと、マスター以外のレグとして３つの自立レグと、を有する例について説明する。図１は、実施の形態１にかかる電力ルータ１００の構成を模式的に示すブロック図である。

電力ルータ１００は、第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２、第３マスターレグＭＬ３、第１自立レグＳＬ１、第２自立レグＳＬ２、第３自立レグＳＬ３、制御部１０、直流母線１１及びバス１２を有する。第１マスターレグＭＬ１の定格値をＲＭ１、第２マスターレグＭＬ２の定格値をＲＭ２、第３マスターレグＭＬ３の定格値をＲＭ３、第１自立レグＳＬ１の定格値をＲＳ１、第２自立レグＳＬ２の定格値をＲＳ２及び第３自立レグＳＬ３の定格値をＲＳ３とする。本実施の形態では、第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２及び第３マスターレグＭＬ３の定格値の関係は、ＲＭ１＜ＲＭ２＜ＲＭ３を満たすものとする。また、以下では、第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２、第３マスターレグＭＬ３、第１自立レグＳＬ１、第２自立レグＳＬ２及び第３自立レグＳＬ３を、電力ルータ１００に設けられたレグとも称する。

電力ルータ１００に設けられたレグ（第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２、第３マスターレグＭＬ３、第１自立レグＳＬ１、第２自立レグＳＬ２及び第３自立レグＳＬ３）は、それぞれ直流母線１１と接続される。第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２及び第３マスターレグＭＬ３は、それぞれ接続端子Ｔ１〜Ｔ３を介して、例えば外部の基幹系統９１と接続される。第１自立レグＳＬ１は、接続端子Ｔ４を介して、例えば外部の負荷９２と接続される。第２自立レグＳＬ２は、接続端子Ｔ５を介して、例えば外部の負荷９３と接続される。第３自立レグＳＬ３は、接続端子Ｔ６を介して、例えば外部の蓄電池９４と接続される。

電力ルータ１００においては、稼働中のマスターレグの定格値の和は、第１自立レグＳＬ１、第２自立レグＳＬ２及び第３自立レグＳＬ３の定格値の和よりも大きいことが望ましい。なぜなら、第１自立レグＳＬ１、第２自立レグＳＬ２及び第３自立レグＳＬ３の出力を常に維持するためには、稼働中のマスターレグが出力する電力と、稼働中のマスターレグ自体が消費する電力とを担保する必要があるからである。

制御部１０は、外部の管理サーバとの間で、電力ルータ１００の運転制御に用いる情報のやりとりを行う。図２は、実施の形態１にかかる電力ルータ１００と管理サーバ１０１とで構成される電力ネットワークシステム１０２の一部を示す図である。図２に示すように、制御部１０は、外部の管理サーバ１０１からの制御指示ＩＮＳに基づき、電力ルータ１００に設けられたレグの運転を制御する。また、制御部１０は、電力ルータ１００に設けられたレグの運転状況を取得し、外部の管理サーバ１０１へ運転情報ＩＮＦとして出力する。

図１及び２においては、制御部１０は、バス１２を介して信号を送受信することで、電力ルータ１００に設けられたレグの運転を制御し、かつ、電力ルータ１００に設けられたレグから運転状況を示す情報を受け取る。

電力ルータ１００においては、制御部１０の指令により、第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２及び第３マスターレグＭＬ３がマスターレグとして運転するように制御され、第１自立レグＳＬ１、第２自立レグＳＬ２及び第３自立レグＳＬ３が自立レグとして運転するように制御される。

図３は、実施の形態１にかかる電力ルータ１００の制御部１０の構成とレグとの関係を模式的に示すブロック図である。図３では、制御部１０が第１マスターレグＭＬ１を制御する例を示している。

第１マスターレグＭＬ１は、電力変換部２１、電流センサ２２、開閉器２３、電圧センサ２４を有する。第１マスターレグＭＬ１は、接続端子Ｔ１を介して、たとえば基幹系統（不図示）と接続される。直流母線１１には直流電力が流れている。電力変換部２１は、直流母線１１の直流電力を定められた周波数及び電圧の交流電力に変換して、接続端子Ｔ１から外部に流す。あるいは、電力変換部２１は、接続端子Ｔ１から流入する交流電力を直流電力に変換して、直流母線１１に流す。

電流センサ２２は、支線２５に流れる電流、すなわち接続端子Ｔ１を介して送受電する際の電流量を検出し、検出結果を検出値Ｉｒとして制御部１０に出力する。開閉器２３は、電力変換部２１と接続端子Ｔ１との間に配設される。開閉器２３の開閉によって、支線２５が開閉される。これにより、外部と直流母線１１とが遮断され、又は、接続される。電圧センサ２４は、支線２５の電圧、すなわち接続端子Ｔ１を介して送受電する際の電圧値を検出し、検出結果を検出値Ｖｒとして制御部１０に出力する。

制御部１０は、記憶部１、運転モード管理部２、電力変換指令部３、ＤＡ／ＡＤ変換部４、センサ値読み取り部５及び母線電圧センサ６を有する。

記憶部１は、管理サーバ１０１からの制御指示ＩＮＳを、制御指示データベースＤＢ１（第１のデータベース）として保持している。記憶部１は、制御指示データベースＤＢ１の他に、電力ルータ１００に設けられたレグを識別するためのレグ識別情報データベースＤＢ２（第２のデータベース）を保持している。記憶部１は、例えばフラッシュメモリなどの各種の記憶部により実現することが可能である。レグ識別情報データベースＤＢ２は、例えばＩＰアドレス、ＵＲＬ、ＵＲＩなど、電力ルータ１００に設けられたレグのそれぞれを特定するために割り振られた情報である。また、記憶部１は、運転モード管理部２からの電力ルータ１００の運転情報ＩＮＦを保持し、必要に応じて外部に運転情報ＩＮＦを出力する。

運転モード管理部２は、例えばＣＰＵにより構成される。運転モード管理部２は、制御指示データベースＤＢ１に含まれる各レグの運転モード（マスター、指定電力、自立）を指定する運転モード指定情報ＭＯＤＥを読み出す。また、運転モード管理部２は、記憶部１のレグ識別情報データベースＤＢ２を参照し、対象レグに対応する情報（例えば、ＩＰアドレス）を読み出す。これにより、運転モード管理部２は、対象レグに対する起動指示を出力することができる。運転モード管理部２は、デジタル信号である波形指示信号ＳＤ１を出力する。また、運転モード管理部２は、開閉制御信号ＳＩＧ１を対象レグの開閉器（例えば、開閉器２３）へ出力する。

波形指示信号ＳＤ１は、ＤＡ／ＡＤ変換部４でデジタル−アナログ変換され、アナログ信号である波形指示信号ＳＡ１として電力変換指令部３へ出力される。電力変換指令部３は、波形指示信号ＳＡ１に応じて、電力変換部（例えば、電力変換部２１）へ、制御信号ＳＣＯＮを出力する。

センサ値読み取り部５は、母線電圧センサ６で検出された母線電圧Ｖｍと、第１マスターレグＭＬ１の電流センサ２２の検出値Ｉｒと電圧センサ２４の検出値Ｖｒとを読み取る。センサ値読み取り部５は、読み取り結果を、アナログ信号である読み取り信号ＳＡ２として出力する。読み取り信号ＳＡ２は、ＤＡ／ＡＤ変換部４でアナログ−デジタル変換され、デジタル信号である読み取り信号ＳＤ２として運転モード管理部２へ出力される。運転モード管理部２は、デジタル信号である読み取り信号ＳＤ２に基づいて、レグの運転情報ＩＮＦを記憶部１に出力する。

電力ルータ１００は、要求送受電容量に応じて、定格値が小さいものから順にマスターレグを稼働させる。図４は、実施の形態１において要求送受電容量Ｐに応じて稼働させるマスターレグを決定するための判定手順を示すフローチャートである。図５は、実施の形態１における要求送受電容量Ｐと稼働レグとの関係を示す図である。なお、図５では、例として、ＲＭ１＝２[ｋＷ]、ＲＭ２＝[４ｋＷ]、ＲＭ３＝８[ｋＷ]としている。

ステップＳ１０１
制御部１０は、第１マスターレグＭＬ１を稼働させることを決定する。

ステップＳ１０２
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１以上（Ｐ≧ＲＭ１）であるかを判定する。要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１よりも小さい場合（Ｐ＜ＲＭ１）、第１マスターレグＭＬ１を稼働させれば要求送受電容量Ｐを満たすことができるので、制御部１０は判定処理を終了する(図５のレンジＲ１１)。

ステップＳ１０３
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１以上である場合（Ｐ≧ＲＭ１）、第２マスターレグＭＬ２を稼働させることを決定する。

ステップＳ１０４
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１と第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２とを加算した値以上（Ｐ≧ＲＭ１＋ＲＭ２）であるかを判定する。要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１と第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２とを加算した値よりも小さい場合（Ｐ＜ＲＭ１＋ＲＭ２）、第１マスターレグＭＬ１及び第２マスターレグＭＬ２を稼働させれば要求送受電容量Ｐを満たすことができるので、判定処理を終了する(図５のレンジＲ１２)。

ステップＳ１０５
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１と第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２とを加算した値以上である場合（Ｐ≧ＲＭ１＋ＲＭ２）、第３マスターレグＭＬ３を稼働させることを決定し、判定処理を終了する(図５のレンジＲ１３)。

以上、本構成によれば、電力ルータに要求される送受電容量を実現するために、必要なマスターレグを定格値が小さいものから順に稼働させることができる。かつ、要求される送受電容量に応じて複数のマスターレグを使い分けるので、マスターレグの消耗を減速させることができる。従って、全体として見た場合、電力ルータの寿命を延伸させることができる。その結果、経時劣化による電力ルータ又はレグの交換や点検の頻度を低減させることができるので、運用管理の点で有利である。

なお、上記のマスターレグの選択動作は、電力ルータ１００を起動する際に行うことができることは言うまでもない。これにより、運転開始前に与えられる要求送受電容量を満たすように、適切なマスターレグを稼働させることができる。また、上記のマスターレグの選択動作は、電力ルータ１００を運転中に、電力ルータ１００に新たな要求送受電容量を指定する、すなわち要求送受電容量を動的に変更する場合でも行うことが可能である。これにより、電力ルータ１００を運転中に、マスターレグの動的な運転制御を行うことができる。

実施の形態２
実施の形態２にかかる電力ルータについて説明する。実施の形態２にかかる電力ルータの構成は実施の形態１と同様であるが、要求送受電容量Ｐに応じて稼働させるマスターレグを決定するための制御部１０での判定手順が異なる。以下、判定手順に着目して説明する。

上述の実施の形態１では、各マスターレグの定格値を参照し、稼働させるマスターレグを選択する手法について説明した。これに対し、本実施の形態では、各マスターレグを効率的に運転できる出力帯を考慮して、稼働させるマスターレグを選択する。

例えば、あるマスターレグの定格値が２［ｋＷ］である場合について検討する。一般に、マスターレグは定格の範囲内の下限および上限付近では電力変換効率が低く、それ以外の範囲では電力変換効率が高いことが想定される。例えば、このマスターレグの場合、０．５［ｋＷ］〜１．５［ｋＷ］の範囲で高い電力変換効率を達成できる。このようなマスターレグを複数有する電力ルータにおいては、高い電力変換効率を達成できるマスターレグを優先的に稼働させれば、電力ルータにおける電力変換によるロスを抑制できる。

図６は、実施の形態２おける第１マスターレグＭＬ１、第２マスターレグＭＬ２および第３マスターレグＭＬ３の定格値、高効率変換出力帯および稼働下限値を示す図である。図６に示すように、本実施の形態では、第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１は２[ｋＷ]、高効率変換出力帯は０．５［ｋＷ］〜１．５［ｋＷ］、稼働下限値ＭＩＮ１は０［ｋＷ］である。第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２は４[ｋＷ]、高効率変換出力帯は１［ｋＷ］〜３．５［ｋＷ］、稼働下限値ＭＩＮ２は１．５［ｋＷ］である。第３マスターレグＭＬ３の定格値ＲＭ１は８[ｋＷ]、高効率変換出力帯は２［ｋＷ］〜７．５［ｋＷ］、稼働下限値ＭＩＮ３は５［ｋＷ］である。

図７は、実施の形態２において要求送受電容量Ｐに応じて稼働させるマスターレグを決定するための判定手順を示すフローチャートである。図８は、実施の形態２における要求送受電容量Ｐと稼働レグとの関係を示す図である。

ステップＳ２０１
制御部１０は、第１マスターレグＭＬ１を稼働させることを決定する。

ステップＳ２０２
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の稼働下限値ＭＩＮ２以上（Ｐ≧ＭＩＮ２）であるかを判定する。要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の稼働下限値ＭＩＮ２よりも小さい場合（Ｐ＜ＭＩＮ２）、第１マスターレグＭＬ１を稼働させれば要求送受電容量Ｐを満たすことができるので、制御部１０は判定処理を終了する(図８のレンジＲ２１)。この場合には、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の高効率変換出力帯である０．５［ｋＷ］〜１．５［ｋＷ］に収まっているので、第１マスターレグＭＬ１により高効率の送受電を行うことができる。なお、要求送受電容量Ｐが０．５［ｋＷ］よりも小さい場合には、実施の形態１と同様に、第１マスターレグＭＬ１を稼働させる。

ステップＳ２０３
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の稼働下限値ＭＩＮ２以上である場合（Ｐ≧ＭＩＮ２）、第２マスターレグＭＬ２を稼働させることを決定する。この場合には、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の高効率変換出力帯である０．５［ｋＷ］〜１．５［ｋＷ］からは外れるが、第２マスターレグＭＬ２の高効率変換出力帯である１［ｋＷ］〜３．５［ｋＷ］に収まっている。したがって、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１（２［ｋＷ］）に満たない場合でも、第１マスターレグＭＬ１の高効率変換出力帯の上限値と一致する第２マスターレグＭＬ２の稼働下限値ＭＩＮ２を基準として第２マスターレグＭＬ２を稼働させることで、高効率の送受電を行うことができる。

ステップＳ２０４
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第３マスターレグＭＬ３の稼働下限値ＭＩＮ３以上であるか（Ｐ≧ＭＩＮ３）を判定する。要求送受電容量Ｐが第３マスターレグＭＬ３の稼働下限値ＭＩＮ３よりも小さい場合（Ｐ＜ＭＩＮ３）、第１マスターレグＭＬ１及び第２マスターレグＭＬ２を稼働させれば要求送受電容量Ｐを満たすことができるので、制御部１０は判定処理を終了する(図８のレンジＲ２２)。

ステップＳ２０５
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第３マスターレグＭＬ３の稼働下限値ＭＩＮ３以上である場合（Ｐ≧ＭＩＮ３）、第３マスターレグＭＬ３を稼働させることを決定し、判定処理を終了する(図８のレンジＲ２３)。この場合には、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１及び第２マスターレグＭＬ２の高効率変換出力帯の和で示される範囲である１．５［ｋＷ］〜５．０［ｋＷ］からは外れるが、第３マスターレグＭＬ３の高効率変換出力帯である２［ｋＷ］〜７．５［ｋＷ］に収まっている。したがって、要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２（４［ｋＷ］）に満たない場合でも、第１マスターレグＭＬ１の高効率変換出力帯の上限値と第２マスターレグＭＬ２の高効率変換出力帯の上限値との和と一致する第３マスターレグＭＬ３の稼働下限値ＭＩＮ３を基準として第３マスターレグＭＬ３を稼働させることで、高効率の送受電を行うことができる。

以上、本構成によれば、マスターレグの定格値だけでなく、高効率変換出力帯を更に考慮して稼働させる。すなわち、マスターレグを定格値の小さい順に、かつ、高効率変換出力帯の下限に到達した場合に、稼働させるマスターレグとして選択する。これにより、実施の形態１と比較して電力変換ロスを抑制できる電力ルータを実現することができる。

実施の形態３
実施の形態３にかかる電力ルータについて説明する。実施の形態３にかかる電力ルータの構成は実施の形態１と同様であるが、要求送受電容量Ｐに応じて稼働させるマスターレグを決定するための制御部１０での判定手順が異なる。以下、判定手順に着目して説明する。図９は、実施の形態３において要求送受電容量Ｐに応じて稼働させるマスターレグを決定するための判定手順を示すフローチャートである。図１０は、実施の形態３における要求送受電容量Ｐと稼働レグとの関係を示す図である。なお、図１０では、例として、ＲＭ１＝２[ｋＷ]、ＲＭ２＝[４ｋＷ]、ＲＭ３＝８[ｋＷ]としている。

ステップＳ３０１
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１と第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２とを加算した値以上（Ｐ≧ＲＭ１＋ＲＭ２）であるかを判定する。

ステップＳ３０２
制御部は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１と第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２とを加算した値以上（Ｐ≧ＲＭ１＋ＲＭ２）である場合、第３マスターレグＭＬ３を稼働させることを決定する。

ステップＳ３０３
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１と第３マスターレグＭＬ３の定格値ＲＭ３とを加算した値以上であるか（Ｐ≧ＲＭ１＋ＲＭ３）を判定する。

ステップＳ３０４
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１と第３マスターレグＭＬ３とを加算した値以上である場合（Ｐ≧ＲＭ１＋ＲＭ３）、第２マスターレグＭＬ２を稼働させることを決定する。

ステップＳ３０５
ステップＳ３０４の後、制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２と第３マスターレグＭＬ３の定格値ＲＭ３とを加算した値以上であるか（Ｐ≧ＲＭ２＋ＲＭ３）を判定する。要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２と第３マスターレグＭＬ３の定格値ＲＭ３とを加算した値よりも小さい場合（Ｐ＜ＲＭ２＋ＲＭ３）、制御部１０は判定処理を終了する(図１０のレンジＲ３６)。

ステップＳ３０６
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２の定格値ＲＭ１と第３マスターレグＭＬ３とを加算した値以上である場合（Ｐ≧ＲＭ２＋ＲＭ３）、第１マスターレグＭＬ１を稼働させることを決定する(図１０のレンジＲ３７)。

ステップＳ３０７
ステップＳ３０３において要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１と第３マスターレグＭＬ３の定格値ＲＭ３とを加算した値よりも小さい場合（Ｐ＜ＲＭ１＋ＲＭ３）、制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第３マスターレグＭＬ３の定格値ＲＭ３以上であるか（Ｐ≧ＲＭ３）を判定する。要求送受電容量Ｐが第３マスターレグＭＬ３の定格値ＲＭ３よりも小さい場合（Ｐ＜ＲＭ３）、制御部１０は判定処理を終了する(図１０のレンジＲ３４)。

ステップＳ３０８
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第３マスターレグＭＬ３の定格値ＲＭ３以上である場合（Ｐ≧ＲＭ３）、第１マスターレグＭＬ１を稼働させることを決定する(図１０のレンジＲ３５)。

ステップＳ３０９
ステップＳ３０１において要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１と第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２とを加算した値よりも小さい場合（Ｐ＜ＲＭ１＋ＲＭ２）、制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１以上であるか（Ｐ≧ＲＭ１）を判定する。

ステップＳ３１０
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１以上である場合（Ｐ≧ＲＭ１）、第２マスターレグＭＬ２を稼働させることを決定する。

ステップＳ３１１
ステップＳ３１０の後、制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２以上であるか（Ｐ≧ＲＭ２）を判定する。要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２よりも小さい場合（Ｐ＜ＲＭ２）、制御部１０は判定処理を終了する(図１０のレンジＲ３２)。

ステップＳ３１２
制御部１０は、要求送受電容量Ｐが第２マスターレグＭＬ２の定格値ＲＭ２値以上である場合（Ｐ≧ＲＭ２）、第１マスターレグＭＬ１を稼働させることを決定する(図１０のレンジＲ３３)。

ステップＳ３１３
ステップＳ３０３において要求送受電容量Ｐが第１マスターレグＭＬ１の定格値ＲＭ１よりも小さい場合（Ｐ＜ＲＭ１）、制御部１０は、第１マスターレグＭＬ１を稼働させることを決定する(図１０のレンジＲ３１)。

以上、本構成によれば、実施の形態１及び２と同様に、電力ルータに要求される送受電容量を実現するために、必要なマスターレグを稼働させることができる。かつ、要求される送受電容量に応じて複数のマスターレグを使い分けるので、マスターレグの消耗を減速させることができる。従って、全体として見た場合、電力ルータの寿命を延伸させることができる。その結果、経時劣化による電力ルータ又はレグの交換や点検の頻度を低減させることができるので、運用管理の点で有利である。

更に、本構成によれば、定格値の小さなマスターレグを優先的に稼働させることができる。これにより、定格値の大きなマスターレグの消耗を低減することができる。一般に、マスターレグは定格値が大きくなるにつれてコストが増大することが考え得る。したがって、定格値の大きなマスターレグの寿命を延伸することで、マスターレグの交換コストを抑制できることが理解できる。

本構成によれば、定格値の大きな１つのマスターレグのみで要求送受電容量を満たすことができる場合には、１つのマスターレグを稼働させる。これにより、実施の形態１及び２と比較して、複数のマスターレグが稼働する状況を抑制することができる。これにより、各マスターレグの稼働時間を低減して、寿命を延伸することができる。

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、マスターレグの定格や高効率変換出力帯に基づいて稼働させるマスターレグを選択した。しかし、停止中のマスターレグを選択する際、合わせてマスターレグの優先度を考慮してもよい。例えば、定格や高効率変換出力帯が同じ停止中のマスターレグが複数あった場合、マスターレグの優先度に基づいて、稼働させるものを選択してもよい。なお、ここでいう優先度とは、マスターレグの重要度を表す値であり、例えば数値で表現される。マスターレグの優先度は、管理サーバが設定してもよいし、制御部１０が設定してもよい。

優先度は、以下のように設定することができる。例えば、商用系統電源などの安定性の高い電源と接続されるマスターレグの優先度を高くすることができる。これにより、電力ルータへの安定した電源供給が期待できる。

時刻に応じて優先度を変更することも可能である。例えば、深夜電力が利用可能なマスターレグを優先的に利用することで、低料金の電力を効率的に活用し、電力料金を抑制することが可能となる。

定格の大きなマスターレグの優先度を高くすることもできる。これにより、定格の大きなマスターレグを用い、安定した送受電を実現できる。

累積稼働時間が短いマスターレグの優先度を高くすることもできる。これにより、累積稼働時間が長いマスターレグの負荷を軽減し、かつ、複数のマスターレグの累積負荷を平均化できる。その結果、電力ルータの全体としても故障発生率を抑制し、寿命を延伸することができる。

上述の実施の形態においては、要求送受電容量Ｐに応じて、制御部１０がどのマスターレグを選択したかを、管理サーバに通知することもできる。これにより、管理サーバは電力ルータの運転状況を的確に把握し、電力ルータの運転制御や以降の電力ルータの運転計画の作成を正確に行うことができる。

上述の実施の形態においては、要求送受電容量Ｐに応じて、制御部１０がどのマスターレグを選択するかを、自律的に判断することができる。また、管理サーバ１０２が要求送受電容量Ｐと電力ルータ１００に設けられたマスターレグの情報とを対比し、稼働させるマスターレグを選択し、選択結果を制御部１０に通知してもよい。

上述の実施の形態では、制御部１０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。例えば、制御部１０をコンピュータにより構成し、マスターレグの選択処理を、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。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

上述の実施の形態では、マスターレグの数を３としたが、これは例示にすぎない。すなわち、マスターレグの数は、２以上の任意の個数とすることができる。また、上述の実施の形態では、マスターレグ以外のレグを自立レグ３個としたが、これは例示に過ぎない。つまり、マスターレグ以外のレグの数は、１以上の任意の個数とすることができる。また、マスターレグ以外のレグは、自立レグでもよいし、指定電力送受電レグでもよい。

上述の実施の形態においては、「ある値以上」の場合、「ある値よりも大きい」場合を含むことは言うまでもない。「ある値以下」の場合、「ある値よりも小さい」場合を含むことは言うまでもない。

また、上述の実施の形態において「ある値以上」及び「ある値よりも小さい」という条件で条件判断を行う場合、適宜、「ある値よりも大きい」及び「ある値以下」という条件に適宜変更してもよい。「ある値以下」及び「ある値よりも大きい」という条件で条件判断を行う場合、適宜、「ある値よりも小さい」及び「ある値以上」という条件に適宜変更してもよい。

１ 記憶部
２ 運転モード管理部
３ 電力変換指令部
４ ＤＡ／ＡＤ変換部
５ センサ値読み取り部
６ 母線電圧センサ
１０ 制御部
１１ 直流母線
１２ バス
２１ 電力変換部
２２ 電流センサ
２３ 開閉器
２４ 電圧センサ
２５ 支線
９１、８１１ 基幹系統
９２、９３ 負荷
９４、８３５ 蓄電池
１００ 電力ルータ
１０１、８５０ 管理サーバ
１０２、８１０ 電力ネットワークシステム
８１２ 大規模発電所
８３１ 家
８３２ ビル
８３３ 太陽光発電パネル
８３４ 風力発電機
８６０ 通信網
ＤＢ１ 制御指示データベース
ＤＢ２ レグ識別情報データベース
ＩＮＦ 運転情報
ＩＮＳ 制御指示
ＭＩＮ１ 第１マスターレグの稼働下限値
ＭＩＮ２ 第２マスターレグの稼働下限値
ＭＩＮ３ 第３マスターレグの稼働下限値
ＭＬ１ 第１マスターレグ
ＭＬ２ 第２マスターレグ
ＭＬ３ 第３マスターレグ
ＭＯＤＥ 運転モード指定情報
Ｐ 要求送受電容量
Ｒ１１〜Ｒ１３、Ｒ２１〜Ｒ２３、Ｒ３１〜Ｒ３７ レンジ
ＲＭ１ 第１マスターレグの定格値
ＲＭ２ 第２マスターレグの定格値
ＲＭ３ 第３マスターレグの定格値
ＳＡ１ 波形指示信号
ＳＡ２ 読み取り信号
ＳＣＯＮ 制御信号
ＳＤ１ 波形指示信号
ＳＤ２ 読み取り信号
ＳＩＧ１ 開閉制御信号
ＳＬ１ 第１自立レグ
ＳＬ２ 第２自立レグ
ＳＬ３ 第３自立レグ
Ｔ１〜Ｔ６ 接続端子
Ｖｍ 母線電圧

Claims (14)

1. 直流電流が流れる直流母線と、
   前記直流母線と接続され、かつ外部との送受電を行う複数のマスターレグと、
   前記直流母線の電圧が所定の範囲に収まるように前記複数のマスターレグを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、外部から指示される要求送受電容量を満たすように、前記複数のマスターレグから稼働させるマスターレグを選択する、
   電力ルータ。
2. 前記制御部は、
   前記複数のマスターレグから、稼働させるマスターレグを定格値が小さいものから順に選択する、
   請求項１に記載の電力ルータ。
3. 前記制御部は、
   前記複数のマスターレグで定格値が前記要求送受電容量より小さいもののうち、稼働させるマスターレグを定格値の大きなものから順に選択する、
   請求項１に記載の電力ルータ。
4. 前記複数のマスターレグのそれぞれには、稼働する最小の電力値が設定され、
   前記制御部は、
   前記複数のマスターレグのうち、稼働させるマスターレグを前記稼働する最小の電力値が小さいものから順に選択する、
   請求項１に記載の電力ルータ。
5. 前記制御部は、
   前記複数のマスターレグのうち、稼働対象となる定格値を有するものが複数ある場合、設定された優先度が高い順に稼働させるマスターレグを選択する、
   請求項２又は３に記載の電力ルータ。
6. 前記制御部は、
   前記複数のマスターレグのうち、稼働対象となる最小の電力値を有するものが複数ある場合、設定された優先度が高い順に稼働させるマスターレグを選択する、
   請求項４に記載の電力ルータ。
7. 新たに選択するマスターレグの前記最小の電力値は、すでに選択したマスターレグが所定の変換効率で電力変換を行える出力帯の上限値の和と等しい、
   請求項４又は６に記載の電力ルータ。
8. 前記制御部が選択するマスターレグは、外部の管理サーバからの指令によって指定される、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力ルータ。
9. 前記制御部は、前記要求送受電容量の値に応じて、自律的に稼働させるマスターレグを選択する、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力ルータ。
10. 前記制御部は、前記複数のマスターレグのいずれもが稼働していない状態で、前記複数のマスターレグのいずれかを稼働させるマスターレグとして選択し、前記要求送受電容量を満たすように、稼働させるマスターレグとして選択されたもの以外の前記複数のマスターレグから、稼働させるマスターレグを更に選択する、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電力ルータ。
11. 前記制御部は、前記要求送受電容量の値が変更された場合、変更された前記要求送受電容量を満たすように、前記複数のマスターレグから稼働させるマスターレグを選択する、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電力ルータ。
12. 電力ルータと、
    前記電力ルータの送受電を制御する管理サーバと、を備え、
    前記電力ルータは、
    直流電流が流れる直流母線と、
    前記直流母線と接続され、かつ外部との送受電を行う複数のマスターレグと、
    前記直流母線の電圧が所定の範囲に収まるように、前記複数のマスターレグを制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記管理サーバから指定された前記電力ルータへの要求電力容量を満たすように、前記複数のマスターレグから稼働させるマスターレグを選択する、
    電力ネットワークシステム。
13. 直流電流が流れる直流母線の電圧が所定の範囲に収まるように、かつ、外部から指示される要求送受電容量を満たすように、前記直流母線と接続され、かつ外部との送受電を行う複数のマスターレグから稼働させるマスターレグを選択する、
    電力ルータの制御方法。
14. 直流電流が流れる直流母線の電圧が所定の範囲に収まるように、かつ、外部から指示される要求送受電容量を満たすように、前記直流母線と接続され、かつ外部との送受電を行う複数のマスターレグから稼働させるマスターレグを選択する処理をコンピュータに実行させる、
    電力ルータの制御プログラム。

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