JP2021052497A - 制御装置、制御方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池が過放電または過充電な状態になることを防止しつつ、負荷の消費電力の変動に対応することが可能な蓄電池および発電機の制御装置を提供する。【解決手段】自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御装置であって、前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得する蓄電池出力範囲取得部と、前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、前記蓄電池出力範囲取得部が取得した前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定する発電機出力範囲決定部とを備える。【選択図】図７

Description

本開示は、制御装置、制御方法およびコンピュータプログラムに関する。

商用の電力系統から切り離された自立型の電力設備においては、停電などの商用の電力系統の影響を受けずに、重要負荷に対して長時間に亘り、継続して電力供給を行うことが可能である。その一方、電力需給のアンバランスに対する電力供給や、電圧または周波数などの電力品質の維持に関する補助を受けることができない。このため、自立型の電力設備においては電力需給のバランスの調整や電力品質を維持するための方法が重要になる。

自立型の電力設備には、電圧および周波数の維持を主に蓄電池が担う蓄電池型と、主に発電機が担う発電機型とがある。蓄電池型の電力設備では、パワーエレクトロニクス技術の発展に伴う高速なスイッチング技術により、負荷の必要とする電力に応じて極めて高速かつ精度良く蓄電池の出力を切り替えることができる。

特許文献１には、蓄電池および発電機を含むマイクログリッドの制御方法について開示されている。

国際公開第２０１５／００１８００号

しかしながら、自立型の電力設備においては新たな負荷が投入（接続または並列）されたり、電力設備から負荷が解列されたりすることにより、負荷の消費電力が変動する場合がある。このような場合であっても、蓄電池が過放電または過充電とならずに負荷に電力を供給する必要がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、蓄電池が過放電または過充電な状態になることを防止しつつ、負荷の消費電力の変動に対応することが可能な蓄電池および発電機の制御装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る制御装置は、自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御装置であって、前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得する蓄電池出力範囲取得部と、前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、前記蓄電池出力範囲取得部が取得した前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定する発電機出力範囲決定部とを備える。

本開示の他の一態様に係る制御方法は、自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御方法であって、コンピュータが、前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得するステップと、前記コンピュータが、前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、取得された前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定するステップとを含む。

本開示の他の一態様に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得する蓄電池出力範囲取得部と、前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、前記蓄電池出力範囲取得部が取得した前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定する発電機出力範囲決定部として機能させる。

なお、上記のコンピュータプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。また、本開示は、制御装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、制御装置を含むシステムとして実現したりすることもできる。

本開示によると、蓄電池が過放電または過充電な状態になることを防止しつつ、負荷の消費電力の変動に対応することができる。

図１は、自立型電力設備の構成の一例を示す図である。 図２は、蓄電池および発電機の出力範囲の一例を示す図である。 図３は、図２に示す蓄電池および発電機の出力範囲において、負荷の運用が可能な範囲を示す図である。 図４は、蓄電池および発電機の出力範囲を一般化して示す図である。 図５は、図４に示す蓄電池および発電機の出力範囲において、負荷の運用が可能な範囲を示す図である。 図６は、負荷運用条件について説明するための図である。 図７は、制御装置の機能的構成を示すブロック図である。 図８は、蓄電池および発電機の出力と、負荷の消費電力との一例を示す図である。 図９Ａは、蓄電池の運転効率の一例を示す図である。 図９Ｂは、発電機の運転効率の一例を示す図である。 図１０は、本開示の実施形態に係る制御装置の処理手順を示すフローチャートである。

［本開示の実施形態の概要］
最初に本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
（１）本開示の一実施形態に係る制御装置は、自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御装置であって、前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得する蓄電池出力範囲取得部と、前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、前記蓄電池出力範囲取得部が取得した前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定する発電機出力範囲決定部とを備える。

この構成によると、負荷変動量と蓄電池の定格出力とに基づいて、蓄電池の出力範囲を決定することができる。このため、負荷変動量の消費電力の変動があったとしても、蓄電池が過放電または過充電とならないように蓄電池の出力範囲を決定することができる。また、負荷の消費電力と蓄電池の出力範囲とに基づいて、発電機の出力範囲を決定することができる。このため、負荷を運用するのに必要な消費電力のうち、蓄電池の出力では賄いきれない不足分を、発電機に出力させることができる。これにより、負荷の消費電力の変動に対応することができる。

（２）好ましくは、上述の制御装置は、さらに、前記蓄電池の充電残量に基づいて、前記蓄電池の充放電状態を決定する充放電状態決定部を備え、前記蓄電池出力範囲取得部は、前記充放電状態決定部が決定した前記充放電状態に基づいて、当該充放電状態に応じた前記蓄電池の出力範囲を取得する。

この構成によると、蓄電池の充電残量に基づいて、蓄電池を充電状態とするか放電状態とするかを決定し、充放電状態に基づいて蓄電池の出力範囲を決定することができる。これにより、負荷変動量の消費電力の変動があったとしても、蓄電池が過放電または過充電とならないように蓄電池の出力範囲を決定することができる。

（３）さらに好ましくは、上述の制御装置は、さらに、前記蓄電池出力範囲取得部が取得した前記蓄電池の出力範囲と、前記発電機出力範囲決定部が決定した前記発電機の出力範囲とに基づいて、前記蓄電池および前記発電機の運転効率が最適となる前記蓄電池の出力および前記発電機の出力を決定する運転効率最適化部を備える。

この構成によると、蓄電池の出力範囲および発電機の出力範囲内で蓄電池および発電機の運転効率を最適化することができる。これにより、低コストで蓄電池および発電機を運用することができる。

（４）本開示の他の実施形態に係る制御方法は、自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御方法であって、コンピュータが、前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得するステップと、前記コンピュータが、前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、取得された前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定するステップとを含む。

この構成は、上述の制御装置が備える特徴的な処理部に対応するステップを含む。このため、この構成によると、上述の制御装置と同様の作用および効果を奏することができる。

（５）本開示の他の実施形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得する蓄電池出力範囲取得部と、前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、前記蓄電池出力範囲取得部が取得した前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定する発電機出力範囲決定部として機能させる。

この構成によると、コンピュータを、上述の制御装置として機能させることができる。このため、上述の制御装置と同様の作用および効果を奏することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。

また、同一の構成要素には同一の符号を付す。それらの機能および名称も同様であるため、それらの説明は適宜省略する。

本実施形態では、自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御装置について説明する。

〔自立型電力設備について〕
まず、本実施形態が対象とする自立型電力設備について説明する。なお、本開示では、蓄電池型の自立型電力設備を想定する。

図１は、自立型電力設備の構成の一例を示す図である。

自立型電力設備１は、蓄電池１１と、発電機１２と、重要負荷１３と、保安負荷１４と、通常負荷１５と、太陽光発電機１６と、風力発電機１７とを含む。

自立型電力設備１に設置された各電力機器１１〜１７は、電力線２０に接続される。電力線２０は、電力系統２１に接続される。

電力系統２１と自立型電力設備１との経路中には、連系用遮断器２２が設けられている。連系用遮断器２２は、例えば、真空遮断器であり、自立型電力設備１の電力系統２１への連系（並列）と、自立型電力設備１の電力系統２１からの遮断（解列）とを切り替える。つまり、連系用遮断器２２をクローズすることにより、自立型電力設備１は電力系統２１に並列し、連系用遮断器２２をオープンにすることにより、自立型電力設備１は、電力系統２１から解列する。

蓄電池１１は、例えば、レドックスフロー（ＲＦ）電池、リチウムイオン電池、溶融塩電池、鉛蓄電池などの二次電池を含む。蓄電池１１は、パワーコンディショナーまたはバッテリーマネジメントシステムなどを介して電力線２０に接続される。

発電機１２は、例えば、都市ガスなどのガスを燃焼させることにより発電を行うガス発電機である。なお、発電機１２は、水素等の燃料の化学エネルギーから電力を取り出す燃料電池であってもよい。

重要負荷１３は、停電等により電力系統２１から電力が供給されない場合であっても一定の期間動作させることを保証しなければならない負荷である。長時間に亘って実験を行わなければならない場合の実験装置や、病院で用いられる医療機器などはその一例である。

保安負荷１４は、停電等により電力系統２１から電力が供給されない場合に保安のために動作する負荷である。非常灯などはその一例である。

通常負荷１５は、重要負荷のように動作時間の保証の必要のない一般的な負荷である。エアコンなどはその一例である。

太陽光発電機１６は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機の一例であり、太陽光エネルギーを直流の電力に変換する。なお、太陽光発電機１６は、パワーコンディショナーを介して電力線２０に接続される。また、太陽光発電機１６は、負の出力を有する負荷とみなす。

風力発電機１７は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機の一例であり、風力エネルギーを直流の電力に変換する。なお、風力発電機１７は、パワーコンディショナーを介して電力線２０に接続される。また、風力発電機１７は、負の出力を有する負荷とみなす。

〔蓄電池１１および発電機１２の出力範囲の条件について〕
ここで、自立型電力設備１が電力系統２１から解列して自立運転している状態において、蓄電池１１が過充電または過放電とならずに、負荷を運用することのできる蓄電池１１および発電機１２の出力範囲の条件について説明する。

図２は、蓄電池１１および発電機１２の出力範囲の一例を示す図である。図２に示すように、蓄電池１１の出力範囲は−５００ｋＷから５００ｋＷの間とする。なお、正の出力範囲では蓄電池１１が放電を行い、負の出力範囲では蓄電池１１が充電を行うものとする。また、発電機１２の出力範囲は９００ｋＷから１８００ｋＷの間とする。これは、発電機１２を起動してから定常運転状態に移行した後の出力範囲である。

図３は、図２に示す蓄電池１１および発電機１２の出力範囲において、負荷（全ての負荷）の運用が可能な範囲を示す図である。図３の左側（ｉ）には、蓄電池１１が充電する場合の負荷の運用可能範囲を示し、図３の右側（ｉｉ）には、蓄電池１１が放電する場合の負荷の運用可能範囲を示す。

図３の（ｉ）に示すように、発電機１２を稼働させずに、蓄電池１１が充電する場合の、蓄電池１１および発電機１２の合計出力（以下、単に「合計出力」ともいう）は、−５００ｋＷ〜０ｋＷである。また、発電機１２を稼働させて、蓄電池１１が充電する場合の合計出力は、４００ｋＷ〜１８００ｋＷである。このため、蓄電池１１が充電する場合の負荷の運用可能範囲は、−５００ｋＷ〜０ｋＷおよび４００ｋＷ〜１８００ｋＷである。

一方、図３の（ｉｉ）に示すように、発電機１２を稼働させずに、蓄電池１１が放電する場合の合計出力は、０ｋＷ〜５００ｋＷである。また、発電機１２を稼働させて、蓄電池１１が放電する場合の合計出力は、９００ｋＷ〜２３００ｋＷである。このため、蓄電池１１が放電する場合の負荷の運用範囲（全ての負荷の合計消費電力）は、０ｋＷ〜５００ｋＷおよび９００ｋＷ〜２３００ｋＷである。

このように、蓄電池１１の放電時および充電時のそれぞれにおいて、負荷の運用範囲が不連続となる範囲６１、６２が存在する。

範囲６１においては、蓄電池１１を充電状態にした上で負荷を運用することができない。このため、蓄電池１１が過放電となる可能性がある。例えば、範囲６１内の２００ｋＷの消費電力の負荷を運用する場合には、蓄電池１１を充電することができないが、放電することはできる。このため、常に、蓄電池１１を放電し続けなければならず、いずれ過放電となる。

一方、範囲６２においては、蓄電池１１を放電状態にした上で負荷を運用することができない。このため、過充電となる可能性がある。例えば、範囲６２内の８００ｋＷの消費電力の負荷を運用する場合には、蓄電池１１を放電することができないが充電することはできる。このため、常に、蓄電池１１を充電し続けなければならず、いずれ過充電となる。

そこで、蓄電池１１が過充電または過放電とならずに、負荷を運用することのできる蓄電池１１および発電機１２の出力範囲を決定する必要がある。

図４は、蓄電池１１および発電機１２の出力範囲を一般化して示す図である。図４に示すように、蓄電池１１の出力範囲は−ＡｋＷからＢｋＷの間とする。なお、正の出力範囲では蓄電池１１が放電を行い、負の出力範囲では蓄電池１１が充電を行うものとする。また、発電機１２の定常運転状態における出力範囲はＣｋＷからＤｋＷの間とする。ただし、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤはいずれも正の値とする。

図５は、図４に示す蓄電池１１および発電機１２の出力範囲において、負荷（全ての負荷）の運用が可能な範囲を示す図である。図５の左側（ｉ）には、蓄電池１１が充電する場合の負荷の運用可能範囲を示し、図５の右側（ｉｉ）には、蓄電池１１が放電する場合の負荷の運用可能範囲を示す。

図５の（ｉ）に示すように、発電機１２を稼働させずに、蓄電池１１が充電する場合の、合計出力は、−ＡｋＷ〜０ｋＷである。また、発電機１２を稼働させて、蓄電池１１が充電する場合の合計出力は、（−Ａ＋Ｃ）ｋＷ〜ＤｋＷである。このため、蓄電池１１が充電する場合の負荷の運用可能範囲は、−ＡｋＷ〜０ｋＷおよび（−Ａ＋Ｃ）ｋＷ〜ＤｋＷである。蓄電池１１の充電時において負荷の運用範囲に不連続な範囲を生じさせないための条件は、以下の式１で示すことができる。
−Ａ＋Ｃ≦０ …（式１）

一方、図５の（ｉｉ）に示すように、発電機１２を稼働させずに、蓄電池１１が放電する場合の合計出力は、０ｋＷ〜ＢｋＷである。また、発電機１２を稼働させて、蓄電池１１が放電する場合の合計出力は、ＣｋＷ〜（Ｄ＋Ｂ）ｋＷである。このため、蓄電池１１が放電する場合の負荷の運用範囲は、０ｋＷ〜ＢｋＷおよびＣｋＷ〜（Ｄ＋Ｂ）ｋＷである。蓄電池１１の放電時において負荷の運用範囲（全ての負荷の合計消費電力）に不連続な範囲を生じさせないための条件は、以下の式２で示すことができる。
Ｃ≦Ｂ …（式２）

多くの場合、蓄電池１１の最大充電電力Ａと最大放電電力Ｂとは同じである。このため、以下の説明では、Ａ＝Ｂと仮定する。すると、式１および式２は、以下の式３に集約することができる。
Ｃ≦Ａ（＝Ｂ） …（式３）

よって、式１および式２、または式３を、蓄電池１１および発電機１２の出力範囲に関する条件とする。よって、蓄電池１１および発電機１２は、この条件の下で運用するものとする。

〔負荷運用条件について〕
次に、自立型電力設備１が電力系統２１から解列して自立運転している状態における、負荷の運用条件について詳細に説明する。
図６は、負荷運用条件について説明するための図である。図６には、図５に示した蓄電池１１の放電時の合計出力の範囲（範囲７１および７２）と、蓄電池１１の充電時の合計出力の範囲（範囲７３および７４）とを上下に並べて示している。式３に示した蓄電池１１および発電機１２の出力範囲に関する条件を満たす場合の、蓄電池１１の放電時の合計出力の範囲は０ｋＷ〜（Ｄ＋Ｂ）ｋＷであり、蓄電池１１の充電時の合計出力の範囲は−ＡｋＷ〜ＤｋＷである。

このため、２つの合計出力の範囲が重複する範囲７５（０ｋＷ〜ＤｋＷ）においては、蓄電池１１は充電および放電のいずれの状態も取ることができる。つまり、範囲７５において、蓄電池１１は充電および放電の切り替えを行うことができる。このため、蓄電池１１が過放電または過充電にならないように制御することが可能である。よって、負荷の運用範囲（全ての負荷の消費電力）を範囲７５内に収めることにより、負荷に電力が供給できないなどの状況を避けつつ、負荷を安定的に運用することができる。よって、式３を満たしているとの条件の下で、以下の式４を負荷運用条件とする。ただし、負荷の運用範囲の下限値は厳密に０である必要はなく、０よりも少し大きな値であってもよい。同様に、負荷の運用範囲の上限値は厳密にＤである必要はなく、Ｄよりも少し小さな値であってもよい。
０≦負荷の運用範囲≦Ｄ …（式４）
本実施形態では、負荷の合計出力が式４を満たすように負荷を運用するものとする。

〔制御装置３について〕
図１を参照して、制御装置３は、通信線２３を介して自立型電力設備１に設置された各電力機器１１〜１７に接続される。制御装置３は、蓄電池１１から充電残量（ＳＯＣ：State of Charge）の情報を受信し、受信したＳＯＣの情報に基づいて蓄電池１１の運転制御を行う。制御装置３は、発電機１２の運転制御を行う。制御装置３は、蓄電池１１、保安負荷１４および通常負荷１５から、現在の消費電力の情報を受信する。制御装置３は、太陽光発電機１６から発電電力の情報を受信し、太陽光発電機１６の出力が制御可能であれば、太陽光発電機１６の運転制御を行う。制御装置３は、風力発電機１７から発電電力の情報を受信し、風力発電機１７の出力が制御可能であれば、風力発電機１７の運転制御を行う。

図７は、制御装置３の機能的構成を示すブロック図である。
制御装置３は、図１に示した自立型電力設備１が電力系統２１から解列して自立運転する場合に、安定的に負荷を運用させ、蓄電池１１および発電機１２の運転効率を最適化するように、蓄電池１１および発電機１２を制御する。ここで、負荷とは、重要負荷１３、保安負荷１４および通常負荷１５を指す。なお、負荷に太陽光発電機１６および風力発電機１７が含まれていてもよい。

制御装置３は、通信部３１と、充放電状態決定部３２と、蓄電池出力範囲取得部３３と、発電機出力範囲決定部３４と、運転効率最適化部３５と、記憶部３６とを備える。

制御装置３は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などから構成されるコンピュータシステムとして構成されてもよい。例えば、制御装置３は、ＨＤＤに記憶されているコンピュータプログラムをＲＡＭにロードし、マイクロプロセッサ上でコンピュータプログラムを実行する。これにより、各処理部３１〜３５は機能的に実現される。

通信部３１は、自立型電力設備１の各電力機器１１〜１７と通信を行う。具体的には、通信部３１は、蓄電池１１から、蓄電池１１のＳＯＣおよび出力（充放電電力）の情報を受信する。通信部３１は、発電機１２から、発電機１２の出力（発電電力）の情報を受信する。通信部３１は、重要負荷１３、保安負荷１４および通常負荷１５から消費電力の情報を受信する。なお、通信部３１は、重要負荷１３、保安負荷１４および通常負荷１５が接続されたスマートタップから消費電力の情報を受信してもよい。通信部３１は、太陽光発電機１６および風力発電機１７から出力（発電電力）の情報を受信する。通信部３１は、蓄電池１１および発電機１２に対して、これらの機器の運転制御のための制御指令を送信する。

充放電状態決定部３２は、通信部３１を介して、蓄電池１１からＳＯＣの情報を受信する。充放電状態決定部３２は、受信したＳＯＣと所定の閾値とを比較することにより、蓄電池１１を充電状態とするか放電状態とするかを示す充放電状態を決定する。充放電状態決定部３２は、例えば、ＳＯＣが５０％以上の場合（または５０％よりも大きい場合）には蓄電池１１を放電状態にすることを決定し、ＳＯＣが５０％未満の場合（または５０以下の場合）には、蓄電池１１を放電状態にすることを決定する。

蓄電池出力範囲取得部３３は、充放電状態決定部３２が決定した充放電状態に基づいて、充放電状態に応じた蓄電池１１の出力範囲を取得する。具体的には、記憶部３６に記憶されている蓄電池情報４２に、蓄電池１１が放電状態の場合の蓄電池１１の出力範囲と、蓄電池１１が充電状態の場合の蓄電池１１の出力範囲とが示されている。

ここで、蓄電池１１の出力範囲について説明する。蓄電池１１の定格出力を−ＡｋＷ〜ＢｋＷとする（ここで、ＡおよびＢは正の値）。なお、正の出力範囲では蓄電池１１が放電を行い、負の出力範囲では蓄電池１１が充電を行うものとする。また、自立型電力設備１に解列または投入される負荷の最大消費電力（負荷変動量）をＰｍａｘ（ｋＷ）とする。

図８は、蓄電池１１および発電機１２の出力と、負荷の消費電力との一例を示す図である。横軸が時間を示し、縦軸が電力を示す。

負荷変動量Ｐｍａｘ（ｋＷ）の負荷が自立型電力設備１に投入された場合には、自立型電力設備１における負荷の消費電力（負荷の消費電力の合計）がＰｍａｘ（ｋＷ）だけ増加する。この場合に、負荷を運転するのに必要な電力を供給するためには、蓄電池１１は、出力をＰｍａｘ（ｋＷ）だけ増加させなければならない。よって、蓄電池１１は、常にＰｍａｘの出力余力を確保する必要がある。このため、蓄電池１１の出力が（Ｂ−Ｐｍａｘ）ｋＷ以下となるように蓄電池１１を制御する必要がある。

一方、負荷変動量Ｐｍａｘ（ｋＷ）の負荷が自立型電力設備１から解列された場合には、自立型電力設備１における負荷の消費電力がＰｍａｘ（ｋＷ）だけ減少する。この場合に、消費電力Ｐｍａｘ（ｋＷ）だけ蓄電池１１の出力を減少させなければならない。よって、蓄電池１１は、常に−Ｐｍａｘ（ｋＷ）の出力余力を確保する必要がある。このため、蓄電池１１の出力が（−Ａ＋Ｐｍａｘ）ｋＷ以上となるように蓄電池１１を制御する必要がある。

これら２つの条件を統合すると、蓄電池１１は、（−Ａ＋Ｐｍａｘ）ｋＷ〜（Ｂ−Ｐｍａｘ）ｋＷの出力範囲で運転する必要がある。０ｋＷ〜（Ｂ−Ｐｍａｘ）ｋＷは蓄電池１１が放電状態の場合の蓄電池１１の出力範囲（以下、「蓄電池１１の正の出力範囲」という）であり、（−Ａ＋Ｐｍａｘ）ｋＷ〜０ｋＷは蓄電池１１が充電状態の場合の蓄電池１１の出力範囲（以下、「蓄電池１１の負の出力範囲」という）である。

再び図７を参照して、蓄電池出力範囲取得部３３は、蓄電池１１の充放電状態が放電状態の場合には、蓄電池１１の正の出力範囲の情報を蓄電池情報４２から取得する。また、蓄電池出力範囲取得部３３は、蓄電池１１の充放電状態が充電状態の場合には、蓄電池１１の負の出力範囲の情報を蓄電池情報４２から取得する。

なお、蓄電池出力範囲取得部３３は、蓄電池１１の定格電力（−ＡｋＷ〜ＢｋＷ）と、負荷変動量Ｐｍａｘ（ｋＷ）とから、蓄電池１１の正の出力範囲および負の出力範囲を計算により求めてもよい。

発電機出力範囲決定部３４は、自立型電力設備１に含まれる負荷の消費電力と、蓄電池出力範囲取得部３３が取得した蓄電池１１の出力範囲とに基づいて、発電機１２の出力範囲を決定する。具体的には、発電機出力範囲決定部３４は、通信部３１を介して負荷１３〜１７の消費電力を受信する。発電機出力範囲決定部３４は、負荷の消費電力（負荷の消費電力の合計）から蓄電池１１の出力範囲を減算することにより、発電機１２の出力範囲を決定する。

例えば、負荷の消費電力がＰｋＷであり、蓄電池１１の出力範囲が正の出力範囲（０ｋＷ〜（Ｂ−Ｐｍａｘ）ｋＷ）とする。この場合、発電機出力範囲決定部３４は、発電機１２の出力範囲をＰｋＷ〜（Ｐ−（Ｂ−Ｐｍａｘ））ｋＷと決定する。

同様に、負荷の消費電力がＰｋＷであり、蓄電池１１の出力範囲が負の出力範囲（（−Ａ＋Ｐｍａｘ）ｋＷ〜（Ｂ−Ｐｍａｘ）ｋＷ）とする。この場合、発電機出力範囲決定部３４は、発電機１２の出力範囲を（Ｐ−（−Ａ＋Ｐｍａｘ））ｋＷ〜（Ｐ−（Ｂ−Ｐｍａｘ））ｋＷと決定する。

これにより、負荷を運用するのに必要な電力の不足分を発電機１２の出力により補うための発電機１２の出力範囲を決定することができる。

運転効率最適化部３５は、蓄電池出力範囲取得部３３が取得した蓄電池１１の出力範囲と、発電機出力範囲決定部３４が決定した発電機１２の出力範囲とに基づいて、蓄電池１１および発電機１２の運転効率が最適となる蓄電池１１および発電機１２の出力を決定する。

具体的には、記憶部３６に記憶されている蓄電池情報４２に蓄電池１１の運転効率を示す情報が含まれるものとし、記憶部３６に記憶されている発電機情報４３に発電機１２の運転効率を示す情報が含まれるものとする。運転効率最適化部３５は、記憶部３６に記憶されている蓄電池情報４２から、蓄電池１１の運転効率を示す情報を読み出す。また、運転効率最適化部３５は、記憶部３６に記憶されている発電機情報４３から、発電機１２の運転効率を示す情報を読み出す。

図９Ａは、蓄電池１１の運転効率の一例を示す図である。図９Ａに示すグラフの横軸は蓄電池１１の出力Ｐ１を示し、縦軸は蓄電池１１の出力Ｐ１に対する蓄電池１１の運転効率Ｃ１（Ｐ１）を示す。ここで、運転効率Ｃ１（Ｐ１）は、例えば、蓄電池１１の運転コストと反比例の関係にあってもよい。また、運転効率Ｃ１（Ｐ１）は、例えば、出力Ｐ１を変数とする２次以上の多項式により近似することができる。

図９Ｂは、発電機１２の運転効率の一例を示す図である。図９Ｂに示すグラフの横軸は発電機１２の出力Ｐ２を示し、縦軸は発電機１２の出力Ｐ２に対する発電機１２の運転効率Ｃ２（Ｐ２）を示す。ここで、運転効率Ｃ２（Ｐ２）は、例えば、発電機１２の運転コストと反比例の関係にあってもよい。また、運転効率Ｃ２（Ｐ２）は、例えば、出力Ｐ２を変数とする２次以上の多項式により近似することができる。

運転効率最適化部３５は、蓄電池１１の出力範囲および発電機１２の出力範囲において、以下の式５を満たし、以下の式６に示す目的関数ｆ（Ｐ１，Ｐ２）を最適化（ここでは、最大化）する出力Ｐ１およびＰ２を算出する。例えば、運転効率最適化部３５は、非線形計画法に従い、目的関数を最小化するＰ１およびＰ２を計算する。
負荷の消費電力＝Ｐ１＋Ｐ２ …（式５）
ｆ（Ｐ１，Ｐ２）＝Ｃ１（Ｐ１）＋Ｃ２（Ｐ２） …（式６）

運転効率最適化部３５は、算出した蓄電池１１の出力Ｐ１を含む制御指令を、通信部３１を介して蓄電池１１に送信する。また、運転効率最適化部３５は、算出した発電機１２の出力Ｐ２を含む制御指令を、通信部３１を介して発電機１２に送信する。

〔蓄電池１１および発電機１２の出力制御処理〕
次に、制御装置３による蓄電池１１および発電機１２の出力制御処理について説明する。

図１０は、本開示の実施形態に係る制御装置３の処理手順を示すフローチャートである。

充放電状態決定部３２は、通信部３１を介して、蓄電池１１から蓄電池１１の充電残量（ＳＯＣ）の情報を取得する（Ｓ１）。

充放電状態決定部３２は、取得したＳＯＣと、所定の閾値ＴＨ（例えば、ＴＨ＝５０％）とを比較し、ＳＯＣが閾値ＴＨ以上か否かを判断することにより、蓄電池１１の充放電状態を決定する（Ｓ２）。

ＳＯＣがＴＨ以上であると判断された場合には（Ｓ２でＹＥＳ）、充放電状態決定部３２は、蓄電池１１の充放電状態を放電状態であると決定し、蓄電池出力範囲取得部３３は、記憶部３６に記憶されている蓄電池情報４２から、蓄電池１１の正の出力範囲の情報を取得する（Ｓ３）。蓄電池出力範囲取得部３３は、蓄電池１１の正の出力範囲の情報を発電機出力範囲決定部３４および運転効率最適化部３５に出力する。図８には、蓄電池１１の正の出力範囲（蓄電池１１の放電時の出力範囲）の一例として、０ｋＷ〜（Ｂ−Ｐｍａｘ）ｋＷを示している。

ＳＯＣがＴＨ未満であると判断された場合には（Ｓ２でＮＯ）、充放電状態決定部３２は、蓄電池１１の充放電状態を充電状態であると決定し、蓄電池出力範囲取得部３３は、記憶部３６に記憶されている蓄電池情報４２から、蓄電池１１の負の出力範囲の情報を取得する（Ｓ４）。蓄電池出力範囲取得部３３は、蓄電池１１の正の出力範囲の情報を発電機出力範囲決定部３４および運転効率最適化部３５に出力する。図８には、蓄電池１１の負の出力範囲（蓄電池１１の充電時の出力範囲）の一例として、（−Ａ＋Ｐｍａｘ）ｋＷ〜０ｋＷを示している。

発電機出力範囲決定部３４は、通信部３１を介して負荷１３〜１７の消費電力を受信する。発電機出力範囲決定部３４は、負荷の消費電力（負荷の消費電力の合計）から蓄電池１１の出力範囲を減算することにより、発電機１２の出力範囲を決定する（Ｓ５）。発電機出力範囲決定部３４は、決定した発電機１２の出力範囲の情報を運転効率最適化部３５に出力する。

運転効率最適化部３５は、記憶部３６に記憶されている蓄電池情報４２から、図９Ａに示すような蓄電池１１の運転効率を示す情報を読み出す。また、運転効率最適化部３５は、記憶部３６に記憶されている発電機情報４３から、図９Ｂに示すような発電機１２の運転効率を示す情報を読み出す。運転効率最適化部３５は、蓄電池１１の出力範囲および発電機１２の出力範囲において、式５を満たし、式６に示す目的関数を最適化する蓄電池１１の出力Ｐ１および発電機１２の出力Ｐ２を計算する（Ｓ６）。

図８には、蓄電池１１の出力Ｐ１および発電機１２の出力Ｐ２が示されている。蓄電池１１の出力Ｐ１は、蓄電池１１の正の出力範囲内または負の出力範囲内に納まるように制御される。また、発電機１２の出力Ｐ２は、負荷の消費電力Ｐ３から蓄電池１１の出力Ｐ１を値となっている。これにより、負荷を運用するのに必要な電力Ｐ３の不足分を発電機１２の出力Ｐ２により補うことができる。

運転効率最適化部３５は、最適化により求められた蓄電池１１の出力Ｐ１を示す制御指令を通信部３１を介して蓄電池１１に送信し、発電機１２の出力Ｐ２を示し制御指令を通信部３１を介して発電機１２に送信する（Ｓ７）。蓄電池１１および発電機１２は、運転効率最適化部３５から送信された制御指令に従って、出力を制御する。

〔実施形態の効果〕
以上説明したように、本開示の実施形態によると、負荷変動量Ｐｍａｘと蓄電池１１の定格出力（ＡｋＷ〜ＢｋＷ）とに基づいて、蓄電池１１の出力範囲を決定することができる。このため、負荷変動量Ｐｍａｘの消費電力の変動があったとしても、蓄電池１１が過放電または過充電とならないように蓄電池１１の出力範囲を決定することができる。また、負荷の消費電力と蓄電池１１の出力範囲とに基づいて、発電機１２の出力範囲を決定することができる。このため、負荷を運用するのに必要な消費電力のうち、蓄電池１１の出力では賄いきれない不足分を、発電機１２に出力させることができる。これにより、負荷の消費電力の変動に対応することができる。

また、蓄電池１１の充電残量（ＳＯＣ）に基づいて、蓄電池１１を充電状態とするか放電状態とするかを決定し、充放電状態に基づいて蓄電池１１の出力範囲を決定することができる。これにより、負荷変動量Ｐｍａｘの消費電力の変動があったとしても、蓄電池１１が過放電または過充電とならないように蓄電池１１の出力範囲を決定することができる。

また、蓄電池１１の出力範囲および発電機１２の出力範囲内で蓄電池１１および発電機１２の運転効率を最適化することができる。これにより、低コストで蓄電池１１および発電機１２を運用することができる。

［付記］
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 自立型電力設備
３ 制御装置
１１ 蓄電池
１２ 発電機
１３ 重要負荷
１４ 保安負荷
１５ 通常負荷
１６ 太陽光発電機
１７ 風力発電機
２０ 電力線
２１ 電力系統
２２ 連系用遮断器
２３ 通信線
３１ 通信部
３２ 充放電状態決定部
３３ 蓄電池出力範囲取得部
３４ 発電機出力範囲決定部
３５ 運転効率最適化部
３６ 記憶部
４２ 蓄電池情報
４３ 発電機情報
６１ 範囲
６２ 範囲
７１ 範囲
７３ 範囲
７５ 範囲

Claims (5)

1. 自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御装置であって、
   前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得する蓄電池出力範囲取得部と、
   前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、前記蓄電池出力範囲取得部が取得した前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定する発電機出力範囲決定部とを備える、制御装置。
2. さらに、
   前記蓄電池の充電残量に基づいて、前記蓄電池の充放電状態を決定する充放電状態決定部を備え、
   前記蓄電池出力範囲取得部は、前記充放電状態決定部が決定した前記充放電状態に基づいて、当該充放電状態に応じた前記蓄電池の出力範囲を取得する、請求項１に記載の制御装置。
3. さらに、
   前記蓄電池出力範囲取得部が取得した前記蓄電池の出力範囲と、前記発電機出力範囲決定部が決定した前記発電機の出力範囲とに基づいて、前記蓄電池および前記発電機の運転効率が最適となる前記蓄電池の出力および前記発電機の出力を決定する運転効率最適化部を備える、請求項１または請求項２に記載の制御装置。
4. 自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御方法であって、
   コンピュータが、前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得するステップと、
   前記コンピュータが、前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、取得された前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定するステップとを含む、制御方法。
5. コンピュータを、自立型の電力設備に含まれる蓄電池および発電機を制御する制御装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記電力設備に対して投入または解列される負荷の消費電力を示す負荷変動量と、前記蓄電池の定格出力とに基づいて定められる前記蓄電池の出力範囲を取得する蓄電池出力範囲取得部と、
   前記電力設備に含まれる負荷の消費電力と、前記蓄電池出力範囲取得部が取得した前記蓄電池の出力範囲とに基づいて、前記発電機の出力範囲を決定する発電機出力範囲決定部として機能させるための、コンピュータプログラム。

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