JP2022080601A - 電力システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統を安定化させる機能を有する電力システムを提供する。【解決手段】電力系統Ｆに接続される電力システムＡ１において、複数のパワーコンディショナＣ，Ｄと、これらを管理する集中管理装置Ｂとを備えた。集中管理装置Ｂは、接続点無効電力Ｑ（ｔ）を検出する検出部１１と、接続点無効電力Ｑ（ｔ）が目標無効電力ＱCとなるように、各パワーコンディショナＣ，Ｄに自装置の個別出力無効電力を制御させるための共通の指標ｐｒＱを算出する指標算出部１４と、指標ｐｒＱを送信する送信部１５とを備えている。複数のパワーコンディショナＣ，Ｄはそれぞれ、指標ｐｒＱを受信する受信部２１と、指標ｐｒＱを用いた最適化問題に基づいて、自装置の個別出力無効電力の目標値である個別目標無効電力Ｑrefを算出する目標電力算出部２２と、個別目標無効電力Ｑrefとなるように個別出力無効電力を制御する出力制御部２３とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電力システムに関する。

近年、電力系統に接続された複数の電力装置を管理して、電力系統との間で送受される電力の制御を行う電力システムが普及しつつある。例えば、特許文献１には、集中管理装置と複数の電力装置とを備え、自律分散協調制御方式により出力電力の制御を行う電力システムの一例が開示されている。集中管理装置は、電力システム全体の出力電力を目標電力に制御するための指標を算出する。複数の電力装置は、集中管理装置が算出した共通の指標を用いて、それぞれ設定されている最適化問題に基づいて、自装置の出力電力の目標値を算出する。そして、各電力装置は、当該目標値となるように、自装置の出力電力を制御する。各電力装置が、共通の指標に基づいて自律的に出力電力を制御することで、電力システム全体の出力電力が目標電力に制御される。集中管理装置は、各電力装置の状態などを把握することなく、指標を算出して送信するだけなので、演算や通信の負担が小さい。したがって、高性能で高価な集中管理装置は必要でなく、初期導入費用を軽減できる。また、電力システムを拡張する場合に、集中管理装置の大きな改修が必要にならない。

特開２０１８－１４８６２７号公報

また、近年、再生可能エネルギーを利用した電力システムが増加している。このような電力システムが増加すると、電力系統が不安定になる。したがって、電力システム自身に、電力系統の周波数や電圧、力率等の状態に応じて、電力系統を安定化させる機能を持たせることが、今後必要になると言われている。また、離島の小規模電力系統などでは、発電機の運用において負荷やインバータ機器等の変動影響が大きい。このような電力系統に対して再生可能エネルギーを利用した電力システムや蓄電池システムなどを効率良く導入するためには、各インバータ機器や電力システムに、発電機と連携して電力系統を安定化させる機能が必要である。しかしながら、特許文献１に開示された電力システムは、電力系統を安定化させる機能を有していない。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、電力系統を安定化させる機能を有する電力システムを提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される電力システムは、電力系統に接続される電力システムであって、複数のパワーコンディショナと、前記複数のパワーコンディショナを管理する集中管理装置とを備えており、前記集中管理装置は、前記複数のパワーコンディショナと前記電力系統との接続点における接続点無効電力を検出する検出部と、前記接続点無効電力が目標無効電力となるように、前記各パワーコンディショナに自装置の個別出力無効電力を制御させるための共通の無効電力指標を算出する指標算出部と、前記無効電力指標を前記複数のパワーコンディショナのそれぞれに送信する送信部とを備え、前記複数のパワーコンディショナはそれぞれ、前記無効電力指標を受信する受信部と、前記無効電力指標を用いた最適化問題に基づいて、自装置の前記個別出力無効電力の目標値である個別目標無効電力を算出する目標電力算出部と、前記個別目標無効電力となるように前記個別出力無効電力を制御する出力制御部とを備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出部は、前記接続点における接続点有効電力をさらに検出し、前記指標算出部は、前記接続点有効電力が目標有効電力となるように、前記各パワーコンディショナに自装置の個別出力有効電力を制御させるための共通の有効電力指標をさらに算出し、前記送信部は、前記有効電力指標を前記複数のパワーコンディショナのそれぞれにさらに送信し、前記受信部は、前記有効電力指標をさらに受信し、前記目標電力算出部は、前記有効電力指標を用いた最適化問題に基づいて、自装置の前記個別出力有効電力の目標値である個別目標有効電力をさらに算出し、前記出力制御部は、前記個別目標有効電力となるように前記個別出力有効電力をさらに制御する。

本発明の好ましい実施の形態においては、目標力率を取得し、当該目標力率と、前記検出部が検出した前記接続点有効電力とに基づいて前記目標無効電力を算出する目標無効電力取得部をさらに備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記目標無効電力を取得する目標無効電力取得部をさらに備え、前記検出部は、前記接続点における接続点電圧をさらに検出し、前記目標無効電力取得部は、前記接続点電圧に応じて前記目標無効電力を設定する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記目標電力算出部は、前記無効電力指標に基づいて前記個別目標無効電力を算出し、前記有効電力指標に基づいて前記個別目標有効電力を算出し、前記個別目標無効電力をゼロとして、前記個別目標有効電力を有効電力についての制約条件に応じて補正し、前記個別目標無効電力を無効電力についての制約条件に応じて補正する。

本発明によると、集中管理装置は、接続点無効電力が目標無効電力となるように無効電力指標を算出して送信する。各パワーコンディショナはそれぞれ、受信した無効電力指標に基づいて個別目標無効電力を算出して、個別出力無効電力を制御する。各パワーコンディショナが、共通の無効電力指標に基づいて自律的に個別出力無効電力を制御することで、電力システム全体の出力無効電力（接続点無効電力）が目標無効電力に制御される。集中管理装置が、電力系統の周波数や電圧、力率等の状態に応じて目標無効電力を設定することで、接続点無効電力が目標無効電力に制御される。このように、本発明に係る電力システムは、電力系統を安定化させる機能を有する。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

第１実施形態に係る電力システムの全体構成を示すブロック図である。 制約条件を満たすように、個別目標有効電力および個別目標無効電力を補正する方法について説明するための図である。 目標電力算出処理の一例を示すフローチャートである。 電力システムのシミュレーションのためのモデルを示すブロック図である。 シミュレーションにおいて負荷を変動させたときの各検出値の時間変化を示すタイムチャートである。 第２実施形態に係る電力システムの全体構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る電力システムの全体構成を示すブロック図である。電力システムＡ１は、電力系統Ｆに連系しており、電力系統Ｆから送受電可能である。電力システムＡ１は、電力システムＡ１と電力系統Ｆとの接続点における有効電力（以下「接続点有効電力」とする）が目標有効電力となるように、自律分散協調制御方式により出力有効電力の制御を行う。また、電力システムＡ１は、上記接続点における無効電力（以下「接続点無効電力」とする）が目標無効電力となるように、自律分散協調制御方式により出力無効電力の制御を行う。なお、以下の説明において、電力系統Ｆが電力システムＡ１に有効電力を供給している場合（順潮流）、接続点有効電力を正の値とする。一方、電力システムＡ１が電力系統Ｆに有効電力を供給している場合（逆潮流）、接続点有効電力を負の値とする。また、電圧に対して電流の位相が進んでいる場合（進み位相）、接続点無効電力を正の値とする。一方、電圧に対して電流の位相が遅れている場合（遅れ位相）、接続点無効電力を負の値とする。

電力システムＡ１は、集中管理装置Ｂ、複数のパワーコンディショナＣ、複数のパワーコンディショナＤ、および負荷Ｅを備えている。負荷Ｅにおける有効電力および無効電力の正負は、接続点における有効電力および無効電力の正負と同様である。すなわち、負荷Ｅが有効電力を受電している場合（順潮流）、負荷の有効電力を正の値とする。また、電圧に対して電流の位相が進んでいる場合（進み位相）、負荷Ｅの無効電力を正の値とする。一方、電圧に対して電流の位相が遅れている場合（遅れ位相）、負荷Ｅの無効電力を負の値とする。

集中管理装置Ｂは、複数のパワーコンディショナＣおよび複数のパワーコンディショナＤを管理する。集中管理装置Ｂは、接続点有効電力を監視し、接続点有効電力を目標有効電力に瞬時値制御するための有効電力指標ｐｒＰ（以下では、「指標ｐｒＰ」と記載する）を算出する。また、集中管理装置Ｂは、接続点無効電力を監視し、接続点無効電力を目標無効電力に瞬時値制御するための無効電力指標ｐｒＱ（以下では、「指標ｐｒＱ」と記載する）を算出する。集中管理装置Ｂは、検出部１１、目標有効電力取得部１２、目標無効電力取得部１３、指標算出部１４、および送信部１５を備えている。

検出部１１は、電力システムＡと電力系統Ｆとの接続点で、接続点有効電力Ｐ（ｔ）および接続点無効電力Ｑ（ｔ）を検出する。なお、検出部１１は、各パワーコンディショナＣ，Ｄがそれぞれ検出した個別出力有効電力および個別出力無効電力の検出値と、負荷Ｅの受電有効電力および受電無効電力の検出値とを受信して、これらの検出値から算出される推算値を接続点有効電力Ｐ（ｔ）および接続点無効電力Ｑ（ｔ）として算出してもよい。つまり、検出部１１は、接続点有効電力Ｐ（ｔ）および接続点無効電力Ｑ（ｔ）を直接検出するものに限定されず、間接的に検出するものも含まれる。検出部１１は、検出した接続点有効電力Ｐ（ｔ）および接続点無効電力Ｑ（ｔ）を指標算出部１４に出力する。また、検出部１１は、検出した接続点有効電力Ｐ（ｔ）を目標無効電力取得部１３に出力する。なお、検出部１１は、集中管理装置Ｂとは別の検出装置であってもよい。この場合、当該検出装置（検出部１１）が、無線通信または有線通信により、接続点有効電力Ｐ（ｔ）および接続点無効電力Ｑ（ｔ）を集中管理装置Ｂに送信する。

目標有効電力取得部１２は、接続点有効電力Ｐ（ｔ）の目標値である目標有効電力Ｐ_Cを取得する。目標有効電力取得部１２は、例えば、電力会社から目標有効電力Ｐ_Cを取得する。なお、目標有効電力取得部１２は、例えば、無線通信により目標有効電力Ｐ_Cを取得してもよいし、管理者が目標有効電力Ｐ_Cを手入力で入力してもよい。なお、目標有効電力取得部１２は、目標有効電力Ｐ_Cを直接取得する代わりに、出力抑制率［％］の情報を取得してもよい。この場合、目標有効電力取得部１２は、取得した出力抑制率［％］と電力システムＡの定格出力とを用いた演算により、目標有効電力Ｐ_Cを取得する。目標有効電力取得部１２は、取得した目標有効電力Ｐ^Cを指標算出部１４に出力する。

目標無効電力取得部１３は、接続点無効電力Ｑ（ｔ）の目標値である目標無効電力Ｑ_Cを取得する。目標無効電力取得部１３は、例えば、電力会社から目標力率を取得する。目標無効電力取得部１３は、取得した目標力率と、検出部１１から入力された接続点有効電力Ｐ（ｔ）とを用いた演算により、目標無効電力Ｑ_Cを取得する。目標力率をＸとした場合、目標無効電力取得部１３は、下記（１）式に基づいて、目標無効電力Ｑ_Cを演算する。
Ｑ_C＝Ｐ（ｔ）・√（１/Ｘ²－１） ・・・ （１）

なお、目標無効電力Ｑ_Cの演算方法は限定されない。例えば、目標無効電力取得部１３は、検出部１１から入力された接続点有効電力Ｐ（ｔ）を用いる代わりに、目標有効電力取得部１２が取得した目標有効電力Ｐ_Cを用いて、目標無効電力Ｑ_Cを演算してもよい。また、目標無効電力取得部１３は、目標力率を取得する代わりに、目標無効電力Ｑ_Cを直接取得してもよい。目標無効電力取得部１３は、取得した目標無効電力Ｑ_Cを指標算出部１４に出力する。

また、検出部１１が接続点の電圧（以下「接続点電圧」とする）を検出し、目標無効電力取得部１３が接続点電圧に応じて目標無効電力Ｑ_Cを設定する、いわゆるＶｏｌｔ－Ｖａｒ制御を行ってもよい。また、検出部１１が接続点の周波数（以下「接続点周波数」とする）を検出し、目標無効電力取得部１３が接続点周波数に応じて目標無効電力Ｑ_Cを設定してもよい。また、検出部１１が接続点での電流と電圧との位相差（以下「接続点位相差」とする）を検出し、目標無効電力取得部１３が接続点位相差に応じて目標無効電力Ｑ_Cを設定してもよい。

指標算出部１４は、接続点有効電力Ｐ（ｔ）を目標有効電力Ｐ_Cに制御するための指標ｐｒＰ、および、接続点無効電力Ｑ（ｔ）を目標無効電力Ｑ_Cに制御するための指標ｐｒＱを算出する。

指標算出部１４は、検出部１１から入力された接続点有効電力Ｐ（ｔ）と、目標有効電力取得部１２から入力された目標有効電力Ｐ_Cとから、下記（２），（３）式に基づいて、指標ｐｒＰを算出する。ε_Pは勾配係数である。なお、指標ｐｒＰの算出式はこれに限定されない。指標算出部１４は、算出した指標ｐｒＰを送信部１５に出力する。

指標算出部１４は、検出部１１から入力された接続点無効電力Ｑ（ｔ）と、目標無効電力取得部１３から入力された目標無効電力Ｑ_Cとから、下記（４），（５）式に基づいて、指標ｐｒＱを算出する。ε_Qは勾配係数である。なお、指標ｐｒＱの算出式はこれに限定されない。指標算出部１４は、算出した指標ｐｒＱを送信部１５に出力する。

送信部１５は、指標算出部１４から入力された指標ｐｒＰおよび指標ｐｒＱを、各パワーコンディショナＣ，Ｄに送信する。なお、通信方法は限定されず、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。

各パワーコンディショナＣは、それぞれ蓄電池が接続され、蓄電池の充放電を行う。各パワーコンディショナＣは、受信部２１、目標電力算出部２２、および出力制御部２３を備えている。受信部２１は、集中管理装置Ｂから送信される指標ｐｒＰおよび指標ｐｒＱを受信する。各パワーコンディショナＣにおいては、有効電力を放電している場合（逆潮流）、個別出力有効電力を正の値とする。一方、有効電力を充電している場合（順潮流）、個別出力有効電力を負の値とする。また、電圧に対して電流の位相が進んでいる場合（進み位相）、個別出力無効電力を正の値とする。一方、電圧に対して電流の位相が遅れている場合（遅れ位相）、個別出力無効電力を負の値とする。

目標電力算出部２２は、受信部２１が集中管理装置Ｂから受信した指標ｐｒＰを用いて、あらかじめ設定されている最適化問題に基づいて、自装置の個別出力有効電力の目標値である個別目標有効電力Ｐ_refを算出する。この最適化問題は、評価関数と制約条件とを含んでいる。

目標電力算出部２２は、設定されている評価関数から導出される下記（６）式で示す演算式が設定されており、この演算式によって個別目標有効電力Ｐ_refを算出する。指標限界ｐｒＰ_lmtは、集中管理装置Ｂが算出する指標ｐｒＰの最大値および最小値を定義する値である。ｐ₁，ｐ₂，ｐ₃は設定パラメータであり、接続された蓄電池の特性や優先順位などに応じて設定される。パラメータｐ₁は、主に指標ｐｒＰの変化に応じた個別目標有効電力Ｐ_refの変化量を調整する値であり、０より大きい値が設定される。パラメータｐ₂は、主に、優先順位を設定する値である。パラメータｐ₂は、－１以上１以下の値が設定される。パラメータｐ₃は、主に、個別目標有効電力Ｐ_refが変化し始める指標ｐｒＰを調整する値である。パラメータｐ₁，ｐ₂，ｐ₃は、受信する指標ｐｒＰが正の値の時と負の値の時とで異なった値が設定されてもよい。なお、目標電力算出部２２は、下記（６）式で示す演算式ではなく、設定されている評価関数を解くことで、個別目標有効電力Ｐ_refを算出してもよい。また、評価関数は限定されない。

制約条件は、各パワーコンディショナＣの有効電力の定格出力や定格容量などに基づいて設定されている。また、各パワーコンディショナＣに接続されている蓄電池のＣレートに応じた制約条件、および、接続されている蓄電池の充電率に応じた制約条件なども設定されている。なお、目標電力算出部２２に設定されている制約条件は限定されない。目標電力算出部２２は、上記（６）式に示す演算式によって算出された個別目標有効電力Ｐ_refが、設定された制約条件を満たしていない場合には、制約条件を満たすように、個別目標有効電力Ｐ_refの補正を行う。例えば、算出された個別目標有効電力Ｐ_refが、当該パワーコンディショナＣの出力可能な最大の有効電力Ｐ_maxよりも大きかった場合、目標電力算出部２２は、個別目標有効電力Ｐ_refをＰ_maxに補正する。

また、目標電力算出部２２は、集中管理装置Ｂから受信した指標ｐｒＱを用いて、あらかじめ設定されている最適化問題に基づいて、自装置の個別出力無効電力の目標値である個別目標無効電力Ｑ_refを算出する。この最適化問題は、評価関数と制約条件とを含んでいる。

目標電力算出部２２は、設定されている評価関数から導出される下記（７）式で示す演算式が設定されており、この演算式によって、個別目標無効電力Ｑ_refを算出する。指標限界ｐｒＱ_lmtは、集中管理装置Ｂが算出する指標ｐｒＱの最大値および最小値を定義する値である。ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃は設定パラメータであり、接続された蓄電池の特性などに応じて設定される。パラメータｑ₁は、主に指標ｐｒＱの変化に応じた個別目標無効電力Ｑ_refの変化量を調整する値であり、０より大きい値が設定される。パラメータｑ₂は、主に、優先順位を設定する値である。パラメータｑ₂は、－１以上１以下の値が設定される。パラメータｑ₃は、主に、個別目標無効電力Ｑ_refが変化し始める指標ｐｒＱを調整する値である。パラメータｑ₁，ｑ₂，ｑ₃は、受信する指標ｐｒＱが正の値の時と負の値の時とで異なった値が設定されてもよい。なお、目標電力算出部２２は、下記（７）式で示す演算式ではなく、設定されている評価関数を解くことで、個別目標無効電力Ｑ_refを算出してもよい。また、評価関数は限定されない。

制約条件は、各パワーコンディショナＣの無効電力の定格出力や定格容量などに基づいて設定されている。なお、目標電力算出部２２に設定されている制約条件は限定されない。目標電力算出部２２は、上記（７）式に示す演算式によって算出された個別目標無効電力Ｑ_refが、設定された制約条件を満たしていない場合には、制約条件を満たすように、個別目標無効電力Ｑ_refの補正を行う。例えば、算出された個別目標無効電力Ｑ_refが、当該パワーコンディショナＣの出力可能な最大の無効電力Ｑ_maxよりも大きかった場合、目標電力算出部２２は、個別目標無効電力Ｑ_refをＱ_maxに補正する。

本実施形態では、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refの両方にかかわる制約条件として、下記（８）式で示す制約条件が設定されている。当該制約条件は、各パワーコンディショナＣが出力する皮相電力の制限についての制約条件である。Ｓ_maxは、各パワーコンディショナＣの出力可能な最大の皮相電力である。個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refは、当該制約条件によって制約される。

図２は、制約条件を満たすように、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refを補正する方法について説明するための図である。図２（ａ）は、制約条件の一例を図示したものである。横軸（実軸）は個別目標有効電力Ｐ_refを示し、縦軸（虚軸）は個別目標無効電力Ｑ_refを示している。図２（ａ）に示す円は、上記（８）式の制約条件を示しており、半径がＳ_maxの円である。図２（ａ）にハッチングで示す領域は、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refが制約条件を満たす領域である。目標電力算出部２２は、座標（Ｐ_ref，Ｑ_ref）で示す点がハッチングで示す領域に位置するように、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refを制約する。例えば、上記（６）式で示す演算式で算出された個別目標有効電力Ｐ_refがＰｘで、上記（７）式で示す演算式で算出された個別目標無効電力Ｑ_refがＱｘであった場合、座標（Ｐｘ，Ｑｘ）で示す点Ｘは、ハッチングで示す領域に入っておらず、制約条件に抵触している。目標電力算出部２２は、点ｘをハッチングで示す領域に移動させるように、ＰｘおよびＱｘの少なくともいずれか一方を補正する。

本実施形態では、目標電力算出部２２は、あらかじめ優先項目が設定されており、設定されている優先項目に応じて、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refを補正する。優先項目には、（ｉ）有効電力の制御、（ｉｉ）無効電力の制御、（ｉｉｉ）力率の制御の３種類がある。優先項目の設定方法は限定されない。なお、各パワーコンディショナＣに設定される優先項目は、固定されもよい。

目標電力算出部２２は、上記（ｉ）の優先項目が設定されていた場合、算出した個別目標有効電力Ｐ_refをできるだけ変更しないように先に決定し、その後に個別目標無効電力Ｑ_refを決定する。具体的には、目標電力算出部２２は、まず、個別目標無効電力Ｑ_refを仮に「０」として、個別目標有効電力Ｐ_refが制約条件を満たすように、個別目標有効電力Ｐ_refを補正する。そして、補正後の個別目標有効電力Ｐ_refに基づいて、個別目標無効電力Ｑ_refが制約条件を満たすように、個別目標無効電力Ｑ_refを補正する。上記（ｉ）の優先項目が設定されていた場合、図２（ａ）の点Ｘは、図２（ｂ）の点Ｘ’に変更される。すなわち、Ｑｘが「０」の場合、座標（Ｐｘ，０）の点はハッチングで示す領域に入っているので、個別目標有効電力Ｐ_refは、制約条件を満たし、Ｐｘに決定される。そして、個別目標無効電力Ｑ_refが、制約条件を満たし、かつ、できるだけＱｘに近いＱｘ’に決定される。これにより、目標電力算出部２２は、出力制御部２３に、有効電力の制御を優先させ、余力で無効電力を出力させることができる。

目標電力算出部２２は、上記（ｉｉ）の優先項目が設定されていた場合、算出した個別目標無効電力Ｑ_refをできるだけ変更しないように先に決定し、その後に個別目標有効電力Ｐ_refを決定する。具体的には、目標電力算出部２２は、まず、個別目標有効電力Ｐ_refを仮に「０」として、個別目標無効電力Ｑ_refが制約条件を満たすように、個別目標無効電力Ｑ_refを補正する。そして、補正後の個別目標無効電力Ｑ_refに基づいて、個別目標有効電力Ｐ_refが制約条件を満たすように、個別目標有効電力Ｐ_refを補正する。上記（ｉｉ）の優先項目が設定されていた場合、図２（ａ）の点Ｘは、図２（ｃ）の点Ｘ’に変更される。すなわち、Ｐｘが「０」の場合、座標（０，Ｑｘ）の点はハッチングで示す領域に入っているので、個別目標無効電力Ｑ_refは、制約条件を満たし、Ｑｘに決定される。そして、個別目標有効電力Ｐ_refが、制約条件を満たし、かつ、できるだけＰｘに近いＰｘ’に決定される。これにより、目標電力算出部２２は、出力制御部２３に、無効電力の制御を優先させ、余力で有効電力を出力させることができる。

目標電力算出部２２は、上記（ｉｉｉ）の優先項目が設定されていた場合、力率をできるだけ変更しないように、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refを決定する。具体的には、目標電力算出部２２は、まず、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refから個別目標力率を算出する。そして、個別目標力率を固定した状態で、制約条件を満たすように、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refを補正する。上記（ｉｉｉ）の優先項目が設定されていた場合、図２（ａ）の点Ｘは、図２（ｄ）の点Ｘ’に変更される。すなわち、まず、ＰｘおよびＱｘから個別目標力率cosθが算出される。そして、個別目標力率cosθが固定されたまま、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refが変更され、制約条件を満たし、かつ、できるだけ点Ｘに近い点Ｘ’（Ｐｘ’，Ｑｘ’）に決定される。これにより、目標電力算出部２２は、出力制御部２３に、力率の制御を優先させて、有効電力および無効電力を出力させることができる。

図３は、目標電力算出部２２が行う目標電力算出処理の一例を示すフローチャートである。当該目標電力算出処理は、所定のタイミング毎に実行される。

まず、個別目標有効電力Ｐ_refが算出される（Ｓ１）。具体的には、目標電力算出部２２は、受信部２１から入力される指標ｐｒＰと、上記（６）式で示す演算式とに基づいていて、個別目標有効電力Ｐ_refを算出する。次に、個別目標無効電力Ｑ_refが算出される（Ｓ２）。具体的には、目標電力算出部２２は、受信部２１から入力される指標ｐｒＱと、上記（７）式で示す演算式とに基づいていて、個別目標無効電力Ｑ_refを算出する。

次に、設定されている優先項目が「（ｉ）有効電力の制御」であるか否かが判別される（Ｓ３）。優先項目が（ｉ）の場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、個別目標無効電力Ｑ_refが仮に「０」に変更され（Ｓ４）、個別目標有効電力Ｐ_refが制約条件を満たすように補正される（Ｓ５）。次に、個別目標無効電力Ｑ_refが元の算出値に戻されて（Ｓ６）、制約条件を満たすように補正される（Ｓ７）。次に、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refが出力制御部２３に出力されて（Ｓ８）、目標電力算出処理は終了される。

ステップＳ３において、優先項目が（ｉ）でない場合（Ｓ３：ＮＯ）、設定されている優先項目が「（ｉｉ）無効電力の制御」であるか否かが判別される（Ｓ９）。優先項目が（ｉｉ）の場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、個別目標有効電力Ｐ_refが仮に「０」に変更され（Ｓ１０）、個別目標無効電力Ｑ_refが制約条件を満たすように補正される（Ｓ１１）。次に、個別目標有効電力Ｐ_refが元の算出値に戻されて（Ｓ１２）、制約条件を満たすように補正される（Ｓ１３）。次に、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refが出力制御部２３に出力されて（Ｓ８）、目標電力算出処理は終了される。

ステップＳ９において、優先項目が（ｉｉ）でない場合（Ｓ９：ＮＯ）、設定されている優先項目が「（ｉｉｉ）力率の制御」であると判断され、個別目標力率が算出される（Ｓ１４）。次に、個別目標力率を固定した状態で、制約条件を満たすように、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refが補正される（Ｓ１５）。次に、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refが出力制御部２３に出力されて（Ｓ８）、目標電力算出処理は終了される。

なお、図３のフローチャートに示す処理は一例であって、目標電力算出部２２が行う目標電力算出処理は、上述したものに限定されない。

出力制御部２３は、目標電力算出部２２が算出した個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refに基づいて、個別出力有効電力および個別出力無効電力の制御を行う。出力制御部２３は、図示しないインバータ回路を制御して、パワーコンディショナＣの個別出力有効電力を、目標電力算出部２２が算出した個別目標有効電力Ｐ_refに制御する。また、出力制御部２３は、パワーコンディショナＣの個別出力無効電力を、目標電力算出部２２が算出した個別目標無効電力Ｑ_refに制御する。

各パワーコンディショナＤは、それぞれ太陽電池が接続され、太陽電池が発電した直流電力を交流電力に変換して出力する。図１においては省略しているが、各パワーコンディショナＤは、パワーコンディショナＣと同様、受信部２１、目標電力算出部２２、および出力制御部２３を備えている。パワーコンディショナＤの目標電力算出部２２には、太陽電池に適した最適化問題があらかじめ設定されている。

次に、電力システムＡ１のシミュレーションについて説明する。図４は、電力システムＡ１のシミュレーションのためのモデルＡ１’を示すブロック図である。モデルＡ１’は、太陽電池が接続されたパワーコンディショナＤを備えず、蓄電池が接続されたパワーコンディショナＣ１，Ｃ２を備えている。パワーコンディショナＣ１は、有効電力の定格出力が２５０ｋＷであり、無効電力の定格出力が１２５ｋＶａｒである。パワーコンディショナＣ２は、有効電力の定格出力が２５０ｋＷであり、無効電力の定格出力が５０ｋＶａｒである。集中管理装置Ｂは、目標有効電力Ｐ_Cが３００ｋＷに設定され、目標力率が（－９５）％（遅れ位相）に設定されている。

図５は、シミュレーションにおいて負荷Ｅを変動させたときの各検出値の時間変化を示すタイムチャートである。図５（ａ）において、波形ａ１は負荷Ｅが受電する有効電力を示し、波形ａ２はパワーコンディショナＣ１，Ｃ２の個別出力有効電力の合計を示し、波形ａ３はモデルＡ１’の接続点有効電力Ｐ（ｔ）を示している。また、波形ａ４はパワーコンディショナＣ１，Ｃ２の個別出力無効電力の合計を示し、波形ａ５はモデルＡ１’の接続点無効電力Ｑ（ｔ）を示している。図５（ｂ）において、波形ｂ１は集中管理装置Ｂが送信する指標ｐｒＰを示し、波形ｂ２は指標ｐｒＱを示している。図５（ｃ）において、波形ｃ１はモデルＡ１’の接続点力率を示している。図５（ｄ）において、波形ｄ１はパワーコンディショナＣ１の個別出力有効電力を示し、波形ｄ２はパワーコンディショナＣ２の個別出力有効電力を示している。なお、波形ｄ１と波形ｄ２とは完全に重なっている。また、波形ｄ３はパワーコンディショナＣ１の個別出力無効電力を示し、波形ｄ４はパワーコンディショナＣ２の個別出力無効電力を示している。

時刻ｔ１までは、負荷Ｅが受電する有効電力は４００ｋＷ（図５（ａ）ａ１参照）、無効電力は（－５０）ｋＶａｒ（遅れ位相）に設定されている。このとき、パワーコンディショナＣ１，Ｃ２が個別出力有効電力としてそれぞれ５０ｋＷ（図５（ｄ）ｄ１、ｄ２参照）、合計１００ｋＷを出力し（図５（ａ）ａ２参照）、接続点有効電力Ｐ（ｔ）が目標有効電力Ｐ_Cである３００ｋＷになっている（図５（ａ）ａ３参照）。また、パワーコンディショナＣ１，Ｃ２が個別出力無効電力としてそれぞれ２５ｋＶａｒ（図５（ｄ）ｄ３、ｄ４参照）、合計５０ｋＶａｒを出力し（図５（ａ）ａ４参照）、接続点無効電力Ｑ（ｔ）が（－１００）ｋＶａｒになっている（図５（ａ）ａ５参照）。これにより、モデルＡ１’の接続点力率は、目標力率である（－９５）％になっている（図５（ｃ）ｃ１参照）。

時刻ｔ１において、負荷Ｅが受電する有効電力が５００ｋＷに変更され（ａ１参照）、接続点有効電力Ｐ（ｔ）が増加している（ａ３参照）。これにより、指標ｐｒＰが減少し（ｂ１参照）、パワーコンディショナＣ１，Ｃ２の個別出力有効電力がそれぞれ１００ｋＷ（ｄ１、ｄ２参照）、合計２００ｋＷに変化して（ａ２参照）、接続点有効電力Ｐ（ｔ）が目標有効電力Ｐ_Cである３００ｋＷに戻っている（ａ３参照）。このように、負荷Ｅの有効電力の変動に合わせて、パワーコンディショナＣ１，Ｃ２が個別出力有効電力を変化させ、接続点有効電力Ｐ（ｔ）を制御していることがわかる。なお、時刻ｔ１における接続点有効電力Ｐ（ｔ）の一時的な変化により、Ｐ（ｔ）に基づいて算出される目標無効電力Ｑ_Cも一時的に変化する。これにより、指標ｐｒＱも一時的に変化し（ｂ２参照）、パワーコンディショナＣ１，Ｃ２の個別出力無効電力も一時的に変化し（ｄ３、ｄ４参照）、接続点無効電力Ｑ（ｔ）も一時的に変化している（ａ５参照）。また、モデルＡ１’の接続点力率は、接続点有効電力Ｐ（ｔ）および接続点無効電力Ｑ（ｔ）の一時的な変化により変化するが、目標力率である（－９５）％に戻っている（ｃ１参照）。

時刻ｔ２において、負荷Ｅが受電する無効電力が２０ｋＶａｒ（進み位相）に変更され、接続点無効電力Ｑ（ｔ）が増加している（ａ５参照）。これにより、指標ｐｒＱが減少し（ｂ２参照）、パワーコンディショナＣ１，Ｃ２の個別出力無効電力の合計が１２０ｋＶａｒに変化して（ａ４参照）、接続点無効電力Ｑ（ｔ）が目標無効電力Ｑ_Cである（－１００）ｋＶａｒに戻っている（ａ５参照）。また、モデルＡ１’の接続点力率は、接続点無効電力Ｑ（ｔ）の一時的な変化により、変化するが、目標力率である（－９５）％に戻っている（ｃ１参照）。このように、負荷Ｅの無効電力の変動に合わせて、パワーコンディショナＣ１，Ｃ２が個別出力無効電力を変化させ、接続点無効電力Ｑ（ｔ）を制御していることがわかる。また、負荷Ｅが受電する無効電力が２０ｋＶａｒに変更された際、パワーコンディショナＣ２の個別出力無効電力は定格出力の制約条件により５０ｋＶａｒまでしか増加しないが（ｄ４参照）、パワーコンディショナＣ１の個別出力無効電力は７０ｋＶａｒまで増加して不足分を補っている（ｄ３参照）。このように、パワーコンディショナＣ１，Ｃ２は、同じ指標ｐｒＱを受信しても、それぞれに設定された制約条件に応じて異なる個別出力無効電力の出力を行い、全体として接続点無効電力Ｑ（ｔ）の制御が達成できていることがわかる。

次に、本実施形態に係る電力システムＡ１の作用効果について説明する。

本実施形態によると、集中管理装置Ｂにおいて、目標無効電力取得部１３が目標力率に対応した目標無効電力Ｑ_Cを取得し、指標算出部１４が接続点無効電力Ｑ（ｔ）を目標無効電力Ｑ_Cに制御するための指標ｐｒＱを算出し、送信部１５が指標ｐｒＱを各パワーコンディショナＣ，Ｄに送信する。また、各パワーコンディショナＣ，Ｄにおいて、 目標電力算出部２２が指標ｐｒＱに基づいて個別目標無効電力Ｑ_refを算出し、出力制御部２３が個別目標無効電力Ｑ_refに基づいて個別出力無効電力の制御を行う。各パワーコンディショナＣ，Ｄが、共通の指標ｐｒＱに基づいて自律的に個別出力無効電力を制御することで、電力システムＡ１全体の出力無効電力（接続点無効電力Ｑ（ｔ））が目標無効電力Ｑ_Cに制御される。これにより、接続点力率が目標力率に制御される。このように、電力システムＡ１は、電力系統Ｆを安定化させる機能を有する。

また、本実施形態によると、集中管理装置Ｂにおいて、目標有効電力取得部１２が目標有効電力Ｐ_Cを取得し、指標算出部１４が接続点有効電力Ｐ（ｔ）を目標有効電力Ｐ_Cに制御するための指標ｐｒＰを算出し、送信部１５が指標ｐｒＰを各パワーコンディショナＣ，Ｄに送信する。また、各パワーコンディショナＣ，Ｄにおいて、 目標電力算出部２２が指標ｐｒＰに基づいて個別目標有効電力Ｐ_refを算出し、出力制御部２３が個別目標有効電力Ｐ_refに基づいて個別出力有効電力の制御を行う。各パワーコンディショナＣ，Ｄが、共通の指標ｐｒＰに基づいて自律的に個別出力有効電力を制御することで、電力システムＡ１全体の出力有効電力（接続点有効電力Ｐ（ｔ））が目標有効電力Ｐ_Cに制御される。このように、電力システムＡ１は、接続点有効電力Ｐ（ｔ）を目標有効電力Ｐ_Cに制御できる。また、集中管理装置Ｂは、各パワーコンディショナＣ，Ｄごとに個別の目標値を算出する必要がなく、指標ｐｒＰおよび指標ｐｒＱを算出して送信するだけなので、演算や通信の負担が小さい。集中管理装置Ｂとして、高性能で高価な処理装置を用意する必要がないので、初期導入費用を軽減できる。また、電力システムＡ１を拡張する場合に、集中管理装置Ｂの大きな改修が必要にならない。

また、本実施形態によると、目標無効電力取得部１３は、取得した目標力率と検出部１１から入力された接続点有効電力Ｐ（ｔ）とを用いた演算により目標無効電力Ｑ_Cを取得する。そして、電力システムＡ１は、接続点無効電力Ｑ（ｔ）を目標無効電力Ｑ_Cに制御する。これにより、電力システムＡ１は、接続点力率を目標力率に制御することができる。

また、本実施形態によると、目標電力算出部２２は、設定された優先項目に応じて、個別目標有効電力Ｐ_refおよび個別目標無効電力Ｑ_refを補正する。これにより、パワーコンディショナＣは、設定された優先項目に応じた制御を行うことができる。例えば、「（ｉ）有効電力の制御」の優先項目が設定されていた場合、目標電力算出部２２は、まず、個別目標無効電力Ｑ_refを仮に「０」として、個別目標有効電力Ｐ_refが制約条件を満たすように、個別目標有効電力Ｐ_refを補正する。そして、補正後の個別目標有効電力Ｐ_refに基づいて、個別目標無効電力Ｑ_refが制約条件を満たすように、個別目標無効電力Ｑ_refを補正する。これにより、目標電力算出部２２は、出力制御部２３に、有効電力の制御を優先させ、余力で無効電力を出力させることができる。

なお、本実施形態では、電力システムＡ１が複数のパワーコンディショナＣおよび複数のパワーコンディショナＤを備えている場合について説明したが、これに限られない。電力システムＡ１は、パワーコンディショナＣを１個だけ備えてもよいし、パワーコンディショナＤを１個だけ備えてもよい。また、電力システムＡ１は、パワーコンディショナＣを備えなくてもよいし、パワーコンディショナＤを備えなくてもよい。また、電力システムＡ１は、パワーコンディショナＣ，Ｄ以外の電力装置を備えてもよい。このような電力装置としては、例えば、風力発電機や燃料電池などの出力を制御するパワーコンディショナ、電気自動車の充電スタンドなどで入出力を制御するパワーコンディショナ、回転機形の発電機を制御する制御装置、負荷のオンオフを個別に制御する切り替え装置、ＢＥＭＳ（Building Energy Management System）、ＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）、および、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）などの需要家での受電電力を制御する電力管理システムなどが含まれる。これらの電力装置のうち無効電力を制御する機能を有さない電力装置は、集中管理装置Ｂから指標ｐｒＱを受信しても指標ｐｒＱに応じた動作を行わず、指標ｐｒＰに応じて個別出力有効電力の制御だけを行えばよい。

また、本実施形態では、電力システムＡ１が接続点有効電力Ｐ（ｔ）および接続点無効電力Ｑ（ｔ）の両方を制御する場合について説明したが、これに限られない。電力システムＡ１は、接続点無効電力Ｑ（ｔ）だけを制御してもよい。

なお、本実施形態では、電力システムＡ１が電力系統Ｆに接続している場合について説明したが、これに限られない。例えば、電力システムＡ１は、発電機に直接接続してもよい。この場合も、発電機とこれに接続する接続線を電力系統とみなすことができる。この場合、電力システムＡ１は、発電機と連携して電力の制御を行うことができる。

図６は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、上記第１実施形態と同一の符号を付している。

〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態に係る電力システムＡ２の全体構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電力システムＡ２は、異常時（例えば電力系統Ｆの停電時など）に発電機が起動し、電力の供給源が切り替わる点で、第１実施形態に係る電力システムＡ１と異なる。

電力システムＡ２は、接続先を電力系統Ｆと発電機Ｇとで切り替える切替装置Ｈをさらに備えている。切替装置Ｈは、通常時は電力システムＡ２を電力系統Ｆに接続させており、集中管理装置Ｂから切替指令を受信した場合に、電力システムＡ２を発電機Ｇに接続させる。第２実施形態に係る集中管理装置Ｂは、切替部１６をさらに備えている。切替部１６は、電力系統Ｆの停電などの異常を検出する機能を有する。切替部１６は、異常を検出したときには、切替装置Ｈに切替指令を送信して、電力システムＡ２の接続先を発電機Ｇに切り替えさせ、発電機Ｇを起動させる。また、切替部１６は、検出部１１が電力システムＡと発電機Ｇとの接続点で、接続点有効電力Ｐ（ｔ）および接続点無効電力Ｑ（ｔ）を検出するように切り替える。

本実施形態においても、集中管理装置Ｂが指標ｐｒＱを算出して各パワーコンディショナＣ，Ｄに送信し、各パワーコンディショナＣ，Ｄが指標ｐｒＱに基づいて個別目標無効電力Ｑ_refを算出して個別出力無効電力の制御を行う。各パワーコンディショナＣ，Ｄが、共通の指標ｐｒＱに基づいて自律的に個別出力無効電力を制御することで、電力システムＡ２全体の出力無効電力（接続点無効電力Ｑ（ｔ））が目標無効電力Ｑ_Cに制御され、接続点力率が目標力率に制御される。このように、電力システムＡ２は、電力系統Ｆを安定化させる機能を有する。また、電力システムＡ２は、電力システムＡ１と共通する構成により、電力システムＡ１と同等の効果を奏する。さらに、本実施形態によると、切替部１６は、異常を検出したときに、切替装置Ｈに電力システムＡ２の接続先を発電機Ｇに切り替えさせ、検出部１１が電力システムＡと発電機Ｇとの接続点で検出を行うように切り替える。これにより、電力システムＡ２は、異常時においても負荷Ｅへの電力供給を継続し、発電機Ｇとの接続点における接続点有効電力Ｐ（ｔ）および接続点有効電力Ｐ（ｔ）の制御を行うことができる。

本発明に係る電力システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る電力システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１～Ａ２：電力システム、Ｂ：集中管理装置、１１：検出部、１３：目標無効電力取得部、１４：指標算出部、１５：送信部、Ｃ，Ｄ：パワーコンディショナ、２１：受信部、２２：目標電力算出部、２３：出力制御部、Ｆ：電力系統、１２：ＤＣ／ＤＣ変換装置、１２１：ＤＣ／ＤＣ変換回路、１２２：制御回路、１３：制御装置、２：太陽電池、３：パワーコンディショナ、４：直流バス

Claims (5)

1. 電力系統に接続される電力システムであって、
   複数のパワーコンディショナと、
   前記複数のパワーコンディショナを管理する集中管理装置と、
   を備えており、
   前記集中管理装置は、
   前記複数のパワーコンディショナと前記電力系統との接続点における接続点無効電力を検出する検出部と、
   前記接続点無効電力が目標無効電力となるように、前記各パワーコンディショナに自装置の個別出力無効電力を制御させるための共通の無効電力指標を算出する指標算出部と、
   前記無効電力指標を前記複数のパワーコンディショナのそれぞれに送信する送信部と、を備え、
   前記複数のパワーコンディショナはそれぞれ、
   前記無効電力指標を受信する受信部と、
   前記無効電力指標を用いた最適化問題に基づいて、自装置の前記個別出力無効電力の目標値である個別目標無効電力を算出する目標電力算出部と、
   前記個別目標無効電力となるように前記個別出力無効電力を制御する出力制御部と、
   を備えている、
   電力システム。
2. 前記検出部は、前記接続点における接続点有効電力をさらに検出し、
   前記指標算出部は、前記接続点有効電力が目標有効電力となるように、前記各パワーコンディショナに自装置の個別出力有効電力を制御させるための共通の有効電力指標をさらに算出し、
   前記送信部は、前記有効電力指標を前記複数のパワーコンディショナのそれぞれにさらに送信し、
   前記受信部は、前記有効電力指標をさらに受信し、
   前記目標電力算出部は、前記有効電力指標を用いた最適化問題に基づいて、自装置の前記個別出力有効電力の目標値である個別目標有効電力をさらに算出し、
   前記出力制御部は、前記個別目標有効電力となるように前記個別出力有効電力をさらに制御する、
   請求項１に記載の電力システム。
3. 目標力率を取得し、当該目標力率と、前記検出部が検出した前記接続点有効電力とに基づいて前記目標無効電力を算出する目標無効電力取得部をさらに備える、
   請求項２に記載の電力システム。
4. 前記目標無効電力を取得する目標無効電力取得部をさらに備え、
   前記検出部は、前記接続点における接続点電圧をさらに検出し、
   前記目標無効電力取得部は、前記接続点電圧に応じて前記目標無効電力を設定する、
   請求項２に記載の電力システム。
5. 前記目標電力算出部は、
   前記無効電力指標に基づいて前記個別目標無効電力を算出し、
   前記有効電力指標に基づいて前記個別目標有効電力を算出し、
   前記個別目標無効電力をゼロとして、前記個別目標有効電力を有効電力についての制約条件に応じて補正し、
   前記個別目標無効電力を無効電力についての制約条件に応じて補正する、
   請求項２ないし４のいずれかに記載の電力システム。

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