JP6079790B2 - 電力ネットワークシステムの運用方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電力セルを相互に非同期接続することで構成される電力ネットワークシステムに関し、より具体的には、この電力ネットワークシステムを運用する方法に関する。

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：特許４７８３４５３号、非特許文献１：デジタルグリッドコンソーシアムのウェブサイト参照、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｉｇｉｔａｌｇｒｉｄ．ｏｒｇ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ／ｊｐ／）。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３３に電力ネットワークシステム１０の例を示す。図３３において、基幹系統１１は大規模発電所１２からの基幹電力を送電する。そして、複数の電力セル２１−２４が配置されている。各電力セル２１−２４は、家３１やビル３２などの負荷や、発電設備３３、３４や、電力貯蔵設備３５、を有している。
発電設備としては、太陽光発電パネル３３や風力発電機３４などが例として挙げられる。
電力貯蔵設備とは蓄電池３４などのことである。
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２１−２４は、他の電力セルや基幹系統１１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４１−４４を備えている。
電力ルータ４１−４４は複数のレグ（ＬＥＧ）を有している。（紙幅の都合上、図３３中ではレグの符号を省略した。電力ルータ４１−４４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４１−４４は通信網５１によって管理サーバ５０に繋がっており、管理サーバ５０によってすべての電力ルータ４１−４４は統合的に運用制御される。例えば、管理サーバ５０から各電力ルータ４１−４４に対し、各レグに付されたアドレスを用いて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４１−４４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３３、３４や一つの電力貯蔵設備３５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。

特許４７８３４５３号

デジタルグリッドコンソーシアムのウェブサイト(http://www.digitalgrid.org/index.php/jp/）

電力セル間で電力融通ができることの利点の一つとして、停電時の対応が挙げられる。停電で基幹系統がダウンした場合であっても、電力セル間で余剰電力を融通し合うことにより大規模な停電に陥ることを回避できると期待される。しかしながら、非常時に隣の電力セルから必ず電力融通を受けられるとは限らない。大半の電力セルに余剰電力が生じるほど発電設備や電力貯蔵設備を設置するというのはコストの点で現実的ではないので、隣の電力セルが必ず余剰電力を持っているとは全く限らないのである。したがって、電力ネットワークに新たに電力セルを設ける場合にあっては、停電時にはどの電力セルから電力融通を受けられるかを適切に見込み、どの電力セルに繋げばよいかを考えておく必要がある。

本発明の目的は、電力ネットワークに新たに電力セルを設けるにあたって、電力変換レグの運転モードをどうすればよいかという問題を解決する指針与えることにある。

電力ネットワークシステムの運用方法は、
外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータを有する電力セルを複数具備し、これら複数の電力セルを接続してなる電力ネットワークシステムの運用方法であって、
前記電力ルータは、
所定の定格に電圧が維持される直流母線と、
一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を双方向に変換する機能を有する電力変換レグと、を備え、
前記電力変換レグは、
前記直流母線の電圧が定格から下がった場合、不足分の電力を接続相手から補填し、前記直流母線の電圧が定格から上がった場合、過剰分の電力を接続相手に送出するマスターモードと、
指定された電力を接続相手に送電するか、または、指定された電力を接続相手から受電する指定電力送受電モードと、
指定された振幅・周波数の電圧を自ら作り出し、接続相手との間で送受電する自立モードと、
のいずれかの運転モードで運転制御されるものであり、
第１電力ルータの第１電力変換レグと、第２電力ルータの第２電力変換レグと、が接続されている場合、
基幹系統からの電力供給があるときは、
前記第１電力ルータの前記第１電力変換レグの運転モードを前記自立モードとし、
前記第２電力ルータの前記第２電力変換レグの運転モードを前記指定電力送受電モードとし、
前記第１電力ルータおよび前記第２電力ルータが前記基幹系統からの電力供給が受けられないときに、前記第１電力ルータの前記第１電力変換レグから前記第２電力ルータの前記第２電力変換レグに送電することで電力を融通するときは、
前記第１電力ルータの前記第１電力変換レグの運転モードを前記自立モードとし、
前記第２電力ルータの前記第２電力変換レグの運転モードを前記マスターモードとする
ことを特徴とする。

レグの運転モードを適切に設定することによって、停電時対応が迅速に行えるようになり、電力セルが停電に陥る事態を極力回避できるようになる。

電力ルータの概略構成を示す図。 電力ルータの内部構成を詳しく示す図。 電力ルータを基幹系統、負荷および各種分散電源に接続した一例を示す図。 電力ルータ同士の接続において、可能な組み合わせの例を示す図。 電力ルータ同士の接続において、可能な組み合わせの例を示す図。 電力ルータ同士の接続において、禁止される組み合わせの例を示す図。 電力ルータ同士の接続において、禁止される組み合わせの例を示す図。 電力ルータ同士の接続において、禁止される組み合わせの例を示す図。 電力ルータ同士の接続において、禁止される組み合わせの例を示す図。 ＡＣスルーレグを考慮にいれた場合に、電力ルータ同士の接続において可能な組み合わせの例を示す図。 ＡＣスルーレグを考慮にいれた場合に、電力ルータ同士の接続において可能な組み合わせの例を示す図。 ＡＣスルーレグを考慮にいれた場合に、電力ルータ同士の接続において可能な組み合わせの例を示す図。 ＡＣスルーレグを考慮にいれた場合に、電力ルータ同士の接続において可能な組み合わせの例を示す図。 ＡＣスルーレグを利用した接続例を示す図。 電力ルータ同士の接続において、組み合わせのパターンをまとめた図。 ４つの電力ルータを相互に接続した場合の一例を挙げる。 複数の電力ルータをバス接続した様子の一例を示す図。 電力ルータ間に基幹系統が介在した接続形態の一例を示す図。 例１として第１の課題を詳しく説明するための図。 例１として第１の課題を詳しく説明するための図。 例１として第１の課題を詳しく説明するための図。 例１として第１の課題を詳しく説明するための図。 例１として第１の課題を詳しく説明するための図。 例２として第１の課題を詳しく説明するための図。 例２として第１の課題を詳しく説明するための図。 例２として第１の課題を詳しく説明するための図。 例２として第１の課題を詳しく説明するための図。 第２の課題を詳しく説明するための図。 第２の課題を詳しく説明するための図。 第２の課題を詳しく説明するための図。 本実施形態の全体処理手順を示すフローチャート。 準備工程の詳細手順を示すフローチャート。 既存電力ネットワークの情報テーブルの例を示す図。 新規電力セルの情報テーブルの例を示す図。 総合情報テーブルの例を示す図。 接続相手選定工程の手順を示すフローチャート。 接続相手選定工程の手順を示すフローチャート。 接続相手選定工程の手順を示すフローチャート。 レグ運転モード設定工程の手順を示すフローチャート。 電力ネットワークシステムのシステム概要を説明するための図。

（電力ルータおよび電力ネットワークシステムの説明）
本発明は、電力セル間で電力を効率よく融通し、電力ネットワークシステムを最適に運用できるようにするためのものであるが、そのための前提として電力ルータを用いた電力ネットワークシステムの存在がある。しかし、電力ルータおよび電力ルータを用いた電力ネットワークシステムが未だ公知の技術ではないので、まず、電力ルータおよび電力ルータを用いた電力ネットワークシステムを説明しておく。

図１は、電力ルータ１００の概略構成を示す図である。また、図２は、電力ルータ１００の内部構成をやや詳しく示す図である。電力ルータ１００は、概略、直流母線１０１と、複数のレグ１１０−１６０と、制御部１９０と、を備えている。

電力ルータ１００は直流母線１０１を有し、この直流母線１０１に複数のレグ１１０−１６０が並列に接続されている。直流母線１０１は直流電力を流すためのものであり、直流母線１０１の電圧が所定の一定を保つようにコントロールされる。（直流母線１０１の電圧がどのようにして一定に保たれるのかは後述する。）各レグ１１０−１６０を介して電力ルータ１００は外部に繋がるのであるが、外部とやり取りする電力を一旦総て直流に変換して直流母線１０１にのせる。このように一旦直流を介することにより、周波数や電圧、位相の違いが無関係になり、電力セル同士を非同期で接続することができるようになる。ここでは、直流母線１０１は、図２に示すように、平滑コンデンサー１０２を有する並列型であるとする。直流母線１０１には電圧センサ１０３が接続されており、この電圧センサ１０３によって検出された直流母線１０１の電圧値は制御部１９０に送られる。

次に、レグ１１０−１６０について説明する。複数のレグ１１０−１６０が直流母線に対して並列に設けられている。図１においては、６つのレグ１１０−１６０を示した。六つのレグ１１０−１６０を、図１に示すように、第１レグ１１０、第２レグ１２０・・・第６レグ１６０とする。なお、図１では、紙幅の都合上、第１レグ１１０はレグ１と示し、第２レグ１２０はレグ２のように示している。また、図２においては、第３レグ１３０と第４レグ１４０とを省略している。

第１レグ１１０から第５レグ１５０は同じ構成であるのに対し、第６レグ１６０は電力変換部を有していないという点で第１から第５レグ１１０−１５０と異なっている。まずは、第１レグ１１０から第５レグ１５０の構成について説明する。第１レグ１１０から第５レグ１５０は同じ構成であるので、代表して第１レグ１１０の構成を説明する。第１レグ１１０は、電力変換部１１１と、電流センサ１１２と、開閉器１１３と、電圧センサ１１４と、接続端子１１５と、を備えている。電力変換部１１１は、交流電力を直流電力に、あるいは、直流電力を交流電力に変換する。直流母線１０１には直流電力が流れているので、電力変換部１１１は、直流母線１０１の直流電力を定められた周波数および電圧の交流電力に変換して、接続端子１１５から外部に流す。あるいは、電力変換部１１１は、接続端子１１５から流入する交流電力を直流電力に変換して、直流母線１０１に流す。

電力変換部１１１は、インバータ回路の構成をとっており、すなわち、サイリスタ１１１Ｔと帰還ダイオード１１１Ｄとで構成される逆並列回路１１１Ｐを三相ブリッジ接続したものである。（すなわち、一のインバータ回路に対して６個の逆並列回路１１１Ｐが設けられる。）ここでは、三相交流を使用しているので三相インバータ回路としたが、場合によっては単相インバータ回路としてもよい。二つの逆並列回路１１１Ｐの間のノードから引き出され、前記ノードと接続端子とを結ぶ配線を支線ＢＬと称することにする。（三相交流であるので、一のレグは三つの支線ＢＬを有する。）

電力の向きや交流電力の周波数等は制御部１９０によって制御される。すなわち、サイリスタ１１１Ｔのスイッチングは、制御部１９０によって制御される。制御部１９０による運転制御は後述する。

電力変換部１１１と接続端子１１５との間には開閉器１１３が配設されている。この開閉器１１３の開閉によって、支線ＢＬが開閉され、すなわち、外部と直流母線１０１とが遮断されたり、接続されたりする。また、支線ＢＬの電圧は電圧センサ１１４によって検出され、支線ＢＬを流れる電流の電流値は電流センサ１１２で検出される。開閉器１１３の開閉動作は制御部１９０によって制御され、電圧センサ１１４および電流センサ１１２による検出値は制御部１９０に出力される。

上記説明では、電力変換部をインバータ回路とし、レグの接続相手は交流を使用するとしたが、レグの接続相手が蓄電池３５のような直流を使用するものである場合もある。（例えば図１中の第３レグ１３０は蓄電池３５に接続している。）この場合の電力変換とは、ＤＣ−ＤＣ変換ということになる。したがって、電力変換部にインバータ回路とコンバータ回路とを並列に設け、接続相手が交流か直流かに応じてインバータ回路とコンバータ回路と使い分けるようにしてもよい。あるいは、電力変換部がＤＣ−ＤＣ変換部であるＤＣ−ＤＣ変換専用のレグを設けるようにしてもよい。すべてのレグのなかにインバータ回路とコンバータ回路とを並列に設けるよりは、ＡＣ−ＤＣ変換専用のレグとＤＣ−ＤＣ変換専用のレグとを併せ持つ電力ルータとする方がサイズやコスト面で有利な点も多々ある。

第１レグ１１０から第５レグ１５０の構成は以上の通りである。

次に、第６レグ１６０について説明する。第６レグ１６０には、電力変換部がなく、すなわち、第６レグ１６０の接続端子１６５は、直流母線１０１に繋がっているわけではない。第６レグ１６０は、第５レグ１５０の支線ＢＬに接続されているのである。第６レグ１６０の内部配線についても、支線ＢＬと称することとする。第６レグ１６０の支線ＢＬは、第５レグ１５０に対し、第５レグ１５０の接続端子１５５と開閉器１５３との間に接続されている。

第６レグ１６０は、開閉器１６３と、電圧センサ１６４と、電流センサ１６２と、接続端子１６５と、を備える。第６レグ１６０の支線ＢＬは、開閉器１６３を介して、第５レグ１５０の支線ＢＬに繋がっている。すなわち、第６レグ１６０の接続端子１６５が第５レグ１５０の接続端子１５５に接続されている。第６レグ１６０の接続端子１６５と第５レグ１５０の接続端子１５５との間には開閉器１６３があるだけで、第６レグ１６０は電力変換器を持たないので、第６レグ１６０の接続端子１６５と第５レグ１５０の接続端子１５５との間では何等の変換も受けずに電力が導通することになる。そこで、第６レグ１６０のように電力変換器を持たないレグのことをＡＣスルーレグと称することがある。

電流センサ１６２および電圧センサ１６４は、支線ＢＬの電流値および電圧値を検出し、制御部１９０に出力する。開閉器１６３の開閉動作は制御部１９０で制御される。

（レグの運転モードについて）
第１レグ１１０から第５レグ１５０は電力変換器１１１−１５１を有しており、電力変換器内のサイリスタは制御部１９０によってそのスイッチング動作を制御されるものであることは既に述べた。ここで、電力ルータ１００は、電力ネットワーク１０のノードにあって、基幹系統１１、負荷３０、分散型電源および電力セルなどを互いに結びつける重要な役割を持つ。このとき、各レグ１１０−１６０の接続端子１１５−１６５がそれぞれ基幹系統１１や負荷３０、分散型電源、他の電力セルの電力ルータに接続されるわけである。本発明者らは、接続相手によって各レグ１１０−１６０の役割は異なるものであり、各レグ１１０−１６０が役割に応じた適切な運転を行わなければ電力ルータが成り立たないことに気付いた。本発明者らは、レグの構造自体は同じであるが、接続相手によってレグの運転の仕方を変えるようにした。
レグの運転の仕方を、運転モードと称する。
本発明者らは、レグの運転モードとして３種類を用意しておき、接続相手によってモードを切り換えるようにした。
レグの運転モードとしては、
マスターモードと、
自立モードと、
指定電力送受電モードと、がある。
以下、順番に説明する。

（マスターモード）
マスターモードとは、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り、直流母線１０１の電圧を維持するための運転モードである。図１では、第１レグ１１０の接続端子１１５が基幹系統１１に接続されている例を示している。図１の場合、第１レグ１１０は、マスターモードとして運転制御され、直流母線１０１の電圧を維持する役目を担うことになる。直流母線１０１には他の多くのレグ１２０−１５０が接続されているところ、レグ１２０−１５０から直流母線１０１に電力が流入することもあれば、レグ１２０−１５０から電力が流出することもある。マスターモードとなるレグ１１０は、直流母線１０１から電力が流出して直流母線１０１の電圧が定格から下がった場合、流出で不足した電力分を接続相手（ここでは基幹系統１１）から補てんする。または、直流母線１０１に電力が流入して直流母線１０１の電圧が定格から上がった場合、流入で過剰になった電力分を接続相手（ここでは基幹系統１１）に逃がす。このようにして、マスターモードとなるレグ１１０は、直流母線１０１の電圧を維持するのである。したがって、一の電力ルータにおいて、少なくとも一つのレグはマスターモードとして運転されなければならない。さもなくば、直流母線１０１の電圧が一定に維持されなくなるからである。逆に、一の電力ルータにおいて二つ以上のレグがマスターモードで運転されてもよいが、やはり、マスターモードのレグは一つの電力ルータには一つであった方がよい。また、マスターモードとなるレグは、基幹系統の他、例えば、自励式インバータを搭載する分散型電源（蓄電池も含む）に接続してもよい。ただし、他励式インバータを搭載する分散型電源とマスターモードとなるレグとは接続できない。

以下の説明において、マスターモードで運転されるレグのことを、マスターレグということがある。

マスターレグの運転制御について説明する。
マスターレグを起動させる際には次のようにする。
まず、開閉器１１３を開（遮断）状態にしておく。この状態で接続端子１１５を接続相手に繋ぐ。ここでは、接続相手は基幹系統１１である。
電圧センサ１１４によって接続先の系統の電圧を測定し、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ−Ｌｏｏｐ）などを用いて系統の電圧の振幅、周波数および位相を求める。その後、求めた振幅、周波数および位相の電圧が電力変換部１１１から出力されるように、電力変換部１１１の出力を調整する。すなわち、サイリスタ１１１Ｔのオン／オフパターンを決定する。この出力が安定するようになったら、開閉器１１３を投入し、電力変換部１１１と系統１１とを接続する。この時点では、電力変換部１１１の出力と系統１１の電圧とが同期しているため、電流は流れない。

マスターレグを運用する時の運転制御を説明する。
直流母線１０１の電圧を電圧センサ１０３によって測定する。直流母線１０１の電圧が所定の定格母線電圧を上回っていたら、マスターレグ１１０から系統に向けて送電が行われるように、電力変換部１１１を制御する。（電力変換部１１１から出る電圧の振幅および位相の少なくともいずれか一方を調整して、マスターレグ１１０を介して直流母線１０１から系統１１に向けて送電が行われるようにする。）なお、直流母線１０１の定格電圧は、予め設定によって定められているものである。

一方、直流母線１０１の電圧が所定の定格母線電圧より下回っていたら、このマスターレグ１１０が系統１１から受電できるように、電力変換部１１１を制御する。（電力変換部１１１から出る電圧の振幅および位相の少なくともいずれか一方を調整して、マスターレグ１１０を介して系統１１から直流母線１０１に送電が行われるようにする。）このようなマスターレグの運転が行われることにより、直流母線１０１の電圧が予め定められた定格を維持できるようになることが理解されるであろう。

（自立モード）
自立モードとは、管理サーバ５０から指定された振幅・周波数の電圧を自ら作り出し、接続相手との間で送受電する運転モードである。例えば負荷３０などの電力を消費するものに向けて電力を供給するための運転モードとなる。あるいは、接続相手から送電されてくる電力をそのまま受け取るための運転モードとなる。図１では、第２レグ１２０の接続端子１２５が負荷３０に接続されている例を示している。第２レグ１２０が自立モードとして運転制御され、負荷３０に電力を供給することになる。また、第４レグ１４０や第５レグ１５０のように他の電力ルータと接続される場合に、他の電力ルータから要求される電力分を送電するためのモードとして第４レグ１４０や第５レグ１５０を自立モードで運転する場合もある。または、第４レグ１４０や第５レグ１５０のように他の電力ルータと接続される場合に、他の電力ルータから送電されてくる電力を受電するためのモードとして第４レグ１４０や第５レグ１５０を自立モードで運転する場合もある。また、図に示していないが、負荷３０に代えて、第２レグを発電設備に接続する場合も第２レグを自立モードで運転することもできる。ただし、この場合には発電設備に他励式インバータを搭載するようにする。電力ルータ同士を接続する場合の運転モードについては後述する。

自立モードで運転されるレグを自立レグと称することにする。一つの電力ルータにおいて、自立レグは複数あってもよい。

自立レグの運転制御について説明する。まず開閉器１２３を開（遮断）にしておく。接続端子１２５を負荷３０に接続する。管理サーバ５０から電力ルータ１００に対し、負荷３０に供給すべき電力（電圧）の振幅および周波数が指示される。そこで、制御部１９０は、指示された振幅および周波数の電力（電圧）が電力変換部１２１から負荷３０に向けて出力されるようにする。（すなわち、サイリスタ１２１Ｔのオン／オフパターンを決定する。）この出力が安定するようになったら、開閉器１２３を投入し、電力変換部１２１と負荷３０とを接続する。あとは、負荷３０で電力が消費されれば、その分の電力が自立レグ１２０から負荷３０に流れ出すようになる。

（指定電力送受電モード）
指定電力送受電モードとは、指定によって定められた分の電力をやり取りするための運転モードである。すなわち、接続相手に指定電力を送電する場合と、接続相手から指定電力を受電する場合と、がある。図１では、第４レグ１４０および第５レグ１５０が他の電力ルータと接続されている。このような場合に、決まった分の電力を一方から他方へ融通するようなことが行われる。または、第３レグ１３０は蓄電池３５に接続されている。このような場合に、決まった分の電力を蓄電池３５に向けて送電して、蓄電池３５を充電するというようなことが行われる。また、自励式インバータを搭載する分散型電源（蓄電池も含む）と指定電力送受電レグとを接続してもよい。ただし、他励式インバータを搭載する分散型電源と指定電力送受電レグとは接続できない。

指定電力送受電モードで運転されるレグを指定電力送受電レグと称する。一つの電力ルータにおいて、指定電力送受電レグは複数あってもよい。

指定電力送受電レグの運転制御について説明する。起動時の制御についてはマスターレグと基本的に同じであるので、割愛する。

指定電力送受電レグを運用する時の運転制御を説明する。
（説明には、第５レグ１５０に付した符号を使用する。）
電圧センサ１５４によって接続相手の系統の電圧を測定し、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ−Ｌｏｏｐ）などを用いて接続相手の電圧の周波数・位相を求める。管理サーバ５０から指定された有効電力値および無効電力値と、接続相手の電圧の周波数および位相と、に基づいて、電力変換器１５１が入出力する電流の目標値を求める。電流センサ１５２によって電流の現在値を測定する。目標値と現在値との差分に相当する電流が追加で出力されるように、電力変換器１５１を調整する。（電力変換部１５１から出る電圧の振幅および位相の少なくともいずれか一方を調整して、指定電力送受電レグと接続相手との間で所望の電力が流れるようにする。）

以上の説明により、同じ構成である第１レグから第５レグが運転制御の仕方によって３パターンの役割を果たせることが理解されるであろう。

（接続制約）
運転モードの違いによってレグの働きが違ってくるので、接続相手の選択と運転モードの選択との間には自ずと制約が発生する。すなわち、接続相手が決まれば選択できる運転モードが決まり、逆に、運転モードが決まれば選択できる接続相手が決まる。（接続相手が変われば、それに合わせてレグの運転モードを変更する必要がある。）
可能な接続組み合わせのパターンを説明する。

以後の説明にあたって、図中の表記を図３のように簡略化する。
すなわち、マスターレグをＭで表す。
自立レグをＳで表す。
指定電力送受電レグをＤで表す。
ＡＣスルーレグをＡＣで表す。
また、必要に応じてレグの肩に「＃１」のように番号を付してレグを区別することがある。
また、図３以降では、図面ごとに系統立てた符号を付すが、必ずしも図面を跨がって同じ要素に同じ符号を付しているわけではない。
例えば、図３の符号２００と図４Ａの符号２００とが全く同じものを指しているわけではない。

図３に示した接続組み合わせはいずれも可能な接続である。第１レグ２１０がマスターレグとして基幹系統１１に接続されている。これは既に説明した通りである。第２レグ２２０が自立レグとして負荷３０に接続されている。これも既に説明した通りである。第３レグ２３０および第４レグ２４０が指定電力送受電レグとして蓄電池３５に接続されている。これも既に説明した通りである。

第５レグ２５０はＡＣスルーレグである。ＡＣスルーレグ２５０が他の電力ルータ３００の指定電力送受電レグと繋がり、ＡＣスルーレグ２５０は第４レグ２４０の接続端子２４５を介して蓄電池３５に繋がっている。ＡＣスルーレグ２５０は電力変換部を持たないのであるから、この接続関係は、他の電力ルータ３００の指定電力送受電レグが蓄電池３５に直接に繋がっていることと等価になる。このような接続が許されることは理解されるであろう。

第６レグ２６０は、指定電力送受電レグとして基幹系統１１に繋がっている。第６レグ２６０を介して基幹系統１１から決まった電力を受電するとすれば、このような接続が許容されるのは理解されるであろう。なお、第１レグ２１０がマスターレグとなっていることの関係でいうと、第６レグ２６０による受電電力が直流母線２０１の定格維持に足りなければ、マスターレグ２１０は、基幹系統１１から必要な電力を受電することになる。逆に、第６レグ２６０による受電電力が直流母線２０１の定格維持に必要な量を超過してしまった場合、マスターレグ２１０は、過剰な電力を基幹系統１１に逃がすことになる。

次に、電力ルータ同士を接続する場合を説明する。電力ルータ同士を接続するということは、一の電力ルータのレグと他の電力ルータのレグとを接続するということである。レグ同士を接続する場合、組み合わせられる運転モードには制約がある。

図４Ａおよび図４Ｂに示す接続の組み合わせはいずれも可能な組み合わせの例である。図４Ａにおいては、第１電力ルータ１００のマスターレグ１１０と第２電力ルータ２００の自立レグ２１０とが接続されている。詳しく説明しないが、第２電力ルータ２００のマスターレグ２２０は、基幹系統１１に繋がり、これにより第２電力ルータ２００の直流母線２０１の電圧が定格に維持されるものとする。

図４Ａにおいて、第１電力ルータ１００から負荷３０に対して電力供給を行うと、直流母線１０１の電圧が下がることになる。マスターレグ１１０は、直流母線１０１の電圧を維持するように接続相手から電力を調達する。すなわち、マスターレグ１１０は、足りない分の電力を第２電力ルータ２００の自立レグ２１０から引き込むことになる。第２電力ルータ２００の自立レグ２１０は、接続相手（ここではマスターレグ１１０）から要求される分の電力を送出する。第２電力ルータ２００の直流母線２０１では、自立レグ２１０から電力を送出した分だけ電圧が下がることになるが、これはマスターレグ２２０によって基幹系統１１から補てんされる。このようにして、第１電力ルータ１００は、必要な分を電力を第２電力ルータ２００から融通してもらえる。

このように、第１電力ルータ１００のマスターレグ１１０と第２電力ルータ２００の自立レグ２１０とを接続したとしても、マスターレグ１１０と自立レグ２１０とで役割が整合しているので、どちらの動作にも不都合は生じない。したがって、図４Ａのようにマスターレグと自立レグとを接続してもよいことがわかる。

図４Ｂにおいては、第３電力ルータ３００の指定電力送受電レグ３１０と第４電力ルータ４００の自立レグ４１０とが接続されている。詳しく説明しないが、第３電力ルータ３００のマスターレグ３２０と第４電力ルータ４００のマスターレグ４２０とはそれぞれ基幹系統１１に繋がっており、これにより、第３電力ルータ３００および第４電力ルータ４００のそれぞれの直流母線３０１、４０１は定格の電圧を維持するものとする。

ここで、管理サーバ５０からの指示によって第３電力ルータ３００の指定電力送受電レグ３１０は指定の電力を受電するように指示されているものとする。指定電力送受電レグ３１０が第４電力ルータ４００の自立レグ４１０から指定の電力を引き込むようにする。第４電力ルータ４００の自立レグ４１０は、接続相手（ここでは指定電力送受電レグ３１０）から要求される分の電力を送出する。第４電力ルータ４００の直流母線４０１では、自立レグ４１０から送出した電力分だけ電圧が下がることになるが、これはマスターレグ４２０によって基幹系統１１から補てんされる。

このように、第３電力ルータ３００の指定電力送受電レグ３１０と第４電力ルータ４００の自立レグ４１０とを接続したとしても、指定電力送受電レグ３１０と自立レグ４１０とで役割が整合するので、どちらの動作にも不都合は生じない。したがって、図４Ｂのように指定電力送受電レグと自立レグとを接続してもよいことがわかる。

なお、第３電力ルータ３００が第４電力ルータ４００から電力を融通してもらう場合を例に説明したが、逆に、第３電力ルータ３００から第４電力ルータ４００に向けて電力を融通する場合でも同じように不都合が無いことは理解されるであろう。

このようにして、第３電力ルータ３００と第４電力ルータ４００との間で指定電力を融通し合うことができるわけである。

電力変換部を有するレグ同士を直接に接続する場合には、図４Ａと図４Ｂとに挙げた２パターンだけが許される。すなわち、マスターレグと自立レグとを接続する場合と、指定電力送受電レグと自立レグとを接続する場合と、だけが許される。

次に、互いに接続できない組み合わせを挙げる。
図５Ａから図５Ｄは、互いに接続してはいけないパターンである。
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃを見てわかるように、同じ運転モードのレグ同士を接続してはいけない。
例えば、図５Ａの場合、マスターレグ同士を接続している。
マスターレグは、運転動作の説明で前述したように、接続相手の電圧、周波数および位相に同期した電力を作り出す処理をはじめに行う。
ここで、接続相手もマスターレグである場合、お互いに相手の電圧および周波数に同期しようとするが、マスターレグは電圧および周波数を自立的に確立しないため、このような同期処理は成功し得ない。
従って、マスターレグ同士を接続できないのである。
またさらに、次のような理由もある。
マスターレグは、直流母線の電圧を維持するために接続相手から電力を引き込まなければならない。（あるいは、直流母線の電圧を維持するために、過剰な電力は接続相手に逃がさなければならない。）マスターレグ同士が接続されてしまっては、互いに接続相手の要求を満たすことはできない。（仮にマスターレグ同士を接続してしまうと、両方の電力ルータで直流母線の電圧を維持できなくなる。すると、それぞれの電力セル内で停電などの不具合が発生するかもしれない。）このように、マスターレグ同士では互いの役割が衝突してしまうので（整合しないので）、マスターレグ同士を接続してはいけない。

図５Ｂでは、指定電力送受電レグ同士を接続しているが、これも成り立たないことは理解できるであろう。
前記マスターレグと同じことであるが、運転動作の説明で前述したように、指定電力送受電レグも接続相手の電圧、周波数および位相に同期した電力を作り出す処理をはじめに行う。
ここで、接続相手も指定電力送受電レグである場合、お互いに相手の電圧および周波数に同期しようとするが、指定電力送受電レグは電圧および周波数を自立的に確立しないため、このような同期処理は成功し得ない。
従って、指定電力送受電レグ同士を接続できないのである。
またさらに、次のような理由もある。
仮に、一方の指定電力送受電レグ５１０が送電すべき指定送電電力と、他方の指定電力送受電レグ６１０が受電すべき指定受電電力と、を一致させたとしても、このような指定電力送受電レグ同士を接続してはいけない。例えば、一方の指定電力送受電レグ５１０が指定送電電力を送電しようとして電力変換部を調整するとする。（例えば、接続相手よりも所定値だけ出力電圧を高くする。）その一方、他方の指定電力送受電レグ６１０が指定受電電力を受電しようと電力変換部を調整する。（例えば、接続相手よりも所定値だけ出力電圧が低くなるようにする。）同時にこのような調整動作が両方の指定電力送受電レグ５１０、６１０で行われてしまっては、互いに制御不能に陥ってしまうことは理解されるであろう。

図５Ｃでは、自立レグ同士を接続しているが、このような接続はしてはいけない。
自立レグは自ら電圧・周波数を作り出すものである。
仮に自立レグ同士を繋いだ状態で２つの自立レグが作り出す電圧、周波数および位相のいずれかが少しでも乖離すると、２つの自立レグの間に意図しない電力が流れてしまうことになる。
２つの自立レグが作り出す電圧、周波数および位相を完全に一致させ続けるというのは無理なのであり、したがって、自立レグ同士を接続していけない。

図５Ｄにおいては、マスターレグと指定電力送受電レグとを接続している。
これまでの説明から、これも成り立たないことは理解できるであろう。マスターレグ５１０が直流母線５０１の電圧を維持するように接続相手に対して電力を送受電しようとしても、指定電力送受電レグ６１０はマスターレグ５１０の要求に応じて送受電しない。したがって、マスターレグ５１０は直流母線５０１の電圧を維持できない。また、指定電力送受電レグ６１０が接続相手（５１０）に指定電力を送受電しようとしても、マスターレグ５１０は指定電力送受電レグ６１０の要求に応じて送受電しない。したがって、指定電力送受電レグ６１０は接続相手（ここではマスターレグ５１０）に指定電力を送受電することはできない。

ここまでは、電力変換部を有するレグ同士を接続する場合を考えたが、ＡＣスルーレグを考慮にいれると、図６Ａから図６Ｄのパターンも可能である。ＡＣスルーレグとは、電力変換部を有していないことから、単なるバイパスである。したがって、図６Ａや図６Ｂのように、第１電力ルータ１００のマスターレグ１１０が第２電力ルータ２００のＡＣスルーレグ２５０を介して基幹系統１１に繋がるというのは、マスターレグ１１０が基幹系統１１に直結していることと本質的に変わりがない。同じように、図６Ｃや図６Ｄのように、第１電力ルータ１００の指定電力送受電レグ１１０が第２電力ルータ２００のＡＣスルーレグ２５０を介して基幹系統１１に繋がるというのは、指定電力送受電レグ１１０が基幹系統１１に直結していることと本質的に変わりがない。

それでも、ＡＣスルーというのは設けておくと便利である。例えば、図７のように、第１電力ルータ１００から基幹系統１１までの距離が非常に長く、第１電力ルータ１００を基幹系統１１に接続するためにはいくつかの電力ルータ２００、３００を経由しなければならないという場合が考えられる。仮にＡＣスルーレグが無いとすると、図４Ａで示したように、一または複数の自立レグを経由しなければならなくなる。電力変換部をもつレグを経由すると、交流電力から直流電力への変換および直流電力から交流電力への変換を経由することになる。電力変換にはやはり数％とはいえどもエネルギーロスが発生するので、単に基幹系統に接続するためだけに複数回の電力変換を必要とするのは効率が悪い。したがって、電力ルータに電力変換部を有さないＡＣスルーレグを設けておくことには意味があるのである。

ここまでに説明したことを図８にまとめた。また、図９に、４つの電力ルータ１００−４００を相互に接続した場合の一例を挙げる。いずれの接続関係もこれまでの説明中に登場したので、一つ一つの接続先を細かく説明することはしないが、いずれも許容される接続関係であることは理解されるであろう。

ここで、電力ルータと接続相手とを繋ぐ接続線について補足しておく。
電力ルータ同士を繋ぐ接続線を送電線と称するとすると、送電線は基幹系統の一部となっていてもよいし、基幹系統から切り離されていてもよい。
（図９においては、基幹系統の一部となっている送電線に７１Ａの符号を付し、基幹系統から切り離された送電線に７１Ｂの符号を付した。）すなわち、基幹系統に対して複数の電力ルータが接続されていてもよい。このように基幹系統を介して二以上の電力ルータを接続することにより、複数の電力ルータ間で基幹系統を介した電力融通が可能となり、融通される電力の過不足を基幹系統で補填するようにもできる。その一方、基幹系統を介さないで二以上の電力ルータ同士を接続してもよい。また、電力ルータと負荷（または分散型電源）とを繋ぐ接続線を配電線７２と称するとすると、配電線７２は基幹系統１１から切り離されたものである。すなわち、電力ルータと負荷（または分散型電源）とを繋ぐ配電線７２は基幹系統１１に繋がらない。

また、図１０に図示するように、電力ルータ１００−４００をバス接続のようにして接続するようにしてもよい。各レグの運転モードについては説明を省略するが、電力融通の方向とこれまでに説明した接続制約とを考慮して適切に各レグの運転モードを選択しなければならないことはもちろんである。なお、図１０において、基幹系統１１を、蓄電池や発電設備などの分散型電源に代えてもよいことはもちろんである。すなわち、複数の電力ルータを分散型電源にバス接続してもよい。

また、図１１に示す例は、二つの電力ルータ１００、２００を基幹系統１１に接続した接続形態の一例である。図１１において、基幹系統１１を分散型電源に代えてもよい。

これまで説明したように、電力ルータの接続相手としては、基幹系統、蓄電池や発電設備を含む分散型電源、および、他の電力ルータが挙げられるところ、本明細書および特許請求の範囲においてこれらを電力系統と称する。

電力ルータにより、電力セル同士を非同期に相互接続した電力ネットワークシステムを構築することができる。そして、本実施形態に説明した接続制約に従うことによって、互いの役割が矛盾しないようにレグ同士を接続していくことができる。これにより、電力ネットワークシステムを拡張し、また、全体を安定的に運用することができるようになる。

（本発明の課題）
本発明によって実現したいことを順を追って説明する。
（例１）
例１を図１２から図１６を参照して説明する。
まず、図１２をご覧頂きたい。
図１２において、第１電力セル１と第２電力セル２とがすでに既存の電力セルとして存在しているとする。
第１電力セル１においては、第１電力ルータ１００に負荷３０と蓄電池３５とが接続されているとする。
第１電力ルータ１００は、基幹系統１１から電力を引き込んで、負荷３０や蓄電池３５に電力を供給する。
一方、第２電力セル２においては、第２電力ルータ２００に負荷３０が接続されているとする。
第２電力ルータ２００は、基幹系統１１から電力を引き込んで、負荷３０に電力を供給する。
ここで、基幹系統１１がダウンした場合の備えとして、第１電力ルータ１００と第２電力ルータ２００とを互いに接続しておき、一方（第１電力ルータ１００）から他方（第２電力ルータ２００）へ電力を融通できるようにしてあるものとする。

さて、ここで、第３電力セル３を新規に設けたいとする。
第３電力セル３において、第３電力ルータ３００に負荷３０が接続されている。
なお、第３電力セル３は、蓄電池を持たないとする。
第３電力ルータ３００をまずは基幹系統１１に接続する。そして次に、基幹系統１１がダウンした場合の備えとして、第３電力ルータ３００を第１電力ルータ１００と第２電力ルータ２００とのいずれに繋いでおくのがよいかという問題になる。

第２電力ルータ２００の方が距離的に近いという利点があったと仮定し、この利点を重視して第３電力ルータ３００を第２電力ルータ２００の方に接続したとする。
この状態を図１３に示す。
ここで、基幹系統１１がダウンしたとする。
この場合、図１４に示すように、第１電力セル１の蓄電池３５に貯められている電力を第２電力セル２および第３電力セル３に融通することになる。確かに、第２電力セル２はもちろん第３電力セル３にも蓄電池３５の電力を融通することはできる。
しかしながら、第１電力ルータ１００から第３電力ルータ３００に至るには第２電力ルータ２００を経由しなければならない。すなわち、第１電力ルータ１００から第３電力ルータ３００に至るまでの送電が２ホップになる。すると、送電距離が長くなるということが第１の問題になる。さらに、電力ルータ同士を非同期で相互接続するため、電力ルータは送受電にあたって電力変換を行っている。（交流から直流へ、直流から交流へ電力変換を行う。）したがって、第２電力ルータ２００を経由するとなると、第２電力ルータ２００による電力変換で電力変換ロスが余計に生じることになる。

このように考えてみると、図１５のように、第３電力ルータ３００は、第１電力ルータ１００に繋いでおく方がよいとも考えられる。こうすれば、基幹系統１１がダウンした場合、第１電力セル１の蓄電池３５から第２電力ルータ２００にも第３電力ルータ３００にも効率よく送電することができる（図１６参照）。ただ、送電効率だけを考えれば第３電力ルータ３００と第１電力ルータ１００とを直接繋ぐ方が良いが、第３電力ルータ３００と第１電力ルータ１００との間に送電線を配線するのに膨大なコストが掛かるようでは本末転倒である。

（例２）
次に例２を考える（図１７から図２０）。
例２は、例１とは２点で異なるとする。第１点は、新規の電力セルである第３電力セル３が蓄電池３５を備えている点である。第２点は、第１電力セル１の蓄電池３５は出力が小さく、基幹系統１１がダウンしているときに、この蓄電池３５では第１電力セル１と第２電力セル２とを支えきれないとする。
図１７において、第３電力セル３の第３電力ルータ３００には負荷３０と蓄電池３５とが接続されている。この状況において、第１電力セル１と第３電力セル３とを接続したとする。この状態を図１８に示す。ここで、基幹系統１１がダウンしたとする（図１９参照）。この場合、第２電力セル２は蓄電池を持たないので、すぐにでも第１電力セルから電力を融通してほしいとなるが、第１電力セル１の蓄電池３５の電力は第１電力セル１の需要をまかなうのに大半が使われてしまうと、第１電力セル１から第２電力セル２に向けて電力融通するというわけにはいかなくなる。すると、第２電力セル２はダウンしてしまうことになる。
また、第３電力セルの蓄電池３５から第１電力セルを経由して第２電力セルに電力融通することも可能であるが、そうすると送電が２ホップになり、先の（例１）と同じ問題が発生してしまう。
これに対し、図２０に示すように、新規の第３電力セル３を第２電力セル２の方に接続しておけば、基幹系統１１がダウンしたときに第３電力セル３から第２電力セル２に向けて迅速に電力融通できる。したがって、新規に設ける電力セルに蓄電池がある場合には、蓄電池がない電力セルの方に繋ぐことが望ましいということになる。ただし、この場合も配線の設備コストや送電ロスなどのコスト要因とトレードオフになる。

このように、新規に電力セルを設けるにあたって、この新規電力セルを既存の電力セルのうちのどれに接続しておくのがよいかという問題は安定した電力ネットワークシステムを構築するうえで解決すべき問題である。
これが第１の課題である。

さらに、第２の課題がある。
電力ルータ同士を接続するにあたっては単に配線が繋がっていればよいというものではなくて、正常運転ができるように制約を守った接続をしなければならない。具体的には、電力ルータの各レグには運転モードが設定されるのであり、運転モードによってレグの動作は異なる。
新規に電力ルータ同士を接続するにあたってはレグの運転モードの組み合わせを考えなければならない。レグの運転モード同士の接続制約については前述したところ、基幹系統がダウンした際に電力ルータ間でスムースな電力融通が実現されるように電力ルータ同士を接続しておかなければならないのである。本発明者らは、新規に電力セルを設けるにあたって、新規電力セルと既存電力セルとを接続する場合には、あらかじめ停電時の対応を考えたうえで各レグの運転モードを設定しておかなければならないことに気がついた。さもなくば、配線自体は繋がっていたとしても正常な運転ができないために電力融通が行えず、結局は電力システムの維持ができなくなってしまうのである。

第２の課題をもう少し詳しく説明する。
図２１をご覧頂きたい。
図２１において、第１電力セル１および第２電力セル２が既存の電力セルであり、第３電力セル３を新規に設けたいとする。
なお、第１電力セル１は、第１電力ルータ１００と、負荷３０と、蓄電池３５と、を有している。第２電力セル２は、第２電力ルータ２００と、負荷３０と、を有している。そして、新規の第３電力セル３は、第３電力ルータ３００と、負荷３０と、を有している。

第１電力ルータ１００、第２電力ルータ２００および第３電力ルータ３００のマスターレグ１１０、２１０、３１０がそれぞれ基幹系統１１に接続されている。また、第１電力ルータ１００の自立レグ１２０と第２電力ルータ２００の指定電力送受電レグ２２０とが接続されている。第１電力ルータ１００の指定電力送受電レグ１５０が蓄電池３５に接続されている。第１電力ルータ１００、第２電力ルータ２００および第３電力ルータ３００の自立レグ１３０、２３０、３２０がそれぞれ負荷３０に接続されている。ここで、第１電力ルータ１００と第３電力ルータ３００とを接続するにあたって、第１電力ルータ１００の指定電力送受電レグ１４０と第３電力ルータ３００の自立レグ３３０とを接続したとする。この接続関係が許容される組み合わせであることは、これまでに説明した通りである。

さて、基幹系統１１がダウンしてしまったとする（図２２参照）。
基幹系統１１がダウンしても、第１電力セル１の蓄電池３５の電力を第２電力セル２と第３電力セル３に融通することで電力システム全体としては維持できるようにしたい。そのため、基幹系統１１のダウンが検知された場合には、次のような運転切り換えを行う。（切り換えた状態を図２２に示した。）

（なお、基幹系統１１のダウンをどのように検知するのか、各電力ルータに対してどのように運転の切り換えを指示するのか、という点については様々な態様が考えられるであろう。
電力ルータごとにマスターレグの接続相手（ここでは基幹系統）から供給される電力量をモニタできるようにしておき、マスターレグの接続相手がダウンした場合には、予め決められた手順で各レグの運転モードを切り換えるようにしてもよい。あるいは、基幹系統１１がダウンした場合には、管理サーバから各電力ルータにレグの運転モードの切り換え指示が出されるようにしてもよい。）

まず、第１電力ルータ１００に注目すると、第５レグ１５０は蓄電池３５に繋がっており、その運転モードは指定電力送受電モードである。第１電力ルータ１００は、蓄電池３５の電力を用いて直流母線の電圧を維持したいのであるから、第５レグ１５０の運転モードを指定電力送受電モードからマスターモードに切り換える。第２電力ルータ２００においては、第１電力ルータ１００から電力を融通してもらいたいので、第２レグ２２０の運転モードを指定電力送受電モードからマスターモードに切り換える。第３電力ルータ３００においては、第１電力ルータ１００から電力を融通してもらいたいので、第３レグ３３０の運転モードを自立モードからマスターモードに切り換える。要するに、余剰電力を持っている相手に繋がっているレグをマスターレグにするということである。

しかし、このように各レグの運転モードが切り替わったとしても、電力融通が正常に行えるとは限らない。第１電力ルータ１００と第２電力ルータ２００との関係では、第１電力ルータ１００から第２電力ルータ２００に向けて正常な電力融通が行えるのは確かである。
第２電力ルータ２００の第２レグ２２０が繋がっている相手は、第１電力ルータ１００の第２レグ１２０であり、第１電力ルータ１００の第２レグ１２０は自立モードで運転されている。したがって、第２電力ルータ２００の第２レグ２２０が必要とする分だけ第１電力ルータ１００の第２レグ１２０は電力を送電できる。

一方、第１電力ルータ１００と第３電力ルータ３００との間では、このままでは正常な電力融通を行うことができない。第３電力ルータ３００の第３レグ３３０がマスターレグであるが、このマスターレグ３３０の接続相手は第１電力ルータ１００の第４ルータ１４０であり、この第１電力ルータ１００の第４ルータ１４０は指定電力送受電レグである。この接続は、前述のように、許容できない組み合わせである。したがって、第３電力ルータ３００が第１電力ルータ１００からの電力融通で動作を継続しようとしても、このままでは第１電力ルータ１００から電力融通を受けられないのである。

なお、図２２の状態において、さらに、第１電力ルータの第４レグ１４０の運転モードを指定電力送受電モードから自立モードに運転切り換えさせるという考え方もあり得る。しかし、第１電力ルータと第３電力ルータとの両方でレグの運転モードを切り換えるというのは停電に備えた対応策としては望ましくない。第１電力ルータ１００の第４レグ１４０の運転モードを指定電力送受電モードから自立モードに切り換え、さらに、第３電力ルータ３００の第３レグ３３０の運転モードを自立モードからマスターモードに切り換える、という作業には時間を要し、停電に対して迅速に対応するということができない可能性が高いからである。

したがって、停電時の対応を考えておくならば、図２３に示すように、第１電力ルータ１００の第４レグ１４０と第３電力ルータの第３レグ３３０とを繋ぐにあたって、第１電力ルータ１００の第４レグ１４０を自立レグにしておかなければならないということである。

ここまで説明してきたように、新規に電力セルを新設するとして、新規の電力セルを既存の電力セルのうちのどれに繋ぐべきかということに加えて、基幹系統がダウンした際に電力ルータ間でスムースな電力融通が実現されるように電力ルータ同士を接続しておかなければならない。すなわち、レグの運転モードについても十分に考慮しておかなければならない。
これが第２の課題である。

本発明者らは鋭意研究の末、新規電力セルを設けるにあたり、諸事情を総合的に考慮しつつ、最適な接続先を選定する方法の開発に成功した。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を説明する。
図２４は、本実施形態の全体処理手順を示すフローチャートである。
本実施形態は、準備工程ＳＴ１００と、接続相手選定工程ＳＴ２００と、レグ運転モード設定工程ＳＴ３００と、を有する。
すなわち、準備工程ＳＴ１００で必要な情報を用意しておき、この情報を基に、接続相手の選定を行う（ＳＴ２００）。
さらに、接続相手が決まったのち、レグの運転モードを設定する（ＳＴ３００）。
各工程を詳しく説明する。

準備工程ＳＴ１００の詳細手順を図２５のフローチャートに示す。
まず、第１準備工程ＳＴ１１０として、既存の電力ネットワークシステムの情報テーブルを更新する。
既存電力ネットワークの情報テーブルの例を図２６に示す。
既存電力ネットワークの情報テーブルは、すでに設置されている電力セルの情報をまとめたものである。
ここには、電力セルごとにＩＤ番号が付され、電力セルごとに、需要電力、供給電力、余剰電力、および、場所などの情報がまとめられている。

需要電力とは、その電力セル内の負荷が消費する電力で、単位ワット［Ｗ］で表される。
例えば、電力セルに存在する世帯や工場、商業ビルごとに契約ワット数が定められているところ、それらの総計を需要電力としてもよい。
あるいは、停電時（基幹系統のダウン時）であっても最低限必要とされる電力としてもよい。
例えば、病院が絶対に必要とする電力や、ライフラインを維持するために必要な電力などを見積もって総計し、これを需要電力としてもよい。

供給電力とは、その電力セル内の分散型電源が出力できる電力値である。
例えば、電力セル内には、発電設備や蓄電設備が設けられているところ、それらの最大出力の総計を供給電力としてもよい。
要は、停電時（基幹系統のダウン時）であってもその電力セルの分散型電源が供給できる電力値である。
自然エネルギーを利用するような発電設備の場合、例えば、設計上の最大出力を用いてもよいし、過去の実績から供給可能電力を見積もってもよいであろう。

余剰電力とは、停電時（基幹系統のダウン時）にその電力セルで余剰となる電力である。
典型的には、供給電力から需要電力を引いた値を用いればよい。
余剰電力が正の値となる場合、停電時（基幹系統のダウン時）でもその電力セルは電力が余っていることを意味する。
一方、余剰電力が負の値となる場合には、停電時（基幹系統のダウン時）、その電力セルは電力が足りないことを意味する。

次に、第２準備工程ＳＴ１２０として、新規電力セルの情報テーブルを作成する。
新規電力セルの情報テーブルを図２７に示す。
新規電力セルの情報テーブルにおいても、ＩＤ番号とともに、需要電力、供給電力、余剰電力、および、場所などの情報がまとめられる。

さらに、第３準備工程ＳＴ１３０として、総合情報テーブルを作成する（図２８参照）。
総合情報テーブルは、既存電力ネットワークの情報テーブル（図２６）と新規電力セルの情報テーブル（図２７）とを統合したものであって、さらに、コストおよび送電効率を加えたものである。
コストとは、新規電力セルを既存電力セルに接続すると仮定した場合に想定される設置費用および運用費用の合計であり、既存電力セルごとに算出される。
設置費用には、例えば、工事作業費や設備品費などが含まれる。
例えば、地理的に離れていたり、山、谷あるいは海を越えてケーブルを設置したりするとなると、工事作業費も設備品費も押し上げられる。
運用費用には、メンテナンス料や託送料金が含まれる。

送電効率は、送電によって失われる電力を考慮した送電効率を意味する。
例えば、送電によって５％の電力が失われた場合、送電効率は０．９５である。
送電距離が長くなれば送電効率は低下する。
（また、送電電圧によっても送電効率が変化することがある。）

このように総合情報テーブルを作成できたところで準備工程ＳＴ１００は終了となり、次に接続相手選定工程ＳＴ２００を実行する。

接続相手選定工程ＳＴ２００を図２９から図３１のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、新規電力セルと既存電力ネットワークとの間に停電時対応を考慮した依存関係を構築するかどうかの判断を行う（ＳＴ２０１）。
すなわち、新規電力セルの余剰電力が０である場合、この新規電力セルは他の電力セルに電力を融通することができないし、また、他の電力セルから融通してもらう必要もない。
または、電力システムの運用者側の判断により、停電時（基幹系統のダウン時）に新規電力セルと既存電力ネットワークとの間に依存関係を構築したくない、という場合もあり得る。
新規電力セルと既存電力ネットワークとの間に停電時対応を考慮した依存関係を構築しない場合（ＳＴ２０１：ＹＥＳ）、新規電力セルの接続相手としては既存電力セルのうちでコストが最小のものとする（ＳＴ２０２）。

一方、新規電力セルと既存電力ネットワークとの間に停電時対応を考慮した依存関係を構築する場合（ＳＴ２０１：ＮＯ）、新規電力セルの余剰電力が正であるか負であるかによってフローが分岐する。
まず、新規電力セルの余剰電力が正である場合（ＳＴ２０３：ＹＥＳ）、「第１条件群」を満たす既存電力セルを探索する。
ここで、「第１条件群」は、
［既存電力セルの余剰電力］＜０・・・（条件式１１）、かつ、
［新規電力セルの余剰電力］×（送電効率）＋［既存電力セルの余剰電力］≧０・・・（条件式１２）、かつ、
［コスト］≦（所定のコスト上限値）・・・（条件式１３）
で表される。

新規電力セルの余剰電力が正であるということは、停電時に他の電力セルに電力を融通する余裕があるということである。
したがって、このような新規電力セルの接続相手としては、停電時に電力が不足する既存電力セルであることが好ましい。
したがって、条件式１１が必要になる。

また、自分自身の余剰分と接続相手のマイナス分とを合算したときにマイナスになってはいけない。
自分自身の余剰分と接続相手のマイナス分とを合算したときにマイナスになってしまうと、停電時に両方ともダウンしてしまうことになる。
また、この際には、送電効率も考慮に入れる必要がある。
したがって、条件式１２が必要になる。

さらに、仮に条件式１および条件式２を満たす既存電力セルがあったとしても、この既存電力セルと当該新規電力セルとを接続するのにコストが掛かり過ぎては意味がない。
例えば、ケーブルを設置するコストが新規分散型電源の設置コストを超えるようでは、電力融通のためにわざわざ長距離ケーブルを引くというのはナンセンスである。
したがって、条件式１３が必要になる。

第１条件群を満たす既存電力セルが１つ以上ある場合（ＳＴ２０５：ＹＥＳ）、それらのなかでコストが最小のものを当該新規電力セルの接続相手として選定する（ＳＴ２０６）。
そして、第１更新処理を実行する（ＳＴ２０７）。
第１更新処理とは、次のように余剰電力を更新することである。
当該新規電力セルの接続相手を既存電力セルＹとする。
［更新後の新規電力セルの余剰電力］：［更新前の新規電力セルの余剰電力］＋［更新前の既存電力セルＹの余剰電力］÷（送電効率）
［更新後の既存電力セルＹの余剰電力］：０

更新後の新規電力セルの余剰電力は、既存電力セルＹのマイナス分を融通してもなお余っている電力を表している。
更新後の既存電力セルＹの余剰電力は、一律に０にすることとしている。

ここで、既存電力セルＹと新規電力セルとを接続するのであるから、新規電力セルが持っている分散型電源の電力を更新後の既存電力セルＹの余剰電力に含めてしまってもよいという考え方もある。
言い換えると、更新後の既存電力セルＹの余剰電力を０ではなくプラス値にし、そのプラス値の分だけ更新後の新規電力セルの余剰電力を減らしてもよい、ということである。
更新後の既存電力セルＹの余剰電力をプラスにするということは、既存電力セルＹを介して新規電力セルの余剰電力を他の電力セルに融通できるということを意味する。
本発明では、このような考え方を明確に除外するわけではないが、このような電力の"又貸し"は電力効率の点で望ましくはなく、また、条件式の計算が複雑になってくる恐れもあるため好ましくはなく、本実施形態としては、更新後の既存電力セルＹの余剰電力を一律に０にすることとした。

更新処理１を行った後（ＳＴ２０７）、さらに第１条件群を満たす既存電力セルがあるか探索し（ＳＴ２０４）、第１条件群を満たす既存電力セルがなくなるまでＳＴ２０４からＳＴ２０７を繰り返す。
このようにして、余剰電力が正である新規電力セルを設置するにあたり、適切な接続相手が選定されることになる。

ＳＴ２０５において、第１条件群を満たす既存電力セルが無い場合（ＳＴ２０５：ＮＯ）、第１条件群を満たす既存電力セルが一つも無かったかどうかで処理が分岐する。
第１条件群を満たす既存電力セルが一つも無ければ（ＳＴ２０８：ＹＥＳ）、これは、当該新規電力セルと依存関係を作る既存電力セルがないということであるから、ＳＴ２０２に戻って、コストが最小のものを接続相手として選定して、処理は終了する。
第１条件群を満たす既存電力セルが一つ以上あり、ＳＴ２０４からＳＴ２０７のループを一回以上回っていれば（ＳＴ２０８：ＮＯ）、そのまま処理は終了となる。

ここで、図３０では、更新処理１を行った後（ＳＴ２０７）、さらに、第１条件群を満たす既存電力セルがなくなるまでＳＴ２０４からＳＴ２０７を繰り返す場合を説明したが、ＳＴ２０４からＳＴ２０７をループせずに、新規電力セルの接続相手が一つ決定されたところで終了するようにしてもよい。

次に、新規電力セルの余剰電力が負である場合（ＳＴ２０３：ＮＯ）の処理を説明する。
新規電力セルの余剰電力が負である場合（ＳＴ２０３：ＮＯ）、「条件群２」を満たす既存電力セルを探索する。
ここで、「第２条件群」は、
［新規電力セルの余剰電力］＋［既存電力セルの余剰電力］×（送電効率）≧０・・・（条件式２１）、かつ、
［コスト］≦（所定のコスト上限値）・・・（条件式２２）
で表される。

新規電力セルの余剰電力が負であるということは、新規電力セルは停電時に他の電力セルから電力の融通を受けたいということである。
したがって、このような新規電力セルの接続相手としては、停電時に余剰電力を持ち、さらに、自分自身の余剰分と接続相手（新規電力セル）のマイナス分とを合算したときにマイナスにならない既存電力セルとすることが好ましい。
したがって、条件式２１が必要となる。
（なお、条件式２１が満たされれば、［既存電力セルの余剰電力］＜０が当然に成立することは理解できるであろう。）

さらに、条件式１３と同じ理由で、仮に条件式２１を満たす既存電力セルがあったとしても、この既存電力セルと新規電力セルとを接続するのにコストが掛かり過ぎては意味がないので、条件式２２が必要になる。

第２条件群を満たす既存電力セルが１つ以上ある場合（ＳＴ２１０：ＹＥＳ）、それらのなかでコストが最小のものを当該新規電力セルの接続相手として選定する（ＳＴ２１１）。
そして、第２更新処理を実行する（ＳＴ２１２）。
第２更新処理とは、次のように余剰電力を更新することである。
当該新規電力セルの接続相手を既存電力セルＺとする。
［更新後の新規電力セルの余剰電力］：０
［更新後の既存電力セルＺの余剰電力］：［更新前の既存電力セルＺの余剰電力］＋［更新前の新規電力セルの余剰電力］÷（送電効率）

第２更新処理を行った後、処理は終了する。
このようにして、余剰電力が負である新規電力セルを設置するにあたり、適切な接続相手が選定されることになる。

ＳＴ２１０において、第２条件群を満たす既存電力セルが無い場合（ＳＴ２１０：ＮＯ）、当該新規電力セルと依存関係を作る既存電力セルがないということになり、ＳＴ２０２に戻って、コストが最小のものを接続相手として選定して、処理は終了する。

これで、接続相手選定工程ＳＴ２００は終了となり、次に、レグ運転モード設定工程ＳＴ３００に移行する。

レグ運転モード設定工程ＳＴ３００の手順を示すフローチャートを図３２に示す。
ここまでの処理により、新規電力セルに繋ぐ接続相手（一つ以上の既存電力セル）が決まっている。
レグ運転モード設定工程ＳＴ３００においては、新規電力セルと既存電力セルとの間で停電時の電力融通をするかどうかを判断する（ＳＴ３１０）。
新規電力セルに接続される既存電力セルが前記ＳＴ２０２で選定されていた場合、新規電力セルと既存電力セルとの間で停電時の電力融通をしないと判断する。一方、新規電力セルに接続される既存電力セルが前記ＳＴ２０６またはＳＴ２１１で選定されていた場合、新規電力セルと既存電力セルとの間で停電時の電力融通をすると判断する。
新規電力セルと既存電力セルとの間で停電時の電力融通をしない場合（ＳＴ３１０：ＮＯ）、第１レグ運転設定ルールに従って各レグの運転モードを設定する。

第１レグ運転設定ルールとは、次のようなレグ運転ルールである。
電力セルＸと電力セルＹとを接続することが決定されているとする。
（すなわち、電力セルＸの電力ルータＸＲと、電力セルＹの電力ルータＹＲと、を接続するということである。より具体的には、電力ルータＸＲのレグＸＲＬと電力ルータＹＲのレグＹＲＬとを接続するということである。）
（電力セルＸと電力セルＹとでどちらが新規電力セルでどちらが既存電力セルであるかを区別する必要はない。）
そして、基幹系統がダウンしていないときには、電力セルＸから電力セルＹに向けて電力融通をするとする。
このとき、電力ルータＸＲのレグＸＲＬおよび電力ルータＹＲのレグＹＲＬの運転モードを次のようにする。
「基幹系統がダウンしていないときには、電力ルータＸＲのレグＸＲＬの運転モードを指定電力送受電モードとし、電力ルータＹＲのレグＹＲＬの運転モードを自立モードとする。
そして、基幹系統がダウンして停電になったときには、電力ルータＸＲのレグＸＲＬおよび電力ルータＹＲのレグＹＲＬの運転を停止させる。
ただし、電力ルータＸＲおよび電力ルータＹＲにおいて、分散型電源に繋がっているレグがあれば、基幹系統の停電時には分散型電源に繋がっているレグの運転モードをマスターモードに変更する。」

要は、電力の送電側を指定電力送受電モードとし、受電側を自立モードとする、ということである。
また、基幹系統の停電時には電力融通をしないのであるから、基幹系統の停電時にはレグの運転を止める、ということである。

なお、第１レグ運転設定ルールにおいて、電力の送電側を指定電力送受電モードとし、受電側を自立モードとする、としたのは、この方が送電効率が良いからである。
電力の送電側を自立モードとし、受電側を指定電力送受電モードとしても運転は可能であり、このような運転モードの設定が本発明から除外されるわけではない。

一方、新規電力セルと既存電力セルとの間で停電時の電力融通をする場合（ＳＴ３１０：ＹＥＳ）、第２レグ運転設定ルールに従って各レグの運転モードを設定する。
第２レグ運転設定ルールとは、次のようなレグ運転ルールである。
電力セルＪと電力セルＫとを接続することが決定されているとする。
（すなわち、電力セルＪの電力ルータＪＲと、電力セルＫの電力ルータＫＲと、を接続するということである。
より具体的には、電力ルータＪＲのレグＪＲＬと電力ルータＫＲのレグＫＲＬとを接続するということである。）
（電力セルＪと電力セルＫとでどちらが新規電力セルでどちらが既存電力セルであるかを区別する必要はない。）
そして、基幹系統が停電したときには、電力セルＪから電力セルＫに向けて電力融通をするとする。
このとき、電力ルータＪＲのレグＪＲＬおよび電力ルータＫＲのレグＫＲＬの運転モードを次のようにする。
「電力ルータＪＲのレグＪＲＬの運転モードを自立モードとする。
電力ルータＫＲのレグＫＲＬの運転モードについては、基幹系統が停電していないときには、指定電力送受電モードとする。
基幹系統が停電したときには、電力ルータＫＲのレグＫＲＬの運転モードを指定電力送受電モードからマスターモードに変更する。
（基幹系統が停電したときでも、電力ルータＪＲのレグＪＲＬの運転モードは自立モードのままでよい。
電力ルータＪＲにおいて、分散型電源に繋がっているレグがあれば、基幹系統の停電時には分散型電源に繋がっているレグの運転モードをマスターモードにする。）」

第２レグ運転設定ルールに従って各レグの運転モードを設定すれば、停電時の対応が迅速に行える。
すなわち、基幹系統がダウンしたとしても、受電側の電力ルータ（電力ルータＫＲ）においてのみ、レグＫＲＬの運転モードを指定電力送受電モードからマスターモードに変更するだけでよい。
（送電側ではレグの運転モードを変更しなくてもよい。）
したがって、電力セルＫが余剰電力を持たないとしても、基幹系統が停電したときには、電力セルＪから融通してもらう電力で電力ルータＫの直流母線の電圧を定格に維持でき、電力セルＫが停電に陥ってしまうという事態を回避できるようになる。

以上の処理によって、新規電力セルを設けるにあたり、適切な接続相手を選定できる。
これにより、仮に基幹系統がダウンしたとしても電力セル間での電力融通を適切に実行でき、電力ネットワークの全体あるいは広範囲で大規模な停電に陥ってしまうような事態を回避することができるようになる。
また、停電時には電力セル間で電力融通を行えるようにしているのであるから、すべての電力セルに蓄電池や発電設備などの分散型電源設備を設けるなどの過剰な設備投資も必要なくなる。
そして、レグの運転モードを適切に設定することによって、停電時対応が迅速に行えるようになり、電力セルが停電に陥る事態を極力回避できるようになる。

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。
上記ＳＴ２０６において、コストが最小のものを新規電力セルの接続相手として選定したが、第１条件群を満たす既存電力セルのなかで需要電力が最も大きいものを新規電力セルの接続相手としてもよい。
あるいは、第１条件群を満たす既存電力セルのなかで余剰電力の絶対値が最も大きいものを新規電力セルの接続相手としてもよい。

既存電力ネットワークの情報テーブル、新規電力セルの情報テーブルおよび総合情報テーブルを作成したり記憶したりする機能は、管理サーバ５０に設けておくのがシステム設計上最も効率的であると考えられるが、管理サーバ５０以外のコンピュータを用いて、前記のテーブルを作成、記憶させるようにしてもよい。
図２５から図３２で説明した処理フローの各工程は、人（オペレータ）が決められたマニュアルにしたがって計算、判断してもよく、もちろん、予め電力ネットワークシステムの運用プログラムなどを組んでおいて、上記に説明した各工程が自動的にコンピュータによって実行されるようにしてもよい。
前記電力ネットワークシステムの運用プログラムはコンピュータ読み取り可能な不揮発性記録媒体に記録された状態で配布されてもよく、有線または無線でダウンロードできるようにしておいてコンピュータにインストールするようにしてもよい。

蓄電池を発電設備等を含む分散型電源に読み替えてもよい。
上記説明では、すべての電力セルは基幹系統に繋がっており、電力セルは、通常時は基幹系統から電力をもらうこととした。そして、基幹系統がダウンした状態を停電と称していた。
通常時に基幹系統から電力をもらうのではなく、通常時でも複数の電力セルが（大きな）分散型電源から電力をもらうような場合も考えられ、そのような場合に停電とは、この電力供給元である（大きな）分散型電源がダウンしたことを意味する。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１３年１月１５日に出願された日本出願特願２０１３−００４７７０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０・・・電力ネットワークシステム、１１・・・基幹系統、１２・・・大規模発電所、２１・・・電力セル、３０・・・負荷、３１・・・家、３２・・・ビル、３３・・・太陽光発電パネル、３４・・・風力発電機、３５・・・電力貯蔵設備（蓄電池）、４１・・・電力ルータ、５０・・・管理サーバ、５１・・・通信網、１００・・・電力ルータ、１０１・・・直流母線、１０２・・・平滑コンデンサー、１０３・・・電圧センサ、１１０・・・レグ、１１１・・・電力変換部、１１１Ｄ・・・帰還ダイオード、１１１Ｐ・・・逆並列回路、１１１Ｔ・・・サイリスタ、１１２・・・電流センサ、１１３・・・開閉器、１１４・・・電圧センサ、１１５・・・接続端子。

Claims (4)

1. 外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータを有する電力セルを複数具備し、これら複数の電力セルを接続してなる電力ネットワークシステムの運用方法であって、
   前記電力ルータは、
   所定の定格に電圧が維持される直流母線と、
   一方の接続端が前記直流母線に接続され、他方の接続端が外部接続端子として外部の接続相手に接続され、前記一方の接続端と前記他方の接続端との間で電力を双方向に変換する機能を有する電力変換レグと、を備え、
   前記電力変換レグは、
   前記直流母線の電圧が定格から下がった場合、不足分の電力を接続相手から補填し、前記直流母線の電圧が定格から上がった場合、過剰分の電力を接続相手に送出するマスターモードと、
   指定された電力を接続相手に送電するか、または、指定された電力を接続相手から受電する指定電力送受電モードと、
   指定された振幅・周波数の電圧を自ら作り出し、接続相手との間で送受電する自立モードと、
   のいずれかの運転モードで運転制御されるものであり、
   第１電力ルータの第１電力変換レグと、第２電力ルータの第２電力変換レグと、が接続されている場合、
   基幹系統からの電力供給があるときは、
   前記第１電力ルータの前記第１電力変換レグの運転モードを前記自立モードとし、
   前記第２電力ルータの前記第２電力変換レグの運転モードを前記指定電力送受電モードとし、
   前記第１電力ルータおよび前記第２電力ルータが前記基幹系統からの電力供給が受けられないときに、前記第１電力ルータの前記第１電力変換レグから前記第２電力ルータの前記第２電力変換レグに送電することで電力を融通するときは、
   前記第１電力ルータの前記第１電力変換レグの運転モードを前記自立モードとし、
   前記第２電力ルータの前記第２電力変換レグの運転モードを前記マスターモードとする
   ことを特徴とする電力ネットワークシステムの運用方法。
2. 前記第１電力ルータの前記第１電力変換レグ以外の電力変換レグが分散型電源と接続し、前記第２電力ルータの前記第２電力変換レグ以外の電力変換レグが負荷と接続している、
   請求項１に記載の電力ネットワークシステムの運用方法。
3. 前記第１電力ルータの前記分散型電源と接続する電力変換レグを前記マスターモードで運転させる、
   請求項２に記載の電力ネットワークシステムの運用方法。
4. 前記第１電力ルータの前記第１電力変換レグ以外の電力変換レグが分散型電源と接続せず、前記基幹系統から電力の供給を受けられない場合、
   前記第１電力変換レグ及び第２電力変換レグの運転を停止させ、
   前記第１電力ルータから前記第２電力ルータへの電力供給を停止させる、
   請求項１に記載の電力ネットワークシステムの運用方法。

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