JP7688030B2 - 電力変換器、電力変換器の制御方法、電力システム、電力システムの制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、交流の商用電力系統に電気的に接続され、且つ商用電力系統から電力供給可能な定置型蓄電装置と電気的に接続された電力変換器であって、電力変換器の計測した電圧と電流に応じてドループ特性を有する参照関数に追随するように定置型蓄電装置の出入力を制御し、また、定置型蓄電装置の充電率の変化に応じてドループ特性を有する参照関数を更新する電力変換器、及び該電力変換器を備えた電力システムに関する。

近年、化石エネルギーや原子力エネルギーに依存した大規模電力ネットワークの代替手段として、地産地消の電力を使用した電力ネットワークが注目されている。地産地消の電力を使用した電力ネットワークには、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置である太陽光発電装置（ＰＶ）、定置型蓄電装置、電気自動車（ＥＶ）等、多種多様な機器が接続される。上記各機器は、直流電源であるので、電力変換器を備えた直流（ＤＣ）での電力ネットワーク（ＤＣグリッド）を構築する検討が進められている。

従来、ＤＣグリッドの制御方法として、定置型蓄電装置等に接続された電力変換器が、集中制御部の指示に基づいて、定置型蓄電装置等を定電流制御や定電圧制御をすることで、ＤＣグリッドのＤＣバスの電力量を集中制御することが行われていた。上記集中制御方法は、ＤＣグリッド全体を簡易に制御することができるものの、電力の急激な需給変動に円滑に対応することが難しいという問題があった。

そこで、定置型蓄電装置等に自端の電力（Ｐ）と自端の電圧（Ｖ）に基づいた参照関数を付与し、上記参照関数がＤＣバスに要求される電力量に応じて定置型蓄電装置等に目標電圧値に垂下特性を持たせるドループ特性を有しているドループ制御も行われている。定置型蓄電装置等が、ドループ制御にて自律分散的に制御されることで、ＤＣバスに要求される電力量に応じて定置型蓄電装置等の出入量を最適に調整して、ＤＣバスの電圧を安定化できる。

従来の定置型蓄電装置のドループ制御では、ＤＣバスの電圧を安定化しつつ、定置型蓄電装置の充電状態を安定化するために、定置型蓄電装置の充電率の変化に応じて、ドループ特性を有している参照関数の切片（ＤＣグリッド全体の電圧（Ｖ））を高電圧側または低電圧側にシフトさせる、参照関数の更新が行われていた。上記のように更新される参照関数として、例えば、所定の電圧範囲にわたって蓄電装置の目標とする出入力が０を維持する出入力一定域を設けた参照関数が挙げられる（特許文献１）。

また、上記のように更新される参照関数として、蓄電装置に機動的な充放電特性を付与するために、蓄電装置の出入力が０である出入力一定域を設けない参照関数が挙げられる（特許文献２）。

国際公開第２０１９／１０３０５９号 特許第６３７１６０３号公報

特許文献１では、参照関数に出入力が０である出入力一定域を設けることで、ＤＣグリッドが定常運転している場合には、蓄電装置の充放電を実施せずに外部の商用電力系統や太陽光発電装置（ＰＶ）から供給される電力にて、ＤＣグリッドの電力供給量をまかなうことができるので、ＤＣグリッド全体の電力効率が向上する。しかし、特許文献１では、蓄電装置の充電率が低い状態でも、蓄電装置の動作が蓄電装置の出入力が０である参照関数の出入力一定域にとどまってしまうことで、蓄電装置が十分な充電状態を維持できない場合がある。蓄電装置は、十分な充電状態を維持できないと、ＤＣグリッドの電力の急激な需給変動に対して調整力として活用することができない。また、特許文献２の参照関数では、蓄電装置は、常に充放電を行っていることになるので、充放電による電力損失が増大してＤＣグリッドの電力効率が低下してしまうという問題がある。

上記事情から、本発明は、蓄電装置の電池状態に応じて入出力制御を行う、例えば、蓄電装置に蓄電された電力が少ない際には蓄電装置の出力を絞ることで、電力の急激な需給変動に対して優れた調整力と電力効率を付与できる電力変換器と、前記電力変換器を備えた電力システム、並びに電力変換器の制御方法、電力システムの制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の構成の要旨は以下の通りである。
［１］蓄電装置と電気的に接続された電力変換器であり、
前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照し、
前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有し、
前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新される電力変換器。
［２］前記蓄電装置が、定置型蓄電装置であり、
前記電力変換器の制御部が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記定置型蓄電装置を自端制御する際の目標値を生成するドループ特性を有する前記参照関数に基づいた制御を実行し、
前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって前記定置型蓄電装置の出入力が一定値を維持する出入力一定域を有し、前記定置型蓄電装置の電池状態に基づいて、前記出入力一定域を有する参照関数が更新される［１］に記載の電力変換器。
［３］前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化である［１］または［２］に記載の電力変換器。
［４］前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である［３］に記載の電力変換器。
［５］前記蓄電装置の充電率の低下によって前記蓄電装置の充電率が前記第１の充電率よりも低い第２の充電率以下に低下することで、前記出入力一定域が、前記蓄電装置へ充電電流が供給される入力域へシフトし、前記蓄電装置の充電率の上昇によって前記蓄電装置の充電率が前記第１の充電率よりも高い第３の充電率以上に上昇することで、前記出入力一定域が、前記蓄電装置が放電する出力域へシフトするように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される［４］に記載の電力変換器。
［６］前記第１の充電率から前記第２の充電率を超える所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が低下することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の上限の電圧値が、低電圧側にシフトし、前記第１の充電率から前記第３の充電率未満の所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が上昇することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の下限の電圧値が、高電圧側にシフトするように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される［５］に記載の電力変換器。
［７］前記第１の充電率から前記第２の充電率を超える所定の充電率まで前記型蓄電装置の充電率が低下することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の下限の電圧値が変更されず、前記第１の充電率から前記第３の充電率未満の所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が上昇することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の上限の電圧値が変更されないように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される［６］に記載の電力変換器。
［８］前記ドループ特性を有する参照関数を更新する二次制御が、中央制御部の指令に基づいて実施される［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の電力変換器。
［９］前記電力変換器の制御部は、前記参照関数に基づいた制御を、前記中央制御部の指令を介さずに、前記定置型蓄電装置の自端の電圧に基づいて実施する［８］に記載の電力変換器。
［１０］前記二次制御の制御周期が、前記参照関数に基づいた制御の制御周期よりも長い［８］または［９］に記載の電力変換器。
［１１］前記ドループ特性を有する参照関数が、電圧の変化に応じて電力または電流の出入量を変化させるように構成されている［１］乃至［１０］のいずれか１つに記載の電力変換器。
［１２］ＤＣ／ＤＣ変換器である［１］乃至［１１］のいずれか１つに記載の電力変換器。
［１３］電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された定置型蓄電装置とを備えた電力要素が設けられ、
前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照する電力システムであり、
前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有し、前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新される電力システム。
［１４］前記蓄電装置が、定置型蓄電装置であり、
前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記定置型蓄電装置を自端制御する際の目標値を生成する前記参照関数に基づいた制御を実行する制御部を備えた電力システムであり、
前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって前記定置型蓄電装置の出入力が一定値を維持する出入力一定域を有し、前記定置型蓄電装置の電池状態に基づいて、前記出入力一定域を有する参照関数が更新される［１３］に記載の電力システム。
［１５］前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化である［１３］または［１４］に記載の電力システム。
［１６］前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である［１５］に記載の電力システム。
［１７］前記蓄電装置の充電率の低下によって前記蓄電装置の充電率が前記第１の充電率よりも低い第２の充電率以下に低下することで、前記出入力一定域が、前記蓄電装置へ充電電流が供給される入力域へシフトし、前記蓄電装置の充電率の上昇によって前記蓄電装置の充電率が前記第１の充電率よりも高い第３の充電率以上に上昇することで、前記出入力一定域が、前記型蓄電装置が放電する出力域へシフトするように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される［１６］に記載の電力システム。
［１８］前記第１の充電率から前記第２の充電率を超える所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が低下することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の上限の電圧値が、低電圧側にシフトし、前記第１の充電率から前記第３の充電率未満の所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が上昇することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の下限の電圧値が、高電圧側にシフトするように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される［１７］に記載の電力システム。
［１９］前記第１の充電率から前記第２の充電率を超える所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が低下することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の下限の電圧値が変更されず、前記第１の充電率から前記第３の充電率未満の所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が上昇することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の上限の電圧値が変更されないように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される［１８］に記載の電力システム。
［２０］前記電力システムが、前記電力変換器を制御する中央制御部をさらに有し、前記ドループ特性を有する参照関数を更新する二次制御が、前記中央制御部の指令に基づいて実施される［１３］乃至［１９］のいずれか１つに記載の電力システム。
［２１］前記制御部は、前記参照関数に基づいた制御を、前記中央制御部の指令を介さずに、前記蓄電装置の自端の電圧に基づいて実施する［２０］に記載の電力システム。
［２２］前記二次制御の制御周期が、前記参照関数に基づいた制御の制御周期よりも長い［２０］または［２１］に記載の電力システム。
［２３］前記ドループ特性を有する参照関数が、電圧の変化に応じて電力または電流の出入量を変化させるように構成されている［１３］乃至［２２］のいずれか１つに記載の電力システム。
［２４］前記電力要素が電気的に接続される線路が、ＤＣバスである［１３］乃至［２３］のいずれか１つに記載の電力システム。
［２５］蓄電装置と電気的に接続された電力変換器の制御方法であって、
前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
を備え、
前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有する
電力変換器の制御方法。
［２６］電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された定置型蓄電装置とを備えた電力要素が設けられた電力システムの制御方法であって、
前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
を備え、
前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有する
電力システムの制御方法。
［２７］電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された定置型蓄電装置とを備えた電力要素が設けられ、前記電力変換器及び電力の需要情報を保有する外部サーバと情報通信可能な中央制御装置を備える電力システムの制御方法であって、
前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
前記外部サーバから前記需要情報を取得するステップと、
前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
を備え、
前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有する
電力システムの制御方法。
［２８］プロセッサに、
蓄電装置と電気的に接続された電力変換器の制御方法を実行させるプログラムであって、
として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
を備え、
前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有する
プログラム。
［２９］プロセッサに、
交電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された定置型蓄電装置とを備えた電力要素が設けられた電力システムの制御方法を実行させるプログラムであって、
前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
を備え、
前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有する
プログラム。

本発明の電力変換器及び電力変換器を備えた電力システムの態様によれば、電力変換器の計測した電圧に応じて蓄電装置を自端制御する際の目標値を生成するドループ特性を有する参照関数に基づいたドループ制御の機能を有し、ドループ特性を有する参照関数が、所定の電圧範囲にわたって蓄電装置の目標とする出入力が一定値を維持する出入力一定域を有し、蓄電装置の電池状態の変化に基づいて、出入力一定域を有するドループ特性を有する参照関数が更新されることにより、蓄電装置の電池状態に応じて入出力制御を行う、例えば、蓄電装置に蓄電された電力が少ない際には蓄電装置の出力を絞ることで、電力の急激な需給変動に対して優れた調整力を蓄電装置に付与しつつ、電力システムの電力効率を向上させることができる。

本発明の電力変換器及び電力変換器を備えた電力システムの態様によれば、蓄電装置の充電率の低下によって、蓄電装置の充電率が、出入力一定域における出入力が０である第１の充電率よりも低い第２の充電率以下に低下することで、出入力一定域が蓄電装置へ充電電流が供給される入力域へシフトし、蓄電装置の充電率の上昇によって、蓄電装置の充電率が上記第１の充電率よりも高い第３の充電率以上に上昇することで、出入力一定域が、蓄電装置が放電する出力域へシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新されることにより、蓄電装置の充電率を適度な範囲に維持することができるので、電力の急激な需給変動に対してより確実に優れた調整力を蓄電装置に付与できる。

本発明の電力変換器及び電力変換器を備えた電力システムの態様によれば、前記第１の充電率から前記第２の充電率を超える所定の充電率まで蓄電装置の充電率が低下することで、出入力一定域における出入力が０である所定の電圧範囲の上限の電圧値が、低電圧側にシフトし、前記第１の充電率から前記第３の充電率未満の所定の充電率まで蓄電装置の充電率が上昇することで、出入力一定域における出入力が０である所定の電圧範囲の下限の電圧値が、高電圧側にシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新されることにより、外部の商用電力系統から供給される電力を利用しつつ、蓄電装置の充電率を適度な範囲に維持することができる。従って、電力の急激な需給変動に対してより確実に優れた調整力を蓄電装置に付与しつつ、電力システムの電力効率をさらに向上させることができる。

本発明の電力変換器及び電力変換器を備えた電力システムの態様によれば、ドループ特性を有する参照関数を更新する二次制御が、中央制御部の指令に基づいて実施され、参照関数に基づいたドループ制御が、前記中央制御部の指令を介さずに、前記蓄電装置の自端の電圧に基づいて実施されることにより、蓄電装置を備えた電力ネットワーク全体の、時間とともに変動する必要電力量を、蓄電装置の出入力制御に正確に反映させることができる。従って、蓄電装置を備えた電力ネットワーク全体の制御が最適化され、また、電力ネットワーク全体に効率よく必要な電力を供給することができる。

本発明の電力変換器の制御方法、電力システムの制御方法、及びプログラムの態様によれば、電力の急激な需給変動に対して優れた調整力を蓄電装置に付与しつつ、電力システムの電力効率を向上させることができる。

図１は、本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システムを構成する電力ネットワーク全体の概要を示す説明図である。 図２は、本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システムを構成する電力ネットワークに用いられる機器に付与されたドループ特性を有する参照関数の説明図である。 図３は、本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システムに用いられる機器に付与された参照関数が更新される様子を示す説明図である。 図４は、本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システムに用いられる定置型蓄電装置に付与されたドループ特性を有する参照関数の更新例である。 図５は、電力システムの制御方法の一例を示すシーケンス図である。

＜実施形態＞
本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システムについて説明する。なお、図１は、本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システムを構成する電力ネットワーク全体の概要を示す説明図である。図２は、本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システムを構成する電力ネットワークに用いられる機器に付与されたドループ特性を有する参照関数の説明図である。図３は、本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システムに用いられる機器に付与された参照関数が更新される様子を示す説明図である。図４は、本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システムに用いられる定置型蓄電装置に付与されたドループ特性を有する参照関数の更新例である。図５は、電力システムの制御方法の一例を示すシーケンス図である。

図１に示すように、本発明の実施形態である電力変換器を備えた電力システム１では、交流の商用電力系統１００に電気的に接続され、且つ交流の商用電力系統１００から電力供給可能な蓄電装置（電力システム１では、例えば、定置型蓄電装置１４）と電気的に接続された電力変換器である双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２を備えている。具体的には、交流の商用電力系統１００に接続可能で、交流の商用電力系統１００から入力される交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ／ＤＣ変換器１１と、ＡＣ／ＤＣ変換器１１の出力に接続されたＤＣバス１９と、ＤＣバス１９に接続され、ＤＣバス１９から入力される直流電力を充電対象である蓄電池の充電電圧に変換して出力する第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３と、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３に接続された、充電対象である蓄電池と接続可能な充電器（電力ネットワーク１０では、ＥＶ充電器１７）と、ＤＣバス１９に接続され、ＤＣバス１９から入力される直流電力を定置型蓄電装置１４の充電電圧に変換して出力する双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２と、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６を介してＤＣバス１９に接続された、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置である太陽光発電装置（ＰＶ）１５と、を備えている。

上記から、電力システム１を構成する電力ネットワーク１０は、ＤＣグリッドである。電力ネットワーク１０では、蓄電池は、例えば、負荷である電気自動車（ＥＶ）１８に搭載された蓄電池である車載蓄電池である。ＤＣバス１９の出力は、ＥＶ充電器１７と接続されており、電気自動車１８の車載蓄電池がＥＶ充電器１７と接続されて車載蓄電池が充電される。定置型蓄電装置１４は、電力ネットワーク１０の設備内蓄電装置である。

各電力変換器は、一例として、電力変換部と、センサと、制御部と、通信部とを有する。

電力変換部は、各電力変換器においてＡＣ／ＤＣ変換またはＤＣ／ＤＣ変換である電力変換機能を有する部分であり、例えばコイル、コンデンサ、ダイオード、スイッチング素子などを含む電気回路で構成されている。スイッチング素子は例えば電界効果コンデンサや絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである。電力変換部は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって電力変換特性を制御することができる。

センサは、各電力変換器において、電流値、電圧値、電力値などの自端の電気特性値を計測するために用いられる。センサは、計測値を制御部に出力する。

電力ネットワーク１０を備えた電力システム１では、商用電力系統１００からの受電量が制御部で制御されている。また、前記制御部は、定置型蓄電装置１４の充放電、太陽光発電装置１５の放電及びＥＶ充電器１７に接続された電気自動車１８の車載蓄電池の充電を制御する。

各制御部は、電力変換機能を制御するための各種演算処理を行うプロセッサと記憶部とを含んで構成される。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などである。記憶部は、プロセッサが演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータなどが格納される、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）を備えている。また、記憶部は、プロセッサが演算処理を行う際の作業スペースやプロセッサの演算処理の結果などを記憶するなどのために使用される、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）を備えている。記憶部は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置を備えていてもよい。各制御部の機能は、プロセッサが記憶部から各種プログラムを読み出して実行することで、機能部として実現される。例えば、各制御部は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）のための操作量（例えば、デューティ比）の情報を含むＰＷＭ信号を電力変換部に出力し、各電力変換器をＰＷＭ制御する。なお、各制御部は、操作量を電力変換部に直接的に出力してもよいし、図示しない他の機能部（例えばループ制御部）を介して電力変換部に出力してもよい。

通信部は、有線または無線により情報通信を行う通信モジュールと、通信モジュールの動作を制御する通信制御部とを含んで構成されている。通信部は、インターネット回線網や携帯電話回線網などから構成されるネットワークＮＷを経由して、後述する中央制御部１１０と情報通信を行う。通信部は、例えば、中央制御部１１０から指令を受信し、制御部に出力する。通信部は、例えば、制御部から入力された電力状況に関する情報を中央制御部１１０に送信する。なお、電力状況に関する情報がセンサの計測値である場合は、通信部は、例えば、センサから入力された計測値を中央制御部１１０に送信してもよい。

中央制御部１１０の一例を説明する。中央制御部１１０は、制御部と、記憶部と、通信部とを備えている。制御部、記憶部、及び通信部のそれぞれの構成は、電力変換器の制御部、記憶部、通信部のそれぞれの構成として例示したものを用いることができる。

制御部の機能は、制御部が記憶部から各種プログラムを読み出して実行することで、機能部として実現される。

通信部は、ネットワークＮＷを経由して、各電力変換器や外部サーバ２００と情報通信を行う。

なお、外部サーバ２００は、電力システム１の外部に設けられたサーバである。外部サーバ２００は、例えば、他の電力システムにおいてエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）として機能するように構成された情報処理装置や、データベースを備え、中央制御部１１０に対してデータサーバとして機能する情報処理装置である。外部サーバ２００は、電力システム１の運用に影響を及ぼす可能性のある各種情報を記憶している。

電力システム１では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２の計測した自端の電圧（Ｖ）に応じて定置型蓄電装置１４を制御する、いわゆる自端制御する際の目標値を生成する、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数に追随するようにドループ制御する機能、すなわち、ドループ特性を有する参照関数に基づいた制御をする機能を有している。このような制御は双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２の制御部が実行する。

定置型蓄電装置１４と接続されている双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、自端の電圧（Ｖ）と自端の電力（Ｐ）、すなわち、自端の電圧（Ｖ）と定置型蓄電装置１４から充放電される電力（Ｐ）との関係が所定のドループ（垂下）特性を有する参照関数に追随するように、定置型蓄電装置１４の動作をドループ制御する機能を備えている。すなわち、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、所定の制御周期にて、自端の電圧（Ｖ）と自端の電力（Ｐ）との関係が、所定のドループ（垂下）特性を有する参照関数を維持するように制御している。なお、「ドループ特性」とは、垂下特性を意味し、自端の電圧と自端の電力の出入力量との関係が、所定の電圧範囲にわたって電力の出入力量一定である関係または所定の電力の出入力量の範囲にわたって電圧一定である関係以外の関係を備えている特性である。

双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２が備える定置型蓄電装置１４制御用のドループ特性を有する参照関数は、所定の電圧範囲にわたって定置型蓄電装置１４の目標とする出入力が一定値を維持する出入力一定域を有している。

具体例としては、図２に示すように、定置型蓄電装置１４の電池状態（ここでは、定置型蓄電装置１４の充電率）が、高くもなく低くもない定常状態と認められる第１の充電率の場合には、電力ネットワーク１０の平常運転ゾーンでは、定置型蓄電装置１４の充放電がない（すなわち、電力（Ｐ）＝０）ように、参照関数に出入力一定域を設けている。すなわち、参照関数には、定置型蓄電装置１４の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における電力の出入力が０である領域が設けられている。定置型蓄電装置１４の充電率が第１の充電率であり、電力ネットワーク１０が平常運転ゾーンである場合、参照関数の出入力一定域は、定置型蓄電装置１４の出入力のデッドゾーンである。

一方で、定置型蓄電装置１４の充電率が第１の充電率であり、電力ネットワーク１０が電力需要の多い準平常運転ゾーンである場合には、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、ドループ特性を最大とする参照関数にて放電を実施するように定置型蓄電装置１４をドループ制御する。また、定置型蓄電装置１４の充電率が第１の充電率であり、電力ネットワーク１０が電力需要の少ない準平常運転ゾーンである場合には、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、ドループ特性を最大とする参照関数にて充電を実施するように定置型蓄電装置１４をドループ制御する。

なお、電力システム１では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２以外の他の電力変換器も、他の電力変換器の計測した自端の電圧に応じて他の電力変換器に接続された機器を自端制御する際の目標値を生成する参照関数に追随するように、機器の動作を制御する機能を有している。このような制御は電力変換器の制御部が実行する。

電力システム１では、交流の商用電力系統１００から入力される交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ／ＤＣ変換器１１は、自端の電圧（Ｖ）と自端の電力（Ｐ）、すなわち、自端の電圧（Ｖ）とＤＣバス１９へ出力する電力（Ｐ）との関係が所定のドループ（垂下）特性を有するように一次制御する機能を備えている。すなわち、ＡＣ／ＤＣ変換器１１は、所定の制御周期にて、自端の電圧（Ｖ）とＤＣバス１９へ出入力する電力（Ｐ）との関係が、所定のドループ特性を有する参照関数に追随するように、商用電力系統１００からの出入力をドループ制御する機能を有している。

具体例としては、図２に示すように、商用電力系統１００と接続されたＡＣ／ＤＣ変換器１１は、電力ネットワーク１０の平常運転時には、商用電力系統１００からの電力供給を中心にして電力ネットワーク１０へ電力を安定供給できるように、平常運転ゾーンでドループ特性を最大とする参照関数にて、商用電力系統１００からの入力をドループ制御する。一方で、電力ネットワーク１０が電力需要の少ない準平常運転ゾーンまたは過渡運転ゾーン（図２では、電圧（Ｖ）の値が高い上側の準平常運転ゾーンと過渡運転ゾーン）である場合には、商用電力系統１００からの電力供給を遮断し、また、電力ネットワーク１０が電力需要の多い準平常運転ゾーンまたは過渡運転ゾーン（図２では、電圧（Ｖ）の値が低い下側の準平常運転ゾーンと過渡運転ゾーン）である場合には、商用電力系統１００からの電力供給が契約電力を超えないように、それぞれ、出入力一定域（図２の垂直となっているゾーン）を設けている。

ＤＣバス１９から入力される直流電力を充電対象である電気自動車１８の車載蓄電池の充電電圧に変換して出力する第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３は、自端の電圧（Ｖ）と自端の電力（Ｐ）、すなわち、自端の電圧（Ｖ）とＤＣバス１９から入力される電力（Ｐ）との関係が所定の特性を構成するように一次制御する機能を備えている。すなわち、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３は、所定の制御周期にて、自端の電圧（Ｖ）とＤＣバス１９から入力される電力（Ｐ）との関係が、所定の特性を備えた参照関数に追従するようにＥＶ充電器１７の出力を制御する機能を有している。

具体例としては、図２に示すように、ＥＶ充電器１７と接続されている第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３は、電力ネットワーク１０が電力需要の多い過渡運転ゾーンである場合には、ＥＶ充電器１７の出力の制御を実施し、電力ネットワーク１０が電力需要の多い準平常運転ゾーン、平常運転ゾーン、電力需要の少ない準平常運転ゾーンまたは電力需要の少ない過渡運転ゾーンである場合には、ＥＶ充電器１７の出力の制御を実施しない。

太陽光発電装置（ＰＶ）１５と接続されている第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６は、自端の電圧（Ｖ）と自端の電力（Ｐ）、すなわち、自端の電圧（Ｖ）とＤＣバス１９へ出力する電力（Ｐ）との関係が所定の特性を構成するように一次制御する機能を備えている。すなわち、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６は、所定の制御周期にて、自端の電圧（Ｖ）とＤＣバス１９へ出力する電力（Ｐ）との関係が、所定の特性を備えた参照関数に追従するように太陽光発電装置（ＰＶ）１５を制御する機能を有している。

具体例としては、図２に示すように、太陽光発電装置（ＰＶ）１５と接続されている第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６は、電力ネットワーク１０が電力需要の少ない過渡運転ゾーンである場合には、太陽光発電装置（ＰＶ）１５の出力制御を実施し、それ以外の運転ゾーンでは、太陽光発電装置（ＰＶ）１５に対して最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施する。

上記から、電力システム１では、電力システム１全体の電圧の変化に応じて、定置型蓄電装置１４等の機器の電力の出入量を変化させるように、ドループ特性を有する参照関数に追随するように構成されている。また、電力システム１では、それぞれの電力要素（それぞれの機器とそれぞれの前記機器に接続されたそれぞれの電力変換器）は、自端の電圧と自端の電力に基づいて、分散して一次制御を実施している。すなわち、ドループ制御は一次制御であり、一次制御は、電力変換器に接続されたそれぞれの機器の自端の電圧に基づいて、各電力変換器の制御部によって実施されている。

また、電力システム１では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、定置型蓄電装置１４の電池状態の変化（電力システム１では、定置型蓄電装置１４の充電率の変化）に基づいて、出入力一定域を有するドループ特性を有する参照関数が更新されるように構成されている。すなわち、定置型蓄電装置１４の充電率の変化に応じて、出入力一定域を有するドループ特性を有する参照関数が、適宜、更新される。なお、定置型蓄電装置１４の電池状態の変化は、たとえば公知のＢＭＳ（Battery Management System）によって計測される。ＢＭＳは、たとえばセンサ、マイクロコンピュータ、および入出力インターフェイスを含んで構成されている。ＢＭＳは、定置型蓄電装置１４の外部に設けられていたり、定置型蓄電装置１４が備えていたりする。ＢＭＳは双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２が備えていてもよい。ＢＭＳは、計測した電池状態に関する情報を、通信線を介して双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２に送信する。

定置型蓄電装置１４の充電率の変化に基づいて、出入力一定域を有するドループ特性を有する参照関数が更新されることにより、定置型蓄電装置１４の充電率が所定の水準以上に安定的に維持することが可能となるので、電力ネットワーク１０の電力の急激な需給変動に対して優れた調整力を定置型蓄電装置１４に付与できる。また、定置型蓄電装置１４の充電率が所定値にて出入力一定域における出入力を０とするようにドループ特性を有する参照関数が設定されることで、外部の商用電力系統１００や太陽光発電装置（ＰＶ）１５の電力を主に使用することが可能となるので、定置型蓄電装置１４の充放電ロスを防止して、電力システム１の電力効率を向上させることができる。

例えば、図３に示すように、電力システム１では、定置型蓄電装置１４のドループ特性を有する参照関数は、二次制御にて更新される。ドループ特性を有する参照関数を更新する二次制御は、例えば、中央制御部１１０の指令に基づいて実施される。従って、電力システム１は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２等の電力変換器を制御する中央制御部１１０をさらに有している。

これに対し、ドループ特性を有する参照関数に定置型蓄電装置１４の動作を追随させるドループ制御は、中央制御部１１０の指令を介さずに、上記の通り、定置型蓄電装置１４の自端の電圧に基づいて実施される。

ドループ特性を有する参照関数を更新する二次制御が、中央制御部１１０の指令に基づいて実施され、ドループ制御が、中央制御部１１０の指令を介さずに、定置型蓄電装置１４の自端の電圧に基づいて実施されることにより、定置型蓄電装置１４を備えた電力ネットワーク１０全体の、時間とともに変動する必要電力量を、定置型蓄電装置１４の出入力制御に正確に反映させることができる。従って、定置型蓄電装置１４を備えた電力ネットワーク１０全体の制御が最適化され、また、電力ネットワーク１０全体に効率よく必要な電力を供給することができる。

例えば、電力システム１の電力ネットワーク１０が平常運転ゾーンである場合には、図４に示すように、定置型蓄電装置１４の充電率の低下によって、定置型蓄電装置１４の充電率が第１の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）５０％）よりも低い第２の充電率以下の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）３０％）に低下することで、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２によって制御されるドループ特性を有する参照関数の出入力一定域が、定置型蓄電装置１４へ充電電流が供給される入力域（図４では、自端の電力（Ｐ）がマイナスの領域）へシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。一方で、定置型蓄電装置１４の充電率の上昇によって、定置型蓄電装置１４の充電率が第１の充電率よりも高い第３の充電率以上の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）７０％）に上昇することで、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２によって制御されるドループ特性を有する参照関数の出入力一定域が、定置型蓄電装置１４が放電する出力域（図４では、自端の電力（Ｐ）がプラスの領域）へシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。なお、図４に示すように、定置型蓄電装置１４の充電率が第１の充電率の場合には、出入力一定域における出入力が０となるように制御される。

上記から、電力システム１の電力ネットワーク１０が平常運転ゾーンである場合には、図４に示すように、定置型蓄電装置１４の充電率が第２の充電率以下の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）３０％）から第１の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）５０％）へ上昇することで、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２によって制御されるドループ特性を有する参照関数の出入力一定域が、定置型蓄電装置１４へ充電電流が供給される入力域（図４では、自端の電力（Ｐ）がマイナスの領域）から出入力０方向へシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。一方で、定置型蓄電装置１４の充電率が第３の充電率以上の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）７０％）から第１の充電率へ低下することで、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２によって制御されるドループ特性を有する参照関数の出入力一定域が、定置型蓄電装置１４が放電する出力域（図４では、自端の電力（Ｐ）がプラスの領域）から出入力０方向へシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。

上記のようにしてドループ特性を有する参照関数が更新されることにより、定置型蓄電装置１４の充電率を適度な範囲に安定的に維持することができるので、電力ネットワーク１０の電力の急激な需給変動に対してより確実に優れた調整力を定置型蓄電装置１４に付与できる。

例えば、電力システム１の電力ネットワーク１０が平常運転ゾーンである場合には、図４に示すように、第１の充電率から第２の充電率を超える所定の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）４０％）まで定置型蓄電装置１４の充電率が低下することで、出入力一定域における出入力が０である所定の電圧範囲の上限の電圧値が、低電圧側にシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。一方で、第１の充電率から第３の充電率未満の所定の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）６０％）まで定置型蓄電装置１４の充電率が上昇することで、出入力一定域における出入力が０である所定の電圧範囲の下限の電圧値が、高電圧側にシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。

上記から、電力システム１の電力ネットワーク１０が平常運転ゾーンである場合には、図４に示すように、第２の充電率を超える所定の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）４０％）から第１の充電率まで定置型蓄電装置１４の充電率が上昇することで、出入力一定域における出入力が０である所定の電圧範囲の上限の電圧値が、高電圧側にシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。一方で、第３の充電率未満の所定の充電率（図４では、説明の便宜上の例示として、充電率（ＳｏＣ）６０％）から第１の充電率まで定置型蓄電装置１４の充電率が低下することで、出入力一定域における出入力が０である所定の電圧範囲の下限の電圧値が、低電圧側にシフトするように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。

上記のようにしてドループ特性を有する参照関数が更新されることにより、外部の商用電力系統１００から供給される電力を利用しつつ、定置型蓄電装置１４の充電率をより適度な範囲に維持することができる。従って、電力ネットワーク１０の電力の急激な需給変動に対してより確実に優れた調整力を定置型蓄電装置１４に付与しつつ、電力システム１の電力効率をさらに向上させることができる。

図４では、第１の充電率から第２の充電率を超える所定の充電率（図４では、例示として、充電率（ＳｏＣ）４０％）まで定置型蓄電装置１４の充電率が低下することで、出入力一定域における出入力が０である所定の電圧範囲の下限の電圧値は変更されないように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。また、第１の充電率から第３の充電率未満の所定の充電率（図４では、例示として、充電率（ＳｏＣ）６０％）まで定置型蓄電装置１４の充電率が上昇することで、出入力一定域における出入力が０である所定の電圧範囲の上限の電圧値が変更されないように、ドループ特性を有する参照関数が更新される。

定置型蓄電装置１４の第１の充電率、第２の充電率及び第３の充電率の具体的数値の設定や定置型蓄電装置１４の充電率の判定、上記した各シフトの程度は、中央制御部１１０にて行うことができる。

なお、図３に示すように、電力システム１では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２以外の電力変換器である、ＡＣ／ＤＣ変換器１１、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６が備える一次制御の参照関数についても、二次制御にて総合的に判断して、ＡＣ／ＤＣ変換器１１、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６の各電力変換器が備える一次制御の参照関数を最適に更新する。

双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２を含めて、各電力変換器が備える一次制御の参照関数の更新には、例えば、ＡＩ（人工知能）等のコンピュータを使用することができる。

電力システム１では、中央制御部１１０は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２を含めて、複数の電力変換器（電力システム１では、ＡＣ／ＤＣ変換器１１、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６）を二次制御している。中央制御部１１０とＡＣ／ＤＣ変換器１１、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６の各電力変換器とは、通信手段を介して接続されている。従って、中央制御部１１０による二次制御は、集中制御の方式である。中央制御部１１０は、ＥＭＳである。なお、一次制御及び二次制御は、例えば、各電力変換器または中央制御部１１０において、プログラムがプロセッサに実行させる。

例えば、二次制御において、中央制御部１１０と各電力変換器との情報通信がＴＣＰ／ＩＰプロトコルに従う場合、関数の更新を行う指令信号のＩＰパケットのデータ部分に、関数情報が含まれる。関数情報は、例えば、ドループ特性を表す関数（ドループ関数）の境界の座標情報、ドループ関数の切片情報、傾き（すなわち垂下係数）の情報、形状（直線、曲線など）の情報である。関数情報には、出入力一定域の情報も含まれる。これらの情報は、例えば、Ｐ－Ｖ座標において規定された情報である。ＩＰパケットのデータ部分には、これらの情報のうち更新する対象となる情報がデータ列として含まれる。更新に使用される関数情報は中央制御部１１０の記憶部に記憶されており、制御部が適宜読み出して用いる。

電力システム１では、定置型蓄電装置１４等の機器の動作を参照関数に追従させる一次制御（ドループ制御）の制御周期と参照関数を更新する二次制御の制御周期は、異なっている。一次制御（ドループ制御）は、自端の電圧と自端の電力との関係が、所定の参照関数に追従するように定置型蓄電装置１４等の機器の動作を制御するので、一次制御の制御周期は、例えば、１秒以下である。一方で、二次制御は、電力システム１全体の総合的な電力需給状況に基づき、参照関数を最適に更新する制御なので、二次制御の制御周期は、例えば、数十分～数時間である。従って、二次制御の制御周期が、ドループ制御の制御周期よりも長い。

次に、集中制御として電力システムの制御方法の一例について、図５のシーケンス図を参照して説明する。

はじめに、ステップＳ２０１において、中央制御部１１０は、自装置のタイマーを発呼し、計時を開始する。つづいて、ステップＳ２０２において、中央制御部１１０は、各電力変換器に、自端計測情報を要求する。自端計測情報とは、電力システム１の電力状況に関する情報の一例であって、各電力変換器のセンサによって計測された計測値や、計測時刻を含む。

つづいて、ステップＳ２０３において、各電力変換器は、自端計測情報を中央制御部１１０に送信する。中央制御部１１０はそれぞれの自端計測情報を記憶部に記憶する。

つづいて、ステップＳ２０４において、中央制御部１１０は、電力システム１の電力状況に関する情報の一例として、外部サーバ２００に、電力システム１の運用に影響を及ぼす可能性のある各種情報を要求する。本例では、中央制御部１１０は外部サーバ２００に発電量・需要予測情報を要求する。発電量・需要予測情報は、電力システム１における発電量の予測情報や電力の需要予測情報を含み、例えば電力システム１が設置されている地域の季節や現在の天気、今後の天気予報などの情報を含んでもよい。また、外部サーバ２００が他の電力システムのＥＭＳとして機能する場合、当該他の電力システムの運用状態が、電力システム１の運用に影響を及ぼす可能性がある場合は、発電量・需要予測情報は、当該他の電力システムにおける発電量の予測情報や電力の需要予測情報を含むものでもよい。

つづいて、ステップＳ２０５において、外部サーバ２００は、中央制御部１１０に、発電量・需要予測情報を送信する。中央制御部１１０は発電量・需要予測情報を記憶部に記憶する。

つづいて、ステップＳ２０６において、中央制御部１１０の制御部は、送信されてきた各情報、すなわち電力システム１の電力状況に関する情報等を記憶部から読み出して、これに基づいて、電力システム１の運用最適化計算を実行する。

運用最適化計算は、様々な条件に適用するよう実行される。例えば、電力システム１が、ＤＣバス１９が所定の電圧の動作点となるように制御されているとする。この状態において、中央制御部１１０が、発電量・需要予測情報により、太陽光発電装置１５が設置された地域の今後の天気が晴天であって発電量が増加すると予想され、かつ太陽光発電装置１５に接続された第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６から取得した自端計測情報から、太陽光発電装置１５に電力供給の点で余裕があると判定したとする。この場合、中央制御部１１０は、当該動作点にて定置型蓄電装置１４が充電されるように、定置型蓄電装置１４に接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２の参照関数を更新すると判定する。また、中央制御部１１０は、当該更新と同時に、商用電力系統１００から電力供給されないように、ＡＣ／ＤＣ変換器１１の参照関数を更新すると判定する。なお、参照関数は更新ではなく切替でもよい。

また、運用最適化計算は、ピークカットや夜間電力の活用等、商用電力系統１００の契約電力を超えないようにする観点や電気料金の適正化の観点からも条件設定され、実行することもできる。

また、中央制御部１１０の記憶部は、学習済モデルを格納しており、中央制御部１１０は、運用最適化計算を学習済モデルを用いて実行してもよい。学習済モデルは、例えば、電力システム１の電力状況に関する情報とそれに対応する各電力変換器に対する参照関数の更新の結果とを教師データとして、ニューラルネットワークを用いた深層学習によって生成された学習済モデルを用いることができる。

つづいて、ステップＳ２０７において、中央制御部１１０は、各電力変換器のうち更新対象の電力変換器に、参照関数の更新指令を出力し、更新するステップを実行する。つづいて、ステップＳ２０８において、中央制御部１１０は、タイマーをリセットする。つづいて、各電力変換器は、ステップＳ２０９において、それぞれ自端制御を実行する。これらの自端制御は、電力システム１の電力状況を反映した自端制御であり、全ての電力変換器が協調制御されることとなる。

次に、本発明の電力変換器及び電力システムの他の実施形態について説明する。上記実施形態の電力変換器及び電力システムでは、参照関数が、自端の電圧の変化に応じて自端の電力の出入量を変化させるように構成されていたが、これに代えて、自端の電圧の変化に応じて自端の電流の出入量を変化させるように構成されていてもよい。

また、自端の電圧と自端の電力との関係を、所定の特性を備えた参照関数に追従させる方式としては、例えば、電力変換器が自端の電圧を観測して参照関数から目標値の電力を設定し、電力を目標値の電力へ追従させていく方式でもよく、電力変換器が自端の電力を観測して参照関数から目標値の電圧を設定し、電圧を目標値の電圧へ追従させていく方式でもよい。

上記実施形態の電力システムでは、定置型蓄電装置が接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器以外の他の電力変換器も、他の電力変換器の計測した電圧に応じて他の電力変換器に接続された機器を自端制御する際の目標値を生成する参照関数に追随するように、機器の動作を制御していたが、定置型蓄電装置が接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器以外の他の電力変換器による制御は、参照関数に基づいた制御でなくてもよい。

また、上記実施形態の電力システムでは、中央制御部を、別途、設け、中央制御部が二次制御を集中して実施していたが、これに代えて、複数の電力変換器のうちの少なくとも１つが、複数の電力変換器を制御する中央制御部としての機能を備えるように構成されていてもよい。

また、上記実施形態の電力システムでは、定置型蓄電装置の電池状態として、充電率の変化に基づいて参照関数が更新されていたが、これに代えて、劣化状態の変化、Ｃレートの変化に基づいて参照関数が更新されてもよい。

本発明の電力変換器及び電力システムは、電力の急激な需給変動に対して優れた調整力と電力効率を付与できるので、地産地消の電力ネットワークを有するＤＣグリッドの分野で利用価値が高い。

１ 電力システム
１０ 電力ネットワーク
１１ ＡＣ／ＤＣ変換器
１２ 双方向ＤＣ／ＤＣ変換器
１３ 第１のＤＣ／ＤＣ変換器
１４ 定置型蓄電装置
１５ 太陽光発電装置
１６ 第２のＤＣ／ＤＣ変換器
１７ ＥＶ充電器
１９ ＤＣバス
１００ 商用電力系統
１１０ 中央制御部

Claims (27)

1. 蓄電装置と電気的に接続された電力変換器であり、
   前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した自端の電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照し、
   前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有し、
   前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新され、
   前記自端の電圧と前記参照関数とに基づいて前記蓄電装置を制御し、
   前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化であり、
   前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である
   電力変換器。
2. 前記蓄電装置が、定置型蓄電装置であり、
   前記電力変換器の制御部が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記定置型蓄電装置を自端制御する際の目標値を生成する、前記参照関数に基づいた制御を実行し、
   前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって前記定置型蓄電装置の出入力が一定値を維持する出入力一定域を有し、
   前記定置型蓄電装置の電池状態に基づいて、前記出入力一定域を有する参照関数が更新される請求項１に記載の電力変換器。
3. 前記蓄電装置の充電率の低下によって前記蓄電装置の充電率が前記第１の充電率よりも低い第２の充電率以下に低下することで、前記出入力一定域が、前記蓄電装置へ充電電流が供給される入力域へシフトし、前記蓄電装置の充電率の上昇によって前記蓄電装置の充電率が前記第１の充電率よりも高い第３の充電率以上に上昇することで、前記出入力一定域が、前記蓄電装置が放電する出力域へシフトするように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される請求項１または２に記載の電力変換器。
4. 前記第１の充電率から前記第２の充電率を超える所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が低下することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の上限の電圧値が、低電圧側にシフトし、前記第１の充電率から前記第３の充電率未満の所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が上昇することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の下限の電圧値が、高電圧側にシフトするように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される請求項３に記載の電力変換器。
5. 前記第１の充電率から前記第２の充電率を超える所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が低下することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の下限の電圧値が変更されず、前記第１の充電率から前記第３の充電率未満の所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が上昇することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の上限の電圧値が変更されないように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される請求項４に記載の電力変換器。
6. 前記ドループ特性を有する参照関数を更新する二次制御が、中央制御部の指令に基づいて実施される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力変換器。
7. 前記電力変換器の制御部は、前記参照関数に基づいた制御を、前記中央制御部の指令を介さずに、前記蓄電装置の自端の電圧に基づいて実施する請求項６に記載の電力変換器。
8. 前記二次制御の制御周期が、前記参照関数に基づいた制御の制御周期よりも長い請求項６または７に記載の電力変換器。
9. 前記ドループ特性を有する参照関数が、電圧の変化に応じて電力または電流の出入量を変化させるように構成されている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電力変換器。
10. ＤＣ／ＤＣ変換器である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電力変換器。
11. 電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された定置型蓄電装置とを備えた電力要素が設けられ、
    前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した自端の電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照する制御部を備えた電力システムであり、
    前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有し、前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新され、
    前記電力変換器が、前記自端の電圧と前記参照関数とに基づいて前記蓄電装置を制御し、
    前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化であり、
    前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である
    電力システム。
12. 前記蓄電装置が、定置型蓄電装置であり、
    前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記定置型蓄電装置を自端制御する際の目標値を生成する前記参照関数に基づいた制御を実行する制御部を備えた電力システムであり、
    前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって前記定置型蓄電装置の出入力が一定値を維持する出入力一定域を有し、
    前記定置型蓄電装置の電池状態に基づいて、前記出入力一定域を有する参照関数が更新される請求項１１に記載の電力システム。
13. 前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化である請求項１１または１２に記載の電力システム。
14. 前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である請求項１３に記載の電力システム。
15. 前記蓄電装置の充電率の低下によって前記蓄電装置の充電率が前記第１の充電率よりも低い第２の充電率以下に低下することで、前記出入力一定域が、前記蓄電装置へ充電電流が供給される入力域へシフトし、前記蓄電装置の充電率の上昇によって前記蓄電装置の充電率が前記第１の充電率よりも高い第３の充電率以上に上昇することで、前記出入力一定域が、前記蓄電装置が放電する出力域へシフトするように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される請求項１４に記載の電力システム。
16. 前記第１の充電率から前記第２の充電率を超える所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が低下することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の上限の電圧値が、低電圧側にシフトし、前記第１の充電率から前記第３の充電率未満の所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が上昇することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の下限の電圧値が、高電圧側にシフトするように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される請求項１５に記載の電力システム。
17. 前記第１の充電率から前記第２の充電率を超える所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が低下することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の下限の電圧値が変更されず、前記第１の充電率から前記第３の充電率未満の所定の充電率まで前記蓄電装置の充電率が上昇することで、前記出入力一定域における出入力が０である前記所定の電圧範囲の上限の電圧値が変更されないように、前記ドループ特性を有する参照関数が更新される請求項１６に記載の電力システム。
18. 前記電力システムが、前記電力変換器を制御する中央制御部をさらに有し、前記ドループ特性を有する参照関数を更新する二次制御が、前記中央制御部の指令に基づいて実施される請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の電力システム。
19. 前記制御部は、前記参照関数に基づいた制御を、前記中央制御部の指令を介さずに、前記蓄電装置の自端の電圧に基づいて実施する請求項１８に記載の電力システム。
20. 前記二次制御の制御周期が、前記参照関数に基づいた制御の制御周期よりも長い請求項１８または１９に記載の電力システム。
21. 前記ドループ特性を有する参照関数が、電圧の変化に応じて電力または電流の出入量を変化させるように構成されている請求項１１乃至２０のいずれか１項に記載の電力システム。
22. 前記電力要素が電気的に接続される線路が、ＤＣバスである請求項１１乃至２１のいずれか１項に記載の電力システム。
23. 蓄電装置と電気的に接続された電力変換器の制御方法であって、
    前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した自端の電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
    前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
    前記自端の電圧と前記参照関数とに基づいて前記蓄電装置を制御するステップと、
    を備え、
    前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有し、
    前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化であり、
    前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である
    電力変換器の制御方法。
24. 電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された定置型蓄電装置とを備えた電力要素が設けられた電力システムの制御方法であって、
    前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した自端の電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
    前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
    前記自端の電圧と前記参照関数とに基づいて前記蓄電装置を制御するステップと、
    を備え、
    前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有し、
    前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化であり、
    前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である
    電力システムの制御方法。
25. 電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された定置型蓄電装置とを備えた電力要素が設けられ、前記電力変換器及び電力の需要情報を保有する外部サーバと情報通信可能な中央制御装置を備える電力システムの制御方法であって、
    前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した自端の電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
    前記外部サーバから前記需要情報を取得するステップと、
    前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
    前記自端の電圧と前記参照関数とに基づいて前記蓄電装置を制御するステップと、
    を備え、
    前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有し、
    前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化であり、
    前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である
    電力システムの制御方法。
26. プロセッサに、
    蓄電装置と電気的に接続された電力変換器の制御方法を実行させるプログラムであって、
    前記電力変換器の計測した自端の電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
    前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
    前記自端の電圧と前記参照関数とに基づいて前記蓄電装置を制御するステップと、
    を備え、
    前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有し、
    前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化であり、
    前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である
    プログラム。
27. プロセッサに、
    電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された定置型蓄電装置とを備えた電力要素が設けられた電力システムの制御方法を実行させるプログラムであって、
    前記電力変換器が、前記電力変換器の計測した自端の電圧に応じて、前記蓄電装置の出力目標として、制御目標関数であるドループ特性を有する参照関数を参照するステップと、
    前記蓄電装置の電池状態に基づいて、前記参照関数が更新されるステップと、
    前記自端の電圧と前記参照関数とに基づいて前記蓄電装置を制御するステップと、
    を備え、
    前記参照関数が、所定の電圧範囲にわたって出入力一定域を有し、
    前記蓄電装置の電池状態の変化が、充電率の変化、劣化状態の変化またはＣレートの変化であり、
    前記蓄電装置の充電率が第１の充電率にて、出入力一定域における出入力が０である
    プログラム。

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