WO2022004611A1

WO2022004611A1 - 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

Info

Publication number: WO2022004611A1
Application number: PCT/JP2021/024228
Authority: WO
Inventors: 真寛力宗; 飛鳥阿部
Original assignee: 古河電気工業株式会社
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2022-01-06
Also published as: US20230114812A1; EP4175106A1; JPWO2022004611A1; CN115917903A

Abstract

交流の商用電力系統に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられ、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機器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て一次制御を実行する制御部を備えた電力システムであり、前記電力システムが、複数の前記電力要素の電力状況に応じて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の機能を有し、前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる。

Description

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

　本発明は、電力変換器の計測した電圧・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制御される機器を複数備えた電力システムに関し、特に、それぞれの機器が、自端の電圧・電流に基づいて参照関数に追随するように制御される一次制御と、参照関数を更新する二次制御にて階層制御され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、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、上記各機器に接続された電力変換器が、中央制御部の指示に基づいて、上記各機器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。また、上記集中制御方法は、特に、広範囲にわたって複数箇所で定電圧制御を行うと、電圧制御が不安定化して、ＤＣバスの電圧の振動等の可能性があった。また、複数箇所での定電圧制御では、各機器の電力融通の負荷分担ができない、すなわち、各機器の電力供給能力に応じて各機器が協調してＤＣバスへ定電圧にて電力を供給することができないという問題があった。

　そこで、各機器に自端の電力（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各機器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にて、各機器が自律分散的に制御されることで、ＤＣグリッドを制御することも行われている（特許文献１、特許文献２）。各機器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各機器の電力融通の負荷分担を実施しつつ、ＤＣバスの電圧を安定化できる。

特許第６３７１６０３号公報国際公開第２０１９／１０３０５９号

　しかし、特許文献１、特許文献２のような従来のドループ制御では、ドループ特性を持たせた参照関数は各機器の自端情報に基づいて自律分散的に更新される。従って、従来のドループ制御では、各機器の自律分散的な制御と参照関数の更新が階層構造とはなっておらず、ＤＣグリット全体に効率よく必要な電力を供給する点で改善の必要性があった。

　上記事情から、本発明は、時間とともに変動する電力ネットワーク全体の必要電力量を各機器の制御に正確に反映させることで電力ネットワーク全体の制御を改善し、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電力変換器、及び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］交流の商用電力系統に電気的に接続され、且つ電力の入力及び／または電力の出力が可能な機器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機器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て前記機器の一次制御を実行する制御部を備え、
　前記電力変換器が、さらに、前記電力変換器が備えられた電力システムの電力状況に応じて前記ドループ特性を有する参照関数が更新される二次制御にて制御され、
　前記一次制御の制御周期が前記二次制御の制御周期と異なる電力変換器。
　［２］前記電力システムが、複数の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［１］に記載の電力変換器。
　［３］前記一次制御が、複数の前記電力変換器を制御する中央制御部の指令を介さずに、前記機器の自端の電圧に基づいて実施される［１］または［２］に記載の電力変換器。
　［４］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［３］のいずれか１つに記載の電力変換器。
　［５］前記二次制御が、前記機器の電力が一定となるように実施される前記ドループ特性を有する参照関数の更新を含む［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の電力変換器。
　［６］前記一次制御が、前記機器の自端の電圧に基づいて実施され、前記二次制御が、前記電力変換器に接続された線路から放電される放電量と前記線路が受電する受電量との関係に基づいて制御される［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の電力変換器。
　［７］前記二次制御の制御周期が、前記一次制御の制御周期よりも長い［１］乃至［６］のいずれか１つに記載の電力変換器。
　［８］ＤＣ／ＤＣ変換器である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の電力変換器。
　［９］前記中央制御部に代えて、複数の前記電力変換器のうちの少なくとも１つが、複数の前記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る［２］に記載の電力変換器。
　［１０］交流の商用電力系統に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられ、
　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機器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て一次制御を実行する制御部を備えた電力システムであり、
　前記電力システムが、複数の前記電力要素の電力状況に応じて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の機能を有し、
　前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる電力システム。
　［１１］前記電力システムが、複数の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［１０］に記載の電力システム。
　［１２］前記一次制御が、複数の前記電力変換器を制御する中央制御部の指令を介さずに、前記機器の自端の電圧に基づいて実施される［１０］または［１１］に記載の電力システム。
　［１３］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［１０］乃至［１２］のいずれか１つに記載の電力システム。
　［１４］前記二次制御が、前記電力要素の機器の電力が一定となるように実施される前記ドループ特性を有する参照関数の更新を含む［１０］乃至［１３］のいずれか１つに記載の電力システム。
　［１５］前記一次制御が、それぞれの前記機器の自端の電圧に基づいて実施され、前記二次制御が、複数の前記電力要素が電気的に接続される線路から放電される放電量と前記線路が受電する受電量との関係に基づいて制御される［１０］乃至［１４］のいずれか１つに記載の電力システム。
　［１６］前記二次制御の制御周期が、前記一次制御の制御周期よりも長い［１０］乃至［１５］のいずれか１つに記載の電力システム。
　［１７］複数の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［１０］乃至［１６］のいずれか１つに記載の電力システム。
　［１８］前記中央制御部に代えて、複数の前記電力変換器のうちの少なくとも１つが、複数の前記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る［１１］に記載の電力システム。
　［１９］交流の商用電力系統に電気的に接続され、且つ電力の入力及び／または電力の出力が可能な機器と電気的に接続された電力変換器の制御方法であって、
　前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記機器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て前記機器を制御する一次制御のステップと、
　前記電力変換器が、さらに、前記電力変換器が備えられた電力システムの電力状況に応じて前記ドループ特性を有する参照関数が更新される二次制御にて制御されるステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期が前記二次制御の制御周期と異なる
　電力変換器の制御方法。
　［２０］交流の商用電力系統に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられた、電力システムの制御方法であって、
　前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記機器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一次制御を実行するステップと、
　複数の前記電力要素の電力状況に応じて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を実行するステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる
　電力システムの制御方法。
　［２１］交流の商用電力系統に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられ、前記複数の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、
　前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記機器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一次制御を実行するステップと、
　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、
　複数の前記電力要素の電力状況と前記需要情報とに応じて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を実行するステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる
　電力システムの制御方法。
　［２２］プロセッサに、
　交流の商用電力系統に電気的に接続され、且つ電力の入力及び／または電力の出力が可能な機器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電圧に応じて前記機器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て前記機器を制御する一次制御のステップと、
　前記電力変換器が、さらに、前記電力変換器が備えられた電力システムの電力状況に応じて前記ドループ特性を有する参照関数が更新される二次制御にて制御されるステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期が前記二次制御の制御周期と異なる
　プログラム。
　［２３］プロセッサに、
　交流の商用電力系統に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられた、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、
　前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記機器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一次制御を実行するステップと、
　複数の前記電力要素の電力状況に応じて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を実行するステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる
　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前記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ドループ特性を有する参照関数に基づいた一次制御の機能と、複数の前記電力要素の電力状況に応じて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の機能と、を有し、前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる階層制御を有することにより、時間とともに変動する電力ネットワーク全体の必要電力量を各機器の制御に正確に反映させることで電力ネットワーク全体の制御を改善し、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。また、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、複数の前記電力要素の電力状況に応じて前記ドループ特性を更新する二次制御の機能をさらに備えることにより、複数の電力要素の電力状況に応じて、ピークカットや夜間電力の活用等、電力ネットワーク全体の制御を柔軟化することができる。

　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、電力システムが、複数の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ことにより、時間とともに変動する電力ネットワーク全体の必要電力量を各機器の制御にさらに正確に反映させることができるので、電力ネットワーク全体の制御をより確実に改善することができる。

　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、二次制御が、電力要素の機器の電力が一定となるように実施されることにより、電力システムの電力供給量に余裕がある場合に、電力システムを構成する定置型蓄電装置等の充放電機器の充電率を上昇させることができる。また、二次制御が、電力要素の機器の電力が一定となるように実施されることにより、電力システムに要求される電力供給量が商用電力系統の契約電力を超える場合に、商用電力系統の電力のピークカットを実施して、商用電力系統から電力システムへ供給される電力が契約電力を超えることを防止できる。

　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、二次制御が、複数の電力要素が電気的に接続される線路から放電される放電量と前記線路が受電する受電量との関係に基づいて制御されることにより、時間とともに変動する電力ネットワーク全体の必要電力量を各機器の制御にさらに正確に反映させることができるので、電力ネットワーク全体の制御をより確実に改善することができる。

　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、二次制御の制御周期が一次制御の制御周期よりも長いことにより、複数の電力要素の電力の使用状況に応じて、ピークカットや夜間電力の活用等、電力ネットワーク全体の制御をより柔軟に改善することができる。

　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、時間とともに変動する電力ネットワーク全体の必要電力量を各機器の制御に正確に反映させることで電力ネットワーク全体の制御を改善し、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。

図１は、本発明の第１実施形態である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、本発明の第１実施形態である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の説明図である。図３は、本発明の第１実施形態である電力システムに用いられる機器に付与されたドループ特性が更新される様子を示す説明図である。図４は、本発明の第１実施形態である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の更新例を示す説明図である。図５は、本発明の第２実施形態である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６は、本発明の第２実施形態である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の第１更新例を示す説明図である。図７は、本発明の第２実施形態である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の第２更新例を示す説明図である。図８は、本発明の第３実施形態である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９は、本発明の第３実施形態である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定置型蓄電装置に付与されたドループ特性の第１更新例を示す説明図である。図１０は、本発明の第３実施形態である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定置型蓄電装置に付与されたドループ特性の第２更新例を示す説明図である。図１１は、図１０のドループ特性の第２更新例におけるローパスフィルタのカットオフ周波数の説明図である。図１２は、本発明の電力システムの制御モード判定のフローチャート図である。図１３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。

　＜第１実施形態＞
　まず、本発明の電力システムの実施形態例として、第１実施形態に係る電力システムについて説明する。なお、図１は、本発明の第１実施形態である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、本発明の第１実施形態である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の説明図である。図３は、本発明の第１実施形態である電力システムに用いられる機器に付与されたドループ特性が更新される様子を示す説明図である。図４は、本発明の第１実施形態である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の更新例を示す説明図である。

　図１に示すように、第１実施形態に係る電力システム１を構成する電力ネットワーク１０は、交流の商用電力系統１００に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられている。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、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。このように、機器は、電力変換器と電気的に接続された、電力の入力及び／または電力の出力が可能な要素である。

　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。

　電力システム１では、電力変換器が、前記電力変換器の計測した電圧（自端の電圧）に応じて前記機器を制御する、いわゆる自端制御する際の目標値を生成するドループ特性を有する参照関数に追随するように制御する一次制御の機能を有している。たとえば、一次制御は、各電力変換器の制御部によって実行される。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。

　すなわち、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。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）特性を有する参照関数を維持するように制御する機能を有している。

　具体的には、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、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ドループ特性を有する関数にて一次制御する。一方で、電力需要の少ない準平常運転ゾーンと過渡運転ゾーン（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）では、商用電力系統１００からの電力供給を遮断し、また、電力需要の多い準平常運転ゾーンと過渡運転ゾーン（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、デッドゾーン（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関数を維持するように制御する機能を有している。

　具体的には、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、電力需要の多い過渡運転ゾーンでは、出力の制御を実施し、電力需要の多い準平常運転ゾーン、平常運転ゾーン及び電力需要の少ない準平常運転ゾーンと過渡運転ゾーンでは、出力制御を実施しない。

　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ＤＣバス１９から入出力される電力（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制御する一次制御の機能を備えている。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ＤＣバス１９から入出力される電力（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を維持するように制御する機能を有している。

　具体的には、図２に示すように、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、平常運転ゾーンでは、充放電がないようにデッドゾーンを設け、電力需要の多い準平常運転ゾーンでドループ特性を最大とするドループ特性を有する参照関数にて放電を実施するように一次制御する。また、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、電力需要の少ない準平常運転ゾーンでドループ特性を最大とするドループ特性を有する参照関数にて充電を実施するように一次制御する。

　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関数を維持するように制御する機能を有している。

　具体的には、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、電力需要の少ない過渡運転ゾーンでは出力制御を実施し、それ以外の運転ゾーンでは、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（Ｖ）の変化に応じて、定置型蓄電装置１４等の各機器の電力（Ｐ）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が構成されている。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、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実施されている。

　電力システム１では、さらに、複数の電力要素の電力状況に応じて上記したドループ特性を有する参照関数を更新する二次制御の機能を有している。二次制御は、複数の電力要素が電気的に接続される線路（ＤＣバス１９）から放電される放電量と前記線路（ＤＣバス１９）が受電する受電量との関係に基づいた制御である。すなわち、二次制御は、所定の電力変換器の備えた一次制御の関数が、自端の電力状況だけでなく、電力システム１を構成する他の電力変換器の電力状況も反映させて更新される制御である。

　図３に示すように、電力システム１では、二次制御にて、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の各電力変換器が備える一次制御の関数について、総合的に判断して、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の各電力変換器が備える一次制御の関数を更新する。各電力変換器が備える一次制御の関数の更新には、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。

　また、電力システム１では、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）を制御する中央制御部１１０をさらに有し、中央制御部１１０の指令に基づいて二次制御が実施される。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、二次制御は、集中制御の方式で制御されている。

　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。

　上記から、電力システム１では、分散制御の方式である一次制御と集中制御の方式である二次制御とからなる階層制御を有している。一次制御は、中央制御部１１０の指令を介さずに、定置型蓄電装置１４等の各機器の自端の電圧に基づいて実施される。一方、二次制御は、例えば電力システム１全体の総合的な状況に基づく制御であり、一次制御よりも上位の階層の制御と言える。中央制御部１１０は、ＥＭＳである。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。

　具体的には、例えば、電力システム１の二次制御では、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の所定のドループ特性を有する参照関数が、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２の電力状況だけではなく、中央制御部１１０からの指示により、他の電力変換器（ＡＣ／ＤＣ変換器１１、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１３、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６）の電力状況も反映させて、所定の制御周期にて、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２の参照関数を更新する。より具体的には、例えば、今後の天気が晴天であり太陽光発電装置（ＰＶ）１５の発電量が増加すると予想され、且つ第２のＤＣ／ＤＣ変換器１６が制御する太陽光発電装置（ＰＶ）１５の一次制御の関数に電力供給の点で余裕があると、中央制御部１１０によって判断された場合には、平常運転ゾーンでも定置型蓄電装置１４を充電するドループ特性を有するように、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２の参照関数を更新する。さらに、上記のように、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２の参照関数を更新しつつ、平常運転ゾーンで商用電力系統１００からの電力供給を遮断し、また、電力需要の多い準平常運転ゾーンでドループ特性を有するように、商用電力系統１００と接続されたＡＣ／ＤＣ変換器１１の参照関数を更新する。

　また、二次制御は、電力要素の機器の電力が一定となるように、ドループ特性を有する参照の更新を行ってもよい。

　例えば、図４に示すように、定置型蓄電装置１４の充電状態を整備するために定置型蓄電装置１４を充電する場合には、定置型蓄電装置１４の充電率を上昇させるために、二次制御にて、平常運転ゾーンと準平常運転ゾーンでは、定置型蓄電装置１４への充電電流の電力値が一定の値となるように、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２の一次制御の関数が更新される。このとき、太陽光発電装置（ＰＶ）１５の発電量が余剰である場合には、定置型蓄電装置１４の充電状態を整備するために、太陽光発電装置（ＰＶ）１５から定置型蓄電装置１４へ充電電流が供給されてもよい。

　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。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。

　なお、図４に示すように、電力システム１の運転電圧範囲を維持するために、急激な電圧変動が起こった場合には、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、最大放電制御または最大充電制御を実施する。

　電力システム１では、一次制御の制御周期と二次制御の制御周期は、異なっている。一次制御は、自端の電圧とＤＣバス１９へ出力する電力との関係が、所定のドループ特性を有する参照関数を維持するように制御するので、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、各電力変換器が備える一次制御の関数を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は、一次制御の制御周期よりも長い。

　電力システム１によれば、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の各電力変換器の計測した電圧に応じて前記各電力変換器に接続された機器（それぞれ、商用電力系統１００，定置型蓄電装置１４、ＥＶ充電器１７、太陽光発電装置（ＰＶ）１５）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追随するように制御する一次制御の機能と、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の各電力要素の電力状況に応じて、電力システム１全体の総合的な電力需給状況を反映させて、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の機能と、を有し、一次制御の制御周期と二次制御の制御周期が異なる階層制御を有することにより、時間とともに変動する電力ネットワーク１０全体の必要電力量を各機器の制御に正確に反映させることで電力ネットワーク１０全体の制御を改善し、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。

　また、電力システム１によれば、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がそれぞれ計測する各電力要素の電力状況に応じてドループ特性を有する参照関数を更新する二次制御の機能をさらに備えることにより、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の各電力要素の電力状況に応じて、ピークカットや夜間電力の活用等、電力ネットワーク１０全体の制御を柔軟化することができる。

　また、電力システム１によれば、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の各電力変換器を制御する中央制御部１１０を、さらに有し、二次制御が、中央制御部１１０の指令に基づいて実施されることにより、時間とともに変動する電力ネットワーク１０全体の必要電力量を各機器の制御にさらに正確に反映させることができるので、電力ネットワーク１０全体の制御をより確実に改善することができる。

　また、電力システム１によれば、二次制御が、ＤＣバス１９から放電される放電量とＤＣバス１９が受電する受電量との関係に基づいて制御されることにより、時間とともに変動する電力ネットワーク１０全体の必要電力量を各機器の制御にさらに正確に反映させることができるので、電力ネットワーク１０全体の制御をより確実に改善することができる。

　また、電力システム１によれば、二次制御が、電力要素の機器の電力が一定となるように実施されることにより、電力システム１の電力供給量に余裕がある場合に、電力システム１を構成する定置型蓄電装置１４等の充放電機器の充電率を上昇させることができる。また、二次制御が、電力要素の機器の電力が一定となるように実施されることにより、電力システム１に要求される電力供給量が商用電力系統１００の契約電力を超える場合に、商用電力系統１００の電力のピークカットを実施して、商用電力系統１００から電力システム１の電力ネットワーク１０へ供給される電力が契約電力を超えることを防止できる。

　また、電力システム１によれば、二次制御の制御周期が一次制御の制御周期よりも長いことにより、複数の電力要素の電力の使用状況に応じて、ピークカットや夜間電力の活用等、電力ネットワーク１０全体の制御をより柔軟に改善することができる。

　＜第２実施形態＞
　次に、本発明の電力システムの実施形態例として、第２実施形態に係る電力システムについて説明する。第２実施形態に係る電力システムは上記した第１実施形態に係る電力システムと主要な構成要素は共通しているので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図５は、本発明の第２実施形態である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６は、本発明の第２実施形態である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の第１更新例を示す説明図である。図７は、本発明の第２実施形態である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の第２更新例を示す説明図である。

　図５に示すように、第２実施形態に係る電力システム２では、電力ネットワーク２０に、負荷として、さらに、一般住宅１２０が商用電力系統１００と接続されている。一般負荷である一般住宅１２０の電力需要が小さい場合には、第２実施形態の電力システム２の電力需給のバランスは、第１実施形態の電力システム１における電力需給のバランスとほぼ同様となる。従って、電力システム２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の各電力変換器の一次制御に用いるドループ特性を有する関数は、一般住宅１２０が商用電力系統１００と接続されていない第１実施形態の電力システム１とほぼ同じドループ特性を有する関数を用いることができる。なお、図５では、中央制御部１１０、外部サーバ２００、ネットワークＮＷなどの記載は省略している。

　また、電力システム２では、一般負荷である一般住宅１２０の電力需要が小さい状態で維持されている場合には、図６に示すように、二次制御では、それまでの電力システム１とほぼ同じドループ特性を有する関数を基本にして、ドループ特性を有する関数を更新する。

　一方で、図７に示すように、一般負荷である一般住宅１２０の電力需要が大きくなった場合には、商用電力系統１００の契約電力を超えてしまうことを防止するために、すなわち、商用電力系統１００からの電力供給をピークカットするために、二次制御にて、ＡＣ／ＤＣ変換器１１から商用電力系統１００へ電力を出力するように、ドループ特性を有する関数を更新する。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１１は、ＤＣバス１９から商用電力系統１００へ出力される電力値が一定の値となるように、二次制御にてＡＣ／ＤＣ変換器１１の一次制御の関数が更新される。

　なお、図７に示すように、電力システム２の運転電圧範囲を維持するために、ＤＣバス１９に急激な電圧低下が起こった場合には、ＡＣ／ＤＣ変換器１１は、ＤＣバス１９の電圧低下を抑制するために、商用電力系統１００からＤＣバス１９へ電力を供給して、ＤＣバス１９の電圧維持制御を実施する。

　＜第３実施形態＞
　次に、本発明の電力システムの実施形態例として、第３実施形態に係る電力システムについて説明する。第３実施形態に係る電力システムは上記した第１実施形態に係る電力システムと主要な構成要素は共通しているので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図８は、本発明の第３実施形態である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９は、本発明の第３実施形態である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定置型蓄電装置に付与されたドループ特性の第１更新例を示す説明図である。図１０は、本発明の第３実施形態である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定置型蓄電装置に付与されたドループ特性の第２更新例を示す説明図である。図１１は、図１０のドループ特性の第２更新例におけるローパスフィルタのカットオフ周波数の説明図である。

　第１実施形態に係る電力システム１では、定置型蓄電装置１４は１系統であったが、これに代えて、図８に示すように、第３実施形態に係る電力システム３では、電力ネットワーク３０を構成する定置型蓄電装置１４として、２系統の定置型蓄電装置１４が設けられている。すなわち、定置型蓄電装置１４は、第１の定置型蓄電装置１４－１（図９では、「定置型蓄電装置１」と表記）と第２の定置型蓄電装置１４－２（図９では、「定置型蓄電装置２」と表記）とを備えている。

　また、電力システム３では、２系統の定置型蓄電装置１４が設けられていることに対応して、電力ネットワーク３０は、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第１の定置型蓄電装置１４－１の充電電圧に変換して出力する双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２－１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第２の定置型蓄電装置１４－２の充電電圧に変換して出力する双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２－２と、を備えている。なお、図８では、中央制御部１１０、外部サーバ２００、ネットワークＮＷなどの記載は省略している。

　電力システム３では、第１の定置型蓄電装置１４－１と第２の定置型蓄電装置１４－２の充放電特性等の相違から、第１の定置型蓄電装置１４－１の充電率（ＳｏＣ）と第２の定置型蓄電装置１４－２の充電率（ＳｏＣ）とが、大きく異なってしまう状態が生じる場合がある。この場合、図９に示すように、二次制御によるドループ特性を有する参照関数の更新では、充電率の高い定置型蓄電装置１４（図９では、定置型蓄電装置１）の参照関数の切片を、図２に示す電力システム１の参照関数よりも上方にシフトさせる。充電率の高い定置型蓄電装置１４では、参照関数の切片を上方にシフトさせる更新を実施することより、平常運転ゾーン及び電力需要の多い準平常運転ゾーンにおいて、より放電しやすくなる。

　一方で、図９に示すように、二次制御によるドループ特性を有する参照関数の更新では、充電率の低い定置型蓄電装置１４（図９では、定置型蓄電装置２）の参照関数の切片を、図２に示す電力システム１の参照関数よりも下方にシフトさせる。充電率の低い定置型蓄電装置１４では、参照関数の切片を下方にシフトさせる更新を実施することより、電力需要の多い準平常運転ゾーンにおいても、より充電しやすくなる。

　上記のように、第１の定置型蓄電装置１４－１の充電率と第２の定置型蓄電装置１４－２の充電率とが、大きく異なってしまう状態が生じても、二次制御により、第１の定置型蓄電装置１４－１と第２の定置型蓄電装置１４－２に関するドループ特性を有する参照関数を、それぞれ、更新することで、第１の定置型蓄電装置１４－１の充電率と第２の定置型蓄電装置１４－２の充電率が平準化されていく。従って、複数系統の定置型蓄電装置１４が設けられていても、定置型蓄電装置１４全体の充放電効率を向上させることができる。

　また、第１の定置型蓄電装置１４－１の電池特性と第２の定置型蓄電装置１４－２の電池特性が相違する（例えば、定置型蓄電装置１４に搭載される蓄電池の種類が相違する）場合には、例えば、定置型蓄電装置１４から出力される電力の周波数を分担するような構成とすることができる。

　例えば、図１０に示すように、第１の定置型蓄電装置１４－１が、充放電の応答性を示すＣレートが高いが値段も高いリチウムイオン二次電池（図１０では、定置型蓄電装置（Ｌｉ））を搭載し、第２の定置型蓄電装置１４－２が、Ｃレートが低いが値段も安い鉛蓄電池（図１０では、定置型蓄電装置（Ｐｂ））を搭載する場合、電力システム３の二次制御では、それまでの電力システム１と同じドループ特性を有する関数を基本にして、ドループ特性を有する関数を更新する。従って、第１の定置型蓄電装置１４－１と第２の定置型蓄電装置１４－２は、ほぼ同じドループ特性を有する関数となっている。

　一方で、図１１に示すように、二次制御にてドループ特性を有する関数を更新するにあたり、例えば、Ｃレートが高い第１の定置型蓄電装置１４－１（図１１では、定置型蓄電装置（Ｌｉ））では、第１の定置型蓄電装置１４－１に接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２－１が一次制御にて電圧と電力の観測値をフィードバックする際に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）はカットオフ周波数を大きい値に設計される。これに対し、Ｃレートが低い第２の定置型蓄電装置１４－２（図１１では、定置型蓄電装置（Ｐｂ））では、第２の定置型蓄電装置１４－２に接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２－２が一次制御にて電圧と電力の観測値をフィードバックする際に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）はカットオフ周波数を小さい値に設計される。

　このように、定置型蓄電装置１４の蓄電池の特性に応じて、カットオフ周波数の設定値を変えることで、定置型蓄電装置１４から出力される電力の周波数を分担することができる。

　次に、二次制御モードの判定チャートについて説明する。図１２は、本発明の電力システムの制御モード判定のフローチャート図である。

　図１２に示すように、手動入力による指示や予め設定されていた定置型蓄電装置１４の蓄電池のメンテナイス計画等により、別の制御部（図示せず）から計画運転指示があるか否かを中央制御部１１０の判定部が判定する。中央制御部１１０の判定部が、計画運転指示があると判定した場合には、中央制御部１１０は、二次制御として計画運転制御を実施する。

　一方で、中央制御部１１０の判定部が、計画運転指示がないと判定した場合には、判定部は、上記別の制御部（図示せず）から電力要素の機器の電力を一定とする指示があるか否かを判定する。電力要素の機器の電力を一定とする指示としては、例えば、商用電力系統１００のＡＣ／ＤＣ変換器１１によるピークカット制御、太陽光発電装置（ＰＶ）１５の余剰電力等を活用した定置型蓄電装置１４に搭載された蓄電池の充電率上昇等が挙げられる。上記別の制御部（図示せず）から電力要素の機器の電力を一定とする指示がある場合には、中央制御部１１０は、二次制御として、電力要素の機器の電力を一定とするように、対象となる電力要素の参照関数が更新される。上記別の制御部（図示せず）から電力要素の機器の電力を一定とする指示がない場合には、中央制御部１１０は、平常モードにて参照関数を更新する。

　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１３のシーケンス図を参照して説明する。なお、当該制御方法は、電力システム１を参照して説明するが、上記の他の電力システムに対しても実施可能である。

　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切替や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、本発明の電力システムの他の実施形態について説明する。上記各実施形態の電力システムでは、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、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、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。

　また、上記各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。

　本発明の電力システムは、時間とともに変動する電力ネットワーク全体の必要電力量を各機器の制御に正確に反映させることで電力ネットワーク全体の制御を改善し、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、２、３　　　　　　　　電力システム
　１０，２０、３０　　　　　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

　交流の商用電力系統に電気的に接続され、且つ電力の入力及び／または電力の出力が可能な機器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機器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て前記機器の一次制御を実行する制御部を備え、
　前記電力変換器が、さらに、前記電力変換器が備えられた電力システムの電力状況に応じて前記ドループ特性を有する参照関数が更新される二次制御にて制御され、
　前記一次制御の制御周期が前記二次制御の制御周期と異なる電力変換器。
　前記電力システムが、複数の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１に記載の電力変換器。
　前記一次制御が、複数の前記電力変換器を制御する中央制御部の指令を介さずに、前記機器の自端の電圧に基づいて実施される請求項１または２に記載の電力変換器。
　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３のいずれか１項に記載の電力変換器。
　前記二次制御が、前記機器の電力が一定となるように実施される前記ドループ特性を有する参照関数の更新を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力変換器。
　前記一次制御が、前記機器の自端の電圧に基づいて実施され、前記二次制御が、前記電力変換器に接続された線路から放電される放電量と前記線路が受電する受電量との関係に基づいて制御される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力変換器。
　前記二次制御の制御周期が、前記一次制御の制御周期よりも長い請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力変換器。
　ＤＣ／ＤＣ変換器である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電力変換器。
　前記中央制御部に代えて、複数の前記電力変換器のうちの少なくとも１つが、複数の前記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る請求項２に記載の電力変換器。
　交流の商用電力系統に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられ、
　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機器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て一次制御を実行する制御部を備えた電力システムであり、
　前記電力システムが、複数の前記電力要素の電力状況に応じて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の機能を有し、
　前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる電力システム。
　前記電力システムが、複数の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１０に記載の電力システム。
　前記一次制御が、複数の前記電力変換器を制御する中央制御部の指令を介さずに、前記機器の自端の電圧に基づいて実施される請求項１０または１１に記載の電力システム。
　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１０乃至１２のいずれか１項に記載の電力システム。
　前記二次制御が、前記電力要素の機器の電力が一定となるように実施される前記ドループ特性を有する参照関数の更新を含む請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の電力システム。
　前記一次制御が、それぞれの前記機器の自端の電圧に基づいて実施され、前記二次制御が、複数の前記電力要素が電気的に接続される線路から放電される放電量と前記線路が受電する受電量との関係に基づいて制御される請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の電力システム。
　前記二次制御の制御周期が、前記一次制御の制御周期よりも長い請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の電力システム。
　複数の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１０乃至１６のいずれか１項に記載の電力システム。
　前記中央制御部に代えて、複数の前記電力変換器のうちの少なくとも１つが、複数の前記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る請求項１１に記載の電力システム。
　交流の商用電力系統に電気的に接続され、且つ電力の入力及び／または電力の出力が可能な機器と電気的に接続された電力変換器の制御方法であって、
　前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記機器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て前記機器を制御する一次制御のステップと、
　前記電力変換器が、さらに、前記電力変換器が備えられた電力システムの電力状況に応じて前記ドループ特性を有する参照関数が更新される二次制御にて制御されるステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期が前記二次制御の制御周期と異なる
　電力変換器の制御方法。
　交流の商用電力系統に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられた、電力システムの制御方法であって、
　前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記機器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一次制御を実行するステップと、
　複数の前記電力要素の電力状況に応じて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を実行するステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる
　電力システムの制御方法。
　交流の商用電力系統に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられ、前記複数の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、
　前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記機器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一次制御を実行するステップと、
　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、
　複数の前記電力要素の電力状況と前記需要情報とに応じて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を実行するステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる
　電力システムの制御方法。
　プロセッサに、
　交流の商用電力系統に電気的に接続され、且つ電力の入力及び／または電力の出力が可能な機器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電圧に応じて前記機器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て前記機器を制御する一次制御のステップと、
　前記電力変換器が、さらに、前記電力変換器が備えられた電力システムの電力状況に応じて前記ドループ特性を有する参照関数が更新される二次制御にて制御されるステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期が前記二次制御の制御周期と異なる
　プログラム。
　プロセッサに、
　交流の商用電力系統に電気的に接続された電力変換器と前記電力変換器と電気的に接続された機器とを備えた電力要素が、複数設けられた、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、
　前記電力変換器の計測した電圧に応じて前記機器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一次制御を実行するステップと、
　複数の前記電力要素の電力状況に応じて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を実行するステップと、
　を備え、
　前記一次制御の制御周期と前記二次制御の制御周期が異なる
　プログラム。