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技術 電力需給システム

出願人 株式会社日立パワーソリューションズ
発明者 玉腰武司田中信太朗木村守井出一正石川正樹
出願日 2018年10月22日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2018-198188
公開日 2020年4月30日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-068544
状態 拒絶査定
技術分野 交流の給配電 給配電網の遠方監視・制御
主要キーワード メンテナンス交換 DC電力供給装置 優先順位設定ステップ 段運転 用途変更 DC供給 新マスター ディーゼル発電設備
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

柔軟な電力の供給を実現する電力需給システムを提供する。

解決手段

DC電力供給装置3と、DC/ACコンバータ5と、DC/DCコンバータ4と、一方がDC/ACコンバータ5に接続され、他方がAC電力を需給するAC機器が接続されるAC機器接続部JAと、一方がDC/DCコンバータ4に接続され、他方がDC電力を需給するDC機器が接続されるDC機器接続部JDと、を有する複数の電力需給設備Eと、電力需給設備E内に配置された電力合成分配装置2と、電力合成/分配装置2、DC/ACコンバータ5およびDC/DCコンバータ4を制御す制御装置1と、を備える。電力系統と電力をやりとりする系統連系時には、制御装置1が、DC/ACコンバータ5からマスターを少なくとも1台選出し、マスターのDC/ACコンバータ5を直流電圧制御し、残りのDC/ACコンバータ5およびDC/DCコンバータ4を有効電力制御する。

概要

背景

再生可能エネルギ電力安定供給を目的とした電力補償設備、非常時の自家発電設備などを用途として内燃機関による発電装置(以下、内燃機関発電装置)の設置が拡大している。さらに、管理された地域への電力供給を目的として、内燃機関発電装置等の交流(AC)電力供給装置だけではなく直流(DC)電力供給装置のニーズはますます高まるものと予想される。
そのため、様々なDC電力供給装置発電設備運転制御方法、およびそれらに関連する電力需給システムが用いられている。

例えば、特許文献1の[要約]には、「[課題]電力を安定的に供給可能な発電設備の運転制御方法を提供する。[解決手段]複数の発電手段の運転状態相関がある指標値に基づいて複数の発電手段の各々について優先順位を設定する優先順位設定ステップと、発電設備の総発電量目標値に基づいて発電手段の運転台数を決定する運転台数決定ステップと、複数の発電手段のうち、優先順位に基づいて運転台数分だけ稼働させるように、必要に応じて発電手段の起動又は停止を行う発電手段運転ステップと、所定期間の発電計画パターンから算出される、発電設備における所定期間内での目標発電量及び予定変化量がそれぞれ閾値Ptgt_th以上及び閾値Cth以下である時刻を、前回の優先順位に替えて、新たな優先順位を優先順位設定ステップにより設定する優先順位入替時刻として決定する入替時刻決定ステップと、を備える。」と記載され、発電設備の運転制御方法が開示されている。

概要

柔軟な電力の供給を実現する電力需給システムを提供する。DC電力供給装置3と、DC/ACコンバータ5と、DC/DCコンバータ4と、一方がDC/ACコンバータ5に接続され、他方がAC電力を需給するAC機器が接続されるAC機器接続部JAと、一方がDC/DCコンバータ4に接続され、他方がDC電力を需給するDC機器が接続されるDC機器接続部JDと、を有する複数の電力需給設備Eと、電力需給設備E内に配置された電力合成分配装置2と、電力合成/分配装置2、DC/ACコンバータ5およびDC/DCコンバータ4を制御す制御装置1と、を備える。電力系統と電力をやりとりする系統連系時には、制御装置1が、DC/ACコンバータ5からマスターを少なくとも1台選出し、マスターのDC/ACコンバータ5を直流電圧制御し、残りのDC/ACコンバータ5およびDC/DCコンバータ4を有効電力制御する。

目的

例えば、特許文献1の[要約]には、「[課題]電力を安定的に供給可能な発電設備の運転制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

DC電力の供給を行う少なくとも1つ以上のDC電力供給装置と、電力合成分配装置に接続される少なくとも1つ以上のDC/ACコンバータと、前記電力合成/分配装置に接続される少なくとも1つ以上のDC/DCコンバータと、一方が前記DC/ACコンバータに接続され、他方がAC電力需給するAC機器が接続されるAC機器接続部と、一方が前記DC/DCコンバータに接続され、他方がDC電力を需給するDC機器が接続されるDC機器接続部と、を有する複数の電力需給設備と、前記電力需給設備内に配置され、前記DC電力供給装置から供給されるDC電力の合成と分配を行う少なくとも1つ以上の前記電力合成/分配装置と、前記電力合成/分配装置、前記DC/ACコンバータおよび前記DC/DCコンバータを制御することで、DC電力の合成と、それぞれの前記AC機器接続部および前記DC機器接続部への電力の供給および分配を行う制御装置と、を備え、電力系統と電力をやりとりする系統連系時には、前記制御装置が、前記電力合成/分配装置ごとに、前記DC/ACコンバータからマスターを少なくとも1台選出し、前記マスターのDC/ACコンバータを直流電圧制御し、残りの前記DC/ACコンバータおよび前記DC/DCコンバータを有効電力制御する、ことを特徴とする電力需給システム

請求項2

請求項1において、前記制御装置は、前記系統連系時にマスターとして選出されたDC/ACコンバータの中から、さらにリーダーを選出し、前記AC機器接続部の交流電圧制御を行う、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項3

請求項1において、電力系統と電力をやりとりしない自立運転時には、前記制御装置が、前記DC電力供給装置からマスターを選出して、直流電圧制御によって前記電力合成/分配装置のDCバスDC電圧を安定化させ、残りの前記DC電力供給装置を有効電力制御する、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項4

請求項3において、前記制御装置は、前記自立運転時にマスターとして選出されたDC電力供給装置の中から、さらにリーダーを選出して、定電圧定周波数制御によって前記AC機器接続部の交流電圧を制御する、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項5

請求項1において、前記制御装置は、前記電力合成/分配装置に接続される電力需給設備の追加、削除または前記電力需給設備が有するDC電力供給装置、DC/DCコンバータ、DC/ACコンバータの追加、削除に伴い、前記DC機器が停止する際に、前記電力需給設備が、前記電力合成/分配装置のDC電圧を制御するマスターの場合、または自立運転時の前記AC機器接続部の電圧を制御するマスターの場合には、他の前記電力需給設備から新たなマスターを選出する処理をする、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項6

請求項1において、前記DC電力供給装置は、AC/DCコンバータを備えた内燃機関発電装置であって、前記AC/DCコンバータを介して前記電力合成/分配装置と接続され、前記制御装置は、前記内燃機関発電装置の起動および停止制御と、前記AC/DCコンバータの電力変換に関する制御を行う、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項7

請求項6において、前記制御装置は、前記DC機器から電力供給の要求があった場合、起動中の前記DC電力供給装置があって要求される電力を提供可能であれば供給し、起動中の前記DC電力供給装置が無い場合、または起動中の前記DC電力供給装置が他の前記DC機器に電力供給中である場合には、新たな前記DC機器への電力供給を一時停止する、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項8

請求項7において、前記制御装置は、前記DC機器への電力供給の一時停止中に、停止中の前記DC電力供給装置がある場合には起動し、起動可能な前記DC電力供給装置が無い場合には、他の前記DC機器へ電力供給中の前記DC電力供給装置が、前記DC機器に電力供給可能となるまで、前記DC機器への電力供給は引き続き一時停止する、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項9

電力合成/分配装置に接続される少なくとも1つ以上のDC/ACコンバータと、前記電力合成/分配装置に接続される少なくとも1つ以上の第1DC/DCコンバータと、一方が前記DC/ACコンバータに接続され、他方がAC電力を需給するAC機器が接続されるAC機器接続部と、一方が前記第1DC/DCコンバータに接続され、他方がDC電力を需給するDC機器が接続されるDC機器接続部と、を有する複数の電力需給設備を備え、前記電力需給設備内に配置され、DC電力供給装置から供給されるDC電力の合成と分配を行う少なくとも1つ以上の前記電力合成/分配装置を備え、一部の前記電力需給設備は、前記電力合成/分配装置に接続され、前記DC電力の供給を行う少なくとも1つ以上の前記DC電力供給装置、をさらに備え、前記DC電力供給装置が接続されている電力合成/分配装置と、前記DC電力供給装置が接続されていない電力合成/分配装置との間を接続する第2DC/DCコンバータと、前記電力合成/分配装置、前記DC/ACコンバータ、前記第1DC/DCコンバータおよび前記第2DC/DCコンバータを制御することで、DC電力の合成と、それぞれの前記AC機器接続部および前記DC機器接続部への電力の供給および分配を行う制御装置を備える、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項10

請求項9において、前記第2DC/DCコンバータは、直流電圧制御によって、前記DC電力供給装置が接続されていない電力合成/分配装置のDCバスのDC電圧を安定化させる、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項11

請求項10において、電力系統と電力をやりとりする系統連系時には、前記制御装置が、DC電力供給装置が接続された前記電力合成/分配装置ごとに、前記DC/ACコンバータからマスターを少なくとも1台選出し、前記マスターのDC/ACコンバータを直流電圧制御することによって前記電力合成/分配装置のDCバスのDC電圧を安定化させる、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項12

請求項11において、前記制御装置は、前記系統連系時にマスターとして選出されたDC/ACコンバータの中から、さらにリーダーを選出し、前記AC機器接続部の交流電圧制御を行う、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項13

請求項10において、電力系統と電力をやりとりしない自立運転時には、前記制御装置が、前記DC電力供給装置からマスターを選出して、直流電圧制御によって前記電力合成/分配装置のDCバスのDC電圧を安定化させ、残りの前記DC電力供給装置を有効電力制御する、ことを特徴とする電力需給システム。

請求項14

請求項13において、前記制御装置は、前記自立運転時にマスターとして選出されたDC電力供給装置の中から、さらにリーダーを選出して、定電圧定周波数制御によって前記AC機器接続部の交流電圧を制御する、ことを特徴とする電力需給システム。

技術分野

0001

本発明は、電力需給システムに関する。

背景技術

0002

再生可能エネルギ電力安定供給を目的とした電力補償設備、非常時の自家発電設備などを用途として内燃機関による発電装置(以下、内燃機関発電装置)の設置が拡大している。さらに、管理された地域への電力供給を目的として、内燃機関発電装置等の交流(AC)電力供給装置だけではなく直流(DC)電力供給装置のニーズはますます高まるものと予想される。
そのため、様々なDC電力供給装置発電設備運転制御方法、およびそれらに関連する電力需給システムが用いられている。

0003

例えば、特許文献1の[要約]には、「[課題]電力を安定的に供給可能な発電設備の運転制御方法を提供する。[解決手段]複数の発電手段の運転状態相関がある指標値に基づいて複数の発電手段の各々について優先順位を設定する優先順位設定ステップと、発電設備の総発電量目標値に基づいて発電手段の運転台数を決定する運転台数決定ステップと、複数の発電手段のうち、優先順位に基づいて運転台数分だけ稼働させるように、必要に応じて発電手段の起動又は停止を行う発電手段運転ステップと、所定期間の発電計画パターンから算出される、発電設備における所定期間内での目標発電量及び予定変化量がそれぞれ閾値Ptgt_th以上及び閾値Cth以下である時刻を、前回の優先順位に替えて、新たな優先順位を優先順位設定ステップにより設定する優先順位入替時刻として決定する入替時刻決定ステップと、を備える。」と記載され、発電設備の運転制御方法が開示されている。

先行技術

0004

特開2016−82740号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、これまでのDC電力供給装置は、単一の用途のために設置されるものであった。そのため、ある用途のために設置したDC電力供給装置を他の用途に使用するときは、その用途に応じた電圧レベル拡張するために、機器との接続、系統との接続などを見直す必要があるという課題(問題)がある。
特に、大出力を確保するために、複数のDC電力供給装置を並列接続する構成で、用途変更しようとすると、さらに煩雑な作業が必要となってしまう。

0006

例えば、特許文献1に記載の技術では、ガスエンジン発電設備および/またはディーゼル発電設備のみを電力供給に使用することを目的として構成されている。そのため、特許文献1に記載の技術は、ある用途のために設置したら、その用途のみに継続して使用するだけのシステムとなり、柔軟な電力の供給を実現することが困難である。

0007

本発明は、前記した課題に鑑みて創案されたものであって、柔軟な電力の供給を実現する電力需給システムを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0008

前記課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の電力需給システムは、DC電力の供給を行う少なくとも1つ以上のDC電力供給装置と、電力合成分配装置に接続される少なくとも1つ以上のDC/ACコンバータと、前記電力合成/分配装置に接続される少なくとも1つ以上のDC/DCコンバータと、一方が前記DC/ACコンバータに接続され、他方がAC電力を需給するAC機器が接続されるAC機器接続部と、一方が前記DC/DCコンバータに接続され、他方がDC電力を需給するDC機器が接続されるDC機器接続部と、を有する複数の電力需給設備と、前記電力需給設備内に配置され、前記DC電力供給装置から供給されるDC電力の合成と分配を行う少なくとも1つ以上の前記電力合成/分配装置と、前記電力合成/分配装置、前記DC/ACコンバータおよび前記DC/DCコンバータを制御することで、DC電力の合成と、それぞれの前記AC機器接続部および前記DC機器接続部への電力の供給および分配を行う制御装置と、を備え、電力系統と電力をやりとりする系統連系時には、前記制御装置が、前記電力合成/分配装置ごとに、前記DC/ACコンバータからマスターを少なくとも1台選出し、前記マスターのDC/ACコンバータを直流電圧制御し、残りの前記DC/ACコンバータおよび前記DC/DCコンバータを有効電力制御することを特徴とする。

0009

また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。

発明の効果

0010

本発明によれば、異なる電圧レベルに拡張できるので、柔軟な電力の供給を実現することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の第1実施形態に係る電力需給システムの第1の構成例を示す図であり、また電力需給システムと電力系統側および需要家側の各負荷との接続関連の一例を示す図である。
本発明の第1実施形態に係る制御装置の詳細な構成例を示す図である。
本発明の第1実施形態に係る電力需給システムの制御装置による第1の制御パターン例の一覧を示す図である。
本発明の第1実施形態に係る電力需給システムの構成例と、系統連系時における制御パターン例を示す図である。
本発明の第1実施形態に係る電力需給システムの構成例と、自立運転時における制御パターン例を示す図である。
本発明の第2実施形態に係る電力需給システムの第2の構成例を示す図であり、また電力需給システムと電力系統側および需要家側の各負荷との接続関連の一例を示す図である。
本発明の第2実施形態に係る電力需給システムの構成例と、系統連系時における制御パターン例を示す図である。
本発明の第2実施形態に係る電力需給システムの構成例と、自立運転時における制御パターン例を示す図である。
本発明の変形例に係る電力需給システムの構成例と、系統連系時における制御パターン例を示す図である。
本発明の変形例に係る電力需給システムにおいて、系統連系時にリーダー選出、制御する動作例を示すフローチャートである。
本発明の変形例に係る電力需給システムにおいて、自立運転時にリーダーを選出、制御する動作例を示すフローチャートである。

実施例

0012

以下、本発明を実施するための形態(以下においては「実施形態」と表記する)を、適宜、図面を参照して説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

0013

[第1実施形態:電力需給システム]
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力需給システムの第1の構成例を示す図であり、また電力需給システムと電力系統(商用電力系統)側および需要家側の各負荷との接続関連の一例を示す図である。
図1において、電力系統(L)側と、需要家側の需要家負荷Dおよび電力需給システムZとの間には、開閉器(スイッチ)SW1,SW2,SW3が備えられている。
開閉器SW1,SW2,SW3がすべて閉(オン:ON)の場合には、電力系統(L)側から需要家側に電力が供給される。この場合を「系統連系時」と表記する。なお、系統連系時においても、電力需給システムZにおける電力需給設備E(E1〜En)に備えられたDC電力供給装置3は、一般的には稼働している。
また、開閉器SW3が開(オフ:OFF)の場合には、電力系統(L)側から需要家側に電力が供給されることはない。このときには、電力需給システムZが生成する電力によって、需要家負荷(車両Vの蓄電装置Fを含む)に電力を供給する。この場合を「自立運転時」と表記する。

0014

<電力需給システムZの構成>
図1において、電力需給システムZは、制御装置1と、電力合成/分配装置2と、n(nは正の整数)台の電力需給設備E(E1〜En)とを備えている。なお、台数nは1台でもよい。
また、電力需給システムZにおけるそれぞれの電力需給設備E1〜Enは、電気自動車や、プラグインハイブリッド車等の外部からの電力を蓄電可能な蓄電装置Fを搭載した車両Vに接続されている。

0015

《制御装置1》
制御装置1は、後記する電力需給設備E(E1〜En)を制御する。
ここで、電力系統Lの電力(系統電力)が変動したり、需要家負荷Dの消費電力(必要電力)が変動したりすることが予想されることがある。このような場合には、前記の変動の予想値が制御装置1の入力装置114を介して、制御装置1に入力される。制御装置1の処理部100は、予想値を基に、電力系統Lや、需要家負荷Dに供給する電力を再演算する。
なお、制御装置1の詳細については、後記する。

0016

《電力合成/分配装置2》
電力合成/分配装置2は、後記する各DC電力供給装置3から供給されるDC電力を合成する。そして、電力合成/分配装置2は、それぞれのDC/DCコンバータ接続部J21を介してDC/DCコンバータ4や、それぞれのDC/ACコンバータ接続部J11を介してDC/ACコンバータ5へ、合成したDC電力を配分する。なお、各電力合成/分配装置2は、図示しないDC電力ラインを有している。

0017

《電力需給設備E1〜En》
電力需給設備E1〜Enには、それぞれ電力合成/分配装置2が配置されている。また、それぞれの電力需給設備E1〜Enは、DC電力供給装置3、DC/DCコンバータ4、DC/ACコンバータ5、DC機器接続部JD、AC機器接続部JAを有している。これらは各電力需給設備E(E1〜En)に対して1つの場合もあれば、複数あってもよい。

0018

また、各電力需給設備E(E1〜En)には、DC電力供給装置接続部J41、DC/ACコンバータ接続部J11,J12、DC/DCコンバータ接続部J21,J22、AC接続部J31が備えられている。
これらの接続部(J41,J11,J12,J21,J22,J31)は、コネクタとしての機能を有している。例えば、DC/ACコンバータ接続部J11,J12は、DC/ACコンバータ5を交換する際に、取り外すことを可能とするためのコネクタ(接続部)である。同様に、接続部(J41,J21,J22,J31)も関連する機器を交換する際にコネクタとして用いる。
また、DC機器接続部JDとAC機器接続部JAは、開閉器(スイッチ)としての機能を有している。

0019

DC電力供給装置3は、DC電力を発生可能な発電装置である。例えば、内燃機関発電装置である場合には、内燃機関、ジェネレータ装置、AC/DCコンバータ等を備える。すなわち、内燃機関で熱エネルギを発生し、ジェネレータ装置で熱エネルギを交流電力(AC電力)に変換し、AC/DCコンバータでAC電力をDC電力(直流電力)に変換して出力する。
DC電力供給装置3としての内燃機関発電装置は、例えば、ディーゼルエンジン発電装置ガスタービンエンジン発電装置等である。
なお、DC電力供給装置3(内燃機関発電装置等)は、DC電力供給装置接続部J41によって電力合成/分配装置2に接続している。

0020

DC/DCコンバータ4は、一方をDC/DCコンバータ接続部J21を介して電力合成/分配装置2に接続され、他方をDC/DCコンバータ接続部J22とDC機器接続部JDとを介して車両V(電気自動車等)に搭載された蓄電装置Fに接続されている。
DC/DCコンバータ4は、電力合成/分配装置2から配分された電力の電圧を、車両V(蓄電装置F)の充電電圧等に変換する。
蓄電装置Fへの充電方法定電流定電圧充電であれば、DC/DCコンバータ4は所定の充電電圧になるまでは定電流となるよう電力を変換する。
なお、DC/DCコンバータ4の電流は、電力合成/分配装置2において、蓄電装置Fの定格値を超えないように予め制御されている。そして、充電電圧が所定の電圧になると、DC/DCコンバータ4は、充電電圧が定電圧となるように電力を変換する。

0021

DC/ACコンバータ5は、一方をDC/ACコンバータ接続部J11を介して電力合成/分配装置2に接続されている。また、DC/ACコンバータ5は、交流側(他方)がDC/ACコンバータ接続部J12とAC機器接続部JAと、AC接続部J31とを介して電力系統Lへ接続されている。
DC/ACコンバータ5は、電力合成/分配装置2から送られた直流電力を、需要家負荷Dや電力系統Lへの交流電力(例えば、100V、50Hz)に変換する。
この際、電力需給設備E(E1〜En)のそれぞれのDC/ACコンバータ5は、生成する交流電圧位相が揃うよう交流電力を生成することが望ましい。生成する交流電圧の位相は、制御装置1からの制御情報に基づいて行われる。
例えば、DC/ACコンバータ5が、PWM制御(Pulse Width Modulation:パルス幅制御)によるインバータ直流交流変換)回路を有する場合、制御情報は、図示しないスイッチング素子(例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))をオンとするパルスデューティーである。

0022

なお、前記したように、DC機器接続部JDには、車両V(蓄電装置F)が接続されている。ただし、車両V(蓄電装置F)の代わりに、直流電力を需要とする他のDC機器が接続されてもよい。
また、AC機器接続部JAには、開閉器SW1、SW2を介して、需要家負荷Dが接続されている。さらに、開閉器SW1と開閉器SW3とを介して、電力系統Lが接続されている。

0023

なお、蓄電装置Fや、需要家負荷D、電力系統LのようにDC/DCコンバータ4や、DC/ACコンバータ5に接続されているものを単に「機器」と、適宜、称する。
また、前記の「機器」のおける蓄電装置FのようにDC電力を需給して、DC/DCコンバータ4に接続されるものを「DC機器」と、適宜、称する。
また、前記の「機器」のおける需要家負荷Dや電力系統LのようにAC電力を需給して、DC/ACコンバータ5に接続されるものを「AC機器」と、適宜、称する。

0024

また、それぞれの電力需給設備E1〜Enは、AC機器接続部JAからAC電力のみを供給するAC供給モード、DC機器接続部JDからDC電力のみを供給するDC供給モードがあり、それぞれを選択可能である。
さらに、それぞれの電力需給設備E1〜Enは、AC機器接続部JAからAC電力を供給するとともに、DC機器接続部JDからDC電力を供給することもできる。すなわち、AC供給モードとDC供給モードの選択すること、および組み合わせて供給することも可能である。
このようにAC供給モードとDC供給モードとを選択して動作することで、必要のない機器への電力供給を防止することができる。

0025

なお、電力需給設備E、あるいは電力需給設備Eが有するDC電力供給装置3、DC/DCコンバータ4、DC/ACコンバータ5の新規追加、入替、削除は状況に応じて可能である。したがって、既存設備電源容量を柔軟に拡張、変更できる。

0026

《制御装置1の概略の構成》
図1において、制御装置1は、処理部100と、入力装置114と、通信装置116とを備える。
後記するように、電力系統Lにおける系統電力変動の情報や、需要家側の負荷電力変動の情報を含む電力関連情報が制御装置1の入力装置114に送られる。入力装置114は、それらの情報を処理部100に入力する。
処理部100は、入力装置114に入力された前記の系統電力変動や負荷電力変動の情報に基づいて、電力需給設備E1〜Enを制御する信号を生成し、通信装置116に生成された信号を送る。
通信装置116は、処理部100から送られた信号に基づき、電力需給設備E1〜Enの各構成要素を制御する信号を出力する。

0027

なお、入力装置114に入力する電力関連情報には、前記した電力系統Lにおける系統電力変動の情報や、需要家側の負荷電力変動の情報以外にも、需要家負荷Dや車両Vの蓄電装置Fの台数や電圧などの接続機器情報や、後記する機器制御指令やマスター選出情報などが含まれている。

0028

《制御装置1の詳細な構成と機能・動作》
図2は、本発明の第1実施形態に係る制御装置1の詳細な構成例を示す図である。なお、制御装置1は、PC(Personal Computer)や、PLC(Programmable Logic Controller)等を備えて構成される。
図2において、制御装置1は、主記憶装置記憶装置)111、CPU(Central Processing Unit)112、HD(Hard Disk)等の補助記憶装置(記憶装置)113を備える。さらに、制御装置1は、キーボード等の入力装置114、ディスプレイ等の表示装置115、NIC(Network Interface Card)等の通信装置116を備える。

0029

主記憶装置111は、処理部100を備えて構成されている。また、処理部100は、マスター選出処理部101とスケジュール処理部102とを有している。
主記憶装置111には、補助記憶装置113に格納されているプログラムがロードされている。
そして、ロードされたプログラムがCPU112によって実行されることで、処理部100、および処理部100に含まれるマスター選出処理部101、スケジュール処理部102の機能が具現化される。
マスター選出処理部101のマスター選出処理、およびスケジュール処理部102の機器更新に関するスケジュール情報処理については、順次、後記する。

0030

補助記憶装置113には、登録情報131が格納されている。
登録情報131には、電力合成/分配装置2(図1)に接続可能なDC電力供給装置3(例えば内燃機関発電装置、蓄電装置F:図1)や機器(DC機器、AC機器等)の情報が、DC電力供給装置3や機器(DC機器、AC機器等)の識別情報対応付けられて、予め格納されている。
具体的には、前記したDC電力供給装置3や機器(DC機器、AC機器等)のそれぞれの定格出力等である。
また、機器が定電流定電圧充電式の蓄電装置Fである場合、登録情報131には、定電流値定電圧値定電圧充電切り替える充電電圧値、定電圧充電を終了する電流値等が蓄電装置Fの識別情報と対応付けて格納されている。
このような登録情報131を有することで、制御装置1は、電力需給システムZを集中制御することができて、制御の管理が容易となる。

0031

<マスター選出処理に関する制御>
次に、DC電力供給装置3、DC/ACコンバータ5などのDC機器のマスター選出処理に関する制御について説明する。

0032

本発明の第1実施形態では、複数の電力需給設備E1〜Enがあり、DC/ACコンバータ5はAC機器接続部JAを介して電力系統と接続されている。
また、DC電力供給装置3は、DC電力供給装置接続部J41を介して電力合成/分配装置2に接続している。
以上の構成を基に、マスター選出処理に関する制御を説明する。

0033

図3は、本発明の第1実施形態に係る電力需給システムZの制御装置1による制御パターン例の一覧を示す図である。制御パターン(制御方法)は、電力需給設備Eがマスターかスレーブかによって異なる。また、制御パターンは、系統連系(系統連系時)か自立運転(自立運転時)かによって異なる。また、制御パターンは、DC/ACコンバータ5かDC電力供給装置3かによって異なる。
図3において、制御パターンの上段には、電力需給設備Eが「マスター」か、「スレーブ」か、記載されている。「制御対象」と記載した縦の欄には、制御対象となる「DC/ACコンバータ」、「DC電力供給装置」、「DC/DCコンバータ」が記載されている。
制御対象の右側の欄には、複数の制御方法に対する制御対象の台数が記載されている。
さらに、台数の右側の二つの欄には、「系統連系」と「自立運転」におけるそれぞれの制御方法が記載されている。

0034

図3の制御パターンにおいて、各電力需給設備E(E1〜En)に対して、電力需給設備E1がマスターに1台選出される。そして他(他の台数)の電力需給設備E2〜Enは、スレーブとなる。

0035

さらに、各電力需給設備E(E1〜En)に対して、「DC/ACコンバータ」と「DC電力供給装置」のマスターがそれぞれ1台ずつ選出される。そして他(他の台数)の「DC/ACコンバータ」と「DC電力供給装置」は、スレーブとなる。

0036

まず、図3において、マスターに選出された電力需給設備E1の「系統連系」ついて説明する。
マスターであるDC/ACコンバータは、直流側が「DC−AVR(DC-Automatic Voltage Regulator):直流電圧制御」で制御される。また、マスターであるDC/ACコンバータは、交流側が「AC−AVR(AC-Automatic Voltage Regulator):交流電圧制御」で制御される。
また、他(他の台数)のDC/ACコンバータは、スレーブであって、すべて「APR(Automatic Active Power Regulator):有効電力制御」で制御される。
また、マスターであるDC電力供給装置は、「APR」で制御される。また、他のDC電力供給装置も、「APR」で制御される。
DC/DCコンバータは、全台すべてが、「APR」で制御される。

0037

次に、図3において、スレーブとなる他の電力需給設備E2〜Enの「系統連系」について説明する。
マスターであるDC/ACコンバータは、「DC−AVR」で制御される。
他の点、マスターに選出された電力需給設備E1の「系統連系」と同様のため、説明を省略する。

0038

次に、図3において、マスターに選出された電力需給設備E1の「自立運転」について説明する。
マスターであるDC/ACコンバータは、「CVCF(Constant Voltage Constant Frequency):定電圧定周波数制御」で制御される。
また、他(他の台数)のDC/ACコンバータは、スレーブであって、すべて「APR」で制御される。
また、マスターであるDC電力供給装置は、「DC−AVR」で制御される。また、他のDC電力供給装置は、「APR」で制御される。
DC/DCコンバータは、全台すべてが、「APR」で制御される。

0039

次に、図3において、スレーブとなる他の電力需給設備E2〜Enの「自立運転」について説明する。
マスターであるDC/ACコンバータは、「APR」で制御される。
他の点、マスターに選出された電力需給設備E1の「自立運転」と同様のため、説明を省略する。

0040

なお、このDC/DCコンバータ4の動作については、前記したが、DC/DCコンバータ4における「APR」の実体について説明するために以下に再記する。
すなわち、DC/DCコンバータ4は、配分された電力の電圧を、接続されている車両V(蓄電装置F)の充電電圧に変換する。蓄電装置Fへの充電方法が定電流定電圧充電である場合には、DC/DCコンバータ4は、所定の充電電圧になるまでは定電流となるように電力を変換する。なお、電力合成/分配装置2において、電流は蓄電装置Fの定格値を超えないように予め制御されている。そして、充電電圧が所定の電圧になると、DC/DCコンバータ4は、充電電圧が定電圧となるように電力を変換する。
以上の動作による制御が、DC/DCコンバータ4における「APR」である。

0041

なお、「APR」は、前記したように、有効電力制御の意味であるが、DC/DCコンバータ4やDC/ACコンバータ5やDC電力供給装置3における「APR」の実際の動作は様々である。

0042

以上の制御パターンがあるが、次に系統連系時における制御パターン例(図4)と、自立運転時におる制御パターン例(図5)について順に説明する。

0043

《系統連系時》
図4は、本発明の第1実施形態に係る電力需給システムZの構成例と、系統連系時における制御パターン例を示す図である。なお、本来はn台(nは正の整数)の電力需給設備E1〜Enを対象としているが、図4においては、便宜上、電力需給設備Eが2台の場合の例について図示している。
図4において、2台の電力需給設備Eが配置されている。電力需給設備E1にはDC電力供給装置3が2台、電力需給設備E2にはDC電力供給装置3が1台配置されている。
また、各電力需給設備E(E1〜En)には、1台の電力合成/分配装置2が配置され、DC電力供給装置3と接続されている。
また、電力需給設備E1には、1台のDC/ACコンバータ5と2台のDC/DCコンバータ4が配置され、電力合成/分配装置2にそれぞれ接続されている。電力需給設備E2には、DC/ACコンバータ5とDC/DCコンバータ4が1台ずつ配置され、電力合成/分配装置2にそれぞれ接続されている。
また、各電力需給設備E(E1〜En)に備えられたDC/ACコンバータ5は、需要家負荷Dと電力系統Lに接続されている。また、DC/DCコンバータ4は、それぞれ車両Vの蓄電装置Fに接続されている。

0044

図4においては、DC/ACコンバータ5はマスター1台のみで、スレーブのDC/ACコンバータ(5,S)が無い例を説明している。
なお、図4において、符号(#,M)は、マスター(M)で動作、制御されることを意味する。

0045

図4における各機器は、次に示すような制御のもとに動作する。
各電力需給設備E(E1〜En)において、DC電力供給装置3は、それぞれ有効電力制御(APR)で動作する。
各電力需給設備E(E1〜En)において、DC/DCコンバータ4は、それぞれ有効電力制御(APR)で動作する。
マスターに選出された電力需給設備(E1,M)においては、マスターのDC/ACコンバータ(5,M)は、直流側が直流電圧制御(DC−AVR)で動作し、交流側が交流電圧制御(AC−AVR)で動作する。
スレーブとなる電力需給設備(E2,S)においては、マスターのDC/ACコンバータ(5,M)は、直流電圧制御(DC−AVR)で動作する。

0046

《系統連系時の電力需給設備(DC/ACコンバータ)のマスター選出》
系統連系に対してAC電力を需給する場合は、制御装置1は、各電力需給設備E(E1〜En)において、DC/ACコンバータ5の中から、少なくとも1台以上をマスターに選出する。
図4では、電力需給設備E1およびE2において、それぞれ1台のDC/ACコンバータ5から符号Mを付記したDC/ACコンバータ5(5,M)をマスターに選出している。

0047

制御装置1は、マスターに選出されたDC/ACコンバータ(5,M)に出力電圧目標値を送信し、スレーブとなったDC/ACコンバータ(5,S)に出力電力(あるいは出力電流)目標値を送信する。

0048

マスターに選出されたDC/ACコンバータ(5,M)は、制御装置1から受信した出力電力目標値に従って、電力合成/分配装置2の直流側のDC電圧を直流電圧制御(DC−AVR)によって安定化させる。
すなわち、電力合成/分配装置2の直流側の共通幹線直流母線DCバス)におけるDCバス電圧が安定化するように、マスターに選出されたDC/ACコンバータ(5,M)が制御装置1の指令のもとに動作する。

0049

また、制御装置1は、電力需給設備E1〜Enの中から少なくとも1台以上をマスター(E,M)に選出する。残りの電力需給設備Eはスレーブ(E,S)となる。

0050

マスターに選出された電力需給設備(E1,M)の、DC/ACコンバータ5のマスター(5,M)は、電力合成/分配装置2の交流側(系統側)の交流電圧制御(AC−AVR)を行う。これによって、需要家負荷D側の交流電圧を安定化させる。
なお、電力系統Lと需要家(電力需給設備を含む)側の接続点である系統連系点(あるいはAC接続部J31、AC機器接続部JA)を介して、電力系統Lから交流電力が電力需給設備E1〜Enに供給されているが、前記マスターのDC/ACコンバータ(5,M)は、系統連系点の交流電圧(実効値)を調整するように動作する。
この系統連系点の交流電圧(実効値)を調整するにあたっては、無効電力制御が行われることがある。すなわち、系統連系点の交流電圧を安定化するために、無効電力制御を交流電圧制御(AC−AVR)の一環として行うことがある。また、系統連系点における力率制御のために無効電力制御が行われることがある。
以上のように系統連系時において、系統連系点では、電力系統(L)側からの電力供給のみならず、電力需給設備EのDC/ACコンバータ5側からの電力(有効電力および無効電力)が供給される。その意味において系統連系時には、電力系統Lと電力需給システムZは、電力をやりとりする。

0051

以上のように、マスターに選出された電力需給設備(E1,M)においては、DC/ACコンバータ5のマスター(5,M)は、電力合成/分配装置2の直流側のDC電圧をDC−AVRで安定させる動作と、電力合成/分配装置2の交流側(電力系統(L)側)のAC電圧をAC−AVRで安定させる動作とを、併せて行う。

0052

このように制御装置1は、各電力需給設備E(E1〜En)において、DC/ACコンバータ5から少なくとも1つ以上のマスターを選出し、電力合成/分配装置2のDC電圧(DCバス電圧)を制御することで、DC電圧を安定化することができる。
また、このように電力合成/分配装置2のDC電圧が安定化するので、DC/DCコンバータ4の出力電圧も安定化し、車両Vにおける蓄電装置Fにも安定化した直流電圧(DC電圧)が供給される。

0053

なお、複数のマスターを選出する場合には、直流電圧制御が干渉しないように制御する必要がある。そのため、選出するマスターは1台の方が望ましいことがある。第1実施形態は、マスターが1台の場合の例である。

0054

また、図4において、DC電力供給装置3とDC/DCコンバータ4はすべて「APR」で動作し、マスターは存在しない。DC/DCコンバータ4の「APR」については前記したとおりである。

0055

《自立運転時》
次に、自立運転時における制御パターン例(図5)について説明する。
開閉器SW3(図1)を遮断(オフ)すると需要家側には、電力系統Lの交流電力は供給されなくなる。この場合には、電力需給システムZで生成する電力で、需要家負荷D、および車両Vの蓄電装置Fに電力を供給する。この場合が自立運転時である。

0056

図5は、本発明の第1実施形態に係る電力需給システムZの構成例と、自立運転時における制御パターン例を示す図である。なお、本来は電力需給設備E1〜Enを対象としているが、図5においては、便宜上、電力需給設備Eが2台の場合の例について図示している。
図5において、DC電力供給装置3、電力合成/分配装置2、DC/ACコンバータ5とDC/DCコンバータ4の配置は、図4と同一であるので重複する説明は省略する。
ただし、図5は、自立運転時を示す図であり、系統からの電力供給が遮断されているので、図4に示した電力系統Lについての記載はない。
なお、図5において、符号(#,S)は、後記するスレーブ(S)で動作、制御されることを意味する。

0057

各電力需給設備E(E1〜En)において、マスターに選出された1台のDC電力供給装置(3,M)は、直流電圧制御(DC−AVR)で動作する。
各電力需給設備E(E1〜En)において、スレーブとなるDC電力供給装置(3,S)は、有効電力制御(APR)で動作する。
各電力需給設備E(E1〜En)において、DC/DCコンバータ4は、共に有効電力制御(APR)で動作する。なお、DC/DCコンバータ4の有効電力制御(APR)については、前記したとおりである。
マスターに選出された電力需給設備(E1,M)においては、マスターに選出された1台のDC/ACコンバータ(5,M)は、定電圧定周波数制御(CVCF)で動作する。
スレーブとなる電力需給設備(E2,S)においては、スレーブとなるDC/ACコンバータ(5,S)は、有効電力制御(APR)で動作する。

0058

マスターのDC電力供給装置(3,M)とスレーブのDC電力供給装置(3,S)によって直流電力が生成され、電力合成/分配装置2に直流電力が供給される。
DC/DCコンバータ4は、電力合成/分配装置2から供給される直流電力の直流電圧を変換して、それぞれの蓄電装置Fに直流電力を供給する。
マスターのDC/ACコンバータ(5,M)とスレーブのDC/ACコンバータ(5,S)は、それぞれ電力合成/分配装置2から供給される直流電力を交流電力に変換して需要家負荷Dに供給する。
以上のDC電力供給装置(3,M)、(3,S)、DC/DCコンバータ4、DC/ACコンバータ(5,M)、(5,S)が制御装置1の統括的な制御のもとに電力を生成、変換し、需要家負荷Dおよび蓄電装置Fに安定した電力を供給する。

0059

《自立運転時の電力需給設備(DC電力供給装置)のマスター選出と詳細な動作》
自立運転で需要家側に電力を供給する場合には、制御装置1が電力需給設備E1〜Enの中から少なくとも1台以上のマスターを選出する。なお、実質的には、電力需給設備E(E1〜En)自身がマスターに選出されるのではなく、DC/ACコンバータ(5,M)がマスターに選出されることを意味している。
この電力需給設備Eのマスターは、系統連系に対して選出されたマスターとは同一であってもよいし、別の電力需給設備Eであってもよい。他の電力需給設備Eはスレーブとなる。
制御装置1は、マスターに選出されたDC電力供給装置(3,M)に出力電圧目標値を送信し、スレーブとなったDC電力供給装置(3,S)に出力電力目標値(あるいは出力電流目標値)を送信する。

0060

マスターに選出されたDC電力供給装置(3,M)は、制御装置1から受信した出力電圧目標値に従って、電力合成/分配装置2のDC電圧(DCバス電圧)を直流電圧制御(DC−AVR)によって安定化させる。
一方、スレーブに選出されたDC電力供給装置(3,S)は、制御装置1から受信した出力電力(あるいは出力電流)目標値に従って、有効電力制御(APR)により電力系統側から電力合成/分配装置2に電力を供給する。

0061

このように制御装置1が、複数の電力需給設備E1〜En(DC電力供給装置3)から少なくとも1つ以上のマスターを選出し、電力合成/分配装置2のDC電圧(DCバス電圧)を制御することで、DC電圧を安定化することができる。
なお、前記したように、選出するマスターは1台の方が望ましいことがある。そのため、図5においてもマスターを1台としている。

0062

《自立運転時のDC/ACコンバータ5のマスター選出と詳細な動作》
また、自立運転においては、電力需給設備E1〜Enの中にあるDC/ACコンバータ5から少なくとも1つ以上をマスターとして、制御装置1が選出する。あるいは、電力供給設備E1〜Enから選出したマスター(E,M)から、DC/ACコンバータ5のマスター(5,M)を選出してもよい。
この自立運転時のマスター(DC/ACコンバータ5,M)は、系統連系時に選出されたマスター(DC/ACコンバータ5,M)と同一であってもよいし、別の電力需給設備EにおけるDC/ACコンバータ5であってもよい。
また、この自立運転時のマスター(DC/ACコンバータ5,M)は、電力合成/分配装置2のDC電圧を直流電圧制御(DC−AVR)を行うために選出された電力需給設備EにおけるDC/ACコンバータ5とは異なっていてもよい。
なお、この際、他のDC/ACコンバータ5は、スレーブ(5,S)となる。

0063

自立運転時にマスターに選出されたDC/ACコンバータ(5,M)は、需要家負荷Dが接続されているAC電圧を定電圧定周波数制御(CVCF)によって制御する。
制御装置1は、各スレーブに選出されたDC/ACコンバータ(5,S)に出力目標値を送信する。スレーブに選出されたDC/ACコンバータ(5,S)は、制御装置1から受信した出力目標値に従って、有効電力制御(APR)によって電力合成/分配装置2からの直流電力を交流電力に変換して、需要家負荷Dに電力を供給する。
このように複数の電力需給設備を有する制御装置1の中から少なくとも1つ以上のDC/ACコンバータ(5,M)のAC電圧を定電圧定周波数制御(CVCF)によって制御することで、需要家側のAC電圧および周波数を安定化することができる。
なお、前記したように、選出するマスターは1台の方が望ましいことがある。そのため、図5においてもマスターを1台としている。第1実施形態は、マスターが1台の場合の例である。

0064

<機器更新やマスターの変更>
次に、機器更新やマスターの変更時における制御について説明する。
電力需給設備Eの追加や削除、あるいは電力合成/分配装置2に接続される、DC電力供給装置3、DC/DCコンバータ4、DC/ACコンバータ5の追加や削除に伴い、DC機器の起動または停止が発生することがある。
前記削除される電力供給設備Eがマスターの場合、つまり、電力合成/分配装置2の交流側(電力系統(L)側)のAC電圧をAC−AVRで安定化制御する場合、あるいは自立運転時の系統側AC電圧(AC機器接続部JAのAC電圧)を制御するマスターである場合には、他の電力供給設備Eから新たなマスターを選出する。
また前記停止するDC機器が、電力合成/分配装置2のDC電圧を制御するマスターの場合には、他のDC機器から新たなマスターを選出する。
また前記追加に伴い、起動するDC機器が発生する場合には、電力合成/分配装置2のDC電圧を制御するマスター、あるいは自立運転時の系統側AC電圧(AC機器接続部JAのAC電圧)を制御するマスターを新規に選出し直してもよい。

0065

このような状況としては、例えば電力需給設備Eのメンテナンス交換異常発生増設など種々の可能性がある。
追加あるいは削除に伴って制御変更が必要となる可能性のあるDC機器としては、図1におけるDC電力供給装置3、DC/DCコンバータ4、DC/ACコンバータ5が挙げられる。
またDC電力供給装置3が、DC電力供給装置接続部J41に接続されたAC/DCコンバータ(不図示)やDC/DCコンバータ(不図示)を内部に有する場合には、これらのコンバータも対象となる。

0066

制御装置1において、新たにマスターが選出された場合、新マスターおよび旧マスター(あるいはマスターとなる機器を有する電力需給設備E)に対して、制御装置1から制御変更に必要な情報(マスター変更に付随する制御指令)が送信される。
この送信は、すべての電力需給設備E1〜Enに対して行われてもよい。この場合には、信号を受信するマスター側でID(identification)情報などの識別信号を用いて、自身に対する指令なのかを判断することができる。

0067

この制御指令を受信したマスター(あるいはマスターとなる機器を有する電力需給設備E)は、制御装置1に制御指令を受け付けたことを返信する。この返信によって、制御装置1は、制御変更の指令が無事にマスターに受け入れられたことを確認することができる。
もし制御変更指令に対する返信が無い場合には、通信の不具合、あるいは制御指令を送ったマスターの不具合によって、制御変更の設定が正常に完了しなかったことを検知することができる。
これらの制御変更指令は、制御装置1から対象となる新旧マスターに直接、送受信すればよいが、仮に電力需給設備Eが内部に固有の制御装置を有する場合には、電力需給設備Eの内部の前記の制御装置(不図示)を一旦、介して、新旧マスターとなる対象機器に制御変更指令を伝達してもよい。

0068

制御装置1の補助記憶装置113(図2)には、電力需給設備E1〜En、および電力合成/分配装置2に接続されるマスターの機器情報登録されている。これらの情報は、電力合成/分配装置2に接続される電力需給設備Eが追加あるいは削減されるタイミングで更新するのが望ましい。また必要に応じてマスター/スレーブ選出の更新も、電力需給設備EやDC機器の更新のタイミングに合わせて行われるのが好ましい。

0069

なお、マスターが選出された情報は、制御装置1に備えられた補助記憶装置113の登録情報131に格納され、表示装置115から確認することができる(図2)。すなわち、制御装置1は、マスターが選出された情報を確認できるユーザインターフェイスを有している。
また、マスターの選出は、オペレータが制御装置1の入力装置114を用いて手動で設定可能である。すなわち、制御装置1は、オペレータがマスターの選出を手動で設定できるユーザインターフェイスを有している。

0070

<マスター/スレーブ選出方法
次にマスター/スレーブ選出方法について説明する。

0071

《第1の選出方法》
電力需給設備E、電力需給設備E1〜EnのDC/ACコンバータ5、あるいはDC電力供給装置3のマスターの第1の選出方法としては、前記したように、オペレータが制御装置1の入力装置114を用いて、マスターを登録情報131に手動で設定する方法(第1の選出方法)がある。

0072

《第2の選出方法》
マスターの第2の選出方法は、登録情報131に基づいて自動化する方法である。
例えば、疑似乱数を用いた方法でマスターを選出してもよいし、順番割り当てるラウンドロビン方式によって巡回的にマスターを選出してもよい。

0073

《第3の選出方法》
マスターの第3の選出方法は、マスターの対象となる機器の中で定格出力電力の最も大きな機器からマスターを選出する方法である。
このとき制御装置1は、補助記憶装置113に格納された登録情報131を用いて、定格出力の最も大きな機器からマスターを選出することができる。定格出力電力の大きな機器によって電圧安定化制御を行うことで、より大きな電圧変動の抑制にも対応することができる。
機器の追加や削除があった場合には、制御装置1の補助記憶装置113に登録された登録情報131が更新される。新たに定格出力電力の大きな機器を追加した場合には、本(第3の)選出方法により、より定格出力電力の大きな機器を電圧安定化制御に活用することができる。

0074

《第4の選出方法》
マスターの第4の選出方法としては、事前に機器の追加や削除、メンテナンス交換などの計画がある場合に、これらの計画を考慮してマスターを選出する方法である。
図1図2図5に示す制御装置1は、スケジュール処理部102に、電力需給設備E、あるいは電力需給設備Eが有するDC電力供給装置3、DC/DCコンバータ4、DC/ACコンバータ5のメンテナンス交換、あるいは新規追加などの機器更新に関するスケジュール情報を有する。

0075

マスターの選出において、制御装置1のマスター選出処理部101は、機器更新に関するスケジュール情報に基づいてマスターを選出する。
スケジュール情報は、制御装置1のスケジュール処理部102によって扱われる。その結果は、補助記憶装置113の登録情報131に格納される。
マスター選出処理部101がスケジュール情報を利用する際には、登録情報131に格納された結果を利用してもよいし、スケジュール処理部の出力を直接受け取ってもよい。

0076

《その他の選出方法》
マスターの選出方法は、以上の他にも、登録情報131に基づいて、様々な方法で自動化することができる。

0077

《DC電力供給装置3の起動停止台数制御
契約電力受電設備制約から、電力系統Lから受電する電力量を制限するのが望ましい場合がある。本発明の電力需給システムZは、電力需給設備E1〜Enから需要家負荷Dおよび蓄電装置Fへ電力を供給することができるので、以下の制御によって、電力系統Lからの受電量を所定の範囲に抑え、また各電力需給設備E(E1〜En)内のDC/ACインバータ5の定格電力を所定の範囲に抑えた構成を採用することができる。
また、DC電力供給装置3の電力供給能力は上限があるので、需要家負荷Dおよび車両Vの蓄電装置Fへ供給可能な電力量にも上限がある。そこでDC電力供給装置3の起動停止による運転台数制御、および蓄電装置Fに電力供給を行う車両Vの台数制御を以下のように行うことができる。

0078

新たな車両Vから電力供給の要求があった場合、起動中のDC電力供給装置3があり、要求される電力を提供可能であれば供給する。全てのDC電力供給装置3が停止中の場合や、起動中のDC電力供給装置3が他の車両Vに電力供給中である場合には、新たな車両Vへの電力供給は一時停止する。
新たな車両Vへの電力供給の一時停止中に、停止中のDC電力供給装置3がある場合には起動する。起動可能なDC電力供給装置3が無い場合には、他の車両Vに電力供給中のDC電力供給装置3が、新たな車両Vに電力供給可能となるまで、新たな車両Vへの電力供給は、引き続き一時停止する。

0079

このように、DC電力供給装置3の起動停止による運転台数制御、および蓄電装置Fに電力供給を行う車両Vの台数制御を行うことによって、契約電力を抑えたり、受電設備やDC/ACインバータ5の電力容量を所定の範囲に抑えることで、導入コスト運転コストを抑えることができる。
また、電力系統Lから受電することができない自立運転時にも、DC電力供給装置3の電力供給能力の範囲内で、需要家負荷Dおよび蓄電装置Fへ電力供給を制御することができる。

0080

<第1実施形態の効果>
本発明の第1実施形態の電力需給システムZによれば、系統連系時、自立運転時において、電力需給設備E1〜En、DC/ACコンバータ5、およびDC電力供給装置3から、それぞれ1台のマスターを選出して、電力合成/分配装置2のDC電圧、需要家負荷Dが接続されたAC電圧を制御している。そのため、電力需給システムZでは、安定して、柔軟な電力供給を実現することができる。
また、DC電力供給装置3を追加可能であるので、既存設備の電源容量を柔軟に拡張し、異なる電圧レベルに対応できる。電力系統Lの停電時にも電力供給が可能な電力需給システムZを提供できる。

0081

[第2実施形態:電力需給システム]
次に、第2実施形態(電力需給システム)として、電力需給設備E1〜Enの電力合成/分配装置2の一部が、DC/DCコンバータ4で接続されている例を図6図8を参照して説明する。

0082

図6は、本発明の第2実施形態に係る電力需給システムの第2の構成例を示す図であり、また電力需給システムと電力系統(商用電力系統)側および需要家側の各負荷との接続関連の一例を示す図である。
図7は、本発明の第2実施形態に係る電力需給システムZの構成例と、系統連系時における制御パターン例を示す図である。
図8は、本発明の第2実施形態に係る電力需給システムZの構成例と、自立運転時における制御パターン例を示す図である。

0083

<電力需給システムZの構成>
図6において、電力需給システムZでは、一部の電力需給設備E(E1)のみにDC電力供給装置3が配置される一方、残りの電力需給設備E(E2)にはDC電力供給装置3が配置されていない。従って、電力需給システムZは、DC電力供給装置3が配置されていない電力需給設備E2の電力合成/分配装置2と、DC電力供給装置3が配置されている電力需給設備E1の電力合成/分配装置2とを接続するため、DC/DCコンバータ6(第2DC/DCコンバータ)をさらに備える。
その他の要素については、図6図1は同じであるので、図6において重複する説明は省略する。

0084

《系統連系時》
前記したように、図7は、本発明の第2実施形態に係る電力需給システムZの構成例と、系統連系時における第2の制御パターン例を示す図である。なお、本来はn台の電力需給設備E1〜Enを対象としているが、図7においては、便宜上、電力需給設備Eが2台の場合の例について図示している。
図7において、電力需給設備E1には、DC電力供給装置3が1台配置され、電力合成/分配装置2と接続されている。一方、電力需給設備E2には、DC電力供給装置3が配置されていない。
また、各電力需給設備E(E1〜En)には、電力合成/分配装置2が配置されている。
また、各電力需給設備E(E1〜En)には、1台のDC/ACコンバータ5と1台のDC/DCコンバータ4(第1DC/DCコンバータ)が配置され、それぞれ電力合成/分配装置2に接続されている。
また、各電力需給設備E(E1〜En)に備えられたDC/ACコンバータ5は、需要家負荷Dと電力系統Lに接続されている。また、DC/DCコンバータ4は、それぞれ車両Vの蓄電装置Fに接続されている。
DC/DCコンバータ6は、DC電力供給装置3が接続されている電力合成/分配装置2と、DC電力供給装置3が接続されていない電力合成/分配装置2との間を接続する。
なお、制御装置1は、図6にも示すように、DC電力供給装置3、電力合成/分配装置2、DC/ACコンバータ5、DC/DCコンバータ4,6をそれぞれ制御している。

0085

図7において、電力供給設備E2のDC/ACコンバータ5は、有効電力制御(APR)で動作する。このようにすることで電力系統Lからの電力需給量を調節することができる。また、DC/DCコンバータ6は、電力需給設備E2側の電力合成/分配装置2の直流電圧を安定化させるように、直流電圧制御(DC−AVR)で動作する。このようにして、DC電力供給装置3が配置されていない電力需給設備E2においても、DC/DCコンバータ6を介して電力需給設備E1から電力を授受し、車両Vにおける蓄電装置Fにも直流電圧(DC電圧)が安定して供給できる。

0086

図7において、系統連系時における電力需給設備E1の動作は、台数の相違はあるが、図4と同様であるので、図7において重複する説明は省略する。

0087

《自立運転時》
図8は、本発明の第2実施形態に係る電力需給システムZの構成例と、自立運転時における制御パターン例を示す図である。なお、本来はn台の電力需給設備E1〜Enを対象としているが、図8においては、便宜上、電力需給設備Eが2台の場合の例について図示している。

0088

図8において、電力需給設備E,DC電力供給装置3、電力合成/分配装置2、DC/ACコンバータ5とDC/DCコンバータ4の配置は、図7と同一であるので重複する説明は省略する。
ただし、図8は、自立運転時を示す図であり、系統からの電力供給が遮断されているので、図7に示した電力系統Lについての記載はない。

0089

図8において、自立運転時における電力需給設備E2の制御パターンは、図7における系統連系時の制御パターンと同様である。

0090

また、図8において、自立運転時における電力需給設備E1内の機器の動作は、台数の相違はあるが、図5と同様であるので、図8において重複する説明は省略する。

0091

<第2実施形態の効果>
本発明の第2実施形態の電力需給システムZによれば、DC電力供給装置3が接続されていない電力合成/分配装置2と、DC電力供給装置3が接続されている電力需給設備Eの電力合成/分配装置2とを、DC/DCコンバータ6を介して接続する。これにより、電力需給システムZでは、DC電力供給装置3が配置されていない電力需給設備E2も電力の授受が可能であり、車両Vにおける蓄電装置Fに直流電圧(DC電圧)を安定して供給できる。
従って、既存設備の電源容量をより柔軟に拡張できる。また電力系統Lの停電時にも電力供給が可能な電力需給システムZを提供できる。

0092

[その他の実施形態や変形例]
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。

0093

《スレーブの選出、制御》
第1実施形態においては、系統連系時(図4)にスレーブのDC/ACコンバータ(5,S)が無い例を説明した。しかし、2台以上のDC/ACコンバータ5が運転する場合には、マスター(5,M)以外のDC/ACコンバータは、スレーブ(5,S)として選出される。
図9は、本発明の変形例に係る電力需給システムZの構成例と、系統連系時における制御パターン例を示す図である。なお、スレーブは、符号Sを付記したDC/ACコンバータ5(5,S)と表記する。

0094

図9において、各電力需給設備E(E1〜En)には、2台のDC/ACコンバータ5が配置され、電力合成/分配装置2にそれぞれ接続されている。
制御装置1は、2台以上のDC/ACコンバータ5がある場合には、少なくとも1台をマスターとして選出し、残りをスレーブとする。例えば、制御装置1は、各電力需給設備E(E1〜En)において、マスターのDC/ACコンバータ(5,M)と、スレーブのDC/ACコンバータ(5,S)とを1台ずつ選出する。

0095

各電力需給設備E(E1〜En)において、スレーブとなったDC/ACコンバータ(5,S)は、制御装置1の指令に基づいて、直流側の電力が安定するように有効電力制御(APR)で動作する。すなわち、スレーブに選出されたDC/ACコンバータ(5,S)は、制御装置1から受信した出力電力(あるいは出力電流)目標値に従って、有効電力制御(APR)により交流電力を直流電力に変換して、電力系統(L)側から電力合成/分配装置2に電力を供給する。このように、制御装置1は、電気エネルギを反映する有効電力の安定化に的を絞った制御をする。
他の点、図4と同一であるので重複する説明は省略する。

0096

また、DC/ACコンバータ5が3台以上ある場合、スレーブのDC/ACコンバータ(5,S)を複数選出してもよい。

0097

《系統連系時におけるリーダーの選出、制御》
第1実施形態においては、系統連系時(図4)、電力需給システムZの全体でマスターのDC/ACコンバータ(5,M)が2台選出されている。この場合、制御装置1は、マスターとして選出されたDC/ACコンバータ(5,M)の中から、さらにリーダー(5,R)を1台選出してもよい。
なお、符号(#,R)は、後記するリーダー(R)で動作、制御されることを意味する。

0098

図10は、本発明の変形例に係る電力需給システムZにおいて、系統連系時にリーダーを選出、制御する動作例を示すフローチャートである。
図10において、制御装置1は、マスターのDC/ACコンバータ(5,M)を2台選出する(ステップS1)。
制御装置1は、マスターとして選出されたDC/ACコンバータ(5,M)の中から、さらにリーダーのDC/ACコンバータ(5,R)を1台選出する。図4においては、制御装置1は、電力需給設備E1のDC/ACコンバータ5をリーダー(5,R)に選出する(ステップS2)。

0099

なお、リーダーのDC/ACコンバータ(5,R)は、任意の手法で選出できる。例えば、オペレータが制御装置1の入力装置114を用いて、リーダーを登録情報131に手動で設定してもよい。この他、疑似乱数を用いた方法でリーダーを選出してもよいし、順番に割り当てるラウンドロビン方式によって巡回的にリーダーを選出してもよい。

0100

制御装置1は、マスターのDC/ACコンバータ(5,M)について、直流側を直流電圧制御(DC−AVR)で制御し、交流側を交流電圧制御(AC−AVR)で制御する(ステップS3)。
制御装置1は、リーダーのDC/ACコンバータ(5,R)が配置されている電力需給設備E1のAC機器接続部JA(図1)を交流電圧制御(AC−AVR)する(ステップS4)。
なお、第1実施形態において、系統連系時にリーダーを選出する例で説明したが、第2実施形態も同様である。

0101

《自立運転時におけるリーダーの選出、制御》
第1実施形態においては、自立運転時(図5)、電力需給システムZの全体でマスターのDC電力供給装置(3,M)が2台選出されている。この場合、制御装置1は、マスターとして選出されたDC電力供給装置(3,M)の中から、さらにリーダー(3,R)を1台選出してもよい。

0102

図11は、本発明の変形例に係る電力需給システムZにおいて、自立運転時にリーダーを選出、制御する動作例を示すフローチャートである。
図11において、制御装置1は、マスターのDC電力供給装置(3,M)を2台選出する(ステップS10)。
制御装置1は、マスターとして選出されたDC電力供給装置(3,M)の中から、さらにリーダーのDC電力供給装置(3,R)を1台選出する。図5においては、制御装置1は、電力需給設備E1のDC電力供給装置3をリーダー(3,R)に選出する(ステップS11)。
なお、リーダーのDC電力供給装置(3,R)の選出方法は、系統連系時にリーダーのDC/ACコンバータ(5,R)を選出する方法と同様のため、説明を省略する。

0103

制御装置1は、マスターのDC電力供給装置(3,M)について、直流電圧制御(DC−AVR)で制御する(ステップS12)。
制御装置1は、リーダーのDC電力供給装置(3,R)が配置されている電力需給設備E1のAC機器接続部JA(図1)を定電圧定周波数制御(CVCF)で制御する(ステップS13)。
なお、第1実施形態において、自立運転時にリーダーを選出する例で説明したが、第2実施形態も同様である。

0104

《電力需給設備Eの他の例》
第1実施形態においては、電力需給設備E1〜Enに備えられた複数のDC電力供給装置3は、同じ電圧で出力する場合について説明した。しかし、複数のDC電力供給装置3が出力する電圧が同じである場合に限定されない。
複数のDC電力供給装置3が出力する電圧が異なっていても、本発明の電力需給システムZは成立する。
複数のDC電力供給装置3が、異なる電圧を出力する場合には、それぞれのDC電力供給装置3と、電力合成/分配装置2との間にDC/DCコンバータを設ける。そして、これらのDC/DCコンバータでそれぞれ変圧して、電力合成/分配装置2に入力する電圧を統一する。

0105

また、電力需給設備E1〜Enに備えられた複数のDC電力供給装置3、DC/DCコンバータ4、DC/ACコンバータ5は取り外し可能である。
DC電力供給装置3、DC/DCコンバータ4、DC/ACコンバータ5を取り外した構成においても、本発明の電力需給システムZとして成立する。

0106

《DC電力供給装置3の構成》
第1実施形態においては、電力需給設備E1〜Enに備えられた複数のDC電力供給装置3が、AC/DCコンバータ(不図示)を備えた内燃機関発電装置である場合を例として説明した。しかし、DC電力供給装置3は、内燃機関発電装置に限定されない。
内燃機関発電装置(+AC/DCコンバータ)の代わりに、(燃料電池+DC/DCコンバータ)、(AC発電装置+AC/DCコンバータ)等を使用してもよい。
なお、DC電力供給装置3がAC/DCコンバータを備えた内燃機関発電装置である場合に、制御装置1は、内燃機関発電装置の起動および停止制御を行うとともに、AC/DCコンバータの電力変換に関する制御を行う。

0107

DC電力供給装置3が、(燃料電池+DC/DCコンバータ)、(AC発電装置+AC/DCコンバータ)等である場合において、マスターとなるDC電力供給装置3のDC/DCコンバータ、あるいはAC/DCコンバータが、系統連系時には有効電力制御(APR)で電力合成/分配装置2のDC電圧を制御する。
また、マスターとなるDC電力供給装置3が備えるDC/DCコンバータ、あるいはAC/DCコンバータが、自立運転時には、直流電圧制御(DC−AVR)で電力合成/分配装置2のDC電圧を制御する。

0108

また、DC電力供給装置3が、(太陽電池+DC/DCコンバータ)、(風力発電装置+AC/DCコンバータ)のように、再生可能エネルギ源(自然エネルギ源)を用いる場合には、電力需給システムZから電力系統(L)側へ電力供給する場合もある。

0109

《マスターの台数》
本発明の第1実施形態においては、DC/ACコンバータ5とDC電力供給装置3のマスターは、それぞれ1台であり、第2実施形態においては、DC/ACコンバータ5とDC電力供給装置3のマスターは、それぞれ2台である場合について記載した。
しかし、マスターの台数は1台または2台に限定されない。3台以上であってもよい。マスターの台数を増やして電圧安定化制御を行うことで、より大きな電圧変動の抑制に対応することができる。

0110

《マスター選出方法の他の例》
なお、以上の実施例では、交流側(電力系統(L)側)のAC電圧を安定化させるDC/ACコンバータ5を、マスターとなる電力需給設備(E,M)に属する、マスターとなるDC/ACコンバータ(5,M)として選出したが、あるいは、電力需給設備E1〜Enから明示的にマスターを選出せずに、全てのDC/ACコンバータ5の中から、マスターとなるDC/ACコンバータ(5,M)を選出してもよい。

0111

1制御装置
2電力合成/分配装置
3DC電力供給装置
4 DC/DCコンバータ(第1DC/DCコンバータ)
5 DC/ACコンバータ
6 DC/DCコンバータ(第2DC/DCコンバータ)
100 処理部
101マスター選出処理部
102スケジュール処理部
111主記憶装置(記憶装置)
112 CPU
113補助記憶装置(記憶装置)
114入力装置
115表示装置
116通信装置
131登録情報
D需要家負荷(AC機器、機器)
E,E1〜En電力需給設備
F蓄電装置(DC機器、機器)
J11,J12 DC/ACコンバータ接続部(コネクタ)
J21,J22 DC/DCコンバータ接続部(コネクタ)
J31 AC接続部(コネクタ)
J41 DC電力供給装置接続部
JA AC機器接続部(開閉器)
JD DC機器接続部(開閉器)
L電力系統
SW1,SW2,SW3 開閉器
V 車両(DC機器)
Z 電力需給システム

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