特許 6018380 スマートグリッドシステムのグリッドコントローラ、それを備えたスマートグリッドシステムおよびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6018380

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】スマートグリッドシステムのグリッドコントローラ、それを備えたスマートグリッドシステムおよびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/46 20060101AFI20161020BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20161020BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/46

   H02J3/38 120

   H02J3/32

【請求項の数】12

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2011-285956(P2011-285956)

(22)【出願日】2011年12月27日

(65)【公開番号】特開2013-135576(P2013-135576A)

(43)【公開日】2013年7月8日

【審査請求日】2014年12月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】徳田 則昭

(72)【発明者】

【氏名】山口 義就

(72)【発明者】

【氏名】武部 智全

(72)【発明者】

【氏名】山本 裕介

(72)【発明者】

【氏名】武田 健治

【審査官】 早川 卓哉

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０１６２７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０９４６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５９３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６８２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２４５９８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ３／３２

Ｈ０２Ｊ３／３８

Ｈ０２Ｊ３／４６

Ｈ０２Ｊ７／３４

Ｈ０２Ｊ７／３５

Ｈ０２Ｊ１３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１以上の発電設備と複数の蓄電設備とが互いにかつ外部電力系統に電力授受が可能となるように接続され、前記蓄電設備のそれぞれは、電力を蓄える蓄電部と当該蓄電部の充放電制御を行う制御部とを備えるスマートグリッドシステムのグリッドコントローラであって、
前記グリッドコントローラは、前記複数の蓄電設備の制御部と通信可能に接続され、
前記発電設備で発電された発電電力、前記スマートグリッドシステム内の負荷で消費される消費電力および前記蓄電設備に充放電される電力の総和である、当該スマートグリッドシステムから前記外部電力系統への送電電力Ｐａｌｌを取得し、
当該送電電力Ｐａｌｌと当該送電電力Ｐａｌｌを平滑化フィルタを用いて平滑化演算した平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰを演算し、
前記送電電力Ｐａｌｌのうちの前記差分電力ΔＰを前記複数の蓄電設備における各蓄電部の充放電状態に応じて割り振って前記送電電力Ｐａｌｌを平滑化する制御を行うよう構成され、
前記グリッドコントローラは、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの充電量を小さくするような制御指令値を対応する制御部に伝達する、スマートグリッドシステムのグリッドコントローラ。

【請求項2】

１以上の発電設備と複数の蓄電設備とが互いにかつ外部電力系統に電力授受が可能となるように接続され、前記蓄電設備のそれぞれは、電力を蓄える蓄電部と当該蓄電部の充放電制御を行う制御部とを備えるスマートグリッドシステムのグリッドコントローラであって、
前記グリッドコントローラは、前記複数の蓄電設備の制御部と通信可能に接続され、
前記発電設備で発電された発電電力、前記スマートグリッドシステム内の負荷で消費される消費電力および前記蓄電設備に充放電される電力の総和である、当該スマートグリッドシステムから前記外部電力系統への送電電力Ｐａｌｌを取得し、
当該送電電力Ｐａｌｌと当該送電電力Ｐａｌｌを平滑化フィルタを用いて平滑化演算した平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰを演算し、
前記送電電力Ｐａｌｌのうちの前記差分電力ΔＰを前記複数の蓄電設備における各蓄電部の充放電状態に応じて割り振って前記送電電力Ｐａｌｌを平滑化する制御を行うよう構成され、
前記グリッドコントローラは、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの放電量を小さくするような制御指令値を対応する制御部に伝達する、スマートグリッドシステムのグリッドコントローラ。

【請求項3】

前記グリッドコントローラは、割り振られる蓄電設備が複数存在する場合、当該蓄電設備の蓄電部の蓄電量を所定の充放電目標値とするために対応する前記制御部が予め定めた充放電指令値の大きさに応じて割り振る量を決定する、請求項１または２に記載のグリッドコントローラ。

【請求項4】

前記グリッドコントローラは、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの充電量を０にしても、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合、当該蓄電部が充電状態にある蓄電設備に蓄えられた電力を放電するような制御指令値を対応する制御部に伝達する、請求項１に記載のグリッドコントローラ。

【請求項5】

前記グリッドコントローラは、
前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの放電量を大きくしても、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備に対しても単位時間あたりの放電量を大きくするような制御指令値を対応する制御部に伝達する、請求項４に記載のグリッドコントローラ。

【請求項6】

前記グリッドコントローラは、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの放電量を０にしても、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合、当該蓄電部が放電状態にある蓄電設備に充電するような制御指令値を対応する制御部に伝達する、請求項２に記載のグリッドコントローラ。

【請求項7】

前記グリッドコントローラは、
前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの充電量を大きくしても、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備に対しても単位時間あたりの充電量を大きくするような制御指令値を対応する制御部に伝達する、請求項６に記載のグリッドコントローラ。

【請求項8】

前記グリッドコントローラは、前記複数の蓄電設備を用途に応じて複数のグループに区分し、当該複数のグループおよび前記平滑化フィルタの時定数のそれぞれについて所定の重み付けを行い、当該重み付けに基づいて前記複数のグループごとの制御指令値の目標値と前記グリッドコントローラによって演算されるべき制御指令値との差分および平滑化フィルタの時定数の目標値とグリッドコントローラによって演算されるべき時定数の設定値との差分を加重平均した評価関数を設定し、当該評価関数が最小となるような、前記複数のグループごとの制御指令値および前記平滑化フィルタの時定数の設定値を演算する、請求項１から７の何れかに記載のグリッドコントローラ。

【請求項9】

前記グリッドコントローラは、前記発電設備で発電された発電電力、前記スマートグリッドシステム内の負荷で消費される消費電力および前記蓄電設備に充放電される電力を取得し、
これらの取得した発電電力、消費電力および充放電される電力に基づいて前記送電電力Ｐａｌｌを演算する、請求項１から８の何れかに記載のグリッドコントローラ。

【請求項10】

外部電力系統に電力授受が可能となるように接続された１以上の発電設備と、
前記発電設備および外部電力系統に電力授受が可能となるように接続され、それぞれが電力を蓄える蓄電部と当該蓄電部の充放電制御を行う制御部とを備える複数の蓄電設備と、
請求項１から９の何れかに記載のグリッドコントローラと、を備えた、スマートグリッドシステム。

【請求項11】

１以上の発電設備と複数の蓄電設備とが互いにかつ外部電力系統に電力授受が可能となるように接続され、前記蓄電設備のそれぞれは、電力を蓄える蓄電部と当該蓄電部の充放電制御を行う制御部とを備えるスマートグリッドシステムの制御方法であって、
前記発電設備で発電された発電電力、前記スマートグリッドシステム内の負荷で消費される消費電力および前記蓄電設備に充放電される電力の総和である、当該スマートグリッドシステムから前記外部電力系統への送電電力Ｐａｌｌを取得するステップと、
当該送電電力Ｐａｌｌと当該送電電力Ｐａｌｌを平滑化フィルタを用いて平滑化演算した平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰを演算するステップと、
前記送電電力Ｐａｌｌのうちの前記差分電力ΔＰを前記複数の蓄電設備における各蓄電部の充放電状態に応じて割り振って前記送電電力Ｐａｌｌを平滑化する制御を行うステップと、を有し、
前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの充電量を小さくするような制御指令値を対応する制御部に伝達する、スマートグリッドシステムの制御方法。

【請求項12】

１以上の発電設備と複数の蓄電設備とが互いにかつ外部電力系統に電力授受が可能となるように接続され、前記蓄電設備のそれぞれは、電力を蓄える蓄電部と当該蓄電部の充放電制御を行う制御部とを備えるスマートグリッドシステムの制御方法であって、
前記発電設備で発電された発電電力、前記スマートグリッドシステム内の負荷で消費される消費電力および前記蓄電設備に充放電される電力の総和である、当該スマートグリッドシステムから前記外部電力系統への送電電力Ｐａｌｌを取得するステップと、
当該送電電力Ｐａｌｌと当該送電電力Ｐａｌｌを平滑化フィルタを用いて平滑化演算した平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰを演算するステップと、
前記送電電力Ｐａｌｌのうちの前記差分電力ΔＰを前記複数の蓄電設備における各蓄電部の充放電状態に応じて割り振って前記送電電力Ｐａｌｌを平滑化する制御を行うステップと、を有し、
前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの放電量を小さくするような制御指令値を対応する制御部に伝達する、スマートグリッドシステムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スマートグリッドシステムのグリッドコントローラ、それを備えたスマートグリッドシステムおよびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境への配慮から省エネルギーのインフラや次世代送電網（スマートグリッド）などを一括整備するスマートグリッドシステムの構築が各方面分野で計画されている。スマートグリッドシステムは、自治体や所定の地域規模で一般家屋、公共施設、ビル、工場などが互いに送電網で繋げられたスマートコミュニティを形成する。このようなスマートグリッドシステムにおいては、発電設備として、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーを利用した分散型電源設備の導入が想定されている。再生可能エネルギーをエネルギー源とした発電の場合、その瞬時発電量は、気象の変動などに左右されるため、このような再生可能エネルギーをスマートコミュニティ内に大量に導入すると、スマートコミュニティとの間で電力が授受される外部の電力系統（火力発電等による従来の送電系統）への影響が大きくなり、送電系統が不安定化する。さらに、一般家屋、公共施設、ビル、工場などのスマートコミュニティを構成する施設における電力の使用状況は様々であり、需要電力の変動は避けられない。

【0003】

このため、スマートコミュニティ内では需給量の変動に応じて、スマートコミュニティから外部の商用系統への送電電力を平滑化することが望まれる。

【0004】

外部の商用系統への送電電力を平滑化する方法としては、例えば下記特許文献１〜３に示されるような技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−１７０４４号公報

【特許文献2】特開２００８−２５９３５７号公報

【特許文献3】特開２０１０−２２１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記特許文献に記載の技術においては、いずれも発電設備で発電された電力を一時的に蓄電するために、発電設備に付随した大容量の蓄電設備が必要となる。このような大容量の蓄電設備の導入は、設置スペースや導入コストの問題を生じさせる。

【0007】

本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、大容量の蓄電設備を新たに導入することなく外部への送電電力を有効に平滑化することができるスマートグリッドシステムのグリッドコントローラ、それを備えたスマートグリッドシステムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のある形態に係るスマートグリッドシステムのグリッドコントローラは、１以上の発電設備と複数の蓄電設備とが互いにかつ外部電力系統に電力授受が可能となるように接続され、前記蓄電設備のそれぞれは、電力を蓄える蓄電部と当該蓄電部の充放電制御を行う制御部とを備えるスマートグリッドシステムのグリッドコントローラであって、前記グリッドコントローラは、前記複数の蓄電設備の制御部と通信可能に接続され、前記発電設備で発電された発電電力、前記スマートグリッドシステム内の負荷で消費される消費電力および前記蓄電設備に充放電される電力の総和である、当該スマートグリッドシステムから前記外部電力系統への送電電力Ｐａｌｌを取得し、当該送電電力Ｐａｌｌと当該送電電力Ｐａｌｌを平滑化フィルタを用いて平滑化演算した平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰを演算し、前記送電電力Ｐａｌｌのうちの前記差分電力ΔＰを前記複数の蓄電設備における各蓄電部の充放電状態に応じて割り振って前記送電電力Ｐａｌｌを平滑化する制御を行うよう構成されている。

【0009】

上記構成によれば、外部電力系統への送電電力Ｐａｌｌと平滑化の目標値となる平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰが複数の蓄電設備に割り振られる。すなわち、複数の蓄電設備を１つの仮想蓄電設備としてみなして、当該複数の蓄電設備の蓄電部への充電または放電により差分電力ΔＰが送電電力Ｐａｌｌから差し引きまたは足し合わされることにより、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’となるように（差分電力ΔＰが０となるように）平滑化される。この際、複数の蓄電設備の充放電状態（各制御部が対応する蓄電部に充電指令を与えているか放電指令を与えているか）に応じて差分電力ΔＰが割り振られる。このように、既存の蓄電設備に差分電力ΔＰを割り振ることにより、大容量の蓄電設備を新たに導入することなく外部への送電電力を有効に平滑化することができる。しかも、蓄電設備の充放電状態に応じて差分電力ΔＰが割り振られるため、既存の蓄電設備の本来の用途のための充放電制御への影響を抑制することができる。

【0010】

前記グリッドコントローラは、割り振られる蓄電設備が複数存在する場合、当該蓄電設備の蓄電部の蓄電量を所定の充放電目標値とするために対応する前記制御部が予め定めた充放電指令値の大きさに応じて割り振る量を決定してもよい。これにより、本来の用途のために予め定められた充放電指令値の大きさに応じて平滑化のための電力割り振りの負担を変化させることができるため、既存の蓄電設備の本来の用途のための充放電制御への影響をより低減することができる。

【0011】

前記グリッドコントローラは、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの充電量を小さくするような制御指令値を対応する制御部に伝達し、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの充電量を０にしても、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合、当該蓄電部が充電状態にある蓄電設備に蓄えられた電力を放電するような制御指令値を対応する制御部に伝達するよう構成されてもよい。これによれば、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合（送電電力Ｐａｌｌが不足している場合）、充電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの充電量を小さくすることにより、その分の電力が送電電力Ｐａｌｌに補充される。このとき、放電状態にある蓄電設備は、もとの放電指令が維持される。これにより、単位時間あたりの充電量と放電量との各々の絶対量の合計が最小化され、充放電による電力ロスを低減することができる。さらに、単位時間あたりの充電量を小さくするだけでは差分電力ΔＰを補えない場合には、当該充電状態にある蓄電設備を放電制御に切り換えることにより、差分電力ΔＰを補いつつ、複数の蓄電設備のうち差分電力ΔＰを割り振る蓄電設備の数を少なくして、本来の用途のための充放電制御への影響の増大を防止することができる。

【0012】

前記グリッドコントローラは、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの放電量を大きくしても、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備に対しても単位時間あたりの放電量を大きくするような制御指令値を対応する制御部に伝達してもよい。これにより、複数の蓄電設備を最大限利用して送電電力Ｐａｌｌを有効に平滑化することができる。

【0013】

前記グリッドコントローラは、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの放電量を小さくするような制御指令値を対応する制御部に伝達し、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの放電量を０にしても、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合、当該蓄電部が放電状態にある蓄電設備に充電するような制御指令値を対応する制御部に伝達するよう構成されてもよい。これによれば、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合（送電電力Ｐａｌｌが超過している場合）、放電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの放電量を小さくすることにより、その分の電力が送電電力Ｐａｌｌから差し引かれる。このとき、充電状態にある蓄電設備は、もとの充電指令が維持される。これにより、単位時間あたりの充電量と放電量との各々の絶対量の合計が最小化され、充放電による電力ロスを低減することができる。さらに、単位時間あたりの放電量を小さくするだけでは差分電力ΔＰを差し引けない場合には、当該放電状態にある蓄電設備を充電制御に切り換えることにより、差分電力ΔＰを低減させつつ、複数の蓄電設備のうち差分電力ΔＰを割り振る蓄電設備の数を少なくして、本来の用途のための充放電制御への影響の増大を防止することができる。

【0014】

前記グリッドコントローラは、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの充電量を大きくしても、前記送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合、前記複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備に対しても単位時間あたりの充電量を大きくするような制御指令値を対応する制御部に伝達してもよい。これにより、複数の蓄電設備を最大限利用して送電電力Ｐａｌｌを有効に平滑化することができる。

【0015】

前記グリッドコントローラは、前記複数の蓄電設備を用途に応じて複数のグループに区分し、当該複数のグループおよび前記平滑化フィルタの時定数のそれぞれについて所定の重み付けを行い、当該重み付けに基づいて前記複数のグループごとの制御指令値の目標値と前記グリッドコントローラによって演算されるべき制御指令値との差分および平滑化フィルタの時定数の目標値とグリッドコントローラによって演算されるべき時定数の設定値との差分を加重平均した評価関数を設定し、当該評価関数が最小となるような、前記複数のグループごとの制御指令値および前記平滑化フィルタの時定数の設定値を演算することとしてもよい。これによれば、蓄電設備の用途に応じた重み付けにより、既存の蓄電設備の本来の用途のための充放電制御への影響を最小限にすることができる。さらに、蓄電設備の各グループの用途、利用状況および需給バランスなどに応じて重み付けを変更することにより、その時々に応じて最適な制御を行うことができる。

【0016】

前記グリッドコントローラは、前記発電設備で発電された発電電力、前記スマートグリッドシステム内の負荷で消費される消費電力および前記蓄電設備に充放電される電力を取得し、これらの取得した発電電力、消費電力および充放電される電力に基づいて前記送電電力Ｐａｌｌを演算してもよい。

【0017】

また、本発明の他の形態に係るスマートグリッドシステムは、外部電力系統に電力授受が可能となるように接続された１以上の発電設備と、前記発電設備および外部電力系統に電力授受が可能となるように接続され、それぞれが電力を蓄える蓄電部と当該蓄電部の充放電制御を行う制御部とを備える複数の蓄電設備と、上記構成のグリッドコントローラと、を備えたものである。

【0018】

また、本発明の他の形態に係るスマートグリッドシステムの制御方法は、１以上の発電設備と複数の蓄電設備とが互いにかつ外部電力系統に電力授受可能に接続され、前記蓄電設備のそれぞれは、電力を蓄える蓄電部と当該蓄電部の充放電制御を行う制御部とを備えるスマートグリッドシステムの制御方法であって、前記発電設備で発電された発電電力、前記スマートグリッドシステム内の負荷で消費される消費電力および前記蓄電設備に充放電される電力の総和である、当該スマートグリッドシステムから前記外部電力系統への送電電力Ｐａｌｌを取得し、当該送電電力Ｐａｌｌと当該送電電力Ｐａｌｌを平滑化フィルタを用いて平滑化演算した平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰを演算し、前記送電電力Ｐａｌｌのうちの前記差分電力ΔＰを前記複数の蓄電設備における各蓄電部の充放電状態に応じて割り振って前記送電電力Ｐａｌｌを平滑化する制御を行うものである。

【発明の効果】

【0019】

本発明は以上に説明したように構成され、大容量の蓄電設備を新たに導入することなく外部への送電電力を有効に平滑化することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係るスマートグリッドシステムの構成例を示す図である。

【図2】図１に示すスマートグリッドシステムにおいて電力の授受を模式化して示す図である。

【図3】図１に示すスマートグリッドシステムにおける送電電力を平滑化する平滑化フィルタを含む制御ブロック図である。

【図4】本実施形態における送電電力Ｐａｌｌと平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との関係例を示すグラフである。

【図5】差分電力ΔＰが正の値であるときの蓄電設備への割り振り制御を例示する模式図である。

【図6】差分電力ΔＰが正の値であるときの蓄電設備への割り振り制御を例示する模式図である。

【図7】差分電力ΔＰが正の値であるときの蓄電設備への割り振り制御を例示する模式図である。

【図8】差分電力ΔＰが負の値であるときの蓄電設備への割り振り制御を例示する模式図である。

【図9】差分電力ΔＰが負の値であるときの蓄電設備への割り振り制御を例示する模式図である。

【図10】差分電力ΔＰが負の値であるときの蓄電設備への割り振り制御を例示する模式図である。

【図11】本実施形態の変形例における送電電力Ｐａｌｌと平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との関係例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下ではすべての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

【0022】

まず、本発明の一実施形態に係るスマートグリッドシステムの概略構成について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るスマートグリッドシステムの構成例を示す図である。

【0023】

図１に示されるように、本実施形態のスマートグリッドシステムは、１以上（図１においては４つ）の発電設備２１〜２４と、複数（図１においては７つ）の蓄電設備３１〜３７とが送電線３により電力授受が可能となるように接続されている。送電線３は、各発電設備２１〜２４の系統連系点４から外部電力系統２００と電力授受が可能となるように接続されている。送電線３には、各施設１１〜１５における負荷（電力消費設備）６１〜６５が接続されており、対応する発電設備および蓄電設備や外部電力系統２００からの電力の授受が可能となっている。

【0024】

各蓄電設備３１〜３７は、電力を蓄える蓄電部４１〜４７と、当該蓄電部４１〜４７の充放電制御（ＳＯＣ制御）を行う制御部５１〜５７とを備えている。

【0025】

図１において、施設１１はビルであり、負荷６１としてビルの照明などに電力が消費される。さらに、施設１１は、発電設備２１として太陽光発電設備を有し、蓄電設備３１として非常用電源などに用いられる蓄電池を有している。また、施設１２は、工場であり、負荷６２として工場の製造機械を駆動するためなどに電力が消費される。さらに、施設１２は、発電設備２２として太陽光発電設備を有し、蓄電設備３２としてピークカットなどに用いられる蓄電池を有している。また、施設１３は、公園であり、負荷６３として公園の照明などに電力が消費される。さらに、施設１３は、発電設備２３として風力発電設備を有し、蓄電設備３３として蓄電池を有している。

【0026】

また、施設１４は、一般家屋であり、負荷６４として一般家屋の電化製品の使用などに電力が消費される。さらに、施設１４は、発電設備２４として太陽光発電設備を有し、蓄電設備３４として蓄電池を有している。また、電気自動車も充電設備に接続することにより、蓄電設備３５として機能する。すなわち、充電設備に接続された状態で電気自動車が蓄電設備３５の蓄電部４５として機能し、充電設備が蓄電設備３５の制御部５５として機能する。施設１５は、電車や電気バスのための車両庫（ターミナル）であり、負荷６５としてターミナルの照明などに電力が消費される。さらに、施設１５は、電車および電気バスのそれぞれに設けられた蓄電池に電力授受可能な状態（充電可能な状態）で電車および電気バスをターミナル内に停車させることにより、それらを蓄電設備３６，３７として機能させることができる。すなわち、充電設備に接続された状態で電車および電気バス内に設けられた蓄電池が蓄電部４６，４７として機能し、各充電設備が制御部５６，５７として機能する。

【0027】

各発電設備２１〜２４および各蓄電設備の制御部５１〜５７は、ネットワーク５を介してグリッドコントローラ２と通信可能に接続されている。また、グリッドコントローラ２は各負荷６１〜６５の電力計とも接続され、グリッドコントローラ２は、各負荷６１〜６５における消費電力を取得可能となっている。ネットワーク５は、特に限定されないが、例えばインターネット、ＬＡＮ、スマートメータ（通信機能を有する電力メータ）などが挙げられ、有線および無線の何れの通信方式でもよい。

【0028】

このように、発電設備および／または蓄電設備を有する複数の施設１１〜１５がグリッドコントローラ２と通信可能に接続されることによりスマートコミュニティ１が構成される。スマートコミュニティ１は、例えば自治体や集落単位で構成することができる。グリッドコントローラ２は、例えば自治体が有する施設に備え付けられてもよいし、スマートコミュニティ１を構成する施設１１〜１５の何れかに設けられていてもよい。なお、グリッドコントローラ２は、１つのスマートコミュニティ１に１つだけ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。複数のグリッドコントローラ２が設けられている場合には、それぞれが相互通信可能に構成されていることが好ましい。なお、スマートコミュニティ１を構成する施設の数や種類は、１つのスマートコミュニティ１内に１以上の発電設備と複数の蓄電設備とを有する限り、図１の例に限られない。例えば複数かつ同じ種類の施設であってもよいし、異なる種類の施設であってもよい。

【0029】

蓄電設備の各制御部５１〜５７は、対応する蓄電部４１〜４７における充放電状態（ＳＯＣ：state of charge）の目標値が充放電目標値（最終的な充電率）として所定の時間毎に予め定められ、当該充放電目標値に基づいて対応する蓄電部４１〜４７を充放電制御する。具体的には、各制御部５１〜５７は、対応する蓄電部４１〜４７における充電目標値と現在の蓄電量との差分から充放電指令値（充放電目標値までに必要な単位時間あたりの充放電量）を演算し、これに基づいて対応する蓄電部４１〜４７の充電量または放電量が充放電目標値となるように充放電制御する。充放電目標値は、蓄電設備の用途に応じてスケジューリングされている。例えば、ビルや一般家屋である施設１１，１４においては電力需要の少ない夜間に蓄電設備３１，３４に電力を蓄えることで、電気料金を低減させることができるため、充放電目標値が増大する。また、工場である施設１２においては夏場などの電力需要がピークを迎える時期においては蓄電設備３２に蓄えられた電力で操業が可能なように充放電目標値が増大する。

【0030】

グリッドコントローラ２は、スマートグリッドシステム（スマートコミュニティ１）から外部電力系統への送電電力Ｐａｌｌを取得する。送電電力Ｐａｌｌは、発電設備２１〜２４で発電された発電電力、スマートグリッドシステム内の負荷６１〜６５で消費される消費電力および蓄電設備３１〜３７に充放電される電力の総和として得られる。さらに、グリッドコントローラ２は、当該送電電力Ｐａｌｌと当該送電電力Ｐａｌｌを平滑化フィルタを用いて平滑化した平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰを演算し、送電電力Ｐａｌｌのうちの差分電力ΔＰを複数の蓄電設備３１〜３７における各蓄電部４１〜４７の充放電状態に応じて割り振って送電電力Ｐａｌｌを平滑化する制御を行うよう構成されている。

【0031】

図２は図１に示すスマートグリッドシステムにおいて電力の授受を模式化して示す図である。図２においてはｎ個の施設Ｆ（ｉ）（ｉ＝１，２，…，ｎ）における各発電設備からの発生電力をＰｇ（ｉ）、各負荷における消費電力をＰｌ（ｉ）、蓄電設備における充放電指令値をＰｂ（ｉ）とする。充放電指令値Ｐｂ（ｉ）は、放電状態が正の値で充電状態が負の値とする。なお、図２においては理解容易のため、１つの施設に発電設備、負荷および蓄電設備が１つずつあるように表記しているが、発電設備や蓄電設備など（の制御部）が複数存在する場合も下記に示すのと同様の制御を行うことができる。また、施設Ｆ（ｉ）に発電設備がない場合はＰｇ（ｉ）＝０とし、施設Ｆ（ｉ）に蓄電設備がない場合はＰｂ（ｉ）＝０とする。

【0032】

スマートコミュニティ１内の総発電電力をΣＰｇ＝Ｐｇ（１）＋…＋Ｐｇ（ｎ）とし、総負荷消費電力をΣＰｌ＝Ｐｌ（１）＋…＋Ｐｌ（ｎ）とし、総充放電指令値ΣＰｂ＝Ｐｂ（１）＋…＋Ｐｂ（ｎ）とすると、系統連系点４における送電電力Ｐａｌｌ（瞬間値）は、
Ｐａｌｌ＝ΣＰｇ−ΣＰｌ＋ΣＰｂ…（１）
と表せる。グリッドコントローラ２は、各施設Ｆ（ｉ）の発電設備２１〜２４の発電電力から対応する負荷６１〜６５における消費電力を差し引いた電力値および蓄電設備３１〜３７における充放電指令値を取得し、これらの取得した発電電力、消費電力および充放電指令値に基づいて系統連系点４における送電電力Ｐａｌｌ（式１）を算出する。なお、系統連系点４に電力計測手段を設置することにより系統連系点４における送電電力Ｐａｌｌを直接的に計測することとしてもよい。

【0033】

グリッドコントローラ２は、得られた送電電力Ｐａｌｌを平滑化フィルタに入力することにより平滑化演算し、出力と入力との差分を算出する。図３は図１に示すスマートグリッドシステムにおける送電電力を平滑化する平滑化フィルタを含む制御ブロック図である。図３に示すように、平滑化フィルタ２０には、送電電力Ｐａｌｌが入力され、平滑化演算出力Ｐａｌｌ’が出力される。例えば、平滑化フィルタ２０が一次遅れ系の場合、平滑化フィルタ２０の伝達関数Ｇ（ｓ）は、時定数ＴおよびゲインＫを用いて、Ｇ（ｓ）＝Ｋ／（１＋Ｔｓ）と表せる。なお、平滑化フィルタ２０は、入力される送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算される限り、これに限定されない。

【0034】

グリッドコントローラ２は、送電電力Ｐａｌｌと平滑化フィルタ２０から出力される平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰを演算する。すなわち、差分電力ΔＰ＝Ｐａｌｌ’−Ｐａｌｌは、送電電力Ｐａｌｌを平滑化するために不足しているまたは過剰である電力を示すものである。図４は送電電力Ｐａｌｌと平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との関係例を示すグラフである。図４に示すように、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合（ΔＰ＞０）は送電電力Ｐａｌｌを平滑化するためには電力が不足している状態を表し、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合（ΔＰ＜０）は送電電力Ｐａｌｌを平滑化するためには電力が過剰である状態を表している。なお、送電電力Ｐａｌｌと平滑化演算出力Ｐａｌｌ’とが一致する場合（ΔＰ＝０）には、以下のような制御を行わないこととしてもよいし、ΔＰ＞０の場合またはΔＰ＜０の場合における制御に含めることとしてもよい。

【0035】

グリッドコントローラ２は、得られた差分電力ΔＰを複数の蓄電設備における各蓄電部４１〜４７の充放電状態に応じて割り振ることにより、送電電力Ｐａｌｌを平滑化する。具体的には、グリッドコントローラ２は、各蓄電部４１〜４７が充電状態であるか放電状態であるかに応じて優先的に割り振る蓄電設備を選択する。詳しく説明すると、グリッドコントローラ２は、差分電力ΔＰが正の値である場合（送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合）、複数の蓄電設備のうち蓄電部４１〜４７が充電状態にある蓄電設備に差分電力ΔＰを優先的に割り振り、差分電力ΔＰが負の値である場合（送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合）、複数の蓄電設備のうち蓄電部４１〜４７が放電状態にある蓄電設備に差分電力ΔＰを優先的に割り振る制御を行う。

【0036】

＜割り振り制御１＞
以下、具体的に説明する。まず、差分電力ΔＰが正の値である場合（送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合）の割り振り方法について説明する。図５〜図７は差分電力ΔＰが正の値であるときの蓄電設備への割り振り制御を例示する模式図である。図５〜図７においては、蓄電設備Ｂｉが４つ存在するスマートコミュニティを例示している。図５〜図７の例においては、蓄電設備Ｂ１，Ｂ２が、放電状態（Ｐｂ（１），Ｐｂ（２）＞０）であり、蓄電設備Ｂ３，Ｂ４が、充電状態（Ｐｂ（３），Ｐｂ（４）＜０）である。また、図５〜図７においては各蓄電設備Ｂｉの蓄電量の上限値をＥｈｉ、蓄電量の下限値をＥｌｏ、現在の蓄電量をＥｎｏｗ、充放電目標値をＥｔ、単位時間あたりの充電量の最大値をＰｂ＿ｃｍａｘ、単位時間あたりの放電量の最大値をＰｂ＿ｄｍａｘで表している。なお、図５〜７において、充放電指令値Ｐｂおよび制御指令値Ｐｂ’を示す矢印の幅は単位時間あたりの充放電量の大きさを示す（矢印の幅が広いほど単位時間あたりの充放電量が大きいことを示す）ものとする。

【0037】

ここで、放電状態のすべての蓄電設備における放電指令値の総和である総放電指令値をΣＰｂ（ｊ）（＞０）とし、充電状態のすべての蓄電設備における充電指令値の総和である総充電指令値をΣＰｂ（ｋ）（＜０）とすると、総充放電指令値ΣＰｂは、
ΣＰｂ＝ΣＰｂ（ｊ）＋ΣＰｂ（ｋ）…（２）
と表せる。図５〜図７の例においては、ΣＰｂ（ｊ）＝Ｐｂ（１）＋Ｐｂ（２）であり、ΣＰｂ（ｋ）＝Ｐｂ（３）＋Ｐｂ（４）である。

【0038】

＜割り振り制御１−Ａ＞
グリッドコントローラ２は、差分電力ΔＰが正の値である（送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい）場合（｜ΔＰ｜＜｜ΣＰｂ（ｋ）｜の場合）、図５に示すように、複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）に、当該蓄電部の単位時間あたりの充電量を小さくするような制御指令値Ｐｂ’（ｋ）を対応する制御部５１〜５７に伝達する。このとき、蓄電部が放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）には、制御指令値は送られなくてもよいが、通信エラーなどと区別するために、グリッドコントローラ２が対応する制御部５１〜５７における放電指令値Ｐｂ（ｊ）をそのまま制御指令値Ｐｂ’（ｊ）として放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）に伝達することとしてもよい。すなわち、放電状態にある蓄電設備に伝達する制御指令値Ｐｂ’（ｊ）は、
Ｐｂ’（ｊ）＝Ｐｂ（ｊ）…（３）
と表せる。

【0039】

制御指令値Ｐｂ’（ｋ）を受けた充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）の制御部５１〜５７は、それぞれ、受信した制御指令値Ｐｂ’（ｋ）を充電指令値として更新して対応する蓄電部４１〜４７の充放電制御を行う。これにより充電状態にある蓄電設備Ｂ３，Ｂ４の単位時間あたりの充電量が瞬間的に小さくなるため、スマートコミュニティ１内で余剰電力が生じ、当該余剰電力が送電電力Ｐａｌｌへ加えられる（送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’に近づく）。一般的に、制御部５１〜５７が行う蓄電部４１〜４７の充放電制御は、充放電目標値への到達が時間〜日のオーダであるのに対し、グリッドコントローラ２が行う送電電力Ｐａｌｌの平滑化のための蓄電部４１〜４７への制御指令値は、せいぜい分オーダである（送電電力Ｐａｌｌの変動周期がせいぜい分オーダである）。一方、上記のような割り振り演算は、送電電力Ｐａｌｌの変動周期に対して十分に短い（せいぜい秒オーダ）といえる。このため、送電電力Ｐａｌｌの平滑化が蓄電設備本来の充放電制御に与える影響は十分低く、かつ、送電電力Ｐａｌｌの変動に対する平滑化制御の遅延は無視できる程度に十分高精度であると考えられる。

【0040】

図５の例のように、割り振られる蓄電設備（充電状態にある蓄電設備）が複数存在する場合、グリッドコントローラ２は、当該蓄電設備の蓄電部４１〜４７の蓄電量を所定の充放電目標値Ｅｔとするために対応する制御部５１〜５７が予め定めた充電指令値Ｐｂ（ｋ）の大きさに応じて割り振る量を決定する。この場合、グリッドコントローラ２は、充電指令値Ｐｂ（ｋ）の絶対値が大きいほど単位時間あたりの充電量の減少率を大きくする。例えば、充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）への制御指令値Ｐｂ’（ｋ）は、
Ｐｂ’（ｋ）＝Ｐｂ（ｋ）＋ΔＰ・Ｐｂ（ｋ）／ΣＰｂ（ｋ）…（４）
と表せる。式（４）においては、差分電力ΔＰに各蓄電設備の当初の充電指令値Ｐｂ（ｋ）の総放電指令値ΣＰｂ（ｋ）に対する割合（Ｐｂ（ｋ）／ΣＰｂ（ｋ））が掛けられる。Ｐｂ（ｋ）＜０かつΔＰ＞０であるため、Ｐｂ’（ｋ）の絶対値におけるＰｂ（ｋ）の絶対値に対する減少量は、Ｐｂ（ｋ）の絶対値が大きいほど大きくなる（単位時間あたりの充電量が小さくなる）。これにより、本来の用途のために予め定められた充電指令値Ｐｂ（ｋ）の大きさに応じて平滑化のための電力の割り振りの負担を変化させることができるため、既存の蓄電設備の本来の用途のための充放電制御への影響をより低減することができる。

【0041】

＜割り振り制御１−Ｂ＞
充電状態にあるすべての蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）の単位時間あたりの充電量を０にしても、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合（｜ΣＰｂ（ｋ）｜＜｜ΔＰ｜＜｜ΣＰｂ（ｋ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｄｍａｘ（ｋ）｜の場合）、図６に示すように、当該蓄電部が充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）に蓄えられた電力を放電するような制御指令値Ｐｂ’（ｋ）を対応する制御部５１〜５７に伝達する。充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）を瞬間的に放電状態に切り換えることで、スマートコミュニティ１内で余剰電力が生じ、当該余剰電力が送電電力Ｐａｌｌへ加えられる。

【0042】

図６の例のように、割り振られる蓄電設備（もともと充電状態にある蓄電設備）が複数存在する場合、グリッドコントローラ２は、充放電指令値Ｐｂ（ｉ）の大きさに応じて割り振る量を決定する。この場合、グリッドコントローラ２は、充電指令値Ｐｂ（ｋ）の絶対値が大きいほど単位時間あたりの放電量の増大率を小さくする。例えば、もともと充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）への制御指令値Ｐｂ’（ｋ）は、
Ｐｂ’（ｋ）＝（｜ΔＰ｜−｜ΣＰｂ（ｋ）｜）・１／Ｐｂ（ｋ）／Σ（１／Ｐｂ（ｋ））…（５）
と表せる。式（５）においては、差分電力ΔＰから総充電指令値ΣＰｂ（ｋ）（＜０）分の電力量を差し引いた残りの電力を充電指令値Ｐｂ（ｋ）の逆比に応じた単位時間あたりの放電量として分配する。但し、この分配の結果、単位時間あたりの放電量の最大値を超過する蓄電設備が存在すれば、その超過分はもともと充電状態にある蓄電設備のうち未だ放電余裕のある他の蓄電設備の間で再分配を行うこととする。なお、蓄電部がもともと放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）については、｜ΔＰ｜＜｜ΣＰｂ（ｋ）｜の場合と同様である。

【0043】

以上のように、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合（送電電力Ｐａｌｌが不足している場合）、充電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの充電量を小さくすることにより、その分の電力が送電電力Ｐａｌｌに補充される。このとき、放電状態にある蓄電設備は、もとの放電指令値が維持される。これにより、単位時間あたりの充電量と放電量との各々の絶対量の合計が最小化され、充放電による電力ロスを低減することができる。さらに、単位時間あたりの充電量を小さくするだけでは差分電力ΔＰを補えない場合には、当該充電状態にある蓄電設備を放電制御に切り換えることにより、差分電力ΔＰを補いつつ、複数の蓄電設備のうち差分電力ΔＰを割り振る蓄電設備の数を少なくして、本来の用途のための充放電制御への影響の増大を防止することができる。

【0044】

＜割り振り制御１−Ｃ＞
また、グリッドコントローラ２は、複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）の単位時間あたりの放電量を大きく（ここでは最大に）しても、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合（｜ΣＰｂ（ｋ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｄｍａｘ（ｋ）｜＜｜ΔＰ｜＜｜ΣＰｂ（ｋ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｄｍａｘ（ｋ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｄｍａｘ（ｊ）｜の場合）、図７に示すように、上記制御に加えて、複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）に対しても単位時間あたりの放電量を大きくするような制御指令値Ｐｂ’（ｊ）を対応する制御部５１〜５７に伝達する。放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）の単位時間あたりの放電量が瞬間的に増大するため、スマートコミュニティ１内で余剰電力が生じ、当該余剰電力が送電電力Ｐａｌｌへ加えられる。なお、本実施形態においては、単位時間あたりの放電量の最大値は、蓄電設備が単位時間あたりに放電しうる最大値を意味し、一般には蓄電設備の放電能力として定められている。

【0045】

図７の例のように、割り振られる蓄電設備（もともと放電状態にある蓄電設備）が複数存在する場合、グリッドコントローラ２は、充放電指令値Ｐｂ（ｉ）の大きさに応じて割り振る量を決定する。この場合、グリッドコントローラ２は、放電指令値Ｐｂ（ｊ）の絶対値が大きいほど単位時間あたりの放電量の増大率を大きくする。例えば、もともと放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）への制御指令値Ｐｂ’（ｊ）は、
Ｐｂ’（ｊ）＝Ｐｂ（ｊ）＋（｜ΔＰ｜−｜ΣＰｂ（ｋ）｜−｜ΣＰｂ＿ｄｍａｘ（ｋ）｜）・Ｐｂ（ｊ）／ΣＰｂ（ｊ）…（６）
と表せる。式（６）においては、差分電力ΔＰから総充電指令値ΣＰｂ（ｋ）およびもともと充電状態にあるすべての蓄電設備の単位時間あたりの放電量を最大にした際の電力の総和ΣＰｂ＿ｄｍａｘ（ｋ）を差し引いた残りの電力をもともと放電状態にある蓄電設備に割り当てている。この際、当該残りの電力に各蓄電設備の当初の放電指令値Ｐｂ（ｊ）の総放電指令値ΣＰｂ（ｊ）に対する割合（Ｐｂ（ｊ）／ΣＰｂ（ｊ））が掛けられる。Ｐｂ（ｊ）＞０であるため、Ｐｂ’（ｊ）の絶対値のＰｂ（ｊ）の絶対値に対する増加量は、Ｐｂ（ｊ）の絶対値が大きいほど大きくなる（単位時間あたりの放電量が大きくなる）。これにより、複数の蓄電設備を最大限利用して送電電力Ｐａｌｌを有効に平滑化することができる。

【0046】

なお、このとき、もともと充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）に対して、グリッドコントローラ２は、単位時間あたりの放電量を最大にするように制御する。したがって、もともと充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）への制御指令値Ｐｂ’（ｋ）は、
Ｐｂ’（ｋ）＝Ｐｂ＿ｄｍａｘ（ｋ）…（７）
と表せる。

【0047】

＜割り振り制御１−Ｄ＞
グリッドコントローラ２は、複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）の単位時間あたりの放電量を大きく（ここでは最大に）しても、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より小さい場合（｜ΣＰｂ（ｋ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｄｍａｘ（ｋ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｄｍａｘ（ｊ）｜＜｜ΔＰ｜の場合）、すべての蓄電設備の単位時間あたりの放電量を最大にするような制御指令値Ｐｂ’（ｊ）を対応する制御部５１〜５７に伝達する。これにより、送電電力Ｐａｌｌを平滑化演算出力Ｐａｌｌ’に近づけることができる。したがって、もともと放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）への制御指令値Ｐｂ’（ｊ）は、
Ｐｂ’（ｊ）＝Ｐｂ＿ｄｍａｘ（ｊ）…（７’）
と表せる。

【0048】

＜割り振り制御２＞
次に、差分電力ΔＰが負の値である場合（送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合）の割り振り方法について説明する。図８〜図１０は差分電力ΔＰが負の値であるときの蓄電設備への割り振り制御を例示する模式図である。図８〜図１０においてもグリッドコントローラ２が制御指令値を伝達する前の状態は図５〜図７と同様であるものとする。基本的には、差分電力ΔＰが正の値である場合における充電状態にある蓄電設備と放電状態にある蓄電設備とを入れ替えたような制御を行う。

【0049】

＜割り振り制御２−Ａ＞
グリッドコントローラ２は、差分電力ΔＰが負の値である（送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい）場合（|ΔＰ|＜｜ΣＰｂ（ｊ）｜の場合）、図８に示すように、複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）に、当該蓄電部の単位時間あたりの放電量を小さくするような制御指令値Ｐｂ’（ｊ）を対応する制御部５１〜５７に伝達する。このとき、蓄電部が充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）には、制御指令値は送られなくてもよいが、通信エラーなどと区別するために、グリッドコントローラ２が対応する制御部５１〜５７における充電指令値Ｐｂ（ｋ）をそのまま制御指令値Ｐｂ’（ｋ）として充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）に伝達することとしてもよい。すなわち、充電状態にある蓄電設備に伝達する制御指令値Ｐｂ’（ｋ）は、
Ｐｂ’（ｋ）＝Ｐｂ（ｋ）…（８）
と表せる。

【0050】

制御指令値Ｐｂ’（ｊ）を受けた放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）の制御部５１〜５７は、それぞれ、受信した制御指令値Ｐｂ’（ｊ）を放電指令値として更新して対応する蓄電部４１〜４７の充放電制御を行う。これにより放電状態にある蓄電設備Ｂ１，Ｂ２の単位時間あたりの放電量が瞬間的に小さくなるため、スマートコミュニティ１内で必要な電力が増大し、送電電力Ｐａｌｌが減ぜられる（送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’に近づく）。

【0051】

図８の例のように、割り振られる蓄電設備（放電状態にある蓄電設備）が複数存在する場合、グリッドコントローラ２は、当該蓄電設備の蓄電部４１〜４７の蓄電量を所定の充放電目標値Ｅｔとするために対応する制御部５１〜５７が予め定めた放電指令値Ｐｂ（ｊ）の大きさに応じて割り振る量を決定する。この場合、グリッドコントローラ２は、放電指令値Ｐｂ（ｊ）の絶対値が大きいほど単位時間あたりの放電量の減少率を大きくする。例えば、放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）への制御指令値Ｐｂ’（ｊ）は、
Ｐｂ’（ｊ）＝Ｐｂ（ｊ）＋ΔＰ・Ｐｂ（ｊ）／ΣＰｂ（ｊ）…（９）
と表せる。式（９）においては、差分電力ΔＰに各蓄電設備の当初の放電指令値Ｐｂ（ｊ）の総放電指令値ΣＰｂ（ｊ）に対する割合（Ｐｂ（ｊ）／ΣＰｂ（ｊ））が掛けられる。Ｐｂ（ｊ）＞０かつΔＰ＜０であるため、Ｐｂ’（ｊ）の絶対値におけるＰｂ（ｊ）の絶対値に対する減少量は、Ｐｂ（ｊ）の絶対値が大きいほど大きくなる（単位時間あたりの放電量が小さくなる）。これにより、本来の用途のために予め定められた放電指令値Ｐｂ（ｊ）の大きさに応じて平滑化のための電力の割り振りの負担を変化させることができるため、既存の蓄電設備の本来の用途のための充放電制御への影響をより低減することができる。

【0052】

＜割り振り制御２−Ｂ＞
放電状態にあるすべての蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）の単位時間あたりの放電量を０にしても、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合（｜ΣＰｂ（ｊ）｜＜｜ΔＰ｜＜｜ΣＰｂ（ｊ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｃｍａｘ（ｊ）｜の場合）、図９に示すように、当該蓄電部が放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）に電力を充電するような制御指令値Ｐｂ’（ｊ）を対応する制御部５１〜５７に伝達する。放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）を瞬間的に充電状態に切り換えることで、スマートコミュニティ１内で必要な電力が増大し、送電電力Ｐａｌｌが減ぜられる。

【0053】

図９の例のように、割り振られる蓄電設備（もともと放電状態にある蓄電設備）が複数存在する場合、グリッドコントローラ２は、充放電指令値Ｐｂ（ｉ）の大きさに応じて割り振る量を決定する。この場合、グリッドコントローラ２は、放電指令値Ｐｂ（ｊ）の絶対値が大きいほど単位時間あたりの充電量の増大率を小さくする。例えば、もともと放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）への制御指令値Ｐｂ’（ｊ）は、
Ｐｂ’（ｊ）＝（−｜ΔＰ｜＋｜ΣＰｂ（ｊ）｜）・１／Ｐｂ（ｊ）／Σ（１／Ｐｂ（ｊ））…（１０）
と表せる。式（１０）においては、差分電力ΔＰ（＜０）から総放電指令値ΣＰｂ（ｊ）（＞０）分の電力量を差し引いた残りの電力を放電指令値Ｐｂ（ｊ）の逆比に応じた単位時間あたりの充電量として分配する。但し、この分配の結果、単位時間あたりの充電量の最大値を超過する蓄電設備が存在すれば、その超過分はもともと放電状態にある蓄電設備のうち未だ充電余裕のある他の蓄電設備の間で再分配を行うこととする。なお、蓄電部がもともと充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）については、｜ΔＰ｜＜｜ΣＰｂ（ｊ）｜の場合と同様である。

【0054】

以上のように、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合（送電電力Ｐａｌｌが過剰である場合）、放電状態にある蓄電設備の単位時間あたりの放電量を小さくすることにより、その分の電力が送電電力Ｐａｌｌから差し引かれる。このとき、充電状態にある蓄電設備は、もとの充電指令値が維持される。これにより、単位時間あたりの充電量と放電量との各々の絶対量の合計が最小化され、充放電による電力ロスを低減することができる。さらに、単位時間あたりの放電量を小さくするだけでは差分電力ΔＰを差し引けない場合には、当該放電状態にある蓄電設備を充電制御に切り換えることにより、差分電力ΔＰを低減させつつ、複数の蓄電設備のうち差分電力ΔＰを割り振る蓄電設備の数を少なくして、本来の用途のための充放電制御への影響の増大を防止することができる。

【0055】

＜割り振り制御２−Ｃ＞
また、グリッドコントローラ２は、複数の蓄電設備のうち蓄電部が放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）の単位時間あたりの充電量を大きく（ここでは最大に）しても、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合（｜ΣＰｂ（ｊ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｃｍａｘ（ｊ）｜＜｜ΔＰ｜＜｜ΣＰｂ（ｊ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｃｍａｘ（ｊ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｃｍａｘ（ｋ）｜の場合）、図１０に示すように、上記制御に加えて、複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）に対しても単位時間あたりの充電量を大きくするような制御指令値Ｐｂ’（ｋ）を対応する制御部５１〜５７に伝達する。充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）の単位時間あたりの充電量が瞬間的に増大するため、スマートコミュニティ１内で必要な電力が増大し、送電電力Ｐａｌｌが減ぜられる。なお、本実施形態においては、単位時間あたりの充電量の最大値は、蓄電設備が単位時間あたりに充電しうる最大値を意味し、一般には蓄電設備の放電能力として定められている。

【0056】

図１０の例のように、割り振られる蓄電設備（もともと充電状態にある蓄電設備）が複数存在する場合、グリッドコントローラ２は、充放電指令値Ｐｂ（ｉ）の大きさに応じて割り振る量を決定する。この場合、グリッドコントローラ２は、充電指令値Ｐｂ（ｋ）の絶対値が大きいほど単位時間あたりの充電量の増大率を大きくする。例えば、もともと充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）への制御指令値Ｐｂ’（ｋ）は、
Ｐｂ’（ｋ）＝Ｐｂ（ｋ）＋（−｜ΔＰ｜＋｜ΣＰｂ（ｊ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｃｍａｘ（ｊ）｜）・Ｐｂ（ｋ）／ΣＰｂ（ｋ）…（１１）
と表せる。式（１１）においては、差分電力ΔＰから総放電指令値ΣＰｂ（ｊ）およびもともと放電状態にあるすべての蓄電設備の単位時間あたりの充電量を最大にした際の電力の総和ΣＰｂ＿ｃｍａｘ（ｊ）を差し引いた残りの電力をもともと充電状態にある蓄電設備に割り当てている。この際、当該残りの電力に各蓄電設備の当初の充電指令値Ｐｂ（ｋ）の総充電指令値ΣＰｂ（ｋ）に占める割合（Ｐｂ（ｋ）／ΣＰｂ（ｋ））が掛けられる。Ｐｂ（ｋ）＜０であるため、Ｐｂ’（ｋ）の絶対値のＰｂ（ｋ）の絶対値に対する増加量は、Ｐｂ（ｋ）の絶対値が大きいほど大きくなる（単位時間あたりの充電量が大きくなる）。これにより、複数の蓄電設備を最大限利用して送電電力Ｐａｌｌを有効に平滑化することができる。

【0057】

なお、このとき、もともと放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）に対して、グリッドコントローラ２は、単位時間あたりの充電量を最大にするように制御する。したがって、もともと放電状態にある蓄電設備（Ｂ１，Ｂ２）への制御指令値Ｐｂ’（ｊ）は、
Ｐｂ’（ｊ）＝Ｐｂ＿ｃｍａｘ（ｊ）…（１２）
と表せる。

【0058】

＜割り振り制御２−Ｄ＞
グリッドコントローラ２は、複数の蓄電設備のうち蓄電部が充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）の単位時間あたりの充電量を大きく（ここでは最大に）しても、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’より大きい場合（｜ΣＰｂ（ｊ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｃｍａｘ（ｊ）｜＋｜ΣＰｂ＿ｃｍａｘ（ｋ）｜＜｜ΔＰ｜の場合）、すべての蓄電設備の単位時間あたりの充電量を最大にするような制御指令値Ｐｂ’（ｋ）を対応する制御部５１〜５７に伝達する。これにより、送電電力Ｐａｌｌを平滑化演算出力Ｐａｌｌ’に近づけることができる。したがって、もともと充電状態にある蓄電設備（Ｂ３，Ｂ４）への制御指令値Ｐｂ’（ｋ）は、
Ｐｂ’（ｋ）＝Ｐｂ＿ｃｍａｘ（ｋ）…（１２’）
と表せる。

【0059】

以上のように、本実施形態の構成によれば、外部への送電電力Ｐａｌｌと平滑化後の平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との差分電力ΔＰが複数の蓄電設備３１〜３７に割り振られる。すなわち、複数の蓄電設備３１〜３７を１つの仮想蓄電設備としてみなして、当該複数の蓄電設備３１〜３７の蓄電部４１〜４７への充電または放電により差分電力ΔＰが送電電力Ｐａｌｌから差し引きまたは足し合わされることにより、送電電力Ｐａｌｌが平滑化演算出力Ｐａｌｌ’となるように（差分電力ΔＰが０となるように）平滑化される。この際、複数の蓄電設備３１〜３７の充放電状態（各制御部５１〜５７が対応する蓄電部４１〜４７に充電指令を与えているか放電指令を与えているか）に応じて差分電力ΔＰが割り振られる。このように、既存の蓄電設備に差分電力ΔＰを割り振ることにより、大容量の蓄電設備を新たに導入することなく外部への送電電力Ｐａｌｌを有効に平滑化することができる。しかも、蓄電設備３１〜３７の充放電状態に応じて差分電力ΔＰが割り振られるため、既存の蓄電設備の本来の用途のための充放電制御への影響を抑制することができる。

【0060】

なお、本実施形態においては、上述したように、差分電力を割り振る蓄電設備が複数ある場合に、当該蓄電設備の充放電指令値Ｐｂ（ｉ）の大きさに応じて割り振られる電力量が決定されるが、本発明はこれに限られない。例えば、充放電指令値Ｐｂ（ｉ）の大きさによらず複数の蓄電設備に対し差分電力ΔＰを均等に割り当てることとしてもよいし、充放電指令値の絶対値に応じて優先順位をつけて割り振る（優先順位の高い蓄電設備では賄えない場合に優先順位の低い蓄電設備を利用する）こととしてもよい。

【0061】

＜変形例＞
以上で説明した割り振り制御においては、スマートコミュニティ１内の蓄電設備３１〜３７は、その蓄電部４１〜４７の充放電状態によって差分電力ΔＰが割り当てられない場合があるものの、基本的にはすべての蓄電設備３１〜３７について均等に平滑化制御のための演算が行われる。しかし、蓄電設備３１〜３７の本来の用途によっては、当該蓄電設備３１〜３７の蓄電部４１〜４７の能力の大半を本来の用途に使用しなければならない時期や時間帯が存在する場合がある。このような蓄電設備３１〜３７が存在する場合には、グリッドコントローラ２は、当該時期や時間帯においては前もって平滑化制御の演算に組み入れないこととしてもよい。

【0062】

また、グリッドコントローラ２は、複数の蓄電設備３１〜３７を用途に応じて複数のグループに区分し、当該複数のグループおよび平滑化フィルタ２０の時定数のそれぞれについて所定の重み付けを行い、当該重み付けに基づいて複数のグループごとの制御指令値の目標値Ｐｂ（ｉ）とグリッドコントローラ２によって演算されるべき制御指令値Ｐｂ’（ｉ）との差分および平滑化フィルタ２０の時定数の目標値Ｔとグリッドコントローラ２によって演算されるべき時定数の設定値Ｔ’との差分を加重平均した評価関数Ｙを設定し、当該評価関数Ｙが最小となるような、複数のグループごとの制御指令値Ｐｂ’（ｉ）および平滑化フィルタ２０の時定数の設定値Ｔ’を演算することとしてもよい。

【0063】

図１１は本実施形態の変形例における送電電力Ｐａｌｌと平滑化演算出力Ｐａｌｌ’との関係例を示すグラフである。例えば、工場などに設置された蓄電設備がピークカットを目的とする場合、当該ピークカットの時間帯または時期（平滑化演算出力Ｐａｌｌ’が波線となっている間）には、このようなピークカットを目的とするグループの重み付けを他のグループおよび平滑化フィルタ２０に比べて大きくすることにより、当該蓄電設備の本来の用途におけるＳＯＣ制御（対応する制御部による充放電指令値Ｐｂ）を優先し、送電電力Ｐａｌｌの平滑化度を下げる（Ｐａｌｌ’における実線のようにＰａｌｌ’の波線のレベル（差分電力ΔＰ＝０のレベル）までは平滑化を行わない）ことが可能となる。

【0064】

このような制御を行う場合、まず、複数の蓄電設備３１〜３７を用途に応じてグループ分けする。なお、「用途に応じて」とは、ピークカット、非常用電源、車両駆動用などの用途の異同だけでなく、充放電サイクルが近似していれば用途が似ているとみなしてグループ分けすることをも含むものとする。

【0065】

グループ分けされた蓄電設備の充放電指令値の目標値（平滑化制御を行わないときの充放電指令値）をＰｂ＃（＃＝１，２，…，Ｍ：グループ番号）とし、グループ分けされた蓄電設備の制御指令値（平滑化制御を行った上での充放電指令値）をＰｂ＃’とする。さらに、グループごとの充放電指令値の目標値の総和をΣＰｂ＃（ｉ）とし、グループごとの制御指令値の総和をΣＰｂ＃’（ｉ）とする。また、平滑化フィルタ２０の時定数の目標値をＴ（重み付けを行わない場合の理想値）とし、平滑化フィルタ２０の時定数の設定値をＴ’とする。

【0066】

このとき、評価関数Ｙは、
Ｙ＝Ｋ_０（Ｔ−Ｔ’）^２＋Ｋ_１（ΣＰｂ１（ｉ）−ΣＰｂ１’（ｉ））^２＋Ｋ_２（ΣＰｂ２（ｉ）−ΣＰｂ２’（ｉ））^２＋…＋Ｋ_Ｍ（ΣＰｂＭ（ｉ）−ΣＰｂＭ’（ｉ））^２…（１３）
と表せる。ここで、係数Ｋ_０，Ｋ_１，…，Ｋ_Ｍは、平滑化制御および各グループにおけるＳＯＣ制御の重みを示すものである。これらの係数Ｋ_０〜Ｋ_Ｍは、各グループにおける利用状況に応じて（例えば、季節、時間帯など）に応じて適宜設定される。このように、評価関数Ｙは、平滑化フィルタ２０の時定数の目標値Ｔと設定値Ｔ’との差分および各グループにおける充放電指令値の目標値Ｐｂ＃と制御指令値Ｐｂ＃’との差分をすべて加重平均したものである。

【0067】

グリッドコントローラ２は、上記評価関数Ｙの値を最小とするような最適解の組み合わせ（Ｔ’，ΣＰｂ１’，ΣＰｂ２’，…，ΣＰｂＭ’）を探索により演算する。これらの最適解の組み合わせを探索する方法は、例えばラグランジュ未定定数法や最急降下法などの一般的な手法が採用可能である。

【0068】

このような探索の結果、時定数Ｔ’およびグループごとの制御指令値の総和ΣＰｂ＃’（ｉ）が演算される。この後、グリッドコントローラ２は、グループごとに得られた制御指令値の総和ΣＰｂ＃’（ｉ）を当該グループに属する各蓄電設備に割り振る（各蓄電設備の蓄電部への制御指令値Ｐｂ＃’（１），Ｐｂ＃’（２），…を算出する）制御を行う。割り振りの方法は、前述した割り振り制御１および２を利用する。すなわち、差分電力ΔＰの代わりに制御指令値の総和ΣＰｂ＃’を用いて同様に演算することにより、各蓄電設備の蓄電部への制御指令値Ｐｂ＃’（ｉ）が演算され、対応する制御部に伝達される。

【0069】

これによれば、蓄電設備の用途に応じた重み付けにより、既存の蓄電設備の本来の用途のための充放電制御への影響を最小限にすることができる。さらに、蓄電設備の各グループの用途、利用状況および需給バランスなどに応じて重み付けを変更することにより、その時々に応じて最適な制御を行うことができる。

【0070】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明のスマートグリッドシステムのグリッドコントローラ、それを備えたスマートグリッドシステムおよびその制御方法は、大容量の蓄電設備を新たに導入することなく外部への送電電力を有効に平滑化するために有用である。

【符号の説明】

【0072】

１ スマートコミュニティ
２ グリッドコントローラ
３ 送電線
４ 系統連系点
５ ネットワーク
１１，１２，１３，１４，１５，Ｆ（ｉ） 施設
２０ 平滑化フィルタ
２１，２２，２３，２４ 発電設備
３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７ 蓄電設備
４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，Ｂｉ 蓄電部
５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７ 制御部
６１，６２，６３，６４，６５ 負荷
２００ 外部電力系統

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】