特開 2023-102061 電力制御システムおよび電力制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023102061

(43)【公開日】2023-07-24

(54)【発明の名称】電力制御システムおよび電力制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 13/00 20060101AFI20230714BHJP

   H02J 3/14 20060101ALI20230714BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20230714BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20230714BHJP

   G06Q 50/06 20120101ALI20230714BHJP

【ＦＩ】

H02J13/00 311T

H02J3/14 160

H02J3/32

H02J3/38 110

G06Q50/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022002398

(22)【出願日】2022-01-11

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】孫 甜

(72)【発明者】

【氏名】楠 清志

(72)【発明者】

【氏名】藤田 崇

(72)【発明者】

【氏名】蜂谷 秀行

(72)【発明者】

【氏名】影山 隆久

【テーマコード（参考）】

5G064

5G066

5L049

【Ｆターム（参考）】

5G064AA01

5G064AA04

5G064AC05

5G064AC09

5G064CB08

5G064CB12

5G064CB21

5G064DA05

5G066AA03

5G066AE09

5G066HB06

5G066HB07

5G066HB09

5G066JA01

5G066JB03

5G066KB01

5G066KB06

5L049CC06

(57)【要約】

【課題】電力系統の周波数変動の適切な抑制を実現する。
【解決手段】実施形態における電力制御システムは、交流電気回路の周波数変動を抑制する電力制御システムであって、電力需要家に対する、前記周波数変動を抑制するための要請に基づき、当該電力需要家に係る電力変換装置の運転状態が変更されたときの変更前後の運転状態が示される情報および／または電気量に基づいて、前記周波数変動の抑制に対する前記電力需要家の寄与量を算出する寄与量算出部と、前記寄与量算出部により算出された寄与量に基づき、前記電力需要家への対価を算出する対価算出部と、とを有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電気回路の周波数変動を抑制する電力制御システムであって、
電力需要家に対する、前記周波数変動を抑制するための要請に基づき、当該電力需要家に係る電力変換装置の運転状態が変更されたときの変更前後の運転状態が示される情報および／または電気量に基づいて、前記周波数変動の抑制に対する前記電力需要家の寄与量を算出する寄与量算出部と、
前記寄与量算出部により算出された寄与量に基づき、前記電力需要家への対価を算出する対価算出部と、
を備える電力制御システム。

【請求項2】

前記交流電気回路と前記電力変換装置との間に係る電気量を測定し、この測定された電気量に基づいて、前記電力変換装置の運転状態を示す電気量を演算する第１の運転状態演算部と、
前記運転状態が変更された後の、前記交流電気回路と前記電力変換装置との間に係る電気量、および前記運転状態が変更される前の、前記交流電気回路と前記電力変換装置との間に係る電気量に基づいて、前記運転状態が変更されなかった場合の前記電力変換装置の仮想的な運転状態を示す電気量を演算する第２の運転状態演算部と、をさらに備え、
前記寄与量算出部は、前記第１および第２の運転状態演算部による演算結果に基づいて、前記寄与量を算出する、
請求項１に記載の電力制御システム。

【請求項3】

前記第２の運転状態演算部は、前記交流電気回路と前記電力変換装置との間に係る電気量のうち前記運転状態の変更前後で変動しない電気量以外の前記電気量と、前記運転状態の変更前後で変動しない電気量とに基づいて、前記運転状態が変更される前の前記電力変換装置の仮想的な運転状態を示す電気量を演算する、
請求項２に記載の電力制御システム。

【請求項4】

前記第１および第２の運転状態演算部による演算結果を比較する比較演算部をさらに備え、
前記寄与量算出部は、前記比較演算部による比較の結果に基づいて、前記寄与量を算出する、
請求項２に記載の電力制御システム。

【請求項5】

前記比較演算部による比較の結果の積分演算または蓄積を行なうことで、前記要請に基づいて変動した、前記電力需要家の電気量の総量を演算し蓄積する蓄積部をさらに備える、
請求項４に記載の電力制御システム。

【請求項6】

前記要請に基づく、前記電力需要家に係る電力変換装置の運転状態の変更に係る指令に対する、当該電力需要家による承認を受け付ける承認部をさらに備え、
前記寄与量算出部は、前記承認部により前記承認を受け付けたときに、前記変更前後の運転状態が示される情報に基づいて、前記周波数変動の抑制に対する前記電力需要家の寄与量を算出する、
請求項１に記載の電力制御システム。

【請求項7】

前記電力変換装置の運転状態は、前記交流電気回路の周波数の変動もしくは前記交流電気回路の電気量の位相の変動を抑制する少なくとも１種類の模擬慣性運転、および前記交流電気回路の周波数の変動に応じて負荷への入力、充放電手段への入出力、または発電手段の出力を調整する少なくとも１種類の周波数調整運転の少なくとも一方を含む、
請求項１に記載の電力制御システム。

【請求項8】

前記要請に基づく、当該電力需要家に係る電力変換装置の運転状態の変更に係る指令が複数種類の指令であり、
前記承認部は、前記複数種類の指令のうち前記電力需要家により選択された種類の指令に対する、当該電力需要家による承認を受け付ける、
請求項６に記載の電力制御システム。

【請求項9】

交流電気回路の周波数変動を抑制する電力制御システムに適用される方法であって、
前記電力制御システムにより、電力需要家に対する、前記周波数変動を抑制するための要請に基づき、当該電力需要家に係る電力変換装置の運転状態が変更されたときの変更前後の運転状態が示される情報および／または電気量に基づいて、前記周波数変動の抑制に対する前記電力需要家の寄与量を算出し、
前記電力制御システムにより、前記算出された寄与量に基づき、前記電力需要家への対価を算出する、
電力制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力制御システムおよび電力制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、電力系統の周波数調整は、主に火力発電所や水力発電所の出力制御により行われている。
火力発電所や水力発電所の出力制御が働く前の過渡的な周波数変動は、同期発電機などの回転機の慣性応答により抑制されている。
太陽光発電、風力発電などの再生可能エネルギーを利用した発電設備は、自然環境の変化に伴い出力が変動する。
周波数変動を抑制するため、蓄電池システムの充放電制御による周波数調整が実用化されつつある。

【0003】

周波数調整用の蓄電池システムに適用される電力変換装置（制御装置を含む）は、電気回路の周波数を測定し、周波数に応じて入出力の指令値を求め、指令値に従って電力変換装置の入出力を制御する。
また、電力変換装置は、電気回路の電圧位相を測定し、制御用位相基準を求め、入出力を指令値どおりに制御する。
電気回路の周波数変化等に伴い電圧位相が変化した場合、この電力変換装置は、制御用位相基準が電気回路の電圧位相に追従して入出力を制御する。
そのため、この電力変換装置は、電気回路の電圧位相が変化しても入出力を指令値どおりに安定に制御することができる。

【0004】

空調設備、冷凍冷蔵設備、電気自動車に搭載される充電装置などの負荷に適用される電力変換装置（制御装置を含む）は、負荷側の指令値に従って電力変換装置の出力を制御するので、電気回路の周波数が変化しても電力変換装置の出力は変化しない。
また、この電力変換装置は、電気回路の電圧位相を測定し、制御用位相基準を求め、入力を制御する。
電気回路の周波数変化等に伴い電圧位相が変化した場合、この電力変換装置は、制御用位相基準が電気回路の電圧位相に追従して入力を制御する。
そのため、この電力変換装置は、電気回路の電圧位相が変化しても負荷側の出力に応じて入力を安定に制御することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６４２２６８２号公報

【特許文献2】特許第６４４０９７４号公報

【特許文献3】特許第４６８０１０２号公報

【特許文献4】特許第６８３１５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

火力発電や水力発電などの同期発電機を用いた発電設備は、電力系統の周波数が変化した場合、ガバナフリー機能により原動機の出力を制御し、周波数変動を抑制する。
原動機出力が変化して周波数が安定する前の過渡的な周波数変動（電圧位相変動）に対しては、同期発電機が有する慣性により受動的に出力が変化し、過渡的な周波数変動を抑制する。すなわち同期発電機には、慣性応答により周波数変動を抑制する機能がある。

【0007】

一方、風力発電、太陽光発電では、風速、日射量の変化に伴い、出力が変動するため、電力系統の周波数変動の原因になる。
また、風力発電、太陽光発電、燃料電池システム、蓄電システムに適用される電力変換装置は、静止機器であり、同期発電機が有するような慣性を有していない。
また、これらの電力変換装置は、出力および／または入力を指令値どおりに制御するため、出力および／または入力の指令値が変化しない時間帯の過渡的な周波数変動を抑制することはできない。

【0008】

風力発電、太陽光発電などの電力変換装置経由で電力系統に接続される発電設備が増加し、火力発電や水力発電などの同期発電機を用いた発電設備（慣性を有する発電設備）の割合が減少すると、電力系統全体の慣性が減少し、電力系統の周波数変動が大きくなることが懸念される。
そのため、同期発電機を用いた発電設備と同等の過渡的な周波数変動の抑制効果を有する電力変換装置が求められている。

【0009】

このような電力変換装置を実現する方法として、仮想同期発電機制御が提案されている。
この制御は、電力変換装置の制御装置に同期発電機の特性を模擬する演算部を備え、演算結果に基づいて電力変換装置の出力を制御し、同期発電機の出力を模擬するものである。
仮想同期発電機制御は、複雑な演算が必要であるため演算の時間遅れが生ずるという課題がある。
また、各電力変換装置の出力は、演算に用いる関数、定数によって異なる挙動になるため、複数の電力変換装置が同一系統に接続される場合は、それぞれの電力変換装置の制御が干渉したり、同期機の挙動を模擬することによる振動現象が発生したりして、電力系統に悪影響を与えるおそれがある。

【0010】

本発明が解決しようとする課題は、電力系統の周波数変動の適切な抑制を実現することができる電力制御システムおよび電力制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

実施形態における電力制御システムは、交流電気回路の周波数変動を抑制する電力制御システムであって、電力需要家に対する、前記周波数変動を抑制するための要請に基づき、当該電力需要家に係る電力変換装置の運転状態が変更されたときの変更前後の運転状態が示される情報および／または電気量に基づいて、前記周波数変動の抑制に対する前記電力需要家の寄与量を算出する寄与量算出部と、前記寄与量算出部により算出された寄与量に基づき、前記電力需要家への対価を算出する対価算出部と、を有する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、電力系統の周波数変動の適切な抑制を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係る電力制御システムが適用された電力系統の構成の一例を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る電力制御システムの各部の詳細な構成の一例を示す図である。

【図3】第１の実施形態に係る電力制御システムによる運転モードの変更から電気料金の演算までの手順の一例を示すフローチャートである。

【図4】第２の実施形態に係る電力制御システムが適用された電力系統の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
最初に、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る電力制御システムが適用された電力系統の構成の一例を示す図である。
便宜上、図１に示された例では、４つの電力需要家である電力需要家Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤに係る設備が電力系統Ｓに接続されたときの電力制御システムについて説明する。なお、図１の符号ａで示される範囲は、各電力需要家と送配電事業者と小売電気事業者との間の入出力に係る構成の範囲に対応する。

【0015】

電力需要家には、高圧大口需要家、高圧小口需要家、および低圧需要家（低圧小口需要家）などの各種の需要家が含まれ得る。低圧需要家には一般家庭が含まれ得る。電力需要家Ａ，Ｂ，Ｃ，およびＤを総称して、各電力需要家または単に電力需要家と称することがある。また、上記設備は、上記の電力系統Ｓの代わりに別の交流電気回路、例えば配電系統または電源回路などに接続されてもよい。

【0016】

また、図１に示された例では、電力需要家Ａに係る建物または敷地など（電力需要家Ａ内と称されることがある）に設けられる設備が、電力変換装置（電力変換器と称されることがある。）が用いられた充放電設備であって、電力需要家Ｂに係る建物または敷地など（電力需要家Ｂ内と称されることがある）に設けられる設備が、電力変換装置が用いられた燃料電池設備であって、電力需要家Ｃに係る建物または敷地など（電力需要家Ｃ内と称されることがある）に設けられる設備が、電力変換装置が用いられた空調設備であって、電力需要家Ｄに係る建物または敷地など（電力需要家Ｄ内と称されることがある）に設けられる設備が、電力変換装置が用いられた冷凍および冷蔵設備（以下、冷凍冷蔵設備と称されることがある。）である例について説明する。

【0017】

図１に示された例では、送配電事業者に係る建物または敷地など（送配電事業者内と称されることがある）には演算装置１０が設けられる。この演算装置１０は、運転モード変更指令出力部１１、還元量演算部１２還元量送信部１３、および寄与量演算部１４を有する。ここでいう寄与量とは、各電力需要家が周波数変動の抑制に対応すべく貢献した程度を評価できる数量であればよく、寄与率や貢献の度合といった割合だけに限らず、その評価に用いた物理量や生データなどをそのまま用いても良い。

【0018】

図１に示された例では、小売電気事業者に係る建物または敷地など（小売電気事業者内と称されることがある）には演算装置２０が設けられる。この演算装置２０は、電気料金演算部２１、および電気料金請求部２２を有する。なお、これらの演算を一体的な事業者で行なうときは、上記の演算装置１０および演算装置２０は一体的な装置であってもよい。演算装置１０および演算装置２０の各部を構成する個々の機能は、ハードウェアとして構成されてもよいが、その一部または全部がソフトウェア、すなわちコンピュータに実現させるためのプログラムとして構成されてもよい。

【0019】

電力需要家Ａ内には、電力系統Ｓと連系可能な変圧器Ｍおよび上記の充放電設備が設けられる。充放電設備には、電力変換装置３１、二次電池３２、および電力制御装置３３が設けられる。電力需要家Ａ内には、運転モード変更指令送受信装置３４がさらに設けられる。
また、電力需要家Ａにおける上記構成は一例であり、例えば上記の電力変換装置３１の内部に電力制御装置３３を備えても良いし、充放電設備の外部に電力制御装置３３が備えられる構成でもよい。運転モード変更指令送受信装置３４が充放電設備内部や電力需要家Ａの外部に備えられる構成でも良い。変圧器Ｍは、電力需要家Ａの外部に備えられても良い。

【0020】

電力制御装置３３を構成する後述する個々の機能および運転モード変更指令送受信装置３４を構成する機能は、ハードウェアとして構成されてもよいが、その一部または全部がソフトウェアとして構成されてもよい。

【0021】

二次電池３２の充電中は、電力系統Ｓから電力需要家Ａ内の変圧器Ｍに供給された電力は電力変換装置３１に供給される。二次電池３２の放電中は、電力変換装置３１から変圧器Ｍを経由し電力系統Ｓに電力が供給される。この変圧器Ｍと電力変換装置３１との間の電気回路には計器用変成器ＶＴと変流器ＣＴと図示しない開閉装置が設けられる。
すなわち、電力変換装置３１は、変圧器Ｍを介して電力系統Ｓと電気的に接続される。この変圧器Ｍと電力変換装置３１とを繋ぐ電気回路には計器用変成器ＶＴおよび変流器ＣＴが設置される。
計器用変成器ＶＴは、電気回路の電圧に応じた電圧信号ＶＬを出力する。他の電力需要家にて設置される計器用変成器ＶＴも同様である。変流器ＣＴは、電力変換装置３１の入出力電流に応じた電流信号ＩＬを出力する。なお、本実施形態の変形例として、計器用変成器ＶＴおよび変流器ＣＴの少なくとも一方が、充放電設備に内蔵されていても良い。

【0022】

電力変換装置３１は、例えばインバータおよびコンバータの少なくとも一方の機能を備える機器であり、この電力変換装置３１には二次電池３２が接続される。この電力変換装置３１は、電力制御装置３３から与えられる制御信号に従って、電力系統Ｓとの間の電力の入出力および二次電池３２の充放電を行なう。例えば、系統電圧と電力変換装置３１の出力電圧との位相差（位相角の差）をθとすると、電力変換装置３１の有効電力の入出力（充放電電力）は、ｓｉｎθに比例した値となる。そのため、θが０～９０°の範囲では、θが大きいほど、電力変換装置３１の出力が大きくなり、θが０～－９０°の範囲では、θが小さいほど、電力変換装置３１の入力が大きくなる。

【0023】

電力制御装置３３は、電力変換装置３１からの出力および二次電池３２からの放電を行う場合は、電力変換装置３１の出力電圧の位相が系統電圧の位相よりも進んでいる状態（０°＜θ≦９０°）にし、一方、電力変換装置３１への入力および二次電池３２への充電を行う場合は、電力変換装置３１の出力電圧の位相が系統電圧の位相よりも遅れている状態（０＞θ≧－９０°）にする。

【0024】

電力制御装置３３は、計器用変成器ＶＴからの電圧信号ＶＬを入力し、この信号から電圧値を測定し、変流器ＣＴからの電流信号ＩＬを入力し、この信号から電流値を測定する。電力制御装置３３は、これらの測定した値と、入出力指令値、例えば電力変換装置３１内の回路および二次電池３２の特性値である出力電圧および蓄電量とに基づいて、電力変換装置３１と二次電池３２との間の直流電力の入出力（充放電）を制御したり、電力変換装置３１と電力系統Ｓとの間の交流電力の入出力を制御したりする。

【0025】

電力需要家Ａと同様に、電力需要家Ｂ内には、電力系統Ｓと連系可能な変圧器Ｍおよび燃料電池設備が設けられる。燃料電池設備には、電力変換装置４１、燃料電池４２、および電力制御装置４３が設けられる。電力需要家Ｂ内には、運転モード変更指令送受信装置４４がさらに設けられる。
また、電力需要家Ｂにおける上記構成は一例であり、例えば上記の電力変換装置４１の内部に電力制御装置４３を備えても良いし、燃料電池設備の外部に電力制御装置５３が備えられる構成でもよい。運転モード変更指令送受信装置４４が燃料電池設備内部や電力需要家Ｂの外部に備えられる構成でも良い。

【0026】

電力制御装置４３を構成する個々の機能および運転モード変更指令送受信装置４４を構成する機能は、ハードウェアとして構成されてもよいが、その一部または全部がソフトウェアとして構成されてもよい。

【0027】

電力系統Ｓから電力需要家Ｂ内の変圧器Ｍに供給された電力は電力変換装置４１に供給される。この変圧器Ｍと電力変換装置４１との間の電気回路には計器用変成器ＶＴと変流器ＣＴと図示しない開閉装置が設けられる。

【0028】

すなわち、電力変換装置４１は、電力需要家Ｂ内の変圧器Ｍを介して電力系統Ｓと接続される。この変圧器Ｍと電力変換装置４１とを繋ぐ電気回路には電力需要家Ｂに係る計器用変成器ＶＴおよび変流器ＣＴが設置される。
この変流器ＣＴは、電力変換装置４１の出力電流に応じた電流信号ＩＬを出力する。なお、本実施形態の変形例として、計器用変成器ＶＴおよび整流器ＣＴの少なくとも一方が燃料電池設備内に内蔵されていても良い。

【0029】

電力変換装置４１には燃料電池４２が接続される。この電力変換装置４１は、電力制御装置４３から与えられる制御信号に従って、電力系統Ｓ側に対する電力の入出力および燃料電池４２からの電力の入力を行なう。

【0030】

電力制御装置４３は、電力需要家Ｂに係る計器用変成器ＶＴからの電圧信号ＶＬにより電圧値を測定し、電力需要家Ｂに係る変流器ＣＴからの電流信号ＩＬにより電流値を測定する。電力制御装置４３は、これらの測定した値と、出力指令値（図示せず）とに基づいて、燃料電池４２から電力変換装置４１への直流電力の出力を制御したり、電力変換装置４１から電力系統Ｓへの交流電力の出力を制御したりする。

【0031】

電力需要家Ｃ内には、空調設備が設けられる。この空調設備は、電力需要家Ｃに係る建物または敷地の外部の変圧器Ｍを介して電力系統Ｓと連系される。空調設備には、電力変換装置５１、コンプレッサ５２、および電力制御装置５３が設けられる。電力需要家Ｃ内には、運転モード変更指令送受信装置５４がさらに設けられる。
また、電力需要家Ｃにおける上記構成は一例であり、例えば上記の電力変換装置５１の内部に電力制御装置５３を備えても良いし、空調設備の外部に電力制御装置５３が備えられる構成でもよい。運転モード変更指令送受信装置５４が空調設備内部や電力需要家Ｃの外部に備えられる構成でも良い。変圧器Ｍは、電力需要家Ｃ内に備えられても良い。

【0032】

電力制御装置５３を構成する個々の機能および運転モード変更指令送受信装置５４を構成する機能は、ハードウェアとして構成されてもよいが、その一部または全部がソフトウェアとして構成されてもよい。

【0033】

電力系統Ｓから電力需要家Ｃに係る変圧器Ｍに供給された電力は電力変換装置５１に供給される。この変圧器Ｍと電力変換装置５１との間かつ電力需要家Ｃ内の電気回路には計器用変成器ＶＴと変流器ＣＴと図示しない開閉装置が設けられる。

【0034】

すなわち、電力変換装置５１は、電力需要家Ｃに係る変圧器Ｍを介して電力系統Ｓと接続される。この変圧器Ｍと電力変換装置５１とを繋ぐ電気回路には、電力需要家Ｃに係る計器用変成器ＶＴおよび変流器ＣＴが設置される。
この変流器ＣＴは、電力変換装置５１の出力電流に応じた電流信号ＩＬを出力する。なお、本実施形態の変形例として、計器用変成器ＶＴおよび変流器ＣＴの少なくとも一方が、空調設備内に設けられていても良い。

【0035】

電力変換装置５１は、例えばコンバータおよびインバータの少なくとも一方の機能を備える機器であり、この電力変換装置５１にはコンプレッサ５２が接続される。この電力変換装置５１は、電力制御装置５３から与えられる制御信号に従って、電力系統Ｓ側に対する電力の入出力およびコンプレッサ５２への電力供給を行なう。

【0036】

電力制御装置５３は、電力需要家Ｃに係る計器用変成器ＶＴからの電圧信号ＶＬにより電圧値を測定し、変流器ＣＴからの電流信号ＩＬにより電流値を測定する。電力制御装置５３は、これらの測定した値と、制御指令値、例えば電力変換装置５１内の回路およびコンプレッサ５２の特性値である消費電力とに基づいて電力変換装置５１からコンプレッサ５２への電力の出力を制御したり、電力系統Ｓから電力変換装置５１への交流電力の入力を制御したりする。

【0037】

電力需要家Ｃと同様に、電力需要家Ｄ内には、上記の冷凍および冷蔵設備が設けられる。この設備は、電力需要家Ｄに係る建物または敷地の外部の変圧器Ｍを介して電力系統Ｓと連系される。冷凍および冷蔵設備には、電力変換装置６１、コンプレッサ６２、および電力制御装置６３が設けられる。電力需要家Ｄ内には、運転モード変更指令送受信装置６４がさらに設けられる。
また、電力需要家Ｄにおける上記構成は一例であり、例えば上記の電力変換装置６１の内部に電力制御装置６３を備えても良いし、冷蔵および冷凍設備の外部に電力制御装置６３が備えられる構成でもよい。運転モード変更指令送受信装置６４が冷凍および冷蔵設備の内部や電力需要家Ｄの外部に備えられる構成でも良い。変圧器Ｍは、電力需要家Ｄ内に備えられても良い。

【0038】

電力制御装置６３を構成する個々の機能および運転モード変更指令送受信装置６４を構成する機能は、ハードウェアとして構成されてもよいが、その一部または全部がソフトウェアとして構成されてもよい。

【0039】

電力系統Ｓから電力需要家Ｄに係る変圧器Ｍに供給された電力は電力変換装置６１に供給される。この変圧器Ｍと電力変換装置６１との間かつ電力需要家Ｄ内の電気回路には計器用変成器ＶＴと変流器ＣＴと図示しない開閉装置が設けられる。

【0040】

すなわち、電力変換装置６１は、電力需要家Ｄに係る変圧器Ｍを介して電力系統と接続される。この変圧器Ｍと電力変換装置６１とを繋ぐ電気回路には電力需要家Ｄに係る計器用変成器ＶＴおよび変流器ＣＴが設置される。
この変流器ＣＴは、電力変換装置６１の出力電流に応じた電流信号ＩＬを出力する。なお、本実施形態の変形例として、計器用変成器ＶＴおよび整流器ＣＴの少なくとも一方が冷凍、冷蔵設備に内蔵されていても良い。

【0041】

電力制御装置６３は、電力需要家Ｄに係る計器用変成器ＶＴからの出力ＶＬにより電圧値を測定し、変流器ＣＴからの出力ＩＬにより電流値を測定する。電力制御装置６３は、これらの測定した値と、制御指令値（図示せず）とに基づいて電力変換装置６１からコンプレッサ６２への電力の出力を制御したり、電力系統Ｓから電力変換装置６１への交流電力を制御したりする。

【0042】

電力変換装置６１および電力制御装置６３のその他の機能は上記電力変換装置５１および電力制御装置５３の機能と同様であり、上記電力変換装置５１および電力制御装置５３に係る説明におけるコンプレッサ５２をコンプレッサ６２に読み替えることで説明される。

【0043】

次に、上記運転モードの変更（切り替え）について説明する。
送配電事業者内の演算装置１０の運転モード変更指令出力部１１は、各電力需要家に対し、当該電力需要家内の電力変換装置の運転モードを変更する指令である運転モード変更指令を出力する。この運転モード変更指令には変更先の運転モードの情報が含まれる。

【0044】

送配電事業者に係る運転モード変更指令出力部１１は、電力系統Ｓの周波数調整能力の不足が予想される場合などに、電力需要家内の運転モード変更指令送受信装置、例えば電力需要家Ａ内の運転モード変更指令送受信装置３４に、当該電力需要家Ａ内の電力変換装置３１の運転モード変更指令を出力することで、電力系統Ｓの周波数調整への協力を当該電力需要家Ａに要請する。

【0045】

次に、送配電事業者からの運転モード変更指令に応じた、各電力需要家での電力変換装置の運転モードの変更に係る手順について説明する。ここでは上記の電力需要家Ａでの電力変換装置の運転モードの変更に係る手順を例として説明するが、電力需要家Ｂ，Ｃ，およびＤについても同様である。

【0046】

電力需要家Ａ内の運転モード変更指令送受信装置３４は、上記送配電事業者に係る運転モード変更指令出力部１１からの運転モード変更指令を受信する。
この運転モード変更指令の内容は、電力需要家Ａの管理者が所持または管理する端末装置、例えばスマートフォンまたはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の表示装置に表示させることができる。また、この運転モード変更指令の内容は、電力需要家Ａ内に設けられるスマート分電盤の表示装置に表示させることもできる。運転モード変更指令の内容は、電力制御装置３３の表示装置（図示せず）に表示させても良い。この運転モード変更指令の内容は、視覚的に表示する代わりに、音声、音、振動などで管理者に伝えても良い。

【0047】

電力需要家Ａの管理者が、上記表示された運転モード変更指令を確認し、上記端末装置などへの操作により運転モード変更を承諾すると、運転モード変更指令送受信装置３４から電力制御装置３３に、電力変換装置３１に係る運転モード変更指令が出力される。
電力需要家Ａの管理者が、運転モード変更指令が送信される前に、運転モード変更を承諾している場合、運転モード変更指令送受信装置３４は、運転モード変更指令を受信すると、電力制御装置３３に、電力変換装置３１に係る運転モード変更指令を出力する。
なお、この運転モード変更指令で示される、変更先の運転モードの候補が複数種類の候補である場合、上記管理者による上記端末装置などへの操作により選択された種類の運転モード変更指令が電力制御装置３３に出力される。

【0048】

運転モード変更指令を受けた電力制御装置３３は、電力変換装置３１の運転モードを運転モード変更指令で示された変更先の運転モードに切り替える。
例えば、電力需要家Ａ内の充放電設備の電力制御装置３３は、以下のように電力変換装置３１の運転モードを切り替えることができる。

【0049】

電力需要家Ａ内の充放電設備内の電力制御装置３３は、電力変換装置３１の運転モードを、二次電池３２に対する充電指令値および／または放電指令値に従った運転モードから、電力系統Ｓの交流の電気回路の電圧などの周波数の変動（電力系統Ｓの周波数と称することがある。）に応じて二次電池３２に係る充放電電力を制御する周波数調整運転モードおよび／または電力系統Ｓの周波数の変動もしくは電力系統Ｓの交流の電気回路の電圧などの電気量の位相の変動（電力系統Ｓの位相の変動と称することがある。）に応じた慣性応答を模擬する慣性運転モードに切替えることができる。

【0050】

電力需要家Ｂ内の燃料電池設備内の電力制御装置４３は、電力変換装置４１の運転モードを、燃料電池４２に対する発電指令値に従った運転モードから、電力系統Ｓの周波数の変動に応じて燃料電池４２に係る発電電力を制御する周波数調整運転モードおよび／または電力系統Ｓの周波数もしく位相の変動に応じた慣性応答を模擬する慣性運転モードに切り替えることができる。

【0051】

電力需要家Ｃ内の空調設備内の電力制御装置５３は、電力変換装置５１の運転モードを、コンプレッサ５２に係る温度制御指令値に従った運転モードから、当該運転モードに、電力系統Ｓの周波数の変動に応じてコンプレッサ５２に係る消費電力を制御する周波数調整運転モードおよび／または電力系統Ｓの周波数もしくは位相の変動に応じた慣性応答を模擬する慣性運転モードが付加された運転モードに切り替えることができる。

【0052】

電力需要家Ｄ内の冷凍および冷蔵設備内の電力制御装置６３は、電力変換装置６１の運転モードを、コンプレッサ６２に係る温度制御指令値に従った運転モードから、当該運転モードに、電力系統Ｓの周波数の変動に応じてコンプレッサ６２に係る消費電力を制御する周波数調整運転モードおよび／または電力系統Ｓの周波数もしくは位相の変動に応じた慣性応答を模擬する慣性運転モードが付加された運転モードに切り替えることができる。

【0053】

図２は、第１の実施形態に係る電力制御システムの各部の詳細な構成の一例を示す図である。ここでは、電力需要家Ａ内の運転モード変更指令送受信装置３４および電力制御装置３３などの詳細について説明するが、他の電力需要家Ｂ，Ｃ，およびＤにおける各部についても同様である。
この図２では、電力需要家Ａ内の充放電設備内の電力変換装置３１の上記の各種の運転モードのうち、いわゆる通常の運転モード以外の、慣性運転モードおよび周波数調整運転モードに係る構成が示される。

【0054】

図２に示されるように、送配電事業者内の演算装置１０の運転モード変更指令出力部１１は、慣性運転指令部１１ａおよび周波数調整運転指令部１１ｂを有する。

【0055】

電力需要家Ａの運転モード変更指令送受信装置３４は、指令受信部３４ａ、指令選択部３４ｂ、承認部３４ｃ、および指令送信部３４ｄを有する。指令選択部３４ｂはスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，およびＳＷ６を有する。承認部３４ｃは、スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２を有する。

【0056】

また、図２に示されるように、電力需要家Ａ内の充放電設備における電力制御装置３３は、指令受信部３３ａ、慣性運転調整部３３ｂ、周波数調整運転調整部３３ｃ、電力変換装置制御部３３ｄ、手動指令設定部３３ｅ、実運転状態演算部（第１の運転状態演算部）３３ｆ、仮想運転状態演算部（第２の運転状態演算部）３３ｇ、運転状態比較演算部３３ｈ、運転状態比較データ蓄積部（電力演算部）３３ｉ、および蓄積データ送信部３３ｊを有する。
また、慣性運転調整部３３ｂと電力変換装置制御部３３ｄとの間の電気回路にはスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，およびＳＷ２３が設けられ、周波数調整運転調整部３３ｃと電力変換装置制御部３３ｄとの間の電気回路にはスイッチＳＷ２４，ＳＷ２５，およびＳＷ２６が設けられる。

【0057】

上記演算装置１０および２０は、コンピュータとして構成され得る装置で、プログラム（program）を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ（processor）を備え、およびＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置、および液晶ディスプレイ等の出力装置、等が内蔵または接続される装置であってよい。図２に示される、電力需要家Ａ内の電力制御装置３３内の各部および運転モード変更指令送受信装置３４内の各部も同様である。運転モード変更指令送受信装置３４の各種機能は、スマートメータ、スマート配電盤、スマートフォン、パーソナルコンピュータ等に備えられても良い。また、送配電事業者から送信する信号、運転モード変更指令送受信装置から送信する信号は、無線でも良い。
また、運転モード変更指令送受信装置３４のスイッチが手動で切り替え可能なもので、送配電事業者から送信する運転モード変更指令が電話、電子メール等であって、当該電話、電子メール等を受けた管理者が指令選択部３４ｂのスイッチおよび／または承認部３４ｃのスイッチを手動で切り替えても良い。

【0058】

送配電事業者内の演算装置１０内の運転モード変更指令出力部１１の慣性運転指令部１１ａは、慣性運転指令Ａ，Ｂ，およびＣのいずれかを出力することができる。また、運転モード変更指令出力部１１の周波数調整運転指令部１１ｂは、周波数調整運転指令Ａ，Ｂ，およびＣのいずれかを出力することができる。

【0059】

また、電力制御装置３３は、電力変換装置の運転モードの切り替え前の運転状態を継続した場合の仮想運転状態と運転モードの切り替え後の実運転状態との差分、例えば電力変換装置３１の仮想有効電力と実有効電力の差分のデータを送配電事業者内の演算装置１０の寄与量演算部１４に出力する。この差分のデータの計算については後述する。

【0060】

寄与量演算部１４は、電力制御装置３３から入力したデータに基づいて、電力系統Ｓの周波数調整に対する電力需要家Ａの寄与量、すなわち電力系統Ｓの周波数変動を抑制するための協力の要請に基づく、電力需要家Ａの寄与量を演算し、送配電事業者内の演算装置１０の還元量演算部１２および小売電気事業者内の演算装置２０の電気料金演算部２１に出力する。

【0061】

還元量演算部１２は、寄与量演算部１４から出力された寄与量およびスマートメータ等から送信される電力需要家Ａによる電力使用量等のデータ（図示せず）に基づいて、この寄与量が考慮された、各電力需要家Ａに係る還元量、例えば電力使用量等に基づく通常の還元量から寄与量に相当する金額が割引かれた電気料金などを演算し、この演算の結果を還元量送信部１３に出力する。
還元量送信部１３は、還元量演算部１２により演算された還元量の情報を小売電気事業者内の演算装置２０の電気料金演算部２１に送信する。

【0062】

電気料金演算部２１は、還元量送信部１３から送信された情報で示される還元量と、送配電事業者から送信される電力需要家Ａによる電力使用量のデータ（図示せず）とに基づいて、電力需要家Ａに係る電気料金、例えば電力使用量等に基づく通常の電気料金から寄与量分が割引かれた料金など、を演算し、この演算の結果を電気料金請求部２２に出力する。

【0063】

電気料金請求部２２は、電気料金演算部２１から出力された演算結果で示される電気料金データを、電力需要家Ａ内の図示しない装置に送信することにより、電気料金を電力需要家Ａに請求する。ここでは電力需要家Ａに係る各種料金の演算などについて説明したが、他の電力需要家Ｂ，Ｃ，およびＤに係る各種料金についても同様に演算できる。なお、電気料金請求部２２が電気料金データを送信する先は、電力需要家Ａが指定した金融機関、クレジットカード会社等に設置される装置（図示せず）でも良い。

【0064】

次に、図２に示される、電力需要家Ａ内の運転モード変更指令送受信装置３４および電力制御装置３３を含む、電力需要家Ａ内の各部の構成および機能について説明する。ここでは電力需要家Ａを例として説明するが、他の電力需要家Ｂ，Ｃ，およびＤ内の各部の構成および機能についても同様である。

【0065】

図２に示された例では、運転モード変更指令出力部１１から出力される運転モード変更指令の要素は、電力系統Ｓの周波数もしくは位相の変動に応じた慣性運転指令および電力系統Ｓの周波数の変動に応じた周波数調整運転指令でなる２つの要素である。電力制御装置３３は、慣性運転指令が入力されると、電力系統Ｓの周波数もしくは位相の変動に応じて電力変換装置３１の入力および／または出力が同期機の慣性応答と近似した応答（擬似慣性応答）になるように電力変換装置３１を制御する。また、電力制御装置３３は、周波数調整運転指令が入力されると、電力系統Ｓの周波数の変動に応じて電力変換装置３１の入力および／または出力を制御する。

【0066】

また、図２に示された例では、各要素の水準は、指令Ａ（慣性運転指令Ａまたは周波数調整運転指令Ａ）、指令Ｂ（慣性運転指令Ｂまたは周波数調整運転指令Ｂ）、および指令Ｃ（慣性運転指令Ｃまたは周波数調整運転指令Ｃ）でなる３つの水準である。なお、いずれかの水準に、慣性運転停止、周波数調整運転停止の指令を含んでも良いし、いずれの水準の指令も出力されていない場合に、慣性運転や周波数調整運転を停止しても良い。

【0067】

電力需要家Ａ内の運転モード変更指令送受信装置３４内の指令受信部３４ａは、送配電事業者内の演算装置１０の運転モード変更指令出力部１１から出力される運転モード変更指令を受信する。この受信された運転モード変更指令の内容は、電力需要家Ａ内の表示装置に表示され得る。

【0068】

次に、指令選択部３４ｂに係る構成および機能について説明する。
上記のように、運転モード変更指令出力部１１からは、３種類の慣性運転指令と、３種類の周波数調整運転指令が送信される。電力需要家Ａの運転モード変更指令送受信装置３４の表示装置（図示せず）には、これらの３種類の慣性運転指令と３種類の周波数調整運転指令が表示される。
電力需要家Ａに係る管理者が指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ１～ＳＷ３のいずれかを操作することで、送配電事業者内の演算装置１０の慣性運転指令部１１ａから送信された各種の慣性運転指令のうち承認部３４ｃに出力される指令が、電力需要家Ａによる所望の種類の指令として選択され得る。ここでは、上記操作により、各々の慣性運転指令のうち１つが選択され得る。

【0069】

具体的には、第１に、電力需要家Ａに係る管理者により指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ１が操作されることで、慣性運転指令部１１ａから送信された慣性運転指令Ａが、承認部３４ｃに出力される指令として選択され得る。
第２に、電力需要家Ａに係る管理者により指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ２が操作されることで、慣性運転指令部１１ａから送信された慣性運転指令Ｂが、承認部３４ｃに出力される指令として選択され得る。
第３に、電力需要家Ａに係る管理者により指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ３が操作されることで、慣性運転指令部１１ａから送信された慣性運転指令Ｃが、承認部３４ｃに出力される指令として選択され得る。

【0070】

例えば、慣性運転指令Ａは、慣性応答「大」、慣性運転指令Ｂは、慣性応答「中」、慣性運転指令Ｃは、慣性応答「小」の運転モード指令である。慣性応答「大」の場合、周波数安定化に対する寄与量が大きい代わりに、電力変換装置３１の入出力変動幅が大きくなる。慣性応答「小」の場合、周波数安定化に対する寄与量が小さい代わりに、電力変換装置３１の入出力変動幅が小さくなる。慣性応答「中」の場合、電力変換装置３１の入出力変動幅は、慣性応答「大」と慣性応答「小」の間になる。

【0071】

また、電力需要家Ａに係る管理者が指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ４～ＳＷ６のいずれかを操作することで、送配電事業者内の演算装置１０の周波数調整運転指令部１１ｂから送信された各種の周波数調整運転指令のうち承認部３４ｃに出力される指令が、電力需要家Ａによる所望の種類の指令として選択され得る。ここでは、上記操作により、各々の周波数調整運転指令のうち１つが選択され得る。

【0072】

具体的には、第１に、電力需要家Ａに係る管理者により指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ４が操作されることで、周波数調整運転指令部１１ｂから送信された周波数調整運転指令Ａが、承認部３４ｃに出力される指令として選択され得る。
第２に、電力需要家Ａに係る管理者により指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ５が操作されることで、周波数調整運転指令部１１ｂから送信された周波数調整運転指令Ｂが、承認部３４ｃに出力される指令として選択され得る。
第３に、電力需要家Ａに係る管理者により指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ６が操作されることで、周波数調整運転指令部１１ｂから送信された周波数調整運転指令Ｃが、承認部３４ｃに出力される指令として選択され得る。

【0073】

例えば、周波数調整運転指令Ａは、調整能力「大」、周波数調整運転指令Ｂは、調整能力「中」、周波数調整運転指令Ｃは、調整能力「小」の運転モード指令である。調整能力「大」の場合、周波数安定化に対する寄与量が大きい代わりに、電力変換装置３１の入出力変動幅が大きくなる。調整能力「小」の場合、周波数安定化に対する寄与量が小さい代わりに、電力変換装置３１の入出力変動幅が小さくなる。調整能力「中」の場合、電力変換装置３１の入出力変動幅は、調整能力「大」と調整能力「小」の間になる。

【0074】

次に、承認部３４ｃに係る構成および機能について説明する。
電力需要家Ａに係る管理者が承認部３４ｃ内のスイッチＳＷ１１を操作することで、指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ１～ＳＷ３のいずれかの操作により選択された慣性運転指令Ａ，Ｂ，またはＣは、指令送信部３４ｄを介して電力制御装置３３に送信される指令として承認される。選択操作、承認操作でなる２段階操作が不要な場合、すなわち選択操作のみで良い場合、承認部３４ｃのＳＷ１１は、省略しても良いし、常時「入」の状態でも良い。
また、電力需要家Ａに係る管理者が承認部３４ｃ内のスイッチＳＷ１２を操作することで、指令選択部３４ｂ内のスイッチＳＷ４～ＳＷ６のいずれかの操作により選択された周波数調整運転指令Ａ，Ｂ，またはＣは、指令送信部３４ｄを介して電力制御装置３３に送信される指令として承認される。選択操作、承認操作でなる２段階操作が不要な場合、承認部３４ｃのＳＷ１２は、省略しても良いし、常時「入」の状態でも良い。

【0075】

また、電力需要家Ａに係る管理者が承認部３４ｃ内のスイッチＳＷ１１およびＳＷ１２をともに操作することで、上記スイッチＳＷ１～ＳＷ３のいずれかの操作により選択された慣性運転指令および上記スイッチＳＷ４～ＳＷ６のいずれかの操作により選択された周波数調整運転指令は、指令送信部３４ｄを介して電力制御装置３３に送信される指令としてともに承認される。

【0076】

運転モード変更指令送受信装置３４内の指令送信部３４ｄは、承認部３４ｃにより承認された指令、すなわち慣性運転指令および周波数調整運転指令の少なくとも一方を、電力制御装置３３の指令受信部３３ａに送信する。なお、選択操作、承認操作でなる２段階操作が不要な場合、承認部３４ｃは、省略しても良い。

【0077】

次に、電力制御装置３３内の各部の構成および機能について説明する。
電力制御装置３３の指令受信部３３ａは、運転モード変更指令送受信装置３４内の指令送信部３４ｄから送信された指令を受信する。

【0078】

電力制御装置３３内の慣性運転調整部３３ｂの内部メモリには慣性運転調整関数Ａ，Ｂ，およびＣに係る情報が記憶されている。慣性運転調整関数Ａ，Ｂ，およびＣの各々は、用いられる関数および定数のうち少なくとも関数が異なる。慣性運転調整部３３ｂは、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，およびＳＷ２３に接続され、指令受信部３３ａからの信号により、これらのスイッチのいずれかが電力需要家Ａに係る管理者により操作されることで、慣性運転調整関数Ａ，Ｂ，およびＣのいずれかを電力変換装置制御部３３ｄに出力する。
なお、慣性運転調整部３３ｂの内部に記憶されている情報は、運転モード変更指令送受信装置３４からの指令により変更可能なものでも良いし、あらかじめ設定され変更不能なものでも良い。

【0079】

電力制御装置３３内の周波数調整運転調整部３３ｃの内部メモリには周波数調整関数（周波数調整運転調整関数とも称される）Ａ，Ｂ，およびＣに係る情報が記憶されている。周波数調整関数Ａ，Ｂ，およびＣの各々は、用いられる関数および定数のうち少なくとも関数が異なる。周波数調整運転調整部３３ｃは、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２４，ＳＷ２５，およびＳＷ２６に接続され、指令受信部３３ａからの信号により、これらのスイッチのいずれかが電力需要家Ａに係る管理者により操作されることで、周波数調整関数Ａ，Ｂ，およびＣのいずれかを電力変換装置制御部３３ｄに出力する。
なお、周波数調整運転調整部３３ｃの内部に記憶されている情報は、運転モード変更指令送受信装置３４からの指令により変更可能なものでも良いし、あらかじめ設定され変更不能なものでも良い。

【0080】

次に、慣性運転調整関数および周波数調整関数の選択について説明する。
指令受信部３３ａは、上記受信した指令に基づいて、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２１～ＳＷ２６のいずれかをＯＮにすることで、慣性運転指令の調整関数および／または周波数調整運転指令の調整関数のうち電力変換装置制御部３３ｄに出力される調整関数を選択する。

【0081】

慣性運転調整関数の選択について、具体的には、第１に、承認部３４ｃにより承認されて指令送信部３４ｄにより送信された慣性運転指令Ａを受信したときは、指令受信部３３ａは、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２１をＯＮにすることで、慣性運転調整関数Ａを電力変換装置制御部３３ｄに出力される調整関数として選択する。

【0082】

第２に、承認部３４ｃにより承認されて指令送信部３４ｄにより送信された慣性運転指令Ｂを受信したときは、指令受信部３３ａは、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２２をＯＮにすることで、慣性運転調整関数Ｂを電力変換装置制御部３３ｄに出力される調整関数として選択する。

【0083】

第３に、承認部３４ｃにより承認されて指令送信部３４ｄにより送信された慣性運転指令Ｃを受信したときは、指令受信部３３ａは、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２３をＯＮにすることで、慣性運転調整関数Ｃを電力変換装置制御部３３ｄに出力される調整関数として選択する。

【0084】

周波数調整関数の選択について、具体的には、第１に、承認部３４ｃにより承認されて指令送信部３４ｄにより送信された周波数調整運転指令Ａを受信したときは、指令受信部３３ａは、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２４をＯＮにすることで、周波数調整関数Ａを電力変換装置制御部３３ｄに出力される調整関数として選択する。

【0085】

第２に、承認部３４ｃにより承認されて指令送信部３４ｄにより送信された周波数調整運転指令Ｂを受信したときは、指令受信部３３ａは、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２５をＯＮにすることで、周波数調整関数Ｂを電力変換装置制御部３３ｄに出力される調整関数として選択する。

【0086】

第３に、承認部３４ｃにより承認されて指令送信部３４ｄにより送信された周波数調整運転指令Ｃを受信したときは、指令受信部３３ａは、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２６をＯＮにすることで、周波数調整関数Ｃを電力変換装置制御部３３ｄに出力される調整関数として選択する。

【0087】

電力変換装置制御部３３ｄは、上記のように選択された調整関数に従って、電力変換装置３１を制御する。
図２に示された例では、電力需要家Ａにより慣性運転指令Ｂの承認に応じてスイッチＳＷ２２がＯＮにされることで慣性運転調整関数Ｂが選択され、かつ周波数調整運転指令Ａの承認に応じてスイッチＳＷ２４がＯＮにされることで周波数調整関数Ａが選択される。

【0088】

電力変換装置制御部３３ｄは、上記のように選択された慣性運転調整関数に応じた慣性運転モードおよび／または上記のように選択された周波数調整関数に応じた周波数調整運転モードに従って、電力変換装置３１の入力および／または出力を制御する。これにより、電力系統Ｓなどの周波数の変動の抑制に寄与することができる。
そのため、送配電事業者は、電力系統Ｓなどの周波数を調整するために調達される電力量である電力調達量を減らすことができるので、電力系統Ｓなどの電気回路の運用を合理化することができる。

【0089】

電力制御装置３３の手動指令設定部３３ｅは、電力需要家Ａに係る管理者等の手動操作により、ＳＷ２１からＳＷ２６を操作して慣性運転指令Ａ～Ｃのいずれか、および／または周波数調整運転指令Ａ～Ｃのいずれかを選択することが可能な機能を有する。
また、手動指令設定部３３ｅは、電力需要家Ａに係る管理者等の手動操作により、慣性運転指令Ａ～Ｃおよび周波数調整運転指令Ａ～Ｃの関数および／または定数を変更することが可能な機能を有する。
例えば、電力需要家Ａが送配電事業者等と電話連絡による周波数安定化協力の契約を結んでいる場合、電力需要家Ａに係る管理者等は、送配電事業者等から電話にて周波数安定化協力の指令を受け、手動指令設定部３３ｅによりＳＷ２１からＳＷ２６を操作したり、関数、定数を変更したりする。

【0090】

また、電力需要家Ａの運転モード変更指令送受信装置３４に指令送信部３４ｄが無い場合、電力需要家Ａに係る管理者等は、運転モード変更指令送受信装置３４に表示された指令に従い、手動指令設定部３３ｅによりＳＷ２１からＳＷ２６を操作したり、関数、定数を変更したりする。
また、運転モード変更指令送受信装置３４の指令送信部３４ｄの故障などの理由で、指令受信部３３ａが慣性運転指令Ａ～Ｃのいずれか、および／または周波数調整運転指令Ａ～Ｃを受信できずに電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２１～２６のいずれかをＯＮにする操作を行なえないときに、電力需要家Ａに係る管理者等は、運転モード変更指令送受信装置３４に表示された指令に従い、手動指令設定部３３ｅを操作し、受信した指令を指令受信部３３ａに出力する。

【0091】

また、指令受信部３３ａ自体の不具合または故障などが発生したなどの理由で、指令受信部３３ａが電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２１～２６のいずれかをＯＮにする操作を行なえないときは、電力需要家Ａに係る管理者等は、運転モード変更指令送受信装置３４に表示された指令に従い、手動指令設定部３３ｅを操作し、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２１～ＳＷ２６のいずれかをＯＮにすることで、慣性運転指令の調整関数および／または周波数調整運転指令の調整関数のうち電力変換装置制御部３３ｄに出力される調整関数を選択したり、関数や定数を変更したりする。
なお、本実施形態では電力需要家Ａに係る管理者等が運転モード変更指令送受信装置３４に表示された指令に従い、手動指令設定部３３ｅを操作する方法について説明したが、上記管理者等は、表示された指令の代わりに、音声、音、振動による指令等、表示された指令以外の指令に従い、手動指令設定部３３ｅを操作しても良い。

【0092】

次に、上記の電力変換装置の運転モードの切り替え前の運転状態と運転モードの切り替え後の運転状態との差分に基づく寄与量の演算について説明する。
電力制御装置３３の実運転状態演算部３３ｆは、計器用変成器ＶＴにより出力された電圧信号ＶＬと、変流器ＣＴにより出力された電流信号ＩＬとを測定し、この測定の結果に基づいて、電力変換装置３１の実際の運転状態を示す電気量、例えば、周波数、電圧振幅、電圧位相、電流振幅、電流位相、制御用電圧位相基準、有効電力、無効電力、皮相電力の少なくとも１つを演算する。

【0093】

電力制御装置３３の仮想運転状態演算部３３ｇは、計器用変成器ＶＴにより出力された電圧信号ＶＬと、変流器ＣＴにより出力された電流信号ＩＬを測定する。
仮想運転状態演算部３３ｇは、この測定の結果と、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２１～２３のオンオフ状態と、電力制御装置３３内のスイッチＳＷ２４～２６のオンオフ状態とに基づいて、電力変換装置３１の運転モードが通常運転モードであった場合の、電力変換装置３１の仮想的な運転状態を示す電気量、例えば、周波数、電圧振幅、電圧位相、電流振幅、電流位相、制御用電圧位相基準、有効電力、無効電力、皮相電力の少なくとも１つを演算する。
また、仮想運転状態演算部３３ｇは、一部の電気量、例えば、電圧信号ＶＬを測定せずに定格値や設定値で一定と仮定した上で、この定格値や設定値に係る電気量以外の電気量の測定の結果と、各種スイッチのオンオフ状態とに基づいて上記電気量を演算してもよい。
仮想運転状態演算部３３ｇは、電力変換装置３１の運転状態が変更された後の、交流電気回路と電力変換装置３１との間に係る電気量、および運転状態が変更される前の、交流電気回路と電力変換装置３１との間に係る仮想的な電気量に基づいて、電力変換装置３１の運転状態が変更されなかった場合の電力変換装置３１の仮想的な運転状態を示す電気量を演算することができる。

【0094】

電力制御装置３３の運転状態比較演算部３３ｈは、実運転状態演算部３３ｆによる演算結果と、仮想運転状態演算部３３ｇによる演算結果とを比較することで、両者の電気量の差分を、例えば、周波数、電圧振幅、電圧位相、電流振幅、電流位相、制御用電圧位相基準、有効電力、無効電力、皮相電力の少なくとも一つの電気量の差分を演算する。この差分は、運転モードの変更に伴う各種電気量の差分に相当する。

【0095】

電力制御装置３３の運転状態比較データ蓄積部３３ｉは、記憶装置を備え、運転状態比較演算部３３ｈによる演算結果である運転状態比較データに対する積分演算を行なうことで、運転モードの変更前後における、電気量の差分、すなわち上記周波数変動の抑制への協力の要請に基づいて変動した上記電気量の差分を演算し、この演算結果を蓄積する。差分の代わりに、倍率、比率などの量を用いても良い。

【0096】

電力制御装置３３の蓄積データ送信部３３ｊは、運転状態比較データ蓄積部３３ｉに蓄積された演算結果を、送配電事業者内の演算装置１０の寄与量演算部１４に送信する。

【0097】

このように、電力制御装置３３の蓄積データ送信部３３ｊからの演算結果が送信されることで、上記のように、寄与量演算部１４は、電力系統Ｓの周波数調整に対する電力需要家Ａの寄与量を演算できる。例えば、電力需要家Ａの実際の消費電力量(有効電力の積分値）が８０［ｋＷｈ］、運転モードを変更しなかったと仮定した場合の仮想消費電力量（仮想有効電力の積分値）が１００［ｋＷｈ］であった場合、電力需要家Ａは、２０［ｋＷｈ］分の周波数変動抑制に寄与したことになる。

【0098】

次に、上記で説明した、運転モードの変更から電気料金の演算までの手順について説明する。図３は、第１の実施形態に係る電力制御システムによる運転モードの変更から電気料金の演算までの手順の一例を示すフローチャートである。
まず、送配電事業者内の運転モード変更指令出力部１１から、各電力需要家内の運転モード変更指令送受信装置、例えば電力需要家Ａ内の運転モード変更指令送受信装置３４へ、運転モード変更指令が送信される（Ｓ１１）。
各電力需要家内の運転モード変更指令送受信装置、例えば電力需要家Ａ内の運転モード変更指令送受信装置３４が、運転モード変更指令を受信する（Ｓ１２）。

【0099】

電力需要家が周波数変動抑制に協力するとき（Ｓ１３のＹｅｓ）、この電力需要家は、運転モード変更指令送受信装置で所望の運転モードを選択し、運転モード変更を承認すると、運転モード変更指令送受信装置は、電力制御装置、例えば電力需要家Ａ内の電力制御装置３３に、選択した運転モードの指令を送信する（Ｓ１４）。

【0100】

この電力制御装置は、受信した運転モードの指令に基づいて調整関数を選択し、電力変換装置、例えば電力需要家Ａ内の電力変換装置３１を制御する（Ｓ１５）。
電力制御装置は、実運転状態のデータと、運転モードを変更しなかった場合の仮想運転状態のデータを比較した結果（差、比率など）を蓄積し、送配電事業者内の寄与量演算部１４に送信する（Ｓ１６）。

【0101】

また、電力需要家が周波数変動の抑制に協力しないとき（Ｓ１３のＮｏ）、この電力需要家は、運転モード変更指令に対する制御なしに運転を継続する（Ｓ１７）。
この電力制御装置は、実運転状態のデータと、仮想運転状態のデータを比較したデータを蓄積し、送配電事業者内の寄与量演算部１４に送信する（Ｓ１８）。但し、運転状態比較演算部の演算が差分を求める演算の場合、実運転状態のデータと仮想運転状態のデータが等しいので、差が０になる。

【0102】

寄与量演算部１４は、Ｓ１６またはＳ１８により各電力需要家内の蓄積データ送信部から受信した運転状態のデータに基づき、周波数変動抑制への各電力需要家の寄与量があるときは、これを算出し、この寄与量を送配電事業者内の還元量演算部１２、小売電気事業者内の電気料金演算部２１へ送信する（Ｓ１９）。

【0103】

還元量演算部１２は、寄与量演算部１４から受信した寄与量および各電力需要家による電力使用量等に基づき、各電力需要家に係る還元量（料金割引、キャッシュバック、ポイント還元など）、すなわち周波数変動の抑制に協力した電力需要家への対価を演算する（Ｓ２０）。
還元量送信部１３は、還元量演算部１２による還元量の演算結果を小売電気事業者内の電気料金演算部２１へ送信する（Ｓ２１）。
電気料金演算部２１は、還元量送信部１３から送信された各電力需要家に係る還元量および各電力需要家による電力使用量等に基づき、各電力需要家へ請求する電気料金を演算する（Ｓ２２）。
すなわち、この電気料金演算部２１は、寄与量演算部１４から受信した寄与量および各電力需要家による電力使用量等に基づき、各電力需要家に係る還元量（料金割引、キャッシュバックなど）を反映した電気料金を演算する。

【0104】

本実施形態では、小売電気事業者は、電力需要家における寄与量に応じた還元量に基づいて計算された、低減（割引）された電気料金を電力需要家に請求したり、需要家に、電気料金またはその他の料金に充当可能なポイント等で還元したりすることができる。電力需要家では、電力使用量等に基づく通常の電気料金を寄与量に応じて低減させたり、ポイント等で受け取ったりすることができる。

【0105】

すなわち、本実施形態によれば、電力系統の周波数調整能力（慣性応答の模擬、負荷入力調整）の不足が予想される時に、通常運転時に周波数調整に寄与しない発電設備、二次電池、負荷等を周波数調整に用いることができるので、電力系統の周波数変動を抑制することができる。
また、周波数調整用の発電設備、周波数調整用電力を減らすことができるので、電力系統運用を合理化することができる。さらに需要家は、寄与量に応じてインセンティブを得ることができる。
上記により、本実施形態では、電力系統の周波数変動の適切な抑制を実現することができる。

【0106】

図１および図２に示された、送配電事業者内の運転モード変更指令出力部１１、還元量演算部１２、および還元量送信部１３の一部または全部は、送配電事業者以外の事業者、例えば小売電気事業者の設備に備えられていても良い。また、図１および図２に示された寄与量演算部１４、電気料金演算部２１、および電気料金請求部２２の一部または全部は、小売電気事業者以外の事業者に備えられていても良い。また、図１および図２に示される寄与量演算部１４は、電力需要家内に備えられていても良い。また、運転状態比較演算部、例えば図２に示される運転状態比較演算部３３ｈは、運転状態を比較した結果から寄与量を演算し出力し、運転状態比較データ蓄積部、例えば図２に示される運転状態比較データ蓄積部３３ｉは、運転状態比較データの代わりに寄与量データを蓄積し出力しても良い。
また、上記の寄与量に対する電力需要家への対価は、上記説明した電気料金の割引、ポイント還元などに限らず、例えば、電力需要家への現金、品物、サービスによる還元などでも良い。

【0107】

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態に係る電力制御システムが適用された電力系統の構成の一例を示す図である。この第２の実施形態では、第１の実施形態で示される、各電力需要家内の電力制御装置に備えられる慣性運転調整部を電力制御装置の外部に慣性運転調整装置とした備えたものである。

【0108】

第１の実施形態では、図２に示されるように、電力需要家А内の電力制御装置３３に慣性運転調整部３３ｂが備えられるが、第２の実施形態では、電力制御装置３３に慣性運転調整部３３ｂが設けられず、一方で、図４に示されるように、慣性運転調整部３３ｂと同じ機能を有する慣性運転調整装置３５が、電力需要家А内における電力制御装置３３の外部に備えられる。電力需要家А内でのその他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0109】

同様に、電力需要家Ｂでは、第１の実施形態にて、この電力需要家Ｂ内の電力制御装置４３に備えられる慣性運転調整部と同じ機能を有する慣性運転調整装置４５が、電力需要家Ｂ内における電力制御装置４３の外部に備えられる。電力需要家Ｂ内でのその他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0110】

同様に、電力需要家Ｃでは、第１の実施形態にて、この電力需要家Ｃ内の電力制御装置５３に備えられる慣性運転調整部と同じ機能を有する慣性運転調整装置５５が、電力需要家Ｃ内における電力制御装置５３の外部に備えられる。電力需要家Ｃ内でのその他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0111】

同様に、電力需要家Ｄでは、第１の実施形態にて、この電力需要家Ｄ内の電力制御装置６３に備えられる慣性運転調整部と同じ機能を有する慣性運転調整装置６５が、電力需要家Ｄ内における電力制御装置６３の外部に備えられる。電力需要家Ｄ内でのその他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0112】

また、上記では、各電力需要家内の慣性運転調整部と同じ機能を有する慣性運転調整装置が、当該電力需要家内における電力制御装置の外部に備えられる構成を説明したが、これに限らず、例えば、各電力需要家内の周波数調整運転調整部と同じ機能を有する周波数調整装置が、当該電力需要家内における電力制御装置の外部に備えられる構成をなしてもよい。電力変換装置内のその他の各部についても同様である。
上記した実施形態では、送配電事業者から需要家へ指令が送信される例を説明したが、小売電気事業者またはアグリゲータなどから需要家へ指令が送信されても良い。
上記実施形態では、需要家から送配電事業者に蓄積データが送信される例を説明したが、需要家から小売電気事業者またはグリゲータなどに蓄積データが送信されても良い。
上記実施形態では、寄与量演算部および還元量演算部が送配電事業者内に備えられる例を説明したが、寄与量演算部および還元量演算部は、小売電気事業者またはアグリゲータ内に備えられても良い。

【0113】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0114】

１０，２０…演算装置、１１…運転モード変更指令出力部、１１ａ…慣性運転指令部、１１ｂ…周波数調整運転指令部、１２…還元量演算部、１３…還元量送信部、１４…寄与量演算部、２１…電気料金演算部、２２…電気料金請求部、３１，４１，５１，６１…電力変換装置、３２…二次電池、３３，４３，５３，６３…電力制御装置、３３ａ，３４ａ…指令受信部、３３ｂ…慣性運転調整部、３３ｃ…周波数調整運転調整部、３３ｄ…電力変換装置制御部、３３ｅ…手動指令設定部、３３ｆ…実運転状態演算部、３３ｇ…仮想運転状態演算部、３３ｈ…運転状態比較演算部、３３ｉ…運転状態比較データ蓄積部、３３ｊ…蓄積データ送信部、３４，４４，５４，６４…運転モード変更指令送受信装置、３４ｂ…指令選択部、３４ｃ…承認部、３４ｄ…指令送信部、３５，４５，５５，６５…慣性運転調整装置、４２…燃料電池、５２，６２…コンプレッサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】