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(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】P2023023565
(43)【公開日】2023-02-16
(54)【発明の名称】蓄電装置分散配置システム
(51)【国際特許分類】
H02J 3/14 20060101AFI20230209BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20230209BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20230209BHJP
H02J 3/12 20060101ALI20230209BHJP
H02J 3/32 20060101ALI20230209BHJP
H02J 13/00 20060101ALI20230209BHJP
B60M 3/06 20060101ALI20230209BHJP
【ＦＩ】
H02J3/14
H02J3/38 110
H02J7/00 P
H02J3/12
H02J3/32
H02J13/00 311T
B60M3/06 B
B60M3/06 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021129193
(22)【出願日】2021-08-05
(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】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラ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】野木 雅之
(72)【発明者】
【氏名】大辻 浩司
(72)【発明者】
【氏名】佐竹 信彦
【テーマコード（参考）】
5G064
5G066
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G064AA04
5G064AC09
5G064CB08
5G064CB12
5G064CB21
5G064DA11
5G066AA05
5G066AD14
5G066AE09
5G066AE16
5G066CA07
5G066CA08
5G066CA09
5G066HB01
5G066JA01
5G066JB03
5G066KA11
5G066KB01
5G066KB07
5G066KC02
5G503AA01
5G503BA03
5G503BA04
5G503BB02
5G503BB03
5G503CA01
5G503CA11
5G503CB11
5G503DA07
5G503DA08
5G503EA05
5G503FA06
5G503HA01
(57)【要約】
【課題】 計画的に電力の需給調整を行うことが可能な蓄電装置分散配置システムを提供する。
【解決手段】 実施形態によれば、分散配置された複数の蓄電装置を備える蓄電装置分散配置システムが提供される。複数の蓄電装置の各々は、電力変換器と、蓄電池と、制御部と、を備える。電力変換器は、き電線に接続される。蓄電池は、電力変換器に接続され、電力変換器を介してき電線との間で充放電可能である。制御部は、き電線と蓄電装置分散配置システムとの間の電力授受に係る目標値を設定し、目標値に基づいて蓄電池の充放電に関する指令値を生成し、生成した指令値を電力変換器に出力する。
【選択図】図１
【解決手段】 実施形態によれば、分散配置された複数の蓄電装置を備える蓄電装置分散配置システムが提供される。複数の蓄電装置の各々は、電力変換器と、蓄電池と、制御部と、を備える。電力変換器は、き電線に接続される。蓄電池は、電力変換器に接続され、電力変換器を介してき電線との間で充放電可能である。制御部は、き電線と蓄電装置分散配置システムとの間の電力授受に係る目標値を設定し、目標値に基づいて蓄電池の充放電に関する指令値を生成し、生成した指令値を電力変換器に出力する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
分散配置された複数の蓄電装置を備える蓄電装置分散配置システムであって、
前記複数の蓄電装置の各々が、
き電線に接続された電力変換器と、
前記電力変換器に接続され、前記電力変換器を介して前記き電線との間で充放電が可能な蓄電池と、
前記き電線と前記蓄電装置分散配置システムとの間の電力授受に係る目標値を設定し、当該目標値に基づいて前記蓄電池の充放電に関する指令値を生成し、当該指令値を前記電力変換器に出力する制御部と
を備える、蓄電装置分散配置システム。
前記複数の蓄電装置の各々が、
き電線に接続された電力変換器と、
前記電力変換器に接続され、前記電力変換器を介して前記き電線との間で充放電が可能な蓄電池と、
前記き電線と前記蓄電装置分散配置システムとの間の電力授受に係る目標値を設定し、当該目標値に基づいて前記蓄電池の充放電に関する指令値を生成し、当該指令値を前記電力変換器に出力する制御部と
を備える、蓄電装置分散配置システム。
【請求項2】
前記目標値は、
前記き電線の電圧を維持すべき目標電圧を表す第１電圧値、または、
前記蓄電池への充電を開始すべき前記き電線の目標電圧を表す第２電圧値、
前記蓄電池からの放電を開始すべき前記き電線の目標電圧を表す第３電圧値と、
前記蓄電池の目標充放電電力を表す電力値、
前記蓄電池への充電電流を制限する電流制限値を表す第１電流値、または
前記蓄電池からの放電電流を制限する電流制限値を表す第２電流値
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の蓄電装置分散配置システム。
前記き電線の電圧を維持すべき目標電圧を表す第１電圧値、または、
前記蓄電池への充電を開始すべき前記き電線の目標電圧を表す第２電圧値、
前記蓄電池からの放電を開始すべき前記き電線の目標電圧を表す第３電圧値と、
前記蓄電池の目標充放電電力を表す電力値、
前記蓄電池への充電電流を制限する電流制限値を表す第１電流値、または
前記蓄電池からの放電電流を制限する電流制限値を表す第２電流値
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の蓄電装置分散配置システム。
【請求項3】
前記複数の蓄電装置を統括制御する上位制御装置であって、
前記蓄電装置を含むき電システムと商用電力系統の間に設定された需給計画に基づいて、前記蓄電装置分散配置システムの充放電に関する第１制御情報を受信し、
前記第１制御情報に基づき、前記複数の蓄電装置のうちの少なくとも１つに、前記蓄電装置の充放電に関する第２制御情報を生成し送信する、上位制御装置
をさらに備える、請求項１または２に記載の蓄電装置分散配置システム。
前記蓄電装置を含むき電システムと商用電力系統の間に設定された需給計画に基づいて、前記蓄電装置分散配置システムの充放電に関する第１制御情報を受信し、
前記第１制御情報に基づき、前記複数の蓄電装置のうちの少なくとも１つに、前記蓄電装置の充放電に関する第２制御情報を生成し送信する、上位制御装置
をさらに備える、請求項１または２に記載の蓄電装置分散配置システム。
【請求項4】
前記蓄電装置は分散配置された蓄電装置間の充電率を均等化させる充放電制御が実装されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄電装置分散配置システム。
【請求項5】
前記第１制御情報または前記第２制御情報は、前記複数の蓄電装置のうちの少なくとも１つにおいて充電率に対する放電特性または充電特性を変更させる指示を含む、請求項３に記載の蓄電装置分散配置システム。
【請求項6】
前記複数の蓄電装置は、蓄電装置の負荷を均等化するようにき電線出力電流が増加するとき電線に対する出力電圧が低下する出力電圧特性または、前記蓄電池の充電率の低下に応じて、出力電圧が低下する特性の少なくとも一つ以上を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蓄電装置分散配置システム。
【請求項7】
前記複数の蓄電装置のうちの少なくとも１つは、前記制御部により、前記蓄電池と前記き電線との間で充放電された電力値を監視し、監視された電力値を前記上位制御装置に送信する、請求項３に記載の蓄電装置分散配置システム。
【請求項8】
前記上位制御装置は、前記蓄電装置から受信される前記蓄電池と前記き電線との間で充放電された電力値と前記需給計画との差を算出し、算出された差に基づいて前記第２制御情報を生成する、請求項７に記載の蓄電装置分散配置システム。
【請求項9】
前記複数の蓄電装置の各々は、前記き電線に対する商用電力系統からの受電電圧を検出する検出部をさらに備え、
前記複数の蓄電装置のうちの少なくとも１つは、前記制御部により、検出された前記受電電圧に基づいて前記商用電力系統の周波数を計測し、計測された周波数と基準周波数との差を所定値以下にするように前記指令値を生成し、前記電力変換器に出力する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の蓄電装置分散配置システム。
前記複数の蓄電装置のうちの少なくとも１つは、前記制御部により、検出された前記受電電圧に基づいて前記商用電力系統の周波数を計測し、計測された周波数と基準周波数との差を所定値以下にするように前記指令値を生成し、前記電力変換器に出力する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の蓄電装置分散配置システム。
【請求項10】
前記上位制御装置は、前記き電線に対する商用電力系統からの受電電圧を検出し、検出された前記受電電圧に基づいて前記商用電力系統の周波数を計測し、計測された周波数と基準周波数との差を所定値以下にするように前記第２制御情報を生成する、
請求項３に記載の蓄電装置分散配置システム。
請求項３に記載の蓄電装置分散配置システム。
【請求項11】
前記蓄電装置分散配置システムは、前記き電線に交流を直流に変換する電力変換装置が接続され、前記電力変換装置の交流側の電力系統に、蓄電池を備える補助蓄電装置を有し、前記上位制御装置は、前記複数の蓄電装置の各々から受信される前記蓄電池と前記き電線との間で充放電された電力値の合計が、前記需給計画において要求される値に満たない場合に、前記補助蓄電装置に対して充放電に関する指令を出力する、
請求項３に記載の蓄電装置分散配置システム。
請求項３に記載の蓄電装置分散配置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、蓄電装置分散配置システムに関する。
【背景技術】
【0002】
電力を安定的に供給するためには、電力供給区域において周波数制御および需給バランス調整を行う需給調整力の確保が欠かせない。需給調整力は、時々刻々と変化する電力需要（消費）に対して供給（発電）を一致させるための電力供給力である。近年、需給調整力の取引を可能にする需給調整市場が創設された。需給調整市場で要求される電力の需給計画にしたがって需給調整力を提供するための様々な手法が提案されている。
【0003】
太陽光発電や風力発電等の分散電源の普及に伴い、需給調整力を提供する一手法としてＶＰＰ（Virtual Power Plant）が注目されている。ＶＰＰは、再生可能エネルギー設備および蓄電池を含む分散電源を統合制御し、蓄積エネルギーを計画的に調整することによって需給調整力を提供する。ＶＰＰの適応分野は多岐にわたり、電気鉄道分野にもその適応が提案されている。
【0004】
ここで、電気鉄道で鉄道車両に電力を供給する方式の１つとして、直流き電システムが知られている。直流き電システムには、回生失効または架線電圧降下対策のため、蓄電池または蓄電素子（以下、単に「蓄電池」と言う。）を含む電気鉄道用の変電設備が接続されることがある。蓄電池を充放電することによって、回生率の向上および架線電圧の安定化が図られる。
【0005】
また電気鉄道分野における電力の需給調整に関し、き電線に接続された二次電池から電力を供給することによってピーク電力を削減する試みが報告されている。二次電池は、架線に直接接続され、またはチョッパなどの変換器を介して架線に接続され、架線電圧の低下または上昇に応じて充放電する。また、変換器を介して蓄電池をき電線に接続し、送り出し電圧を上昇させて蓄電池を放電させる試みも報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第５１８７６２４号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】野木 雅之ほか、「直列補償型回生蓄電システムの開発とフィールド試験結果」、平成３１年電気学会全国大会、２０１９年３月１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、き電線電圧の低下または上昇に応じて蓄電池の充放電を行うだけでは、計画的な電力の需給調整を行うシステムを提供することができない。また、電力変換器を介さずにき電線に対して蓄電池を接続する場合、蓄電池の充放電電力または蓄積エネルギーを制御することができない。電力変換器を介さずき電線に接続された蓄電池は、蓄電池電圧と、き電用整流器の出力電圧と、の差分によって充放電特性が一意に定まる。そのため、計画的に電力の需給調整を行い、交流配電系統を安定化させるシステムを提供することは困難である。
【0009】
また、蓄電池の放電は負荷の影響を受けるため、負荷変動の大きいき電回路では放電電力の低下（サグ）が発生してしまい、継続的な放電動作を実現することが容易でない。
【0010】
本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、計画的に電力の需給調整を行うことが可能な蓄電装置分散配置システム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】
【0011】
実施形態によれば、分散配置された複数の蓄電装置を備える蓄電装置分散配置システムが提供される。分散配置された複数の蓄電装置の各々は、電力変換器と、蓄電池と、制御部と、を備える。電力変換器は、き電線に接続される。蓄電池は、電力変換器に接続され、電力変換器を介してき電線との間で充放電可能である。制御部は、き電線と蓄電装置分散配置システムとの間の電力授受に係る目標値を設定し、当該目標値に基づいて蓄電池の充放電に関する指令値を生成し、当該指令値を電力変換器に出力する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。なお、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号を付し、重複する説明については基本的に省略する。例えば、複数の同一または類似の要素が存在する場合に、各要素を区別せずに説明するために共通の符号を用いることがあるし、各要素を区別して説明するために当該共通の符号に加えて枝番号を用いることもある。
【0014】
（第１実施形態）
（１－１）構成例および動作例
図１は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの一構成例を概略的に示す図である。第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００は、電気鉄道またはモノレールなどの車両（以下、「電気車」と言う）に電力を供給する直流き電システムとともに使用される。直流き電システムは、交流系統１１と、変電所４と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。蓄電装置分散配置システム１００は、直流き電システムに対して分散配置された複数の蓄電装置２０と、上位制御装置６と、を備える。
（１－１）構成例および動作例
図１は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの一構成例を概略的に示す図である。第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００は、電気鉄道またはモノレールなどの車両（以下、「電気車」と言う）に電力を供給する直流き電システムとともに使用される。直流き電システムは、交流系統１１と、変電所４と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。蓄電装置分散配置システム１００は、直流き電システムに対して分散配置された複数の蓄電装置２０と、上位制御装置６と、を備える。
【0015】
交流系統１１は、商用電力系統であり、三相交流を変電所４に給電する。
変電所４は、き電用の変電所であり、例えば５～１０ｋｍの間隔で配置される。変電所４は、交流系統１１から三相交流を受電し、変圧器および整流器（図示省略）を介して三相交流を直流電力（例えば１，６５０Ｖ）に変換し、き電線８に給電する。
変電所４は、き電用の変電所であり、例えば５～１０ｋｍの間隔で配置される。変電所４は、交流系統１１から三相交流を受電し、変圧器および整流器（図示省略）を介して三相交流を直流電力（例えば１，６５０Ｖ）に変換し、き電線８に給電する。
【0016】
き電線８は、電気車５に電力を供給する。
電気車５は、き電線８を介して変電所４から出力された電力を受電することにより走行可能な車両、例えば電車である。
帰線９は、帰線電流が流れる導体であって、例えば電気車５が走行するレールである。
変電所４から供給される電力が、き電線８を経て、電気車５（負荷）で消費され、帰線９を介して再び変電所４に戻る回路を、き電回路とも呼ぶ。
電気車５は、き電線８を介して変電所４から出力された電力を受電することにより走行可能な車両、例えば電車である。
帰線９は、帰線電流が流れる導体であって、例えば電気車５が走行するレールである。
変電所４から供給される電力が、き電線８を経て、電気車５（負荷）で消費され、帰線９を介して再び変電所４に戻る回路を、き電回路とも呼ぶ。
【0017】
複数の蓄電装置２０は、任意の間隔で分散配置され、それぞれ、き電線８と帰線９とに接続される。各蓄電装置２０は、蓄電池１と、電力変換器２と、制御部３と、を備える。
【0018】
蓄電池１は、電力変換器２に接続され、電力変換器２を介してき電線８との間で充放電が可能である。蓄電池１は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、または鉛蓄電池等の充放電可能な複数の蓄電池セルを含む組電池と、セルモニタリングユニット（ＣＭＵ：Cell Monitoring Unit）と、を搭載した蓄電モジュールである。組電池は、例えば、２０Ａｈの蓄電池セルを２並列１２直列に接続した２４個の蓄電池セルを含む。ＣＭＵは、各蓄電池セルの電圧および温度を測定し、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信プロトコルによって測定結果を制御部３に通知し得る。またＣＭＵは、制御部３から指令を受け取り、制御部３によって指示された電圧になるようにセルバランス調整を行う。セルバランス調整は、電圧が高いセルを放電させることによって指示された電圧になるように調整することを言う。蓄電池１は、電気二重層コンデンサ、フライホイール、または水力発電装置など、他のエネルギー貯蔵可能な装置またはシステムに置き換えられてもよい。
【0019】
電力変換器２は、蓄電池１とき電線８との間および蓄電池１と帰線９との間に接続される。電力変換器２は、蓄電池１とき電線８との間で電力の授受を行い、蓄電池１とき電回路との間の充放電を制御する。電力変換器２は、例えば、蓄電池１と直流き電回路とをつなぐ場合、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える。これに限らず、電力変換器２には、エネルギー蓄積媒体とき電回路の種別とに応じて任意の変換器が用いられてよい。電力変換器２はまた、充放電電流の制限値を制御する電流リミッタを備える。
【0020】
制御部３は、蓄電装置２０の動作を制御する。制御部３は、電力変換器２に対して蓄電池１の充放電に関する指令を与える。制御部３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサおよびメモリを備える。制御部３は、プログラムを実行することによって種々の機能を実現する。制御部３の機能の一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等により実現されてもよい。制御部３は、バッテリマネジメントユニット（ＢＭＵ：Battery Management Unit）を含み得る。制御部３は、き電線８における電力の需給バランスに係る目標値を設定し、その目標値に基づいて電力変換器２に蓄電池１の充放電に関する指令を出力する。
【0021】
より具体的には、制御部３は、蓄電池１のセル電圧および温度を監視し、蓄電池１の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）を算出する。制御部３はまた、例えば電力変換器２を介してき電線８の電圧を監視する。制御部３は、き電線８と蓄電装置分散配置システム１００との間の電力授受に係る目標値を設定し、設定した目標値に基づいて、蓄電池１の充放電に関する電力指令値を演算し、電力指令値を電力変換器２に出力する。
【0022】
制御部３はまた、上位制御装置６との間で、伝送路７を介して双方向通信が可能である。伝送路７は、１箇所が断線しても通信を継続できるよう、例えばツイストペアケーブルを用いたトークンリングによる、双方向二重リング型の伝送路として構築される。制御部３と上位制御装置６との間の通信には、他の伝送方式が使用されてもよい。
【0023】
上位制御装置６は、分散配置された複数の蓄電装置２０の動作を統合制御する。上位制御装置６は、伝送路７を介して各蓄電装置２０と双方向に情報の伝送を行う。上位制御装置６もまた、プロセッサとメモリを備え、プログラムを実行することによって種々の機能を実現する。上位制御装置６の機能の一部もまた、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ、またはＦＰＧＡ等により実現されてよい。上位制御装置６は、蓄電装置分散配置システム１００全体として要求される電力値を目標電力値として管理し、目標電力値を複数の蓄電装置２０（例えば、図１であれば３つの蓄電装置２０）に割り当てる。目標電力値は、上位制御装置６のさらに上位の制御装置から受け取ったものでもよいし、上位制御装置６に対して人間系で入力されたものでもよい。上位制御装置６は、各蓄電装置２０に割り当てた目標電力値に基づいて各蓄電池１の充放電の電力指令値を含む制御情報を生成し、各蓄電装置２０の制御部３に制御情報を送信する。
【0024】
蓄電装置分散配置システム１００は、き電線８および商用電力系統を含むき電システムと、蓄電装置分散配置システム１００との間に設定された電力の需給計画に基づいて、電力需給調整の制御を行う。需給計画は、例えば、この日のこの時間に充電し、または放電する、といった情報を含み、発電計画、需要計画、または供給計画と言い換えることもできる。設定された需給計画は、上位制御装置６に格納される。上位制御装置６は、需給計画に基づいて、充電池１の充放電に関する制御情報（第１制御情報）を生成し、制御情報を複数の蓄電装置２０の各々に送信する。これにより、上位制御装置６は、蓄電装置分散配置システム１００全体として管理すべき目標電力値または目標ＳＯＣに基づく統轄制御を行う。電力を時間積分すればエネルギーが得られるので、電力を制御することで事実上エネルギーの制御を行うことができる。目標電力に追従することによって、結果的に目標ＳＯＣの実現に通じる。需給計画は、いつどのように放電開始電圧または充電開始電圧を変更するか、という情報と言い換えることもできる。需給計画は、上位制御装置６に加え、各蓄電装置２０に格納されてもよい。上位制御装置６は、各蓄電装置２０が割り当てられた目標電力値を実現するように制御情報を生成してもよいし、各蓄電装置２０が蓄電池１について所望のＳＯＣの状態を維持するように制御情報を生成してもよい。
【0025】
各蓄電装置２０の制御部３は、上位制御装置６から受け付けた制御情報に基づき、電力授受に係る目標値を設定する。制御部３は、上位制御装置６から受け付けた制御情報に含まれる電力指令値またはＳＯＣ値等をそのまま目標値として設定してもよいし、制御情報に含まれる値をもとに目標値を算出してもよい。目標値は、例えば、き電線８の電圧を維持すべき一定目標電圧を表す第１電圧値、蓄電池１への充電を開始すべきき電線８の目標電圧を表す第２電圧値としての充電開始電圧、蓄電池１からの放電を開始すべきき電線８の目標電圧を表す第３電圧値としての放電開始電圧、蓄電池１の目標充放電電力を表す電力値としての充放電電力指令値、蓄電池１への充電電流を制限する充電電流制限値を表す第１電流値、または蓄電池１からの放電電流を制限する放電電流制限値を表す第２電流値、のうちの少なくとも１つを含み得る。制御部３は、設定した目標値に基づいて蓄電池の充放電に関する指令値を生成し、電力変換器２に出力する。
【0026】
上位制御装置６は、各蓄電装置２０の制御部３に対し、充放電の開始電圧または充放電の電流制限値を制御情報として伝送してもよい。き電システムに分散配置された複数の蓄電装置２０の各々の蓄電池１は、架線電圧が上昇すると充電し、架線電圧が下がると放電する。このようなき電システムにおいて、き電回路に対する蓄電装置２０の放電電圧が目標電圧（例えば、１，６５０Ｖ）になるように電圧制御を行う場合、電力変換器２によって、車両や変電所の保護などに不都合の無い範囲内で送り出し電圧を上昇させ、その上で放電電流が一定値以上に流れないように放電電流を制限する制御（電流制御）を行うことにより、等価的に目標電力の放電が可能になる。同様に、充電の場合には電圧を下げて充電電流が一定値以上に流れないように充電電流を制限することによって、目標電力の充電が可能になる。制御部３は、上位制御装置６から受け付けた制御情報に含まれる充放電の開始電圧または充放電の電流制限値をそのまま目標値として設定することができる。
【0027】
各蓄電装置２０の制御部３は、実際に電力変換器２に送信した指令値を上位制御装置６にフィードバックする。フィードバックのタイミングまたは時間間隔は任意に設定されてよい。制御部３はまた、蓄電池１の温度、蓄電池１のＳＯＣ、および蓄電池１とき電線８との間で充放電された電力値を含む他の情報も上位制御装置６に送信し得る。上位制御装置６は、分散配置された複数の蓄電装置２０のうちの少なくとも１つからフィードバックとして制御部３が電力変換器２に出力した指令値を受信し、受信した指令値と設定された需給計画とに基づいて、蓄電池１の充放電に関する次の制御情報（第２制御情報）を生成し、複数の蓄電装置２０に送信することができる。
【0028】
一例として、上位制御装置６は、分散配置された複数の蓄電装置２０から受信したフィードバックと目標電力値または目標ＳＯＣとの乖離（差）を算出し、その乖離を小さくするように次の制御情報を生成し、各蓄電装置２０に送信する。例えば、上位制御装置６は、まず需給計画に基づいて蓄電装置分散配置システム１００全体としての目標電力値ＷＴを決定し、目標電力値ＷＴを監視下にあるＮ個の蓄電装置２０に振り分ける（Ｗ１１，Ｗ１２，．．．Ｗ１Ｎ）（ここで、ＷＴ＝Ｗ１１＋Ｗ１２＋．．．＋Ｗ１Ｎ）。目標電力値ＷＴの振り分けは均等であっても不均等であってもよい。上位制御装置６は、振り分けた電力値（Ｗ１１，Ｗ１２，．．．Ｗ１Ｎ）をそれぞれ含む第１制御情報（ＣＳ１１，ＣＳ１２，．．．ＣＳ１Ｎ）を生成し、Ｎ個の蓄電装置２０それぞれに送信する。Ｎ個の蓄電装置２０からフィードバックを受信した上位制御装置６は、各蓄電装置２０において制御部３から電力変換器２に出力された電力指令値または実際に蓄電池１から充放電された電力値（ＷＯ１１，ＷＯ１２，．．．ＷＯ１Ｎ）の合計（ＷＯ１＝ＷＯ１１＋ＷＯ１２＋．．．＋ＷＯ１Ｎ））と、目標電力値ＷＴとの差（ΔＷ１＝ＷＴ－ＷＯ１）を算出する。上位制御装置６は、この差を例えば各蓄電装置２０に均等に割り当て、次の制御情報（第２制御情報）に含めるべき指令値を更新する（Ｗ２１，Ｗ２２，．．．Ｗ２Ｎ）（ここで、Ｗ２１＝Ｗ１１＋ΔＷ１／Ｎ，Ｗ２２＝Ｗ１２＋ΔＷ１／Ｎ，．．．Ｗ２Ｎ＝Ｗ１Ｎ＋ΔＷ１／Ｎ）。差の割当ても不均等であってもよい。上位制御装置６は、更新後の指令値（Ｗ２１，Ｗ２２，．．．Ｗ２Ｎ）をそれぞれ含む第２制御情報（ＣＳ２１，ＣＳ２２，．．．ＣＳ２Ｎ）を生成し、Ｎ個の蓄電装置２０それぞれに送信する。フィードバックの反映は、上記の例に限られず、多種多様な方法で反映されてよい。
【0029】
上位制御装置６から各制御部３に送信される制御情報は、上位制御装置６の監視下にある複数の蓄電装置２０における負荷または各蓄電池１のＳＯＣを均等化させる指令を含んでもよい。上位制御装置６から各制御部３に送信される制御情報は、各蓄電池１のＳＯＣに対する充電特性または放電特性を変更させる指示を含んでもよい。各制御部３は、上位制御装置６から受信した制御情報に基づいて、目標値を設定し電力変換器２への指令を生成する。各制御部３から各電力変換器２に出力される指令の時間間隔は、例えば、２５～１００ミリ秒、または１秒である。蓄電装置分散配置システム１００は、上位制御装置６と分散配置された複数の蓄電装置２０の制御部３との連携によって、需給計画により蓄電装置分散配置システム１００全体に要求される需給調整を実現することができる。
【0030】
蓄電装置分散配置システム１００が備える蓄電装置２０の数は、図示の例に限定されない。上位制御装置６は、任意の数の蓄電装置２０を統括制御することができる。同様に、蓄電装置分散配置システム１００とともに使用される変電所４および電気車５等の数および配置も一例にすぎない。蓄電装置２０は、変電所４の近くに配置されてもよいし、変電所４とペアで配置されてもよいし、または変電所４とは独立して配置されてもよい。変電所４の代わりにバッテリが配置されていてもよい。
【0031】
第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００における制御例についてさらに説明する。
図２は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００におけるき電線電圧に応じた充放電の制御例を表す図である。横軸はき電線電圧を表し、縦軸は充電電流または放電電流を表す。また、Ｖｃ１は充電開始電圧を表し、Ｖｄ１は放電開始電圧を表す。制御部３は、図２に示すようなき電線電圧と充放電電流との関係を表すテーブルを用いて充放電指令を生成し、電力変換器２に出力することにより、蓄電池１の充放電を制御することができる。図２によれば、き電線電圧が充電開始電圧Ｖｃ１よりも高くなると、蓄電池１の充電が開始される。充電電流は、き電線電圧が高くなるほど増大する。ただし、充電電流には制限値（最大充電電流）が設定される。一方、き電線電圧が放電開始電圧Ｖｄ１よりも低くなると、蓄電池１の放電が開始される。放電電流は、き電線電圧が低くなるほど増大する。ただし、放電電流にも制限値（最大放電電流）が設定される。き電線電圧が、放電開始電圧Ｖｄ１以上、充電開始電圧Ｖｃ１以下のときには、蓄電池１は充電も放電も行わない。
図２は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００におけるき電線電圧に応じた充放電の制御例を表す図である。横軸はき電線電圧を表し、縦軸は充電電流または放電電流を表す。また、Ｖｃ１は充電開始電圧を表し、Ｖｄ１は放電開始電圧を表す。制御部３は、図２に示すようなき電線電圧と充放電電流との関係を表すテーブルを用いて充放電指令を生成し、電力変換器２に出力することにより、蓄電池１の充放電を制御することができる。図２によれば、き電線電圧が充電開始電圧Ｖｃ１よりも高くなると、蓄電池１の充電が開始される。充電電流は、き電線電圧が高くなるほど増大する。ただし、充電電流には制限値（最大充電電流）が設定される。一方、き電線電圧が放電開始電圧Ｖｄ１よりも低くなると、蓄電池１の放電が開始される。放電電流は、き電線電圧が低くなるほど増大する。ただし、放電電流にも制限値（最大放電電流）が設定される。き電線電圧が、放電開始電圧Ｖｄ１以上、充電開始電圧Ｖｃ１以下のときには、蓄電池１は充電も放電も行わない。
【0032】
ここで、分散配置された複数の蓄電装置２０の各々において、制御部３は、き電連系点の電圧が一定電圧になるように充放電を制御することができる。あるいは、分散配置された複数の蓄電装置２０の各々において、制御部３は、蓄電池１からの放電電流の増加に応じて電力変換器２がき電線８に送り出す電圧（き電回路に対する出力電圧）を降下させるように制御を行ってもよいし、蓄電池１への充電電流の増加に応じて電力変換器２がき電線８に送り出す電圧（き電回路に対する出力電圧）を上昇させるように制御を行ってもよい。
【0033】
また、各蓄電装置２０の制御部３は、蓄電池１のＳＯＣの低下に応じてき電線８への送り出し電圧を降下させるように制御を行ってもよい。各蓄電装置２０において蓄電池１のＳＯＣが低下するにつれて放電電圧を降下させるように制御を行うことにより、蓄電装置分散配置システム１００全体で見ると、蓄電池１のＳＯＣが高い蓄電装置２０は、蓄電池１のＳＯＣが低下した蓄電装置２０よりも多くの放電電力を負担することになる。これにより、蓄電装置分散配置システム１００における複数の蓄電装置２０の負荷分担を均等化させることができる。
【0034】
各蓄電装置２０の制御部３は、各蓄電池１が所定のＳＯＣを維持するように充放電を制御することができる。これは、例えば、上位制御装置６が、ＳＯＣの目標値を設定して各蓄電装置２０の制御部３に送信し、各蓄電装置２０の制御部３が、蓄電池１のＳＯＣが目標値から乖離したときに調整充放電を行うように制御を行うことによって実施される。あるいは、上位制御装置６がＳＯＣの明確な目標値を設定せず、各蓄電装置２０の制御部３が、蓄電池１のＳＯＣの低下に応じて放電開始電圧または充電開始電圧を調整する制御を実行してもよい。ＳＯＣの目標値もまた、上位制御装置６のさらに上位の制御装置から受け取った値であってもよいし、上位制御装置６に対して人間系で入力された値であってもよい。
【0035】
図３は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００における、蓄電池１のＳＯＣを一定範囲に調整するための、充電率（ＳＯＣ）と充放電開始電圧との関係を表す図である。横軸はＳＯＣ、縦軸は放電開始電圧または充電開始電圧を表す。ＳＯＣが低下すると、放電開始電圧または充電開始電圧も低下する。制御部３は、図３に示すようなＳＯＣと充放電開始電圧との関係を表すテーブルを用いて充放電指令を生成し、電力変換器２に出力することにより、蓄電池１の充放電を制御することができる。
【0036】
各蓄電装置２０の制御部３が上記のような制御を行っているときに、上位制御装置６は、さらに各蓄電装置２０に対して充電または放電の指令を出力する。充電または放電の指令は、例えば、充電率に対する充電特性または放電特性を変更させる指令を含む。このような指令は、上位制御装置６のさらに上位系の制御装置から送られたものであってもよいし、上位制御装置６に対して人間系で入力することにより充放電の指令を出力させるものであってもよい。
【0037】
図４は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００における、蓄電池１の放電特性の変更によりＳＯＣを変化させる制御例を示す図である。横軸は充電率（ＳＯＣ）、縦軸は放電開始電圧を表す。概して、ＳＯＣが高いほど、各蓄電装置２０が放電を開始する電圧が高い。制御部３は、矢印Ｐで示されるように放電特性を変化させることによって、電力の需給調整を行うことができる。すなわち、各蓄電装置２０において、蓄電池１は、通常はＡ１の領域で動作するが、制御部３からの指令に応じてＢ１の領域で動作する。これにより、蓄電池１は、ほとんどのＳＯＣの区間において高い電圧で放電を開始することになる。その結果、（Ａ１－Ｂ１）のＳＯＣの差分に相当するエネルギーが各蓄電装置２０の蓄電池１からき電回路に供給される。ＳＯＣが低下すると、送り出す電圧が下がるので放電が停止する。このとき、蓄電池１からき電回路に供給される最大電力値は、放電開始電圧の最大値Ｖｍａｘと電力変換器２の出力電流制限値Ｉｌｉｍｉｔとの積で決まる。このように、充放電制御の放電開始電圧の指令値を変更することによって需給調整を行うことができる。放電電力を調整したい場合には、電力変換器２の出力電流制限値Ｉｌｉｍｉｔを変更すればよい。
【0038】
制御部３は、例えば図４に示すようなＳＯＣと放電開始電圧との対応関係を指定するテーブルを保持し、上位制御装置６からの指令に応じて使用する放電特性を切り替えることができる。制御部３は、指定された放電特性に基づいて、目標値としての放電開始電圧を設定し、電力変換器２への指令を生成する。
【0039】
充電の場合にも同様のスキームが適用可能である。
図５は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００における、蓄電池１の充電特性の変更によりＳＯＣを変化させる制御例を示す図である。横軸は充電率（ＳＯＣ）、縦軸は充電開始電圧を表す。概して、ＳＯＣが低いほど、各蓄電装置２０が充電を開始する電圧が低い。制御部３は、矢印Ｑで示されるように充電特性を変化させることによって、電力の需給調整を行うことができる。すなわち、各蓄電装置２０において、蓄電池１は、通常はＢ２の領域で動作するが、制御部３からの指令に応じてＡ２の領域で動作する。これにより、蓄電池１は、ほとんどのＳＯＣの区間において低い電圧で充電を開始することになる。その結果、（Ａ２－Ｂ２）のＳＯＣの差分に相当するエネルギーがき電回路から各蓄電装置２０の蓄電池１に蓄積される。き電回路から各蓄電池１に蓄積される充電電力の最大値は、充電開始電圧Ｖｍｉｎと電力変換器２の電流制限値Ｉｌｉｍｉｔとの積で決まる。充電電力を調整したい場合には、電力変換器２の電流制限値Ｉｌｉｍｉｔを変更すればよい。
図５は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００における、蓄電池１の充電特性の変更によりＳＯＣを変化させる制御例を示す図である。横軸は充電率（ＳＯＣ）、縦軸は充電開始電圧を表す。概して、ＳＯＣが低いほど、各蓄電装置２０が充電を開始する電圧が低い。制御部３は、矢印Ｑで示されるように充電特性を変化させることによって、電力の需給調整を行うことができる。すなわち、各蓄電装置２０において、蓄電池１は、通常はＢ２の領域で動作するが、制御部３からの指令に応じてＡ２の領域で動作する。これにより、蓄電池１は、ほとんどのＳＯＣの区間において低い電圧で充電を開始することになる。その結果、（Ａ２－Ｂ２）のＳＯＣの差分に相当するエネルギーがき電回路から各蓄電装置２０の蓄電池１に蓄積される。き電回路から各蓄電池１に蓄積される充電電力の最大値は、充電開始電圧Ｖｍｉｎと電力変換器２の電流制限値Ｉｌｉｍｉｔとの積で決まる。充電電力を調整したい場合には、電力変換器２の電流制限値Ｉｌｉｍｉｔを変更すればよい。
【0040】
制御部３は、例えば図５に示すようなＳＯＣと充電開始電圧との対応関係を指定するテーブルを保持し、上位制御装置６からの指令に応じて使用する充電特性を切り替えることができる。制御部３は、指定された充電特性に基づいて、目標値としての充電開始電圧を設定し、電力変換器２への指令を生成する。
【0041】
上位制御装置６は、図４または図５に示すような充放電特性を指定するテーブルを各制御部３に送信することによって、充放電特性の切替えを各制御部３に指示してもよい。各制御部３が複数のテーブルを所持していて、上位制御装置６からの指令に応じてテーブルを切り替えて使用してもよい。
【0042】
なお、図１のき電回路の交流系統１１は、単一の電力系統であってもよく、複数の電力系統に分離されていてもよい。
【0043】
（１－２）効果
従来のようにき電システムに対して蓄電装置が単独で配置される場合、または集中型の蓄電装置が配置される場合、放電時に蓄電装置から負荷（電気車）までのき電回路インピーダンスの影響を受ける。蓄電装置の蓄電池からき電回路への放電によって、蓄電装置が連系されているき電回路接続点の電圧が上昇する。そのため、保護動作に至る前の常時運転可能な最大電圧レベル（過電圧に至る前の限界電圧レベル）で、放電電流が抑制され、放電電力が低下することになる。一方、充電時には蓄電装置の蓄電池が変電所を介して充電される。図１は、両側の変電所４から電気車５に電力を供給可能な並列き電回路を示しているが、もしも１か所の蓄電装置２０を大電力で充電した場合、直近の変電所４の放電電力が増大し、き電電圧を大きく低下させるとともに、変電所４の負荷出力を著しく奪うことになる。
従来のようにき電システムに対して蓄電装置が単独で配置される場合、または集中型の蓄電装置が配置される場合、放電時に蓄電装置から負荷（電気車）までのき電回路インピーダンスの影響を受ける。蓄電装置の蓄電池からき電回路への放電によって、蓄電装置が連系されているき電回路接続点の電圧が上昇する。そのため、保護動作に至る前の常時運転可能な最大電圧レベル（過電圧に至る前の限界電圧レベル）で、放電電流が抑制され、放電電力が低下することになる。一方、充電時には蓄電装置の蓄電池が変電所を介して充電される。図１は、両側の変電所４から電気車５に電力を供給可能な並列き電回路を示しているが、もしも１か所の蓄電装置２０を大電力で充電した場合、直近の変電所４の放電電力が増大し、き電電圧を大きく低下させるとともに、変電所４の負荷出力を著しく奪うことになる。
【0044】
第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００によれば、き電システムに対して複数の蓄電装置２０が分散配置される。この分散配置によって、蓄電装置２０から電気車５の負荷までのき電回路インピーダンスを低減することが可能になる。その結果、従来よりも遠くの負荷に電力を供給できるようになる。また、広範囲の負荷にも対応できるようになり、蓄電装置２０の需給調整において高出力の放電動作が可能になる。仮にいずれかの蓄電装置２０で電流のサグが発生した場合でも、他の蓄電装置２０がその不足を補うことができる。したがって、蓄電装置分散配置システム１００全体として、計画的かつ安定した電力需給調整に資することができる。同様に、１つの蓄電装置２０で５００ｋＷを充電するよりも３つの蓄電装置２０で分担して５００ｋＷを充電する方が制御設備の負荷を軽減することができる。したがって、分散配置された蓄電装置２０で計画的な充電を行うことにより、安定した電力需給調整を行うことができる。
【0045】
さらに、き電システム内に分散配置された複数の蓄電装置２０を統括制御することにより、蓄電装置２０の持つ需給調整力（電力または電力量）を統合して運用することができ、その結果、蓄電システムプラントとして大型化を実現することができる。
【0046】
上位制御装置６は、蓄電装置分散配置システム１００全体を監視し、各蓄電装置２０に指令を送って協調制御を行う。上位制御装置６から各蓄電装置２０の制御部３に送信する指令は、例えば各蓄電装置２０に割り当てられた目標電力値を含む。各制御部３は、例えば目標電力値をリミッタの電流で割ることによってき電線の目標電圧を得ることができる。各制御部３は、き電線８の電圧と目標電圧とを比較しながら充放電を制御する。各制御部３はまた、実際の充放電に係る情報、例えば、上位制御装置６から指示された目標電力に対応する電圧制御を実行できたかどうかを表す情報を上位制御装置６に返す。上位制御装置６は、各蓄電装置２０の制御部３から実際の充放電に係る情報を収集し、蓄電装置分散配置システム１００全体として計画的に電力の需給調整を行うことができるよう、制御部３に指令を送信する。
【0047】
上位制御装置６は、各蓄電装置２０の制御部３に対して電力指令値を送り、制御部３が、受け取った電力指令値を充電／放電時の電圧で割ることで電流制限値を算出し、制御部３から電力変換器２に電流制限値を送ることによって制御を実現してもよい。これにより、上位制御装置６からの指令に応答して各蓄電装置２０の制御部３が放電または充電を制御することによって蓄電池１のＳＯＣを変化させることが可能になり、蓄電装置分散配置システム１００全体として需給調整を行うことができる。あるいは、各蓄電装置２０の制御部３が、目標電力値、放電開始電圧、充電開始電圧、または電流制限値等の情報をあらかじめ所持していてもよい。
【0048】
このように、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００は、システム全体として、電力が足りない場合には溜めておいたエネルギーを供給し（放電）、電力が余っている場合には電力を溜め込む（充電）、という動作を行う。したがって、蓄電装置分散配置システム１００は、システム全体として、計画的に電力の需給調整を行うことができる。
【0049】
（１－３）変形例
図６は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの変形例を概略的に示す図である。図６では、き電システムにおいて交流系統１１が分離されている点を除き、図１と同様である。蓄電装置分散配置システム１１０は、蓄電装置分散配置システム１００と同じ構成を有し、同様に動作するので、詳細な説明は省略する。言い換えれば、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００は、変電所４が、分離された異なる交流系統１１から給電されている場合にも適用可能である。
図６は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの変形例を概略的に示す図である。図６では、き電システムにおいて交流系統１１が分離されている点を除き、図１と同様である。蓄電装置分散配置システム１１０は、蓄電装置分散配置システム１００と同じ構成を有し、同様に動作するので、詳細な説明は省略する。言い換えれば、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００は、変電所４が、分離された異なる交流系統１１から給電されている場合にも適用可能である。
【0050】
（第２実施形態）
（２－１）構成例および動作例
第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システムは、き電システムに対して分散配置される各蓄電装置が自端制御を行う点を除き、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００と同様の構成を有する。以下で主に第１実施形態との相違箇所について説明する。
（２－１）構成例および動作例
第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システムは、き電システムに対して分散配置される各蓄電装置が自端制御を行う点を除き、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００と同様の構成を有する。以下で主に第１実施形態との相違箇所について説明する。
【0051】
図７は、第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの第１構成例を概略的に示す図である。第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システム２００は、第１実施形態と同様に、直流き電システムとともに使用される。直流き電システムは、交流系統１１と、変電所４と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。これらは第１実施形態に関して説明した直流き電システムの交流系統１１、変電所４、き電線８、電気車５、および帰線９と同様であるので説明を省略する。
【0052】
蓄電装置分散配置システム２００は、き電システムに対して分散配置された複数の蓄電装置２１を備える。
複数の蓄電装置２１は、第１実施形態で説明した蓄電装置２０と同様、き電システムに対して任意の間隔で分散配置され、それぞれ、き電線８と帰線９とに接続される。各蓄電装置２１は、蓄電池１と、電力変換器２と、制御部３１と、電圧検出部１０と、を備える。蓄電池１および電力変換器２は、第１実施形態で説明した蓄電装置２０の蓄電池１および電力変換器２と同様であるので説明を省略する。
複数の蓄電装置２１は、第１実施形態で説明した蓄電装置２０と同様、き電システムに対して任意の間隔で分散配置され、それぞれ、き電線８と帰線９とに接続される。各蓄電装置２１は、蓄電池１と、電力変換器２と、制御部３１と、電圧検出部１０と、を備える。蓄電池１および電力変換器２は、第１実施形態で説明した蓄電装置２０の蓄電池１および電力変換器２と同様であるので説明を省略する。
【0053】
電圧検出部１０は、交流系統１１の電圧を検出し、検出した電圧を制御部３１に渡す。
制御部３１は、電圧検出部１０によって検出された電圧に基づき、交流系統１１の周波数を計測する。制御部３１は、計測した周波数と、目標値としての基準系統周波数（「基準周波数」とも言う。）と、の差に応じて、充放電の電力指令値を生成し、電力指令値を電力変換器２に出力する。
制御部３１は、電圧検出部１０によって検出された電圧に基づき、交流系統１１の周波数を計測する。制御部３１は、計測した周波数と、目標値としての基準系統周波数（「基準周波数」とも言う。）と、の差に応じて、充放電の電力指令値を生成し、電力指令値を電力変換器２に出力する。
【0054】
電力の需給バランスが崩れると周波数変動が生じ、電力供給が不安定になる。制御部３１は、交流系統１１の周波数Ｆ１１と基準系統周波数Ｆｒ（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）との差ΔＦ（ΔＦ＝Ｆ１１－Ｆｒ）を計算し、差ΔＦに応じて指令値を生成することによって、負荷変動に対応する。例えば、制御部３１は、差ΔＦを小さくするように指令値を生成することができる。基準系統周波数は、き電線８と蓄電装置分散配置システム２００との間の電力授受に係る目標値の一例である。各制御部３は、あらかじめ基準系統周波数を取得し、目標値として設定する。なお、交流電圧に基づく周波数の算出には既知の方法が用いられてよい。
【0055】
図８は、第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システム２００における電力指令値生成例を示す図である。電圧検出部１０は、交流系統１１の電圧を検出し、周波数検出部３５に渡す。周波数検出部３５は、制御部３１の一機能として設けられる。制御部３１は、周波数検出部３５によって検出された周波数Ｆ１１と基準系統周波数Ｆｒとの差ΔＦに応じた電力指令値を生成する。差ΔＦに代えて、周波数偏差（ΔＦ／Ｆｒ）に応じた電力指令値が使用されてもよい。制御部３１は、例えば、差ΔＦと電力指令値との対応関係を指定するテーブルを用いて電力指令値を生成することができる。そのようなテーブルの一例が図８に示される電力指令テーブル６１である。図８において、電力指令テーブル６１は、ΔＦが所定の第１値ΔＦａ未満では、差ΔＦの絶対値に応じて値が線形に増加する放電電力指令値（プラス）を指示し、ΔＦが第１値ΔＦａ以上かつ第２値ΔＦｂ未満では電力指令値ゼロを指示し、ΔＦが第２値ΔＦｂ以上では、差ΔＦの絶対値に応じて値が線形に増加する充電電力指令値（マイナス）を指示する。電力指令テーブル６１は、一例にすぎず、他のテーブルが使用されてよい。制御部３１は、例えば、差ΔＦまたは周波数偏差に応じた電力指令値を出力する関係式を使用して指令値を演算してもよい。
【0056】
このように、第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システム２００では、分散配置される各蓄電装置２１が周波数変動を抑制するように自端制御を行うことによって、蓄電装置分散配置システム２００全体として電力の需給調整を行うことができる。
【0057】
第２実施形態に係る自端制御システムは、さらに上位制御装置６からの指令を併用してもよい。
図９は、第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの第２構成例を概略的に示す図である。第２構成例においても、蓄電装置分散配置システム２１０は、直流き電システムとともに使用される。直流き電システムは、交流系統１１と、変電所４と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。き電システムについては第１構成例と同様であるので説明を省略する。第２構成例に係る蓄電装置分散配置システム２１０は、き電システムに対して分散配置された複数の蓄電装置２２と、上位制御装置６と、を備える。
図９は、第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの第２構成例を概略的に示す図である。第２構成例においても、蓄電装置分散配置システム２１０は、直流き電システムとともに使用される。直流き電システムは、交流系統１１と、変電所４と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。き電システムについては第１構成例と同様であるので説明を省略する。第２構成例に係る蓄電装置分散配置システム２１０は、き電システムに対して分散配置された複数の蓄電装置２２と、上位制御装置６と、を備える。
【0058】
各蓄電装置２２は、蓄電池１と、電力変換器２と、制御部３２と、電圧検出部１０と、を備える。蓄電池１、電力変換器２、および電圧検出部１０は、第１構成例の蓄電池１、電力変換器２、および電圧検出部１０と同様であるので、詳細な説明は省略する。
上位制御装置６は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００の上位制御装置６と同様であるので、詳細な説明は省略する。
上位制御装置６は、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００の上位制御装置６と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【0059】
制御部３２は、第１構成例と同様、電圧検出部１０によって検出された交流系統１１の電圧に基づき、交流系統１１の周波数を計測し、基準系統周波数との差ΔＦに応じて、充放電の電力指令値を生成し、電力変換器２に出力する。制御部３２は、さらに、第１実施形態に係る蓄電装置２０の各制御部３と同様に、上位制御装置６との間で伝送路７を介して双方向通信し、上位制御装置６から指令を受け取るとともに、例えば蓄電池１のＳＯＣを含むフィードバックを上位制御装置６に送信する。制御部３と上位制御装置６とは、一般に応動時間が異なることから、このような両立が可能である。さらに、上位制御装置６が交流系統１１の電圧を監視するようにしてもよい。
【0060】
（２－２）効果
電力需給調整に高速応答を要する場合、各制御部３が上位制御装置６からの指令を待っていたのでは応答が間に合わないことがある。第１構成例で説明したように、第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システム２００では、分散配置された複数の蓄電装置２１の各制御部３が、交流系統１１の末端の電圧をダイレクトに監視し、その周波数変動を抑制する高速制御を行うことができる。これにより、システム全体としても安定した需給調整を行うことができる。
電力需給調整に高速応答を要する場合、各制御部３が上位制御装置６からの指令を待っていたのでは応答が間に合わないことがある。第１構成例で説明したように、第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システム２００では、分散配置された複数の蓄電装置２１の各制御部３が、交流系統１１の末端の電圧をダイレクトに監視し、その周波数変動を抑制する高速制御を行うことができる。これにより、システム全体としても安定した需給調整を行うことができる。
【0061】
さらに、第２構成例で説明したように、蓄電装置分散配置システム２１０において、分散配置された各蓄電装置２２が、末端の電圧をダイレクトに監視して需給調整を行いつつ、上位制御装置６からの指令にも並行して応答するように構成することもできる。
【0062】
第２実施形態に関して説明した自端制御は、原則としてオフライン制御により行われる。第２実施形態の第１構成例に示した自端制御は、需給調整市場における一次調整力に対応する。これに対し、上位制御装置６を備える制御は、オンライン制御により行われ、需給調整市場における二次調整力または三次調整力に対応する。第２実施形態の第２構成例のように自端制御と上位制御とが併用されている場合、オンライン制御は５分乃至１５分といった時間間隔で行われ、オフライン制御（自端制御）は１０秒といった時間間隔で行われる。第２構成例の場合、上位制御装置６が低頻度で低精度の制御を行い、追加的に各蓄電装置の制御部３２が高頻度の精密制御を行うという、２段階の制御を実現することができる。
【0063】
（２－３）変形例
変形例として、上位制御装置が、交流系統の電圧を監視し、周波数変動を抑制するように蓄電装置分散配置システムを統合制御してもよい。
図１０は、第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの変形例を概略的に示す図である。変形例に係る蓄電装置分散配置システム２２０も、第１構成例および第２構成例と同様に直流き電システムとともに使用される。き電システムは、交流系統１１と、変電所４と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。き電システムについては第１構成例と同様であるので説明を省略する。蓄電装置分散配置システム２２０は、き電システムに対して分散配置された複数の蓄電装置２０と、上記制御装置６と、電圧検出装置４０と、を備える。
変形例として、上位制御装置が、交流系統の電圧を監視し、周波数変動を抑制するように蓄電装置分散配置システムを統合制御してもよい。
図１０は、第２実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの変形例を概略的に示す図である。変形例に係る蓄電装置分散配置システム２２０も、第１構成例および第２構成例と同様に直流き電システムとともに使用される。き電システムは、交流系統１１と、変電所４と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。き電システムについては第１構成例と同様であるので説明を省略する。蓄電装置分散配置システム２２０は、き電システムに対して分散配置された複数の蓄電装置２０と、上記制御装置６と、電圧検出装置４０と、を備える。
【0064】
各蓄電装置２０は、蓄電池１と、電力変換器２と、制御部３と、を備える。蓄電池１、電力変換器２、および制御部３は、第１実施形態で説明した蓄電装置２０の蓄電池１、電力変換器２、および制御部３と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【0065】
電圧検出装置４０は、交流系統１１の電圧を検出し、検出した電圧を上位制御装置６に渡す。上位制御装置６は、電圧検出装置４０によって検出された電圧に基づいて交流系統１１の周波数を計測する。そして上位制御装置６は、交流系統１１の周波数と基準系統周波数との差または周波数偏差に基づいて、例えば図８に例示したテーブル６１と同様のテーブルを用いて電力指令値を演算し、電力指令値を各蓄電装置２０の制御部３に送信する。各制御部３は、受信した電力指令値に基づき、目標値を設定して、電力変換器２に指令を出力する。このように、上位制御装置６側で系統電圧を監視する場合にも、蓄電装置分散配置システム２２０において同様の統合制御を行うことができる。
【0066】
（第３実施形態）
（３－１）構成例および動作例
第３実施形態に係る蓄電装置分散配置システムは、交流き電システムとともに使用される点を除き、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００と同様の構成を有する。以下で主に第１実施形態との相違箇所について説明する。
（３－１）構成例および動作例
第３実施形態に係る蓄電装置分散配置システムは、交流き電システムとともに使用される点を除き、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００と同様の構成を有する。以下で主に第１実施形態との相違箇所について説明する。
【0067】
図１１は、第３実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの一構成例を概略的に示す図である。第３実施形態に係る蓄電装置分散配置システム３００は、交流き電システムとともに使用される。交流き電システムは、第１交流系統１１と、第２交流系統１２と、変電所４１と、変電所４２と、セクション５０と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。き電線８、電気車５、および帰線９は、第１実施形態に関して説明した直流き電システムのき電線８、電気車５、および帰線９と同様であるので、説明を省略する。蓄電装置分散配置システム３００は、交流き電システムに対して分散配置された複数の蓄電装置２０と、上位制御装置６と、を備える。
【0068】
第１交流系統１１および第２交流系統１２は、例えば、互いに位相差のある商用電力系統である。第１交流系統１１および第２交流系統１２は、周波数の異なる電力系統であってもよい。
【0069】
変電所４１は、遮断器と変圧器とを備え、第１交流系統１１から受電した三相交流電力を単相交流電力に変換し、単相交流電力をき電回路に出力する交流変電所である。変電所４２は、遮断器と変圧器とを備え、第２交流系統１２から受電した三相交流電力を単相交流電力に変換し、単相交流電力をき電回路に出力する交流変電所である。
【0070】
セクション５０は、いわゆるデッドセクションであり、異なる電化方式、異なる位相または異なる周波数の電力の短絡を防ぐため、架線を電気的に分離するために配置される。第１交流系統１１から給電される変電所４１と第２交流系統１２から給電される変電所４２との間で、き電線８は、セクション５０によって分離されている。
【0071】
複数の蓄電装置２０は、任意の間隔で分散配置され、それぞれ、き電線８と帰線９とに接続される。各蓄電装置２０は、蓄電池１と、電力変換器２と、制御部３と、を備える。第３実施形態に係る蓄電装置２０は、第１実施形態で説明した蓄電装置２０と同様であるので詳細な説明は省略する。ただし、き電線８が交流き電方式を採用するので、電力変換器２は、蓄電池１の直流を交流に変換して、き電線８に給電する。
【0072】
変電所４１および変電所４２が交流変電所であるため、回生が発生した場合、変電所４１から三相交流系統１１への逆潮流、または変電所４２から三相交流系統１２への逆潮流が発生し得る。例えば、各蓄電装置２０は、制御部３により、近傍の（同じ区間内の）変電所４１から三相交流系統１１への逆潮流電流を監視し（一例として矢印Ｒで示す）、逆潮流が発生した場合にはその有効電力を吸収するように、蓄電池１を充電させる動作を行うことができる。電力変換器２は、制御部３の制御下で、き電線８から受け取る交流を直流に変換し、蓄電池１を充電させる。第３実施形態において、き電線８と蓄電装置分散配置システム３００との間の電力授受に係る目標値は、例えば、逆潮流の発生を判定する電流閾値である。
【0073】
（３－２）効果
交流き電システムの場合、架線がセクションで分離されているので、変電所４は、セクションで分離された隣の区間の電気車５には電力を送ることができない。第３実施形態に係る蓄電装置分散配置システム３００によれば、セクションで分離された区間をまたいで蓄電装置２０の蓄電池１の充放電を統合制御でき、システム全体として電力需給調整を行うことができる。
交流き電システムの場合、架線がセクションで分離されているので、変電所４は、セクションで分離された隣の区間の電気車５には電力を送ることができない。第３実施形態に係る蓄電装置分散配置システム３００によれば、セクションで分離された区間をまたいで蓄電装置２０の蓄電池１の充放電を統合制御でき、システム全体として電力需給調整を行うことができる。
【0074】
（３－３）変形例
図１２は、第３実施形態に係る蓄電装置分散配置システム３００における蓄電装置２０の変形例を示す図である。図１２において、蓄電装置２３は、セクション５０をまたいで設置される。蓄電装置２３は、図１１に示した電力変換器２の代わりに、電力変換器２５および電力変換器２６を備える。電力変換器２５は、例えばＭ座（Main phase）側に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣコンバータを含む。電力変換器２６は、例えばＴ座（Teaser）側に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣコンバータを含む。
図１２は、第３実施形態に係る蓄電装置分散配置システム３００における蓄電装置２０の変形例を示す図である。図１２において、蓄電装置２３は、セクション５０をまたいで設置される。蓄電装置２３は、図１１に示した電力変換器２の代わりに、電力変換器２５および電力変換器２６を備える。電力変換器２５は、例えばＭ座（Main phase）側に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣコンバータを含む。電力変換器２６は、例えばＴ座（Teaser）側に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣコンバータを含む。
【0075】
この変形例において、制御部３は、セクション５０の両側の変電所（図示せず）における逆潮流を監視し、電力変換器２５または電力変換器２６を介して蓄電池１の充放電を制御する。これにより、蓄電装置分散配置システム３００は、セクション５０によって分離された方面別の電力を監視し、方面別の電力をき電回路間で融通することができる。
【0076】
第３実施形態に係る蓄電装置分散配置システム３００は、分散配置された複数の蓄電装置２０を備えてもよいし、分散配置された複数の蓄電装置２３を備えてもよいし、１または複数の蓄電装置２０と１または複数の蓄電装置２３とを組み合わせて分散配置してもよい。
【0077】
（第４実施形態）
第４実施形態に係る蓄電装置分散配置システムは、交流系統に配置された別の蓄電システム（以下、「補助蓄電装置」と言う。）を備え、その補助蓄電装置も含めて統合的に制御するものである。第４実施形態に係る蓄電装置分散配置システムは、補助蓄電装置を備える点を除き、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００と同様の構成を有する。以下で主に第１実施形態との相違箇所について説明する。
第４実施形態に係る蓄電装置分散配置システムは、交流系統に配置された別の蓄電システム（以下、「補助蓄電装置」と言う。）を備え、その補助蓄電装置も含めて統合的に制御するものである。第４実施形態に係る蓄電装置分散配置システムは、補助蓄電装置を備える点を除き、第１実施形態に係る蓄電装置分散配置システム１００と同様の構成を有する。以下で主に第１実施形態との相違箇所について説明する。
【0078】
（４－１）構成例および動作例
図１３は、第４実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの一構成例を概略的に示す図である。第４実施形態に係る蓄電装置分散配置システム４００は、第１実施形態と同様に、直流き電システムとともに使用される。直流き電システムは、交流系統１１と、変電所４と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。これらは第１実施形態に関して説明した直流き電システムの交流系統１１、変電所４、き電線８、電気車５、および帰線９と同様であるので説明を省略する。
図１３は、第４実施形態に係る蓄電装置分散配置システムの一構成例を概略的に示す図である。第４実施形態に係る蓄電装置分散配置システム４００は、第１実施形態と同様に、直流き電システムとともに使用される。直流き電システムは、交流系統１１と、変電所４と、き電線８と、電気車５と、帰線９と、を備える。これらは第１実施形態に関して説明した直流き電システムの交流系統１１、変電所４、き電線８、電気車５、および帰線９と同様であるので説明を省略する。
【0079】
蓄電装置分散配置システム４００は、き電システムに対して分散配置された複数の蓄電装置２０と、上位制御装置６と、補助蓄電装置２４と、を備える。
【0080】
複数の蓄電装置２０は、第１実施形態で説明した蓄電装置２０と同様、き電システムに対して任意の間隔で分散配置され、それぞれ、き電線８と帰線９とに接続される。各蓄電装置２０は、蓄電池１と、電力変換器２と、制御部３と、を備える。これらの蓄電池１、電力変換器２、および制御部３は、第１実施形態で説明した蓄電装置２０の蓄電池１、電力変換器２、および制御部３と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【0081】
補助蓄電装置２４は、第３交流系統１３に接続される。補助蓄電装置２４は、例えば、駅ビルの商用電源との間で充放電可能な蓄電装置である。交流系統１１と第３交流系統１３とは区別される必要はなく、おおもとは同じ電力会社の商用電力系統であり得る。
【0082】
補助蓄電装置２４は、分散配置された蓄電装置２０と同様に、蓄電池１と、電力変換器２と、制御部３と、を備える。これらの蓄電池１、電力変換器２、および制御部３は、蓄電装置２０の蓄電池１、電力変換器２、および制御部３と同様の構成および機能を有する。補助蓄電装置２４の出力は、図示しない変圧器を介してき電線８に接続される。補助蓄電装置２４の制御部３もまた上位制御装置６との間で伝送路７を介して双方向通信する。
【0083】
上位制御装置６は、き電システム内に分散配置された蓄電装置２０の充放電の状況を監視し、パワーが不足した場合に補助蓄電装置２４の出力を利用する。上位制御装置６は、例えば、監視下にある複数の蓄電装置２０から受信される放電電力値の合計が需給計画において要求される放電電力値に満たない場合に、パワー不足と判定し、補助蓄電装置２４の制御部３に蓄電池１の放電を指示することができる。あるいは上位制御装置６は、例えば、監視下にある複数の蓄電装置２０において実際に出力された電力指令値の合計が上位制御装置６から各制御部３に出力された電力指令値の合計に満たない場合に、パワー不足と判定し、補助蓄電装置２４の制御部３に蓄電池１の放電を指示することができる。第４実施形態において、き電線８と蓄電装置分散配置システム４００との間の電力授受に係る目標値の一例は、需給計画において要求される放電電力値または電力指令値の合計など、パワー不足の判定に用いられる閾値である。
【0084】
（４－２）効果
一般に、き電システム内に分散配置された蓄電装置２０の充放電電力は、き電システム内を走行する電気車５の負荷に依存し、制限を受ける。き電回路内に十分な負荷がなければ、蓄電装置２０は、適切に放電できず、必要とされる需給調整を行うことができない。例えば、人身事故または地震などの自然災害が発生した場合、き電設備の故障等による不可抗力により、蓄電装置分散配置システム４００の需給調整を担う各蓄電装置２０の充放電能力が低下することがある。このような場合、蓄電装置分散配置システム４００は、不足する充放電電力を補助蓄電装置２４から供給することができる。上位制御装置６は、伝送路７を介して各蓄電装置２０の充放電の状況を監視しており、各蓄電装置２０が所望の指令に追従できていない場合には、補助蓄電装置２４を充放電させることによって需給調整力を補完することが可能になり、システム全体として計画的な需給調整を行うことができる。
一般に、き電システム内に分散配置された蓄電装置２０の充放電電力は、き電システム内を走行する電気車５の負荷に依存し、制限を受ける。き電回路内に十分な負荷がなければ、蓄電装置２０は、適切に放電できず、必要とされる需給調整を行うことができない。例えば、人身事故または地震などの自然災害が発生した場合、き電設備の故障等による不可抗力により、蓄電装置分散配置システム４００の需給調整を担う各蓄電装置２０の充放電能力が低下することがある。このような場合、蓄電装置分散配置システム４００は、不足する充放電電力を補助蓄電装置２４から供給することができる。上位制御装置６は、伝送路７を介して各蓄電装置２０の充放電の状況を監視しており、各蓄電装置２０が所望の指令に追従できていない場合には、補助蓄電装置２４を充放電させることによって需給調整力を補完することが可能になり、システム全体として計画的な需給調整を行うことができる。
【0085】
以上詳述したように、実施形態に係る蓄電装置分散配置システムによれば、き電システム内に分散配置された複数の蓄電装置の各々は、き電線に接続された電力変換器と、電力変換器に接続され、電力変換器を介してき電線との間で充放電が可能な蓄電池と、き電線と蓄電装置分散配置システムとの間の電力授受に係る目標値を設定し、目標値に基づいて蓄電池の充放電に関する指令値を生成し、指令値を電力変換器に出力する制御部と、を備える。これにより、各蓄電装置において、単にき電線または架線の電圧の上昇／下降に応じた充放電を行うのではなく、より計画的に充放電を行うことが可能となり、システム全体として必要な電力需給調整を行うことができる。
【0086】
したがって、実施形態に係る蓄電装置分散配置システムは、き電システム内に分散配置された各蓄電装置において蓄電池の充放電を制御することにより、システム全体として計画的な電力需給調整を行うことができる。
【0087】
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、各実施形態に係る蓄電装置分散配置システムにおいて、分散配置される各蓄電装置は、ユニット化された装置であってもよいし、ユニット化された装置でなくてもよい。蓄電装置は、蓄電システムと読み替えられてもよい。一例として、電気車５に蓄電装置または蓄電システムが搭載されている場合に、その蓄電装置等も蓄電装置分散配置システムに組み込まれてよい。上位制御装置６は、電気車５の蓄電装置等に対して有線または無線により指令を伝送し、電力需給調整を行うための充放電を行わせることができる。同様に、実施形態に係る蓄電装置分散配置システムには、種別の異なる蓄電またはエネルギー貯蔵システムが組み込まれてもよい。
例えば、各実施形態に係る蓄電装置分散配置システムにおいて、分散配置される各蓄電装置は、ユニット化された装置であってもよいし、ユニット化された装置でなくてもよい。蓄電装置は、蓄電システムと読み替えられてもよい。一例として、電気車５に蓄電装置または蓄電システムが搭載されている場合に、その蓄電装置等も蓄電装置分散配置システムに組み込まれてよい。上位制御装置６は、電気車５の蓄電装置等に対して有線または無線により指令を伝送し、電力需給調整を行うための充放電を行わせることができる。同様に、実施形態に係る蓄電装置分散配置システムには、種別の異なる蓄電またはエネルギー貯蔵システムが組み込まれてもよい。
【0088】
各実施形態に係る蓄電池分散配置システムにおいて、分散配置される複数の蓄電装置は、すべて同一の構成であってもよいし、異なる構成を有してもよい。例えば、蓄電池１を備えた蓄電装置と、蓄電池１の代わりに電気二重層コンデンサを備えた蓄電装置とが、蓄電装置分散配置システム内に混在してもよい。また、各実施形態に係る蓄電装置分散配置システムにおいて、上位制御装置６は、複数の上位制御装置が連携して動作することによって実現されてもよい。
【0089】
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】
【0090】
１…蓄電池、２，２５，２６…電力変換器、３，３１，３２…制御部、４，４１，４２…変電所、５…電気車、６…上位制御装置、７…伝送路、８…き電線、９…帰線、１０…電圧検出部、１１，１２，１３…交流系統、２０，２１，２２，２３…蓄電装置、２４…補助蓄電装置、３５…周波数検出部、４０…電圧検出装置、５０…セクション、６１…電力指令テーブル、１００，１１０，２００，２１０，２２０，３００，４００…蓄電装置分散配置システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
