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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】P2024126113
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】電力システム、制御装置、及び制御方法
(51)【国際特許分類】
H02J 1/00 20060101AFI20240912BHJP
H02J 13/00 20060101ALI20240912BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240912BHJP
【ＦＩ】
H02J1/00 306K
H02J13/00 311T
H02J13/00 301A
H02J7/00 P
H02J7/00 303C
H02J1/00 304H
H02J1/00 304A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023034289
(22)【出願日】2023-03-07
(71)【出願人】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】可知 純夫
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 光洋
(72)【発明者】
【氏名】阿部 飛鳥
【テーマコード（参考）】
5G064
5G165
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G064AC09
5G064CB21
5G064DA11
5G165EA02
5G165EA06
5G165FA01
5G165GA09
5G165HA09
5G165HA16
5G165JA09
5G165LA01
5G165LA02
5G503AA01
5G503AA04
5G503BA01
5G503BB01
5G503CA10
5G503FA06
(57)【要約】
【課題】電線路への電力供給や負荷への電力供給の増加が生じても電圧降下を抑えて電力供給を行う。
【解決手段】電力システムは、直流の電線路と、入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知部と、前記検知部が当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令部と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】電力システムは、直流の電線路と、入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知部と、前記検知部が当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令部と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流の電線路と、
入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、
前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知部と、
前記検知部が当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令部と、
を備える電力システム。
入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、
前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知部と、
前記検知部が当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令部と、
を備える電力システム。
【請求項2】
前記出力増加の指令を取得する電源コンバータは、電気自動車から入力された電力を変換して前記電線路へ出力し、前記電線路から入力された電力を変換して前記電気自動車の蓄電装置を充電する
請求項１に記載の電力システム。
請求項１に記載の電力システム。
【請求項3】
前記指令部は、前記電源コンバータへ接続されていない前記電気自動車へ前記電源コンバータへの接続を指示する指令を出力する
請求項２に記載の電力システム。
請求項２に記載の電力システム。
【請求項4】
前記出力抑制の指令を取得する負荷コンバータは、前記電気自動車を急速充電する急速充電器である
請求項３に記載の電力システム。
請求項３に記載の電力システム。
【請求項5】
前記下限電圧は、経済的に許容される線路損失から定まる電圧である
請求項１に記載の電力システム。
請求項１に記載の電力システム。
【請求項6】
前記指令部は、動作の下限電圧未満となる前記負荷コンバータまでの線路損失が最も小さい前記電源コンバータへ出力増加の指令を出力する
請求項５に記載の電力システム。
請求項５に記載の電力システム。
【請求項7】
直流の電線路と、
入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、
前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、
を有する電力システムの制御装置であって、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う通信部と、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知部と、
前記検知部が当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令部と、
を備える制御装置。
入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、
前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、
を有する電力システムの制御装置であって、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う通信部と、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知部と、
前記検知部が当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令部と、
を備える制御装置。
【請求項8】
直流の電線路と、
入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、
前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う制御装置と、
を有する電力システムの前記制御装置の制御方法であって、
前記制御装置は、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知ステップと、
前記検知ステップで当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令ステップと、
を備える制御方法。
入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、
前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う制御装置と、
を有する電力システムの前記制御装置の制御方法であって、
前記制御装置は、
前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知ステップと、
前記検知ステップで当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令ステップと、
を備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力システム、制御装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
直流の送電の適正な運用を図る発明として、例えば特許文献１に開示された直流送配電システムがある。このシステムは、交流を直流に変換して直流系統に連系する交流系統連系装置、直流系統に直流電力を供給する分散電源装置、直流系統からの直流電力を消費する負荷装置、直流系統の電圧を調整する電圧調整装置、及び各装置を統括制御する制御装置を有している。この制御装置は、各々の装置における直流電力、直流電圧、直流電流、直流系統における接続位置に基づいて、位置と直流電圧との関係を示す電圧分布データを生成し、直流系統の電圧が所定電圧範囲を逸脱していないか検出する。そして制御装置は、検出した電圧が所定電圧範囲を逸脱している場合、交流系統連系装置、電圧調整装置の各々に指令する直流電圧の適正値を演算し、演算した適正値を交流系統連系装置と電圧調整装置に指令する。このシステムによれば、直流系統で電力不足が生じた場合には、分散電源装置、交流系統連系装置、電圧調整装置に指令を送り、直流系統の電圧降下の影響を抑えて直流系統の電圧を所定範囲内に収束させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５４１５０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、直流の電力ネットワークにおいては、負荷装置の増減や、太陽光発電装置、定置型蓄電装置、電気自動車などの直流電力を供給する装置の増減が発生する。例えば電力を供給する装置が故障や保守点検などで停止した場合、電圧調整では電圧降下に対応できず電力供給に支障をきたすおそれがある。また、負荷へ供給する電力が急増した場合、電圧降下により負荷への電力供給に支障をきたすおそれがある。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電線路への電力供給や負荷への電力供給の増加が生じても電圧降下を抑えて電力供給を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る電力システムは、直流の電線路と、入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知部と、前記検知部が当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令部と、を備える。
【0007】
本発明の一態様に係る電力システムにおいては、前記出力増加の指令を取得する電源コンバータは、電気自動車から入力された電力を変換して前記電線路へ出力し、前記電線路から入力された電力を変換して前記電気自動車の蓄電装置を充電してもよい。
【0008】
本発明の一態様に係る電力システムにおいては、前記指令部は、前記電源コンバータへ接続されていない前記電気自動車へ前記電源コンバータへの接続を指示する指令を出力してもよい。
【0009】
本発明の一態様に係る電力システムにおいては、前記出力抑制の指令を取得する負荷コンバータは、前記電気自動車を急速充電する急速充電器であってもよい。
【0010】
本発明の一態様に係る電力システムにおいては、前記下限電圧は、経済的に許容される線路損失から定まる電圧であってもよい。
【0011】
本発明の一態様に係る電力システムにおいては、前記指令部は、動作の下限電圧未満となる前記負荷コンバータまでの線路損失が最も小さい前記電源コンバータへ出力増加の指令を出力するようにしてもよい。
【0012】
本発明の一態様に係る制御装置は、直流の電線路と、入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、を有する電力システムの制御装置であって、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う通信部と、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知部と、前記検知部が当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令部と、を備える。
【0013】
本発明の一態様に係る制御方法は、直流の電線路と、入力された電力を変換して前記電線路へ出力する電源コンバータと、前記電線路から入力された電力を変換して負荷へ出力する負荷コンバータと、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータと通信を行う制御装置と、を有する電力システムの前記制御装置の制御方法であって、前記制御装置は、前記電源コンバータ及び前記負荷コンバータの状態を通信で取得し、前記電線路の電流が定格値以上となる状態、又は前記電線路の電圧が前記負荷コンバータの動作の下限電圧未満となる状態を検知する検知ステップと、前記検知ステップで当該状態を検知した場合、前記電線路への出力増加の指令を前記電源コンバータへ出力する、又は前記負荷への出力抑制の指令を前記負荷コンバータへ出力する指令ステップと、を備える。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、電線路への電力供給や負荷への電力供給の増加が生じても電圧降下を抑えて電力供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素については適宜同一の符号を付している。
【0017】
［実施形態］
＜電力システムの構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る電力システムの構成を示す図である。電力システム１は、第１電源コンバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２、第３電源コンバータ１３、負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃ、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２、電力要素２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、負荷２２Ａ、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｃ、電気自動車ＥＶ、及びバス３０を備えている。さらに、電力システム１は、ＥＭＳ（Energy Management System）４０を備える。ＥＭＳ４０は制御装置の一例である。図１に示されているのは、電力システム１に含まれる一つの線路区間と、この区間に含まれる機器であり、バス３０には隣接する他の線路区間である隣接区間がある。
＜電力システムの構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る電力システムの構成を示す図である。電力システム１は、第１電源コンバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２、第３電源コンバータ１３、負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃ、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２、電力要素２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、負荷２２Ａ、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｃ、電気自動車ＥＶ、及びバス３０を備えている。さらに、電力システム１は、ＥＭＳ（Energy Management System）４０を備える。ＥＭＳ４０は制御装置の一例である。図１に示されているのは、電力システム１に含まれる一つの線路区間と、この区間に含まれる機器であり、バス３０には隣接する他の線路区間である隣接区間がある。
【0018】
バス３０は、電力システム１では直流バスであり、直流の電力を送る電線路である。バス３０は、第１電源コンバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２、第３電源コンバータ１３、負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃ、及び急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２が接続されている。
【0019】
第１電源コンバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２は、直流の電圧を変換するＤＣ／ＤＣ変換器である。第３電源コンバータ１３は、交流（Alternating Current）を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換器である。負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃは、直流の電圧を変換するＤＣ／ＤＣ変換器である。急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２は、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）を急速充電可能な充電器である。急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２は、電力を消費する電気自動車ＥＶへ電力供給を行うため、バス３０から供給された直流電力の電圧を変換して負荷へ供給する負荷コンバータの一例でもある。第１電源コンバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２、第３電源コンバータ１３、負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃ、及び急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２は、インターネット回線網や携帯電話回線網などから構成される通信ネットワークＮＷを介して有線または無線により情報通信を行う機能を有する。第１電源コンバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２、第３電源コンバータ１３、及び負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃの構成や機能については後に詳述する。
【0020】
電力要素２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、一例として電力の充放電が可能な定置型蓄電装置である。定置型蓄電装置は、常設される設備内蓄電装置の一例である。電力要素２１Ａは、第１電源コンバータ１１Ａに接続される。第１電源コンバータ１１Ａは、電力要素２１Ａが供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２１Ａに出力し、電力要素２１Ａを充電させる機能を有する。電力要素２１Ｂは、第１電源コンバータ１１Ｂに接続される。第１電源コンバータ１１Ｂは、電力要素２１Ｂが供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２１Ｂに出力し、電力要素２１Ｂを充電させる機能を有する。電力要素２１Ｃは、第１電源コンバータ１１Ｃに接続される。第１電源コンバータ１１Ｃは、電力要素２１Ｃが供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２１Ｃに出力し、電力要素２１Ｃを充電させる機能を有する。なお、電力要素２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、いずれかが電力の発電および供給が可能な太陽光発電装置であってもよい。
【0021】
電力要素２１Ｄは、一例として商用電力系統であり、第３電源コンバータ１３に接続される。第３電源コンバータ１３は、電力要素２１Ｄが供給した交流電力を直流電力に変換してバス３０に出力する。第３電源コンバータ１３は、バス３０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力要素２１Ｄに出力することもできる。
【0022】
電力要素２１Ｅは、一例として電力の供給、消費および充電が可能な車載蓄電装置であり、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２や急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２に接続される。車載蓄電装置は電気自動車ＥＶに搭載されており、移動する非定置型の蓄電装置の一例である。第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２は、電力要素２１Ｅが供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２１Ｅに出力し、充電させる機能を有する。急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２は、バス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２１Ｅに出力し、電力要素２１Ｅを急速充電させる機能を有する。第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２や急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２は、例えば充電ステーションに設けられる。なお、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２は、住宅用充電設備に設けられてもよい。
【0023】
負荷２２Ａ、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｃは、電力を消費する装置であり、例えば供給された電力を運動エネルギー又は熱エネルギーに変換する装置である。負荷２２Ａは、負荷コンバータ１４Ａに接続される。負荷コンバータ１４Ａは、バス３０から供給された直流電力の電圧を変換して負荷２２Ａに供給する。負荷２２Ｂ１は、負荷コンバータ１４Ｂ１に接続される。負荷コンバータ１４Ｂ１は、バス３０から供給された直流電力の電圧を変換して負荷２２Ｂ１に供給する。負荷２２Ｂ２は、負荷コンバータ１４Ｂ２に接続される。負荷コンバータ１４Ｂ２は、バス３０から供給された直流電力の電圧を変換して負荷２２Ｂ２に供給する。負荷２２Ｃは、負荷コンバータ１４Ｃに接続される。負荷コンバータ１４Ｃは、バス３０から供給された直流電力の電圧を変換して負荷２２Ｃに供給する。
【0024】
電力システム１では、電力消費によりバス３０で電圧降下が生じるが、バス３０の電圧が各負荷コンバータの動作の下限電圧未満となると、負荷を動作させる電力を負荷コンバータが負荷へ供給できなくなる。このため、電力システム１では、バス３０で電圧降下が生じてもバス３０の電圧が各負荷コンバータの動作の下限電圧未満とならないようにあらかじめ各種コンバータを分散配置している。
【0025】
具体的には、電源コンバータから負荷コンバータまでの距離は、電圧降下ΔＶが生じても負荷コンバータの自端電圧が動作する下限電圧未満とならない距離に制限する必要がある。負荷コンバータの下限電圧と電源コンバータの電圧差を大きくすれば、電源コンバータから負荷コンバータまでの距離を長くすることができるが、バス３０における線路損失は大きくなる。よって、運用上は、電源コンバータから負荷コンバータまでの距離には制限がある。
【0026】
例えば、電源コンバータから負荷コンバータへの送電で許容される損失を５％とし、電源コンバータの自端電圧をＶとし、電力損失をΔＰとし、電源コンバータの自端電力をＰとする。自端電圧Ｖ＝４００Ｖとすると、送電損失はΔＰ／Ｐ＝電圧降下ΔＶ／自端電圧Ｖ＝５％であり、許容できる電圧降下ΔＶ＝４００＊０．０５＝２０Ｖとなる。電力＝電流／電圧＝電圧降下／抵抗＊電圧であり、抵抗＝電圧降下＊電圧／電力であるため、負荷コンバータの定格電力＝５０ｋＷとすると、電源コンバータと負荷コンバータとの間の抵抗Ｒ＝０．１６Ωとなる。バス３０の線路抵抗＝０．４Ω／ｋｍとすると、電源コンバータから負荷コンバータへの最大線路長Ｌ＝０．１６／０．４＝４００ｍとなる。よって、電源コンバータから負荷コンバータまでの距離が４００ｍ未満となるように各コンバータを配置する。
【0027】
このように電源コンバータと負荷コンバータとの最大距離を予め設計することにより、本実施形態では、バス３０にエリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３を設定し、エリアＡＲ１には第１電源コンバータ１１Ａ、負荷コンバータ１４Ａ、及び第３電源コンバータ１３を配置し、エリアＡＲ２には第１電源コンバータ１１Ｂ、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２、及び負荷コンバータ１４Ｂ１、１４Ｂ２を配置し、エリアＡＲ３には第１電源コンバータ１１Ｃと、負荷コンバータ１４Ｃを配置している。
【0028】
図２は、ＥＭＳ４０の構成を示すブロック図である。ＥＭＳ４０は、電力システム１の状態を統合的に管理する機能を有する装置であり、プロセッサ４０１、メモリ４０２、ストレージ４０３、入出力Ｉ／Ｆ４０４、及び通信Ｉ／Ｆ４０５が、バス４０６に接続されて構成されている。
【0029】
メモリ４０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）であり、揮発性メモリ又は不揮発性メモリで構成される。メモリ４０２は、プロセッサ４０１が演算処理を行う際の作業スペースとなり、プロセッサ４０１の演算処理の結果などを記憶する。ストレージ４０３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の補助記憶装置により構成される。ストレージ４０３のＲＯＭは、プロセッサ４０１が演算処理を行なうために使用するプログラムを記憶する。ストレージ４０３の補助記憶装置は、プロセッサ４０１が演算処理を行なうために使用するデータを格納する。入出力Ｉ／Ｆ４０４は、オペレータがＥＭＳ４０へ情報の入力を行なうためのマウスやキーボードが接続される。また、入出力Ｉ／Ｆ４０４は、オペレータに対して情報の表示を行なうためのディスプレイ装置が接続される。通信Ｉ／Ｆ４０５は、有線または無線により情報通信を行う通信モジュールを含んで構成されている。通信Ｉ／Ｆ４０５は、ネットワークＮＷを経由して、電力システム１に含まれる各コンバータや急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２と情報通信を行う。
【0030】
プロセッサ４０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、ストレージ４０３からプログラムを読み出し、メモリ４０２を作業スペースとして実行する。プロセッサ４０１は、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）であってもよい。プロセッサ４０１がプログラムを実行することにより、ＥＭＳ４０の機能が実現する。
【0031】
図３は、プロセッサ４０１がプログラムを実行することにより実現する本発明に係る機能部を示す図である。検知部４１１は、各電源コンバータ及び各負荷コンバータの状態を通信で取得し、バス３０の電流が定格値以上となる状態、又はバス３０の電圧が負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃの動作の下限電圧未満となる状態を検知する。指令部４１２は、検知部４１１が前述の状態を検知した場合、バス３０への出力増加の指令を第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２や第３電源コンバータ１３へ出力する、又は負荷への出力抑制の指令を負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃや急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２へ出力する。
【0032】
＜コンバータの構成＞
次に第１電源コンバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２、第３電源コンバータ１３、及び負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃの具体的構成について説明する。なお、各コンバータの構成は同じであるため、代表して第１電源コンバータ１１Ａの構成を説明する。
次に第１電源コンバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２、第３電源コンバータ１３、及び負荷コンバータ１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃの具体的構成について説明する。なお、各コンバータの構成は同じであるため、代表して第１電源コンバータ１１Ａの構成を説明する。
【0033】
図４は、第１電源コンバータ１１Ａの構成を示す図である。第１電源コンバータ１１Ａは、電力変換部１１０と、センサ１２０と、制御部１００と、通信部１３０とを有する。
【0034】
電力変換部１１０は、放電している電力要素２１Ａから入力された直流電力の電圧を変換してバス３０に出力するＤＣ／ＤＣ変換を行う。電力変換部１１０は、バス３０から入力された直流電力の電圧を変換して電力要素２１Ａに出力し、電力要素２１Ａを充電することもできる。電力変換部１１０は、たとえばコイル、コンデンサ、ダイオード、スイッチング素子などを含む電気回路で構成されている。スイッチング素子はたとえば電界効果トランジスタや絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである。電力変換部１１０は、たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって電力変換特性を制御することができる。
【0035】
センサ１２０は、電力変換部１１０のバス３０側の電力の電気特性値を測定する。したがって、センサ１２０は、第１電源コンバータ１１Ａに入力されるまたは第１電源コンバータ１１Ａから出力する電力の電気特性値を測定する。センサ１２０は、電流値、電圧値、電力値などを測定することができる。センサ１２０は、電気特性値を取得する測定部の一例である。センサ１２０は、測定した電気特性値を制御部１００に出力する。
【0036】
制御部１００は、第１電源コンバータ１１Ａの主に電力変換機能の実現のために、電力変換部１１０の動作を制御するための各種演算処理を行うプロセッサと記憶部とを含んで構成される。プロセッサは、プロセッサ４０１の構成として例示したものを用いることができ、記憶部は、メモリ４０２及びストレージ４０３の構成として例示したものを用いることができる。この記憶部には参照関数情報が記憶される。ここで、参照関数情報とは、参照関数を特定するための各種情報であるが、後に詳述する。
【0037】
制御部１００の機能は、プロセッサが記憶部から各種プログラムを読み出して実行することで、機能部として実現される。例えば、制御部１００は、自端の電力（Ｐ）と自端の電圧（Ｖ）に基づいた参照関数に従って、電力変換部１１０の電力変換特性を制御する。制御部１００は、この制御に際し、ＰＷＭ制御のための操作量（たとえば、デューティ比）の情報を含むＰＷＭ信号を電力変換部１１０に出力し、電力変換部１１０をＰＷＭ制御する。具体的には、制御部１００は、センサ１２０が測定した電気特性値と、制御部１００が備える記憶部に記憶されている参照関数情報とに基づいて、電力変換部１１０の出力の目標値を設定する。目標値は、電気特性値であり、例えば電圧値、電流値、又は電力値である。制御部１００は、センサ１２０が測定した電気特性値と、設定した目標値との差分が所定範囲内となるように、ＰＷＭ制御のための操作量（例えば、デューティ比）を設定するフィードバック制御を行う。制御部１００が行うフィードバック制御は、予め制御部１００の記憶部に記憶された比例ゲイン、積分時間、微分時間などのパラメータを読み出して実行されるＰＩＤ制御等の、公知の手法を用いて実行できる。制御部１００は、設定した操作量の情報を電力変換部１１０に出力し、電力変換部１１０を制御する。
【0038】
通信部１３０は、有線または無線により情報通信を行う通信モジュールと、通信モジュールの動作を制御する通信制御部とを含んで構成されている。通信部１３０は、ネットワークＮＷを経由して、ＥＭＳ４０と情報通信を行う。通信部１３０は、例えば、ＥＭＳ４０から情報や指令を受信し、制御部１００に出力する。また、通信部１３０は、例えば、制御部１００から入力された電力状況に関する情報として、センサ１２０から出力された電気特性値をＥＭＳ４０に送信する。
【0039】
なお、他の各コンバータは、第１電源コンバータ１１Ａと同様の構成を有していてもよい。但し、第３電源コンバータ１３の電力変換部１１０は、電力要素２１Ｄから供給される交流電力を直流電力に変換してバス３０に出力するＡＣ／ＤＣ変換と、バス３０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力要素２１Ｄに出力するＤＣ／ＡＣ変換を行う。
【0040】
＜参照関数の特性＞
次に、制御部１００が電力変換部１１０の電力変換特性を制御する基となる参照関数について説明する。図５は、制御部１００の記憶部に記憶される参照関数情報が示す参照関数の一例を示す図である。参照関数情報は、参照関数を特定するための各種情報である。図５において線ＤＬ１で示されている参照関数は、第１電源コンバータ１１Ａが有する電力変換部１１０のバス３０側の電力Ｐと電圧Ｖとの関係であるＶ－Ｐ特性の一例を示しており、縦軸は電圧Ｖ、横軸は電力Ｐであって、電力変換部１１０の電力変換特性を示している。図５において線ＤＬ２で示されている参照関数は、負荷コンバータ１４Ａが有する電力変換部１１０の電力変換特性を示している。
次に、制御部１００が電力変換部１１０の電力変換特性を制御する基となる参照関数について説明する。図５は、制御部１００の記憶部に記憶される参照関数情報が示す参照関数の一例を示す図である。参照関数情報は、参照関数を特定するための各種情報である。図５において線ＤＬ１で示されている参照関数は、第１電源コンバータ１１Ａが有する電力変換部１１０のバス３０側の電力Ｐと電圧Ｖとの関係であるＶ－Ｐ特性の一例を示しており、縦軸は電圧Ｖ、横軸は電力Ｐであって、電力変換部１１０の電力変換特性を示している。図５において線ＤＬ２で示されている参照関数は、負荷コンバータ１４Ａが有する電力変換部１１０の電力変換特性を示している。
【0041】
線ＤＬ１で示される参照関数の電力Ｐは、第１電源コンバータ１１Ａの電力変換部１１０がバス３０に電力を供給する状態、即ち電力要素２１Ａが放電状態の場合は正値であり、第１電源コンバータ１１Ａの電力変換部１１０がバス３０から電力を供給される状態、即ち電力要素２１Ａが充電状態の場合は負値である。また、電力Ｐ＝０である状態は、第１電源コンバータ１１Ａが充電も放電もしていない状態である。負荷コンバータ１４Ａでは、電力変換部１１０がバス３０から電力を供給され、バス３０に電力を供給することがないため、線ＤＬ２で示される参照関数は負値のみとなる。
【0042】
線ＤＬ１、線ＤＬ２が表す参照関数は、入力値の区間に応じて定義された関数で構成されている。なお、参照関数は、入力値の区間に応じて定義された、互いに垂下特性が異なる複数の関数が接続して構成されていてもよい。この線ＤＬ１と線ＤＬ２は、参照関数情報によって特定される。なお、参照関数は、屈曲した直線状または曲線状で、入力値の区間に応じて定義された、互いに垂下特性が異なる複数の関数が接続して構成される場合がある。参照関数情報は、例えば、横軸をＰ、縦軸をＶとした座標における関数の境界の座標情報、関数の切片情報、傾き（すなわち垂下係数）の情報、形状（直線、曲線など）の情報が含まれている。
【0043】
第１電源コンバータ１１Ａの制御部１００は、電力変換部１１０の電力変換特性を、線ＤＬ１で示される参照関数の特性となるように制御する。すなわち、第１電源コンバータ１１Ａの制御部１００は、Ｖの値とＰの値とで定義される動作点が線ＤＬ１上に位置するように電力変換部１１０を制御する。なお、参照関数は、垂下特性の関数に限定されるものではなく、入力値に応じて電気特性値の目標値が定義された関数であれば他の関数であってもよい。
【0044】
制御部１００が実行する電力変換部１１０の制御方法としては、例えばｄｒｏｏｐＰ制御とｄｒｏｏｐＶ制御とがある。ｄｒｏｏｐＰ制御は、センサ１２０が測定した電気特性値である電圧値と参照関数とに基づいて目標値である目標電力値を決定し、センサ１２０による電力の測定値と目標電力値との差分が許容範囲以下となるようにする制御方法である。ｄｒｏｏｐＶ制御は、センサ１２０が測定した電気特性値である電力値又は電流値と、参照関数とに基づいて目標値である目標電圧値を決定し、センサ１２０による電圧の測定値と目標電圧値との差分が許容範囲以下となるようにする制御方法である。なお、測定値、目標値などの電気特性値として、電力値に換えて電流値を用いてもよい。この場合、たとえば参照関数は横軸の電流（Ｉ）と縦軸の電圧（Ｖ）との関係であるＶ－Ｉ特性として定義される。また、例えば、制御部１００が、センサ１２０による電圧の測定値と、参照関数情報と、に基づいて目標値の電流値である目標電流値を決定し、目標電流値と、センサ１２０による電流の測定値との差分が許容範囲以下になるように操作量を設定するフィードバック制御は、ｄｒｏｏｐＩ制御とも呼ばれ、ｄｒｏｏｐＰ制御に換えて実行される。
【0045】
なお、他の各コンバータについても、各コンバータに対応した参照関数情報が制御部１００の記憶部に記憶されており、記憶されている参照関数情報により特定される参照関数の特性となるように制御を行う。
【0046】
＜制御方法＞
次に、各コンバータの制御方法および電力システム１の制御方法について説明する。電力システム１では、各コンバータが個別に自律分散的に制御を行う、いわゆる分散制御と、ＥＭＳ４０が、電力システム１の電力状況に応じて各コンバータを協調制御する中央制御とが実行され得る。これらの制御方法は、例えば、各コンバータ又はＥＭＳ４０において、プロセッサがプログラムを実行することにより実行される。
次に、各コンバータの制御方法および電力システム１の制御方法について説明する。電力システム１では、各コンバータが個別に自律分散的に制御を行う、いわゆる分散制御と、ＥＭＳ４０が、電力システム１の電力状況に応じて各コンバータを協調制御する中央制御とが実行され得る。これらの制御方法は、例えば、各コンバータ又はＥＭＳ４０において、プロセッサがプログラムを実行することにより実行される。
【0047】
＜分散制御＞
次に、各コンバータにおける分散制御の制御方法について、第１電源コンバータ１１Ａを例として説明する。なお、他のコンバータにおいても、以下の説明と同様の制御方法が適宜実行されてもよい。
次に、各コンバータにおける分散制御の制御方法について、第１電源コンバータ１１Ａを例として説明する。なお、他のコンバータにおいても、以下の説明と同様の制御方法が適宜実行されてもよい。
【0048】
第１電源コンバータ１１Ａの制御方法においては、制御部１００が、参照関数に基づいて、第１電源コンバータ１１Ａの電力変換特性、すなわち電力変換部１１０の電力変換特性を制御する制御ステップを実行する。この制御ステップの内容の一例について、図６を参照して具体的に説明する。図６は、制御部１００が行う処理の流れを示すフローチャートである。
【0049】
制御部１００は、図６に示す処理を例えば予め定められた周期で実行する。まず、制御部１００は、センサ１２０が測定した電気特性値を取得する（ステップＳ１０１）。次に制御部１００は、記憶部から参照関数情報を取得する（ステップＳ１０２）。
【0050】
次に制御部１００は、第１電源コンバータ１１Ａの出力の目標値を設定する（ステップＳ１０３）。ここで制御部１００は、ｄｒｏｏｐＰ制御を行う場合、センサ１２０が測定した電圧値から横軸に沿って線を引いたときに交差する参照関数の電力値を目標値とする。また、制御部１００は、ｄｒｏｏｐＶ制御を行う場合、参照関数がＶ－Ｐ特性であると、センサ１２０が測定した電力値から縦軸に沿って線を引いたときに交差する参照関数の電圧値を目標値とし、参照関数がＶ－Ｉ特性であると、センサ１２０が測定した電流値から縦軸に沿って線を引いたときに交差する参照関数の電圧値を目標値とする。
【0051】
次に制御部１００は、センサ１２０が測定した電気特性値と、ステップＳ１０３で設定した目標値とのとの差分が所定範囲内となるようにＰＷＭ制御のための操作量を設定し、設定した操作量を電力変換部１１０に出力する（ステップＳ１０４）。これにより電力変換部１１０の制御が実行される。
【0052】
＜中央制御＞
次に、中央制御について説明する。中央制御は、ＥＭＳ４０が各コンバータや急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２、電気自動車ＥＶなどへ指令を送り、指令を送られた装置が指令に応じて動作することにより、電力システム１を目的の状態にする制御である。以下に示す例では、電力システム１において消費する電力が急増した場合の中央制御の例と、バス３０へ供給される電力が急減した場合の中央制御の例について説明する。
次に、中央制御について説明する。中央制御は、ＥＭＳ４０が各コンバータや急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２、電気自動車ＥＶなどへ指令を送り、指令を送られた装置が指令に応じて動作することにより、電力システム１を目的の状態にする制御である。以下に示す例では、電力システム１において消費する電力が急増した場合の中央制御の例と、バス３０へ供給される電力が急減した場合の中央制御の例について説明する。
【0053】
（第１動作例）
まず、電力システム１において消費する電力が急増した場合に実行される中央制御の例について説明する。これまで配電系統では需要率を考慮し、電力を消費する機器の設備容量の合計よりも小さい配電設備容量で設計する事が実施されている。このため、直流の電力ネットワークにおいても需要率を考慮して小さい容量の設備とすることが望まれる。しかしながら、予測した以上に電力消費が発生した場合、電力の使用に支障をきたすおそれがある。具体的には、例えば急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２が同時に充電を開始した場合、バス３０へ電力を供給する第１電源コンバータ１１Ｂからの電力供給が増加する。この場合、バス３０における線路電流が増加することにより、バス３０の電圧が電力システム１の運用上に必要な最低電圧を下回って負荷コンバータ１４Ｂ１、１４Ｂ２が停止する不具合や、ケーブル損失が増加して電力システム１の効率が悪化する不具合、線路電流がケーブルや開閉器などのバス３０の設備の定格電流を超えて設備損傷が発生する不具合などが生じるおそれがある。
まず、電力システム１において消費する電力が急増した場合に実行される中央制御の例について説明する。これまで配電系統では需要率を考慮し、電力を消費する機器の設備容量の合計よりも小さい配電設備容量で設計する事が実施されている。このため、直流の電力ネットワークにおいても需要率を考慮して小さい容量の設備とすることが望まれる。しかしながら、予測した以上に電力消費が発生した場合、電力の使用に支障をきたすおそれがある。具体的には、例えば急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２が同時に充電を開始した場合、バス３０へ電力を供給する第１電源コンバータ１１Ｂからの電力供給が増加する。この場合、バス３０における線路電流が増加することにより、バス３０の電圧が電力システム１の運用上に必要な最低電圧を下回って負荷コンバータ１４Ｂ１、１４Ｂ２が停止する不具合や、ケーブル損失が増加して電力システム１の効率が悪化する不具合、線路電流がケーブルや開閉器などのバス３０の設備の定格電流を超えて設備損傷が発生する不具合などが生じるおそれがある。
【0054】
そこでＥＭＳ４０は、このような不具合が発生しないように各コンバータへ指令を送って中央制御を行う。図７は、この中央制御でＥＭＳ４０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２は、ユーザから充電の要求があった場合、充電を行う電機自動車ＥＶへ出力する電力の電力値の情報と、電機自動車ＥＶへの充電時間の情報をＥＭＳ４０へ送信する。ＥＭＳ４０は、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２から送られる情報を受信する（ステップＳ２０１）。
【0055】
次にＥＭＳ４０は、バス３０の線路区間ごとに線路電流と負荷コンバータの自端電圧を予測する（ステップＳ２０２）。ここで、ＥＭＳ４０は、例えばバス３０に接続されている負荷コンバータと通信して蓄積した負荷コンバータの電力需要のデータを用いて、負荷コンバータの今後の消費電力を予測する。この予測の手法は曜日、最高気温、などのパラメータを用いた学習アルゴリズムなど公知の技術で良い。またＥＭＳ４０は、線路電流と線路電圧を予測する。この予測については、負荷コンバータの今後の消費電力に加えて第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２が要求する電力を加えた予測値を需要とし、稼働中の電源コンバータによってどのように負荷分担するかを、線路長から求まる線路抵抗を考慮して求める。
【0056】
具体的には、各電源コンバータには、あらかじめ参照関数が登録されており、自端電圧に応じてバス３０に対して電流を注入又はバス３０から電流を吸収することでバス３０における電流を維持している。図８Ａに電源コンバータの参照関数と負荷コンバータの参照関数の一例を示す。図８Ａは、一例として一つの区間に一台の負荷コンバータと三台の電源コンバータが含まれている場合の参照関数を示しており、三台の電源コンバータで同じ参照関数が登録されている例である。図８Ａの線ＤＬ１０は、電源コンバータの参照関数であり、線ＤＬ２０は、負荷コンバータの参照関数である。
【0057】
バス３０の電圧が高い場合は、区間内で電力が余っているため、三台の電源コンバータは、参照関数に従ってバス３０から電力を受けて電力要素を充電し、バス３０の電圧が低い場合は、区間内で電力が不足しているため、三台の電源コンバータは、自端電圧と参照関数に従って電力要素を放電させてバス３０へ電力を供給する。ここで、電力システム１において電力消費が急増するとバス３０の電圧が低下するため、各電源コンバータは、自端電圧と参照関数に従って電力の供給量を増やすこととなる。バス３０に線路損失がない場合には、三台の電源コンバータの電力供給と負荷コンバータの電力消費とが釣り合う電圧でバス３０は安定する。しかしながら、実際には線路抵抗により電圧降下が生じるため、負荷コンバータから離れている電源コンバータほど高い自端電圧を検出して出力が小さくなる。
【0058】
この場合、三台の電源コンバータで参照関数が同じであっても、線路損失による電圧降下で等価的には図８Ｂに示すように抵抗Ｒを追加した傾きの参照関数として、切片を電圧ｖとした線ＤＬ１１～ＤＬ１３で表現できる。一台目の電源コンバータについて自端電圧をＶ１で電流をＩ１とし、二台目の電源コンバータについて自端電圧をＶ２で電流をＩ２とし、三台目の電源コンバータについて自端電圧をＶ３で電流をＩ３とした場合、ここで線ＤＬ１１は、Ｖ＝－（ｋ＋Ｒ１）＊Ｉ１＋ｖであり、線ＤＬ１２は、Ｖ＝－（ｋ＋Ｒ２）＊Ｉ２＋ｖであり、線ＤＬ１３は、Ｖ＝－（ｋ＋Ｒ３）＊Ｉ３＋ｖである。バス３０は、電源コンバータの出力の合計と負荷コンバータの消費とが釣り合う電圧Ｖで安定し、以下の式により、バス３０における電流分布と電圧分布を得ることができる。ＥＭＳ４０は、このような計算により、負荷コンバータの自端電圧と区間における線路電流を予測する。
Ｖ＝Ｉ０／（１／（ｋ＋Ｒ１）＋１／（ｋ＋Ｒ２）＋１／（ｋ＋Ｒ３））＋ｖ
Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３
Ｉ１＝－（Ｖ－ｖ）／（ｋ＋Ｒ１）
Ｉ２＝－（Ｖ－ｖ）／（ｋ＋Ｒ２）
Ｉ３＝－（Ｖ－ｖ）／（ｋ＋Ｒ３）
Ｖ１＝Ｖ＋Ｒ１＊Ｉ１
Ｖ２＝Ｖ＋Ｒ２＊Ｉ２
Ｖ３＝Ｖ＋Ｒ３＊Ｉ３
Ｖ＝Ｉ０／（１／（ｋ＋Ｒ１）＋１／（ｋ＋Ｒ２）＋１／（ｋ＋Ｒ３））＋ｖ
Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３
Ｉ１＝－（Ｖ－ｖ）／（ｋ＋Ｒ１）
Ｉ２＝－（Ｖ－ｖ）／（ｋ＋Ｒ２）
Ｉ３＝－（Ｖ－ｖ）／（ｋ＋Ｒ３）
Ｖ１＝Ｖ＋Ｒ１＊Ｉ１
Ｖ２＝Ｖ＋Ｒ２＊Ｉ２
Ｖ３＝Ｖ＋Ｒ３＊Ｉ３
【0059】
次にＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ予測した負荷コンバータの自端電圧が負荷コンバータの動作の下限電圧を超えているか判断する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３は、検知ステップの一例である。ＥＭＳ４０は、あらかじめバス３０の線路設備の最大定格電流を記憶しており、予測した線路電流が記憶している最大定格電流未満であるか判断する。また、ＥＭＳ４０は、負荷コンバータの動作の下限電圧をあらかじめ記憶しており、予測した負荷コンバータの自端電圧が記憶している下限電圧を超えているか判断する。ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ予測した負荷コンバータの自端電圧が負荷コンバータの動作の下限電圧を超えている場合（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、ステップＳ２０１で受信した電力値での充電を指示する指令を急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２へ送信する（ステップＳ２１５）。
【0060】
ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満との条件と、予測した負荷コンバータの自端電圧が負荷コンバータの動作の下限電圧を超えているとの条件の両方を満たしていない場合（ステップＳ２０３でＮＯ）、あらかじめ登録されている第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から、電機自動車ＥＶの接続状態と、接続されている電気自動車ＥＶのバス３０への供給可能電力を収集する（ステップＳ２０４）。次にＥＭＳ４０は、ステップＳ２０４で収集した情報に基づいて、負荷コンバータの自端電圧＞負荷コンバータの動作の下限電圧とするために第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から供給する必要のある所要電力を算出する（ステップＳ２０５）。
【0061】
次にＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えているか判断する（ステップＳ２０６）。ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えている場合（ステップＳ２０６でＹＥＳ）、電機自動車ＥＶが接続されている第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に対して、バス３０への電力供給を指示する指令を送信する（ステップＳ２１４）。ステップＳ２１４は、指令ステップの一例である。また、この指令は、電線路であるバス３０への出力増加を指示する指令の一例である。この指令を受信した第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２は、接続されている電気自動車ＥＶの電力要素２１Ｅからバス３０への電力供給を行う。このように電気自動車ＥＶからバス３０へ電力供給が行われるため、電力システム１において消費する電力が急増しても、バス３０での電圧降下を抑えて電力を供給することができる。
【0062】
一方、ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満との条件と、収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えているとの条件の両方を満たしていない場合（ステップＳ２０６でＮＯ）、あらかじめ登録されている電気自動車ＥＶへ第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２への接続指令を送信する（ステップＳ２０７）。この接続指令を受信した電気自動車ＥＶは、例えば自動運転により第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２の設置場所へ移動し、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に接続する。なお、接続指令を受信した電気自動車ＥＶで第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２への接続指示を報知し、ドライバーが運転して第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２の設置場所へ移動して電気自動車ＥＶを第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に接続してもよい。
【0063】
ＥＭＳ４０は、接続指令を受信した電気自動車ＥＶが第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に接続すると、電機自動車ＥＶの接続状態と、接続されている電気自動車ＥＶの供給可能電力を第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から収集する（ステップＳ２０８）。次にＥＭＳ４０は、ステップＳ２０８で収集した情報に基づいて、負荷コンバータの予測電圧＞負荷コンバータの動作の下限電圧とするために第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から供給する必要のある所要電力を算出する（ステップＳ２０９）。
【0064】
次にＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えているか判断する（ステップＳ２１０）。ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えている場合（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、電機自動車ＥＶが接続されている第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に対して、バス３０への電力供給を指示する指令を送信する（ステップＳ２１４）。この指令を受信した第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２は、接続されている電気自動車ＥＶの電力要素２１Ｅからバス３０への電力供給を行う。電力システム１において消費する電力が急増しても、このように電気自動車ＥＶが第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に接続してバス３０へ電力供給が行われるため、バス３０での電圧降下を抑えて電力を供給することができる。
【0065】
一方、ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満との条件と、収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えているとの条件の両方を満たしていない場合（ステップＳ２１０でＮＯ）、電力系統に接続されている第３電源コンバータ１３に対して出力を最大定格にする指令を送信する（ステップＳ２１１）。ステップＳ２１１は、指令ステップの一例である。これにより、電力系統である電力要素２１Ｄからバス３０への電力供給が行われるため、電力システム１において消費する電力が急増しても、バス３０での電圧降下を抑えて電力を供給することができる。
【0066】
次にＥＭＳ４０は、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の自端電圧を収集し、収集した急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の自端電圧が急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の動作の下限電圧を超えており、且つ予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であるか判断する（ステップＳ２１２）。ＥＭＳ４０は、収集した急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の自端電圧が動作の下限電圧を超えており、且つ予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満である場合（ステップＳ２１２でＹＥＳ）、ステップＳ２０１で受信した電力値での充電を指示する指令を急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２へ送信する（ステップＳ２１５）。
【0067】
ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満との条件と、収集した急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の自端電圧が下限電圧を超えているとの条件の両方を満たしていない場合（ステップＳ２１２でＮＯ）、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２で、この２つの条件を満たす充電の電力を計算し、計算した電力での充電を指示する指令を急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２へ送信する（ステップＳ２１３）。ステップＳ２１３は、指令ステップの一例である。これにより、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２での充電の電力は抑制されるが、電圧降下を抑えて電力システム１を運用することができる。
【0068】
（第２動作例）
次にバス３０へ供給される電力が急減した場合の中央制御の例について説明する。例えば第１電源コンバータ１１Ｂが故障や保守点検などで停止した場合、エリアＡＲ２内での電力が不足するため、第１電源コンバータ１１Ａから負荷コンバータ１４Ｂ１へ電力を供給し、第３電源コンバータ１３から負荷コンバータ１４Ｂ２へ電力を供給することとなる。この場合、エリアＡＲ１とエリアＡＲ３が広がるため、負荷コンバータの自端電圧が動作の下限電圧を下回って負荷コンバータが停止する不具合、バス３０の線路損失が増加して電力供給の効率が悪化する不具合、線路電流がケーブルや開閉器などのバス３０の設備の定格電流を超えて設備損傷が発生する不具合などが生じるおそれがある。
次にバス３０へ供給される電力が急減した場合の中央制御の例について説明する。例えば第１電源コンバータ１１Ｂが故障や保守点検などで停止した場合、エリアＡＲ２内での電力が不足するため、第１電源コンバータ１１Ａから負荷コンバータ１４Ｂ１へ電力を供給し、第３電源コンバータ１３から負荷コンバータ１４Ｂ２へ電力を供給することとなる。この場合、エリアＡＲ１とエリアＡＲ３が広がるため、負荷コンバータの自端電圧が動作の下限電圧を下回って負荷コンバータが停止する不具合、バス３０の線路損失が増加して電力供給の効率が悪化する不具合、線路電流がケーブルや開閉器などのバス３０の設備の定格電流を超えて設備損傷が発生する不具合などが生じるおそれがある。
【0069】
そこでＥＭＳ４０は、このような不具合が発生しないように各コンバータへ指令を送って中央制御を行う。図９は、この中央制御でＥＭＳ４０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。ＥＭＳ４０は、バス３０に接続されている電源コンバータのいずれかと通信ができなくなった場合、ステップＳ２０２と同様にしてバス３０の線路区間ごとに線路電流と負荷コンバータの自端電圧を予測する（ステップＳ３０１）。ここで、ＥＭＳ４０は、例えばバス３０に接続されている負荷コンバータと通信して蓄積した負荷コンバータの電力需要のデータを用いて、今後の消費電力から負荷コンバータの自端電圧を予測する。この予測の手法は曜日、最高気温、などのパラメータを用いた学習アルゴリズムなど公知の技術で良い。また、ＥＭＳ４０は、線路電流と線路電圧を予測する。この予測については、負荷コンバータの電力需要に加えて、稼働中の電源コンバータによってどのように負荷分担するかを、線路長から求まる線路抵抗を考慮して求める。
【0070】
次にＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ予測した負荷コンバータの自端電圧が負荷コンバータの動作の下限電圧を超えているか判断する（ステップＳ３０２）。ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ予測した負荷コンバータの自端電圧が負荷コンバータの動作の下限電圧を超えている場合（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、前述の不具合が発生しないため、電力システム１に含まれる機器に指令を出すことなく図９の処理を終了する。
【0071】
ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満との条件と、予測した負荷コンバータの自端電圧が負荷コンバータの動作の下限電圧を超えているとの条件の両方を満たしていない場合（ステップＳ３０２でＮＯ）、あらかじめ登録されている第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から、電機自動車ＥＶの接続状態と、接続されている電気自動車ＥＶのバス３０への供給可能電力を収集する（ステップＳ３０３）。次にＥＭＳ４０は、ステップＳ３０３で収集した情報に基づいて、負荷コンバータの自端電圧＞負荷コンバータの動作の下限電圧とするために第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から供給する必要のある所要電力を算出する（ステップＳ３０４）。
【0072】
次にＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えているか判断する（ステップＳ３０５）。ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えている場合（ステップＳ３０５でＹＥＳ）、電機自動車ＥＶが接続されている第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に対して、バス３０への電力供給を指示する指令を送信する（ステップＳ３１３）。ステップＳ３１３は、指令ステップの一例である。この指令を受信した第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２は、接続されている電気自動車ＥＶの電力要素２１Ｅからバス３０への電力供給を行う。このように電気自動車ＥＶからバス３０へ電力供給が行われるため、動作を停止した電源コンバータがあっても、バス３０での電圧降下を抑えて電力を供給することができる。
【0073】
一方、ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満との条件と、収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えているとの条件の両方を満たしていない場合（ステップＳ３０５でＮＯ）、あらかじめ登録されている電気自動車ＥＶへ第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２への接続指令を送信する（ステップＳ３０６）。この接続指令を受信した電気自動車ＥＶは、例えば自動運転により第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２の設置場所へ移動し、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に接続する。なお、接続指令を受信した電気自動車ＥＶで第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２への接続指示を報知し、ドライバーが運転して第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２の設置場所へ移動して電気自動車ＥＶを第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に接続してもよい。
【0074】
ＥＭＳ４０は、接続指令を受信した電気自動車ＥＶが第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に接続すると、電機自動車ＥＶの接続状態と、接続されている電気自動車ＥＶの供給可能電力を第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から収集する（ステップＳ３０７）。次にＥＭＳ４０は、ステップＳ３０７で収集した情報に基づいて、負荷コンバータの予測電圧＞負荷コンバータの動作の下限電圧とするために第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から供給する必要のある所要電力を算出する（ステップＳ３０８）。
【0075】
次にＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２から収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えているか判断する（ステップＳ３０９）。ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であり、且つ収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えている場合（ステップＳ３０９でＹＥＳ）、電機自動車ＥＶが接続されている第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に対して、バス３０への電力供給を指示する指令を送信する（ステップＳ３１３）。この指令を受信した第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２は、接続されている電気自動車ＥＶの電力要素２１Ｅからバス３０への電力供給を行う。電力システム１において動作を停止した電源コンバータがあっても、このように電気自動車ＥＶが第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に接続してバス３０へ電力供給が行われるため、バス３０での電圧降下を抑えて電力を供給することができる。
【0076】
一方、ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満との条件と、収集した供給可能電力が算出した所要電力を超えているとの条件の両方を満たしていない場合（ステップＳ３０９でＮＯ）、電力系統に接続されている第３電源コンバータ１３に対して出力を最大定格にする指令を送信する（ステップＳ３１０）。ステップＳ３１０は、指令ステップの一例である。これにより、電力系統である電力要素２１Ｄからバス３０への電力供給が行われるため、動作を停止した電源コンバータがあっても、バス３０での電圧降下を抑えて電力を供給することができる。
【0077】
次にＥＭＳ４０は、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の自端電圧を収集し、収集した急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の自端電圧が急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の動作の下限電圧を超えており、且つ予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満であるか判断する（ステップＳ３１１）。ＥＭＳ４０は、収集した急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の自端電圧が動作の下限電圧を超えており、且つ予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満である場合（ステップＳ３１１でＹＥＳ）、前述の不具合が発生しないため、図９の処理を終了する。
【0078】
ＥＭＳ４０は、予測した線路電流がバス３０の線路設備の定格値未満との条件と、収集した急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の自端電圧が下限電圧を超えているとの条件の両方を満たしていない場合（ステップＳ３１１でＮＯ）、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２や、インバータを用いる負荷が接続されている電源コンバータに対して、出力の抑制を指示する指令を送信する（ステップＳ３１２）。ステップＳ３１２は、指令ステップの一例である。これにより、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２での充電の電力や、インバータを用いる負荷への電力供給が抑制されるが、電圧降下を抑えて電力システム１を運用することができる。
【0079】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態及び各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態及び各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【0080】
上述した実施形態においては、電力システム１の線路区間はバス型であるが、図１０に示すようにツリー型であってもよい。
【0081】
上述した実施形態においては、予測した負荷コンバータの自端電圧が負荷コンバータの動作の下限電圧を下回らないようにしているが、予測した負荷コンバータの自端電圧が電力システム１の運用の経済損失を考慮した下限電圧を下回らないようにしてもよい。例えば、バス３０で許容する電圧降下を許容電圧降下ΔＶｍａｘとし、バス３０の下限電圧Ｖｌｏａｄ＞負荷コンバータの動作の下限電圧、とする。電源コンバータの自端電圧を自端電圧Ｖｓとし、電圧降下ΔＶ＝自端電圧Ｖｓ－下限電圧Ｖｌｏａｄ＜許容電圧降下ΔＶｍａｘ、とする。電力システム１として経済的に許容される線路損失α（％）＝許容電圧降下ΔＶｍａｘ／（（自端電圧Ｖｓ＋下限電圧Ｖｌｏａｄ）／２）とすると、下限電圧Ｖｌｏａｄ＞自端電圧Ｖｓ＊（１－α／２）／（１＋α／２）、を満たすようにしてもよい。
【0082】
上述した実施形態においては、中央制御を行う例として、消費する電力が急増した場合や、バス３０へ供給する電力が急減した場合について説明したが、ＥＭＳ４０で予想していた需要を超える電力消費が発生した場合や、バス３０の電圧降下が発生した場合にも、実施形態と同様に、第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２からバス３０への電力供給、電気自動車ＥＶを第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に接続してバス３０への電力供給、第３電源コンバータ１３の出力アップ、急速充電器１５Ｂ１、１５Ｂ２の出力制限などを実施してもよい。
【0083】
本発明においては、ＥＭＳ４０は、電力供給を指示する指令を第２電源コンバータ１２Ｂ１、１２Ｂ２に送信する場合、自端電圧が動作の下限電圧となる負荷コンバータの最も近くに配置されているものに電力供給を指示する指令を送信するようにしてもよい。例えば、急速充電器１５Ｂ２が充電を行わず、急速充電器１５Ｂ１が充電を行うことにより負荷コンバータ１４Ｂ１の自端電圧が動作の下限電圧未満となる場合を想定する。この場合、第２電源コンバータ１２Ｂ１から負荷コンバータ１４Ｂ１までの線路損失は、第２電源コンバータ１２Ｂ２から負荷コンバータ１４Ｂ１までの線路損失より小さいため、負荷コンバータ１４Ｂ１までの線路損失がより少ない第２電源コンバータ１２Ｂ１へ電力供給を指示する指令を送信し、第２電源コンバータ１２Ｂ２へ電力供給を指示する指令を送信しないようにしてもよい。
【符号の説明】
【0084】
１ 電力システム
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 第１電源コンバータ
１２Ｂ１、１２Ｂ２ 第２電源コンバータ
１３ 第３電源コンバータ
１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃ 負荷コンバータ
１５Ｂ１、１５Ｂ２ 急速充電器
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ 電力要素
２２Ａ、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｃ 負荷
３０ バス
４０ ＥＭＳ
１００ 制御部
１１０ 電力変換部
１２０ センサ
１３０ 通信部
４０１ プロセッサ
４０２ メモリ
４０３ ストレージ
４０４ 入出力Ｉ／Ｆ
４０５ 通信Ｉ／Ｆ
４１１ 検知部
４１２ 指令部
ＥＶ 電気自動車
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 第１電源コンバータ
１２Ｂ１、１２Ｂ２ 第２電源コンバータ
１３ 第３電源コンバータ
１４Ａ、１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃ 負荷コンバータ
１５Ｂ１、１５Ｂ２ 急速充電器
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ 電力要素
２２Ａ、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｃ 負荷
３０ バス
４０ ＥＭＳ
１００ 制御部
１１０ 電力変換部
１２０ センサ
１３０ 通信部
４０１ プロセッサ
４０２ メモリ
４０３ ストレージ
４０４ 入出力Ｉ／Ｆ
４０５ 通信Ｉ／Ｆ
４１１ 検知部
４１２ 指令部
ＥＶ 電気自動車
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】