特開 2024-164801 配電システム

(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】P2024164801

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】配電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20241120BHJP

   H02J 3/24 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 306K

H02J1/00 306G

H02J1/00 306L

H02J3/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024029836

(22)【出願日】2024-02-29

(31)【優先権主張番号】P 2023079839

(32)【優先日】2023-05-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山中 玄太郎

(72)【発明者】

【氏名】菅井 賢

【テーマコード（参考）】

5G066

5G165

【Ｆターム（参考）】

5G066AD06

5G066AD14

5G066BA03

5G066CA07

5G066HA15

5G066HB02

5G066HB06

5G066HB09

5G066JA05

5G066JA13

5G066JB03

5G165DA01

5G165DA06

5G165DA07

5G165EA02

5G165EA03

5G165EA04

5G165EA06

5G165FA01

5G165GA04

5G165GA09

5G165HA16

5G165JA09

(57)【要約】

【課題】交流電力と直流電力を効果的に組み合わせて、電力需要変動に迅速かつ効率的に対応できるようにする
【解決手段】配電システムは、ＡＣ回線４に接続されるＡＣ－ＤＣ変換器６ａ，６ｂに接続されるＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂの入力側を接続するＤＣ接続線１２を備える。配電網１６内で急激な電力需要の変化が発生すると、その時点では必要な電力全てを分散型電源２０からＤＣ接続線１２を介して配電網１６に供給する。その後、ＡＣ配線４から配電網１６に供給する交流電力を、交流電力系統２において脱調が発生又は電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように必要な電力に達するまで増加させる。配電網１６内で電力が必要でなくなると、ＡＣ配線４から配電網１６に供給される交流電力は、交流電力系統２において脱調が発生等しないように０になるまで減少するが、０になるまでの電力を配電網１６に供給せずに調整力システム１８に吸収させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電力系統に接続されるＡＣ配線と、
前記ＡＣ配線が入力側に接続される少なくとも２つのＡＣ－ＤＣ変換器と、
入力側に１つの前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に配電網を接続する第１のＤＣ－ＤＣ変換器と、
入力側に他の１つの前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に分散型電源を接続する第２のＤＣ－ＤＣ変換器と、
前記第１のＤＣ－ＤＣ変換器又は前記第２のＤＣ－ＤＣ変換器の出力側に接続される調整力システムと、
前記ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれの入力側を接続するＤＣ接続線と、
を有する送配電系統を備え、
前記配電網内で賄えないほどの急激な電力需要の変化が発生した場合、
発生時点においては、前記配電網が必要とする電力の全てを前記分散型電源から前記ＤＣ接続線を介して前記配電網に供給し、
発生後においては、前記ＡＣ配線から前記配電網に供給する交流電力を、前記交流電力系統において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように前記配電網が必要とする電力に達するまで増加させる、
ことを特徴とする配電システム。

【請求項2】

前記配電網が急激な電力需要に対応するための外部からの電力が不要となった場合、前記ＡＣ配線から前記配電網に供給される交流電力を、前記交流電力系統において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように０になるまで減少させ、
前記ＡＣ配線から前記配電網に供給される電力を、前記配電網に供給することなく前記ＤＣ接続線を介して前記調整力システムに吸収させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の配電システム。

【請求項3】

前記第２のＤＣ－ＤＣ変換器の入力側に接続されている前記ＡＣ－ＤＣ変換器が前記ＡＣ配線に向けて出力する電力の位相角に応じて前記交流電力系統から前記配電網に供給する電力量を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の配電システム。

【請求項4】

交流電力系統に接続されるＡＣ配線と、
複数の配電サブシステムと、
前記複数の配電サブシステムそれぞれにおける電力供給制御を行う制御手段と、
を有する送配電系統を備え、
前記複数の配電サブシステムはそれぞれ、
前記ＡＣ配線が入力側に接続されるＡＣ－ＤＣ変換器と、
入力側に前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に配電網、分散型電源及び蓄電システムを接続するＤＣ－ＤＣ変換器と、
前記配電サブシステムが備える前記ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれの入力側を接続するＤＣ接続線と、
当該配電サブシステムにおける電力状況を監視する監視手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記監視手段から当該配電サブシステムにおける電力の負荷及び供給可能電力量を取得して、前記配電サブシステム間での電力融通を制御する、
ことを特徴とする配電システム。

【請求項5】

前記制御手段は、当該配電サブシステムが有する当該分散型電源又は当該蓄電システムの少なくとも一方が出力可能な電力量を用いて算出された当該配電サブシステムにおける電力の負荷及び供給可能電力量を取得することを特徴とする請求項４に記載の配電システム。

【請求項6】

前記制御手段は、当該配電サブシステムが有する当該配電網における負荷から当該分散型電源又は当該蓄電システムの少なくとも一方が出力可能な電力量を減算することで算出した当該配電サブシステムにおける見かけの負荷と、当該分散型電源又は当該蓄電システムの少なくとも一方が出力可能な電力量から当該配電網における負荷を減算することで算出した当該配電サブシステムにおける供給可能電力量を取得することを特徴とする請求項４に記載の配電システム。

【請求項7】

前記ＡＣ－ＤＣ変換器は、前記交流電力系統から３相６．６ｋＶ又は３相２．２ｋＶの交流電圧を入力することを特徴とする請求項１又は４に記載の配電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配電システム、特に配電網内で賄えないほど急激な電力需要が発生した場合の電力供給制御に関する。

【背景技術】

【0002】

国内において、発電所で発電される電力は交流である。交流電力は、３相３線式の送電線により送電される際の送電ロスを減らすため、基幹的な長距離送電の区間はできるだけ高電圧で送電され、消費地に近い場所で何段かに分けて電圧が降圧される。現在、交流電力は、変圧が容易という点でも利用されている。

【0003】

ところで、近年、太陽光や風力、地熱といった地球資源の一部など自然界に常に存在する再生可能エネルギーの利用が推奨されている。太陽光発電等の発電システムで生成した電力は、電力会社に売電されて利用される場合がある。太陽光発電等の発電システムは、一般に直流電力を生成する。

【0004】

近年では、東日本大震災に伴う電力需給のひっ迫を契機に、将来の電力供給形態を、電力会社による大規模な発電設備のみに依存するのではなく、再生可能エネルギー等を利用した小規模分散型、いわゆる分散型電源へ移行しようとする動きもある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６７４７６１９号明細書

【特許文献2】特開２００９－１７８０２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

交流電力は、直流電力と比較して、高電圧での送電が容易である点で優位である一方、急激な需要の増加への対応を不得手としている。交流電力系統の単交流電源からの供給電力で対応しようとすると、交流電力系統の電源となる発電機、すなわち回転機械における位相角を増加させて対応することが必要になるが、この場合、発電機が脱調、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱することにより電力を安定して供給できなくなるおそれがあるからである。一方、直流電力は、急激な需要の増加に対して電源の電圧を上昇させるだけであり、相差角および周波数への影響はない。

【0007】

本発明は、交流電力と直流電力を効果的に組み合わせて、電力需要変動に迅速かつ効率的に対応できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る配電システムは、交流電力系統に接続されるＡＣ配線と、前記ＡＣ配線が入力側に接続される少なくとも２つのＡＣ－ＤＣ変換器と、入力側に１つの前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に配電網を接続する第１のＤＣ－ＤＣ変換器と、入力側に他の１つの前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に分散型電源を接続する第２のＤＣ－ＤＣ変換器と、前記第１のＤＣ－ＤＣ変換器又は前記第２のＤＣ－ＤＣ変換器の出力側に接続される調整力システムと、前記ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれの入力側を接続するＤＣ接続線と、を有する送配電系統を備え、前記配電網内で賄えないほどの急激な電力需要の変化が発生した場合、発生時点においては、前記配電網が必要とする電力の全てを前記分散型電源から前記ＤＣ接続線を介して前記配電網に供給し、発生後においては、前記ＡＣ配線から前記配電網に供給する交流電力を、前記交流電力系統において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように前記配電網が必要とする電力に達するまで増加させることを特徴とする。

【0009】

また、前記配電網が急激な電力需要に対応するための外部からの電力が不要となった場合、前記ＡＣ配線から前記配電網に供給される交流電力を、前記交流電力系統において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように０になるまで減少させ、前記ＡＣ配線から前記配電網に供給される電力を、前記配電網に供給することなく前記ＤＣ接続線を介して前記調整力システムに吸収させることを特徴とする。

【0010】

また、前記第２のＤＣ－ＤＣ変換器の入力側に接続されている前記ＡＣ－ＤＣ変換器が前記ＡＣ配線に向けて出力する電力の位相角に応じて前記交流電力系統から前記配電網に供給する電力量を制御する制御手段を有することを特徴とする。

【0011】

本発明に係る配電システムは、交流電力系統に接続されるＡＣ配線と、複数の配電サブシステムと、前記複数の配電サブシステムそれぞれにおける電力供給制御を行う制御手段と、を有する送配電系統を備え、前記複数の配電サブシステムはそれぞれ、前記ＡＣ配線が入力側に接続されるＡＣ－ＤＣ変換器と、入力側に前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に配電網、分散型電源及び蓄電システムを接続するＤＣ－ＤＣ変換器と、前記配電サブシステムが備える前記ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれの入力側を接続するＤＣ接続線と、当該配電サブシステムにおける電力状況を監視する監視手段と、を有し、前記制御手段は、前記監視手段から当該配電サブシステムにおける電力の負荷及び供給可能電力量を取得して、前記配電サブシステム間での電力融通を制御する、ことを特徴とする。

【0012】

また、前記制御手段は、当該配電サブシステムが有する当該分散型電源又は当該蓄電システムの少なくとも一方が出力可能な電力量を用いて算出された当該配電サブシステムにおける電力の負荷及び供給可能電力量を取得することを特徴とする。

【0013】

また、前記制御手段は、当該配電サブシステムが有する当該配電網における負荷から当該分散型電源又は当該蓄電システムの少なくとも一方が出力可能な電力量を減算することで算出した当該配電サブシステムにおける見かけの負荷と、当該分散型電源又は当該蓄電システムの少なくとも一方が出力可能な電力量から当該配電網における負荷を減算することで算出した当該配電サブシステムにおける供給可能電力量を取得することを特徴とする。

【0014】

また、前記ＡＣ－ＤＣ変換器は、前記交流電力系統から３相６．６ｋＶ又は３相２．２ｋＶの交流電圧を入力することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

請求項１－６に記載の発明によれば、交流電力と直流電力を効果的に組み合わせることによって電力需要変動に迅速かつ効率的に対応することができる。

【0016】

請求項７に記載の発明によれば、既存の交流電力系統にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る配電システムの一実施の形態を示す概略的な全体構成図である。

【図2】本実施の形態において、時間と、配電網において急激な電力需要の変化が発生した場合に配電網に対する直流電力及び交流電力の各電力供給量との関係を示すグラフ図である。

【図3A】図１に示す配電システムに、電力需要の変化の発生時点ｔ_０のときの電力の流れを模式的に示す矢印を付加した図である。

【図3B】図１に示す配電システムに、時点ｔ_０から時点ｔ_０＋Δｔ_ａまでの間の電力の流れを模式的に示す矢印を付加した図である。

【図3C】図１に示す配電システムに、時点ｔ_０＋Δｔ_ａから時点ｔ_１までの間の電力の流れを模式的に示す矢印を付加した図である。

【図3D】図１に示す配電システムに、時点ｔ_１から時点ｔ_１＋Δｔ_ｂまでの間の電力の流れを模式的に示す矢印を付加した図である。

【図4】図１に示す配電システムに、交流電力系統において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように制御する構成を追加した図である。

【図5】本発明に係る配電システムの他の実施の形態を示す概略的な全体構成図である。

【図6】実施の形態２において用いる記号を説明するための図である。

【図7】実施の形態２の監視システムにおけるデータ処理の一部を模式的に示す図である。

【図8A】実施の形態２において、電力供給元となる配電サブシステムからの供給可能容量が電力供給先となる配電サブシステムにおける見かけの負荷以上の場合における、負荷に対する交流電力系統の電力供給量の時間の遷移を示すグラフ図である。

【図8B】実施の形態２において、電力供給元となる配電サブシステムからの供給可能容量が電力供給先となる配電サブシステムにおける見かけの負荷以上の場合における、負荷に対する直流電力による電力供給量の時間の遷移を示すグラフ図である。

【図8C】実施の形態２において、電力供給元となる配電サブシステムからの供給可能容量が電力供給先となる配電サブシステムにおける見かけの負荷以上の場合における、負荷に対する交流電力による電力供給量の時間の遷移を示すグラフ図である。

【図8D】実施の形態２において、電力供給元となる配電サブシステムからの供給可能容量が電力供給先となる配電サブシステムにおける見かけの負荷以上の場合における、蓄電池への電力の蓄電量の時間の遷移を示すグラフ図である。

【図9A】実施の形態２において、電力供給元となる配電サブシステムからの供給可能容量が電力供給先となる配電サブシステムにおける見かけの負荷に満たない場合における、負荷に対する交流電力系統の電力供給量の時間の遷移を示すグラフ図である。

【図9B】実施の形態２において、電力供給元となる配電サブシステムからの供給可能容量が電力供給先となる配電サブシステムにおける見かけの負荷に満たない場合における、負荷に対する直流電力による電力供給量の時間の遷移を示すグラフ図である。

【図9C】実施の形態２において、電力供給元となる配電サブシステムからの供給可能容量が電力供給先となる配電サブシステムにおける見かけの負荷に満たない場合における、負荷に対する交流電力による電力供給量の時間の遷移を示すグラフ図である。

【図9D】実施の形態２において、電力供給元となる配電サブシステムからの供給可能容量が電力供給先となる配電サブシステムにおける見かけの負荷に満たない場合における、蓄電池への電力の蓄電量の時間の遷移を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。

【0019】

実施の形態１．
図１は、本発明に係る配電システムの一実施の形態を示す概略的な全体構成図である。図１には、交流電力系統２、ＡＣ配線４、ＡＣ－ＤＣ変換器６ａ，６ｂ、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａ，８ｂ、ＤＣ配線１０ａ，１０ｂ、ＤＣ接続線１２、ＤＣ配線１４ａ，１４ｂ、配電網１６、調整力システム１８及び分散型電源２０が示されている。なお、ＡＣ－ＤＣ変換器６ａ，６ｂなど、添字が付く構成要素において、相互に区別する必要はない場合は「ＡＣ－ＤＣ変換器６」と、添字を省略して記載することで総称する。

【0020】

交流電力系統２は、交流電力を供給する電力系統であり、配電網１６への主要な電力供給源となる。ＡＣ－ＤＣ変換器６は、入力側に交流電力系統２を接続し、ＡＣ配線４を介して入力される交流（ＡＣ）電圧を直流（ＤＣ）電圧に変換して出力する。ＡＣ－ＤＣ変換器６への入力は、本来３相あるいは単相の交流電力であるが、図ではＡＣ配線４を便宜的に１本の線で表している。ＡＣ－ＤＣ変換器６からの出力は、プラスとマイナスそれぞれに１本ずつの配線を有するが、図ではＤＣ配線１０を便宜的に１本の線で表している。ＤＣ接続線１２及びＤＣ配線１４についても同様である。

【0021】

ＤＣ－ＤＣ変換器８は、入力側にＡＣ－ＤＣ変換器６を接続し、ＤＣ配線１０を介して入力される直流電圧を、異なる値の直流電圧に変換してＤＣ配線１４に出力する。第１のＤＣ－ＤＣ変換器８ａは、入力側に１つのＡＣ－ＤＣ変換器６ａを接続し、出力側に配電網１６を接続する。また、第２のＤＣ－ＤＣ変換器８ｂは、入力側にＡＣ－ＤＣ変換器６ａとは異なる他の１つのＡＣ－ＤＣ変換器６ｂを接続し、出力側に調整力システム１８及び分散型電源２０を並列的に接続する。ＤＣ－ＤＣ変換器８は、論理的には昇圧することも可能であるが、実用上、降圧するのが一般的である。

【0022】

ＤＣ接続線１２は、ＤＣ－ＤＣ変換器８の入力側を接続する電力線である。ＤＣ接続線１２は、ＤＣ－ＤＣ変換器８の入力側を接続するので、ＤＣ－ＤＣ変換器８は、少なくとも２台必要となる。

【0023】

配電網１６は、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａから出力される直流電圧を消費する電力需要家や車両への充電器等を含む電力網である。また、配電網１６には、太陽光発電システム等の再生可能エネルギーを生成するシステム（以下、「再エネ電源」という）がＤＣ電源として含まれている場合がある。再エネ電源は、電力需要家等の電力供給源の一部となる。

【0024】

調整力とは、一般送配電事業者が供給区域におけるアンシラリーサービスを行うために必要な電源等の能力である。すなわち、一般送配電事業者が系統安定化業務に必要となる発電機、蓄電池等を利用して電力需給を制御するシステムの能力などと定義される。調整力システム１８は、このような調整力を備えるシステムである。本実施の形態では、分散型電源２０と同じＤＣ－ＤＣ変換器８ｂに接続するが、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａに接続してもよい。

【0025】

分散型電源２０は、配電網１６に隣接して分散配置される小規模な発電設備である。本実施の形態では、電力供給設備として分散型電源２０を設けているが、調整力システム１８に分散型電源２０を兼用させてもよい。

【0026】

図１に示す構成において、ＡＣ－ＤＣ変換器６は、交流電力系統２から送電されてくる交流電力を直流電力に変換して出力する。ＤＣ－ＤＣ変換器８は、ＤＣ配線１０を介して入力される直流電圧を、異なる値の直流電圧に変換して出力する。配電網１６では、ＤＣ配線１４ａを介してＤＣ－ＤＣ変換器８ａから供給される直流電力が消費される。配電網１６では、通常時、交流電力系統２からの電力のみで電力需要分を賄えている。

【0027】

ここで、例えば、配電網１６において、配電網１６内で賄えないほどの急激な需要の増加が発生したことにより電力不足が発生したとする。配電網１６内で確保可能な電源による発電総量を１００ｋＷ程度と想定すると、ここでいう「急激な需要の増加」というのは、それ以上の習慣的な電力要求を想定している。想定している状況としては、例えば多数の電気自動車への急速充電が電力不足を導くほど集中して行われるような状況である。

【0028】

配電網１６で急激な需要が発生した結果、要求電力に応じて電流がΔｉ増加する場合、配線抵抗をＲとすると、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａに入力される電圧がΔｉ・Ｒ分急激に低下するはずである。これに応じて、電力不足が発生している配電網１６に配電網１６の外部から電力を供給することで対処することが望まれる。

【0029】

ところで、送電損失（主に銅損）を考慮すると、送電電力に応じた高電圧化が必要である。そのため、最上位階層（超高電圧階層）は、トランスで容易に昇降圧が容易なＡＣ配線を用いているのが現状である。

【0030】

超高電圧の交流電力で送電制御を行うには、周波数、電圧に加えて位相制御が必要となるが、直流電力では、電圧制御のみで送電量を制御できる。但し、ＤＣ制御においても、電力送電量に応じて電力変換素子の並列数や電力容量の関係から制御速度が変化するので、直流電圧を段階的に持つことで、配電網の制御性、安定性にも寄与することができる。更に、直流電力を活用すると、ＤＣ－ＤＣ変換器自身が入出力電圧を監視することで、Ｄｒｏｏｐ制御等を行うことが可能となる。この点においても、直流電力系統は、電力配電網の安定性、経済性に寄与することができる。

【0031】

なお、図１は、ＡＣ－ＤＣ変換器６の下位層にＤＣ－ＤＣ変換器８を１段（つまり、単階層）で形成している場合のシステム構成図であるが、ＡＣ－ＤＣ変換器６の出力側と配電網１６の入力側との間にＤＣ－ＤＣ変換器８を階層的に、すなわち多段階で設けることで、上記のように大電力の配電網にも低電力の配電網にも容易にかつ効率的に対応することが可能となる。つまり、降圧を段階的に行うことができるように構成することで、現状の６．６ｋＶ系とＡＣ－ＤＣ変換器６の後段のＤＣ配電網との共存を可能にしている。

【0032】

また、図１では、ＡＣ－ＤＣ変換器６、ＤＣ－ＤＣ変換器８及び配電網１６を縦列的に接続した１組の直流電力系統のみ備える配電システムを示しているが、複数の組を備えるよう構成してもよい。また、ＡＣ－ＤＣ変換器６の出力側に複数のＤＣ－ＤＣ変換器８を接続してもよい。

【0033】

電源より交流を介して供給電力を増加させる場合、送電線の抵抗成分を無視できるものと考えると、発電機と電力輸送の関係は、発電機の慣性モーメントＪ、送電の定格角周波数ω_０、送電角周波数ω、電源の位相角（相差角）δ、発電機の機械エネルギーＰ_ｍ、送電線の電圧Ｖ、送電線のインダクタンスＸを用いて、以下の動揺方程式（１），（２）で表すことができる。

【数1】

【0034】

式（１）の右辺の第２項は、電気エネルギーの大きさを表しており、送電エネルギーを増加させる場合は電源の位相角δを変化させる必要がある。式（２）に示すように、位相角の微分が周波数であり、交流で送電する場合には周波数変更が生じる。特に、再エネ電源は、ＤＣ電源として利用可能であるが、再エネ電源では、式（１）の左辺に含まれる発電機の慣性モーメントＪが小さいというより、むしろないといえるので、周波数変動の影響が顕著である。但し、直流を介して供給電力を増加させる場合は、電源の電圧を上昇させるだけであり、相差角および周波数への影響はない。

【0035】

上記説明した交流電力と直流電力の特性を踏まえて、配電網１６の内部だけで賄えないほどの急激な電力需要の変化が発生した場合の本実施の形態における作用について、図２及び図３Ａ～図３Ｄを用いて説明する。

【0036】

図２は、本実施の形態において、時間と、配電網１６において急激な電力需要の変化が発生した場合に配電網１６に対する直流電力及び交流電力の各電力供給量との関係を示すグラフ図である。図２では、直流電力の電力供給量を実線で、交流電力の電力供給量を破線で、それぞれ示している。また、Ｐ_ｒｅｑは、配電網１６にて不足した電力量であり、前述した急激な電力需要の変化を示す電力量である。つまり、図２では、時点ｔ_０から時点ｔ_１までの間に配電網１６において急激な電力需要の変化（０からＰ_ｒｅｑまで）が発生した場合における直流電力及び交流電力の各電力供給量の時系列変化が示されている。

【0037】

ここでいう「直流電力」というのは、配電網１６に直流電力系統のみを介して供給される電力のことをいう。具体的には、分散型電源２０からＤＣ－ＤＣ変換器８ｂ、ＤＣ接続線１２及びＤＣ－ＤＣ変換器８ａを介して配電網１６に供給される電力のことをいう。一方、「交流電力」というのは、配電網１６に交流電力系統を介して供給される電力のことをいう。具体的には、ＡＣ配線４、ＡＣ－ＤＣ変換器６ａ、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａを介して配電網１６に供給される電力のことをいう。

【0038】

図２において、時点ｔ_０までは、配電網１６において電力が不足していない状態である。換言すると配電網１６において急激な電力需要の変化が発生していない状態であることから、直流電力及び交流電力は共に、配電網１６に対して供給されていない。もちろん、この場合でも、急激な電力需要の変化に対応していないものの、交流電力系統２は、通常通りにＡＣ配線４、ＡＣ－ＤＣ変換器６ａ、ＤＣ－ＤＣ変換器８ａを介して配電網１６に電力を供給している。なお、急激な電力需要の変化が発生するまでは、上記式（１）によると、交流電力系統２での送電電力Ｐ_ｍが電源の位相角（相差角）δとつり合っているとき、すなわち電力変化がないときには左辺が０となり、相差角あるいはその一階微分である周波数に変動は起きない。

【0039】

ここで、時点ｔ_０に配電網１６において急激な電力需要の変化（０からＰ_ｒｅｑまで）が発生したとする。この電力需要の変化に交流電力系統２だけで対応しようとすると、前述したように、交流電源の位相角を増加させて対応することが必要になるため、発電機が脱調、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱することにより電力を安定して供給できなくなるおそれがある。上記式（１）によると、交流電力系統２での送電電力Ｐ_ｍに変動が生じるときに相差角および周波数に変動が起きる。送電電力Ｐ_ｍの変化が急激になると、発電機が脱調、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱する可能性が生じてくる。

【0040】

そこで、本実施の形態においては、図２に示すように、急激な電力需要の変化の発生時点ｔ_０では、配電網１６が必要とする電力の全て、すなわち電力量Ｐ_ｒｅｑを分散型電源２０からＤＣ－ＤＣ変換器８ｂ、ＤＣ接続線１２及びＤＣ－ＤＣ変換器８ａを介して配電網１６に供給する。

【0041】

図３Ａは、図１に示す配電システムに、時間ｔが電力需要の変化の発生時点ｔ_０のときの電力の流れを模式的に示す矢印を付加した図である。図３Ａに示すように、配電網１６が必要とする全ての電力Ｐ_ｒｅｑは、分散型電源２０からＡＣ配線４を介することなくＤＣ接続線１２を介して配電網１６に供給される。

【0042】

続いて、急激な電力需要の変化の発生後においては、ＡＣ配線４から配電網１６に供給する電力を、交流電力系統２において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように配電網１６が必要とする電力Ｐ_ｒｅｑに達するまで徐々に増加させる。配電網１６への電力供給量Ｐ_ｒｅｑは、変わらないので、分散型電源２０からＤＣ接続線１２を介して配電網１６に供給される直流電力は、ＡＣ配線４から配電網１６に供給するための交流電力の増加に伴い減少する。つまり、直流電力と交流電力の和は、電力Ｐ_ｒｅｑとなる。

【0043】

図３Ｂは、図１に示す配電システムに、時間ｔが電力需要の変化の発生時点ｔ_０からＡＣ配線４から配電網１６に供給する電力が電力Ｐ_ｒｅｑに達する時点ｔ_０＋Δｔ_ａまでの間の電力の流れを模式的に示す矢印を付加した図である。図３Ｂでは、直流電力を実線で、交流電力を破線で示している。図３Ｂに示すように、配電網１６への電力供給量Ｐ_ｒｅｑは、分散型電源２０からの直流電力とＡＣ－ＤＣ変換器６ａにおいて直流電力に変換される交流電力との和により配電網１６に供給される。

【0044】

本実施の形態では、ＡＣ配線４を介して配電網１６に供給する交流電力の電源を、分散型電源２０としている。つまり、分散型電源２０は、ｔ_０ ＜ｔ≦ｔ_０＋Δｔ_ａの間も電力Ｐ_ｒｅｑを出力することを想定しているが、交流電力の電源は、必ずしも分散型電源２０のみとする必要はない。例えば、可能であれば、図示しない他の配電網に供給する分の交流電力を配電網１６に回したり、この交流電力と分散型電源２０からの直流電力を組み合わせたりしてもよい。

【0045】

図３Ｃは、図１に示す配電システムに、配電網１６に供給する電力Ｐ_ｒｅｑをＡＣ配線４からの交流電力のみで賄えるようになった時点ｔ_０＋Δｔ_ａから配電網１６が電力Ｐ_ｒｅｑを不要とする時点ｔ_１までの間の電力の流れを模式的に示す矢印を付加した図である。図３Ｃに示すように、配電網１６が必要とする全ての電力供給量Ｐ_ｒｅｑは、ＡＣ配線４から配電網１６に供給される。なお、図３Ｃでは、ＡＣ配線４を介して配電網１６に供給する交流電力の電源を、分散型電源２０としているが、上記の通り必ずしも分散型電源２０のみとする必要はない。

【0046】

配電網１６に供給する電力Ｐ_ｒｅｑをＡＣ配線４からの交流電力のみで賄えるようにするのは、前述したとおり、ＡＣ配線は、ＤＣ配線と比較して大電力での送電が可能であるため、送電電流を抑制でき、よって送電損失を抑制し高効率な送電が可能だからである。また、交流電力は、直流電力と比較して昇降圧が容易であるからである。

【0047】

配電網１６に供給する電力を交流電力だけで賄えるようになった後、配電網１６が電力Ｐ_ｒｅｑの供給が不要となる時点ｔ_１に達すると、ＡＣ配線４から配電網１６に供給する電力は、即座に０としたいところだが、供給する電力を急激に変化させると、上記の通り相差角の変動が大きく交流電力系統２において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱してしまう。そこで、本実施の形態においては、配電網１６が急激な電力需要Ｐ_ｒｅｑに対応するための外部からの電力が不要となった場合、ＡＣ配線４から配電網１６に供給される交流電力を、交流電力系統２において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないようにＰ_ｒｅｑから０になるまで徐々に減少させる。ただ、ＡＣ配線４からの交流電力は、０になるまでＡＣ－ＤＣ変換器６ａに入力される。そして、ＡＣ－ＤＣ変換器６ａは、交流電力を直流電力に変換して出力される。そこで、本実施の形態においては、ＡＣ－ＤＣ変換器６ａから出力される直流電力を、配電網１６に供給することなくＤＣ接続線１２を介して調整力システム１８に吸収させるよう制御する。

【0048】

配電網１６が電力Ｐ_ｒｅｑの供給を不要とする時点ｔ_１から、ＡＣ配線４から供給される交流電力が０になる時点ｔ_１＋Δｔ_ｂの間、図２においては、直流電力がマイナスとなっているが、これは、調整力システム１８により交流電力から変換された直流電力が吸収されていることを示している。すなわち、ＡＣ配線４からＡＣ－ＤＣ変換器６ａに入力される交流電力は、調整力システム１８による電力の吸収により相殺され、この結果、配電網１６には、電力Ｐ_ｒｅｑの供給が不要となった時点ｔ_１から外部から供給される電力を０にすることができる。

【0049】

図３Ｄは、図１に示す配電システムに、時間ｔが、配電網１６が電力Ｐ_ｒｅｑの供給を不要とする時点ｔ_１からＡＣ配線４から供給される交流電力が０になる時点ｔ_１＋Δｔ_ｂまでの間の電力の流れを模式的に示す矢印を付加した図である。図３Ｄでは、直流電力を実線で、交流電力を破線で示している。ＡＣ配線４から供給される電力は、配電網１６では不要となるものの即座に０にできないので、図３Ｄに示すように調整力システム１８により吸収される。また、ＡＣ配線４から配電網１６に供給される交流電力は、徐々に減少するものの、０になるまで減少させるための電力が必要になる。そのため、本実施の形態では、図３Ｄに示すように、自ら出力した交流電力をＡＣ－ＤＣ変換器６ａ、ＤＣ接続線１２、ＡＣ－ＤＣ変換器６ｂと循環させ利用する。

【0050】

以上説明したように、本実施の形態においては、交流電力系統２において脱調を発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱させることなく配電網１６における急激電力需要の変化にも対応することができる。

【0051】

ところで、本実施の形態では、交流電力系統２において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように配電網１６への電力の供給をするが、図４では、そのための構成を示している。図４は、図１に示す配電システムに、コントローラ２２及び位相角検出する検出器２４を追加した構成が示されている。検出器２４は、ＡＣ－ＤＣ変換器６ｂの入力側における電力、すなわちＡＣ－ＤＣ変換器６ｂがＡＣ配線４に向けて出力する電力の位相角を検出する。コントローラ２２は、検出器２４が検出する位相角に応じて交流電力系統２から配電網１６に供給する電力量を制御する。

【0052】

具体的には，ＡＣ－ＤＣ変換器６ｂによる送電角周波数を急激に変動させない範囲で位相角変化量を設定することが必要になるが、位相角の１階微分が周波数変動となるので、コントローラ２２は、検出器２４が検出する位相角に基づく所定の時間間隔にてデジタル的に相差角を検出し、その検出した相差角と、直前に検出した相差角との差分がある閾値内に収まるようにＡＣ－ＤＣ変換器６ｂから送電電力量を制御する。ある閾値というのは、交流電力系統２において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように動作させるための差分値であり、例えば上記動揺方程式を参照して設定してもよい。

【0053】

実施の形態２．
図５は、本発明に係る配電システムの他の実施の形態を示す概略的な全体構成図である。本実施の形態における配電システムの構成は、基本的には図１と同様である。ただ、実施の形態１では、一方のＤＣ－ＤＣ変換器８ａのみに配電網１６を接続し、他方のＤＣ－ＤＣ変換器８ｂのみに分散型電源２０を接続していることから、電力融通する際の電力の供給方向も特定していた。

【0054】

本実施の形態における配電システムは、複数の配電サブシステムを備え、それぞれに同等の構成を持たせることによって電力融通する際の電力の供給方向も柔軟に決められるように構成している。なお、図１では、２つの配電サブシステム１００，２００を示している。

【0055】

以下、本実施の形態における配電システムの構成について説明するが、配電サブシステム１００と配電サブシステム２００は、同等の構成を有しているので、ここでは、配電サブシステム１００を代表させて説明する。本実施の形態における配電サブシステム１００に含まれる構成要素には、１００番台の符号を付け、配電サブシステム２００に含まれる構成要素には、２００番台の符号を付ける。従って、１００番台を２００番台に読み替えることで、配電サブシステム１００に対する説明は、配電サブシステム２００に対する説明となる。

【0056】

交流電力系統２など実施の形態１と同じ構成要素には、同じ符号を付け、説明を適宜省略する。また、配電サブシステム１００に含まれ、ＡＣ－ＤＣ変換器６など実施の形態１における配電システムと対応する構成要素には、１００を加算した符号を付ける。すなわち、配電サブシステム１００に含まれるＡＣ－ＤＣ変換器１０６、ＤＣ－ＤＣ変換器１０８、ＤＣ配線１１０，１１４はそれぞれ、実施の形態１におけるＡＣ－ＤＣ変換器６、ＤＣ－ＤＣ変換器８、ＤＣ配線１０，１４に対応する構成要素である。

【0057】

ＤＣ－ＤＣ変換器１０８は、入力側にＡＣ－ＤＣ変換器１０６を接続し、ＤＣ配線１１０を介して入力される直流電圧を、異なる値の直流電圧に変換してＤＣ配線１０４に出力する。ＤＣ－ＤＣ変換器１０８の出力側には、ＤＣ配線１０４を介して、負荷に相当する配電網１１６、調整力システム１１８及び分散型電源１２０が並列に接続される。また、ＤＣ－ＤＣ変換器１０８は、調整力システム１１８及び分散型電源１２０と、それぞれＤＣ配線１０４上のＤＣ－ＤＣ変換器１２２，１２４を介して接続される。

【0058】

監視システム１２６は、配電サブシステム１００における電力状況を監視する監視手段である。図５から省略しているが、監視システム１２６は、配電サブシステム１００に含まれる各構成要素１０６～１２４と有線又は無線により接続されており、それぞれから出力電圧値や電流値等、電力融通の制御に必要な各種データを取得する。監視システム１２６が授受する具体的な情報は、後述する処理において使用するデータである。

【0059】

コントローラ５０は、複数の配電サブシステムそれぞれにおける電力供給制御を行う制御手段である。そのために、コントローラ５０は、各配電サブシステムｋ（ｋは、識別番号）に含まれる監視システムｋから当該配電サブシステムｋにおける電力の負荷及び供給可能電力量を取得して、配電サブシステムｋ間での電力融通を制御する。具体的には、コントローラ５０は、各配電サブシステムｋにおける電力の負荷及び供給可能電力量から電力融通が必要か否かを判断する。必要と判断する場合、コントローラ５０は、電力供給元及び電力供給先となる配電サブシステムｋの特定、電力融通を行う配電サブシステムｋに含まれるＡＣ－ＤＣ変換器、ＤＣ－ＤＣ変換器等の構成に対する指示を行う。例えば、配電サブシステム１００の場合にはＡＣ－ＤＣ変換器１０６に対して相差角や出力電圧値の指示を、ＤＣ－ＤＣ変換器１０８に対して出力電圧値の指示を直接又は監視システム１２６を介して行う。

【0060】

配電網１１６は、ＤＣ－ＤＣ変換器１０８から出力される直流電圧を消費する電力需要家や車両への充電器等を含む電力網である。調整力システム１１８は、調整力を備えるシステムである。本実施の形態における調整力システム１１８は、蓄電池を蓄電手段として備えるシステムとして形成される。分散型電源１２０は、配電網１１６に隣接して分散配置される小規模な発電設備である。本実施の形態における分散型電源１２０は、太陽光発電（ＰＶ：ＰｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃｓ）システム等の再生可能エネルギーを生成するシステム（以下、「再エネ電源」という）をＤＣ電源として備えている。

【0061】

コントローラ５０及び監視システム１２６，２２６は、基本的にサーバコンピュータ等の従前から存在する汎用的な情報処理装置のハードウェア構成で実現できる。すなわち、情報処理装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の記憶手段、情報処理装置間あるいは配電サブシステム１００内の構成要素とのデータ通信を行うためのネットワークインタフェース等の通信手段、また必要によりマウスやキーボード等の入力手段及びディスプレイ等の表示手段を含むユーザインタフェースを有する。

【0062】

また、後述する電力融通を行うための処理は、情報処理装置と、情報処理装置に搭載されたＣＰＵで動作するプログラムとの協調動作により実現される。また、記憶手段は、内部に搭載せずに外部にある記憶手段をネットワーク経由で利用してもよい。また、本実施の形態で用いるプログラムは、通信手段により提供することはもちろん、ＵＳＢメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能である。通信手段や記録媒体から提供されたプログラムは、コンピュータにインストールされ、コンピュータのＣＰＵがプログラムを順次実行することで各種処理が実現される。

【0063】

本実施の形態においては、電力融通を行う二者間として、コントローラ５０が配電サブシステム１００と配電サブシステム２００を選択した場合を例にして説明する。以降の説明では、配電サブシステム１００と配電サブシステム２００を区別する識別子として、前述した配電サブシステムの識別番号ｋを用いる。すなわち、“配電サブシステム１”である配電サブシステム１００の識別番号は“１”であり、“配電サブシステム２”である配電サブシステム２００の識別番号は“２”なので、以下の説明では、配電サブシステムの識別番号である“１”及び“２”を用いて配電サブシステム１００及び配電サブシステム２００を区別する場合がある。すなわち、「配電サブシステム１００」及び「配電サブシステム２００」をそれぞれ「配電サブシステム１」及び「配電サブシステム２」とも表記する。

【0064】

まず、本実施の形態において用いる記号の基本的な表記について図６を用いて説明する。図６に示すように、記号「Ｘ」は、電力“Ｐ”や電圧“Ｖ”などの物理量を示す。記号が２つの添字を持つ場合、前の添字は、配電サブシステムの識別番号を示す。後の添字は、情報の種類を区別する。例えば、“Ｐ_１，Ｄ”は、配電サブシステム１から配電サブシステム２に向けてＤＣ接続線１２を介して送られる電力、換言すると配電サブシステム１から配電サブシステム２にＤＣ接続線１２を介して電力融通される供給電力を意味する。

【0065】

ところで、電力融通を行うに際し、蓄電池は、電池の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）により電圧が変化するため、入出力制御を行えるよう構成するのが合理的である。そのため、本実施の形態においては、図５に示すように蓄電池を備える調整力システム１１８，２１８をＤＣ－ＤＣ変換器１２２，２２２とセットで構成する。

【0066】

図７は、本実施の形態における監視システム３２６におけるデータ処理の一部を模式的に示す図である。図７に示す監視システム３２６は、図５における監視システム１２６，２２６に相当する構成であるが、図７では、便宜的に３００番台の符号を付けている。他の構成要素についても同様である。図７に示すように、蓄電池３１８における電池電圧Ｖ_ｎ，ｂは、ＳＯＣと対応しており、ＳＯＣに応じて電池電圧Ｖ_ｎ，ｂは変化する。そして、蓄電池３１８には、ＳＯＣあるいは電池電圧（図７では、ＳＯＣ）に対して適切な入出力電力限界Ｐ_ｎ，ｂを任意に設定することができる。例えば、蓄電池３１８がＳＯＣに対して線形の値を設定してもよい。

【0067】

また、分散型電源３２０が備える太陽光発電システムは、一般には日射光強度に対してＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御で発電量を最大化するよう制御されるため、図５に示す分散型電源１２０，２２０のようにＤＣ－ＤＣ変換器１２４，２２４とセットで構成するのが合理的である。よって、図７に示すように、分散型電源３２０においては、出力電圧Ｖ_ｎ，ｐと出力電流Ｉ_ｎ，ｐを監視しておけばよい。

【0068】

また、配電網（負荷）３１６で需要が発生した場合、配電網３１６に対しては、初期状態で交流電力系統２の１箇所から電力を供給することにしておけば、新たに発生する負荷の値は、ＤＣ－ＤＣ変換器３０８（図示せず）の出力値から把握することができる。

【0069】

続いて、本実施の形態において電力融通を行う際の制御処理について説明する。なお、例えば監視システム１２６，２２６や分散型電源１２０，２２０など各配電サブシステム１００，２００に含まれる構成要素を区別なく総称するときは、図７と同様に監視システム３２６や分散型電源３２０と３００番台の符号にて表記する。配電サブシステム１００と配電サブシステム２００に関しては、配電サブシステムｋと識別番号にて表記する。

【0070】

まず、本実施の形態における監視システム３２６は、対応する配電サブシステムｋにおける負荷と、いわゆる電力の余剰分に相当する供給可能電力量と、を算出する。

【0071】

配電サブシステムｋについて、負荷をＬ_ｋ、分散型電源３２０の発電量をＰ_ｋ，ｐ、蓄電池３１８の出力容量をＰ_ｋ，ｂ、とすると，外部に対する見かけの負荷Ｌ_ｋ，ａは、
Ｌ_ｋ，ａ＝ｒｅｌｕ（Ｌ_ｋ－Ｐ_ｋ，ｐ－Ｐ_ｋ，ｂ）
と算出できる。本実施の形態においては、負荷Ｌ_ｋをそのまま用いずに見かけの負荷Ｌ_ｋ，ａを用いることで、より正確な電力量に基づき電力融通を行うことができる。

【0072】

ここで、ｒｅｌｕ関数は、ｒｅｌｕ（ｘ）＝ｍａｘ（ｘ，０）と表現でき、０以上の場合はそのままｘを出力し、０未満の場合は０を出力する関数である。

【0073】

一方、配電サブシステムｋにおける供給可能容量Ｐ_{ｋ，ｃａｐ}は，
Ｐ_{ｋ，ｃａｐ}＝ｒｅｌｕ（Ｐ_ｋ，ｐ＋Ｐ_ｋ，ｂ－Ｌ_ｋ）
と算出できる。

【0074】

なお、本実施の形態では、分散型電源３２０の発電量Ｐ_ｋ，ｐ及び蓄電池３１８の出力容量をＰ_ｋ，ｂの双方を出力可能な電力量とみなして見かけの負荷Ｌ_ｋ，ａ及び供給可能容量Ｐ_{ｋ，ｃａｐ}を算出するようにしたが、少なくとも一方を用いて算出してもよい。

【0075】

コントローラ５０は、各監視システム３２６から見かけの負荷Ｌ_ｋ，ａ及び供給可能容量Ｐ_{ｋ，ｃａｐ}を取得して電力融通を制御する。各データＬ_ｋ，ａ、Ｐ_{ｋ，ｃａｐ}の取得するタイミングは、可能な限り短い時間間隔で定周期的に取得すればよい。

【0076】

なお、本実施の形態では、監視システム３２６が見かけの負荷Ｌ_ｋ，ａ及び供給可能容量Ｐ_{ｋ，ｃａｐ}を算出するようにしたが、コントローラ５０は、算出に用いる各種データを監視システム３２６から取得して自ら算出してもよい。

【0077】

ここで、見かけの負荷Ｌ_ｋ，ａが０を超える場合、その配電サブシステムｋは、電力が不足していると判断できる。一方、供給可能容量Ｐ_{ｋ，ｃａｐ}が０を超える場合、その配電サブシステムｋは、電力を他の配電サブシステムに供給できるほどの余裕がある、換言すると電力が余剰していると判断できる。この結果、コントローラ５０は、電力が余剰している配電サブシステムｋから電力が不足している配電サブシステムｋに対して電力融通を行うように制御する。

【0078】

なお、電力が余剰している配電サブシステムｋ又は電力が不足している配電サブシステムｋの少なくとも一方が複数存在する場合も想定できるが、この場合、コントローラ５０は、各配電サブシステムｋの見かけの負荷Ｌ_ｋ，ａ及び供給可能容量Ｐ_{ｋ，ｃａｐ}の値を参照して、電力が余剰している１又は複数の配電サブシステムｋの中から電力を供給する１又は複数の配電サブシステムｋを選択し、選択した１又は複数の配電サブシステムｋにより、電力が不足している１又は複数の配電サブシステムｋに対して電力を供給するように電力融通を制御すればよい。また、電力が余剰している１の配電サブシステムｋは、供給可能な電力を複数の配電サブシステムｋに均等若しくは不均等に分割して供給してもよく、一方、電力が不足している１の配電サブシステムｋは、複数の配電サブシステムｋから均等若しくは不均等に電力が供給されてもよい。要するに、電力の供給元となる配電サブシステムｋと電力の供給先となる配電サブシステムｋとは、１対１でなく、１対多、多対１あるいは多対多でもよい。

【0079】

上記のように、電力融通を行う配電サブシステムｋの組は、コントローラ５０が決めることになるが、以下の説明では、説明の簡略化のために、電力が余剰している配電サブシステムｋと電力が不足している配電サブシステムｋとが１対１の関係にある場合を想定して電力融通の制御処理について説明する。また、電力が余剰している配電サブシステムｋを配電サブシステム２と、電力が不足している配電サブシステムｋを配電サブシステム１と、コントローラ５０が特定したことにより、配電サブシステム２が配電サブシステム１に電力を供給する場合を例にして、コントローラ５０における電力融通の制御について、図８，９を用いて説明する。

【0080】

図８，９は、本実施の形態において配電網（負荷）１１６において需要が発生した場合、換言すると配電網（負荷）１１６において電力が不足していることにより配電サブシステム２が配電サブシステム１に電力融通する場合において、時間と、配電網（負荷）１１６に対する交流電力系統２（図８，９Ａ）、直流電力（ＤＣ接続線１２を介する電力融通）（図８，９Ｂ）、交流電力（ＡＣ配線４を介する電力融通）（図８，９Ｃ）及び蓄電池１１８（図８，９Ｄ）の各電力供給量の、時間の遷移を示すグラフ図である。このうち、図８は、配電サブシステム２における供給可能容量Ｐ_{２，ｃａｐ}が配電サブシステム１における見かけの負荷Ｌ_ｋ，ａ以上の場合のグラフ図である。一方、図９は、配電サブシステム２における供給可能容量Ｐ_{２，ｃａｐ}が配電サブシステム１における見かけの負荷Ｌ_１，ａに満たない場合のグラフ図である。最初に、配電サブシステム２における供給可能容量Ｐ_{２，ｃａｐ}が配電サブシステム１における見かけの負荷Ｌ_ｋ，ａ以上の場合について図８を用いて説明する。

【0081】

まず、時点ｔ_０までは、配電網１１６において電力が不足していない状態である。もちろん、交流電力系統２は、図８Ａにおいて電力供給量は０となっているものの、この状態のときでも、通常通りにＡＣ配線４、ＡＣ－ＤＣ変換器１０６、ＤＣ－ＤＣ変換器１０８を介して配電網１１６に電力を供給している。

【0082】

ここで、時点ｔ_０に配電網１１６において電力需要の変化が発生し、負荷Ｌ_１分の電力が不足したとする。なお、本実施の形態における負荷Ｌ_１，ａは、実施の形態１において不足した電力量Ｐ_ｒｅｑに等しい。本実施の形態では、初期状態で交流電力系統２から電力を供給することにしているので、電力需要の変化の発生時点ｔ_０では、図８Ａに示すように配電網１６が必要とする電力の全て、すなわち負荷Ｌ_１，ａ分の電力量は、交流電力系統２からＡＣ－ＤＣ変換器１０６、ＤＣ－ＤＣ変換器１０８を介して配電網１６に供給される。

【0083】

配電網１１６に対して負荷Ｌ_１，ａ分の電力が交流電力系統２から供給された後、配電サブシステム２は、配電サブシステム１に電力融通を開始することになるが、この際、電圧制御のみで送電量を制御でき、また位相制御が不要である直流電力を優先的に利用する。

【0084】

すなわち、時点ｔ_０＜ｔ≦ｔ_１においては、交流電力系統２からの供給電力Ｌ_ｓ（ｔ）を時間の関数とする場合、Ｌ_ｓ（ｔ_０）＝Ｌ_１，ａとし、かつＬ_ｓ（ｔ_１）＝ｒｅｌｕ（Ｌ_１，ａ－Ｐ_{２，ｃａｐ}）＝０となるまで減少させる（図８Ａ）。これと同時並行して、配電サブシステム２からＤＣ接続線１２を介して配電サブシステム１に供給される電力量は、Ｐ_ｋ，Ｄ＝Ｌ_１，ａ－Ｌ_ｓ（ｔ_１）となるように（但し、Ｐ_ｋ，Ｄ≦Ｐ_{２，ｃａｐ}）、ＤＣ接続線１２に流れる電圧Ｖ_２，ｍを調節して供給される（図８Ｂ）。すなわち、コントローラ５０は、Ｌ_ｓ（ｔ）＋Ｐ_ｋ，Ｄ＝Ｌ_１，ａとなるように配電サブシステム１，２間の電力融通を制御し、時点ｔ_１では、配電サブシステム２から供給される直流電力だけで負荷Ｌ_１，ａ分を賄えるようにする。この直流電力だけで負荷Ｌ_１，ａ分を賄えるようになる時点ｔがｔ_１であり、この電力融通の状態は、実施の形態１における図３Ａに対応する。

【0085】

配電サブシステム２が直流電力にて負荷Ｌ_１，ａ分の電力を賄えるようになると、ＤＣ配線と比較して大電力での送電が可能であるため送電電流を抑制でき、送電損失を抑制し高効率な送電が可能であるＡＣ配線を利用した送電に切り替えていく。また、交流電力は、直流電力と比較して昇降圧が容易である。

【0086】

すなわち、時点ｔ_１＜ｔ≦ｔ_２においては、ＡＣ配線４を介する供給電力をｒｅｌｕ（Ｌ_１，ａ－Ｐ_{２，ｃａｐ}）とし、ＤＣ接続線１２を介する電力供給量をＰ_２，Ｄ（ｔ_１）＝Ｌ_１，ａ－ｒｅｌｕ（Ｌ_１，ａ－Ｐ_{２，ｃａｐ}）からＰ_２，Ｄ（ｔ_２）＝０へと減少させる（図８Ｂ）。これと同時並行して、配電サブシステム２からＡＣ－ＤＣ変換器２０６、ＡＣ配線４を介して配電サブシステム１に供給される電力量は、Ｐ_２，Ａ（ｔ_１）＝０からＰ_２，Ａ（ｔ_２）＝Ｌ_１，ａ－ｒｅｌｕ（Ｌ_１，ａ－Ｐ_{２，ｃａｐ}）と増加させながら(相差角を調整)し、かつ制約としてＰ_２，Ｄ（ｔ）＋Ｐ_２，Ａ（ｔ）＝Ｌ_１，ａ－ｒｅｌｕ（Ｌ_１，ａ－Ｐ_{２，ｃａｐ}）が成り立つように供給される。この制約は、配電サブシステム２から配電サブシステム１に供給される電力量、すなわちＤＣ接続線１２を介する電力量とＡＣ配線４を介する電力量の和が一定となることを示している。すなわち、コントローラ５０は、時点ｔ_２では、配電サブシステム２から供給される交流電力だけで負荷Ｌ_１，ａ分を賄えるようにする。この交流電力だけで負荷Ｌ_１，ａ分を賄えるようになる時点ｔがｔ_２であり、この電力供給経路を切り替えていく状態は、実施の形態１における図３Ｂ及び図３Ｃに対応する。

【0087】

配電サブシステム１が負荷Ｌ_１，ａ分の電力供給を必要としている間、すなわち図８Ｃに示すように時点ｔ_２＜ｔ≦ｔ_３の間は、配電サブシステム２からＡＣ配線４を介して配電サブシステム１に供給される電力量がＰ_２，Ａ（ｔ）＝Ｌ_１，ａ－ｒｅｌｕ（Ｌ_１，ａ－Ｐ_{２，ｃａｐ}）及びＰ_２，Ｄ（ｔ）＝０が維持されるように電力融通が制御される。なお、配電サブシステム１が負荷Ｌ_１，ａ分の電力供給を必要としなくなる時点ｔがｔ_３となる。

【0088】

そして、配電サブシステム１が負荷Ｌ_１，ａ分の電力供給を必要としなくなると（つまり、時点ｔ＝ｔ_３でＬ_１，ａ＝０）、配電サブシステム２からＡＣ配線４を介して配電サブシステム１に供給される電力量Ｐ_２，Ａ（ｔ）を０にするが、ＡＣ配線４を介して供給される電力が不安定化する可能性があるので、コントローラ５０は、不安定化、具体的には脱調の発生や電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように、Ｐ_２，Ａ（ｔ_３）＝Ｌ_１，ａ－ｒｅｌｕ（Ｌ_１，ａ－Ｐ_{２，ｃａｐ}）を適切な時点ｔ＝ｔ_４においてＰ_２，Ａ（ｔ_４）＝０となるよう電力制御する（図８Ｃ）。そして、配電サブシステム１では、時点ｔ_３＜ｔ≦ｔ_４の間に送られてくる電力を蓄電池１１８で吸収する（図８Ｄ）。図８では、蓄電池１１８に蓄電される電力量をハッチングで示している。この蓄電池１１８に蓄電させることで電力を調整する状態は、実施の形態１における図３Ｄに対応する。

【0089】

本実施の形態によれば、以上のようにして配電サブシステム２から配電サブシステム１に供給される電力量を制御するようにしたので安定かつ高効率な電力融通を行うことができる。

【0090】

なお、ｔ＝ｔ_３からｔ_４の間に送られてくる電力を蓄電池１１８の代わりに、ＤＣ接続線１２を介して配電サブシステム２に送り、蓄電池２１８に吸収させるようにしてもよい。あるいは、蓄電池１１８と蓄電池２１８に分配するようにしてもよい。

【0091】

続いて、配電サブシステム２における供給可能容量Ｐ_{２，ｃａｐ}が配電サブシステム１における見かけの負荷Ｌ_１，ａに満たない場合について図９を用いて説明する。

【0092】

まず、時点ｔ_０までの処理及び時点ｔ_０における処理は、図８を用いて説明した内容を同じなので説明を省略する。

【0093】

次に、時点ｔ_１＜ｔ≦ｔ_２における処理の内容も同じでよい。但し、この場合は、供給可能容量Ｐ_{２，ｃａｐ}＜見かけの負荷Ｌ_１，ａなので、コントローラ５０は、供給可能容量Ｐ_{２，ｃａｐ}の不足分、すなわちＬ_ｓ（ｔ）＝ｒｅｌｕ（Ｌ_１，ａ－Ｐ_{２，ｃａｐ}）分の電力量を、交流電力系統２から補うように電力制御する（図９Ａ）。

【0094】

また、これに続く時点ｔ_１＜ｔ≦ｔ_２時点ｔ_２＜ｔ≦ｔ_３、時点ｔ_３＜ｔ≦ｔ_４の間における処理の内容においても、図９Ａに示すように交流電力系統２がＬ_ｓ（ｔ）＝ｒｅｌｕ（Ｌ_１，ａ－Ｐ_{２，ｃａｐ}）を供給すること以外は図８を用いて説明した内容と基本的には同じなので、説明を省略する。

【0095】

但し、供給可能容量Ｐ_{２，ｃａｐ}の不足分、すなわちＬ_ｓ（ｔ）で示す電力供給は不要となるので時点ｔ_４で０に戻す。なお、Ｌ_ｓ（ｔ）＝０とするのは、時点ｔ_４まで待つことなく時点ｔ_３＜ｔ≦ｔ_４の間における蓄電池１１８に吸収させる電力量と相殺するようにしてもよい。

【0096】

以上の説明では、配電サブシステム２から配電サブシステム１に電力を供給する場合を例にして説明したが、上記説明における記号の識別番号ｋに設定する“１”と“２”を逆にすれば、逆方向への電力供給を示すことができる。

【0097】

前述したように、電力融通をする配電サブシステムｋが２つの場合について説明したが、以下では、３つ以上の場合について説明する。

【0098】

配電サブシステムがｋ個存在するとき、Ｋ＝｛１，２，・・・，ｋ｝という集合を定義する。そして、配電サブシステムｊ（ｊ∈Ｋ）において負荷Ｌ_ｊ，ａ＞０、配電サブシステムｉ（ｉ∈Ｋ、ｉ≠ｊ（ｉ∈Ｋ－｛ｊ｝とも記す））において供給可能容量Ｐ_{ｉ，ｃａｐ}であるときに配電サブシステムｊに対し，その他の１又は複数の配電サブシステムから電力を供給する際の分配比を考える。

【0099】

ここで、配電サブシステムｊと配電サブシステムｉとの間の抵抗をＲ_ｉｊとすると、配電サブシステムｊには、配電サブシステムｉ，ｊ間の抵抗（距離）が小さい配電サブシステムｉより電力を供給するのが合理的である。従って、配電サブシステムｉからの電力供給量とＰ_ｉ，ｊすると、

【数2】

と決定する。

【0100】

上記実施の形態１では、電力融通する際の電力の供給経路と供給量の遷移について説明したが、本実施の形態においては、供給する電力量を計算式にてより具体的に示すことにした。

【0101】

［本願発明の構成］
構成１：
交流電力系統に接続されるＡＣ配線と、
前記ＡＣ配線が入力側に接続される少なくとも２つのＡＣ－ＤＣ変換器と、
入力側に１つの前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に配電網を接続する第１のＤＣ－ＤＣ変換器と、
入力側に他の１つの前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に分散型電源を接続する第２のＤＣ－ＤＣ変換器と、
前記第１のＤＣ－ＤＣ変換器又は前記第２のＤＣ－ＤＣ変換器の出力側に接続される調整力システムと、
前記ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれの入力側を接続するＤＣ接続線と、
を有する送配電系統を備え、
前記配電網内で賄えないほどの急激な電力需要の変化が発生した場合、
発生時点においては、前記配電網が必要とする電力の全てを前記分散型電源から前記ＤＣ接続線を介して前記配電網に供給し、
発生後においては、前記ＡＣ配線から前記配電網に供給する交流電力を、前記交流電力系統において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように前記配電網が必要とする電力に達するまで増加させる、
ことを特徴とする配電システム。
構成２：
前記配電網が急激な電力需要に対応するための外部からの電力が不要となった場合、前記ＡＣ配線から前記配電網に供給される交流電力を、前記交流電力系統において脱調が発生、あるいは電力会社が設定した電力周波数範囲を逸脱しないように０になるまで減少させ、
前記ＡＣ配線から前記配電網に供給される電力を、前記配電網に供給することなく前記ＤＣ接続線を介して前記調整力システムに吸収させる、
ことを特徴とする構成１に記載の配電システム。
構成３：
前記第２のＤＣ－ＤＣ変換器の入力側に接続されている前記ＡＣ－ＤＣ変換器が前記ＡＣ配線に向けて出力する電力の位相角に応じて前記交流電力系統から前記配電網に供給する電力量を制御する制御手段を有することを特徴とする構成１又は構成２に記載の配電システム。
構成４：
交流電力系統に接続されるＡＣ配線と、
複数の配電サブシステムと、
前記複数の配電サブシステムそれぞれにおける電力供給制御を行う制御手段と、
を有する送配電系統を備え、
前記複数の配電サブシステムはそれぞれ、
前記ＡＣ配線が入力側に接続されるＡＣ－ＤＣ変換器と、
入力側に前記ＡＣ－ＤＣ変換器を、出力側に配電網、分散型電源及び蓄電システムを接続するＤＣ－ＤＣ変換器と、
前記配電サブシステムが備える前記ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれの入力側を接続するＤＣ接続線と、
当該配電サブシステムにおける電力状況を監視する監視手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記監視手段から当該配電サブシステムにおける電力の負荷及び供給可能電力量を取得して、前記配電サブシステム間での電力融通を制御する、
ことを特徴とする配電システム。
構成５：
前記制御手段は、当該配電サブシステムが有する当該分散型電源又は当該蓄電システムの少なくとも一方が出力可能な電力量を用いて算出された当該配電サブシステムにおける電力の負荷及び供給可能電力量を取得することを特徴とする構成４に記載の配電システム。
構成６：
前記制御手段は、当該配電サブシステムが有する当該配電網における負荷から当該分散型電源又は当該蓄電システムの少なくとも一方が出力可能な電力量を減算することで算出した当該配電サブシステムにおける見かけの負荷と、当該分散型電源又は当該蓄電システムの少なくとも一方が出力可能な電力量から当該配電網における負荷を減算することで算出した当該配電サブシステムにおける供給可能電力量を取得することを特徴とする構成４又は５に記載の配電システム。
構成７：
前記ＡＣ－ＤＣ変換器は、前記交流電力系統から３相６．６ｋＶ又は３相２．２ｋＶの交流電圧を入力することを特徴とする構成１から構成６のいずれか１つに記載の配電システム。

【符号の説明】

【0102】

２ 交流電力系統、４ ＡＣ配線、６ａ，６ｂ，１０６ ＡＣ－ＤＣ変換器、８ａ，８ｂ，１０８，１２２，１２４，２２２，２２４，３０８ ＤＣ－ＤＣ変換器、１０ａ，１０ｂ，１４ａ，１４ｂ，１０４，１１０，１１４ ＤＣ配線、１２ ＤＣ接続線、１６，１１６，２１６，３１６ 配電網、１８，１１８，２１８ 調整力システム、２０，１２０，２２０，３２０ 分散型電源、２２，５０ コントローラ、２４ 検出器、１００，２００ 配電サブシステム、１２６，２２６，３２６ 監視システム、３１８ 蓄電池。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】