特開 2024-5884 電力制御システム

(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】P2024005884

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】電力制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20240110BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 306K

H02J7/34 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022106317

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】520307713

【氏名又は名称】関西電力送配電株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001896

【氏名又は名称】弁理士法人朝日奈特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 和孝

(72)【発明者】

【氏名】湧谷 栄之

(72)【発明者】

【氏名】松浦 康雄

(72)【発明者】

【氏名】國保 友佑

(72)【発明者】

【氏名】舟木 剛

【テーマコード（参考）】

5G165

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G165DA01

5G165EA02

5G165EA03

5G165EA04

5G165EA10

5G165HA02

5G165HA03

5G165HA07

5G165HA09

5G165JA09

5G503AA06

5G503AA07

5G503BA02

5G503BB01

5G503DA04

5G503GB03

(57)【要約】

【課題】直流配電を低コストで導入可能であり、かつ、直流配電でのオフグリッド運用が容易な電力制御システムを提供することを目的の１つとする。
【解決手段】一実施形態に係る電力制御システムは、負荷機器Ｌと、充放電機器Ｂと、発電機器Ｇとのうちの少なくとも２つの機器と、少なくとも２つの機器の間を相互に接続して直流電力を伝送する配線Ｗとを備える。負荷機器Ｌは、負荷用変換器ＬＣを介して配線Ｗに接続され、負荷用変換器ＬＣは、配線Ｗの電圧が負荷用電圧範囲の範囲外にあるときに、負荷機器Ｌへの出力を抑制または停止するように制御する。充放電機器Ｂは、充放電用変換器ＢＣを介して配線Ｗに接続され、充放電用変換器ＢＣは、配線Ｗの電圧が充電用電圧範囲の範囲内にあるときに、充電電流または放電電流が所望の電流となるように制御する。発電機器Ｇは、発電用変換器ＧＣを介して配線Ｗに接続され、発電用変換器ＧＣは、配線Ｗの電圧が発電用電圧範囲の範囲外にあるときに、配線Ｗへの出力を抑制または停止するように制御する。
【選択図】図２Ｄ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力の需給を制御する電力制御システムであって、
前記電力制御システムは、
電力を消費する負荷機器と、
充放電可能である充放電機器と、
電力を生成する発電機器と
のうちの少なくとも２つの機器と、
前記少なくとも２つの機器の間を相互に接続して直流電力を伝送する配線と
を備え、
前記電力制御システムが前記負荷機器を備える場合、前記負荷機器は、負荷用変換器を介して前記配線に接続され、
前記負荷用変換器には、負荷用電圧範囲が設定され、
前記負荷用変換器は、前記配線の電圧を検知し、前記配線の電圧が前記負荷用電圧範囲の範囲外にあるときに、前記負荷機器に供給する電流を減少させるか、または前記負荷機器への出力を停止するように制御する制御機能を有し、
前記電力制御システムが前記充放電機器を備える場合、前記充放電機器は、充放電用変換器を介して前記配線に接続され、
前記充放電用変換器には、充電用電圧範囲および放電用電圧範囲を含む充放電用電圧範囲が設定され、
前記充放電用変換器は、前記配線の電圧を検知し、前記配線の電圧が前記充電用電圧範囲の範囲内にあるときに、前記配線の電圧の上昇と共に、充電電流を増加させ、前記配線の電圧が前記放電用電圧範囲の範囲内にあるときに、前記配線の電圧の降下と共に、放電電流を増加させるように制御する制御機能を有し、
前記電力制御システムが前記発電機器を備える場合、前記発電機器は、発電用変換器を介して前記配線に接続され、
前記発電用変換器には、発電用電圧範囲が設定され、
前記発電用変換器は、前記配線の電圧を検知し、前記配線の電圧が前記発電用電圧範囲の範囲外にあるときに、前記配線に供給する電流を減少させるか、または前記配線への出力を停止するように制御する制御機能を有する、
電力制御システム。

【請求項2】

前記電力制御システムは、少なくとも前記充放電機器を備え、
前記充放電用変換器は、前記充放電機器の定格容量が大きいほど、前記配線の電圧の上昇分に対する前記充電電流の増加分、または前記配線の電圧の降下分に対する前記放電電流の増加分を大きくする、
請求項１記載の電力制御システム。

【請求項3】

前記電力制御システムは、少なくとも前記充放電機器を備え、
前記充放電用変換器は、前記充電電流Ｉ_B ⁺が、下記式１を満たし、前記放電電流Ｉ_B ^-が、下記式２を満たすように、前記充放電機器の充放電を制御する、
請求項２記載の電力制御システム。

（式１および式２において、Ｖ_dcは、前記配線の電圧であり、Ｖ_B0は、前記充電用電圧範囲と前記放電用電圧範囲が切り替わる、前記配線の閾値電圧であり、ΔＶ_Bは、前記最大電圧と前記最小電圧の差分電圧であり、Ｑは、前記充放電機器の定格容量であり、０≦ｎ≦２である。
式１および式２において、前記充電電流Ｉ_B ⁺は正の電流として示され、前記放電電流Ｉ_B ^-は負の電流として示される。）

【請求項4】

前記電力制御システムは、少なくとも前記充放電機器を備え、
前記充放電用変換器は、前記充放電機器の充電率が大きいほど、前記充電用電圧範囲と前記放電用電圧範囲が切り替わる、前記配線の閾値電圧を大きくする、
請求項１～３のいずれか１項に記載の電力制御システム。

【請求項5】

前記電力制御システムは、少なくとも前記負荷機器を備え、
前記負荷用変換器は、前記配線の電圧が前記負荷用電圧範囲の範囲外にあるときに、前記負荷機器に供給する電流を直線的に減少させる、
請求項１～３のいずれか１項に記載の電力制御システム。

【請求項6】

前記電力制御システムは、少なくとも前記発電機器を備え、
前記発電用変換器は、前記配線の電圧が前記発電用電圧範囲の範囲外にあるときに、前記配線に供給する電流を直線的に減少させる、
請求項１～３のいずれか１項に記載の電力制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、再生可能エネルギーの普及が進んでおり、これに伴い、再生可能エネルギーとの親和性の高い直流配電が注目されている。直流配電において、直流電力系統と連系する需要家は、たとえば、電力を消費する負荷機器、再生可能エネルギーから電力を生成する発電機器、および発電機器が生成した電力や上位系統から供給される電力を充放電する充放電機器などの機器を有している。これらの機器は、配線に直接接続されず、ＤＣ－ＤＣコンバータやＤＣ－ＡＣインバータなどの変換器を介して、配線にそれぞれ接続されている（特許文献１および２参照）。

【0003】

一般的に、直流配電では、直流電力系統の電圧を維持するために、交流の系統電源や充放電機器を電圧源として設定している。需要家において、発電機器、充放電機器、および負荷機器に接続される変換器は、所定の商用電力（たとえば、１００Ｖの交流電力）が負荷機器に供給されるように、直流電力系統全体で集中制御されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１４６３１４号公報

【特許文献2】特表２０２１－５０９００２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のような集中制御方式では、直流配電の導入にあたって、変換器を集中制御するための通信網や制御システムを設ける必要がある。また、災害時などであっても直流電力系統の電圧を維持するために、大掛かりな電圧源を設ける必要がある。さらに、需要家や電気機器が増減する際に、その増減に応じて、通信網や制御システムを再構築する必要がある。そのため、直流配電の導入がコスト高となってしまう。

【0006】

また、上述のような集中制御方式では、需要家を直流電力系統から解列させて、オフグリッド運用する際に、制御システムを切り替える必要がある。また、オフグリッド運用に際しては、電圧源と各機器との位置関係に応じて電圧が異なるため、各機器の変換器において、制御システムを変更する必要がある。そのため、オフグリッド運用に手間が掛かってしまう。

【0007】

本発明は、直流配電を低コストで導入可能であり、かつ、直流配電でのオフグリッド運用が容易な電力制御システムを提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態に係る電力制御システムは、電力の需給を制御する電力制御システムであって、前記電力制御システムは、電力を消費する負荷機器と、充放電可能である充放電機器と、電力を生成する発電機器とのうちの少なくとも２つの機器と、前記少なくとも２つの機器の間を相互に接続して直流電力を伝送する配線とを備える。前記電力制御システムが前記負荷機器を備える場合、前記負荷機器は、負荷用変換器を介して前記配線に接続され、前記負荷用変換器には、負荷用電圧範囲が設定され、前記負荷用変換器は、前記配線の電圧を検知し、前記配線の電圧が前記負荷用電圧範囲の範囲外にあるときに、前記負荷機器に供給する電流を減少させるか、または前記負荷機器への出力を停止するように制御する制御機能を有する。前記電力制御システムが前記充放電機器を備える場合、前記充放電機器は、充放電用変換器を介して前記配線に接続され、前記充放電用変換器には、充電用電圧範囲および放電用電圧範囲を含む充放電用電圧範囲が設定され、前記充放電用変換器は、前記配線の電圧を検知し、前記配線の電圧が前記充電用電圧範囲の範囲内にあるときに、前記配線の電圧の上昇と共に、充電電流を増加させ、前記配線の電圧が前記放電用電圧範囲の範囲内にあるときに、前記配線の電圧の降下と共に、放電電流を増加させるように制御する制御機能を有する。前記電力制御システムが前記発電機器を備える場合、前記発電機器は、発電用変換器を介して前記配線に接続され、前記発電用変換器には、発電用電圧範囲が設定され、前記発電用変換器は、前記配線の電圧を検知し、前記配線の電圧が前記発電用電圧範囲の範囲外にあるときに、前記配線に供給する電流を減少させるか、または前記配線への出力を停止するように制御する制御機能を有する。

【0009】

前記電力制御システムは、少なくとも前記充放電機器を備える場合に、前記充放電用変換器は、前記充放電機器の定格容量が大きいほど、前記配線の電圧の上昇分に対する前記充電電流の増加分、または前記配線の電圧の降下分に対する前記放電電流の増加分を大きくしてもよい。

【0010】

前記電力制御システムは、少なくとも前記充放電機器を備える場合に、前記充放電用変換器は、前記充電電流Ｉ_B ⁺が、下記式１を満たし、前記放電電流Ｉ_B ^-が、下記式２を満たすように、前記充放電機器の充放電を制御してもよい。

（式１および式２において、Ｖ_dcは、前記配線の電圧であり、Ｖ_B0は、前記充電用電圧範囲と前記放電用電圧範囲が切り替わる、前記配線の閾値電圧であり、ΔＶ_Bは、前記最大電圧と前記最小電圧の差分電圧であり、Ｑは、前記充放電機器の定格容量であり、０≦ｎ≦２である。式１および式２において、前記充電電流Ｉ_B ⁺は正の電流として示され、前記放電電流Ｉ_B ^-は負の電流として示される。）

【0011】

前記電力制御システムは、少なくとも前記充放電機器を備える場合に、前記充放電用変換器は、前記充放電機器の充電率が大きいほど、前記充電用電圧範囲と前記放電用電圧範囲が切り替わる、前記配線の閾値電圧を大きくしてもよい。

【0012】

前記電力制御システムは、少なくとも前記負荷機器を備える場合に、前記負荷用変換器は、前記配線の電圧が前記負荷用電圧範囲の範囲外にあるときに、前記負荷機器に供給する電流を直線的に減少させてもよい。

【0013】

前記電力制御システムは、少なくとも前記発電機器を備える場合に、前記発電用変換器は、前記配線の電圧が前記発電用電圧範囲の範囲外にあるときに、前記配線に供給する電流を直線的に減少させてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一実施形態によれば、直流配電を低コストで導入可能であり、かつ、直流配電でのオフグリッド運用が容易な電力制御システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る電力制御システムの一例を概念的に示すブロック図である。

【図2A】本発明の一実施形態に係る電力制御システムの構成単位の一例（その１）を概念的に示すブロック図である。

【図2B】本発明の一実施形態に係る電力制御システムの構成単位の一例（その２）を概念的に示すブロック図である。

【図2C】本発明の一実施形態に係る電力制御システムの構成単位の一例（その３）を概念的に示すブロック図である。

【図2D】本発明の一実施形態に係る電力制御システムの構成単位の一例（その４）を概念的に示すブロック図である。

【図3A】本発明の一実施形態に係る電力制御システムの構成単位の一例（その５）を概念的に示すブロック図である。

【図3B】本発明の一実施形態に係る電力制御システムの構成単位の一例（その６）を概念的に示すブロック図である。

【図3C】本発明の一実施形態に係る電力制御システムの構成単位の一例（その７）を概念的に示すブロック図である。

【図3D】本発明の一実施形態に係る電力制御システムの構成単位の一例（その８）を概念的に示すブロック図である。

【図4A】本発明の一実施形態に係る電力制御システムに任意で含まれる構成単位の一例（その１）を概念的に示すブロック図である。

【図4B】本発明の一実施形態に係る電力制御システムに任意で含まれる構成単位の一例（その２）を概念的に示すブロック図である。

【図4C】本発明の一実施形態に係る電力制御システムに任意で含まれる構成単位の一例（その３）を概念的に示すブロック図である。

【図4D】本発明の一実施形態に係る電力制御システムに任意で含まれる構成単位の一例（その４）を概念的に示すブロック図である。

【図4E】本発明の一実施形態に係る電力制御システムに任意で含まれる構成単位の一例（その５）を概念的に示すブロック図である。

【図4F】本発明の一実施形態に係る電力制御システムに任意で含まれる構成単位の一例（その６）を概念的に示すブロック図である。

【図5A】負荷用変換器によって制御された負荷機器の負荷特性（電流電圧特性）の一例（その１）を示すグラフである。

【図5B】負荷用変換器によって制御された負荷機器の負荷特性（電力電圧特性）の一例（その１）を示すグラフである。

【図6A】負荷用変換器によって制御された負荷機器の負荷特性（電流電圧特性）の一例（その２）を示すグラフである。

【図6B】負荷用変換器によって制御された負荷機器の負荷特性（電力電圧特性）の一例（その２）を示すグラフである。

【図7A】充放電用変換器によって制御された充放電機器の充放電特性（電流電圧特性）の一例を示すグラフである。

【図7B】充放電用変換器によって制御された充放電機器の充放電特性（電流電圧特性）の参考例を示すグラフである。

【図8】充放電用変換器によって、充放電機器に応じて、配線の電圧の上昇分／降下分に対する充放電電流の増加分を変化させた様子を示すグラフである。

【図9】複数の充放電機器を含む電力制御システムにおいて、充放電用変換器によって制御された各充放電機器の充放電特性（電流電圧特性）の一例を示すグラフ（その１）であり、（ａ）は、定格容量の大きい充放電機器に対応し、（ｂ）は、定格容量の小さい充放電機器に対応する。

【図10】複数の充放電機器を含む電力制御システムにおいて、充放電用変換器によって制御された各充放電機器の充放電特性（電流電圧特性）の一例を示すグラフ（その２）であり、（ａ）は、定格容量の大きい充放電機器に対応し、（ｂ）は、定格容量の小さい充放電機器に対応する。

【図11】充放電用変換器によって、充放電を切り替える閾値電圧を変化させた様子を示すグラフである。

【図12A】発電用変換器によって制御された発電機器の発電特性（電流電圧特性）の一例（その１）を示すグラフである。

【図12B】発電用変換器によって制御された発電機器の発電特性（電力電圧特性）の一例（その１）を示すグラフである。

【図13A】発電用変換器によって制御された発電機器の発電特性（電流電圧特性）の一例（その２）を示すグラフである。

【図13B】発電用変換器によって制御された発電機器の発電特性（電力電圧特性）の一例（その２）を示すグラフである。

【図14】本発明の一実施形態に係る電力制御システムによる電力の需給の制御の具体例１を示すグラフ（その１）であり、（ａ）は、負荷機器の負荷特性（電流電圧特性）を示し、（ｂ）は、発電機器の発電特性（電流電圧特性）を示し、（ｃ）は、充放電機器の発電特性（電流電圧特性）を示している。

【図15】本発明の一実施形態に係る電力制御システムによる電力の需給の制御の具体例１を示すグラフ（その２）であり、（ａ）は、負荷機器の負荷特性（電流電圧特性）を示し、（ｂ）は、発電機器の発電特性（電流電圧特性）を示し、（ｃ）は、充放電機器の発電特性（電流電圧特性）を示している。

【図16】本発明の一実施形態に係る電力制御システムによる電力の需給の制御の具体例１を示すグラフ（その３）であり、（ａ）は、負荷機器の負荷特性（電流電圧特性）を示し、（ｂ）は、発電機器の発電特性（電流電圧特性）を示し、（ｃ）は、充放電機器の発電特性（電流電圧特性）を示している。

【図17】本発明の一実施形態の具体例２および具体例３に係る電力制御システムを概念的に示すブロック図である。

【図18】本発明の一実施形態に係る電力制御システムによる電力の需給の制御の具体例２を示すグラフであり、（ａ）は、ある時点の状態を示し、（ｂ）は、（ａ）の時点から所定の時間を経過した後の状態を示し、（ｃ）は、（ｂ）の時点から所定の時間を経過した後の状態を示している。

【図19】本発明の一実施形態に係る電力制御システムによる電力の需給の制御の具体例３を示すグラフであり、（ａ）は、ある時点の状態を示し、（ｂ）は、（ａ）の時点から所定の時間を経過した後の状態を示し、（ｃ）は、（ｂ）の時点から所定の時間を経過した後の状態を示している。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照して、本発明の電力制御システムを具体的な実施形態として説明する。なお、以下に示される実施形態は、あくまで例示であり、本発明の電力制御システムは、以下の実施形態に限定されるものではない。

【0017】

［本発明の一実施形態に係る電力制御システム］
図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御システムの一例を示している。図２Ａ～図２Ｄ、図３Ａ～図３Ｄ、および図４Ａ～図４Ｆは、電力システムの構成単位の例を示している。なお、図１において、二点鎖線で囲まれる構成単位Ｃ１～Ｃ４、ＣＳ１～ＣＳ６は、図２Ａ～図２Ｄおよび図４Ａ～図４Ｄに示される符号Ｃ１～Ｃ４、ＣＳ１～ＣＳ６の構成単位に対応する。

【0018】

図１に示される電力制御システム１は、直流電力の需給を制御する電力制御システムである。電力制御システム１の用途は、直流電力の需給を制御可能であれば、特に限定されることはない。たとえば、電力制御システム１は、所定の地域内に設けられる充放電機器や発電機器からの出力である直流電力を交流電力に変換せずに使用する電力系統（いわゆる直流グリッド）において、当該地域内の機器に対する直流電力の需給を制御する。しかし、本発明に係る電力制御システムは、その上位の電力系統として交流電力系統が存在し、当該交流電力系統からの交流電力を直流電力に変換し、所定の地域内において、変換した直流電力の需給を制御してもよい。また、本発明に係る電力制御システムは、その上位の電力系統として直流電力系統が存在し、当該直流電力系統から直流電力が供給され、所定の地域内において、供給された直流電力の需給を制御してもよい。図１の例において、電力制御システム１の構成単位Ｃ１～Ｃ４、ＣＳ１～ＣＳ６は、たとえば、１つの需要家や１つの建屋に対応しており、電力制御システム１は、複数の需要家や建屋のそれぞれが備える機器に対する直流電力の需給を制御している。しかし、電力制御システムは、１つの需要家や１つの建屋のみ（換言すれば、１つの構成単位のみ）を制御してもよい。図１に示される電力制御システム１において、構成単位Ｃ１～Ｃ４、ＣＳ１～ＣＳ６および開閉装置Ｓは、配線Ｗによって相互に接続されている。しかし、電力制御システムにおいて、構成単位は、開閉装置を介さずに、相互に接続されていてもよい。なお、本明細書において、「相互」は、２つの物（ＡおよびＢ）の間の関係のみならず、３つ以上の物（Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・）の間の関係についても指すものとする。たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣが相互に接続されている」は、「ＡおよびＢが相互に接続されている」、かつ、「ＢおよびＣが相互に接続されている」、かつ、「ＡおよびＣが相互に接続されている」を指すものとする。

【0019】

電力制御システム１は、図１（符号Ｃ１～Ｃ４に対応する図２Ａ～図２Ｄも参照）に示されるように、構成単位として、電力を消費する負荷機器Ｌと、充放電可能である充放電機器Ｂと、電力を生成する発電機器Ｇとのうちの少なくとも２つの機器と、少なくとも２つの機器の間を相互に接続して直流電力を伝送する配線Ｗと備えている。負荷機器Ｌは、負荷用変換器ＬＣを介して配線Ｗに接続されており、充放電機器Ｂは、充放電用変換器ＢＣを介して配線Ｗに接続されており、発電機器Ｇは、発電用変換器ＧＣを介して配線Ｗに接続されている。負荷用変換器ＬＣ、充放電用変換器ＢＣ、および発電用変換器ＧＣはそれぞれ、独立して、配線Ｗから負荷機器Ｌへの出力、充放電機器Ｂの充放電、および発電機器Ｇから配線Ｗへの出力を制御する。図２Ａの例では、構成単位Ｃ１は、負荷機器Ｌと、充放電機器Ｂと、負荷機器Ｌに接続される負荷用変換器ＬＣと、充放電機器Ｂに接続される充放電用変換器ＢＣと、負荷用変換器ＬＣおよび充放電用変換器ＢＣを介して、負荷機器Ｌと充放電機器Ｂとを相互に接続する配線Ｗとを備えている。図２Ｂの例では、構成単位Ｃ２は、負荷機器Ｌと、発電機器Ｇと、負荷機器Ｌと接続される負荷用変換器ＬＣと、発電機器Ｇと接続される発電用変換器ＧＣと、負荷用変換器ＬＣおよび発電用変換器ＧＣを介して、負荷機器Ｌと発電機器Ｇとの間を相互に接続する配線Ｗとを備えている。図２Ｃの例では、構成単位Ｃ３は、充放電機器Ｂと、発電機器Ｇと、充放電機器Ｂと接続される充放電用変換器ＢＣと、発電機器Ｇと接続される発電用変換器ＧＣと、充放電用変換器ＢＣおよび発電用変換器ＧＣを介して、充放電機器Ｂと発電機器Ｇとの間を相互に接続する配線Ｗとを備えている。図２Ｄの例では、構成単位Ｃ４は、負荷機器Ｌと、充放電機器Ｂと、発電機器Ｇと、負荷機器Ｌと接続される負荷用変換器ＬＣと、充放電機器Ｂと接続される充放電用変換器ＢＣと、発電機器Ｇと接続される発電用変換器ＧＣと、負荷用変換器ＬＣ、充放電用変換器ＢＣ、および発電用変換器ＧＣを介して、負荷機器Ｌ、充放電機器Ｂ、および発電機器Ｇの間を相互に接続する配線Ｗとを備えている。

【0020】

電力制御システム１は、図１（符号Ｃ５～Ｃ８に対応する図３Ａ～図３Ｄも参照）に示されるように、構成単位として、負荷機器Ｌ、充放電機器Ｂ、および発電機器Ｇ以外に、機器間を接続する回路を開閉する開閉装置Ｓなどの、その他の機器をさらに備えていてもよい。図３Ａの例では、構成単位Ｃ５は、図２Ａの構成に加えて、開閉装置Ｓを備え、負荷機器Ｌ、充放電機器Ｂ、および開閉装置Ｓは、配線Ｗで相互に接続されている。図３Ｂの例では、構成単位Ｃ６は、図２Ｂの構成に加えて、開閉装置Ｓを備え、負荷機器Ｌ、発電機器Ｇ、および開閉装置Ｓは、配線Ｗで相互に接続されている。図３Ｃの例では、構成単位Ｃ７は、図２Ｃの構成に加えて、開閉装置Ｓを備え、充放電機器Ｂ、発電機器Ｇ、および開閉装置Ｓは、配線Ｗで相互に接続されている。図３Ｄの例では、構成単位Ｃ８は、図２Ｄの構成に加えて、開閉装置Ｓを備え、充放電機器Ｂ、発電機器Ｇ、負荷機器Ｌ、および開閉装置Ｓは、配線Ｗで相互に接続されている。

【0021】

なお、図２Ａ～図２Ｄおよび図３Ａ～図３Ｄに示される電力制御システム１の構成単位Ｃ１～Ｃ８は、あくまで例示であり、電力制御システム１の構成は、負荷機器Ｌ、充放電機器Ｂ、および発電機器Ｇのうちの少なくとも２つの機器を含む構成単位を備えていれば、特に限定されることはない。特に図示しないが、電力制御システムの構成単位は、たとえば、負荷機器、充放電機器、および発電機器のうちの１つ以上の機器を複数備えていてもよい。

【0022】

電力制御システム１は、図１（符号ＣＳ１～ＣＳ４に対応する図４Ａ～図４Ｄも参照）に示されるように、複数の構成単位を備える場合、負荷機器Ｌ、充放電機器Ｂ、および発電機器Ｇのうちの少なくとも２つの機器を含む構成単位（図１では、構成単位Ｃ１～Ｃ４）以外の構成単位（図１では、構成単位ＣＳ１～ＣＳ４）を備えていてもよい。そのような任意の構成単位として、図４Ａ～図４Ｆに示されるように、負荷機器Ｌ、充放電機器Ｂ、および発電機器Ｇのうちの１種類の機器のみを１つ以上含む構成単位（図４Ａ～図４Ｃでは、１種類の機器のみを２つ含む構成単位ＣＳ１～ＣＳ３が示されており、図４Ｄ～図４Ｆでは、１種類の機器のみを３つ含む構成単位ＣＳ４～ＣＳ６が示されている）が例示される。なお、図４Ａ～図４Ｆでは、電力制御システム１に任意で含まれる構成単位ＣＳ１～ＣＳ６は、負荷機器Ｌ、充放電機器Ｂ、および発電機器Ｇのうちの１種類の機器のみを２つ以上含んでいるが、任意の構成単位は、１種類の機器のみを１つのみ含んでいてもよい。なお、任意の構成単位ＣＳ１～ＣＳ６において、負荷用変換器ＬＣ、充放電用変換器ＢＣ、および発電用変換器ＧＣは、必ずしも設けられなくてもよい。また、任意の構成単位ＣＳ１～ＣＳ６は、図３Ａ～図３Ｄに示される構成単位Ｃ５～Ｃ８と同様に、開閉装置Ｓなどの、その他の機器をさらに備えていてもよい。

【0023】

以下では、図１に示される電力制御システム１の構成単位Ｃ１～Ｃ４、ＣＳ１～ＣＳ６に含まれる機器について説明する（構成単位Ｃ１～Ｃ４、ＣＳ１～ＣＳ６に対応する図２Ａ～図２Ｄ、図４Ａ～図４Ｄも参照）。

【0024】

負荷機器Ｌは、電力を消費するものであれば、特に限定されることはない。負荷機器Ｌとして、たとえば、エアコンディショナー、冷蔵庫、照明機器、パーソナルコンピュータ、ディスプレイなどの家庭用電気機器、オートロック、防犯カメラなどのセキュリティ装置などが例示される。負荷機器Ｌは、交流電力で動作する交流負荷機器であっても、直流電力で動作する直流負荷機器であってもよい。また、負荷機器Ｌは、一定の電圧で電力を消費する定電圧負荷機器であってもよく、一定の電流で電力を消費する定電流負荷機器であってもよく、一定の電力を消費する定電力負荷機器であってもよい。

【0025】

負荷用変換器ＬＣは、配線Ｗから供給される直流電力を負荷機器Ｌに供給する交流電力または直流電力に変換する。負荷用変換器ＬＣは、配線Ｗから供給される直流電力を所望の交流電力または直流電力に変換可能であれば、特に限定されることはない。負荷用変換器ＬＣが配線Ｗからの直流電力を所望の交流電力に変換する場合、負荷用変換器ＬＣとして、任意のＤＣ－ＡＣインバータを採用することができる。負荷用変換器ＬＣが配線Ｗからの直流電力を所望の直流電力に変換する場合、負荷用変換器ＬＣとして、任意のＤＣ－ＤＣコンバータを採用することができる。なお、ここに言う、「ＤＣ－ＡＣインバータ」は、配線Ｗからの直流電力を最終的に所望の交流電力に変換することができればよく、「ＤＣ－ＤＣコンバータ」は、配線Ｗからの直流電力を最終的に所望の直流電力に変換することができればよい。たとえば、「ＤＣ－ＤＣコンバータ」の場合、配線Ｗからの直流電力を一度、交流電力に変換し、変換した交流電力を再度、直流電力に変換するものであってもよい。本実施形態では、負荷用変換器ＬＣは、配線Ｗからの直流電力を所定の定電圧の交流電力または直流電力に変換して負荷機器Ｌに供給する。たとえば、負荷用変換器ＬＣは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read-Only Memory）とを備えている。本実施形態では、負荷用変換器ＬＣのＲＯＭは、本実施形態に係る電力制御システム用の負荷用制御プログラムを格納している。そして、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている負荷用制御プログラムを実行することで、負荷用変換器ＬＣが、後述する制御機能を有するように構成されている。

【0026】

負荷用変換器ＬＣには、負荷用電圧範囲Ｖ_Lが設定されている（図５Ａおよび図５Ｂなど参照）。負荷用電圧範囲Ｖ_Lは、たとえば、負荷機器Ｌの正常運転時の電力消費に応じた電圧範囲に設定されている。負荷用変換器ＬＣは、配線Ｗの電圧を検知する検知機能と、上述の負荷用制御プログラムを実行することで、負荷機器Ｌへの出力を制御する制御機能とを有している。なお、本明細書において、負荷用変換器ＬＣによって制御された負荷機器Ｌの電気特性を単に「負荷特性」と称することもある。

【0027】

図５Ａおよび図５Ｂは、負荷用変換器ＬＣによる負荷機器Ｌに対する電力制御の一例を示している。図５Ａにおいて、縦軸は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを示しており、横軸は、負荷機器Ｌに供給する電流Ｉ_Lを示している。また、図５Ｂにおいて、縦軸は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを示しており、横軸は、負荷機器Ｌの消費電力Ｐ_Lを示している。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、負荷機器Ｌは、正常運転時に、定電力で電力を消費する定電力負荷機器であることを想定している。

【0028】

配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲内にあるときには、負荷用変換器ＬＣは、負荷機器Ｌが要求する電力を出力する。換言すれば、負荷用変換器ＬＣは、負荷機器Ｌへの出力制御を行わない。この場合、負荷機器Ｌに供給する電流Ｉ_Lは、以下の式で表される。
Ｉ_L＝Ｐ_L／Ｖ_dc
図５Ａおよび図５Ｂの例では、負荷機器Ｌが定電力負荷機器であるため、図５Ｂに示されるように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲内にあるときには、負荷機器Ｌの消費電力Ｐ_Lは一定となる。

【0029】

配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲から逸脱したときには、負荷用変換器ＬＣは、負荷機器Ｌへの出力を上述の制御機能によって制御する。負荷用変換器ＬＣによる負荷機器Ｌへの出力制御は、負荷機器Ｌの消費電力Ｐ_Lを低下させる制御であれば、特に限定されることはない。図５Ａおよび図５Ｂの例では、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lを上回ったときに、負荷用変換器ＬＣは、負荷機器Ｌへの出力を停止するように制御している（特に、図５Ｂ参照）。この場合、負荷機器Ｌへの出力停止によって、過電圧による負荷機器Ｌへの負荷が排除されるので、負荷機器Ｌの故障が抑制される。しかし、配線の電圧が負荷用電圧範囲を上回ったときに、負荷用変換器は、負荷機器への出力を直ちに停止するのではなく、負荷機器に供給する電流を徐々に減少させるように、負荷機器への出力を制御してもよい。この場合にも、負荷機器への出力抑制によって、過電圧による負荷機器への負荷が低減されるので、負荷機器の過電圧による故障が抑制される。また、図５Ａおよび図５Ｂの例では、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lを下回ったときに、負荷用変換器ＬＣは、負荷機器Ｌに供給する電流Ｉ_Lを減少させるように、負荷機器Ｌへの出力を制御している（特に、図５Ａ参照）。この場合、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lを下回ったときに、負荷用変換器ＬＣからの出力が抑制された状態で、負荷機器Ｌを動作させつつ、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲内に回復させることができる。より具体的には、図５Ａおよび図５Ｂの例では、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lを下回ったときに、負荷用変換器ＬＣは、負荷機器Ｌに供給する電流Ｉ_Lを直線的に減少させるように、負荷機器Ｌへの出力を制御している（特に、図５Ａ参照）。この場合、負荷機器Ｌに供給する電流Ｉ_Lは、以下の式で表される。
Ｉ_L＝αＶ_dc＋β （α、β：定数）
また、この場合、負荷機器Ｌの消費電力Ｐ_Lは、以下の式で表され、図５Ｂのグラフにおいて、二次関数を示す。
Ｐ_L＝Ｖ_dcＩ_L＝αＶ_dc ²＋βＶ_dc
しかし、負荷用変換器は、一次関数以外の任意の関数に基づいて、負荷機器に供給する電流を減少させるように、負荷機器Ｌへの出力を制御してもよい。また、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、負荷用変換器ＬＣは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lを下回ったときに、負荷機器Ｌへの出力を停止するように制御してもよい。この場合、負荷機器Ｌへの出力の停止によって、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲内に早期に回復させることができる。

【0030】

なお、負荷用変換器ＬＣの制御特性は、接続される負荷機器Ｌの種類などに応じて、変更されてもよい。たとえば、意図せずに動作停止となったときに、支障が大きい負荷機器Ｌ（たとえば、照明機器など。以下では、このような負荷機器は「高重要度の負荷機器」と称される）に接続されている負荷用変換器ＬＣの制御特性と、支障が小さい負荷機器Ｌ（たとえば、空調機器など。以下では、このような負荷機器は「低重要度の負荷機器」と称される）に接続されている負荷用変換器ＬＣの制御特性とは、好適には、互いに異なっている。たとえば、高重要度の負荷機器Ｌに対する制御特性は、図５Ａおよび図５Ｂに示されるように設定され、低重要度の負荷機器Ｌに対する制御特性は、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように設定される。これにより、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lを下回った場合に、負荷用変換器ＬＣからの出力が抑制された状態で、高重要度の負荷機器Ｌを動作させつつ、低重要度の負荷機器Ｌへの出力を停止させて、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲内に早期に回復させる。このようにすれば、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの低下に伴う支障を最小限に抑制することができる。負荷機器Ｌへの出力抑制時の動作は、たとえば、負荷機器Ｌが照明機器である場合、照明機器の調光によって実現可能であり、負荷機器Ｌが空調機器である場合、圧縮機の出力調整によって実現可能である。

【0031】

充放電機器Ｂは、配線Ｗからの電力を充電可能であり、かつ、配線Ｗに電力を放電可能に構成されている。充放電機器Ｂは、充放電可能であれば、特に限定されることはない。充放電機器Ｂとして、たとえば、リチウムイオン蓄電池などを含む定置式蓄電池、および電気自動車などの移動式蓄電池が例示される。以下では、特に断らない限り、充電は正、放電は負として示される。

【0032】

充放電用変換器ＢＣは、配線Ｗの直流電力を充放電機器Ｂへの充電電力Ｐ_G ⁺に変換し、充放電機器Ｂからの放電電力Ｐ_G ^-を配線Ｗに供給する直流電力に変換する（本明細書において、充電電力Ｐ_G ⁺および放電電力Ｐ_G ^-を併せて充放電電力Ｐ_Gと称することもある）。充放電用変換器ＢＣとして、任意のＤＣ－ＤＣコンバータを採用することができる。なお、ここに言う「ＤＣ－ＤＣコンバータ」は、配線Ｗまたは充放電機器Ｂからの直流電力を最終的に所望の直流電力に変換することができればよく、たとえば、配線Ｗまたは充放電機器Ｂからの直流電力を一度、交流電力に変換し、変換した交流電力を再度、直流電力に変換するものであってもよい。本実施形態では、充放電用変換器ＢＣは、配線Ｗからの直流電力を所定の定電圧の直流電力に変換して充放電機器Ｂに供給し、充放電機器Ｂからの直流電力を所定の定電圧の直流電力に変換して配線Ｗに供給する。たとえば、充放電用変換器ＢＣは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read-Only Memory）とを備えている。本実施形態では、充放電用変換器ＢＣのＲＯＭは、本実施形態に係る電力制御システム用の充放電用制御プログラムを格納している。そして、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている充放電用制御プログラムを実行することで、充放電用変換器ＢＣが、後述する制御機能を有するように構成されている。

【0033】

充放電用変換器ＢＣには、充放電用電圧範囲Ｖ_B（充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺および放電用電圧範囲Ｖ_B ^-）が設定されている（図７Ａなど参照）。充放電用電圧範囲Ｖ_Bは、たとえば、充放電機器Ｂの正常運転時の充放電に応じた電圧範囲に設定されている。充放電用変換器ＢＣは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを検知する検知機能と、上述の充電用制御プログラムを実行することで、充放電機器Ｂの充放電を制御する制御機能とを有している。なお、本明細書において、充放電用変換器ＢＣによって制御された充放電機器Ｂの電気特性を単に「充放電特性」と称することもある。

【0034】

図７Ａは、充放電用変換器ＢＣによる充放電機器Ｂに対する電力制御の一例を示しており、図７Ｂは、その参考例を示している。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、縦軸は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを示しており、横軸は、充放電機器Ｂから放電される電流Ｉ_B ^-（放電電流。図７Ａおよび図７Ｂの左側の領域に対応）、または充放電機器Ｂに充電される電流Ｉ_B ⁺（充電電流。図７Ａおよび図７Ｂの右側の領域に対応）を示している（本明細書において、放電電流Ｉ_B ^-および充電電流Ｉ_B ⁺を併せて充放電電流Ｉ_Bと称することもある）。

【0035】

たとえば、図１（図１中の符号Ｃ１～Ｃ４、ＣＳ１～ＣＳ６に対応する図２Ａ～図２Ｄおよび図４Ａ～図４Ｄも参照）に示される電力制御システム１のように、電力制御システム１が充放電機器Ｂを複数備え、充放電用変換器ＢＣが図７Ｂに示される電力制御を行う場合を考える。この場合、充放電機器Ｂの充放電のための配線Ｗの電圧値は、一定である。そのため、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが変動する場合、複数の充放電機器Ｂのうち、充放電のための配線Ｗの電圧値が配線Ｗの電圧Ｖ_dcに近い値に設定された充放電機器Ｂに、充放電が集中する。したがって、充放電用変換器ＢＣによって、複数の充放電機器Ｂの間で、充放電機器Ｂの充放電を自律的に分担することができなくなる。これに対して、本実施形態では、図７Ａに示されるように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺の範囲内にあるときに、充放電用変換器ＢＣは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの上昇と共に、充電電流Ｉ_B ⁺を増加させ、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが放電用電圧範囲Ｖ_B ^-の範囲内にあるときに、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下と共に、放電電流Ｉ_B ^-を増加させる。このように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcに応じて充放電を切り替えて、充電電流Ｉ_B ⁺および放電電流Ｉ_B ^-を変化させるように、充放電用変換器ＢＣが充放電機器Ｂの充放電を制御すれば、特定の充放電機器Ｂに充放電が集中することが抑制される。これにより、充放電用変換器ＢＣによって充放電機器Ｂの充放電を自律的に分担させることができる。

【0036】

充放電用変換器ＢＣによる充放電機器Ｂの充放電の制御は、充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺の範囲内において、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの上昇と共に充電電流Ｉ_B ⁺を増加させ、放電用電圧範囲Ｖ_B ^-の範囲内において、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下と共に、放電電流Ｉ_B ^-を増加させれば、特に限定されることはない。図７Ａの例では、充放電用変換器ＢＣは、充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺の範囲内において、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの上昇と共に充電電流Ｉ_B ⁺を直線的に増加させ、放電用電圧範囲Ｖ_B ^-の範囲内において、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下と共に、放電電流Ｉ_B ^-を直線的に増加させるように、充放電機器Ｂの充放電を制御している。しかし、充放電用変換器は、充電用電圧範囲の範囲内において、一次関数以外の任意の関数に基づいて、配線の電圧の上昇と共に、充電電流を増加させてもよく、放電用電圧範囲の範囲内において、一次関数以外の任意の関数に基づいて、配線の電圧の降下と共に、放電電流を増加させてもよい。

【0037】

充放電用変換器ＢＣは、図８に示されるように、充放電機器Ｂの充電率（State of Charge：ＳＯＣ）や定格容量Ｑに応じて、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの上昇分に対する充電電流Ｉ_B ⁺の増加分、または配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下分に対する放電電流Ｉ_B ^-の増加分を変化させてもよい。たとえば、図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるように、充放電用変換器ＢＣは、充放電機器Ｂの定格容量Ｑが大きいほど、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの上昇分に対する充電電流Ｉ_B ⁺の増加分、または配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下分に対する放電電流Ｉ_B ^-の増加分を大きくする。この場合、定格容量Ｑの大きい充放電機器Ｂ（図９（ａ）参照）では、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの変化に対して、充放電電流Ｉ_Bの変化を大きくし、定格容量Ｑの小さい充放電機器Ｂ（図９（ｂ）参照）では、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの変化に対して、充放電電流Ｉ_Bの変化を小さくする。これにより、定格容量Ｑの小さい充放電機器Ｂに対する充放電の負荷が低減される。たとえば、充放電電力Ｐ_Gを配線Ｗの電圧Ｖ_dcに対してｎ乗で増加させるように、充放電用変換器ＢＣが充放電機器Ｂの充放電電流Ｉ_Bを制御すれば、充放電機器Ｂへの負荷がより低減される。
この場合、充電電力Ｐ_B ⁺は、

放電電力Ｐ_B ^-は、

と表すことができる。なお、充電電力Ｐ_B ⁺および放電電力Ｐ_B ^-を表す式において、ｋは、比例定数である。
このとき、充電電流Ｉ_B ⁺は、

放電電流Ｉ_B ^-は、

と表すことができる。
上記式中の比例乗数ｋを求めるために、以下のように、充電電流Ｉ_B ⁺が０となる配線Ｗの電圧Ｖ_dcであるＶ_B0（充電用電圧範囲Ｖ_G ⁺と放電用電圧範囲Ｖ_G ^-が切り替わる配線Ｗの電圧Ｖ_dc（充放電機器Ｂの充放電が切り替わる配線Ｗの電圧Ｖ_dcであり、以下では、「閾値電圧」称される）を仮定する。

ここで、Ｖ_BHは、充放電用電圧範囲Ｖ_B（充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺）の最大電圧であり、Ｖ_BLは、充放電電用電圧範囲Ｖ_B（放電用電圧範囲Ｖ_B ^-）の最小電圧である。
充放電機器Ｂの定格容量Ｑは、充放電機器Ｂの充放電時の最大電圧（充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺の最大電圧）Ｖ_BHから、以下のように表すことができる。

ここで、ΔＶ_Bは、充放電用電圧範囲Ｖ_Bの最大電圧Ｖ_BHと最小電圧Ｖ_BLとの差分電圧である。この定格容量Ｑを表す上記式から、比例定数ｋ（＝ｋ'２ⁿ）は、以下のように求められる。

求められた比例定数ｋを充電電流Ｉ_B ⁺および放電電流Ｉ_B ^-を表す上記式にそれぞれ代入すると、
充電電流Ｉ_B ⁺は、

放電電流Ｉ_B ^-は、

と表すことができる。
たとえば、ｎは、０≦ｎ≦２となるように設定され、ｎ≧１の場合、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下による充放電機器Ｂへの負荷が減少するので、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下を抑制することができる。特に、ｎ＝１の場合、充放電機器Ｂの充電容量Ｑに応じて、各充放電機器Ｂに充放電電流Ｉ_Bを効果的に分担させることができる。

【0038】

電力制御システム１が複数の充放電機器Ｂを含む場合に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示されるように、各充放電機器Ｂに接続される充放電用変換器ＢＣのうち、一部の充放電用変換器ＢＣ（図１０（ｂ）参照）は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが充放電用電圧範囲Ｖ_Bの上限電圧（充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺の上限値）を上回ったときに、充電電流Ｉ_B ⁺が一定となるように、充放電機器Ｂの充電を制御してもよい。また、各充放電機器Ｂに接続される充放電用変換器ＢＣのうち、一部の充放電用変換器ＢＣ（図１０（ｂ）参照）は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが充放電用電圧範囲Ｖ_Bの下限電圧（放電用電圧範囲Ｖ_B ^-の下限値）を下回ったときに、放電電流Ｉ_B ^-が一定となるように、充放電機器Ｂの放電を制御してもよい。この場合、特定の充放電機器Ｂ（特に、定格容量Ｑの小さい充放電機器Ｂ）への過剰な充電電流Ｉ_B ⁺や、特定の充放電機器Ｂからの過剰な放電電流Ｉ_B ^-を抑制することができる。本実施形態では、上述のように、配線Ｗから充放電機器Ｂへの充電および充放電機器Ｂから配線Ｗへの放電は、充放電用変換器ＢＣによって定電圧でなされる。そのため、図１０（ｂ）に示される制御を行う場合、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが充放電用電圧範囲Ｖ_Bの上限電圧を上回ったときには、定電圧定電流での充電によって、充電電力は一定となり、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが充放電用電圧範囲Ｖ_Bの下限電圧を下回ったときには、定電圧定電流での放電によって、放電電力は一定となる。

【0039】

充放電を切り替える閾値電圧Ｖ_B0（充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺と放電用電圧範囲Ｖ_B ^-が切り替わる配線Ｗの電圧）は、充放電機器Ｂの充電率ＳＯＣ（電力制御システム１が複数の充放電機器Ｂを含む場合、複数の充放電機器Ｂの平均の充電率ＳＯＣ）を制御するために、負荷機器Ｌの負荷特性および発電機器Ｇの発電特性に応じて、変更されてもよい。電力制御システム１が複数の充放電機器Ｂを含む場合、充放電機器Ｂに接続される充放電用変換器ＢＣはそれぞれ、閾値電圧Ｖ_B0が互いに同じ電圧となるように、充放電機器Ｂの充放電を制御することが好ましい。この場合、意図せずに、ある充放電機器Ｂから放電された放電電流Ｉ_B ^-が別の充放電機器Ｂへの充電電流Ｉ_B ⁺となることが抑制されるので、不要な充放電の繰り返しによる電力損失も抑制される。なお、充放電用変換器ＢＣは、図１１に示されるように、各充放電機器Ｂの充電率ＳＯＣに応じて、閾値電圧Ｖ_B0を変化させてもよい。たとえば、充放電機器Ｂの充電率ＳＯＣが所定値を上回ったときに、充放電用変換器ＢＣは、閾値電圧Ｖ_B0がより高くなるように、充放電機器Ｂの充放電特性を変更してもよい（図１１の例では、充放電特性を全体的に高電圧側にシフトさせている）。また、充放電機器Ｂの充電率ＳＯＣが所定値を下回ったときに、充放電用変換器ＢＣは、閾値電圧Ｖ_B0がより低くなるように、充放電機器Ｂの充放電特性を変更してもよい（図１１の例では、充放電特性を全体的に低電圧側にシフトさせている）。この場合、充電率ＳＯＣが高い充放電機器Ｂは、過充電を抑制するように、放電しやすくなり、充電率ＳＯＣが低い充放電機器Ｂは、過放電を抑制するように、充電しやすくなる。電力制御システム１が複数の充放電機器Ｂを含む場合には、充放電機器Ｂに接続される充放電用変換器ＢＣはそれぞれ、上述のように、閾値電圧Ｖ_B0が互いに同じ電圧となるように、各充放電機器Ｂの充放電特性を同時に変更することが好ましい。

【0040】

発電機器Ｇは、自然界から供給される再生可能エネルギーを電力に変換するように構成されている。発電機器Ｇは、再生可能エネルギーを電力に変換可能であれば、特に限定されることはない。発電機器Ｇとして、たとえば、風車およびタービンなどから構成される風力発電機器や、太陽光パネルなどから構成される太陽光発電機器、熱交換器およびタービンなどから構成される地熱発電機器が例示される。

【0041】

発電用変換器ＧＣは、発電機器Ｇによって生成される出力電力を配線Ｗに供給する直流電力に変換する。発電用変換器ＧＣとして、任意のＤＣ－ＤＣコンバータを採用することができる。なお、ここに言う「ＤＣ－ＤＣコンバータ」は、発電機器Ｇの出力電力を最終的に所望の直流電力に変換することができればよく、たとえば、発電機器Ｇの出力電力を一度、交流電力に変換し、変換した交流電力を再度、直流電力に変換するものであってもよい。具体的には、発電用変換器ＧＣは、発電機器Ｇの出力電力を所定の定電圧の直流電力に変換して配線Ｗに供給する。たとえば、発電用変換器ＧＣは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read-Only Memory）とを備えている。本実施形態では、発電用変換器ＧＣのＲＯＭは、本実施形態に係る電力制御システム用の発電用制御プログラムを格納している。そして、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている発電用制御プログラムを実行することで、発電用変換器ＧＣが、後述する制御機能を有するように構成されている。

【0042】

発電用変換器ＧＣには、発電用電圧範囲Ｖ_Gが設定されている（図１２Ａおよび図１２Ｂなど参照）。発電用電圧範囲Ｖ_Gは、たとえば、発電機器Ｇの正常運転時の出力に応じた電圧範囲に設定されている。発電用変換器ＧＣは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを検知する検知機能と、上述の発電用制御プログラムを実行することで、配線Ｗへの出力を制御する制御機能とを有している。なお、本明細書において、発電用変換器ＧＣによって制御された発電機器Ｇの電気特性を単に「充放電特性」と称することもある。

【0043】

図１２Ａおよび図１２Ｂは、本実施形態における発電用変換器ＧＣによる発電機器Ｇに対する電力制御の一例を示している。図１２Ａにおいて、縦軸は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを示しており、横軸は、発電機器Ｇから配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gを示している。また、図１２Ｂにおいて、縦軸は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを示しており、横軸は、発電機器Ｇから配線Ｗへの出力電力Ｐ_Gを示している。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、発電機器Ｇは、たとえば発電用変換器ＧＣが有する最大電力点追従制御（Maximum power point tracking：ＭＰＰＴ）機能によって、正常運転時に、発電用変換器ＧＣを介して配線Ｗに定電力で出力することを想定している。

【0044】

配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gの範囲内にあるときには、発電用変換器ＧＣは、定電力の出力電力Ｐ_Gを出力する。すなわち、配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gは、以下の式で表される。
Ｉ_G＝Ｐ_G／Ｖ_dc
図１２Ａおよび図１２Ｂの例では、発電機器Ｇが発電用変換器ＧＣを介して配線Ｗに定電力で出力するため、図１２Ｂに示されるように、発電機器Ｇの出力電力Ｐ_Gは一定となる。

【0045】

配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gの範囲から逸脱したときには、発電用変換器ＧＣは、配線Ｗへの出力を上述の制御機能によって制御する。発電用変換器ＧＣによる配線Ｗへの出力制御は、配線Ｗへの出力電力Ｐ_Gを低下させる制御であれば、特に限定されることはない。配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gを下回ったときには、電力制御システム１（図１参照）内の機器や配線Ｗなどに何らかの不具合が生じていることが考えられる。このような場合に、発電機器Ｇからの出力を継続していると、配線Ｗに電流が流れ続けることになり、不具合の復旧作業の妨げとなることがある。そのため、図１２Ａおよび図１２Ｂの例では、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gを下回ったときには、このような事態を回避するために、発電用変換器ＧＣは、配線Ｗへの出力を停止するように制御している（特に、図１２Ｂ参照）。しかし、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gを下回ったときに、発電用変換器ＧＣは、配線Ｗへの出力を直ちに停止するのではなく、配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gを徐々に減少させるように、配線Ｗへの出力を制御してもよい。また、図１２Ａおよび図１２Ｂの例では、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gを上回ったときに、発電用変換器ＧＣは、配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gを減少させるように、配線Ｗへの出力を制御している（特に、図１２Ａ参照）。この場合、配線Ｗへの出力抑制によって、配線Ｗが過電圧状態となることを抑制することができる。より具体的には、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gを上回ったときに、発電用変換器ＧＣは、配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gを直線的に減少させるように、配線Ｗへの出力を制御している（特に、図１２Ａ参照）。この場合、配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gは、以下の式で表される。
Ｉ_G＝γＶ_dc＋δ （γ、δ：定数）
また、この場合、配線Ｗへの出力電力Ｐ_Gは、以下の式で表され、図１２Ｂのグラフにおいて、二次関数を示す。
Ｐ_G＝Ｖ_dcＩ_G＝γＶ_dc ²＋δＶ_dc
しかし、発電用変換器ＧＣは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gを上回ったときに、一次関数以外の任意の関数に基づいて、配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gを減少させるように、配線Ｗへの出力を制御してもよい。また、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、発電用変換器ＧＣは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gを上回ったときに、配線Ｗへの出力を停止するように制御してもよい。この場合、配線Ｗへの出力停止によって、配線Ｗが過電圧状態となることをさらに抑制することができる。

【0046】

なお、発電用変換器ＧＣの制御特性は、接続される発電機器Ｇの種類などに応じて、変更されてもよい。

【0047】

配線Ｗは、直流電力を伝送可能であれば、特に限定されることはない。配線Ｗとして、任意の配線ケーブルが例示される。

【0048】

開閉装置Ｓは、直流電力系統に連系したオングリッド状態と、直流電力系統から解列したオフグリッド状態とを切り替える。具体的には、開閉装置Ｓは、直流電力を伝送する配線Ｗへの接続と接続の解除を切り替える。開閉装置Ｓは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを検知し、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが所定値以上または所定値以下の場合に、電力制御システム１内に不具合が生じていると見做して、直流電力系統から解列したオフグリッド状態に自動的に切り替えてもよい。開閉装置Ｓとして、たとえば、遮断器、断路器、負荷開閉器、接地開閉器などが例示される。

【0049】

このように構成される電力制御システム１において、上位の電力系統が存在し、電力制御システム１の機器群が当該電力系統と連系運転している場合には、負荷機器Ｌの電力消費および発電機器Ｇの電力供給から生じる直流電力の過不足は、上位の電力系統によって解消される。そのため、充放電機器Ｂの充放電特性が任意に設定されていても、電力制御システム１の機器の運転に支障は生じない。一方、上位の電力系統が存在せずに、電力制御システム１の機器群が単独運転している場合（図１参照）や、電力制御システム１が上位の電力系統と解列している場合には、負荷機器Ｌの電力消費および発電機器Ｇの電力供給から生じる直流電力の過不足は、電力制御システム１内の充放電機器Ｂによって解消する必要がある。本実施形態では、配線Ｗの電圧Ｖ_dcに応じて、充放電用変換器ＢＣが充放電機器Ｂの充放電電流Ｉ_Bを制御すると共に、負荷用変換器ＬＣが負荷機器Ｌへの出力を制御し、発電用変換器ＧＣが発電機器Ｇから配線Ｗへの出力を制御するので、電力制御システム１は、配線Ｗの直流電力を自律的に制御することができる。以下では、電力制御システム１による直流電力の需給の具体例１を説明する。ここでは、図２Ｄに示される構成単位Ｃ４での直流電力の需給を例として説明する。

【0050】

［具体例１］
図１４～図１６は、図２Ｄに示される構成単位Ｃ４による電力の需給の制御の具体例を示している。負荷機器Ｌの電力消費および発電機器Ｇの出力を充放電機器Ｂの充放電によって補完可能である場合、図１４（ａ）～図１４（ｃ）に示されるように、負荷機器Ｌ、発電機器Ｇ、および充放電機器Ｂがそれぞれ、負荷用電圧範囲Ｖ_L、発電用電圧範囲Ｖ_G、および充放電用電圧範囲Ｖ_Bの範囲内で動作するように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが定まる。配線Ｗに供給される電力が不足すると、充放電用変換器ＢＣは、電力不足を解消するように、充放電機器Ｂの放電電流Ｉ_B ^-を増加させる。しかし、それでも電力が不足すると、図１５（ａ）～図１５（ｃ）に示されるように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcは降下する。配線Ｗの電圧Ｖ_dcが充放電用電圧範囲Ｖ_Bの下限電圧（放電用電圧範囲Ｖ_B ^-の下限値）を下回ると、図１５（ｃ）に示されるように、充放電用変換器ＢＣは、充放電機器Ｂの放電電流Ｉ_B ^-を一定にする。これに対して、発電用変換器ＧＣは、図１５（ｂ）に示されるように、発電用電圧範囲Ｖ_Gの範囲内において、ＭＰＰＴ機能による定電力によって、発電機器Ｇから配線Ｗへの出力を継続し、負荷用変換器ＬＣは、図１５（ａ）に示されるように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lを下回ると、負荷機器Ｌに供給する電流Ｉ_Lを減少させるように、負荷機器Ｌへの出力を制御する。これらの発電機器Ｇからの出力継続および負荷機器Ｌへの出力制御によって、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを上昇させる。これとは逆に、配線Ｗに供給される電力が過剰になると、充放電用変換器ＢＣは、電力過剰を解消するように、充放電機器Ｂの充電電流Ｉ_B ⁺を増加させる。しかし、それでも電力が過剰であると、図１６（ａ）～図１６（ｃ）に示されるように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcは上昇する。充放電用電圧範囲Ｖ_Bの上限電圧（充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺の上限値）を上回ると、図１６（ｃ）に示されるように、充放電用変換器ＢＣは、充放電機器Ｂの充電電流Ｉ_B ⁺を一定にする。これに対して、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gを上回ると、発電用変換器ＧＣは、図１６（ｂ）に示されるように、配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gを減少させるように、配線Ｗへの出力を制御し、負荷用変換器ＬＣは、図１６（ａ）に示されるように、負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲内において、負荷機器Ｌが要求する電力を負荷機器Ｌに出力する。これらの発電機器Ｇの出力制御および負荷機器Ｌへの出力継続によって、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを降下させる。

【0051】

このように、具体例１は、充放電機器Ｂ、負荷機器Ｌ、および発電機器Ｇに対する充放電用変換器ＢＣ、負荷用変換器ＬＣ、および充放電用変換器ＢＣの自律的な制御によって、構成単位Ｃ４内での電力の需給を容易に制御可能であることを示している。

【0052】

次に、より大規模な電力制御システムにおける直流電力の需給の制御について、図１７に示される電力制御システム１０を例として、以下の具体例２および具体例３で説明する。なお、図１７に示される電力制御システム１０を構成する負荷機器Ｌ１、Ｌ２、負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２、発電機器Ｇ１、発電用変換器ＧＣ１、充放電機器Ｂ１～Ｂ３、充放電用変換器ＢＣ１～ＢＣ３、および配線Ｗの構成はそれぞれ、上述の負荷機器Ｌ、負荷用変換器ＬＣ、発電機器Ｇ、発電用変換器ＧＣ、充放電機器Ｂ、充放電用変換器ＢＣ、および配線Ｗの構成と同様である。

【0053】

［具体例２］
図１８（ａ）～図１８（ｃ）は、図１７に示される電力制御システム１０による電力の需給の制御の具体例を示している。図１８（ａ）では、充放電機器Ｂ１～Ｂ３は、配線Ｗへの放電によって充電率が低下している（図１８（ａ）の実線参照）。充放電用変換器ＢＣ１～ＢＣ３は、充電率が各充放電機器Ｂ１～Ｂ３に設定される所定値を下回ると、閾値電圧Ｖ_B01～Ｖ_B03が低くなるように、充放電特性をシフト（図１８（ａ）の実線から一点鎖線にシフト）させる。その結果、充放電機器Ｂ１～Ｂ３は、放電状態から充電状態に切り替わる（図１８（ａ）の一点鎖線参照）。負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２の負荷用電圧範囲Ｖ_L1、Ｖ_L2の範囲内にあるため、負荷機器Ｌ１、Ｌ２を正常運転させるために、負荷機器Ｌ１、Ｌ２が要求する電力を供給する。発電用変換器ＧＣ１は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_G1の範囲内にあるため、正常運転の際の出力（図１８（ａ）では、定電力）で出力する。

【0054】

その後、図１８（ｂ）に示されるように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcは、充放電機器Ｂ１～Ｂ３への充電により降下し始める（図１８（ｂ）の実線から一点鎖線にシフト）。その結果、負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２の負荷用電圧範囲Ｖ_L1、Ｖ_L2の範囲を下回るので、負荷機器Ｌ１、Ｌ２に供給する電流Ｉ_L1、Ｉ_L2を減少させるように、負荷機器Ｌ１、Ｌ２への出力を抑制する。負荷用変換器ＬＣ２は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが電流Ｉ_L2の減少による負荷機器Ｌ２への出力抑制の範囲を下回るので、負荷用変換器ＬＣ２への出力を停止する。発電用変換器ＧＣ１は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが未だ発電用電圧範囲Ｖ_G1の範囲内にあるため、正常運転の際の出力を維持する。

【0055】

その後、図１８（ｃ）に示されるように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcは、負荷機器Ｌ１、Ｌ２への出力抑制によって上昇し始める（図１８（ｃ）の実線から一点鎖線にシフト）。その結果、充放電用変換器ＢＣ１～ＢＣ３は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが充放電の閾値電圧Ｖ_B01～Ｖ_B03を上回るので、充放電機器Ｂ１～Ｂ３を充電させる。負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２の負荷用電圧範囲Ｖ_L1、Ｖ_L2の範囲内に戻るので、負荷機器Ｌ１、Ｌ２を正常運転させるために、負荷機器Ｌ１、Ｌ２が要求する電力を供給する。発電用変換器ＧＣ１は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが未だ発電用電圧範囲Ｖ_G1の範囲内にあるため、正常運転の際の出力を維持する。これにより、電力制御システム１０の機器は全て、正常運転に移行する。

【0056】

このように、具体例２では、充放電機器Ｂ１～Ｂ３の充電率の低下によって、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが降下している。このような場合においても、電力制御システム１０は、上述のように、充放電用変換器ＢＣ１～ＢＣ３、負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２、および発電用変換器ＧＣ１がそれぞれ充放電機器Ｂ１～Ｂ３、負荷機器Ｌ１、Ｌ２、および発電機器Ｇ１を自律的に制御することによって、電力の需給を制御することができる。

【0057】

［具体例３］
図１９（ａ）～図１９（ｃ）は、図１７に示される電力制御システム１０による電力の需給の制御の他の具体例を示している。図１９（ａ）では、充放電機器Ｂ１～Ｂ３は、放電状態にあるので、配線Ｗの電圧Ｖ_dcは上昇（図１９（ａ）の実線から一点鎖線にシフト）する。負荷用変換器ＬＣ２は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_L2の範囲内にあるため、負荷機器Ｌ２が要求する電力を供給するが、負荷用変換器ＬＣ１は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_L1の範囲を上回るので、負荷機器Ｌ１への出力を停止する。発電用変換器ＧＣ１は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_G1の範囲を上回るので、配線Ｗへの出力電流Ｉ_G1を減少させるように、配線Ｗへの出力を抑制する。

【0058】

その後、図１９（ｂ）に示されるように、負荷機器Ｌ１への出力停止によって、充放電用変換器ＢＣ１～ＢＣ３から配線Ｗへの放電が過剰となる。充放電用変換器ＢＣ１～ＢＣ３は、充電率が各充放電機器Ｂ１～Ｂ３に設定される所定値を下回ると、閾値電圧Ｖ_B01～Ｖ_B03が低くなるように、充放電特性をシフト（図１９（ｂ）の実線から一点鎖線にシフト）させる。その結果、充放電機器Ｂ１～Ｂ３は、放電状態から充電状態に切り替わる（図１９（ｂ）の一点鎖線参照）。

【0059】

その後、図１９（ｃ）に示されるように、配線Ｗの電圧Ｖ_dcは、充放電機器Ｂ１～Ｂ３への充電によって降下し始める（図１９（ｃ）の実線から一点鎖線にシフト）。その結果、充放電用変換器ＢＣ１～ＢＣ３は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが充放電の閾値電圧Ｖ_B01～Ｖ_B03を下回るので、充放電機器Ｂ１～Ｂ３を放電させる。負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２の負荷用電圧範囲Ｖ_L1、Ｖ_L2の範囲内に戻るので、負荷機器Ｌ１、Ｌ２を正常運転させるために、負荷機器Ｌ１、Ｌ２が要求する電力を供給する。発電用変換器ＧＣ１は、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_G1の範囲内に戻るので、正常運転の際の出力（図１９（ｃ）では、定電力）で出力する。これにより、電力制御システム１０の機器は全て、正常運転に移行する。

【0060】

このように、具体例３では、充放電用変換器ＢＣ１～ＢＣ３から配線Ｗへの放電によって、配線Ｗの電圧Ｖ_dcは上昇している。このような場合においても、電力制御システム１０は、上述のように、充放電用変換器ＢＣ１～ＢＣ３、負荷用変換器ＬＣ１、ＬＣ２、および発電用変換器ＧＣ１がそれぞれ充放電機器Ｂ１～Ｂ３、負荷機器Ｌ１、Ｌ２、および発電機器Ｇ１を自律的に制御することによって、電力の需給を制御することができる。

【0061】

以上に説明されたように、本実施形態に係る電力制御システム１では、負荷用変換器ＬＣは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲外にあるときに、負荷機器Ｌに供給する電流を減少させるか、または負荷機器Ｌへの出力を停止するように制御する制御機能を有しており、充放電用変換器ＢＣは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが充電用電圧範囲Ｖ_B ⁺の範囲内にあるときに、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの上昇と共に、充放電機器Ｂの充電電流Ｉ_B ⁺を増加させ、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが放電用電圧範囲Ｖ_B ^-の範囲内にあるときに、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下と共に、充放電機器Ｂの放電電流Ｉ_B ^-を増加させるように制御する制御機能を有しており、発電用変換器ＧＣは、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gの範囲外にあるときに、発電機器Ｇから配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gを減少させるか、または発電機器Ｇから配線Ｗへの出力を停止するように制御する制御機能を有している。

【0062】

本実施形態に係る電力制御システム１によれば、負荷用変換器ＬＣ、充放電用変換器ＢＣ、および発電用変換器ＧＣが、それぞれ独立して、負荷機器Ｌへの出力、充放電機器Ｂの充放電、および発電機器Ｇから配線Ｗへの出力を制御するので、負荷用変換器ＬＣ、充放電用変換器ＢＣ、および発電用変換器ＧＣを集中制御する必要がない。そのため、集中制御のための通信網や制御システムの導入が不要となるので、直流配電を低コストで導入することができる。また、配線Ｗの電圧Ｖ_dcに応じて、負荷機器Ｌへの出力、充放電機器Ｂの充放電、および発電機器Ｇからの出力を制御するので、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを一定に保つための大掛かりな電圧源を必ずしも必要としない。そのため、直流配電をさらに低コストで導入することができる。さらに、需要家や需要家内の機器が増減する際には、通信網や制御システムを再構築することなく、機器と接続される負荷用変換器ＬＣ、充放電用変換器ＢＣ、および発電用変換器ＧＣなどに対して所定の制御プログラムを導入するだけで、電力制御システム１内の直流電力の需給を制御するので、直流配電をよりさらに低コストで導入することができる。

【0063】

また、本実施形態に係る電力制御システム１によれば、負荷用変換器ＬＣ、充放電用変換器ＢＣ、および発電用変換器ＧＣがそれぞれ、独立して、負荷機器Ｌへの出力、充放電機器Ｂの充放電、および発電機器Ｇから配線Ｗへの出力を制御するので、オフグリッド運用する際に、制御システムを切り替える必要がない。また、各機器の電圧が異なっても、各機器における配線Ｗの電圧Ｖ_dcに応じて、負荷用変換器ＬＣ、充放電用変換器ＢＣ、および発電用変換器ＧＣがそれぞれ、独立して、負荷機器Ｌへの出力、充放電機器Ｂの充放電、および発電機器Ｇから配線Ｗへの出力を制御するので、オフグリッド運用の際に制御システムの変更などの必要がなくなり、オフグリッド運用に手間が掛からない。このように、本実施形態に係る電力制御システム１では、直流配電でのオフグリッド運用が容易となる。

【0064】

充放電用変換器ＢＣが、充放電機器Ｂの定格容量Ｑが大きいほど、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの上昇分に対する充電電流Ｉ_B ⁺の増加分、または配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下分に対する放電電流Ｉ_B ^-の増加分を大きくすると、定格容量Ｑの小さい充放電機器Ｂに対する充放電の負荷が低減される。

【0065】

電力制御システム１が、少なくとも充放電機器Ｂを備え、充放電用変換器ＢＣは、充電電流Ｉ_B ⁺が、下記式１を満たし、放電電流Ｉ_B ^-が、下記式２を満たすように、充放電機器Ｂの充放電を制御すると、配線Ｗの電圧Ｖ_dcの降下を効果的に抑制することができる。

式１および式２において、Ｖ_dcは、配線の電圧であり、Ｖ_B0は、充電用電圧範囲と放電用電圧範囲が切り替わる、配線の閾値電圧であり、ΔＶ_Bは、最大電圧と最小電圧の差分電圧であり、Ｑは、充放電機器の定格容量であり、０≦ｎ≦２である。また、式１および式２において、充電電流Ｉ_B ⁺は正の電流として示され、放電電流Ｉ_B ^-は負の電流として示されている。

【0066】

充放電用変換器ＢＣが、充放電機器Ｂの充電率ＳＯＣが大きいほど、閾値電圧Ｖ_B0を大きくすると、充放電機器Ｂは、充電率ＳＯＣが高い場合には、過充電を抑制するように、充放電機器Ｂを放電させやすくなり、充電率ＳＯＣが低い場合には、過放電を抑制するように、充放電機器Ｂを充電させやすくなる。

【0067】

負荷用変換器ＬＣが、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲外にあるときに、負荷機器Ｌに供給する電流Ｉ_Lを減少させると、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_Lを下回ったときでも、出力が抑制された状態で、高重要度の負荷機器Ｌを動作させつつ、配線Ｗへの出力抑制によって、配線Ｗの電圧Ｖ_dcを負荷用電圧範囲Ｖ_Lの範囲内に回復させることができる。

【0068】

発電用変換器ＧＣが、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが発電用電圧範囲Ｖ_Gの範囲外にあるときに、発電機器Ｇから配線Ｗへの出力電流Ｉ_Gを減少させると、配線Ｗの電圧Ｖ_dcが負荷用電圧範囲Ｖ_L発電用電圧範囲Ｖ_Gを上回ったときでも、配線Ｗへの出力抑制によって、配線Ｗが過電圧状態となることを抑制することができる。

【符号の説明】

【0069】

１、１０ 電力制御システム
Ｂ、Ｂ１～Ｂ３ 充放電機器
ＢＣ、ＢＣ１～ＢＣ３ 充放電用変換器
Ｃ１～Ｃ８、ＣＳ１～ＣＳ６ 構成単位
Ｇ、Ｇ１ 発電機器
ＧＣ、ＧＣ１ 発電用変換器
Ｉ_B 充放電電流
Ｉ_B ⁺ 充電電流
Ｉ_B ^- 放電電流
Ｉ_G、Ｉ_G1 発電機器から配線への出力電流
Ｉ_L、Ｉ_L1、Ｉ_L2 負荷機器を流れる電流
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２ 負荷機器
ＬＣ、ＬＣ１、ＬＣ２ 負荷用変換器
Ｐ_G 発電機器の出力電力
Ｐ_L 負荷機器の消費電力
Ｓ 開閉装置
Ｖ_B 充放電用電圧範囲
Ｖ_B+ 充電用電圧範囲
Ｖ_B- 放電用電圧範囲
Ｖ_B0、Ｖ_B01～Ｖ_B03 閾値電圧
Ｖ_dc 電圧
Ｖ_G、Ｖ_G1 発電用電圧範囲
Ｖ_L、Ｖ_L1、Ｖ_L2 負荷用電圧範囲
Ｗ 配線

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】