特開 2024-90651 需要家システム用のコントローラ、配電電圧制御方法及び配電電圧算出プログラム

(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】P2024090651

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】需要家システム用のコントローラ、配電電圧制御方法及び配電電圧算出プログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/12 20060101AFI20240627BHJP

   H02J 3/00 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

H02J3/12

H02J3/00 170

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022206682

(22)【出願日】2022-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(71)【出願人】

【識別番号】304021288

【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学

(71)【出願人】

【識別番号】000222037

【氏名又は名称】東北電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊東 洋一

(72)【発明者】

【氏名】芳賀 仁

(72)【発明者】

【氏名】有松 健司

【テーマコード（参考）】

5G066

【Ｆターム（参考）】

5G066AE09

5G066DA06

5G066LA02

5G066LA10

(57)【要約】

【課題】電圧制約条件逸脱による需要家設備の不具合発生を抑制しつつ、需要家設備の合計損失を小さくする。
【解決手段】電力系統１の系統電圧を電力変換装置５により所定の配電電圧Ｖｉｎに変換し、電圧制約条件の異なる複数の需要家設備１０～３０に配電する需要家システム用のコントローラ５０であって、各需要家設備１０～３０の電圧制約条件を満足する電圧範囲内において、需要家設備１０～３０の合計損失Σを小さくする配電電圧Ｖｉｎを算出し、前記電力変換装置５に出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力系統の系統電圧を電力変換装置により所定の配電電圧に変換し、電圧制約条件の異なる複数の需要家設備に配電する需要家システム用のコントローラであって、
各需要家設備の電圧制約条件を満足する電圧範囲内において、需要家設備の合計損失を小さくする配電電圧の指令値を算出し、前記電力変換装置に出力する、需要家システム用のコントローラ。

【請求項2】

請求項１に記載の需要家システム用のコントローラであって、
設備稼働中に各需要家設備から運転状態の情報を取得し、前記配電電圧の指令値を、取得した運転状態の情報に基づいて更新する、需要家システム用のコントローラ。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の需要家システム用のコントローラであって、
前記需要家設備は、可変速交流負荷を含み、
前記コントローラは、前記運転状態の情報として、前記可変速交流負荷から運転速度の情報を取得する、需要家システム用のコントローラ。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の需要家システム用のコントローラであって、
前記需要家設備は、直流負荷を含み、
前記コントローラは、前記運転状態の情報として、前記直流負荷から動作中か否かの情報を取得する、需要家システム用のコントローラ。

【請求項5】

請求項２に記載の需要家システム用のコントローラであって、
前記需要家設備の損失特性の近似式の係数テーブルを記憶したメモリを備え、
前記係数テーブルから需要家設備の運転状態に対応する近似式の係数を選択し、前記需要家設備の損失を算出する、需要家システム用のコントローラ。

【請求項6】

請求項１又は請求項２に記載の需要家システム用のコントローラであって、
前記電力変換装置は、無停電電源装置である、需要家システム用のコントローラ。

【請求項7】

電力系統の系統電圧を電力変換装置により所定の配電電圧に変換し、電圧制約条件の異なる複数の需要家設備に配電する需要家システム用の配電電圧制御方法であって、
各需要家設備の電圧制約条件を満足する電圧範囲内において、需要家設備の合計損失を小さくする配電電圧の指令値を算出し、前記電力変換装置に出力する、需要家システム用の配電電圧制御方法。

【請求項8】

電力系統の系統電圧を電力変換装置により所定の配電電圧に変換し、電圧制約条件の異なる複数の需要家設備に配電する需要家システム用の配電電圧算出プログラムであって、
各需要家設備の電圧制約条件を満足する電圧範囲内において、需要家設備の合計損失を小さくする配電電圧の指令値を算出する処理を、コンピュータに実行させる、需要家システム用の配電電圧算出プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、需要家設備の損失を低減する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

需要家内の負荷設備や電源設備等の需要家設備について、省エネルギー化の検討、技術開発が進められている。この種の技術を開示する文献として、特許文献１がある。

【0003】

特許文献１は、「１以上の負荷に、該負荷を動作させる際の所定の下限電圧値と該下限電圧値よりも高い所定の上限電圧値との間の電圧を出力する電力変換装置を備えている電力供給システムであって、前記電力変換装置は、前記負荷と前記電力変換装置との間の電流を検知しながら、前記負荷への出力電圧を前記下限電圧値と前記上限電圧値との間で段階的に変化させて、前記負荷の消費電力が最も低くなる供給電圧を決定して、該供給電圧を前記負荷へ出力」する点を開示する。特許文献１の電力供給システムによれば、接続された負荷、または、複数の負荷を総合した合成負荷に対して、消費電力が最も少なくなる電圧値で電力供給を行うことができて、消費電力の低減が図れる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－１４７２６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

需要家設備の電圧制約条件は、需要家設備ごとに異なる場合がある。需要家の配電電圧が電圧制約条件から逸脱すると、需要家設備に異常が発生する、寿命を短くする等の不具合が発生する可能性がある。

【0006】

本発明の課題は、電圧制約条件の異なる複数の需要家設備を有する需要家システムにおいて、需要家設備の不具合発生を抑制しつつ、需要家設備の合計損失を小さくする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

電力系統の系統電圧を電力変換装置により所定の配電電圧に変換し、電圧制約条件の異なる複数の需要家設備に供給する需要家システム用のコントローラであって、各需要家設備の電圧制約条件を満足する電圧範囲内において、需要家設備の合計損失を小さくする配電電圧を算出し、前記電力変換装置に出力する。需要家設備は、負荷設備に加え、再生可能エネルギーにより発電する発電装置や蓄電装置を含んでもよい。

【発明の効果】

【0008】

電圧制約条件逸脱による需要家設備の不具合発生を抑制しつつ、需要家設備の合計損失を小さくすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】需要家システムのブロック図

【図2】第１負荷設備の損失特性

【図3】第２負荷設備の損失特性

【図4】第３負荷設備の損失特性

【図5】第１負荷設備のブロック図

【図6】誘導モータの回路定数

【図7】第１負荷設備～第３負荷設備の損失特性

【図8】近似式の係数テーブル

【図9】最適化処理のフローチャート

【図10】運転状態の説明図

【図11】電圧制約条件テーブル

【図12】勾配法の説明図

【図13】配電電圧の指令値を示す図

【図14】需要家システムのブロック図

【発明を実施するための形態】

【0010】

（本実施形態の概要）
（１）本発明の一実施形態に係る需要家システム用のコントローラは、電力系統の系統電圧を電力変換装置により所定の配電電圧に変換し、電圧制約条件の異なる複数の需要家設備に供給する需要家システムに用いられる。需要家システム用のコントローラは、各需要家設備の電圧制約条件を満足する電圧範囲内において、需要家設備の合計損失を小さくする配電電圧の指令値を算出し、前記電力変換装置に出力する。

【0011】

本発明の一実施形態に係る需要家システム用のコントローラによれば、電圧制約条件逸脱による需要家設備の不具合発生を抑制しつつ、需要家設備の合計損失を小さくすることが出来る。

【0012】

（２）上記（１）に記載の需要家システム用のコントローラにおいて、設備稼働中に各需要家設備から運転状態の情報を取得し、前記配電電圧の指令値を、取得した運転状態の情報に基づいて更新してもよい。

【0013】

（２）に記載の需要家システム用のコントローラによれば、設備稼働中、需要家設備の運転状態の変化に応じて、配電電圧を動的に変更できる。配電電圧を動的に変更することにより、需要家設備の運転状態の変化に依存せず、需要家システムの損失を最適化できる。

【0014】

（３）上記（１）又は（２）に記載の需要家システム用のコントローラにおいて、前記需要家設備は、可変速交流負荷を含んでもよい。前記コントローラは、前記運転状態の情報として、前記可変速交流負荷から運転速度の情報を取得してもよい。

【0015】

（３）に記載の需要家システム用のコントローラによれば、可変速交流負荷の運転速度変化に依存せず、需要家システムの損失を最適化できる。この構成は、可変速交流負荷を有する需要家システムの損失低減に有効である。

【0016】

（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の需要家システム用のコントローラにおいて、前記需要家設備は、直流負荷を含んでもよい。前記コントローラは、前記運転状態の情報として、前記直流負荷から動作中か否かの情報を取得してもよい。

【0017】

（４）に記載の需要家システム用のコントローラによれば、直流負荷の動作、非動作に依存せず、需要家システムの損失を最適化できる。この構成は、直流負荷を有する需要家システムの損失低減に有効である。

【0018】

（５）上記（２）に記載の需要家システム用のコントローラにおいて、前記需要家設備の損失特性の近似式の係数テーブルを記憶したメモリを備えてもよい。前記係数テーブルから前記需要家設備の運転状態に対応する近似式の係数を選択し、前記需要家設備の損失を算出してもよい。

【0019】

（５）に記載の需要家システム用のコントローラによれば、需要家設備の運転状態に応じた損失計算が可能となる。

【0020】

（６）上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の需要家システム用のコントローラにおいて、前記電力変換装置は、無停電電源装置でもよい。

【0021】

（６）に記載の需要家システム用のコントローラによれば、電力変換装置に無停電電源装置を用いることで、需要家システムに対する電力の安定供給を図りつつ、需要家システムの損失を最適化できるメリットがある。

【0022】

＜実施形態１＞
１．需要家システムＳ１の説明
図１は需要家システムＳ１のブロック図である。需要家システムＳ１は、電力系統１に連系する。電力系統１は、電気事業者が運営する系統であり、三相の系統電源３を有している。

【0023】

需要家システムＳ１は、電力変換装置５、複数の負荷設備１０～３０及びコントローラ５０を含む。

【0024】

電力変換装置５は、整流器５Ａ、平滑用コンデンサ５Ｂ、インバータ回路５Ｃ及び制御装置５Ｄを備える。

【0025】

整流器５Ａは、電力系統３の系統電圧Ｖｇを整流し、平滑用コンデンサ５Ｂは、整流後の電圧を平滑する。インバータ回路５Ｃは、平滑後の電圧を交流に変換する。

【0026】

電力変換装置５は、電力系統１の系統電圧Ｖｇを所定の配電電圧Ｖinに変換し、配電線Ｌｖを通じて需要家システムＳ１の各負荷設備１０～３０に配電する。

【0027】

制御装置５Ｄは、インバータ回路５Ｃを介して、需要家システムＳ１の配電電圧Ｖinを制御することが出来る。

【0028】

需要家システムＳ１は、需要家設備として、３つの負荷設備１０～３０を有している。第１負荷設備１０は、第１変換器１１と誘導モータ１５である。誘導モータ１５は可変速交流負荷の一例である。

【0029】

第１変換器１１は、整流器１１Ａ、平滑用コンデンサ１１Ｂ、インバータ回路１１Ｃからなる。第１変換器１１は、誘導モータ１５に印加する電圧、周波数の制御に用いられる。

【0030】

第２負荷設備２０は、第２変換器２１と同期モータ２５である。同期モータ２５は可変速交流負荷の一例である。第２変換器２１は、整流器２１Ａ、平滑用コンデンサ２１Ｂ、インバータ回路２１Ｃからなる。第２変換器２１は、同期モータ２５に印加する電圧、周波数の制御に用いられる。

【0031】

第３負荷設備３０は、ＰＦＣコンバータ回路３１と直流負荷３５である。ＰＦＣコンバータ回路３１は、高力率のＡＣ－ＤＣコンバータであり、整流器３１Ａ、スイッチング回路３１Ｂからなる。直流負荷３５は、例えば、照明やエアコンディショナ、ＯＡ機器等のことであり、直流で動作する負荷である。

【0032】

コントローラ５０は、ＣＰＵ５１、メモリ５５を有する。コントローラ５０は、各負荷設備１０～３０と通信可能に接続されており、各負荷設備１０～３０との間で、種々の情報を通信する。

【0033】

通信される情報には、各負荷設備１０～３０の運転状態（例えば、モータの回転速度など）に関する情報が含まれる。各負荷設備１０～３０は、運転状態の管理やコントローラ５０との通信のため、管理部（図略）を備えてもよい。

【0034】

コントローラ５０は、各負荷設備１０～３０との通信により、各負荷設備１０～３０の状態を監視する。コントローラ５０は、各負荷設備１０～３０の状態に基づいて、需要家システムＳ１の配電電圧Ｖinを決定する。より具体的には、コントローラ５０は、各負荷設備１０～３０の運転状態を取得し、取得した運転状態と、各負荷設備１０～３０の損失特性とに基づいて配電電圧Vｉｎの指令値を算出する。コントローラ５０は、電力変換装置５の制御装置５Dに対して、配電電圧Vinの指令値を出力する。制御装置５Dは、コントローラ５０から入力された配電電圧Vinの指令値に基づいて、配電電圧Vinを制御する。制御の詳細は後に説明する。

【0035】

メモリ５５は、需要家システムＳ１の配電電圧Ｖinを最適化する最適化処理（図９参照）の実行プログラムや実行プログラムの実行に必要なデータを記憶している。実行プログラムの実行に必要なデータは、図８に示す係数テーブルや、図１１に示す電圧制約条件テーブルが含まれる。

【0036】

２．負荷設備の損失特性
図２は配電電圧Vinに対する第１負荷設備１０の損失特性、図３は第２負荷設備２０の損失特性、図４は第３負荷設備３０の損失特性である。

【0037】

損失特性は、需要家システムＳ１の配電電圧Ｖinを変化させて、負荷設備１０～３０の損失Ｑをシミレーション（計算）したものである。損失Ｑは、熱損失（主に銅損や鉄損）であり、負荷設備１０～３０を構成する各機器（変換器やモータ、直流負荷）の回路定数や特性等から算出することが出来る。

【0038】

例えば、第１負荷設備１０の場合、図５に示すように、配電線Ｌｖの線間に配電電圧Ｖinを与え、整流器１１Ａの熱損失Ｑ１、インバータ回路１１Ｃの熱損失Ｑ２及び誘導モータ１５の熱損失Ｑ３を、回路定数等を用いてそれぞれ算出し、各熱損失の合計値Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３を求めている。図６は、第１負荷設備１０の熱損失計算に使用した回路定数や素子の諸元、特性である。第２負荷設備２０、第３負荷設備３０も同様の方法で、算出することが出来る。

【0039】

図２に示す４本の損失特性Ｌ_ＩＭ－１～Ｌ_ＩＭ－４は、誘導モータ１５の回転速度が異なっており、Ｌ_ＩＭ－１は低速時の損失特性、Ｌ_ＩＭ－２は中速時の損失特性、Ｌ_ＩＭ－３は高速時の損失特性、Ｌ_ＩＭ－４は超高速時の損失特性である。

【0040】

図３に示す４本の損失特性Ｌ_ＰＭ－１～Ｌ_ＰＭ－４は、同期モータ２５の回転速度が異なっており、Ｌ_ＰＭ－１は低速時の損失特性、Ｌ_ＰＭ－２は中速時の損失特性、Ｌ_ＰＭ－３は高速時の損失特性、Ｌ_ＰＭ－４は超高速時の損失特性である。

【0041】

図７は、第１負荷設備１０の４本の損失特性Ｌ_ＩＭ－１～Ｌ_ＩＭ－４、第２負荷設備２０の４本の損失特性Ｌ_ＰＭ－１～Ｌ_ＰＭ－４、第３負荷設備３０の１本の損失特性Ｌ_ＰＦＣを１つのグラフにまとめた図である。

【0042】

各負荷設備１０～３０の損失特性Ｌ_ＩＭ、Ｌ_ＰＭ、Ｌ_ＰＦＣは、近似式により近似することが出来る。例えば、配電電圧Ｖinを変数とする、２次式により近似することが出来る。

【0043】

【数1】

【数2】

【数3】

【0044】

数１は、第１負荷設備１０の損失特性Ｌ_ＩＭの近似式、数２は、第２負荷設備２０の損失特性Ｌ_ＰＭの近似式、数３は、第３負荷設備３０の損失特性Ｌ_ＰＦＣの近似式である。

【0045】

第１負荷設備１０は、可変速交流負荷であり、モータ回転速度に応じて損失特性Ｌ_ＩＭが異なる。そのため、損失特性Ｌ_ＩＭの近似式の係数ａ～ｃを、モータ回転速度に応じて設定している。この例では、低速、中速、高速、超高速の４つの回転速度パターンに応じて、４種の係数ａ～ｃを設定している。

【0046】

損失特性Ｌ_ＰＭの近似式についても同様であり、４つの回転速度パターンに応じて、４種の係数ａ～ｃを設定している。第３負荷設備３０は、直流負荷であることから、損失特性Ｌ_ＰＦＣの近似式の係数ａ～ｃは、１種である。

【0047】

図８は、近似式の係数テーブルである。係数テーブルは、各近似式について、モータの回転速度パターンと、近似式に使用される係数ａ～ｃと、を対応付けたデータである。係数テーブルは、例えば、メモリ５５に記憶されている。

【0048】

図９は、需要家システムＳ１の配電電圧Ｖｉｎを最適化する最適化処理のフローチャートである。最適化処理は、Ｓ１０～Ｓ７０の７つのステップから構成されており、負荷設備１０～３０の稼働中、所定周期Ｔで実行される。最適化は、全負荷設備１０～３０の合計損失Σを最小化する、または小さくするという意味である。なお、以下の実施形態においては、最適化処理として、全負荷設備１０～３０の合計損失Σを最小化する例を用いて説明する。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、最適化処理とは、配電電圧Ｖｉｎが初期値（たとえば三相200V）である場合の合計損失Σに比べて、合計損失Σが小さくなるように配電電圧Vｉｎの指令値を決定する処理である。

【0049】

電力変換装置５は、コントローラ５０から出力指令を受けると、系統電圧Ｖｇを、配電電圧Ｖｉｎの初期値（たとえば三相200V）に変換して出力する。これにより、電力が供給され、各負荷設備１０～３０は運転を開始する。

【0050】

その後、最適化処理がスタートすると、コントローラ５０は、Ｓ１０にて、各負荷設備１０～３０から各負荷設備１０～３０の運転状態の情報を取得する。具体的には、図１０に示すように、コントローラ５０は、第１負荷設備１０から第１負荷設備１０の運転速度を表す誘導モータ１５の回転速度の情報を取得する。また、コントローラ５０は、第２負荷設備２０から第２負荷設備２０の運転速度を表わす同期モータ２５の回転速度の情報を取得する。また、コントローラ５０は、第３負荷設備３０から、直流負荷３５の動作、非動作の情報を取得する。

【0051】

運転情報の取得後、Ｓ２０に移行する。Ｓ２０に移行すると、コントローラ５０は、各負荷設備１０～３０の損失計算に用いる近似式の係数ａ～ｃを決定する。

【0052】

具体的には、コントローラ５０は、メモリ５５にアクセスし、図８に示す係数テーブルを読み出す。そして、Ｓ１０で取得した運転情報を係数テーブルに参照して、各損失特性Ｌ_ＩＭ、Ｌ_ＰＭ、Ｌ_ＰＦＣの近似式（数１～数３）について、運転情報に対応した係数ａ～ｃを選択する。

【0053】

第１負荷設備１０の場合、誘導モータ１５の回転速度が中速であれば、中速に対応する３つの係数ａ～ｃが選択される。第２負荷設備２０も同様に、同期モータ２５の回転速度に応じた係数が選択される。第３負荷設備３０の係数ａ～ｃは１種であるため、係数テーブルに登録されている係数ａ～ｃがそのまま選択される。

【0054】

係数の選択後、Ｓ３０に移行する。Ｓ３０に移行すると、コントローラ５０は、電力変換装置５から需要家システムＳ１の配電電圧Ｖｉｎの現在値を取得する。その後、Ｓ４０に移行する。

【0055】

Ｓ４０に移行すると、コントローラ５０は、Ｓ２０で選択した係数ａ～ｃを数式１～３にそれぞれ適用し、Ｓ３０で取得した配電電圧Ｖｉｎの現在値に基づいて、各負荷設備１０～３０の現在の損失を算出する。直流負荷３５が非動作の場合、第３負荷設備３０の損失はゼロとして計算される。

【0056】

Ｓ５０に移行すると、コントローラ５０は、Ｓ４０で算出した各負荷設備１０～３０の損失から全負荷設備１０～３０の合計損失Σを算出する。そして、合計損失Σが最小か判定する。初回の判定では、ＮＯ判定となり、Ｓ６０に移行する。

【0057】

Ｓ６０に移行すると、コントローラ５０は、各負荷設備１０～３０の電圧制約条件を逸脱しない範囲内で、現在値を基準として、配電電圧Ｖｉｎを変更する。配電電圧Ｖｉｎの変更は、降圧だけでなく、昇圧も行われる。

【0058】

電圧制約条件は、負荷設備１０～３０の性能を保証し得る配電電圧Ｖｉｎの範囲である。電圧制約条件は、負荷設備１０～３０ごとに異なり、また、同じ負荷設備１０～３０でも、モータ回転速度等の運転状態により、異なる場合がある。

【0059】

図１１は、電圧制約条件テーブルである。電圧制約条件テーブルは、メモリ５５に記憶されている。コントローラ５０は、メモリ５５から電圧制約条件テーブルを読み出すことで、各負荷設備１０～３０の電圧制約条件を取得することが出来る。

【0060】

例えば、第１負荷設備１０、第２負荷設備２０とも中速の場合、３つの負荷設備１０～３０の電圧制約条件を満足する電圧範囲は、１２０Ｖ～２２０Ｖであり、コントローラ５０は、その範囲で、配電電圧Ｖｉｎを変更する。

【0061】

１２０Ｖ≦Ｖｉｎ≦２２０Ｖ

【0062】

配電電圧Ｖｉｎの変更後、Ｓ４０に移行する。Ｓ４０に移行すると、コントローラ５０は、変更後の配電電圧Ｖｉｎに基づいて、各負荷設備１０～３０の損失を再算出する。その後、Ｓ５０に移行する。

【0063】

Ｓ５０に移行すると、コントローラ５０は、全負荷設備１０～３０の合計損失Σを算出し、合計損失Σは最小か判断する。

【0064】

合計損失Σの最小値は、例えば、勾配法により求めることが出来る。勾配法は、関数を最小にする変数を算出する方法である。

【0065】

図１２は、勾配法を説明する図である。図１２において、横軸は、配電電圧Ｖｉｎ、縦軸は、合計損失Σを表している。この例では、配電電圧Ｖｉｎを変更させつつ、図１２に示すように、関数の勾配（この例では、合計損失Σの勾配）がゼロになる点Ｐを求めることで、合計損失Σの最小値と、合計損失Σを最小にする配電電圧Ｖｉｎを得ることが出来る。

【0066】

Ｓ４０～Ｓ６０の処理を複数回繰り返した結果、勾配法等により、合計損失Σを最小にする配電電圧Ｖｉｎの最適値が得られると、Ｓ７０に移行する。

【0067】

Ｓ７０に移行すると、コントローラ５０は、配電電圧Ｖｉｎの最適値を、電力変換装置５に指令値として出力する。

【0068】

電力変換装置５は配電電圧Ｖｉｎの指令値を受けると、インバータ回路５Ｃを介して、需要家システムＳ１の配電電圧Ｖｉｎを現在値から指令値に調整する。これにより、需要家システムＳ１の配電電圧Ｖｉｎは、全負荷設備１０～３０の合計損失Σを最小にする最適値に調整される。

【0069】

Ｓ１０～Ｓ７０からなる最適化処理を所定周期（例えば、数秒間隔や数分間隔）で実行し、配電電圧Ｖｉｎの指令値を更新することで、各負荷設備１０～３０の運転状態の変化に伴い、需要家システムＳ１の配電電圧Ｖｉｎを動的に変更することが出来る。

【0070】

そのため、各負荷設備１０～３０の運転状態に依存せず、全負荷設備１０～３０の合計損失Σを最小化できる。

【0071】

図１３は配電電圧の時間変化を示す図である。図１３の実線は最適化処理により算出した配電電圧Ｖｉｎ、破線は配電電圧Ｖｉｎを２００Ｖに固定した例（比較例）である。

【0072】

全負荷設備１０～３０の合計損失Σを比較すると、配電電圧Ｖｉｎを２００Ｖに固定した場合は９．００[Ｗｈ]、最適化処理を実行した場合に比べて、最適化処理の実行により、全負荷設備１０～３０の合計損失Σは１０．５％低減し、効果を確認することができた。

【0073】

３．効果
この構成は、電圧制約条件逸脱による負荷設備１０～３０の不具合発生を抑制しつつ、負荷設備１０～３０の合計損失Σを最小化することが出来る。需要家システム全体の省エネルギー化が推進できるため、需要家システムＳ１のランニングコストの低減に貢献できる。

【0074】

また、最適化制御の実行により合計損失Σの変動を抑えることが可能となり、需要家システムＳ１の受電端の電力変動や高調波抑制が期待できる。これらの抑制効果が得られた場合、蓄電装置等を有する需要家システムにおいて、蓄電装置の容量削減につなげることが期待される。

【0075】

＜実施形態２＞
実施形態２の需要家システムＳ２は、実施形態１の需要家システムＳ１に対して、電力変換装置５に無停電電源装置７を用いた点が相違する。

【0076】

図１４に示すように、無停電電源装置７は、コンバータ回路７Ａ、スイッチ７B、蓄電部７Ｃ、インバータ回路７D及び制御装置７Ｅを含む。無停電電源装置７は、電力系統１が停電した場合、蓄電部７Ｃを放電することにより、需要家システムＳ２に対して所定期間、電力供給を継続することが出来る（バックアップ動作）。

【0077】

需要家システムＳ２の電力変換装置５に、無停電電源装置７を用いることで、停電時のバックアップ動作と配電電圧Ｖｉｎの最適制御の実行が可能となる。そのため、需要家システムＳ２に対する電力の安定供給を図りつつ、需要家システムＳ２の損失を低減できる出来るメリットがある。

【0078】

また、電力のバックアップと配電電圧Ｖｉｎの制御を１台の無停電電源装置７で実行できるから、需要家システムＳ２のシステム構成を簡素化することが出来る。

【0079】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0080】

（１）実施形態１、２の需要家システムＳ１、Ｓ２は、負荷設備１０～３０以外に、再生可能エネルギーを使用した発電装置や、蓄電装置等を備えてもよい。また、負荷設備は、変換器を介さない誘導機を含んでもよい。負荷設備、発電設備、蓄電装置は、需要家設備の一例である。

【0081】

（２）実施形態１、２の需要家システムＳ１、Ｓ２は、コントローラ５０を、ＣＰＵ５１とメモリ５５により構成した。コントローラ５０はＰＬＣ（プログラブルロジックコントローラ）でもよい。

【0082】

（３）実施形態１、２の需要家システムＳ１、Ｓ２において、負荷設備１０～３０の運転状態を把握するため、コントローラ５０は負荷設備１０～２０からモータ回転速度の情報を取得した。回転情報に代えて、又は併用して、高トルク、低トルクなどの情報を取得してもよい。

【0083】

（４）実施形態１、２の需要家システムＳ１、Ｓ２は、配電電圧Ｖｉｎの最適値を勾配法により算出した。配電電圧Ｖｉｎの最適値は、最急降下法など、他の方法で求めてもよい。

【0084】

（５）実施形態１の需要家システムＳ１においては、コントローラ５０が、電力変換装置５と別に設けられている例を示した。しかしながら、コントローラ５０は、電力変換装置５内に設けられていてもよく、また電力変換装置５の制御装置５Ｄが、コントローラ５０の機能を備えていてもよい。
また、実施形態２の需要家システムＳ２においては、コントローラ５０が、無停電電源装置７と別に設けられている例を示した。しかしながら、コントローラ５０は、無停電電源装置７内に設けられていてもよく、また無停電電源装置７の制御装置７Ｄが、コントローラ５０の機能を備えていてもよい。

【0085】

（６）実施形態１の需要家システムＳ１においては、系統電源が3相交流であり、需要家内での配電も3相交流である例を示した。しかしながら、本発明に係る需要家システムは、需要家内の配電が直流であってもよい。そのような場合には、例えば、電力変換装置５のインバータ５Cに代えて、DC-DCコンバータを使用することで、配電電圧を変化させることができる。また、実施形態２の需要家システムＳ２においては、無停電電源装置７に代えて直流電源装置を使用することができる。

【0086】

（７）実施形態１、２の需要家システムＳ１、Ｓ２は、コントローラ５０のメモリ５５が、各負荷設備１０～３０の損失特性を記憶している例を示した。しかしながら、配電電圧Vｉｎの指令値の決定に使用する各負荷設備１０～３０の損失特性の取得方法はこれに限られるものではない。すなわち、各負荷設備１０～３０の損失特性は、コントローラ５０以外の外部機器に保存されていてもよい。例えば、各負荷設備１０～３０のそれぞれが損失特性を記憶しており、コントローラ５０が配電電圧Vｉｎの指令値を算出する際に、コントローラ５０が各負荷設備１０～３０から配電電圧Vｉｎの算出時点での各負荷設備１０～３０の運転情報に応じた損失特性を取得してもよい。

【符号の説明】

【0087】

１ 電力系統
３ 系統電源
５ 電力変換装置
１０ 第１負荷設備
２０ 第２負荷設備
３０ 第３負荷設備
５０ コントローラ
Ｖｇ 系統電圧
Ｖｉｎ 配電電圧
Ｓ１～Ｓ２ 需要家システム

【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】

【図14】