(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-24
(45)【発行日】2023-08-01
(54)【発明の名称】切替装置、および、当該切替装置を備えた電力システム
(51)【国際特許分類】
H02J 3/14 20060101AFI20230725BHJP
H02J 13/00 20060101ALI20230725BHJP
H02J 3/46 20060101ALI20230725BHJP
G06Q 50/06 20120101ALI20230725BHJP
H02J 3/38 20060101ALN20230725BHJP
【ＦＩ】
H02J3/14
H02J13/00 311T
H02J3/46
H02J13/00 311R
G06Q50/06
H02J3/38 130
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019187389
(22)【出願日】2019-10-11
(65)【公開番号】P2021065005
(43)【公開日】2021-04-22
【審査請求日】2022-04-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(74)【代理人】
【識別番号】100086380
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 稔
(74)【代理人】
【識別番号】100168044
【弁理士】
【氏名又は名称】小淵 景太
(72)【発明者】
【氏名】花尾 隆史
(72)【発明者】
【氏名】大堀 彰大
【審査官】右田 勝則
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１２２１５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１３４６０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０６１２４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１７１３７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１４８６２７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ３／１４
Ｈ０２Ｊ １３／００
Ｈ０２Ｊ ３／４６
Ｇ０６Ｑ ５０／０６
Ｈ０２Ｊ ３／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力システムに接続され、かつ、入出力電力を制御できない電力装置が電力系統から受電または送電を行っている状態である通電状態と、受電および送電を行っていない状態である不通状態とを切り替える切替装置であって、前記切替装置を管理する集中管理装置から入力される誘導指標と、あらかじめ設定されている最適化問題とに基づいて、前記電力装置を前記通電状態とするか前記不通状態とするかを判断するための判断指標を算出する判断指標演算部と、
前記判断指標を所定値と比較した比較結果に基づいて、前記通電状態と前記不通状態とを切り替える比較部と、
を備えることを特徴とする切替装置。
【請求項2】
前記電力装置と前記電力系統とを接続する接続線に配置され、前記電力装置が前記電力系統に連系した状態と、解列した状態とを切り替える開閉器をさらに備え、前記比較部は、前記比較結果に基づいて、前記開閉器の切り替えを指示する、
請求項１に記載の切替装置。
【請求項3】
前記判断指標演算部は、前記誘導指標をｐｒ、前記誘導指標の最大値をｐｒlmtとし、ａ2を優先順位に基づくパラメータ、ａ1，ａ3を任意のパラメータとした場合、下記式の
Ｘとして、前記判断指標を算出する、
請求項１または２に記載の切替装置。
【数1】
【請求項4】
前記比較部は、前記判断指標が前記所定値に基づく所定範囲内にある場合、前記通電状態と前記不通状態との切り替えを行わない、請求項１ないし３のいずれかに記載の切替装置。
【請求項5】
前記比較部は、前記不通状態が継続する時間を計時する計時手段と、
前記計時手段が計時した時間が所定時間以上になった場合に抽選を行う抽選手段と、
を備え、
前記抽選手段によって当選した場合に、前記比較結果にかかわらず、前記通電状態に切り替える、
請求項１ないし４のいずれかに記載の切替装置。
【請求項6】
請求項１ないし５のいずれかに記載の複数の切替装置と、共通の前記誘導指標を、前記各切替装置に出力する前記集中管理装置と、
を備えることを特徴とする電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力装置が電力系統から受電または送電を行っている状態である通電状態と、受電および送電を行っていない状態である不通状態とを切り替える切替装置、および、当該切替装置を備えた電力システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電力系統に接続された複数の電力装置を管理して、電力系統との間で送受される電力の制御を行う電力システムが普及しつつある。例えば、特許文献１には、集中管理装置と複数の電力装置とを備え、自律分散協調制御方式により出力電力の制御を行う電力システムの一例が開示されている。集中管理装置は、電力システム全体の出力電力を目標電力に制御するための誘導指標を算出する。複数の電力装置は、集中管理装置が算出した共通の誘導指標を用いて、それぞれ設定されている最適化問題に基づいて、自装置の出力電力の目標値を算出する。そして、出力電力が当該目標値となるように、自装置の出力電力を制御する。各電力装置が、誘導指標に基づいて自律的に出力電力を制御することで、電力システム全体の出力電力が目標電力に制御される。集中管理装置は、各電力装置の状態などを把握することなく、指標を算出して送信するだけなので、演算や通信の負担が小さい。したがって、高性能で高価な集中管理装置は必要でなく、初期導入費用を軽減できる。また、電力システムを拡張する場合に、集中管理装置の大きな改修が必要にならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－１４８６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１においては、電力装置として、出力電力を制御可能な太陽光発電装置と、充電および放電が可能であり、入出力電力を制御可能な蓄電装置とを想定している。集中管理装置は、入出力電力を制御できない電力装置を管理対象に含めることができない。
【0005】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、集中管理装置による管理対象を入出力電力を制御できない電力装置まで拡張できる電力システム、および、当該電力システムに用いられる切替装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第１の側面によって提供される切替装置は、電力装置が電力系統から受電または送電を行っている状態である通電状態と、受電および送電を行っていない状態である不通状態とを切り替える切替装置であって、前記切替装置を管理する集中管理装置から入力される誘導指標と、あらかじめ設定されている最適化問題とに基づいて、前記電力装置を前記通電状態とするか前記不通状態とするかを判断するための判断指標を算出する判断指標演算部と、前記判断指標を所定値と比較した比較結果に基づいて、前記通電状態と前記不通状態とを切り替える比較部とを備えることを特徴とする。
【0007】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電力装置と前記電力系統とを接続する接続線に配置され、前記電力装置が前記電力系統に連系した状態と、解列した状態とを切り替える開閉器をさらに備え、前記比較部は、前記比較結果に基づいて、前記開閉器の切り替えを指示する。
【0008】
前記判断指標演算部は、前記誘導指標をｐｒ、前記誘導指標の最大値をｐｒlmtとし、ａ2を優先順位に基づくパラメータ、ａ1，ａ3を任意のパラメータとした場合、下記式のＸとして、前記判断指標を算出する。
【数1】
【0009】
前記比較部は、前記判断指標が前記所定値に基づく所定範囲内にある場合、前記通電状態と前記不通状態との切り替えを行わない。
【0010】
前記比較部は、前記不通状態が継続する時間を計時する計時手段と、前記計時手段が計時した時間が所定時間以上になった場合に抽選を行う抽選手段とを備え、前記抽選手段によって当選した場合に、前記比較結果にかかわらず、前記通電状態に切り替える。
【0011】
本発明の第２の側面によって提供される電力システムは、本発明の第１の側面によって提供される複数の切替装置と、共通の前記誘導指標を、前記各切替装置に出力する前記集中管理装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によると、判断指標演算部は、集中管理装置から入力される共通の誘導指標と、あらかじめ設定されている最適化問題とに基づいて判断指標を算出する。そして、比較部は、判断指標を所定値と比較した比較結果に基づいて、通電状態と不通状態とを切り替える。つまり、切替装置は、電力装置の送受電を、誘導指標に基づいて自律的にオンオフする。したがって、集中管理装置は、入出力電力を制御できない電力装置に対して、誘導指標に基づくオンオフ制御を行わせることができる。これにより、電力システムにおいて、集中管理装置による管理対象を、入出力電力を制御できない電力装置まで拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態に係る電力システムの全体構成を示すブロック図である。
【図2】誘導指標に対する判断指標の変化特性を示す特性図である。
【図3】第２実施形態に係る切替装置の内部構成を示すブロック図である。
【図4】シミュレーションでの各値の時間変化を示すタイムチャートであり、（ａ）は抽選処理を行わない場合のものであり、（ｂ）は抽選処理を行った場合のものである。
【図5】比較部が行う抽選処理を説明するためのフローチャートである。
【図6】第３実施形態に係る切替装置の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【0015】
図１は、第１実施形態に係る電力システムの全体構成を示すブロック図である。電力システムＧは、電力系統Ｅに連系しており、電力系統Ｅから送受電可能である。電力システムＧは、電力システムＧと電力系統Ｅとの接続点における電力（以下「接続点電力」とする）が目標電力となるように、自律分散協調制御方式により出力電力の制御を行う。なお、以下の説明において、電力システムＧが電力系統Ｅに送電している（逆潮流している）場合、接続点電力を正の値とする。一方、電力システムＧが電力系統Ｅから受電している場合、接続点電力を負の値とする。電力システムＧは、集中管理装置Ｆ、パワーコンディショナＣ１～Ｃｎ、パワーコンディショナＤ１～Ｄｍ、および切替装置Ａ１～Ａｋを備えている。
【0016】
集中管理装置Ｆは、接続点電力を監視し、接続点電力を目標電力に瞬時値制御するための指標を算出する。本実施形態では、集中管理装置Ｆは、電力システムＧと電力系統Ｅとの接続点で検出した電力値を、接続点電力Ｐ（ｔ）として用いる。なお、集中管理装置Ｆは、各パワーコンディショナＣ１～Ｃｎ，Ｄ１～Ｄｍ、および、各切替装置Ａ１～Ａｋがそれぞれ検出した出力電力の検出値を受信して、これらの検出値から算出される推算値を接続点電力Ｐ（ｔ）として用いてもよい。集中管理装置Ｆは、設定された目標電力Ｐcと接続点電力Ｐ（ｔ）との差に基づいて誘導指標ｐｒを算出し、各パワーコンディショナＣ１～Ｃｎ，Ｄ１～Ｄｍ、および、各切替装置Ａ１～Ａｋに、共通の誘導指標ｐｒを送信する。なお、通信方法は限定されず、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。
【0017】
パワーコンディショナＣ１～Ｃｎは、それぞれ太陽電池が接続され、太陽電池が発電した直流電力を交流電力に変換して出力する。各パワーコンディショナＣ１～Ｃｎは、目標電力算出部９１および出力制御部９２を備えている。目標電力算出部９１は、集中管理装置Ｆから受信した誘導指標ｐｒを用いて、あらかじめ設定されている最適化問題に基づいて、自装置の出力電力の目標値である目標電力値Ｐrefを算出する。出力制御部９２は、目標電力算出部９１が算出した目標電力値Ｐrefに基づいて、出力電力の制御を行う。
【0018】
パワーコンディショナＤ１～Ｄｍは、それぞれ蓄電池が接続され、蓄電池の充放電を行う。図１においては省略しているが、各パワーコンディショナＤ１～Ｄｍは、パワーコンディショナＣ１～Ｃｎと同様、目標電力算出部９１および出力制御部９２を備えている。パワーコンディショナＤ１～Ｄｍの目標電力算出部９１には、蓄電池の充放電に適した最適化問題があらかじめ設定されている。
【0019】
切替装置Ａ１～Ａｋは、それぞれ電力装置Ｂ１～Ｂｋが接続されており、電力装置Ｂ１～Ｂｋが電力系統Ｅに連系した状態と、解列した状態とを切り替える。各電力装置Ｂ１～Ｂｋは、電力を消費する負荷、または、電力を供給する発電設備である。各電力装置Ｂ１～Ｂｋは、比較的小規模の設備であり、消費する電力および供給する電力の制御を行うことができない。電力を消費する負荷の例としては、消費電力を調整できない産業用、家庭用の負荷や、小規模なＥＶ充電設備などがある。小規模なＥＶ充電設備は、接続されたＥＶ車への充電量の制御ができない。電力を供給する発電設備の例としては、家庭用などの小規模な太陽光発電装置などがある。以下では、切替装置Ａ１～Ａｋを区別せず説明する場合、「切替装置Ａ」と記載する。また、電力装置Ｂ１～Ｂｋを区別せず説明する場合、「電力装置Ｂ」と記載する。各切替装置Ａは、接続された電力装置Ｂが電力系統Ｅに連系した状態に切り替えることで、当該電力装置Ｂが電力を受電（または送電）している通電状態に切り替える。一方、各切替装置Ａは、接続された電力装置Ｂが電力系統Ｅから解列した状態に切り替えることで、電力装置Ｂが電力を受電（または送電）しない不通状態に切り替える。切替装置Ａは、集中管理装置Ｆから受信した誘導指標ｐｒに基づいて、接続された電力装置Ｂの連系と解列とを切り替える。切替装置Ａの詳細については、後述する。
【0020】
各パワーコンディショナＣ１～Ｃｎ，Ｄ１～Ｄｍが、集中管理装置Ｆから受信した共通の誘導指標ｐｒに基づいて自律的に入出力電力を制御し、各切替装置Ａ１～Ａｋが、共通の誘導指標ｐｒに基づいて自律的に通電状態と不通状態とを切り替えることで、電力システムＧ全体の出力電力（接続点電力Ｐ（ｔ））が目標電力Ｐcに制御される。本実施形態においては、集中管理装置Ｆは、接続点電力Ｐ（ｔ）が目標電力Ｐcより大きい場合に誘導指標ｐｒを大きくし、接続点電力Ｐ（ｔ）が目標電力Ｐcより小さい場合に誘導指標ｐｒを小さくする。各パワーコンディショナＣ１～Ｃｎ，Ｄ１～Ｄｍおよび各切替装置Ａ１～Ａｋは、集中管理装置Ｆから受信した誘導指標ｐｒが大きいほど、接続点電力Ｐ（ｔ）を小さくするように動作し、誘導指標ｐｒが小さいほど、接続点電力Ｐ（ｔ）を大きくするように動作する。パワーコンディショナＣ１～Ｃｎ，Ｄ１～Ｄｍおよび集中管理装置Ｆの詳細な説明は省略する。
【0021】
次に、切替装置Ａの詳細について説明する。切替装置Ａは、判断部１１および開閉器１２を備えている。判断部１１は、集中管理装置Ｆから受信した誘導指標ｐｒを用いて、あらかじめ設定されている最適化問題に基づいて、電力装置Ｂを電力系統Ｅに連系させるか、電力系統Ｅから解列させるかを判断する。判断部１１は、判断結果を開閉器１２に出力する。判断部１１は、判断指標演算部１１１および比較部１１２を備えている。
【0022】
判断指標演算部１１１は、集中管理装置Ｆから受信した誘導指標ｐｒを用いて、あらかじめ設定されている最適化問題に基づいて、電力装置Ｂを連系させるか解列させるかを判断するための判断指標Ｘを算出する。この最適化問題は、評価関数を含んでいる。
【0023】
判断指標演算部１１１は、設定されている評価関数から導出される下記（１）式で示す演算式が設定されており、この演算式によって、判断指標Ｘを算出する。指標限界ｐｒlmtは、集中管理装置Ｆが算出する誘導指標ｐｒの最大値および最小値を定義する値である。ａ1，ａ2，ａ3は設定パラメータであり、電力装置Ｂの特性や優先順位などに応じて設定される。パラメータａ1は、主に、誘導指標ｐｒの変化に応じた判断指標Ｘの変化量を調整する値であり、０より大きい値が設定される。パラメータａ2は、主に、優先順位を設定する値である。パラメータａ2は、－１以上１以下の値が設定される。パラメータａ3は、主に、判断指標Ｘが変化し始める誘導指標ｐｒを調整する値である。本実施形態では、パラメータａ1およびパラメータａ3には「１」が設定されている。なお、パラメータａ1およびパラメータａ3は限定されない。また、パラメータａ1およびパラメータａ3は、誘導指標ｐｒが正の値の場合と負の値の場合とで異なった値が設定されてもよい。判断指標演算部１１１は、算出した判断指標Ｘを、比較部１１２に出力する。なお、判断指標演算部１１１は、下記（１）式で示す演算式ではなく、設定されている評価関数を解くことで、判断指標Ｘを算出してもよい。
【数2】
【0024】
図２は、パラメータａ1およびパラメータａ3に「１」が設定され、パラメータａ2に「０」が設定された場合の、誘導指標ｐｒに対する判断指標Ｘの変化特性を示す特性図である（実線参照）。同図においては、横軸が誘導指標ｐｒであり、縦軸が判断指標Ｘである。判断指標Ｘの変化特性は、同図に示すように、誘導指標ｐｒに比例して、誘導指標ｐｒが大きいほど小さくなり、誘導指標ｐｒが「０」のときに「０」になっている。また、誘導指標ｐｒが最大値ｐｒlmtのときに「－１」になり、誘導指標ｐｒが最小値（－ｐｒlmt）のときに「１」になっている。なお、判断指標演算部１１１に設定される各設定値は限定されず、切替装置Ａに接続される電力装置Ｂの特性や優先順位などに応じて、適宜設定すればよい。
【0025】
電力装置Ｂの優先順位（電力系統Ｅに連系させておくべき順位）は、電力装置Ｂの定格容量および設計寿命などの特性に応じて、適宜設定される。何を優先させるかは、電力システムＧの設計思想や環境、状態などによって異なる。また、設計者は、接続される電力装置Ｂの重要度に応じて、任意に優先順位を設定することができる。本実施形態では、電力装置Ｂの特性および重要度を総合的に勘案した優先順位に応じた値が、パラメータａ2に設定される。電力装置Ｂには、電力を消費する負荷と、電力を供給する発電設備とがある。負荷である電力装置Ｂの中で、優先順位が設定される。この場合、優先順位が高いほど、パラメータａ2により小さい値が設定される。また、発電設備である電力装置Ｂの中で、優先順位が設定される。この場合、優先順位が高いほど、パラメータａ2により大きい値が設定される。パラメータａ2により小さい値が設定されるほど、誘導指標ｐｒが「０」のときの判断指標Ｘが小さくなり、図２の判断指標Ｘの変化特性を示す直線が図における下方に平行移動する。
【0026】
なお、電力装置Ｂの特性に応じた優先順位と、電力装置Ｂの重要度に応じた優先順位とが、異なるパラメータに設定されてもよい。例えば、電力装置Ｂの重要度に応じた優先順位がパラメータａ2に設定され、電力装置Ｂの特性に応じた優先順位がパラメータａ1に設定されてもよい。この場合、負荷である電力装置Ｂでは、ａ2＜０のときには、優先順位が高いほど、パラメータａ1により小さい値が設定される。一方、ａ2＞０のときには、優先順位が高いほど、パラメータａ1により大きい値が設定される。また、発電設備である電力装置Ｂでは、ａ2＜０のときには、優先順位が高いほど、パラメータａ1により大きい値が設定される。一方、ａ2＞０のときには、優先順位が高いほど、パラメータａ1により小さい値が設定される。パラメータａ1により小さい値が設定されるほど、図２の判断指標Ｘの変化特性を示す直線の傾きが緩やかになる。
【0027】
比較部１１２は、判断指標演算部１１１より入力される判断指標Ｘを所定値と比較することで、電力装置Ｂを電力系統Ｅに連系させるか、電力系統Ｅから解列させるかを判断する。比較部１１２は、判断結果を開閉器１２に出力する。接続されている電力装置Ｂが電力を消費する負荷である場合、比較部１１２は、判断指標Ｘが所定値以下であれば連系させ、所定値より大きければ解列させると判断する。また、接続されている電力装置Ｂが電力を供給する発電設備である場合、比較部１１２は、判断指標Ｘが所定値以下であれば解列させ、所定値より大きければ連系させると判断する。本実施形態では、比較のための所定値は「０」である。なお、所定値は限定されない。
【0028】
開閉器１２は、電力装置Ｂと電力系統Ｅとを接続する接続線に配置されており、電力装置Ｂが電力系統Ｅに連系した状態と、電力装置Ｂが電力系統Ｅから解列した状態とを切り替えるスイッチである。開閉器１２は、比較部１１２より入力される判断結果に基づいて、切り替えを行う。
【0029】
上記（１）式から明らかなように、判断指標Ｘは、誘導指標ｐｒに比例して、誘導指標ｐｒが大きいほど小さくなる（図２参照）。したがって、電力装置Ｂが負荷である場合、誘導指標ｐｒが大きくなると、判断指標Ｘが小さくなって、所定値を下回ることにより、電力装置Ｂが解列状態から連系状態に切り替えられる。これにより、消費される電力が増加して、接続点電力Ｐ（ｔ）が減少する。一方、誘導指標ｐｒが小さくなると、判断指標Ｘが大きくなって、所定値を上回ることにより、電力装置Ｂが連系状態から解列状態に切り替えられる。これにより、消費される電力が減少して、接続点電力Ｐ（ｔ）が増加する。また、電力装置Ｂが発電設備である場合、誘導指標ｐｒが大きくなると、判断指標Ｘが小さくなって、所定値を下回ることにより、電力装置Ｂが連系状態から解列状態に切り替えられる。これにより、供給される電力が減少して、接続点電力Ｐ（ｔ）が減少する。一方、誘導指標ｐｒが小さくなると、判断指標Ｘが大きくなって、所定値を上回ることにより、電力装置Ｂが解列状態から連系状態に切り替えられる。これにより、供給される電力が増加して、接続点電力Ｐ（ｔ）が増加する。
【0030】
また、解列状態と連系状態とが切り替るタイミングは、パラメータａ2によって異なる。例えば、電力装置Ｂが負荷である場合、優先順位が高いほどパラメータａ2が小さな値に設定される。図２では、パラメータａ2に「０」が設定された場合の判断指標Ｘを実線で示し、パラメータａ2に「－０．５」が設定された場合の判断指標Ｘを破線で示している。破線で示す判断指標Ｘの方が、実線で示す判断指標Ｘの場合より、誘導指標ｐｒがより小さいときに所定値（例えば「０」）以下になるので、連系されやすい。つまり、優先順位が高いほど（パラメータａ2が小さいほど）、誘導指標ｐｒが増加したときに、解列状態から連系状態に切り替わるタイミングが早くなり、誘導指標ｐｒが減少したときに、連系状態から解列状態に切り替わるタイミングが遅くなる。電力装置Ｂが発電設備である場合、優先順位が高いほどパラメータａ2が大きな値に設定される。実線で示す判断指標Ｘの方が、破線で示す判断指標Ｘの場合より、誘導指標ｐｒがより大きいときに所定値（例えば「０」）以上になるので、連系されやすい。つまり、優先順位が高いほど（パラメータａ2が大きいほど）、誘導指標ｐｒが減少したときに、解列状態から連系状態に切り替わるタイミングが早くなり、誘導指標ｐｒが増加したときに、連系状態から解列状態に切り替わるタイミングが遅くなる。
【0031】
次に、本実施形態に係る切替装置Ａ、および、電力システムＧの作用および効果について説明する。
【0032】
本実施形態によると、判断指標演算部１１１は、集中管理装置Ｆから受信した共通の誘導指標ｐｒと、あらかじめ設定されている最適化問題とに基づいて判断指標Ｘを算出する。そして、比較部１１２は、判断指標Ｘを所定値と比較することで、電力装置Ｂを電力系統Ｅに連系させるか、電力系統Ｅから解列させるかを判断し、判断結果を開閉器１２に出力する。開閉器１２は、比較部１１２より入力される判断結果に基づいて、切り替えを行う。つまり、切替装置Ａは、集中管理装置Ｆから受信した誘導指標ｐｒに基づいて、接続された電力装置Ｂの連系と解列とを、自律的に切り替える。したがって、集中管理装置Ｆは、入出力電力を制御できない電力装置Ｂに対して、誘導指標ｐｒに基づくオンオフ制御を行わせることができる。これにより、電力システムＧにおいて、集中管理装置Ｆによる管理対象を、入出力電力を制御できない電力装置Ｂまで拡張することができる。
【0033】
また、本実施形態によると、各切替装置Ａは、判断指標演算部１１１に設定されている演算式（上記（１）式参照）のパラメータａ2によって、優先順位が設定されている。したがって、各切替装置Ａは、優先順位に応じて、接続されている電力装置Ｂの連系と解列との切り替えのタイミングを異ならせることができる。よって、同時に大量の電力装置Ｂが連系したり、解列したりすることが抑制される。また、本実施形態によると、各切替装置Ａは、開閉器１２を備え、電力装置Ｂが電力系統Ｅに連系した状態と、電力装置Ｂが電力系統Ｅから解列した状態とを切り替える。これにより、通電状態と不通状態とを確実に切り替えることができる。
【0034】
なお、本実施形態においては、比較部１１２が、判断指標演算部１１１より入力される判断指標Ｘを所定値と比較することで、電力装置Ｂを電力系統Ｅに連系させるか、電力系統Ｅから解列させるかを判断する場合について説明したが、これに限られない。誘導指標ｐｒの変化によって解列した電力装置Ｂが、誘導指標ｐｒのわずかな変化によって再度連系し、結果的に連系と解列との切り替えが短時間に繰り返して行われるチャタリングが発生する場合がある。チャタリングが頻繁に発生すると、開閉器１２の寿命が短くなってしまう懸念がある。チャタリングの発生を抑制するために、比較部１１２は、所定値に基づく所定範囲、例えば所定値が「０」の場合、－０．１～０．１の範囲を不感帯領域として設定してもよい。なお、所定範囲は限定されない。比較部１１２は、判断指標Ｘが不感帯領域にある場合、連系と解列との切り替えを行わない。ただし、不感帯領域を広く設定し過ぎると、チャタリングを抑制できる代わりに細かな制御ができなくなる。つまり、不感帯領域の設定は、チャタリングの抑制と細かな制御とのトレードオフになる。不感帯領域は、チャタリングの頻繁な発生を抑制しつつ、ある程度細かな制御が行えるように設定される。また、不感帯領域が設定されることで、優先順位が同じ電力装置Ｂであっても、先に電源がオンされた電力装置Ｂが優先的に連系することになる。
【0035】
また、本実施形態においては、電力装置Ｂの種類に関係なく、判断指標演算部１１１に共通の演算式（上記（１）式参照）が設定されており、比較部１１２の判断方法が電力装置Ｂの種類によって異なる場合について説明したが、これに限られない。例えば、電力装置Ｂが電力を供給する発電設備である場合、判断指標演算部１１１には上記（１）式の正負を反転させた下記（２）式で示す演算式が設定され、比較部１１２の判断方法が共通であってもよい。
【数3】
【0036】
また、本実施形態においては、電力装置Ｂに電力を消費する負荷と、電力を供給する発電設備とが含まれる場合について説明したが、これに限られない。すべての電力装置Ｂが負荷であってもよいし、すべての電力装置Ｂが発電装置であってもよい。
【0037】
図３は、第２実施形態に係る切替装置Ａ’を説明するための図であり、切替装置Ａ’の内部構成を示すブロック図である。図３において、第１実施形態に係る切替装置Ａと同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。本実施形態に係る切替装置Ａ’は、判断部１１の内部構成が、第１実施形態に係る切替装置Ａとは異なる。
【0038】
電力システムＧに多数の電力装置Ｂが含まれている場合、複数の電力装置Ｂが同じ優先順位になる場合がある。この場合、これらの複数の電力装置Ｂの連系と解列との切り替えのタイミングが同じになる。例えば、これらの複数の電力装置Ｂが負荷の場合、一斉に連系することで消費電力が急増して誘導指標ｐｒが低下し、これにより複数の電力装置Ｂが一斉に解列する。そして、複数の電力装置Ｂが一斉に解列することで消費電力が急減して誘導指標ｐｒが上昇し、これにより複数の電力装置Ｂが一斉に連系する。このように、複数の電力装置Ｂの一斉連系と一斉解列が繰り返される場合がある。
【0039】
図４（ａ）は、優先順位が同じ複数の電力装置Ｂが一斉連系と一斉解列とを繰り返す状態をシミュレーションしたときの各値の時間変化を示すタイムチャートである。当該シミュレーションでは、消費電力が３ｋＷの負荷である１０台の電力装置Ｂが、それぞれ切替装置Ａを介して電力系統Ｅに接続され、消費電力が９０ｋＷの固定負荷が直接電力系統Ｅに接続されている状態としている。１０台の電力装置Ｂの優先順位は同じになっている。上段は、誘導指標ｐｒの時間変化を示している。中段は、システム全体での消費電力（ａ参照）と目標消費電力（ｂ参照）の時間変化を示している。下段は、連系している電力装置Ｂ（負荷）の数の時間変化を示している。当該シミュレーションでは、時刻４：００までの目標消費電力を８０ｋＷとし、時刻４：００からの目標消費電力を１１０ｋＷとしている。また、誘導指標ｐｒは、１分毎に算出される。
【0040】
図４（ａ）に示すように、時刻４：００までは、目標消費電力が８０ｋＷであるのに対して、電力装置Ｂがすべて解列しており、全体の消費電力は、固定負荷の９０ｋＷに固定されている。つまり、全体の消費電力が目標消費電力より大きく、誘導指標ｐｒは負の値に固定されている。これにより、判断指標Ｘも固定され、電力装置Ｂの解列状態が維持されている。
【0041】
時刻４：００において、目標消費電力が８０ｋＷから１１０ｋＷに変化したことで、全体の消費電力が目標消費電力を下回って、誘導指標ｐｒが増加している。これにより、判断指標Ｘが減少して、所定値以下になったときに、１０台の電力装置Ｂが一斉に連系する。１０台の電力装置Ｂが連系したことで、全体の消費電力は１２０ｋＷ（＝９０ｋＷ＋３ｋＷ×１０）になっている。全体の消費電力が目標消費電力を上回ったので、誘導指標ｐｒが減少している。これにより、判断指標Ｘが増加して、所定値以上になったときに、１０台の電力装置Ｂが一斉に解列する。以後、１０台の電力装置Ｂの一斉連系と一斉解列とが繰り返されている。図４（ａ）では、約１０分毎に一斉連系と一斉解列とが繰り返されている。なお、一斉連系と一斉解列との間隔は、１０台の電力装置Ｂの全体の消費電力、固定負荷の消費電力、全体の消費電力の目標値、および、誘導指標ｐｒの算出間隔などによって変化する。
【0042】
切替装置Ａ’は、このような一斉連系と一斉解列とが繰り返される状態となることを抑制できるように、複数の電力装置Ｂが一斉に連系する前に、選択された電力装置Ｂを連系させる。
【0043】
本実施形態に係る判断部１１の比較部１１２は、計時部１１３および抽選部１１４を備えている。計時部１１３は、電力装置Ｂの解列状態が継続する時間を計時する。抽選部１１４は、判断指標Ｘに関係なく電力装置Ｂを連系させるための抽選を行う。例えば、抽選部１１４は、乱数を発生させて、発生した乱数が所定の当選判断値以上である場合に、抽選に当選したと判断する。当選判断値は、当選確率に応じてあらかじめ設定される。なお、抽選部１１４が行う抽選方法は限定されない。抽選部１１４は、当選をランダムに設定できればよい。
【0044】
本実施形態に係る比較部１１２は、計時部１１３が計時した時間が所定時間以上になった場合に、抽選部１１４に抽選を行わせる。所定時間は、複数の電力装置Ｂが一斉解列してから一斉連系するまでの時間より短い時間が設定される。図４（ａ）に示すように、複数の電力装置Ｂは、約１０分毎に一斉連系と一斉解列とを繰り返す。したがって、本実施形態では、所定時間は、１０分程度に設定されている。なお、所定時間は、限定されず、優先順位が同じ電力装置Ｂの全体の消費電力の範囲、負荷の消費電力の範囲、全体の消費電力の目標値の範囲、および、誘導指標ｐｒの算出間隔などに応じて、適宜設定される。そして、比較部１１２は、抽選部１１４によって抽選に当選したと判断された場合には、判断指標Ｘの比較に基づく判断にかかわらず、電力装置Ｂを電力系統Ｅに連系させるとの判断結果を開閉器１２に出力する。各電力装置Ｂが接続されている切替装置Ａ’が、解列状態が継続する時間が所定時間になったときに上記抽選を行い、当選した切替装置Ａ’だけが、接続されている電力装置Ｂを連系させる。多数の電力装置Ｂが一斉に連系する前に、一部の電力装置Ｂだけが連系するので、消費電力の急増が抑制されて、誘導指標ｐｒの低下が抑制される。これにより、電力装置Ｂの一斉解列が抑制される。
【0045】
図５は、比較部１１２が行う抽選処理を説明するためのフローチャートである。当該抽選処理は、比較部１１２が判断指標Ｘに基づく判断を、連系から解列に切り替えたときに開始される。
【0046】
まず、計時部１１３による計時が開始される（Ｓ１）。次に、電力装置Ｂが解列したままであるか否かが判別される（Ｓ２）。具体的には、比較部１１２が、解列させるとの判断結果を開閉器１２に出力したか否かが判別される。電力装置Ｂが解列したままである場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、所定時間が経過したか否かが判別される（Ｓ３）。具体的には、比較部１１２が、計時部１１３が計時した計時時間を所定時間と比較し、計時時間が所定時間以上になったか否かを判別する。所定時間が経過していない場合（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ２に戻って、ステップＳ２およびステップＳ３の判別が繰り返される。
【0047】
ステップＳ２において、電力装置Ｂが連系した場合（Ｓ２：ＮＯ）、抽選が行われず、抽選処理は終了する。ステップＳ３において、所定時間が経過した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、抽選が行われる（Ｓ４）。具体的には、抽選部１１４が乱数を発生させる。次いで、当選したか否かが判別される（Ｓ５）。具体的は、抽選部１１４が、発生させた乱数を当選判断値と比較して、乱数が当選判断値以上である場合に、抽選に当選したと判断する。当選した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、電力装置Ｂが連系されて（Ｓ６）、抽選処理は終了する。具体的には、比較部１１２が連系させるとの判断結果を開閉器１２に出力する。一方、当選しなかった場合（Ｓ５：ＮＯ）、電力装置Ｂは連系されずに、抽選処理は終了する。
【0048】
なお、図５のフローチャートに示す処理は一例であって、比較部１１２が行う抽選処理は上述したものに限定されない。
【0049】
図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるシミュレーションと同様のシミュレーションを、切替装置Ａ’を用いて行ったときの各値の時間変化を示すタイムチャートである。当該シミュレーションでの各設定は、図４（ａ）におけるシミュレーションと同様である。図４（ｂ）においても、上段は誘導指標ｐｒの時間変化を示し、中段は消費電力（ａ参照）と目標消費電力（ｂ参照）の時間変化を示し、下段は連系している電力装置Ｂ（負荷）の数の時間変化を示している。
【0050】
【0051】
時刻４：００において、目標消費電力が８０ｋＷから１１０ｋＷに変化したことで、全体の消費電力が目標消費電力を下回って、誘導指標ｐｒが増加している。これにより、判断指標Ｘが減少して、所定値以下になったときに、１０台の電力装置Ｂが一斉に連系する。１０台の電力装置Ｂが連系したことで、全体の消費電力が目標消費電力を上回ったので、誘導指標ｐｒが減少している。これにより、判断指標Ｘが増加して、所定値以上になったときに、１０台の電力装置Ｂが一斉に解列する。しかし、時刻４：３０頃以降では、判断指標Ｘが減少して所定値以下になる前に抽選が行われて、数台の電力装置Ｂが先に連系している。これにより、１０台の電力装置Ｂが一斉に連系する前に、一部の電力装置Ｂを連系させることができる。また、１０台の電力装置Ｂが一斉に連系した場合と比べると、全体の消費電力の増加は抑制されるので、誘導指標ｐｒの減少も緩やかになっている。
【0052】
このように、図４（ｂ）におけるシミュレーションでは、一斉連系および一斉解列が発生しにくくなる。また、一斉連系および一斉解列が抑制されることで、全体の消費電力は、変動が抑制され、目標消費電力から大きく離れないように制御されている。
【0053】
本実施形態においても、切替装置Ａ’は、集中管理装置Ｆから受信した誘導指標ｐｒに基づいて、接続された電力装置Ｂの連系と解列とを、自律的に切り替える。集中管理装置Ｆは、入出力電力を制御できない電力装置Ｂに対して誘導指標ｐｒに基づくオンオフ制御を行わせることができるので、電力システムＧにおいて、集中管理装置Ｆによる管理対象を、入出力電力を制御できない電力装置Ｂまで拡張することができる。また、各切替装置Ａ’はパラメータａ2によって優先順位が設定されているので、優先順位に応じて、接続されている電力装置Ｂの連系と解列との切り替えのタイミングを異ならせることができる。よって、同時に大量の電力装置Ｂが連系したり、解列したりすることが抑制される。
【0054】
さらに、本実施形態によると、優先順位が同じ切替装置Ａ’が複数あった場合でも、比較部１１２は抽選処理を行って当選した場合に連系させるので、優先順位が同じ切替装置Ａ’が一斉に解列したり連系したりすることが抑制される。
【0055】
図６は、第３実施形態に係る切替装置Ａ”を説明するための図であり、切替装置Ａ”の内部構成を示すブロック図である。図６において、第１実施形態に係る切替装置Ａと同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。本実施形態に係る切替装置Ａ”は、開閉器１２を備えていない点で、第１実施形態に係る切替装置Ａとは異なる。
【0056】
切替装置Ａ”は、開閉器１２によって電力装置Ｂを連系状態と解列状態とで切り替えるのではなく、電力装置Ｂの電源スイッチをオンオフさせることで、電力装置Ｂを稼動状態と停止状態とで切り替える。各切替装置Ａ”は、それぞれ異なる電力装置Ｂに対応付けられている。切替装置Ａ”の比較部１１２は、対応する電力装置Ｂを稼動状態とするか停止状態とするかの判断結果を、対応する電力装置Ｂに出力する。電力装置Ｂは、比較部１１２より入力される判断結果に応じて、電源スイッチをオンオフする。切替装置Ａ”は、対応する電力装置Ｂを稼動状態に切り替えることで、当該電力装置Ｂが電力を受電（または送電）している通電状態に切り替える。一方、対応する電力装置Ｂを停止状態に切り替えることで、電力装置Ｂが電力を受電（または送電）しない不通状態に切り替える。
【0057】
本実施形態においても、切替装置Ａ”は、集中管理装置Ｆから受信した誘導指標ｐｒに基づいて、対応する電力装置Ｂの稼動状態と停止状態とを、自律的に切り替える。集中管理装置Ｆは、入出力電力を制御できない電力装置Ｂに対して誘導指標ｐｒに基づくオンオフ制御を行わせることができるので、電力システムＧにおいて、集中管理装置Ｆによる管理対象を、入出力電力を制御できない電力装置Ｂまで拡張することができる。また、各切替装置Ａ”はパラメータａ2によって優先順位が設定されているので、優先順位に応じて、対応する電力装置Ｂの稼動状態と停止状態との切り替えのタイミングを異ならせることができる。よって、同時に大量の電力装置Ｂが稼動したり、停止したりすることが抑制される。
【0058】
さらに、本実施形態によると、開閉器１２を備えていないので、切替装置Ａ”の製造コストを切替装置Ａより抑制することができる。また、もともと接続されている電力装置Ｂに、比較部１１２からの判断結果を入力するための配線を接続するだけなので、切替装置Ａのように電力装置Ｂが接続されている電力線の途中に挿入する必要がなく、設置が容易である。
【0059】
なお、上記第１～第３実施形態においては、電力システムＧが、太陽電池が接続されたパワーコンディショナＣ１～Ｃｎと、蓄電池が接続されたパワーコンディショナＤ１～Ｄｍとを備えている場合について説明したが、これに限られない。電力システムＧは、パワーコンディショナＣ１～Ｃｎを備えていなくてもよいし、パワーコンディショナＤ１～Ｄｍを備えていなくてもよい。また、電力システムＧは、ＢＥＭＳ（Building Energy Management System）などの需要家の消費電力を管理する電力管理システムも管理対象に含めてもよい。
【0060】
本発明に係る切替装置および電力システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る切替装置および電力システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【0061】
Ａ：切替装置、１１１：判断指標演算部、１１２：比較部、１１３：計時部、１１４：抽選部、１２：開閉器、Ｂ：電力装置、Ｅ：電力系統、Ｆ：集中管理装置、Ｇ：電力システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】