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特許7486798負荷周波数制御信号を推定する方法、プロセッサ、及びプログラム
(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】2024-05-10
(45)【発行日】2024-05-20
(54)【発明の名称】負荷周波数制御信号を推定する方法、プロセッサ、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
H02J 3/46 20060101AFI20240513BHJP
H02J 13/00 20060101ALI20240513BHJP
H02J 3/32 20060101ALI20240513BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20240513BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240513BHJP
【ＦＩ】
H02J3/46
H02J13/00 311R
H02J3/32
H02J3/38 110
H02J7/00 P
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020125514
(22)【出願日】2020-07-22
(65)【公開番号】P2022021737
(43)【公開日】2022-02-03
【審査請求日】2023-05-19
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和１年７月２９日～令和１年８月１９日に第３８回エネルギー・資源学会研究発表会のウェブサイトにて発表 令和１年８月６日に第３８回エネルギー・資源学会研究発表会にて発表 令和２年１月１０日にエネルギー・資源学会論文誌のウェブサイトにて発表 令和２年１月１０日にエネルギー・資源学会論文誌 第４１巻 第１号 第６０頁にて発表
(73)【特許権者】
【識別番号】504137912
【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】松橋 隆治
(72)【発明者】
【氏名】蔡 思楠
【審査官】赤穂 嘉紀
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１４／１６７７６８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１３／０４２４７５（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ３／００－５／００
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｈ０２Ｊ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
系統周波数と基準周波数との間の周波数偏差を検出するとともに、中央給電指令所から送信される負荷周波数制御信号を受信するコンピュータが、第１の時刻で検出された前記周波数偏差を示す信号と、前記第１の時刻よりも所定時間過去の第２の時刻で前記中央給電指令所から送信され且つ前記第１の時刻で受信された負荷周波数制御信号とを入力し、
前記周波数偏差を示す信号を前記所定時間遅延させた信号と前記負荷周波数制御信号との間の時系列的な関係を表す関係変数を計算し、
第３の時刻で検出された前記周波数偏差を示す信号と前記関係変数とから前記第３の時刻で前記中央給電指令所から送信されたものと推定される負荷周波数制御信号を生成する、方法。
【請求項2】
請求項１に記載の方法であって、前記コンピュータは、前記推定される負荷周波数制御信号に基づいて蓄電池の充放電を制御する、方法。
【請求項3】
請求項２に記載の方法であって、前記蓄電池は、電気自動車の車載バッテリである、方法。
【請求項4】
請求項３項に記載の方法であって、ｔを時刻とし、
ｔ0を初期時刻とし、
ｎを自然数とし、
前記所定時間をｄkとし、
前記関係変数をθ（ｔ）とし、
前記関係変数の初期値をθ0とし、
ゲイン行列をＰとし、
前記ゲイン行列の転置行列をＰTとし、
前記ゲイン行列の初期値をＰ0とし、
前記ゲイン行列の転置行列の初期値をＰT 0とし、
第１の回帰ベクトルをφ（ｔ）とし、
第２の回帰ベクトルをφ’（ｔ）とし、
誤差をｅ（ｔ）とし、
時刻ｔにおいて前記コンピュータが検出する周波数偏差を示す信号をΔｆ（ｔ）とし、
時刻ｔにおいて前記コンピュータが受信する負荷周波数制御信号をＬＦＣ（ｔ）とし、
時刻ｔにおいて前記中央給電指令所から送信されたものと推定される負荷周波数制御信号をＬＦＣ’（ｔ）とすると、
（１）式～（８）式のＺ変換式を満たす、方法。
Δｆ’（ｔ）＝ｚ－dk［Δｆ］（ｔ）…（１）
φ（ｔ）＝［ｚ-n［Δｆ’］（ｔ），ｚ-n+1［Δｆ’］（ｔ），…，ｚ-2［Δｆ’］ （ｔ），ｚ-1［Δｆ’］（ｔ），Δｆ’（ｔ），ｚ-n［ＬＦＣ］（ｔ），ｚ-n+1［Ｌ ＦＣ］（ｔ），…，ｚ-2［ＬＦＣ］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ］（ｔ）］T …（２）
ｍ2（ｔ）＝１＋φT（ｔ）Ｐ（ｔ－１）φ（ｔ），Ｐ（ｔ0－１）＝Ｐ0＝ＰT 0 ＞０ …（３）
Ｐ（ｔ）＝Ｐ（ｔ－１）－［Ｐ（ｔ－１）φ（ｔ）φT（ｔ）Ｐ（ｔ－１）］／ｍ2 （ｔ），Ｐ（ｔ0－１）＝Ｐ0＝ＰT 0＞０ …（４）
θ（ｔ＋１）＝θ（ｔ）－［Ｐ（ｔ－１）φ（ｔ）ｅ（ｔ）］／ｍ2（ｔ），θ（ｔ 0）＝θ0 …（５）
ｅ（ｔ）＝θT（ｔ）φ（ｔ）－ＬＦＣ（ｔ） …（６）
φ’（ｔ）＝［ｚ-n［Δｆ］（ｔ），ｚ-n+1［Δｆ］（ｔ），…，ｚ-2［Δｆ］（ｔ ），ｚ-1［Δｆ］（ｔ），Δｆ（ｔ），ｚ-n［ＬＦＣ’］（ｔ），ｚ-n+1［ＬＦＣ’ ］（ｔ），…，ｚ-2［ＬＦＣ’］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ’］（ｔ）］T …（７）
ＬＦＣ’（ｔ）＝θT（ｔ）φ’（ｔ）…（８）
【請求項5】
系統周波数と基準周波数との間の周波数偏差を検出するとともに、中央給電指令所から送信される負荷周波数制御信号を受信するプロセッサであって、第１の時刻で検出された前記周波数偏差を示す信号と、前記第１の時刻よりも所定時間過去の第２の時刻で前記中央給電指令所から送信され且つ前記第１の時刻で受信された負荷周波数制御信号とを入力する処理と、
前記周波数偏差を示す信号を前記所定時間遅延させた信号と前記負荷周波数制御信号との間の時系列的な関係を表す関係変数を計算する処理と、
第３の時刻で検出された前記周波数偏差を示す信号と前記関係変数とから前記第３の時刻で前記中央給電指令所から送信されたものと推定される負荷周波数制御信号を生成する処理と、
を実行するように構成されたプロセッサ。
【請求項6】
系統周波数と基準周波数との間の周波数偏差を検出するとともに、中央給電指令所から送信される負荷周波数制御信号を受信するコンピュータに、第１の時刻で検出された前記周波数偏差を示す信号と、前記第１の時刻よりも所定時間過去の第２の時刻で前記中央給電指令所から送信され且つ前記第１の時刻で受信された負荷周波数制御信号とを入力する処理と、
前記周波数偏差を示す信号を前記所定時間遅延させた信号と前記負荷周波数制御信号との間の時系列的な関係を表す関係変数を計算する処理と、
第３の時刻で検出された前記周波数偏差を示す信号と前記関係変数とから前記第３の時刻で前記中央給電指令所から送信されたものと推定される負荷周波数制御信号を生成する処理と、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、負荷周波数制御信号を推定する方法、プロセッサ、及びプログラムに関わる。
【背景技術】
【0002】
電力事業の電力系統では、例えば、原子力発電所、火力発電所、及び水力発電所（揚水発電所を含む）などの各種の電源が用いられている。これらの電源は、電力の需給に不均衡が生じると、その周波数が変動する。これらの電源の内、原子力発電所は常に一定の電力を出力するように運用されている。原子力発電所を除く他の電源は、負荷の消費電力の変動、すなわち、需要変動に対応して中央給電指令所から出される出力制御信号に基づいて出力調整を行っている。その結果、出力調整による各電源からの供給電力と負荷の消費電力とのバランスを保って周波数を基準周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に対して所定の偏差（例えば制御目標±０．１Ｈｚ）内に維持している。
【0003】
電力の需要と供給のバランスを図るアプローチとして、原子力発電所、火力発電所、及び水力発電所などの従来の発電制御に加え、各地に点在する電気自動車を電力の需給調整に活用する取り組みが検討されている。電気自動車１台あたりの電力需給調整能力は、小規模であるものの、ＩｏＴ（Internet of Things）技術を用いて、多数の電気自動車を一斉に制御することにより、一つの発電所に匹敵する電力需給調整能力を発揮することができる。
【0004】
このような事情を背景に、特許文献１は、管轄区域内の電力需給調整を管理する中央給電指令所と、複数の電気自動車のそれぞれの充電状態の管理及び充放電指示を行うアグリゲータと、大規模発電設備（例えば、原子力発電所、火力発電所、及び水力発電所など）とを備える電力系統について言及している。中央給電指令所は、管轄区域内の電力需給を調整するための各設備（アグリゲータ及び各大規模発電設備）の出力配分を決定し、決定された出力配分に基づく出力制御信号を各設備に送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】国際公開第２０１１／０７７７８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、出力制御信号が中央給電指令所により送信されてから通信網を経由してアグリゲータにより受信されるまでには、通信遅延が発生する。また、アグリゲータは、各電気自動車の充電状態に応じて各電気自動車の出力配分（充放電量）を計算する必要があるため、その計算処理に要する時間の分だけ更に遅延が発生する。この結果、電気自動車が受信する出力制御信号は、上述の通信遅延と上述の計算処理による遅延とが加えられた過去の出力制御信号となるため、短期間（例えば、秒単位）の負荷変動に追従できないという問題が生じる。
【0007】
そこで、本発明は、このような問題を解決し、上述の遅延を補償する技術を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述の課題を解決するため、本発明に関わる方法は、系統周波数と基準周波数との間の周波数偏差を検出するとともに、中央給電指令所から送信される負荷周波数制御信号を受信するコンピュータが、第１の時刻で検出された周波数偏差を示す信号と、第１の時刻よりも所定時間過去の第２の時刻で中央給電指令所から送信され且つ第１の時刻で受信された負荷周波数制御信号とを入力し、周波数偏差を示す信号を所定時間遅延させた信号と負荷周波数制御信号との間の時系列的な関係を表す関係変数を計算し、第３の時刻で検出された周波数偏差を示す信号と関係変数とから第３の時刻で中央給電指令所から送信されたものと推定される負荷周波数制御信号を生成する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、負荷周波数制御信号の遅延を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態に関わる電力系統制御の全体のシステム構成を示す説明図である。
【図2】本発明の実施形態に関わる電気自動車の構成を示す説明図である。
【図3】本発明の実施形態に関わる出力制御信号の生成過程を示す説明図である。
【図4】本発明の実施形態に関わるコントローラの機能ブロック図である。
【図5】本発明の実施形態に関わる推定器の機能ブロック図である。
【図6】本発明の実施形態に関わる制御器の機能ブロック図である。
【図7】本発明の実施形態に関わる負荷周波数制御信号の推定処理の流れを示すフローチャートである。
【図8】本発明の実施形態に関わる負荷周波数制御信号の推定処理のシミュレーション結果である。
【図9】本発明の実施形態に関わる負荷周波数制御信号の推定処理の評価結果である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の構成要素を示すものとし、重複する説明は省略する。
【0012】
図１は本発明の実施形態に関わる電力系統制御の全体のシステム構成を示す説明図である。中央給電指令所５００、大規模発電設備４００、アグリゲータ３００、及び充放電スポット２００は、通信線６０１を通じて接続されている。通信線６０１は、広域通信網６００に接続されている。大規模発電設備４００は、例えば、原子力発電所、火力発電所、及び水力発電所などの電源である。充放電スポット２００は、例えば、家屋やビルなどの建物であり、その建物の配線設備からコンセント８２に接続された電源コード８１を通じて電気自動車１００の車載蓄電池を充放電する。
【0013】
説明の便宜上、図１には、一台の電気自動車１００と、一か所の充放電スポット２００とが広域通信網６００に接続されている例が示されているが、複数台の電気自動車１００と、複数個所の充放電スポット２００とが広域通信網６００に接続されてもよい。アグリゲータ３００は、中央給電指令所５００からの出力制御信号に応答して、複数台の電気自動車１００の充放電を管理及び制御するエネルギー・リソース・アグリゲーション・ビジネスにおけるプロバイダである。アグリゲータ３００は、通信線６０１を通じて充放電スポット２００に接続している。アグリゲータ３００は、充放電スポット２００に接続している各電気自動車１００の充電量を示す情報を電気自動車１００から通信線６０１を経由して受信し、その情報を定期的に更新及び管理している。
【0014】
大規模発電設備４００及び充放電スポット２００は、それぞれ、電力送電線７０１を通じて電力系統７００に接続している。中央給電指令所５００は、管轄区域内の電力需給調整を管理し、電力系統７００の系統周波数と基準周波数との間の周波数偏差が所定の偏差以内になるように、大規模発電設備４００及びアグリゲータ３００に出力制御信号を送信する。
【0015】
図２は、電気自動車１００の構成を示す説明図である。電気自動車１００は、電源コード８１及びコンセント８２を通じて充放電スポット２００に接続している。充放電スポット２００は、電力量計、分電盤及び宅内電気配線などで構成される配線設備を備えており、電気自動車１００と電力送電線７０１との間の電力の授受は、充放電スポット２００内の配線設備を通じて行われる。また、充放電スポット２００は、ブロードバンド通信モデム、電力線通信モデム、及び宅内電気配線などで構成される電力線通信設備を備えており、電気自動車１００と通信線６０１との間の通信は、充放電スポット２００内の電力線通信設備を通じて行われる。
【0016】
電気自動車１００は、充放電スポット２００内の通信プロトコル（電力線通信プロトコル）と電気自動車１００内の通信プロトコル（ＣＡＮ（Controller Area Network）プロトコル）との変換を行うインタフェース８０と、充放電スポット２００を通じて電力送電線７０１との間で電力の授受を行うことにより、電力を充放電する蓄電池９０とを備えている。蓄電池９０は、例えば、鉛電池、ニッケル水素電池、又はリチウムイオン電池などの車載バッテリである。
【0017】
充放電スポット２００は、蓄電池９０の充放電を制御するコントローラ１０を備えている。コントローラ１０は、中央給電指令所５００から送信される出力制御信号を、通信線６０１及び充放電スポット２００内の電力線通信設備を通じて受信する。コントローラ１０が受信する出力制御信号は、ある程度の遅延が加えられた過去の出力制御信号であるため、コントローラ１０は、遅延補償がなされた出力制御信号を推定し、この推定された出力制御信号に基づいて蓄電池９０の充放電を制御する。出力制御信号の推定処理の詳細については、後述する。
【0018】
コントローラ１０は、プロセッサ４０、メモリ５０、及び記憶装置６０を備えるコンピュータである。記憶装置６０は、例えば、不揮発性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体から構成されている。記憶装置６０には、遅延補償がなされた出力制御信号を推定する処理を行うためのプログラム７０が格納されている。メモリ５０は、例えば、揮発性の記憶媒体から構成されている。プログラム７０は、記憶装置６０からメモリ５０に読み込まれてプロセッサ４０により実行される。
【0019】
図３は出力制御信号の生成過程を示す説明図である。電力系統７００では、負荷周波数制御によって、電力系統７００の系統周波数と基準周波数との間の周波数偏差Δｆ（ｔ）が所定の偏差以内に制御されている。負荷周波数制御による出力制御信号は、負荷周波数制御信号と呼ばれる。中央給電指令所５００は、管轄区域内の電力系統７００のキャパシティＰＷと周波数偏差Δｆ（ｔ）とを乗算器５０１により乗算し、その乗算結果に電力系統７００の定数５０２を乗じて、管轄区域内の地域要求量ＡＲを算出する。地域要求量ＡＲは、管轄区域内の供給電力と消費電力との差分を示している。中央給電指令所５００は、地域要求量ＡＲに演算処理（ローパスフィルタ５０３、デッドバンド５０４、及び比例積分制御５０５を用いた処理）を行い、管轄区域全体の出力調整を指示する負荷周波数制御信号ＬＦＣarea（ｔ）を生成する。
【0020】
中央給電指令所５００は、ハイパスフィルタ５０６を用いて、負荷周波数制御信号ＬＦＣarea（ｔ）をフィルタリングし、複数の電気自動車１００全体の出力調整を指示する負荷周波数制御信号ＬＦＣEV（ｔ）を生成する。中央給電指令所５００は、負荷周波数制御信号ＬＦＣEV（ｔ）をアグリゲータ３００に送信する。なお、中央給電指令所５００は、大規模発電設備４００の出力調整を指示する負荷周波数制御信号を負荷周波数制御信号ＬＦＣarea（ｔ）から生成するが、電気自動車１００の出力調整とは関係ないため、その説明を省略する。
【0021】
アグリゲータ３００が管理する電気自動車１００の台数をｋとするとき、アグリゲータ３００は、ｉ番目の電気自動車１００の充電量を示すパラメータ３０１－ｉを保持している。アグリゲータ３００は、パラメータ３０１－ｉに基づいて、ｉ番目の電気自動車１００の出力調整を指示する負荷周波数制御信号ＬＦＣi（ｔ）を生成し、これをｉ番目の電気自動車１００に送信する。ここで、ｉ番目の電気自動車１００が受信する負荷周波数制御信号ＬＦＣi（ｔ）には、中央給電指令所５００からアグリゲータ３００を通じてｉ番目の電気自動車１００に到達するまでの通信時間と、アグリゲータ３００において負荷周波数制御信号ＬＦＣEV（ｔ）から負荷周波数制御信号ＬＦＣi（ｔ）を計算するのに要する処理時間とが遅延時間として加えられている。なお、ｉ番目の電気自動車１００が受信する負荷周波数制御信号ＬＦＣi（ｔ）に加えられている通信遅延と、ｊ番目の電気自動車１００が受信する負荷周波数制御信号ＬＦＣj（ｔ）に加えられている通信遅延とは、それぞれの通信経路によって異なり得る。但し、ｉ，ｊは、１以上ｋ以下の整数であり、ｋは２以上の整数である。
【0022】
図４はコントローラ１０の機能ブロック図である。プログラム７０が記憶装置６０からメモリ５０に読み込まれてプロセッサ４０により実行されることにより、コントローラ１０は、推定器２０及び制御器３０として機能する。説明の便宜上、図４に示すコントローラ１０は、ｉ番目の電気自動車１００のコントローラ１０であると仮定し、ｉ番目の電気自動車１００が受信する負荷周波数制御信号ＬＦＣi（ｔ）を、単に、負荷周波数制御信号ＬＦＣ（ｔ）と表記する。プロセッサ４０は、時刻ｔで負荷周波数制御信号ＬＦＣ（ｔ）受信するとともに、周波数偏差Δｆ（ｔ）を検出する。
【0023】
推定器２０は、時刻ｔでプロセッサ４０により検出された周波数偏差Δｆ（ｔ）を示す信号と、時刻ｔよりも所定時間ｄk過去の時刻で中央給電指令所５００から送信され、且つ時刻ｔでプロセッサ４０により受信された負荷周波数制御信号ＬＦＣ（ｔ）とを入力する。所定時間ｄkは、負荷周波数制御信号ＬＦＣ（ｔ）に加えられた遅延時間に相当する。
【0024】
推定器２０は、周波数偏差Δｆ（ｔ）を示す信号を所定時間ｄk遅延させた信号と負荷周波数制御信号ＬＦＣ（ｔ）との間の時系列的な関係を表す関係変数θ（ｔ）を計算する。関係変数θ（ｔ）は、伝達関数（Ｚ変換式）の形で記述することができ、関係変数θ（ｔ）の計算処理を一定期間継続的に繰り返し行うことにより、伝達関数のパラメータ（定数）の値を、精度のよい値に逐次更新することができる。
【0025】
制御器３０は、時刻ｔでプロセッサ４０により検出された周波数偏差Δｆ（ｔ）を示す信号と、関係変数θ（ｔ）とから、時刻ｔで中央給電指令所５００から送信されたものと推定される負荷周波数制御信号ＬＦＣ’（ｔ）を生成する。プロセッサ４０は、負荷周波数制御信号ＬＦＣ’（ｔ）に基づいて蓄電池９０の充放電を制御する。
【0026】
ここで、ｔを時刻とし、ｔ0を初期時刻とし、ｎを自然数とし、遅延時間をｄkとし、関係変数をθ（ｔ）とし、関係変数の初期値をθ0とし、ゲイン行列をＰとし、ゲイン行列の転置行列をＰTとし、ゲイン行列の初期値をＰ0とし、ゲイン行列の転置行列の初期値をＰT
0とし、第１の回帰ベクトルをφ（ｔ）とし、第２の回帰ベクトルをφ’（ｔ）とし、誤差をｅ（ｔ）とし、時刻ｔにおいてプロセッサ４０が検出する周波数偏差を示す信号をΔｆ（ｔ）とし、時刻ｔにおいてプロセッサ４０が受信する負荷周波数制御信号をＬＦＣ（ｔ）とし、時刻ｔにおいて中央給電指令所５００から送信されたものと推定される負荷周波数制御信号をＬＦＣ’（ｔ）とすると、（１）式～（８）式のＺ変換式が成立する。
【0027】
Δｆ’（ｔ）＝ｚ－dk［Δｆ］（ｔ）…（１）
φ（ｔ）＝［ｚ-n［Δｆ’］（ｔ），ｚ-n+1［Δｆ’］（ｔ），…，ｚ-2［Δｆ’］ （ｔ），ｚ-1［Δｆ’］（ｔ），Δｆ’（ｔ），ｚ-n［ＬＦＣ］（ｔ），ｚ-n+1［Ｌ ＦＣ］（ｔ），…，ｚ-2［ＬＦＣ］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ］（ｔ）］T …（２）
ｍ2（ｔ）＝１＋φT（ｔ）Ｐ（ｔ－１）φ（ｔ），Ｐ（ｔ0－１）＝Ｐ0＝ＰT 0 ＞０ …（３）
Ｐ（ｔ）＝Ｐ（ｔ－１）－［Ｐ（ｔ－１）φ（ｔ）φT（ｔ）Ｐ（ｔ－１）］／ｍ2 （ｔ），Ｐ（ｔ0－１）＝Ｐ0＝ＰT 0＞０ …（４）
θ（ｔ＋１）＝θ（ｔ）－［Ｐ（ｔ－１）φ（ｔ）ｅ（ｔ）］／ｍ2（ｔ），θ（ｔ 0）＝θ0 …（５）
ｅ（ｔ）＝θT（ｔ）φ（ｔ）－ＬＦＣ（ｔ） …（６）
φ’（ｔ）＝［ｚ-n［Δｆ］（ｔ），ｚ-n+1［Δｆ］（ｔ），…，ｚ-2［Δｆ］（ｔ ），ｚ-1［Δｆ］（ｔ），Δｆ（ｔ），ｚ-n［ＬＦＣ’］（ｔ），ｚ-n+1［ＬＦＣ’ ］（ｔ），…，ｚ-2［ＬＦＣ’］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ’］（ｔ）］T …（７）
ＬＦＣ’（ｔ）＝θT（ｔ）φ’（ｔ）…（８）
φ（ｔ）＝［ｚ-n［Δｆ’］（ｔ），ｚ-n+1［Δｆ’］（ｔ），…，ｚ-2［Δｆ’］ （ｔ），ｚ-1［Δｆ’］（ｔ），Δｆ’（ｔ），ｚ-n［ＬＦＣ］（ｔ），ｚ-n+1［Ｌ ＦＣ］（ｔ），…，ｚ-2［ＬＦＣ］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ］（ｔ）］T …（２）
ｍ2（ｔ）＝１＋φT（ｔ）Ｐ（ｔ－１）φ（ｔ），Ｐ（ｔ0－１）＝Ｐ0＝ＰT 0 ＞０ …（３）
Ｐ（ｔ）＝Ｐ（ｔ－１）－［Ｐ（ｔ－１）φ（ｔ）φT（ｔ）Ｐ（ｔ－１）］／ｍ2 （ｔ），Ｐ（ｔ0－１）＝Ｐ0＝ＰT 0＞０ …（４）
θ（ｔ＋１）＝θ（ｔ）－［Ｐ（ｔ－１）φ（ｔ）ｅ（ｔ）］／ｍ2（ｔ），θ（ｔ 0）＝θ0 …（５）
ｅ（ｔ）＝θT（ｔ）φ（ｔ）－ＬＦＣ（ｔ） …（６）
φ’（ｔ）＝［ｚ-n［Δｆ］（ｔ），ｚ-n+1［Δｆ］（ｔ），…，ｚ-2［Δｆ］（ｔ ），ｚ-1［Δｆ］（ｔ），Δｆ（ｔ），ｚ-n［ＬＦＣ’］（ｔ），ｚ-n+1［ＬＦＣ’ ］（ｔ），…，ｚ-2［ＬＦＣ’］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ’］（ｔ）］T …（７）
ＬＦＣ’（ｔ）＝θT（ｔ）φ’（ｔ）…（８）
【0028】
なお、プロセッサ４０が検出する周波数偏差Δｆ（ｔ）には、遅延がないため、周波数偏差Δｆ（ｔ）から遅延時間ｄkを求めることはできない。（１）～（８）式を用いてＬＦＣ’（ｔ）を計算するには、遅延時間ｄkを推定する必要がある。遅延時間ｄkは、中央給電指令所５００と電気自動車１００との間の距離に応じた通信遅延や、アグリゲータ３００によるＬＦＣ（ｔ）の計算に要する時間などを考慮して、その値を推定することができる。例えば、遅延時間ｄkの推定最小値をｄk’とし、（１）～（８）式において、ｄkにｄk’を代入してθ（ｔ）を計算する。そして、推定値ｄk’の値を増加させる処理と、増加したｄk’をｄkに代入して、θ（ｔ）を再計算する処理とを繰り返すと、ｄk’＞ｄkのときに、ＬＦＣ’（ｔ）を記述する数式モデルの動特性（応答特性）が変化する。この変化を検出することにより、ｄk’＝ｄkとなるｄk’を見つけることができ、（１）～（８）式を用いて、ＬＦＣ’（ｔ）を計算することができる。なお、推定最小値ｄk’＝０として、上述の方法により、ｄk’＝ｄkとなるｄk’を見つけてもよい。
【0029】
（２）式及び（７）式のｎは、推定精度を指定するものである。例えば、ｎ＝２の場合、（２）式は、（２）’式のように記述することができる。同様に、（７）式は、（７）’式のように記述することができる。
φ（ｔ）＝［ｚ-2［Δｆ’］（ｔ），ｚ-1［Δｆ’］（ｔ），Δｆ’（ｔ），ｚ-2［ＬＦＣ］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ］（ｔ）］T …（２）’
φ’（ｔ）＝［ｚ-2［Δｆ］（ｔ），ｚ-1［Δｆ］（ｔ），Δｆ（ｔ），ｚ-2［ＬＦＣ’］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ’］（ｔ）］T …（７）’
φ（ｔ）＝［ｚ-2［Δｆ’］（ｔ），ｚ-1［Δｆ’］（ｔ），Δｆ’（ｔ），ｚ-2［ＬＦＣ］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ］（ｔ）］T …（２）’
φ’（ｔ）＝［ｚ-2［Δｆ］（ｔ），ｚ-1［Δｆ］（ｔ），Δｆ（ｔ），ｚ-2［ＬＦＣ’］（ｔ），ｚ-1［ＬＦＣ’］（ｔ）］T …（７）’
【0030】
図５は、ｎ＝２の場合の推定器２０の機能ブロック図を示す。推定器２０は、（１）式、（２）’式、（３）式～（６）式に基づいて、Δｆ（ｔ）及びＬＦＣ（ｔ）からθ（ｔ）を計算する。図５の符号２０１～２０７は、遅延演算子を示す。符号２０８，２０９は、入力される行列の転置行列を出力する演算子を示す。符号２１０は、マルチプレクサを示す。符号２１１～２２０は、これらの符号が示すブロックに表記されている演算を行う演算子を示す。例えば、符号２１１は、４つの入力の乗算結果を出力する演算子を示す。
【0031】
図６は、ｎ＝２の場合の制御器３０の機能ブロック図を示す。制御器３０は、（７）’式及び（８）式に基づいて、θ（ｔ）及びΔｆ（ｔ）からＬＦＣ’（ｔ）を計算する。符号３０１～３０４は、遅延演算子を示す。符号３０５は、入力される行列の転置行列を出力する演算子を示す。符号３０６は、マルチプレクサを示す。符号３０７は、２つの入力の乗算結果を出力する演算子を示す。
【0032】
図７は負荷周波数制御信号の推定処理の流れを示すフローチャートである。プログラム７０がプロセッサ４０により実行されることにより、負荷周波数制御信号の推定処理が実行される。
ステップ７０１において、プロセッサ４０は、第１の時刻でプロセッサ４０により検出された周波数偏差Δｆ（ｔ）を示す信号と、第１の時刻よりも所定時間ｄk過去の第２の時刻で中央給電指令所５００から送信され且つ第１の時刻でプロセッサ４０により受信された負荷周波数制御信号ＬＦＣ（ｔ）とを入力する。
ステップ７０２において、プロセッサ４０は、周波数偏差Δｆ（ｔ）を示す信号を所定時間ｄk遅延させた信号と負荷周波数制御信号ＬＦＣ（ｔ）との間の時系列的な関係を表す関係変数θ（ｔ）を計算する。
ステップ７０３において、プロセッサ４０は、第３の時刻でプロセッサ４０により検出された周波数偏差Δｆ（ｔ）を示す信号と関係変数θ（ｔ）とから第３の時刻で中央給電指令所５００から送信されたものと推定される負荷周波数制御信号ＬＦＣ’（ｔ）を生成する。ここで、第３の時刻は、第１の時刻と同時刻でもよく、或いは第１の時刻以降の任意の時刻でもよい。
ステップ７０４において、プロセッサ４０は、負荷周波数制御信号ＬＦＣ’（ｔ）に基づいて蓄電池９０の充放電を制御する。
ステップ７０１において、プロセッサ４０は、第１の時刻でプロセッサ４０により検出された周波数偏差Δｆ（ｔ）を示す信号と、第１の時刻よりも所定時間ｄk過去の第２の時刻で中央給電指令所５００から送信され且つ第１の時刻でプロセッサ４０により受信された負荷周波数制御信号ＬＦＣ（ｔ）とを入力する。
ステップ７０２において、プロセッサ４０は、周波数偏差Δｆ（ｔ）を示す信号を所定時間ｄk遅延させた信号と負荷周波数制御信号ＬＦＣ（ｔ）との間の時系列的な関係を表す関係変数θ（ｔ）を計算する。
ステップ７０３において、プロセッサ４０は、第３の時刻でプロセッサ４０により検出された周波数偏差Δｆ（ｔ）を示す信号と関係変数θ（ｔ）とから第３の時刻で中央給電指令所５００から送信されたものと推定される負荷周波数制御信号ＬＦＣ’（ｔ）を生成する。ここで、第３の時刻は、第１の時刻と同時刻でもよく、或いは第１の時刻以降の任意の時刻でもよい。
ステップ７０４において、プロセッサ４０は、負荷周波数制御信号ＬＦＣ’（ｔ）に基づいて蓄電池９０の充放電を制御する。
【0033】
図８は、負荷周波数制御信号の推定処理のシミュレーション結果を示す。符号８０１は、中央給電指令所５００から送信される負荷周波数制御信号を示す。符号８０２は、中央給電指令所５００から送信されて電気自動車１００により受信された負荷周波数制御信号を示す。符号８０１，８０２で示されるグラフを比較すると、電気自動車１００が受信する負荷周波数制御信号は、中央給電指令所５００から送信される負荷周波数制御信号に対して時間的に遅延していることが分かる。符号８０３は、本発明の実施形態に関わる推定処理により推定される負荷周波数制御信号を示す。符号８０１，８０３で示されるグラフを比較すると、負荷周波数制御信号の高精度な遅延補償がなされていることが分かる。
【0034】
図９は、負荷周波数制御信号の推定処理の評価結果を示す。パラメータｘは、測定ノイズの大きさが正規分布Ｎ（０，（０．０２ｘ／３）2）に従うと仮定したときのｘを示している。例えば、ｘ＝１の場合、測定ノイズの標準偏差は、０．０２／３である。パラメータＡは、オリジナルの信号と比較対象の信号との間の相関係数を示しており、両者の信号波形の形状が類似している程、相関係数は高くなる。パラメータＰは、オリジナルの信号と比較対象の信号との間で単位面積あたりにつき重なり合う部分の面積の割合いを示している。「遅延補償あり（次数＝１０）」は、伝達関数の次数が１０である関係変数θ（ｔ）を用いて、負荷周波数制御信号の推定処理を行うことを意味する。「遅延補償あり（次数＝２０）」は、伝達関数の次数が２０である関係変数θ（ｔ）を用いて、負荷周波数制御信号の推定処理を行うことを意味する。「遅延補償なし」は、時間的に遅延している負荷周波数制御信号をそのまま受信するだけの処理を意味する。
【0035】
遅延補償の有無に関係なく、オリジナルの信号と比較対象の信号との間に信号波形の実質的な相違は見られないことから、パラメータＡの値に実質的な差異は見られない。一方、遅延補償をしない場合よりも、遅延補償をする場合の方がパラメータＰの値は高いことが分かる。更に、伝達関数の次数が低い関係変数θ（ｔ）を用いて、負荷周波数制御信号の推定処理を行う場合よりも、伝達関数の次数が高い関係変数θ（ｔ）を用いて、負荷周波数制御信号の推定処理を行う場合の方がパラメータＰの値は高いことが分かる。これらの評価結果から、（１）式～（８）式において、ｎの値を大きくする程、精度の高い遅延補償を行えることが分かる。
【0036】
本発明の実施形態によれば、負荷周波数制御信号の精度の高い遅延補償を行うことができるため、短期間の負荷変動に追従して電力需給調整を図ることができるという利点を有する。また、エネルギー・リソース・アグリゲーション・ビジネスにおいては、負荷周波数制御信号に精度よく追従して充放電する程、需要者には、高い対価が付与されるため、ビジネス上の利点も有する。
【0037】
なお、上述の説明では、電気自動車１００の蓄電池９０の充放電制御を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、電力需給調整に利用し得る様々な蓄電池（例えば、家庭用蓄電池や産業用蓄電池など）の充放電制御にも応用可能である。
【0038】
以上、説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも、本発明の特徴を含む限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【0039】
１００…電気自動車 １０…コントローラ ２０…推定器 ３０…制御器 ４０…プロセッサ ５０…メモリ ６０…記憶装置 ７０…プログラム ２００…充放電スポット ３００…アグリゲータ ４００…大規模発電設備 ５００…中央給電指令所 ６００…通信網 ６０１…通信線 ７００…電力系統 ７０１…電力送電線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】