(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】2024-07-30
(45)【発行日】2024-08-07
(54)【発明の名称】電力システム
(51)【国際特許分類】
H02J 3/32 20060101AFI20240731BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20240731BHJP
H02J 7/34 20060101ALI20240731BHJP
【ＦＩ】
H02J3/32
H02J3/38 110
H02J7/34 B
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021000702
(22)【出願日】2021-01-06
(65)【公開番号】P2022106032
(43)【公開日】2022-07-19
【審査請求日】2023-10-18
(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】100135389
【弁理士】
【氏名又は名称】臼井 尚
(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】大堀 彰大
(72)【発明者】
【氏名】北村 高嗣
(72)【発明者】
【氏名】花尾 隆史
(72)【発明者】
【氏名】福見 渉
【審査官】田中 慎太郎
(56)【参考文献】
【文献】再公表特許第２０１７／１５０３７６（ＪＰ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－１５６２３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／０９８０８３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１８３４３６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ３／３２
Ｈ０２Ｊ ３／３８
Ｈ０２Ｊ ７／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力系統に接続され、当該電力系統との接続点における電力である接続点電力の電力制御を行う電力システムであって、前記接続点電力の値を検出する検出装置と、
前記接続点電力の値を設定された調整目標値にするための誘導指令値を導出する処理装置と、
各々が、蓄電池が接続され、当該蓄電池の充放電を制御する複数の充放電制御装置と、
を備えており、
前記複数の充放電制御装置の各々は、前記処理装置との通信により前記誘導指令値を受信する通信部、前記通信部が受信した前記誘導指令値を用いた最適化問題に基づき出力目標値を算出する算出部、前記算出部が算出した前記出力目標値に基づいて前記接続点への出力電力を制御することで前記蓄電池の充放電を行う出力制御部、および、接続された前記蓄電池の充電率を取得する取得部を含んでおり、強制充電条件を満たすと前記蓄電池を所定充電量で充電し、
前記強制充電条件は、前記充電率が残量閾値以下であり、かつ、前記出力目標値が、前記所定充電量以上で前記蓄電池を充電させる値でないときに満たされる、
ことを特徴とする電力システム。
【請求項2】
前記最適化問題は、評価関数を含み、前記算出部は、前記評価関数から導出される演算式により前記出力目標値を求める演算部と、前記出力目標値を補正する補正部とを含み、
前記補正部は、前記強制充電条件を満たす場合に、前記出力目標値を強制充電出力値に補正し、
前記強制充電出力値は、前記所定充電量で前記蓄電池を充電させる値である、
請求項１に記載の電力システム。
【請求項3】
前記最適化問題は、さらに１以上の制約条件を含み、前記補正部は、前記１以上の制約条件によって前記出力目標値を補正しており、当該１以上の制約条件に前記蓄電池の充電がされないように前記出力目標値を制約する条件が含まれる場合、当該制約条件に基づく補正後に、前記強制充電条件を満たすか否かを判断する、
請求項２に記載の電力システム。
【請求項4】
前記算出部は、前記出力目標値が、前記蓄電池を充電させる値であり、かつ、前記蓄電池の充電限度値よりも充電量を大きくさせるとき、前記出力目標値を前記充電限度値に補正し、前記出力目標値が、前記蓄電池を放電させる値であり、かつ、前記蓄電池の放電限度値よりも放電量を大きくさせるとき、前記出力目標値を前記放電限度値に補正し、前記充電限度値は、前記蓄電池に入力可能な電力の最大値であり、
前記放電限度値は、前記蓄電池から出力可能な電力の最大値である、
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電力システム。
【請求項5】
前記複数の充放電制御装置の各々は、前記出力制御部と前記接続点との間に接続された開閉器をさらに備えており、前記複数の充放電制御装置の各々は、前記出力目標値の絶対値が所定値以下である状態が所定時間以上継続した場合、前記開閉器を開放しつつ、前記出力制御部による前記蓄電池の充放電を休止する、
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電力システムに関する。
【背景技術】
【0002】
電力系統に接続された複数の電力装置を管理して、電力系統との間での送受電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および特許文献２には、複数の電力装置と処理装置（集中管理装置）とを備えた電力システムの一例が開示されている。処理装置は、所定の調整対象電力を目標電力に制御するための指標（誘導指令値）を算出する。各電力装置は、処理装置が算出した誘導指令値を用いて、分散的に出力電力を制御している。このとき、各電力装置は、誘導指令値を用いた最適化問題に基づいて、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、出力電力を制御する。このようにして、電力システムのエネルギー管理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－１４８６２７号公報
【文献】特開２０１８－１７０９０１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に記載の電力システムにおいて、複数の電力装置は、例えば蓄電装置を含む。蓄電装置は、蓄電池が接続され、蓄電池の充放電を行う。蓄電装置は、接続された蓄電池を電源としているので、放電を行っていないときでも、蓄電池の充電量を減少させる。したがって、充放電していない場合や充電していても充電量が少ししかない場合、蓄電池の充電量が減少することがある。蓄電池の充電量が減少すると、蓄電装置の動作用の電力が不足し、蓄電装置が停止する可能性がある。そのため、蓄電装置を備える電力システムにおいて、蓄電池の充電率の的確な管理が求められる。
【0005】
本開示は、上記事情に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、蓄電池の充電率を管理して、蓄電池の充電量不足による蓄電装置の停止を抑制できる電力システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示によって提供される電力システムは、電力系統に接続され、当該電力系統との接続点における電力である接続点電力の電力制御を行う電力システムであって、前記接続点電力の値を検出する検出装置と、前記接続点電力の値を設定された調整目標値にするための誘導指令値を導出する処理装置と、各々が、蓄電池が接続され、当該蓄電池の充放電を制御する複数の充放電制御装置と、を備えており、前記複数の充放電制御装置の各々は、前記処理装置との通信により前記誘導指令値を受信する通信部、前記通信部が受信した前記誘導指令値を用いた最適化問題に基づき出力目標値を算出する算出部、前記算出部が算出した前記出力目標値に基づいて前記接続点への出力電力を制御することで前記蓄電池の充放電を行う出力制御部、および、接続された前記蓄電池の充電率を取得する取得部を含んでおり、強制充電条件を満たすと前記蓄電池を所定充電量で充電し、前記強制充電条件は、前記充電率が残量閾値以下であり、かつ、前記出力目標値が、前記所定充電量以上で前記蓄電池を充電させる値でないときに満たされることを特徴とする。
【0007】
前記電力システムの好ましい実施の形態において、前記最適化問題は、評価関数を含み、前記算出部は、前記評価関数から導出される演算式により前記出力目標値を求める演算部と、前記出力目標値を補正する補正部とを含み、前記補正部は、前記強制充電条件を満たす場合に、前記出力目標値を強制充電出力値に補正し、前記強制充電出力値は、前記所定充電量で前記蓄電池を充電させる値である。
【0008】
前記電力システムの好ましい実施の形態において、前記最適化問題は、さらに１以上の制約条件を含み、前記補正部は、前記１以上の制約条件によって前記出力目標値を補正しており、当該１以上の制約条件に前記蓄電池の充電がされないように前記出力目標値を制約する条件が含まれる場合、当該制約条件に基づく補正後に、前記強制充電条件を満たすか否かを判断する。
【0009】
前記電力システムの好ましい実施の形態において、前記算出部は、前記出力目標値が、前記蓄電池を充電させる値であり、かつ、前記蓄電池の充電限度値よりも充電量を大きくさせるとき、前記出力目標値を前記充電限度値に補正し、前記出力目標値が、前記蓄電池を放電させる値であり、かつ、前記蓄電池の放電限度値よりも放電量を大きくさせるとき、前記出力目標値を前記放電限度値に補正し、前記充電限度値は、前記蓄電池に入力可能な電力の最大値であり、前記放電限度値は、前記蓄電池から出力可能な電力の最大値である。
【0010】
前記電力システムの好ましい実施の形態において、前記複数の充放電制御装置の各々は、前記出力制御部と前記接続点との間に接続された開閉器をさらに備えており、前記複数の充放電制御装置の各々は、前記出力目標値の絶対値が所定値以下である状態が所定時間以上継続した場合、前記開閉器を開放しつつ、前記出力制御部による前記蓄電池の充放電を休止する。
【発明の効果】
【0011】
本開示の電力システムによれば、前記強制充電条件を満たす場合、前記蓄電池を前記所定充電量で充電するので、蓄電池の充電率が残量閾値以下となり、蓄電池の充電率が不足している状況において、蓄電池への充電量が足りないと、蓄電池が強制的に充電される。したがって、電力システムは、蓄電池の充電率を管理して、蓄電池の充電量不足による蓄電装置の停止を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示の電力システムを示す全体構成例を示す図である。
【図2】充放電制御装置の詳細な構成例を示す図である。
【図3】強制充電処理による補正のシミュレーション結果を示す図である。
【図4】充電率に応じた最大充放電量制約による補正範囲を示す図である。
【図5】充放電制御装置が行う電力制御を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本開示の電力システムの好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。以下の説明において、同一または類似の構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【0014】
図１は、本開示の電力システムＳ１の全体構成例を示している。図１において、太線は電力ネットワークを示し、破線は通信ネットワークを示している。本開示にかかる電力システムＳ１は、図１に示すように、電力線９０、処理装置Ａ１、複数の電力制御装置Ｂ１および検出装置Ｃ１を備える。複数の電力制御装置Ｂ１は、蓄電池１９が接続された充放電制御装置１０を含む。図１に示す例では、複数の電力制御装置Ｂ１はすべて、充放電制御装置１０であるが、これに限定されず、複数の充放電制御装置１０の他に、太陽電池が接続されたＰＶ（Photovoltaics）制御装置、電気自動車が接続されたＥＶ（Electric Vehicle）用の充放電制御装置、発電機が接続された発電機制御装置などを含んでいてもよい。
【0015】
電力システムＳ１は、接続点Ｋに接続され、電力系統Ｄに連系されている。電力システムＳ１は、電力系統Ｄに送電可能（逆潮流可能）であり、かつ、電力系統Ｄから受電可能である。本開示において、電力システムＳ１から電力系統Ｄに電力が出力されているとき、すなわち、逆潮流しているとき、接続点電力が正の値となるものとする。一方、電力系統Ｄから電力システムＳ１に電力が出力されているとき、接続点電力が負の値となるものとする。接続点電力とは、電力システムＳ１と電力系統Ｄとの接続点Ｋにおける電力のことである。
【0016】
電力システムＳ１は、処理装置Ａ１と複数の電力制御装置Ｂ１とが協調して、接続点電力が目標電力となるように電力制御を行う。目標電力とは、接続点電力の目標値（調整目標値）のことである。電力システムＳ１の電力制御において、処理装置Ａ１は、接続点電力を目標電力（調整目標値）に制御するための指標を算出する。本開示では、この指標を「誘導指令値」という。各電力制御装置Ｂ１は、処理装置Ａ１が算出した誘導指令値に基づいて、制御対象（蓄電池１９）の出力目標値を算出する。そして、各電力制御装置Ｂ１は、算出した出力目標値に基づいて、制御対象の出力電力を制御する。このように、電力システムＳ１は、複数の電力制御装置Ｂ１が分散的に出力電力の制御を行うことで、接続点電力を目標電力（調整目標値）に制御している。誘導指令値は、各電力制御装置Ｂ１が出力目標値を算出するためのものでもある。
【0017】
電力負荷Ｌは、供給される電力を消費するものである。電力負荷Ｌは、電力系統Ｄや各電力制御装置Ｂ１から電力が供給される。電力負荷Ｌは、一般負荷と重要負荷とを含む。一般負荷は、例えば、災害時に電力が遮断されても、比較的影響が少ない電気機器を含む。重要負荷は、災害時でも電力を継続して供給する必要性がある重要な負荷であり、例えば、非常用のエレベータ、連続運転が必要な電気機器、建屋の照明や空調機器などが含まれる。
【0018】
電力線９０は、電力系統Ｄと、電力負荷Ｌと、複数の電力制御装置Ｂ１とに適宜接続されている。電力線９０は、電力システムＳ１における電力ネットワークを構築する。
【0019】
検出装置Ｃ１は、接続点電力を検出する。検出装置Ｃ１は、検出部８１および通信部８２を含む。検出部８１は、接続点Ｋと電力系統Ｄとの間に設置され、接続点電力を検出する。検出部８１は、例えば電力トランスデューサである。検出部８１は、通信部８２と通信可能であり、接続点電力の検出値を通信部８２に出力する。通信部８２は、検出部８１から入力される接続点電力の検出値（アナログ値）をデジタル値に変換するＡＤ変換器であり、変換後の接続点電力の検出値（デジタル値）を、処理装置Ａ１に送信する。検出装置Ｃ１には、適宜、電力システムＳ１を電力系統Ｄに連系するための各種保護装置（例えば逆電流継電器や地絡継電器、逆電力継電器など）がさらに設置される。
【0020】
処理装置Ａ１は、複数の電力制御装置Ｂ１および検出装置Ｃ１のそれぞれと通信可能である。処理装置Ａ１は、接続点電力を監視し、接続点電力を目標電力（調整目標値）に制御するための誘導指令値を算出する。接続点電力は、検出装置Ｃ１が検出した検出値を用いてもよいし、各電力制御装置Ｂ１から通信によって取得した各出力電力の値から算出される推算値であってもよい。なお、処理装置Ａ１に設定される制御モードに応じて接続点電力として、検出値あるいは推算値のいずれかが用いられる。制御モードは、電力システムＳ１のシステム機能を決定する設定である。電力システムＳ１における制御モードには、例えば、特許文献２に記載の制御モードと同様に、出力抑制モード、スケジュールモード、ピークカットモードおよび逆潮流回避モードなどを含む。制御モードは、上記したものに限定されない。また、目標電力（調整目標値）は、制御モードに応じて適宜予め設定されている。例えば、目標電力は、制御モードに応じて、予め処理装置Ａ１に設定された値やユーザ操作により設定された値、上位装置（例えば電力会社など）から指示された値などが設定されうる。処理装置Ａ１は、算出した誘導指令値を、複数の電力制御装置Ｂ１（複数の充放電制御装置１０）のそれぞれに送信する。処理装置Ａ１は、例えば、下記（１）式および下記（２）式に示す状態方程式（連立微分方程式）が設定されており、この状態方程式を解くことで、誘導指令値ｐｒ（ｔ）を算出する。処理装置Ａ１は、誘導指令値の算出を所定時間（例えば１［ｓｅｃ］）毎に行う。下記（１）式および下記（２）式において、Ｐ（ｔ）は接続点電力、ＰC（ｔ）は目標電力、λ（ｔ）は状態変数、ｐｒ（ｔ）は誘導指令値、εは勾配係数である。
【数1】
【0021】
複数の電力制御装置Ｂ１はそれぞれ、接続点Ｋに電気的に接続される。複数の電力制御装置Ｂ１はそれぞれ、誘導指令値を用いた最適化問題に基づいて、自装置の出力電力を制御する。複数の電力制御装置Ｂ１は、上述の通り、複数の充放電制御装置１０を含む。
【0022】
複数の充放電制御装置１０はそれぞれ、蓄電池１９が接続されている。図１では、複数の充放電制御装置１０のそれぞれに、１つの蓄電池１９が接続されているが、複数の蓄電池１９が接続されていてもよい。蓄電池１９は、例えば二次電池あるいはコンデンサである。各充放電制御装置１０は、図２に示すように、蓄電池パワーコンディショナ１１、中継装置１２および開閉器１３を含んでいる。図２は、各充放電制御装置１０の詳細な構成例を示している。図２において、太線は電力ネットワークを示し、破線は通信ネットワークを示している。本開示では、パワーコンディショナを「ＰＣＳ」と記載する。蓄電池ＰＣＳ１１と中継装置１２とは、双方向通信を行う。蓄電池ＰＣＳ１１と中継装置１２とは、別のモジュールで構成されたものに限定されず、１つのモジュールで構成されてもよい。例えば蓄電池ＰＣＳ１１に中継装置１２の各構成要素を設けてもよい。
【0023】
蓄電池ＰＣＳ１１は、接続される蓄電池１９の充放電を行う。図１および図２に示すように、蓄電池ＰＣＳ１１は、蓄電池１９が接続されている。また、蓄電池ＰＣＳ１１は、電力線９０によって開閉器１３を介して接続点Ｋに接続されている。蓄電池ＰＣＳ１１は、接続点Ｋから入力される電力を蓄電池１９に供給することで、蓄電池１９を充電する。また、蓄電池ＰＣＳ１１は、蓄電池１９に蓄積された電力を接続点Ｋに出力することで、蓄電池１９を放電させる。蓄電池ＰＣＳ１１は、中継装置１２から受信する出力目標値に基づいて、蓄電池１９の充電量および放電量を制御する。これにより、制御対象（蓄電池１９）の出力電力を制御する。本開示では、蓄電池ＰＣＳ１１は、受信した出力目標値が正の値のとき、蓄電池１９を放電させ、受信した出力目標値が負の値のとき、蓄電池１９を充電する。
【0024】
蓄電池ＰＣＳ１１は、通信部１１１および出力制御部１１２を含む。通信部１１１は、中継装置１２との通信を行う。通信部１１１は、中継装置１２から送信された出力目標値を受信する。通信部１１１は、受信した出力目標値を出力制御部１１２に出力する。出力制御部１１２は、通信部１１１から出力目標値が入力され、出力電力を出力目標値に制御する。出力制御部１１２は、インバータ回路１１２ａ、検出回路１１２ｂおよび制御回路１１２ｃを含む。インバータ回路１１２ａは、交流から直流および直流から交流の双方向に電力を変換する。検出回路１１２ｂは、インバータ回路１１２ａの出力電力を検出する。検出回路１１２ｂは、検出した出力電力の値を、制御回路１１２ｃに出力し、また、通信部１１１を介して中継装置１２に送信する。制御回路１１２ｃは、検出回路１１２ｂが検出した出力電力に基づいて、出力電力を出力目標値にするための制御信号（例えばＰＷＭ信号）を生成し、生成した制御信号をインバータ回路１１２ａに入力する。これにより、出力制御部１１２は、出力電力が出力目標値となるように制御している。なお、各出力制御部１１２の構成は、上記したものに限定されない。
【0025】
開閉器１３は、例えば蓄電池ＰＣＳ１１と接続点Ｋとの間に配置される。開閉器１３が閉状態のとき、蓄電池ＰＣＳ１１が電力系統Ｄに連系し、開閉器１３が開状態のとき、蓄電池ＰＣＳ１１が電力系統Ｄから切り離される。開閉器１３は、例えば電磁接触器で構成されるが、これに限定されない。
【0026】
中継装置１２は、処理装置Ａ１および蓄電池ＰＣＳ１１と通信する。中継装置１２は、取得部１２１、通信部１２２、算出部１２３および休止制御部１２６を含む。
【0027】
取得部１２１は、蓄電池１９の状態を取得する。取得部１２１は、蓄電池１９の充電率（ＳｏＣ：States Of Charge）を取得し、これを算出部１２３に出力する。また、取得部１２１は、蓄電池１９の放電限度値（後述）および充電限度値（後述）を取得し、これらを算出部１２３に出力する。電力システムＳ１では、充電率を蓄電池１９から直接取得するのではなく、蓄電池ＰＣＳ１１を介して取得してもよい。また、放電限度値および充電限度値を、蓄電池１９から直接取得するのではなく、蓄電池ＰＣＳ１１を介して取得してもよいし、処理装置Ａ１から受信してもよい。
【0028】
通信部１２２は、処理装置Ａ１および蓄電池ＰＣＳ１１とそれぞれ通信を行う。通信部１２２は、処理装置Ａ１との通信において、例えば誘導指令値を受信し、蓄電池ＰＣＳ１１の出力電力を送信する。また、通信部１２２は、蓄電池ＰＣＳ１１との通信において、例えば蓄電池ＰＣＳ１１の出力電力の値を受信し、蓄電池ＰＣＳ１１の出力目標値を送信する。
【0029】
算出部１２３は、誘導指令値を用いた最適化問題に基づいて、出力目標値を算出する。この最適化問題は、評価関数と制約条件とを含む。本実施形態では、算出部１２３は、評価関数から導出される所定の演算式での演算を行い、その演算結果を制約条件によって補正することで、出力目標値を算出する。これとは異なり、算出部１２３は、制約条件の下で評価関数を解くことで出力目標値を算出してもよい。当該評価関数は、例えば特許文献１に記載されたものと同等である。算出部１２３は、算出した出力目標値を通信部１２２に出力し、通信部１２２を介して蓄電池ＰＣＳ１１に送信する。算出部１２３は、演算部１２４および補正部１２５を含む。
【0030】
演算部１２４は、上記評価関数から導出される下記（３）式および下記（４）式で示す演算式が設定されており、この演算式によって、出力目標値の演算値を求める。下記（３）式および下記（４）式において、Ｐrefは蓄電池ＰＣＳ１１の出力目標値、ｐｒは誘導指令値、ｐｒlmtは誘導指令値限界、ａ1～ａ4はそれぞれ、設計パラメータである。誘導指令値限界ｐｒlmtは、電力システムＳ１で用いる誘導指令値ｐｒの最大値および最小値を定義する値である。下記（４）式で算出される値Λは、誘導指令値ｐｒの最小値（－ｐｒlmt）と誘導指令値ｐｒの最大値（ｐｒlmt）との間の値に制限される。設計パラメータａ1は、主に誘導指令値ｐｒの変化に応じた出力電力の変化量を調整するパラメータである。設計パラメータａ2は、主に誘導指令値ｐｒが０付近での出力電力を調整するパラメータである。設計パラメータａ3は、主に出力電力が変化し始める誘導指令値ｐｒを調整するパラメータである。設計パラメータａ4は、接続される蓄電池１９の充電率（ＳｏＣ）に応じたパラメータである。設計パラメータａ4には、下記（５）式の演算値が設定される。下記（５）式において、ωSoCは、下記（６）式で算出され、ωSoC_tmpは、下記（７）式あるいは下記（８）式のうちいずれか小さい方が用いられる。下記（６）式ないし下記（８）式において、ＡSoCは重みｗSoCのオフセット、ＫSoCは重みｗSoCのゲイン、ｓswは重みｗSoCのオン／オフスイッチ（例えば、オンのとき１，オフのとき０）、ＳｏＣpは蓄電池１９の現在の充電率、ＳｏＣdは基準となる充電率をそれぞれ示している。これらの各設計パラメータａ1～ａ4は、中継装置１２にそれぞれ設定されている。
【数2】
【0031】
補正部１２５は、強制充電処理による補正および上記制約条件による補正によって、出力目標値を補正する。上記制約条件により補正には、Ｃレート制約による補正、充電率に応じた最大充放電量制約による補正、蓄電池１９の定格出力制約による補正、および、蓄電池ＰＣＳ１１の定格出力制約による補正などがある。
【0032】
強制充電処理による補正では、補正部１２５は、強制充電条件を満たす場合、出力目標値を、強制充電出力値に補正する。強制充電出力値は、所定充電量（以下「強制充電量と」いう）で蓄電池１９を充電させる値である。これにより、充放電制御装置１０は、強制充電条件を満たす場合、強制充電量で蓄電池１９を充電させる。なお、強制充電出力値は、本実施形態のように出力目標値が負の値のときに蓄電池１９を充電させる例では負の値であるが、出力目標値が正の値のときに蓄電池１９を充電させる例では正の値である。そして、強制充電条件は、例えば取得部１２１が取得した蓄電池１９の充電率が残量閾値以下であり、かつ、出力目標値が強制充電量以上で蓄電池１９を充電させる値でないとき（つまり、出力目標値が強制充電量未満で蓄電池１９を充電させる値であるか、出力目標値が蓄電池１９を放電させる値であるか、出力目標値が蓄電池１９を充電も放電もさせない値であるとき）に満たされる。本実施形態では、出力目標値が負の値のときに蓄電池１９が充電され、正の値のときに蓄電池１９が放電されるので、補正部１２５は、出力目標値が強制充電出力値よりも大きいときに、出力目標値が強制充電量以上で蓄電池１９を充電させる値でないと判断する。一方、補正部１２５は、出力目標値が強制充電出力値以下であるとき、出力目標値が強制充電量以上で蓄電池１９を充電させる値であると判断する。なお、出力目標値が正の値のときに蓄電池１９が充電され、負の値のときに蓄電池１９が放電される場合には、補正部１２５は、出力目標値が強制充電出力値よりも小さいときに、出力目標値が強制充電量以上で蓄電池１９を充電させる値でないと判断する。強制充電処理は、蓄電池１９の充電率が復帰閾値（復帰閾値は残量閾値よりも大きい値である）となるか、あるいは、出力目標値が強制充電量以上で蓄電池１９を充電させる値であるとき（本実施形態では、出力目標値が強制充電出力値以下であるとき）のいずれかを満たすまで行われる。図３は、強制充電処理のシミュレーション結果を示している。図３（ａ）は、蓄電池１９の充電率の時間変化を示し、充電率を縦軸に、時間を横軸にとっている。図３（ｂ）は、蓄電池ＰＣＳ１１の出力電力の変化を示し、出力電力を縦軸に、時間を横軸に取っている。当該シミュレーションでは、残量閾値を１０％、強制充電出力値を－２５ｋＷ、復帰閾値を３０％としている。また、強制充電処理による補正以外の補正は考慮していない。図３に示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までは、少なくとも充電率が残量閾値（１０％）よりも大きいため、強制充電処理は実行されず、誘導指令値から算出される出力目標値によって出力電力が制御される。なお、このとき、図３（ｂ）から理解されるように、出力電力が正の値であることから、出力目標値は蓄電池１９を放電させる値（正の値）である。その後、時刻Ｔ１で充電率が残量閾値（１０％）以下となる。このとき、出力電力は正の値であり、出力目標値が蓄電池１９を放電させる値（つまり強制充電出力値よりも大きい値）であるため、出力目標値が強制充電出力値に補正される。これにより、図３（ｂ）に示すように、出力電力が－２５ｋＷで制御される（つまり２５ｋＷで充電が行われる）。その後、図３（ａ）に示すように、時刻Ｔ２で充電率が復帰閾値（例えば３０％）以上となると、強制充電処理による補正（出力目標値を強制充電出力値にする補正）が解除され、誘導指令値から求められた出力目標値による出力電力の制御が再開される。
【0033】
Ｃレート制約による補正では、補正部１２５は、出力目標値が、充電時のＣレート（充電Ｃレート）および放電時のＣレート（放電Ｃレート）に基づく下記（９）式を満たすように補正する。下記（９）式において、ＷＨS
lmtは蓄電池１９の定格容量であり、Ｃrate
Pは充電Ｃレート、Ｃrate
Mは放電Ｃレートである。充電Ｃレートおよび放電Ｃレートは、例えば処理装置Ａ１から送信されており、通信部１２２により受信される。充電Ｃレートおよび放電Ｃレートは、処理装置Ａ１から送信されるのではなく、各中継装置１２に設定されていてもよい。例えば、蓄電池１９の定格容量が２５０ｋＷｈであり、充電Ｃレートが０．５Ｃ、放電Ｃレートが０．７Ｃである場合、出力目標値は－１２５ｋＷ以上１７５ｋＷ以下に制限される。
－Ｃrate P×ＷＨS lmt≦Ｐref≦Ｃrate M×ＷＨS lmt ・・・（９）
－Ｃrate P×ＷＨS lmt≦Ｐref≦Ｃrate M×ＷＨS lmt ・・・（９）
【0034】
蓄電池１９の充電率に応じた最大充放電量制約による補正では、補正部１２５は、出力目標値が蓄電池１９の充電率の上限設定値および下限設定値に基づく下記（１０）式を満たすように、出力目標値を補正する。下記（１０）式において、αk，βkは、蓄電池１９の残量によって調整できる調整パラメータである。例えば、蓄電池１９の充電率が上限設定値（例えば９０％）以上のとき、蓄電池ＰＣＳ１１の定格出力（出力限界）をＰlmtとすると、αkを０（ゼロ）、βkをＰlmtと設定することで、下記（１０）式により出力目標値が正の値に制限される。つまり、蓄電池１９の放電のみを行うように出力目標値が補正される。また、蓄電池１９の充電率が上限設定値（例えば１０％）以下のとき、αkを－Ｐlmt、βkを０（ゼロ）と設定することで、下記（１０）式により出力目標値が負の値に制限される。つまり、蓄電池１９の充電のみを行うように出力目標値が補正される。さらに、蓄電池１９の充電率がこれらの間（１０％より大きく９０％未満）であるとき、αkを－Ｐlmt、βkをＰlmtと設定することで、蓄電池ＰＣＳ１１の定格出力の範囲内に制限される。さらに、電力システムＳ１では、下記（１０）式による制限に加え、上限設定値に対する上限側制限開始点および下限設定値に対する下限側制限開始点を設けておき、上限設定値と上限側制限開始点との間、および、下限設定値と下限側制限開始点との間において、充放電量の制限を徐々に変化させている。図４は、上限側制限開始点および下限側制限開始点による充放電量の制限を説明するための図であり、本実施形態にかかる充電率に応じた最大充放電量制約によって制限される出力電力の範囲（ドット描画の範囲）を示している。図４においては、出力電力を縦軸に、充電率を横軸にとっている。図４に示す例では、上限側制限開始点を上限設定値（９０％）の－１０ｐｔ（ポイント）つまり８０％として、蓄電池１９の充電率が上限側制限開始点（８０％）から上限設定値（９０％）に向かうほど、最大充電量が徐々に小さくなるように制限される。一方、下限側制限開始点を下限設定値（１０％）の＋１０ｐｔ（ポイント）つまり２０％として、蓄電池１９の充電率が下側制限開始点（２０％）から下限設定値（１０％）に向かうほど、最大放電量が徐々に小さくなるように制限される。図４に示す例では、充放電量の変化が線形的であるが、段階的であってもよい。なお、蓄電池１９の充電率に応じた最大充放電量制約において、上限側制限開始点および下限側制限開始点による充放電量の制限はなくてもよい。
αk≦Ｐref≦βk ・・・（１０）
αk≦Ｐref≦βk ・・・（１０）
【0035】
蓄電池１９の出力制約による補正では、補正部１２５は、出力目標値が蓄電池１９の充電限度値および放電限度値に基づく下記（１１）式を満たすように、出力目標値を補正する。下記（１１）式において、ＰCmaxは充電限度値であり、ＰDmaxは放電限度値である。充電限度値とは、蓄電池１９に入力可能な電力の最大値（つまり、蓄電池１９の充電電力の最大値）であり、放電限度値とは、蓄電池１９から出力可能な電力の最大値（つまり、蓄電池１９の放電電力の最大値）である。充電限度値および放電限度値は、例えば取得部１２１によって蓄電池１９から取得される。なお、蓄電池１９の出力制約による補正は、蓄電池ＰＣＳ１１の充電時の変換効率および放電時の変換効率を考慮して、下記（１２）式を満たすように、出力目標値を補正してもよい。下記（１２）式において、ηCは充電効率係数であり、ηDは放電効率係数である。また、蓄電池１９の出力制約による補正は、充電限度値および放電限度値の代わりに（または追加して）、充電時の蓄電池１９への最大電流値または放電時の蓄電池１９からの最大電流値を考慮してもよい。さらに、蓄電池１９の温度を考慮してもよい。例えば、蓄電池１９の温度が低いときは充電限度値をより小さくしてもよい。
－ＰCmax≦Ｐref≦ＰDmax ・・・（１１）
－ＰCmax／ηC≦Ｐref≦ηD×ＰDmax ・・・（１２）
－ＰCmax≦Ｐref≦ＰDmax ・・・（１１）
－ＰCmax／ηC≦Ｐref≦ηD×ＰDmax ・・・（１２）
【0036】
蓄電池ＰＣＳ１１の定格出力制約による補正では、補正部１２５は、出力目標値が蓄電池ＰＣＳ１１の定格皮相電力に基づく下記（１３）式を満たすように、出力目標値を補正する。下記（１３）式において、Ｑrefは、蓄電池ＰＣＳ１１の無効電力の出力目標値、Ｓdは蓄電池ＰＣＳ１１の出力可能な最大の皮相電力である。蓄電池ＰＣＳ１１の定格出力制約による補正において、蓄電池ＰＣＳ１１の定格皮相電力ではなく、蓄電池ＰＣＳ１１の定格出力電流に基づいて、出力目標値を補正してもよい。この場合、補正部１２５は、出力目標値が下記（１４）式を満たすように出力目標値を補正する。下記（１４）式において、Ｖ0は設計時における接続点Ｋの基準電圧、Ｖは蓄電池ＰＣＳ１１の接続点Ｋへの出力電圧である。なお、下記（１３）式および下記（１４）式のそれぞれにおいて、無効電力を考慮しているが、無効電力を考慮しなくてもよい。
Ｐref＾２＋Ｑref＾２≦Ｓd＾２ ・・・（１３）
Ｐref＾２＋Ｑref＾２≦（Ｓd×（Ｖ／Ｖ0））＾２ ・・・（１４）
Ｐref＾２＋Ｑref＾２≦Ｓd＾２ ・・・（１３）
Ｐref＾２＋Ｑref＾２≦（Ｓd×（Ｖ／Ｖ0））＾２ ・・・（１４）
【0037】
算出部１２３は、補正部１２５により演算部１２４の演算値が補正された場合、補正後の値を出力目標値として算出する。一方、補正部１２５により演算値が補正されなかった場合、上記演算値を出力目標値として算出する。算出部１２３は、算出した出力目標値を通信部１２２に出力し、通信部１２２を介して蓄電池ＰＣＳ１１に送信する。
【0038】
休止制御部１２６は、運転休止条件を満たすか否かを判断し、当該運転休止条件を満たす場合、運転休止処理を行う。運転休止条件は、算出部１２３によって算出された出力目標値の絶対値が所定値（例えば各蓄電池ＰＣＳ１１の定格出力の±２～３％程度）以下の状態が所定時間（例えば５分から１時間程度）以上継続した時に満たされる。運転休止処理では、休止制御部１２６は、開閉器１３を開放して、蓄電池ＰＣＳ１１を電力系統Ｄから切り離し、かつ、出力制御部１１２（蓄電池ＰＣＳ１１）の出力電力を０（ゼロ）にし、出力制御部１１２（蓄電池ＰＣＳ１１）による蓄電池１９の充放電を休止する。休止制御部１２６は、出力目標値の絶対値が所定値よりも大きくなった場合、開閉器１３を閉状態にして蓄電池ＰＣＳ１１を電力系統Ｄに連系させ、かつ、出力制御部１１２（蓄電池ＰＣＳ１１）に出力目標値による出力電力の制御を再開させて、蓄電池１９の充放電を再開させる。
【0039】
次に、電力システムＳ１において、各充放電制御装置１０が行う電力制御を、図５を参照して説明する。図５は、各充放電制御装置１０が行う電力制御を示すフロー図である。当該電力制御は、図５に示すように、各充放電制御装置１０が処理装置Ａ１から誘導指令値を受信すると開始され、処理装置Ａ１から誘導指令値を受信する度に実行される。
【0040】
各充放電制御装置１０において、中継装置１２の通信部１２２が、処理装置Ａ１から誘導指令値を受信すると、算出部１２３の演算部１２４は、受信した誘導指令値を用いて出力目標値の演算値を求める（ステップＳ１０１）。演算部１２４は、上記（３）式および上記（４）式の演算を行うことで、出力目標値の演算値を求める。
【0041】
次いで、補正部１２５は、強制充電処理による出力目標値の補正を行う（ステップＳ１０２）。これにより、強制充電条件を満たす場合、出力目標値（図５に示す例では演算部１２４が演算した演算値）が強制充電出力値に補正される。なお、強制充電条件を満たさない場合、強制充電出力値への補正は行われない。
【0042】
次いで、補正部１２５は、Ｃレート制約による出力目標値の補正を行う（ステップＳ１０３）。これにより、出力目標値（図５に示す例ではステップＳ１０２までに算出された値）が、Ｃレート制約の範囲外のとき、当該制約の範囲内に補正される。具体的には、補正部１２５は、現段階での出力目標値が、上記（９）式で示す範囲の下限よりも小さい場合、出力目標値を当該下限に補正し、上記（９）式で示す範囲の上限よりも大きい場合、出力目標値を当該上限に補正する。なお、現段階での出力目標値が上記（９）式で示す範囲内の場合、出力目標値の補正は行われない。
【0043】
次いで、補正部１２５は、蓄電池１９の充電率に応じた最大充放電量制約による出力目標値の補正を行う（ステップＳ１０４）。これにより、出力目標値（図５に示す例ではステップＳ１０３までに算出された値）が、充電率に応じた最大充放電量制約の範囲外のとき、当該制約の範囲内に補正される。具体的には、補正部１２５は、現段階での出力目標値が、上記（１０）式で示す範囲の下限よりも小さい場合、出力目標値を当該下限に補正し、上記（１０）式で示す範囲の上限よりも大きい場合、出力目標値を当該上限に補正する。なお、現段階での出力目標値が上記（１０）式で示す範囲内の場合、出力目標値の補正は行われない。
【0044】
次いで、補正部１２５は、ステップＳ１０３，Ｓ１０４にて出力目標値が蓄電池１９を充電させない値に補正された場合に備え、強制充電処理による出力目標値の補正を再度行う（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５における強制充電処理は、ステップＳ１０２における強制充電処理と同様に行われる。ただし、ステップＳ１０５で対象とする出力目標値は、Ｓ１０１で求めた演算値ではなく、ステップＳ１０４までに適宜補正された値である。これにより、強制充電条件を満たす場合、出力目標値（図５に示す例ではステップＳ１０４までに算出された値）が強制充電出力値に補正される。なお、強制充電条件を満たさない場合、強制充電出力値への補正は行われない。
【0045】
次いで、補正部１２５は、蓄電池１９の出力制約による出力目標値の補正を行う（ステップＳ１０６）。これにより、出力目標値（図５に示す例ではステップＳ１０５までに算出された値）が、蓄電池１９の出力制約の範囲外のとき、当該制約の範囲内に補正される。具体的には、補正部１２５は、現段階の出力目標値が、上記（１１）式で示す範囲の下限よりも小さい場合、出力目標値を当該下限に補正し、上記（１１）式で示す範囲の上限よりも大きい場合、出力目標値を当該上限に補正する。なお、現段階での出力目標値が上記（１１）式で示す範囲内の場合、出力目標値の補正は行われない。
【0046】
次いで、補正部１２５は、蓄電池ＰＣＳ１１の定格容量制約による出力目標値の補正を行う（ステップＳ１０７）。これにより、出力目標値（図５に示す例ではステップＳ１０６までに算出された値）が、定格容量制約の範囲外のとき、当該制約の範囲内に補正される。具体的には、補正部１２５は、現段階の出力目標値が、上記（１３）式で示す範囲の下限よりも小さい場合、出力目標値を当該下限に補正し、上記（１３）式で示す範囲の上限よりも大きい場合、出力目標値を当該上限に補正する。なお、現段階での出力目標値が上記（１３）式で示す範囲内の場合、出力目標値の補正は行われない。
【0047】
次いで、休止制御部１２６は、上記運転休止条件を満たすか否かを判断し（ステップＳ１０８）、運転休止条件を満たす場合（Ｓ１０８のＹＥＳ）、上記運転休止処理を行う（ステップＳ１０９）。一方、運転休止条件を満たさない場合（Ｓ１０８のＮＯ）、運転休止処理を行わない。ステップＳ１０８での運転休止条件の判断では、休止制御部１２６は、ステップＳ１０７までに適宜補正された出力目標値の絶対値が、所定値以下の状態が所定時間継続したか否かを判断する。
【0048】
最後に、算出部１２３は、ステップＳ１０７までに算出した出力目標値を、通信部１２２を介して、蓄電池ＰＣＳ１１に送信する。蓄電池ＰＣＳ１１は、通信部１１１を介して当該出力目標値を受信し、出力制御部１１２が出力目標値に基づいて出力電力を制御する（ステップＳ１１０）。以上の処理（Ｓ１０１～Ｓ１１０）が実行され、電力制御が終了する。
【0049】
本開示の電力システムＳ１の作用および効果は、次の通りである。
【0050】
電力システムＳ１では、各充放電制御装置１０は、強制充電条件を満たす場合、つまり、蓄電池１９の充電率が残量閾値以下であり、かつ、出力目標値が所定充電量（強制充電量）以上で蓄電池１９を充電させる値でない場合、蓄電池１９を所定充電量で充電する。この構成によると、蓄電池１９の充電率が残量閾値以下となり、蓄電池１９の充電率が不足している状況において、蓄電池１９への充電量が足りないと、蓄電池１９が強制的に所定充電量で充電される。これにより、電力システムＳ１は、充放電制御装置１０の動作用の電力を蓄電池１９に補充して、蓄電池１９の充電率を確保することができる。例えば、蓄電池ＰＣＳ１１の制御電源が蓄電池１９である構成においては、蓄電池１９に蓄積された電力が、蓄電池ＰＣＳ１１の起動電力以下となることを抑制できるため、蓄電池ＰＣＳ１１が起動できない事態を抑制できる。したがって、電力システムＳ１は、蓄電池１９の充電率を管理して、蓄電池１９の充電量不足による蓄電池ＰＣＳ１１の停止を抑制できる。
【0051】
電力システムＳ１では、算出部１２３は、補正部１２５を含んでおり、補正部１２５は、強制充電条件を満たす場合に、出力目標値を強制充電出力値に補正する。強制充電出力値は、所定充電量（強制充電量）で蓄電池１９を充電させる値である。この構成によると、強制充電条件を満たす場合に、出力目標値が補正部１２５によって強制充電出力値に補正される。これにより、出力制御部１１２は、当該強制充電出力値に補正された出力目標値によって出力電力を制御する。したがって、電力システムＳ１は、強制充電条件を満たす場合、強制充電量で蓄電池１９を充電できる。
【0052】
電力システムＳ１では、各充放電制御装置１０が行う電力制御において、最適化問題に含まれる複数の制約条件に、蓄電池１９の充電がされないように出力目標値を制約することが可能な条件が含まれている。例えば、補正部１２５は、Ｃレート制約による補正において、充電Ｃレートに０（ゼロ）Ｃが設定されていると、出力目標値が蓄電池１９を充電させる値（負の値）にならない。この場合、蓄電池１９の充電ができないため、蓄電池１９の充電率を十分に確保できない可能性がある。そこで、電力システムＳ１では、Ｃレート制約による補正（図５のステップＳ１０３）の後に、強制充電条件を満たすか否かを判断することで強制充電処理による補正（図５のステップＳ１０５）を行う。これにより、蓄電池１９を充電しない値に出力目標値が補正されても、強制充電条件を満たしていると、その後に強制充電出力値に補正される。したがって、電力システムＳ１では、蓄電池１９の充電率を確保できる。
【0053】
電力システムＳ１では、各充放電制御装置１０が行う電力制御において、蓄電池１９の出力制約による補正（図５のステップＳ１０６）を含む。この補正では、出力目標値が、蓄電池１９を充電させる値（負の値）であり、かつ、蓄電池１９の充電限度値よりも充電量を大きくさせる値のとき、出力目標値を充電限度値に補正する。一方、出力目標値が、蓄電池１９を放電させる値（正の値）であり、かつ、蓄電池１９の放電限度値よりも放電量を大きくさせる値のとき、出力目標値を放電限度値に補正する。この構成によれば、算出部１２３によって算出される出力目標値が、蓄電池１９の充電限度値（蓄電池１９に入力可能な電力の最大値）および蓄電池１９の放電限度値（蓄電池１９から出力可能な電力の最大値）を超えない。これにより、電力システムＳ１は、蓄電池１９が無理な充放電を行うことが抑制されるため、蓄電池１９の損壊や性能低下を抑制できる。
【0054】
電力システムＳ１では、各充放電制御装置１０が行う電力制御において、運転休止条件を満たす場合、運転休止処理を行う（図５のステップＳ１０９）。運転休止条件は、算出部１２３が算出した出力目標値の絶対値が所定値（正の値）以下である状態が所定時間以上継続した場合に満たされる。運転休止処理では、休止制御部１２６が開閉器１３を開放しつつ、出力制御部１１２による蓄電池１９の充放電を停止する。例えば、蓄電池ＰＣＳ１１の制御電源を蓄電池１９としている場合、出力目標値が０ｋＷでも、蓄電池ＰＣＳ１１の補機損失により蓄電池１９の充電率が減少する。このような状況が継続すれば、蓄電池１９の電力量が、蓄電池ＰＣＳ１１の動作電力以下となり、蓄電池ＰＣＳ１１が動作不能となる。そこで、電力システムＳ１では、出力目標値が所定値以下の状態が所定時間継続すると、蓄電池ＰＣＳ１１を電力系統Ｄから切り離しつつ、出力制御部１１２による蓄電池１９の充放電を停止させることで、当該蓄電池ＰＣＳ１１の補機損失を抑制している。これにより、蓄電池１９の過放電を抑制できるので、電力システムＳ１は、蓄電池１９の充電率をできるだけ保持させて、蓄電池１９を保全できる。
【0055】
上記実施形態では、電力システムＳ１は、各充放電制御装置１０が行う電力制御において、強制充電処理による補正を２回（図５のステップＳ１０２とステップＳ１０５）行う例を示したが、いずれか一方のみを行ってもよいし、当該補正をさらに追加して合計３回以上行ってもよい。
【0056】
上記実施形態では、算出部１２３が補正部１２５を含み、補正部１２５は、強制充電条件を満たすときに、出力目標値を強制充電出力値に補正する例を示したが、これに限定されず、次のように構成してもよい。それは、補正部１２５が、強制充電処理による補正を行わずに（他の制約に基づく補正は行って）、出力目標値を蓄電池ＰＣＳ１１に送信し、蓄電池ＰＣＳ１１が、強制充電処理による補正を行うようにしてもよい。あるいは、補正部１２５が、算出部１２３ではなく蓄電池ＰＣＳ１１に備えられており、算出部１２３が、演算部１２４による出力目標値の演算結果を蓄電池ＰＣＳ１１に送信し、蓄電池ＰＣＳ１１が、強制充電処理による補正を含むすべての補正を行うようにしてもよい。あるいは、蓄電池ＰＣＳ１１が、強制充電条件を満たす場合、中継装置１２から受信する出力目標値を無視して、出力電力を強制充電出力値に制御してもよい。
【0057】
上記実施形態では、休止制御部１２６が中継装置１２に設けられた例を示したが、これに限定されず、蓄電池ＰＣＳ１１に設けられていてもよいし、開閉器１３に設けられていてもよい。
【0058】
本開示にかかる電力システムは、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の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】
【0059】
Ｓ１：電力システム、Ａ１：処理装置、Ｂ１：電力制御装置、１０：充放電制御装置、１１：蓄電池パワーコンディショナ、１１２：出力制御部、１２：中継装置、１２１：取得部、１２２：通信部、１２３：算出部、１２４：演算部、１２５：補正部、１２６：休止制御部、１９：蓄電池、１３：開閉器、Ｃ１：検出装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】