(57)【要約】  リチウムイオン電池に対してできるだけ劣化を少なくするような充放電を行う要請がある。従来技術のように二値のみの操作では電池を使う充電状態において、電池の劣化を加速させる方向に使用する可能性が高い。複数の蓄電池と複数の需要家の間で電力を配分する電力配分装置で、蓄電池の電力を需要家の負荷に配分する際に、少なくとも該蓄電池の劣化情報、充電状態、蓄電池の温度のデータをもとにすることで、該蓄電池の劣化が最小限となる蓄電池の放電機能を実現する。
2013038458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電池と電力を消費する負荷装置とに接続され、当該蓄電池から当該負荷装置へ電力を配分する電力配分装置であって、
前記蓄電池の劣化の度合いを示す劣化度情報を前記複数の蓄電池から取得する取得部と、
前記取得した劣化度情報に基づき、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から放電させるかを決定する決定部と、
前記決定した蓄電池に放電の指示を出す送信部と、
を備えることを特徴とする電力配分装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力配分装置において、
前記負荷装置との間で情報を通信する第２の取得部を更に備え、
前記第２の取得部は、前記負荷装置の負荷量を取得し、
前記決定部は、前記取得した負荷量の変化量を判定し、当該変化量が所定の値を超えなかった場合、前記取得した劣化度情報に基づき、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から放電させるかを決定することを特徴とする電力配分装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力配分装置において、
前記取得部は、前記蓄電池の温度情報を更に取得し、
前記決定部は、前記取得した負荷量の変化量が所定の値を超えた場合、前記取得した温度情報に基づき、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から放電させるかを決定することを特徴とする電力配分装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力配分装置において、
前記決定部は、前記複数の蓄電池の劣化が前記複数の蓄電池全体で最小となるように、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から放電させるかを決定することを特徴とする電力配分装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力配分装置において、
前記負荷装置は複数あり、
前記負荷装置毎に、当該負荷装置へ供給する優先度合いを示す優先度が定められており、
前記決定部は、前記優先度に基き、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から、いずれの負荷装置へ放電させるかを決定することを特徴とする電力配分装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力配分装置において、
前記蓄電池を有する所有者へのインセンティブを算出する算出部を更に備え、
前記決定部は、前記算出部の結果に基き、いずれの負荷装置へ放電させるかを決定することを特徴とする電力配分装置。
【請求項７】
複数の蓄電池と電力を消費する負荷装置とに接続され、当該蓄電池から当該負荷装置へ電力を配分する電力配分方法であって、
前記蓄電池の劣化の度合いを示す劣化度情報を前記複数の蓄電池から取得するステップと、
前記取得した劣化度情報に基づき、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から放電させるかを決定するステップと、
前記決定した蓄電池に放電の指示を出すステップと、
を備えることを特徴とする電力配分方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電力配分方法において、
前記負荷装置から前記負荷装置の負荷量を取得するステップを更に備え、
前記いずれの蓄電池から放電させるかを決定するステップでは、前記取得した負荷量の変化量を判定し、当該変化量が所定の値を超えなかった場合、前記取得した劣化度情報に基づき、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から放電させるかを決定することを特徴とする電力配分方法。
【請求項９】
請求項８に記載の電力配分方法において、
前記蓄電池の温度情報を取得するステップを更に備え、
前記いずれの蓄電池から放電させるかを決定するステップでは、前記取得した負荷量の変化量が所定の値を超えた場合、前記取得した温度情報に基づき、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から放電させるかを決定することを特徴とする電力配分方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力配分方法において、
前記いずれの蓄電池から放電させるかを決定するステップでは、前記複数の蓄電池の劣化が前記複数の蓄電池全体で最小となるように、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から放電させるかを決定することを特徴とする電力配分方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の電力配分方法において、
前記負荷装置は複数あり、
前記負荷装置毎に、当該負荷装置へ供給する優先度合いを示す優先度が定められており、
前記いずれの蓄電池から放電させるかを決定するステップでは、前記優先度に基き、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から、いずれの負荷装置へ放電させるかを決定することを特徴とする電力配分方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の電力配分方法において、
前記蓄電池を有する所有者へのインセンティブを算出するステップを更に備え、
前記いずれの蓄電池から放電させるかを決定するステップでは、前記インセンティブを算出するステップの結果に基き、いずれの負荷装置へ放電させるかを決定することを特徴とする電力配分方法。
【請求項１３】
蓄電池と電力を消費する負荷装置とを管理するコントローラに接続され、当該蓄電池から当該負荷装置へ電力を配分する電力配分装置であって、
前記コントローラは、複数設置され、
前記蓄電池の劣化の度合いを示す劣化度情報を前記コントローラを介して前記蓄電池から取得する取得部と、
前記取得した劣化度情報に基づき、前記複数の蓄電池のうち、いずれの蓄電池から放電させるかを決定する決定部と、
前記決定した蓄電池に、前記コントローラを介して放電の指示を出す送信部と、
を備えることを特徴とする電力配分装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力配分装置において、
他の電力配分装置と接続可能なインタフェースを更に備えることを特徴とする電力配分装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池を用いて全停から電力を復旧する技術と蓄電池を用いた負荷平準化に対する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開2009-183086号公報（特許文献１）がある。この公報では電力系統へPHEV等から電力供給を行う際に、複数の蓄電池の所有権をまとめて管理して蓄電池所有者の恣意的判断を排し、安定的に電力供給が行われて信頼性が確保できる電力供給システムに関する技術を開示している。ここで、電力系統に複数の蓄電池（電気自動車搭載の蓄電池）から放電を行う場合には、電力マッチング手段により、電力の過不足に応じて電気自動車搭載の蓄電池を特定して電力系統への電力供給を停止を指示することで、供給電力を安定化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2009-183086号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では特定された蓄電池を利用するか、使用しないかの二値のみの状態を想定している。このような二値で制御するということはすなわち、100％の放電か0％の放電（放電無し）となるが、このような極端な放電制御は例えばリチウムイオン電池のような電池を劣化させることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、蓄電池の蓄電量に応じて放出する電力量を調節することにより上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明を用いることにより、蓄電池の劣化を抑えつつ、蓄電池から系統への電力供給が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電力配分装置の第一の実施例。
【図２】電力配分装置の第一の実施例を利用した一例。
【図３】電力配分装置における蓄電池側の接続構成の一例。
【図４】電力配分装置における需要家側の設備構成の一例。
【図５】二次記憶装置の構成の一例。
【図６】二次記憶装置中の安全確認プログラムのフローチャートの一例。
【図７】蓄電池から取得するデータの一例。
【図８】二次記憶装置中のマトリクススイッチングプログラムの処理の一例。
【図９】需要変動の一例。
【図１０】ラグランジェの未定係数法の説明図の一例。
【図１１Ａ】リスクマトリクスの一例。
【図１１Ｂ】負荷の優先順位を示すテーブルの一例。
【図１２】リスクマトリクスの一例。
【図１３】二次記憶装置の構成の一例。
【図１４Ａ】グリーン電力指標算出方法の一例。
【図１４Ｂ】図１４Ａで用いる数式（１）
【図１４Ｃ】図１４Ａで用いる数式（２）
【図１５】グリーン電力指標算出のフローチャートの一例。
【図１６Ａ】グリーン電力指標算出のための入力データと出力データの一例。
【図１６Ｂ】グリーン電力指標算出のための入力データと出力データの一例。
【図１６Ｃ】グリーン電力指標算出のための入力データと出力データの一例。
【図１７】需要家での電力売買の際に必要となるデータの一例。
【図１８】電力配分装置の第二の実施例。
【図１９】電力配分装置の第二の実施例を実際に適用した際の実施例。
【図２０】電力配分装置の第二の実施例における処理の流れの一例。
【図２１】電力配分装置の第三の実施例。
【図２２】電力配分装置の第三の実施例を実際に適用した際の実施例。
【図２３】電力配分装置の第三の実施例における二次記憶装置の構成の一例。
【図２４】二次記憶装置中の安全確認プログラムのフローチャートの一例。
【図２５】二次記憶装置中のマトリクススイッチングプログラムの処理の一例。
【図２６】課金処理の一例。
【図２７】電力配分装置の第四の実施例。
【図２８】電力配分装置の第四の実施例を実際に適用した際の実施例。
【図２９】二次記憶装置中の安全確認プログラムのフローチャートの一例。
【図３０】二次記憶装置中のマトリクススイッチングプログラムの処理の一例。
【図３１】二次記憶装置中のマトリクススイッチングプログラムの処理の一例。
【図３２】電力配分装置の第四の実施例のひとつ。
【図３３】二次記憶装置中のマトリクススイッチングプログラムの処理の一例。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図1は本発明の電力配分装置を実現するための第一の構成である。第一の実施例では複数接続された蓄電池搭載の機器と、複数の電力需要家が電力配分装置に接続され、需要家の時々刻々の需要変化に追従して電池の劣化が最小になるようにリアルタイムで蓄電池の出力を制御するシステムの構成である。本実施例の電力配分装置１１では蓄電池と接続するためのＩ／Ｆ  １３２、蓄電池と接続する際に、前記Ｉ／Ｆと電力配分装置のモジュール間に設けるスイッチ１３１、蓄電池から放電された電力を負荷側に効率的に分配する電力制御モジュール１０２、蓄電池から出力された電力が直流電力である場合に、一般負荷として用いられている交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換モジュール１０３、全停の場合にも電力配分装置を起動するための起動用蓄電池１０４、電力配分装置を駆動するためのＣＰＵ&メモリ１０５、電力配分装置を駆動するためのプログラムとデータベースが格納されている二次記憶装置１０６、負荷側の設備と接続するためのＩ／Ｆ  １２２、負荷側の設備のＩ／Ｆと電力配分装置内のモジュール間に配置されるスイッチ１２１から構成される。また、二次記憶装置１０６、ＣＰＵ&メモリ１０５、起動用蓄電池１０４、電力制御モジュール１０２、ＤＣ／ＡＣ変換モジュール１０３、蓄電池側スイッチ１３１、需要家側スイッチ１２１はそれぞれ通信線で接続されている。【００１０】
図２には電力配分装置を用いて蓄電池と需要家とを接続する例を示している。本実施例では蓄電池として移動可能である電気自動車、プラグインハイブリッド車を例に書いているものの、もちろん定置型の蓄電池でもよい。電力配分装置の蓄電池側Ｉ／Ｆ１３２のいずれかと蓄電池１５１−ａ〜蓄電池１５１−ｃのいずれかがケーブルで接続される。一方、需要家側Ｉ／Ｆ１２２のいずれかと需要家１５２−ａ〜１５２−ｅまでのいずれかが接続される。ここでの接続の順番は蓄電池側、需要家側いずれも任意でよい。【００１１】
図３に示すように、蓄電池が電気自動車の場合には、蓄電池１５１−ａ〜１５１−cと、電力配分装置１１の蓄電池側Ｉ／Ｆ１３２の間に漏電遮断１３５、過電流遮断のブレーカ１３６が供えられたコントロールボックス１３３が備えるとよい。【００１２】
図４に示すように、需要家１５２は電力配分装置と需要家を接続するためにケーブルを用いて需要家側のＩ／Ｆ１２２と需要家のワットアワーメーター１５６とを接続する。ワットアワーメーター１５６の後段（系統から見て後ろ側）に本例では分電盤１５５が具備され、その中には契約電力ブレーカ１５７、漏電遮断機１５８、子スイッチ１５９から構成され、子スイッチ１５９の後段に各負荷が接続され、通常電力を消費している。【００１３】
図５を用いて図1中の二次記憶装置１０６の詳細について説明する。二次記憶装置１０６はデータベース１１１、マトリクススイッチングプログラム１０８、リアルタイム優先度決定プログラム１０９、安全確認プログラム１０７、課金計算プログラム１１５を備えている。データベース１１１には後述するように蓄電池から取得した情報、あるいは蓄電池に固有の情報等が格納されている。マトリクススイッチング機能には蓄電池からの放電の際に電池の劣化が最小限になるような蓄電池の組合せを蓄電池からのリアルタイム情報を用いて行われる。リアルタイム優先度決定プログラム１０９では需要家の負荷の種類によって需要家への配分の優先度を決定する。【００１４】
次に本実施例における電力配分装置の動作について説明する。電力配分装置では、安全確認プログラム１０７においてまず蓄電池の接続と需要家との接続が正しく行われているかどうかを判断する。【００１５】
図６のフローチャートを用いて、蓄電池の接続と需要家との接続が正しく行われているかの判定手続を説明する。まず処理３４１で電力配分装置に蓄電池の接続、需要家の接続がなされたことを検知する。処理３４２ですべての接続が終了したかどうかをチェックする。これは、たとえばあらかじめ接続されるべき蓄電池、ならびに需要家が決まっていてその情報があらかじめメモリ内に記録されている、あるいは電力配分装置の接続Ｉ／Ｆがすべて使用中になっている、という検知方法をはじめとして、様々な方法の中から用いることでよい。接続が終了していない場合には処理３４１にて接続されるべき蓄電池、需要家が電力分配装置１１に接続されるまで待ち、接続が終了された場合には次の処理に移動する。なお、当初接続されていなかった蓄電池、あるいは需要家が追加される場合には後述するマトリクススイッチングプログラムの処理の中で対応する。前記した蓄電池、需要家の接続が終了した後に、まず処理３４３で蓄電池側のスイッチ１３１をＯＮにする。その後、該スイッチをＯＮにしたかどうかのＡＣＫ信号を処理３４４で取得する。処理３４５でスイッチのＯＮが正しく行われたとのＡＣＫがスイッチ１３１から帰ってくれば後段の処理３４８に移動する。もし、前記スイッチからのＡＣＫ信号が正しく帰ってこなかった場合には処理３４６にて該当するスイッチ１３１を切断する指令を出し、処理３４７にて異常があったスイッチ１３１の先に接続されている機器を除外する処理を行う。処理３４５にて異常がないと判断された場合には出力Ｉ／Ｆ１３２から各蓄電池のＳＯＨ(Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ)値、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）値、蓄電池の制約上下限（最大充電電力量、最低充電電力量）等のデータを取得する（処理３４８）。ＳＯＨ値は図面では省略している蓄電池のコントローラから出力される値を用いる。蓄電池のコントローラから値が直接出力されない場合には、蓄電池の容量、ならびに満充電時の電力量から簡易的に求めることができる。また、ＳＯＣ値に関しても同様に蓄電池のコントローラから出力される値を用いる。データを取得した後に処理３４９にてＣＰＵより電力制御モジュール１０２に試送電の指令を送信し、試送電を実施する。ここでの試送電はスイッチ１２１をＣＰＵからの指令でＯＦＦ状態からＯＮにすることで実施する。試送電中にはスイッチ１２１中に付随しているセンサにより各需要家に向けた通過電流値と電圧値を計測し、その値を通信線を介して二次記憶装置１０６中のデータベース１１１に格納する。試送電が終了した後に、漏電ならびに過電流が発生しなかったかどうかを前記したセンサ、ならびに図３中の漏電遮断機１３５、過電流センサ１３６からの計測値より判定する。この値より、漏電ならびに過電流が発生せず、安全が確保されていると処理３５１にて判断された場合には処理３５４にて二次記憶装置１０６中のプログラムを実行することにより、電力の需給制御を実施する。処理３５４にて安全が確保されていない場合には、処理３５２にて蓄電池側、需要家側で設備点検の実施を要請する。処理３５３にて設備点検中の状態が継続しているかどうかを判定し、設備点検が終了した際には処理３５０に戻り、その��の処理を続ける。【００１６】
図7に蓄電池から取得するデータベースの一例を１４０に示す。蓄電池から取得するデータは蓄電池の識別番号１４１、蓄電池の電池温度１４２、データを取得した日時１４３、蓄電量を示すＳＯＣ１４４、ＳＯＨを示す電池の劣化度１４５、蓄電池が蓄電することが可能である最大の電力を示す可能充放電電力１４６、定格容量１４７からなる例を示している。これらのデータは前記したように蓄電池のコントローラから出力される。また、これらの値のなかで、電池劣化度１４５は可能充放電電力１４６、定格容量１４７から求めることも可能である。また、データベース１４０に示した以外の電池に関する物理指標もデータベースに格納することが可能である。【００１７】
図８のフローチャートを用いて本実施例での特徴的なマトリクススイッチング機能について説明する。図２に示したような構成で蓄電池と需要家を接続する際の蓄電池出力の制御の課題としては、課題を解決する手段にも述べたように、昨今のさまざまな種類の家電品の普及による需要家側における急激な負荷変動への追従である。【００１８】
まず、本処理の説明をする前に、需要家側における急激な負荷変動について説明する。図９中のグラフは横軸に経過時間、縦軸に需要家の負荷量を示している。図中の４０１、４０３の区間に対しては、微小な変動とともに負荷が緩やかに上昇しているため、制御としては大きな問題が発生しないものの、区間４０２のように大きな負荷変動が発生する際にはその変動に電池の出力が迅速に追従する必要がある。このような場合、どの電池からどれだけの出力をリアルタイムで要求し、実際に出力するかが技術的に重要となる。特に供給元の電源が電池の場合は電池のコストを考えると、できるだけ劣化が進まないように充放電を行うことが望ましい。特にリチウムイオン電池の劣化は一般的に言われているように満充電で保存すると劣化が激しくなり、また温度が高い状態での充放電ほど劣化が早くすすむ傾向にある。したがって劣化を抑制するためにはできるだけ満充電の状態での時間を短くし、温度をある程度低いレベルで充放電を行わせる必要がある。このような劣化の要素を考慮した充放電を行う必要がある。このような考え方をもとにして、急激な負荷側の電力要求があっても、蓄電池側の劣化を低減させるような蓄電池の選択又は組み合わせを可能にするマトリクススイッチングプログラム１０８の動作（電池の出力配分計算処理の一  例）を図８に戻り説明する。【００１９】
まず処理３２１にてコネクタが接続された蓄電池に対するデータベース１４０にて示したＳＯＨ，ＳＯＣ値、制約条件値等のデータをデータベース１１１より取得する。次に処理３２２にて計算の一時点前と比較して、時間経過に伴う蓄電池数の増減がないかどうかをチェックする。電力配分装置１１に接続される蓄電池数の増減がない場合には処理３２３にてスイッチ１２１の需要家側にある出力Ｉ／Ｆ１２２より、接続している需要家から要求がある電力需要量を取得する。蓄電池数に増減があった場合には、再度処理３２１より更新されたデータを読み込んだ後に処理３２３を実行する。次に処理３２４にて接続されている蓄電池のＳＯＣ値、定格容量を先にデータベース１１１から取得した値をもとに最大供給量を算出する。この値をもとに、処理３２５にて電力配分装置に接続している蓄電池と需要家からの負荷の間で需給バランスが取れるかどうかをチェックする。処理３２５にて不足がない場合は処理３２７にて時刻をリセットして処理３２８に移動する。処理３２５にて電力需給が不足する場合には処理３２６にて接続している需要家に節電要請を行う。節電要請を行った後に処理３２７に移動する。次に処理３２８にて需要の変化量に大きな変動かあるかどうかをチェックする。処理３２８に出てくる需要の大きな変動を表すパラメータであるεはあらかじめ電力配分装置を起動する前に決定しておく。変化量がε以下である場合、すなわち急激な負荷変動でない場合は、処理３２９にて各蓄電池のＳＯＨ値をもとに各蓄電池の劣化係数を算出し、通常利用の際の電池の劣化をもとに出力を決定するためのパラメータを算出する。ここでの蓄電池の劣化係数は後に示す蓄電池を発電機と見立てて、一般的に複数発電機の出力を決定する経済負荷配分方式に利用するパラメータであり、パラメータ値が大きくなるほど蓄電池の出力が小さくなる関数を用いて設定する。処理３２８にて需要の変化量がεよりも大きい急激な場合には、蓄電池の温度を先に格納したデータベース１１１からデータ１４０を取得し、蓄電池の劣化を低減するように、温度が低い蓄電池で、かつ蓄電されている容量が比較的大きな蓄電池を選択するために、蓄電池の温度から各電池の電池劣化係数を算出する。ここでの電池劣化係数も、前記したように蓄電池を発電機と見立てて一般的に言われている経済負荷配分方法にて蓄電池の放電量を決めるために用いられるパラメータであり、電池の温度が高くなるほど蓄電池からの出力が低くなる関数をもちいて設定される。これらの需要変動の大小によって変えたパラメータをもとに、発電機の経済負荷配分と同等な問題とみなし、ラグランジェの未定係数法を用いて各地電池の出力計算を処理３３１にて実施する。本実施例でのラグランジェの未定係数法での蓄電池からの出力計算の例を以下に示す。ここでは蓄電池を発電機とみなして、前記したように蓄電池の劣化度合い、蓄電池の温度をパラメータとして経済負荷配分法を適用する。このような方法を用いる目的は需給平衡を保ちつつ、蓄電池の劣化が全体で最小となるように出力を決定することである。【００２０】
需要家が要求する総負荷をＰＬ、蓄電池からの出力をＰ１、Ｐ２、・・・ＰＮとすると需給平衡は【００２１】
【数１】
2013038458.tif 000003
【００２２】
となるので、各蓄電池の劣化度合い（劣化係数）をＦとすると、総電池劣化係数fは【００２３】
【数２】
2013038458.tif 000004
【００２４】
となる。ｆを最小とする各蓄電池出力  を求める問題となるので、これをラグランジェの未定係数法にて解くと、下記の式にて最適な蓄電池の出力配分が決まることとなる(図１０)。【００２５】
【数３】
2013038458.tif 000005
【００２６】
上記のようにして各蓄電池からの出力量を算出した後、処理３３１にて該計算結果をデータベース１１１に格納し、データベースの更新があったことを電力制御機能１０２に通知し計算された値で蓄電池の出力値を制御する準備を行う。ここで処理３３２にて、制約条件、たとえば接続しているケーブルの容量を超えないか、あるいは各蓄電池の性能を超えた放電を行わないかどうか等の、処理３３１にて用いたラグランジェの未定係数法の制約条件に入れることができなかった制約条件を満たしているかどうかを処理３３２にて判定する。制約条件の違反が見つかった場合には該当蓄電池を処理３３３で除外し、電力需給が充足しているかどうかを処理３３４にてチェックした後に、再度処理３２８に戻って蓄電池の出力配分計算を実施する。制約条件違反がなければ処理３３６にて蓄電池の上下限制約を満足しているかどうかを判定し、満足している場合には処理３３７にて蓄電池からのＳＷ１３１、需要家機器へのＳＷ１２１を制御し、電力制御モジュール１０２の制御を通じて実際の電力制御を実施する。この際、ＤＣ／ＡＣ変換が必要である場合には、ＤＣ／ＡＣ変換機能１０３に電力変換の信号を出力し、所望の電力形式に変換する。需要家機器へのＳＷ１２１を制御する際に、需要家機器の中、たとえば全停電から本実施例に示した電力配分装置を用いて電力を復旧させる際に、接続した負荷に医療器具等の電力を優先して送電する必要がある負荷が含まれている場合、そのような種類の負荷に対してリアルタイムで優先して電力を供給する必要がある。このような判断をリアルタイム優先度設定機能で実施する。リアルタイム優先度設定機能１０８では需要家負荷がＳＷ１２１，Ｉ／Ｆ１２２を介して接続された際に、たとえばＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）のような通信手段を用いて、どの種類の需要家機器が接続されたかの情報をデータベース１１１に格納する。その際のデータベースの一例を図１１Ａ、１１Ｂに示す。図１１Ａ（データ１６０）では接続されている負荷の番号１６１、負荷からの電力送電要求があった日時１６２、負荷の種類１６３、要求電力量１６４に相当するデータが負荷側から送信され、その負荷の種類に応じて、優先順位１６５をデータベース１１１の機能を用いて設定する。【００２７】
優先順位の例を図１１Ｂ（データ１６６）に示す。本実施例では優先順位があらかじめ高、中、低の３段階に分かれている例である。１６６の例では優先順位が高い負荷として、医療関係の負荷が接続されていて、生命維持に直接影響がある機器を作動させている負荷が接続されているとき、また、優先順位が中程度の負荷としては、電力で作動しているインフラを支えていて、生命維持に間接的に影響がある機器を作動させる負荷、たとえば通信に関係する負荷が接続されているとき、また、優先順位が低い負荷としては電灯需要をはじめとした生命維持に直接、間接的に影響を及ぼす可能性が低い負荷、というように定義をしている。これらの優先順位の設定方法としては１６６に示したレベル分けのほかにも、図１２に示したように、接続している負荷の種類に応じて、たとえばインバータ負荷が接続されていて、瞬間的な停電が発生する頻度の多さを縦軸に、それに伴う生命が危険にさらされる度合いを横軸にとったリスクマップを作製して、その交差点にあるレベルを書いたラベルをもとに優先順位をつけることも可能である。ここで算出した優先順位を通信モジュールから制御信号を発行し、その信号にもとづいて需要家側のＳＷ１２１を間欠制御、あるいは連続制御することにより、前記した優先度に基づいた負荷の制御を行う。【００２８】
以上に示したように、本発明の第一の実施例に示した需要家機器と蓄電池を接続して電力を配分するシステムに関し、電力制御モジュール、ＤＣ／ＡＣ変換モジュール、起動用蓄電池、ＣＰＵ＆メモリ、マトリクススイッチング機能とリアルタイム優先度選定プログラムとデータベースを有する二次記憶装置、接続機器とのＩ／Ｆとスイッチを備え、接続された需要家機器に負荷の大きな変動が発生しても、その変動に応じて制御を変えることにより蓄電池の性能劣化を最低限に抑えるように蓄電池の放電パターンを算出し、かつ需要家機器の優先度に応じて電力を安全に、かつ安定に供給することが可能となり、かつ接続した需要家の機器に対して、系統からの電力が供給されなくても蓄電池によって漏電、過電流が発生しない安定した電力を供給することが可能となる。
【実施例２】
【００２９】
本発明の第一の実施例では、災害等で系統からの電力が失われた際に蓄電池の所有者が蓄電池を提供し、かつその際には蓄電池の劣化が最小限になるように制御することで該地域内での電力供給を実現する実施例であった。本実施例では蓄電池の劣化を最小限にとどめる蓄電池からの放電を行うのみならず、蓄電池の所有者にも金銭的なメリットが発生、あるいは蓄電池からの放電がグリーン電力と呼ばれる、化石燃料を由来とする電力の含有量をできるだけ少なくする放電を行うことをはじめとした、蓄電池所有者に対するインセンティブを考慮した電力配分装置の実施例である。このようなインセンティブを実現するために、二次記憶装置１０６が図１３に示す構成となる実施例である。図５に示した二次記憶装置１０６に本実施例ではインセンティブ算出プログラム１１０が存在し、そのプログラムはデータベース１１１に格納してあるデータを読み込み、計算結果を前記データベース１１１に格納する。ここでのインセンティブ指標として蓄電池から放電する際の電力価格、電力のグリーン指標等が考えられるが、そのほかのインセンティブ指標を使うことでもよい。【００３０】
図１４を用いて、インセンティブ指標の一例として、グリーン電力指標を用いたインセンティブ指標の求めかたについて説明する。【００３１】
グリーン電力指標を求める原理は図１４Ａ（６０１）に示すように対象とする電力系統の発電機、負荷を電流で表現した際に、図１４Ｂ（６０２）に示す電力方程式を用いて、電流源として表現した発電機の任意の一台を微小変化させた際に、負荷がどの程度変動するかの感度係数を用いて求める。【００３２】
図１５を用いて、具体的な計算方法を説明する。グリーン電力指標は図中より省いてある対象となる電力系統、あるいは配電系統の構成をモデル化して生成する装置にて作成した対象とする電力系統データを処理６５１にて読み込む。このデータをもとに処理６５２にてアドミタンス行列を作成し、処理６５３にて図１４Ｂ（式（１））に示した行列式を作成する。その後、処理６５４にて各発電機ノードの中から電流源を一つだけ設置した際の各母線電圧を計算し、処理６５５にて前記母線電圧と前記アドミタンス行列を用いてそれぞれの電源によって発生する電流の潮流状態を算出する。最後に６５６にて前記電流と、母線電圧からｋ番目の発電機から母線ｉへの負荷への配分を図１４Ｃ（式（２））を用いて計算する。ここで求められた発電機の電力由来に対し、発電種類ごとに定義されているＣＯ２排出係数を乗ずることにより、各負荷におけるＣＯ２由来量、すなわちグリーン電力指標を求める。グリーン電力指標を求めるために必要な入力データの一例を図１６に示す。図１６Ａ（データ７０１）はグリーン電力指標を求める対象である電力系統のブランチと呼ばれる送電線、配電線、変圧器の接続の終点、始点、並びにそれらのパラメータを示していて、ブランチの抵抗分、誘導分、容量分、ブランチがタップである場合のタップ比からなる例を示している。また、入力データのもう一つの例として、ノードと呼ばれる発電機の出力、負荷の電力消費量を示したデータ例を７０２に示す。図１６Ｂ（データ７０２）はノードの設備名称、発電機ノードであるか否かのフラグ、電圧の指定値、グリーン電力指標計算は一般的なＮｅｗｔｏｎ法を用いた潮流計算法を用いることから繰り返し計算を用いるため、電圧の初期値が必要となり、さらに各ノードに対する有効電力の発電指定量（ＰＧ）、無効電力の発電指定量（ＱＧ）、有効電力の負荷指定量（ＰＬ）、無効電力の負荷指定量（ＱＬ）、調相機器（スタティックコンデンサ、シャントリアクトル）の投入量からなるデータの例である。このような入力データを用いることにより、グリーン電力指標算出処理では図１６Ｃ（データ７０３）の例に示すように、各発電機のグリーン電力指標に変換することにより、化石燃料発電、再生エネルギー発電由来という形に分類することにより、グリーン電力指標を求めることが可能となる。【００３３】
インセンティブ指標としての電力価格について図１７に示す。データベース７０２は需要家名、電力配分装置が管轄する需要家、蓄電池保持者との間であらかじめ決定している蓄電池への充電の場合の買電量、買電単価、蓄電池からの放電の場合の売電量、買電単価、取引期間から構成されている。もちろん前記図中に示した例よりも、項目の増減があっても問題ない。【００３４】
このようなインセンティブ指標をインセンティブ算出プログラムではひとつのパラメータに合成する機能を有する。ここでのパラメータとは、前記したラグランジェの未定係数法を用いたマトリクススイッチングプログラムにおいて、各電池の劣化度合いを示す関数を【００３５】
【数４】
2013038458.tif 000006
【００３６】
として合成して、合成結果をデータベース１１１に格納する。この他の処理は第一の実施例におけるマトリクススイッチングプログラムを実行する際に、蓄電池の劣化係数に上記数４の関数を用いて第一の実施例における数２、数３の計算を行うことでよい。もちろんインセンティブ指標の増減を行ってマトリクススイッチングプログラムを実行する際には前記した数４の関数を変更することで、接続された需要家機器に負荷の大きな変動が発生しても、その変動に応じて制御を変えることにより蓄電池の性能劣化を最低限に抑えながら蓄電池保有者に対するインセンティブが最大になるように蓄電池の放電パターンを算出することが可能となる。【００３７】
以上に示したように、本発明の第二の実施例に示した需要家機器と蓄電池を接続して電力を配分するシステムに関し、電力制御モジュール、ＤＣ／ＡＣ変換モジュール、起動用蓄電池、ＣＰＵ＆メモリ、マトリクススイッチングプログラムとリアルタイム優先度選定プログラムとインセンティブ算出プログラムとデータベースを有する二次記憶装置、接続機器とのＩ／Ｆとスイッチを備え、接続された需要家機器に負荷の大きな変動が発生しても、その変動に応じて制御を変えることにより蓄電池の性能劣化を最低限に抑えながら蓄電池保有者に対するインセンティブが最大になるように蓄電池の放電パターンを算出し、かつ需要家機器の優先度に応じて電力を安全に、かつ安定に供給されることが可能となり、かつ接続した需要家の機器に対して、系統からの電力が供給されなくても蓄電池によって漏電、過電流が発生しない安全で安定した電力を供給することが可能となる。
【実施例３】
【００３８】
本発明の第一、第二の実施例では、災害等で系統からの電力が失われた際に蓄電池の所有者が蓄電池を提供し、かつその際には蓄電池の劣化が最小限、インセンティブが最大限になるように制御することで該地域内での電力供給を実現する実施例であった。本発明の第三の実施例では第一、第二の実施例では電力配分装置が蓄電池、需要家の接続を判断して外部からのトリガーなく蓄電池の劣化が最小となるように、あるいは蓄電池保有者が望むインセンティブが最大となるように蓄電池の制御を行っていた一方で、本実施例では外部からのトリガーによって蓄電池の制御を行う実施例である。【００３９】
図１８に、上記本実施例の機能を実現する電力配分装置の構成例を示す。図１８中の電力配分装置１２が図１と異なる点は外部通信装置１１２を備えている点である。外部通信モジュール１１２は外部のネットワークと接続し、外部からの制御指示信号を受信して、その信号の状態に応じて二次記憶装置中のプログラムを実行し、そこで算出された制御値を電力制御モジュールに伝送して蓄電池と需要設備の間で電力を配分する。【００４０】
図１９に、本実施例を使った制御例を示す。８０１−ａ〜８０１−ｃは一般的な公知である発電所の発電機の１系列を示している。８１１が発電機本体、８１２が補機電動機、８０６が補機系と呼ばれる部分である。８１５が発電所のセンタ設備、１２が本実施例での電力配分装置である。１２と８１５はネットワーク８１６で接続されている。前述した電力配分装置中の需要家側Ｉ／Ｆ１２２は各発電所の補機系８０６の前段にあるスイッチの後段に接続されて、補機系が発電機８１１を起動するための電源を肩代わりして供給する役割を果たしている。このような構成にすることで、災害等で電力系統がブラックアウトして発電機をコールドスタートさせる時間を短縮することが可能となる。一般的には電力系統がブラックアウトして発電所も全停し、供給電力がなくなった場合には、設備状況を確認後、水力発電等の自然エネルギーにより電力を起こし、その電力を発電所に送電することで発電所の補機８１２を起動して補機系８０６を起動させ、その電力を用いて発電機８１１を起動させる。このような一連の作業には時間がかかるため、発電所の復旧を早めるために電力配分装置からの蓄電池を用いた電力で発電所の補機系をいち早く起動して電力インフラを迅速に復旧させることが可能となる。【００４１】
図２０を用いて本実施例での処理の流れを説明する。なお、本実施例では蓄電池として電気自動車を想定する。ブラックアウトが発生し、全停電が発生した際に、センタ設備８１５から電気自動車１５１に電力供給依頼が発せられる。電力供給依頼はあらかじめ登録してある車両のユーザーにナビシステム、あるいは携帯端末を介して通知される（１２０１）。この依頼を受け入れるかどうかの通知を電気自動車のユーザーはセンタ設備８１５に送る（１２０２）。同時に依頼に応じる電気自動車ユーザーは電力配分装置に電気自動車を接続し（１２０３）、一定時間経過した後、電力配分装置１２から電気自動車の接続が完了した信号をセンタ設備に送信する（１２０４）。電気自動車の接続がセンタ設備８１５で確認できたら、センタ設備８１５は電力配分装置にスイッチ１２１、１３１の動作を確認する（１２０５）。これはスイッチに対して信号を伝送することにより、応答の有無で判定する。電力配分装置１２はセンタ設備８１５に対して動作確認信号を送信し（１２０６）、センタ設備のほうで電力配分装置が正常に動作するかどうかを把握する。一方、電力配分装置１２では接続された電気自動車に搭載されている蓄電池に対して、図７に示した蓄電池の情報を取得を依頼する信号を蓄電池のコントローラに対して伝送する（１２０７）。蓄電池のコントローラから蓄電池の情報を電力配分装置１２が取得した（１２０９）後、センタ設備８１５から補機系で必要とする電力量の要求量を電力配分装置１２に伝送する（１２０９）。１２０８と１２０９で収集したデータをもとに電力配分装置１２では補機系８０６と接続されている蓄電池の間で需給に不足がないかどうかを判定し、その結果をセンタ設備８１５に伝送する（１２１０）。この結果をもとにセンタ設備８１５は電力配分装置に対し試送電開始の指示を送信する（１２１１）。この信号を受信した電力配分装置１２は電気自動車とのＩ／Ｆのスイッチ１３１、発電機の補機系とのＩ／Ｆスイッチ１２１をＯＮ状態しにして試送電を実施する（１２１２、１２１３）。試送電を実施後、正常に行われたかどうかを電気自動車１５１、補機系８０６からＡＣＫ信号として電力配分装置１２は受信する（１２１４，１２１５）。同時にスイッチ１２１と１３１をＯＦＦ状態にする。ここでのＡＣＫが正常に帰ってきた場合、センタ設備８１５は制御開始指示を電力配分装置に出す（１２１６）。この信号を電力配分装置１２が受信すると、電気自動車とのＩ／Ｆであるスイッチ１３１と、補機系とのＩ／Ｆであるスイッチ１２１をＯＮ状態にして（１２１７，１２１８）送電を実施する（１２１９）。ここでの送電は、第一、第二の実施例に示したマトリクススイッチングプログラムを用いて実施する。なお、リアルタイム優先度決定プログラムはすべての補機系の優先度を同じとすることでプログラムを実行させる。所定の時間が経過した時点、あるいは蓄電池の電力が一定以下となった時点、あるいは電力が復旧した時点で、センタ設備８１５は制御終了指示を電力配分装置１２に伝送する（１２２０）。この信号を受信した電力配分装置１２はスイッチ１２１と１３１をＯＦＦ状態にする（１２２１，１２２２）。この後、終了処理としてセンタ設備８１５は電力配分装置１２に対し電気自動車１５１から放電した電力量の情報を伝送する指示を行い（１２２３）、該情報を取得した後に（１２２４）課金等の処理を行うために該データをセンタ設備内のデータベースに格納する。【００４２】
以上に示したように、本発明の第三の実施例に示した発電所の補機系と蓄電池を接続して電力を補機系に供給してブラックアウトからいち早く発電機を復旧する電力配分装置に関し、電力制御モジュール、ＤＣ／ＡＣ変換モジュール、起動用蓄電池、ＣＰＵ＆メモリ、マトリクススイッチングプログラムとリアルタイム優先度選定プログラムとインセンティブ算出プログラムとデータベースを有する二次記憶装置、接続機器とのＩ／Ｆとスイッチを備え、接続された補機の負荷大きな変動が発生しても、その変動に応じて制御を変えることにより蓄電池の性能劣化を最低限に抑えながら蓄電池保有者に対するインセンティブが最大になるように蓄電池の放電パターンを算出し、かつ災害等で系統からの電力が供給されない状態でも、蓄電池によって漏電、過電流が発生しない安全な状態で発電機の補機を起動して、いち早く発電機出力を回復させ、該地域で安定した電力を供給することが可能となる。
【実施例４】
【００４３】
本発明の第四の実施例では第一から第三の実施例では電力配分装置がＩ／Ｆを介して電力の供給側と消費側の一方向の電力の流れを制御していたのに対し、供給側と消費側の双方向の電力の流れを制御して、外部の電力系統から独立して安定した電力供給を確保する実施例である。【００４４】
図２１に本実施例の構成例を示す。本実施例の電力配分装置はたとえば柱上変圧器以下にある、蓄電池と、負荷設備のいずれかあるいは負荷設備のみを備えた複数の需要家間で、電力の全停が発生した際に、前記複数の需要家間で所有している蓄電池を劣化が最小となるようにリアルタイムで電力を融通するための実施例である。あるいはこの実施例では電力の全停が発生していない場合でも、夜間に蓄電した電力を昼間に用いることもできるため、ピークシフト向けにも利用することが可能である。図２１に本実施例での電力配分装置の構成例を示す。本実施例の電力配分装置１３では需要家と接続するためのＩ／Ｆ  １３２、需要家と接続する際に、前記Ｉ／Ｆと電力配分装置のモジュール間に設けるスイッチ１３１、需要家内にある蓄電池から放電された電力を負荷側に分配する電力制御モジュール１０２、蓄電池から出力された電力が直流電力である場合に、一般負荷として用いられている交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換モジュール１０３、全停の場合にも電力配分装置を起動するための起動用蓄電池１０４、電力配分装置を駆動するためのＣＰＵ＆メモリ１０５、電力配分装置を駆動するためのプログラムとデータベースが格納されている二次記憶装置１０６、外部の電力系統で停電が発生したかどうかを検知する停電検知センサ、外部の通信機器と通信を行う外部通信モジュール１１２からなる。また、二次記憶装置１０６、ＣＰＵ＆メモリ１０５、起動用蓄電池１０４、電力制御モジュール１０２、ＤＣ／ＡＣ変換モジュール１０３、蓄電池側スイッチ１３１、停電検知センサ１１３はそれぞれ通信線で接続されている。【００４５】
図２２に、第四の実施例での電力配分装置１３を用いた実現例を示す。柱上変圧器に併設された電力配分装置１３からは各需要家へ配電線で接続されている。本実施例ではこの配電線には電力のみならず、たとえばＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）に代表される通信信号も重畳されている。需要家１５２は蓄電池、あるいは電気自動車を所有している需要家では屋外設備として買電用電力メータ１５６、売電用電力メータ１６１が具備され、屋内設備としては屋内分電盤１５５、蓄電池側の設備としては連系ＥＬＢ（漏電ブレーカ）１６２、コントロールスイッチ１６３、が存在し、前記屋内分電盤１５５と蓄電池設備を接続するコントローラ１６０からなる。また、屋内で用いる電力は契約ブレーカ１５７、漏電ブレーカ１５８を介して子ブレーカ１５９に接続され、ここから一般負荷への電力が供給される。電力配分装置１３中の停電検知センサは併設される柱上変圧器に取り付けた電流センサ、あるいは電力センサの測定値を監視していて、停電が発生した際にはその状変を電力配分装置の二次記憶装置内のデータベース内に格納する。また、電力配分装置１３は通常では電力系統からの電力を用いて動作している一方で、電力系統からの電力が遮断された場合は起動蓄電池１０４を用いて電力配分装置が常時動作するようになっている。二次記憶装置１０６には図２３に示すようにデータベース１１１、マトリクススイッチングプログラム１０８、リアルタイム優先度決定プログラム１０９、インセンティブ算出プログラム１１０、負荷推定プログラム１１４、安全確認プログラム１０７、課金計算プログラム１１５が具備されていて、各プログラムはデータベース１１１に接続されている。負荷推定プログラムは停電検知センサが一定周期で取得してデータベース１１１に格納している電流量、あるいは電力量をもとに、たとえば移動平均をとることにより、本装置が接続されている地域の負荷量を将来にわたり推定するプログラムである。【００４６】
図２４を用いて、本実施例での安全確認プログラム１０７の処理内容を説明する。安全確認プログラム１０７では停電検知モジュール１１３にて停電が発生したことを処理３７１にて検知すると、停止していた電力配分装置の機能を起動させるために、処理３７２にて電力配分装置内の起動用蓄電池１０４から電力配分装置内の電源を確保する。同時に電力配分装置１３に接続しているすべての需要家向けのスイッチ１３１をＯＮ状態に移行させる。ここでＳＷ１３１に異常がないかどうかをすべての前記スイッチで処理３７３にて確認し、異常があったスイッチに関しては、該当するスイッチ１３１を処理３７５にてＯＦＦ状態にし、処理３７６にて異常があったスイッチの需要家を除外する処理を行う。処理３７３にて異常がなかった場合には処理３７４にて各需要家に買電メータ１５６、売電メータ１６１が接続されているかどうかを判定する。売電メータがある場合は電力を外部に供給する設備があることを示している。逆に売電メータがない場合は負荷のみの需要家であることが分かる。次に処理３７７にて売電メータがある需要家に対し、ＰＬＣ通信によって接続している需要家のコントローラ１６０の起動を試みる。処理３７８でコントローラの動作が正しく、かつ起動した場合は処理３８１にて蓄電池側に設置されている連系ＥＬＢ１６２、コントロールスイッチ１６３に通電してその動作を確認する。処理３７８にてコントローラの動作が異常である場合は、該需要家のコントローラを処理３７９にてＯＦＦ状態とし、処理３８０にて異常が検出された需要家を対象から除外する処理を実施する。次に処理３８２にてコントロールスイッチの動作が正常であると判断された場合は、処理３８３にて連系ＥＬＢ１６２の先にある蓄電池の接続の有無の情報と、接続されている場合には図７に示した蓄電池に関する情報を取得する。処理３８２にてコントロールスイッチの動作が正常でない需要家が存在した場合には処理３８４にて異常が検出された蓄電池を制御対象から除外する処理を実施する。処理３８３が終了した後に処理３８５にて蓄電池の絶縁安全を確認する。これはコントロールスイッチ１６３を一時的にＯＮすることでコントローラにて検知する電力があらかじめ設定された適正範囲に入っているかどうかでチェックを行う。処理３８６にて前記のチェックで絶縁状態が正常であると判定された場合には、処理３８７にてコントローラ１６０を制御して蓄電池から電力制御モジュール１０２まで試充電を行う指令をコントローラ１６０、コントロールスイッチ１６３に送信し試充電を実施する。処理３８６にて絶縁状態に異常が検出された場合には処理３８８にて異常が検出された蓄電池を対象から除外する処理を実施する。処理３８４、処理３８８での異常が検出された蓄電池を対象から除外するのは関連するスイッチ１６３、コントローラ１６０をＯＦＦ状態にすることで実現する。処理３８７で試充電を行った際にコントローラ１６０を通過する電流、あるいは電力を測定することで、需要家側の設備の漏電の有無を処理３８９でチェックする。ここで漏電がなく正常であることを処理３９０にて確認した後に、マトリクススイッチングを使った電力制御を実施する。処理３９０にて需要家設備に漏電が検知された場合には処理３９２にて需要家に設備の確認を要請し、処理３９３にて設備の確認が終了した場合、再度処理３８９に戻って処理を継続する。以上が本実施例における安全確認プログラムの動作である。【００４７】
図２５を用いて本実施例におけるマトリクススイッチングプログラムの動作について説明する。まず処理１２５１にて需要家に接続された蓄電池の図７に示したパラメータ、制約条件値をデータベース１１１より取得する。処理１２５２で対象となる蓄電池数の増減がないかどうかを判定する。これは電気自動車を蓄電池として想定した場合に、電力配分装置における電力送電を行っている間に電気自動車が需要家のもとにもどってくる場合、あるいは電力配分装置にて電力送電を行っている際に、緊急の用件で電気自動車が需要家のもとから離れていく場合に対応するためである。処理１２５２で前回の時間周期と比較して蓄電池の数に増減がある場合には処理１２５１に戻り処理を継続する。処理１２５２にて蓄電池の数に増減がない場合には処理１２５３にて時間カウンタをリセットする。次に処理１２５４にて各需要家のコントローラ１６０から契約ブレーカ１５７側の電力需要量の取得を行い、この時点で電力配分装置が管轄している需要家の総需要を算出する。あるいはコントローラから正確な値をセンシングできない場合には負荷推定プログラム１１４を用いて総需要を算出するのでもよい。処理１２５６にて処理１２５１で取得した蓄電池の放電可能総容量が１２５５で求めた電力負荷の総容量よりも小さい場合は処理１２５７にて需要家に節電を要請して処理１２５４に戻る。処理１２５６にて電力の需給が充足する場合には処理１２５８で需要の変化量があらかじめ設定した値εよりも大きいかどうかを判定する。εよりも小さい場合には、処理１２５１にて取得した蓄電池に関するパラメータから処理１２５９にて各蓄電池の電池劣化係数を求めたのちに第一の実施例で示したようにラグランジェの未定係数法で各電池の出力を決定する計算を行う。処理１２５８にて需要変化量がεよりも大きい場合には、急激な負荷変動であるため、その場合の蓄電池の電力計算する際には蓄電池の温度を考慮する必要があるため処理１２６０にて蓄電池の温度から各蓄電池の電池劣化係数を算出した後に、処理１２６１にてラグランジェの未定係数法に手各蓄電池の出力計算を決定する。ここで求めた各蓄電池の出力が上下限制約を違反しない場合には処理１２６６にて電力制御モジュール１０２に対して制御指令を伝送し、算出した各蓄電池の出力指令を各蓄電池のコントローラに伝送する。処理１２６２にて各蓄電池の上下限制約違反が発生する場合には該当する蓄電池を処理１２６３にて除外する。その後処理１２６４で電力需給条件を満足するかどうかを判定する。ここで電力需給が充足される場合、処理１２６５で蓄電池制約条件を充足するかどうかを判定し、該条件を満たす場合には蓄電池の出力をラグランジェの未定乗数法で再度計算して処理１２６６に進む。処理１２６４で電力需給が充足しない場合には処理１２５７にて需要家に節電を要請して再度処理１２５４から開始する。処理１２６５にて、蓄電池制約条件を満足しない場合も処理１２５７に戻り同様の処理を行う。以上の１周期の処理が終了した際に、時間カウンタを処理１２６７にて追加し、処理１２６８で当初の制御予定時間を超過していないかどうかを判定し、制御予定時間を超過していれば処理を終了、超過していなければ処理１２５４に戻り処理を繰り返す。【００４８】
次に二次記憶装置１０６中の課金計算プログラムについて図２６を用いて説明する。処理１００１では停電検知センサ１１３が停電回復を検知した、あるいはマトリクススイッチングプログラムの説明中にあった時間パラメータｔが設定値よりも超過した後に、買電電力メータ１５６、売電電力メータ１６１より、停電中の各需要家における売買電力量を取得する。次に処理１００３にて前記したデータベース１１１中のデータ７０２にある需要家ごとの売買電力単価より、停電期間中の電力料金を算出する。処理１００４にて算出した電力料金をデータベース１１１に格納する。最後に処理１００５にて外部通信モジュール１１２より電力料金情報を図中では省略している課金センタに送信する。【００４９】
以上に示したように、本発明の第四の実施例に示したたとえば柱上変圧器以下にある、電力配分装置が管轄する範囲の蓄電池と、負荷設備のいずれかあるいは負荷設備のみを備えた複数の需要家間で、電力の全停が発生した際に、停電検知センサにより迅速に需要家内の漏電、過電流発生の有無を判定し、電力配分装置の管轄内にある蓄電池の劣化を最低限に抑え、リアルタイムで安定した電力供給を外部の電力系統から独立して確保することが可能となる。【００５０】
また、本発明の第四の実施例中の二次記憶装置中にインセンティブ算出装置を具備することにより、本発明の第二の実施例に示したように、接続された需要家機器に負荷の大きな変動が発生しても、その変動に応じて制御を変えることにより蓄電池の性能劣化を最低限に抑えながら蓄電池保有者に対するインセンティブが最大になるように蓄電池の放電パターンを算出し、かつ需要家機器の優先度に応じて電力を安全に、かつ安定に供給されることが可能となり、かつ接続した需要家の機器に対して、系統からの電力が供給されなくても蓄電池によって漏電、過電流が発生しない安全で安定した電力を外部の電力系統から独立して確保することが可能となる。
【実施例５】
【００５１】
本発明の第五の実施例は供給側と消費側の双方向の電力の流れを制御して、外部の上位電力監視制御システムからの指令を受けて外部の電力配分装置と連携して安定した電力供給を確保する実施例である。【００５２】
図２７を用いて本実施例を実現する電力配分装置の構成例を説明する。本実施例の電力配分装置１４では需要家と接続するためのＩ／Ｆ  １３２、需要家と接続する際に、前記Ｉ／Ｆと電力配分装置のモジュール間に設けるスイッチ１３１、需要家内にある蓄電池から放電された電力を負荷側に分配する電力制御モジュール１０２、蓄電池から出力された電力が直流電力である場合に、一般負荷として用いられている交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換モジュール１０３、全停の場合にも電力配分装置を起動するための起動用蓄電池１０４、電力配分装置を駆動するためのＣＰＵ＆メモリ１０５、電力配分装置を駆動するためのプログラムとデータベースが格納されている二次記憶装置１０６、外部の通信機器と通信を行う外部通信モジュール１１２からなる。また、二次記憶装置１０６、ＣＰＵ＆メモリ１０５、起動用蓄電池１０４、電力制御モジュール１０２、ＤＣ／ＡＣ変換モジュール１０３、需要家側スイッチ１３１はそれぞれ通信線で接続されている。【００５３】
第五の実施例での電力配分装置１４を用いた実際の実現例を図２８に示す。柱上変圧器に併設された電力配分装置１４は上位の電力制御監視システム１７５とネットワーク１７６を介して接続されている。ここでのネットワークには上位の電力制御監視システムからの電力配分装置への充放電依頼信号、充放電依頼量をはじめとしたデータの授受が行われる。電力分配システ１４からは第四の実施例と同様に各需要家へ配電線で接続されている。需要家１５２も第四の実施例と同様の構成である。二次記憶装置１０６も第四の実施例と同様である。本実施例では第四の実施例と処理が異なる安全確認プログラムとマトリクススイッチングプログラムの内容について主に説明する。【００５４】
図２９を用いて、本実施例での安全確認プログラム１０７の処理内容について説明する。安全確認プログラム１０７では外部通信装置を介して上位の電力監視制御システムから充放電の要求が処理１３７１にて来た場合に、停止していた電力配分装置１４の機能を起動させるために、処理１３７２にて電力配分装置内の起動用蓄電池１０４から電力配分装置内の電源を確保する。ここでの外部通信装置を介して取得する信号は上位の電力系統監視装置に限らず、自律分散的に各電力配分装置が稼働する状況では、他の電力配分装置からの信号でもよい。【００５５】
図３２に上記状況を示す。前記電源確保と同時に電力配分装置１４に接続しているすべての需要家向けのスイッチ１３１をＯＮ状態に移行させる。ここでＳＷ１３１に異常がないかどうかをすべての前記スイッチで処理１３７３にて確認し、異常があったスイッチに関しては、該当するスイッチ１３１を処理１３７５にてＯＦＦ状態にし、処理１３７６にて異常があったスイッチの需要家を除外する処理を行う。処理１３７３にて異常がなかった場合には処理１３７４にて各需要家に買電メータ１５６、売電メータ１６１が接続されているかどうかを判定する。売電メータがある場合は電力を外部に供給する設備があることを示している。逆に売電メータがない場合は負荷のみの需要家であることが分かる。次に処理１３７７にて売電メータがある需要家に対し、ＰＬＣ通信によって接続している需要家のコントローラ１６０の起動を試みる。処理１３７８でコントローラの動作が正しく、かつ起動した場合は処理１３８１にて蓄電池側に設置されている連系ＥＬＢ１６２、コントロールスイッチ１６３に通電してその動作を確認する。処理１３７８にてコントローラの動作が異常である場合は、該需要家のコントローラを処理１３７９にてＯＦＦ状態とし、処理１３８０にて異常が検出された需要家を対象から除外する処理を実施する。次に処理１３８２にてコントロールスイッチの動作が正常であると判断された場合は、処理１３８３にて連系ＥＬＢ１６２の先にある蓄電池の接続の有無の情報と、接続されている場合には図７に示した蓄電池に関する情報を取得する。処理１３８２にてコントロールスイッチの動作が正常でない需要家が存在した場合には処理１３８４にて異常が検出された蓄電池を制御対象から除外する処理を実施する。処理１３８３が終了した後に処理３８５にて蓄電池の絶縁安全を確認する。これはコントロールスイッチ１６３を一時的にＯＮすることでコントローラにて検知する電力があらかじめ設定された適正範囲に入っているかどうかでチェックを行う。処理１３８６にて前記のチェックで絶縁状態が正常であると判定された場合には、処理１３８７にてコントローラ１６０を制御して蓄電池から電力制御モジュール１０２まで試充電を行う指令をコントローラ１６０、コントロールスイッチ１６３に送信し試充電を実施する。処理１３８６にて絶縁状態に異常が検出された場合には処理１３８８にて異常が検出された蓄電池を対象から除外する処理を実施する。処理１３８４、処理１３８８での異常が検出された蓄電池を対象から除外するのは関連するスイッチ１６３、コントローラ１６０をＯＦＦ状態にすることで実現する。処理１３８７で試充電を行った際にコントローラ１６０を通過する電流、あるいは電力を測定することで、需要家側の設備の漏電の有無を処理３８９でチェックする。ここで漏電がなく正常であることを処理１３９０にて確認した後に、マトリクススイッチングを使った電力制御を実施する。処理１３９０にて需要家設備に漏電が検知された場合には処理１３９２にて需要家に設備の確認を要請し、処理１３９３にて設備の確認が終了した場合、再度処理１３８９に戻って処理を継続する。以上が本実施例における安全確認プログラムの動作である。【００５６】
図３０を用いて本実施例におけるマトリクススイッチングプログラムの動作について説明する。まず処理１１０１にて需要家に接続された蓄電池の図７に示したパラメータ、制約条件値をデータベース１１１より取得する。処理１１０２で対象となる蓄電池数の増減がないかどうかを判定する。これは電気自動車を蓄電池として想定した場合に、電力配分装置における電力送電を行っている間に電気自動車が需要家のもとにもどってくる場合、あるいは電力配分装置にて電力送電を行っている際に、緊急の用件で電気自動車が需要家のもとから離れていく場合に対応するためである。処理１１０２で前回の時間周期と比較して蓄電池の数に増減がある場合には処理１１０１に戻り処理を継続する。処理１１０２にて蓄電池の数に増減がない場合には処理１１０３にて上位の電力監視制御システムからの要求が該電力配分装置の管轄する範囲内で電力放電であるかどうかを判定する。電力充電の場合は処理１１３１に進み、電力放電の場合は処理１１００に進む。処理１１００では処理１１０１で取得した蓄電池の情報から可能総放電量を算出し、安全確認プログラムにて試充電の際に取得した負荷データを用いた負荷推定プログラム１１４の算出結果をもとに、放電要求量と該電力配分装置の管轄需要家の総負荷が蓄電池の総放電可能量より大きくならないかどうかを判定する。処理１１００で放電可能と判断されたら、処理１１０４では放電要求量を電力配分装置の管轄内の総負荷に固定値として加えた値で計算を行う。処理１１００で放電可能でないと判断された場合は、外部からの要請には応じることができないとネットワークを介して上位の電力監視制御システムに通知し、外部からの要求分を無視して処理１１０４に進む。処理１１０４では時間カウンタをリセットし、次に処理１１０５にて各需要家のコントローラ１６０から契約ブレーカ１５７側の電力需要量の取得を行い、この時点で電力配分装置が管轄している需要家の総需要を算出する。あるいはコントローラから正確な値をセンシングできない場合には負荷推定プログラム１１４を用いて総需要を算出するのでもよい。処理１１０６では接続されている蓄電池のSOC値、定格容量から該地域内の供給量を算出する。処理１１０７にて処理１１０１で取得した蓄電池の放電可能総容量が１１０５で求めた電力負荷の総容量よりも小さい場合は処理１１０８にて需要家に節電を要請して処理１１０５に戻る。処理１１０７にて電力の需給が充足する場合には処理１１０９で需要の変化量があらかじめ設定した値εよりも大きいかどうかを判定する。εよりも小さい場合には、処理１１０１にて取得した蓄電池に関するパラメータから処理１１１０にて各蓄電池の電池劣化係数を求めたのちに第一の実施例で示したようにラグランジェの未定係数法で各電池の出力を決定する計算を行う。処理１１０９にて需要変化量がεよりも大きい場合には、急激な負荷変動であるため、その場合の蓄電池の電力計算する際には蓄電池の温度を考慮する必要があるため処理１１１１にて蓄電池の温度から各蓄電池の電池劣化係数を算出した後に、処理１１１２にてラグランジェの未定係数法にて各蓄電池の出力計算を決定する。ここで求めた各蓄電池の出力が上下限制約を違反しない場合には処理１１１８にて電力制御モジュール１０２に対して制御指令を伝送し、算出した各蓄電池の出力指令を各蓄電池のコントローラに伝送する。処理１１１３にて各蓄電池の上下限制約違反が発生する場合には該当する蓄電池を処理１１１４にて除外する。その後処理１１１５で電力需給条件を満足するかどうかを判定する。ここで電力需給が充足される場合、蓄電池の出力をラグランジェの未定乗数法で再度計算し、処理１１１７で蓄電池制約条件を充足するかどうかを判定し、該条件を満たす場合には処理１１１８に進む。処理１１１５で電力需給が充足しない場合には処理１１１６にて需要家に節電を要請して再度処理１１０５から処理を開始する。処理１１１７にて、蓄電池制約条件を満足しない場合も処理１１１６に戻り同様の処理を行う。以上の１周期の処理が終了した際に、時間カウンタを処理１１１９にて追加し、処理１１２０で当初の制御予定時間を超過していないかどうかを判定し、制御予定時間を超過していれば処理を終了、超過していなければ処理１１０５に戻り処理を繰り返す。【００５７】
図３１では図３０中の処理１１０３で外部要求は電力充電であった場合のフローチャートを示す。処理１１３１では負荷推定プログラム１１４を用いて、電力配分装置が管轄する需要家の総負荷量を推定する。この推定方法は、前記したように安全確認プログラム１０７で試充電を行った際にセンサから取得した電流値、あるいは電力値の和をもって推定する。次に処理１１３２で外部の電力監視制御装置からの充電要求量が処理１１３１で求めた総負荷の推定量よりも小さいかどうかを判定する。小さいと判定された場合の処理１１３３から１１４６は図３０で示した１１０４から１１２０の処理と比較して、処理１１３４が追加された以外は同様である。処理１１３４は電力配分装置が管轄する需要家の総負荷を充電要求量と電力配分装置が管轄する蓄電池からの出力で賄わなければならないために必要な処理である。処理１１３２で外部の電力監視制御装置からの充電要求量が処理１１３１で求めた総負荷の推定量よりも大きいと判定された場合には図３３の処理１１６１に移る。図３３の処理１１６１では外部からの充電要求量から負荷推定量を除去して正味充電量を求める。その後、処理１１６２にてデータベース中のデータ１４０から蓄電池への充電可能容量を算出する。その結果をもとに処理１１６３で充電余力があるかどうかを判断し、充電余力がない場合は処理１１６４にて外部の上位システム、あるいは他の電力配分装置に対し「充電は応諾できない」旨のメッセージを送信する。その後、処理１１６５にて図３０の処理１１０４に戻る。処理１１６３にて充電余力があると判定された場合には処理１１６６で時刻カウンタをリセットし、処理１１６７で単位時間当たりの充電要求量から負荷の要求量を除く計算を行う。次に処理１１６７で求めた値をもとに処理１１６９で各蓄電池への配分量を計算する。ここでの配分量の決定は各蓄電池の残量に比例して、単位時間当たりの配分量を決定する。次に処理１１７０で各蓄電池へ処理１１６９で求めた配分量を充電し、処理１１７１でこの時点で蓄電量の上限に達した蓄電池の有無を検出する。蓄電量の上限に達した蓄電池がある場合は次回の時間周期の制御から該蓄電池を除外する処理を１１７２にて行う、除外する蓄電池がない場合は処理１１７３にて時刻カウンタをインクリメントして、処理１１７４にて終了時刻の上限を超えなければ処理１１６７に戻り処理を繰り返す。そうでない場合は処理を終了する。【００５８】
本発明の第五の実施例ではたとえば柱上変圧器以下にある、電力配分装置が管轄する範囲の蓄電池と、負荷設備のいずれかあるいは負荷設備のみを備えた複数の需要家間で、電力の全停が発生した際に、外部の電力配分装置と連携するために上位の電力監視制御システムより管轄範囲内の蓄電池に対する充放電指令が発せられ、迅速に需要家内の漏電、過電流発生の有無を判定し、接続された需要家機器に負荷の大きな変動が発生しても、その変動に応じて制御を変えることにより電力配分装置の管轄内にある蓄電池の劣化を最低限に抑え、電力負荷の大きな変動に対してもリアルタイムで安定した電力供給を外部の電力系統と連携して確保することが可能となる。【００５９】
また、本発明の第五の実施例中の二次記憶装置中にインセンティブ算出装置を具備することにより、本発明の第二の実施例に示したように、接続された需要家機器に負荷の大きな変動が発生しても、その変動に応じて制御を変えることにより蓄電池の性能劣化を最低限に抑えながら蓄電池保有者に対するインセンティブが最大になるように蓄電池の放電パターンを算出し、かつ需要家機器の優先度に応じて電力を安全に、かつ安定に供給されることが可能となり、かつ接続した需要家の機器に対して、系統からの電力が供給されなくても蓄電池によって漏電、過電流が発生しない安全で安定した電力を外部の電力系統と連携しながら確保することが可能となる。
【符号の説明】
【００６０】
１１〜１４：電力配分装置、１０２：電力制御モジュール、１０３：ＤＣ／ＡＣ変換モジュール、１０４：起動用蓄電池、１０５：ＣＰＵ＆メモリ、１０６：二次記憶装置、１０７：安全確認プログラム、１０８：マトリクススイッチングプログラム、１０９：リアルタイム優先度決定プログラム、１１０：インセンティブ算出プログラム、１１１：データベース、１１２：外部通信モジュール、１１３：停電検知センサ、１１４：負荷推定プログラム、１２１：スイッチ、１３１：スイッチ、１４０：蓄電池データ、１５１：蓄電池、あるいは電気自動車、１５２：需要家、１３５：漏電ブレーカ、１３６：過電流検知センサ、１５５：屋内分電盤、１５６：買電電力メータ、１５７：契約電力ブレーカ、１５８：漏電ブレーカ、１６０：コントローラ、１６２：連系漏電遮断機、１６３：コントロールスイッチ、１７５：上位電力系統監視制御装置、１７６：ネットワーク、８０１：発電所、８１５：発電所制御センタ、８１６：ネットワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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