(57)【要約】      （修正有）【課題】周波数変動を抑制しながらも蓄電装置の増大を抑えることができる直流配電系統の系統安定化装置、系統安定化方法並びに直流電力システムを提供する。【解決手段】発電装置２、蓄電装置４並びに間欠動作する第１負荷５によって構成される直流配電系統１を制御する系統安定化装置６は、第１負荷の間欠動作時の間欠負荷電力を算出する第１電力算出部８と、第１負荷の間欠負荷電力より小さい第１負荷電力を算出する負荷電力算出部と、を備える。第１負荷電力に基づいて発電装置の出力指令が作成され、間欠負荷電力と第１負荷電力に基づいて蓄電装置の充放電指令が作成される。【選択図】図１
2019103348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置、蓄電装置、並びに間欠動作する第１負荷によって構成される直流配電系統を制御する直流配電系統の系統安定化装置において、
前記第１負荷の間欠動作時の間欠負荷電力を算出する第１電力算出部と、
前記第１負荷の前記間欠負荷電力より小さい第１負荷電力を算出する負荷電力算出部と、
を備え、
前記第１負荷電力に基づいて前記発電装置の出力指令が作成され、
前記間欠負荷電力と前記第１負荷電力に基づいて前記蓄電装置の充放電指令が作成されることを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直流配電系統の系統安定化装置において、
前記第１負荷電力は、前記第１負荷の平均電力であり、
前記充放電指令は、前記間欠負荷電力と前記平均電力の差分に基づいて作成されることを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の直流配電系統の系統安定化装置において、
さらに、前記発電装置の起動時において、前記発電装置の応答特性を模擬して前記平均電力の変化率を制限する変化率リミッタを備え、
前記発電装置の起動時においては、前記間欠負荷電力と、前記変化率リミッタによって変化率が制限された前記平均電力との差分に基づいて前記充放電指令が作成されることを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項４】
請求項１に記載の直流配電系統の系統安定化装置において、
前記第１電力算出部は、前記第１負荷における電圧および電流の検出値から前記間欠負荷電力を算出することを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項５】
請求項２に記載の直流配電系統の系統安定化装置において、
前記負荷電力算出部は、前記第１負荷の性能情報に基づいて前記平均電力を算出することを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項６】
請求項１に記載の直流配電系統の系統安定化装置において、
さらに、前記第１負荷を制御する駆動信号を作成する負荷制御部を備えることを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項７】
請求項６に記載の直流配電系統の系統安定化装置において、
前記負荷電力算出部は、前記駆動信号に含まれる前記第１負荷の性能情報に基づいて前記第１負荷電力を算出することを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項８】
請求項１に記載の直流配電系統の系統安定化装置において、
さらに、前記直流配電系統に含まれる定出力の第２負荷の第２負荷電力を算出する第２電力算出部を備え、
前記第１負荷の前記第１負荷電力と前記第２負荷の前記第２負荷電力とに基づいて前記発電装置の前記出力指令が作成されることを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項９】
請求項１に記載の直流配電系統の系統安定化装置において、
さらに、前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記充放電指令の補正値を作成する蓄電容量監視部を備え、
前記充放電指令の前記補正値に応じて前記充放電指令が補正され、
前記充放電指令の前記補正値に応じて前記発電装置の前記出力指令が補正されることを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の直流配電系統の系統安定化装置において、
さらに、
前記第２負荷の前記第２負荷電力を所定の電力値に制御する負荷制御部と、
前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記電力値の補正値および前記充放電指令の補正値を作成する蓄電容量監視部を備え、
前記負荷制御部は、前記第２負荷の前記第２負荷電力を、前記電力値の前記補正値に応じて補正された前記電力値に制御し、
前記充放電指令の前記補正値に応じて前記充放電指令が補正され、
前記充放電指令の前記補正値に応じて前記発電装置の前記出力指令が補正されることを特徴とする直流配電系統の系統安定化装置。
【請求項１１】
発電装置、蓄電装置、並びに間欠動作する第１負荷によって構成される直流配電系統を制御する直流配電系統の系統安定化方法において、
前記第１負荷の間欠負荷電力を算出し、
前記第１負荷の前記間欠負荷電力より小さい負荷電力を算出し、
前記負荷電力に基づいて前記発電装置の出力指令を作成し、
前記間欠負荷電力と前記負荷電力に基づいて前記蓄電装置の充放電指令を作成することを特徴とする直流配電系統の系統安定化方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の直流配電系統の系統安定化方法において、
前記負荷電力は、前記第１負荷の平均電力であり、
前記充放電指令は、前記間欠負荷電力と前記平均電力の差分に基づいて作成され、
前記発電装置の起動時において、前記発電装置の応答特性を模擬して前記平均電力の変化率を制限し、
前記発電装置の起動時においては、前記間欠負荷電力と、前記変化率が制限された前記平均電力との差分に基づいて前記充放電指令を作成することを特徴とする直流配電系統の系統安定化方法。
【請求項１３】
発電装置、蓄電装置、並びに間欠動作する第１負荷によって構成される直流配電系統と、
前記直流配電系統を制御する系統安定化装置と、
を備える直流電力システムにおいて、
前記系統安定化装置は、
前記第１負荷の間欠負荷電力を算出する第１電力算出部と、
前記第１負荷の平均電力を算出する平均電力算出部と、
を備え、
前記平均電力に基づいて前記発電装置の出力指令が作成され、
前記間欠負荷電力と前記平均電力の差分に基づいて前記蓄電装置の充放電指令が作成されることを特徴とする直流電力システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の直流電力システムにおいて、
前記系統安定化装置は、
さらに、前記発電装置の起動時において、前記発電装置の応答特性を模擬して前記平均電力の変化率を制限する変化率リミッタを備え、
前記発電装置の起動時においては、前記間欠負荷電力と、前記変化率リミッタによって変化率が制限された前記平均電力との差分に基づいて前記充放電指令が作成されることを特徴とする直流電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置と出力変動負荷を含む直流配電系統を安定化する系統安定化装置および系統安定化方法、並びにこれらが用いられる直流電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
将来、電気負荷の大容量化と高電圧化は、一般の大規模系統だけでなく、設置面積等に制限のある小規模の電力系統にも導入されると考えられ、電気負荷の容量は発電機の定格出力に匹敵することが想定される。
【０００３】
電気負荷の大容量化は、配電機器、特に昇圧／降圧等に用いる変圧器の大型化を引き起こし、設置面積の不足を招く。これに対し、高周波変圧器が用いられる直流配電方式が注目されている。直流配電方式で使用する昇圧／降圧用の絶縁型直流／直流変換装置で使用する変圧器は、一般の商用周波数より高周波で駆動するため、商用周波数で用いる変圧器と比較して小型化できる。このような利点があるため、配電系統の直流化が注目され、検討されている。
【０００４】
直流配電系統のような小規模の電力系統には、パルス負荷のような出力が急峻に変動する負荷が設置され得る。急峻な負荷変動は、発電装置として、一般的な回転型の交流発電機が用いられる場合、発電機出力の周波数変動を引き起こす。
【０００５】
このような負荷変動による周波数変動を抑制するための従来技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、直流配電系統において、バッテリが昇圧コンバータを介して直流配電系統に接続され、アクチュエーターなどの負荷が発生する回生電力をバッテリによって吸収することにより、回生電力による周波数変動が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−５９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特許文献1では、バッテリの充放電により出力の変動分を補償することで発電機の周波数変動の抑制が可能だが、蓄電装置の容量は負荷出力のデューティ比に依存する。
【０００９】
そこで、本発明は、周波数変動を抑制しながらも蓄電装置の増大を抑えることができる直流配電系統の系統安定化装置および系統安定化方法、並びに直流電力システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明による直流配電系統の系統安定化装置は、発電装置、蓄電装置、並びに間欠動作する第１負荷によって構成される直流配電系統を制御するものであって、第１負荷の間欠動作時の間欠負荷電力を算出する第１電力算出部と、第１負荷の間欠負荷電力より小さい負荷電力を算出する負荷電力算出部と、を備え、負荷電力に基づいて発電装置の出力指令が作成され、間欠負荷電力と負荷電力に基づいて蓄電装置の充放電指令が作成される。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明による直流配電系統の系統安定化方法は、発電装置、蓄電装置、並びに間欠動作する第１負荷によって構成される直流配電系統を制御する方法であって、第１負荷の間欠負荷電力を算出し、第１負荷の間欠負荷電力より小さい負荷電力を算出し、負荷電力に基づいて発電装置の出力指令を作成し、間欠負荷電力と負荷電力に基づいて蓄電装置の充放電指令を作成する。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明による直流電力システムは、発電装置、蓄電装置、並びに間欠動作する第１負荷によって構成される直流配電系統と、直流配電系統を制御する系統安定化装置と、を備えるものであって、系統安定化装置は、第１負荷の間欠負荷電力を算出する第１電力算出部と、第１負荷の平均電力を算出する平均電力算出部と、を備え、平均電力に基づいて発電装置の出力指令が作成され、間欠負荷電力と平均電力の差分に基づいて蓄電装置の充放電指令が作成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発電装置の周波数変動を抑制しながらも蓄電装置の容量増大を抑えることができる
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１である直流電力システムの構成を示す。
【図２】実施例１における直流配電系統と系統安定化装置との間における信号もしくは情報のやり取りのシーケンスの一例を示す。
【図３】実施例１における、出力変動負荷、蓄電装置および発電装置の各出力の時間変化、並びに蓄電装置４の充電量の時間変化を示す。
【図４】発電装置の出力と系統内全負荷出力との関係を示す。
【図５】実施例２である直流電力システムの構成を示す。
【図６】実施例２における直流配電系統と系統安定化装置との間における信号もしくは情報のやり取りのシーケンスの一例を示す。
【図７】実施例２における、出力変動負荷、定出力負荷、蓄電装置および発電装置の各出力の時間変化、並びに蓄電装置の充電量の時間変化を示す。
【図８】発電装置の出力、定出力負荷の負荷出力、並びに系統内全負荷出力の関係を示す。
【図９】実施例３である直流電力システムの構成を示す。
【図１０】実施例３における直流配電系統と系統安定化装置との間における信号もしくは情報のやり取りのシーケンスの一例を示す。
【図１１】実施例３における、出力変動負荷、定出力負荷、蓄電装置および発電装置の各出力の時間変化、並びに蓄電装置の充電量の時間変化の一例を示す。
【図１２】発電装置の出力、充放電補正値、蓄電装置の充放電出力の関係を示す。
【図１３】実施例３における、出力変動負荷、定出力の負荷、蓄電装置および発電装置の各出力の時間変化、並びに蓄電装置の充電量の時間変化の一例を示す。
【図１４】発電装置の出力、系統内全負荷出力、定出力負荷の出力、負荷補正値、蓄電装置の充放電出力、充放電補正値の関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、下記の実施例１〜３により、図面を用いながら説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１であって、直流配電系統１とその系統安定化装置６からなる直流電力システムの構成を示す。
【００１７】
図１に示すように、直流配電系統１は、交流電力を出力する発電装置２、発電装置２が出力する交流電力を直流電力に変換する交流／直流電力変換装置３、蓄電器および蓄電器の充放電を制御する直流／直流電力変換装置により構成され、直流配電系統１における電力補償を担う蓄電装置４、並びに、周期的に出力が間欠する出力変動負荷（間欠負荷）５によって構成される。
【００１８】
発電装置２としては、エンジンなどの原動機によって回転駆動される交流発電機などが適用される。また、出力変動負荷５としては、電波パルスを発信するレーダーや間歇的に電磁力を発生するアクチュエーターなどが適用される。また、蓄電器としては、リチウム電池や鉛蓄電池などの蓄電池や、電気二重層キャパシタなどが適用される。
【００１９】
図１に示すように、系統安定化装置６は、平均電力算出部７、電力算出部８、出力変動負荷制御部１３、変化率リミッタ１５を備えている。後述するように、系統安定化装置６は、これらの機能部によって、出力変動負荷５の出力変動に伴って発生する発電装置２の出力周波数の変動が抑制されるように、発電装置２の出力および蓄電装置４における充放電を制御する。
【００２０】
本実施例１においては、マイクロコンピュータなどの演算処理装置が、所定のプログラムを実行することにより、系統安定化装置６の各機能部として動作する。なお、系統安定化装置６は、演算処理装置のほか、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）によって構成されても良い。
【００２１】
以下、系統安定化装置６の機能について説明する。
【００２２】
出力変動負荷制御部１３は、出力変動負荷５を動作させる際に、出力変動負荷５への制御指令である出力変動負荷駆動信号１４を作成して出力変動負荷５へ送信する。ここで、出力変動負荷駆動信号１４は、出力変動負荷５の出力が間欠する周期、間欠する時間、間欠時の電力出力（間欠負荷電力）、駆動開始／停止などの性能情報を含んでいる。出力変動負荷５は、出力変動負荷駆動信号１４を受信すると、出力変動負荷駆動信号１４に含まれる情報に応じて、間欠した出力動作を行う。後述するように、出力変動負荷駆動信号１４に含まれる情報は、平均電力算出部７においても用いられる。そのため、出力変動負荷制御部１３は、出力変動負荷駆動信号１４を平均電力算出部７にも送信する。
【００２３】
平均電力算出部７は、出力変動負荷駆動信号１４を受信すると、出力変動負荷駆動信号１４に含まれる情報である、出力変動負荷５の電力出力、間欠する周期、間欠する時間から、出力変動負荷５における一周期分の平均電力値９を算出して変化率リミッタ１５へ送る。また、平均電力算出部７は、平均電力値９に応じて、発電装置２への出力指令を作成して送信する。なお、本実施例１において、この出力指令の値は平均電力値９である。発電装置２は、この出力指令値を受信すると、電力出力を開始し、電力出力を出力変動負荷５の平均電力値９となるまで増大させる。以降、発電装置２は、電力出力の大きさが平均電力値９になるように制御される。
【００２４】
なお、平均電力算出部７は、平均電力以外に、例えば、所定の偏差に基づく補正値による補正を含む統計学に基づいた数値処理によって、間欠負荷電力より小さい負荷電力を算出する負荷電力算出部７として動作してもよい。
【００２５】
変化率リミッタ１５は、平均電力算出部７によって算出される出力変動負荷５の平均電力値９を、発電装置２の応答を模擬した平均電力値９−１に変換する。すなわち、変化率リミッタ１５は、発電装置２の起動時において、発電装置の応答特性を模擬して平均電力値９の変化率を制限する。発電装置２の電力出力は、出力指令を受信すると、零から次第に上昇し、発電装置２の動作特性（慣性などに依存する応答速度など）に応じた立ち上がり時間を経て、平均電力値９に到達する。このような発電装置２の応答を模擬した平均電力値９−１は、発電装置２の電力出力と同様に、零から次第に上昇し、発電装置２の立ち上がり時間において平均電力値９に到達し、それ以降は平均電力値９となる。このような平均電力値９−１によれば、後述するように、起動時における発電装置２の周波数変動を抑制することができる。
【００２６】
電力算出部８は、出力変動負荷５が動作すると、直流配電系統１における出力変動負荷５の接続端における電圧値および電流値１０を検知して、検知される電圧値および電流値１０から出力変動負荷５への入力電力すなわち出力変動負荷出力（間欠負荷電力）１１を算出する。
【００２７】
系統安定化装置６は、この出力変動負荷出力１１と、変化率リミッタ１５から出力される発電装置２の応答を模擬した平均電力値９−１との差分を充放電指令値１２として、蓄電装置４に送信する。なお、系統安定化装置６は、出力変動負荷出力（間欠負荷電力）と平均電力の差分以外に、例えば、出力変動負荷出力（間欠負荷電力）と平均電力に所定の重み付けをしたものに基づいて充放電指令を作成してもよく、出力変動負荷出力（間欠負荷電力）と平均電力との相関に基づいて充放電指令を作成してもよい。
蓄電装置４は、充放電指令値１２を受信すると、充放電指令値１２に応じて充放電動作を開始する。このように、出力変動負荷出力１１と平均電力値９−１との差分に応じて、蓄電装置４の充放電が制御されることにより、後述するように、発電装置２の周波数変動が抑制されるとともに、蓄電池容量の増大を抑えることができる
図２は、本実施例１における直流配電系統１と系統安定化装置６との間における信号もしくは情報のやり取りのシーケンスの一例を示す。図中、上方から下方へ向かって、順に、直流配電系統１と系統安定化装置６との間で信号もしくは情報がやり取りされる。図中の矢印が、信号もしくは情報、並びにその方向を示す。また、系統安定化装置６における処理動作の流れ（ステップＳ１１〜Ｓ１６）、並びに処理ステップ間における信号もしくは情報のやり取りを併記する。なお、図２において、参照番号が図１と同一のものは、図１と同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件である。
【００２８】
図２に示すように、系統安定化装置６は、出力変動負荷駆動信号１４を作成し（ステップＳ１１）、出力変動負荷５に送る。
【００２９】
次に、系統安定化装置６は、出力変動負荷駆動信号１４に基づいて出力変動負荷５の平均電力値９を算出する（ステップＳ１２）。
【００３０】
次に、系統安定化装置６は、ステップＳ１２で算出される平均電力値９に基づいて発電装置への出力指令を作成して（ステップＳ１３）、発電装置２へ送る。なお、前述のように、本実施例１において、出力指令の値は平均電力値９である。
【００３１】
次に、系統安定化装置６は、ステップＳ１２で算出される平均電力値９を、発電装置２の応答特性を模擬した平均電力値９−１に変換する（ステップＳ１４）。
【００３２】
次に、系統安定化装置６は、出力変動負荷５への入力される電流値および電圧値１０を取得して、間欠する出力変動負荷出力１１を算出する（ステップＳ１５）。
【００３３】
次に、系統安定化装置６は、ステップＳ１５によって算出される出力変動負荷出力１１とステップＳ１４によって得られる平均電力値９−１との差分に応じて、蓄電装置４への充放電指令値１２を作成して、蓄電装置４へ送る。
【００３４】
なお、ステップＳ１３とステップＳ１４は、順番を入れ替えても良い。また、ステップＳ１５は、ステップＳ１１の実行後かつステップＳ１６の実行前であれば、どの時点で実行されても良い。なお、マイクロコンピュータなどの演算処理装置に代えて、ＦＰＧＡやＡＳＩＣを用いて系統安定化装置６を構成する場合、ステップＳ１３とステップＳ１４が並列処理されたり、ステップＳ１５が他のステップと並列処理されたりする。
【００３５】
図３は、実施例１における、出力変動負荷５、蓄電装置４および発電装置２の各出力の時間変化、並びに蓄電装置４の充電量の時間変化を示す。
【００３６】
出力変動負荷５の出力（入力電力に相当）においては、一定の周期および一定のデューティ（１周期における出力期間の比率）で、矩形波状のパルス出力が繰り返される。すなわち、出力変動負荷５は間欠動作を繰り返す。系統安定化装置６においては、このような負荷出力が、上述のように、電力算出部８によって、出力変動負荷５への入力電流および入力電圧の検出値から算出されて、充放電指令値の作成に用いられる。
【００３７】
蓄電装置４の出力（放電：負の値、充電：正の値）は、充放電指令値１２に追従して、変化している。従って、本図中の負荷出力の時間変化は、充放電指令値１２の時間変化に相当する。発電装置２の出力が０から平均電力値９まで上昇する間、負荷電力の内、蓄電装置４によって賄われる分は、始めは負荷電力の全てであるが、発電装置の出力の上昇とともに減少し、発電装置２の出力が平均電力値９に到達する時点で負荷出力と平均電力値９の差分に等しくなる。発電装置２の出力が平均電力値９に到達する時点以降、すなわち発電装置２の出力が平均電力値９で一定となる定常運転状態において、蓄電装置は、負荷出力と平均電力値９との差分に相当する電力を充放電する。
【００３８】
このような蓄電装置４の出力、すなわち充放電指令値１２は、発電装置２の出力開始以降の過渡的特性を含む動作特性を模擬した平均電力値９−１を用いることによって得られる。そして、図３に示すような蓄電装置４の出力により、発電装置２の出力の立ち上がり時においては、蓄電装置４は、発電装置２の過渡的特性に応じて、発電装置２と共に負荷出力を賄う電力を供給するので、発電装置２の起動時の動作が安定化し、発電装置２の周波数が不安定になることが抑制できる。さらに、発電装置２の定常運転状態において、発電装置２は平均電力値９の大きさに等しい電力を出力し、かつ蓄電装置４は、負荷出力と平均電力値９との差分に相当する電力を充放電するので、出力変動負荷５が動作しても、平均電力値９を出力する発電装置２を含む直流配電系統１において、電力の需給がバランスは維持される。このため、発電装置２の周波数変動が抑制され、直流配電系統１が安定化する。
【００３９】
図３に示すように、発電装置２は、出力指令を受信する時点で、出力を開始する。発電装置２の出力は、０から次第に上昇し、出力指令が示す平均電力値９に到達すると平均電力値９で一定値となり、定常状態となる。出力が０から平均電力値９に到達するまでの時間は、発電装置２の動作特性（慣性などに依存）に関係する。前述のように、変化率リミッタ１５は、このような発電装置２の動作を模擬して、平均電力値９−１を作成する。すなわち、図３に示す発電装置の出力は、発電装置２の動作を模擬した平均電力値９−１に相当する。
【００４０】
図３に示すように、蓄電装置４の充電量は、発電装置２の起動時は、負荷出力の内、蓄電装置４が賄う分が定常時よりも大きいため、充電量が低下する。定常時には、負荷出力とその平均電力値出力との差分に相当する電力量が充放電されるので、負荷出力が変動しても、蓄電装置４の充電量の変動量を抑制できる。このため、上述のように、発電装置２の周波数変動を抑えながらも、蓄電装置４の容量の増大を抑制することができる。
【００４１】
図４は、発電装置２の出力と系統内全負荷出力（本実施例１では出力変動負荷５の出力）との関係を示す。なお、本図４は、図３における発電装置２の定常運転状態の一部を示す。
【００４２】
図４に示すように、出力変動負荷５の出力をＰｏｕｔ、間欠動作の周期およびデューティをそれぞれＴおよびｄとすると、発電装置２の出力すなわち平均電力値９（Ｐａｖ）はｄＰｏｕｔとなる。出力変動負荷５の出力時における蓄電装置４の放電量は、ＰｏｕｔとＰａｖ（＝ｄＰｏｕｔ）の差分と、１周期内における出力時間ｄＴとの積（１−ｄ）Ｐｏｕｔ×ｄＴから、（１−ｄ）ｄＴＰｏｕｔとなる。また、出力変動負荷５の出力が無い期間での蓄電装置４の充電量は、０と発電装置２の出力すなわち平均電力値Ｐａｖ（＝ｄＰｏｕｔ）との差分の大きさ、すなわちＰａｖ（＝ｄＰｏｕｔ）と、１周期内において出力変動負荷５の出力が無い期間（Ｔ−ｄＴ）との積「ｄＰｏｕｔ×（１−ｄ）Ｔ」から、（１−ｄ）ｄＴＰｏｕｔとなる。従って、充電量と放電量は等しくなる。
【００４３】
このように、発電装置２の出力指令値を平均電力値９にすることで、出力変動負荷５が間欠動作する際の蓄電装置４の放電量と充電量が一致するため、図３に示すように蓄電装置の充電量の変動を比較的小さな範囲内に制限できる。このため、発電装置２の周波数変動を抑えながらも、蓄電装置４の容量の増大を抑制することができる。
【００４４】
上述のように、本実施例１によれば、発電装置に出力変動負荷の平均電力値を出力指令値として与えるとともに、蓄電装置４に、出力変動負荷出力とその平均電力値との差分に相当する充放電指令値を与えることにより、出力変動負荷が動作しても、蓄電池容量の増大を抑えながら、直流配電系統を安定化できる。
【００４５】
また、発電装置の出力特性を模擬した平均電力値を用いて充放電指令値を作成することにより、発電装置の起動時において、直流配電系統を安定化できる。
【実施例２】
【００４６】
次に、本発明の実施例２について説明する。なお、主に、前述の実施例１と異なる点について説明する。
【００４７】
図５は、本発明の実施例２であって、直流配電系統１とその系統安定化装置６からなる直流電力システムの構成を示す。
【００４８】
図５に示すように、直流配電系統１は、前述の出力変動負荷５に加えて、周期的な変動の無く定出力の負荷である定出力負荷５−１を備える。発電装置２は、交流／直流電力変換装置３を介して、蓄電装置４および出力変動負荷５のほか、定出力負荷５−１にも電力を供給する。
【００４９】
また、系統安定化装置６は、出力変動負荷５の電力出力を算出する前述の電力算出部８に加えて、定出力負荷５−１の電力出力を算出する電力算出部８−１を備える。電力算出部８−１は、定出力負荷５−１が動作すると、直流配電系統１における定出力負荷５−１の接続端における電圧値および電流値１０−１を検知して、検知される電圧値および電流値１０−１から定出力負荷５−１への入力電力すなわち負荷出力１１−１を算出する。算出される負荷出力１１−１と、前述の平均電力算出部７によって算出される出力変動負荷５の電力出力の平均電力値９とが加算され、この加算値が出力指令値１６として発電装置２に送信される。
【００５０】
発電装置２への出力指令値１６は、系統安定化装置６によって作成されても良いし、給電指令を作成する上位制御装置、もしくは発電装置２が備える制御装置によって作成されても良い。なお、本実施例２において、出力指令値１６は系統安定化装置６によって作成されるとする。
【００５１】
なお、平均電力算出部７、電力算出部８、出力変動負荷制御部１３および変化率リミッタ１５の機能は実施例１と同様である。
【００５２】
図６は、本実施例２における直流配電系統１と系統安定化装置６との間における信号もしくは情報のやり取りのシーケンスの一例を示す。
【００５３】
前述の実施例１のシーケンス（図２）に対し、信号のやり取りをする対象として、定出力負荷５−１が加わるととともに、系統安定化装置６の処理として、この定出力負荷５−１の負荷電力の算出（ステップＳ３３）が付加される。
【００５４】
系統安定化装置６の処理の内、図６中のステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３４，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３７は、それぞれ、図２におけるステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６と同様である。ただし、ステップＳ３４（ステップＳ１３に対応）においては、ステップ３２（ステップＳ２２に対応）で算出される出力変動負荷５の平均電力値９に加えて、ステップＳ３３で算出される定出力負荷５−１の負荷電力１１−１に基づいて、発電装置２に対する出力指令が作成される。
【００５５】
なお、ステップＳ３３は、ステップＳ３４の実行前であれば、どの時点で実行されても良い。
【００５６】
図７は、実施例２における、出力変動負荷５、定出力負荷５−１、蓄電装置４および発電装置２の各出力の時間変化、並びに蓄電装置４の充電量の時間変化を示す。
【００５７】
図７に示すように、出力変動負荷５の出力、蓄電装置４の出力および蓄電装置４の充放電量は、実施例１（図３）と同様である。
【００５８】
本実施例２においては、図７に示すように、定出力負荷５−１の出力は、起動時において発電装置２の出力開始とともに零から立ち上がり、発電装置２の応答特性に合わせ、発電装置２の出力上昇とともに上昇し、所定値に到達する。定出力負荷５−１の出力は、所定値に到達後は、この所定値が保持され、定出力となる。なお、定出力負荷５−１の出力が定出力になると、出力変動負荷５は動作を開始する。
【００５９】
また、図７に示すように、発電装置２は、出力指令を受信する時点で、出力を開始する。発電装置２の出力は、０から次第に上昇し、出力指令が示す、定出力負荷５−１の定出力値と負荷出力１１−１と平均電力値９の加算値に到達すると、この加算値で一定値となり、定常状態となる。出力が０から一定値に到達するまでの時間は、発電装置２の動作特性（慣性などに依存）に関係する。
【００６０】
なお、発電装置２は、定出力負荷５−１の出力の全てを賄う。さらに、発電装置２は、出力変動負荷５の出力の内の平均電力値９の分、および蓄電装置４の充電電力（平均電力値９に対応）を賄う。従って、本実施例２において、変化率リミッタ１５が作成する平均電力値９−１は、図７に示す発電装置２の出力から、定出力負荷５−１の出力を減算した出力値に相当する。
【００６１】
蓄電装置４の出力（放電：負の値、充電：正の値）および充電量は、蓄電装置４が定出力負荷５−１の出力を負担しないので、図７に示すように、実施例１（図３）と同様である。従って、出力変動負荷５が動作しても、発電装置２の周波数変動が防止され、直流配電系統１が安定化する。また、出力変動負荷５が動作しても、蓄電装置の充電量の変動量が抑制されるので、蓄電装置４の容量の増大を抑制できる。
【００６２】
図８は、発電装置２の出力、定出力負荷５−１の負荷出力、並びに系統内全負荷出力（本実施例２では出力変動負荷５の出力と定出力負荷５−１の出力の加算値）の関係を示す。なお、本図８は、図７における発電装置２の定常運転状態の一部を示す。
【００６３】
図８に示すように、系統内全負荷出力の内、定出力負荷５−１の負荷出力を上回る分（図中の破線）が出力変動負荷５による出力に相当する。また、発電装置２の出力は、実施例１の場合よりも、定出力負荷５−１の出力の分だけ多い。すなわち、図８に示す発電装置２の出力および系統内装負荷出力から、定出力負荷５−１の負荷出力の分を減ずれば、図４示す実施例１の発電装置および系統内装負荷出力の関係が得られる。さらに、蓄電装置４は、定出力負荷５−１の出力は負担せず、出力変動負荷５の内、実施例１と同様に、平均電力値９を上回る分を負担する。また、出力変動負荷５の出力が無い期間において、発電装置２の出力の内、発電装置２が負担する定出力負荷５−１の出力を除いた分が、蓄電装置４に充電される。従って、実施例２における放電量および充電量は、図８に示す斜線部の面積に相当し、これらの大きさは実施例１（図４）と同じ大きさとなる。
【００６４】
このように、発電装置２の出力指令値を出力変動負荷５の平均電力値９と定出力負荷５−１の出力との加算値とすることで、出力変動負荷５が間欠動作する際の蓄電装置４の放電量と充電量が一致するため、図７に示すように蓄電装置の充電量の変動を比較的小さな範囲内に制限できる。このため、発電装置２の周波数変動を抑えながらも、蓄電装置４の容量の増大を抑制することができる。
【００６５】
上述のように、本実施例２によれば、発電装置に出力変動負荷の平均電力値と定出力の負荷の出力との加算値を出力指令値として与えるとともに、蓄電装置４に、出力変動負荷出力とその平均電力値との差分に相当する充放電指令値を与えることにより、定出力の負荷および出力変動負荷が動作しても、蓄電池容量の増大を抑えながら、直流配電系統を安定化できる。
【００６６】
また、定出力の負荷を発電装置の応答特性に応じて起動するとともに、負荷を発電装置の出力特性を模擬した平均電力値を用いて充放電指令値を作成することにより、発電装置の起動時において、直流配電系統を安定化できる。
【実施例３】
【００６７】
次に、本発明の実施例３について説明する。なお、主に、前述の実施例１および実施例２と異なる点について説明する。
【００６８】
図９は、本発明の実施例３であって、直流配電系統１とその系統安定化装置６からなる直流電力システムの構成を示す。
【００６９】
図９に示すように、本実施例３における系統安定化装置６においては、実施例２（図５）の系統安定化装置の構成に、後述する、蓄電容量監視部１７および負荷制御部１９が付加される。
【００７０】
蓄電容量監視部１７は、蓄電装置４の電圧および電流値１０−２の検出値に基づいて、蓄電装置４の充電状態を検出し、検出される充電状態と充放電指令値１２とに基づいて充放電補正値１８を作成する。本実施例３において、蓄電装置４の充放電指令値１２は、負荷電力１１と平均電力値９−１との差分と、この充放電補正値１８の加算値である。また、負荷電力１１−１と平均電力値９と充放電補正値１８との加算値を発電装置２の出力指令値１６とする。
【００７１】
また、蓄電容量監視部１７は、蓄電装置４の充電状態と充放電指令値１２とに基づいて、負荷補正値２０を作成して負荷制御部１９に送る。
【００７２】
負荷制御部１９は、定出力負荷５−１における電流・電圧検出値１０−１から検出される定出力負荷５−１の出力が、予め設定される出力値になるように、負荷制御指令を作成して定出力負荷５−１へ送信し、定出力負荷５−１の出力を制御する。負荷制御部１９は、蓄電容量監視部１７からの負荷補正値２０を受けると、負荷補正値２０に応じて出力値を補正して負荷制御指令を作成する。
【００７３】
負荷制御部１９は、定出力負荷５−１における電流・電圧検出値１０−１と蓄電容量監視部１７からの負荷補正値２０に基づいて負荷制御指令を作成して定出力負荷５−１へ送信し、定出力負荷５−１の出力を制御する。
【００７４】
図１０は、本実施例３における直流配電系統１と系統安定化装置６との間における信号もしくは情報のやり取りのシーケンスの一例を示す。
【００７５】
前述の実施例２のシーケンス（図６）に対し、信号のやり取りをする対象は同様であるが、系統安定化装置６の処理として、蓄電量容量監視（ステップＳ５８）すなわち蓄電装置４からの電流・電圧値に基づく充放電補正値１８および負荷補正値２０の作成、並びに定出力負荷５−１の電流・電圧値１０−１と負荷補正値２０とに基づく定出力負荷５−１に対する負荷制御指令の作成（ステップＳ５９）が付加される。
【００７６】
系統安定化装置６の処理の内、図１０中のステップＳ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４，Ｓ５５，Ｓ５６，Ｓ５７は、それぞれ、図６におけるステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３７と同様である。ただし、ステップＳ５４（ステップＳ３４に対応）においては、ステップＳ５２（ステップＳ３２に対応）で算出される出力変動負荷５の平均電力値９と、ステップＳ５３で算出される定出力負荷５−１の負荷電力１１−１とに加えて、ステップＳ５８で作成される充放電補正値１８に基づいて、発電装置２に対する出力指令が作成される。また、ステップＳ５７（ステップＳ３７に対応）においては、ステップＳ５５（ステップＳ３５に対応）で算出される、発電装置の応答特性を模擬した平均電力値９−１と、ステップＳ５６（ステップＳ３６に対応）で算出される出力変動負荷５の負荷電力１１とに加えて、ステップＳ５８で作成される充放電補正値１８に基づいて、充放電指令値１２が作成される。
【００７７】
図１１は、実施例３における、出力変動負荷５、定出力負荷５−１、蓄電装置４および発電装置２の各出力の時間変化、並びに蓄電装置４の充電量の時間変化の一例を示す。本例においては、起動後に、発電装置２の出力指令および蓄電装置４の充放電指令を補正して、発電装置２の出力を増加させ、その分、蓄電装置の充電量を増加させることにより、起動時に下がった蓄電装置の充電量を、元の状態程度に戻す。
【００７８】
図１１に示すように、発電装置２の出力が平均電力値９と負荷出力１１−１との加算値に到達すると、蓄電容量監視部１７が、蓄電装置４の充電量に基づいて、充放電補正値１８を出力する。そして、出力変動負荷５の負荷電力１１と平均電力値９−１との差分と、充放電補正値１８との加算値が蓄電装置４の充放電指令値１２となる。また、平均電力値９と、定出力負荷５−１の負荷出力１１−１と、充放電補正値１８との加算値が発電装置２の出力指令値１６となる。
【００７９】
図１２は、発電装置２の出力、充放電補正値、蓄電装置４の充放電出力の関係を示す。図中、補正がない場合の発電装置および蓄電装置の出力を併記する。なお、本図１２は、図１１における発電装置２の定常運転状態の一部を示す。
【００８０】
図１２に示すように、発電装置２の出力は、充放電補正値１８の分だけ大きくなる。また、充放電補正値１８より、蓄電装置４の出力は、充電量（正値）が増加し、放電量（負値）が減少する。補正なしの場合、すなわち充放電補正値１８が０の場合は、実施例２（図８）について説明したように、蓄電装置４の充電量と放電量は等しいが、図１２のように、充放電補正値が０より大きければ、充電量が放電量よりも大きくなる。このため、前述の図１１が示すように、蓄電装置４の充電量は、出力変動負荷５の動作開始時にいったん減少するが、その後、充放電指令値の補正によって、例えば出力変動負荷５が動作する前の充電量に近いレベルまで、増加する。
【００８１】
図１３は、実施例３における、出力変動負荷５、定出力負荷５−１、蓄電装置４および発電装置２の各出力の時間変化、並びに蓄電装置４の充電量の時間変化の一例を示す。本例においては、起動後に、蓄電装置４の充放電指令を補正するとともに定出力の負荷の出力を補正して、定出力の負荷の出力を低減させ、その分、蓄電装置の充電量を増加させることにより、起動時に下がった蓄電装置の充電量を、発電装置の出力を変動させることなく、元の状態程度に戻す。
【００８２】
図１３に示すように、発電装置２の出力が、出力変動負荷５の平均電力値９と定出力負荷５−１の負荷出力１１−１との加算値に等しくなると、蓄電装置４の出力および定出力負荷５−１の出力が、それぞれ充放電補正値１８および負荷補正値２０により補正される。
【００８３】
図１４は、発電装置２の出力、系統内全負荷出力（系統負荷容量）、定出力負荷５−１の出力、負荷補正値、蓄電装置４の充放電出力、充放電補正値１８の関係を示す。図中、補正がない場合の定出力負荷５−１および蓄電装置の出力を併記する。なお、本図１４は、図１３おける発電装置２の定常運転状態の一部を示す。
【００８４】
図１４に示すように、出力変動負荷５の出力が無い一部の期間において、充放電補正値１８および負荷補正値２０は零である。充放電補正値１８および負荷補正値２０は、出力変動負荷５の出力期間、すなわち蓄電装置４が放電しているときに、蓄電装置４の放電出力と定出力負荷５−１の出力が等しく減少する様な値に設定される。これにより、発電装置２の出力が一定の状態で、充電量が放電量よりも大きくなる。このため、前述の図１３が示すように、蓄電装置４の充電量は、出力変動負荷５の動作開始時にいったん減少するが、その後、充放電指令値および定出力負荷５−１の負荷出力の補正によって、例えば出力変動負荷５が動作する前の充電量に近いレベルまで、増加する。従って、発電装置２の周波数に影響を与えることなく、蓄電装置の充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）を制御することができる。
【００８５】
上述のように、本実施例３によれば、出力変動負荷を駆動させる場合は、駆動開始時は周波数変動を抑制するために蓄電装置を放電させ、発電装置出力が出力指令値に到達した際は蓄電装置の充放電出力及び負荷出力を補正することで、周波数変動を抑制しつつ、蓄電装置の充電状態を調整することが可能となる。このため、蓄電池の容量の増大が抑制される。
【００８６】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【００８７】
例えば、蓄電装置が備える蓄電器としては、前述の蓄電池およびキャパシタのほか、フライホイール、ＳＭＥＳ、インダクタ、並びに、これらのうち任意の２つ以上の組合せが適用できる。
【００８８】
また、蓄電装置４、出力変動負荷５、定出力負荷５−１はそのまま互いに接続されても良いし、電力変換装置を介して互いに接続されても良い。
【符号の説明】
【００８９】
１…直流配電系統
２…発電装置
３…交流／直流電力変換装置
４…蓄電装置
５…出力変動負荷
５−１…定出力負荷
６…系統安定化装置
７…平均電力算出部
８，８−１…電力算出部
１３…出力変動負荷制御部
１５…変化率リミッタ
１７…蓄電容量監視部
１９…負荷制御部
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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