(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池を備える電力系統に係わる、複数の制御目的に応じた複数の蓄電池出力指令値に対して各々個別の制御ゲインを掛けて合計することで、前記蓄電池に対する出力指令値が生成される電力系統システムのシミュレーションモデルと、
該シミュレーションモデルを用いて、前記制御ゲインの値を任意に変更しながらシミュレーションを繰り返し実行するシミュレーション実行手段と、
所定の評価関数と制約条件を用いて、前記各シミュレーションの実行結果に対する評価を行い、最も評価が高いシミュレーションに用いられた制御ゲインを、前記電力系統システムに用いる制御ゲインに決定する制御ゲイン決定手段と、
を有することを特徴とする蓄電池管理装置。
【請求項２】
前記評価関数は、下記の式１
【数５】
0006575284.tif 000006
（但し、
・Ｗ１；周波数変動に対する重みパラメータ、
・Ｗ２；電圧変動に対する重みパラメータ、
・ｆｒ；周波数目標値、
・Ｖｒ；負荷端電圧目標値、
ｆ（ｔ）；任意の制御ゲインＫ１、Ｋ２の値のときの系統周波数、
Ｖ（ｔ）；任意の制御ゲインＫ１、Ｋ２の値のときの負荷端電圧）
であることを特徴とする請求項１記載の蓄電池管理装置。
【請求項３】
前記評価関数は、下記の式２
【数６】
0006575284.tif 000007
（但し、
・Ｗ１；周波数変動に対する重みパラメータ、
・Ｗ２；電圧変動に対する重みパラメータ、
・ｆｒ；周波数目標値、
・Ｖｒ；負荷端電圧目標値、
ｆ（ｔ）；任意の制御ゲインＫ１、Ｋ２の値のときの系統周波数、
Ｖ（ｔ）；任意の制御ゲインＫ１、Ｋ２の値のときの負荷端電圧、
Ｐ；ペナルティ項）
であることを特徴とする請求項１記載の蓄電池管理装置。
【請求項４】
前記制約条件は、下記の式３、または／及び、式４
【数７】
0006575284.tif 000008
（但し、ＳＯＣ（ｔ）；蓄電池残容量、ＳＯＣＬ；蓄電池の残容量最小値（下限値）、ＳＯＣＨ；蓄電池の残容量最大値（上限値）、α；Ｋ１の最大値、β；Ｋ２の最大値、ＳＯＣ（Ｔ）；シミュレーション終了時のＳＯＣ（ｔ）の値）
であることを特徴とする請求項２または３記載の蓄電池管理装置。
【請求項５】
前記ペナルティ項Ｐは、前記制約条件が満たされない場合に値が増大するペナルティ関数であり、
前記制御ゲイン決定手段は、前記評価関数の値を最も小さくする制御ゲインＫ１、Ｋ２の値を、前記電力系統システムに用いる制御ゲインに決定することを特徴とする請求項３記載の蓄電池管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池出力指令値に対する制御ゲインであって複数の制御目的に応じた適切な制御ゲインを決定する装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統において、ある一定の時間範囲において、電力需要変動が発生するため、発電機によりこれに応じた発電を行う必要がある。この時、需要ピークを抑制することにより発電機運転コストの抑制や送電設備の余裕度が向上する。一方で、太陽光発電を考慮した場合、日照時間と負荷需要のピーク時間が異なる場合、送電設備等の制約上、太陽光の発電量を抑制せざるを得ない場合がある。
【０００３】
上記課題に対し、系統に蓄電池を設置し、負荷を平準化させることにより、発電機運転コストの抑制や送電設備の余裕度の向上を図ることが、一つの対策となる。しかし、蓄電池は導入時の設備コストが高いため、導入後には蓄電池を最大限有効に活用する必要がある。
【０００４】
そこで、蓄電池制御では、負荷の平準化だけではなく、出力の高速性や充放電が可能であるといった特徴を生かし、電圧安定化制御、電力潮流制御、負荷周波数制御といった系統安定化制御に用いることで、蓄電池を有効に活用することが可能となる。
【０００５】
従来から、蓄電池の負荷平準化制御と系統安定化制御の適用は検討されている。たとえば、特許文献１や特許文献２では、負荷平準化制御に対しその運用に影響を与えないような系統安定化制御方法が示されている。
【０００６】
また、蓄電池の導入時の設備コストを抑制するための負荷平準化制御と系統安定化制御の運転方法が特許文献３や特許文献４で示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2003-102130号公報
【特許文献２】特開2012-205462号公報
【特許文献３】特開2014-236600号公報
【特許文献４】特開2014-236602号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、複数の機能を併用した蓄電池の運用を行うためには（換言すれば蓄電池を複数の目的に用いるためには）、それぞれの機能からの蓄電池出力指令値を合計し、蓄電池出力とする必要がある。上記複数の目的（機能）とは、例えば周波数変動制御と電圧変動制御との２つの目的等が一例として挙げられる。
【０００９】
この場合、それぞれの機能からの蓄電池出力指令値に対して、設計変数である制御ゲインを掛けることで、蓄電池の出力を調整する。
しかし、蓄電池容量の仕様および制御対象となる電力系統はそれぞれ異なるため、適切な制御ゲインを汎用的に決定することは困難である。
【００１０】
また、同じ電力系統においても、日負荷変動が異なる場合があり、同一の制御ゲインでは効果的な制御を行うことができない場合がある。さらに、蓄電池のＳＯＣ(電力充電率：State of Charge)の管理が必要な場合は、同一の制御ゲインではＳＯＣが管理幅を逸脱してしまう場合が想定される。
【００１１】
本発明の課題は、蓄電池を備える電力系統に係わる、複数の制御目的に応じた複数の蓄電池出力指令値に対して各々個別の制御ゲインを掛けたうえで合計することで蓄電池に対する出力指令値が生成される電力系統システムに関して、適切な制御ゲインを決定する蓄電池管理装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の蓄電池管理装置は、下記の各手段を有する。
・蓄電池を備える電力系統に係わる、複数の制御目的に応じた複数の蓄電池出力指令値に対して各々個別の制御ゲインを掛けて合計することで、前記蓄電池に対する出力指令値が生成される電力系統システムのシミュレーションモデル；
・該シミュレーションモデルを用いて、前記制御ゲインの値を任意に変更しながらシミュレーションを繰り返し実行するシミュレーション実行手段；
・所定の評価関数と制約条件を用いて、前記各シミュレーションの実行結果に対する評価を行い、最も評価が高いシミュレーションに用いられた制御ゲインを、前記電力系統システムに用いる制御ゲインに決定する制御ゲイン決定手段：
【発明の効果】
【００１３】
本発明の蓄電池管理装置等によれば、蓄電池を備える電力系統に係わる、複数の制御目的に応じた複数の蓄電池出力指令値に対して各々個別の制御ゲインを掛けたうえで合計することで蓄電池に対する出力指令値が生成される電力系統システムに関して、適切な制御ゲインを決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本例の蓄電池管理装置の機能ブロック図である。
【図２】シミュレーションモデルのブロック線図である。
【図３】周波数変動制御ブロックＣ１、電圧変動制御ブロックＣ２の構成例を示す図である。
【図４】蓄電池制御ブロックＢの構成例を示す図である。
【図５】電力系統ブロックＧの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本例の蓄電池管理装置１０の機能ブロック図である。
本例の蓄電池管理装置１０は、電力系統に設置された蓄電池の制御設計に関するシステムである。複数の目的を持つ機能が蓄電池の制御を行う場合、それらの指令値に対する制御ゲインの適切な設計を行うことができる。
【００１６】
但し、本説明では、上記機能は、上記複数の目的それぞれに応じた複数の機能であるものとして説明する。複数の各機能それぞれが、その目的に応じて蓄電池への制御指令値を生成し、該複数の制御指令値に制御ゲインを掛けて合計したものが、蓄電池への最終的な制御指令値となるものとして説明する。
【００１７】
これより、本例の蓄電池管理装置１０は、電力系統に設置された蓄電池に対して複数の目的に応じた各機能が制御を行う場合、各機能からの蓄電池への各制御指令値に対する各制御ゲインについて、それぞれ、適切な制御ゲインを自動的に決定できる。これより、蓄電池の制御性能を向上させることができる。
【００１８】
本説明では一例として上記複数の目的に応じた各機能を、周波数変動制御と電圧変動制御の２つの機能であるものとして説明するが、勿論、この例に限るものではない。
本例の蓄電池管理装置１０は、シミュレーション部１１、制御ゲイン決定部１２を有する。
【００１９】
尚、蓄電池管理装置１０は、例えばパソコン、サーバ装置等の一般的な汎用コンピュータ上で実現される。よって、特に図示しないが、ハードウェア的には、一般的なパソコン等の構成を備えるものであり、例えば、ＣＰＵ、ハードディスク、メモリ等の記憶装置、通信機能部、入出力インタフェース、キーボード等の入力装置、ディスプレイ等の出力装置などを有している。
【００２０】
上記不図示の記憶装置には、予め所定のアプリケーションプログラムが記憶されている。上記不図示のＣＰＵが、このアプリケーションプログラムを実行することにより、例えば上記シミュレーション部１１、制御ゲイン決定部１２等の以下に説明する処理機能等が実現される。
【００２１】
シミュレーション部１１は、上記蓄電池を有する電力系統のシミュレーションモデルを用いて、当該電力系統の動作をシミュレーションする。
上記シミュレーションモデルは、一例を図２に示して後に説明するが、概略的には、上記蓄電池を有する電力系統自体のモデル（以下、電力系統モデル）と、この蓄電池の出力を制御する機能（蓄電池出力指令値を生成する機能）のモデル（以下、蓄電池制御モデル）を、有するものである。
【００２２】
上記蓄電池出力指令値を生成する機能は、上記“複数の目的に応じた各機能”であり、本例では上記の通り、周波数変動制御と電圧変動制御の２つの機能である。上記のように、従来手法によれば、２つの各機能からの蓄電池出力指令値にそれぞれ個別の制御ゲインを掛けてから合計し、この合計値を最終的な蓄電池出力指令値とすることになる。
【００２３】
制御ゲイン決定部１２は、上記制御ゲインの値を任意に変更しながら上記シミュレーション部１１によるシミュレーションを繰り返し実行させることで、上記制御ゲインの値を決定するものである。これは、蓄電池に対する複数の制御目的が適切に機能する制御ゲインを決定するものである。その為に、例えば詳しくは後述するように、制約付きの最適化問題を用いる。これは、例えば、制約条件を、制約逸脱時に値が増大するペナルティ関数に組み込み、以って制約条件無し問題に変換し、勾配法（最急降下法など）等で最適化を行う。これによって、決定変数（後述する制御ゲインＫ１，Ｋ２）を求める。
【００２４】
本手法は、電力系統データ、蓄電池仕様、各機能に対する各蓄電池制御コントローラ、制御対象とする時間帯の負荷変動や再生可能エネルギー変動等の予測データなどを、蓄電池管理装置１０に与える。これより、蓄電池管理装置１０は、上記シミュレーション部１１による上記蓄電池制御シミュレーションを繰り返し行いつつ、最適化手法を用いることにより、各機能（各蓄電池制御コントローラ）から出力される蓄電池への出力指令値に対する各制御ゲインの値を計算する。尚、上記各蓄電池制御コントローラのシミュレーションモデルが、後述する図２に示す周波数変動制御ブロックＣ１、電圧変動制御ブロックＣ２である。
【００２５】
以下、蓄電池管理装置１０の動作例を示す。
（１）制御対象である電力系統データを、蓄電池管理装置１０に与える。電力系統データは、発電機定数、母線接続情報、線路定数、変圧器定数等である。電力系統の設備データが主となる。
【００２６】
尚、蓄電池管理装置１０に何等かのデータを与える方法は、様々であってよく、例えばネットワークを介して不図示の外部のコンピュータ（サーバ装置等）から、データを転送させてもよい。あるいは、メモリカード等の可搬型の記憶媒体にデータを記憶させて、このメモリカードをユーザ等が蓄電池管理装置１０に接続する方法等であっても構わない。
【００２７】
（２）未来における需要データ（需要予測値）や再生可能エネルギー出力データに関する予測値を、蓄電池管理装置１０に与える。シミュレーションに必要な区間と時間毎の予測データが必要となる。これらの予測データは、例えば、その過去データや気象予測値に基づき、既存の一般的な手法により計算出来るので、ここでは特に説明しない。
【００２８】
（３）蓄電池の仕様データを、蓄電池管理装置１０に与える。この蓄電池仕様データは、出力値の上下限、蓄電池容量、蓄電池電気変換ロス等である。蓄電池容量は、例えば後述する蓄電池の残容量の最小値ＳＯＣＬ、最大値ＳＯＣＨ等であり、これらによって後述する“蓄電池の制約条件”の一部が規定される。
【００２９】
また、上記シミュレーション部１１による上記蓄電池制御シミュレーションの開始時点におけるＳＯＣも、蓄電池管理装置１０に与える。また、この制御シミュレーションの終了時点におけるＳＯＣ（目標とするＳＯＣ）の値も、蓄電池管理装置１０に与える。“目標とするＳＯＣの値”は、後述する“蓄電池の制約条件”の一部（ＳＯＣＥ）となる。
【００３０】
（４）機能別の蓄電池制御コントローラの制御仕様を、蓄電池管理装置１０に与える。制御仕様は入力、出力、制御目的を明確し、制御シミュレーションが可能な形態とし、その具体例は後述する。
【００３１】
（５）機能別の蓄電池制御コントローラの出力（蓄電池出力指令値）に対する制御ゲインを求めるため、（１）〜（４）によって得られた各種情報に基づき、制御シミュレーションを行う。
【００３２】
制御ゲインを修正しながら制御シミュレーションを繰り返し行うことにより、制御性能を改善させる。制御ゲインの修正には、例えば最適化手法を用い、定められた評価関数が最小となるような制御ゲインを決定することで、最適な制御ゲインを求めることができる。
【００３３】
＊以上の処理によって得られた制御ゲインを、機能別の各蓄電池コントローラの出力に与えることで、蓄電池の制御が行なわれる。
以上説明した蓄電池管理装置１０の動作例について、以下、更に詳細に説明する。
【００３４】
例えば、現在から２４時間後までの蓄電池の運用計画を作成する場合を前提としたケースを、以下に示す。尚、以下の（１）〜（５）は、それぞれ、上記（１）〜（５）に対応する。例えば、以下の（１）の説明は、上記（１）の「制御対象である電力系統データ（主に設備データ）を、蓄電池管理装置１０に与える」旨の説明に関連するものとなる。
【００３５】
（１）上記電力系統の設備データとして、例えば、以下の項目等が与えられる。
・系統周波数
・系統基準容量
・系統基準電圧
・母線と母線の接続情報
・線路インピーダンス情報
・母線の種別情報（発電、受電、調相）、
・発電機出力上下限
・発電機運用コスト（発電量−燃料コストの関係式）
・線路潮流上下限制約
・調相設備容量
・調相設備運転制約（タップ制約）
これら設備データの情報は，全て、図２のシミュレーションで必要となるパラメータ設定（特に図５に示す電力系統ブロックＧの各パラメータ設定）に反映されるので、上記設備データを与えることにより、電力系統のシミュレーションを行うことが可能となる。但し、その為には、上記設備データを上記各パラメータに変換するが、この変換方法はここでは特に説明しない。また、この例に限らず、図２のシミュレーションで必要となるパラメータ（特に図５に示す電力系統ブロックＧの各パラメータ）が、上記設備データの代わりに入力されるものであってもよい。この例の場合、入力されるパラメータの一例が例えば下記のものとなるが、この例に限らず、図２のシミュレーションで必要となるパラメータが入力されればよい。
【００３６】
・発電機の慣性定数Ｍ
・制動係数Ｄ
・送電線のリアクタンスＸ、
・位相角δ
・機械的入力Ｐm
・電気的出力Ｐe
・系統側電圧Ｖr
また、例えば後述する図２、図３、図４、図５に示すシミュレーションモデルで必要となる各種入力データも、予め開発者等が任意に決めて登録しておき、蓄電池管理装置１０は、これら各種入力データも取得する。各種入力データは、例えば後述する図２、図３、図４、図５に示すシミュレーションモデルの例であれば、後述する周波数目標値ｆｒ、負荷端電圧目標値Ｖｒ、蓄電池応答時定数ＴＳＢ、慣性定数Ｍ、負荷の周波数特性ＫＬ、発電機周波数特性（ガバナ特性）ＫＧ、電圧位相角δ、発電機回転速度ω、ダンピング定数Ｄ等であるが、これらの例に限らない。
【００３７】
（２）現在から２４時間後までの１時間毎の需要予測値および再生可能エネルギーの出力予測値を、蓄電池管理装置１０に与える。この時、電圧や周波数の秒オーダーの変動を考察するため、1秒ごとにこれらのデータを展開し、白色雑音等を与える。
【００３８】
（３）蓄電池の出力上下限値、現時点でのＳＯＣ、変換効率等の蓄電池仕様データを、蓄電池管理装置１０に与える。この時、制御シミュレーションの終了時点（２４時間後）の蓄電池の目標ＳＯＣ（ＳＯＣＥ）も与える。
【００３９】
（４）蓄電池に対する制御機能として、周波数変動抑制機能と電圧変動抑制機能を実装する。いずれも、目標値と測定値の差分を検出し、差分を修正する制御を行う。たとえば、ＰＩＤ制御などが想定される。
【００４０】
周波数変動抑制機能では、周波数変動を検知し、有効電力を出力する。電圧変動抑制機能では、負荷端の電圧変動を検出し、有効電力を出力する。蓄電池では力率を制御することで無効電力を出力することが可能だが、実施形態では、有効電力のみを制御するものとする。
【００４１】
（５）シミュレーション部１１は、上記電力系統データ、蓄電池仕様、蓄電池制御機能等に基づくシミュレーションモデルを用いて、制御シミュレーションを実施する。
図２に、シミュレーションモデルのブロック線図を示す。
【００４２】
図２には、図示のＣ１，Ｃ２，Ｂ，Ｄ，Ｇ、Ｋ１，Ｋ２の各ブロックが示されている。これら各ブロックの内容自体は、既存技術で実現でき、特に詳細には説明しないものとする。
【００４３】
Ｃ１は周波数変動制御ブロック、Ｃ２は電圧変動制御ブロック、Ｋ１は周波数変動制御ブロックＣ１から出力された蓄電池出力指令値を調整するための制御ゲイン、Ｋ２は電圧変動制御ブロックＣ２から出力された蓄電池出力指令値を調整するための制御ゲイン、Ｂは蓄電池制御ブロック、Ｄは外乱生成ブロック、Ｇは電力系統ブロックを意味する。また、図示の1/sは積分器ブロックを意味する。
【００４４】
これら各ブロックは、既存の一般的なモデルにより構成されるものであり、具体例を図３以降に示し、後に説明するものとする。
電力系統ブロックＧは、図示の系統周波数ｆ（ｔ）、負荷端電圧Ｖ（ｔ）を出力する。
【００４５】
これら系統周波数ｆ（ｔ）、負荷端電圧Ｖ（ｔ）は、フィードバックされる。すなわち、系統周波数ｆ（ｔ）はフィードバックされて、周波数目標値ｆｒとの差分（周波数偏差；ｆｒ−ｆ（ｔ））が、周波数変動制御ブロックＣ１に入力される。同様に、負荷端電圧Ｖ（ｔ）はフィードバックされて、負荷端電圧目標値Ｖｒとの差分（電圧偏差；Ｖｒ−Ｖ（ｔ））が、電圧変動制御ブロックＣ２に入力される。
【００４６】
周波数変動制御ブロックＣ１は、上記入力される周波数偏差（ｆｒ−ｆ（ｔ））に基づいて、有効電力指令値Ｐ１を生成・出力する。この有効電力指令値Ｐ１は上記制御ゲインＫ１によって補正（増幅など）される。
【００４７】
電圧変動制御ブロックＣ２は、上記入力される電圧偏差（Ｖｒ−Ｖ（ｔ））に基づいて、有効電力指令値Ｐ２を生成・出力する。この有効電力指令値Ｐ２は上記制御ゲインＫ２によって補正（増幅など）される。
【００４８】
そして、上記補正後の有効電力指令値Ｐ１に上記補正後の有効電力指令値Ｐ２を加算して成るトータルの有効電力指令値が、上記蓄電池制御ブロックＢに入力される。
上記トータル有効電力指令値に応じて蓄電池制御ブロックＢが生成・出力するデータ（ブロックＢ出力値）に、外乱生成ブロックＤから出力される有効電力外乱Ｐｄが加算された値が、電力系統ブロックＧに入力される。電力系統ブロックＧは、この入力に応じた上記系統周波数ｆ（ｔ）、負荷端電圧Ｖ（ｔ）を、生成・出力する。
【００４９】
尚、特に図示しないが、外乱生成ブロックＤには、上記（２）による予測データを反映させたデータが与えられる。外乱生成ブロックＤ自体は、既存の構成であり、特に詳細には説明しないが、簡単な一例としては例えば再生可能エネルギー（例えば太陽光発電出力）の予測データが与えられて、これをそのまま出力するものであっても構わない。この例の場合には、蓄電池出力と太陽光発電出力との合計値（あるいはこの合計値と負荷予測値（電力需要予測値）との差分）が、電力系統ブロックＧに入力されて、電力系統ブロックＧでは不足分を内燃力発電設備（火力発電設備等）の発電で補う為のシミュレーションが行われることになる。
【００５０】
また、上記ブロックＢ出力値は、積分器ブロック“１／ｓ”に入力される。積分器ブロック“１／ｓ”は、入力データを積分して成る蓄電池残容量ＳＯＣ（ｔ）を生成・出力する。尚、本例では、２４時間分であり、仮に１時間単位であるとした場合には、ｔ＝０、１，２，３、・・・、２２，２３となるが、この例に限らない。
【００５１】
尚、ブロックＢ出力値は、一例が後述する蓄電池残容量更新値ΔＰＢＣであり、この更新値ΔＰＢＣを積分することで、蓄電池残容量ＳＯＣ（ｔ）が求められる。
シミュレーション部１１は、例えば上述した図２のシミュレーションモデルを用いて、制御シミュレーションを実施する。
【００５２】
制御ゲイン決定部１２は、図２のシミュレーションモデルにおける上記制御ゲインＫ１、Ｋ２の値を任意に変更しながら、上記シミュレーション部１１による制御シミュレーションを繰り返し実施させる。そして、シミュレーション実施させる毎に、制御性能を評価する。制御性能を評価する指標として、評価関数を以下の式１または式２で与える。
【００５３】
【数１】
0006575284.tif 000002
【００５４】
ただし、Ｔはシミュレーション時間幅を示し、本例では２４時間分であるので、Ｔ＝２３となる。Ｗ１は周波数変動に対する重みパラメータ、Ｗ２は電圧変動に対する重みパラメータである。これらＷ１、Ｗ２の値は、予め開発者等が任意に決めて設定しておく。
【００５５】
また、
・ｆｒ；周波数目標値、
・Ｖｒ；負荷端電圧目標値、
ｆ（ｔ）；任意の制御ゲインＫ１、Ｋ２の値のときの系統周波数、
Ｖ（ｔ）；任意の制御ゲインＫ１、Ｋ２の値のときの負荷端電圧、
尚、ｆ（ｔ）、Ｖ（ｔ）は、任意の制御ゲインＫ１、Ｋ２の値のときの上記シミュレーションモデルの出力であるとも言える。
【００５６】
尚、Ｗ１、Ｗ２は、例えば、周波数と電圧という相互に異なる種類のデータを、同じ土俵で扱うようにする為のパラメータであり、例えば、Ｗ１＝１／基準周波数、Ｗ２＝１／基準電圧等とするが、この例に限らない。尚、一例としては、基準周波数＝６０Ｈｚ、基準電圧＝１００Ｖであるが、この例に限らない。
【００５７】
また、式１と式２の違いは、ペナルティ項“Ｐ”の有無である。ペナルティ項“Ｐ”は、後述する式３、式４等の制約条件が満たされない場合に値が増大するペナルティ関数である。
【００５８】
評価関数として、式１と式２の何れか一方を用いる。
ペナルティ項“Ｐ”を有する式２を用いる場合には、下記の制約条件（式３及び式４）が満たされる場合には、ペナルティ項“Ｐ”無し（Ｐ＝０）となる。一方、制約条件（式３及び式４）が満たされない場合には、ペナルティ項“Ｐ”として予め設定される所定値が加算されることで、強制的に評価関数の値を大きくする。尚、この所定値は、予め開発者等によって任意に設定されるが、例えば評価関数の値を非常に大きくするものとする。
【００５９】
制御ゲイン決定部１２は、評価関数の値を最も小さくする制御ゲインＫ１、Ｋ２の値を採用する。よって、上記のことから、制約条件を満たさない制御ゲインＫ１、Ｋ２の値は、採用されないようになる。
【００６０】
尚、上記評価関数は、重みパラメータＷ１，Ｗ２やペナルティ項“Ｐ”を除外して考えた場合には、所定の対象期間（本例では現時点から２４時間先までの２４時間分）における「“系統周波数ｆ（ｔ）の目標値との差分の二乗の累積値”＋“負荷端電圧Ｖ（ｔ）の目標値との差分の二乗の累積値”」となる。つまり、「“周波数偏差の二乗の累積値”＋“電圧偏差の二乗の累積値”」となる。つまり、基本的には、系統周波数ｆ（ｔ）、負荷端電圧Ｖ（ｔ）とも、出来るだけ目標値近くとなるようにする制御ゲインＫ１、Ｋ２の値が、採用されることになる。勿論、更に、制約条件を満たすことも必要となる。
【００６１】
制約条件としては、本例では下記の式３及び式４を与える
式３は蓄電池の制約条件、式４はＫ１、Ｋ２の制約条件である。
【００６２】
【数２】
0006575284.tif 000003
【００６３】
ただし、ＳＯＣ（ｔ）；時間ｔのときの蓄電池残容量、ＳＯＣＬ；電池の残容量最小値（下限値）、ＳＯＣＨ；蓄電池の残容量最大値（上限値）、α；Ｋ１の最大値、β；Ｋ２の最大値である。また、ＳＯＣ（Ｔ）は、シミュレーション終了時のＳＯＣ（ｔ）の値である。つまり、本例の場合、Ｔ＝２３となる。ＳＯＣＥは、上記の通り、シミュレーション終了時の目標値であり、予め開発者等によって任意の値が設定されている。
【００６４】
上記の評価関数と制約条件に対し操作変数をＫ１およびＫ２とすることで最適化問題定義し、これを解くことにより、最適なＫ１およびＫ２の値を求める。最適なＫ１およびＫ２の値とは、例えば、上記評価関数の値を最も小さくするＫ１およびＫ２の値である。
【００６５】
これは、例えば、単純な方法としては、以下の方法が挙げられる。
すなわち、Ｋ１およびＫ２の値を任意にランダムに決定し、決定したＫ１およびＫ２の値を上記シミュレーションモデルに適用してシミュレーション部１１によってシミュレーション実行させて、電力系統ブロックＧの出力（系統周波数ｆ（ｔ）、負荷端電圧Ｖ（ｔ）；ｔ＝０，１，２，３、・・・、２２、２３）と、積分器ブロック“１／ｓ”の出力（蓄電池残容量ＳＯＣ（ｔ）；ｔ＝０，１，２，３、・・・、２２、２３）を得る。
【００６６】
当該取得した系統周波数ｆ（ｔ）及び負荷端電圧Ｖ（ｔ）を、上記評価関数（式１または式２）に代入することで、評価関数の値を求める。その際、式２の場合には、決定したＫ１およびＫ２の値が上記制約条件（式４）を満たすか否か、及び上記取得した蓄電池残容量ＳＯＣ（ｔ）が上記制約条件（式３）を満たすか否かを判定し、判定結果に応じた評価関数の値を求める。つまり、式３と式４の両方を満たす場合にはペナルティ項“Ｐ”は加算されないが、式３、式４の何れか一方でも満たさない場合にはペナルティ項“Ｐ”が加算される。
【００６７】
以上の処理を、例えば予め設定された所定の回数分（例えば数百回）、繰り返し実行する。すなわち、Ｋ１およびＫ２の値を任意にランダムに決定する毎に、決定したＫ１およびＫ２の値に応じた評価関数の値を求める処理を、繰り返し実行する。求めた評価関数の値は、全て、保持しておく。そして、上記所定の回数分実行したら、求めた評価関数の値の中で最も小さいものを求め、これに対応するＫ１およびＫ２の値が、最適なＫ１およびＫ２の値であるものと決定する。
【００６８】
以上、単純な方法について説明したが、勿論、この例に限らない。最適な操作変数の値を効率良く探索する方法は、様々な方法が提案されており、既存のどの様な方法を用いても構わない。
【００６９】
尚、式１や式２は、多目的最適化問題となるため、Ｗ１とＷ２の調整により、得られるＫ１とＫ２が異なる場合がある。したがって、Ｗ１とＷ２は調整パラメータとなる。
図２の各ブロックは、既存の一般的なもので実現可能であり、特に詳細には説明しないが、一例を図３以降に示しておくものとする。
【００７０】
図３に、周波数変動制御ブロックＣ１、電圧変動制御ブロックＣ２の構成例を示す。
尚、ブロックＣ１とブロックＣ２は、構成自体は同じ（図３）であってよく、パラメータの値が異なる。また、この例は、ブロックＣ１とブロックＣ２が、両方ともＰＩＤ制御を行う構成である例に応じたものであり、図３に示すＰＩＤ制御装置の部分が、ブロックＣ１とブロックＣ２の構成の一例を示すものと見做してよい。
【００７１】
図３に示すＰＩＤ制御装置は、図示の通り一般的なものであり、簡単に説明するならば、比例制御（Ｐ制御）、積分動作（Ｉ動作）、微分動作（Ｄ動作）を組み合わせたものであり、これら３つの出力（比例項、積分項、微分項）を和が、制御対象に対する操作量として出力される。図２の例の場合、制御対象は、蓄電池制御ブロックＢと電力系統ブロックＧとなる。また、図２の場合、上記操作量は、周波数変動制御ブロックＣ１の場合には上記有効電力指令値Ｐ１であり、電圧変動制御ブロックＣ２の場合には上記有効電力指令値Ｐ２である。
【００７２】
そして、図３において制御対象から得られる制御量がフィードバックされ、制御量と目標値との差分（目標値−制御量）が、ＰＩＤ制御装置（比例制御（Ｐ制御）、積分動作（Ｉ動作）、微分動作（Ｄ動作）のそれぞれ）に入力される。
【００７３】
上記“制御量と目標値との差分”は、図２における周波数変動制御ブロックＣ１の場合には周波数偏差“ｆｒ−ｆ（ｔ）”となり、電圧変動制御ブロックＣ２の場合には電圧偏差“Ｖｒ−Ｖ（ｔ）”となる。
【００７４】
図４に、蓄電池制御ブロックＢの構成例を示す。
図４に示す例は、例えば参考文献１等に記載の一般的な蓄電池モデルであり、従って特に詳細には説明しないが、基本的には図示のように（そして下記の通り）、一次遅れの伝達関数でモデル化され、その時定数はＴＳＢ（蓄電池応答時定数）である。
【００７５】
【数３】
0006575284.tif 000004
【００７６】
尚、図示の蓄電池モデルの入力であるΔＵＳＢは蓄電池出力指令値であり、出力であるΔＰＳＢは蓄電池出力値であり、ΔＰＢＣは蓄電池残容量更新値である。
図２においては、「“有効電力指令値Ｐ１に制御ゲインＫ１を適用した値”＋“有効電力指令値Ｐ２に制御ゲインＫ２を適用した値”」が、蓄電池制御ブロックＢの入力であり、上記蓄電池出力指令値ΔＵＳＢに相当するものである。
【００７７】
また、図２においては、上記蓄電池残容量更新値ΔＰＢＣが、積分器ブロック“１／ｓ”の入力となる。また、上記蓄電池出力値ΔＰＳＢに上記有効電力外乱Ｐｄを加算したものが、電力系統ブロックＧの入力となる。
【００７８】
＊参考文献１；峠誠人，岩本伸一，「再生可能エネルギー大量導入時の負荷周波数制御におけるＳＯＣを考慮した電力用蓄電池運用手法」，電気学会研究会資料ＰＥ，電力技術研究会，97,95-100,2012．
図５に、電力系統ブロックＧの構成例を示す。
【００７９】
これは、上記系統周波数ｆ（ｔ）を生成・出力する構成（左図）と、上記負荷端電圧Ｖ（ｔ）を生成・出力する構成（右図）とから成る。２つの構成は、入力は共通であり、何れも電力系統ブロックＧの入力が、入力となる。つまり、電力系統ブロックＧの入力が、図示の有効電力出力指令値ΔＰ、機械的入力Ｐｍとなる。尚、電力系統ブロックＧの入力は、「蓄電池制御ブロックＢの出力（蓄電池出力値ΔＰＳＢ）＋有効電力外乱Ｐｄ」となる。また、図２の電力系統ブロックＧからの出力である系統周波数ｆ（ｔ）、負荷端電圧Ｖ（ｔ）に相当するものが、図５に示す周波数偏差ΔＦ、電気的出力Ｐｅ（あるいは発電機電圧Ｖｓ）である。
【００８０】
図５に示す構成は、両方とも、例えば参考文献２等に記載の一般的な周波数解析モデル、系統モデルであり、従って特に詳細には説明しないが、図５の左側に示す周波数解析モデルに関しては、図示のＭは慣性定数、ＫＬは負荷の周波数特性、ＫＧは発電機周波数特性（ガバナ特性）、ΔＰは有効電力指令値、ΔＦは周波数偏差である。
【００８１】
また、図５の右側の示す系統モデルに関しては、図示のＭは慣性定数、δは電圧位相角、ωは発電機回転速度、Ｄはダンピング定数、Ｐｍは機械的入力、Ｐｅは電気的出力、ＶＳは発電機電圧、ＶＲは系統側電圧、Ｘは送電線などのリアクタンスである。
【００８２】
そして、この系統モデルに係わる図示の（そして下記の）式（４．１）、式（４．２）がある。
【数４】
0006575284.tif 000005
【００８３】
＊参考文献２；横山明彦、太田宏次，「電力系統安定化システム工学」，オーム社、2014
図５の左図は、系統の需給電力不均衡ΔPによって生じる周波数偏差ΔFを示している。図では発電機の慣性，負荷の周波数特性を定数KL，発電機ガバナ特性をKg(s)で表している。発電機ガバナ特性は一時遅れの伝達関数モデルで表し，特性を近似する。
【００８４】
図５の右図には、発電機の運動方程式，発電機制御端の有効電力と電圧の関係式を示してある。この二つの式では，発電機制御端の電圧であるVs∠δが変数となるため，その他のパラメータを与え，方程式を解くことにより，Vs∠δを計算することが可能となる。
【００８５】
尚、図５の右図に示すVsは電圧の絶対値を意味し、∠δは電流に対する電圧の位相角のみを意味する。従って、図５の右図に示すVs∠δは、電圧の絶対値と位相角の二つを意味する。
【００８６】
また、尚、図５の周波数偏差ΔＦは、図２のｆ（ｔ）に相当する、
何れにしても、図２に示すシミュレーションモデルの各ブロックの構成は、既存の一般的なものであってよく、本手法の特徴は、このシミュレーションモデルによるシミュレーション結果に対して、上記評価関数と制約条件を用いて、制御ゲインＫ１、Ｋ２の最適解を求めることにある。
【００８７】
尚、本説明における“／”は、“または”、“あるいは”等を意味する。
以上説明したように、本例の蓄電池管理装置１０は、蓄電池を備える電力系統であって蓄電池に対して複数の制御目的に応じた複数の指令値が与えられた場合に、これらの配分や調整を適切に行うことができ、蓄電池を効果的に制御することが可能となる。上記複数の目的に応じた複数の機能からの蓄電池への制御指令値に対し、それぞれ適切な制御ゲインを求めることができ、以って蓄電池の制御性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  蓄電池管理装置
１１  シミュレーション部
１２  制御ゲイン決定部
【図１】
0006575284.tif 000009
【図２】
0006575284.tif 000010
【図３】
0006575284.tif 000011
【図４】
0006575284.tif 000012
【図５】
0006575284.tif 000013