(57)【要約】【課題】個々のレグの能力以上の入出力電力を実現することができる電力ルータ、電力ルータの制御方法及びプログラムを提供する。【解決手段】電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータ１００は、所定の定格に電圧が維持される直流母線１０１と、直流母線１０１と接続する内部接続端子Ｔ１０５と、外部の接続先Ｌ１１０と接続する外部接続端子Ｔ１１０、Ｔ１２０と、内部接続端子Ｔ１０５及び外部接続端子Ｔ１１０、Ｔ１２０とそれぞれ接続し、電力を双方向に変換する複数の電力変換部と、複数の電力変換部を同一の外部接続端子Ｔ１１０、Ｔ１２０に接続する接続回路とを有する。【選択図】図１９
2016127726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータであって、
所定の定格に電圧が維持される直流母線と、
前記直流母線と接続する内部接続端子と、
外部の接続先と接続する外部接続端子と、
前記内部接続端子及び前記外部接続端子とそれぞれ接続し、電力を双方向に変換する複数の電力変換部と、
前記複数の電力変換部を同一の前記外部接続端子に接続する接続回路と
を有する電力ルータ。
【請求項２】
前記複数の電力変換部は、
一定の入出力電力で電力を送電または受電する第１の電力変換部と、
前記第１の電力変換部の入出力電力と、前記外部の接続先へ送電または受電する電力との差分の電力を、送電または受電する第２の電力変換部と
を含む請求項１記載の電力ルータ。
【請求項３】
前記第１の電力変換部は、指定された大きさの電力を前記外部の接続先との間で送受電する指定電力送受電モードで運転し、
前記第２の電力変換部は、指定された電圧及び周波数を作り出し、前記外部の接続先との間で電力を送受電する自立モードで運転する、
請求項２記載の電力ルータ。
【請求項４】
前記外部の接続先には負荷が含まれ、
前記負荷が必要とする電力の変動に、前記複数の電力変換部の出力電力で対応できるように、前記指定された大きさの電力を決定する
請求項３記載の電力ルータ。
【請求項５】
前記指定された大きさの電力を、前記負荷が必要とする電力の変動と、前記第２の電力変換部の定格入出力電力とに基づいて決定する
請求項４記載の電力ルータ。
【請求項６】
前記複数の電力変換部は、指定された大きさの電力を前記外部の接続先との間で送受電する指定電力送受電モードで運転する複数の第１の電力変換部を含み、
前記外部の接続先には電源が含まれ、
前記複数の第１の電力変換部のうち少なくとも１つは、前記電源と接続された前記外部接続端子と接続する、
請求項１記載の電力ルータ。
【請求項７】
前記外部の接続先にはさらに負荷が含まれ、
前記負荷が必要とする電力の変動に、前記電源と、前記第１の電力変換部の出力電力とで対応できるように、前記指定された大きさの電力を決定する
請求項６記載の電力ルータ。
【請求項８】
前記指定された大きさの電力を、
前記負荷が必要とする電力の変動と、前記電源が出力可能な電力とに基づいて決定する
請求項７記載の電力ルータ。
【請求項９】
前記外部の接続先には電源が含まれ、
前記複数の電力変換部が、
前記直流母線の電圧を維持するためのマスターモードで運転する第３の電力変換部と、
指定された大きさの電力を前記外部の接続先との間で送受電する指定電力送受電モードで運転する第１の電力変換部とを含む
請求項１記載の電力ルータ。
【請求項１０】
前記外部の接続先にはさらに負荷が含まれ、
前記負荷が必要とする電力の変動に、前記電源及び前記複数の電力変換部の出力電力で対応できるように、前記指定された大きさの電力を決定する
請求項９記載の電力ルータ。
【請求項１１】
前記指定された大きさの電力を、
前記負荷が必要とする電力の変動と、前記電源が出力可能な電力と、前記電力ルータに流入流出する電力とに基づいて決定する
請求項１０記載の電力ルータ。
【請求項１２】
前記複数の電力変換部が、ふだんは運転状態にない電力変換部を含む
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の電力ルータ。
【請求項１３】
前記電力変換部のそれぞれと、前記外部の接続先との間に、前記電力変換部と前記外部の接続先との接続関係を切り替える切替回路をさらに備える
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の電力ルータ。
【請求項１４】
前記電力変換部の運転モード及び前記外部の接続先の種類に基づいて、前記接続関係を切り替える
請求項１３記載の電力ルータ。
【請求項１５】
電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータの制御方法であって、
前記電力ルータは、
所定の定格に電圧が維持される直流母線と、
前記直流母線と接続する内部接続端子と、
外部の接続先と接続する外部接続端子と、
前記内部接続端子及び前記外部接続端子とそれぞれ接続し、電力を双方向に変換する複数の電力変換部と、
前記複数の電力変換部を同一の前記外部接続端子に接続する接続回路とを備え、
前記複数の電力変換部は、指定された大きさの電力を前記外部の接続先との間で送受電する指定電力送受電モードで運転する電力変換部を含み、
前記外部の接続先には負荷が含まれ、
前記負荷が必要とする電力の変動に、前記複数の電力変換部の出力電力で対応できるように、前記指定された電力の大きさを決定する
電力ルータの制御方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の電力ルータの制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力ルータ、電力ルータの制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力供給システムを構築するにあたっては、電力送電網をさらに安定的に拡張していくことはもちろん、今後は大量の自然エネルギーを導入できるシステムにすることも大事な課題となってきている。そこで、新たな電力網としてデジタルグリッド（登録商標）という電力ネットワークシステムが提案されている（特許文献１、非特許文献１）。
【０００３】
デジタルグリッドとは、電力網を小規模なセルに細分化し、それらを非同期に相互接続した電力ネットワークシステムである。各電力セルは、小さなものとしては一つの家やビル、商業施設であり、大きなものとしては県や市町村といった規模になる。各電力セルは、その中に負荷を有することはもちろん、発電設備や電力貯蔵設備を有する場合もある。発電設備としては、太陽光発電、風力発電、地熱発電などの自然エネルギーを利用する発電設備が例として挙げられる。
【０００４】
各電力セルの内部で自由に発電したり、さらに、電力セル間でスムースに電力を融通し合うようにしたりするため、電力セル同士は非同期で接続されている。（すなわち、複数の電力セルが相互に接続されているとしても、それぞれの電力セルで使用される電力の電圧、位相および周波数は他の電力セルとは非同期である。）
【０００５】
図２６に電力ネットワークシステム１０の例を示す。基幹系統１１は大規模発電所１２からの基幹電力を送電する。そして、複数の電力セル２１−２４が配置されている。各電力セル２１−２４は、家３１やビル３２などの負荷や、発電設備３３、３４や、電力貯蔵設備３５を有している。発電設備としては、太陽光発電パネル３３や風力発電機３４などが例として挙げられる。電力貯蔵設備３５とは蓄電池などのことである。本明細書では、発電設備と電力貯蔵設備とを総称して、分散型電源ということがある。
【０００６】
さらに、各電力セル２１−２４は、他の電力セルや基幹系統１１と接続されるための接続口（接続ポート）となる電力ルータ４１−４４を備えている。電力ルータ４１−４４は複数のレグ（ＬＥＧ）を有している。（紙幅の都合上、図２６ではレグの符号を省略した。電力ルータ４１−４４に付属している白丸が各レグの接続端子であると解釈してほしい。）
【０００７】
レグは、接続端子と電力変換部とを有しており、各レグにはアドレスが付されている。なお、レグによる電力変換とは、交流から直流へまたは直流から交流への変換や、電力の電圧、周波数、位相を変化させることをいう。
【０００８】
すべての電力ルータ４１−４４は通信網５１によって管理サーバ５０に繋がっており、管理サーバ５０によってすべての電力ルータ４１−４４は統合的に運用制御される。例えば、管理サーバ５０は各電力ルータ４１−４４に対し、各レグに付されたアドレスを用いてレグごとに電力の送電または受電を指示する。これにより、電力ルータ４１−４４を介し、電力セル間での電力融通が行われる。
【０００９】
電力セル２１−２４間での電力融通が実現することにより、例えば、一つの発電設備３３、３４や一つの電力貯蔵設備３５を複数の電力セル２１−２４で共有することができるようになる。電力セル２１−２４間で互いに余剰電力を融通し合うようになれば、設備コストを大幅に削減しながらも電力需給バランスを安定的に保つことができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４７８３４５３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】デジタルグリッドコンソーシアム，”digital grid”，［online］，［平成26年5月12日検索］，インターネット＜URL:http://www.digitalgrid.org/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、背景技術にかかるデジタルグリッドにより電力セル同士で電力を円滑に融通しあうことができる。このとき、電力ルータでは、外部の各接続先に対して一つのレグが接続し、各レグは接続先に応じた電力を接続先と融通し合う。
【００１３】
一方、消費電力の高い負荷の出現などにより、容量の大きいレグが求められることがある。消費電力の高い負荷に給電するために、あらかじめ大容量のレグを用意しておくことは可能であるが、大容量のレグは大型で高価格であるという問題がある。また、消費電力の高い負荷が常に使用されるとは限らないため、大容量のレグをやむなく低負荷で使用する場面が出てくる。大容量のレグを低負荷で使用すると電力損失が大きくなるという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、大容量のレグを用いずに、個々のレグの能力以上の入出力電力を実現することができる電力ルータ、電力ルータの制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明にかかる電力ルータは、電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するためのものであって、所定の定格に電圧が維持される直流母線と、前記直流母線と接続する内部接続端子と、外部の接続先と接続する外部接続端子と、前記内部接続端子及び前記外部接続端子とそれぞれ接続し、電力を双方向に変換する複数の電力変換部と、前記複数の電力変換部を同一の前記外部接続端子に接続する接続回路とを有するものである。
【００１６】
また、本発明にかかる電力ルータの制御方法は、電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータの制御方法であって、前記電力ルータは、所定の定格に電圧が維持される直流母線と、前記直流母線と接続する内部接続端子と、外部の接続先と接続する外部接続端子と、前記内部接続端子及び前記外部接続端子とそれぞれ接続し、電力を双方向に変換する複数の電力変換部と、前記複数の電力変換部を同一の前記外部接続端子に接続する接続回路とを備え、前記複数の電力変換部は、指定された大きさの電力を前記外部の接続先との間で送受電する指定電力送受電モードで運転する電力変換部を含み、前記外部の接続先には負荷が含まれ、前記負荷が必要とする電力の変動に、前記複数の電力変換部の出力電力で対応できるように、前記指定された電力の大きさを決定するものである。
【００１７】
本発明にかかるプログラムは、前記電力ルータの制御方法を、コンピュータに実行させるためのものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、個々のレグの能力以上の入出力電力を実現することができる電力ルータ、電力ルータの制御方法及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】各実施の形態にかかる電力ルータの概略構成を示す図である。
【図２】各実施の形態にかかる第１レグの内部構成を詳しく示す図である。
【図３】電力ルータを基幹系統、負荷および各種分散型電源に接続した一例を示す図である。
【図４】電力ルータ同士の接続において、可能な組み合わせの例を示す図である。
【図５】電力ルータ同士の接続において、可能な組み合わせの例を示す図である。
【図６】電力ルータ同士の接続において、禁止される組み合わせの例を示す図である。
【図７】電力ルータ同士の接続において、禁止される組み合わせの例を示す図である。
【図８】電力ルータ同士の接続において、禁止される組み合わせの例を示す図である。
【図９】電力ルータ同士の接続において、禁止される組み合わせの例を示す図である。
【図１０】ＡＣスルーレグを考慮にいれた場合に、電力ルータ同士の接続において可能な組み合わせの例を示す図である。
【図１１】ＡＣスルーレグを考慮にいれた場合に、電力ルータ同士の接続において可能な組み合わせの例を示す図である。
【図１２】ＡＣスルーレグを考慮にいれた場合に、電力ルータ同士の接続において可能な組み合わせの例を示す図である。
【図１３】ＡＣスルーレグを考慮にいれた場合に、電力ルータ同士の接続において可能な組み合わせの例を示す図である。
【図１４】ＡＣスルーレグを利用した接続例を示す図である。
【図１５】電力ルータ同士の接続において、組み合わせのパターンをまとめた図である。
【図１６】４つの電力ルータを相互に接続した場合の一例を挙げる。
【図１７】複数の電力ルータをバス接続した様子の一例を示す図である。
【図１８】電力ルータ間に基幹系統が介在する接続形態の一例を示す図である。
【図１９】実施の形態１にかかる電力ネットワークシステム１０の概略構成を示す図である。
【図２０】実施の形態１にかかる管理サーバ５０または制御部１９０の動作手順を示すフローチャートである。
【図２１】実施の形態２にかかる電力ネットワークシステム２０の概略構成を示す図である。
【図２２】実施の形態２にかかる管理サーバ５０または制御部２９０の動作手順を示すフローチャートである。
【図２３】実施の形態３にかかる電力ネットワークシステム３０の概略構成を示す図である。
【図２４】実施の形態３にかかる管理サーバ５０または制御部３９０の動作手順を示すフローチャートである。
【図２５】実施の形態４にかかる電力ネットワークシステム４０の概略構成を示す図である。
【図２６】電力ネットワークシステムのシステム概要を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。尚、以下における「接続相手」はレグの接続先を指すものとする。
【００２１】
まず、本発明の各実施の形態に共通する電力ルータの構成について説明する。
図１は、電力ルータ１００の概略構成を示す図である。
また、図２は、第１レグ１１０の内部構成を詳しく示す図である。
電力ルータ１００は、概略、直流母線１０１と、複数のレグ１１０−１６０と、制御部１９０と、を備えている。
【００２２】
電力ルータ１００は直流母線１０１を有し、この直流母線１０１に複数のレグ１１０−１６０が並列に接続されている。直流母線１０１は直流電力を流すためのものであり、直流母線１０１の電圧が所定の一定を保つようにコントロールされる。
（直流母線１０１の電圧がどのようにして一定に保たれるのかは後述する。）
【００２３】
各レグ１１０−１６０を介して電力ルータ１００は外部に繋がるのであるが、外部とやり取りする電力を一旦総て直流に変換して直流母線１０１にのせる。このように一旦直流を介することにより、周波数や電圧、位相の違いが無関係になり、電力セル同士を非同期で接続することができるようになる。ここでは、直流母線１０１は、図２に示すように、平滑コンデンサ１０２を有する並列型であるとする。直流母線１０１には電圧センサ１０３が接続されており、この電圧センサ１０３によって検出された直流母線１０１の電圧値は制御部１９０に送られる。また、制御部１９０は、通信バス１０４を介してレグ１１０−１６０の動作状態（外部への送電動作、外部への受電動作など）を制御することにより、直流母線１０１の電圧を所定の一定値に維持する。
【００２４】
次に、レグ１１０−１６０について説明する。複数のレグ１１０−１６０が直流母線に対して並列に設けられている。図１においては、６つのレグ１１０−１６０を示した。６つのレグ１１０−１６０を、図１に示すように、第１レグ１１０、第２レグ１２０・・・第６レグ１６０とする。なお、図１では、紙幅の都合上、第１レグ１１０はレグ１と示し、第２レグ１２０はレグ２のように示している。
【００２５】
第１レグ１１０から第５レグ１５０は同じ構成であるのに対し、第６レグ１６０は電力変換部を有していないという点で第１から第５レグ１１０−１５０と異なっている。まずは、第１レグ１１０から第５レグ１５０の構成について説明する。第１レグ１１０から第５レグ１５０は同じ構成であるので、代表して第１レグ１１０の構成を説明する。第１レグ１１０は、電力変換部１１１と、電流センサ１１２と、開閉器１１３と、電圧センサ１１４と、接続端子１１５と、を備えている。
【００２６】
電力変換部１１１は、交流電力を直流電力に、あるいは、直流電力を交流電力に変換する。直流母線１０１には直流電力が流れているので、電力変換部１１１は、直流母線１０１の直流電力を定められた周波数および電圧の交流電力に変換して、接続端子１１５から外部に流す。あるいは、電力変換部１１１は、接続端子１１５から流入する交流電力を直流電力に変換して、直流母線１０１に流す。
【００２７】
電力変換部１１１は、インバータ回路の構成を有する。具体的には、図２に示すように、電力変換部１１１は、トランジスタＱ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６を有する。トランジスタＱ１〜Ｑ３の一端は、高電位側電源線に接続される。トランジスタＱ１〜Ｑ３の他端は、それぞれトランジスタＱ４〜Ｑ６の一端と接続される。トランジスタＱ４〜Ｑ６の他端は、低電位側電源線に接続される。トランジスタＱ１〜Ｑ６の高電位側端子には、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ６のカソードが接続される。トランジスタＱ１〜Ｑ６の低電位側端子には、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ６のアノードが接続される。
【００２８】
トランジスタＱ１とトランジスタＱ４との間のノード、トランジスタＱ２とトランジスタＱ５との間のノード、トランジスタＱ３とトランジスタＱ６との間のノードのそれぞれからは、たとえばトランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフのタイミングを適宜制御することで、３相交流の各相が出力される。
【００２９】
以上のように、電力変換部１１１は、トランジスタとダイオードとで構成される６つの逆並列回路を３相ブリッジ接続した構成を有している。トランジスタＱ１とトランジスタＱ４との間のノード、トランジスタＱ２とトランジスタＱ５との間のノード、トランジスタＱ３とトランジスタＱ６との間のノードから引き出され、これらのノードと接続端子とを結ぶ配線を支線ＢＬと称する。三相交流であるので、一のレグは三つの支線ＢＬを有する。
【００３０】
ここでは、三相交流を使用しているので三相インバータ回路としたが、場合によっては単相インバータ回路としてもよい。また、トランジスタＱ１〜Ｑ６は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの、各種の能動式電力変換素子を用いることができる。
【００３１】
電力の向きや交流電力の周波数等は制御部１９０によって制御される。すなわち、トランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチングは、制御部１９０によって制御される。制御部１９０による運転制御は後述する。
【００３２】
電力変換部１１１と接続端子１１５との間には開閉器１１３が配設されている。この開閉器１１３の開閉によって、支線ＢＬが開閉され、すなわち、外部と直流母線１０１とが遮断されたり、接続されたりする。また、支線ＢＬの電圧は電圧センサ１１４によって検出され、支線ＢＬを流れる電流の電流値は電流センサ１１２で検出される。開閉器１１３の開閉動作は制御部１９０によって制御され、電圧センサ１１４および電流センサ１１２による検出値は制御部１９０に出力される。
【００３３】
上記説明では、電力変換部をインバータ回路とし、レグの接続相手は交流を使用するとしたが、レグの接続相手が蓄電池３５のような直流を使用するものである場合もある。（例えば図１中の第３レグ１３０は蓄電池３５に接続している。）
【００３４】
この場合の電力変換は、ＤＣ−ＤＣ変換ということになる。したがって、電力変換部にインバータ回路とコンバータ回路とを並列に設け、接続相手が交流か直流かに応じてインバータ回路とコンバータ回路と使い分けるようにしてもよい。あるいは、電力変換部がＤＣ−ＤＣ変換部であるＤＣ−ＤＣ変換専用のレグを設けるようにしてもよい。すべてのレグのなかにインバータ回路とコンバータ回路とを並列に設けるよりは、ＡＣ−ＤＣ変換専用のレグとＤＣ−ＤＣ変換専用のレグとを併せ持つ電力ルータとする方がサイズやコスト面で有利な点も多々ある。
第１レグ１１０から第５レグ１５０の構成は以上の通りである。
【００３５】
次に、第６レグ１６０について説明する。第６レグ１６０には、電力変換部がなく、すなわち、第６レグ１６０の接続端子１６５は、直流母線１０１に繋がっているわけではない。第６レグ１６０は、第５レグ１５０の支線ＢＬに接続されているのである。第６レグ１６０の内部配線についても、支線ＢＬと称することとする。第６レグ１６０の支線ＢＬは、第５レグ１５０に対し、第５レグ１５０の接続端子１５５と開閉器１５３との間に接続されている。
【００３６】
第６レグ１６０は、開閉器１６３と、電圧センサ１６４と、電流センサ１６２と、接続端子１６５と、を備える。第６レグ１６０の支線ＢＬは、開閉器１６３を介して、第５レグ１５０の支線ＢＬに繋がっている。すなわち、第６レグ１６０の接続端子１６５が第５レグ１５０の接続端子１５５に接続されている。第６レグ１６０の接続端子１６５と第５レグ１５０の接続端子１５５との間には開閉器１６３があるだけで、第６レグ１６０は電力変換器を持たないので、第６レグ１６０の接続端子１６５と第５レグ１５０の接続端子１５５との間では何等の変換も受けずに電力が導通することになる。そこで、第６レグ１６０のように電力変換器を持たないレグのことをＡＣスルーレグと称することがある。
電流センサ１６２および電圧センサ１６４は、支線ＢＬの電流値および電圧値を検出し、制御部１９０に出力する。開閉器１６３の開閉動作は制御部１９０で制御される。
【００３７】
（レグの運転モードについて）
第１レグ１１０から第５レグ１５０は電力変換器１１１−１５１を有しており、電力変換器内のトランジスタＱ１〜Ｑ６は制御部１９０によってそのスイッチング動作を制御されるものであることは既に述べた。
【００３８】
ここで、電力ルータ１００は、電力ネットワークシステム１０のノードにあって、基幹系統１１、負荷３０、分散型電源および電力セルなどを互いに結びつける重要な役割を持つ。このとき、各レグ１１０−１６０の接続端子１１５−１６５がそれぞれ基幹系統１１や負荷３０、分散型電源、他の電力セルの電力ルータに接続されるわけである。本発明者らは、接続相手によって各レグ１１０−１６０の役割は異なるものであり、各レグ１１０−１６０が役割に応じた適切な運転を行わなければ電力ルータが成り立たないことに気付いた。本発明者らは、レグの構造自体は同じであるが、接続相手によってレグの運転の仕方を変えるようにした。
【００３９】
レグの運転の仕方を、運転モードと称する。
本発明者らは、レグの運転モードとして３種類を用意しておき、接続相手によってモードを切り換えるようにした。
レグの運転モードとしては、
マスター（Ｍａｓｔｅｒ）モードと、
自立（Ｓｔａｎｄ  ａｌｏｎｅ）モードと、
指定電力送受電（Ｇｒｉｄ  ｃｏｎｎｅｃｔ）モードと、がある。
以下、順番に説明する。
【００４０】
（マスターモード）
マスターモードとは、安定した電力供給源に接続し、直流母線電圧を維持する運転モードである。接続する電力供給源は、交流（ＡＣ）電源であっても良いし、直流（ＤＣ）電源であっても良い。
図１では、第１レグ１１０の接続端子１１５が基幹系統１１に接続されている例を示している。図１の場合、第１レグ１１０は、マスターモードとして運転制御され、直流母線１０１の電圧を維持する役目を担うことになる。直流母線１０１には他の多くのレグ１２０−１５０が接続されているところ、レグ１２０−１５０から直流母線１０１に電力が流入することもあれば、レグ１２０−１５０から電力が流出することもある。
【００４１】
マスターモードとなるレグ１１０は、直流母線１０１から電力が流出して直流母線１０１の電圧が定格から下がった場合、流出で不足した電力分を接続相手（ここでは基幹系統１１）から補てんする。または、直流母線１０１に電力が流入して直流母線１０１の電圧が定格から上がった場合、流入で過剰になった電力分を接続相手（ここでは基幹系統１１）に逃がす。このようにして、マスターモードとなるレグ１１０は、直流母線１０１の電圧を維持するのである。
【００４２】
したがって、一の電力ルータにおいて、少なくとも一つのレグはマスターモードとして運転されなければならない。さもなくば、直流母線１０１の電圧が一定に維持されなくなるからである。
また、マスターモードとなるレグは、基幹系統の他、例えば、自励式インバータを搭載する分散型電源（蓄電池も含む）に接続してもよい。ただし、他励式インバータを搭載する分散型電源とマスターモードとなるレグとは接続できない。
【００４３】
以下の説明において、マスターモードで運転されるレグのことを、マスターレグということがある。
マスターレグの運転制御について説明する。
マスターレグを起動させる際には次のようにする。
まず、開閉器１１３を開（遮断）状態にしておく。この状態で接続端子１１５を接続相手に繋ぐ。ここでは、接続相手は基幹系統１１である。
【００４４】
電圧センサ１１４によって接続先の系統の電圧を測定し、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ−Ｌｏｏｐ）などを用いて系統の電圧の振幅、周波数および位相を求める。その後、求めた振幅、周波数および位相の電圧が電力変換部１１１から出力されるように、電力変換部１１１の出力を調整する。すなわち、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフパターンを決定する。この出力が安定するようになったら、開閉器１１３を投入し、電力変換部１１１と基幹系統１１とを接続する。この時点では、電力変換部１１１の出力と基幹系統１１の電圧とが同期しているため、電流は流れない。
【００４５】
マスターレグを運用する時の運転制御を説明する。
直流母線１０１の電圧を電圧センサ１０３によって測定する。直流母線１０１の電圧が所定の定格母線電圧を上回っていたら、マスターレグ１１０から系統に向けて送電が行われるように、電力変換部１１１を制御する。（電力変換部１１１から出る電圧の振幅および位相の少なくともいずれか一方を調整して、マスターレグ１１０を介して直流母線１０１から基幹系統１１に向けて送電が行われるようにする。）なお、直流母線１０１の定格電圧は、予め設定によって定められているものである。
【００４６】
一方、直流母線１０１の電圧が所定の定格母線電圧より下回っていたら、このマスターレグ１１０が基幹系統１１から受電できるように、電力変換部１１１を制御する。（電力変換部１１１から出る電圧の振幅および位相の少なくともいずれか一方を調整して、マスターレグ１１０を介して基幹系統１１から直流母線１０１に送電が行われるようにする。）このようなマスターレグの運転が行われることにより、直流母線１０１の電圧が予め定められた定格を維持できるようになることが理解されるであろう。
【００４７】
（自立モード）
自立モードとは、指定された電圧と周波数とを作り出し、接続先に供給する運転モードである。さらに指定された電圧と周波数とを作り出し、接続先から電力を受電することもできる。自立モードで運転するレグは、管理サーバ（図示せず）から指定された周波数・電圧の電力を自ら作り出し、接続先との間で電力を送受電する。例えば、負荷３０などの電力を消費するものに向けて電力を供給するための運転モードとなる。あるいは、接続相手から送電されてくる電力をそのまま受け取るための運転モードとなる。
【００４８】
図１では、第２レグ１２０の接続端子１２５が負荷３０に接続されている例を示している。第２レグ１２０が自立モードとして運転制御され、負荷３０に電力を供給することになる。
また、第４レグ１４０や第５レグ１５０のように他の電力ルータと接続される場合に、他の電力ルータから要求される電力分を送電するためのモードとして第４レグ１４０や第５レグ１５０を自立モードで運転する場合もある。
【００４９】
または、第４レグ１４０や第５レグ１５０のように他の電力ルータと接続される場合に、他の電力ルータから送電されてくる電力を受電するためのモードとして第４レグ１４０や第５レグ１５０を自立モードで運転する場合もある。
また、図に示していないが、負荷３０に代えて、第２レグを発電設備に接続する場合も第２レグを自立モードで運転することもできる。ただし、この場合には発電設備に他励式インバータを搭載するようにする。
電力ルータ同士を接続する場合の運転モードについては後述する。
【００５０】
自立モードで運転されるレグを自立レグと称する。一の電力ルータにおいて、自立レグは複数あってもよい。
自立レグの運転制御について説明する。
まず開閉器１２３を開（遮断）にしておく。接続端子１２５を負荷３０に接続する。管理サーバから電力ルータ１００に対し、負荷３０に供給すべき電力の振幅および周波数が指示される。そこで、制御部１９０は、指示された振幅および周波数の電力が電力変換部１２１から負荷３０に向けて出力されるようにする。（すなわち、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフパターンを決定する。）この出力が安定するようになったら、開閉器１２３を投入し、電力変換部１２１と負荷３０とを接続する。あとは、負荷３０で電力が消費されれば、自立レグ１２０はその分の電力を負荷３０へ供給する。
【００５１】
（指定電力送受電モード）
指定電力送受電モードとは、指定によって定められた分の電力をやり取りするための運転モードである。換言すれば、指定電力送受電モードとは指令された有効電力を送受する、または、指定された無効電力を発生させるための運転モードである。接続相手に指定電力を送電する場合と、接続相手から指定電力を受電する場合と、がある。
図１では、第４レグ１４０および第５レグ１５０が他の電力ルータと接続されている。
このような場合に、決まった分の電力を一方から他方へ融通するようなことが行われる。
【００５２】
または、第３レグ１３０は蓄電池３５に接続されている。
このような場合に、決まった分の電力を蓄電池３５に向けて送電して、蓄電池３５を充電するというようなことが行われる。
また、自励式インバータを搭載する分散型電源（蓄電池も含む）と指定電力送受電レグとを接続してもよい。ただし、他励式インバータを搭載する分散型電源と指定電力送受電レグとは接続できない。
【００５３】
指定電力送受電モードで運転されるレグを指定電力送受電レグと称する。一つの電力ルータにおいて、指定電力送受電レグは複数あってもよい。
指定電力送受電レグの運転制御について説明する。起動時の制御についてはマスターレグと基本的に同じであるので、割愛する。
指定電力送受電レグを運用する時の運転制御を説明する。
（説明には、第５レグ１５０に付した符号を使用する。）
【００５４】
電圧センサ１５４によって接続相手の系統の電圧を測定し、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ−Ｌｏｏｐ）などを用いて接続相手の周波数・位相を求める。管理サーバから指定された有効電力値および無効電力値と、接続相手の周波数および位相とに基づいて、電力変換器１５１が入出力する電流の目標値を求める。電流センサ１５２によって電流の現在値を測定する。目標値と現在値との差分に相当する電流が追加で出力されるように、電力変換器１５１を調整する。（電力変換部１５１から出る電圧の振幅および位相の少なくともいずれか一方を調整して、指定電力送受電レグと接続相手との間で所望の電力が流れるようにする。）
以上の説明により、同じ構成である第１レグから第５レグが運転制御の仕方によって３パターンの役割を果たせることが理解されるであろう。
【００５５】
（接続制約）
運転モードの違いによってレグの働きが違ってくるので、接続相手の選択と運転モードの選択との間には自ずと制約が発生する。すなわち、接続相手が決まれば選択できる運転モードが決まり、逆に、運転モードが決まれば選択できる接続相手が決まる。（接続相手が変われば、それに合わせてレグの運転モードを変更する必要がある。）
可能な接続組み合わせのパターンを説明する。
【００５６】
以後の説明にあたって、図中の表記を図３のように簡略化する。
すなわち、マスターレグをＭで表す。
自立レグをＳで表す。
指定電力送受電レグをＤで表す。
ＡＣスルーレグをＡＣで表す。
また、必要に応じてレグの肩に「＃１」のように番号を付してレグを区別することがある。
また、図３以降では、図面ごとに系統立てた符号を付すが、必ずしも図面を跨がって同じ要素に同じ符号を付しているわけではない。例えば、図３の符号２００と図４の符号２００とが全く同じものを指しているわけではない。
【００５７】
図３に示した接続組み合わせはいずれも可能な接続である。第１レグ２１０がマスターレグとして基幹系統１１に接続されている。これは既に説明した通りである。
第２レグ２２０が自立レグとして負荷３０に接続されている。これも既に説明した通りである。
第３レグ２３０および第４レグ２４０が指定電力送受電レグとして蓄電池３５に接続されている。これも既に説明した通りである。
【００５８】
第５レグ２５０はＡＣスルーレグである。ＡＣスルーレグ２５０が他の電力ルータ３００の指定電力送受電レグと繋がり、ＡＣスルーレグ２５０は第４レグ２４０の接続端子２４５を介して蓄電池３５に繋がっている。ＡＣスルーレグ２５０は電力変換部を持たないのであるから、この接続関係は、他の電力ルータ３００の指定電力送受電レグが蓄電池３５に直接に繋がっていることと等価になる。このような接続が許されることは理解されるであろう。
【００５９】
第６レグ２６０は、指定電力送受電レグとして基幹系統１１に繋がっている。第６レグ２６０を介して基幹系統１１から決まった電力を受電するとすれば、このような接続が許容されるのは理解されるであろう。
なお、第１レグ２１０がマスターレグとなっていることの関係でいうと、第６レグ２６０による受電電力が直流母線２０１の定格維持に足りなければ、マスターレグ２１０は、基幹系統１１から必要な電力を受電することになる。逆に、第６レグ２６０による受電電力が直流母線２０１の定格維持に必要な量を超過してしまった場合、マスターレグ２１０は、過剰な電力を基幹系統１１に逃がすことになる。
【００６０】
次に、電力ルータ同士を接続する場合を説明する。電力ルータ同士を接続するということは、一の電力ルータのレグと他の電力ルータのレグとを接続するということである。レグ同士を接続する場合、組み合わせられる運転モードには制約がある。
【００６１】
図４および図５に示す接続の組み合わせはいずれも可能な組み合わせの例である。図４においては、第１電力ルータ１００のマスターレグ１１０と第２電力ルータ２００の自立レグ２１０とが接続されている。詳しくは説明しないが、第２電力ルータ２００のマスターレグ２２０は、基幹系統１１に繋がり、これにより第２電力ルータ２００の直流母線２０１の電圧が定格に維持されるものとする。
【００６２】
図４において、第１電力ルータ１００から負荷３０に対して電力供給を行うと、直流母線１０１の電圧が下がることになる。マスターレグ１１０は、直流母線１０１の電圧を維持するように接続相手から電力を調達する。すなわち、マスターレグ１１０は、足りない分の電力を第２電力ルータ２００の自立レグ２１０から引き込むことになる。
【００６３】
第２電力ルータ２００の自立レグ２１０は、接続相手（ここではマスターレグ１１０）から要求される分の電力を送出する。第２電力ルータ２００の直流母線２０１では、自立レグ２１０から電力を送出した分だけ電圧が下がることになるが、これはマスターレグ２２０によって基幹系統１１から補てんされる。このようにして、第１電力ルータ１００は、必要な分の電力を第２電力ルータ２００から融通してもらえる。
【００６４】
このように、第１電力ルータ１００のマスターレグ１１０と第２電力ルータ２００の自立レグ２１０とを接続したとしても、マスターレグ１１０と自立レグ２１０とで役割が整合しているので、どちらの動作にも不都合は生じない。したがって、図４のようにマスターレグと自立レグとを接続してもよいことがわかる。
【００６５】
図５においては、第３電力ルータ３００の指定電力送受電レグ３１０と第４電力ルータ４００の自立レグ４１０とが接続されている。詳しく説明しないが、第３電力ルータ３００のマスターレグ３２０と第４電力ルータ４００のマスターレグ４２０とはそれぞれ基幹系統１１に繋がっており、これにより、第３電力ルータ３００および第４電力ルータ４００のそれぞれの直流母線３０１、４０１は定格の電圧を維持するものとする。
【００６６】
ここで、管理サーバからの指示によって第３電力ルータ３００の指定電力送受電レグ３１０は指定の電力を受電するように指示されているものとする。指定電力送受電レグ３１０が第４電力ルータ４００の自立レグ４１０から指定の電力を引き込むようにする。第４電力ルータ４００の自立レグ４１０は、接続相手（ここでは指定電力送受電レグ３１０）から要求される分の電力を送出する。第４電力ルータ４００の直流母線４０１では、自立レグ４１０から送出した電力分だけ電圧が下がることになるが、これはマスターレグ４２０によって基幹系統１１から補てんされる。
【００６７】
このように、第３電力ルータ３００の指定電力送受電レグ３１０と第４電力ルータ４００の自立レグ４１０とを接続したとしても、指定電力送受電レグ３１０と自立レグ４１０とで役割が整合するので、どちらの動作にも不都合は生じない。したがって、図５のように指定電力送受電レグと自立レグとを接続してもよいことがわかる。
【００６８】
なお、第３電力ルータ３００が第４電力ルータ４００から電力を融通してもらう場合を例に説明したが、逆に、第３電力ルータ３００から第４電力ルータ４００に向けて電力を融通する場合でも同じように不都合が無いことは理解されるであろう。
このようにして、第３電力ルータ３００と第４電力ルータ４００との間で指定電力を融通し合うことができるわけである。
【００６９】
電力変換部を有するレグ同士を直接に接続する場合には、図４と図５とに挙げた２パターンだけが許される。
すなわち、マスターレグと自立レグとを接続する場合と、指定電力送受電レグと自立レグとを接続する場合と、だけが許される。
【００７０】
次に、互いに接続できない組み合わせを挙げる。
図６から図９は、互いに接続してはいけないパターンである。
図６、図７、図８を見てわかるように、同じ運転モードのレグ同士を接続してはいけない。
例えば、図６の場合、マスターレグ５１０及び６１０同士を接続している。
【００７１】
マスターレグは、運転動作の説明で前述したように、接続相手の電圧、周波数および位相に同期した電力を作り出す処理をはじめに行う。
ここで、接続相手もマスターレグである場合、お互いに相手の電圧および周波数に同期しようとするが、マスターレグは電圧および周波数を自立的に確立しないため、このような同期処理は成功し得ない。
従って、マスターレグ同士を接続できないのである。
【００７２】
またさらに、次のような理由もある。
マスターレグは、直流母線の電圧を維持するために接続相手から電力を引き込まなければならない。（あるいは、直流母線の電圧を維持するために、過剰な電力は接続相手に逃がさなければならない。）マスターレグ同士が接続されてしまっては、互いに接続相手の要求を満たすことはできない。（仮にマスターレグ同士を接続してしまうと、両方の電力ルータで直流母線の電圧を維持できなくなる。すると、それぞれの電力セル内で停電などの不具合が発生するかもしれない。）このように、マスターレグ同士では互いの役割が衝突してしまうので（整合しないので）、マスターレグ同士を接続してはいけない。
【００７３】
図７では、指定電力送受電レグ同士を接続しているが、これも成り立たないことは理解できるであろう。
前記マスターレグと同じことであるが、運転動作の説明で前述したように、指定電力送受電レグも接続相手の電圧、周波数および位相に同期した電力を作り出す処理をはじめに行う。
ここで、接続相手も指定電力送受電レグである場合、お互いに相手の電圧および周波数に同期しようとするが、指定電力送受電レグは電圧および周波数を自立的に確立しないため、このような同期処理は成功し得ない。
従って、指定電力送受電レグ同士を接続できないのである。
【００７４】
さらに、次のような理由もある。
仮に、一方の指定電力送受電レグ５１０が送電すべき指定送電電力と、他方の指定電力送受電レグ６１０が受電すべき指定受電電力と、を一致させたとしても、このような指定電力送受電レグ同士を接続してはいけない。例えば、一方の指定電力送受電レグ５１０が指定送電電力を送電しようとして電力変換部を調整するとする。（例えば、接続相手よりも所定値だけ出力電圧を高くする。）その一方、他方の指定電力送受電レグ６１０が指定受電電力を受電しようと電力変換部を調整する。（例えば、接続相手よりも所定値だけ出力電圧が低くなるようにする。）同時にこのような調整動作が両方の指定電力送受電レグ５１０、６１０で行われてしまっては、互いに制御不能に陥ってしまうことは理解されるであろう。
【００７５】
図８では、自立レグ同士を接続しているが、このような接続はしてはいけない。
自立レグは自ら電圧・周波数を作り出すものである。
仮に自立レグ同士を繋いだ状態で２つの自立レグが作り出す電圧、周波数および位相のいずれかが少しでも乖離すると、２つの自立レグの間に意図しない電力が流れてしまうことになる。
２つの自立レグが作り出す電圧、周波数および位相を完全に一致させ続けるのは無理であり、したがって、自立レグ同士を接続していけない。
【００７６】
図９においては、マスターレグと指定電力送受電レグとを接続している。
これまでの説明から、これも成り立たないことは理解できるであろう。マスターレグ５１０が直流母線５０１の電圧を維持するように接続相手に対して電力を送受電しようとしても、指定電力送受電レグ６１０はマスターレグ５１０の要求に応じて送受電しない。したがって、マスターレグ５１０は直流母線５０１の電圧を維持できない。また、指定電力送受電レグ６１０が接続相手（５１０）に指定電力を送受電しようとしても、マスターレグ５１０は指定電力送受電レグ６１０の要求に応じて送受電しない。したがって、指定電力送受電レグ６１０は接続相手（ここではマスターレグ５１０）に指定電力を送受電することはできない。
【００７７】
ここまでは、電力変換部を有するレグ同士を接続する場合を考えたが、ＡＣスルーレグを考慮にいれると、図１０から図１３のパターンも可能である。ＡＣスルーレグとは、電力変換部を有していないことから、単なるバイパスである。したがって、図１０や図１３のように、第１電力ルータ１００のマスターレグ１１０が第２電力ルータ２００のＡＣスルーレグ２５０を介して基幹系統１１に繋がるというのは、マスターレグ１１０が基幹系統１１に直結していることと本質的に変わりがない。同じように、図１２や図１３のように、第１電力ルータ１００の指定電力送受電レグ１１０が第２電力ルータ２００のＡＣスルーレグ２５０を介して基幹系統１１に繋がるというのは、指定電力送受電レグ１１０が基幹系統１１に直結していることと本質的に変わりがない。
【００７８】
それでも、ＡＣスルーというのは設けておくと便利である。例えば、図１４のように、第１電力ルータ１００から基幹系統１１までの距離が非常に長く、第１電力ルータ１００を基幹系統１１に接続するためにはいくつかの電力ルータ２００、３００を経由しなければならないという場合が考えられる。
【００７９】
仮にＡＣスルーレグが無いとすると、図４で示したように、一または複数の自立レグを経由しなければならなくなる。電力変換部をもつレグを経由すると、交流電力から直流電力への変換および直流電力から交流電力への変換を経由することになる。電力変換にはやはり数％とはいえどもエネルギーロスが発生するので、単に基幹系統に接続するためだけに複数回の電力変換を必要とするのは効率が悪い。
したがって、電力ルータに電力変換部を有さないＡＣスルーレグを設けておくことには意味があるのである。
【００８０】
ここまでに説明したことを図１５にまとめた。また、図１６に、４つの電力ルータ１００−４００を相互に接続した場合の一例を挙げる。いずれの接続関係もこれまでの説明中に登場したので、一つ一つの接続先を細かく説明することはしないが、いずれも許容される接続関係であることは理解されるであろう。
【００８１】
ここで、電力ルータと接続相手とを繋ぐ接続線について補足しておく。
電力ルータ同士を繋ぐ接続線を送電線と称するとすると、送電線は基幹系統の一部となっていてもよいし、基幹系統から切り離されていてもよい。
（図１６においては、基幹系統の一部となっている送電線に７１Ａの符号を付し、基幹系統から切り離された送電線に７１Ｂの符号を付した。）
【００８２】
すなわち、基幹系統に対して複数の電力ルータが接続されていてもよい。このように基幹系統を介して二以上の電力ルータを接続することにより、複数の電力ルータ間で基幹系統を介した電力融通が可能となり、融通される電力の過不足を基幹系統で補填するようにもできる。その一方で、基幹系統を介さないで二以上の電力ルータ同士を接続してもよい。
また、電力ルータと負荷（または分散型電源）とを繋ぐ接続線を配電線７２と称するとすると、配電線７２は基幹系統１１から切り離されたものである。すなわち、電力ルータと負荷（または分散型電源）とを繋ぐ配電線７２は基幹系統１１に繋がらない。
【００８３】
また、図１７に示すように、電力ルータ１００−４００をバス接続のようにして接続するようにしてもよい。
各レグの運転モードについては説明を省略するが、電力融通の方向とこれまでに説明した接続制約とを考慮して適切に各レグの運転モードを選択しなければならないことはもちろんである。
【００８４】
なお、図１７において、基幹系統１１を、蓄電池や発電設備などの分散型電源に代えてもよいことはもちろんである。すなわち、複数の電力ルータを分散型電源にバス接続してもよい。
また、図１８に示す例は、二つの電力ルータ１００、２００を基幹系統１１に接続した接続形態の一例である。
図１８において、基幹系統１１を分散型電源に代えてもよい。
【００８５】
これまで説明したように、電力ルータの接続相手としては、基幹系統、蓄電池や発電設備を含む分散型電源、および、他の電力ルータが挙げられるところ、本明細書および特許請求の範囲においてこれらを電力系統と称する。
【００８６】
電力ルータにより、電力セル同士を非同期に相互接続した電力ネットワークシステムを構築することができる。そして、本実施形態に説明した接続制約に従うことによって、互いの役割が矛盾しないようにレグ同士を接続していくことができる。これにより、電力ネットワークシステムを拡張し、また、全体を安定的に運用することができるようになる。
【００８７】
つぎに、上記のようなレグの運転モード及び接続制約を考慮しつつ、個々のレグの能力以上の入出力電力を実現することができる本発明にかかる電力ルータ、電力ルータの制御方法またはプログラムについて説明する。
本発明にかかる電力ネットワークシステムは、一つのレグでは賄えないほど大きい入出力電力を、複数のレグを並列接続し、並列運転させて実現するもので、電力ルータの構成または指定電力送受電レグの入出力電力の決定方法に特徴を有している。
【００８８】
（発明の実施の形態１）
従来の電力ネットワークシステムでは、一つの負荷に対し、一つの自立レグが給電していた。しかし、消費電力の高い負荷や多数の負荷に電力を供給する場合に、個々のレグの定格電力を超えるものには給電できないという課題があった。
これに対し、本実施の形態１にかかる電力ネットワークシステムは、消費電力の高い負荷や多数の負荷に対して、複数の電力変換部が電力を供給するものである。
【００８９】
また、本実施の形態１にかかる電力ルータは、電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するための電力ルータであって、所定の定格に電圧が維持される直流母線と、直流母線と接続する内部接続端子と、外部の接続先と接続する外部接続端子と、内部接続端子及び外部接続端子とそれぞれ接続し、電力を双方向に変換する複数の電力変換部と、複数の電力変換部を同一の外部接続端子に接続する接続回路とを有するものである。
なお、本実施の形態１にかかる電力ルータは、複数のレグとして自立レグと少なくとも一つの指定電力送受電レグとを有する。また、自立レグ及び少なくとも一つの指定電力送受電レグが負荷のみと接続する場合には、電圧及び周波数をつくるために自立レグの存在が必須となる。
【００９０】
以下、図面を参照して本実施の形態１にかかる電力ネットワークシステムについて説明する。
図１９は、本実施の形態１にかかる電力ネットワークシステム１０の概略構成を示す図である。なお、図１９以降においても、図面ごとに系統立てた符号を付すが、必ずしも図面を跨がって同じ要素に同じ符号を付しているわけではない。例えば、図１の符号１００と図１９の符号１００とが同じものを指しているわけではない。また、図１９以後においても、マスターレグをＭで、自立レグをＳで、指定電力送受電レグをＤでそれぞれ表す。
【００９１】
電力ネットワークシステム１０は、管理サーバ５０、通信網５１、電力ルータ１００、少なくとも一つの負荷Ｌ１１０＿１〜Ｌ１１０＿ｍなどを備えている（ｍは１以上の整数）。管理サーバ５０は、通信網５１を介して電力ルータ１００と通信し、電力ルータ１００を運用制御する。なお、負荷Ｌ１１０の種類、数は限定されない。
【００９２】
電力ルータ１００は、直流母線１０１、自立レグ（Ｓ）１１０、少なくとも一つの指定電力送受電レグ（Ｄ）１２０＿１〜１２０＿ｎ、制御部１９０などを有している（ｎは１以上の整数）。電力ルータ１００は、自立レグ１１０、指定電力送受電レグ１２０以外に、他のレグ（Ｌｅｇ）１３０を有しても良い。他のレグ１３０の個数、運転モードは問わない。自立レグ１１０、指定電力送受電レグ１２０、他のレグ１３０は、もちろん、電力変換する電力変換部１１１（図１、２等参照）を有している。
【００９３】
自立レグ１１０及び指定電力送受電レグ１２０＿１〜１２０＿ｎの一方の端子はそれぞれ内部接続端子Ｔ１０５を介して直流母線１０１に接続され、他方の端子は外部接続端子Ｔ１１０及びＴ１２０を介して、負荷Ｌ１１０＿１〜Ｌ１１０＿ｍに接続されている。そして、自立レグ１１０及び指定電力送受電レグ１２０＿１〜１２０＿ｎは同一の接続相手である負荷Ｌ１１０＿１〜Ｌ１１０＿ｍに給電する。つまり、自立レグ１１０及び指定電力送受電レグ１２０＿１〜１２０＿ｎは、並列接続されて、並列運転される。自立レグ１１０及び指定電力送受電レグ１２０＿１〜１２０＿ｎは他方の端子側で互いに接続されていると考えることもできるが、前述の接続制約の通り、自立レグと指定電力送受電レグとは接続可能であるので問題は生じない。また、自立レグと負荷とについても同様に接続可能である。
【００９４】
制御部１９０は管理サーバ５０からレグ１１０〜１３０の運転指令を受け取り、レグ１１０〜１３０を運転制御する。また、電力ネットワークシステム１０が管理サーバ５０を備えていないときは、制御部１９０が自らの判断でレグ１１０〜１３０を運転制御する。つまり、レグ１１０〜１３０を運転制御する手段は、管理サーバ５０であっても良いし、制御部１９０であっても良く、言い換えると、電力ルータ１００の外部にあっても良いし、電力ルータ１００の内部にあっても良い。
【００９５】
図２０は、本実施の形態１にかかる管理サーバ５０または制御部１９０の動作手順を示すフローチャートである。
まず、管理サーバ５０または制御部１９０（以下、「管理サーバ５０等」という。）は負荷Ｌ１１０の消費電力を推定する（ステップＳ１１０）。
負荷Ｌ１１０＿１〜Ｌ１１０＿ｍの消費電力の合計の最小値をＰＬＭＩＮ、最大値をＰＬＭＡＸとすると（いずれも単位はワット）、０≦ＰＬＭＩＮ≦ＰＬＭＡＸとなる。管理サーバ５０等は、ＰＬＭＩＮ及びＰＬＭＡＸを推定する。最も単純な方法は、ＰＬＭＩＮを０とし、負荷Ｌ１１０＿１〜Ｌ１１０＿ｍの定格最大消費電力の合計値をＰＬＭＡＸとすることである。つまり、全ての負荷Ｌ１１０＿１〜Ｌ１１０＿ｍは同時に停止になる可能性があり、また、全ての負荷Ｌ１１０＿１〜Ｌ１１０＿ｍは同時に最大出力で動作する可能性があると推定する。
【００９６】
しかしながら、特定の時刻や状況に限定すれば、負荷Ｌ１１０の動作状態をある程度は予測できることもある。例えば、夜間に電灯が一定以上の電力を常に消費している場合に、その一定電力をＰＬＭＩＮにすることができる。また、同時に動作する負荷の組み合わせが既知であれば、それらの組み合わせの中で最大の消費電力をＰＬＭＡＸにすることができる。
なお、管理サーバ５０等は、負荷Ｌ１１０の消費電力を負荷Ｌ１１０のスペック（仕様）により推定したり、過去の履歴により推定したり、測定により求めたりすることができる。
【００９７】
つぎに、管理サーバ５０等は、指定電力送受電レグ１２０＿１〜１２０＿ｎで送受電する電力を求める（ステップＳ１２０）。指定電力送受電レグ１２０＿ｉの入出力電力をＰＣ（ｉ）とすると（１≦ｉ≦ｎ）、ＰＣ（ｉ）は、指定電力送受電レグ１２０＿ｉが接続相手に送電するときに正の値をとり、接続相手から受電するときに負の値をとる。
【００９８】
負荷Ｌ１１０＿１〜Ｌ１１０＿ｍに供給する電力の合計ＰＬは、自立レグ１１０の出力電力ＰＳと、指定電力送受電レグ１２０＿１〜１２０＿ｎの出力電力ＰＣ（ｉ）の合計との和であるから、ＰＣ（ｉ）は式１を満たす必要がある。
【数１】
2016127726.tif 000003
【００９９】
ここで、自立レグ１１０の出力電力ＰＳは、自立レグ１１０が接続相手に送電するときに正の値をとり、接続相手から受電するとき負の値をとる。ＰＳＭＩＮ、ＰＳＭＡＸをそれぞれ自立レグ１１０が出力可能な電力の下限、上限とする。ＰＳＭＩＮ及びＰＳＭＡＸがともに負の値をとることも許容される。式１から式２が導かれる。
【数２】
2016127726.tif 000004
【０１００】
さらに、式２が解を持つためには式３が成立しなければならない。
ＰＬＭＡＸ−ＰＬＭＩＮ  ≦  ＰＳＭＡＸ−ＰＳＭＩＮ  ・・・  式３
管理サーバ５０等は、式２を満たすＰＣ（１）〜ＰＣ（ｎ）を求める。例えば、ｎ＝２、ＰＬＭＩＮ＝０［ｋＷ］、ＰＬＭＡＸ＝１０［ｋＷ］、ＰＳＭＩＮ＝−６［ｋＷ］、ＰＳＭＡＸ＝６［ｋＷ］のとき、式２は
４［ｋＷ］≦ＰＣ（１）＋ＰＣ（２）≦６［ｋＷ］
となるから、管理サーバ５０等は
ＰＣ（１）＝２［ｋＷ］、ＰＣ（２）＝３［ｋＷ］
を解としてよい。
【０１０１】
なお、解は一意に定まるとは限らず、この例の場合、
ＰＣ（１）＝４［ｋＷ］、ＰＣ（２）＝２［ｋＷ］
も解の１つである。上記解法により、自立レグ１１０を流れる電力が自立レグ１１０の定格入出力電力を超えないように、指定電力送受電レグ１２０の入出力電力を決定することができる。
【０１０２】
指定電力送受電レグ１２０は指定された電力を送受電するので、それ以外の必要な電力を自立レグ１１０が充足することになる。つまり、自立レグ１１０は、負荷Ｌ１１０の消費電力の変動分を吸収する役割を担う。従って、負荷Ｌ１１０の変動に応じて自立レグ１１０が必要な電力を充足できるように、指定電力送受電レグ１２０の入出力電力を決定する。
【０１０３】
そこで、負荷Ｌ１１０の消費電力の変動幅（最大値、最小値）及び自立レグ１１０の定格電力の幅（最大値、最小値）に基づいて、指定電力送受電レグ１２０の合計の入出力電力を決定すると良い。指定電力送受電レグ１２０＿１〜１２０＿ｎの各々の入出力電力は、例えば合計の入出力電力の均等割りで良いが、各々の指定電力送受電レグ１２０の定格を超えないように注意する。指定電力送受電レグ１２０の入出力電力が決まれば、自ずと自立レグ１１０の入出力電力（の幅）が決まる。
【０１０４】
つぎに、管理サーバ５０等は、指定電力送受電レグ１２０を運転する（ステップＳ１３０）。管理サーバ５０は、ステップＳ１２０で求めた電力が送受電されるように、指定電力送受電レグ１２０の運転指令を、制御部１９０に発行する。制御部１９０は、当該運転指令に従って、指定電力送受電レグ１２０を運転制御する。あるいは、制御部１９０は、自身の判断に基づいて、ステップＳ１２０で求めた電力で送受電されるように、指定電力送受電レグ１２０を運転制御してもよい。
【０１０５】
なお、管理サーバ５０等が図２０に示した動作手順を開始するタイミングは、定期的、もしくは、下記の事象のいずれかが生じたときであっても良い。
・指定電力送受電レグ１２０の個数ｎの増減
・負荷Ｌ１１０の個数ｍの増減
・負荷Ｌ１１０の消費電力の合計（ＰＬＭＩＮ、ＰＬＭＡＸ）の増減
・自立レグ１１０が出力可能な電力の下限と上限（ＰＳＭＩＮ、ＰＳＭＡＸ）の増減
【０１０６】
従来の電力ネットワークシステムでは、電力ルータを用いて負荷に給電する際、１つの自立レグに繋がる負荷の消費電力の合計は、その自立レグの最大出力電力以下である必要があった。さもないと過負荷により自立レグの出力電圧や周波数が降下したり、自立レグが故障したりする恐れがあった。すなわち、負荷に電力を供給できるか否かは、自立レグの能力により決定されていた。
【０１０７】
例えば、図２６に示した従来の電力ネットワークシステム１０では、電力ルータ４２内の１つのレグに家３１及びビル３２が接続されている。家３１及びビル３２の消費電力の合計が当該レグの最大出力を超える場合は、その接続は安全ではない。このように、従来の電力ルータには、消費電力の高い負荷や、多数の負荷に給電できないという課題があった。
【０１０８】
これに対して、本実施の形態１にかかる電力ルータ１００は、電力セルを外部の電力系統に非同期に接続するためのものであって、所定の定格に電圧が維持される直流母線１０１と、直流母線１０１と接続する内部接続端子Ｔ１０５と、外部の接続先Ｌ１１０と接続する外部接続端子Ｔ１１０、Ｔ１２０と、内部接続端子Ｔ１０５及び外部接続端子Ｔ１１０、Ｔ１２０とそれぞれ接続し、電力を双方向に変換する複数の電力変換部と、複数の電力変換部を同一の外部接続端子Ｔ１１０、Ｔ１２０に接続する接続回路とを有するものである。このような構成により、消費電力の高い負荷や、多数の負荷に給電することができる。
【０１０９】
また、本実施の形態１にかかる電力ルータ１００は、複数の電力変換部が、一定の入出力電力で電力を送電または受電する第１の電力変換部と、第１の電力変換部の入出力電力と外部の接続先Ｌ１１０へ送電または受電する電力との差分の電力を送電または受電する第２の電力変換部とを含むものであることが好ましい。このような構成により、電力変換レグ間の接続制約または電力変換レグと負荷との間の接続制約を満たして、消費電力の高い負荷や、多数の負荷に給電することができる。
【０１１０】
また、本実施の形態１にかかる電力ルータ１００は、第１の電力変換部が、指定された大きさの電力を外部の接続先Ｌ１１０との間で送受電する指定電力送受電モードで運転し、第２の電力変換部が、指定された電圧及び周波数を作り出し、外部の接続先との間で電力を送受電する自立モードで運転するものであることが好ましい。このような構成により、電力変換レグ間の接続制約または電力変換レグと負荷との間の接続制約を満たして、消費電力の高い負荷や、多数の負荷に給電することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態１にかかる電力ルータ１００は、外部の負荷Ｌ１１０に接続し、負荷Ｌ１１０が必要とする電力の変動に、複数の電力変換部の出力電力で対応できるように、指定された大きさの電力を決定するものであることが好ましい。このような構成により、負荷に安定的に給電することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態１にかかる電力ルータ１００は、指定された大きさの電力を、負荷Ｌ１１０が必要とする電力の変動と、第２の電力変換部の定格入出力電力とに基づいて決定するものであることが好ましい。このような構成により、負荷に安定的に給電することができる。
【０１１３】
（発明の実施の形態２）
本実施の形態２にかかる電力ネットワークシステムは、接続相手である入出力電力の大きい電源に対して、複数の指定電力送受電レグが送受電するもので、一の指定電力送受電レグの入出力電力を、他の指定電力送受電レグの入出力電力で強化するものである。複数の指定電力送受電レグの接続相手は電源だけであっても良いし、電源及び負荷であっても良い。なお、従来の電力ネットワークシステムでは、入出力電力の大きい電源に対して、一つの指定電力送受電レグが送受電していた。
【０１１４】
以下、図面を参照して本実施の形態２にかかる電力ネットワークシステムについて説明する。
図２１は、本実施の形態２にかかる電力ネットワークシステム２０の概略構成を示す図である。電力ネットワークシステム２０は、管理サーバ５０、通信網５１、電力ルータ２００、電源２５０などを備えている。電力ネットワークシステム２０は、さらに負荷Ｌ２１０＿１〜Ｌ２１０＿ｍを備えていても良い（ｍは１以上の整数）。負荷Ｌ２１０の種類や数は限定されない。
【０１１５】
管理サーバ５０は、通信網５１を介して電力ルータ２００と通信し、電力ルータ２００を運用制御する。
電源２５０は、分散型電源、電力貯蔵装置、系統、他の電力ルータの自立レグのいずれであっても良い。自立レグは基本的に電源として働くので、電源として考えてよい。また、電源２５０は電力を供給するだけでなく、電力を回生（充電、逆潮流）してもよい。
【０１１６】
電力ルータ２００は、直流母線２０１、ｎ個の指定電力送受電レグ（Ｄ）２１０＿１〜２１０＿ｎなどを有する（ｎは１以上の整数）。電力ルータ２００は、指定電力送受電レグ２１０以外に、他のレグ（Ｌｅｇ）２２０を有しても良い。他のレグ２２０の個数、運転モードは問わない。
【０１１７】
電力ネットワークシステム２０の構成と、実施の形態１にかかる電力ネットワークシステム１０の構成とを比較すると、電力ネットワークシステム２０では自立レグ１１０が削除され、電源２５０が追加されている。電源、自立レグともに周波数及び電圧を作るものであり、動作がぶつかってしまうため、電源と自立レグとを接続することはできない。
【０１１８】
電力ネットワークシステム２０が負荷Ｌ２１０＿１〜Ｌ２１０＿ｍを備えているときは、電源２５０及び指定電力送受電レグ２１０＿１〜２１０＿ｎは、負荷Ｌ２１０＿１〜Ｌ２１０＿ｍに接続して給電する。電源２５０と指定電力送受電レグ２１０とを接続することになるが、前述の接続制約の通り、電源と指定電力送受電レグとは接続可能であるので問題は生じない。電源２５０と負荷Ｌ２１０とについても同様に接続可能である。
【０１１９】
本実施の形態２にかかる電源２５０は、実施の形態１にかかる自立レグと同様の役割を果たす。つまり、負荷Ｌ２１０の変動分を電源２５０が吸収する。負荷Ｌ２１０がないときには、電源２５０と複数の指定電力送受電レグ２１０とが電力を送受電することになる。
なお、電力ネットワークシステム２０は、管理サーバ５０がない構成も可能であり、その場合には、制御部２９０が自らの判断でレグ２１０、２２０を運転制御する。
【０１２０】
図２２は、本実施の形態２にかかる管理サーバ５０または制御部２９０の動作手順を示すフローチャートである。
まず、管理サーバ５０または制御部２９０（以下、「管理サーバ５０等」という。）は負荷Ｌ２１０の消費電力を推定する（ステップＳ２１０）。ステップＳ２１０の処理は、実施の形態１にかかるステップＳ１１０の処理と同様である。なお、負荷Ｌ２１０が１つもないとき、すなわち、複数の指定電力送受電レグ２１０の接続相手が電源だけのときは、ＰＬＭＩＮとＰＬＭＡＸをそれぞれ０にする。
【０１２１】
つぎに、管理サーバ５０等は、指定電力送受電レグ２１０＿１〜２１０＿ｎで送受電する電力を求める（ステップＳ２２０）。
負荷Ｌ２１０に供給される電力の合計ＰＬは、電源２５０の出力電力ＰＧと、指定電力送受電レグ２１０の出力電力ＰＣ（ｉ）の合計との和であるから、ＰＣ（ｉ）は式４を満たす必要がある。
【数３】
2016127726.tif 000005
【０１２２】
電源２５０の出力電力ＰＧは、電源２５０が電力を回生（充電、逆潮流）するときは負の値をとる。ＰＧＭＩＮ、ＰＧＭＡＸをそれぞれ電源２５０が出力可能な電力の下限、上限とする。ＰＧＭＩＮとＰＧＭＡＸがともに負の値をとることも許容される。式４から式５が導かれる。
【数４】
2016127726.tif 000006
さらに、式５が解を持つためには式６が成立しなければならない。
ＰＬＭＡＸ−ＰＬＭＩＮ  ≦  ＰＧＭＡＸ−ＰＧＭＩＮ  ・・・  式６
【０１２３】
管理サーバ５０等は、式５を満たすＰＣ（１）〜ＰＣ（ｎ）をそれぞれ求める。例えば、ｎ＝２、ＰＬＭＩＮ＝３［ｋＷ］、ＰＬＭＡＸ＝７［ｋＷ］、ＰＧＭＩＮ＝１［ｋＷ］、ＰＧＭＡＸ＝５［ｋＷ］のとき、式５は
２［ｋＷ］≦ＰＣ（１）＋ＰＣ（２）≦２［ｋＷ］
となるから、管理サーバ５０等は
ＰＣ（１）＝１［ｋＷ］、ＰＣ（２）＝１［ｋＷ］
を解としてよい。なお、解は一意に定まるとは限らず、この例では、
ＰＣ（１）＝２［ｋＷ］、ＰＣ（２）＝０［ｋＷ］
も解の１つである。
【０１２４】
つぎに、管理サーバ５０等は、指定電力送受電レグ２１０を運転する（ステップＳ２３０）。ステップＳ２３０の処理は、実施の形態１にかかるステップＳ１３０の処理と同様である。
【０１２５】
なお、管理サーバ５０等が図２２に示した動作手順を開始するタイミングは、定期的、もしくは、下記の事象のいずれかが生じたときであっても良い。
・指定電力送受電レグ２１０の個数ｎの増減
・負荷Ｌ２１０の個数ｍの増減
・負荷Ｌ２１０の消費電力の合計（ＰＬＭＩＮ、ＰＬＭＡＸ）の増減
・電源２５０が出力可能な電力の下限と上限（ＰＧＭＩＮ、ＰＧＭＡＸ）の増減
【０１２６】
従来の電力ネットワークシステムでは、１つの指定電力送受電レグの最大入力電力を超える電力を、電源から受電することはできなかった。例えば、図２６に示した従来の電力ネットワークシステム１０では、電力ルータ４１内の１つの指定電力送受電レグの先に基幹系統１１が接続されている。
【０１２７】
電力ルータ４１は、その指定電力送受電レグの最大入力電力を超える電力を基幹系統１１から引き込むことはできない。ここでは、電源として基幹系統１１を例示したが、発電設備や電力貯蔵設備についても同様である。したがって、従来の電力ルータには、高出力電源を有効に活用できないという課題があった。
【０１２８】
これに対して、本実施の形態２にかかる電力ルータ２００は、外部の電源２５０に接続し、複数の電力変換部が、指定された大きさの電力を外部の接続先Ｌ２１０、２５０との間で送受電する指定電力送受電モードで運転する複数の第１の電力変換部を含み、複数の第１の電力変換部のうち少なくとも１つは、電源２５０と接続された外部接続端子Ｔ２１０、Ｔ２２０と接続するものであることが好ましい。このような構成により、高出力電源を有効に活用できる。
【０１２９】
また、本実施の形態２にかかる電力ルータ２００は、外部の負荷Ｌ２１０にさらに接続し、負荷Ｌ２１０が必要とする電力の変動に、電源２５０と、第１の電力変換部の出力電力とで対応できるように、指定された大きさの電力を決定するものであることが好ましい。このような構成により、高出力電源を有効に活用しつつ、消費電力の高い負荷や、多数の負荷に給電することができる。
【０１３０】
また、本実施の形態２にかかる電力ルータ２００は、指定された大きさの電力を、負荷Ｌ２１０が必要とする電力の変動と、電源２５０が出力可能な電力とに基づいて決定するものであることが好ましい。このような構成により、負荷に安定的に給電することができる。
【０１３１】
（発明の実施の形態３）
本実施の形態３にかかる電力ネットワークシステムは、接続相手である出力電力の大きい電源に対して、マスターレグ及び少なくとも一つの指定電力送受電レグが送受電するもので、マスターレグの入出力電力を、指定電力送受電レグの入出力電力で強化するものである。マスターレグ及び少なくとも一つの指定電力送受電レグの接続相手は電源のみであっても良いし、電源及び負荷であっても良い。電源には系統も含まれる。また、本実施の形態３にかかる電力ネットワークシステムでは電源に電力を押し出す逆潮流も可能である。
【０１３２】
以下、図面を参照して本実施の形態３にかかる電力ネットワークシステムについて説明する。
図２３は、本発明の実施の形態３にかかる電力ネットワークシステム３０の概略構成を示す図である。電力ネットワークシステム３０は、管理サーバ５０、通信網５１、電力ルータ３００、電源３５０などを備えている。電力ネットワークシステム３０は、さらに負荷Ｌ３１０＿１〜Ｌ３１０＿ｍを備えていても良い（ｍは１以上の整数）。負荷の種類、数は限定されない。
【０１３３】
管理サーバ５０は、通信網５１を介して電力ルータ３００と通信し、電力ルータ３００を運用制御する。
電力ルータ３００は、直流母線３０１、マスターレグ（Ｍ）３１０、ｎ個の指定電力送受電レグ（Ｄ）３２０＿１〜３２０＿ｎなどを有する（ｎは１以上の整数）。電力ルータ３００は、マスターレグ３１０、指定電力送受電レグ３２０以外に、他のレグ（Ｌｅｇ）３３０を有しても良い。他のレグ３３０の個数、運転モードは問わない。
【０１３４】
電力ネットワークシステム３０の構成と、実施の形態１にかかる電力ネットワークシステム１０の構成とを比較すると、電力ネットワークシステム３０では自立レグ１１０がマスターレグ３１０に変更され、電源３５０が追加されている。
電源３５０とマスターレグ３１０と指定電力送受電レグ３２０＿１〜３２０＿ｎは、負荷Ｌ３１０＿１〜Ｌ３１０＿ｍに接続して給電する。電源３５０とマスターレグ３１０とを接続することになるが、前述の接続制約の通り、電源とマスターレグとは接続可能であるので問題は生じない。電源３５０と指定電力送受電レグ３２０との接続についても、また、電源３５０と負荷Ｌ３１０との接続についても同様に接続可能である。
【０１３５】
なお、電力ネットワークシステム３０は、管理サーバ５０がない構成も可能であり、その場合には、制御部３９０が自らの判断でレグ３１０〜３３０を運転制御する。
図２４は、本実施の形態３にかかる管理サーバ５０または制御部３９０の動作手順を示すフローチャートである。
【０１３６】
まず、管理サーバ５０または制御部３９０（以下、「管理サーバ５０等」という。）は負荷Ｌ３１０の消費電力を推定する（ステップＳ３１０）。ステップＳ３１０の処理も、実施の形態１にかかるステップＳ１１０の処理と同様である。
【０１３７】
つぎに、管理サーバ５０等は、指定電力送受電レグ３２０＿１〜３２０＿ｎで送受電する電力を求める（ステップＳ３２０）。
負荷Ｌ３１０に供給される電力の合計ＰＬは、電源３５０の出力電力ＰＧと、マスターレグ３１０の出力電力ＰＭと、指定電力送受電レグ３２０＿１〜３２０＿ｎの出力電力ＰＣ（ｉ）の合計との和であるから、ＰＣ（ｉ）は式７を満たす必要がある。
【数５】
2016127726.tif 000007
【０１３８】
マスターレグ３１０の出力電力ＰＭは、マスターレグ３１０が接続相手に送電するときに正の値をとり、接続相手から受電するときに負の値をとる。ＰＭＭＩＮ、ＰＭＭＡＸをそれぞれマスターレグ３１０が出力可能な電力の下限、上限とする。ＰＭＭＩＮとＰＭＭＡＸがともに負の値をとることも許容される。
【０１３９】
また、電力ルータ３００において、レグ３１０〜３３０を介して外部から流入する電力の合計と、外部へ流出する電力の合計は等しいから、ＰＣ（ｉ）は式８を満たす必要がある。
【数６】
2016127726.tif 000008
【０１４０】
他のレグ３３０の出力電力ＰＯは、他のレグ３３０が接続相手に送電するとき正の値をとり、接続相手から受電するとき負の値をとる。ＰＯＭＩＮ、ＰＯＭＡＸをそれぞれ、他のレグ３３０が出力可能な電力の下限、上限とする。ＰＯＭＩＮとＰＯＭＡＸがともに負の値をとることも許容される。式７及び式８から式９が導かれる。
【数７】
2016127726.tif 000009
【０１４１】
さらに、式９が解を持つためには式１０が成立しなければならない。
ＰＧＭＩＮ  ≦  ＰＬＭＩＮ＋ＰＯＭＩＮ
かつ  ＰＬＭＡＸ＋ＰＯＭＡＸ  ≦  ＰＧＭＡＸ
かつ  ＰＯＭＡＸ−ＰＯＭＩＮ  ≦  ＰＭＭＡＸ−ＰＭＭＩＮ  ・・・  式１０ 
【０１４２】
管理サーバ５０等は、式９を満たすＰＣ（１）〜ＰＣ（ｎ）をそれぞれ求める。例えば、ｎ＝２、ＰＬＭＩＮ＝４［ｋＷ］、ＰＬＭＡＸ＝８［ｋＷ］、ＰＧＭＩＮ＝１［ｋＷ］、ＰＧＭＡＸ＝６［ｋＷ］、ＰＭＭＩＮ＝−２［ｋＷ］、ＰＭＭＡＸ＝２［ｋＷ］、ＰＯＭＩＮ＝−３［ｋＷ］、ＰＯＭＡＸ＝−２［ｋＷ］のとき、式９は
１［ｋＷ］≦ＰＣ（１）＋ＰＣ（２）≦４［ｋＷ］
となるから、管理サーバ５０等は
ＰＣ（１）＝２［ｋＷ］、ＰＣ（２）＝２［ｋＷ］
を解としてよい。なお、解は一意に定まるとは限らず、この例では、
ＰＣ（１）＝１［ｋＷ］、ＰＣ（２）＝１［ｋＷ］
も解の１つである。
【０１４３】
つぎに、管理サーバ５０等は、指定電力送受電レグ３２０を運転する（ステップＳ３３０）。ステップＳ３３０の処理は、実施の形態１にかかるステップＳ１３０の処理と同様である。
なお、本実施の形態３においては、マスターレグ３１０の能力を超えるような負荷Ｌ３１０の変動は許容できない。
【０１４４】
また、管理サーバ５０等が図２４に示した動作手順を開始するタイミングは、定期的、もしくは、下記の事象のいずれかが生じたときであっても良い。
・指定電力送受電レグ３２０の個数ｎの増減
・負荷Ｌ３１０の個数ｍの増減
・負荷Ｌ３１０の消費電力の合計（ＰＬＭＩＮ、ＰＬＭＡＸ）の増減
・電源３５０が出力可能な電力の下限と上限（ＰＧＭＩＮ、ＰＧＭＡＸ）の増減
・マスターレグ３１０が出力可能な電力の下限と上限（ＰＭＭＩＮ、ＰＭＭＡＸ）の増減
・他のレグ３３０が出力可能な電力の下限と上限（ＰＯＭＩＮ、ＰＯＭＡＸ）の増減
【０１４５】
上述したように、本実施の形態３にかかる電力ルータ３００は、外部の電源３５０に接続し、複数の電力変換部が、直流母線３０１の電圧を維持するためのマスターモードで運転する第３の電力変換部と、指定された大きさの電力を外部の接続先との間で送受電する指定電力送受電モードで運転する第１の電力変換部とを含むものであることが好ましい。このような構成により、高出力電源を有効に活用できる。
【０１４６】
また、本実施の形態３にかかる電力ルータ３００は、外部の負荷Ｌ３１０にさらに接続し、負荷Ｌ３１０が必要とする電力の変動に、電源３５０及び複数の電力変換部の出力電力で対応できるように、指定された大きさの電力を決定するものであることが好ましい。このような構成により、高出力電源を有効に活用して、消費電力の高い負荷や、多数の負荷に給電することができる。
【０１４７】
また、本実施の形態３にかかる電力ルータ３００は、指定された大きさの電力を、負荷Ｌ３１０が必要とする電力の変動と、電源３５０が出力可能な電力と、電力ルータ３００に流入流出する電力とに基づいて決定するものであることが好ましい。このような構成により、負荷に安定的に給電することができる。
【０１４８】
（発明の実施の形態４）
本実施の形態４にかかる電力ネットワークシステムは、レグの後段、すなわち、レグと接続相手との間に切替回路、例えば、スイッチを設けるものであり、また、ふだんは運転されない状態にあるレグ（以下、「未使用レグ」という。）を設けるものであり、これらの構成の少なくとも一つによりふだん運転しているレグの入出力電力を強化するものである。
【０１４９】
以下、図面を参照して本実施の形態４にかかる電力ネットワークシステムについて説明する。
図２５は、本実施の形態４にかかる電力ネットワークシステム４０の概略構成を示す図である。
電力ネットワークシステム４０は、管理サーバ５０、通信網５１、電力ルータ４００、複数の接続相手４８０などを備えている。一の接続相手４８０＿１は、ｍ個の負荷Ｌ４１０＿１〜Ｌ４１０＿ｍを有しても良い（ｍは１以上の整数）。負荷の種類や数は限定されない。
【０１５０】
管理サーバ５０は、通信網５１を介して電力ルータ４００と通信し、電力ルータ４００を運用制御する。
電力ルータ４００は、直流母線４０１、自立レグ（Ｓ）４１０、指定電力送受電レグ（Ｄ）４２０、未使用レグ（未使用Ｌｅｇ）４３０、スイッチ４６０などを有する。電力ルータ４００は、さらに他のレグ（Ｌｅｇ）４４０を有しても良い。他のレグ４４０の個数、運転モードは問わない。
電力ネットワークシステム４０の構成と、実施の形態１にかかる電力ネットワークシステム１０の構成とを比較すると、電力ネットワークシステム４０では未使用レグ４３０及びスイッチ４６０が追加されている。
【０１５１】
スイッチ４６０＿１〜４６０＿ｎは、レグ４１０〜４４０と接続相手４８０＿１〜４８０＿３との間に配置されて、レグ４１０〜４４０と接続相手４８０＿１〜４８０＿３との接続関係が切り替えられるようにするものである。スイッチ４６０＿１〜４６０＿ｎの位置は、電力ルータ４００の内外を問わない。
このような構成により、高入出力電力が必要な接続相手が出現したときに、それまで他の接続相手に対して送受電していたレグが、スイッチ４６０により接続相手を切り替えて、単独で、または、他のレグと協働して、高入出力電力が必要な接続相手に送受電できるようになる。
【０１５２】
未使用レグ４３０は、自立レグ４１０、指定電力送受電レグ４２０及び他のレグ４４０と並列に配置されて、ふだんは運転されないが、自立レグ４１０、指定電力送受電レグ４２０または他のレグ４４０のいずれかのレグが故障したり、負荷の変動や高負荷の出現などにより出力不足に陥ったりしたときに、マスターモード、自立モード、指定電力送受電モードのいずれかの運転モードで運転されるものである。
【０１５３】
未使用レグ４３０が採りうる運転モードは、電力ルータ４００内外の接続相手に応じた制約があることは、上述した通りである。本実施の形態４の電力ネットワークシステム４０は、未使用レグ４３０を、例えば指定電力送受電モードで運転する。未使用レグ４３０は、予備レグまたは冗長レグであるということもできる。スイッチ４６０と未使用レグ４３０とを組み合わせて使用すれば、接続相手の変化や変更に対して、より柔軟に対応することができる。
制御部４９０は、実施の形態１にかかる制御部１９０が有する機能に加えて、スイッチ４６０に開閉を指令する機能と、未使用レグ４３０に運転を指令する機能とを有している。
【０１５４】
なお、電力ネットワークシステム４０は、上述した構成以外にも、実施の形態２、３にかかる電力ネットワークシステム２０、３０の構成に、未使用レグ４３０及びスイッチ４６０を追加したものとすることができる。このときに、未使用レグ４３０が採りうる運転モードも、電力ルータ４００内外の接続相手に応じた制約があることは、上述した通りである。
【０１５５】
上述したように、本実施の形態４にかかる電力ルータ４００は、ふだんは運転状態にない電力変換部を含むものであることが好ましい。このような構成により、いずれかのレグまたは電力変換部が故障したり、負荷の変動や高負荷の出現などにより出力不足に陥ったりしたときでも、安定的に運用することができる。
【０１５６】
また、本実施の形態４にかかる電力ルータ４００は、電力変換部のそれぞれと、外部の接続先４８０との間に、電力変換部と外部の接続先４８０との接続関係を切り替える切替回路４６０をさらに備えるものであることが好ましい。
このような構成により、高入出力電力が必要な接続相手が出現したときに、それまで他の接続相手に対して送受電していた電力変換部が、接続相手を切り替えて、単独で、または、他の電力変換部と協働して、高入出力電力が必要な接続相手に送受電できるようになる。
【０１５７】
また、本実施の形態４にかかる電力ルータ４００は、電力変換部の運転モード及び外部の接続先４８０＿１〜３の種類に基づいて、接続関係を切り替えることが好ましい。このような構成により、電力変換レグ間の接続制約または電力変換レグと接続相手との間の接続制約を満たして、安定的に運用することができる。
【０１５８】
（その他の実施形態）
さらに、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【０１５９】
上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ(Blu-ray(登録商標) Disc)、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。
【０１６０】
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【０１６１】
１０、２０、３０、４０    電力ネットワークシステム
５０    管理サーバ
１００、２００、３００、４００    電力ルータ
１０１、２０１、３０１、４０１    直流母線
１１０、１２０、１３０、２１０、２２０、３１０、３２０、３３０、４１０、４２０、４３０、４４０    電力変換レグ
１１１    電力変換部
１９０、２９０、３９０、４９０    制御部
２５０、３５０    電源
４６０    スイッチ
４８０    接続相手
Ｌ１１０、Ｌ２１０、Ｌ３１０、Ｌ４１０    負荷
Ｔ１０５、Ｔ２０５、Ｔ３０５、Ｔ４０５    内部接続端子
Ｔ１１０、Ｔ１２０、Ｔ２１０、Ｔ２２０、Ｔ３１０、Ｔ３２０    外部接続端子
【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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【図１５】
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【図１６】
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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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