JP2012161202A - 階層型需給制御装置および電力系統制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】物理的な階層構造によって制限されることなく、多数の分散型電源を含む電力系統全体の制御を容易に行うことができる階層型需給制御装置およびそれを備える電力系統制御システムを提供する。
【解決手段】電力系統制御システム１００に、ＰＶ集約処理部１１およびＰＶ制御処理部１２を備える階層型需給制御装置１を設ける。ＰＶ集約処理部１１では、ＰＶ装置３の性能を示す指標、たとえば定格出力に基づいて、ＰＶ装置３を集約する。そして、集約されたＰＶ装置３の集合毎に、ＰＶ制御処理部１２によってＰＶ装置３を制御する。ＰＶ装置３に代えて、またはＰＶ装置３に加えて、蓄電池が設けられる場合には、蓄電池の性能を示す指標、たとえば充電効率または残容量に基づいて蓄電池を集約し、集約した蓄電池の集合毎に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統の需給制御を行う階層型需給制御装置およびそれを備える電力系統制御システムに関する。

電力系統を制御するシステムまたは装置は、たとえば特許文献１，２に開示されている。特許文献１には、電力系統に接続された複数台の蓄電装置と、系統周波数とエリア内の電力系統状態を検出する検出部と、複数台の蓄電装置のそれぞれと電力系統との間の電力送電効率に関する所定のパラメータに基づいて決定された、電力系統に接続される蓄電装置の制御順位に従って、検出部によって検出された電力系統状態に基づいて該複数台の蓄電装置を制御する第一制御部とを備えて構成される電力供給システムが開示されている。

特許文献２には、管轄の電力系統内において、需要家の受電電力を自発的に制御させることによって、管轄の電力系統内に面的に広がった需要家および需要家の設置した分散電源を、連系点電圧の如何に関わらず、需給調整に活用する電力系統制御装置が開示されている。

特許文献２に開示される技術では、管轄の電力系統内に設定したブロック内の発電電力または負荷などを需給調整する給電条件を、給電条件指令としてインターネットなどの公共の電子情報処理組織に提示する。需要家は、インターネットなどを介して給電条件指令を受信し、前記給電条件を認識する。

需要家は、提示された給電条件に基づいて、需要家の設置した分散電源および負荷設備の運転状況に応じて、発電電力あるいは受電電力を自発的に制御し、同時に自発的な制御による電力調整量を時間帯別に計測する。給電指令所は、需給調整量に応じ、管轄内需要家の過去の自発的な制御の選択特性を考慮して需給調整対象のブロック範囲を改定する。

特開２０１０−２３３３５３号公報 特開２００１−１７７９９０号公報

前述の特許文献１に開示される技術では、変電所にある制御装置によって、エリア内の電力系統状態に応じて蓄電池を制御する。しかし、特許文献１に開示される技術では、異なる地域に存在する蓄電池までは考慮されておらず、制御部が行う制御は、各地域内での制御となる。

実際の運用では、ある地域（以下「Ａ地域」という）にある蓄電池は充電されており、放電可能であるが、Ａ地域とは異なる地域（以下「Ｂ地域」という）では、蓄電池が空であるので放電できず、代わりに発電コストの高い火力発電機が発電するような状態が生じる。この場合、経済性を考えれば、Ａ地域の蓄電池が放電してＢ地域へ供給し、Ｂ地域の火力発電機を停止するような制御を行うことによって、発電に必要なコストを減少させることができると考えられる。

しかし、特許文献１に開示される技術では、前述のように異なる地域に存在する蓄電池までは考慮されていない。したがって、Ａ地域の蓄電池が放電可能であるときにはＢ地域の火力発電機を停止する、というような制御を行うことは難しいという問題がある。

前述の特許文献２には、中央給電指令所あるいは地方給電指令所による需給運用について開示されている。特許文献２に開示される技術では、管理下の需要家または需要家の設置した分散型電源に対して、個別に監視を行い、価格情報による間接制御を行っている。

このように特許文献２に開示される技術では、個別に監視を行う必要があるので、管理下に存在する需要家および分散型電源が増加した場合、監視制御対象が増加することとなる。たとえば、分散型電源である太陽光発電（ＰＶ）装置および蓄電池が大幅に増加した場合、監視制御対象が大幅に増加するので、給電指令所の監視制御にかかる負担が増加し、現実的な時間での監視制御作業ができなくなるおそれがある。

本発明の目的は、物理的な階層構造によって制限されることなく、多数の分散型電源を含む電力系統全体の制御を容易に行うことができる階層型需給制御装置およびそれを備える電力系統制御システムを提供することである。

本発明の階層型需給制御装置は、電力系統に接続される複数の分散型電源を階層的に集約して制御する階層型需給制御装置であって、予め定められる指標に基づいて、分散型電源を集約する集約処理部と、前記集約処理部によって集約された分散型電源の集合毎に、前記分散型電源を制御する制御処理部とを備え、前記指標は、前記分散型電源の性能を示す指標であることを特徴とする。

本発明の電力系統制御システムは、前記本発明の階層型需給制御装置と、電力系統に接続され、前記階層型需給制御装置によって制御される複数の分散型電源と、前記階層型需給制御装置の集約処理部によって集約された分散型電源に関する情報に基づいて、前記分散型電源を制御するための制御情報を前記階層型需給制御装置に与えることによって、前記分散型電源を含む電力系統全体を制御する中央給電指令装置とを備えることを特徴とする。

本発明の階層型需給制御装置によれば、電力系統に接続される複数の分散型電源は、集約処理部によって、分散型電源の性能を示す指標に基づいて集約され、集約された分散型電源の集合毎に、制御処理部によって制御される。分散型電源は、その分散型電源の性能を示す指標に基づいて集約されるので、分散型電源の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく制御することができる。また分散型電源は、集約された分散型電源の集合毎に制御されるので、分散型電源の個数が増加して、多数の分散型電源が設置された場合でも、容易に制御することができる。したがって、分散型電源の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、多数の分散型電源を含む電力系統全体の制御を容易に行うことができる。

本発明の電力系統制御システムによれば、前述の本発明の階層型需給制御装置を備えるので、分散型電源の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、多数の分散型電源を含む電力系統全体の制御を容易に行うことができる電力系統制御システムを実現することができる。

本発明の第１の実施の形態である階層型需給制御装置１を備える電力系統制御システム１００の構成を示す図である。 図１のＰＶ装置３を定格出力に基づいて集約した場合の中給２から見た構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態である階層型需給制御装置６を備える電力系統制御システム１０１の構成を示す図である。 図３に示す蓄電池５を充電効率に基づいて集約した場合の中給２から見た構成を示す図である。 図３に示す蓄電池５を残容量に基づいて集約した場合の中給２から見た構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態である階層型需給制御装置８を備える電力系統制御システム１０２の構成を示す図である。 図６に示す蓄電池５を充電効率に基づいて集約し、ＰＶ装置３を定格出力に基づいて集約した場合の中給２から見た構成を示す図である。

＜第１の実施の形態＞
電力系統の運用においては、その電圧および周波数などを安定した状態に保たなければならない。電圧および周波数などを安定した状態に保つための基本条件として、工場および一般家庭などの需要と、発電装置（以下「発電機」という場合がある）などからの供給力とを一致させる必要がある。この基本条件を、以下の説明では「需給バランス」という場合がある。需給バランスを満足できない状態が発生すると、電圧および周波数が変動し、電力の安定供給に影響を及ぼすおそれがある。日本の場合、各電力会社が、各種機器を設置することによって、電力系統を安定化させるための対策をとっている。

電力会社は、中央給電指令所に設置される中央給電指令装置（以下「中給」という場合がある）によって、火力発電所および水力発電所などの制御を行い、電力系統の安定性を維持するようにしている。しかし、電力系統に接続される発電装置が増加した場合には、電力系統の安定性を維持することができなくなるおそれがあるという問題がある。

たとえば、電力系統に接続される太陽光発電（Photovoltaic power generation；略称：ＰＶ）装置が増加した場合、日射の影響によって供給力が変動する。ＰＶ装置は、太陽がＰＶ装置を照らしている時間に発電し、照らさない時間は発電しない。ＰＶ装置の多い地域において、太陽が急にＰＶ装置を照らしたり、需要が小さくなったりした場合には、供給力が過剰となり、電力系統の安定性が崩れるおそれがある。

このように、電力系統に接続されるＰＶ装置などの発電装置が増加した場合には、電力系統の安定性を維持することができなくなるおそれがあるという問題がある。そこで、本実施の形態では、以下に示す構成を採用している。

図１は、本発明の第１の実施の形態である階層型需給制御装置１を備える電力系統制御システム１００の構成を示す図である。電力系統制御システム１００は、階層型需給制御装置１、中央給電指令装置（中給）２、太陽光発電（ＰＶ）装置３および発電機４を備えて構成される。発電機４は、ＰＶ装置３以外の発電手段を意味し、たとえば風力発電機、火力発電機、水力発電機などである。ＰＶ装置３は、分散型電源に相当する。階層型需給制御装置１は、電力系統に接続される複数の分散型電源、本実施の形態ではＰＶ装置３を階層的に集約して制御する。

分散型電源とは、需要地近傍に分散して配置される電源をいう。分散型電源は、電力会社によって設置される火力発電機などの電源と比較して、比較的小規模な電源である。分散型電源の具体例としては、太陽光発電（ＰＶ）装置、風力発電装置などの自然エネルギーを利用した発電装置、燃料電池、マイクロガスタービンなどのコージェネレーション（熱電併給）システム、蓄電池が挙げられる。

階層型需給制御装置１は、複数、具体的には３つが備えられる。３つの階層型需給制御装置１を区別して示す場合には、参照符「１Ａ」〜「１Ｃ」を用いて、第１階層型需給制御装置１Ａ、第２階層型需給制御装置１Ｂおよび第３階層型需給制御装置１Ｃとして示す。ＰＶ装置３は、複数、具体的には６つが備えられる。６つのＰＶ装置３を区別して示す場合には、参照符「３Ａ」〜「３Ｆ」を用いて、第１ＰＶ装置３Ａ、第２ＰＶ装置３Ｂ、第３ＰＶ装置３Ｃ、第４ＰＶ装置３Ｄ、第５ＰＶ装置３Ｅおよび第６ＰＶ装置３Ｆとして示す。発電機４は、複数、具体的には２つが備えられる。２つの発電機４を区別して示す場合には、参照符「４Ａ」，「４Ｂ」を用いて、第１発電機４Ａおよび第２発電機４Ｂとして示す。

電力系統制御システム１００では、中給２の下位層に、第１階層型需給制御装置１Ａと、第１および第２発電機４Ａ，４Ｂとが接続されている。また、第１階層型需給制御装置１Ａの下位層に、第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃが接続されている。また、第２階層型需給制御装置１Ｂの下位層に、第１〜第３ＰＶ装置３Ａ〜３Ｃが接続されている。また、第３階層型需給制御装置１Ｃの下位層に、第４〜第６ＰＶ装置３Ｄ〜３Ｆが接続されている。

第１階層型需給制御装置１Ａは、ＰＶ集約処理部１１、ＰＶ制御処理部１２、上位層インタフェース１３および下位層インタフェース１４を備えて構成される。第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃは、第１階層型需給制御装置１Ａと同様の構成であり、図１では図示を省略しているが、ＰＶ集約処理部１１、ＰＶ制御処理部１２、上位層インタフェース１３および下位層インタフェース１４を備えて構成される。

ＰＶ集約処理部１１は、予め定められる１つまたは複数の指標に基づいて、下位層のＰＶ装置３を集約する。ＰＶ制御処理部１２は、管理下にあるＰＶ装置３を制御するために、上位層から送信される制御情報に基づいて、ＰＶ装置３の出力抑制量を計算する。「出力抑制量」とは、ＰＶ装置３から電力系統に出力する電力を、どの程度抑制するかを示す量である。

上位層インタフェース１３は、上位層との間で、情報を送受信する。本実施の形態では、上位層インタフェース１３は、ＰＶ集約処理部１１で集約された各ＰＶ装置３の情報（以下「ＰＶ情報」という場合がある）を、上位層へ送信する。第１階層型需給制御装置１Ａの場合、直接接続された上位層は中給２であるので、上位層インタフェース１３は、ＰＶ情報を中給２へ送信する。第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃの場合、直接接続された上位層は第１階層型需給制御装置１Ａであるので、上位層インタフェース１３は、ＰＶ情報を第１階層型需給制御装置１Ａへ送信する。ＰＶ情報は、たとえば定格出力などである。以下の説明では、集約されたＰＶ装置３の集合を「集約ＰＶ装置」という場合がある。

また上位層インタフェース１３は、上位層から送信される制御情報を受信する。第１階層型需給制御装置１Ａの場合、上位層インタフェース１３は、上位層である中給２から送信される制御情報を受信する。第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃの場合、上位層インタフェース１３は、上位層である第１階層型需給制御装置１Ａから送信される制御情報を受信する。上位層から送信される制御情報は、ＰＶ集約処理部１１におけるＰＶ装置３の集約に使用する指標を含む。

下位層インタフェース１４は、下位層との間で、情報を送受信する。具体的には、下位層インタフェース１４は、下位層へ制御情報を送信する。第１階層型需給制御装置１Ａの場合、直接接続された下位層は第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃであるので、下位層インタフェース１４は、第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃへ制御情報を送信する。第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃの場合、直接接続された下位層はＰＶ装置３であるので、下位層インタフェース１４は、ＰＶ装置３へ制御情報を送信する。

また下位層インタフェース１４は、下位層から送信される定格出力などのＰＶ情報を受信する。第１階層型需給制御装置１Ａの場合、下位層インタフェース１４は、下位層である第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃから送信されるＰＶ情報を受信する。第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃの場合、下位層インタフェース１４は、下位層であるＰＶ装置３から送信されるＰＶ情報を受信する。

中給２は、中給通信インタフェース２１および中給制御処理部２２を備えて構成される。中給通信インタフェース２１は、下位層から送信される下位層の情報を受信する。具体的には、中給通信インタフェース２１は、第１階層型需給制御装置１Ａから送信される集約ＰＶ装置の情報（以下「集約ＰＶ情報」という場合がある）を受信するとともに、発電機４から送信される発電機４の情報（以下「発電機情報」という場合がある）を受信する。中給通信インタフェース２１は、受信した下位層の情報、具体的には集約ＰＶ情報および発電機情報を中給制御処理部２２に与える。また中給通信インタフェース２１は、後述する中給制御処理部２２で用いられる指標と設定値とを含む制御情報を、下位層、具体的には第１階層型需給制御装置１Ａ、ならびに第１および第２発電機４Ａ，４Ｂへ送信する。

中給制御処理部２２は、中給通信インタフェース２１から与えられた集約ＰＶ情報および発電機情報などの下位層の情報と、運用者が選択する指標とに基づいて、電力系統を制御するための演算を行う。

前述のように、階層型需給制御装置１のＰＶ集約処理部１１では、予め定められる１つまたは複数の指標に基づいて、下位層のＰＶ装置３を集約する。集約方法は、指標によって変化する。指標が複数ある場合、ＰＶ集約処理部１１は、それぞれの指標に基づいてＰＶ装置３を集約する。指標は、たとえばＰＶ装置３の定格出力である。指標がＰＶ装置３の定格出力である場合、ＰＶ集約処理部１１は、たとえば以下の式（１）に示すように、予め定められるＰＶ集約閾値と比較して、その大小関係によってＰＶ装置３を分類して集約する。ＰＶ集約閾値は、ＰＶ装置３を集約するときの閾値として、運用者が与える設定値である。

具体的には、ＰＶ集約処理部１１は、式（１）に示すように、ＰＶｉの定格出力がＰＶ集約閾値よりも大きいときには、ＰＶｉを高出力グループに集約し、ＰＶｉの定格出力がＰＶ集約閾値以下であるときには、ＰＶｉを低出力グループに集約する。式（１）において、ＰＶｉは、複数のＰＶ装置３のうちの第ｉＰＶ装置を示す。たとえば、ＰＶ１は、第１ＰＶ装置３Ａを示す。また、変数ｉは１〜ｍの整数を示し、変数ｍはＰＶ装置３の個数を示す。本実施の形態では、変数ｍは６であるので、変数ｉは１〜６の整数を示す。

ＰＶ装置３の集約に用いられる指標は、ＰＶ装置３の定格出力に限定されるものではなく、たとえばＰＶ装置３の発電効率でもよい。複数の指標が定められている場合は、ＰＶ集約処理部１１は、それぞれの指標に基づいてグループを作成するので、複数のグループ（以下「集約グループ」という場合がある）ができる。また、ＰＶ集約閾値を変更することによって、階層型需給制御装置１毎のＰＶ装置３のばらつきも分かる。実際の運用では、たとえば、ＰＶ集約閾値を５００ｋＷと設定し、定格出力が５００ｋＷよりも大きいＰＶ装置３を中給２の制御対象とし、定格出力が５００ｋＷ以下のＰＶ装置３を中給２の制御対象外とすることもできる。

表１に、図１に示す第１〜第６ＰＶ装置３Ａ〜３ＦのＰＶ情報を示す。表１では、ＰＶ情報として、ＰＶ装置３の定格出力を示す。また表１では、ＰＶ装置３が設置される地域（以下「設置地域」という場合がある）を併せて示す。ここでは、第１〜第３ＰＶ装置３Ａ〜３Ｃの設置地域を「Ａ地域」として示し、第４〜第６ＰＶ装置３Ｄ〜３Ｆの設置地域を「Ｂ地域」として示し、Ａ地域とＢ地域とは異なるものとする。

表１に示すように、定格出力は、第１ＰＶ装置３Ａが、他のＰＶ装置である第２〜第６ＰＶ装置３Ｂ〜３Ｆよりも大きくなっている。また第１〜第３ＰＶ装置３Ａ〜３Ｃは、Ａ地域に設置され、第４〜第６ＰＶ装置３Ｄ〜３Ｆは、Ａ地域とは異なるＢ地域に設置されている。

表２に、第１〜第６ＰＶ装置３Ａ〜３Ｆに対して、第１階層型需給制御装置１ＡのＰＶ集約処理部１１によって、定格出力を指標として集約処理を行った結果を示す。表２は、定格出力を指標としてＰＶ装置３を集約した場合の集約ＰＶ情報であるＰＶ定格出力集約情報を示している。表２に示す集約ＰＶ情報は、前述の式（１）に従って集約処理した場合の集約ＰＶ情報である。

表２に示すように、第１ＰＶ装置３Ａは、高出力グループに集約され、第２〜第６ＰＶ装置３Ｂ〜３Ｆは、低出力グループに集約される。これによって、たとえば、高出力グループに集約された集約ＰＶ装置（以下「高出力集約ＰＶ装置」という場合がある）を中給２による制御対象とし、低出力グループに集約された集約ＰＶ装置（以下「低出力集約ＰＶ装置」という場合がある）を制御対象外とするなどの制御を行うことができる。

表３に、設置地域を指標としてＰＶ装置３を集約した場合の集約ＰＶ情報であるＰＶ地域集約情報を示す。

従来の技術では、表３に示すように、設置地域を指標とした集約が行われる。この場合、第１〜第３ＰＶ装置３Ａ〜３Ｃは、Ａ地域のグループに集約され、第４〜第６ＰＶ装置３Ｄ〜３Ｆは、Ｂ地域のグループに集約される。第１ＰＶ装置３Ａと、第２および第３ＰＶ装置３Ｂ，３Ｃとは、同じＡ地域のグループに集約されるが、前述の表１に示すように、定格出力は異なっている。このように従来の技術では、異なる定格出力のＰＶ装置３が１つのグループに集約されてしまい、表２に示すような、運用者の目的に沿った集約を行うことができない。

これに対し、本実施の形態では、定格出力などのＰＶ装置３の性能を示す指標に基づいてＰＶ装置３を集約するので、表２に示すような、運用者の目的に沿った集約を行うことが可能である。

ＰＶ集約処理部１１で集約したＰＶ装置３の情報である集約ＰＶ情報は、上位層インタフェース１３によって、上位層の中給２または階層型需給制御装置１へ送信される。第１階層型需給制御装置１Ａの場合は、直接接続される下位層として第２および第３階層型需給制御装置１Ｂ，１Ｃが接続され、その下の下位層としてＰＶ装置３が接続されるので、ＰＶ集約処理部１１は、ＰＶ装置３と受信した集約ＰＶ情報とを合わせて集約する。

各階層型需給制御装置１は、上位層への通信を繰り返し、集約処理を行う。最終的には中給２へと全てのＰＶ装置３の情報が集約される。このとき、中給２は、各ＰＶ装置３が、どの階層型需給制御装置１に接続されているのかを個別に把握する必要はない。中給２は、中給２に直接接続されているＰＶ装置３のＰＶ情報、および中給２に直接接続されている階層型需給制御装置１が集約した集約ＰＶ情報のみを把握すればよい。中給２は、運用者が選択する指標に基づいて、集約ＰＶ情報を利用する。

図２は、図１のＰＶ装置３を定格出力に基づいて集約した場合の中給２から見た構成を示す図である。図２は、図１に示す電力系統制御システム１において、集約処理に用いる指標として定格出力が選択された場合に中給２が把握する情報を表したものである。中給２は、第１および第２発電機４Ａ，４Ｂと、高出力集約ＰＶ装置３１と、低出力集約ＰＶ装置３２とが接続しているように扱うことができる。

中給２は、発電機４または階層型需給制御装置１から送信される情報を、中給通信インタフェース２１によって受信する。中給制御処理部２２は、中給通信インタフェース２１によって受信した情報に基づいて、以下の式（２）および式（３）を用いて運用上の制約条件と評価式とを考慮して、たとえば二次計画法を用いて電力系統全体の制御のための演算を行う。

式（２）は、需給バランスの制約条件を表しており、各時刻の需要に対して発電機４の発電電力とＰＶ装置３の発電電力とが一致することを示す。式（２）において、「Ｄｅｍａｎｄ」は需要を表し、「Ｐ」は発電機４による発電電力を表し、「ＰＰ」はＰＶ装置３による発電電力を表し、「ＧＥＮ」は発電機４の集合を表し、「ＰＶ」はＰＶ装置３の集合を表し、「ｔ」は時刻を表す。

式（３）は、中給２で制御を行う場合の評価式の一例を表している。式（３）によって、発電機４に対する評価値、たとえば燃料コストの合計と、ＰＶ装置３に対する評価値の合計とを求める。ＰＶ装置３は、燃料を消費しないので、ＰＶ装置３に対する評価値は、たとえば０である。式（３）において、「Ｖ」は全体評価値を表し、「Ｃｏｓｔ」は発電機４に対する評価値、具体的には発電機４による発電電力の評価値を表し、「ＥＶＡＰ」はＰＶ装置３に対する評価値を表し、「ＴＩＭＥ」は制御の期間を表す。式（３）において、「Ｐ」、「ＰＰ」、「ＧＥＮ」、「ＰＶ」および「ｔ」は、式（２）と同様である。

中給２のＰＶ装置３に対する制御内容として、出力抑制が挙げられる。これは、供給力が過剰となる時刻に、ＰＶ装置３の出力を抑制させることによって、需給バランスを満足させる方法である。中給２は、出力抑制を実施するために、ＰＶ装置３に対して、制御情報として、前述の出力抑制量を送信する。

中給２は、中給通信インタフェース２１から、直接接続する発電機４またはＰＶ装置３に対して、それぞれの制御情報を送信する。また中給２は、階層型需給制御装置１に対して、選択した指標の情報と、各装置以下に接続する発電機４、高出力集約ＰＶ装置３１および低出力集約ＰＶ装置３２のそれぞれに対する制御情報とを送信する。

上位層インタフェース１３によって制御情報を受信した階層型需給制御装置１は、中給２と同様に、自装置の下位層の発電機４、高出力集約ＰＶ装置および低出力集約ＰＶ装置に対して、ＰＶ制御処理部１１で制御するための演算を行う。ＰＶ制御処理部１１によって演算された制御情報は、下位層インタフェース１４によって、下位層へと送信される。

ＰＶ装置３が下位層に直接接続されている階層型需給制御装置１の場合、発電機４、高出力集約ＰＶ装置および低出力集約ＰＶ装置に加えて、それらに直接接続されるＰＶ装置も含めて制御を行う。

以上のように本実施の形態によれば、階層型需給制御装置１は、ＰＶ装置３の定格出力のような性能を示す指標に基づいてＰＶ装置３を集約する。これによって、ＰＶ装置３の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、ＰＶ装置３を制御することができる。またＰＶ装置３は、集約ＰＶ装置毎に、すなわち集約されたＰＶ装置３の集合毎に制御されるので、ＰＶ装置３の個数が増加して、多数のＰＶ装置３が設置された場合でも、容易に制御することができる。

したがって、中給２および階層型需給制御装置１は、ＰＶ装置３の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、多数のＰＶ装置３を含めた電力系統全体の制御を容易に行うことができる。また、このような階層型需給制御装置１を中給２とともに備えることによって、ＰＶ装置３の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、多数のＰＶ装置３を含めた電力系統全体の制御を容易に行うことができる電力系統制御システム１００を実現することができる。

＜第２の実施の形態＞
電力系統に接続されるＰＶ装置が増加した場合の対策として、電力系統に蓄電池を設置する方法がある。本実施の形態では、蓄電池が設置された電力系統において、中給から電力系統全体を制御する構成について説明する。

図３は、本発明の第２の実施の形態である階層型需給制御装置６を備える電力系統制御システム１０１の構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態の電力系統制御システム１０１は、前述の図１に示す第１の実施の形態の電力系統制御システム１００と構成が類似しているので、同一の構成については同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。

本実施の形態の電力系統制御システム１０１は、中給２、発電機４、蓄電池５および階層型需給制御装置６を備えて構成される。電力系統制御システム１０１は、第１の実施の形態の電力系統制御システム１００において、ＰＶ装置３に代えて、蓄電池５を設けた構成に相当する。蓄電池５は、分散型電源に相当する。本実施の形態では、階層型需給制御装置６は、電力系統に接続される複数の分散型電源である蓄電池５を階層的に集約して制御する。

発電機４は、複数、具体的には２つが備えられる。２つの発電機４を区別して示す場合には、参照符「４Ａ」，「４Ｂ」を用いて、第１発電機４Ａおよび第２発電機４Ｂとして示す。階層型需給制御装置６は、複数、具体的には３つが備えられる。３つの階層型需給制御装置６を区別して示す場合には、参照符「６Ａ」〜「６Ｃ」を用いて、第１階層型需給制御装置６Ａ、第２階層型需給制御装置６Ｂおよび第３階層型需給制御装置６Ｃとして示す。蓄電池５は、複数、具体的には６つが備えられる。６つの蓄電池５を区別して示す場合には、参照符「５Ａ」〜「５Ｆ」を用いて、第１蓄電池５Ａ、第２蓄電池５Ｂ、第３蓄電池５Ｃ、第４蓄電池５Ｄ、第５蓄電池５Ｅおよび第６蓄電池５Ｆとして示す。

電力系統制御システム１０１では、第１の実施の形態の電力系統制御システム１００と同様に、中給２の下位層に、第１および第２発電機４Ａ，４Ｂと、第１階層型需給制御装置６Ａとが接続されている。また、第１階層型需給制御装置６Ａの下位層に、第２および第３階層型需給制御装置６Ｂ，６Ｃが接続されている。本実施の形態では、第２階層型需給制御装置６Ｂの下位層に、第１〜第３蓄電池５Ａ〜５Ｃが接続されている。また、第３階層型需給制御装置６Ｃの下位層に、第４〜第６蓄電池５Ｄ〜５Ｆが接続されている。

第１階層型需給制御装置６Ａは、上位層インタフェース１３、下位層インタフェース１４、蓄電池集約処理部６１および蓄電池制御処理部６２を備えて構成される。第２および第３階層型需給制御装置６Ｂ，６Ｃは、第１階層型需給制御装置６Ａと同様の構成であり、図３では図示を省略しているが、上位層インタフェース１３、下位層インタフェース１４、蓄電池集約処理部６１および蓄電池制御処理部６２を備えて構成される。

蓄電池集約処理部６１は、予め定められる１つまたは複数の指標に基づいて、下位層の蓄電池５を集約する。蓄電池制御処理部６２は、管理下にある蓄電池５を制御するために、上位層から送信される制御情報に基づいて、蓄電池５の充放電電力を計算する。

上位層インタフェース１３は、本実施の形態では、蓄電池集約処理部６１で集約された各蓄電池５の情報（以下「蓄電池情報」という場合がある）を、上位層へ送信する。また上位層インタフェース１３は、上位層から送信される制御情報を受信する。上位層インタフェース１３が蓄電池情報および制御情報を送受信する上位層は、第１階層型需給制御装置６Ａの場合は中給２であり、第２および第３階層型需給制御装置６Ｂ，６Ｃの場合は第１階層型需給制御装置６Ａである。蓄電池情報は、たとえば充電効率などである。以下の説明では、集約された蓄電池５の集合を「集約蓄電池」という場合がある。

下位層インタフェース１４は、下位層へ制御情報を送信する。また下位層インタフェース１４は、本実施の形態では、下位層から送信される充電効率などの蓄電池情報を受信する。下位層インタフェース１４が制御情報および蓄電池情報を送受信する下位層は、第１階層型需給制御装置６Ａの場合は第２および第３階層型需給制御装置６Ｂ，６Ｃであり、第２および第３階層型需給制御装置６Ｂ，６Ｃの場合は蓄電池５である。

中給２は、第１の実施の形態と同様に、中給通信インタフェース２１および中給制御処理部２２を備えて構成される。本実施の形態では、中給通信インタフェース２１は、階層型需給制御装置６から送信される集約蓄電池の情報（以下「集約蓄電池情報」という場合がある）を受信するとともに、発電機４から送信される発電機情報を受信する。中給通信インタフェース２１は、受信した集約蓄電池情報および発電機情報を中給制御処理部２２に与える。また中給通信インタフェース２１は、後述する中給制御処理部２２で用いられる指標と設定値とを含む制御情報を、下位層の第１階層型需給制御装置６Ａ、ならびに第１および第２発電機４Ａ，４Ｂへ送信する。

中給制御処理部２２は、中給通信インタフェース２１から与えられた集約蓄電池情報および発電機情報などの下位層の情報と、運用者が選択する指標とに基づいて、電力系統を制御するための演算を行う。

前述のように、階層型需給制御装置６の蓄電池集約処理部６１では、予め定められる１つまたは複数の指標に基づいて、下位層の蓄電池５を集約する。集約方法は、指標によって変化する。指標が複数ある場合、蓄電池集約処理部６１は、それぞれの指標に基づいて蓄電池５を集約する。指標は、たとえば蓄電池５の充電効率である。指標が蓄電池５の充電効率である場合、蓄電池集約処理部６１は、たとえば以下の式（４）に示すように、予め定められる蓄電池集約閾値と比較して、その大小関係によって蓄電池５を分類して集約する。蓄電池集約閾値は、蓄電池５を集約するときの閾値として、運用者が与える設定値である。

具体的には、蓄電池集約処理部６１は、式（４）に示すように、蓄電池ｉの充電効率が蓄電池集約閾値よりも大きいときには、蓄電池ｉを高効率グループに集約し、蓄電池ｉの充電効率が蓄電池集約閾値以下であるときには、蓄電池ｉを低効率グループに集約する。式（４）において、蓄電池ｉは、複数の蓄電池５のうちの第ｉ蓄電池を示す。たとえば、蓄電池１は、第１蓄電池５Ａを示す。また、変数ｉは１〜ｋの整数を示し、変数ｋは蓄電池５の個数を示す。本実施の形態では、変数ｋは６であるので、変数ｉは１〜６の整数を示す。

式（４）における充電効率に対する蓄電池集約閾値を、たとえば７５％とした場合、充電効率が８０％の蓄電池５は高効率グループに集約され、充電効率が７０％の蓄電池５は低効率グループに集約される。

蓄電池５の集約に用いられる指標は、蓄電池５の充電効率に限定されるものではなく、他のものでもよく、たとえば蓄電池５の残容量または最大発電電力でもよい。複数の指標が定められている場合は、蓄電池集約処理部６１は、それぞれの指標に基づいてグループを作成するので、複数の集約グループができる。また、蓄電池集約閾値を変更することによって、階層型需給制御装置６毎の蓄電池５のばらつきも分かる。

蓄電池集約処理部６１による集約処理によって作成される集約グループは、２つに限らず、以下の式（５）に示すように３つ以上でもよい。式（５）に従う場合、蓄電池集約処理部６１は、蓄電池ｉの残容量が第１閾値よりも大きいときには、蓄電池ｉを残容量大グループに集約し、蓄電池ｉの残容量が第１閾値以下であり、かつ第２閾値よりも大きいときには、蓄電池ｉを残容量中グループに集約し、蓄電池ｉの残容量が第２閾値以下であるときには、蓄電池ｉを残容量小グループに集約する。式（５）において、変数ｉは、式（４）と同様である。また第１閾値は第２閾値よりも大きい（第１閾値＞第２閾値）とする。

式（５）では、蓄電池５の残容量に対する前述の蓄電池集約閾値として、２つの閾値、すなわち第１閾値および第２閾値を設定している。残容量に対する蓄電池集約閾値の例としては、第１閾値が９０％、第２閾値が１０％などとなる。

表４に、図３に示す第１〜第６蓄電池５Ａ〜５Ｆの蓄電池情報を示す。表４では、蓄電池情報として、蓄電池５の充電効率および残容量を示す。また表４では、蓄電池５の設置地域を併せて示す。表４では、第１〜第３蓄電池５Ａ〜５Ｃの設置地域を「Ａ地域」として示し、第４〜第６蓄電池５Ｄ〜５Ｆの設置地域を「Ｂ地域」として示し、Ａ地域とＢ地域とは異なるものとする。

表４に示すように、充電効率は、第３蓄電池５Ｃおよび第６蓄電池５Ｆが最も大きく、残容量は、第１蓄電池５Ａが最も大きくなっている。また第１〜第３蓄電池５Ａ〜５Ｃは、Ａ地域に設置され、第４〜第６蓄電池５Ｄ〜５Ｆは、Ａ地域とは異なるＢ地域に設置されている。

表５および表６に、第１〜第６蓄電池５Ａ〜５Ｆに対して、第１階層型需給制御装置６Ａの蓄電池集約処理部６１によって集約処理を行った結果を示す。表５は、前述の式（４）に従って、充電効率を指標として蓄電池５を集約した場合の集約蓄電池情報である蓄電池充電効率集約情報を示している。表６は、前述の式（５）に従って、残容量を指標として蓄電池５を集約した場合の集約蓄電池情報である蓄電池残容量集約情報を示している。

表５に示すように、式（４）に従って、充電効率を指標として蓄電池５を集約した場合、高効率の第３および第６蓄電池５Ｃ，５Ｆを集約した蓄電池（以下「高効率集約蓄電池」という場合がある）のグループと、低効率の第１，第２，第４，第５蓄電池５Ａ，５Ｂ，５Ｄ，５Ｅを集約した蓄電池（以下「低効率集約蓄電池」という場合がある）のグループとに分かれる。

また表６に示すように、式（５）に従って、残容量を指標として蓄電池５を集約した場合、残容量大の第１蓄電池５Ａを集約した蓄電池（以下「残容量大集約蓄電池」という場合がある）のグループと、残容量中の第２〜第４蓄電池５Ｂ〜５Ｄを集約した蓄電池（以下「残容量中集約蓄電池」という場合がある）のグループと、残容量小の第５および第６蓄電池５Ｅ，５Ｆを集約した蓄電池（以下「残容量小集約蓄電池」という場合がある）のグループとに分かれる。

表７に、設置地域を指標として蓄電池５を集約した場合の集約蓄電池情報である蓄電池地域集約情報を示す。

従来の技術では、表７に示すように設置地域を指標とした集約が行われる。この場合、第１〜第３蓄電池５Ａ〜５Ｃは、Ａ地域のグループに集約され、第４〜第６蓄電池５Ｄ〜５Ｆは、Ｂ地域のグループに集約される。

第１〜第３蓄電池５Ａ〜５Ｃは、同じＡ地域のグループに集約されるが、前述の表４に示すように、充電効率または残容量が異なっている。同様に、第４〜第６蓄電池５Ｄ〜５Ｆは、同じＢ地域のグループに集約されるが、前述の表４に示すように、充電効率または残容量が異なっている。

このように従来の技術では、充電効率または残容量が異なる蓄電池５が１つのグループに集約されてしまい、表５または表６に示すような、運用者の目的に沿った集約を行うことができない。

これに対し、本実施の形態では、充電効率または残容量などの蓄電池５の性能を示す指標に基づいて蓄電池５を集約するので、表５または表６に示すような、運用者の目的に沿った集約を行うことが可能である。

蓄電池集約処理部６１で集約した蓄電池５の情報である集約蓄電池情報は、上位層インタフェース１３によって、上位層の中給２または階層型需給制御装置６へ送信される。第１階層型需給制御装置６Ａの場合は、直接接続される下位層に第２および第３階層型需給制御装置６Ｂ，６Ｃが接続され、その下の下位層として蓄電池５が接続されるので、蓄電池集約処理部６１は、蓄電池５と受信した集約蓄電池情報とを合わせて集約する。

各階層型需給制御装置６は、上位層への通信を繰り返し、集約処理を行う。最終的には、中給２へと全ての蓄電池５の情報が集約されて通信される。このとき、中給２は、各蓄電池５がどの階層型需給制御装置６に接続されているのかを個別に区別する必要はない。中給２は、中給２に直接接続されている蓄電池５の蓄電池情報、および中給２に直接接続されている階層型需給制御装置６が集約した集約蓄電池情報のみを把握すればよい。中給２は、運用者が選択する指標に基づいて、集約蓄電池情報を利用する。

図４は、図３に示す蓄電池５を充電効率に基づいて集約した場合の中給２から見た構成を示す図である。図４は、図３に示す電力系統制御システム１０１において、集約処理に用いる指標として充電効率が選択された場合に中給２が把握する情報を表したものである。中給２は、第１および第２発電機４Ａ，４Ｂと、高効率集約蓄電池５１と、低効率集約蓄電池５２とが接続しているように扱うことができる。

図５は、図３に示す蓄電池５を残容量に基づいて集約した場合の中給２から見た構成を示す図である。表６に示すように、残容量を指標として選択してもよい。図５は、残容量を指標として選択した場合に中給２が把握する情報を表したものである。中給２は、第１および第２発電機４Ａ，４Ｂと、残容量大集約蓄電池５３と、残容量中集約蓄電池５４と、残容量小集約蓄電池５５とが接続しているように扱うことができる。

中給２は、発電機４または階層型需給制御装置６から送信される情報を、中給通信インタフェース２１によって受信する。中給制御処理部２２は、中給通信インタフェース２１によって受信した情報に基づいて、以下の式（６）〜式（９）を用いて運用上の制約条件と評価式とを考慮して、たとえば二次計画法を用いて電力系統全体の制御のための演算を行う。

式（６）は、需給バランスの制約条件を表しており、各時刻の需要に対して発電機４の発電電力と蓄電池５の充放電電力とが一致することを示す。式（６）において、「Ｄ」は蓄電池５による放電電力を表し、「Ｃ」は蓄電池５による充電電力を表し、「ＢＴ」は蓄電池５の集合を表す。式（６）において、「Ｄｅｍａｎｄ」、「Ｐ」、「ＧＥＮ」および「ｔ」は、式（２）と同様である。

式（７）は、蓄電池５の残容量の時系列による変化を表し、前時間の残容量から単位時間分の放電電力を減少させ、単位時間分の充電電力に充電効率を乗じたものを増加させる。式（７）において、「Ｓ」は残容量を表し、「Ｒ」は充電効率を表す。式（７）において、「ｔ」は式（２）と同様であり、「Ｄ」および「Ｃ」は式（６）と同様である。

式（８）は、蓄電池５の残容量の上下限制約（以下「残容量制約」という場合がある）を表す。式（８）において、「Ｓｍｉｎ」は最小容量を表し、「Ｓｍａｘ」は最大容量を表す。式（８）において、「ｔ」は式（２）と同様であり、「Ｓ」は式（７）と同様である。

式（９）は、中給２で制御を行う場合の評価式の例を表している。式（９）によって、発電機４に対する評価値の合計と、蓄電池５に対する評価値、たとえば残容量から求める価値の合計とを求める。式（９）において、「ＥＶＡＢ」は蓄電池５に対する評価値を表す。式（９）において、「Ｐ」、「ＧＥＮ」および「ｔ」は式（２）と同様であり、「Ｖ」、「Ｃｏｓｔ」および「ＴＩＭＥ」は式（３）と同様であり、「Ｄ」、「Ｃ」および「ＢＴ」は式（６）と同様であり、「Ｓ」は式（７）と同様である。

蓄電池５を充電効率で集約した場合、集約蓄電池では、残容量は、たとえば容量比に応じた平均値とする。満充電および空の状態の蓄電池５がない場合は、残容量制約に影響を受けないので、集約蓄電池は、前述の充電効率による集約によって制御可能である。他方、満充電または空の蓄電池５がある場合は、残容量制約に影響を受けるので、充放電できない蓄電池５が含まれる。このような場合は、残容量を指標として集約することによって、満充電および空の蓄電池５を優先的に使用したり、それ以外の蓄電池５で充放電したりすることができる。これによって、適切な制御が可能となる。

中給２は、中給通信インタフェース２１から直接接続する発電機４および蓄電池５に対して、それぞれの制御情報を送信する。また中給２は、階層型需給制御装置６に対して、選択した指標の情報と、各装置の下位層に接続される発電機４、高効率集約蓄電池５１および低効率集約蓄電池５２のそれぞれに対する制御情報とを送信する。

上位層インタフェース１３によって制御情報を受信した階層型需給制御装置６は、中給２と同様に、自装置の下位層の発電機４、高効率集約蓄電池５１および低効率集約蓄電池５２に対して蓄電池制御処理部６２で制御を行うための演算を行う。蓄電池制御処理部６２によって演算された制御情報は、下位層インタフェース１４によって、下位層へと送信される。このとき、下位層の蓄電池５に満充電の蓄電池または空の蓄電池がある場合は、蓄電池制御処理部６２で集約方法を変更し、残容量を指標として集約した集約蓄電池に対する制御のための演算を行ってもよい。

蓄電池５が下位層に直接接続されている階層型需給制御装置６の場合、発電機４、高効率集約蓄電池５１および低効率集約蓄電池５２に加えて、それらに直接接続される蓄電池５も含めて制御を行う。

以上のように本実施の形態によれば、階層型需給制御装置６は、蓄電池５の充電効率または残容量のような性能を示す指標に基づいて蓄電池５を集約する。これによって、蓄電池５の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、蓄電池５を制御することができる。また蓄電池５は、集約蓄電池毎に、すなわち集約された蓄電池５の集合毎に制御されるので、蓄電池５の個数が増加して、多数の蓄電池５が設置された場合でも、容易に制御することができる。

したがって、中給２および階層型需給制御装置６は、蓄電池５の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、多数の蓄電池５を含めた電力系統全体の制御を容易に行うことができる。また、このような階層型需給制御装置６を中給２とともに備えることによって、蓄電池５の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、多数の蓄電池５を含めた電力系統全体の制御を容易に行うことができる電力系統制御システム１０１を実現することができる。

＜第３の実施の形態＞
前述の第１および第２の実施の形態で示した階層型需給制御装置１，６は、蓄電池５およびＰＶ装置３のいずれかを集約対象としているが、階層型需給制御装置は、蓄電池５とＰＶ装置３とを同時に集約対象とすることもできる。たとえば、階層型需給制御装置は、電力系統に蓄電池５とＰＶ装置３とが接続している場合に、蓄電池５およびＰＶ装置３をそれぞれ集約して制御する階層型需給制御装置であってもよい。本実施の形態では、蓄電池５とＰＶ装置３とを同時に集約対象とする階層型需給制御装置として、蓄電池５およびＰＶ装置３をそれぞれ集約して制御する階層型需給制御装置について説明する。

図６は、本発明の第３の実施の形態である階層型需給制御装置８を備える電力系統制御システム１０２の構成を示す図である。本発明の第３の実施の形態の電力系統制御システム１０２は、前述の図１に示す第１の実施の形態の電力系統制御システム１００および図３に示す第２の実施の形態の電力系統制御システム１０１と構成が類似しているので、同一の構成については同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。

本実施の形態の電力系統制御システム１０２は、中給２、ＰＶ装置３、発電機４、蓄電池５および階層型需給制御装置８を備えて構成される。本実施の形態では、階層型需給制御装置８は、電力系統に接続される複数の分散型電源である蓄電池５およびＰＶ装置３をそれぞれ階層的に集約して制御する。

ＰＶ装置３は、複数、具体的には４つが備えられる。発電機４は、複数、具体的には２つが備えられる。２つの発電機４を区別して示す場合には、参照符「４Ａ」，「４Ｂ」を用いて、第１発電機４Ａおよび第２発電機４Ｂとして示す。蓄電池５は、複数、具体的には５つが備えられる。階層型需給制御装置８は、複数、具体的には３つが備えられる。３つの階層型需給制御装置８を区別して示す場合には、参照符「８Ａ」〜「８Ｃ」を用いて、第１階層型需給制御装置８Ａ、第２階層型需給制御装置８Ｂおよび第３階層型需給制御装置８Ｃとして示す。

電力系統制御システム１０２では、第１および第２の実施の形態の電力系統制御システム１００，１０１と同様に、中給２の下位層に、第１および第２発電機４Ａ，４Ｂと、第１階層型需給制御装置８Ａとが接続されている。本実施の形態では、第１階層型需給制御装置８Ａの下位層に、第２および第３階層型需給制御装置８Ｂ，８Ｃと、２つのＰＶ装置３とが接続されている。また、第２階層型需給制御装置８Ｂの下位層に、３つの蓄電池５が接続されている。また、第３階層型需給制御装置８Ｃの下位層に、２つの蓄電池５と、２つのＰＶ装置３とが接続されている。

第１階層型需給制御装置８Ａは、上位層インタフェース１３、下位層インタフェース１４、蓄電池・ＰＶ集約処理部８１および蓄電池・ＰＶ制御処理部８２を備えて構成される。第２および第３階層型需給制御装置８Ｂ，８Ｃは、第１階層型需給制御装置８Ａと同様の構成であり、図６では図示を省略しているが、上位層インタフェース１３、下位層インタフェース１４、蓄電池・ＰＶ集約処理部８１および蓄電池・ＰＶ制御処理部８２を備えて構成される。

蓄電池・ＰＶ集約処理部８１は、予め定められる１つまたは複数の指標に基づいて、蓄電池５およびＰＶ装置３をそれぞれ集約する。蓄電池・ＰＶ制御処理部８２は、下位層にある蓄電池５およびＰＶ装置３を制御するために、上位層から送信される制御情報に基づいて、蓄電池５の充放電電力およびＰＶ装置３の出力抑制量を計算する。

上位層インタフェース１３は、本実施の形態では、集約蓄電池情報と集約ＰＶ情報とを、上位層である中給２または階層型需給制御装置８へ送信する。また上位層インタフェース１３は、上位層の中給２または階層型需給制御装置８から送信される制御情報を受信する。上位層インタフェース１３が蓄電池情報、集約ＰＶ情報および制御情報を送受信する上位層は、第１階層型需給制御装置８Ａの場合は中給２であり、第２および第３階層型需給制御装置８Ｂ，８Ｃの場合は第１階層型需給制御装置８Ａである。

下位層インタフェース１４は、下位層へ制御情報を送信する。第１階層型需給制御装置８Ａの場合、下位層インタフェース１４は、下位層のＰＶ装置３、ならびに第２および第３階層型需給制御装置８Ｂ，８Ｃへ制御情報を送信する。第２階層型需給制御装置８Ｂの場合、下位層インタフェース１４は、下位層の蓄電池５へ制御情報を送信する。第３階層型需給制御装置８Ｃの場合、下位層インタフェース１４は、下位層の蓄電池５およびＰＶ装置３へ制御情報を送信する。

また下位層インタフェース１４は、下位層から送信される情報を受信する。第１階層型需給制御装置８Ａの場合、下位層インタフェース１４は、下位層のＰＶ装置３、ならびに第２および第３階層型需給制御装置８Ｂ，８Ｃから送信される情報を受信する。第２階層型需給制御装置８Ｂの場合、下位層インタフェース１４は、下位層の蓄電池５から送信される情報を受信する。第３階層型需給制御装置８Ｃの場合、下位層インタフェース１４は、下位層の蓄電池５およびＰＶ装置３から送信される情報を受信する。

中給２は、第１および第２の実施の形態と同様に、中給通信インタフェース２１および中給制御処理部２２を備えて構成される。本実施の形態では、中給通信インタフェース２１は、階層型需給制御装置８から送信される集約蓄電池情報および集約ＰＶ情報を受信するとともに、発電機４から送信される発電機情報を受信する。中給通信インタフェース２１は、受信した集約蓄電池情報、集約ＰＶ情報および発電機情報を中給制御処理部２２に与える。また中給通信インタフェース２１は、後述する中給制御処理部２２で用いられる指標と設定値とを含む制御情報を、下位層の発電機４および第１階層型需給制御装置８Ａへ送信する。

中給制御処理部２２は、中給通信インタフェース２１から与えられた集約蓄電池情報、集約ＰＶ情報および発電機情報などの下位層の情報と、運用者が選択する指標とに基づいて、電力系統を制御するための演算を行う。

階層型需給制御装置８の蓄電池・ＰＶ集約処理部８１では、前述の式（１）または式（４）に示すように、予め定められる１つまたは複数の指標、ならびにＰＶ集約閾値および蓄電池集約閾値などの設定値に基づいて、蓄電池５およびＰＶ装置３をそれぞれ集約すればよい。集約処理に用いる指標および設定値は、蓄電池５とＰＶ装置３とでそれぞれ異なるものに指定されてもよい。

蓄電池・ＰＶ集約処理部８１で集約された蓄電池５およびＰＶ装置３の情報、すなわち集約蓄電池情報および集約ＰＶ情報は、上位層インタフェース１３によって、上位層へ送信される。第１階層型需給制御装置８Ａの場合は、下位層にＰＶ装置３と第２および第３階層型需給制御装置８Ｂ，８Ｃとが接続され、さらに第２および第３階層型需給制御装置８Ｂ，８Ｃの下位層に蓄電池５およびＰＶ装置３が接続されるので、蓄電池・ＰＶ集約処理部８１は、蓄電池５およびＰＶ装置３と、受信した集約蓄電池情報および集約ＰＶ情報とを合わせて集約する。

第１階層型需給制御装置８Ａの蓄電池・ＰＶ集約処理部８１で集約された蓄電池５およびＰＶ装置３の情報、すなわち集約蓄電池情報および集約ＰＶ情報は、上位層インタフェース１３によって、上位層の中給２へ送信される。第２階層型需給制御装置８Ｂの場合は、蓄電池・ＰＶ集約処理部８１では蓄電池５が集約されるので、集約蓄電池情報が、上位層インタフェース１３によって、上位層の第１階層型需給制御装置８Ａへ送信される。第３階層型需給制御装置８Ｃの場合は、蓄電池・ＰＶ集約処理部８１では蓄電池５およびＰＶ装置３が集約されるので、集約蓄電池情報および集約ＰＶ情報が、上位層インタフェース１３によって、上位層の第１階層型需給制御装置８Ａへ送信される。

各階層型需給制御装置８は、上位層への通信を繰り返し、集約処理を行う。最終的には、中給２へと全ての蓄電池５およびＰＶ装置３の情報が集約される。このとき、中給２は、各蓄電池５および各ＰＶ装置３がどの階層型需給制御装置８に接続されているのかを個別に区別する必要はない。中給２は、中給２に直接接続されている階層型需給制御装置８が集約した集約蓄電池情報および集約ＰＶ情報のみを把握すればよい。中給２は、運用者が選択する指標に基づいて、集約蓄電池情報および集約ＰＶ情報を利用する。

本実施の形態とは異なるが、中給２には、直接、蓄電池５およびＰＶ装置３が下位層として接続されていてもよい。この場合、中給２は、中給２に直接接続されている蓄電池５の蓄電池情報と、中給２に直接接続されているＰＶ装置３のＰＶ情報と、中給２に直接接続されている第１階層型需給制御装置８Ａが集約した集約蓄電池情報および集約ＰＶ情報のみを把握すればよい。

図７は、図６に示す蓄電池５を充電効率に基づいて集約し、ＰＶ装置３を定格出力に基づいて集約した場合の中給２から見た構成を示す図である。図７は、図６に示す電力系統制御システム１０２において、中給２が把握する情報を表したものである。中給２は、２つの発電機４と、高効率集約蓄電池５１と、低効率集約蓄電池５２と、高出力集約ＰＶ装置３１と、低出力集約ＰＶ装置３２とが接続しているように扱うことができる。

中給２は、発電機４または階層型需給制御装置８から送信される情報を、中給通信インタフェース２１によって受信する。中給制御処理部２２は、中給通信インタフェース２１によって受信した情報に基づいて、前述の式（７）および式（８）、ならびに以下の式（１０）および式（１１）を用いて運用上の制約条件と評価式とを考慮して、たとえば二次計画法を用いて電力系統全体の制御のための演算を行う。

式（１０）は、需給バランスの制約条件を表しており、各時刻の需要に対して発電機４の発電電力と、蓄電池５の充放電電力と、ＰＶ装置３の発電電力とが一致することを示す。式（１０）において、「Ｄｅｍａｎｄ」、「Ｐ」、「ＰＰ」、「ＧＥＮ」、「ＰＶ」および「ｔ」は式（２）と同様であり、「Ｄ」、「Ｃ」および「ＢＴ」は式（６）と同様である。

式（７）および式（８）に示される蓄電池５の残容量に関する制約条件も満足する必要がある。

式（１１）は、中給２で制御を行う場合の評価式の一例を表している。式（１１）によって、発電機４に対する評価値の合計と、蓄電池５に対する評価値およびＰＶ装置３に対する評価値の合計とを求める。式（１１）において、「Ｐ」、「ＰＰ」、「ＧＥＮ」、「ＰＶ」および「ｔ」は式（２）と同様であり、「Ｖ」、「Ｃｏｓｔ」、「ＥＶＡＰ」および「ＴＩＭＥ」は式（３）と同様であり、「Ｄ」、「Ｃ」および「ＢＴ」は式（６）と同様であり、「Ｓ」は式（７）と同様であり、「ＥＶＡＢ」は式（９）と同様である。

中給２のＰＶ装置３に対する制御内容としては、出力抑制が挙げられるが、蓄電池５も制御対象となるので、これらを協調させることで、ＰＶ装置３の出力抑制を不要とすることができる場合がある。たとえば、評価値によっては、ＰＶ装置３の出力抑制を、蓄電池５による充電で代替することもできる。換言すれば、ＰＶ装置３の出力を抑制することに代えて、蓄電池５に充電するようにすることができる。

前述の第１および第２の実施の形態と比較した場合、本実施の形態では、計画上の選択肢が増え、蓄電池５とＰＶ装置３とを考慮した制御を行うことによって、より良い評価値を得ることができる可能性がある。

中給２は、中給通信インタフェース２１によって、直接接続される分散型電源に対して、その分散型電源の制御情報を送信する。本実施の形態では、中給２には、分散型電源として発電機４が直接接続されているので、中給２は、中給通信インタフェース２１によって、発電機４に対して、発電機４の制御情報を送信する。本実施の形態とは異なるが、中給２に発電機４に加えて、蓄電池５およびＰＶ装置３が直接接続される場合には、中給２は、中給通信インタフェース２１によって、発電機４、蓄電池５およびＰＶ装置３に対して、それぞれの制御情報を送信する。

また中給２は、直接接続される階層型需給制御装置８、すなわち第１階層型需給制御装置８Ａに対して、選択した指標の情報と、高効率集約蓄電池５１、低効率集約蓄電池５２、高出力集約ＰＶ装置３１および低出力集約ＰＶ装置３２のそれぞれに対する制御情報とを送信する。

上位層インタフェース１３によって制御情報を受信した階層型需給制御装置８は、中給２と同様に、自装置の下位層の分散型電源に対して蓄電池・ＰＶ制御処理部８２で制御を行うための演算を行う。たとえば、階層型需給制御装置８の下位層に分散型電源として、発電機４、高効率集約蓄電池５１、低効率集約蓄電池５２、高出力集約ＰＶ装置３１および低出力集約ＰＶ装置３２が接続されている場合には、階層型需給制御装置８は、それらに対して蓄電池・ＰＶ制御処理部８２で制御を行うための演算を行う。

具体的には、第１階層型需給制御装置８Ａでは、下位層の高効率集約蓄電池５１、低効率集約蓄電池５２、高出力集約ＰＶ装置３１および低出力集約ＰＶ装置３２に対して蓄電池・ＰＶ制御処理部８２で制御を行うための演算が行われる。

蓄電池・ＰＶ制御処理部８２によって演算された制御情報は、下位層インタフェース１４によって、再び下位層へと送信される。蓄電池・ＰＶ制御処理部８２によって制御情報を演算するとき、下位層の蓄電池５に満充電の蓄電池または空の蓄電池がある場合は、蓄電池・ＰＶ制御処理部８２で集約方法を変更し、残容量を指標として集約した集約蓄電池に対する制御のための演算を行ってもよい。

蓄電池５およびＰＶ装置３が下位層に直接接続されている階層型需給制御装置８の場合、発電機４、高効率集約蓄電池５１、低効率集約蓄電池５２、高出力集約ＰＶ装置３１、低出力集約ＰＶ装置３２に加えて、それらに直接接続される蓄電池５およびＰＶ装置３も含めて制御を行う。

具体的には、第２階層型需給制御装置８Ｂでは、下位層の高効率集約蓄電池５１および低効率集約蓄電池５２に対して蓄電池・ＰＶ制御処理部８２で制御を行うための演算が行われる。第３階層型需給制御装置８Ｃでは、下位層の高効率集約蓄電池５１、低効率集約蓄電池５２、高出力集約ＰＶ装置３１および低出力集約ＰＶ装置３２に対して蓄電池・ＰＶ制御処理部８２で制御を行うための演算が行われる。

以上のように本実施の形態によれば、階層型需給制御装置８は、蓄電池５の充電効率もしくは残容量、またはＰＶ装置３の定格出力のような、分散型電源の性能を示す指標に基づいて、分散型電源である蓄電池５およびＰＶ装置３を集約する。したがって、前述の第１および第２の実施の形態と同様に、中給２および階層型需給制御装置８は、蓄電池５およびＰＶ装置３の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、多数の蓄電池５およびＰＶ装置３を含む電力系統全体の制御を容易に行うことができる。

また、このような階層型需給制御装置８を中給２とともに備えることによって、蓄電池５およびＰＶ装置３の設置位置などの物理的な階層構造によって制限されることなく、多数の蓄電池５およびＰＶ装置３を含む電力系統全体の制御を容易に行うことができる電力系統制御システム１０２を実現することができる。

また本実施の形態によれば、蓄電池５とＰＶ装置３とをともに集約して制御することが可能である。したがって、前述の第１および第２の実施の形態と同様の効果に加えて、蓄電池５とＰＶ装置３とを協調させて評価値を向上させるような電力系統全体の制御を行うことができるという効果が得られる。

＜第４の実施の形態＞
前述の第１〜第３の実施の形態に示した中給２の中給制御処理部２２は、蓄電池５およびＰＶ装置３の集約に使用する指標を運用者が選択するように構成されているが、運用者が選択せずに、自装置で判断するように構成されてもよい。本発明の第４の実施の形態の電力系統制御システムは、図６に示す前述の第３の実施の形態の電力系統制御システム１０２と構成が同一であるので、同一の構成については同一の参照符を付して、図示および共通する説明を省略する。

本実施の形態では、中給制御処理部２２は、予め設定された指標および設定値を用いて、蓄電池５およびＰＶ装置３を集約する。中給制御処理部２２で用いられる指標および設定値は、運用者によって選択されるのではなく、中給制御処理部２２に予め定められた判断基準に基づいて、中給制御処理部２２によって選択される。このようにして選択された指標および設定値を用いて、蓄電池５およびＰＶ装置３が集約される。

たとえば、蓄電池５を集約する場合、中給制御処理部２２は、通常は、充電効率を集約の指標として用い、充電効率によって集約された集約蓄電池の情報、すなわち蓄電池充電効率集約情報を制御の指標として使用する。いずれかの蓄電池５の残容量が満充電または空の状態に近づいた場合には、中給制御処理部２２は、集約に用いる指標を残容量に変更し、制御に使用する指標を、残容量によって集約された集約蓄電池の情報、すなわち蓄電池残容量集約情報に変更する。そして、満充電または空の状態の蓄電池５がなくなった場合には、中給制御処理部２２は、集約に用いる指標を再び充電効率に戻し、制御に使用する指標を、再び、充電効率によって集約された集約蓄電池の情報である蓄電池充電効率集約情報に戻す。

満充電または空の状態の蓄電池５がない場合は、残容量の制約に影響を受けないので、集約蓄電池は、充電効率を用いた集約によって制御可能である。他方、満充電または空に近い蓄電池５がある場合は、残容量の制約に影響を受けるので、充放電できない蓄電池５が生じることになる。このような場合は、残容量を指標として集約することによって、満充電または空の蓄電池５と、それ以外の蓄電池５とを区別して使用する。これによって、適切な制御が可能となる。

このように、中給制御処理部２２で用いる指標を、中給制御処理部２２の判断で変更して、満充電の蓄電池５を優先的に放電したり、あるいは空の蓄電池５を優先的に充電させたりすることによって、残容量の制約に影響を受ける状態の解消を図ることができる。

以上のように本実施の形態によれば、蓄電池５の集約に用いられる指標は、蓄電池５の残容量に応じて変更されるので、残容量の影響を抑えて、適切な制御を行うことができる。また蓄電池５の集約に用いられる指標は、運用者によって選択されて変更されるのではなく、たとえば中給制御処理部２２によって、蓄電池５の残容量に応じて変更される。これによって、前述の第１〜第３の実施の形態の効果に加えて、運用者が指標を選択する作業をすることなく、電力系統全体の制御を行うことができるという効果が得られる。

１，６，８ 階層型需給制御装置、２ 中央給電指令装置（中給）、３ 太陽光発電（ＰＶ）装置、４ 発電機、５ 蓄電池、１１ ＰＶ集約処理部、１２ ＰＶ制御処理部、１３ 上位層インタフェース、１４ 下位層インタフェース、２１ 中給通信インタフェース、２２ 中給制御処理部、３１ 高出力集約ＰＶ装置、３２ 低出力集約ＰＶ装置、５１ 高効率集約蓄電池、５２ 低効率集約蓄電池、５３ 残容量大集約蓄電池、５４ 残容量中集約蓄電池、５５ 残容量小集約蓄電池、６１ 蓄電池集約処理部、６２ 蓄電池制御処理部、８１ 蓄電池・ＰＶ集約処理部、８２ 蓄電池・ＰＶ制御処理部、１００，１０１，１０２ 電力系統制御システム。

Claims (6)

1. 電力系統に接続される複数の分散型電源を階層的に集約して制御する階層型需給制御装置であって、
   予め定められる指標に基づいて、分散型電源を集約する集約処理部と、
   前記集約処理部によって集約された分散型電源の集合毎に、前記分散型電源を制御する制御処理部とを備え、
   前記指標は、前記分散型電源の性能を示す指標であることを特徴とする階層型需給制御装置。
2. 前記複数の分散型電源は、太陽光発電装置を含み、
   前記指標は、前記太陽光発電装置の定格出力を含むことを特徴とする請求項１に記載の階層型需給制御装置。
3. 前記複数の分散型電源は、蓄電池を含み、
   前記指標は、前記蓄電池の充電効率および残容量の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の階層型需給制御装置。
4. 前記複数の分散型電源は、太陽光発電装置および蓄電池を含み、
   前記指標は、前記太陽光発電装置の定格出力と、前記蓄電池の充電効率および残容量の少なくとも一方とを含むことを特徴とする請求項１に記載の階層型需給制御装置。
5. 前記指標は、前記蓄電池の残容量に応じて変更されることを特徴とする請求項３または４に記載の階層型需給制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の階層型需給制御装置と、
   電力系統に接続され、前記階層型需給制御装置によって制御される複数の分散型電源と、
   前記階層型需給制御装置の集約処理部によって集約された分散型電源に関する情報に基づいて、前記分散型電源を制御するための制御情報を前記階層型需給制御装置に与えることによって、前記分散型電源を含む電力系統全体を制御する中央給電指令装置とを備えることを特徴とする電力系統制御システム。

Images