JP2012235545A - 電力監視制御装置および電力監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】個々の住宅の電気自動車のプラグイン充電の際に、電力負荷を最大契約電力に収めるのみならず、電力系統全体で電気自動車の充電負荷を平準化する電力監視制御装置およびそのシステムを提供することである。
【解決手段】電力系統から充電器を介して電池搭載の機器に充電を行う際の電力監視制御装置であって、前記電力系統から前記電池搭載の機器へ供給可能な電流値と、前記電池搭載の機器から前記充電機器に要求する充電電流値とを比較し、低い方の電流値を電池搭載の機器への充電電流として採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統から蓄電装置へ充電する際に、電力系統における電圧許容範囲からの逸脱や、ＣＯ_２依存度を加味した充電の時間帯を制御する電力監視制御装置および電力監視制御システムに関する。

近年、電気自動車が普及しつつあり、今後はさらに台数の増加が予測されている。ユーザが電気自動車を利用して、帰宅後にプラグイン充電をするというライフスタイルが確立すると、電気自動車のプラグイン充電は負荷としては大きいので、住宅全体として電力負荷が最大契約電力を突破してブレーカが落ちるという懸念がある。
なお、特許文献１には、充電中に住宅の全電力負荷が最大契約電力を突破するのを回避する技術が開示されている。
また、平均的な帰宅時間以降に、各住宅における電気自動車のプラグイン充電の集中による電力系統全体としての電力需要の増大が予測されている。
また料金体系の安い夜間で充電し、昼間の空調などの電力として利用するための家庭用蓄電装置の普及も予測される。

特開２００８−１３６２９１号公報

特許文献１に開示された技術は、前記したように、住宅単位での電力の調整を行うことにより電力不足を補おうとする技術である。しかしながら、前記したように電気自動車のユーザが帰宅後にプラグイン充電を一斉に開始したり、前記した夜間の家庭用蓄電装置が一斉に作動したりすると、つまり電池搭載機器の充電が一斉に行われたとすると、電力系統に大きな負荷がかかり、家単位での負荷平準化を行うだけでは電力の供給量が不足するため、電力系統全体で充電負荷を平準化する必要が生ずるという問題がある。特に、この平準化の必要性は、系統容量の少ない電力系統、あるいは変動量を吸収することが可能である火力発電、ガスタービン発電、等の発電リソースの占める割合が低い場合には必須である。

そこで、本発明は、前記の事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、個々の住宅での充電の際に、電力負荷を最大契約電力に収めるのみならず、電力系統全体で充電負荷を平準化する電力監視制御装置およびそのシステムを提供することである。

前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の電力監視制御装置は、電力系統から充電機器を介して電池搭載の機器に充電を行う際の電力監視制御装置であって、前記電力系統から前記電池搭載の機器へ供給可能な電流値である電流制御算出値と、前記電池搭載の機器から前記充電機器に要求する電流値である充電要求値とを比較し、小さい方の電流値を電池搭載の機器への充電電流である電流制御値として採用することを特徴とする。
また、本発明の電力監視制御システムは、複数の電力監視制御装置を用い、当該電力監視制御装置に接続された複数の前記電池搭載の機器に充電することが可能な電力監視制御システムであって、前記電力系統から前記電池搭載の機器へ充電する際の充電最小電流値を外部コントローラにて算出し、当該算出した充電最小電流値が前記電力系統の電圧許容値を満足しなくなった時点で前記電力監視制御装置が前記外部コントローラより電力系統に係るデータをネットワーク経由でダウンロードし、当該ダウンロード後に前記電池搭載の機器への充電電力を制御することを特徴とする。

以上、本発明によれば、個々の住宅での充電の際に、電力負荷を最大契約電力に収めるのみならず、電力系統全体で充電負荷を平準化する電力監視制御装置およびそのシステムを提供できる。

本発明の電力監視制御装置の第１実施形態である蓄電池の充電制御を自律分散的に行う場合の実施形態の構成と、電力系統および蓄電装置との関連を示す図である。 本発明の電力監視制御装置の第１実施形態に備えられた電流制御装置の回路構成を示す図である。 本発明の電力監視制御装置の第１実施形態に備えられた計算エンジンの処理方式を示すフローチャートである。 蓄電装置における電池の充電特性を示す図である。 本発明の第３実施形態における電力監視制御システムの構成を示す図である。 蓄電装置が接続されている電力系統において、現在の電力負荷量から限界の負荷量を求めた際の各地点の電圧の降下を算出するＰＶカーブと呼ばれる特性図である。 本発明の電力監視制御装置の第３実施形態において、ＰＶカーブの特性から、各蓄電装置の充電割当量を算出する方法のフローチャートである。 本発明の電力監視制御装置の第３実施形態において、ＰＶカーブを作成するためのデータの具体的な例としてのフォーマットを示す図であり、（ａ）は蓄電池が接続されている電力系統全体のブランチに関するデータのフォーマットであり、（ｂ）はノードに関するデータのフォーマットである。 複数の制御対象となる蓄電装置が接続されている電力系統の発電側と負荷側の関連を単純に表した模式図である。 本発明の電力監視制御装置の第４実施形態において、電力系統データを読み込んでから、電力の負荷への配分を計算する方法について示すフローチャートである。 本発明の電力監視制御装置の第４実施形態において、感度係数であるＷ_ｉ ^ｋの計算結果、および計算過程を格納するデータベースのフォーマットを示す図であり、（ａ）は負荷への配分を決める際の項目、（ｂ）は負荷への配分を実施する際の項目に関するデータのフォーマットである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
なお、以下において、電力監視制御装置のみならず、電力監視制御システムの説明も兼ねる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の電力監視制御装置の第１実施形態において、蓄電装置（「蓄電池」、「充電機器」と適宜表記することもある）１０６の充電制御を自律分散的に行う場合の実施形態の構成と、電力系統１０１および蓄電装置１０６との関連を示す図である。
まず、第１実施形態と電力系統１０１および蓄電装置１０６との関連を説明する。

≪第１実施形態と電力系統および蓄電装置との関連≫
図１において、電力系統１０１から電力線１１１Ａを介して電力監視制御装置１０２に電力が供給される。そして、電力監視制御装置１０２に監視、制御されて、電力線１１１Ｂを介して、蓄電装置１０６に充電電力が供給されている。
電力監視制御装置１０２は、電流制御装置１０３と、比較装置１０４と、計算エンジン１０５とを備えて構成されている。
比較装置１０４は、後記するバッテリコントローラ１０７の電流要求値と、計算エンジン１０５から出力された電流制御算出値との小さい方の値（電流制御値）を充電電流として選択する。
また、電流制御装置１０３と、計算エンジン１０５の構成、および動作の詳細については、後述する。

蓄電装置１０６は、電池１０８と、電池１０８の充電を制御するバッテリコントローラ１０７を備えて構成されている。なお、バッテリコントローラ１０７から電力線１１１Ｃを介して、電池１０８は充電される。
データベース１１０は、電池１０８に関する情報（充電予測情報）を蓄積している。
データベース１０９は、計算エンジンに付随している情報である変圧器二次側電力とその上下限値である「変圧器二次側電力、上下限値」と、「電池搭載の機器の接続状態」と、「電池搭載の機器の充電予測情報」などを蓄積している。

通信線１１２は、電力系統１０１からのセンシング情報、たとえばセンサ（不図示）が取り付けられている地点の電圧値、有効電力値、無効電力値などを計算エンジン１０５に送る。
通信線１１３は、比較装置１０４にて算出した電流制御値を電流制御装置１０３へ通信する。
通信線１１４は、バッテリコントローラ１０７から、蓄電装置１０６が要求する電流要求値を伝送する。
通信線１１５は、計算エンジン１０５にて算出した電流制御算出値を比較装置１０４に伝送する。
通信線１１６は、蓄積した履歴データをはじめとした電力系統に係るデータをデータベース１０９より取得する際に利用する。
通信線１１７は、蓄電装置１０６のユーザがあらかじめ入力するスケジュール情報に代表される充電予測情報を計算エンジン１０５に伝送する。
通信線１１８は、バッテリコントローラ１０７と電池１０８との間の情報を伝送する。
通信線１１９は、蓄電池ユーザのスケジュール情報等に関するデータを取り出す際に利用する。

本実施形態は、たとえば電気自動車が電力系統に接続された際に、電気自動車搭載のバッテリが充電電流を要求し、その要求に応じることが可能な範囲で電力系統が電気自動車に充電する場合に相当する。その場合の電力制御機器（電力監視制御装置）はＩＥＣ（International Electro-technical Commission）６１８５１−１規格に記述されているＭＯＤＥ２充電のＩＣＣＢ（In Cable Control Box）に備え付けられる形態を想定している。

≪電流制御装置１０３≫
次に電力監視制御装置１０２の中の電流制御装置１０３について詳しく説明する。
図２は、電流制御装置１０３の回路構成を示す図である。
図２において、電流制御装置１０３は、センサ（電流センサ、あるいは電圧センサ）２０３と可変抵抗２０４とコントローラ２０１とを備えて構成されている。
電流制御装置１０３は、電力系統１０１より電力入力があり、可変抵抗２０４を介して、バッテリコントローラ１０７に伝送される。この伝送される電力を比較装置１０４（図１）から通信線１１３によって伝送されてきた電流制御値の値に制御するようにコントローラ２０１にて可変抵抗２０４を制御している。

なお、可変抵抗２０４を用いた前記制御方法を行う場合には、センサ２０３は必須要素ではない。
また、電流制御装置１０３に、センサ２０３として、電流センサ、あるいは電圧センサを接続し、この電流値をコントローラ２０１において監視することで電流制御値を変更する方法でも可能である。この場合には、可変抵抗２０４は必須要素ではない。

≪計算エンジン１０５の処理方式≫
次に計算エンジン１０５（図１）の処理方式について説明する。
計算エンジン１０５は電力系統１０１（図１）からの前記したセンシングデータ、並びに変圧器二次側電力、電圧の上下限値、蓄電池が搭載された機器の接続状態の情報、蓄電池が搭載された機器の充電予測情報をはじめとしたデータとを入力することにより、電力監視制御装置１０２（図１）が接続されている蓄電装置１０６の電流を制御する値を決定する機能である。

＜計算エンジンの処理方式を示すフローチャート＞
図３は、計算エンジン１０５（図１）の処理方式を示すフローチャートである。
図３において、処理手順を示す。
まず、通信線１１２（図１）を介して、電力系統１０１（図１）のセンシング情報からセンサ（不図示）において測定した電流値と電圧値とを取得する（ステップＳ３０１）。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０１は、「センサからの電流、電圧値を取得」と簡略化して表記している。

次に、通信線１１４（図１）を介して、バッテリコントローラ１０７（図１）から蓄電装置１０６（図１）の充電電力要求量（充電要求値）を取得する（ステップＳ３０２）。
なお、通信線１１４は電力監視制御装置１０２に接続されているので、電力監視制御装置１０２にある計算エンジン１０５（図１）は通信線１１４の情報を取得できる。
また、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０２は、「コントローラからの蓄電池の電力要求量取得」と簡略化して表記している。

次に、ステップＳ３０１で取得した電力系統１０１（図１）の電流値と電圧値をもとに、電力を供給した場合の電圧降下値と電力供給可能量（電流制御算出値）を算出する（ステップＳ３０３）。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０３は、「電圧降下値と電力供給可能量を算出」と簡略化して表記している。

次に、ステップ３０２で取得した蓄電装置１０６（図１）の充電電力要求量（充電要求値）と、ステップＳ３０３で算出した電力供給可能量（電流制御算出値）とを比較する（ステップＳ３０４）。
充電電力要求量が電力供給可能量より小さいか等しければ（Ｙｅｓ）、ステップＳ３０５に進み、以上であれば（Ｎｏ）、ステップＳ３０９に行く。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０４は、「要求量≦可能量」と簡略化して表記している。

次に、ステップ３０４でＹｅｓの場合に進むステップＳ３０５について説明する。
充電電力要求量を供給した場合に電圧降下が起きるが、降下後の電圧が所定の基準値の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。
降下後の電圧が所定の基準値の範囲内にあれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３１１に進み、基準値の範囲内になければ（Ｎｏ）、ステップＳ３０６に行く。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０５は、「降下後の電圧が基準値の範囲内？」と簡略化して表記している。

次に、ステップ３０５でＹｅｓの場合に進むステップＳ３１１について説明する。
充電電力要求量を供給した場合における電圧降下が基準電圧の範囲に収まるという判定結果であるので、抵抗値をそのままとした可変抵抗２０４を用いて抵抗値制御を実行する（ステップＳ３１１）。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３１１は、「抵抗値制御」と簡略化して表記している。

次に、そのままの抵抗値を用いた可変抵抗２０４を備えた電流制御装置１０３で蓄電装置１０６への充電を開始する（ステップＳ３１２）。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３１２は、「充電開始」と簡略化して表記している。

ステップＳ３０５に戻って説明を続ける。
ステップＳ３０５で、降下後の電圧が基準値の範囲内ではないと判定された場合（Ｎｏ）には、ステップＳ３０６に行く。
充電電力要求量を供給した場合における電圧降下が基準電圧の範囲に収まらないと判定されたが、電流制御装置１０３の可変抵抗２０４の抵抗値を新たに制御して設定すれば電圧基準範囲内となるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。
抵抗値の制御で電圧基準範囲内になる（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ３０７に進み、電圧基準範囲内にならなければ（Ｎｏ）、ステップＳ３１０に行く。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０６は、「抵抗値の制御で電圧基準範囲？」と簡略化して表記している。

次に、ステップ３０６でＹｅｓの場合に進むステップＳ３０７について説明する。
ステップＳ３０６で可変抵抗２０４の抵抗値を制御すれば、電圧降下が電圧基準範囲内となるとの判定であったので、電圧基準範囲内となるために設定する抵抗値を算出する（ステップＳ３０７）。
この値は、通信線１１２を介して電力系統のセンサ（不図示）で取得した電流、電圧の値をもとに、電圧の逸脱量を補償するだけの抵抗値を算出することで得られる。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０７は、「設定する抵抗値を算出」と簡略化して表記している。

次に、ステップＳ３０７で算出した抵抗値を可変抵抗２０４の抵抗値として設定する（ステップＳ３０８）。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０８は、「抵抗値を設定」と簡略化して表記している。

次に、新たに設定された可変抵抗２０４の抵抗値で抵抗値制御（ステップＳ３１１）が行われ、蓄電装置１０６（図１）への充電を開始する（ステップＳ３１２）。
なお、ステップＳ３１１、ステップＳ３１２の詳しい説明は、重複するので省略する。

次に、ステップ３０６でＮｏの場合に進むステップＳ３１０について説明する。
ステップＳ３０６で可変抵抗２０４の抵抗値を制御しても、電圧の逸脱が解消されない場合には、Ｗａｒｎｉｎｇ Ｌａｍｐ（警告灯）を、例えば車上のナビゲーション上の設定された領域に任意の方法で表示する（ステップＳ３１０）。
なお、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３１０は、「Warning Lampを点灯」と簡略化して表記している。

その後、ステップＳ３１１を経てのステップ３１２における充電開始は抑制する。この充電抑制は、次の制御時間周期で前記のフローの手順が繰り返された際に、前記電圧が基準範囲内に収まるまで続けられる。前記電圧が基準範囲内に収まった段階で、電池１０８への充電を開始する。

ステップＳ３０４に戻って説明を続ける。
ステップＳ３０４で、充電電力要求量と電力供給可能量とを比較して、充電電力要求量が電力供給可能量以上と判定された場合（Ｎｏ）には、ステップＳ３０９に行く。
次に、充電電力要求量に対して電力供給可能量が小さいので、充電は所定の時間内では終了しない。そのために、充電終了超過時間を算出する（ステップＳ３０９）。

次に、Ｗａｒｎｉｎｇ Ｌａｍｐを、例えば車上のナビゲーション上の設定された領域に任意の方法で表示する（ステップＳ３１０）。

その後、所定の時間内での満充電は保証されないものの、ステップＳ３１１を経てのステップ３１２における充電開始が実施される。次の制御時間周期で前記のフローの手順が繰り返された際に、前記状況に変化がなければ、引き続き前記Ｗａｒｎｉｎｇ Ｌａｍｐによる警告表示と、満充電の保証がない条件での充電が行われる。前記状況に変化があれば、新しい状況下での前記のフローの手順による処理が行われる。

以上、本発明の第１実施形態では電力監視制御装置１０２の中に電流制御装置１０３、比較装置１０４、計算エンジン１０５を設けて、蓄電装置１０６の電流要求量と、計算エンジン１０５で求めた電力系統１０１側の充電電流値の最小値を用いることにより、複数の蓄電装置１０６が自律分散的に一斉に充電を開始しても、電力系統１０１において、充電による需要変動のインパクトが低減されるように充電電流量を抑制するので、安定した電力系統１０１の運用が可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の電力監視制御装置の第２実施形態において、蓄電装置１０６（図１）の電流要求量を補正する形態、方法について説明する。
図４は、蓄電装置１０６（図１）における電池１０８（図１）の充電特性を示す図である。図４において、横軸が充電時間を示し、左縦軸が電圧値、右縦軸がＳＯＣ（State of Charge、満充電に対する割合）、あるいは電流値を示している。
特性線４０１は、充電に伴う電圧変化の一例である。また、特性線４０２は充電に伴う電流変化の一例である。
また、特性線４０３は新品の電池におけるＳＯＣの充電時間変化に伴う一例であり、特性線４０４は経年変化が生じている蓄電池におけるＳＯＣの充電時間変化に伴う一例である。

蓄電池、特にリチウムイオン電池は電池の利用方法、並びに経年劣化により充電可能な最大電力量が減少していくことが知られている。たとえば、新品の電池は、図４に示す電圧、電流、ＳＯＣの値が、特性線４０３、４０４に示すよう差が出てくる傾向にある。
これは、たとえば蓄電池が劣化して満充電の状態が新品よりも１０％低くなった場合、バッテリコントローラ１０７（図１）がＳＯＣ＝１００％とデータを送信してきても、総量としては９０％である。このように、実際の充電容量と表示の充電容量が異なると、少ない電力で満充電できるのにもかかわらず、新品と同様の多い電力で満充電するよう電池は要求し、その差分はロスとなってしまう。

このようなロスを補正するために、図４に示すような蓄電池充電の際の履歴データを蓄積し、この履歴データから経年変化特性値α求めて、このα値をもとに実ＳＯＣ値の補正、充電電流値の補正を行う。このような方式をとることで、電力ロスを低減し、効率的な蓄電池の充電が行えるようになる。
第２実施形態では、計算エンジンに蓄電装置の蓄電池の経年変化にともなう劣化係数を用いて、充電電流量を制御することにより、充電ロスの少ない充電を行うことが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態としての電力監視制御システムにおいて、複数の蓄電池１０６に対する充電の優先順位、また、その際の充電電流量を決定する電流制御装置１０３への指令を出す方法について説明する。

≪第３実施形態と電力系統および蓄電装置との関連≫
図５は、複数の蓄電装置１０６に対して複数の電力監視制御装置５０２が存在し、電力監視制御装置５０２が、電流制御値を決定する制御コントローラ（外部コントローラ）５０３により各電力監視制御装置５０２が制御されることで制御コントローラ５０３が管轄する範囲の蓄電装置１０６の充電を管理するシステムの構成を示す図である。

図５において、電力系統１０１か電力線１１１Ａを介して複数の電力監視制御装置５０２に電力が供給され、複数の電力監視制御装置５０２に監視、制御されて、電力線１１１Ｂを介して、複数の蓄電装置１０６に充電電力が入力している。
複数の電力監視制御装置５０２は、それぞれに電流制御装置１０３を備えている。
制御コントローラ５０３は、比較装置５０４と、計算エンジン５０５とを備えている。
複数の蓄電装置１０６は、それぞれ電池１０８と、電池１０８の充電を制御するバッテリコントローラ１０７を備えて構成されている。なお、バッテリコントローラ１０７から電力線１１１Ｃを介して、電池１０８は充電される。

データベース１１０は、電池１０８に関する情報を蓄積しているデータベースであって、電池１０８に関する「充電予測情報」を蓄積している。
データベース５０９は、計算エンジン５０５に付随しているデータベースであって、上位の電力系統における有効電力と無効電力である「上位系統における有効、無効電力」と、電力系統における「電圧の変動」と、「上位（電力）系統における需要予測データ」と、「電圧、電力の測定値」などを備えている。

通信線１１２は、電力系統１０１からのセンシング情報、たとえばセンサ（不図示）が取り付けられている地点における電圧値、有効電力値、無効電力値を計算エンジン５０５に送る。
通信線１１３は、複数あって、比較装置５０４にて算出した値を、複数ある電流制御装置１０３へそれぞれの入力値を通信する。
通信線１１４は、バッテリコントローラ１０７から、蓄電池が要求する電流要求値を複数ある電流制御装置１０３に伝送する。
通信線１１５は、計算エンジン５０５にて算出した電流制御算出値を比較装置５０４に伝送する。

通信線１１６は、蓄積した履歴データをはじめとしたデータをデータベース５０９より取得する際に利用する。
通信線１１７は、蓄電装置１０６のユーザがあらかじめ入力するスケジュール情報に代表される充電予測情報を、計算エンジン５０５に伝送する。
通信線１１８は、バッテリコントローラ１０７と電池１０８との間の情報を伝送する。
通信線１１９は、蓄電装置１０６のユーザのスケジュール情報等に関するデータを取り出す際に利用する。
通信線１２１は、複数あって、蓄電装置１０６から電力監視制御装置５０２を介して比較装置５０４に複数ある蓄電装置１０６のそれぞれの電流要求値を伝送する。

この第３実施形態は、たとえば電気自動車（不図示）が電力系統１０１に接続された際に、電気自動車搭載のバッテリ（蓄電装置１０６）が充電電流を要求し、その要求に応じることが可能な範囲で電力系統１０１が電気自動車に充電する場合に相当する。その場合の電力制御機器（電力監視制御装置５０２）はＩＥＣ６１８５１−１規格に記述されているＭＯＤＥ２充電のＩＣＣＢ（In Cable Control Box）に備え付けられる形態を想定している。
また、ＩＥＣ６１８５１−１規格に記述されているＭＯＤＥ３充電の充電インフラ側の設備に電力監視制御装置５０２が各蓄電装置に導入され、各電力監視制御装置５０２を制御コントローラ５０３が制御する形態を想定してもよい。

≪計算エンジン５０５≫
第３実施形態として、図５に示した計算エンジン５０５を用いた演算処理について述べる。計算エンジン５０５における制御電流量を求める他の方法として、電圧安定度を用いて計算する場合の例を、図６を参照して説明する。
図６は、対象とする蓄電池（蓄電装置１０６）が接続されている電力系統１０１において、現在の電力負荷量から限界の負荷量を求めた際の各地点の電圧の降下を算出するＰＶカーブと呼ばれる特性図である。横軸は電力Ｐ、横軸は電圧Ｖである。

図６において、特性線６０１と特性線６０２のＰＶカーブが表示されている。この複数のＰＶカーブのなかで、横軸の増加に対して縦軸の低下が少なければ少ないほど電圧安定性が良いことを示している。このため、充電を行う際には負荷が増えても電圧が低下しない地点にある蓄電池に対して充電を行うことが望ましい。
負荷の限界値をＰ_ｋとして、負荷が限界地点に到達した際の電圧Ｖ_ｋを、
Ｖ_ｋ＝｛Ｖ（Ｐ＝Ｐ_ｋ）−Ｖ（Ｐ＝０）｝
と定義して、さらに、負荷の限界値をＰｋ、多くの電気自動車（ＥＶ：electric vehicle）が接続されている地点（蓄電装置１０６の設置箇所）における電圧Ｖ_ｋの中、負荷が限界地点に到達した際に最も電圧低下が小さい地点の電圧をＶ_ｍｉｎ、負荷が限界点に到達した際に、もっとも電圧低下が大きい地点の電圧をＶ_ｍaｘと定義する。

したがって、
Ｖ_ｍｉｎ≦Ｖ_ｋ≦Ｖ_ｍaｘ
という関係がある。
ここで求めたＶ_ｍｉｎ，Ｖ_ｍａｘをもとに、各蓄電池にどれだけの充電量を割り当てるかの方法を、次に図７を参照して説明する。

＜充電割当量を算出する方法のフローチャート＞
図７は、複数の蓄電装置１０６が設置された各地点のＰＶカーブの特性から、各蓄電装置１０６の充電割当量を算出する方法のフローチャートである。

まず、充電装置である複数の蓄電装置１０６におけるＰＶカーブ（ノーズカーブ）を作成するためのデータを取得し、ノーズカーブを算出する（ステップＳ７０１）。
なお、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ７０１は、「各充電装置におけるノーズカーブを算出」と簡略化して表記している。
また、ここでＰＶカーブを作成するためのデータの項目、フォーマットの例については後記する（図８参照）。

次に、ステップＳ７０１で算出したノーズカーブから、各ノードにおけるＶ_ｋと、Ｖ_ｍｉｎ、Ｖ_ｍａｘを算出する（ステップＳ７０２）。
なお、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ７０２は、「各ノードにおけるＶ_ｋ、Ｖ_ｍｉｎ、Ｖ_ｍａｘの算出」と簡略化して表記している。

次に、ステップＳ７０２で求めたＶ_ｋ、Ｖ_ｍｉｎ、Ｖ_ｍａｘの値をもとに（式１）、（式２）にて、充電装置（蓄電装置１０６、ノード番号＃ｋ）に対する充電割当量を算出し、決定する（ステップＳ７０３）。
なお、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ７０３は、「充電割当量算出」と簡略化して表記している。

次に、ステップＳ７０３における「充電割当量算出」の計算方法についての詳細を説明する。まず、（式１）によって、計算過程値のＳｃｏｒｅ^ｋを計算し、そのＳｃｏｒｅ^ｋの値をもとに、（式２）でノード番号＃ｋの充電装置（蓄電装置１０６）に対する充電割当量Ｌｏａｄ_ａｄｄ ^ｋを算出する。
（式１）および（式２）の計算式は、以下のとおりである。
なお、（式２）における（割当量）は該当する電力系統全体への電力の割当量である。

次に、ステップ７０１において、ＰＶカーブを作成するためのデータの項目、フォーマットの例については、後記するとしたが、それについて説明をする。
図８は、ＰＶカーブを作成するためのデータの具体的な例としてのフォーマットを示す図である。
図８（ａ）に示したフォーマット８５０は、蓄電池が接続されている電力系統全体の送電線、変圧器（以下、ブランチと適宜表記）に関するデータのフォーマットの一例を示している。データはブランチの名称、ブランチの抵抗分、誘導分、容量分、タップ比がＰＵ（パーユニット）表示されて格納されている。

図８（ｂ）に示したフォーマット８５１は、負荷（ノード）に関するデータのフォーマットの一例を表している。データはノードの名称、発電機の有無、電圧指定値、電圧初期値、発電機の有効電力出力（ＰＧ）、発電機の無効電力出力（ＱＧ）、負荷の有効電力（ＰＬ）、負荷の無効電力（ＱＬ）、調相設備の有無とその容量（ＳＣＳｈＲ）から構成される。このようなデータを用いてＰＶカーブを作成する。

以上、このように計算エンジン５０５で算出された各蓄電装置向けの電流制御値は通信線１２１を介して各蓄電装置１０６から周期的に制御コントローラ５０３に送信されてくる各蓄電装置１０６の電流要求値ごとに比較装置５０４にて比較され、それぞれの蓄電装置１０６からの要求電流値と、それぞれの蓄電装置１０６に対する計算エンジン５０５にて算出した制御電流値の比較を行い、それらの最小値を電力監視制御装置５０２の電流制御装置１０３に通信線１１３を介して送信され、制御コントローラ５０３の管轄範囲における基準電圧からの電圧許容範囲を守るように、管轄範囲内に存在する蓄電装置１０６に対して充電が実行される。

前記した本発明の第３実施形態により、制御コントローラ５０３の管轄範囲の電力系統１０１の電圧が基準値から許容範囲内に収まるように計算エンジン５０５にて電圧安定度を計算しながら各蓄電装置１０６に対する充電量を制御するので、電圧品質の高い電力系統を維持、管理することが可能となる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態としての電力監視制御システムにおける計算エンジンの計算方法の他の実施形態について図９、図１０を参照して説明する。
図９は、複数の制御対象となる蓄電装置１０６（図１、図５）が接続されている電力系統９１０の発電側と負荷側の関連を単純に表した模式図である。
なお、図９におけるＩ_Ｇ１ｋ、Ｉ_Ｇ２ｋ、Ｉ_Ｇｇｋは、複数ある発電機側の各ノード（設置箇所）における電流を表し、Ｉ_１ ^Ｌ、Ｉ_２ ^Ｌ、Ｉ_ｋ ^Ｌは、複数ある負荷側の各ノード（設置箇所）における電流を表している。図９については、図１０のフローチャートを説明するなかで、適宜引用して参照する。

＜負荷配分の計算方法の概略＞
電力系統９１０において、蓄電装置１０６（図１、図５）が設置される個所（各ノード）の電流を微小に変化させた場合に、対象とする電力系統の発電機、負荷を電流で表現（それぞれ、発電機側はＩ_Ｇ１ｋ、Ｉ_Ｇ２ｋ、Ｉ_Ｇｇｋ、負荷側はＩ_１ ^Ｌ、Ｉ_２ ^Ｌ、Ｉ_ｋ ^Ｌ）した際に、後記する（式４）に示す電力方程式を用いて、電流源として表現した任意の一つのノードを微小変化させた際に、系統状態がどの程度変動するかの感度係数（後記する（式５）に示す）を用いて、複数の蓄電装置１０６への充電する優先順位とその充電量を決定する。すなわち、充電を行う際には負荷が増えても電圧が低下しない地点の選択と、電力系統９１０からみて負担の少ない方法を選択する。

＜負荷配分の計算方法のフローチャート＞
図１０は、電力系統９１０の電力系統データを読み込んでから、電力の負荷への配分を計算する方法について示すフローチャートである。
図１０において、具体的な手順と計算方法を示す。

まず、系統構成生成装置（不図示）にて作成した対象とする電力系統データを、図８（ａ）に示したフォーマット８５０のデータから、ブランチの抵抗分、誘導分、容量分、タップ比（ブランチが変圧器の場合、ノードの発電機有無）などを読み込む（ステップＳ９０１）。
なお、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ９０１は、「計算対象とする電力系統データを読込み」と簡略化して表記している。

次に、ステップＳ９０１で読み込んだデータをもとに電力系統９１０における母線のアドミタンス行列（式３）を作成する（ステップＳ９０２）。
なお、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ９０２は、「アドミタンス行列作成」と簡略化して表記している。

次に、ステップＳ９０２で作成した母線のアドミタンス行列（式３）を用いて、電力系統９１０の母線における行列式で表した電力方程式（式４）を作成する（ステップＳ９０３）。
なお、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ９０３は、「電力方程式作成」と簡略化して表記している。

ここで、Ｉ（Ｉ_Ｇ）は母線電流、Ｙ（Ｙ_ＧＧ、Ｙ_ＧＬ、Ｙ_ＬＧ、Ｙ_ＬＬ）は母線のアドミタンス行列、Ｖ（Ｖ_Ｇ、Ｖ_Ｌ）は母線電圧である。また添え字に「Ｇ」は発電機（Generator）側、「Ｌ」は負荷（Load）側に関連するものとして表記している。また、前記したＩ、Ｙ、Ｖは、一般に複素数で表現されるので、慣例では複素数を表すドット（・）を文字の上につけるが、表記上の都合により、ここではドットの表記を省略する。
なお、（式４）の行列式の左辺において、発電機側の母線電流がＩ_Ｇで表記されているのに対し、負荷側の母線電流が０となっている。これは、負荷側の電流を０にして、負荷電圧に対する発電機の影響を求めるためである。
また、（式４）ではアドミタンス行列を用いているが、アドミタンスとインピーダンスは互いに関係があるので、電力系統のインピーダンスを用いているとも云える。

次に、各発電機ノードの中から電流源を一つだけ設置した際の各母線電圧を（式４）をもとに計算して算出する（ステップＳ９０４）。
なお、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ９０４は、「各発電機ノードの中から電流源を一つだけ設置した際の各母線電圧を算出」と簡略化して表記している。

次に、ステップＳ９０４で算出した前記母線電圧と、ステップＳ９０２で算出した前記アドミタンス行列（式３）と、を用いてそれぞれの電源によって発生する電流の潮流状態を算出する（ステップＳ９０５）。
なお、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ９０５は、「それぞれの電源によって発生する電流の潮流状態を算出」と簡略化して表記している。

次に、ステップＳ９０５で算出した潮流状態を示す前記電流と母線電圧とから、ｋ番目のノード（発電機）から母線ｉへの負荷への配分を、次に示す（式１０５）を用いて計算する（ステップＳ９０６）。
（式５）のＷ_ｉ ^ｋで求められた感度係数は、履歴データとして、データベース５０９に逐次記録され、さらにその記録したデータをもとに、各ノードがどのような微小変化に対する変化量であるかどうかを分析し、その結果を後記する図１１に示すフォーマット８５２、８５３でデータベース５０９に格納する。
なお、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ９０６は、「前記電流と、母線電圧から、ｋ番目の発電機から母線ｉの負荷への配分を計算」と簡略化して表記している。

なお、ここで、（式５）で示したＷ_ｉ ^ｋが前記したように、ｋ番目のノード（発電機）から母線ｉの負荷への配分であり、かつ、感度係数である。
また、Ｖ_ｉは母線ｉにおける電圧値、Ｉ_ｉ ^ｋは、母線ｉにおける発電機ｋからの電流値である。
また、（式５）の右辺の（Ｉ_ｉ ^ｋ）に付された「＊」は、（Ｉ_ｉ ^ｋ）の共役複素数を表すものである。
また、（式５）の右辺は、複素数の電圧Ｖ_ｉと、複素数の電流（Ｉ_ｉ ^ｋ）の共役複素数を示す（Ｉ_ｉ ^ｋ）^＊との積であるので、（式５）は有効電力に相当する。

また、ここで、図１１に示すデータベースのフォーマット８５２、８５３について補足説明する。
図１１は、母線の負荷への配分に対応する感度係数のＷ_ｉ ^ｋの計算結果、および計算過程を格納するデータベースのフォーマットを示す図である。図１１（ａ）に示したフォーマット８５３には、負荷への配分を決める際の「抵抗値（Ω）」、「感度（ＫＷ／Ω）」、「上限値」の項目がある。また、図１１（ｂ）に示したフォーマット８５２には、負荷への配分を実施する際の「Ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ」、「Ｅｎｄ ｔｉｍｅ」、「実施量（ＫＷ）」の項目がある。

≪ＣＯ_２依存度を考慮した蓄電装置への充電≫
蓄電池が接続されている電力系統に、太陽光発電、風力発電をはじめとした再生可能エネルギーが導入された場合には、電力系統の安定化の観点での制御のみならず、蓄電装置に充電する電力のＣＯ_２依存度を考慮した電力の供給と、蓄電装置への充電を行う。
前記した感度係数による各ノードの微小変化を用いることによって、蓄電装置へのＣＯ_２依存度を低下させることが可能となる。
その具体的方法としては、蓄電装置１０６のユーザの希望によりＣＯ_２依存度が高い電力を充電する時間帯は、計算エンジン５０５にて制御電流量を絞る結果を比較装置５０４に送信し、ＣＯ_２依存度が低い電力で充電可能な時間帯は、計算エンジン５０５にて制御電流量を蓄電装置１０６の要求に見合う量で充電する。
このような運用で蓄電装置１０６へのＣＯ_２依存度を低下することが可能となる。
本発明の第４実施形態で示した、計算エンジン５０５において、充電電力のＣＯ_２依存量を算出する機能を用いることにより、制御コントローラ５０３が管轄する範囲内でＣＯ_２依存度を低減した充電を行うことが可能となる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。
第１実施形態の電力監視制御装置１０２における電流制御装置１０３には、可変抵抗２０４やセンサ２０３を用いて電流値を制御する方法を示したが、それらのみではない。リレーを接続して間欠制御を行うことで充電する電力のワットアワー（ＷＨ）値を制御する方法もある。この方法においては、各住宅における最大契約電力の範囲内に収めることには寄与しないが、広域の電力系統における需要電力の平準化や、ＣＯ_２依存度の低減に配慮した充電には貢献する。

また、第１実施形態の計算エンジン１０５の処理方式を示すフローチャート（図３）のステップＳ３１０において、充電の条件が必ずしも整っていないときには、Ｗａｒｎｉｎｇ Ｌａｍｐ（警告灯）を任意の方法で表示するとしたが、それのみならず、メッセージを表示してもよいし、また音声による警告やガイダンスであってもよい。

また、本発明は電気自動車への充電を行う電力監視制御システムを主眼としているが、ハイブリッド車のプラグイン充電においても、有効な手法である。
また、自動車のみならず、蓄電池を搭載した一般の電動輸送機器へも適用可能である。

（本発明、本実施形態の補足）
本発明は蓄電装置への充電時に電力系統における基準電圧からの電圧許容範囲からの逸脱、あるいはＣＯ_２依存度を最小限にする蓄電池への充電の際の電力監視制御装置を提供するものである。
本発明では電力系統とバッテリコントローラを搭載した蓄電池の間に、電力監視制御装置（電力制御機器）を設けることにより、蓄電池に充電する電力の電流を監視することと同時に、電力系統側から供給可能な範囲で電流の制御を行う。この際には蓄電池から要求される電流値と、電力系統側から供給可能である電力の電流値と間で最小値となる値を系統から供給する電流値とする。このような方式をとることにより、蓄電池側で必要とする電力をフルに電力系統側から供給できない場合があるものの、その分蓄電池側で充電の時間が増加する。

また、電力系統側からの供給可能である電力を算出する際には、電力系統における電流増加分の感度係数をもとに、蓄電池を充電する優先順位とその充電量を決定する方法、あるいは、対象とする電力系統における電圧安定度を用いて蓄電池を充電する優先順位とその充電量を決定する方法を用いる。
また、電力系統側の制御として、個々の蓄電池への充電制御が自律分散的に充電電流を制御するのみならず、複数の蓄電池への充電制御を一括して集中して制御を行う方法の二通りの方法を用いる。
本発明により蓄電池、特に電気自動車のように一斉充電開始が予想される蓄電池が急激に増加しても、個別の蓄電池の充電量を制御することにより、蓄電池が属している電力系統において急激な電圧の低下をはじめとした電力品質の低下が発生することなく、電力送配電の管理者の立場から安定した電力系統の運用が可能となる。

１０１、９１０ 電力系統
１０２、５０２ 電力監視制御装置
１０３ 電流制御装置
１０４、５０４ 比較装置
１０５、５０５ 計算エンジン
１０６ 蓄電装置、蓄電池（充電機器）
１０７ バッテリコントローラ
１０８ 電池
１０９、１１０、５０９ データベース
１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ 電力線
１１２〜１１９ 通信線
２０１ コントローラ
２０３ センサ
２０４ 可変抵抗
５０３ 制御コントローラ（外部コントローラ）
８５０〜８５３ フォーマット

Claims (7)

1. 電力系統から充電機器を介して電池搭載の機器に充電を行う際の電力監視制御装置であって、
   前記電力系統から前記電池搭載の機器へ供給可能な電流値である電流制御算出値と、前記電池搭載の機器から前記充電機器に要求する電流値である充電要求値とを比較し、小さい方の電流値を電池搭載の機器への充電電流である電流制御値として採用することを特徴とする電力監視制御装置。
2. 前記電力系統から前記電池搭載の機器へ供給可能な電流値は、
   前記充電機器が接続されている電力系統の変圧器の二次側電圧と、
   当該二次側電圧の上下限値と、
   前記電池搭載の機器の接続状態と、
   前記電池搭載の機器の充電予測情報と、
   から算出されることを特徴とする請求項１に記載の電力監視制御装置。
3. 前記電力系統から前記電池搭載の機器へ供給可能な電流値は、
   前記充電機器が接続されている電力系統の母線の電圧値と、
   前記母線に対する電圧安定度と、
   当該電圧安定度の上下限値と、
   前記電池搭載の機器の接続状態と、
   から算出されることを特徴とする請求項１に記載の電力監視制御装置。
4. 前記電力系統から前記電池搭載の機器へ供給可能な電流値は、
   少なくとも、
   電池から収集する電池のＳＯＣ値と、
   充電開始時の電力制御機器から電池搭載の機器への充電電圧と、
   各充電に必要であった充電時間を含む履歴データと、
   から算出し、
   かつ前記電池搭載の機器の電池の履歴データを用いて算出した電池の劣化度を用いて電池搭載の機器からの充電電流要求量を補正することを特徴とする請求項１の電力監視制御装置。
5. 前記電力系統には複数の前記充電機器と複数の電池搭載の機器とが接続され、
   所定の周期でセンサにて取得する前記電力系統における電流値もしくは電圧値と、
   前記電力系統のインピーダンス値より前記電力系統における母線に対する電流増加分に対する感度係数と、
   を算出し、
   当該感度係数を用いて充電を行う前記電池搭載の機器の決定と、前記電池搭載の機器への供給電流量を決定することを特徴とする請求項１に記載の電力監視制御装置。
6. 請求項１に記載の複数の電力監視制御装置を用い、前記電力監視制御装置に接続された複数の前記電池搭載の機器に充電することが可能な電力監視制御システムであって、
   前記電力系統から前記電池搭載の機器へ充電する際の充電最小電流値を外部コントローラにて算出し、
   当該算出した充電最小電流値が前記電力系統の電圧許容値を満足しなくなった時点で前記電力監視制御装置が前記外部コントローラより電力系統に係るデータをネットワーク経由でダウンロードし、
   当該ダウンロード後に前記電池搭載の機器への充電電力を制御することを特徴とする電力監視制御システム。
7. 前記外部コントローラは、上位の電力系統における有効電力、無効電力、電圧の変動と、上位の電力系統における需要予測データ、電圧、電力の計測値、あるいは状態推定値をもとに前記コントローラに接続している前記電池搭載の機器への電力系統からの充電量を個別に算出することを特徴とする請求項６に記載の電力監視制御システム。

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