JP2022122662A - 充放電要素の充放電制御方法、及び充放電要素の充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統上に充電する充放電要素と放電する充放電様子とが混在するのを抑制する。【解決手段】充放電要素の充放電制御方法は、電力系統（１０）の電線（１２）に接続された複数の充放電要素（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）による充放電の最大電力量の余裕量（ΔＰall ｆmax）、及び、前記電力系統の系統周波数に応じた周波数調整容量の余裕量（ΔＰall freq）を受信し、他の充放電要素（ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）の充電又は放電よりも自己（ＥＶ１）の充電又は放電が優先される度合いを示す優先度（β）及び受信した２つの余裕量（ΔＰall ｆmax）、（ΔＰall freq）に基づいて、充電と放電との境界となる系統周波数（ｆ）の値が優先度（β）によらず同一の、系統周波数（ｆ）に対する充放電の優先度（β）に応じた出力特性を決定し、決定した出力特性に基づいて算出した出力で充電又は放電を行う。【選択図】図８

Description

本発明は、充放電要素の充放電制御方法、及び充放電要素の充放電制御装置に関する。

特許文献１には、電力系統の周波数安定化システムの技術が記載されている。この技術では、電力系統側で、系統周波数を計測し、計測した系統周波数と基準周波数との偏差に基づいて電力系統の周波数調整容量を算出する。さらに、算出した周波数調整容量に応じた情報を、電力系統側から、電力系統に接続した複数の受電量制御負荷に一斉送信する。各受電量制御負荷は、系統周波数を自身で計測し、計測した系統周波数、電力系統側から受信した情報、及び、基準周波数に基づいて、各受電量制御負荷の受電量をそれぞれ制御する。

特許文献１の技術では、受電量制御負荷に電力系統側から一斉送信される情報は、受電量制御負荷の周波数応答特性に基づいて決定される。受電量制御負荷の周波数応答特性は、系統周波数の変動に対する受電量制御負荷の受電量の応答特性である。

特許文献１には、電力需要がピークに達する時間帯において、基準周波数におけるチャージ電力が下がるように、受電量制御負荷の周波数応答特性を平行移動させてもよいことも記載されている。

特許第５５９８８９６号公報

特許文献１では、電気自動車が、最適な受電量制御負荷の例として挙げられている。電気自動車では、バッテリの充放電出力特性が自己の優先度に応じて設定されることがある。自己の優先度とは、自己のバッテリの充放電が、同じ電力系統に接続された他の電気自動車のバッテリの充放電よりも優先される度合いを示すものである。

特許文献１の技術では、周波数応答特性の平行移動に関する記載にあるように、系統周波数の変動に応じて設定される周波数調整容量とは別に、電力系統上の負荷の消費電力に応じたベース容量を、電力需要に応じて設定する方法を採用している。

ベース電力を周波数調整容量とは別に設定すると、電気自動車を受電量制御負荷とする場合、電気自動車の消費電力が優先度に応じて変動する。電気自動車の消費電力が変動するとベース容量が変動し、周波数応答特性における充電出力領域と放電出力領域との境界周波数が変動する。電気自動車の優先度に応じて境界周波数が変動すると、例えば、電力系統に優先度が異なる複数の電気自動車を接続した場合に、バッテリを充電させる電気自動車とバッテリを放電させる電気自動車とが電力系統上に混在する。この混在は、バッテリの充放電効率を低下させる要因となる。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電力系統上に充電する充放電要素と放電する充放電様子とが混在するのを抑制することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一つの態様に係る充放電要素の充放電制御方法では、電力系統の電線に複数接続された充放電要素が、複数の充放電要素による充放電の最大電力量の余裕量と、電力系統の系統周波数に応じた周波数調整容量の余裕量とを受信する。他の充放電要素よりも自己の充電又は放電が優先される度合いを示す優先度と受信した２つの余裕量とに基づいて、充電と放電との境界となる系統周波数の値が優先度によらず同一の、系統周波数に対する充放電の優先度に応じた出力特性を決定し、出力特性に基づいて算出した出力で充電又は放電を行う。

本発明によれば、電力系統上に充電する充放電要素と放電する充放電様子とが混在するのを抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る充放電制御方法が適用される充放電要素を含む電力システムの構成を示す図である。 図２は、図１の電気自動車の充放電制御装置及びその周辺装置の構成を示すブロック図である。 図３は、図２の特性決定部が決定する電気自動車の優先度に応じた充放電の出力特性を示すグラフである。 図４は、充電する電気自動車と放電する電気自動車とが混在する周波数領域が発生する、比較例に係る電気自動車の優先度に応じた充放電の出力特性を示すグラフである。 図５は、図１の充放電制御装置が実行する処理ステップを時系列に並べたフローチャートである。 図６は、図２の特性決定部が決定する電気自動車の優先度に応じた充放電の出力特性において、優先度が高いほど放電領域では放電出力が大きくなることを示すグラフである。 図７は、図２の特性補正部が補正した充電の出力特性を示すグラフである。 図８は、充電出力が最大充電電力量を超える出力特性を、最大充電電力量以下に充電出力が収まるようにシフトさせた、比較例に係る電気自動車の優先度に応じた充放電の出力特性を示すグラフである。 図９は、図２の特性決定部が決定する、充電出力が最大充電電力量を超える出力特性を、最大充電電力量以下に充電出力が収まり出力特性の充電領域と放電領域との境界が他の優先度の出力特性と同じとなるようにした、電気自動車の優先度に応じた充放電の出力特性を示すグラフである。

図面を参照して、実施形態及びその変形例、実施形態又はその変形例を適用した具体的な実施例を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（電力系統）
図１を参照して、実施形態に係わる充放電制御装置をそれぞれ搭載した電気自動車及び電気自動車が接続された電力系統の構成を説明する。

電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３（充放電要素の一例）は、実施形態に係わる充放電制御装置をそれぞれ搭載し、共通の電線１２を介して電力網１１に電気的に接続されている。電線１２には、他の電力消費要素も接続されている。他の電力消費要素と電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３とは、電力系統１０から電力が供給される負荷群を構成する要素である。

電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３は、電線１２を介して、電力網１１から電力を受電（充電）し、且つ電力網１１へ電力を送電（放電）することができる。充放電制御装置の各々は、自らが搭載された電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３が充放電する電力（充放電電力）を自律的に制御する。電線１２に接続して充放電電力を自律的に制御する電気自動車（ＥＶ）の数は、図１に示す３台に限定されない。

電線１２は、電流計測装置１５及び変圧器１４を介して電力網１１に接続されている。電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３は、電流計測装置１５側から電力を受電し、電流計測装置１５側に向けて電力を送電する。変圧器１４の一例として、高圧配電線路に印加されている電圧を家庭や事務所等で使用する電圧に変更する柱上変圧器（ポールトランス）が挙げられる。

電流計測装置１５は、電線１２に流れる電流を計測し、計測した電流及び電線１２の電圧に基づいて、電線１２を経由して電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体が充電又は放電している総充放電電力の現在値（Ｐall＿now）を算出する。また、電流計測装置１５は、計測した電流に基づいて、電力系統１０の系統周波数（ｆ）を測定する。系統周波数（ｆ）は、電線１２に流れる電流の周波数である。

電力系統１０とは、電力の流れを供給側・需要側の両方から制御し、最適化できる電力システムである。電力系統１０は、スマートグリッド、スマートコミュニティ、及び、事業所や工場などの限られた範囲でエネルギー供給源から末端消費部分を通信網で管理するマイクログリッド又はＭＥＭＳ（Mansion Energy Management System）を含む概念である。電力系統１０には、図１に示す電力網１１、電線１２、変圧器１４、電流計測装置１５が含まれる。電力網１１には、火力、原子力、水力などの各種発電所、及び数十万ボルト（Ｖ）から数千Ｖへ電圧を変圧する変電所が含まれる。

実施形態において、電力系統１０には、情報送信装置１６が更に含まれる。情報送信装置１６は、電力の流れを供給側・需要側の両方から制御し、最適化するコンピュータ又はサーバであって、コンピュータネットワークを介して、電流計測装置１５に接続されている。或いは、電力網１１を介して電流計測装置１５から各種の電力情報を取得してもよい。

情報送信装置１６は、電力系統１０から供給される各種の電力情報に基づいて、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体へ充電又は放電を要求する信号を生成する計算部１７と、計算部１７が生成した信号を電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３に対して同報送信する同報送信部１８ａ及び同報送信装置１８ｂとを有する。

計算部１７が生成する信号には、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体に対する充電又は放電の要求、すなわち「系統要求」が含まれる。系統要求とは、例えば、後述する電力系統１０の最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）である。

総充放電電力の最大値（Ｐall＿max）は、電線１２を介して電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体が充電又は放電することできる電力量の最大値である。総充放電電力の最大値（Ｐall＿max）は、予め定められている。総充放電電力の現在値（Ｐall＿now）は、電線１２を介して電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体が充電又は放電している電力量の現在値である。実施形態に係わる充放電制御装置は、総充放電電力の最大値（Ｐall＿max）の制約に基づき、総充放電電力の現在値（Ｐall＿now）が、電力の最大値（Ｐall＿max）を超えないように、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３の充放電出力を制御する。

情報送信装置１６は、電流計測装置１５が測定した電力系統１０の系統周波数（ｆ）及び総充放電電力の現在値（Ｐall＿now）を、コンピュータネットワーク又は電力網１１を介して受信する。情報送信装置１６は、電力系統１０の系統周波数（ｆ）に対する総充放電電力（Ｐall）の基本出力特性を示すデータと、総充放電電力の最大値（Ｐall＿max）を示すデータとを記憶した記憶装置を備える。

計算部１７は、電流計測装置１５が測定した系統周波数（ｆ）と算出した総充放電電力の現在値（Ｐall＿now）とから、電力系統１０の系統周波数（ｆ）に対する総充放電出力の出力特性を算出する。また、計算部１７は、算出した出力特性と、電流計測装置１５が測定した系統周波数（ｆ）とから、系統周波数（ｆ）の調整範囲の最大周波数（ｆmax）における電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体の総充放電電力（Ｐall＿ｆmax）の推定値を算出する。系統周波数（ｆ）の調整範囲は、電力系統１０の基準周波数（ｆref） が５０Ｈｚである場合、±０．２Ｈｚとすることができる。

計算部１７は、（１）式に示すように、総充放電電力の最大値（Ｐall＿max）から最大周波数（ｆmax）における総充放電電力の推定値を減ずることにより、最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）を算出する。電力系統１０が電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３に対して充電を要求している状況において、計算部１７は、最大周波数（ｆmax）における充電の差分電力を算出する。最大周波数（ｆmax）における充電の差分電力は、電線１２が電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体に送電することができる総充電電力の最大値から、最大周波数（ｆmax）において電線１２を経由して電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体に送電される総充電電力の推定値を減じて算出する。

一方、電力系統１０が電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３に対して放電を要求している状況において、計算部１７は、最大周波数（ｆmax）における放電の差分電力を算出する。最大周波数（ｆmax）における放電の差分電力は、電線１２が電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体から受電することができる総放電電力の最大値から、最大周波数（ｆmax）において電線１２を経由して電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体から受電される総充電電力の推定値を減じて算出する。最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）は、０以上の正の値であり、最大周波数（ｆmax）における充電の差分電力及び放電の差分電力を含む概念である。

なお、電力系統１０が電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３に対して充電又は放電を要求している状況は、電力系統１０における電力の需給バランスに応じて変化する。情報送信装置１６は、記憶装置から読み出した総充放電電力の最大値（Ｐall＿max）を示すデータと、計算部１７が算出した最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）とを用いて、最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）を、充放電の最大電力量の余裕量を示す値として算出する。最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）を算出する方法として、国際公開第２０２０／１９４０１０号に開示された、総充放電電力の最大値（Ｐall＿max）から総充放電電力の現在値（Ｐall＿now）を減して差分電力（△Ｐ）を算出する方法を応用することができる。

さらに、計算部１７は、周波数調整容量の差分（ΔＰall freq）を、周波数調整容量の余裕量を示す値として算出する。周波数調整容量の差分（ΔＰall freq）は、記憶装置から読み出した基本出力特性により系統周波数（ｆ）の調整範囲の最小周波数から最大周波数（ｆmax）までの間で得られる周波数調整容量（Ｐall freq）の理論値から、計算部１７が算出した出力特性により系統周波数（ｆ）の調整範囲の最小周波数から最大周波数（ｆmax）までの間で実績として得られる周波数調整容量（Ｐall freq）の実績値を減じた差分である。

同報送信部１８ａは、同報送信装置１８ｂを用いて、計算部１７が算出した最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）と周波数調整容量の差分（ΔＰall freq）とを示す電気信号を、全ての電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３に対して、同報送信（ブロードキャスト）する。同報送信部１８ａが同報送信する電気信号が示す、最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）と周波数調整容量の差分（ΔＰall freq）は、情報送信装置１６が処理サイクルを繰り返す毎に更新される。

同報送信の方法としては、Ｗｉ－Ｆｉ（ワイファイ：登録商標）のような無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を用いることができる。

実施形態において、「電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３」は、電線１２を経由して電力を充放電する「充放電要素」の一例である。充放電要素は、受電した電力をバッテリ（二次電池、蓄電池、充電式電池を含む）に蓄える。「充放電要素」には、車両（電気自動車、ハイブリッド車、建設機械、農業機械を含む）、鉄道車両、遊具、工具、家庭製品、日用品など、バッテリを備える、あらゆる機器及び装置が含まれる。実施形態において、充放電要素の一例として、電気をエネルギー源とし、モータを動力源として走行する電気自動車（ＥＶ）を挙げる。しかし、本発明における充放電要素を電気自動車（ＥＶ）に限定することは意図していない。

「充放電要素」は、実施形態に係る充放電制御装置による充放電制御の単位構成を示す。即ち、充放電要素を単位として実施形態に係わる充放電制御が行われる。例えば、複数の電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３の各々について、互いに独立して並列に充放電制御が行われる。

（電気自動車）
図２を参照して、電線１２に接続される電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の各々に搭載された充放電制御装置２３及びその周辺装置の構成を説明する。なお、以後、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・のうち、電気自動車ＥＶ１を例にとり、説明するが、その他の電気自動車ＥＶ２、ＥＶ３、・・・も同様な構成を有し、同様に動作することができる。

電気自動車ＥＶ１には、充放電制御装置２３の周辺装置として、受信装置２１（受信部）、車両状態取得装置２２、充放電装置２４、モータ２６、及びバッテリ２５が搭載されている。

受信装置２１は、同報送信装置１８ｂから同報送信された電気信号（無線信号）を受信する装置である。受信装置２１が受信する電気信号には、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体へ充電又は放電を要求する信号が含まれる。この信号には、系統要求の一例としての、電力系統１０の周波数調整容量の要求値（Ｐfr）を示す信号、及び周波数調整容量の過不足容量（ΔＰfr）を示す信号が含まれる。

車両状態取得装置２２は、電気自動車ＥＶ１の状態を表す情報を取得する。例えば、「電気自動車ＥＶ１の状態」には、電気自動車ＥＶ１が備えるバッテリ２５の充電率の現在値（ＳＯＣnow）、及び電気自動車ＥＶ１のユーザの要求を表す数値が含まれる。電気自動車ＥＶ１のユーザの要求を表す数値は、例えば、バッテリ２５の充電率の目標値（ＳＯＣgoal）、及び電気自動車ＥＶ１の充放電を終了する時刻（充放電の終了時刻Ｔｄ）である。終了時刻Ｔｄまでの残り時間（Ｔ）は、電気自動車ＥＶ１が充放電を行うことができる残り時間である。

充放電装置２４は、オンボードチャージャー（ＯＢＣ）であって、充放電制御装置２３による制御の下で、電線１２を介してバッテリ２５の充放電を実行する。充放電装置２４は、受電した電力をバッテリ２５に蓄える。或いは、充放電装置２４は、受電した電力を、バッテリ２５に蓄えず、駆動源としてのモータ２６へ直接送電しても構わない。一方、充放電装置２４は、バッテリ２５に蓄えられている電力又はモータ２６が発電した電力を、電線１２を介して電力網１１へ放電する。

充放電装置２４は、電流計２４ａを備える。電流計２４ａは、電気自動車ＥＶ１が接続された電線１２上の位置で、電線１２を流れる電流を計測する。電気自動車ＥＶ１が接続された電線１２上の位置を、電気自動車ＥＶ１の「受電端」と呼ぶ。充放電装置２４は、電気自動車ＥＶ１の受電端において、電力系統１０の系統周波数（ｆ）を測定することができる。

バッテリ２５は、充放電装置２４が受電した電力を蓄える二次電池、蓄電池、充電式電池を含む。モータ２６は、バッテリ２５が蓄える電気エネルギー又電力に基づいて駆動する電気自動車ＥＶ１の駆動源である。

充放電制御装置２３は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、及び入出力部を備えるマイクロコンピュータを用いて実現可能である。マイクロコンピュータを充放電制御装置２３として機能させるためのコンピュータプログラムを、マイクロコンピュータにインストールして実行する。これにより、マイクロコンピュータは、充放電制御装置２３が備える複数の情報処理部（３１～３８）として機能させることができる。ここでは、ソフトウェアによって充放電制御装置を実現する例を示すが、もちろん、各情報処理を実行するための専用のハードウェアを用意して、充放電制御装置２３を構成することも可能である。専用のハードウェアには、実施形態に記載された機能を実行するようにアレンジされた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）や従来型の回路部品のような装置を含む。

なお、充放電制御装置２３、受信装置２１、車両状態取得装置２２、及び充放電装置２４を異なる部材として説明したが、勿論、任意に選んだ２以上の装置を１つの装置として構成してもよい。あるいは、複数の情報処理部（３１～３８）を分割して２以上の異なる装置を用いて構成しても構わない。さらに、複数の情報処理部（３１～３７）の全てまたは一部を、電気自動車ＥＶ１に搭載されたその他のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を用いて構成しても構わない。

充放電制御装置２３は、以下に示す優先度（β）の補正に係る処理を除くその他の電気自動車ＥＶ１の充放電制御に関する処理に対して、国際公開第２０２０／１９４０１０号に開示された受電制御装置が行う処理を適用することができる。

充放電制御装置２３は、複数の情報処理部（３１～３７）として、充放電要求取得部３１、電流情報取得部３２、系統周波数測定部３３、優先度算出部３４、特性決定部３５、充放電電力算出部３６、及び充放電制御部３７を備える。

充放電要求取得部３１は、受信装置２１が受信した電気信号から、系統要求の一例としての電力系統１０の最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）を示す情報と、周波数調整容量の差分（ΔＰall freq）を示す情報とを取得する。

電流情報取得部３２は、電線１２に対する電気自動車ＥＶ１の接続端において充放電装置２４の電流計２４ａが計測した、電線１２の電流値を取得する。

系統周波数測定部３３は、電流情報取得部３２が取得した電線１２の電流値を用いて、電線１２の系統周波数（ｆ）を測定する。

優先度算出部３４は、電気自動車ＥＶ１のユーザの要求を表す数値及び電気自動車ＥＶ１の状態に基づいて、他の電気自動車（ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）の充電又は放電よりも自己ＥＶ１の充電又は放電が優先される度合いを示す電気自動車ＥＶ１の優先度（β）を算出する。具体的に、優先度算出部３４は、（２）式を用いて、現時刻（Ｔｏ）から充放電の終了時刻（Ｔｄ）までの残り時間（Ｔ）から優先度（β）を算出する。（２）式において、Ｎは、充放電を行う電気自動車の総数を示す。充電率の現在値（ＳＯＣnow）及び充電率の目標値（ＳＯＣgoal）を用いた優先度（β）の算出方法として、国際公開第２０２０／１９４０１０号に開示された方法を用いることができる。

電気自動車の総数（Ｎ）は、電線１２に接続された電気自動車を含む電力系統１０の負荷群における過去の充放電履歴を調査して得られる統計データ（数量データ）であってもよいし、総充放電電力の現在値（Ｐall＿now）から、おおよその電気自動車の総数（Ｎ）を推定することも可能である。総数（Ｎ）は差分電力（△Ｐ）と同様に情報送信装置１６もしくは情報送信装置１６に付随する装置から同報送信される。または、電気自動車の充電システムの位置情報や識別信号などで、総数（Ｎ）を特定してもよい。

特性決定部３５は、優先度算出部３４が算出した優先度（β）と、受信装置２１が受信した電力系統１０の最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）及び周波数調整容量の差分（ΔＰall freq）に基づいて、系統周波数（ｆ）に対する電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を決定する。この出力特性は、系統周波数（ｆ）の調整範囲の各周波数における電動自動車ＥＶ１の充放電出力を定義したものである。

特性決定部３５は、優先度（β）に応じた電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を決定する。

仮に、図４に示す比較例の出力特性のように、優先度（β）が高いほど、周波数調整容量とは別に確保する充放電電力（ベース電力）が大きい出力特性にすると、系統周波数（ｆ）の調整範囲中に、優先度（β）に応じた出力特性によって充電する電気自動車と放電する電気自動車とが混在する周波数領域が発生する。この周波数領域では、ある電気自動車から放電された電力が他の電気自動車に充電されるので、充放電損失が大きくなり電気自動車全体による充放電効率が低下してしまう。

そこで、特性決定部３５は、例えば、図３に示す高、中、低の各優先度（β）の出力特性のように、充電領域と放電領域との境界が優先度（β）によらず同じ系統周波数（ｆ）となる出力特性を、電気自動車ＥＶ１の出力特性として決定する。

充電領域と放電領域との境界が優先度（β）によらず同じ系統周波数（ｆ）となるように、電力系統１０の総充放電電力を電気自動車ＥＶ１に分配するには、最大周波数（ｆmax）において電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・全体が利用できる差分電力（ΔＰall ｆmax）と、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・全体が供給する周波数調整容量（Ｐall freq）とを、両方とも電気自動車ＥＶ１の優先度（β）に応じて分配できればよい。差分電力（ΔＰall ｆmax）は、出力特性の充放電出力軸における切片であり、周波数調整容量（Ｐall freq）は、出力特性の傾きである。

最大周波数において利用する電力と傾きを、電気自動車ＥＶ１の優先度（β）に対して比例関係を持つようにそれぞれ分配すれば、各優先度（β）の出力特性において、充放電出力がゼロになる系統周波数（ｆ）が必然的に１つとなる。一般式で表現すると、各電気自動車ＥＶiの系統周波数（ｆ）における充放電出力Ｐiを、系統周波数（ｆ）の関数による（３）式で与えることとする。

ここで、（３）式中の添え字（右下付文字）「ｉ」は、個々の電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・を示す。

（３）式において、電気自動車全体の差分電力（ΔＰall）と周波数調整容量（Ｐfreq）とを、電気自動車iの優先度βiに応じて分配するならば、各電気自動車iの要素差分電力（ΔＰall,i）及び要素周波数調整容量（Ｐfreq,i）は、（４）式で表されることになる。（４）式において「Βtotal」は、電気自動車iの優先度βiの合計である。

（４）式を（３）式の差分電力（ΔＰall）と周波数調整容量（Ｐfreq）とに当てはめると、（５）式のようになる。この式では、右辺のβi／Βtotalを除く部分が「０」（ゼロ）になれば、優先度βiの値によらず、電気自動車iの充放電出力Ｐiは「０」（ゼロ）になる。よって、特性決定部３５は、充電領域と放電領域との境界が優先度（β）によらず同じ系統周波数（ｆ）となる電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を、（３）式を利用して決定する。

充放電電力算出部３６は、電気自動車ＥＶ１の要素充放電出力を算出する。要素充放電出力の算出には、（６）式を利用することができる。（６）式は、「系統要求」としての差分電力（ΔＰ）から、電力系統に接続された複数の充放電要素による充放電電力（Ｐｔ）の更新値（Ｐｔ＋１）を求める更新式である。（６）式において、差分電力（ΔＰ）は、電力系統の総充放電電力の最大値（Ｐall＿max）から総充放電電力の現在値（Ｐall＿now）を減じた値である。

（６）式では、差分電力（△Ｐ）に電気自動車の優先度（βi）を乗じることにより要素差分電力（βi×△Ｐ）を算出する。そして、前回の処理サイクルにおける要素充放電電力（Ｐｔ）に、要素差分電力（β×△Ｐ）を加算し、現在の充放電電力に対する補正係数αを用いた一定の電力補正値（α×Ｐｔ）を減算することにより、要素充放電電力（Ｐｔ）の更新値（Ｐｔ＋１）を求めることができる。なお、充放電電力を示す記号「Ｐ」の添え字（右下付文字）「ｔ」「ｔ＋１」は、「処理サイクル」の繰り返し回数を示す。ｔは、零を含む正の整数である。要素充放電電力（Ｐｔ）を更新する際に、一定の電力補正値（α×Ｐｔ）を減算することにより、差分電力（△Ｐ）を零に成り難くすることができる。新たに受電を開始したい電気自動車は、早期に受電を開始することができる。

この（６）式における充放電電力（Ｐｔ）に、受信装置２１が受信した最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）及び周波数調整容量の差分（ΔＰall freq）をそれぞれ代入することで、充放電電力算出部３６は、電気自動車（ＥＶ１）の優先度（β）に応じた、最大周波数（ｆmax）における要素差分電力（ΔＰt,all ｆmax）の更新値（ΔＰt+1,all ｆmax）と、要素周波数調整容量の差分（ΔＰt,all freq）の更新値（ΔＰt+1,all freq）とを算出することができる。

充放電電力算出部３６は、算出した要素差分電力の更新値（ΔＰt+1,all ｆmax）と、要素周波数調整容量の差分の更新値（ΔＰt+1,all freq）と、充放電装置２４が測定した系統周波数（ｆ）とから、（３）式を用いて、自身ＥＶ１の要素充放電出力を算出する。

充放電制御部３７は、充放電電力算出部３６が算出した要素充放電出力で電気自動車ＥＶ１が充電又は放電するように充放電装置２４を制御する。このように、充放電制御装置２３は、以下に示す（ａ）～（ｆ）の処理サイクルを繰り返すことにより、電気自動車ＥＶ１が充放電する電力である充放電電力（Ｐ）を制御する。
（ａ）最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰt,all ｆmax）と周波数調整容量の差分（ΔＰt,all freq）を示す情報を取得し、
（ｂ）優先度（β）を算出し、
（ｃ）最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰt,all ｆmax）と周波数調整容量の差分（ΔＰt,all freq）の更新値（ΔＰt+1,all ｆmax）（ΔＰt+1,all freq）を求め、から、優先度（β）に応じた充放電出力特性を決定し、
（ｄ）接続端で系統周波数（ｆ）を測定し、
（ｅ）測定した系統周波数（ｆ）と、差分電力（ΔＰt,all ｆmax）及び周波数調整容量の差分（ΔＰt,all freq）の更新値（ΔＰt+1,all ｆmax）（ΔＰt+1,all freq）とから、要素充放電出力を決定し、
（ｆ）決定した要素充放電出力で充放電するように充放電装置２４を制御する。

図５のフローチャートを参照して、図２の充放電制御装置２３による充放電制御方法の一例を説明する。この充放電制御方法は、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の充放電制御装置２３よってそれぞれ実行される。なお、当業者であれば、図２の充放電制御装置２３の具体的な構成及び機能の説明から、充放電制御装置２３による充放電制御方法の具体的な手順を、容易に理解できる。よって、ここでは、図２の充放電制御装置２３による充放電制御方法として、充放電制御装置２３の主要な処理動作を説明し、詳細な処理動作の説明は、図２を参照した説明と重複するため割愛する。

まず、ステップＳ２０１で、優先度算出部３４は、車両状態取得装置２２が取得したバッテリ２５の充電率の現在値（ＳＯＣnow）、出発予定時刻などから、充放電の優先度（β）を算出する。

ステップＳ２０２に進み、充放電電力算出部３６は、電気自動車（ＥＶ１）の優先度（β）に応じた、最大周波数（ｆmax）における要素差分電力（ΔＰt,all ｆmax）の更新値（ΔＰt+1,all ｆmax）と、要素周波数調整容量の差分（ΔＰt,all freq）の更新値（ΔＰt+1,all freq）とを算出する。

ステップＳ２０３に進み、系統周波数測定部３３は、電流計２４ａが計測した電線１２の電流値を用いて電線１２の系統周波数（ｆ）を測定する。ステップＳ２０４に進み、充放電電力算出部３６は、最大周波数（ｆmax）における要素差分電力（ΔＰt,all ｆmax）の更新値（ΔＰt+1,all ｆmax）と、要素周波数調整容量の差分（ΔＰt,all freq）の更新値（ΔＰt+1,all freq）と、系統周波数測定部３３が測定した電線１２の系統周波数（ｆ）と、特性決定部３５が決定した充放電の出力特性とから、電気自動車ＥＶ１の要素充放電出力を決定する。

ステップＳ２０５に進み、充放電制御部３７は、充放電電力算出部３６が算出した要素充放電出力で電気自動車ＥＶ１が充電又は放電するように充放電装置２４を制御する。

本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を得られる。

電力系統１０の情報送信装置１６が、電力系統１０における充放電の最大電力量の余裕量を示す値として、系統周波数（ｆ）の調整範囲の最大周波数（ｆmax）における差分電力（ΔＰall ｆmax）を、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・全体による周波数調整容量の余裕量を示す値としての周波数調整容量の差分（ΔＰall freq）と共に同報送信する。すると、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・では、充電領域と放電領域との境界が優先度（β）によらず同じ系統周波数（ｆ）となる出力特性が、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の出力特性としてそれぞれ決定される。

したがって、どんな優先度（β）の電気自動車も、同じ系統周波数（ｆ）では一律に充電又は放電するようになる。このため、優先度（β）に応じた出力特性によって、同じ系統周波数（ｆ）でも充電する電気自動車と放電する電気自動車とが混在する周波数領域が発生するのを抑制し、電力系統１０における電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・全体による充放電効率が、充放電損失によって低下するのを抑制することができる。

（第１変形例）
以上の実施形態では、特性決定部３５が優先度（β）に応じて、図３に示すように充電領域と放電領域とに跨がる線形の出力特性を決定する。この出力特性では、充電領域では優先度（β）が高いほど充電出力が大きくなり、放電領域では、図６の破線で囲んだ部分に示すように、優先度（β）が高いほど放電出力が大きくなる。これでは、充電出力の優先度が高い電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・ほど、放電領域において放電しやすくなってしまう。そこで、優先度算出部３４が算出する優先度（β）を、充電領域と放電領域とで異ならせるようにしてもよい。

例えば、図７に示すように、全ての優先度（β）の電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・が充電出力となる周波数領域と放電出力となる周波数領域とで、優先度（β）の高低を逆転させてもよい。この場合、充電領域では優先度（β）が高い電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・は、放電領域では低い優先度（β）となる。反対に、充電領域では優先度（β）が低い電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・は、放電領域では高い優先度（β）となる。このため、充電出力の優先度が高い電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・ほど、放電領域において放電しにくくすることができる。

なお、異なる優先度（β）への変更は、系統周波数（ｆ）が充電領域と放電領域との境界を跨いで変化するタイミングで不連続に変更してもよく、複数の段階を経て連続的に変更してもよい。

そして、充電領域と放電領域との境界が優先度（β）によらず同じ系統周波数（ｆ）となるように、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の充放電の出力特性を決定する上で、優先度（β）に関する制約がないので、充電領域と放電領域とで優先度（β）を異ならせても、電力系統１０における電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・全体による充放電効率の低下を抑制することができる。

（第２変形例）
以上の実施形態では、特性決定部３５が優先度（β）に応じて決定する出力特性の傾きが、図３に示すように、優先度（β）が高いほど大きくなる。このため、出力特性の傾きの大きさによっては、例えば、高い優先度（β）に対応する出力特性の最大周波数側における充電出力が、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・全体による最大充電電力量を超える可能性がある。

この場合には、例えば、充電出力が最大充電電力量を超える出力特性の優先度（β）に上限値を設定し、図８に示す比較例における高い優先度（β）に対応する出力特性のように、最大充電電力量以下に充電出力が収まるようにシフトさせることが考えられる。しかし、シフトさせた高い優先度（β）の出力特性の充電領域と放電領域との境界となる系統周波数（ｆ）は、他の優先度（β）の出力特性とは異なる周波数になってしまう。

そこで、優先度算出部３４が、充電出力が最大充電電力量を超える出力特性の優先度（β）に上限値を設定し、充電出力が最大充電電力量を超える、高い優先度（β）に対応する出力特性を、図９に示すように、最大充電電力量以下に充電出力が収まり出力特性の充電領域と放電領域との境界が他の優先度の出力特性と同じ周波数となるようにしてもよい。この上限値は、例えば、（７）式で表される上限設定式によって定めることができる。

これにより、充電出力が最大充電電力量を超えるのを防ぎつつ、電力系統１０における電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・全体による充放電効率の低下を抑制することができる。また、充電出力が最大充電電力量に達した電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・を、一律に同じ優先度（β）に変更して、充電領域と放電領域との境界が一部の優先度（β）の出力特性と他の優先度の出力特性とで異なる周波数となるのを回避し易くすることができる。

なお、第２変形例の優先度（β）に対する上限値の設定は、（６）式におけるΔＰの項がゼロに近づいた場合に実行すると、特に有効である。即ち、特性決定部３５は、元々、図３に示すように、優先度（β）が高い電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・ほど出力特性の傾きを大きくしようとする。このため、（６）式におけるΔＰの項がゼロに近づいて、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・全体による充電出力が最大充電電力量に近づくと、優先度（β）が高い電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・ほど、出力特性通りには充電されなくなる。

そこで、（６）式におけるΔＰの項がゼロに近づいた場合に、優先度算出部３４が優先度（β）に対して上限値を設定することで、充電されにくい状況の電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・に対して、充放電制御部３７が大きい充電出力を行わせる制御を発生しにくくすることができる。

なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１０ 電力系統
１２ 電線
２１ 受信装置
３４ 優先度算出部
３５ 特性決定部
３７ 充放電制御部
ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・ 電気自動車

Claims (9)

1. 電力系統の電線に接続された複数の充放電要素による充放電の最大電力量の余裕量、及び、前記電力系統の系統周波数に応じた周波数調整容量の余裕量を受信し、
   他の充放電要素の充電又は放電よりも自己の充電又は放電が優先される度合いを示す優先度と、受信した前記充放電の最大電力量の余裕量及び前記周波数調整容量の余裕量とに基づいて、充電と放電との境界となる前記系統周波数の値が前記優先度によらず同一の、前記系統周波数に対する充放電の前記優先度に応じた出力特性を決定し、
   前記出力特性に基づいて算出した出力で充電又は放電を行う、
   充放電要素の充放電制御方法。
2. 前記出力特性における前記充放電の最大電力量と前記周波数調整容量とが、前記優先度が異なる前記出力特性の間でそれぞれ比例関係にある請求項１に記載の充放電要素の充放電制御方法。
3. 前記出力特性に基づいた充電又は放電の出力を、現在の充放電電力をＰｔ、前記優先度をβi、前記充放電の最大電力量の余裕量をΔＰ、現在の充放電電力に対する補正係数をαとしたときに、以下の更新式
   

   

   を用いて更新する請求項１又は２に記載の充放電要素の充放電制御方法。
4. 充電と放電とで異なる前記優先度に基づいて、前記出力特性を決定する請求項１～３のいずれか１項に記載の充放電要素の充放電制御方法。
5. 充電と放電とで高低が逆転した前記優先度に基づいて、前記出力特性を決定する請求項１～４のいずれか１項に記載の充放電要素の充放電制御方法。
6. 前記出力特性に基づいて算出した充電出力が前記電力系統の最大充電電力に達すると、前記優先度に上限値が設定される請求項１又は２に記載の充放電要素の充放電制御方法。
7. 前記出力特性に基づいた充電又は放電の出力を、現在の充放電電力をＰｔ、前記優先度をβi、前記充放電の最大電力量の余裕量をΔＰ、現在の充放電電力に対する補正係数をαとしたときに、以下の更新式
   

   

   を用いて更新し、前記上限値を、以下の上限設定式
   

   

   によって与える請求項６に記載の充放電要素の充放電制御方法。
8. 前記更新式の前記充放電の最大電力量の余裕量ΔＰの値に基づいて前記他の充放電要素の前記優先度を推定し、推定した前記他の充放電要素の前記優先度に基づいて前記上限値を設定する請求項７に記載の充放電要素の充放電制御方法。
9. 電力系統の電線に接続された複数の充放電要素による充放電の最大電力量の余裕量、及び、前記電力系統の系統周波数に応じた周波数調整容量の余裕量を受信する受信部と、
   他の充放電要素の充電又は放電よりも自己の充電又は放電が優先される度合いを示す優先度を算出する優先度算出部と、
   前記優先度と、前記充放電の最大電力量の余裕量及び前記周波数調整容量の余裕量とに基づいて、充電と放電との境界となる前記系統周波数の値が前記優先度によらず同一の、前記系統周波数に対する充放電の前記優先度に応じた出力特性を決定する特性決定部と、
   前記出力特性に基づいて算出した出力でに、前記電力系統における充電又は放電の出力を制御する制御部と、
   を備える充放電要素の充放電制御装置。

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