JP6884545B2 - 通信方法、中央制御装置及び個別制御装置 - Google Patents
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Description
一般に、通信性能を向上させることと経済的にシステムを構築することの2つは相反し、例えば、公衆網の利用は通信のリアルタイム性能を低下させてしまう。したがって、このような経済性と通信性能の両立が期待される分散制御システムは、産業用の様々な用途で求められている。例えば、電力システムにおける仮想発電所(Virtual Power Plant:以下、VPPと称する。)、自動車、建設機械、ドローン、航空機等のモビリティの自動走行もしくは群制御を行う分散制御システムにおいて、通信性能と経済性の両立が求められる。さらに、工場の生産ラインや製造装置、工作機械、プラントにおける制御装置(コントローラ)、PLC(Programmable Logic Controller)等といったFA(Factory Automation)システム等の分散制御システムにおいても、通信性能と経済性の両立が必要とされている。
特に分散制御システムの場合、送信先で何らかの制御動作を伴うため、通信異常の発生箇所に依存して、所望の制御動作がなされないか、あるいは制御動作の二重起動、又は代替手段実行後に遅延起動されて全体的に制御動作が過剰になるという問題が生じる。
なお、ここまでの説明では、電力制御を行う分散制御システムを例にして課題を述べたが、その他の様々な制御を行う分散制御システムの場合にも、同様に制御指令に有効期限を設定する場合に、有効期限の設定が難しいという問題があった。
本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ネットワークを介して中央制御装置と複数の個別制御装置とを接続し、中央制御装置から送信された制御を指示する指令を含むパケットを個別制御装置が受信することで、個別制御装置が被制御機器の制御を行う分散制御システムに適用される通信方法であり、中央制御装置は、被制御機器の性能を考慮して被制御機器の開始時刻又は終了時刻を示す起動期限を決定する起動期限決定処理と、被制御機器の制御を指示する指令と、指令の識別情報と、起動期限決定処理で決定した指令の起動期限とを含むパケットを、中央制御装置から個別制御装置に送信する通信処理とを含み、起動期限決定処理が被制御機器の起動期限を決定する際には、被制御機器で指令に基づいて行う起動を、別の被制御機器で代替する際の起動に要する時間に対応して、起動期限を早い時刻に設定することを特徴としている。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明の第1の実施の形態例を、図1〜図14を参照して説明する。
本発明の第1の実施の形態例では、複数の発電機器や負荷機器を管理して、1つの発電所のように機能させる仮想発電所(Virtual Power Plant:以下「VPP」と称する。)に適用した分散制御システムの例を示す。なお、以下の説明では、分散制御システムを構成する装置として、制御指令の送信元の装置を中央制御装置(VPP中央制御装置)と称し、その制御指令をネットワーク内で受信し、受信した制御指令に基づいて被制御機器を制御する装置を個別制御装置と称する。
図1は、本発明の第1の実施の形態例のシステム全体の構成例を示す。
電力系統100は、様々な電力資源101が接続される任意の系統であり、発電所や変電所からの送電系統、配電系統が含まれる。
電力資源101は、電力系統100に対して、発電増減出力の提供が可能な発電資源、又は負荷の増減の提供が可能な電力負荷である。電力資源101の具体例としては、水力発電、火力発電、蓄電池、太陽光発電、風力発電、地熱発電、バイオマス発電、バイオガス発電、波力発電、原子力発電などの発電装置が含まれる。また、電力資源101の具体例として、家庭内の電力負荷装置、ビルや工場内の電力負荷装置が含まれる。あるいはまた、電力資源101として、電源と負荷の両方の性質を有する電力資源である、プロシューマが含まれる。なお、VPPでは、電力負荷装置が消費する電力を削減する制御を行ったとき、その削減した電力を仮想的に発電した電力として扱うことができる。
VPP中央制御装置103は、一つであってもよいし、複数であってもかまわない。また、複数で構成される場合、一つのゲートウェイ装置又は計算機を通信ネットワーク104に接続して、閉じたネットワーク内で他の計算機と接続してもよい。あるいは、複数の計算機でVPP中央制御装置103を構成する場合には、各計算機が個別に通信ネットワーク104に接続される構成にしてもよい。
VPP中央制御装置103の具体例としては、パーソナルコンピュータ(PC)、ワークステーション、サーバ、制御用PC、クラウドコンピューティング等の計算機が適用可能である。
通信ネットワーク104は、公衆網、専用網のいずれでもよい。また、通信ネットワーク104の内部での通信方式として、有線通信方式と無線通信方式のいずれでもよい。
すなわち、通信方式として、IEEE 802.3規格、各種産業用ネットワーク、IEC 61784規格、IEC 61158規格、IEC 61850規格、IEC 62439規格、IEC 61850-7-420規格、IEC 60870-5-104規格、DNP(Distributed Network Protocol)3規格、IEC 61970規格等が例示される。さらに、通信方式として、IEEE 802.1 AVB規格、CAN(Controller Area Network:登録商標)、DeviceNet、RS-232C規格、RS-422規格、RS-485規格、ZigBee(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、IEEE 802.15規格、IEEE 802.1規格、各種モバイル通信、OpenADR、ECHONET Lite(登録商標)等が例示される。これらの通信方式は好適な例であるが、通信ネットワーク104に適用可能な通信方式は、これらの例に限定されない。
図2は、VPP中央制御装置103のハードウェア構成を示す。
VPP中央制御装置103は、CPU(中央制御ユニット)111を備え、CPU111は、不揮発性記憶媒体115からプログラムをメモリ114に転送して、VPPとしての制御処理を実行する。CPU111が実行処理するプログラム(ソフトウェア)としては、オペレーティングシステム(以下、「OS」と称す)やOS上で動作するアプリケーションプログラムが例示される。CPU111は、マルチコアCPUなどの複数コアを備えたCPUを用いてもよい。
不揮発性記憶媒体115は、情報の記憶媒体で、OS、アプリケーション、デバイスドライバ等や、CPU111を動作させるためのプログラムの保存、プログラムの実行結果の保存に利用される。不揮発性記憶媒体115としては、ハードディスクドライブ(HDD)やソリッドステートドライブ(SSD)、フラッシュメモリが例示される。また、取り外しが容易な外部記憶媒体として、フロッピーディスク(FD)、CD、DVD、ブルーレイ(登録商標)、USBメモリ、コンパクトフラッシュ(登録商標)等の利用も考えられる。
バス116は、CPU111、通信制御部112、メモリ114、不揮発性記憶媒体115をそれぞれ接続する。バス116としては、PCIバス、ISAバス、PCI Express規格のバス、システムバス、メモリバス、オンチップバス等が例示される。
なお、ハードウェア構成は、CPU111、通信制御部112、物理層処理部113、メモリ114、不揮発性記憶媒体115のいずれか、又は複数を一体化したIC、CPU、SoC(System on Chip)FPGAを用いてもよい。
図3は、VPP中央制御装置103の機能的な構成を示すブロック図である。
VPP制御部130は、電力資源情報記憶部131から、制御対象となる電力資源101及び個別制御装置102の情報を取得して、各電力資源101に対する指令を計画する。このVPP制御部130からの指令は、電力資源101に対する出力値の指令、電力負荷に対する電力削減の指定、蓄電池に対する充電、及び放電指令等を含む。VPP制御部130が計画した指令と指令識別子は、通信部133及び起動期限決定部132に伝送される。
VPP制御部130は、図2に示すCPU111上で動作するソフトウェアとして実装されることが例示される。
電力資源情報記憶部131が記憶する電力資源101の情報の種類には、出力に関する経済性や、出力変化の応答速度、電力負荷低減による利用者への快適度の影響(例えば、空調機の温度変化による影響)や、電源の定格出力、最大容量、電源の種類等が含まれる。
電力資源情報記憶部131で記憶される情報の入手は、通信ネットワーク104を介して、個別制御装置102より取得してもよいし、電力資源101の種類によって静的に定まる情報であれば、予め記憶させてもよい。
電力資源情報記憶部131に記憶される電力資源101の情報は、VPP制御部130及び起動期限決定部132へ提供される。電力資源情報記憶部131は、図2に示すメモリ114や不揮発性記憶媒体115に実装される。
起動期限決定部132が算出する起動期限の詳細については後述するが、電力資源101を構成する機器の性能を考慮して算出する起動期限である。ここでの機器の性能の1つとしては、機器が起動又は停止に要する時間がある。
起動期限における時刻フォーマットは、絶対時刻でもよいし、VPP中央制御装置103から指令を送信する時刻からの相対経過時刻でもよい。
起動期限決定部132は、図2に示すCPU111上で動作するソフトウェアとして実装されることが例示される。
あるいは、時刻同期制御部134として、CPU111上のソフトウェアと通信制御部112の両方で構成してもよい。この場合は、時刻同期用パケットの送信タイミング、受信タイミングの計測機能、あるいは時刻同期用パケットの生成を通信制御部112で処理することが考えられる。
図4は、VPP中央制御装置103が通信ネットワーク104に送出するパケットフォーマットの例を示す。
パケット140は、その構成として、ヘッダ141、指令識別子142、起動期限143、及び出力指令144を含む。
個々の指令識別子142、あるいは指令識別子142に含まれる部分識別子は、連番でつけた数字でもよいし、乱数、あるいは契約に関する情報に対して、ハッシュ演算を適用して求めてもよい。
これらのパラメータは、別のパケットとしてもよい。この場合、それぞれのパケットを対応付ける識別子とともに送信することが考えられる。このような識別子としては指令識別子が用いられる。
あるいは、指令識別子142、起動期限143、出力指令144で構成される指令を複数分一つのパケットにまとめて送信してもよい。このとき、指令識別子142が同じ指令をまとめて、共通の指令識別子142をパケット上に一つだけ含めてもよい。あるいは、指令識別子142が共通となる指令のセットごとに、該セットの指令識別子142をまとめてもよい。
図5は、個別制御装置102のハードウェア構成例を示す。
個別制御装置102は、基本的に、既に説明した図2のVPP中央制御装置103のハードウェア構成と同様であるが、電力資源101を制御、あるいは電力資源101の情報を取得するための入出力部150を有する。入出力部150として、各種のデジタル入出力やアナログ入出力ICなどが考えられる。なお、入出力部150からの信号線を1本で示しているが、電力資源101側の構成により、信号線を複数にしてもよい。
個別制御装置102のその他のハードウェア構成は、図2に示すVPP中央制御装置103のハードウェア構成と同じであるので、その説明は省略する。
図6は、個別制御装置102の機能的な構成を示すブロック図である。
電力資源制御部160は、通信部133を介して、VPP中央制御装置103からの制御指令を受信し、制御指令と、設定記憶部161に記憶される設定情報に基づいて電力資源101を制御する。また、電力資源制御部160は、電力資源101の状態を監視し、VPP中央制御装置103へ監視状態を伝送する。VPP中央制御装置103への伝送のタイミングとしては、所定の間隔で定期的に伝送する場合、電力資源101の状態が変化した場合、及びVPP中央制御装置103から要求があった場合等が考えられる。
図7は、VPP中央制御装置の制御実行手順を示したフローチャートである。
はじめに、VPP中央制御装置103は、発電又は負荷低減に関する取引の契約を行う(ステップS1)。この取引の契約は、電力市場を介した取引(前日市場、当日市場、調整力市場、リアルタイム市場、容量市場等)でもよいし、電力市場を介さない直接的な相対取引でもよい。
次に、VPP中央制御装置103から指令を出すタイミングか否かを判定する(ステップS3)。このステップS3で、指令を出すタイミングでないと判定された場合(ステップS3のNO)には、該当するタイミングになるまで待機する。なお、ステップS3の指令を出すタイミングはステップS1での契約内容に依存する。例えば、契約成立後、ただちに指令すべき場合、所定の時刻になって有効となる場合、市場や取引相手から発動指令を受信する場合等によって指令を出すタイミングが異なる。但し、契約成立後、ただちに指令すべき場合には、ステップS2での電力資源101の情報収集は、ステップS1で契約を行う前に実行する必要がある。
次に、VPP中央制御装置103は、契約終了条件が成立したか否かを判定する(ステップS6)。ステップS6で契約終了条件が成立していない場合には(ステップS6のNO)、ステップS2からの手順を繰り返す。なお、契約終了条件が成立したか否かの判定は、例えば、契約期間が定まっていれば、期間の終了時の経過をもって判定する。あるいは、所定回数の発動(例えば、1回だけ実行)であれば、この回数の実行をもって契約終了条件が成立したとする。また、取引相手や市場、その他の運用機関からの契約の終了通知の受信をもって契約終了条件が成立したとしてもよい。
ステップS4における制御指令の計画においても、ステップS3の指令を出すタイミングを受信する前に実行してもよい。あるいは1回のみならず、ステップS3の指令タイミング受信の待機と並行して実行してもよいし、ステップS3の指令タイミングの受信後に再度実行してもよい。このとき、電力資源101の状態等、計画における評価指標に変化がなければ、ただちに指令を送信することができる。あるいは評価基準に変化があったとしても、その差分だけを再計算すれば、計画、指令送信までの時間を短縮できる。
図8は、個別制御装置102の制御実行手順を示したフローチャートである。
はじめに、個別制御装置102は、VPP中央制御装置103からの指令を受信したか否かを判定する(ステップS10)。ステップS10で、まだ受信していない場合には(ステップS10のNO)、VPP中央制御装置103からの指令を受信するまで待機する。そして、ステップS10で指令を受信したと判定した場合に(ステップS10のYES)、個別制御装置102は、制御パケット上の起動期限143を抽出する(ステップS11)。次に、現在時刻Tcが、抽出した起動期限Tlよりも前の時刻であるか(早いか)否かを判定する(ステップS12)。
また、ステップS12において、現在時刻Tcが起動期限Tlより前でなければ、つまり起動期限Tlを経過していれば(ステップS12のNO)、ステップS14の処理へ進む。
ステップS14における通知内容としては、電力資源101の制御結果(成功か失敗か部分的成功か)や、制御結果後の出力値、変化量、失敗した場合の理由(例えば、電力資源101の異常、起動期限の経過など)、起動期限経過の場合の経過時間が挙げられる。個別制御装置102から制御後の電力又は電力量が通知されると、VPP中央制御装置103は、電力資源101がどの程度稼働できたか、不足分がどれくらいかを把握することができる。これにより、VPP中央制御装置103は、他の電力資源101に対する代替指令や、配分計画における電力資源101の実績データを蓄積することができ、制御動作実行の信頼性、確実性の向上及び計画の最適性の向上を図ることができる。
また、ステップS14における結果の通知は、VPPのシステム動作を記録するために、VPP中央制御装置103とは別の通信装置、データベース、ストレージ機器に通知してもよい。
次に、VPP中央制御装置103の起動期限決定部132が起動期限を決定する処理について説明する。
VPP中央制御装置103は指令計画を立て、各電力資源101の出力値を決定するが、その出力値を制御する際の起動期限を、起動期限決定部132が決定する。
起動期限決定部132が決定する起動期限は、取引契約の内容、VPP中央制御装置103における指令計画、電力資源101の性能、及び個別制御装置102の性能によって定まる。
この場合、指令受信時刻To、要求応答時刻Trとすると、契約内容から次の関係が成り立つ。
Tr=To+60秒 (式1)
この時、電力資源101aの起動期限Tlは、次式で算出される。
Tl=Tr−(1MW/100kW/秒)=To+50秒 (式2)
したがって、起動期限Tlは、指令受信後から50秒後、あるいは要求応答時刻Trの10秒前となる。但し、この起動期限限Tlの設定は、代替手段を考慮していない場合である。
上述した特定の電力資源101aとは別の電力資源101bがあり、応答速度が電力資源101aよりも高速で、毎秒あたり500kWの出力増が可能であると仮定する。また、VPP中央制御装置103における計画での評価基準において、電力資源101aが電力資源101bに優先する場合を想定する。ここでの優先の設定は、例えば、発電コストが電力資源101aの方が電力資源101bよりも低コストである場合が想定される。
Tl=Tr−{(1MW/100kW)+(1MW/500kW)+R}
=To+8秒−R (式3)
なお、代替手段は、上記の代替機器への指令に加えて、契約変更手続きによる目標出力の変更等も含まれる。契約変更手続きによる目標出力の変更とは、例えば目標値(○○Wあるいは○○Whなどの値)を変更する契約条件の変更である。
例えば、電力資源101aが4MWを出力している状況で、VPP中央制御装置103から電力資源101bに対する指令に差分(ここでは10MW−4MW=6MW)と、それによる起動期限を通知することができる。
Tl=Tr−(6MW/500kW/秒)
=To+48秒 (式4)
これは、上述した(式2)で、出力値が6MW、応答出力速度が毎秒あたり500kWと同じ意味である。
Tl=Tr−Wt/P (式5)
次に、VPP中央制御装置103から個別制御装置102に指令を送る際に、個別制御装置102が二重起動することを防止する処理について説明する。
図9は、二重起動防止処理を行わない例(図9A)と、二重起動防止処理が行われる例(図9B)の状態を示すタイムチャートである。
図9A,Bそれぞれの例において、上側がVPP中央制御装置103、下側が個別制御装置102(及びその個別制御装置102が制御する電力資源101)である。
ここで、図9Aに示すように、確認応答173のVPP中央制御装置103での受信が、タイムアウト171の期間が経過した後のとき、VPP中央制御装置103は、起動指令172を再送する。
図10では、個別制御装置102は、ステップS12の判定で、現在時刻Tcが起動期限Tlよりも前であれば(ステップS12のYES)、該当する制御指令が実行済であるか否かを判定している(ステップS20)。ここで、制御指令が実行済みでなければ(ステップS20のNO)、個別制御装置102は、電力資源を制御し(ステップS13)、実行情報と指令識別子を対応付けて記憶する(ステップS21)。そして、個別制御装置102は、ステップS14の制御結果のVPP中央制御装置103への通知処理を行う。
図11A,Bそれぞれの例において、上側がVPP中央制御装置103、下側が個別制御装置102(及びその個別制御装置102が制御する電力資源101)である。図11Aは、VPP中央制御装置103で設定したタイムアウト171の期間が経過して、制御指令172の再送が行われた例を示す。図11Bは、起動指令170での他の電力資源101での出力に失敗し、代替指令176を送信した場合の例を示す。
いずれも電力資源101に対応した個別制御装置102は、二度の指令170,172又は170,176を受信する。
このようにすることで、システム全体の制御の信頼性を向上することができる。
このとき、VPP中央制御装置103は、制御指令170に通信異常が発生したか、確認応答に通信異常があったかを判別できないため、電力資源101aが制御指令に対して出力できたかどうかを判定することができない。
仮に電力資源101aが指令170に対する出力174を実行していた場合、電力資源101bに対する代替出力182によって、電力資源101bが出力182を実行すると、システム全体で過剰出力となる可能性がある。
あるいは、図12に示すように、個別制御装置102において制御指令を受信して、ただちに制御指令を受信したことを示す確認応答180をVPP中央制御装置103へ返信するようにしてもよい。
例えば、制御指令の確認応答180を受信した後、所定のしきい値(例えば、90%)以上の確率で、制御動作が成功している確認応答を受信していれば、動作の成功確率が高いとする。このときには、制御指令の確認応答180のみを受信して、タイムアウト171内に確認応答173を受信しない場合でも、電力資源101bへの代替指令176を送信しないようにすることが考えられる。
図13は、VPP中央制御装置103から個別制御装置102に送信した出力指令に基づいて、電力資源101が起動する例を示す。図13A及び図13Bにおいて、横軸は時間、縦軸は電力である。
図13Aは、起動指示により出力の開始から、出力停止までの例を示す。図13Bは、起動期限から遅れて出力があったときの例を示す。
あるいは、起動期限Tlのかわりに、要求応答時刻Trを制御指令に含め、個別制御装置102側で、電力資源の状態、出力の応答速度性能で定まる応答時間(起動期限Tlから要求応答時刻Trまでの時間)を算出して、起動期限Tlを求めるようにしてもよい。この場合には、個別制御装置102での指令受信時に、求めた起動期限Tl以降であれば、電力資源101を制御しないようにする。
あるいは、VPP中央制御装置103からの指令に、電力資源101の出力変化速度の指定を含めてもよい。
このような通知を受信したVPP中央制御装置103は、不足出力分を算出して、他の電力資源101に代替指令するなどの対策をとることができる。
また、VPP中央制御装置103は、起動期限Tlをパケットに含めず、要求応答時刻Trと、他に考慮すべき時間(例えば、他の電力資源101に代替指令を送信するまでの時間)を送信してもよい。
すなわち、出力が基準電力Pbの電力資源101を制御する個別制御装置102が図14Bに示すパケット140を受信したとき、起動期限1で指示された起動期限Tl1までに出力を開始させ、要求応答時刻Tr1に出力指令1で指示された電力Pr1とする。
さらに、起動期限2で指示された起動期限Tl2までに再度電力を増やす出力を開始させ、要求応答時刻Tr2に出力指令2で指示された電力Pr2とする。
これらの出力低減についても、図14Bに示すパケット140で行う。あるいは、複数段階で出力を増やす指令と、複数段階で出力を減らす指令とを、同じパケット140に含めるようにしてもよい。この場合には、パケット140内に、少なくとも4つの起動期限と4つの出力指令が含まれることになる。
次に、本発明の第2の実施の形態例を、図15〜図17を参照して説明する。
この第2の実施の形態例についても、VPP中央制御装置103と個別制御装置102を備えたVPPに適用した例であり、システム全体の構成は例えば図1に示す構成と同じである。また、VPP中央制御装置103の構成については、図2及び図3に示す構成が適用され、個別制御装置102の構成については、図5及び図6に示す構成が適用される。
この第2の実施の形態例においては、個別制御装置102が、VPP中央制御装置103からの指令に応答できない場合の対処を行うものである。
図15は、本実施の形態例でのVPP中央制御装置103が行う制御手順を示すフローチャートである。図15では、第1の実施の形態例で説明した図7のフローチャートと同一内容の処理ステップについては、同一のステップ番号を付している。
図17Aは、この有効化指令を含むパケットの例を示す。すなわち、VPP中央制御装置103が送信するパケットの構成は、ヘッダ141、指令識別子142、及び有効化指令200を含む。個別制御装置102は、この有効化指令200を含むパケットを受信したとき、既に受信したパケット(図4に示す構成のパケット)で指令される出力値とする電力資源101の起動制御を行う。
また、全ての電力資源101が指令を満足する状態になった場合に(ステップS32のYES)、VPP中央制御装置103は、ステップS6の判定に移る。
すなわち、図17Bに示すように、VPP中央制御装置103が送信するパケットを、ヘッダ141、指令識別子142、及び有効化指令201を含む構成としてもよい。
図16は、個別制御装置102が行う制御手順を示すフローチャートである。この図16において、第1の実施の形態例で説明した個別制御装置102が行う制御手順を示す図8のフローチャートと同一内容の処理ステップについては、同一のステップ番号を付している。
また、個別制御装置102は、起動期限を受信せずに、有効化指令、又は無効化指令を受信した場合にも、起動期限の未受信をVPP中央制御装置103に通知してもよい。
次に、本発明の第3の実施の形態例を、図18〜図19を参照して説明する。
この第3の実施の形態例についても、VPP中央制御装置103と個別制御装置102を備えたVPPに適用した例であり、システム全体の構成は例えば図1に示す構成が適用される。また、VPP中央制御装置103の構成については、図2及び図3に示す構成が適用され、個別制御装置102の構成については、図5及び図6に示す構成が適用される。
図18は、本実施の形態例でのVPP中央制御装置103が行う制御手順を示すフローチャートである。この図18において、第1の実施の形態例で説明したVPP中央制御装置103が行う制御手順を示す、図7のフローチャートと同一内容の処理ステップについては、同一のステップ番号を付している。
ここでの制御指令に含まれる指令値は、電力資源101の集合に対する合計出力であっても、計画によって分割した出力の指令であっても構わない。パケット140の起動期限143(図4)は、要求応答時刻Trと、他の電力資源に対する代替指令への切り替え時間Rで算出される。このとき、切り替え時間Rは、後述する電力資源101間の調停時間Taを含む。
Tr=Tr−(Tui+R) (式6)
R= Tuj+Tn+Ta (式7)
ここで、Tui、Tujはそれぞれ電力資源101i、電力資源101jの出力応答時間であり、要求出力(例えば1MW)を出力の応答速度(例えば、100kW/秒)で除した値等である。Tnは、代替する電力資源101への通信遅延である。
図19は、本実施の形態例での個別制御装置102が行う制御手順を示すフローチャートである。この図19において、第1の実施の形態例で説明した個別制御装置102が行う制御手順を示す、図8のフローチャートと同一内容の処理ステップについては、同一のステップ番号を付している。
そして、制御結果を展開した後、全ての制御が終了したか否かを判定する(ステップS63)。そして、全ての制御が終了した場合(ステップS63のYES)、個別制御装置102は、制御結果をVPP中央制御装置103に送信して(ステップS64)、処理を終了する。
さらに、ステップS63で終了していない制御がある場合には、個別制御装置102は、ステップS10の判定に戻る。
また、ステップS60の調停とは、各個別制御装置102間で情報を交換することで、どの個別制御装置102がどれだけ発電するかを決定する。このとき、交換する情報には、各個別制御装置102、及び電力資源101に関する情報(種類、出力性能、定格値、稼働実績など)や、所望する出力値、調停に用いる評価指標の情報(発電コスト、応答速度、余力の大小など)が含まれる。
調停方式は、指標値の比較により、ひとつ、又は複数の電力資源101が選択される。例えば、指標値が最大、最小の電力資源101を選択することができる。あるいは、複数の指標値を交換し、指標値間で優先順位をつけて、優先順に比較する方法が適用できる。例えば、発電コスト、応答速度、電力資源101の識別子という3つの指標を交換し、この順番で比較する方法とする。このとき、電力資源101の識別子が必ずユニークになるように決定しておけば、発電コスト、応答速度が同じ指標値であったとしても、識別子の順序(アルファベット順や番号の大小順)によって、必ず一つの電力資源101を選択することができる。
あるいは、所定の順序に基づいて、順番にそれぞれの個別制御装置102へパケットを送信するようにしてもよい。調停時にパケットを受信した個別制御装置102は、自身が出力可能な分を受信した指令から差し引いて、次の電力資源(個別制御装置102)に転送して、順々にパケットを転送することができる。
例えば、最初の個別制御装置102では、10MWの指令値に対して、2MWを出力し、差分の8MWを、次の個別制御装置102に転送する。もし、指令値全てを満足した場合は、結果をVPP中央制御装置103、及び他の個別制御装置102に展開する。あるいは、パケット上の起動期限を経過している際には、同様に結果をVPP中央制御装置103、及び他の個別制御装置102に展開する。
あるいは、VPP中央制御装置103からの指令に、出力してよい電力資源101の条件をパケットに含めてもよい。例えば、発電コストが所望値以上である条件などである。
図20は、VPP中央制御装置103と各個別制御装置102とを、順に接続したリング型の通信ネットワークとした例を示す。図20に示すように、リング型のネットワークでは、VPP中央制御装置103と各個別制御装置102とを環状に接続したネットワークとする。このようなネットワークとしては、IEC 61784規格やIEC 62439-3規格等が適用可能である。
なお、ここまで説明した各実施の形態例では、図1に示すように、通信ネットワーク104は、VPP中央制御装置103と個別制御装置102との間で、直接通信を行うようにした。これに対して、通信ネットワーク104の途中に、パケットを中継する中間装置を設けるようにしてもよい。
図21は、VPP中央制御装置103と個別制御装置102との間(又は個別制御装置102の間)で通信を行う通信ネットワーク104の途中に、中間装置210を設けた構成例を示す。
また、中間装置210は、個々の個別制御装置102までの遅延を考慮して、(式3)の切り替え時間Rを変更して、下位の個別制御装置102ごとに起動期限を変更してもよい。例えば、中間装置210で代替指令を送信するかどうかを判定するように構成すれば、下位の個別制御装置102への代替指令の通信遅延が短縮するため、(式3)の切り替え時間Rを小さくすることができる。これにより、起動期限を遅らせることができるため、電力資源101との通信の試行回数を増やすことができ、VPPシステム実行の信頼性を、より高めることができる。さらに、VPP中央制御装置103の処理負荷を低減できるため、VPP中央制御装置103を低コストに構築することができる。
また、ここまでの各実施の形態例では、電力資源101を制御するVPPに適用した例とした。これに対して、その他の各種分散制御システムに本発明の各実施の形態例を適用してもよい。
図22は、生産ラインに本発明の分散制御システムを適用した例を示す。
この図22では、中央制御装置に相当する生産計画装置220と、個別制御装置に相当する個別の生産ライン221とを、通信ネットワーク104で接続する。この図22は、1つの工場内の生産ライン221を接続した例を示すが、複数の工場の生産ライン221を接続してもよい。つまり、生産計画装置220が複数の工場を制御してもよい。あるいは、生産計画装置220が一つの生産ライン内の複数の生産設備を制御するようにしてもよい。
生産計画装置220の例としては、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)やDCS(Distributed Control System)等が挙げられる。
生産計画装置220は、生産ライン221に稼働開始期限と生産指令のパケットを送信する。この生産指令が、各実施の形態例で説明した出力指令に対応する。
また、自動車(車両)の自動走行を制御する分散制御システムに、本発明の各実施の形態例の分散制御システムを適用してもよい。
図23は、走行中の複数の自動走行車230a,230b,・・・,230eが、通信ネットワーク104で通信を行う状況を示す。この例では、1台の自動走行車230eが追い越し車線(図23の右側車線)を走行し、他の自動走行車230a〜230dが走行車線(図23の左側車線)を走行している場合である。図23では図示しないが、それぞれの自動走行車230a〜230eに搭載された走行制御装置が、個別制御装置になり、道路上の車両の走行全体を制御する装置(管制センタ等)が、中央制御装置になる。但し、いずれか1台の車両に搭載された制御装置が中央制御装置になってもよい。
このような状況のとき、中央制御装置は、それぞれの230a〜230eに対して、制御指令と起動期限を通知する。例えば、図23で、自動走行車230cに追い越し指令を送信する場合を示す。
ここで、自動走行車230cの後端と自動走行車230eの先端が並ぶ時刻Tr(すなわち、要求応答時刻)は、次式で求まる。
Tr=Tc+Lc/(Ve−Vc) (式8)
ここで、Tcは現在時刻、Lcは現在の自動走行車230cと自動走行車230eの車間距離、Veは自動走行車230eの車速、Vcは自動走行車230cの車速である。
Tl=Tr−{Ls/(Ve−Vc)+R}
=Tc+(Lc−Ls)/(Ve−Vc)−R (式9)
ここで、Lsは安全車間距離である。
この制御を行う場合、パケットに制御再開時刻を含めることで対処できる。
図24のパケット140は、この場合の構成例を示す。図24に示すパケット140では、ヘッダ141、指令識別子142、起動期限143、出力指令144の他に、制御再開時刻240が配置される。
Tb=Tr+(Bc+Be+Ls)/(Ve−Vc) (式10)
ここで、Trは自動走行車230cの後端と自動走行車230eの先端が並ぶ時刻で、Bcは自動走行車230cの車線方向の車体の長さ、Beは自動走行車230cの車線方向の車体の長さである。
また、既に説明した実施の形態例で説明した部分識別子を使って、例えば図23に示す走行車線を走行中の自動走行車230a〜230dの内の、どの自動走行車かを表すようにしてもよい。
さらに、ここまで説明した電力制御システム、生産ラインの制御システム、自動走行車などの車両の制御システム以外の制御システムにも、本発明は適用可能である。例えば、ドローンなどの飛行物体に対する群制御や自動制御、建設機械、航空機といったモビリティを対象とした分散制御システムに本発明を適用してもよい。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Claims (6)
- ネットワークを介して中央制御装置と複数の個別制御装置とを接続し、前記中央制御装置から送信された制御を指示する指令を含むパケットを前記個別制御装置が受信することで、前記個別制御装置が被制御機器の制御を行う分散制御システムに適用される通信方法であり、
前記中央制御装置は、前記被制御機器の性能を考慮して前記被制御機器の開始時刻を示す起動期限を決定する起動期限決定処理と、
前記被制御機器の制御を指示する指令と、前記指令の識別情報と、前記起動期限決定処理で決定した前記指令の起動期限とを含むパケットを、前記中央制御装置から前記個別制御装置に送信する通信処理とを含み、
前記起動期限決定処理が前記被制御機器の起動期限を決定する際には、前記被制御機器で前記指令に基づいて行う起動を、別の被制御機器で代替する際の起動に要する時間に対応して、起動期限を早い時刻に設定する
通信方法。 - 前記被制御機器は、発電機器であり、
前記起動期限決定処理が前記被制御機器の起動期限を決定する際には、前記被制御機器での発電の起動に要する時間と、前記別の被制御機器での発電の起動に要する時間を考慮する
請求項1に記載の通信方法。 - ネットワークを介して中央制御装置と複数の個別制御装置とを接続し、前記中央制御装置から送信された制御を指示する指令を含むパケットを前記個別制御装置が受信することで、前記個別制御装置が被制御機器の制御を行う分散制御システムに適用される中央制御装置であり、
前記被制御機器の性能を考慮して前記被制御機器の起動の開始時刻を示す起動期限を決定する起動期限決定部と、
前記被制御機器の制御を指示する指令と、前記指令の識別情報と、前記起動期限決定部で決定した前記指令の起動期限とを含むパケットを前記個別制御装置に対して送信する通信部とを備え、
前記起動期限決定部が前記被制御機器の起動期限を決定する際には、前記被制御機器で前記指令に基づいて行う起動を、別の被制御機器で代替する際の起動に要する時間に対応して、起動期限を早い時刻に設定する
中央制御装置。 - 前記被制御機器及び前記別の被制御機器は、発電機器であり、
前記起動期限決定部が前記被制御機器の起動期限を決定する際には、前記被制御機器での発電の起動に要する時間と、前記別の被制御機器での発電の起動に要する時間を考慮する
請求項3に記載の中央制御装置。 - ネットワークを介して中央制御装置と接続し、前記中央制御装置から送信された制御を指示する指令を含むパケットを受信することで、被制御機器の制御を行う分散制御システムに適用される個別制御装置であり、
前記中央制御装置から送信されたパケットを受信する通信部と、
前記通信部が受信したパケットに含まれる指令と、前記指令の識別情報と、起動期限とを抽出し、現在時刻が前記起動期限よりも前である場合に、抽出した指令に基づいた前記被制御機器の制御を行い、現在時刻が前記起動期限を経過した場合に、抽出した指令に基づいた前記被制御機器の制御を行わない共に、現在時刻が前記起動期限を経過する前で、前記識別情報が同じ指令を前記通信部が受信して、既に指令に基づいた被制御機器の制御を実行済みの場合にも、抽出した指令に基づいた前記被制御機器の制御を行わない制御部とを備えた
個別制御装置。 - 前記被制御機器は、発電機器である
請求項5に記載の個別制御装置。
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