JP6524824B2 - 電力貯蔵装置の制御装置、電力貯蔵装置の制御装置の制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力貯蔵装置の制御装置、電力貯蔵装置の制御装置の制御方法及びプログラムに関する。

近年、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを用いた発電設備の導入が各地で進められている。しかしながらこのような再生可能エネルギーを用いた発電設備は、気象条件の影響を受けて発電量が変動するため、周波数や電力潮流、電圧などのような電力系統における様々な物理量を変動させ、電力の品質を低下させるおそれがある。

そのため、蓄電池やフライホイール等の電力貯蔵装置を導入することで電力系統における有効電力及び無効電力を制御し、電力系統の安定化を図る取り組みが進められている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−１９６６７号公報

しかしながら、電力系統における周波数や潮流は、有効電力を制御することによって制御することができるが無効電力の影響も受けて変動し、他方、電力系統における電圧は、無効電力を制御することによって制御することができるが有効電力の影響も受けて変動する。しかも、このような干渉の影響の程度は一定ではなく、電力系統の状態に応じて変動する。

そのため、電力貯蔵装置を用いて電力系統の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量を正確に制御することは容易ではない。

本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、電力系統の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することが可能な電力貯蔵装置の制御装置、電力貯蔵装置の制御装置の制御方法及びプログラムを提供することを一つの目的とする。

上記課題を解決するための手段の一つは、電力系統に連系する電力貯蔵装置を制御する制御装置であって、前記電力系統における第１物理量を第１目標値に制御するべく前記電力貯蔵装置が出力すべき有効電力の目標値と、前記電力系統における第２物理量を第２目標値に制御するべく前記電力貯蔵装置が出力すべき無効電力の目標値と、を算出する電力算出部と、前記電力貯蔵装置が前記無効電力を出力することにより生ずる前記第１物理量の変動を打ち消すような前記有効電力の補正値と、前記電力貯蔵装置が前記有効電力を出力することにより生ずる前記第２物理量の変動を打ち消すような前記無効電力の補正値を算出する電力補正部と、を備え、前記電力補正部は、前記電力系統における電力の状態に応じて定まる所定のタイミングで、前記有効電力の補正値を算出する際に用いる制御データを第１制御データから第２制御データに切り替え、前記無効電力の補正値を算出する際に用いる制御データを第３制御データから第４制御データに切り替える。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。

本発明によれば、電力系統の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することが可能となる。

実施形態に係る電力系統の構成を示す図である。 実施形態に係る電力貯蔵装置の構成を示す図である。 実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。 実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。 実施形態に係る記憶装置の構成を示す図である。 実施形態に係るブロック線図を示す図である。 実施形態に係る制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係る制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係る伝達関数更新テーブルを示す図である。 実施形態に係る制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係る伝達関数更新テーブルを示す図である。 実施形態に係るブロック線図を示す図である。 実施形態に係る負荷の電力消費量を示す図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝＝電力系統＝＝
図１に一例として示すように、本実施形態に係る電力系統４００は、発電設備４１０（Ｇ）、送配電線４３０（Ｚ１、Ｚ２）、母線４２０（ｎ１、ｎ２、ｎ３）、負荷４４０、及び計測器４５０を有して構成されている。

発電設備４１０は、電力エネルギーを生成する電力源であり、水力発電設備や原子力発電設備、火力発電設備、太陽光発電設備、風力発電設備などにより構成される。

また母線４２０は、発電所や変電所に設けられる。

負荷４４０は、発電設備４１０から供給される電力を利用して動作する工場や家庭等における電気機器である。

計測器４５０は、電力系統４００に設置され、電力系統４００における電力の状態に応じて変動する物理量（周波数や電圧、潮流など）を計測する機器である。本実施形態では、計測器４５０は所定時間毎（例えば１５分毎や１時間毎）に母線（ｎ３）４２０における周波数（第１物理量）及び電圧（第２物理量）を計測し、後述する制御装置１００に送信している。

計測器４５０は、周波数や電圧を計測するものに限らず、負荷４４０の電力消費量や、送配電線４３０を流れる電流、力率等、その他様々な物理量を計測するものであってもよい。

また図１には示されていないが、電力系統４００は、電力の位相を制御する調相設備や変圧器、開閉器などの様々な設備を有して構成されている。

＝＝電力貯蔵装置＝＝
電力貯蔵装置２００は、電力系統４００と連系し、電力系統４００から得た電力エネルギーを蓄積し取り出すことが可能な装置である。電力貯蔵装置２００は、例えば蓄電池やフライホイール、キャパシタなど、様々な方式の装置によって構成することができる。電力貯蔵装置２００の構成を図２に示す。

電力貯蔵装置２００は、双方向コンバータ２１０及びエネルギー貯蔵部２２０を有して構成される。

エネルギー貯蔵部２２０は、電力系統４００から取得した電気エネルギーを、元の電気エネルギーに復元可能な状態で貯蔵する装置である。エネルギー貯蔵部２２０は、ナトリウム硫黄電池、鉛電池、レドックスフロー電池などの各種の化学反応を利用した電池により構成することができる。あるいはエネルギー貯蔵部２２０は電気二重層キャパシタにより構成することができる。またあるいは、エネルギー貯蔵部２２０は電力エネルギーを回転エネルギーの形で貯蔵可能なフライホイールにより構成することができる。

双方向コンバータ２１０は、電力系統４００とエネルギー貯蔵部２２０との間でエネルギーの変換及び授受を行う。双方向コンバータ２１０は、後述する制御装置１００からの指令（有効電力の指令値、無効電力の指令値）に従って、指定された量の有効電力及び無効電力を出力する。

有効電力の指令値及び無効電力の指令値が正の値である場合には、本実施形態に係る双方向コンバータ２１０は、電力貯蔵装置２００から電力系統４００に対して有効電力及び無効電力を供給するように動作し、有効電力の指令値及び無効電力の指令値が負の値である場合には、電力系統４００から電力貯蔵装置２００に有効電力及び無効電力を取り込むように動作する。

変圧器３００は、母線４２０（ｎ３）と電力貯蔵装置２００との間の電圧を変換する。

＝＝制御装置＝＝
本実施形態に係る制御装置１００は、電力系統４００における電力の状態に応じて変動する第１物理量（例えば周波数）と、第２物理量（例えば電圧）と、をそれぞれ所定の目標値（第１目標値、第２目標値）に制御するべく、電力貯蔵装置２００から出力する有効電力及び無効電力を制御する情報処理装置である。

本実施形態に係る制御装置１００の全体構成を図３及び図４に示す。図３は、制御装置１００の機能構成を説明するための図であり、図４は、制御装置１００のハードウェア構成を説明するための図である。

＜ハードウェア構成＞
図４に示すように、本実施形態に係る制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１０、メモリ１２０、通信装置１３０、記憶装置１４０、入力装置１５０、出力装置１６０及び記録媒体読取装置１７０を有して構成されるコンピュータである。

ＣＰＵ１１０は制御装置１００の全体の制御を司るもので、記憶装置１４０に記憶される本実施形態に係る各種の動作を行うためのコードから構成される制御プログラム６００をメモリ１２０に読み出して実行することにより、制御装置１００としての各種機能を実現する。

例えば、詳細は後述するが、ＣＰＵ１１０により制御プログラム６００が実行され、メモリ１２０や通信装置１３０、記憶装置１４０等のハードウェア機器と協働することにより、図３に示した計測値取得部１０１（第１計測値取得部１０１ａ、第２計測値取得部１０１ｂ）、演算部１０２（有効電力算出部１０２ａ、無効電力算出部１０２ｂ、有効電力補正部１０２ｃ、無効電力補正部１０２ｄ、第１指令値算出部１０２ｅ、第２指令値算出部１０２ｆ、第１差分算出部１０７ａ、第２差分算出部１０７ｂ）、記憶部１０３、予測値算出部１０５（第１予測値算出部１０５ａ、第２予測値算出部１０５ｂ）、指令値出力部１０６などが実現される。

メモリ１２０は例えば半導体記憶装置により構成することができる。

通信装置１３０は、ネットワークカードなどのネットワークインタフェースである。通信装置１３０は、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）などのネットワークを介して他のコンピュータからデータを受信し、受信したデータを記憶装置１４０やメモリ１２０に記憶する。また通信装置１３０は、記憶装置１４０やメモリ１２０に記憶されているデータを、ネットワークを介して他のコンピュータへ送信する。

入力装置１５０は、操作スイッチやキーボード、マウス、マイク等の装置であり、制御装置１００の操作者による情報の入力を受け付けるための装置である。出力装置１６０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や表示ランプ、各種表示メータ、プリンタ、スピーカ等の装置であり、情報を出力するための装置である。

記憶装置１４０は、例えばハードディスク装置や半導体記憶装置等により構成することができる。記憶装置１４０は、各種プログラムやデータ、テーブル等を記憶するための記憶領域を提供する装置である。図５に、記憶装置１４０に制御プログラム６００、伝達関数７００〜７０９、第１目標値７１０、第２目標値７２０、系統情報７３０、伝達関数切り替えテーブル７５０、７５１等が記憶されている様子を示す。

なお、制御プログラム６００や伝達関数７００〜７０９、第１目標値７１０、第２目標値７２０、系統情報７３０、伝達関数切り替えテーブル７５０、７５１は、記録媒体読取装置１７０を用いて、記録媒体（各種の光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリ等）８００から記憶装置１４０に読み出すことで、制御装置１００に格納されるようにすることもできるし、入力装置１５０から、あるいは通信装置１３０を介して通信可能に接続される他のコンピュータから取得することで、制御装置１００に格納されるようにすることもできる。

伝達関数７００〜７０９は、制御装置１００が電力貯蔵装置２００に対して出力する有効電力の指令値及び無効電力の指令値を算出する際に使用する関数である。なお本実施形態に係る伝達関数７００〜７０９は、与えられたデータの値から目的とするデータの値を算出することが可能なデータ変換要素であり、複素数領域で定義される数式に限られず、実時間領域で定義される数式であってもよいし、データテーブルやリストが含まれていても良い。

第１目標値７１０は、電力系統４００における周波数（第１物理量）の目標値である。

第２目標値７２０は、電力系統４００における電圧（第２物理量）の目標値である。

系統情報７３０は、例えば、電力系統４００における送配電線４３０の長さや線路インピーダンス、負荷４４０の位置や有効電力及び無効電力、発電設備４１０の位置や出力電力等を含む、電力系統４００に関するデータである。

伝達関数切り替えテーブル７５０、７５１は、制御装置１００が、後述する有効電力の補正値及び無効電力の補正値を算出する際に用いる伝達関数を切り替える際に参照されるテーブルである。

伝達関数切り替えテーブル７５０には、図９に示すように、時間帯ごとに、制御装置１００がその時間帯に使用するべき伝達関数が対応付けて記憶されている。

一方、伝達関数切り替えテーブル７５１には、図１１に示すように、計測器４５０によって計測された電力の状態を表す計測値の範囲ごとに、制御装置１００が使用するべき伝達関数が対応付けて記憶されている。

＜ブロック線図＞
次に図６を参照しながら、本実施形態に係る制御装置１００が、電力貯蔵装置２００に対して出力する有効電力の指令値及び無効電力の指令値を求めるために用いるブロック線図について説明する。

なお図６に示すブロック線図は、電力系統４００、電力貯蔵装置２００及び制御装置１００からなる制御モデルを表したものである。そして制御装置１００は、記憶装置１４０に記憶されている伝達関数７００〜７０９や第１目標値７１０、第２目標値７２０、系統情報７３０、伝達関数切り替えテーブル７５０、７５１等のデータを用いながら制御プログラム６００を実行することによってこの制御モデルに従う各種の演算を行ない、電力貯蔵装置２００に対して出力する有効電力の指令値及び無効電力の指令値を算出する。

図６において、制御装置１００が電力貯蔵装置２００に対して出力する有効電力の指令値及び無効電力の指令値は、それぞれＰｒ及びＱｒで示されている。

そしてこれらの有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒに応じて、電力貯蔵装置２００は、電力系統４００に対してＰｂ及びＱｂで示される有効電力及び無効電力を出力する。そしてこれによって、電力系統４００の周波数（第１物理量）はＦ’になり、電圧（第２物理量）はＶ’になる。

なお本実施形態に係る電力貯蔵装置２００は、有効電力の指令値Ｐｒに等しい有効電力Ｐｂを出力し、無効電力の指令値Ｑｒに等しい無効電力Ｑｂを出力するものとしている。

電力系統４００は、第５伝達関数７０５（Ｇ１１）、第６伝達関数７０６（Ｇ１２）、第７伝達関数７０７（Ｇ２２）、第８伝達関数７０８（Ｇ２１）、第１予測値算出部１０５ａ、第２予測値算出部１０５ｂによって表される。

第５伝達関数７０５（Ｇ１１）は、電力貯蔵装置２００が有効電力の指令値Ｐｒに応じた有効電力Ｐｂを出力することにより見込まれる電力系統４００の周波数（第１物理量）の計算値を算出可能な関数である。

第６伝達関数７０６（Ｇ１２）は、電力貯蔵装置２００が無効電力の指令値Ｑｒに応じた無効電力Ｑｂを出力することにより生じることが見込まれる電力系統４００の周波数（第１物理量）の変動量を算出可能な関数である。

第１予測値算出部１０５ａは、上記周波数の計算値を上記周波数の変動量によって補正（本実施形態では加算）して、電力系統４００の周波数の予測値Ｆ’を算出する。

第７伝達関数７０７（Ｇ２２）は、電力貯蔵装置２００が無効電力の指令値Ｑｒに応じた無効電力Ｑｂを出力することにより見込まれる電力系統４００の電圧（第２物理量）の計算値を算出可能な関数である。

第８伝達関数７０８（Ｇ２１）は、電力貯蔵装置２００が有効電力の指令値Ｐｒに応じた有効電力Ｐｂを出力することにより生じることが見込まれる電力系統４００の電圧（第２物理量）の変動量を算出可能な関数である。

第２予測値算出部１０５ｂは、上記電圧の計算値を上記電圧の変動量によって補正（本実施形態では加算）して、電力系統４００の電圧の予測値Ｖ’を算出する。

このように、電力系統４００は、電力貯蔵装置２００から有効電力Ｐｂが出力されると、電力系統４００の周波数が変動するのみならず電圧も変動し、電力貯蔵装置２００から無効電力Ｑｂが出力されると、電力系統４００の電圧が変動するのみならず周波数も変動する。

つまり、電力系統４００において、周波数を制御しようとして電力貯蔵装置２００から出力される有効電力Ｐｂを制御すると電力系統４００の電圧も影響を受けて変動し、電圧を制御しようとして電力貯蔵装置２００から出力される無効電力Ｑｂを制御すると電力系統４００の周波数も影響を受けて変動する。

本実施形態に係る制御装置１００は、このような干渉を取り去るために、以下に記載する第３伝達関数７０３（Ｃ１）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２）を用いて、電力貯蔵装置２００が出力すべき有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを算出している。これにより、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することが可能になる。

具体的に説明すると、まず、制御装置１００のブロック線図は、第１差分算出部１０７ａ、第２差分算出部１０７ｂ、第１伝達関数７０１（Ｋ１）、第２伝達関数７０２（Ｋ２）、第３伝達関数７０３（Ｃ１）、第４伝達関数７０４（Ｃ２）、第１指令値算出部１０２ｅ、第２指令値算出部１０２ｆにより表される。

第１差分算出部１０７ａは、電力系統４００における周波数の計測値Ｆと、目標周波数（第１目標値）７１０との差分ΔＦを算出する。

また第２差分算出部１０７ｂは、電力系統４００における電圧の計測値Ｖと、目標電圧（第２目標値）７２０との差分ΔＶを算出する。

第１伝達関数７０１（Ｋ１）は、周波数の差分ΔＦから、電力貯蔵装置２００が出力すべき有効電力の目標値である有効電力目標値を算出する関数である。

第２伝達関数７０２（Ｋ２）は、電圧の差分ΔＶから、電力貯蔵装置２００が出力すべき無効電力の目標値である無効電力目標値を算出する関数である。

第１伝達関数７０１（Ｋ１）及び第２伝達関数７０２（Ｋ２）は、例えば記憶装置１４０に記憶されている系統情報７３０を用いて設計される。

第３伝達関数７０３（Ｃ１）は、電力系統４００の周波数を有効電力Ｐｂによって制御する場合における無効電力Ｑｂからの干渉を取り除くための関数である。具体的には、第３伝達関数７０３（Ｃ１）は、第２伝達関数７０２（Ｋ２）によって算出された無効電力目標値を用いて、第１伝達関数７０１（Ｋ１）によって算出された有効電力目標値に対する補正量である有効電力補正値を算出する。

第４伝達関数７０４（Ｃ２）は、上記電力系統４００の電圧を無効電力Ｑｂによって制御する場合における有効電力Ｐｂからの干渉を取り除くための関数である。具体的には、第４伝達関数７０４（Ｃ２）は、第１伝達関数７０１（Ｋ１）によって算出された有効電力目標値を用いて、第２伝達関数７０２（Ｋ２）によって算出された無効電力目標値に対する補正量である無効電力補正値を算出する。

第１指令値算出部１０２ｅは、有効電力目標値を有効電力補正値によって補正（本実施形態では加算）して、電力貯蔵装置２００に対する有効電力の指令値Ｐｒを算出する。

第２指令値算出部１０２ｆは、無効電力目標値を無効電力補正値によって補正（本実施形態では加算）して、電力貯蔵装置２００に対する無効電力の指令値Ｑｒを算出する。

そして制御装置１００は、電力貯蔵装置２００に対して出力すべき有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力Ｑｒの指令値を算出する。

このように、本実施形態に係る制御装置１００は、第１伝達関数７０１〜第４伝達関数７０４を用いて有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力Ｑｒの指令値を算出するようにしているため、電直貯蔵装置２００や電力系統４００の特性が変化した場合であっても、第１伝達関数７０１〜第４伝達関数７０４を変更することによって、迅速かつ柔軟に対応することができ、電力系統４００の目標周波数や目標電圧を維持するように制御を続けることができる。

次に、上記干渉を取り除くための第３伝達関数７０３（Ｃ１）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２）について具体的に説明する。

まず、図３に示すブロック線図から、以下の（式１）〜（式６）が成り立つ。

Pr=(K1×ΔF)+(C1×K2×ΔV) …（式１）
Qr=(C2×K1×ΔF)+(K2×ΔV) …（式２）
F’=(G11×Pb)+(G12×Qb) …（式３）
V’=(G21×Pb)+(G22×Qb) …（式４）
Pb=Pr …（式５）
Qb=Qr …（式６）
（式１）〜（式６）からPr、Pb、Qr、Qbを消去すると、（式７）〜（式８）が得られる。

F’=(G11+G12×C2)×(K1×ΔF)+(G11×C1+G12)×(K2×ΔV) …（式７）
V’=(G21+G22×C2)×(K1×ΔF)+(G21×C1+G22)×(K2×ΔV) …（式８）
干渉がなくなるためには（式９）〜（式１０）が成り立つ必要がある。そして（式９）〜（式１０）をC1、C2について解くことにより、C1及びC2を（式１１）〜（式１２）のように求めることができる。

(G11×C1+G12)=0 …（式９）
(G21+G22×C2)=0 …（式１０）
C1=-G12/G11 …（式１１）
C2=-G21/G22 …（式１２）
つまり、第３伝達関数７０３（Ｃ１）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２）は、電力系統４００の伝達関数である第５伝達関数７０５（Ｇ１１）〜第８伝達関数７０８（Ｇ２１）を求めることにより、確定させることができる。

なお、第５伝達関数７０５（Ｇ１１）〜第８伝達関数７０８（Ｇ２１）は、例えば既知のシステム同定技術を用いることによって求めることが可能である。

例えば、第５伝達関数７０５（Ｇ１１）及び第６伝達関数７０６（Ｇ１２）をシステム同定技術を用いて求める場合には、過去の所定期間（例えば１か月間）における電力系統４００の周波数の計測値Ｆと、有効電力の指令値Ｐｒと無効電力の指令値Ｑｒとを用いて、これらのデータの間に成り立つ関係式を第５伝達関数７０５（Ｇ１１）及び第６伝達関数７０６（Ｇ１２）として特定する。

つまり、周波数の計測値Ｆを目的変数とし、有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを説明変数とし、第５伝達関数７０５（Ｇ１１）と第６伝達関数７０６（Ｇ１２）との和を回帰式とした回帰分析を行うことによって、第５伝達関数７０５（Ｇ１１）と第６伝達関数７０６（Ｇ１２）の制御パラメータを決定する。

同様に、第７伝達関数７０７（Ｇ２２）及び第８伝達関数７０８（Ｇ２１）をシステム同定技術を用いて求める場合には、電圧の計測値Ｖを目的変数とし、有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを説明変数とし、第７伝達関数７０７（Ｇ２２）と第８伝達関数７０８（Ｇ２１）との和を回帰式とした回帰分析を行うことによって、第７伝達関数７０７（Ｇ２２）と第８伝達関数７０８（Ｇ２１）の制御パラメータを決定する。

本実施形態に係る制御装置１００は、このようにして定めた第３伝達関数７０３（Ｃ１）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２）を制御モデルに組み込むことによって、電力貯蔵装置２００が出力すべき有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを算出している。このため、電力貯蔵装置２００が有効電力Ｐｂ及び無効電力Ｑｂを出力する際に電力系統４００の周波数や潮流、電圧に生ずる干渉を取り去ることが可能となり、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することを可能にしている。

ところで、電力系統４００の伝達関数である第５伝達関数７０５（Ｇ１１）〜第８伝達関数７０８（Ｇ２１）は、電力系統４００における電力の状態に応じて変動する。

例えば電力系統４００における負荷４４０の電力消費量が図１３に示すように変動する場合、時刻ｔ１とｔ２とでは、電力系統４００の周波数に対する応答特性や潮流に対する応答特性、電圧に対する応答特性はそれぞれ異なるため、時刻ｔ１とｔ２とのそれぞれにおいて、電力貯蔵装置２００から同量の有効電力Ｐｂ及び同量の無効電力Ｑｂを出力した場合であっても、電力系統４００の周波数や潮流、電圧は異なる値に変動する。

また電力系統４００の特性は、負荷４４０の電力消費量の違いだけでなく、電力系統４００を構成する制御機器の動作状況の違いや、太陽光発電や風力発電等の発電量の違いなどによっても異なってくる。

そこで本実施形態に係る制御装置１００は、第３伝達関数７０３（Ｃ１）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２）を、電力系統４００における電力の状態に応じて定まる所定のタイミングで切り替えるようにしている。

例えば電力系統４００の特性が１日の間で第１状態と第２状態とを毎日繰り返すように規則的に変化する場合には、例えば電力系統４００が第１状態になる昼間の時間帯（６時から１８時まで）と、第２状態になる夜間の時間帯（１８時から６時）に区分して、それぞれの時間帯に適した特性をもった伝達関数を用いるようにする。

例えば昼間の時間帯における電力系統４００の特性が、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１、Ｇ２２で表され、夜間の時間帯における電力系統４００の特性が、Ｇ１１’、Ｇ１２’、Ｇ２１’、Ｇ２２’で表される場合、昼間の時間帯には、（式１１）（式１２）で表される第３伝達関数７０３（Ｃ１）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２）を用いて有効電力の補正値及び無効電力の補正値を算出するようにし、夜間の時間帯には、（式１３）（式１４）で表される第３伝達関数７０３（Ｃ１’）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２’）を用いて有効電力の補正値及び無効電力の補正値を算出するようにする。

C1'=-G12'/G11' …（式１３）
C2'=-G21'/G22' …（式１４）
このような態様によって、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することが可能になる。

このように、電力系統４００の特性が規則的に変化する場合には、この規則性を利用して事前に定めた所定のタイミング（毎日の特定の時刻、あるいは毎月の特定の日、あるいは毎年の特定の月など）で、第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４を切り替えるようにするとよい。

なお、制御装置１００は、第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４を切り替えるだけでなく、広く、有効電力の補正値及び無効電力の補正値を算出する際に用いる制御データを切り替えるようにできる。このような制御データとしては、例えば上記の（式１１）〜（式１４）で示されるような第３伝達関数７０３や第４伝達関数７０４が含まれるだけでなく、第１目標値７１０、第２目標値７２０、系統情報７３０、各種の係数、制御パラメータ、テーブル、さらにはブロック線図も含まれてよい。

ブロック線図を切り替える場合の例としては、例えば、昼間の時間帯には、有効電力の目標値及び無効電力の目標値を、それぞれ第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４により算出された補正値で補正するが、夜間の時間帯には、いずれか一方あるいは両方の補正を行わないように切り替えるような例が挙げられる。

このように、本実施形態に係る制御装置１００によれば、電力貯蔵装置２００の制御を電力系統４００の特性の変化に応じて柔軟に行うことが可能となる。そしてこれにより、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することが可能になる。

また、有効電力の補正値及び無効電力の補正値を算出する際に用いる制御データを切り替えるタイミングは、電力系統４００における電力の状態に応じて定まる所定のタイミングであればよく、上記のように事前に定められた特定の時刻（６時、１８時等）である場合に限らず、電力系統４００に設置される計測器４５０によって計測された電力系統４００の電力の状態を表す計測値と判定値との比較の結果に応じて、切り替えを行うタイミングを動的に決定するようにしてもよい。

動的にタイミングを決定する場合は、例えば、電力系統４００の周波数や負荷端電圧の値の組み合わせが異なる複数の制御モデルについて、それぞれ第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４を事前に求めて伝達関数切り替えテーブル４５１に記憶しておき、計測器４５０によって随時計測される周波数や負荷端電圧の計測値をそれぞれ判定値と比較することによって、該当する第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４に切り替えるようにする。

このような態様によれば、電力貯蔵装置２００の制御を電力系統４００の特性の変化に応じてより一層柔軟に行うことが可能となる。そしてこれにより、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより一層正確に制御することが可能になる。

＜電力貯蔵装置の制御機能＞
次に、図３及び図６〜図７等を参照しながら、本実施形態に係る制御装置１００が有する電力貯蔵装置２００の制御機能及び動作について説明する。

図３に示すように、制御装置１００は、計測値取得部１０１、演算部１０２および指令値出力部１０６を有して構成される。

そして演算部１０２には、第１差分算出部１０７ａ、第２差分算出部１０７ｂ、有効電力算出部１０２ａ、無効電力算出部１０２ｂ、有効電力補正部１０２ｃ、無効電力補正部１０２ｄ、第１指令値算出部１０２ｅ、第２指令値算出部１０２ｆが含まれる。

なお有効電力算出部１０２ａには、第１伝達関数７０１（Ｋ１）が含まれる。また無効電力算出部１０２ｂには第２伝達関数７０２（Ｋ２）が含まれる。有効電力補正部１０２ｃには第３伝達関数７０３（Ｃ１）が含まれる。無効電力補正部１０２ｄには第４伝達関数７０４（Ｃ２）が含まれる。

計測値取得部１０１は、計測器４５０によって計測された電力系統４００における周波数（第１物理量）の計測値Ｆと、電圧（第２物理量）の計測値Ｖを取得する。

具体的には、計測値取得部１０１は、第１計測値取得部１０１ａと第２計測値取得部１０１ｂとを有し、第１計測値取得部１０１ａは電力系統４００における周波数（第１物理量）の計測値Ｆを取得し、第２計測値取得部１０１ｂは電力系統４００における電圧（第２物理量）の計測値Ｖを取得する。

そして第１差分算出部１０７ａは、周波数の計測値Ｆと、目標周波数（第１目標値）７１０との差分ΔＦを算出する。

また第２差分算出部１０７ｂは、電圧の計測値Ｖと、目標電圧（第２目標値）７２０との差分ΔＶを算出する。

そして有効電力算出部１０２ａは、第１伝達関数７０１（Ｋ１）を用いて、上記周波数の差分ΔＦから、電力貯蔵装置２００が出力すべき有効電力の目標値である有効電力目標値を算出する。電力貯蔵装置２００が有効電力目標値に応じた有効電力を出力することによって、電力系統４００の周波数を第１目標値７１０に近づけることができる。

一方、無効電力算出部１０２ｂは、第２伝達関数７０２（Ｋ２）を用いて、上記電圧の差分ΔＶから、電力貯蔵装置２００が出力すべき無効電力の目標値である無効電力目標値を算出する。電力貯蔵装置２００が無効電力目標値に応じた有効電力を出力することによって、電力系統４００の電圧を第２目標値７２０に近づけることができる。

ただし上述したように、電力系統４００の周波数は、電力貯蔵装置２００が出力する有効電力によって変動するだけでなく、電力貯蔵装置２００が無効電力を出力することによっても影響を受けて変動する。

同様に、電力系統４００の電圧は、電力貯蔵装置２００が出力する無効電力によって変動するだけでなく、電力貯蔵装置２００が有効電力を出力することによっても影響を受けて変動する。

このため、本実施形態に係る制御装置１００は、有効電力算出部１０２ａが算出した有効電力目標値を、別途、有効電力補正部１０２ｃによって算出された有効電力補正値によって補正した後に、電力貯蔵装置２００に対して有効電力指令値Ｐｒとして出力する。

同様に、制御装置１００は、無効電力算出部１０２ｂが算出した無効電力目標値を、別途、無効電力補正部１０２ｄによって算出された無効電力補正値によって補正した後に、電力貯蔵装置２００に対して、無効電力指令値Ｑｒとして出力する。

有効電力補正部１０２ｃは、上述したように、有効電力算出部１０２ａが算出した有効電力目標値に対する補正量である有効電力補正値を算出する。具体的には、有効電力補正部１０２ｃは、第３伝達関数７０３を用いて、無効電力算出部１０２ｂが算出した無効電力目標値から有効電力補正値を算出する。このようにして、電力貯蔵装置２００が無効電力を出力することにより生ずる電力系統４００の周波数の変動を相殺することが可能となる。

同様に、無効電力補正部１０２ｄは、無効電力算出部１０２ｂが算出した無効電力目標値に対する補正量である無効電力補正値を算出する。具体的には、無効電力補正部１０２ｄは、第４伝達関数７０４を用いて、有効電力算出部１０２ａが算出した有効電力目標値から無効電力補正値を算出する。このようにして、電力貯蔵装置２００が有効電力を出力することにより生ずる電力系統４００の電圧の変動を相殺することが可能となる。

第１指令値算出部１０２ｅは、有効電力目標値を有効電力補正値によって補正（本実施形態では加算）して、電力貯蔵装置２００に対する有効電力の指令値Ｐｒを算出する。

第２指令値算出部１０２ｆは、無効電力目標値を無効電力補正値によって補正（本実施形態では加算）して、電力貯蔵装置２００に対する無効電力の指令値Ｑｒを算出する。

そして図３に示す指令値出力部１０６は、このようにして算出された有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを、電力貯蔵装置２００に出力する。

本実施形態に係る制御装置１００は、このようにして定めた有効電力補正部１０２ｃ、無効電力補正部１０２ｄを用いて、電力貯蔵装置２００が出力すべき有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを算出している。このため、電力貯蔵装置２００が有効電力Ｐｂ及び無効電力Ｑｂを出力する際に電力系統４００の周波数や潮流、電圧に生ずる干渉を取り去ることが可能となり、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することを可能にしている。

なお計測値取得部１０１は、所定期間毎に（例えば１時間毎に）、周波数の計測値Ｆと電圧の計測値Ｖを取得しているが、本実施形態に係る制御装置１００は、計測値取得部１０１がこれらの計測値を取得する毎に、有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを新たに算出して、電力貯蔵装置２００に出力している。

このような態様によって、電力系統４００における電力の最新の状態に応じて、電力貯蔵装置２００に対して最適な有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを継続的に出力することが可能になる。

なお、もちろん、制御装置１００が有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを算出するタイミングは、周波数の計測値Ｆと電圧の計測値Ｖを取得するタイミングと同じでなくてもよい。

次に本実施形態に係る制御装置１００の制御方法について図７のフローチャート参照しながら説明する。

まず、計測値取得部１０１は、計測器４５０によって計測された電力系統４００における周波数（第１物理量）の計測値Ｆと、電圧（第２物理量）の計測値Ｖを取得する（S1000）。

そして有効電力算出部１０２ａは、第１伝達関数７０１（Ｋ１）を用いて、周波数の計測値Ｆと目標周波数（第１目標値）７１０との差分ΔＦから、電力貯蔵装置２００が出力すべき有効電力の目標値である有効電力目標値を算出する。同様に無効電力算出部１０２ｂは、第２伝達関数７０２（Ｋ２）を用いて、電圧の計測値Ｖと、目標電圧（第２目標値）７２０との差分ΔＶから、電力貯蔵装置２００が出力すべき無効電力の目標値である無効電力目標値を算出する（S1010）。

そして有効電力補正部１０２ｃは、第３伝達関数７０３を用いて、無効電力算出部１０２ｂによって算出された無効電力目標値から有効電力補正値を算出する。同様に、無効電力補正部１０２ｄは、第４伝達関数７０４を用いて、有効電力算出部１０２ａによって算出された有効電力目標値から無効電力補正値を算出する（S1020）。

そして第１指令値算出部１０２ｅは、有効電力目標値を有効電力補正値によって補正（本実施形態では加算）して、電力貯蔵装置２００に対する有効電力の指令値Ｐｒを算出する。同様に、第２指令値算出部１０２ｆは、無効電力目標値を無効電力補正値によって補正（本実施形態では加算）して、電力貯蔵装置２００に対する無効電力の指令値Ｑｒを算出する（S1030）。

そして指令値出力部１０６は、有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを、電力貯蔵装置２００に出力する（S1040）。

このような方法で制御装置１００を制御することによって、電力貯蔵装置２００が有効電力Ｐｂ及び無効電力Ｑｂを出力する際に電力系統４００の周波数や潮流、電圧に生ずる干渉を取り去ることが可能となり、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することが可能になる。

＜伝達関数の切り替え機能＞
次に、図３、図６、図８〜図１１等を参照しながら、本実施形態に係る制御装置１００が有する伝達関数の切り替え機能及び動作について説明する。

まず本実施形態に係る制御装置１００が、事前に定められた所定のタイミング（時刻、日にち、月、曜日など）が到来したときに、第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４を切り替える場合について説明する。

図８に示すように、有効電力補正部１０２ｃ及び無効電力補正部１０２ｄは、切り替え時刻が到来するのをチェックしている（S2000）。

そして切り替え時刻が到来したら、有効電力補正部１０２ｃ及び無効電力補正部１０２ｄは、図９に示す伝達関数切り替えテーブル７５０を参照し、該当する時間帯の伝達関数に第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４を切り替える（S2010）。

このような態様によれば、電力貯蔵装置２００の制御を、電力系統４００の特性の変化に応じて柔軟に行うことが可能となる。そしてこれにより、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することが可能になる。

次に、本実施形態に係る制御装置１００が動的なタイミングで第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４を切り替える場合について説明する。

図１０に示すように、計測値取得部１０１は、第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４を切り替えるか否かを判定するために定められた電力系統４００における物理量の計測値を取得する（S3000）。このような物理量としては、例えば電力系統４００における周波数や負荷端電圧の計測値などを用いることができる。

そして有効電力補正部１０２ｃ及び無効電力補正部１０２ｄは、図１１に示す伝達関数切り替えテーブル７５１を参照し、取得した計測値に該当する第３伝達関数７０３及び第４伝達関数７０４に切り替える（S3010）。

このような態様により、電力貯蔵装置２００の制御を電力系統４００の特性の変化に応じてより一層柔軟に行うことが可能となる。そしてこれにより、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより一層正確に制御することが可能になる。

＝＝他の実施形態＝＝
制御装置１００は、図１２に示すブロック線図によって、電力貯蔵装置２００に対して出力する有効電力の指令値及び無効電力の指令値を算出するようにしてもよい。

図１２に示すブロック線図は、図６に示したブロック線図に対して、第９伝達関数７４０（Ｄ１）及び第１０伝達関数７４１（Ｄ２）が追加されている。

第９伝達関数７４０（Ｄ１）は、有効電力に対応した変動対応コントローラとして機能する。また第１０伝達関数７４１（Ｄ２）は、無効電力に対応した変動対応コントローラとして機能する。

第９伝達関数７４０（Ｄ１）及び第１０伝達関数７４１（Ｄ２）は、第１伝達関数７０１（Ｋ１）や第２伝達関数７０２（Ｋ２）と同様に、例えば記憶装置１４０に記憶されている系統情報７３０を用いて設計される。

そしてこの場合、電力貯蔵装置２００が出力すべき有効電力の目標値である有効電力目標値は、周波数の差分ΔＦを、第１伝達関数７０１（Ｋ１）と第９伝達関数７４０（Ｄ１）で演算することで算出される。また無効電力目標値は、電圧の差分ΔＶを、第２伝達関数７０２（Ｋ２）と第１０伝達関数７４１（Ｄ２）で演算することで算出される。

そして第１指令値算出部１０２ｅは、この有効電力目標値を、第３伝達関数７０３（Ｃ１）によって算出された有効電力補正値によって補正（本実施形態では加算）して、電力貯蔵装置２００に対する有効電力の指令値Ｐｒを算出する。

第２指令値算出部１０２ｆは、無効電力目標値を、第４伝達関数７０４（Ｃ２）によって算出された無効電力補正値によって補正（本実施形態では加算）して、電力貯蔵装置２００に対する無効電力の指令値Ｑｒを算出する。

次に、図１２に示すブロック線図を用いる場合の第３伝達関数７０３（Ｃ１）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２）について具体的に説明する。

まず、図９に示すブロック線図から、以下の（式１５）〜（式２０）が成り立つ。

Pr=(D1×K1×ΔF)+(C1×K2×ΔV) …（式１５）
Qr=(C2×K1×ΔF)+(D2×K2×ΔV) …（式１６）
F’=(G11×Pb)+(G12×Qb) …（式１７）
V’=(G21×Pb)+(G22×Qb) …（式１８）
Pb=Pr …（式１９）
Qb=Qr …（式２０）
（式１５）〜（式２０）からPr、Pb、Qr、Qbを消去すると、（式２１）〜（式２２）が得られる。

F’=(G11×D1+G12×C2)×(K1×ΔF)+(G11×C1+G12×D2)×(K2×ΔV) …（式２１）
V’=(G21×D1+G22×C2)×(K1×ΔF)+(G21×C1+G22×D2)×(K2×ΔV) …（式２２）
干渉がなくなるためには（式２３）〜（式２４）が成り立つ必要がある。そして（式２３）〜（式２４）をC1、C2について解くことにより、C1及びC2を（式２５）〜（式２６）のように求めることができる。

(G11×C1+G12×D2)=0 …（式２３）
(G21×D1+G22×C2)=0 …（式２４）
C1=-(G12×D2)/G11 …（式２５）
C2=-(G21×D1)/G22 …（式２６）
つまり、第３伝達関数７０３（Ｃ１）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２）は、電力系統４００の伝達関数である第５伝達関数７０５（Ｇ１１）〜第８伝達関数７０８（Ｇ２１）、第９伝達関数７４０（Ｄ１）、及び第１０伝達関数７４１（Ｄ２）を求めることにより、確定させることができる。

本実施形態においても、第５伝達関数７０５（Ｇ１１）〜第８伝達関数７０８（Ｇ２１）は、上述したように、既知のシステム同定技術を用いることによって求めることが可能である。

そのため、本実施形態に係る制御装置１００の場合も、このようにして定めた第３伝達関数７０３（Ｃ１）及び第４伝達関数７０４（Ｃ２）を制御モデルに組み込むことによって、電力貯蔵装置２００が出力すべき有効電力の指令値Ｐｒ及び無効電力の指令値Ｑｒを算出することができる。そして、電力貯蔵装置２００が有効電力Ｐｂ及び無効電力Ｑｂを出力する際に電力系統４００の周波数や潮流、電圧に生ずる干渉を取り去ることが可能となり、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量をより正確に制御することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態に係る制御装置１００、制御装置１００の制御方法及び制御プログラム６００によれば、電力系統４００の周波数や潮流、電圧等の複数種類の物理量に生ずる干渉を取り除き、電力系統４００をより正確に制御することが可能となる。

そしてまた、電力系統４００における電力の品質維持向上や、そのための労力軽減を図ることが可能となる。

なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１００ 制御装置
１０１ 計測値取得部
１０２ 演算部
１０３ 記憶部
１０５ 予測値算出部
１０６ 指令値出力部
１０７ 差分算出部
１１０ ＣＰＵ
１２０ メモリ
１３０ 通信装置
１４０ 記憶装置
１５０ 入力装置
１６０ 出力装置
１７０ 記録媒体読取装置
２００ 電力貯蔵装置
２１０ 双方向コンバータ
２２０ エネルギー貯蔵部
３００ 変圧器
４００ 電力系統
４１０ 発電設備
４２０ 母線
４３０ 送配電線
４４０ 負荷
４５０ 計測器
６００ 制御プログラム
７００〜７０９ 伝達関数
７１０ 第１目標値
７２０ 第２目標値
７３０ 系統情報
７４０〜７４１ 伝達関数
７５０、７５１ 伝達関数切り替えテーブル
８００ 記録媒体

Claims (5)

1. 電力系統に連系する電力貯蔵装置を制御する制御装置であって、
   前記電力系統における第１物理量を第１目標値に制御するべく前記電力貯蔵装置が出力すべき有効電力の目標値と、前記電力系統における第２物理量を第２目標値に制御するべく前記電力貯蔵装置が出力すべき無効電力の目標値と、を算出する電力算出部と、
   前記電力貯蔵装置が前記無効電力を出力することにより生ずる前記第１物理量の変動を打ち消すような前記有効電力の補正値と、前記電力貯蔵装置が前記有効電力を出力することにより生ずる前記第２物理量の変動を打ち消すような前記無効電力の補正値を算出する電力補正部と、
   を備え、
   前記電力補正部は、前記電力系統における電力の状態に応じて定まる所定のタイミングで、前記有効電力の補正値を算出する際に用いる制御データを第１制御データから第２制御データに切り替え、前記無効電力の補正値を算出する際に用いる制御データを第３制御データから第４制御データに切り替える
   ことを特徴とする制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記電力補正部は、前記電力系統における電力の状態が第１状態から第２状態に切り替わるものとして事前に定められた時刻が到来したときに、前記制御データの切り替えを行うことを特徴とする制御装置。
3. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記電力補正部は、前記電力系統に設置される計測器によって計測された前記電力系統の電力の状態を表す計測値と判定値との比較の結果に応じて、前記制御データの切り替えを行うことを特徴とする制御装置。
4. 電力系統に連系する電力貯蔵装置の制御装置の制御方法であって、
   前記制御装置が、前記電力系統における第１物理量を第１目標値に制御するべく前記電力貯蔵装置が出力すべき有効電力の目標値と、前記電力系統における第２物理量を第２目標値に制御するべく前記電力貯蔵装置が出力すべき無効電力の目標値と、を算出し、
   前記制御装置が、前記電力貯蔵装置が前記無効電力を出力することにより生ずる前記第１物理量の変動を打ち消すような前記有効電力の補正値と、前記電力貯蔵装置が前記有効電力を出力することにより生ずる前記第２物理量の変動を打ち消すような前記無効電力の補正値を算出し、
   前記制御装置が、前記電力系統における電力の状態に応じて定まる所定のタイミングで、前記有効電力の前記補正値を算出する際に用いる制御データを第１制御データから第２制御データに切り替え、前記無効電力の前記補正値を算出する際に用いる制御データを第３制御データから第４制御データに切り替える
   ことを特徴とする制御装置の制御方法。
5. 電力系統に連系する電力貯蔵装置を制御する制御装置に、
   前記電力系統における第１物理量を第１目標値に制御するべく前記電力貯蔵装置が出力すべき有効電力の目標値と、前記電力系統における第２物理量を第２目標値に制御するべく前記電力貯蔵装置が出力すべき無効電力の目標値と、を算出する機能と、
   前記電力貯蔵装置が前記無効電力を出力することにより生ずる前記第１物理量の変動を打ち消すような前記有効電力の補正値と、前記電力貯蔵装置が前記有効電力を出力することにより生ずる前記第２物理量の変動を打ち消すような前記無効電力の補正値を算出する機能と、
   前記電力系統における電力の状態に応じて定まる所定のタイミングで、前記有効電力の補正値を算出する際に用いる制御データを第１制御データから第２制御データに切り替え、前記無効電力の補正値を算出する際に用いる制御データを第３制御データから第４制御データに切り替える機能と、
   を実現するためのプログラム。

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