JP7695966B2 - 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

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。

電気自動車が、自己の優先度に応じてバッテリの充放電出力特性を設定すると、優先度の低い電気自動車では、優先度の高い電気自動車よりも狭い出力レンジの充放電出力特性が設定される。充放電出力特性の出力レンジが狭い電気自動車では、充放電出力特性の出力レンジが広い電気自動車よりも、受電量制御によって得られる周波数調整容量が小さくなる。このため、特許文献１の技術では、例えば、電気自動車のバッテリを受電量制御負荷とする受電量制御を行う場合に、電気自動車に設定された優先度の影響で、系統側が算出した周波数調整容量を十分に確保することができない場合がある。

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、電力系統側が算出した周波数調整容量を充放電要素側で十分に確保できるようにすることにある。

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、全充放電要素に同報送信された、電力系統の系統周波数に応じた周波数調整容量の要求値を受信する。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要求値とに基づいて決定した系統周波数に対する充放電の出力特性を、優先度が高いほど出力レンジの上限値又は下限値を増やすように補正し、電力系統への接続端で測定した系統周波数と電力系統の基準周波数との偏差及び補正後の出力特性に基づいて決定した出力で充電又は放電を行う。

本発明によれば、電力系統側が算出した周波数調整容量を充放電要素側で十分に確保することができる。

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と充放電の基準特性との関係を示すグラフである。 図４は、図２の特性決定部が決定した出力特性で図１の各電気自動車が充放電を行った場合に電力系統に得られる周波数調整容量の実績値と、同報送信部が各電気自動車に同報送信した周波数調整容量の要求値との関係を示すグラフである。 図５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と特性補正部が補正した充放電の出力特性との関係を示すグラフである。 図６Ａは、図１の情報送信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６Ｂ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７Ａ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７Ｂは、図２の特性決定部が決定する優先度別の充電の出力特性を示すグラフである。 図８は、図２の特性決定部が決定する充電側のみの出力特性の、ベース電力以下の値となる系統周波数に対応する部分の出力特性を、充電側と放電側とに跨がる他の充放電出力特性で補う状態を、模式的に示したグラフである。

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において電力の需給がつり合っている状態では、系統周波数（ｆ）は基準周波数（ｆｒｅｆ）となる。電力系統１０における電力の需給バランスが崩れると、系統周波数（ｆ）が基準周波数（ｆｒｅｆ）から変動する。例えば、電力系統１０における電力の需要が供給を下回ると、系統周波数（ｆ）が基準周波数（ｆｒｅｆ）よりも上がる。電力系統１０における電力の需要が供給を上回ると、系統周波数（ｆ）が基準周波数（ｆｒｅｆ）よりも下がる。

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は、電流計測装置１５から入力される系統周波数（ｆ）が基準周波数（ｆｒｅｆ）から変動すると、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。生成する信号によって電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体に要求するのは、系統周波数（ｆ）を基準周波数（ｆｒｅｆ）に戻すための充電又は放電である。

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、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）を減じた差分電力（ΔＰ）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。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）を減じた差分電力（ΔＰ）は、系統周波数（ｆ）を基準周波数（ｆｒｅｆ）に一致させて電力系統１０の電力の需給バランスがつり合わせるための周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）となる。

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）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を記憶した記憶装置を備え、計算部１７は、電流計測装置１５から受信した系統周波数（ｆ）と、記憶装置から読み出した基本出力特性のデータを用いて、総充放電電力の最大値（Ｐａｌｌ＿ｍａｘ）を算出する。

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）から総充放電電力の現在値（Ｐａｌｌ＿ｎｏｗ）を減ずることにより差分電力（ΔＰ）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、充電の差分電力を算出する。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、電線１２を経由して電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体に送電している総充電電力の現在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、放電の差分電力（ΔＰ）を算出する。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、電線１２を経由して電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体から受電している総放電電力の現在値を減じて算出する。差分電力（ΔＰ）は、０以上の正の値であり、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、総充放電電力の最大値（Ｐａｌｌ＿ｍａｘ）を示すデータを予め記憶した記憶装置を備え、計算部１７は、記憶装置から読み出した総充放電電力の最大値（Ｐａｌｌ＿ｍａｘ）を示すデータを用いて差分電力（ΔＰ）を算出する。差分電力（ΔＰ）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。

同報送信部１８ａは、同報送信装置１８ｂを用いて、計算部１７が差分電力（ΔＰ）として算出した周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）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。また、同報送信部１８ａは、要求値（Ｐｆｒ）の同報送信後に、同報送信装置１８ｂを用いて、全ての電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３に対して、周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）を示す電気信号を同報送信（ブロードキャスト）する。

周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）は、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３による充放電出力の理論値と実績値との差分である。全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３による充放電出力の理論値は、要求値（Ｐｆｒ）の同報送信後に電流計測装置１５が測定した、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３が接続する電線１２の系統周波数（ｆ）（実測値）の、基準周波数（ｆｒｅｆ）に対する偏差（Δｆ）と、情報送信装置１６の記憶装置から読み出した基本出力特性のデータとから、計算部１７が算出することができる。全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３による充放電出力の実績値は、要求値（Ｐｆｒ）の同報送信後に電流計測装置１５が算出した、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３による総充放電電力の現在値（Ｐａｌｌ＿ｎｏｗ）とすることができる。

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（３１～３８）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（３１～３８）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、特性補正部３６、充放電電力決定部３７、及び充放電制御部３８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の周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）を示す情報を取得し、周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）を示す情報を取得する。

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（電気自動車ＥＶ１の状態）に基づいて、他の電気自動車（ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）の充放電よりも自己ＥＶ１の充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。この優先度（β）は、充電側と放電側とのそれぞれについて設定することができる。

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。

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が受信した周波数調整容量（Ｐｆｒ）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、基準周波数（ｆｒｅｆ）を中心とした系統周波数（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。例えば、基準周波数（ｆｒｅｆ）が５０Ｈｚである場合、系統周波数（ｆ）の調整範囲は、±０．２Ｈｚとすることができる。

特性決定部３５は、周波数調整容量（Ｐｆｒ）を電気自動車の総数（Ｎ）で割った値を、電気自動車ＥＶ１の充放電の基準特性における、系統周波数（ｆ）の調整範囲の出力レンジとする。系統周波数（ｆ）の調整範囲における電気自動車ＥＶ１の充放電の出力レンジが、電気自動車ＥＶ１の充放電により電線１２に得られる要素周波数調整容量（Ｐｆｒ／Ｎ）となる。充放電の基準特性は、例えば、図３の実線で示すように、基準周波数（ｆｒｅｆ）における出力をゼロとする直線状の特性である。基準特性では、系統周波数（ｆ）の調整範囲の最高周波数において充電側の出力上限値が定義され、調整範囲の最低周波数において放電側の出力上限値が定義される。

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（ΔＰ）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、充放電の基準特性を、電気自動車ＥＶ１の優先度（β）に応じて補正して、電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を決定する。特性決定部３５は、例えば、優先度算出部３４が充電側の優先度と放電側の優先度とをそれぞれ算出した場合、充電側の優先度に応じて充電側の出力上限値を補正し、放電側の優先度に応じて放電側の出力上限値を補正する。

図３では、電気自動車ＥＶ１の優先度（β）に応じて基準特性を補正した出力特性を、破線でそれぞれ示している。ピッチが一番短い破線は、充電側の優先度が０．５で放電側の優先度が１である場合の補正後の出力特性を示している。ピッチが一番長い破線は、充電側の優先度が１で放電側の優先度が０．５である場合の補正後の出力特性を示している。中間の長さのピッチを有する破線は、充電側の優先度と放電側の優先度とがどちらも０．５の場合の補正後の出力特性を示している。

基準特性を優先度（β）に応じて補正すると、系統周波数（ｆ）の調整範囲における電気自動車ＥＶ１の充放電の出力レンジは、補正前よりも狭くなる。つまり、電気自動車ＥＶ１の優先度（β）に応じた基準特性の補正により、電気自動車ＥＶ１の充放電により電線１２に得られる要素周波数調整容量は、補正前よりも減少する。

図４では、基準特性で充放電を行った各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・で得られる要素周波数調整容量を合計した周波数調整容量を、破線の理想出力プロファイルによって示している。また、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・がそれぞれの優先度（β）に応じた出力特性で充放電を行った場合の要素周波数調整容量の合計を、実線の実出力プロファイルによって示している。

理想出力プロファイルの最大値は、基準特性における各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の充放電の出力レンジを合計した値である。この合計値は、周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）となる。

実出力プロファイルの最大値は、特性決定部３５が決定した出力特性における各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の充放電の出力レンジを合計した値である。特性決定部３５が決定した出力特性の出力レンジは基準特性の出力レンジよりも狭いので、実出力プロファイルでは、要求値（Ｐｆｒ）通りの周波数調整容量が得られない。

特性補正部３６は、例えば、一定以上の高さであるなど、優先度算出部３４が算出した優先度（β）が高い場合、周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）を受信装置２１が受信した際に、受信した周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）に応じて、特性決定部３５が決定した電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を補正する。

図５に示すように、特性補正部３６は、例えば、充電側において過不足容量（ΔＰｆｒ）が大きい場合に充電側の出力上限値を増加させ、放電側において過不足容量（ΔＰｆｒ）が大きい場合に放電側の出力上限値を増加させるように、電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を補正する。補正後の出力特性では、充電側の出力上限値、あるいは放電側の出力上限値が、補正前の出力特性に比べて、基準特性におけるそれぞれの出力上限値に近づく。よって、出力レンジが補正前よりも拡がって基準特性の出力レンジに近づく。

充放電電力決定部３７は、電流計２４ａが計測した電線１２の電流値を用いて系統周波数測定部３３が測定した電線１２の系統周波数（ｆ）の基準周波数（ｆｒｅｆ）に対する偏差（Δｆ）を算出する。充放電電力決定部３７は、偏差（Δｆ）と、特性決定部３５が決定した充放電の出力特性から、電気自動車ＥＶ１の要素充放電出力を決定する。

充放電制御部３８は、充放電電力決定部３７が決定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）～（ｈ）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）差分電力（ΔＰ＝周波数調整容量の要求値Ｐｆｒ）を示す情報を取得し、
（ｂ）優先度（β）を算出し、
（ｃ）周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）から、優先度（β）に応じた充放電出力特性を決定し、
（ｄ）接続端で測定した系統周波数（ｆ）と基準周波数（ｆｒｅｆ）との偏差（Δｆ）から、優先度（β）に応じた充放電出力特性に基づいて要素充放電出力を決定し、
（ｅ）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を制御し、
（ｆ）全充放電出力の理論値と実績値との差分である過不足容量（ΔＰｆｒ）を示す情報を受信し、
（ｇ）受信した過不足容量（ΔＰｆｒ）から、優先度（β）に応じた充放電出力特性を補正し、そして、
（ｈ）補正後の充放電出力特性に基づいて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６Ａのフローチャートを参照して、図１の情報送信装置１６が行う主要な処理動作の一例を説明する。

まず、ステップＳ１０１で、情報送信装置１６は、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・全体に要求する周波数調整容量（Ｐｆｒ）を決定し、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・へ同報送信する。

ステップＳ１０２に進み、電流計測装置１５は、要求値（Ｐｆｒ）の同報送信後に、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・が接続する電線１２の系統周波数（ｆ）を測定し、計算部１７は、電流計測装置１５が測定した系統周波数（ｆ）の基準周波数（ｆｒｅｆ）に対する偏差（Δｆ）を算出する。

ステップＳ１０３に進み、計算部１７は、電流計測装置１５が算出した偏差（Δｆ）に対し、情報送信装置１６の記憶装置から読み出した基本出力特性のデータから、要求値（Ｐｆｒ）の同報送信後において全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・で想定される充放電出力の理論値を算出する。

ステップＳ１０４に進み、電流計測装置１５は、要求値（Ｐｆｒ）の同報送信後における、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・による総充放電電力の現在値（Ｐａｌｌ＿ｎｏｗ）を、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・による充放電出力の実績値として算出する。そして、情報送信装置１６は、計算部１７がステップＳ１０３で算出した充放電出力の理論値との差分を、周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）として、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・へ同報送信する。

図６Ｂ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、特性決定部３５は、ステップＳ２０１で優先度算出部３４が算出した優先度（β）と、受信装置２１が受信した周波数調整容量（Ｐｆｒ）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。受信装置２１が受信した周波数調整容量（Ｐｆｒ）は、図６ＡのステップＳ１０１で情報送信装置１６が同報送信したものである。

ステップＳ２０３に進み、充放電電力決定部３７は、電流計２４ａが計測した電線１２の電流値を用いて系統周波数測定部３３が測定した電線１２の系統周波数（ｆ）の、基準周波数（ｆｒｅｆ）に対する偏差（Δｆ）を算出する。

ステップＳ２０４に進み、充放電電力決定部３７は、ステップＳ２０３で算出した偏差（Δｆ）と、ステップＳ２０２で決定した充放電の出力特性から、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、特性補正部３６は、受信装置２１が受信した周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）に応じて、ステップＳ２０２で特性決定部３５が決定した電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を、過不足容量（ΔＰｆｒ）が小さくなるように補正する。受信装置２１が受信した周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）は、図６ＡのステップＳ１０４で情報送信装置１６が同報送信したものである。

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、基準周波数（ｆｒｅｆ）に対する系統周波数（ｆ）の偏差（Δｆ）に応じた周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）を同報送信すると、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・では、要求値（Ｐｆｒ）に対応して充放電出力特性がそれぞれ決定される。各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・は、決定した充放電出力特性をそれぞれの優先度（β）によって補正する。補正後の充放電出力特性の出力レンジが補正前よりも狭くなると、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の充放電出力を合計した周波数調整容量が、周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）に届かなくなる。

情報送信装置１６は、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・に対する単方向の通信機能しか持っていないので、電力系統１０側では、優先度（β）で補正した各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の補正後の充放電出力特性を知ることができない。

本実施形態では、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の充放電出力中に、電力系統１０側で、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・で想定される充放電出力について、想定される理論値を計算部１７が算出し、実績値を電流計測装置１５が算出する。そして、情報送信装置１６が、実績値と理論値との差分を周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）として、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・へ同報送信する。

各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・では、充放電制御装置２３が、同報送信された周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）を受信し、特性決定部３５が決定した電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を、過不足容量（ΔＰｆｒ）が小さくなるように補正する。図５に示す例では、充電側と放電側のうち過不足容量（ΔＰｆｒ）が大きい側について、過不足容量（ΔＰｆｒ）が小さくなるように充放電の出力特性を補正する。

過不足容量（ΔＰｆｒ）が小さくなり０に近づけば、全電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・による充放電出力の実績値が理論値に近づいて、系統周波数（ｆ）が基準周波数（ｆｒｅｆ）に近づく。よって、過不足容量（ΔＰｆｒ）の符号が示す実績値と理論値との大小関係に応じて、充放電出力の出力特性を補正し実績値を増減させることで、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の充放電出力を合計した周波数調整容量を、周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）に近づけることができる。これにより、電力系統１０側が算出した周波数調整容量を、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・側で行う制御によって、十分に確保することができる。

（第１変形例）
以上の実施形態では、周波数調整容量の過不足容量（ΔＰfr）を受信装置２１が受信した際に、特性補正部３６が、受信した周波数調整容量の過不足容量（ΔＰfr）に応じて、特性決定部３５が決定した電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を補正した。その代わりに、特性補正部３６は、受信装置２１が受信した過不足容量（ΔＰfr）の単位時間（Δｔ）当たりの時間変化率（（ΔＰfrｔ＋１－ΔＰfrｔ）／Δｔ）を算出してもよい。その場合、特性補正部３６は、時間変化率（（ΔＰfrｔ＋１－ΔＰfrｔ）／Δｔ）に応じて、特性決定部３５が決定した電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を補正することができる。

過不足容量（ΔＰｆｒ）の時間変化率（（ΔＰｆｒｔ＋１－ΔＰｆｒｔ）／Δｔ）は、時間の経過によって過不足容量（ΔＰｆｒ）が増えると正（＋）の値となり、過不足容量（ΔＰｆｒ）が減ると負（－）の値となる。

時間変化率（（ΔＰｆｒｔ＋１－ΔＰｆｒｔ）／Δｔ）の符号が正である場合は、時間の経過に伴う時間変化率（（ΔＰｆｒｔ＋１－ΔＰｆｒｔ）／Δｔ）の増加を減少に転じさせるために、今のままでは大きすぎる周波数調整容量（Ｐｆｒ）の値を減らす。時間変化率（（ΔＰｆｒｔ＋１－ΔＰｆｒｔ）／Δｔ）の符号が負である場合は、時間の経過に伴う時間変化率（（ΔＰｆｒｔ＋１－ΔＰｆｒｔ）／Δｔ）の減少を加速させるために、周波数調整容量（Ｐｆｒ）の値を今よりも増やす。これにより、周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）に対する実績値の追従性を向上させることができる。

（第２変形例）
また、特性補正部３６は、系統周波数（ｆ）と基準周波数（ｆｒｅｆ）との偏差（Δｆ）による、受信装置２１が受信した過不足容量（ΔＰｆｒ）の変化率を、周波数偏差変化率（（ΔＰｆｒｆ＋１－ΔＰｆｒｆ）／Δｆ）として算出してもよい。その場合、特性補正部３６は、周波数偏差変化率（（ΔＰｆｒｆ＋１－ΔＰｆｒｆ）／Δｆ）に応じて、特性決定部３５が決定した電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を補正することができる。

周波数偏差変化率（（ΔＰｆｒｆ＋１－ΔＰｆｒｆ）／Δｆ）は、系統周波数（ｆ）と基準周波数（ｆｒｅｆ）との偏差（Δｆ）の増加により過不足容量（ΔＰｆｒ）が増えると、系統周波数が基準周波数よりも高いことを示す正（＋）の値となる。系統周波数（ｆ）と基準周波数（ｆｒｅｆ）との偏差（Δｆ）の増加により過不足容量（ΔＰｆｒ）が減ると、周波数偏差変化率（（ΔＰｆｒｆ＋１－ΔＰｆｒｆ）／Δｆ）は、系統周波数が基準周波数よりも低いことを示す負（－）の値となる。

周波数偏差変化率（（ΔＰfrｆ＋１－ΔＰfrｆ）／Δｆ）の符号が正である場合は、系統周波数（ｆ）をそれよりも低い基準周波数（ｆref）に近づけるために、今のままでは大きすぎる周波数調整容量（Ｐfr）の値を減らす。周波数偏差変化率（（ΔＰfrｆ＋１－ΔＰfrｆ）／Δｆ）の符号が負である場合は、系統周波数（ｆ）をそれよりも高い基準周波数（ｆref）に近づけるために、今のままでは小さすぎる周波数調整容量（Ｐfr）の値を増やす。これにより、変動する系統周波数（ｆ）を基準周波数（ｆref）に復帰させる際の迅速性を向上させることができる。

（第３変形例）
以上の実施形態及び第１、第２変形例では、情報送信装置１６が、周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）を、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体に対する総充放電電力に対するものとして、全ての電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３に同報送信した。しかし、周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）を、電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３全体に対する総充電電力に対するものと総放電電力に対するものとに分けて、情報送信装置１６が全ての電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３に同報送信してもよい。その場合、充放電制御装置２３の受信装置２１は、充電側の周波数調整容量の要求値と放電側の周波数調整容量の要求値とを、個別にそれぞれ受信する。

周波数調整容量の要求値（Ｐｆｒ）を充電側の要求値と放電側の要求値とに分けて配信すると、充放電制御装置２３は、各電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・の充電側の出力特性と放電側の出力特性とを個別に決定することができる。このため、優先度（β）に応じた出力特性の補正を、充電側と放電側とに分けて個別に行うことができ、出力特性の補正処理を行いやすくすることができる。

（第４変形例）
以上の実施形態及び第１～第３変形例では、充電側及び放電側の出力特性における出力レンジの上限値を、図５に示すように、各電気自動車ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・の優先度（β）に応じて、さらに高い値に増やすように補正した。しかし、優先度（β）に応じた補正の際に、充電側及び放電側の出力特性における出力レンジの上限値を増やさず、その代わりに下限値を増やしてもよい。

例えば、図７Ａに示す充電側の出力特性の場合は、充電側のみに存在する出力レンジの上限値に対する下限値の降下量を、優先度（β）が高いほど小さくし、優先度（β）が低いほど大きくする。また、受信装置２１が受信した周波数調整容量の過不足容量（ΔＰｆｒ）に応じて、特性決定部３５が決定した電気自動車ＥＶ１の充放電の出力特性を特性補正部３６が補正する際にも、充電側の出力レンジの上限値に対する下限値の降下量を減らす量を、過不足容量（ΔＰｆｒ）大きいほど大きくし、過不足容量（ΔＰｆｒ）小さいほど小さくする。

この場合でも、優先度（β）が高い電気自動車ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・を、系統周波数（ｆ）の高低によらず高い電力で充電させることができる。

（第５変形例）
第４変形例においては、優先度（β）が低い電気自動車ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・ほど、充電側の出力特性の傾きが大きくなる。また、充電側の出力レンジの上限値は、優先度（β）が低い電気自動車ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・ほど低くなる。このため、優先度（β）が低いほど充電側の出力特性の下限値は、バッテリ２５が暗電流負荷に常時供給するベース電力（Ｐｂａｓｅ）よりも低い値になる可能性がある。

電気自動車ＥＶ１～ＥＶ３、・・・が、出力特性の出力レンジが充電側のみに存在する充電制御要素である場合、充電出力の下限値が、バッテリ２５から暗電流負荷に常時供給されるベース電力（Ｐｂａｓｅ）よりも低い値に設定されると、系統周波数（ｆ）の調整範囲における最低周波数側では、充電出力がベース電力Ｐｂａｓｅを割り込む。この状態では、バッテリ２５に電力を充電させて要素周波数調整容量（Ｐｆｒ／Ｎ）を得ることができない。

そこで、優先度（β）が低い充電側の出力特性の下限値がベース電力（Ｐｂａｓｅ）よりも低い値に設定される場合は、図７Ｂに示すように、下限値をベース電力（Ｐｂａｓｅ）以上の値とした出力特性を、特性決定部３５が決定するようにしてもよい。その場合は、優先度（β）が低い充電側の出力特性の下限値をベース電力（Ｐｂａｓｅ）以上の値とすることで不足する充電側の要素周波数調整容量（Ｐｆｒ／Ｎ）を補うように、優先度（β）が高い、あるいは、中程度の充電側の出力特性を、特性決定部３５が決定するようにしてもよい。

図８は、特性決定部３５が決定した、充電側のみに出力特性が設定される、優先度（β）が低い電気自動車ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・の、ベース電力（Ｐｂａｓｅ）以下の値となる系統周波数（ｆ）に対応する部分の出力特性を、充電側と放電側とに跨がって設定される他の電気自動車ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・の充放電出力特性で補う状態を、模式的に示したグラフである。

これにより、系統周波数（ｆ）と基準周波数（ｆｒｅｆ）との偏差（Δｆ）に対する周波数調整容量の連続性を確保することができる。

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
３６ 特性補正部
３８ 充放電制御部
ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・ 電気自動車

Claims (7)

1. 電力系統の電線に接続された複数の充放電要素に対して同報送信された、前記電力系統の系統周波数に応じた周波数調整容量の要求値を受信し、
   前記複数の充放電要素のうち、他の充放電要素の充電又は放電よりも自己の充放電要素の充電又は放電が優先される度合いを示す優先度及び受信した前記要求値に基づいて、前記系統周波数に対する前記自己の充放電要素の充放電出力を示す出力特性を決定し、
   前記優先度が高いほど、前記出力特性における出力レンジの上限値又は下限値を増やすように前記出力特性を補正し、
   前記電力系統への接続端で測定した前記系統周波数と前記電力系統の基準周波数との偏差及び補正後の前記出力特性に基づいて決定した出力で、前記自己の充放電要素の充電又は放電を行う、
   充放電要素の充放電制御方法。
2. 決定した前記出力特性で前記複数の充放電要素がそれぞれ充電又は放電しているときの前記系統周波数の実測値と前記基準周波数との偏差に応じた、前記複数の充放電要素全体の充放電出力の理論値と、前記電力系統において測定した前記複数の充放電要素全体の充放電出力の実績値との差分を、前記複数の充放電要素全体に対する同報送信によって受信し、
   受信した前記差分が前記理論値よりも前記実績値が高いことを示す場合は前記周波数調整容量が減り、受信した前記差分が前記理論値よりも前記実績値が低いことを示す場合は前記周波数調整容量が増えるように、前記出力特性を補正する、
   請求項１に記載の充放電要素の充放電制御方法。
3. 受信した前記差分の時間変化率を算出し、算出した前記時間変化率の符号が正の場合は前記周波数調整容量が減り、前記時間変化率の符号が負の場合は前記周波数調整容量が増えるように、前記出力特性を補正する、
   請求項２に記載の充放電要素の充放電制御方法。
4. 前記系統周波数の実測値と前記基準周波数との前記偏差による、受信した前記差分の変化率である周波数偏差変化率を算出し、算出した前記周波数偏差変化率の符号が正の場合は前記周波数調整容量が減り、前記周波数偏差変化率の符号が負の場合は前記周波数調整容量が増えるように、前記出力特性を補正する、
   請求項２に記載の充放電要素の充放電制御方法。
5. 充電側と放電側とに分けて同報送信された前記要求値を受信し、受信した充電側及び放電側の前記各要求値に基づいて、前記出力特性の決定及び前記補正を充電側と放電側とに分けてそれぞれ行い、前記補正後の充電側の前記出力特性に基づいて決定した出力で前記自己の充放電要素の充電を行い、前記補正後の放電側の前記出力特性に基づいて決定した出力で前記自己の充放電要素の放電を行う、
   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. 前記複数の充放電要素中の各々の前記出力特性における出力レンジが充電側のみに存在する場合、各々の前記出力レンジの下限値を前記複数の充放電要素の各々の暗電流負荷に常時供給するベース電力以上の値とした前記出力特性を、前記優先度及び受信した前記要求値に基づいて決定する、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の充放電要素の充放電制御方法。
7. 電力系統の電線に接続された複数の充放電要素に対して同報送信された、前記電力系統の系統周波数に応じた周波数調整容量の要求値を受信する受信部と、
   前記複数の充放電要素のうち、他の充放電要素の充電又は放電よりも自己の充放電要素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、
   前記優先度及び前記要求値に基づいて、前記系統周波数に対する前記自己の充放電要素の充放電出力を示す出力特性を決定する特性決定部と、
   前記優先度が高いほど、前記出力特性における出力レンジの上限値又は下限値が上がるように前記出力特性を補正する特性補正部と、
   前記電線との接続端で計測した前記系統周波数と前記電力系統の基準周波数との偏差及び補正後の前記出力特性に基づいて決定した出力に、前記電力系統における前記自己の充放電要素の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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